JP2014149208A - 漏洩検出装置及び漏洩検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の外部から気体の漏洩を検出する。
【解決手段】本発明に係る漏洩検出装置は、主音響検出器１２ｍと、周波数分析部２４と、漏洩音抽出部２８と、漏洩量算出部３２とを備える。前記主音響検出器１２ｍは、被検査物における漏洩部８から漏洩する気体の超音波漏洩音Ｌｓ、及び前記漏洩部８の方向から伝播する周囲の騒音を検出して主音波信号Ｓｍを出力する。前記周波数分析部２４は、前記主音波信号Ｓｍに対して周波数分析を行って、主音響スペクトラムＦｍを出力する。前記漏洩音抽出部２８は、前記主音響スペクトラムＦｍに含まれる周囲の騒音成分を減少させて超音波漏洩音Ｌｓを抽出して、計測音圧ＳＰＬを取得する。前記漏洩量算出部３２は、前記主音響検出器１２ｍから前記漏洩部８近傍までの検体距離ｒを取得して、当該検体距離ｒ及び前記計測音圧ＳＰＬを用いて、前記超音波漏洩音Ｌｓの発生音圧を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検査物の機器から漏洩する気体を検出する漏洩検出装置及び漏洩検出方法に関する。

従来、気体の漏洩試験方法として、石鹸水法やガス検知法、超音波検知法、その他の試験方法が知られている。

石鹸水法は、被検査物の内部に空気圧を加えた後に、被検査物の外側に石鹸水を塗ることによって生ずる石鹸水の泡の膨らみを観察して、気体の漏洩を判別する方法である。石鹸水法は、液体を塗布することができない素材、高温、低温の検体には適用することができない。また、検査後に洗浄が必要になることから、洗浄を行うことかできない検体にも、適用することができない。

ガス検知法の一例として、比較的重いガスを注入しておき、ガスの漏れを水銀などの触媒を用いて質量分析を行う方法が知られている。

ガス検知法は、微小漏洩に対する検出に適するものの、計測レンジが狭いために、検体に対する適用範囲が狭いという問題がある。

超音波検知法は、気体が被検査物から漏洩する際に発生する超音波を検出する方法である。超音波検知法は、計測レンジの下限が高いことが短所となっている。

被検査物の周囲では、人の活動に伴って衝撃音や摩擦音に起因する超音波が発生しているために、検出すべき超音波が、これらの騒音に埋もれてしまう可能性が高い。また、超音波検知法では、流量の定量的評価を行うことができなかった。

特許文献１には、漏洩量測定装置が開示されている。特許文献１に記載されている漏洩量測定装置は、映像観測装置と、音響計測装置と、特徴量抽出装置と、漏洩量に関するデータベースと、漏洩量検索装置とを備えている。

特許文献１に記載されている前記映像観測装置は、漏洩流体の映像を観測する。前記音響計測装置は、漏洩流体の音響を計測する。前記特徴量抽出装置は、映像観測装置および音響計測装置の出力から漏洩流体の特徴量を抽出する。前記漏洩量検索装置は、抽出された一つ又は複数の特徴量によって、流体圧力および温度、漏洩媒体の相状態、漏洩部の面積および形状毎に作成した逐次の漏洩量に関するデータベースを検索して漏洩量を求める。更に前記漏洩量検索装置は、漏洩流体の漏洩量と漏洩時間とから漏洩事象による全漏洩量を求め、逐次の漏洩量、漏洩事象による全漏洩量、漏洩部の面積および形状をモニタ表示可能に構成している。

特許第４１７５７３２号公報

本発明の目的は、組み立てた状態の被検査物の外部から気体の漏洩を検出することが可能な漏洩検出装置、及び漏洩検出方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による漏洩検出装置は、主音響検出器（１２ｍ）と、周波数分析部（２４）と、漏洩音抽出部（２８）と、漏洩量算出部（３２）を備える。前記主音響検出器（１２ｍ）は、被検査物における漏洩部（８）から漏洩する気体の超音波漏洩音（Ｌｓ）、及び前記漏洩部（８）の方向から伝播する周囲の騒音を検出して主音波信号（Ｓｍ）を出力する。前記周波数分析部（２４）は、前記主音波信号（Ｓｍ）に対して周波数分析を行って、主音響スペクトラム（Ｆｍ）を出力する。前記漏洩音抽出部（２８）は、前記主音響スペクトラム（Ｆｍ）に含まれる周囲の騒音成分を減少させて前記超音波漏洩音（Ｌｓ）を抽出して、計測音圧（ＳＰＬ）を取得する。前記漏洩量算出部（３２）は、前記主音響検出器（１２ｍ）から前記漏洩部（８）近傍までの検体距離（ｒ）を取得して、当該検体距離（ｒ）及び前記計測音圧（ＳＰＬ）を用いて、前記超音波漏洩音（Ｌｓ）の発生音圧を算出する。

前記漏洩量算出部（３２）は、漏洩する気体の密度及び気体の音速を含む検出環境に応じて決定される環境定数（ｂ）を取得する。更に前記漏洩量算出部（３２）は、前記発生音圧（ＰＷＬ）及び環境定数（ｂ）に基づいて、漏洩部における気体の漏洩量（Ｆ）を算出する。

本発明による漏洩検出装置は、上記構成に加えて、漏洩する気体の密度及び気体の音速を含む検出環境に応じて決定される環境定数（ｂ）を記録するデータベース（３６）を備える。前記漏洩量算出部（３２）は、前記データベース（３６）から環境定数（ｂ）を取得して、漏洩部における気体の漏洩量（Ｆ）を算出する。

また、本発明による漏洩検出装置は、前記漏洩部（８）と主音響検出器（１２ｍ）とを結ぶ直線と平行、且つ主音響検出器（１２ｍ）の近傍に配置され、前記主音響検出器（１２ｍ）に到達する周囲の騒音を遮る音響シールド（１６）を備える。

前記音響シールド（１６）は、鋼板や銅板、アルミニウム板等の金属板又は樹脂板から構成される基材（１４）を含み、前記基材（１４）における前記主音響検出器（１２ｍ）側の表面に、樹脂、スポンジ等の吸音材（１５）を配置する。

前記漏洩音抽出部（２８）は、４０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの間の超音波漏洩音（Ｌｓ）を抽出する。

前記主音響検出器（１２ｍ）から前記漏洩部（８）近傍までの前記検体距離（ｒ）に関する信号を検出して出力する測距センサ（１８）と、前記測距センサ（１８）から取得した前記検体距離（ｒ）に関する信号に基づいて、前記検体距離（ｒ）を算出して出力する距離算出部（２６）とを備え、前記漏洩量算出部（３２）は、前記距離算出部（２６）にて算出した前記検体距離（ｒ）を取得する。

また、前記主音響検出器（１２ｍ）の近傍に配置され、前記漏洩部（８）の方向から伝播する周囲の騒音を検出して副音波信号（Ｓｓ）を出力する副音響検出器（１２ｓ）を備え、前記音響シールド（１６）は、少なくとも前記主音響検出器（１２ｍ）と前記副音響検出器（１２ｓ）との間に配置され、前記副音響検出器（１２ｓ）に対する前記超音波漏洩音（Ｌｓ）の到達を遮る。前記周波数分析部（２４）は、前記主音波信号（Ｓｍ）及び前記副音波信号（Ｓｓ）に対して周波数分析を行って、主音響スペクトラム（Ｆｍ）及び副音響スペクトラム（Ｆｓ）を出力する。前記漏洩音抽出部（２８）は、前記主音響スペクトラム（Ｆｍ）及び前記副音響スペクトラム（Ｆｓ）を用いて、前記主音響スペクトラム（Ｆｍ）に含まれる周囲の騒音成分を減少させて前記超音波漏洩音（Ｌｓ）を抽出して、計測音圧（ＳＰＬ）を取得する。

本発明によれば、組み立てた状態の被検査物の外部から気体の漏洩を検出することができる。また、気体の漏洩量を検出することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る漏洩検出装置の概略構成を説明する外観斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る漏洩検出装置の構成及び漏洩検出方法を説明する図である。 図３は、漏洩音抽出部における超音波漏洩音の抽出処理例を説明する図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る音響検出部の構成を説明する図である。 図５は、本発明の第３の実施形態に係る漏洩検出装置の構成及び漏洩検出方法を説明する図である。 図６は、漏洩音抽出部における超音波漏洩音の抽出処理例を説明する図である。 図７は、本発明の第４の実施形態に係る音響検出部の構成を説明する図である。 図８は、本発明の第５の実施形態に係る音響検出部の構成を説明する図である。 図９は、本発明の第６の実施形態に係る漏洩検出装置の構成及び漏洩検出方法を説明する図である。 図１０は、本発明の第７の実施形態に係る音響検出部の構成を説明する図である。 図１１は、本発明の第８の実施形態に係る音響検出部の構成を説明する図である。

添付図面を参照して、本発明による漏洩検出装置及び漏洩検出方法を実施するための形態を、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、被検査物６における漏洩部８から気体の漏洩を検出する漏洩検出装置について説明する。本発明では、被検査物６の内部に予め高圧の気体を封入しておき、主音響検出器１２ｍを用いて漏洩部８を検出すると共に、漏洩量Ｆを算出する。なお、検査用の気体として、例えばヘリウムガス等の気体を用いることができる。

本発明に係る漏洩検出装置は、音響検出部１０と、処理部２０と、表示・出力部６０とを備えている。音響検出部１０は、漏洩部８から発せられる超音波漏洩音Ｌｓ及び漏洩部８の方向から伝播する周囲の騒音を検出して主音波信号Ｓｍを出力する。処理部２０は、音響検出部１０から取得した主音波信号Ｓｍに対して周波数分析を行って、気体の漏洩の有無や、漏洩している気体の流量を表す漏洩量Ｆを算出する。表示・出力部６０は、気体の漏洩の有無（漏洩検出判定Ｌｅ）や漏洩量Ｆ、漏洩部８から音響検出部１０までの検体距離ｒ、その他の情報を表示する。

図１に示す音響検出部１０は、主音響検出器１２ｍと、音響シールド１６と、測距センサ１８とを備えている。主音響検出器１２ｍは、漏洩部８から発せられる超音波漏洩音Ｌｓ及び漏洩部８の方向から伝播する周囲の騒音を検出して、主音波信号Ｓｍに変換して出力する。

音響シールド１６は、漏洩部８と主音響検出器１２ｍとを結ぶ直線と平行、且つ主音響検出器１２ｍの近傍に配置される。音響シールド１６は、周囲の騒音源から主音響検出器１２ｍに到達する超音波の騒音を遮るものである。測距センサ１８は、主音響検出器１２ｍから、被検査物６における漏洩部８近傍までの検体距離ｒに関する信号を検出して出力する。主音響検出器１２ｍとして、例えば指向性を有する超音波マイクロフォンを用いることができる。

被検査物６の漏洩部８から発せられる超音波漏洩音Ｌｓの主な周波数帯は、４０〜１５０ｋＨｚの超音波である。従って、超音波漏洩音Ｌｓの波長は８．２５〜２．２ｍｍ程度となるために、音響シールド１６端部における回折は生じにくい。従って、音響シールド１６を配置することによって、漏洩部８以外から発せられている超音波の騒音に対する遮音を効果的に行うことができる。これにより、漏洩部８の検出や漏洩量Ｆの算出精度を向上させることができる。なお、主音響検出器１２ｍによる超音波検出の指向性が強い場合には、音響シールド１６の配置を省略することができる。

次に、図２を参照して、音響検出部１０及び処理部２０の構成とその機能について説明する。図２に示す音響検出部１０の中央部には、漏洩部８の方向から伝播する音波を取得する主音響検出器１２ｍが配置されている。主音響検出器１２ｍの音響検出方向は、漏洩部８の方向が最大利得となるように走査して、検出方向を決定する。図２に示す例では、漏洩部８と主音響検出器１２ｍとを結ぶ直線の方向をＸ方向と定義し、Ｘ方向に対して直角な方向をＹ方向と定義する。

主音響検出器１２ｍの近傍の両脇（図２に示す＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）には、板状の音響シールド１６がそれぞれＸ方向と平行に配置されている。音響シールド１６の基材１４は、漏洩部８から発せられる超音波漏洩音Ｌｓを反射せずに吸収する素材を含むことが好ましい。この素材として、鋼板や銅板、アルミニウム板等の金属板や、樹脂板を用いることができる。図２に示す実施形態では、更に吸音性や制振性を向上させるために、音響検出器側の表面に、樹脂、スポンジ等の吸音材１５を配置して、主音響検出器１２ｍに対する超音波の反射を低減させている。

図２に示すように、被検査物６の漏洩部８から発せられた超音波漏洩音Ｌｓの一部は−Ｘ方向に伝播してゆき、主音響検出器１２ｍに到達して主音波信号Ｓｍに変換される。しかし、漏洩部８の周囲に存在している騒音源ＮＥから放射される騒音は、音響シールド１６に遮音されて主音響検出器１２ｍには直接到達することができない。

音響検出部１０に配置されている測距センサ１８は、漏洩部８から主音響検出器１２ｍまでの検体距離ｒを精度良く測定するために、主音響検出器１２ｍの近傍に配置することが好ましい。測距センサ１８として、超音波測距センサ、三角測量式光センサ、光波測距儀、電波測距儀、静電容量センサ、その他のセンサを用いることができる。

図２に示す処理部２０は、増幅器２２と、周波数分析部２４と、距離算出部２６と、漏洩音抽出部２８と、漏洩量算出部３２と、データベース３６とを備えている。増幅器２２は、主音響検出器１２ｍから取得した音波信号に対して増幅やフィルタリング等の信号処理を行って、処理後の主音波信号Ｓｍを出力する。

周波数分析部２４は、主音波信号Ｓｍに対して周波数分析を行って、周波数帯域Ｓｆ毎の主音響スペクトラムＦｍ（計測音圧の一形態）を出力する。主音響スペクトラムＦｍは、周波数帯域Ｓｆ毎のパワースペクトラム又はリニアスペクトラムであり、ＦＦＴ演算（高速フーリエ演算）やフィルタリングの手法を用いて取得することができる。ＦＦＴの時間窓として、ハニング、矩形等を用いることができ、サンプリング時間を長く設定することによって、単発的な騒音の影響を減少させることができる。

図２に示す距離算出部２６は、測距センサ１８から取得した信号に基づいて、主音響検出器１２ｍから漏洩部８近傍までの検体距離ｒを算出して出力する。また、検体距離ｒに関する情報は、利用者が入力部３８を操作して入力することもできる。

漏洩音抽出部２８は、主音響スペクトラムＦｍを入力して、それぞれの周波数帯域Ｓｆ毎の音響スペクトラムＳｐに対してゲインを設定して、主音響スペクトラムＦｍに含まれる周囲の騒音成分を減少させて、超音波漏洩音Ｌｓを抽出する処理を行う。

漏洩音抽出部２８における超音波漏洩音Ｌｓの抽出処理の一例を、図３を用いて説明する。図３に示すように、漏洩音抽出部２８では、周波数分析部２４から主音響スペクトラムＦｍを取得している。なお、同図に示す周波数帯域Ｓｆは、それぞれの音響スペクトラムＳｐの周波数ｆの分解能に相当する。また、同図に示す漏洩音域Ｂｆは、４０〜１５０ｋＨｚの範囲内におけるいずれかの音域である。

主音響スペクトラムＦｍには、漏洩部８の方向から伝播する周囲の雑音と、超音波漏洩音Ｌｓとが含まれている。被検査物６おける気体の漏洩を検出する際には、先ず利用者が漏洩部８の存在を知る必要がある。従って漏洩音抽出部２８は、超音波漏洩音Ｌｓの存在を通知するための漏洩検出判定Ｌｅを検出する機能を有している。漏洩検出判定Ｌｅは、主音響スペクトラムＦｍの漏洩音域Ｂｆにおいて、例えば音響スペクトラムＳｐの値が、所定の漏洩音閾値Ｐｓを超えているか否かに基づいて判断することができる。

図３に示す実施形態では、漏洩音閾値Ｐｓを超えている部分が存在しているので、漏洩音抽出部２８は漏洩検出判定Ｌｅの出力を決定する。この漏洩検出判定Ｌｅは、表示・出力部６０に伝達されて、利用者に通知される。

なお、漏洩音閾値Ｐｓは、主音響検出器１２ｍから被検査物６における漏洩部８までの検体距離ｒに応じて変更することもできる。

超音波漏洩音Ｌｓは超音波であるため、利用者が聞くことはできない。よって、超音波漏洩音Ｌｓが放射されていたとしても、利用者は漏洩部８の存在や漏洩部８の場所を特定することができない。従って、利用者が漏洩部８の存在を探す際には、例えば音響検出部１０を伏角・方位角方向に走査しながら、漏洩検出判定Ｌｅの存在を調査することによって行う。利用者が漏洩検出判定Ｌｅの存在を確認した場合には、音響検出部１０を漏洩部８に接近させて、漏洩部８の正確な位置や漏洩量を測定することができる。

また、図３に示すように、漏洩音抽出部２８は、主音響スペクトラムＦｍに含まれる漏洩音域Ｂｆの音域の超音波漏洩音Ｌｓを抽出して、主音響スペクトラムＦｍに含まれる周囲の騒音成分を減少させて漏洩音響スペクトラムＤｆを生成する機能を備えている。また、漏洩音抽出部２８は、漏洩音響スペクトラムＤｆの漏洩音域Ｂｆにおける音響スペクトラムＳｐの総和（面積に相当する）、又は音響スペクトラムＳｐの最大値等に基づいて演算を行って計測音圧ＳＰＬ（ｄＢ）を取得して、漏洩量算出部３２に出力することができる。

図２に示す漏洩量算出部３２は、漏洩音抽出部２８から入力した計測音圧ＳＰＬと、距離算出部２６等から入力した検体距離ｒとを用いて、漏洩量Ｆを算出する処理を行う。以下、漏洩量Ｆの算出方法について、数式を用いて説明する。

（計測音圧ＳＰＬと発生音圧ＰＷＬとの関係）
気体の漏洩部８における超音波漏洩音の発生音圧ＰＷＬ（ｄＢ）は、漏洩音抽出部２８から入力した超音波漏洩音の計測音圧ＳＰＬ（ｄＢ）と、距離算出部２６等から入力した検体距離ｒ（ｍ）と、下記の（式１）とを用いて算出することができる。
ＰＷＬ＝ＳＰＬ＋１０・ｌｏｇ（２×π×ｒ²）−１０・ｌｏｇ（Ｓ） …（式１）
但し、
ＰＷＬ：漏洩部における超音波漏洩音の発生音圧（ｄＢ）
ＳＰＬ：主音響検出器による超音波漏洩音の計測音圧（ｄＢ）
ｒ：主音響検出器から漏洩部までの検体距離（ｍ）
Ｓ：主音響検出器及び副音響検出器における有感部面積（ｍ²）

（発生音圧ＰＷＬの計算式）
一方、気体の漏洩部８における超音波漏洩音の発生音圧ＰＷＬは、下記の（式２）を用いて算出することができる。
ＰＷＬ＝１０・ｌｏｇρ＋２０・ｌｏｇｄ＋８０・ｌｏｇＶ−５０・ｌｏｇＣ＋７４ …（式２）
但し、
ＰＷＬ：漏洩部における超音波漏洩音の発生音圧（ｄＢ）
ρ：噴出気体密度（Ｋｇ／ｍ²）
ｄ：漏洩部直径（ｍ）
Ｖ：漏洩部における気体の噴出速度（ｍ／ｓ）
Ｃ：大気圧中における音速（ｍ／ｓ）

（漏洩部における気体の漏洩量Ｆの計算式）
漏洩部８における気体の漏洩量Ｆは、下記の（式３）を用いて算出することができる。
Ｆ＝Ｖ×π×ｄ² …（式３）
但し、
Ｆ：漏洩部における気体の漏洩量（ｍ³／ｓ）
Ｖ：漏洩部における気体の噴出速度（ｍ／ｓ）
ｄ：漏洩部直径（ｍ）

（計算式の変形と発生音圧ＰＷＬの算出）
上記（式２）に（式３）を代入すると、発生音圧ＰＷＬを算出することができる。先ず、上記（式３）は、以下のように変形することができる。
ｌｏｇＦ＝ｌｏｇ（Ｖ×π×ｄ²）
＝ｌｏｇＶ＋ｌｏｇπ＋２・ｌｏｇｄ …（式４）
上記（式４）をｌｏｇｄについて解くと、下記の（式５）が得られる。
２・ｌｏｇｄ＝ｌｏｇＦ−ｌｏｇＶ−ｌｏｇπ …（式５）

ここで、上記（式２）に（式５）を代入すると、下記の（式６）が得られる。
ＰＷＬ＝１０・ｌｏｇρ＋１０・ｌｏｇＦ−１０・ｌｏｇＶ−１０・ｌｏｇπ＋８０・ｌｏｇＶ−５０・ｌｏｇＣ＋７４ …（式６）

漏洩検出時において、被検査物６の内部に加える気体の圧力を０．２ＭＰａ以上に設定することによって、漏洩部８から噴出する気体の流速をチョーク流（音速流）とすることができる。従って、漏洩部８における噴出速度Ｖ（ｍ／ｓ）として、大気圧中における音速Ｃ（ｍ／ｓ）を代入することによって、上記（式６）を下記の（式７）のように簡略化することができる。
ＰＷＬ＝１０・ｌｏｇＦ＋（１０・ｌｏｇρ−２０・ｌｏｇＣ−１０・ｌｏｇπ＋７４） …（式７）

ここで、上記（式７）における（１０・ｌｏｇρ−２０・ｌｏｇＣ−１０・ｌｏｇπ＋７４）は、温度、気圧、使用気体の物性等の検出環境に応じて決定される定数となる。その定数を環境定数ｂとして下記の（式８）に表す。
ｂ＝１０・ｌｏｇρ−２０・ｌｏｇＣ−１０・ｌｏｇπ＋７４ …（式８）
但し、
ｂ：検出環境に応じて決定される環境定数

ここで、環境定数ｂは、予め算出してデータベース３６に記録しておくことができる。また、環境定数ｂは、漏洩検出試験に用いる気体と同一の気体を用いると共に、同一温度、同一圧力の検出環境下で予め疑似漏洩試験を行って、データベース３６に記録しておくこともできる。

（気体の漏洩量の算出）
上記（式７）に上記（式８）を代入し、ｌｏｇＦ＝Ｘとすると、発生音圧ＰＷＬは、下記の（式９）によって算出することができる。
ＰＷＬ＝１０・ｌｏｇＦ＋ｂ
＝１０・Ｘ＋ｂ …（式９）
但し、
ＰＷＬ：漏洩部における超音波漏洩音の発生音圧（ｄＢ）
Ｘ：ｌｏｇＦ（Ｆは、漏洩部における気体の漏洩量（ｍ³／ｓ））
ｂ：検出環境に応じて決定される環境定数（（式８）を参照。）

上記の（式１）及び（式９）を用いることによって、計測音圧ＳＰＬ（ｄＢ）と検体距離ｒ（ｍ）とから、漏洩部８における漏洩量Ｆの推定を行うことができる。また、漏洩音抽出部２８において、取得した主音響スペクトラムＦｍに含まれる騒音成分を減少させることによって、非接触測定であること及び計測上限が高いという従来の超音波検知法の特徴を維持しつつ、計測下限を下げて検出に関するＳ／Ｎ比を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明に係る音響検出部１０の他の実施形態について説明する。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図４においては、測距センサ１８の記載は省略してある。

図２に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍの近傍の両脇（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）に板状の音響シールド１６をそれぞれ配置した実施形態である。これに対し、図４に示す実施形態は、主音響検出器１２ｍを、基材１４に開設されている筒状の開口内に配置した実施形態である。基材１４における筒状の開口内には、吸音材１５を配置することができる。

図４に示す音響検出部１０を用いることによって、主音響検出器１２ｍにおける集音の指向性を向上させることができる。これにより、騒音成分を減少させる処理が容易となり、漏洩音響スペクトラムＤｆ及び漏洩量ＦのＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、主音響検出器１２ｍを、図４に示すＸ方向に移動可能に構成することによって、漏洩部８までの検体距離ｒに応じて指向性の調節を行うことが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明に係る漏洩検出装置の他の実施形態について説明する。なお、図１及び図２に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図２に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍの近傍の両脇（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）に２つの音響シールド１６を配置した実施形態である。これに対し、図５に示す実施形態は、主音響検出器１２ｍの−Ｙ方向に一つの副音響検出器１２ｓを配置した実施形態である。主音響検出器１２ｍと副音響検出器１２ｓとの間には、音響シールド１６を配置してある。

図５に示す副音響検出器１２ｓは、漏洩部８の方向から伝播する周囲の騒音を検出して副音波信号Ｓｓを出力する。音響シールド１６は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓの間、又はこれらの近傍に配置することによって、副音響検出器１２ｓに向かう超音波漏洩音Ｌｓの到達を遮る。主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓとして、例えば指向性を有する超音波マイクロフォンを用いることができる。

主音響検出器１２ｍは、超音波漏洩音Ｌｓ及び漏洩部８の方向から伝播する周囲の騒音の双方を取得して主音波信号Ｓｍに変換している。これに対して副音響検出器１２ｓは、音響シールド１６の存在によって超音波漏洩音Ｌｓが遮られているために、漏洩部８の方向から伝播する周囲の騒音のみを取得して副音波信号Ｓｓに変換する。

処理部２０は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓから取得した主音波信号Ｓｍ及び副音波信号Ｓｓを演算することによって、主音波信号Ｓｍに含まれる騒音成分を低減させて、気体の漏洩判断や、漏洩している気体の漏洩量（気体の流量）の算出精度を向上させている。

被検査物６の漏洩部８から発せられる超音波漏洩音Ｌｓの主な周波数帯は、４０〜１５０ｋＨｚの超音波である。従って、超音波漏洩音Ｌｓの波長は短いめに、音響シールド１６端部における回折は生じにくい。従って、音響シールド１６を配置することによって、副音響検出器１２ｓに対する遮音を効果的に行うことができる。また、音響シールド１６の基材１４は、漏洩部８から発せられる超音波漏洩音Ｌｓを反射せずに吸収する素材を含むものであり、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓに対する超音波の反射を低減させている。

図５に示すように、被検査物６の漏洩部８から発せられた超音波漏洩音Ｌｓの一部は−Ｘ方向に伝播してゆき、主音響検出器１２ｍに到達して主音波信号Ｓｍに変換される。しかし、漏洩部８から発せられた超音波漏洩音Ｌｓは、音響シールド１６に遮音されて副音響検出器１２ｓには直接到達することができない。

図５に示す処理部２０における増幅器２２は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓから取得した音波信号に対して増幅やフィルタリング等の信号処理を行って、処理後の主音波信号Ｓｍ及び副音波信号Ｓｓを出力する。

処理部２０における周波数分析部２４は、主音波信号Ｓｍ及び副音波信号Ｓｓに対して周波数分析を行って、周波数帯域Ｓｆ毎の主音響スペクトラムＦｍ及び副音響スペクトラムＦｓを出力する。主音響スペクトラムＦｍ及び副音響スペクトラムＦｓは、パワースペクトラム又はリニアスペクトラムであり、ＦＦＴ演算（高速フーリエ演算）やフィルタリングの手法を用いて取得することができる。

漏洩音抽出部２８は、主音響スペクトラムＦｍ及び副音響スペクトラムＦｓを入力して、それぞれの周波数帯域Ｓｆ毎の音響スペクトラムＳｐに対してゲインを設定した後に、周波数帯域Ｓｆ毎に差分を演算する。このようにして、主音響スペクトラムＦｍに含まれる周囲の騒音成分を減少させて、超音波漏洩音Ｌｓを効果的に抽出する処理を行うことができる。

漏洩音抽出部２８では、先ず複数の副音響検出器１２ｓを介して取得した副音響スペクトラムＦｓに対してゲイン調整を行う。そして、その後にこれらの総和（総和副音響スペクトラムＡＦｓ）を算出する。例えば、図５に示すように、漏洩部８の近傍に存在している騒音源ＮＥから放射される騒音は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓで検出される。この場合には、主音響スペクトラムＦｍ及び副音響スペクトラムＦｓのそれぞれの周波数帯域Ｓｆ毎の音響スペクトラムＳｐについて差分を演算することで、周囲の騒音成分を減少又はキャンセルさせることができる。

次に、漏洩音抽出部２８における超音波漏洩音Ｌｓの抽出処理の一例を、図６を用いて説明する。図６に示すように、漏洩音抽出部２８では、総和副音響スペクトラムＡＦｓと主音響スペクトラムＦｍとを得ている。総和副音響スペクトラムＡＦｓは、超音波漏洩音Ｌｓを含まない周囲の騒音の音響スペクトラムＳｐであり、主音響スペクトラムＦｍは、周囲の騒音と超音波漏洩音Ｌｓを含む音響スペクトラムＳｐである。

なお、同図に示す周波数帯域Ｓｆは、それぞれの音響スペクトラムＳｐの周波数ｆの分解能に相当する。また、同図に示す漏洩音域Ｂｆは、４０〜１５０ｋＨｚの範囲内におけるいずれかの音域であり、漏洩音抽出部２８は、この漏洩音域Ｂｆの音域の超音波漏洩音Ｌｓを抽出ことができる。

主音響スペクトラムＦｍには、超音波漏洩音Ｌｓが含まれている。被検査物６における気体の漏洩を検出する際には、先ず超音波漏洩音Ｌｓの存在を利用者に通知するための漏洩検出判定Ｌｅを検出する。そして、利用者に対して漏洩部８の存在を通知する。漏洩検出判定Ｌｅは、主音響スペクトラムＦｍの漏洩音域Ｂｆにおいて、例えば音響スペクトラムＳｐの値が、所定の漏洩音閾値Ｐｓを超えているか否かに基づいて判断することができる。

図６に示す実施形態では、漏洩音閾値Ｐｓを超えている部分が存在しているので、漏洩音抽出部２８は漏洩検出判定Ｌｅの出力を決定する。この漏洩検出判定Ｌｅは、表示・出力部６０に伝達されて、利用者に通知される。なお、漏洩音閾値Ｐｓは、主音響検出器１２ｍから被検査物６における漏洩部８までの検体距離ｒに応じて変更することもできる。

図６に示すように、漏洩音抽出部２８では、主音響スペクトラムＦｍと総和副音響スペクトラムＡＦｓとを用いて演算処理を行って、主音響スペクトラムＦｍに含まれる周囲の騒音成分を減少又はキャンセルさせる。このようにして、超音波漏洩音Ｌｓの漏洩音響スペクトラムＤｆを抽出する。図６に示す実施形態では、各周波数帯域Ｓｆ毎に主音響スペクトラムＦｍと総和副音響スペクトラムＡＦｓとの差を演算して、漏洩音響スペクトラムＤｆを取得している。

更に漏洩音抽出部２８では、漏洩音響スペクトラムＤｆの漏洩音域Ｂｆにおける音響スペクトラムＳｐの総和、又は最大値等に基づいて演算を行って計測音圧ＳＰＬ（ｄＢ）を取得して、漏洩量算出部３２に出力する。

図５に示す漏洩量算出部３２は、漏洩音抽出部２８から入力した計測音圧ＳＰＬと、距離算出部２６等から入力した検体距離ｒとを用いて、漏洩量Ｆを算出する処理を行う。漏洩量Ｆの算出方法については、前述した（式１）〜（式９）を用いることができる。

（第４の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明に係る音響検出部１０の他の実施形態について説明する。なお、図１、図２及び図５に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図７においては、測距センサ１８の記載は省略してある。

図５に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍと副音響検出器１２ｓとの間に板状の音響シールド１６を一枚配置した実施形態である。これに対し、図７に示す実施形態は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓの両側に音響シールド１６を配置した実施形態である。

図７に示す音響検出部１０を用いることによっても、図５に示した漏洩検出装置と同様の効果を得ることができる。また、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓを、図７に示すＸ方向に移動可能に構成することによって、漏洩部８までの検体距離ｒに応じて指向性の調節を行うことが可能となる。

（第５の実施形態）
次に、図８を参照して、本発明に係る音響検出部１０の他の実施形態について説明する。なお、図１、図２及び図５に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図８においては、測距センサ１８の記載は省略してある。

図５に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍと副音響検出器１２ｓとの間に板状の音響シールド１６を一枚配置した実施形態である。これに対し、図８に示す実施形態は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓを、基材１４に開設されている筒状の開口内に配置した実施形態である。基材１４における筒状の開口内には、吸音材１５を配置することができる。

図８に示す音響検出部１０を用いることによっても、図５に示した漏洩検出装置と同様の効果を得ることができる。また、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓを、図８に示すＸ方向に移動可能に構成することによって、漏洩部８までの検体距離ｒに応じて指向性の調節を行うことが可能となる。

（第６の実施形態）
次に、図９を参照して、本発明に係る音響検出部１０の他の実施形態について説明する。なお、図１、図２及び図５に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍの−Ｙ方向に一つの副音響検出器１２ｓを配置した実施形態である。これに対し、図９に示す実施形態は、主音響検出器１２ｍの近傍の両脇（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）に２つの副音響検出器１２ｓをそれぞれ配置した実施形態である。

図９に示すように、複数の副音響検出器１２ｓを用いることによって、漏洩部８の周囲における騒音の検出をより確実に行うことができ、主音響スペクトラムＦｍに含まれる騒音成分を減少させて漏洩音響スペクトラムＤｆ及び漏洩量ＦのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

なお、図９に示す実施形態では、漏洩部８よりも遥か遠方（Ｘ方向）に存在する騒音源から放射される騒音は、主音響検出器１２ｍ及び２つの副音響検出器１２ｓによって検出される。従って、主音響検出器１２ｍから取得した主音響スペクトラムＦｍのゲイン１に対して、２つの副音響検出器１２ｓから取得した副音響スペクトラムＦｓのゲインを−１／２とすることによって、周囲の騒音成分を減少又はキャンセルさせることができる。

（第７の実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明に係る漏洩検出装置の他の実施形態について説明する。なお、図１、図２及び図９に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図１０においては、測距センサ１８の記載は省略してある。

図９に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍの近傍の両脇（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）に板状の音響シールド１６をそれぞれ配置し、副音響検出器１２ｓに対しては片側のみ音響シールド１６を配置した実施形態である。これに対し、図１０に示す実施形態は、副音響検出器１２ｓの両側に音響シールド１６を配置した実施形態である。図１０に示す音響検出部１０及び処理部２０を用いることによっても、図９にて説明した漏洩検出装置と同様の効果を得ることができる。

（第８の実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明に係る音響検出部１０の他の実施形態について説明する。なお、図１、図２及び図９に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。図１１においては、測距センサ１８の記載は省略してある。

図９に示した実施形態は、主音響検出器１２ｍの近傍の両脇（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）に板状の音響シールド１６をそれぞれ配置した実施形態である。これに対し、図１１に示す実施形態は、主音響検出器１２ｍ及び副音響検出器１２ｓを、基材１４に開設されている筒状の開口内に配置した実施形態である。基材１４における筒状の開口内には、吸音材１５を配置することができる。

図１０に示す音響検出部１０を用いることによって、副音響検出器１２ｓにおける集音の指向性を向上させることができると共に、副音響検出器１２ｓの指向性を主音響検出器１２ｍの指向性と等しくすることができる。これにより、騒音成分を減少させる処理が容易となり、漏洩音響スペクトラムＤｆ及び漏洩量ＦのＳ／Ｎ比を向上させることができる。

以上、実施の形態を参照して本発明による漏洩検出装置及び漏洩検出方法について説明したが、本発明による漏洩検出装置及び漏洩検出方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

また、本発明に係る漏洩検出装置及び漏洩検出方法は、ロケットエンジン用の機器や配管における気体の漏洩検出や、タービンエンジンやレシプロエンジン、各種プラント、その他における配管の漏洩検出に適用することができる。

６...被検査物
８...漏洩部
１０...音響検出部
１２ｍ...主音響検出器
１２ｓ...副音響検出器
１４...基材
１５...吸音材
１６...音響シールド
１８...測距センサ
２０...処理部
２４...周波数分析部
２６...距離算出部
２８...漏洩音抽出部
３２...漏洩量算出部
３６...データベース
３８...入力部
６０...表示・出力部
ｂ...環境定数
Ｆ...漏洩量
Ｆｍ...主音響スペクトラム
Ｆｓ...副音響スペクトラム
Ｌｅ...漏洩検出判定
Ｌｓ...超音波漏洩音
ＰＷＬ...発生音圧
ｒ...検体距離
Ｓｍ...主音波信号
Ｓｐ...音響スペクトラム
ＳＰＬ...計測音圧
Ｓｓ...副音波信号

Claims (12)

1. 被検査物における漏洩部から漏洩する気体の超音波漏洩音、及び前記漏洩部の方向から伝播する周囲の騒音を検出して主音波信号を出力する主音響検出器と、
   前記主音波信号に対して周波数分析を行って、主音響スペクトラムを出力する周波数分析部と、
   前記主音響スペクトラムに含まれる周囲の騒音成分を減少させて前記超音波漏洩音を抽出して、計測音圧を取得する漏洩音抽出部と、
   前記主音響検出器から前記漏洩部近傍までの検体距離を取得して、当該検体距離及び前記計測音圧を用いて、前記超音波漏洩音の発生音圧を算出する漏洩量算出部を備える漏洩検出装置。
2. 前記漏洩量算出部は、漏洩する気体の密度及び気体の音速を含む検出環境に応じて決定される環境定数を取得し、前記発生音圧及び前記環境定数に基づいて、漏洩部における気体の漏洩量を算出する請求項１に記載の漏洩検出装置。
3. 漏洩する気体の密度及び気体の音速を含む検出環境に応じて決定される環境定数を記録するデータベースを備え、
   前記漏洩量算出部は、前記データベースから前記環境定数を取得する請求項２に記載の漏洩検出装置。
4. 前記漏洩部と主音響検出器とを結ぶ直線と平行、且つ主音響検出器の近傍に配置され、前記主音響検出器に到達する周囲の騒音を遮る音響シールドを備える請求項１乃至３のいずれかに記載の漏洩検出装置。
5. 前記音響シールドは、鋼板や銅板、アルミニウム板等の金属板又は樹脂板から構成される基材を含み、
   前記基材における前記主音響検出器側の表面に、樹脂、スポンジ等の吸音材を配置した請求項４に記載の漏洩検出装置。
6. 前記漏洩音抽出部は、４０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの間の超音波漏洩音を抽出する請求項１乃至５のいずれかに記載の漏洩検出装置。
7. 前記主音響検出器から前記漏洩部近傍までの前記検体距離に関する信号を検出して出力する測距センサと、
   前記測距センサから取得した前記検体距離に関する信号に基づいて、前記検体距離を算出して出力する距離算出部と、
   を備え、
   前記漏洩量算出部は、前記距離算出部にて算出した前記検体距離を取得する請求項１乃至６のいずれかに記載の漏洩検出装置。
8. 前記主音響検出器の近傍に配置され、前記漏洩部の方向から伝播する周囲の騒音を検出して副音波信号を出力する副音響検出器を備え、
   前記音響シールドは、少なくとも前記主音響検出器と前記副音響検出器との間に配置され、前記副音響検出器に対する前記超音波漏洩音の到達を遮る機能を有し、
   前記周波数分析部は、前記主音波信号及び前記副音波信号に対して周波数分析を行って、主音響スペクトラム及び副音響スペクトラムを出力し、
   前記漏洩音抽出部は、前記主音響スペクトラム及び前記副音響スペクトラムを用いて、前記主音響スペクトラムに含まれる周囲の騒音成分を減少させて前記超音波漏洩音を抽出して、計測音圧を取得する
   請求項１乃至７のいずれかに記載の漏洩検出装置。
9. 主音響検出器において、被検査物における漏洩部から漏洩する気体の超音波漏洩音、及び前記漏洩部の方向から伝播する周囲の騒音を検出して主音波信号を出力する工程と、
   周波数分析部において、前記主音波信号に対して周波数分析を行って、主音響スペクトラムを出力する工程と、
   漏洩音抽出部において、前記主音響スペクトラムに含まれる周囲の騒音成分を減少させて前記超音波漏洩音を抽出して、計測音圧を取得する工程と、
   漏洩量算出部において、前記主音響検出器から前記漏洩部近傍までの検体距離を取得して、当該検体距離及び前記計測音圧を用いて、前記超音波漏洩音の発生音圧を算出する工程と、
   を有する漏洩検出方法。
10. 前記漏洩音抽出部は、４０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの間の超音波漏洩音を抽出する工程を含む請求項９に記載の漏洩検出方法。
11. 漏洩する気体の密度及び気体の音速を含む検出環境に応じて決定される環境定数を取得する工程と、
    前記漏洩量算出部において、前記発生音圧及び環境定数に基づいて漏洩部における気体の漏洩量を算出する工程を含む請求項１０に記載の漏洩検出方法。
12. 副音響検出器において、前記主音響検出器の近傍に配置され、前記漏洩部の方向から伝播する周囲の騒音を検出して副音波信号を出力する工程を有し、
    前記周波数分析部は、前記主音波信号及び前記副音波信号に対して周波数分析を行って、主音響スペクトラム及び副音響スペクトラムを出力する工程を有し、
    前記漏洩音抽出部は、前記主音響スペクトラム及び前記副音響スペクトラムを用いて、前記主音響スペクトラムに含まれる周囲の騒音成分を減少させて前記超音波漏洩音を抽出して、計測音圧を取得する工程を有する請求項９乃至１１のいずれかに記載の漏洩検出方法。

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