JP2014190840A

JP2014190840A - 油膜検知装置

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Publication number: JP2014190840A
Application number: JP2013066696A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Omori; 茂大森; Takehito Okumura; 剛人奥村
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】簡単な構成により誤検知要因光に起因する監視負担を解消するようにした油膜検知装置を提供する。
【解決手段】水面からの反射光の受光信号に基づき、外部への出力信号を生成する出力信号生成部と、生成された出力信号を外部に出力する出力部と、を備えた油膜検知装置において、出力信号生成部は、受光信号を、油膜を検知するための受光信号レベルの下限値である第１の閾値Ｌ_１、及び誤検知要因光の受光信号レベルの下限値である第２の閾値Ｌ_２と比較し、受光信号が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満の範囲にある場合には、油膜の有無を検知する油膜検知信号を生成し、受光信号が前記第１の閾値未満である場合または前記第２の閾値以上である場合には、前記油膜検知信号を生成しないようにした。これにより、油膜以外の物体からの反射光や外乱光を油膜による反射光として誤検知するのを防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、水面からの反射光を受光してその受光信号を処理することにより油膜を検出する油膜検知装置に関するものである。

水と油との反射率の違いを利用し、浄水場や河川、湖沼等の水面に光を照射してその反射光の強度を測定することにより、水面における油膜の有無を検知するという油膜検知方法を用いた油膜検知装置が、例えば特許文献１，特許文献２により知られている。
このうち、特許文献１に記載された油膜検知器は、光源から照射した光が水面で反射した反射光を受光してその受光信号のピーク値をホールドし、そのピークホールド値を変換した電流信号が、水と検知対象油の反射光受光レベルの中間値に設定された設定値を超えた場合には、油膜警報接点信号を出力するようになっている。また、アルミ箔などの反射し易い浮遊物が滞留している場合は、電流信号と異常の継続時間とを判定し、エラー警報接点信号を出力するようになっている。

また、特許文献２には、水面を検出するセンサ部の出力信号を第１，第２の閾値とそれぞれ比較してこれらの閾値を超えた合計時間の比率を求めることにより、水面の波立ちや、ビニール片等の反射物が存在する場合の誤検出を防止し、また、第１，第２の閾値を超えた合計時間をそれぞれ座標軸とする二次元領域を複数の警報ランクに割り当てることで、各閾値を超える信号強度の頻度を反映させた多様な警報を出力させる油検知装置の警報判定方法が開示されている。

特開２００３−１４９１３４号公報（段落［０００８］〜［００１２］、図１，図２等）。特許第４３４７５３６号公報（段落［００２９］〜［００３４］，［００３８］〜［００４３］、図１，図５等）。

特許文献１に記載された従来技術では、受光信号のピークホールド値が所定の閾値を超えた場合には、油膜検知信号（油膜警報接点信号）が出力される。このため、アルミ箔やビニール片等の浮遊物からの反射光やカメラのフラッシュ等の外乱光（以下、これらを誤検知要因光という）によるピーク値を検知した際に、遠隔の監視装置には、油膜検知信号が入力され、モニターへの表示や音声等によるアラームを発生させてしまう。すなわち、別途エラー警報接点信号が出力されるとしても、油膜検知信号が出力されることに変わりはなく、誤検知要因光に起因する監視負担が解消されないという問題があった。

これに対し、特許文献２によれば、誤検知要因光による油膜検知信号の出力を防止することが一応可能である。しかしながら、この特許文献２では、油膜の有無を判定するためのロジックが複雑であり、油膜検知信号の出力が所望のタイミングで適切に行われない（誤検知を防止できない、あるいは、必要な油膜検知信号が発報されない）場合に、どのように設定を修正すればよいのか分かりにくいという問題があった。

また、従来の油膜検知装置は、受光信号に対応した測定値信号（電流信号等）を出力するが、誤検知要因光を受光した場合には、この測定値信号も受光信号に連動して大きく変化する。出力された測定値信号は、遠隔の監視装置等に入力され、これを監視員が随時確認したり、油膜監視記録として保管したりしているが、この測定値信号からだけでは、測定値信号の変化が誤検知要因光によるものなのか、油膜によるものなのかが判別できず、誤検知要因光に起因する監視負担が解消されないという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、簡単な構成により誤検知要因光に起因する監視負担を解消するようにした油膜検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、水面に向けて光を照射する発光部と、前記水面からの反射光を受光し、該受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、前記受光信号が入力され、該受光信号に基づき外部への出力信号を生成する出力信号生成部と、前記出力信号生成部が生成した出力信号を外部に出力する出力部と、を備えた油膜検知装置において、
前記出力信号生成部は、前記受光信号を、油膜の有無の判定に用いる第1の閾値、及び誤検知の判定に用いる前記第1の閾値より高レベルの第２の閾値と比較し、
前記受光信号が第1の閾値以上かつ第２の閾値未満の範囲にある場合には、油膜の有無を報知する油膜検知信号を生成し、前記受光信号が前記第１の閾値未満である場合または前記第２の閾値以上である場合には、前記油膜検知信号を生成しないことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した油膜検知装置において、前記出力信号生成部は、所定期間以上連続して、前記受光信号が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満の範囲にある場合にのみ、前記油膜検知信号を生成することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した油膜検知装置において、前記出力信号生成部は、前記受光信号が前記第２の閾値未満である場合には、前記受光信号に対応した測定値信号を生成し、前記受光信号が前記第２の閾値以上である場合には、前記測定値信号に代えて、直前の測定値信号を保持したホールド信号を生成することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載した油膜検知装置において、前記出力信号生成部は、前記受光信号が前記第２の閾値以上である場合には、異常な受光信号を検出したことを報知する異常信号を生成することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載した油膜検知装置において、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて前記受光信号のピーク値をホールドする動作を行うピークホールド手段を備え、前記出力信号生成部は、前記受光信号に代えて、前記ピークホールド手段から出力されるピークホールド値を第１の閾値及び第２の閾値と比較し、該比較の結果に応じた出力信号を生成することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載した油膜検知装置において、前記出力信号生成部は、前記タイミング信号をカウントし、前記比較の結果が所定カウント値以上連続して同一であるときに、該比較の結果に応じた出力信号を生成することを特徴とする。

本発明によれば、出力信号生成部が、受光信号を、油膜の有無の判定に用いる第１の閾値、及び誤検知の判定に用いる前記第１の閾値より高レベルの第２の閾値と比較して、その結果に応じて各種出力信号を生成するため、油膜以外の物体からの反射光や外乱光に起因する油膜検知信号を誤って出力することがない。従って、誤検知要因光に起因する監視負担を解消することができ、また、油膜検知信号の出力が所望のタイミングで適切に行われない場合には、第１の閾値、第２の閾値、カウント値等の設定を変更するだけでよいため、分かりやすく、監視負担を軽減させることができる。
また、必要に応じて、誤検知要因光の受光時には直前の測定値信号を保持したホールド信号を生成することで、誤検知要因光によるノイズが出力信号に含まれるのを防止すると共に、異常信号を出力させて監視等に役立てることもできる。

本発明の実施形態に係る油膜検知装置全体の概略ブロック図である。図１における出力信号生成部の機能ブロック図である。本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。図２における出力信号生成部の動作を示すフローチャートである。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態に係る油膜検知装置全体の概略ブロック図である。
図１において、１は油膜検知装置であり、検出器２と、出力信号生成部３を含む図示しない演算制御部と、出力部４とを備えている。

検出器２は、水面に向けて光を照射するＬＥＤやレーザ等により構成される発光部と、水面からの反射光を受光し、その受光量に応じた受光信号を出力する受光部とを備えている。
受光信号は増幅器やＡ／Ｄ変換器等を介して出力信号生成部３に入力される。この出力信号生成部３は、後述するようにピークホールド手段を備えており、一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて受光信号をサンプリングしてピーク値をホールドする。そして、このピークホールド値を、油膜の有無の判定に用いる第１の閾値、及び誤検知の判定に用いる前記第１の閾値より高レベルの第２の閾値と比較して、その結果に応じて各種出力信号を生成するようになっている。すなわち、出力信号を生成する条件を満たしたときに、必要な信号を生成するようになっている。
なお、検出器２がピークホールド手段を備え、出力信号生成部３は、入力されたピークホールド値を閾値と比較し、各種出力信号を生成するようになっていてもよい。

出力部４は、油膜検知信号としての警報接点信号と、測定値信号として、受光信号のピークホールド値を例えば４〜２０[ｍＡ]の直流電流のレベルによって外部に伝える伝送出力信号と、誤検知要因光に起因する異常な受光信号を検出した場合の異常信号とが出力されるようになっており、これらの各信号は、ケーブルを介して遠隔の監視装置等の外部の受信計（図示せず）に送られている。

次に、出力信号生成部３の構成及び作用について、図２を参照しつつ説明する。
図２は、出力信号生成部３の機能ブロック図である。図２において、増幅器やＡ／Ｄ変換器等を経た受光信号はピークホールド手段３ａに入力され、前記タイミング信号によりサンプリングされてホールドされたピーク値（ピークホールド値）を出力する。なお、受光信号はピークホールド手段を経た後にディジタル信号に変換されるようにしてもよい。

ピークホールド値は、第１の閾値Ｌ_１及び第２の閾値Ｌ_２が与えられた比較手段３ｂに入力されており、この比較手段３ｂの比較結果により信号生成手段３ｃは、前述した警報接点信号、伝送出力信号、異常信号を生成する。なお、出力信号生成部３は、ＣＰＵ等の演算処理装置及びプログラムによって構成されている。
ここで、第１の閾値Ｌ_１は、水面に存在する油膜による反射光の受光信号レベルの下限値に相当する値である。また、第２の閾値Ｌ_２は、油膜による反射光の受光信号レベルよりも大きい値であって、前述した誤検知要因光の受光信号レベルの下限値に相当する値である。

次に、図３は、本実施形態の全体的な動作を示すタイミングチャートであり、図４は出力信号生成部３の動作を示すフローチャートである。
以下、これらの図を参照しつつ本実施形態の動作を説明する。

まず、図３（ａ）は、図２の出力信号生成部３に入力される受光信号であり、時間軸上の「△」はピークホールド手段３ａに入力されるタイミング信号のタイミングを示している。図３（ａ）における縦軸上のＬ_０は、油膜が存在しない水面からの反射光による受光信号レベルであり、定常時であっても水面の波立ちなどにより振動している。また、第１の閾値Ｌ_１は、前述したように水面の油膜を検知するための受光信号レベルの下限値であり、第２の閾値Ｌ_２は誤検知要因光による受光信号レベルの下限値である。

本実施形態では、油膜による光の反射率が水面による反射率よりも高いことに着目し、水面に光を照射してその反射光の強度を測定することにより反射率を求め、これによって水面における油膜の有無を検知するという油膜検知方法を採用している。油の種類によっても異なるが、油膜の反射率は、水面による反射率の約１．５倍から約２倍であるから、閾値Ｌ_１は、水面による反射率よりも高い値であって、測定対象とする油の種類の油膜の反射率よりも低い値の範囲内で任意に設定される。
また、閾値Ｌ_２は、水面による反射率の約２倍よりも大きい値に設定されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の受光信号のピークホールド値を概念的に示した図である。図２のピークホールド手段３ａでは、前回〜今回のタイミング信号の間の入力信号レベルのピーク値を今回〜次回のタイミング信号の期間、保持するものとする。

図３（ｃ）は、警報接点信号を示している。
ここで、（ｃ１）のモードは、図３（ｂ）のピークホールド値が第１の閾値Ｌ_１と第２の閾値Ｌ_２との間にある期間、警報接点信号がアクティブになるようにした例である。また、（ｃ２）のモードは、ノイズ等によってピークホールド値が瞬間的に第１の閾値Ｌ_１を超えるような場合を除外して油膜検知精度を高めるため、例えば図２におけるタイミング信号のカウント値「２」に相当する期間以上にわたってピークホールド値がＬ_１とＬ_２との間にある場合に、警報接点信号がアクティブになるようにした例である。これらのモード（ｃ１），（ｃ２）については、いずれを用いても良い。
図３（ｄ）は伝送出力信号、図３（ｅ）は、誤検知要因光を受光した場合の異常信号であり、信号生成手段３ｃが図３（ｃ）の警報接点信号、図３（ｄ）の伝送出力信号、図３（ｅ）の異常信号を出力する動作については、図４に示す比較手段３ｂ及び信号生成手段３ｃの動作と共に以下に説明する。なお、図４において、「Ｓ」は閾値と比較する前述のピークホールド値を示すものである。

いま、水面に油膜が存在し、その時の受光信号が図３(ａ)の信号Ｓ_１であったとすると、図３（ｂ）に示すように、ピークホールド値Ｐ_１は油膜検知用の第１の閾値Ｌ_１と誤検知要因光のための第２の閾値Ｌ_２との間にある（図４のステップ１ＹＥＳ，ステップ２ＹＥＳ）。
そして、比較手段３ｂが例えばモード（ｃ２）により判定動作を行う場合、タイミング信号のカウント値が「２」以上であることを判定してその結果を信号生成手段３ｃに出力する（図４のステップ３ＹＥＳ）。この場合、信号生成手段３ｃは警報接点信号（油膜検知信号）を生成する条件を満たしたものと判断し、警報接点信号を生成する（オン）。また、信号生成手段３ｃは、伝送出力信号としてピークホールド値に応じた信号（測定値信号）を生成するが、異常信号を生成する条件は満たしていないものと判断し、異常信号は生成しない（オフ）（図４のステップ４）。
一方、カウント値が「２」未満である場合には、信号生成手段３ｃは警報接点信号及び異常信号を生成せず（オフ）、伝送出力信号として前述の測定値信号を生成する（図４のステップ５）。

このように所定期間（所定カウント値）以上連続して、ピークホールド値Ｐ_１が油膜検知用の第１の閾値Ｌ_１と誤検知要因光のための第２の閾値Ｌ_２との間にある場合にのみ、警報接点信号を生成することで、水面の波立ち等による瞬間的な誤検知要因光に起因する誤警報を少なくすることができる。なお、カウント値は所望のタイミングで油膜検知信号の出力が行われるように適宜決定することができる。

ここで、比較手段３ｂがモード（ｃ１）により判定動作を行う場合には、図４におけるステップ３を省略すればよい。また、図４のステップ１における判定がＮＯであった場合には、カウント値が「２」未満である場合と同様に、信号生成手段３ｃは警報接点信号及び異常信号を生成せず（オフ）、伝送出力信号として前述の測定値信号を生成する（図４のステップ５）。
なお、図３（ｃ）におけるＡ_１，Ｂ_１は、それぞれモード（ｃ１），（ｃ２）に従った場合の警報接点信号である。

次に、図３(ａ)の信号Ｓ_２に示すように、油膜以外による誤検知要因光が受光され、信号Ｓ_２に対応する図３（ｂ）のピークホールド値Ｐ_２が第２の閾値Ｌ_２以上である場合（図４のステップ１ＹＥＳ，ステップ２ＮＯ）、信号生成手段３ｃは警報接点信号を生成せず（オフ）、伝送出力信号として直前の測定値信号を保持したホールド信号を生成し、異常信号を生成する（オン）（図４のステップ６）。なお、図４のステップ６の実行前にステップ３と同様のステップを実行するようにしてもよい。
ここで、図３（ｃ）のモード（ｃ１）におけるＡ_２は、ピークホールド値Ｐ_２に対応する警報接点信号を仮想的に示したものであり、本実施形態ではこの警報接点信号を生成しないようにしたため、誤検知要因光に起因する誤警報は出力されない。

また、この実施形態では、図３（ｄ）の伝送出力信号については、図３（ｂ）のピークホールド値Ｐ_２に応じた信号である伝送出力信号Ｃ_２’を生成せずに、直前の（前サンプル周期の）伝送出力信号Ｃ_２を保持したホールド信号を生成する。これにより、誤検知要因光による測定データがノイズとして伝送出力信号に含まれるのを未然に防止することが可能である。
更に、ピークホールド値Ｐ_２に対応する警報接点信号を生成しない代わりに、ピークホールド値Ｐ_２に同期させて図３（ｅ）の異常信号を生成することにより、高レベルの受光信号を発生させるような事象（例えば水面上の金属による反射光や外乱光の入射など）が発生したことを異常として外部に知らせ、監視等に役立てることができる。

上記のように本実施形態によれば、出力信号生成部３が、受光信号のピークホールド値を、油膜の有無の判定に用いる第１の閾値、及び誤検知の判定に用いる前記第１の閾値より高レベルの第２の閾値と比較して、その結果に応じて各種出力信号を生成するため、油膜以外の金属等による反射光やカメラのフラッシュ等の外乱光に起因する油膜検知信号を誤って出力することがない。従って、誤検知要因光に起因する監視負担を解消することができる。
また、必要に応じて、誤検知要因光の受光時には直前の測定値信号を保持したホールド信号を生成することで、誤検知要因光によるノイズが出力信号に含まれるのを防止すると共に、異常信号を出力させて監視等に役立てることもできる。
更に、油膜検知信号の出力が所望のタイミングで適切に行われない場合には、第１の閾値、第２の閾値、カウント値等の設定を変更するだけでよいため、分かりやすく、監視負担を軽減させることができる。
なお、本発明による油膜検知装置は、上述の実施形態に限られるものではなく、例えば、油膜検知結果等を表示するための表示部や、表示の切り替えや設定の変更を行うための入力部を備えていてもよい。

本発明は、水質監視装置や水質分析装置における油膜検知に利用することができる。

１：油膜検知装置
２：検出器
３：出力信号生成部
３ａ：ピークホールド手段
３ｂ：比較手段
３ｃ：信号生成手段
４：出力部

Claims

水面に向けて光を照射する発光部と、
前記水面からの反射光を受光し、該受光量に応じた受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号が入力され、該受光信号に基づき外部への出力信号を生成する出力信号生成部と、
前記出力信号生成部が生成した出力信号を外部に出力する出力部と、
を備えた油膜検知装置において、
前記出力信号生成部は、前記受光信号を、油膜の有無の判定に用いる第１の閾値、及び誤検知の判定に用いる前記第１の閾値より高レベルの第２の閾値と比較し、
前記受光信号が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満の範囲にある場合には、油膜の有無を報知する油膜検知信号を生成し、前記受光信号が前記第１の閾値未満である場合または前記第２の閾値以上である場合には、前記油膜検知信号を生成しないことを特徴とする油膜検知装置。
請求項１に記載した油膜検知装置において、
前記出力信号生成部は、所定期間以上連続して、前記受光信号が第１の閾値以上かつ第２の閾値未満の範囲にある場合にのみ、前記油膜検知信号を生成することを特徴とする油膜検知装置。
請求項１または２に記載した油膜検知装置において、
前記出力信号生成部は、前記受光信号が前記第２の閾値未満である場合には、前記受光信号に対応した測定値信号を生成し、前記受光信号が前記第２の閾値以上である場合には、前記測定値信号に代えて、直前の測定値信号を保持したホールド信号を生成することを特徴とする油膜検知装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載した油膜検知装置において、
前記出力信号生成部は、前記受光信号が前記第２の閾値以上である場合には、異常な受光信号を検出したことを報知する異常信号を生成することを特徴とする油膜検知装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載した油膜検知装置において、
一定周期で出力されるタイミング信号に基づいて前記受光信号のピーク値をホールドする動作を行うピークホールド手段を備え、
前記出力信号生成部は、前記受光信号に代えて、前記ピークホールド手段から出力されるピークホールド値を第１の閾値及び第２の閾値と比較し、該比較の結果に応じた出力信号を生成することを特徴とする油膜検知装置。
請求項５に記載した油膜検知装置において、
前記出力信号生成部は、前記タイミング信号をカウントし、前記比較の結果が所定カウント値以上連続して同一であるときに、該比較の結果に応じた出力信号を生成することを特徴とする油膜検知装置。