JP2022153125A - 処理判断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測器の検出部の近傍に設置する透過窓を洗浄または交換する処理判断装置を提供すること
【解決手段】透過性材料で形成された透過窓２と、透過窓２を介して流体に向けて光を投射する発光部６と、透過窓２を通して散乱される投射光の散乱光を受光する受光部４と、パラメータ入力部１６と、入力されたパラメータに基づきデータ保存部に保存されたデータを選択するデータ選択部１５と、受光した散乱光に応じて受光部４が出力する電気信号と選択されたデータとの比較により透過窓２の処理を判断する比較判断部１２とを備える処理判断装置３。
【選択図】図１

Description

本開示は、処理判断装置に関し、特に、計測器の処理判断装置に関する。より詳細には、流体との接触部位の洗浄または交換を判断する処理判断装置に関するものである。

流体との接触面において、例えば種々の液体、気体、粉体、ゲルなどが流動する配管の内壁において、その液体、気体、粉体、ゲルに含まれる成分の一部や異物などが接触面に付着し、さらには堆積し、汚れを生ずることが知られている。またはその液体、気体、粉体、ゲルなどに含まれる成分の一部が化学反応により汚れを生じることも知られている。配管の途中に流体の状態を計測する計測器の検出部を設けることがあるが、精度よく流体の状態を計測するためには、流体と接触した検出部の汚れが問題となる。

特許文献１には、このような検出部に付着、堆積する汚れの量を精度よく測定するために、例えば透過窓を介して流体に向けて光を投射する発光部と、透過窓の流体との接触面で反射される投射光を透過窓を介して受光する受光部を備えた汚れ判断装置が提案されている。

特許第６８０４４０３号

特許文献１に示された構成の汚れ判断装置は、透過窓の流体との接触面で反射される投射光の反射光を透過窓を介して受光する受光部を設ける構成であり、透過窓の流体との接触面の汚れの種類によっては、汚れを検知できない場合があった。

本開示は、容易な構成により、透過窓の汚れを検知し、その汚れに応じて透過窓の洗浄または交換などの処理を判断する処理判断装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る処理判断装置は、透過性材料で形成された透過窓と、透過窓を介して流体に向けて光を投射する発光部と、透過窓を通して散乱される投射光の散乱光を受光する受光部と、パラメータ入力部と、入力されたパラメータに基づきデータ保存部に保存されたデータを選択するデータ選択部と、受光した散乱光に応じて受光部が出力する電気信号と選択されたデータとの比較により透過窓の処理を判断する比較判断部とを備えたものである。

本開示は、容易な構成により配管の透過窓の適切な処理を判断できる、という利点がある。

図１は、本開示の一実施形態に係る配管に取り付けた光学式計測器の外観を示す断面図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る処理判断装置により選択されたデータの例を示す図である。 図３は、本開示の一実施形態に係る処理判断装置により選択されたデータの例を示す図である。

実施形態
以下、本実施形態を図に基づいて説明する。図１は、実施形態による配管１１を検出部１と共に示す図である。

本実施形態では、検出部１として、配管１１に搭載可能なラマン散乱分光装置を用いた例を示す。検出部１は配管１１の外壁側面に設けられる。配管１１の内部には、測定試料が、図において左から右方向へ流れている。配管１１の外壁側面に設けられた透過窓２を介して、配管１１の内部にＬＥＤ光、レーザー光等が投射される。配管１１の内部の測定試料により散乱する光の情報、例えば波長や強度を測定し、散乱光の情報により測定試料の量を測定したり、測定試料の成分を特定する。光の透過を遮らないように、透過窓２は、清浄な状態が必要となる。しかし長期間にわたって配管の中を測定試料が流動する場合や、測定試料の種類によっては、測定試料に含まれる成分または異物等が、配管１１の内壁や透過窓２の内壁に付着し、堆積する。

処理判断装置３には、検出部１に近接して透過窓２が設置される。処理判断装置３は、透過窓２の測定試料との接触面に付着し、堆積した測定試料に含まれる成分または異物等の状態を、受光部４で検出する。検出部１は、透過窓２に堆積した汚れにより散乱する光の情報を検出する。ここでいう光の情報とは、光の強度、波長、波数、スペクトル、ラマンシフト、エネルギー、揺らぎ、干渉、光子数、空間分布、時間分布などを含む。散乱光は四方八方へ拡がるので、配管１１において検出部１を所望の位置に配置しやすいため、構成を容易にできる。検出部１において検出される散乱光は、ラマン散乱、ブリュアン散乱、トムソン散乱、コンプトン散乱、レイリー散乱、ミー散乱を含む。散乱光は、反射光と比較して汚れの内部の状態についてもより詳細に検知できる。処理判断装置３は、検出部１において検出された光の情報から透過窓２に堆積した汚れの種類および／または量を算出する。処理判断装置３は、汚れの種類および／または量から、透過窓２の洗浄または交換を判断する。透過窓２の洗浄が必要と判断されれば、処理判断装置３は、例えば透過窓２の洗浄の開始を洗浄部５へ指示する。指示に応じて、洗浄部５は洗浄液により、透過窓２の洗浄を実施する。透過窓２の交換が必要と判断されれば、処理判断装置３は、交換が必要であることを表示部に表示して、管理者、使用者などに知らせる。透過窓２の交換が必要と判断されれば、処理判断装置３は、交換機構へ指示する。指示に応じて交換機構は透過窓の交換を実施する。

検出部１はラマン散乱分光装置を備えている。ラマン散乱光とは、照射した光が物質と相互作用することにより、入射光と異なる波長をもつ散乱光である。その波長差は、物質が持つ分子振動のエネルギー分に相当することから分子構造に関する知見が得られる。ラマン散乱光によって、分子構造の特定や、組成、応力、温度、電気特性、配向、結晶性などの物性を知ことにより、汚れの種類、量、性質を詳細に検出することが出来る。ラマン散乱分光装置は、透過窓２の一箇所の分析（スポット分析）のみならず、ＸＹ軸方向に適用したマッピング分析、Ｚ軸方向に適用した深さ分析、フォトルミネッセンス分析も可能であるため、より汚れの詳細について検出することが出来る。

処理判断装置３は、洗浄部５と電気的に接続されている。処理判断装置３は、発光部６と受光部４を備えた受発光部７、比較判断部１２、データ保存部１３、データ選択部１５、パラメータ入力部１６から構成され、透過窓２を介して測定試料と接している。処理判断装置３を構成する各部は配線１７を介して電気的に接続されている。図１において、透過窓２と測定試料が接触した接触面の汚れ８を示す。発光部６は、透過窓２を介して測定試料に向けて光を投射する。受光部４は、透過窓２と測定試料が接触した接触面等で散乱された光を受光する。受光部４は、受光した光の受光強度、波長などの情報に応じて変換した電気信号を出力する。データ選択部１５は、パラメータ入力部１６から得られた第一情報に基づいて、データ保存部１３に保存されている複数のデータから、当該第一情報に対応するデータ１４を選択する。比較判断部１２は、選択されたデータ１４と受光部４から出力された電気信号を比較し、透過窓２の洗浄または交換の判断を行う。判断結果に応じて、洗浄部５に洗浄開始の指示を行う。判断結果に応じて、透過窓２の交換の指示を行う。

図２は、実施形態においてデータ選択部１５により選択されたデータを示す図である。受光強度特性グラフは、時間の経過とともに透過窓２に付着し、堆積した汚れ８が増加し、接触面に付着、堆積する汚れ８の成分や異物に起因して散乱する光が増える。その結果、例えば受光強度が増加していく。受光強度特性グラフには第一汚れしきい値を設定する。第一汚れしきい値とは、検出部１による汚れ８の種類または／および量の測定において、測定誤差が拡大すると判断される汚れ８の量であり、また、入力されるパラメータを鑑みて、透過窓２の洗浄の開始が望ましいと判断されるしきい値である。第一汚れしきい値は、一つ波長における受光強度のみで決定されるものではなく、複数の波長における受光強度、散乱光スペクトル、波数、スペクトル、ラマンシフト、エネルギー、揺らぎ、干渉、光子数、空間分布、時間分布によっても決定され得る。また、第一汚れしきい値は入力されるパラメータとも相互に判断して決定され、データ１４に示されるものである。比較判断部１２において、受光部４が出力した電気信号と、選択された受光強度特性グラフと比較を行う。比較判断は、連続的であっても、ある時間間隔で周期的に行ってもよい。受光強度が、第一汚れしきい値を超えた時、透過窓２の洗浄を行うよう、比較判断部１２は、透過窓２の洗浄を判断する。比較判断部１２は、洗浄部５への電気的な信号にて、透過窓２の洗浄の指示を行う。洗浄開始後も、受光部４は受光強度の計測を継続する。透過窓２の測定試料との接触面の汚れ８が洗浄されたと判断できる受光強度、散乱光スペクトル等となった時点で、透過窓２の洗浄を終了するよう、比較判断部１２は、洗浄部５へ電気的な信号にて、洗浄終了の指示を行う。

図３は、実施形態においてデータ選択部１５により選択されたデータを示す図である。受光強度特性グラフには第一汚れしきい値に加えて第二汚れしきい値を設定する。第二汚れしきい値は、第一汚れしきい値を超えて透過窓２の洗浄を開始したものの、洗浄の効果が小さいために汚れ８の量が増大し、透過窓２の交換が望ましいと判断されるしきい値である。第二汚れしきい値は、一つ波長における受光強度のみで決定されるものではなく、複数の波長における受光強度、散乱光スペクトル、波数、スペクトル、ラマンシフト、エネルギー、揺らぎ、干渉、光子数、空間分布、時間分布によっても決定され得る。また、第二汚れしきい値は入力されるパラメータとも相互に判断して決定され、データ１４に示されるものである。比較判断部１２において、受光部４が出力した電気信号と、選択された受光強度特性グラフと比較を行う。比較判断は、連続的であっても、ある時間間隔で周期的に行ってもよい。受光強度が、第二汚れしきい値を超えた時、透過窓２の交換を行うよう、比較判断部１２は、透過窓２の交換を判断する。比較判断部１２は、洗浄部５への電気的な信号にて、透過窓２の交換の指示を行う。透過窓２交換後も、受光部４は受光強度の計測を継続する。透過窓２の測定試料との接触面の汚れ８が改善されたと判断できる受光強度、散乱光スペクトル等となった時点で、測定試料の計測を開始する。汚れしきい値は１つでも良いし、２つ以上でも良い。

汚れ８の性状は、配管１１の内部を流れる測定試料の種類や、温度等の他のパラメータによっても変動するため、種々の受光強度特性グラフが、データ保存部１３に保存されている。データ選択部１５は、入力されたパラメータに応じて、適切な受光強度特性グラフを選択し、参照する。例えばパラメータ入力部を温度センサとし、得られた温度により異なるデータを自動で選択する。測定試料の種類に応じて複数のデータを使い分けてもよい。測定試料の種類によって、付着し、堆積した汚れ８の洗浄のしやすさが異なるからである。なお、透過窓２の処理判断装置３の汚れ判断時にデータ選択部１５に入力するパラメータであるが、パラメータ入力部を外部から入力設定が可能な入力端末として、作業者がパラメータを入力して、データを選択するものであってもよい。

本実施形態における、透過窓２の処理動作の一例について説明する。透過窓２の測定試料との接触面の汚れ８の状態が、受光部４から、受光強度などに応じて変換した電気信号として出力される。汚れ８の検出結果である電気信号と、入力されたパラメータに基づき選択したデータ１４との比較判断の結果に応じて、透過窓２の処理判断装置３は、洗浄の開始を洗浄部５に指示する。指示により、洗浄部５は、洗浄液を吹き付けて、透過窓２の汚れ８を洗浄する。指示により、洗浄部５は配管１１に洗浄液を流動させても良いし、測定試料の流速を早めて洗浄効果を得ても良い。洗浄部５は、配管１１を減圧、加圧、加熱しても良い。比較判断部１２は、透過窓２の洗浄方法を判断する。洗浄方法は、超音波などの物理作用に基づく物理洗浄、化学的な洗浄剤を用いた化学洗浄、微生物、バクテリア、タンパク質、酵素など生物由来の洗浄剤を用いた生物洗浄を用いても良い。洗浄剤として液体、粉末、スラリー、気体を用いても良い。比較判断部１２は、洗浄剤として有機溶液、水溶液、スラリー、ナノバブル含有液体を用いても良い。有機系の汚れ８に対して、洗浄剤として有機溶液を用いることが好ましい。水溶性の汚れ８に対して、洗浄剤として水溶液を用いることが好ましい。比較判断部１２は汚れ８に応じて洗浄に最適な洗浄剤のデータベースを参照しても良い。透過窓２の接触面の洗浄の状態を処理判断装置３は判断する。洗浄の判断結果に応じて洗浄の終了を、処理判断装置３は洗浄部５に指示する。指示により、洗浄部５は、透過窓２の洗浄を終了する。ここでメンテナンス動作は終了するが、引き続き汚れ８の判断は継続して行い、判断結果に応じて、メンテナンスとして洗浄を実施する。

比較判断部１２は、発光部６からの投射光により透過窓２を洗浄することを判断しても良い。投射光は、高い洗浄効果が期待できるレーザー光であっても良い。投射光は、汚れ８が吸収する波長を含む。投射光は、透過窓２と測定試料との接触面内において走査できることが好ましい。投射光は、透過窓２と測定試料との接触面内に焦点を有するよう集光しても良い。比較判断部１２は、汚れ８の検出と異なる波長、エネルギーの投射光により、透過窓２を洗浄しても良い。

測定試料に含まれる濃度の高い成分や化学的に反応性の高い成分は配管１１の内壁全体に付着し、堆積することで、汚れ８となる。本実施の形態１では、受発光部７は、透過窓２を介して測定試料と接するように設置される。透過窓２は、光を透過する透明性を有した透過性材料で形成され、測定試料が配管１１の外部へ漏れ出ないようにシール材を介して配管１１に設置される。透過窓２は、具体的には、ガラス、アクリル樹脂、ポリスチレン等の透過性を有し、かつ測定試料水で侵されない材料で作製されている。透過窓２は３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光に対して透過性を有することが好ましい。測定試料と接触する透過窓２の面の一部に光散乱膜を設けても良いし、光散乱を発生する微細構造を設けても良い。光散乱膜は金属酸化物、ポリマー、光散乱粒子を含んでも良い。微細構造は１００ｎｍ以下の凹凸を含んでいても良い。微細構造は周期構造、繊維、モルフォロジー、ナノワイヤ、金属ナノ構造、Ａｇ構造、Ａｕ構造、表面増強ラマン散乱素子でも良い。

透過窓２の上流側に、透過窓２に近接して、配管１１に洗浄部５を設ける。洗浄部５は、処理判断装置３の判断結果に応じて、洗浄液として、高圧水、薬液等を透過窓２付近に流動させて、透過窓２の汚れ８の洗浄を開始する。洗浄部５は、洗浄する箇所よりも上流側に設けるのがよい。下流側の設置では、流動する測定試料の流動方向に逆らって、洗浄液を流動させて洗浄を行う必要があるため、洗浄の際の洗浄の効果が減ずるためである。なお洗浄液の流動は、連続的であっても、断続的であってもよい。連続的であれば、短時間で汚れ８を除去する効果が見込める。一方、断続的であれば、流動開始時の洗浄液が汚れ８とぶつかる衝撃を複数回与えることができ、衝撃による汚れ除去の効果が見込め、さらに洗浄液の少量化の効果もある。ここでは、洗浄部５は、透過窓２の上流側に一つのみを設置した例を示したが、これに限るものではなく、複数の洗浄部５を設置して、透過窓２の洗浄を効率的に短時間で行ってもよい。洗浄部５の設置位置も、配管１１の管径が細い場合などには、透過窓２に対向させて設置してもよい。洗浄部５は超音波素子、ヒーター、冷却素子を含んでも良い。

洗浄剤と測定試料とを衝突させて乱流により透過窓２を洗浄しても良い。処理判断装置３は測定試料または／および洗浄剤の流れを散乱光により検出しても良い。処理判断装置３は洗浄により透過窓２から除去され、配管１１の内部に放出された汚れ８を散乱光により検出しても良い。

上述の実施形態では、発光部６としては、電球、ＬＥＤ、半導体レーザー等があるが、これらに限るものではない。汚れ８の状態の検出精度を向上させるには、受光部４は散乱光のみを受光するのが望ましい。そのためには、投射光の受光部４への回り込みや乱反射光を抑制するのがよく、投射光は透過窓２の方向に直進性を有することが望ましい。受光部４としては、光電変換素子としてフォトダイオード、フォトトランジスタ等があるが、これらに限るものではない。受光部４は散乱光をより詳細に検知するために、グレーチング、光導波路、集光レンズ、光干渉回路、ミラー、合分波回路、光分岐回路、フォトニック結晶、フィルタを含んでも良い。

パラメータ入力部１６は、温度センサ、湿度センサ、粘度センサ、導電率センサ、タイマー、ＧＰＳ、赤外線カメラ、ＲＧＢカメラ、圧力センサ、気圧センサ、ガスセンサ、匂いセンサ、マイク、超音波センサ、化学センサ、味覚センサ、加速度センサ、ジャイロセンサでも良い。パラメータ入力部１６は手動でパラメータを入力しても良い。パラメータ入力部１６は、ネットワークと接続して、位置情報、環境情報、使用履歴、使用者などのパラメータを用いても良い。

上述の実施形態では、計測器として、配管に設置可能なラマン散乱分光装置を用いた例を示したがこれに限るものではなく、光散乱装置であってもよい。

上述の実施形態では、測定試料として、流体の性状の計測が必要であり、計測の際の検出部に汚れが生じる測定試料であれば、他の工業用水や工業廃水、工業油、潤滑油、絶縁油、飲料、食品、生体サンプルであってもよい。測定試料は液体に限らず、気体、粉体、ゲルであっても構わない。透過窓２の洗浄または交換の判断において、データ選択部１５は、測定試料に応じたデータを選択する。

上述の実施形態による処理判断装置は、測定試料と接触して設けた透過窓の測定試料との接触面の汚れを散乱光で検出するようにしたので、発光部と受光部を近接して設置でき、金属製の配管でも、また測定試料の種類に依存することなく、容易な構成で、配管に設けた透過窓の処理判断装置を得ることができる。

上述の実施形態では、処理判断装置からの汚れの状態の検出結果と選択されたデータに基づいた洗浄の指示により、計測器の検出部を洗浄または交換するようにしたので、効率的に計測器をメンテナンスすることが出来る。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１検出部
２透過窓
３処理判断装置
４受光部
５洗浄部
６発光部
７受発光部
８汚れ
１１配管
１２比較判断部
１３データ保存部
１４データ
１５データ選択部
１６パラメータ入力部
１７配線

Claims (5)

1. 透過性材料で形成された透過窓と、
   前記透過窓を介して流体に向けて光を投射する発光部と、
   前記透過窓を通して散乱される投射光の散乱光を受光する受光部と、
   パラメータ入力部と、
   入力されたパラメータに基づきデータ保存部に保存されたデータを選択するデータ選択部と、
   受光した散乱光に応じて前記受光部が出力する電気信号と選択されたデータとの比較により前記透過窓の処理を判断する比較判断部と
   を備える処理判断装置。
2. 前記散乱光はラマン散乱光である請求項１記載の処理判断装置。
3. 前記比較判断部は前記透過窓の洗浄または交換を判断する請求項１記載の処理判断装置。
4. 前記比較判断部は前記透過窓の洗浄方法を判断する請求項１記載の処理判断装置。
5. 前記比較判断部は前記透過窓を前記投射光により洗浄することを判断する請求項１記載の処理判断装置。

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