JP2585648B2 - 気泡信号によるリーク検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はバルブやポンプ等の密閉容器のリークを検知
するため、液体中にこれらを置いた時に発生する気泡を
電気信号として検出し、この信号から密閉容器のリーク
を検知するリーク検出方法に関する。

（従来の技術） 従来の気泡検出方法としては、例えば第５図に示すよ
うに、下部に逆円錘状に形成した気泡収集部1aを設け、
上方にポケット部1bを設け、このポケット部1bに液位セ
ンサ1cを設けた気泡検出装置１により行われていた。

即ち、バルブやポンプ等の密閉容器２を液体中に置き
密閉容器２内に気体を送り込み、密閉容器２から発生す
る気泡３を気泡収集部1aで集め、密閉容器２から発生す
る気泡がなくなるまでこの状態を保つ。気泡検出装置１
の上部のポケット部1bに溜った気体が液位を押し下げ、
そのレベルを液位センサ1cで検出して気泡の全体量を計
測し、密閉容器２のリークの有無を判断していた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来例の気泡検出方法によると、
気泡を直接検出しないで溜った結果でリークの有無を判
断するので、次のような問題点があった。

密閉容器２の周囲に付着していた気泡の気体量や密閉
容器２の表面の凹部に溜っていた気泡の気体量が気泡検
出装置１で収集した気体量に含まれので、密閉容器２の
リークによる気体量の精度の良い検出ができない。

気泡を直接に検出するのでなく気泡検出装置１に溜っ
た気体を計測するので、リークの有無の判断に時間を要
する。密閉容器の種類によるが、付着気泡がなくなるま
で３〜10分を要していた。

また、温度による気体の膨脹のため液位が変化した
り、僅かの気泡では液位に変化を及ぼさないこと等から
測定値の精度が低く信頼性に乏しい。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、密閉容器
等のリークを確実に判定できる気泡信号によるリーク検
出方法を提供することを目的とする （問題点を解決するための手段） 上記従来例の問題点を解消するため、本発明に係るリ
ーク検出方法は次のようになされる。

液体中に没した密閉容器に気圧を加えて気泡を発生さ
せる。

この気泡をパルス信号に変換して気泡信号を得る。

この気泡信号と一定のパルス幅（パルス継続時間）を
繰り返し有するタイマパルスとを論理回路に入力し、前
記タイマパルスの各パルス継続時間に存在する気泡信号
のパルスの個数の総量を検出する。

そして、相隣り合うタイマパルスのパルス幅に於ける
前記気泡信号のパルスの個数の総量の変化量を求め、リ
ークが生じていない密閉容器を液体中に没しさせた場合
に密閉容器を周囲に付着する初期付着泡に起因して前記
タイマパルスの隣接する各パルス継続時間に存在する気
泡信号のパルスの個数の差を基に算出した設定値と、前
記変化量とを比較することにより前記密閉容器のリーク
の有無を判断する。

その際に、前記タイマパルスの各パルス継続時間に同
期させて、密閉容器への加減圧を交互に行うことを特徴
としている。

（作用） 本発明方法は上記のようになされるので、気泡の発生
状況を直接パルス信号として得、リーク気泡の他に密閉
容器の壁面や凹部に溜まった気泡が存在しても、タイマ
パルスのパルス継続時間に存在する気泡信号のパルスの
個数の総量を検出して、相隣り合うタイマパルスのパル
ス幅に於けるこれらの値の変化量を設定値と比較するに
際し、タイマパルスの各パルス継続時間に同期させて密
閉容器への加減圧を交互に行うので、リークが存在して
いる場合の前記変化量を大きくすることができ、密閉容
器のリークの有無を正確に判断することが可能となる。

（実施例） 本発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。

液体中に没した密閉容器に気圧を加えて気泡を発生さ
せ、この気泡をパルス信号に変換する。気泡をパルス信
号に変換する装置としては、例えば第２図に示すような
気泡検出装置を用いる。

気泡検出装置11は、先端部になるほど大きく開口する
円筒状の気泡収集部12を設けている。気泡収集部12の内
壁面は凹凸のない鏡面仕上げに形成し、液体中に気泡検
出装置11を設置したとき、密閉容器から発生する気泡が
スムーズに流れるようになっている。また、気泡収集部
12の広がり角θは、気泡がスムーズに浮上して流れるよ
うに120度以下であることが望ましい。

気泡収集部12の上部にはこれに連続して断面が楕円形
の円筒状の絞り部13を形成する。絞り部13は、液体中を
上昇する気泡３の検出精度を高めるために設けられたも
のである。

絞り部13の壁部14には、絞り部13を隔てて互いに対向
して気泡検出手段としての一対の光ファイバ15.16を設
け、気泡検出部を形成している。光ファイバ15には、一
定電圧の電気信号を電気−光変換器（図示せず）を介し
て光信号が投光される。受光用の光ファイバ16の一端に
は光−電気変換器（図示せず）が接続され、光の受光量
に対応したパルス信号が得られるようになっている。前
記絞り部13の横断面は、一対の光ファイバ15.16が対面
する方向に細長い楕円形に形成され、絞り部13を通過す
る気泡が光ファイバ15から投光される光線束内を通過す
るようになっている。

絞り部13の上方には、これに連続し上端部になるほど
大きく開口する気泡開放部17を形成する。気泡開放部17
は、気泡検出部を通過して浮上する気泡３が絞り部13付
近にとどまって、上昇する気泡３の移動を妨げないよう
にしたものであり、上端を大きく開口して気泡３がスム
ーズに浮上して流れるようになっている。

即ち、液体中を上昇する気泡３が光ファイバ15.16間
の絞り部13を通過すると、光ファイバ15から投光される
光が気泡に入射する。気泡中の空気と液体との密度の差
により、入射した光の一部は液体と空気の境界面及び空
気と液体の境界面とで屈折し、入射光に対して拡散す
る。従って、絞り部13に気泡が存在すると光ファイバ16
で受光する光の量が減少する。また、大きな気泡の場
合、光ファイバ16の受光量の減少している時間が長く持
続する。光ファイバ16には光−電気変換器が接続されて
おり、気泡の容積．数量等の情報を含んだ受光量をパル
ス信号として検出する。

このようにして得られたパルス信号からなる気泡信号
（パルスが（Ｈ）のとき気泡が絞り部13に存在している
ものとする。）は、第１図に示すように、ANDゲートと
しての論理回路21に入力され、論理回路21には一定周期
のタイマパルスが入力される。そして、気泡信号及びタ
イマパルスがすべて（Ｈ）のとき論理回路21は（Ｈ）の
パルスを出力する。

またタイマパルスに同期した信号を切替弁Ｖの制御部
に与え、タイマパルスに同期して切替弁Ｖを切り替えて
密閉容器２に通じるポンプＰからの圧力を制御し、密閉
容器２内の圧力の加減を行う。すなわち、タイマパルス
の第１パルス＃１のとき、密閉容器２内を加圧するよう
に切替弁Ｖが接続され、第２パルス＃２のとき密閉容器
２内を減圧するように切替弁Ｖの接続がタイマパルスに
よって制御されるようになっている。その後パルス＃
１′パルス＃２′で加減圧を繰り返し、タイマパルスに
同期して密閉容器２内が交互に加圧．減圧されるように
なっている。

論理回路21から出力されるパルスは計数器22に入力さ
れ、ここでパルスの数をカウントする。計数器22にはタ
イマパルスが入力され、タイマパルスの立ち上がりに同
期して前記論理回路21からのパルスをカウントし始め、
タイマパルスの立ち下がりに同期して論理回路21からの
パルスのカウントを終了する。従って、パルス＃1.パル
ス＃２……のパルス継続時間に存在する気泡信号のパル
スの個数の総数が順次検出される。

計数器22で検出されたパルスのカウント数は置数器23
に一時的に記憶され、次のパルスによるカウント数が置
数器23に入力されると同時に置数器24にシフトされる。
即ち、タイマパルスの最初のパルス＃１が（Ｈ）のとき
に発生する気泡の個数のカウント数N1を置数器23で記憶
し、タイマパルスの２番目のパルス＃２が（Ｈ）のとき
に発生する気泡の個数のカウント数N2を置数器23で記憶
すると同時に前記カウント数N1を置数器24にシフトして
記憶する。３番目のパルス＃１′で発生する気泡の個数
のカウント数を置数器23で記憶するとき、置数器24には
パルス＃２で発生する気泡の個数のカウント数が記憶さ
れる。従って、置数器23及び置数器24には、パルス＃１
及びパルス＃２で発生する気泡の個数のカウント数．パ
ルス＃２及びパルス＃１′で発生する気泡の個数のカウ
ント数．パルス＃１′及びパルス＃２′で発生する気泡
の個数のカウント数の順でそれぞれ記憶される。

置数器23.24で一時的に記憶されたカウント数はそれ
ぞれ比較器25に入力され、ここでパルス＃１で発生した
気泡のカウント数とパルス＃２で発生した気泡のカウン
ト、パルス＃２で発生した気泡のカウント数とパルス＃
１′で発生した気泡のカウント数、パルス＃１′で発生
した気泡のカウント数とパルス＃２′で発生した気泡の
カウント数、の差の絶対値である変化量、すなわち、相
隣り合うタイマパルスのパルス幅に於ける気泡信号のパ
ルスの個数の総量の変化量を順次求める。更にこの変化
量とレファランスレジスタ26に記憶された設定値との比
較を行う。

設定値はリークの有無を判断するために予め決められ
た基準値であり、カウント数の変化量が設定値より大き
い場合にはリークが生じているものとして、比較器25か
らその旨の信号を出力する。設定値は、リークが生じて
いない密閉容器によって密閉容器の周囲に付着した気泡
がタイマパルス＃1.＃２等の間に絞り部13を通過する個
数の合計の差をデータとして蓄積し、この値から決めら
れる。すなわち、一定時間における気泡の個数の変化量
を検出し、この値が設定値より大きい場合にはリークが
生じているものと判断するのである。

密閉容器を液体中に置いたとき、密閉容器表面の凹部
やネジ穴等に付着した気泡（初期付着泡）は、時間と共
に液体中を上昇する気泡の個数が減少することが実験で
確かめられている。そして、初期付着泡に起因する気泡
は密閉容器に何等かの衝撃が加わると著しく増減する。
本実施例ではタイマパルスに同期して密閉容器内への加
圧．減圧を交互に行うことにより、初期付着泡による気
泡の発生を促進させてそれによる変化量を少なくすると
ともに、密閉容器にリークが生じている場合、加減圧を
行うことにより気泡の発生量に大きな差が生じるように
している。

液体中に密閉容器を置き気体を送り込んだ状態で静止
すると、気泡検出装置で検出される気泡の個数は、第３
図の実線で示すように、時間と共に減少する。ここでタ
イマパルスに同期して密閉容器内への加圧．減圧を交互
に行うと、密閉容器にリークが生じている場合には、加
圧に際して、存在するリーク発生源からの空気の漏れ量
が増加するので、タイマパルス＃1.＃１′の加圧時に点
線のように気泡数が増加する。従って、パルス＃１で発
生した気泡のカウント数とパルス＃２で発生した気泡の
カウント数の変化量が大きくなり、リーク判断に確実性
が確保される。

また、減圧時においても加圧時と同様の気泡量が検出
される場合には、他の原因（例えば、衝撃による）で気
泡が発生しているものとして、パルス＃１で発生した気
泡のカウント数とパルス＃２で発生した気泡のカウント
数の変化量が小さくなり、気泡個数が多くても密閉容器
にリークが生じていないと判断するのである。すなわ
ち、タイマパルスに同期して密閉容器内への加圧．減圧
を交互に行うことにより信頼性の高いリークの有無の判
断をすることができる。

本実施例では、密閉容器から発生する気泡の変化量か
らリークの有無の検出を行なうようにしたが、気泡信号
のパルスの個数やパルス幅の総和を検出し、本実施例と
組み合わせることにより、更に高精度のリーク検出方法
とすることができる。

すなわち、第４図に示すように、上述した密閉容器か
ら発生する気泡の変化量からリークの有無を判断するリ
ーク判断器Ａの他に、気泡の総容積の値でリークの有無
を判断するリーク判断器Ｂと、気泡の個数の総数でリー
クの有無を判断するリーク判断器Ｃとに、既に説明した
気泡検出装置で得られた気泡信号を入力する。

リーク判断器Ｂでは、気泡信号はANDゲートとしての
論理回路31に入力され、論理回路31には、気泡信号の周
波数の10〜100倍の周波数をもつクロックパルスと、予
め設定した計測時間（設定時間）中に（Ｈ）の信号を出
力するタイマパルスが入力される。そして、気泡信号．
クロックパルス及びタイマパルスがすべて（Ｈ）のとき
論理回路31は（Ｈ）のパルスを出力する。

このパルスは計数器32に入力され、ここでパルスの数
をカウントする。従って、ここでは設定時間内に絞り部
13を通過した気泡が光信号を遮断している時間に何個の
クロックパルスが存在できるか、いいかえれば絞り部13
を通過したパルス幅の総和すなわち気泡の総容積を検出
することができる。

計数器32で検出されたパルスのカウント数は比較器33
に入力され、レファランスレジスタ34に記憶された設定
値との比較を行う。設定値はリークの有無を判断するた
めに予め決められた基準値であり、カウント数が設定値
より大きい場合にはリークが生じているものとして、比
較器33からその旨の信号を出力する。設定値は、リーク
が生じていない密閉容器によって密閉容器の周囲に付着
した気泡が予め設定した時間（設定時間）内に絞り部13
を通過する総容積をデータとして蓄積し、この値から決
められる。

リーク判断器Ｃでは、気泡信号はANDゲートとしての
論理回路35に入力され、論理回路35には、予め設定した
計測時間（設定時間）中に（Ｈ）の信号を出力するタイ
マパルスが入力される。そして、気泡信号及びタイマパ
ルスがすべて（Ｈ）のとき論理回路35は（Ｈ）のパルス
を出力する。

このパルスは計数器36に入力され、ここでパルスの数
をカウントする。従って、ここでは設定時間内に絞り部
13を通過した気泡が光信号を遮断する回数、いいかえれ
ば絞り部を通過した気泡の総個数を検出することができ
る。

計数器36で検出されたパルスのカウント数は比較器37
に入力され、レファランスレジスタ38に記憶された設定
値との比較を行う。設定値はリークの有無を判断するた
めに予め決められた基準値であり、カウント数が設定値
より大きい場合にはリークが生じているものとして、比
較器37からその旨の信号を出力する。設定値は、リーク
が生じていない密閉容器によって密閉容器の周囲に付着
した気泡が予め設定した時間（設定時間）内に絞り部13
を通過する個数の合計をデータとして蓄積し、この値か
ら決められる。

気泡には大小様々な径のものが存在し、例えば、個数
は１個でも気泡が大きいと漏れが多いことになる。気泡
の大きいものは容積で、小さいものは数や変化量で検出
したほうがリークの有無の判断が正確にできる。従っ
て、リーク判断器Ａにリーク判断器B.リーク判断器Ｃを
組み合わせることによって、正確かつ信頼性の高いリー
クの有無の判断をすることができる。

（発明の効果） 本発明は、液体中に没した密閉容器に気圧を加えて気
泡を発生させ、この気泡をパルス信号に変換して気泡信
号を得、この気泡信号とタイマパルスとを論理回路に入
力し、タイマパルスのパルス継続時間に存在する気泡信
号のパルスの個数の総量を検出し、相隣り合うタイマパ
ルスのパルス幅に於けるこれらの値の変化量を求め、こ
の値を予め設定した値と比較することによって密閉容器
のリークの有無を判断する。

その際に、タイマパルスに同期させて密閉容器への加
圧と減圧を交互に行うことにより、密閉容器にリークが
生じている場合には、気泡の発生量に大きな変化を与え
ることができ、リーク検出の精度の向上を図ることがで
きる。

すなわち、気泡の発生状況を直接パルス信号として得
ることができ、リーク気泡の他に密閉容器の壁面や凹部
に溜まった気泡が存在しても、発生する気泡の変化量で
リークの有無を判断するので、壁面や凹部に溜まった気
泡が変化量に与える影響が少なく、密閉容器のリークの
有無を正確に判断することを可能とする。

また、変化量が検出できれば密閉容器にリークが生じ
ているか否かを判断することができるので、従来に比較
して短時間でリークの有無を検知することができる。ま
た、密閉容器から発生する気泡を直接検出するので、従
来例と比較して精度のよい検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
実施例の気泡信号を得るための気泡検出装置の断面説明
図、第３図は実施例において密閉容器への加減圧を行っ
た場合の気泡数を表すグラフ、第４図は本発明の他の実
施例を示すブロック図、第５図は従来の気泡検出方法を
示す説明図である。 ２……密閉容器 11……気泡検出装置 12……気泡収集部 13……絞り部 15……光ファイバ 16……光ファイバ 17……気泡開放部 21……論理回路 22……計数器 23.24……置数器 25……比較器 26……レファランスレジスタ Ｖ……切替弁 Ｐ……ポンプ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体中に没しさせた密閉容器に気圧を加え
   て気泡を発生させ、この気泡をパルス信号に変換して気
   泡信号を得た後、 この気泡信号と一定のパルス幅（パルス継続時間）を繰
   り返し有するタイマパルスとを論理回路に入力し、前記
   タイマパルスの各パルス継続時間に存在する気泡信号の
   パルスの個数の総量を検出し、 相隣り合うタイマパルスのパルス幅に於ける前記気泡信
   号のパルスの個数の総量の変化量を求め、リークが生じ
   ていない密閉容器を液体中に没しさせた場合に密閉容器
   の周囲に付着する初期付着泡に起因して前記タイマパル
   スの隣接する各パルス継続時間に存在する気泡信号のパ
   ルスの個数の差を基に算出した設定値と、前記変化量と
   を比較することにより前記密閉容器のリークの有無を判
   断するとともに、 前記タイマパルスの各パルス継続時間に同期させて、密
   閉容器への加減圧を交互に行うことを特徴とする気泡信
   号によるリーク検出方法。