JP3780476B2 - 光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置に係り、特に、発電所およびその関連施設，化学プラントや鉄鋼プラントなどの生産設備，送電設備／変電設備など広い領域に光ファイバを布設し、ガスケットや配管などの測定対象部位の温度変化を監視する光ファイバ温度計測装置と、温度変化に基づき熱媒体の漏洩および／または火災の発生などを検知する熱媒体漏洩検出装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度センサとしては、一般に熱電対が知られている。熱電対は、基本的に特定の１点の温度を測定するセンサである。
【０００３】
これに対し、光ファイバを利用すると、光ファイバ自身が温度センサとなるので、長距離の温度分布を測定でき、数千点の温度計に相当するデータを得られる利点がある。
【０００４】
図６は、従来の光ファイバ温度計測装置の系統構成の一例を示す図である。例えば、高温の液体または気体が熱媒体として配管６８内を通過する場合に、測定対象部位６２〜６５に光ファイバ６１を巻き付け、または、リング状に巻いた光ファイバ６１を測定対象部位６２〜６５の配管側面に固定し、温度を検出する。
【０００５】
光ファイバ温度測定装置６６は、光ファイバ６１にレーザパルスを照射して、光路から発生する散乱光強度と温度との間に相関があることを利用し、温度を計算する。また、レーザパルスの受信時刻から位置を正確に決定できるので、光ファイバ６１に沿う温度分布が求められる。温度分布の計算結果は、コンピュータ６７に送られ、データ処理される。
【０００６】
図７は、測定対象部位６２〜６５の時間経過に伴う温度変化の一例を示すタイムチャートである。配管の亀裂などが原因で、例えば、測定対象部位６４に配管６８内の熱媒体が漏れ出していると、他の測定対象部位６２，６３，６５と比べて、温度上昇の勾配θが大きくなるから、測定対象部位６４に熱媒体の漏洩が発生していると判断できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、各測定対象部位の温度勾配を比較し、配管内の熱媒体が漏洩しているか否かを判断している。
【０００８】
しかし、配管の熱媒体の漏洩量が微少の場合、温度勾配の違いがほとんど現れない。また、温度勾配が小さいと、検出時間が長くなる。
【０００９】
本発明の目的は、温度勾配が小さい状態でも熱媒体の漏洩などによる温度変化を正確に検出する手段を備えた光ファイバ温度計測装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、配管やガスケットの亀裂などによる熱媒体の漏洩個所や火災の発生個所などを迅速かつ確実に検出する手段を備えた熱媒体漏洩検出装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基準温度環境に置かれた基準温度光ファイバと複数の測定対象部位に置かれた光ファイバとを含み計測対象に布設された光ファイバと、光ファイバ温度測定装置とからなる光ファイバ温度計測装置であって、前記光ファイバ温度測定装置が、測定対象部位のそれぞれに対応して設置され、基準温度と測定対象部位の温度との差Ａと所定時間ｔ前の基準温度と測定対象部位の温度との差Ｂとの差(Ａ−Ｂ)を算出し、その結果を増幅率Ｇ1で増幅し、所定時間ｔと先に算出した温度変化分Ｇ1(Ａ−Ｂ)とから傾きθ1＝Ｇ1(Ａ−Ｂ)/ｔを演算し、同様の手順で所定時間後に演算された傾きθ2と傾きθ1の大きさを比較する差温度勾配演算部と、複数の差温度勾配演算部で演算された傾きθ1を相互比較するとともに、θ1が所定値Ｌｉｍθよりも大きいか否かを判定する第２比較器とを備え、前記第２比較器が、第２比較器の条件を満たすθ1が１点でも存在すると判断した場合には、差温度勾配演算部が、増幅率をＧ2に大きくし、所定測定時間ｔ後の傾きθ2を算出し、他の測定対象部位と比較して傾きθ2が大きくかつ傾きθ2が傾きθ1よりも大きくなっている場合には、より大きな増幅率Ｇ3を設定し、傾きθ3を再度算出し、θ 2 ＞θ 1 ，θ 3 ＞θ 2 ，…，θ n+1 ＞θ n( ｎ：自然数 ) と判定しＧ 1 →Ｇ 2 →Ｇ 3 …→Ｇ n( ｎ：自然数 ) と増幅率設定を n( ｎ：自然数 ) 回繰り返した場合は、温度異常と判断する光ファイバ温度計測装置を提案する。
【００１２】
それぞれの前記差温度勾配演算部は、より具体的には、基準温度と測定対象部位の温度との差を求める第１減算器と、第１減算器の演算結果を記憶する第１メモリと、現在の第１減算器の演算結果Ａから第１メモリに記憶されていた所定時間前の演算結果Ｂを減算する第２減算器と、第２減算器の減算結果Ａ−Ｂを増幅率Ｇ1で増幅する増幅器と、その結果Ｇ1(Ａ−Ｂ)と測定時間ｔとより傾きθ1＝Ｇ1(Ａ−Ｂ)／ｔを演算する傾き演算部と、その結果θ１を記憶する第２メモリと、傾き演算部により演算された現在の傾きθ 2 と第２メモリに記憶されている所定時間前の傾きθ 1 の大きさを比較する第１比較器と、第１比較器がθ n+1 ＞θ n( ｎ：自然数 ) と判定し増幅器の増幅率Ｇ n を大きくした回数を数えるカウンタと、カウンタのカウントが所定値以上になった場合は異常と判断する異常判断部とを備え、第１比較器がθ n+1 ≦θ n( ｎ：自然数 ) と判断した場合はカウンタのカウント値をゼロに設定し増幅器の増幅率を初期値Ｇ 1 に設定する。
【００１３】
前記差温度勾配演算部は、傾きθの要素である時間ｔを固定し、当該固定時間ｔにおける温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を計測する手段を含む。
【００１４】
前記差温度勾配演算部は、また、傾きθの要素である温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を固定し、当該温度差に達するまでの時間ｔを計測する手段を含むようにしてもよい。
【００１５】
前記差温度勾配演算部が、平常時は、傾きθの要素である時間ｔを固定し、当該固定時間ｔにおける温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を計測し、第２比較器の条件を満たすθ1が１点でも生じたと判断した場合には、傾きθの要素である温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を固定し、当該温度差に達するまでの時間ｔを計測する手段を含むことも可能である。
【００１６】
上記いずれの光ファイバ温度計測装置においても、測定対象部位が、複数のエリアに分割されている場合は、基準温度環境に置かれた基準温度光ファイバが、各エリアごとに配置されることが望ましい。
【００１７】
本発明は、上記他の目的を達成するために、上記いずれかの光ファイバ温度計測装置の計測対象が熱媒体の漏洩による温度変化である熱媒体漏洩検出装置を提案する。
【００１８】
通常、熱媒体の漏洩が発生しなければ、時間が経過しても温度は変化しないので、勾配はゼロの一定値を示す。熱媒体の漏洩が発生すると、温度変化が現れ、温度変化分が増幅されるので、勾配θは、大きくなる。すべての測定対象部位において、基準点の温度との差をとると、各測定対象部位の勾配は、一定値を示すが、熱媒体の漏洩が発生した測定対象部位においては、他の測定対象部位と異なる勾配となる。
【００１９】
そこで、本発明においては、多数の測定対象部位の温度勾配を算出した時に、相対的に勾配が大きい測定対象部位が１点でも存在する場合には、増幅率Ｇ1をＧ2に大きくする。同様に、所定時間後の勾配を算出しその点が他の測定対象部位と比較して大きく、かつ、その勾配が前回の勾配よりも大きくなっている場合には、より大きな増幅率Ｇ3を設定する。
【００２０】
このように、増幅率Ｇを繰り返し大きくして、着目する測定対象部位と他の測定対象部位との温度勾配を相対的に比較すれば、配管やガスケットなど、測定対象部位の熱媒体の漏洩を短時間で検知でき、同時に熱媒体の漏洩個所を特定できる。
【００２１】
また、現時点と所定時間前の温度差を増幅すると、熱媒体の漏洩量が微少であっても、検知できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５を参照して、本発明による光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置の実施形態を説明する。
【００２３】
【実施形態１】
図１は、本発明による光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置の実施形態１の系統構成を示すブロック図である。本実施形態１の光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置は、光ファイバ６１と、光ファイバ温度測定装置６６と、コンピュータ６７とからなる。
【００２４】
本実施形態１の光ファイバ６１は、高温の熱媒体が内部を通過する配管６８の測定対象部位６２〜６５に巻き付けられた光ファイバと、基準温度光ファイバ２１とを含んでいる。
【００２５】
基準温度光ファイバ２１は、測定対象部位６２〜６５の温度測定の基準となる温度を与える光ファイバである。基準温度光ファイバ２１は、少なくとも測定対象部位６２〜６５の熱媒体からの熱的影響を受けない環境に設置すべきではあるが、例えば、０℃に正確に維持する必要はない。基準温度光ファイバ２１の温度に対する測定対象部位６２〜６５の温度の差分を正確に検出できればよいからである。
【００２６】
光ファイバ温度測定装置６６は、少なくとも２つの差温度勾配演算部２２とそれらの勾配演算結果を比較する第２比較器２３とを備えている。
【００２７】
図２は、実施形態１における差温度勾配演算部２２の詳細な内部構成の一例および差温度勾配演算部２２と第２比較器２３との接続関係を示すブロック図である。
【００２８】
差温度勾配演算部２２は、測定対象部位６２〜６５の数だけ設置されている。それぞれの差温度勾配演算部２２は、減算器１０１〜１０４を介して、基準温度光ファイバ２１と測定対象部位６２〜６５との差分温度を入力する。
【００２９】
差温度勾配演算部２２は、基準温度２１と測定対象部位６２〜６５温度との減算結果を一時保存する第１メモリ１０５と、減算器１０６と、増幅器１０７と、傾き演算部１０８と、傾き演算結果を一時保存する第２メモリ１０９と、傾きを比較する第１比較器１１０と、カウンタ１１１と、繰り返し回数を比較する第３比較器１１２と、異常判断部１１３とからなる。
【００３０】
傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法には、下記実施形態２ないし実施形態４に示す３方法がある。
【００３１】
【実施形態２】
図３は、傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法の実施形態を示す図である。本実施形態２においては、まず、減算器１０１が、測定対象部位６２の温度から基準温度２１を減算し、その結果Ａを第１メモリ１０５に格納する。
【００３２】
次に、所定時間前の測定対象部位６２の温度から基準温度２１を減算した結果Ｂを第１メモリ１０５から読み出す。
【００３３】
減算器１０６は、ΔＴ1′[＝(Ａ−Ｂ)]を算出する。増幅器１０７は、ΔＴ1′に増幅率Ｇ1を掛けて、ΔＴ1(＝Ｇ1・ΔＴ1′)を算出する。傾き演算部１０８は、ΔＴ1を測定時間ｔで割って、傾きθ1(＝ΔＴ1／ｔ＝Ｇ1・ΔＴ1′／ｔ)を算出し、その結果θ1を第２メモリ１０９に格納する。
【００３４】
第２比較器２３は、各測定対象部位６２〜６５の傾きθ1を監視しており、いずれか１つの測定対象部位(例えば、測定対象部位６２)の傾きθ1が他の測定対象部位の傾きθ1と比較して大きく、しかも、傾きθ1の初期しきい値設定値Ｌｉｍθ１１４よりも大きい場合は、測定対象部位６２〜６５の差温度勾配演算部２２の増幅器１０７の増幅率をＧ1からＧ2に設定(Ｇ2＞Ｇ1)するように指示を出す。
【００３５】
次の所定時間ｔ後に、同様の処理を実行し、温度変化分ΔＴ2から傾きθ2を算出し、第２メモリ１０９から所定時間前の傾きθ1を読み出し、第１比較器１１０で傾きθ1とθ2とを比較する。その結果、傾きが大きく(θ2＞θ1)、しかも、第２比較器２３で測定対象部位６２が他の測定対象部位と比較して大きい場合には、増幅器１０７の増幅率をＧ2からＧ3に設定(Ｇ3＞Ｇ2)し、カウンタ１１１を更新する。
【００３６】
さらに、次の所定時間ｔ後に、同様の処理を実行し、温度変化分ΔＴ3から傾きθ3を算出し、メモリ２から所定時間前の傾きθ2を読み出し、第１比較器１１０で傾きθ2とθ3とを比較する。傾きが大きく(θ3＞θ2)、しかも、第２比較器２３で測定対象部位６２が他の測定対象部位と比較して大きい場合には、カウンタ１１１を更新する。
【００３７】
第３比較器１１２は、カウンタ１１１の値がしきい値Ｎと比較して大きくなった場合、すなわち、傾きθが大きい状態が所定回数Ｎを越えた場合は、異常判断部１１３に信号を送る。異常判断部１１３測定対象部位６２に熱媒体の漏洩が発生したと判断し、操作員に異常の発生を知らせる。
【００３８】
本実施形態２において、カウンタ１１１および第３比較器１１２は、ノイズなどが混入しθ2がθ1よりも偶然１回だけ大きくなったような場合の誤報を避け、本当に異常が生じたことを確認するために設けてあるので、ノイズなどの影響を無視し得る場合は、無くてもよい。
【００３９】
なお、減算器１０１〜１０４は、所定時間ごとに温度データを読み込んで演算処理していたが、所定時間ｔの温度の平均値をとり、減算器１０１〜１０４で減算するとノイズの影響が軽減されるので、より精度の良い熱媒体の漏洩検出が可能である。
【００４０】
一方、増幅器１０７の増幅度をＧ1からＧ3に段階的に大きくした過程で、傾きθが１つ前の測定時間の値と比較して小さくなった場合には、第１比較器１１０は第２比較器２３に傾きが減少したことを通知し、第２比較器２３は測定対象部位６２〜６５の差温度勾配演算部２２の増幅器１０７の増幅率を初期値Ｇ1に設定し、カウンタ１１１の値をゼロに設定するように指示を出す。
【００４１】
さらに、測定対象部位６２〜６５の差温度勾配演算部２２の動作を待機状態にするように指示を出す。
【００４２】
本実施形態２によれば、増幅率Ｇを繰り返し大きくし、着目する測定対象部位と他の測定対象部位との温度勾配を相対的に比較し、傾きが増加傾向を示した場合に、配管やガスケットなど測定対象部位の熱媒体の漏洩を短時間で検知でき、同時に熱媒体の漏洩個所を特定できる。
【００４３】
また、現時点の温度と所定時間前の温度との差を段階的に増幅すると、熱媒体の漏洩量が微少であっても、検知可能になる。
【００４４】
なお、光ファイバの測定距離は、数十km程度まで可能なので、測定対象部位は、測定距離範囲内であれば１個所から任意個所を測定できる。
【００４５】
【実施形態３】
図４は、測定対象部位の差温度勾配演算方法の他の実施形態を示す図である。図３の実施形態２においては、傾きθの二つのパラメータ：測定時間ｔ，温度変化分ΔＴのうち、測定時間ｔを固定し、温度変化分ΔＴを測定していた。
【００４６】
これに対して、本実施形態３では、温度変化分をΔＴ1に固定し、この温度変化分ΔＴ1に達するまでの時間ｔ1，ｔ2，ｔ3を測定する。
【００４７】
このようにすると、異常が生じて温度が上昇した場合、全体の測定時間が短縮されるので、より迅速に異常を判定し、対処できる。
【００４８】
なお、この実施形態３の場合は、実施形態２よりも測定時間が短くなる傾向にあるから、突発的ノイズの影響を受けやすくなる。したがって、カウンタ１１１および第３比較器１１２を設けることが望ましい。
【００４９】
【実施形態４】
ここでは、図示しないが、実施形態２と実施形態３とを組み合わせた実施形態４を採用することも可能である。すなわち、平常状態では、実施形態２の測定時間ｔ固定方式を採用し、一旦異常が発生したら、実施形態３の温度変化分ΔＴ1固定方式に移行する方法である。
【００５０】
本実施形態４によれば、平常状態では、ノイズの影響を受けない一方で、一旦異常が発生したら、全体の測定時間を短縮し、より迅速に異常を判定できる。
【００５１】
【実施形態５】
図５は、エリアＡ〜Ｃに区切られた部屋を通して光ファイバを布設し、各部屋ごとに特定測定対象部位の熱媒体の漏洩を監視する実施形態を示している。
【００５２】
本実施形態５においては、例えば、エリアＢが温度調節されていて、他のエリアＡおよびＣと温度が異なると仮定する。エリアＡに対してはＡ0，エリアＢに対してはＢ0，エリアＣに対してはＣ0を基準温度として測定し、実施形態２〜４に示す方法で熱媒体の漏洩を監視する。
【００５３】
この監視方法により、１本の光ファイバで温度の異なるエリアごとに、測定対象部位の温度変化を監視でき、熱媒体の漏洩個所を特定することが可能となる。
【００５４】
本実施形態５では、温度が異なるエリアごとに基準温度を設けることにより、各エリアごとに熱媒体の漏洩を精度良く監視し、熱媒体の漏洩個所を特定できる。
【００５５】
また、プラント設備など広範囲の熱媒体の漏洩を監視する場合でも、１本の光ファイバを長距離に布設して、基準温度を所定区画ごとに設けて温度を検出し、熱媒体の漏洩を精度良く監視し、熱媒体の漏洩個所を迅速かつ正確に特定できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、配管やガスケットなど測定対象部位の熱媒体の漏洩を短時間で検知でき、同時に熱媒体の漏洩個所を特定できる。また、熱媒体の漏洩量が微少であっても、検知可能である。さらに、温度が異なるエリアが存在する建屋や広範囲のプラント設備の測定対象部位の熱媒体の漏洩を各エリアごとおよび所定距離ごとに監視できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置の実施形態１の系統構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態１における差温度勾配演算部２２の詳細な内部構成の一例および差温度勾配演算部２２と第２比較器２３との接続関係を示すブロック図である。
【図３】傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法の実施形態２を示す図である。
【図４】傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法の実施形態３を示す図である。
【図５】エリアＡ〜Ｃに区切られた部屋を通して光ファイバを布設し、各部屋ごとに特定測定対象部位の熱媒体の漏洩を監視する実施形態５を示す図である。
【図６】従来の光ファイバ温度計測装置の系統構成の一例を示す図である。
【図７】測定対象部位６２〜６５の時間経過に伴う温度変化の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２１ 基準温度光ファイバ
２２ 差温度勾配演算部
２３ 現在傾き同士の第２比較器
６１ 光ファイバ
６２ 測定対象部位光ファイバ
６３ 測定対象部位光ファイバ
６４ 測定対象部位光ファイバ
６５ 測定対象部位光ファイバ
６６ 光ファイバ温度測定装置
６７ コンピュータ
６８ 配管
１０１ 差分温度減算器
１０２ 差分温度減算器
１０３ 差分温度減算器
１０４ 差分温度減算器
１０５ 差分温度一時保存第１メモリ
１０６ 新旧差分温度減算器
１０７ 増幅器
１０８ 傾き演算部
１０９ 傾き演算結果一時保存第２メモリ
１１０ 現在傾きと所定時間前傾きとの第１比較器
１１１ カウンタ
１１２ 繰り返し回数の第３比較器
１１３ 異常判断部
１１４ 初期しきい値設定器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置に係り、特に、発電所およびその関連施設，化学プラントや鉄鋼プラントなどの生産設備，送電設備／変電設備など広い領域に光ファイバを布設し、ガスケットや配管などの測定対象部位の温度変化を監視する光ファイバ温度計測装置と、温度変化に基づき熱媒体の漏洩および／または火災の発生などを検知する熱媒体漏洩検出装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
温度センサとしては、一般に熱電対が知られている。熱電対は、基本的に特定の１点の温度を測定するセンサである。
【０００３】
これに対し、光ファイバを利用すると、光ファイバ自身が温度センサとなるので、長距離の温度分布を測定でき、数千点の温度計に相当するデータを得られる利点がある。
【０００４】
図６は、従来の光ファイバ温度計測装置の系統構成の一例を示す図である。例えば、高温の液体または気体が熱媒体として配管６８内を通過する場合に、測定対象部位６２〜６５に光ファイバ６１を巻き付け、または、リング状に巻いた光ファイバ６１を測定対象部位６２〜６５の配管側面に固定し、温度を検出する。
【０００５】
光ファイバ温度測定装置６６は、光ファイバ６１にレーザパルスを照射して、光路から発生する散乱光強度と温度との間に相関があることを利用し、温度を計算する。また、レーザパルスの受信時刻から位置を正確に決定できるので、光ファイバ６１に沿う温度分布が求められる。温度分布の計算結果は、コンピュータ６７に送られ、データ処理される。
【０００６】
図７は、測定対象部位６２〜６５の時間経過に伴う温度変化の一例を示すタイムチャートである。配管の亀裂などが原因で、例えば、測定対象部位６４に配管６８内の熱媒体が漏れ出していると、他の測定対象部位６２，６３，６５と比べて、温度上昇の勾配θが大きくなるから、測定対象部位６４に熱媒体の漏洩が発生していると判断できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、各測定対象部位の温度勾配を比較し、配管内の熱媒体が漏洩しているか否かを判断している。
【０００８】
しかし、配管の熱媒体の漏洩量が微少の場合、温度勾配の違いがほとんど現れない。また、温度勾配が小さいと、検出時間が長くなる。
【０００９】
本発明の目的は、温度勾配が小さい状態でも熱媒体の漏洩などによる温度変化を正確に検出する手段を備えた光ファイバ温度計測装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、配管やガスケットの亀裂などによる熱媒体の漏洩個所や火災の発生個所などを迅速かつ確実に検出する手段を備えた熱媒体漏洩検出装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基準温度環境に置かれた基準温度光ファイバと複数の測定対象部位に置かれた光ファイバとを含み計測対象に布設された光ファイバと、光ファイバ温度測定装置とからなる光ファイバ温度計測装置であって、前記光ファイバ温度測定装置が、測定対象部位のそれぞれに対応して設置され、基準温度と測定対象部位の温度との差Ａと所定時間ｔ前の基準温度と測定対象部位の温度との差Ｂとの差(Ａ−Ｂ)を算出し、その結果を増幅率Ｇ1で増幅し、所定時間ｔと先に算出した温度変化分Ｇ1(Ａ−Ｂ)とから傾きθ1＝Ｇ1(Ａ−Ｂ)/ｔを演算し、同様の手順で所定時間後に演算された傾きθ2と傾きθ1の大きさを比較する差温度勾配演算部と、複数の差温度勾配演算部で演算された傾きθ1を相互比較するとともに、θ1が所定値Ｌｉｍθよりも大きいか否かを判定する第２比較器とを備え、前記第２比較器が、第２比較器の条件を満たすθ1が１点でも存在すると判断した場合には、差温度勾配演算部が、増幅率をＧ2に大きくし、所定測定時間ｔ後の傾きθ2を算出し、他の測定対象部位と比較して傾きθ2が大きくかつ傾きθ2が傾きθ1よりも大きくなっている場合には、より大きな増幅率Ｇ3を設定し、傾きθ3を再度算出し、θ 2 ＞θ 1 ，θ 3 ＞θ 2 ，…，θ n+1 ＞θ n( ｎ：自然数 ) と判定しＧ 1 →Ｇ 2 →Ｇ 3 …→Ｇ n( ｎ：自然数 ) と増幅率設定を n( ｎ：自然数 ) 回繰り返した場合は、温度異常と判断する光ファイバ温度計測装置を提案する。
【００１２】
それぞれの前記差温度勾配演算部は、より具体的には、基準温度と測定対象部位の温度との差を求める第１減算器と、第１減算器の演算結果を記憶する第１メモリと、現在の第１減算器の演算結果Ａから第１メモリに記憶されていた所定時間前の演算結果Ｂを減算する第２減算器と、第２減算器の減算結果Ａ−Ｂを増幅率Ｇ1で増幅する増幅器と、その結果Ｇ1(Ａ−Ｂ)と測定時間ｔとより傾きθ1＝Ｇ1(Ａ−Ｂ)／ｔを演算する傾き演算部と、その結果θ１を記憶する第２メモリと、傾き演算部により演算された現在の傾きθ 2 と第２メモリに記憶されている所定時間前の傾きθ 1 の大きさを比較する第１比較器と、第１比較器がθ n+1 ＞θ n( ｎ：自然数 ) と判定し増幅器の増幅率Ｇ n を大きくした回数を数えるカウンタと、カウンタのカウントが所定値以上になった場合は異常と判断する異常判断部とを備え、第１比較器がθ n+1 ≦θ n( ｎ：自然数 ) と判断した場合はカウンタのカウント値をゼロに設定し増幅器の増幅率を初期値Ｇ 1 に設定する。
【００１３】
前記差温度勾配演算部は、傾きθの要素である時間ｔを固定し、当該固定時間ｔにおける温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を計測する手段を含む。
【００１４】
前記差温度勾配演算部は、また、傾きθの要素である温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を固定し、当該温度差に達するまでの時間ｔを計測する手段を含むようにしてもよい。
【００１５】
前記差温度勾配演算部が、平常時は、傾きθの要素である時間ｔを固定し、当該固定時間ｔにおける温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を計測し、第２比較器の条件を満たすθ1が１点でも生じたと判断した場合には、傾きθの要素である温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を固定し、当該温度差に達するまでの時間ｔを計測する手段を含むことも可能である。
【００１６】
上記いずれの光ファイバ温度計測装置においても、測定対象部位が、複数のエリアに分割されている場合は、基準温度環境に置かれた基準温度光ファイバが、各エリアごとに配置されることが望ましい。
【００１７】
本発明は、上記他の目的を達成するために、上記いずれかの光ファイバ温度計測装置の計測対象が熱媒体の漏洩による温度変化である熱媒体漏洩検出装置を提案する。
【００１８】
通常、熱媒体の漏洩が発生しなければ、時間が経過しても温度は変化しないので、勾配はゼロの一定値を示す。熱媒体の漏洩が発生すると、温度変化が現れ、温度変化分が増幅されるので、勾配θは、大きくなる。すべての測定対象部位において、基準点の温度との差をとると、各測定対象部位の勾配は、一定値を示すが、熱媒体の漏洩が発生した測定対象部位においては、他の測定対象部位と異なる勾配となる。
【００１９】
そこで、本発明においては、多数の測定対象部位の温度勾配を算出した時に、相対的に勾配が大きい測定対象部位が１点でも存在する場合には、増幅率Ｇ1をＧ2に大きくする。同様に、所定時間後の勾配を算出しその点が他の測定対象部位と比較して大きく、かつ、その勾配が前回の勾配よりも大きくなっている場合には、より大きな増幅率Ｇ3を設定する。
【００２０】
このように、増幅率Ｇを繰り返し大きくして、着目する測定対象部位と他の測定対象部位との温度勾配を相対的に比較すれば、配管やガスケットなど、測定対象部位の熱媒体の漏洩を短時間で検知でき、同時に熱媒体の漏洩個所を特定できる。
【００２１】
また、現時点と所定時間前の温度差を増幅すると、熱媒体の漏洩量が微少であっても、検知できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５を参照して、本発明による光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置の実施形態を説明する。
【００２３】
【実施形態１】
図１は、本発明による光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置の実施形態１の系統構成を示すブロック図である。本実施形態１の光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置は、光ファイバ６１と、光ファイバ温度測定装置６６と、コンピュータ６７とからなる。
【００２４】
本実施形態１の光ファイバ６１は、高温の熱媒体が内部を通過する配管６８の測定対象部位６２〜６５に巻き付けられた光ファイバと、基準温度光ファイバ２１とを含んでいる。
【００２５】
基準温度光ファイバ２１は、測定対象部位６２〜６５の温度測定の基準となる温度を与える光ファイバである。基準温度光ファイバ２１は、少なくとも測定対象部位６２〜６５の熱媒体からの熱的影響を受けない環境に設置すべきではあるが、例えば、０℃に正確に維持する必要はない。基準温度光ファイバ２１の温度に対する測定対象部位６２〜６５の温度の差分を正確に検出できればよいからである。
【００２６】
光ファイバ温度測定装置６６は、少なくとも２つの差温度勾配演算部２２とそれらの勾配演算結果を比較する第２比較器２３とを備えている。
【００２７】
図２は、実施形態１における差温度勾配演算部２２の詳細な内部構成の一例および差温度勾配演算部２２と第２比較器２３との接続関係を示すブロック図である。
【００２８】
差温度勾配演算部２２は、測定対象部位６２〜６５の数だけ設置されている。それぞれの差温度勾配演算部２２は、減算器１０１〜１０４を介して、基準温度光ファイバ２１と測定対象部位６２〜６５との差分温度を入力する。
【００２９】
差温度勾配演算部２２は、基準温度２１と測定対象部位６２〜６５温度との減算結果を一時保存する第１メモリ１０５と、減算器１０６と、増幅器１０７と、傾き演算部１０８と、傾き演算結果を一時保存する第２メモリ１０９と、傾きを比較する第１比較器１１０と、カウンタ１１１と、繰り返し回数を比較する第３比較器１１２と、異常判断部１１３とからなる。
【００３０】
傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法には、下記実施形態２ないし実施形態４に示す３方法がある。
【００３１】
【実施形態２】
図３は、傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法の実施形態を示す図である。本実施形態２においては、まず、減算器１０１が、測定対象部位６２の温度から基準温度２１を減算し、その結果Ａを第１メモリ１０５に格納する。
【００３２】
次に、所定時間前の測定対象部位６２の温度から基準温度２１を減算した結果Ｂを第１メモリ１０５から読み出す。
【００３３】
減算器１０６は、ΔＴ1′[＝(Ａ−Ｂ)]を算出する。増幅器１０７は、ΔＴ1′に増幅率Ｇ1を掛けて、ΔＴ1(＝Ｇ1・ΔＴ1′)を算出する。傾き演算部１０８は、ΔＴ1を測定時間ｔで割って、傾きθ1(＝ΔＴ1／ｔ＝Ｇ1・ΔＴ1′／ｔ)を算出し、その結果θ1を第２メモリ１０９に格納する。
【００３４】
第２比較器２３は、各測定対象部位６２〜６５の傾きθ1を監視しており、いずれか１つの測定対象部位(例えば、測定対象部位６２)の傾きθ1が他の測定対象部位の傾きθ1と比較して大きく、しかも、傾きθ1の初期しきい値設定値Ｌｉｍθ１１４よりも大きい場合は、測定対象部位６２〜６５の差温度勾配演算部２２の増幅器１０７の増幅率をＧ1からＧ2に設定(Ｇ2＞Ｇ1)するように指示を出す。
【００３５】
次の所定時間ｔ後に、同様の処理を実行し、温度変化分ΔＴ2から傾きθ2を算出し、第２メモリ１０９から所定時間前の傾きθ1を読み出し、第１比較器１１０で傾きθ1とθ2とを比較する。その結果、傾きが大きく(θ2＞θ1)、しかも、第２比較器２３で測定対象部位６２が他の測定対象部位と比較して大きい場合には、増幅器１０７の増幅率をＧ2からＧ3に設定(Ｇ3＞Ｇ2)し、カウンタ１１１を更新する。
【００３６】
さらに、次の所定時間ｔ後に、同様の処理を実行し、温度変化分ΔＴ3から傾きθ3を算出し、メモリ２から所定時間前の傾きθ2を読み出し、第１比較器１１０で傾きθ2とθ3とを比較する。傾きが大きく(θ3＞θ2)、しかも、第２比較器２３で測定対象部位６２が他の測定対象部位と比較して大きい場合には、カウンタ１１１を更新する。
【００３７】
第３比較器１１２は、カウンタ１１１の値がしきい値Ｎと比較して大きくなった場合、すなわち、傾きθが大きい状態が所定回数Ｎを越えた場合は、異常判断部１１３に信号を送る。異常判断部１１３測定対象部位６２に熱媒体の漏洩が発生したと判断し、操作員に異常の発生を知らせる。
【００３８】
本実施形態２において、カウンタ１１１および第３比較器１１２は、ノイズなどが混入しθ2がθ1よりも偶然１回だけ大きくなったような場合の誤報を避け、本当に異常が生じたことを確認するために設けてあるので、ノイズなどの影響を無視し得る場合は、無くてもよい。
【００３９】
なお、減算器１０１〜１０４は、所定時間ごとに温度データを読み込んで演算処理していたが、所定時間ｔの温度の平均値をとり、減算器１０１〜１０４で減算するとノイズの影響が軽減されるので、より精度の良い熱媒体の漏洩検出が可能である。
【００４０】
一方、増幅器１０７の増幅度をＧ1からＧ3に段階的に大きくした過程で、傾きθが１つ前の測定時間の値と比較して小さくなった場合には、第１比較器１１０は第２比較器２３に傾きが減少したことを通知し、第２比較器２３は測定対象部位６２〜６５の差温度勾配演算部２２の増幅器１０７の増幅率を初期値Ｇ1に設定し、カウンタ１１１の値をゼロに設定するように指示を出す。
【００４１】
さらに、測定対象部位６２〜６５の差温度勾配演算部２２の動作を待機状態にするように指示を出す。
【００４２】
本実施形態２によれば、増幅率Ｇを繰り返し大きくし、着目する測定対象部位と他の測定対象部位との温度勾配を相対的に比較し、傾きが増加傾向を示した場合に、配管やガスケットなど測定対象部位の熱媒体の漏洩を短時間で検知でき、同時に熱媒体の漏洩個所を特定できる。
【００４３】
また、現時点の温度と所定時間前の温度との差を段階的に増幅すると、熱媒体の漏洩量が微少であっても、検知可能になる。
【００４４】
なお、光ファイバの測定距離は、数十km程度まで可能なので、測定対象部位は、測定距離範囲内であれば１個所から任意個所を測定できる。
【００４５】
【実施形態３】
図４は、測定対象部位の差温度勾配演算方法の他の実施形態を示す図である。図３の実施形態２においては、傾きθの二つのパラメータ：測定時間ｔ，温度変化分ΔＴのうち、測定時間ｔを固定し、温度変化分ΔＴを測定していた。
【００４６】
これに対して、本実施形態３では、温度変化分をΔＴ1に固定し、この温度変化分ΔＴ1に達するまでの時間ｔ1，ｔ2，ｔ3を測定する。
【００４７】
このようにすると、異常が生じて温度が上昇した場合、全体の測定時間が短縮されるので、より迅速に異常を判定し、対処できる。
【００４８】
なお、この実施形態３の場合は、実施形態２よりも測定時間が短くなる傾向にあるから、突発的ノイズの影響を受けやすくなる。したがって、カウンタ１１１および第３比較器１１２を設けることが望ましい。
【００４９】
【実施形態４】
ここでは、図示しないが、実施形態２と実施形態３とを組み合わせた実施形態４を採用することも可能である。すなわち、平常状態では、実施形態２の測定時間ｔ固定方式を採用し、一旦異常が発生したら、実施形態３の温度変化分ΔＴ1固定方式に移行する方法である。
【００５０】
本実施形態４によれば、平常状態では、ノイズの影響を受けない一方で、一旦異常が発生したら、全体の測定時間を短縮し、より迅速に異常を判定できる。
【００５１】
【実施形態５】
図５は、エリアＡ〜Ｃに区切られた部屋を通して光ファイバを布設し、各部屋ごとに特定測定対象部位の熱媒体の漏洩を監視する実施形態を示している。
【００５２】
本実施形態５においては、例えば、エリアＢが温度調節されていて、他のエリアＡおよびＣと温度が異なると仮定する。エリアＡに対してはＡ0，エリアＢに対してはＢ0，エリアＣに対してはＣ0を基準温度として測定し、実施形態２〜４に示す方法で熱媒体の漏洩を監視する。
【００５３】
この監視方法により、１本の光ファイバで温度の異なるエリアごとに、測定対象部位の温度変化を監視でき、熱媒体の漏洩個所を特定することが可能となる。
【００５４】
本実施形態５では、温度が異なるエリアごとに基準温度を設けることにより、各エリアごとに熱媒体の漏洩を精度良く監視し、熱媒体の漏洩個所を特定できる。
【００５５】
また、プラント設備など広範囲の熱媒体の漏洩を監視する場合でも、１本の光ファイバを長距離に布設して、基準温度を所定区画ごとに設けて温度を検出し、熱媒体の漏洩を精度良く監視し、熱媒体の漏洩個所を迅速かつ正確に特定できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、配管やガスケットなど測定対象部位の熱媒体の漏洩を短時間で検知でき、同時に熱媒体の漏洩個所を特定できる。また、熱媒体の漏洩量が微少であっても、検知可能である。さらに、温度が異なるエリアが存在する建屋や広範囲のプラント設備の測定対象部位の熱媒体の漏洩を各エリアごとおよび所定距離ごとに監視できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバ温度計測装置および熱媒体漏洩検出装置の実施形態１の系統構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態１における差温度勾配演算部２２の詳細な内部構成の一例および差温度勾配演算部２２と第２比較器２３との接続関係を示すブロック図である。
【図３】傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法の実施形態２を示す図である。
【図４】傾き演算部１０８による測定対象部位の差温度勾配演算方法の実施形態３を示す図である。
【図５】エリアＡ〜Ｃに区切られた部屋を通して光ファイバを布設し、各部屋ごとに特定測定対象部位の熱媒体の漏洩を監視する実施形態５を示す図である。
【図６】従来の光ファイバ温度計測装置の系統構成の一例を示す図である。
【図７】測定対象部位６２〜６５の時間経過に伴う温度変化の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２１ 基準温度光ファイバ
２２ 差温度勾配演算部
２３ 現在傾き同士の第２比較器
６１ 光ファイバ
６２ 測定対象部位光ファイバ
６３ 測定対象部位光ファイバ
６４ 測定対象部位光ファイバ
６５ 測定対象部位光ファイバ
６６ 光ファイバ温度測定装置
６７ コンピュータ
６８ 配管
１０１ 差分温度減算器
１０２ 差分温度減算器
１０３ 差分温度減算器
１０４ 差分温度減算器
１０５ 差分温度一時保存第１メモリ
１０６ 新旧差分温度減算器
１０７ 増幅器
１０８ 傾き演算部
１０９ 傾き演算結果一時保存第２メモリ
１１０ 現在傾きと所定時間前傾きとの第１比較器
１１１ カウンタ
１１２ 繰り返し回数の第３比較器
１１３ 異常判断部
１１４ 初期しきい値設定器
Claims (7)
- 基準温度環境に置かれた基準温度光ファイバと複数の測定対象部位に置かれた光ファイバとを含み計測対象に布設された光ファイバと、光ファイバ温度測定装置とからなる光ファイバ温度計測装置であって、
前記光ファイバ温度測定装置が、
前記測定対象部位のそれぞれに対応して設置され、基準温度と測定対象部位の温度との差Ａと所定時間ｔ前の基準温度と測定対象部位の温度との差Ｂとの差(Ａ−Ｂ)を算出し、その結果を増幅率Ｇ1で増幅し、前記所定時間ｔと先に算出した温度変化分Ｇ1(Ａ−Ｂ)とから傾きθ1＝Ｇ1(Ａ−Ｂ)/ｔを演算し、同様の手順で所定時間後に演算された傾きθ2と前記傾きθ1の大きさを比較する差温度勾配演算部と、
複数の前記差温度勾配演算部で演算された傾きθ1を相互比較するとともに、前記θ1が所定値Ｌｉｍθよりも大きいか否かを判定する第２比較器とを備え、
前記第２比較器が、前記第２比較器の条件を満たすθ1が１点でも存在すると判断した場合には、前記差温度勾配演算部が、増幅率をＧ2に大きくし、所定測定時間ｔ後の傾きθ2を算出し、他の測定対象部位と比較して傾きθ2が大きくかつ傾きθ2が前記傾きθ1よりも大きくなっている場合には、より大きな増幅率Ｇ3を設定し、傾きθ3を再度算出し、θ 2 ＞θ 1 ，θ 3 ＞θ 2 ，…，θ n+1 ＞θ n( ｎ：自然数 ) と判定しＧ 1 →Ｇ 2 →Ｇ 3 …→Ｇ n( ｎ：自然数 ) と増幅率設定を n( ｎ：自然数 ) 回繰り返した場合は、温度異常と判断することを特徴とする光ファイバ温度計測装置。 - 請求項１に記載の光ファイバ温度計測装置において、
それぞれの前記差温度勾配演算部が、
前記基準温度と測定対象部位の温度との差を求める第１減算器と、
前記第１減算器の演算結果を記憶する第１メモリと、
現在の第１減算器の演算結果Ａから前記第１メモリに記憶されていた所定時間前の演算結果Ｂを減算する第２減算器と、
前記第２減算器の減算結果Ａ−Ｂを増幅率Ｇ1で増幅する増幅器と、
その結果Ｇ1(Ａ−Ｂ)と測定時間ｔとより傾きθ1＝Ｇ1(Ａ−Ｂ)／ｔを演算する傾き演算部と、
その結果θ１を記憶する第２メモリと、
前記傾き演算部により演算された現在の傾きθ 2 と前記第２メモリに記憶されている所定時間前の傾きθ 1 の大きさを比較する第１比較器と、
前記第１比較器がθ n+1 ＞θ n( ｎ：自然数 ) と判定し前記増幅器の増幅率Ｇ n を大きくした回数を数えるカウンタと、
前記カウンタのカウントが所定値以上になった場合は異常と判断する異常判断部とを備え、
前記第１比較器がθ n+1 ≦θ n( ｎ：自然数 ) と判断した場合は前記カウンタのカウント値をゼロに設定し前記増幅器の増幅率を初期値Ｇ 1 に設定することを特徴とする光ファイバ温度計測装置。 - 請求項１または請求項２に記載の光ファイバ温度計測装置において、
前記差温度勾配演算部が、前記傾きθの要素である時間ｔを固定し、当該固定時間ｔにおける温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を計測する手段を含む
ことを特徴とする光ファイバ温度計測装置。 - 請求項１または請求項２に記載の光ファイバ温度計測装置において、
前記差温度勾配演算部が、前記傾きθの要素である温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を固定し、当該温度差に達するまでの時間ｔを計測する手段を含む
ことを特徴とする光ファイバ温度計測装置。 - 請求項１または請求項２に記載の光ファイバ温度計測装置において、
前記差温度勾配演算部が、平常時は、前記傾きθの要素である時間ｔを固定し、当該固定時間ｔにおける温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を計測し、前記第２比較器の条件を満たすθ1が１点でも生じたと判断した場合には、前記傾きθの要素である温度差ΔＴ＝(Ａ−Ｂ)を固定し、当該温度差に達するまでの時間ｔを計測する手段を含む
ことを特徴とする光ファイバ温度計測装置。 - 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光ファイバ温度計測装置において、
前記測定対象部位が、複数のエリアに分割され、
前記基準温度環境に置かれた基準温度光ファイバが、前記各エリアごとに配置される
ことを特徴とする光ファイバ温度計測装置。 - 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光ファイバ温度計測装置の計測対象が熱媒体の漏洩による温度変化である熱媒体漏洩検出装置。
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