JP4636231B2

JP4636231B2 - 流体流動計測システム、伝送ケーブルの寿命予測方法およびコンピュータプログラム

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Publication number: JP4636231B2
Application number: JP2004196734A
Authority: JP
Inventors: 治嗣森; 英昭手塚
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006017616A

Description

本発明は、複雑な流動場における流体の流動を計測するのに適した流量計（粒子画像流速計）およびそれに関連する技術に関する。

流体速度の計測法には、空間内の一点もしくは数点における速度を時間分解能の高い熱線流速計やレーザドップラー流速計などを採用する計測法の他に、流体内に混入した微少な粒子（トレーサ）にレーザ光などを照射してそれらの散乱光を画像として連続して取得し、粒子群の移動距離を求めて二次元平面内の流体速度を計測する粒子画像流速測定法（以下、Particle Image Velocimetry；「ＰＩＶ」と略記する）がある。前者は時間分解能に優れている。一方のＰＩＶは空間分解能に優れており、複雑な流動場における流体の流動を計測するのに適している。
なお、トレーサの追跡および個々の粒子像をコンピュータにてデジタル処理する方法として、粒子追跡法（Particle Tracking Velocimetry ；「ＰＴＶ」と略記する）があるが、本書類では、ＰＴＶはＰＩＶの一種として含めることとする。

ＰＩＶにおける先行する技術として、特許文献１に開示される技術がある。この技術は、実験室レベルの計測技術であったＰＩＶを、実用化させることについて貢献している。

特開２００２−２２７５９号公報

特許文献１に開示される技術を更に詳しく説明する。
その技術は、レーザ発振装置とその発振装置から発振されたレーザ光を流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像を処理する画像処理手段とを備えている。画像撮影手段としては、ＣＣＤカメラ（エリアスキャンカメラ）と、そのＣＣＤカメラへデータを伝送する伝送ケーブルとを、一般的には用いている。
ここで、伝送ケーブルとは、明度情報を伝達可能な線状のコア材を束ねて形成されている。

ところで、原子力プラント内においても、運転および保守上から流体の流量計測は必要である。しかし、測定条件の厳しい炉心流量やオフガス系風量の測定は、マノメーターによる一点計測が実用的に使用できる程度であった。
したがって、前述の特許文献１に開示された技術を実現した流量計測の技術が、原子力プラントにおいて実用化されることが望まれている。
現状の技術では、レーザシートを形成する光源、撮像装置などの小型化が進み、複雑な容器形状をなすことが多い原子力プラント内での実現が近づいている。

しかし、前述した特許文献１に開示される技術では、以下のような問題があった。
まず、放射線環境の下での放射線（特にガンマ線＝γ線）の問題である。ＰＩＶ測定システムにおける必須部材たるエリアスキャンカメラ（上記の説明ではＣＣＤカメラ）がこの放射線を雑音として拾ってしまうために画像が劣化してしまい、流体流動の正確な測定が困難であった。また、エリアスキャンカメラ本体も放射線に弱く、寿命が短くなってしまう問題があった。
また、エリアスキャンカメラの撮影データを伝送する伝送ケーブルについても、放射線に弱いために寿命が短く、測定のたび毎に使い捨てとせざるを得ないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、ＰＩＶ測定システムを放射線環境下でも使用できるようにする技術を提供することである。
ここで、請求項１に記載の発明の目的は、原子力プラント内などの放射線環境下において、エリアスキャンカメラ本体および伝送ケーブルに対して本来の性能を機能させ、複雑な流動場における流体の流動を計測可能とするＰＩＶ測定システムを提供することにある。
また、請求項２および請求項３に記載の発明の目的は、ＰＩＶ測定システムを放射線環境下でも使用できるようにする技術を応用し、伝送ケーブルの寿命予測方法およびそれを実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。

（第一の発明）
第一の発明は、レーザ発振装置(11)と、そのレーザ発振装置(11)から発振されたレーザ光を流動場(14)へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系(13)と、そのレーザシート(15)の二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段(30)と、撮影のタイミングを同期させる制御手段(20)と、撮影画像データを処理する画像処理手段(40)とを備えたＰＩＶ計測システム（粒子画像流速計測システム）に係る。
前記流動場(14)は、放射線環境下にあり、前記画像撮影手段(30)は、レーザシート(15)における測定領域(16)の光データを伝送するための伝送ケーブル(33)と、その伝送ケーブル(33)によって伝送された光データをデジタルデータである撮影するエリアスキャンカメラ(31)とを備える。また、前記エリアスキャンカメラ(31)は、前記流動場(14)の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブル(33)は、耐放射線性能を備えたことを特徴とする。

（用語説明）
本願にいう「伝送ケーブル(33)」とは、光を送るケーブルであって、放射線、特にガンマ線によって劣化しにくいものを採用している。たとえば、光ファイバーイメージガイドの一種であるフッ素ドープ石英コアの光ファイバーイメージガイドを採用している。１本のイメージガイドは、たとえば約３万本のコアを束ねて形成されている。
「エリアスキャンカメラ」には、ＣＣＤカメラのほか、ＣＭＯＳセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）をも含む。
エリアスキャンカメラ(31)の設置場所は、撮影データに雑音として放射線が入り込まず、エリアスキャンカメラの劣化を促進するレベルではないことを趣旨としており、放射線が全く到達しないことを意味しない。

（作用）
レーザ発振装置(11)はレーザ光を発振し、レーザシート形成用走査光学系(13)が流動場(14)に対してシート状に照射させる。
そのシート状のレーザ光(15)の照射のタイミングと撮影のタイミングとを制御手段(20)が同期させ、画像撮影手段(30)は、そのレーザシート(15)の二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する。画像撮影手段(30)は、耐放射線性能を備えた伝送ケーブル(33)によって、測定領域(16)の光データを伝送する。伝送された光データは、流動場(14)の放射線が到達しない場所に設置されたエリアスキャンカメラ(31)によってアナログ撮影され、画像処理手段(40)等によってデジタルデータである撮影画像データに変換され、処理される。
伝送ケーブル(33)は、耐放射線性能を備えているので、放射線による悪影響を抑えた光データをエリアスキャンカメラ(31)へ伝送できる。エリアスキャンカメラ(31)は、前記流動場(14)の放射線が到達しない場所に設置されているので、デジタルデータである撮影画像データへ変換することについて、放射線による雑音を拾うなどの影響を受けないため、良い画像データを得ることができる。また、放射線による寿命短縮を緩和できる。

（第二の発明）
第二の発明もまた、レーザ発振装置(11)と、そのレーザ発振装置(11)から発振されたレーザ光を流動場(14)へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系(13)と、そのレーザシート(15)の二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段(30)と、撮影のタイミングを同期させる制御手段(20)と、撮影画像データを処理する画像処理手段(40)とを備えたＰＩＶ計測システム（流体流動計測システム）に係る。
前記流動場(14)は、放射線環境下にあり、前記画像撮影手段(30)は、レーザシート(15)における測定領域(16)の光データを伝送するための伝送ケーブル(33)と、その伝送ケーブル(33)によって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラ(31)とを備え、前記エリアスキャンカメラ(31)には、前記流動場(14)からの放射線を遮断する放射線遮断壁(17)を備えるとともに、前記伝送ケーブル(33)は、耐放射線性能を備えたことを特徴とする。
第一の発明との相違点は、エリアスキャンカメラ(31)を流動場(14)から離して設置する代わりに、流動場(14)からの放射線を遮断する放射線遮断壁(17)を備えた点である。

（用語説明）
放射線遮断壁(17)とは、エリアスキャンカメラ(31)に対して放射線がほとんど到達しないように形成された壁である。具体的には、鉛、コンクリート、水遮蔽などであり、特にガンマ線を遮断することが望まれる。

（作用）
伝送ケーブル(33)は、耐放射線性能を備えているので、放射線による悪影響を抑えた光データをエリアスキャンカメラ(31)へ伝送できる。エリアスキャンカメラ(31)には、前記流動場(14)からの放射線を遮断する放射線遮断壁(17)を備えているので、デジタルデータである撮影画像データへ変換することについて、放射線による雑音を拾うなどの影響を受けないため、良い画像データを得ることができる。また、放射線による寿命短縮を緩和できる。

（第三の発明）
第三の発明は、第一または第二の発明のいずれかに記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データにおいて劣化した画像データを多く含む画像劣化領域を特定する劣化領域特定手段を備え、その劣化領域特定手段によって特定された画像劣化領域に係る画像データは、前記画像処理手段によって処理すべき撮影画像データから外すこととしたことを特徴とする流体流動計測システムに係る。

（用語説明）
「劣化した画像データ」とは、以下のような画像データを意味する。まず、伝送ケーブルが所定材質のコアを束ねて形成したものである場合、その伝送ケーブルの劣化は、各コアごとに、伝送可能か不能かという不連続に起きる。そのため、伝送不能なコアを含む領域に対応する画像データは、不連続となり、流体の流動を解析するためのデータが不連続となる。その不連続な領域が無視できない大きさであると、最終的な解析結果に大きな誤差が生じる。そこで、最終的な解析結果に大きな誤差を生じるおそれのある領域を「画像劣化領域」とし、その画像劣化領域に対応する画像データを「劣化した画像データ」として、処理すべき撮影画像データから外すこととした。

「劣化領域特定手段」とは、最終的な解析結果に大きな誤差を生じる程度に成長した領域を特定するアルゴリズムを備えた手段である。そのアルゴリズムとは、経験的なデータやそのデータに基づいてパターン化して得られるデータを含んで、そのデータにマッチするものを抽出するアルゴリズムである。

（作用）
画像撮影手段が取得した撮影画像データにおいて、劣化した画像データを多く含む画像劣化領域を劣化領域特定手段が特定する。その劣化領域特定手段によって特定された画像劣化領域に係る画像データは、前記画像処理手段によって処理すべき撮影画像データから外される。そのため、画像劣化領域が外されるので、最終的な解析結果に大きな誤差を生じるおそれが小さくなる。

（請求項１）
請求項１に記載の発明は、前記した第一から第三の発明に係る流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手段と、その平均輝度算出手段が算出した平均輝度を記録する平均輝度記録手段と、その平均輝度記録手段に記録された複数の平均輝度と、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手段と、算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手段とを備えた流体流動計測システムに係る。

（用語説明）
「予測値出力手段」とは、使用限度時間の予測値を画面出力、印刷などの媒体出力、カウントダウン式のデジタル表示手段、音声によるスピーカなどがある。

（作用）
画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて、測定領域の平均輝度を平均輝度算出手段が算出し、算出された平均輝度を平均輝度記録手段が記録する。その平均輝度記録手段に記録された複数の平均輝度と、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を使用限度算出手段が算出する。そして、算出された使用限度時間の予測値を予測値出力手段が出力する。
使用限度時間が予測値として把握できるので、伝送ケーブルの交換時期についての目安がつき、点検整備の計画立案、予算立案などに貢献する。

（他の発明）
第三の発明に対応する発明に係る流体流動計測システムを用いたプロセス発明を提供することもできる。
すなわち、レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を放射線環境下にある流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備えた流体流動計測システムを用いた撮影画像データ処理方法に係る。
そして、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データにおいて劣化した画像データを多く含む画像劣化領域を特定する劣化領域特定手順と、その劣化領域特定手順にて特定された画像劣化領域に係る画像データを前記画像処理手段にて処理すべき撮影画像データから外すことによって処理対象となる画像データを特定する処理対象データ特定手順と、その処理対象データ特定手順にて特定された画像データを用いて流体の流動を解析する解析手順とを備えたことを特徴とする。

（請求項２）
請求項２に記載の発明は、請求項４に対応する発明に係る流体流動計測システムを用いたプロセス発明である。
すなわち、レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を放射線環境下にある流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備えた流体流動計測システムを用いた伝送ケーブルの寿命予測方法に係る。
そして、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度を記憶する最低輝度記憶手順と、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手順と、その平均輝度算出手順にて算出された平均輝度を記録する平均輝度記録手順と、その平均輝度記録手順に記録された複数の平均輝度と、前記最低輝度記憶手順に記憶された最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手順と、算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手順とを備えたことを特徴とする。

（他の発明）
本願発明者は、以下のような発明をも案出した。
すなわち、レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を放射線環境下にある流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラと、を備え、前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備えた流体流動計測システムに用いる撮影画像データ処理方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムに係る。
そのプログラムは、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データにおいて劣化した画像データを多く含む画像劣化領域を特定する劣化領域特定手順と、その劣化領域特定手順にて特定された画像劣化領域に係る画像データを前記画像処理手段にて処理すべき撮影画像データから外すことによって処理対象となる画像データを特定する処理対象データ特定手順と、その処理対象データ特定手順にて特定された画像データを用いて流体の流動を解析する解析手順とをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。

（請求項３）
請求項３に記載の発明は、レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を放射線環境下にある流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラと、を備え、前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備えた流体流動計測システムを用いて伝送ケーブルの寿命をコンピュータに予測させるためのコンピュータプログラムである。
そのプログラムは、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度を記憶する最低輝度記憶手順と、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手順と、その平均輝度算出手順にて算出された平均輝度を記録する平均輝度記録手順と、その平均輝度記録手順に記録された複数の平均輝度と、前記最低輝度記憶手順に記憶された最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手順と、算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手順と、をコンピュータに実行させることによって伝送ケーブルの寿命を予測することとしたコンピュータプログラムである。

請求項３に係るコンピュータプログラムを、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒなどである。

請求項１に記載の発明によれば、原子力プラント内などの放射線環境下において、エリアスキャンカメラ本体および伝送ケーブルに対して本来の性能を機能させ、複雑な流動場における流体の流動を計測可能とするＰＩＶ測定システムを提供することができた。
また、請求項２および請求項３に記載の発明によれば、ＰＩＶ測定システムを放射線環境下でも使用できるようにする技術を応用し、伝送ケーブルの寿命予測方法およびそれを実現するためのコンピュータプログラムを提供することができた。

ＰＩＶ計測システムの実施の形態について、添付図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図３である。図１は第一の実施形態を示すブロック図であり、図２は第二の実施形態を示すブロック図である。図３は、第一の実施形態における主要部を拡大した実施形態を示すモデル図である。

（第一の実施形態）
図１に示すように、第一の実施形態に係るＰＩＶ計測システムは、放射線環境下にある複雑な流動場を測定するためのものであり、レーザ発振装置１１と、そのレーザ発振装置１１から発振されたレーザ光を流動場１４へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系１３と、そのレーザシート１５の中の一定領域（測定領域１６）から二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段３０と、撮影のタイミングを同期させるタイミング制御手段２０と、撮影画像データを処理する画像処理手段４０とを備えている。

レーザ発振装置１１から発振されたレーザ光は、送光用ファイバ１２を通ってレーザシート形成用の走査光学系１３に導かれる。その走査光学系１３は、レーザ発振装置１１から発振されたレーザ光を流体の流動場１４にシート状に投射させ、レーザシート１５を形成する。流体の流動場１４は、放射線環境下にあり、外界と環境を異にする閉空間内に形成される（図１中では、一点破線にて囲むことによって表示している）。
具体的な流動場１４としては、例えば原子炉圧力容器のダウンカマ部、炉心シュラウド、火力発電プラントの熱交換器や蒸気発生器内等の閉空間における流体の速度場である。

走査光学系１３によって形成されたレーザシート１５は、流体の流動場１４を可視化している。本システム１０でシート状のレーザシート１５としているのは、流動場１４の奥行き方向の空間分解能を確保のためである。レーザシート１５の測定範囲１６に対向して設けられているのが画像撮影手段３０である。
前記画像撮影手段３０は、レーザシート１５の測定領域１６におけるレーザ光に対する浮遊物などの反射光を集光する対物レンズ３４と、その対物レンズ３４によって集光された光データを伝送する伝送ケーブル３３と、その伝送ケーブル３３によって伝送された光データを、カメラレンズ３２を介して受光するエリアスキャンカメラ３１とを備えている。

伝送には、図示を省略したイメージガイドを用いる。そのイメージガイドは伝送ケーブル３３の両端面の各位置が正確に対応するように並設されて束ねられる。イメージガイドの両端面は平面に仕上げられ、対物レンズ３４により耐放射線性能を備えた伝送ケーブル３３によって、同一画像（光としてのアナログデータ）をエリアスキャンカメラ３１側のファイバ端面まで伝送している。
伝送ケーブル３３は光を送るケーブルであって、放射線、特にガンマ線によって劣化しにくいもの、たとえば、フッ素ドープ石英コア光ファイバーイメージガイドを採用している。石英コアなので、耐熱性にも優れている。

前記伝送ケーブル３３のファイバ端面からカメラレンズ３２を経てエリアスキャンカメラ３１に記録される。このエリアスキャンカメラ３１は、例えば、近赤外線領域に感度を持つ解像度ＶＧＡ（６４０×４８０ｐｉｘｅｌｓ）、フレームレート３０Ｈｚ、８ビット（モノクロ２５６階調）のものを採用し、前記流動場１４の放射線が到達しない場所に設置する。

前記タイミング制御手段２０は、タイミングスケジューラ２１とシンクロナイザ２２を備えて形成されている。
そのタイミングスケジューラ２８からのタイミングにてレーザ発振装置１１が発振せしめられる一方、この発振タイミングとシンクロナイザ２９で同期をとってエリアスキャンカメラ３１を駆動する。すなわち、タイミングコントロール手段２７は、レーザ発振装置１１と操作手段としてのエリアスキャンカメラ３１との同期をとって駆動させるようになっている。

前記エリアスキャンカメラ３１にてアナログ撮影し、デジタル処理する。すなわち、エリアスキャンカメラ３１からのアナログ画像信号をデジタル化するフレームグラバボード４１と、このフレームグラバボード４１からのデジタル画像信号である画像フレームをＰＣＩバス４３を介して入力し、ＰＩＶ手法により画像処理するコンピュータ４２とを備えた画像処理手段４０によって画像データを処理するのである。

処理された画像データは、通信ネットワークを介して必要とされている他のコンピュータなどへ伝送される。例えば、原子力プラントから離れた場所にある当該プラントの制御センターに設置されているコンピュータなどである。

ＰＩＶ計測システムでは、エリアスキャンカメラ３１に撮像された時間的に微小時間異なる二つの時刻の粒子画像を輝度パターンの分布とみなして画像処理手段４０のコンピュータ４２により画像比較・解析の画像処理を行い、粒子群の移動量を推定する。粒子画像は、レーザシート１５上の流体中に拡散分布するパーティクル（粒子）群のある時刻での分布画像を表わしており、デジタル化された輝度を持つピクセル（画素）によって構成される。画像処理手段３１による画像処理、いわゆるＰＩＶ処理の過程では、各粒子画像のうち限定された測定領域１６を取り出して画像処理される。
以後の作用や構成についての詳細については、特開２００２−２２７５９号に開示されている技術と同様であり、省略する。

（第二の実施形態）
図２に示すのは、第二の実施形態に係るＰＩＶ計測システムである。第一の実施形態との相違点は、エリアスキャンカメラ３１を流動場１４から離して設置する代わりに、エリアスキャンカメラ３１を中心とした構成部材について流動場１４からの放射線を遮断する放射線遮断壁１７を備えた点である。すなわち、タイミング制御手段２０、画像処理手段４０の他、カメラレンズ３２を含んだエリアスキャンカメラ３１を放射線遮断壁１７にて、流動場１４からの放射線を遮断している。流動場１４とエリアスキャンカメラ３１とは、耐放射線性能を備えた伝送ケーブル３３によって繋がれている。

この放射線遮断壁１７は、具体的には生体遮蔽である。より具体的には、コンクリート製で、厚さが７０センチメートルである。
なお、放射線環境下の流動場１４を、第一の実施形態のように外界と環境を異にする閉空間内に形成するとともに、エリアスキャンカメラ３１のみを特に放射線遮断壁１７にて覆うようにしても良い。

第一および第二の実施形態によれば、複雑な容器形状をなすことが多い原子力プラント内での使用に適している。
伝送ケーブル３３は、耐放射線性能を備えているので、放射線による悪影響を抑えた光画像（アナログデータ）をエリアスキャンカメラ３１へ伝送できる。
エリアスキャンカメラ３１は、前記流動場１４の放射線が到達しない場所に設置されている（第一の実施形態）または放射線遮断壁１７によって放射線を遮断しているので、デジタルデータである撮影画像データへ変換することについて、放射線による雑音を拾うなどの影響を受けない。そのため、良い画像データを得ることができる。また、エリアスキャンカメラ３１の放射線による寿命短縮を防止できる。

（図３）
図３は、使用済み核燃料１９を保管したプール１８における使用済み核燃料１９周辺の流動場を測定する場合のエリアスキャンカメラ３１および伝送ケーブル３３の配置を概略的に示したものである。使用済み核燃料１９周辺には強い放射線があるが、伝送ケーブル３３が放射線によって劣化しにくく、エリアスキャンカメラ３１も放射線が到達しない位置に配置されている。このため、エリアスキャンカメラ３１および伝送ケーブル３３に対して本来の性能を機能させ、複雑な流動場における流体の流動を計測が可能である。

（図４）
さて、伝送ケーブル３３については、耐放射線性能は有しているものの、長期間にわたって使えるものではなく、やはり寿命がある。しかし、突然使えなくなるのではなく、徐々に画質が低下することが判明している。図４に示すように、伝送ケーブル３３の放射線による劣化現象は、コア材のいくつかが劣化によって破断し、そのコア材が明度情報を伝達できなくなることで画質が低下することである。そして、ＰＩＶ測定に使えなくなるレベルに達するのが、「寿命」である。

そこで、劣化したコア３３ａを含む領域を「画像劣化領域」として特定し、その「画像劣化領域」に係る画像データを処理すべき撮影画像データから外す。そのことによって処理対象となる画像データを特定し、特定された処理対象の画像データを用いて流体の流動を解析するのである。

劣化画像領域を撮影画像データから外して、流体の流動を解析するプロセスは、コンピュータプログラムを組んでおくことによって達成可能である。そのプログラムとは、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データにおいて劣化した画像データを多く含む画像劣化領域を特定する劣化領域特定手順と、その劣化領域特定手順にて特定された画像劣化領域に係る画像データを前記画像処理手段にて処理すべき撮影画像データから外すことによって処理対象となる画像データを特定する処理対象データ特定手順と、その処理対象データ特定手順にて特定された画像データを用いて流体の流動を解析する解析手順とをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。

（図５）
図５には、撮影のたび毎に、画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度（μ）を算出し、線量当量（ｍＳｖ）を横軸としてプロットした様子を示している。
平均輝度（μ）を数回の撮影にてプロットすれば、線量当量との関係がほぼ導き出せる。そして、最低輝度（μｃ）との交点を探ることによって、限界と予想される線量当量（Ｗｍａｘ）が算出可能である。限界と予想される線量当量（Ｗｍａｘ）が算出できれば、次回に限界まで使用できる時間（Ｈ）も算出できる。

以上のような算出プロセスは、コンピュータプログラムを組んでおくことによって達成可能である。そのプログラムとは、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度（μｃ）を記憶する最低輝度記憶手順と、前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手順と、その平均輝度算出手順にて算出された平均輝度を記録する平均輝度記録手順と、その平均輝度記録手順に記録された複数の平均輝度と前記最低輝度記憶手順に記憶された最低輝度（μｃ）とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手順と、算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手順と、をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムである。このプログラムを用いれば伝送ケーブルの寿命を予測することができる。

第一の実施形態を示すブロック図である。第二の実施形態を示すブロック図である。第一の実施形態における主要部を拡大した実施形態を示すモデル図である。伝送ケーブルおよびその劣化に関して、概念的に示した図である。横軸を線量当量とし、測定領域の平均輝度を算出してプロットしたグラフである。

１０：ＰＩＶ計測システム１１：レーザ発振装置（光源）
１２：送光用ファイバ１３：走査用光学系
１４：放射線到達領域１５：レーザシート
１６：測定範囲１７：放射線遮断壁
１８：プール１９：使用済み核燃料
２０：タイミング制御手段２１：タイミングスケジューラ
２２：シンクロナイザ
３０：撮像手段３１：エリアスキャンカメラ
３２：カメラレンズ３３：伝送ケーブル（耐放射線光ファイバ）
３３ａ：劣化したコア
３４：対物レンズ
４０：画像処理手段４１：フレームグラバボード
４２：コンピュータ４３：ＰＣＩバス
４４：他のコンピュータ

Claims

レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えた流体流動計測システムであって、
前記流動場は、放射線環境下にあり、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、
前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備え、
前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手段と、
その平均輝度算出手段が算出した平均輝度を記録する平均輝度記録手段と、
その平均輝度記録手段に記録された複数の平均輝度と、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手段と、
算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手段と、を備えた流体流動計測システム。
レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を放射線環境下にある流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備えた流体流動計測システムを用いた伝送ケーブルの寿命予測方法であって、
予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度を記憶する最低輝度記憶手順と、
前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手順と、
その平均輝度算出手順にて算出された平均輝度を記録する平均輝度記録手順と、
その平均輝度記録手順に記録された複数の平均輝度と、前記最低輝度記憶手順に記憶された最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手順と、
算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手順と、を備えたことを特徴とする伝送ケーブルの寿命予測方法。
レーザ発振装置と、そのレーザ発振装置から発振されたレーザ光を放射線環境下にある流動場へシート状に照射させるレーザシート形成用走査光学系と、そのレーザシートの二次元粒子軌跡画像を撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、撮影のタイミングを同期させる制御手段と、撮影画像データを処理する画像処理手段とを備えるとともに、
前記画像撮影手段は、レーザシートにおける測定領域の光データを伝送するための伝送ケーブルと、その伝送ケーブルによって伝送された光データを撮影するエリアスキャンカメラとを備え、前記エリアスキャンカメラは、前記流動場の放射線が到達しない場所に設置するとともに、前記伝送ケーブルは、耐放射線性能を備えた流体流動計測システムを用いて伝送ケーブルの寿命をコンピュータに予測させるためのコンピュータプログラムであって、
そのプログラムは、予め別途算出した測定に最低限必要な最低輝度を記憶する最低輝度記憶手順と、
前記画像撮影手段が取得した撮影画像データを用いて測定領域の平均輝度を算出する平均輝度算出手順と、
その平均輝度算出手順にて算出された平均輝度を記録する平均輝度記録手順と、
その平均輝度記録手順に記録された複数の平均輝度と、前記最低輝度記憶手順に記憶された最低輝度とを用いて、伝送ケーブルの使用限度時間の予測値を算出する使用限度算出手順と、
算出された使用限度時間の予測値を出力する予測値出力手順と、をコンピュータに実行させることによって伝送ケーブルの寿命を予測することとしたコンピュータプログラム。