JP6411856B2 - 漏油検出装置と方法 - Google Patents

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Description

本発明は、変圧器、コンデンサ、GISの油圧操作器、整流器などの油入機器の漏油検出方法及び装置に関する。
従来から、貯油タンクや変圧器等では、劣化あるいは事故等により、油漏れ(漏油)が発生する懸念があった。漏油は環境汚染及び災害につながる可能性があるため、劣化の初期段階における微量な漏油を検出する技術が求められてきた。微量な漏油を検出する従来技術としては、漏油の吸収波長を含む紫外光を外部より照射した際に、漏油から放出される蛍光(自発光)を検出するものがある。
一般に当該紫外光の外部照射光源には、ブラックライトが用いられるが、ブラックライトの照射光には、紫外光の他に、紫外光に近い波長の可視光成分が含まれることがある。その結果、光源に含まれる可視光成分の強反射光(ノイズ光)も蛍光と共に検出され、検出の妨げとなる懸念があり、ノイズ除去による検出診断精度の向上が必要であった。
この問題を解決するための従来技術としては特開平09−304281(特許文献1)に記載されているように、パルスレーザ光を漏油に照射し、バンドパスフィルタを利用した波長選択素子と、蛍光のみを検出する高速シャッタ機能と映像倍増機能を有するイメージインテンシファイアで蛍光のみを観察することによって、検出精度を向上する方法がある。
特開平09−304281号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、検出器の構造が複雑化する懸念や、油の種別毎に、バンドパスフィルタを取りかえる必要があること等の問題があった。また、精密機器となるため、現地に常時設置した場合には、機器の管理等に労力を注ぐ必要があった。
上記課題を解決するために、本発明に係る漏油検出装置は、複数の異なる入射角度から油入機器を照らすように配置され、それぞれの前記入射角度で順番に点灯及び消灯を行う、油を励起する波長を含む紫外光源と、前記点灯の際に前記紫外光源からの紫外光により照射された油入機器を撮影する撮像機と、前記撮像機により撮影された画像それぞれを記録する記録部と、前記画像それぞれを比較し、常に発光する位置が変わらない部位を漏油部位と判定し、発光する場合と発光しない場合がある部位をノイズ光部位と判定するために、前記画像それぞれを表示する表示部を有することを特徴とする。
本発明によれば、装置を複雑化することなく、ノイズ光の影響を除去した検出精度の高い漏油検出方法とその装置を実現できる。
本発明による漏油検出装置の第1の実施形態を示す図である。 第1の実施形態の漏油検出動作を説明するフローチャートである。 第1の実施形態での第一の紫外光源を照射した際に得られる漏油とノイズ光を含む撮像の模式図である。 第1の実施形態での第二の紫外光源を照射した際に得られる漏油とノイズ光を含む撮像の模式図である 本発明による漏油検出方法および装置の第2の実施形態を示す図である。 第2の実施形態の漏油検出動作を説明するフローチャートである。 本発明による漏油検出方法および装置の第3の実施形態を示す図である。 第3の実施形態の漏油検出動作を説明するフローチャートである。 本発明による漏油検出方法および装置の第4の実施形態を示す図である。 第4の実施形態の漏油検出動作を説明するフローチャートである。 本発明による漏油検出方法および装置の第5の実施形態を示す図である。 第5の実施形態の漏油検出動作を説明するフローチャートである。 本発明による漏油検出方法および装置の第6の実施形態であり、撮影された画像を示す模式図である。 本発明による漏油検出方法および装置の第6の実施形態であり、予め設定した時間間隔の後で撮影された画像を示す模式図である。 第6の実施形態の漏油検出動作を説明するフローチャートである。 本発明による漏油検出方法および装置の第7の実施形態を示す図である。 図16の上視図である。
以下、本発明の漏油検出方法と装置に関する実施の形態を、図面図1〜図17に基づき説明する。なお、本明細書に記載するこの実施の形態が本発明を限定するものではない。以降の実施例では変圧器で一般的に使用される絶縁油(鉱油、植物エステル油等)を例にとり、漏油検出方法と装置について説明するが、油入機器全般の漏油検出方法と装置に関しても本発明は広く適用可能であり、変圧器に限定されるものではない。例えば、燃料油を保存するタンクやパイプライン等の漏油検出においても本発明を適用することが可能である。
図1は、本発明による漏油検出方法と装置を具体的に示す第1の実施形態を示す図である。
漏油検出装置100は第一の紫外光源1aと、第二の紫外光源1bと、固定配置された撮像機2と、第一の紫外光源1aと第二の紫外光源1b、および撮像機2の動作を制御する制御部3と、撮影された画像を記録する記録部4と、記録部4に格納された画像を表示する表示部5とを備えている。
ここで、第一の紫外光源1aおよび第二の紫外光源1bとしては油の吸収波長を含む紫外光源を用いる。具体的には、発光ピークがそれぞれ265nm±50nm、275nm±50nm、345nm±50nm、365nm±50nmのブラックライトを用いることが可能である。この中でも、とりわけ、発光ピークが365nm±50nmのブラックライトを用いるのが好ましい。
撮像機2は画像データを外部出力できる、例えば可視光を撮影するデジタルカメラ等の汎用的なものであっても良い。第一の紫外光源1aと第二の紫外光源1bは撮像機2を挟んで配置するのが望ましい。
漏油11は第一の紫外光源1aと第二の紫外光源1bからの紫外光成分7a又は7bが照射されると、蛍光9を放出する。蛍光9は可視光であるため、可視光用の撮像機2で撮影することができる。
一般に、紫外光源であるブラックライトは紫外光成分の他に可視光成分を含有するため、当該可視光が被撮像物13の表面で反射される。被撮像物13の表面状態により、反射光は拡散反射光と鏡面反射光に分けられる。反射光は可視光のため、可視光用の撮像機2で撮影されることになる。
拡散反射光のみが撮影される場合には、撮影された可視光の強度は一般に蛍光9の強度より低いため、蛍光9による発光が顕著に現れ、漏油11の検出の妨げにはなり得ない。しかし、鏡面反射光が生じる場合には、撮像機2の配置位置により、撮影された反射光の強度は蛍光9の強度と同程度となる場合がある。
例えば、第一の紫外光源1aを被撮像物13に照射する時には、被撮像物13の表面部位12aに対して、当該第一の紫外光源1aによる照射光の可視光成分8aの鏡面反射光10aの強度は入射角度θaと反射角度θa’が等しくなった場合に最大となる。つまり、鏡面反射光10aの入射方向に撮像機2が位置する場合には、被撮像物13の表面部位12aから高強度の可視光が撮影されることになる。その強度は蛍光9の強度と同程度となり、漏油を検出することが困難になってしまう。以下、このように撮像機2に映り込む紫外光源の可視光成分の鏡面反射光をノイズ光として記述する。例えば、鏡面反射光10aはノイズ光10aと記述する。
以上で説明したように、例えば、第一の紫外光源1aと撮像機2を用いて撮影された画像においては、被撮像物13の表面部位12aがノイズ光10aを発する位置となる。
同じように、第二の紫外光源1bを被撮像物13に照射する場合には、当該照射光の紫外光成分7bにより、蛍光9が放出されると共に、可視光成分8bによって被撮像物13の表面部位12bからは、ノイズ光10bが発せされる。ここで、入射角度θbと反射角度θb’は等しい関係にある。
なお、図1では、説明を分かりやすくするために、紫外光源1aおよび1bから照射される紫外光成分7aおよび7bと、鏡面反射を発する可視光成分8aおよび8bのみを照射光として示しているが、当該紫外光源1aおよび1bからは当然、被撮像物13の全域に亘って照射されている。しかしながら、当該紫外光成分7aおよび7bと可視光成分8aおよび8bから生じる蛍光9と鏡面反射によるノイズ光10aおよび10b以外は、拡散反射光となり、撮像機2に高強度の発光画像を形成するものではない。
ここで、撮像機2が固定されていること、および蛍光9が自発光であるため、第一の紫外光源1aと第二の紫外光源1bの配置位置、および被撮像物13への照射角度によらず、撮像機2で撮影した画像上の漏油11による蛍光9の発光位置は変わらない。
したがって、第一の紫外光源1aのみを照射する場合に撮影された画像と、第二の紫外光源1bのみを照射する場合に撮影された画像を比較することにより、画像上で常に同じ位置に発光が観測される部位(AND条件)を漏油11の位置として、また、ぞれぞれの画像で異なる位置に発光が観測される位置(OR条件)をノイズ光発生位置として検出および識別できる。
以下、図1、図2、図3、図4を用いて本実施形態の漏油検出装置の動作を詳細に説明する。
先ず、STEP1では、第一の紫外光源1aを被撮像物13に照射する。当該照射光の紫外光成分7aが漏油11に照射されると、図1、3に示すように漏油11は蛍光9を放出し撮像機2に映り込む。また、同時に、被撮像物13上の表面部位12aからのノイズ光10aも撮像機2に映り込む。
STEP2では、撮像機2で撮影し、且つ得られた画像Aを記録部に保存する。画像Aでの可視光の強度が強い部位は蛍光9の部位(漏油11の部位)と表面部位12aである。
STEP3では、当該光源1aを消灯する。
STEP4では、第ニの紫外光源1bを被撮像物13に照射する。当該照射光の紫外光成分7bが漏油11に照射されると、図1、4に示すように漏油11は蛍光9を放出し撮像機2に映り込む。また同時に、被撮像物13上の表面部位12bからのノイズ光10bも撮像機2に映り込む。
STEP5では、撮像機2で撮影し、且つ得られた画像Bを記録部に保存する。画像Bでの可視光の強度が強い部位は蛍光9の部位(漏油11の部位)と表面部位12bである。
STEP6では、当該光源1bを消灯する。
STEP7では、STEP2とSTEP5で撮影した画像A、およびBを表示部5に同時に表示する。蛍光9が生じる漏油11の部位は何れの画像においても同じ場所に発光が現れるので、漏油と判定する(AND条件)。一方、表面部位12aと表面部位12bは画像ごとに異なる位置で発光するため、オペレーターが発光の様子を表示器で表示して目視により確認し、ノイズ光発生部位と判定する(OR条件)。このように、オペレーターの技量によらず、漏油11を簡単に視覚的に検出および識別できる。
図5は、本発明による漏油検出方法および装置の第2の実施形態を示す図である。ここでは実施例1と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。画像処理部6では、記録部4で記録した画像を呼び出して、漏油11を自動判定する。判定した結果は表示部5に表示する。
図6は、実施例2の漏油検出方法および装置で、漏油11を自動検出する際のフローチャートである。なお、STEP1からSTEP6の動作は、第1の実施形態と同じである。
STEP7では、撮影された画像Aを呼び出して、各ピクセルのR、G、B値を抽出し、輝度Ynを計算する。Ynの計算式としては、例えば一般的に知られている
n=0.299R+0.587G+0.114B (1)
などがある。ここで、nはSTEP7ではn=1、後述するSTEP8ではn=2として区別する。
画像Aの輝度Y1と、画像処理部6に予め設定された漏油11と判定する輝度の閾値とを比較し、当該閾値以上の部位を記録する。
STEP8では、式(1)を利用して、画像Bの各ピクセルの輝度を算出する。次にSTEP7と同様に画像処理部6に予め設定された漏油11と判定する輝度の閾値とを比較し、当該閾値以上の部位を記録する。
なお、画像Aおよび画像Bに対するそれぞれの輝度の閾値は、変圧器の新規据付時などの漏油11のない状態と、人為的に油を付着させた状態に対して、第一の紫外光源1a、および第二の紫外光源1bを用いて予め測定、評価し、バックデータとして画像処理部6に設定しておけば良い。
STEP9では、画像Aと画像Bのそれぞれの輝度の閾値以上の部位を比較する。画像Aと画像Bにおいて、両方の画像で輝度Y1、およびY2がそれぞれの輝度の閾値以上の部位が一致すれば漏油11と判定する。画像ごとに輝度の閾値以上の部位が異なる部位をノイズ光10aおよび10bが発せられる部位と判定する。
上記の通り、本実施例では、輝度の閾値を利用することで、漏油の自動判定と検出精度の向上を同時に行うことが可能となる。
図7は、本発明による漏油検出方法および装置の第3の実施形態を示す図である。制御部3と、記録部4と、表示部5は前記実施例1および実施例2と同じであり、また、画像処理部6は前記実施例2と同じであるため省略する。
実施例1と2では第一の紫外光源1aと第二の紫外光源1bを配置することで、蛍光9とノイズ光10aおよび10bを発する部位を検出・識別するが、本実施例では第一の紫外光源1aのみを配置し、第一の紫外光源1aを変圧器周辺に配置した光源移動手段によって移動させて、実施例1および2で説明した第二の紫外光源1bの配置位置へ移動する。それ以外の部分は実施例1および2と同じである。なお、光源移動手段としては、レールやロボットアーム等が好適であるが、この限りではない。
図8は、実施例3での漏油検出方法および装置で、漏油を自動検出する際のフローチャートである。ここでは、図6と対比して、本実施例の形態での追加項目について説明する。
図8のSTEP4以外の部分は実施例2と同じである。図8のSTEP4では、図8のSTEP3で画像Aの撮影が完了した後に、第一の紫外光源1aを上述した方法で移動する。
なお、ここでは一例として実施例3のフローチャートを用いて示したが、図2に示す実施例1のフローチャートでは、図2のSTEP3とSTEP4の間に本実施例の図8に示すSTEP4を追加して紫外光源を一台とすれば良い。
図9は、本発明による漏油検出方法および装置の第4の実施形態を示す図である。制御部3と、記録部4と、表示部5は実施例1および実施例2と同じであり、また、画像処理部6は実施例2と同じであるため省略する。ここでは上記実施例と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
本実施例では、紫外光源1cのみを配置し、また撮像機2aと2bを配置する。被撮像物13の表面部位12cに対して、紫外光源1cの照射光の可視光成分8cによるノイズ光10cは撮像機2aに映り込むが、撮像機2bに映り込まない。同じように、表面部位12dに対して、可視光成分8cによるノイズ光10cは撮像機2aに映り込まないが、撮像機2bに映り込む。
図10は実施例4における検出方法および装置で漏油11を自動検出する際のフローチャートである。
STEP1では、紫外光源1cを被撮像物13に照射する。
STEP2では、撮像機2aで撮影し、且つ得られた画像A1を記録部4に保存する。画像A1において、高強度な可視光を示す部位は漏油11の部位と表面部位12cとなる。
STEP3では、撮像機2bで撮影し、且つ得られた画像B1を記録部4に保存する。画像B1において、高強度な可視光を示す部位は漏油11の部位と表面部位12dとなる。
STEP4では、紫外光源1cを消灯する。
STEP5では、画像A1とB1を記録部4から読み出して、画像処理部6で画像処理を行う。撮像機2aと2bの二台が異なる場所から被撮像物13を撮影するので、被撮像物13の位置が画像A1とB1で同じ位置となるように画像の位置補正を行う。
なお、画像位置を簡単に補正できるように被撮像物13の予め特徴のある複数のスポットを目印として、補正係数を求めておくなどしておけば好適である。また、撮像機2aと撮像機2bは被撮像物13の表面から同じ距離、且つ被撮像物13の表面と平行に配置すれば、より簡単に位置補正が可能となる。つまり、このように配置すれば、画像の拡大や縮小などの複数の補正が不要となる。
画像処理部6に画像B1を補正した画像B1’および画像A1を保存する。
STEP6からSTEP8では、A1とB1’を利用して、漏油の自動判定を行う。自動判定方法は実施例2と同じであるため説明を省略する。
図11は、本発明による漏油検出方法および装置の第5の実施形態を示す図である。制御部3と、記録部4と、表示部5は実施例1および実施例2と同じであり、また画像処理部6は前記実施例2と同じであるため省略する。ここでは実施例4と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
実施例4では撮像機2aと2bを設置するが、本実施例では、撮像機は2aのみ設置する。撮像機2aを変圧器周辺に配置した撮像機2aの移動手段によって移動させて実施例4の撮像機2bの設置場所へ移動する。なお、撮像機の移動手段としては、実施例3と同様にレールやロボットアームが好適であるが、この限りではない。
図12は、実施例5における漏油検出方法および装置で漏油11を自動検出する際のフローチャートである。STEP3の以外の部分は実施例4と同じであるため説明を省略する。STEP3において、STEP2で画像A1の撮影が完了した後に、撮像機2aを上述した方法で移動する。
本実施例は変圧器の側面に付着した油を検出する時に、固定した第一の紫外光源1aと撮像機2を利用して、予め設定した時間間隔で被撮像物13を撮影し、得られた画像に対して、漏油11の形状の変化を検出し漏油11とノイズ光10aを発する部位を識別する手法である。図13および図14は、予め設定した時間間隔で撮影された二枚の画像を示す模式図である。
図13での被撮像物13に対する高強度の可視光が撮影された部位は、部位12e(漏油部位とする)と部位12f(ノイズ光が生じる部位とする)である。漏油11は重力の影響により、時間の経過と共に形状が変化する。図14は予め設定した時間間隔を経て撮影された被撮像物13の画像の模式図である。漏油11は機器の側面を伝って下向きに流れるため、破線で示すように形状が変化する。一方、部位12fはノイズ光10aが生じる部位であるため、時間の変化によらず、形状に変化はない。これらの画像を比較することにより、発光形状が変化しない部位12fはノイズ光10aを発する部位として、また、発光形状が変化する部位は漏油11の部位として検出・識別できる。
図15は実施例5における検出方法および装置で漏油を自動検出する際のフローチャートである。 STEP1では、第一の紫外光源1aを被撮像物13に照射する。
STEP2では、撮像機2で撮影し、且つ得られた画像A2を記録部4に保存する。画像A2で、被撮像物13の表面に高強度の可視光が撮影される部位は、漏油11の表面部位12eと表面部位12fである。
STEP3では、予め設定した時間間隔をおいて撮像機2で再度撮影し、得られた画像B2を記録部4に保存する。画像B2で、高強度の可視光が撮影される部位は、漏油11の表面部位12eと表面部位12fである。
STEP4では、第一の紫外光源1aを消灯する。STEP5とSTEP6では、第二の実施形態と同じであるため説明は省略する。
STEP7では、画像A2とB2の輝度の閾値以上の部分を比較する。A2と比べて、B2の閾値以上の部位が増加し、且つ当該部位の形状に変化が生じた場合には漏油11と判定する。また、変化がない場合にはノイズ光10aを発する部位と判定する。
本実施例は、図16に示すブッシング14、タンク15、ラジエータ16、タンク15とラジエータ16を繋ぐ上部配管17aと下部配管17b、および上部配管の接続部18aと下部配管の接続部18bを有する、一般的に電力設備に用いられる、油入変圧器を例にとり、ラジエータ15と下部配管の接続部18bの漏油11を検出する方法及び装置について示す。
油入変圧器はその名の通り、ブッシング14、タンク15、ラジエータ16、上部配管17aと下部配管17bが絶縁油で満たされた構造であり、上・下部配管の接続部18aおよび18bは一般にパッキンを介してボルトとナットで固定されている。
図16は、第一の紫外光源1a、第二の紫外光源1bと撮像機2を上記変圧器の周辺に配置した状態での側面図である。
図17は図16の上視図である。第一の紫外光源1aと撮像機2はラジエータ16の側面から離れた場所に配置する。また、第二の紫外光源1bはラジエータ16の正面から離れた場所に配置する。
第一の紫外光源1a、第二の紫外光源1bおよび撮像機2はラジエータ16の底面高さより低く、且つラジエータ16の下部と、下部配管の接続部18bの底部を照射可能な位置および高さに設置する。
以上の配置によれば、紫外光源1a、1b二台と撮像機2の一台の構成で、第一の紫外光源1aと第二の紫外光源1bが照射されるラジエータ16と下部配管の接続部18bの部位に対して、漏油11を検出することが可能である。漏油11の検出方法および装置の詳細については、実施例2で説明した方法と同じであるため、説明を省略する
また発明者が鋭意検討した結果、漏油検出対象機器の周辺環境の照度が50lx以下の場合に漏油の検出感度を高めることができた。そこで、変圧器の影や日没後、特に夜間時を利用して漏油を検出すれば、検出感度を高めることができる。
さらに、変電所内の監視カメラを撮像機2として利用したり、漏油検出対象機器が設置されている構内の、例えば監視用の赤外センサーなどに給電している既設電源を利用することによって、当該検出装置の導入費用を低減できる。なお、当該検出装置の電源に関しては、この限りではなく、バッテリーなどを利用しても良い。
100・・・漏油検出装置
1a・・・第一の紫外光源
1b・・・第二の紫外光源
1c・・・紫外光源
2・・・撮像機
2a・・・撮像機
2b・・・撮像機
3・・・制御部
4・・・記録部
5・・・表示部
6・・・画像処理部
7a・・・漏油に照射される第一の紫外光源1aの照射光の紫外光成分
7b・・・漏油に照射される第二の紫外光源1bの照射光の紫外光成分
8a・・・第一の紫外光源1aによる照射光の可視光成分
8b・・・第二の紫外光源1bによる照射光の可視光成分
8c・・・紫外光源1cによる照射光の可視光成分
9・・・蛍光
10a・・・第一の紫外光源1aによる照射光の可視光成分の鏡面反射光(ノイズ光)
10b・・・第二の紫外光源1bによる照射光の可視光成分の鏡面反射光(ノイズ光)
10c・・・紫外光源1cによる照射光の可視光成分の鏡面反射光(ノイズ光)
11・・・漏油
12a・・・被撮像物13の表面部位
12b・・・被撮像物13の表面部位
12c・・・被撮像物13の表面部位
12d・・・被撮像物13の表面部位
12e・・・被撮像物13の表面部位
12f・・・被撮像物13の表面部位
13・・・被撮像物
14・・・変圧器ブッシング
15・・・変圧器タンク
16・・・変圧器ラジエータ
17a・・・変圧器タンクとラジエータを繋ぐ上部配管
17b・・・変圧器タンクとラジエータを繋ぐ下部配管
18a・・・上部配管の接続部
18b・・・下部配管の接続部

Claims (9)

  1. 複数の異なる入射角度から油入機器を照らすように配置され、それぞれの前記入射角度で順番に点灯及び消灯を行う、油を励起する波長を含む紫外光源と、
    前記点灯の際に前記紫外光源からの紫外光により照射された油入機器を撮影する撮像機と、
    前記撮像機により撮影された画像それぞれを記録する記録部と、
    前記画像それぞれを比較し、常に発光する位置が変わらない部位を漏油部位と判定し、発光する場合と発光しない場合がある部位をノイズ光部位と判定するために、前記画像それぞれを表示する表示部を有する漏油検出装置。
  2. 請求項1において、
    前記油を励起する波長を含む紫外光源は、発光ピークが265nm±50nm、275nm±50nm、345nm±50nm、365nm±50nmのいずれかであることを特徴とする漏油検出装置。
  3. 請求項1において、
    さらに、前記漏油部位と前記ノイズ光部位の光量を定量的に判定するための画像処理部を有することを特徴とする漏油検出方装置。
  4. 請求項3において、
    前記画像処理部の前記光量を定量的に判定するために、輝度による閾値の判定機能を有することを特徴とする漏油検出装置。
  5. 請求項4において、
    前記判定機能は予め漏油のない状態での前記光量をバックデータとして有することを特徴とする漏油検出装置。
  6. 請求項1において、
    前記紫外光源は移動手段を有することを特徴とする漏油検出装置。
  7. 請求項1において、
    さらに、前記画像それぞれを位置補正する位置補正手段を有することを特徴とする漏油検出装置。
  8. 複数の異なる入射角度から油入機器を照らすように、油を励起する波長を含む紫外光源を配置し、
    前記紫外光源を前記それぞれの入射角度で順番に点灯及び消灯し、
    前記点灯した際に前記紫外光源からの紫外光により照射された油入機器をそれぞれ撮影し、
    前記撮影した画像それぞれを比較し、常に発光する位置が変わらない部位を漏油部位と判定し、発光する場合と発光しない場合がある部位をノイズ光部位と判定する漏油検出方法。
  9. 請求項8において、
    前記油を励起する波長を含む紫外光源は、発光ピークが265nm±50nm、275nm±50nm、345nm±50nm、365nm±50nmのいずれかであることを特徴とする漏油検出方法。
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