JP7486448B2 - 電力供給装置およびモニタリングシステム - Google Patents

Description

本開示は、電力供給装置およびモニタリングシステムに関する。

従来、例えば、特許文献１に薄膜超音波センサの設置方法について開示されている。

特許第６４６９４８２号公報

特許文献１では、万一、可燃性ガス雰囲気において薄膜超音波センサにスパークが発生したとしても、可燃性ガスへの影響を未然に防ぐようにしている。しかし、薄膜超音波センサなどのような計測機器に対して電力を供給する電力供給装置においても可燃性ガスや粉塵が充満するような可燃性雰囲気への影響を防ぐ必要がある。

本開示は上述した課題を解決するものであり、可燃性雰囲気への影響を防ぐことのできる電力供給装置およびモニタリングシステムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る電力供給装置は、電力を供給するバッテリと、チャープ波を生成させる信号発生回路と、前記信号発生回路への給電電圧を前記バッテリの出力電圧以下に調整する電源回路と、を備える。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係るモニタリングシステムは、上記の電力供給装置と、前記電力供給装置により供給された電力により稼働する計測機器と、を備える。

本開示は、可燃性雰囲気への影響を防止できる。

図１は、実施形態に係るモニタリングシステムおよび電力供給装置の構成図である。

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１に示す実施形態のモニタリングシステム１０は、例えば、原子力発電プラントにおける冷却材管を被検査体１００とし、この被検査体１００の板厚測定を超音波探傷試験により非破壊で行う。実施形態のモニタリングシステム１０は、測定機器である超音波探傷センサ１１と、電力供給装置１と、を含む。

超音波探傷センサ１１は、被検査体１００の外面に接着剤などにより貼り着けられる。超音波探傷センサ１１は、例えば、８．０ＭＨｚとなる中心周波数を持った超音波を被検査体１００に照射可能となっている。超音波探傷センサ１１は、例えば、圧電セラミックス（焼結体層）上に薄膜の電極を形成する。電極の厚みとしては、例えば、１０μｍ～１００μｍである。このように超音波探傷センサ１１は、薄膜に構成されている。

電力供給装置１は、超音波探傷センサ１１とケーブル６を介して電気的に接続され、超音波探傷センサ１１に送信波を送信し、超音波探傷センサ１１から反射波の受信波を受信する。また、電力供給装置１は、送信波と受信波との相関処理を行う。電力供給装置１は、処理結果を無線または有線にて、不図示の制御端末に送る。電力供給装置１は、容器２と、電源部３と、制御部４と、信号送受信部５と、を含む。

容器２は、電力供給装置１を構成する電源部３、制御部４、および信号送受信部５を収容する。容器２は、外部の雰囲気から、電源部３、制御部４、および信号送受信部５を収容する内部の雰囲気を隔離する。従って、容器２は、外部が可燃性雰囲気となった場合、この可燃性雰囲気から内部を隔離し、内部に収容した電源部３、制御部４、および信号送受信部５が可燃性雰囲気に影響を及ぼすことを防ぐ。具体的に、容器２は、密閉された内圧防爆構造、および所定の圧力に耐え得る耐圧防爆構造である。

電源部３は、バッテリ３Ａと、電源回路３Ｂと、を含む。

電源部３は、電力供給装置１内に電力を供給する。実施形態の電源部３は、出力電圧が、例えば、１００Ｖ未満であり、防爆仕様に応じて設定でき、好ましくは１０Ｖ以下である。バッテリ３Ａは、例えば、リチウムイオン電池が用いられる。電力供給装置１に対してバッテリ３Ａを着脱する場合、ケーブル６から電力供給装置１を取り外し可燃性雰囲気ではない管理区域において行う。電源回路３Ｂは、バッテリ３Ａの電力を制御部４、および信号送受信部５に供給する。電源回路３Ｂは、バッテリ３Ａの供給電圧を昇圧し、制御部４、および信号送受信部５へ給電する。実施形態では、バッテリ３Ａの出力電圧は８Ｖ以下であり、電源回路３Ｂは、制御部４、および信号送受信部５への給電電圧を１０Ｖ以下に調整する。例えば、電源回路３Ｂは、バッテリ３Ａの出力電圧が変化した場合でも、制御部４、および信号送受信部５への給電電圧を一定の電圧（例えば、８Ｖ）に調整する。電源回路３Ｂは、防爆仕様に応じた最大出力電圧（例えば、１０Ｖ）を超えて昇圧せず、制御部４、および信号送受信部５への給電電圧を一定の電圧に昇圧する。これにより、電力供給装置１は、装置内全電圧が１０Ｖ以下となる。このように、電源回路３Ｂは、電源部３の出力電圧を、制御部４、および信号送受信部５への給電電圧を一定の電圧に安定的に調整する。なお、防爆仕様に応じた最大出力電圧は、上記では１０Ｖとしたが、この限りではなく、防爆仕様のレベルに応じて適宜設定できる。例えば、防爆仕様のレベルが低い場合最大出力電圧が２０Ｖであってもよい。

制御部４は、演算処理回路４Ａと、通信回路４Ｂと、を含む。

演算処理回路４Ａは、電源のオンまたはオフを行う。また、電源回路３Ｂは、電源のオンまたはオフのタイミングを設定する。電源のオンまたはオフのタイミングとは、後述の信号発生回路５Ａにおいて生成するチャープ波を送信するタイミングとなる。また，演算処理回路４Ａは，後述の信号処理回路５Ｂによって作成される送信波と受信波との相関情報に基づき，送信用データを作成し，通信回路４Ｂへ転送する。

通信回路４Ｂは、不図示の制御端末に無線または有線にて接続され、送信用データを制御端末に送信する。

信号送受信部５は、信号発生回路５Ａと、信号処理回路５Ｂと、管理回路５Ｃと、調整回路５Ｄと、を含む。

信号発生回路５Ａは、超音波探傷センサ１１に送信する送信波を発生する。実施形態の信号発生回路５Ａは、送信波としてチャープ波を生成する。

信号処理回路５Ｂは、整合フィルタを用いて送信波と受信波との相関を出力する。従って、実施形態のモニタリングシステム１０は、電力供給装置１により超音波探傷センサ１１にチャープ波を送信し、超音波探傷センサ１１において被検査体１００から反射した反射波を電力供給装置１で受信する。電力供給装置１は、信号処理回路５Ｂにおいて送信波と受信波との相関を出力し、通信回路４Ｂにより制御端末に送る。これにより、モニタリングシステム１０は、被検査体１００の厚さを非破壊で計測する。

管理回路５Ｃは、信号発生回路５Ａで生成されるチャープ波について超音波探傷センサ１１への送信時間を管理する。信号処理回路５Ｂにおいて、送信波と受信波との相関を出力するには、送信波であるチャープ波の送信時間を長くするほど、受信波との比較精度が高く、高電圧出力（例えば、１００Ｖ）のバースト波同等の精度の高い計測ができる。しかし、チャープ波の送信時間を長くするとバッテリ３の消費が大きくなることと、送信波と受信波との混線が生じるおそれがある。このことから、計測する被検査体１００の厚さに応じ、バースト波同等の精度となり、かつ上記不具合が抑えられる最適な送信時間を選定する。管理回路５Ｃは、選定した送信時間となるようにチャープ波の送信時間を管理する。

調整回路５Ｄは、信号発生回路５Ａで生成されるチャープ波について超音波探傷センサ１１の中心周波数に応じた周波数で周波数をスイープさせるように調整する。

被検査体の厚さに応じてチャープ波を選定する。チャープ波の周波数は８ＭＨｚ近傍でスイープしている。実施形態では、被検査体の厚さに応じ、チャープ波の周波数帯域（チャープ波周波数帯域）とチャープ波の送信時間（チャープ波長さ）を選定する。チャープ波の送信時間は、Ｓ／Ｎ（Signal／Noise）が確保できる範囲で、［００２３］記載の考え方に従い極力短く設定する。結果的に、被検査体の厚さが薄いものはチャープ波の送信時間を短く、被検査体の厚さが厚いものはチャープ波の送信時間を長く設定する形となる。一方で、スイープする周波数帯は被検査体の厚さが厚いものは幅広い帯域で、被検査体の厚さが薄いものは狭帯域で設定する。被検査体の厚さに応じた最適なパラメータは事前の実験やシミュレーション等を用いて確認しておく。

従って、信号送受信部５では、信号発生回路５Ａで生成されるチャープ波について、調整回路５Ｄによって使用する超音波探傷センサ１１の周波数帯に合わせ、管理回路５Ｃによって高電圧出力（例えば、１００Ｖ）のバースト波同等の精度の高い計測を行うように送信時間を管理し、信号処理回路５Ｂによって送信波と受信波との相関を出力する。

このように、実施形態の電力供給装置１は、電力を供給するバッテリ３Ａと、チャープ波を生成させる信号発生回路５Ａと、信号発生回路５Ａへの給電電圧を防爆仕様の許容出力電圧以下に調整する電源回路３Ｂと、を備える。

この実施形態の電力供給装置１によれば、チャープ波を使うことで比較的低電圧のバッテリ３Ａによる電力供給を実現でき、可燃性雰囲気への影響を防止できる。しかも、この実施形態の電力供給装置１によれば、電源回路３Ｂによって信号発生回路５Ａへの給電電圧を防爆仕様の許容出力電圧以下に調整することで、可燃性雰囲気への影響を防止できる。なお、実施形態の電力供給装置１によれば、容器２が必要のない場合もあるが、可燃性雰囲気への影響を確実に防ぐことを考慮し容器２を用いることが好ましい。

また、実施形態の電力供給装置１では、装置内全電圧が１０Ｖ以下である。

この実施形態の電力供給装置１によれば、装置内全電圧を１０Ｖ以下とすることで、可燃性雰囲気への影響を防止できる。

また、実施形態の電力供給装置１では、チャープ波の出力部に定電圧素子７を配置する。定電圧素子７は、例えば、ツェナーダイオードであり、電力供給装置１においてケーブル６に接続する出力部に配置される。

この実施形態の電力供給装置１によれば、電力供給装置１から出力される電流が変化しても定電圧素子７によって電圧を一定にするため、衝撃やケーブル６を引っかけたりして電流が変化しても電圧を一定に保つことができ、可燃性雰囲気への影響を防止できる。

実施形態のモニタリングシステム１０は、電力供給装置１と、電力供給装置１により供給された電力により稼働する計測機器（超音波探傷センサ１１）と、を備える。

この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、低電圧のチャープ波を用い、低電圧の環境下で計測機器により計測ができる。従って、この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、可燃性雰囲気への影響を防止しつつ計測ができる。

また、実施形態のモニタリングシステム１０では、計測機器は、超音波探傷センサ１１を含む。

この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、低電圧のチャープ波を用い、低電圧の環境下で薄膜の超音波探傷センサ１１により非破壊計測ができる。従って、この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、可燃性雰囲気への影響を防止しつつ非破壊計測ができる。

また、実施形態のモニタリングシステム１０では、電力供給装置１は、被検査体１００の厚さに応じた超音波探傷センサ１１へのチャープ波の送信時間を管理する管理回路５Ｃを含む。

この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、被検査体１００の厚さに応じたチャープ波の送信時間を管理することで、送信波と受信波との相関出力の比較精度を向上し、かつバッテリ３の消費を抑えつつ送信波と受信波との混線が生じるおそれのない送信時間でチャープ波を送信できる。従って、この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、低電圧のチャープ波を適用しつつ、例えば高電圧のバースト波同等の計測精度が得られる。

また、実施形態のモニタリングシステム１０では、電力供給装置１は、超音波探傷センサ１１の被検査体の厚さに応じてチャープ波の周波数を調整する調整回路５Ｄを含む。

この実施形態のモニタリングシステム１０によれば、超音波探傷センサ１１の被検査体の厚さに応じたチャープ波の周波数の送信によって、計測精度を向上できる。

１ 電力供給装置
３Ａ バッテリ
３Ｂ 電源回路
５Ａ 信号発生回路
５Ｃ 管理回路
５Ｄ 調整回路
７ 定電圧素子
１０ モニタリングシステム
１１ 超音波探傷センサ

Claims (7)

1. 電力を供給するバッテリと、
   チャープ波を生成させる信号発生回路と、
   前記信号発生回路への給電電圧を防爆仕様の許容出力電圧以下に調整する電源回路と、
   を備える、電力供給装置。
2. 装置内全電圧が１０Ｖ以下である、請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記チャープ波の出力部に定電圧素子を配置する、請求項１または２に記載の電力供給装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電力供給装置と、
   前記電力供給装置により供給された電力により稼働する計測機器と、
   を備える、モニタリングシステム。
5. 前記計測機器は、薄膜の超音波探傷センサを含む、請求項４に記載のモニタリングシステム。
6. 前記電力供給装置は、被検査体の厚さに応じた前記超音波探傷センサへの前記チャープ波の送信時間を管理する管理回路を含む、請求項５に記載のモニタリングシステム。
7. 前記電力供給装置は、前記超音波探傷センサの被検査体の厚さに応じて前記チャープ波の周波数を調整する調整回路を含む、請求項５または６に記載のモニタリングシステム。

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