JPH01299445A

JPH01299445A - 物理量または状態の変化検出装置

Info

Publication number: JPH01299445A
Application number: JP12833188A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Watabiki; 綿引　誠之; Shinji Sonoda; 園田　真治; Yoshinao Konuma; 良直小沼
Original assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1988-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1989-12-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は物理量または状態の変化検出装置に係り、特に
、温度、圧力等の物理量の変化、または液体の漏洩等の
状態変化を給電ケーブルの特性変化を利用して検出する
物理量または状態の変化検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、各種プラントや貯蔵タンク等においては、上述
のような物理量または状態の変化を正確に検出する必要
がある。これは、例えば、防爆等の安全性を確保する上
で°も重要なことである。

従来の方法は、特開昭５４−１６１９８７号公報に記載
されているようにライトケーブルを使用するか、特開昭
５７−１９０１９７号公報に示す如く複雑なシステムを
利用して状態、及び物理量の変化を把握する方式が考え
られていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ライトケーブルを用いる方法は、要求特性を有
するケーブルの製作も簡単ではなく、複数の状態の変化
、例えば水、及び油の混在等の検知にはむずかしい点が
ある。また、他の方式、例えば特開昭５７−１９０１９
７号公報に記載された方法等では、複雑なシステムを構
成せざるを得す、効果についても高度な判定システムが
要求される等、システムとしての構成に現実的に難点で
あった。

本発明の目的は、物理量あるいは状態の変化を信頼度を
高くかつ正確に検出しうる物理量または状態の変化検出
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は物理量または状態の変化を検出すべき場所に配
設され他端が接地されたほぼ均一な特性インピーダンス
を有する給電ケーブルと、この給電ケーブルに供給すべ
き検出信号を発生する検出信号発生器と、該検出信号発
生器からの検出信号を前記給電ケーブルにその一端から
送信する送信器と、前記給電ケーブルからの前記検出信
号の反射波を前記給電ケーブルの一端において受信する
受信器と、前記給電ケーブルにおける前記反射波の発生
部位を判定する判定器とを何えたことを特徴とするもの
である。

〔作用〕

本発明ではほぼ同一の特性インピーダンスを有する給電
ケーブルの特性が物理量（例えば温度。

圧力等）により変化すること、または状態の変化（例え
ば油、水洩れ）により給電ケーブルにそれ等が付着する
ことによって生じるインピーダンスの変化に着目し、給
電ケーブルにパルス、又は連続波の検出信号を送った場
合に生ずる反射波、透過波の変化をとらえることにより
物理量、状態の変化を検知するものである。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

まず、具体的な実施例について説明する前に、本発明に
おける検出原理を以下に説明する。

第４図は本発明に係る検出装置の原理図である。

１は送信器であり、切替器３を通じて給電ケーブル４に
電気信号を与える。２、又は５は受信器であり、６は接
地ケーブルである。いま点７に物理的、又は状態の変化
（例えば、超低温の物体の給電ケーブルへの接触）が生
じたとすると、点７において給電ケーブル４のインピー
ダンスに変化が生ずる。いま、変化前のインピーダンス
をＺｌ、変化後のインピーダンスを乏２とすれば、反射
及び透過波の大きさは、それぞれＺｌ　　−ＺｚＥ　、　＝　−Ｅ　　　　　　　　　　　由（１）Ｚ１
＋２２Ｚ２Ｅ　ｔ　＝　−Ｅ　　　　　　　　　　　・・・（２）
Ｚｘ＋２２で表ねされる。もし、第４図の送信ｉｎ、受信器２の回
路を採用し、送信器１から第５図のｔｏに示す単パルス
を切替器３を通して給電ケーブル４に供給し、直ちに切
替器３を受信器２に切替えを行った場合（３を省略する
ことも可能）点７がらの反射波が第５図１１の時刻でと
らえれ、点７における変化が検出される。この場合給電
ケーブル４の特性インピーダンスは己知であるので、次
の（３）〜（５）式により点７の正確な位置評定が可能
となる。

ｑ＝α＋ｊβ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（３）■＝ω／β　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（４）ｘｏ＝　ｖ　　（ｔ　ｔ−−ｔｏ）　　
　　　　　　　　　　・＝（５）次に、何故に物理量の
変化、状態の変化が、給電ケーブル４の特性インピーダ
ンスの値を変化せしめ得るかを概説しておく。この変化
の説明を第６図〜第１１図に示す。

第６図は同軸ケーブルにおいて部分的に冷却及び加熱を
された場合である。図中８は外被ケーブル、９は中心ケ
ーブル、１０は誘電体、１１はエアーギャップである。

いま、同軸ケーブルを冷却した場合、外被ケーブル８は
径が小さくなり、誘電体１ｏも変化を来たす。特に変形
の大きな層を設けであるケーブル、又は気泡等の混入し
ているケーブルは変化量が大きい。一方、加熱した場合
は外被ケーブル８の径は大となり、場合によっては外被
ケーブル８と誘電体１０間にギャップ１１が生ずること
となり、誘電率εの変化も極めて大きくなる。これ等の
場合の特性インピーダンスは、次式（６）、　（７）と
なり容易に反射波の増大、透過波の減少が得られる。

、１３８ＤＺ：Σ−肯１０−　　　　　　・・・（６）第７図、第
８図は夫々、平行２線式、平行４線式ケーブルを示し、
夫々冷却（又は加熱）した場合について示している。こ
の場合の特性インピーダンスは、次の式（８）〜（１１
）となる。すなわ゛ち、第７図において、第８図において、このように、明らかに特性インピーダンスの変化が生じ
１反射波、透過波の変量が得られる。

第９図は流体（多くの場合は洩れ流体）による特性イン
ピーダンスの変化である。第９図（ａ）は、同軸ケーブ
ルに流体が付着した場合が想定されており、外被ケーブ
ル８′に１ケ、又は複数個の小穴１５を通して誘電体１
０に入り、誘電率εを変化させる。第９図（ｂ）のケー
ブルは平行２線式で誘電体１０の中に流体１．４が入り
、誘電率Ｅを変化させる。右側のケーブルの場合は、ケ
ーブルを幾何学的に流体の溜り易い構造とし、流体１４
を溜めて誘′准率εの変化を促す。第９図（ｄ）は平行
４線式であり、幾何学的に流体の影響を大ならしめる構
造とし、容器１６に溜る流体１４によって誘電率Ｅを変
化させるものである。これ等の場合の特性インピーダン
スは式（６）〜（１１）を吟味することによって得られ
る。

第１０図は腐食性流体のセンサーとして適用する場合で
あり、企図共外被ケーブル８、誘電体１ｏ、及び中心ケ
ーブル９の腐食による全体としての誘電率（容量）εの
変化による特性インピーダンスの変化が生ずる。

第１１図は圧力、又は力センサーとしての機能を追求し
たもので、可動部１９によって加圧された誘電体１０は
、横方向に伸び２線間の距離りがＤ′となり、特性イン
ピーダンスが変化し圧力（力）量の検出が可能となる。

次に、本発明の実施例について述べる。第１図〜第３図
は、ＬＮＧタンク２０に矢印３０で示すＬＮＧ洩れを想
定し、これを検出する例を示す。

給電ケーブル４を、第２図の如くタンク２０の下部のカ
バー３１内でサポート３２上に設置し、タンク２０の全
周をカバーするようにする。給電ケーブル４は、多数の
タンク２ｏに直列に設置することが可能で、第１図では
３ケのタンクについて示しである。２］は送受信装置で
、送信装置のパルス、又はウェーブジェネレーター２３
がコントローラー２５により制御され借りを発信する。

切替器（又はＴ　−Ｒ回路）３は、発信信号を通過させ
給電ケーブル４の頭での反射波がリターンしない前に増
幅器２４の受信回路に切替る。物理量、又は状態に変化
があり１反射波が信号ケーブル２２、増幅器２４を通り
、コンパレーター２６に達すると、コントローラ２５か
らの基準波の大きさ２位相、及び基準時間の情報により
物理量、状態の変化量の大きさ、変化場所がアナログ量
として得られる。この信号がＡ／Ｄ変換器２７を通し、
更に信号線２２を通りデイスプレィ２８、及びブザー回
路２９に伝達され、これによりＬ　Ｎ　Ｇ洩れ３０が確
認出来る。この場合、増幅器２４．コンパレータ２６．
Ａ／Ｄ変換器２７の受信装置は、第１図のアース側に設
けることも可能であり、この場合は透過波の変化を検出
し変化を把握する。

第１２図〜第１４図は流体の洩れ検出としての実施例を
示す。第１２図でタンク３５内に存在しなければならな
い流体３６が洩れを生じ、受は皿３８に溜る。給電ケー
ブル４は受皿３８の中に直線、又は曲線の形で設置され
る。洩れ流体３７が存在すると給電ケーブル４は流体３
６の影響を受け、第９図の如き原理から特性インピーダ
ンスが変化する。発信、受信装置２１からの発信信号は
給電ケーブル４の変化量を情報として受信装置に伝達し
、この信号は信号ケーブル２２を経由してデイスプレィ
、又はブザーに伝送され変化を確認する。第１３図はパ
イプ３９から流体の洩れ４０が存在する場合を示す。流
体は受は皿４１に溜る。

但し、この場合、受皿４１は長平方向に仕切られており
、部分的な位置の確認が出来る様になっている。漏れ流
体４０により、給電ケーブル４の誘電率εの変化は上記
と同様第９図、第１０図の如くなされる。この場合の特
性インピーダンスの変化は、第１２図と同じプロセスで
把握される。第１４図は導管４３の中に流体４４の溜っ
た状態を検出する実施例である。パイプ４３内に給電ケ
ーブル４を設置しておき、流体４４が溜った場合第９図
、第１０図の誘電率の変化に伴う特性インピーダンスの
変化を検出し、目的を達することが出来る。

第１５図は複数の流体を検出識別する実施例である。タ
ンク４５内に流体４６が入っており、他の流体４７が入
った場合を検知する場合であり、流体４７が入った場合
、流体４６．４７による誘電率変化の度合の違いから、
第９図の給電線の構造採用による境界層５６の上下の特
性インピーダンスの変化に基づく反射波の変化を送受信
器２１によって検知し、信号ケーブル２２よりデイスプ
レィ装置３４にこの情報を伝えて目的を達成するもので
ある。

第１６図は流体の液層の温度を検知する実施例である。

４８は液体タンク、４９は液体、５０゜５１は液層の境
界である。４は給電ケーブル、２］−は送受信装置、２
２は信号ケーブル、３４はデイスプレィ装置を示す。い
ま、液層の境界５０、又は５１．あるいはその両方に液
体温度の不連続層が出現した場合、給電ケーブル４の特
性インピーダンスは、液の表面での変化にあわせ、液層
の境界５０．５１の面でも変化が生ずる。その特性の変
化は、第６図〜第８図の原理を応用する。従って、式（
１）の反射波が生じ、Ｅ、の位相と式（５）によりその
堅標及び温度の変化具合が把握出来る。

第１７図は本検出装置を高温検知に使用した実施例であ
る。４は給電ケーブル、２１は送受信装置、５２はビル
ディング、５３は部屋、５４は廊下を示す。給電ケーブ
ル４は第６図〜第８図のものを使用する。いま、場所５
５に火炎が発生した場合、前記記述と同様にその異常を
検出することが出来る。火災が客部屋に移った場合もあ
るいは廊下５４に火災が移っても特性インピーダンスの
変化に相応する反射波の連続的な検出により総ての堅標
の部分の温度を把握することが可能である（反射波は多
重反射と直流分との組合せとなり特性インピーダンスか
らの計算によって温度のｄｉｓｔｒｊ　ｂｕｔ　ｉｏｎ
の逆算が可能となる。ここにセンシングシステムとして
の大きなメリットが存在する）。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、給電ケーブルの特
性インピーダンスの変化を利用して物理量や状態の変化
を高精度で、かつ比較的簡単な構成により検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
同外観図、第３図は給電ケーブルの配設状態を示す部分
拡大断面図、第４図〜第１１図はそれぞれ本発明の検出
原理を示す説明図、第１２図〜第１７図は具体的な応用
例を示す説明図である。４・・・給電ケーブル、２１・・・送受信装置、２２・
・・信号ケーブル、２３・・・ジェネレータ、２４・・
・増幅器、２５・・・コントローラ、２６・・・コンパ
レータ、２７躬１図高′２−阻も３図３２　　　　ｊｊ右４図乙高Ｓ図荊６図粥″１図高８図來１０図只名１１図来１２図亭１３図高１４−図￥ＩＳ図４四躬１］図

Claims

【特許請求の範囲】

１．物理量または状態の変化を検出すべき場所に配設さ
れ、他端が接地されたほぼ均一な特性インピーダンスを
有する給電ケーブルと、該給電ケーブルに供給すべき検
出信号を発生する検出信号発生器と、該検出信号発生器
からの検出信号を前記給電ケーブルにその一端から送信
する送信器と、前記給電ケーブルからの前記検出信号の
反射波を前記給電ケーブルの一端において受信する受信
器と、前記給電ケーブルにおける前記反射波の発生部位
を判定する判定器とを備えたことを特徴とする物理量ま
たは状態の変化検出装置。