JPH05142088A

JPH05142088A - ガス漏れ検出装置

Info

Publication number: JPH05142088A
Application number: JP6226891A
Authority: JP
Inventors: Tominari Sato; 富徳佐藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】【目的】工場内等において漏洩しているガスの漏洩
量、位置、範囲等の情報を、複数の検出装置を備えるこ
となく、遠隔した位置から可視化された情報として検出
することができ、光源の設置にスペース面で有利なガス
漏れ検出装置を得る。【構成】単一レーザー光源ＬＳから波長の異なる二種
のレーザー光Ｌ１，Ｌ２を発信し、監視対象域Ａを透過
した後反射されたレーザー光Ｌ１，Ｌ２を受信するとと
もに、このレーザー光Ｌ１，Ｌ２の発信強度と受信強度
の差から、監視対象域Ａにおけるそれぞれのレーザー光
Ｌ１，Ｌ２に対する吸収度合いを検出し、これらの結果
より漏洩ガスに関する情報を得、これを情報処理の後、
二次元画像として表示する。ここで第一レーザー光Ｌ１
としては、ガスｇに吸収可能な波長を有するレーザー光
が選択され、第二レーザー光Ｌ２としては、前記の第一
レーザー光よりはガスｇに吸収され難いレーザー光が選
択される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、都市ガス製造工場、家
庭等において配管系の接続部等より漏れ出す被検出ガス
のガス漏れを検出するためのガス漏れ検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来構成のこういったガス漏れ検出装置
は、この検出装置周辺における被検出ガスの濃度を検出
することによりガス漏れの有無を検知する構成のもので
あり、使用に際しては測定しようとする箇所に装置を設
置し、その地点のみの被検出ガスの有無を検知してい
た。そのため、例えば工場内の広い区域における漏洩状
態（被検出ガスの量、あるいはタンク、配管等の特定位
置といった漏洩特定点の位置）を知るためには、数多く
の場所に前述のガス漏れ検出装置を設置して、漏れガス
状況を把握していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術においては、例えば、現実に漏洩が起こってしまっ
ている場合で漏洩箇所の特定ができていない状況におい
て、漏洩箇所特定及び範囲確認のため、推定漏洩場所へ
装置とともに人が入っていって漏洩位置を特定検知する
のは手間と時間の掛かる作業である。さらに、例えば工
場内の広い区域を検知対象とする場合、この方法では、
非常に多くの地点にガス漏れ検出装置を設置する必要が
生じ、コスト、管理等の面で問題があった。従って本発
明の目的は、例えば工場内におけるタンク、配管等の周
囲において漏洩しているガスを、多くの装置を設置する
ことなく、瞬時に、遠隔した場所から検知することが可
能なガス漏れ検出装置を得ることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明によるガス漏れ検出装置の特徴構成は、被検出
ガスに吸収可能な波長を有する第一レーザー光を監視対
象域に対して発信する第一発信手段、及び、監視対象域
を透過して監視対象域の背景により反射してくる第一レ
ーザー光を受信する第一受信手段を備えた第一検出手段
と、被検出ガスに対して、第一レーザー光よりは吸収さ
れにくい波長を有する第二レーザー光を監視対象域に対
して発信する第二発信手段、及び、監視対象域を透過し
て監視対象域の背景により反射してくる第二レーザー光
を受信する第二受信手段を備えた第二検出手段と、前期
第一レーザー光及び第二レーザー光をともに出力する、
第一発信手段及び第二発信手段に共通の単一レーザー光
源とを備え、第一検出手段及び第二検出手段により得ら
れる第一、第二レーザー光それぞれの発信強度と受信強
度の差としての第一、第二吸収情報を得る情報処理手段
を備えるとともに、第一、第二検出手段が、監視対象域
に関する情報を二次元的に取り込むものであり、第一、
第二吸収情報を二次元的に表示する表示手段を備えてい
ることにあり、その作用・効果は次の通りである。

【０００５】

【作用】つまり、本願のガス漏れ検出装置は第一、第二
検出手段、情報処理手段と表示手段とを有して構成され
ている。そして、両検出手段に共通の単一レーザー光源
からともに出力された第一、第二レーザー光が、各検出
手段において、これらの検出手段にそれぞれ備わってい
る発信手段により発信されるとともに、これが監視対象
域を透過した後、背景において反射されて、再度監視対
象域を透過の後、各検出手段にそれぞれ備わっている受
信手段により受信される。（この透過過程において、検
出対象領域に被検出ガスが介在する場合はレーザー光は
行き、帰り二度吸収される。）そして、各検出手段にお
いて、そのレーザーの発信強度と受信強度との関係か
ら、各レーザー光の監視対象域における吸収情報が情報
処理手段により検知される。ここで監視対象域に被検出
ガスが存在すると、第一、第二レーザー光に対する被検
出ガスの吸収特性の差に起因して、情報処理手段により
得られる第一、第二吸収情報間に差が生じる。さらに第
一、第二検出手段においては、監視対象域に関する情報
は二次元的に取り込まれ、情報処理手段により処理を受
けた後、これが表示手段により二次元的に表示される。
ここで、被検出ガスの存在は、ガス吸収の程度の差によ
って吸収情報の強度の差となって現れ、表示手段上に濃
淡で現れる。さらに背景についてもその散乱係数の相違
から同じく濃淡で表示される。

【０００６】

【発明の効果】従って、本願のガス漏れ検出装置におい
ては、こういった装置をガス漏れの中心部に配置して漏
れを検出することはなく、遠隔位置よりレーザー光を照
射して検出をおこなうことが可能となる。さらにレーザ
ー光を使用するため、検出においてはこれを瞬時におこ
なうことができる。しかも、検出に用いる二つのレーザ
ー光は、両検出手段に共通の単一レーザー光源からとも
に出力されるから、それら両検出手段に各別にレーザー
光源を備えさせる場合に比して、光源設置のためのスペ
ースを少なくして、装置のコンパクト化を画れる。さら
に表示手段を備えているため、監視対象域の情報が画像
情報として通常の背景画像上に被検出ガスが可視化され
て表示される。作業者は、この画像を監視することで、
背景と濃度を含めた被検出ガスの状態が同時に把握で
き、漏洩元とガス滞留状況などが簡単に特定できる。即
ち、このようにすることにより漏洩した被検出ガスの容
量及び漏洩箇所を特定できるので、漏洩原因解明、保全
対策を迅速に講ずることが可能となる。

【０００７】

【実施例】本願の実施例を図面に基づいて説明する。図
１には本願のガス漏れ検出装置１を使用して、ガス製造
工場における貯蔵タンク２近辺のガス漏れの状況を検出
している状態が示されている。即ち工場内で、被検出ガ
スとしての可燃性ガスｇに対する監視対象域としての漏
洩監視地域Ａ内に、スクリーン３を建て、漏洩監視地域
Ａに対して、本願のガス漏れ検出装置１を配設して、可
燃性ガスｇの漏洩の有無を検知している状況が示されて
いる。ここで、検出の概略構成を説明すると、ガス漏れ
検出装置１から特定の波長を有する二つのレーザー光Ｌ
１，Ｌ２が、漏洩監視地域Ａを介して前述のスクリーン
３に向けて発信されるとともに、このスクリーン３によ
り反射されたレーザー光Ｌ１，Ｌ２が受信され、これら
の発信レーザー光、受信レーザー光の強度状況から漏洩
監視地域Ａ内におけるレーザー光Ｌ１，Ｌ２の吸収状態
が検出されて、ガス漏れの有無が判断されるのである。

【０００８】先ず、以下に本願のガス漏れ検出装置１の
構成について、図２に基づいて説明する。このガス漏れ
検出装置１は、第一レーザー光Ｌ１を漏洩監視地域Ａに
発信する第一発信手段としての第一発信装置Ｅ１、及
び、漏洩監視地域Ａを透過して前述のスクリーン３より
反射してくる第一レーザー光Ｌ１を受信する第一受信手
段としての第一受信装置Ｒ１を備えた第一検出手段とし
ての第一検出系Ｓ１と、第二レーザー光Ｌ２を漏洩監視
地域Ａに発信する第二発信手段としての第二発信装置Ｅ
２、及び、漏洩監視地域Ａを透過してスクリーン３より
反射してくる第二レーザー光Ｌ２を受信する第二受信手
段としての第二受信装置Ｒ２を備えた第二検出手段とし
ての第二検出系Ｓ２とを備えている。そしてさらにこの
ガス漏れ検出装置１は、装置本体を漏洩監視地域Ａに対
して前記のスクリーン３に揺動させて走査させるための
駆動装置４、前記駆動装置４の作動情報、前記第一検出
系Ｓ１、及び、第二検出系Ｓ２からの検出情報（第一、
第二吸収情報）を漏洩監視地域Ａにおける検出位置と連
係させて記憶する記憶装置５を備えている。さらにこの
ガス漏れ検出装置１は、前記漏洩監視地域Ａにおける第
一、第二レーザー光Ｌ１，Ｌ２それぞれの発信強度と受
信強度の差である第一、第二吸収情報を得る情報処理手
段としての情報処理系である演算装置Ｓ３を備えるとと
もに、演算装置Ｓ３により検出される情報を表示するブ
ラウン管等の表示手段としての表示装置Ｓ４を備えてい
る。ここで、第一、第二検出系Ｓ１，Ｓ２の情報取り込
み状態は二次元的であり、表示装置Ｓ４による表示も二
次元的に行われる。

【０００９】ここで、第一発信装置Ｅ１と、第二発信装
置Ｅ２は図２に示すように実質同一の装置であり、単一
のレーザー光源ＬＳにより同時に出力される複数の波長
を有するレーザー光から特定の二波長λ₁,λ₂が選択さ
れて漏洩監視地域Ａに向けて発信される構成が採用され
ている。単一レーザー光源ＬＳとしては、例えば、炭酸
ガスレーザーの２つの発振波長である１０．６マイクロ
メートルと９．６マイクロメートルとを切り替えて用い
るものや、図９に示すように非線形効果を利用した波長
変換素子２２を介装することで有機色素レーザー２３の
発振波長を変換して得られる図１０に示す複数の高調波
のうちから２つの波長を選択して用いるものが考えられ
る。また、その発振の制御については、例えば後者の波
長変換を利用するものでは、光路に介装する２つのバン
ドパスフィルタを所定タイミング毎に切り替えるように
してもよく、前者の炭酸ガスレーザーであれば時分割駆
動すればよい。

【００１０】一方、第一受信装置Ｒ１と第二受信装置Ｒ
２は、検知部６を除いて事実上同一の受信検出系から構
成されている。即ち図３に示すように、受信検出系Ｒに
おいては受信されるレーザー散乱光Ｌを凹面鏡７により
集光し、このレーザー散乱光Ｌがビームスプリッター８
により波長λ₁,λ₂の第一レーザー光Ｌ１及び第二レー
ザー光Ｌ２に分光され、それぞれ独立の第一、第二レー
ザー光検知部６１，６２で検知されるように構成されて
いるのである。

【００１１】以下に本願のガス漏れ検出装置１に於け
る、第一、第二レーザー光Ｌ１，Ｌ２の波長λ₁,λ₂の
選定状況及び装置の原理について説明する。先ずレーザ
ー光の選定状況について説明すると、第一レーザー光Ｌ
１としては、被検出ガスｇに吸収可能な波長を有するレ
ーザー光を選定し、第二レーザー光Ｌ２として、第一レ
ーザー光Ｌ１よりは吸収されにくい波長を有するレーザ
ー光を選定する。さらに具体的に以下に説明する。図４
に、メタン、プロパン、ブタン、イソブタンの照射赤外
光の各波長に対する透過率（被検出ガスｇの濃度を一定
にして、照射赤外光の各波長をｌ００とした場合のデー
タ；１００よりこの数字を引いたものが吸収率とな
る、）が示されている。各ガスに対してそれぞれ第一、
第二レーザー光Ｌ１，Ｌ２を選定するとともに、いずれ
かのガスが含まれる可能性のある可燃性ガスを対象とし
た場合にも、これに併せて第一、第二レーザー光を選定
すればよい。

【００１２】次に、ガス漏れ検出装置１の作動原理を説
明する。この処理は演算装置Ｓ３に備えられている情報
処理系の処理内容である。今、レーザー光の光路上に検
出対象である被検出ガスｇが存在しているものと仮定す
る。第一レーザー光Ｌ１は、被検出ガスｇによく吸収さ
れ、被検出ガス中を透過した場合レーザー光の強度は、
Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの式で以下のように表され
る。

【数１】Ｉｔ＝Ｉｉ×ｅｘｐ（−ａ・ｐ・ｄ・ｃ）×α ここで、Ｉｔ：レーザー光の受信強度Ｉｉ：レーザー光の発信強度ａ：吸収係数（ａｔｍ^-1・ｍ^-1）ｐ：気体圧力（ａｔｍ）ｄ：レーザー光が被検出ガス中を透過する長さ（ｍ）ｃ：被検出ガスの濃度（ｐｐｍ） α：背景におけるレーザー光の散乱係数従って、被検出ガスｇの漏洩の大きさを示す量であるｄ
・ｃは第一レーザー光Ｌ１に付いては、

【００１３】

【数２】（ここで、各レーザー光に関する数値について
は、最後尾に添字の１または２を付けて表示する。）と
なる。一方、第二レーザー光Ｌ２は、被検出ガスｇがレ
ーザー光の通過の途中に発生していたとしても、第一レ
ーザー光Ｌ１に比較して吸収率が小さく、よく透過す
る。従って、レーザー光の通過途中に被検出ガスｇがあ
ってもレーザー光の強度は殆ど影響を受けない場合を想
定できる。そこで、各レーザー光に対する送信側と受信
側のおけるレーザー光の強度の差が、第一、第二吸収情
報とされるのである。以上の処理が基本であるが、最も
簡単な処理系は以下の様に構成できる。ここで、第一レ
ーザー光Ｌ１が被検出ガスｇに吸収されて、弱まったレ
ーザー光の強度Ｉｔ₁を検出し、さらに第二レーザー光
Ｌ２が、被検出ガスｇに若干吸収されて弱まったレーザ
ー光の強度Ｉｔ₂を検出する。第二レーザー光Ｌ２に対
しては、その発信側強度、及び受信側強度に大きな差が
生じない場合（散乱係数がほぼ１の場合）は、Ｉｉ₂≒
Ｉｔ₂が成立する。さらに発信側における第一、第二レ
ーザー光の強度比Ｋ＝Ｉｉ₁／Ｉｉ₂を用いると、（Ｉｉ
₁−Ｉｔ₁）／Ｉｉ₁＝（Ｉｔ₂・Ｋ−Ｉｔ₁）／Ｉｔ₂・Ｋ
となり、これを用いて、数１に適応することによりｄ・
ｃを算出することができる。なお、ここで、Ｉｔ₂・Ｋ
は背景についての情報出力であり、（Ｉｔ₂・Ｋ−Ｉ
ｔ₁）とすることによって被検出ガスｇの漏洩状態につ
いての情報のみを出力することが可能となるのである。
さらに、Ｉｔ₂・Ｋで除算しているのは、正規化処理で
ある。

【００１４】以上は、漏洩監視地域Ａにおける測定点各
点における情報の処理方法であるが、本願のガス漏れ検
出装置１においては、前述のように駆動装置４が設けら
れており漏洩監視地域Ａを走査する構成が採用されてい
る。そして、駆動装置４の位置情報、これに対応する漏
洩監視地域Ａの位置情報、およびこれらの位置に対応し
た前述の被検出ガスの漏洩状態の情報が、記憶装置５に
連係記憶されるとともに、図５に示すようにこれらを画
像処理して表示装置Ｓ４に表示される。ここで、表示に
あたっては、第一吸収情報と第二吸収情報の増幅率が可
変とされており、通常の状態においては例えば、被検出
ガスｇによるレーザー光の吸収が行われた側の映像が常
時ブラウン管に表示されているのである。普通、作業者
は、映像の正常状態を記憶しており、ブラウン管に表示
される情景が通常のものと異なっていればこれに気付
く。そして、この段階で前述の増幅率を変化させて、第
一吸収情報から第二吸収情報を除くようにそれぞれの情
報の増幅率の調節が行われる。このようにすると、ブラ
ウン管には検知対象のガスｇのみが写し出されることと
なり、背景、および被検出ガスｇの二次元の位置関係か
らガス漏れの範囲、位置等を確認することが可能とな
り、さらに映像の濃淡の状態から被検出ガスｇの濃度を
知ることが可能となるのである。ここで、第一、第二吸
収情報に対するそれぞれの増幅率を、第一、第二増幅率
と呼ぶ。演算処理としてはそれぞれの増幅済の情報を合
算処理することとされている。この合算済の情報を監視
対象域情報とよび、この処理をおこなう構成を選択情報
処理手段と称する。このようにして、順次、漏洩監視領
域Ａに対して二つのレーザー光Ｌ１，Ｌ２を利用してガ
ス漏れの有無を検知、走査していくことによって、それ
ぞれ出力として検出される情報を表示装置Ｓ４に濃淡あ
るいは配色によって表示し、作業者がガス漏れの有無を
可視情報として、遠隔地から検知できるのである。

【００１５】〔別実施例〕本願の別実施例を以下に箇条
書きする。（イ）上述の実施例においては、受信検出系としてビー
ムスプリッター８を利用する例を示したが、これは図
６、図７に示す回転円盤フィルター１０を利用するもの
としてもよい。さらに詳細に説明すると、図７に示すよ
うに受信検出系は、凹面鏡７により集光されたレーザー
散乱光Ｌが、図６に示す各々半円形の第一、第二フィル
ター部１１、１２を有する円盤状フィルター１０をモー
ター１３により回転により分波され、この回転に同期し
て第一、第二レーザー光Ｌ１，Ｌ２成分を検出すること
により、それぞれのレーザー光の強度が測定される。

【００１６】（ロ）上述の実施例においては、監視対象
域Ａの背景としてレーザー光の確実な反射を得るためス
クリーン３を設けるものとしたが、これは第二レーザー
光Ｌ２が被検出ガスｇに若干吸収されて弱まったレーザ
ー光の強度Ｉｔ₂が非常に小さくて検出不可能なことの
ないように、ある程度のレーザー光線の散乱係数を保証
するためである。ここで、スクリーン３としては、第
一、第二レーザー光Ｌ１，Ｌ２に対してその散乱係数
が、できるだけ均一にものを選択するのが好ましい。し
かしながら、散乱は均一であることが望ましいが、ある
程度以上の数値であれば、被検出ガスｇの漏洩の有無は
検出できる。従って、この範囲にある場合は、特別のス
クリーン３がなく背景が工場内の自然状態であっても、
被検出ガスｇの漏洩の有無が検出可能であり、工場内の
背景の状態に因っては、スクリーン３は不要となる。

【００１７】（ハ）さらに背景は一般に静止しているの
に対し、漏洩した被検出ガスｇは、流動する。従って、
異なった時間における本願のガス漏れ検出装置１で可視
化した映像情報を比較分析することによりガスの漏洩の
状態を把握できる構成を採用することもできる。

【００１８】（ニ）上述の実施例においては、発信側に
おいてレーザー光を漏洩監視地域Ａに対して走査する構
成を示したが、面発光させたレーザー光を漏洩監視地域
Ａに対して一度に照射するとともに、受信側においてイ
メージセンサーにて反射光を一度に受信する構成とする
ことも可能である。

【００１９】（ホ）上述の実施例においては、駆動装置
４により第一検出系Ｓ１、第二検出系Ｓ２を備えた本体
部位を移動させる例を示したが、この場合装置が大掛か
りとなる場合もある。そこで、上記の本体部位を固定化
し、且つ発信系により発生されたレーザー光をミラー２
０により走査させることが考えられ、この場合は装置が
小型化する。図８にこの構成を示す。この例において
は、発信系において発信される第一、第二レーザー光Ｌ
１，Ｌ２は、ミラー（駆動されるミラー）２０に至り、
ミラー駆動装置２１により、ミラーが回転等により駆動
されることにより、第一、第二レーザー光Ｌ１，Ｌ２
は、監視対象域Ａに対して走査される。

【００２０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス漏れ検出装置の使用状態を示す図

【図２】ガス漏れ検出装置の装置構成を示す図

【図３】受信検出系の構成を示す図

【図４】被検出ガスの透過率を示す図

【図５】表示器による漏れガスの表示状況を示す図

【図６】フィルターを示す図

【図７】図６のフィルターを使用する受信検出系の別実
施例を示す図

【図８】発信系の別実施例を示す図

【図９】波長変換レーザーを用いる場合のレーザー光源
の概略構成図

【図１０】波長変換レーザーの出力特性を示すグラフ

【符号の説明】

Ａ監視対象域Ｅ１第一発信手段Ｅ２第二発信手段Ｓ１第一検出手段Ｓ２第二検出手段Ｓ３情報処理手段Ｓ４表示手段Ｒ１第一受信手段Ｒ２第二受信手段ｇ被検出ガスＬ１第一レーザー光Ｌ２第二レーザー光ＬＳ単一レーザー光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出ガス（ｇ）に吸収可能な波長を有
する第一レーザー光（Ｌ１）を監視対象域（Ａ）に対し
て発信する第一発信手段（Ｅ１）、及び、前記監視対象
域（Ａ）を透過して前記監視対象域（Ａ）の背景により
反射してくる前記第一レーザー光（Ｌ１）を受信する第
一受信手段（Ｒ１）を備えた第一検出手段（Ｓ１）と、前記被検出ガス（ｇ）に対して、前記第一レーザー光
（Ｌ１）よりは吸収されにくい波長を有する第二レーザ
ー光（Ｌ２）を前記監視対象域（Ａ）に対して発信する
第二発信手段（Ｅ２）、及び、前記監視対象域（Ａ）を
透過して前記監視対象域（Ａ）の背景により反射してく
る前記第二レーザー光（Ｌ２）を受信する第二受信手段
（Ｒ２）を備えた第二検出手段（Ｓ２）と、前記第一レ
ーザー光（Ｌ１）及び第二レーザー光（Ｌ２）をともに
出力する、前記第一発信手段（Ｅ１）及び第二発信手段
（Ｅ２）に共通の単一レーザー光源（ＬＳ）とを備え、前記第一検出手段（Ｓ１）及び前記第二検出手段（Ｓ
２）により得られる前記第一、第二レーザー光（Ｌ１),
（Ｌ２）それぞれの発信強度と受信強度の差としての第
一、第二吸収情報を得る情報処理手段（Ｓ３）を備える
とともに、前記第一、第二検出手段（Ｓ１),（Ｓ２）が、前記監視
対象域（Ａ）に関する情報を二次元的に取り込むもので
あり、前記第一、第二吸収情報を二次元的に表示する表示手段
（Ｓ４）を備えているガス漏れ検出装置。
【請求項２】前記第一吸収情報に対する第一増幅率と
前記第二吸収情報に対する第二増幅率をそれぞれ別個に
調節する調節手段を備えるとともに、増幅後の前記第一
情報および第二情報を合算した監視対象域情報を、前記
表示手段（Ｓ４）に表示する選択情報処理手段を有する
請求項１記載のガス漏れ検出装置。