JPH07306114A

JPH07306114A - 音響式漏洩検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH07306114A
Application number: JP9660294A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Okada; 岡田　　聡; Izumi Yamada; 泉山田; Shigeru Izumi; 滋出海
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】音響式漏洩検出において高感度化することに
ある。【構成】容器５０と入口５１及び出口５２を流通する
内部液体ナトリウムからなる共鳴体系内の漏洩の有無を
検出する。系内を伝播する音響は検出器２０により検出
され、増幅器２１で増幅された信号は周波数分析器０１
でパワースペクトルを計算し、これにより周波数設定器
００は共鳴周波数を決定して発振器１１に共鳴周波数の
発振を設定し、発振出力を送波器１０から系内に送波す
る。検出器２０の検出信号は増幅器２１から通過帯域が
制御器０２によって共鳴周波数に制御されたＢＰＦ２２
を経てＲＭＳコンバータ２３によるＲＭＳレベルが漏洩
判定器３０で判定される。漏洩判定器３０は、基準値が
周波数設定器００によって共鳴周波数に対応して設定さ
れ、漏洩に伴なって共鳴周波数が変化することによる検
出信号の減衰を判定する。この共鳴状態の変化により漏
洩の検出感度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検出音響信号から漏洩
の有無を判定する方法および装置に係わり、特に漏洩に
起因する共鳴周波数の変化に着目することで高感度検出
を図った漏洩検出法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音波を用いて、容器内部の管から容器内
への液体漏洩または容器内から容器外への液体漏洩を検
出する音響式漏洩検出法および装置に関する従来技術と
して、漏洩に伴って生じる音の大きさから漏洩の有無を
判定する方法と、容器およびその内部構造を含む系の外
部から音波を入力してその減衰率から漏洩を判定する方
法がある。前者に関する公知例として特開昭５８−２０
０９９９号公報、特開平１−１４８９３６号公報、特開
平１−１７６９２７号公報等が挙げられる。また、後者
に関する公知例として、特開平５−６６１７２号公報等
が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
後者の方法はアクティブ法と呼ばれ、外部から音波を入
力して漏洩に伴う透過波の減衰率の変化そのものを検出
する方式であるため、（１）音源の周波数が既知のため
受信信号のうちの音源成分を選択的に検出できる。
（２）音源のレベルを高くすることでＳ／Ｎ比を向上で
きる。等の理由から前者の漏洩音を音源とする方法と比
較し高感度な漏洩検出ができる。しかし、小漏洩では減
衰率の変化量が小さく検出能力に問題がある。

【０００４】本発明の目的は、かかる点に鑑みて、減衰
率の変化量の小さい小漏洩においても、高感度に漏洩検
出できる方法及び装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、容器と該
容器内に液体等の媒質もしくは該媒質中に構造物を収容
する系の正常時の共鳴周波数の音を監視し、漏洩に伴う
気泡発生により共鳴状態でなくなるか、別の共鳴モード
に遷移することを利用し、音圧のＲＭＳレベルもしくは
パワースペクトルの変化を検知する手段を用い、その変
化から漏洩の有無を判定することによって達成される。

【０００６】

【作用】上記本発明の方法及び装置によれば、容器と該
容器内に液体等の媒質もしくは該媒質中に構造物を収容
する音響的に閉じた系が、共鳴状態にあるとき、漏洩に
伴い気泡が混入したりすると、音速とともに共鳴周波数
が変わる。このとき、振動系内の任意の点におけるパワ
ースペクトルや音圧のＲＭＳレベルも同時に変化する。
特に、音圧のＲＭＳレベルは共鳴周波数のわずかな変化
で大きく変動するため、これを用いると気泡の体積率と
ともに緩やかに変動する透過率を用いた従来のアクティ
ブ法と比較して、微小漏洩でも高感度に検出できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１により説
明する。図１は、本発明をＦＢＲ（高速増殖炉）用ＳＧ
（蒸気発生器）の水漏洩検出に適用した例である。ナト
リウム中に漏れ出した水とナトリウムの化学反応で生じ
る水素気泡による、容器内媒質の音響伝播特性の変化に
起因した共鳴状態の変化を捉えて水漏洩を検知する構成
としてある。ＦＢＲは炉心からの熱をナトリウムを媒体
として冷却水に伝え、その際発生する蒸気でタービンを
回転し発電するものである。ＳＧは、高温ナトリウムと
冷却水の熱交換を行う装置である。ＳＧ内部に給水入口
管５３から導かれた水は、コイル状の伝熱管５４を通り
蒸気となって蒸気出口配管５５からＳＧ外部に取り出さ
れる。伝熱管５４は、伝熱管支持構造体５６で支持され
ている。伝熱管５４内の水を加熱するため高温ナトリウ
ムは、ナトリウム入口配管５１から容器胴５０内に流入
し、ナトリウム出口配管５２から外部に取り出される。

【０００８】本実施例の音響式漏洩検出装置は、周波数
設定器００、周波数解析器０１、通過帯域制御器０２、
送波器１０、発振器１１、音響検出器２０、増幅器２
１、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）２２、ＲＭＳコンバー
タ２３、漏洩判定器３０、およびナトリウムの温度を検
出する温度計４０より構成される。周波数設定器００
は、発振器１１の発振周波数を設定し、送波器１０はそ
の周波数に対応した機械的音響振動を発生する。音響検
出器２０で検出した信号は漏洩判定回路で判定される。
即ち漏洩判定回路は、増幅器２１、ＢＰＦ２２、ＲＭＳ
コンバータ２３及び漏洩判定器３０よりなる。増幅器２
１の出力は周波数解析器０１にも送り、検出信号のパワ
ースペクトルを計算し、周波数設定器００でそのピーク
周波数から系の共鳴周波数を決定して発振器１１に決定
共鳴周波数で発振するように設定する。また、周波数設
定器００で決定した共鳴周波数は通過帯域制御器０２に
も入力し、設定した周波数を選択的に監視するために、
ＢＰＦの通過帯域を共鳴周波数を含むように狭帯域に設
定する。また、周波数設定器００には、ナトリウム温度
の変化による共鳴周波数の変化に対応するため、ナトリ
ウム温度計４０の検出信号も入力する。同時に、周波数
設定器００の設定値の変化は漏洩判定に関わるため、出
力を漏洩判定器３０にも伝送する。

【０００９】本実施例では、共鳴周波数設定過程と漏洩
監視過程がある。共鳴周波数設定過程では、正常運転時
に周波数設定器００で白色信号を設定し、送波器１０に
よりＳＧ容器を含む共鳴体系内に白色信号を入力する。
そのときの増幅器２１の出力のパワースペクトルを周波
数解析器０１で計算し、ピーク周波数を正常時の系の共
鳴周波数とする。周波数設定器００は、決定した共鳴周
波数を発振器１１に設定して共鳴周波数の発振を行なわ
せ、発振出力を送波器１０に加えて共鳴周波数の音響振
動を共鳴体系に入力して系を共鳴状態に制御する。ま
た、このとき同時に、通過帯域制御器０２により、ＢＰ
Ｆの通過帯域を共鳴周波数を含む狭帯域に設定する。ま
た漏洩判定器３０にも共鳴周波を設定する。なお共鳴周
波数の設定に当り、インパルス信号を入力してもよい。

【００１０】次に漏洩監視過程は、図２に、漏洩監視時
における各機器の出力例を示す。Ｓ₀₀、Ｓ₂₁、Ｓ₂₂、Ｓ
₄₀、Ｓ₃₀は、それぞれ周波数設定器００、増幅器２１、
ＲＭＳコンバータ２２、温度計４０、漏洩判定器３０の
出力例である。漏洩監視時には、この共鳴周波数を周波
数設定器００で設定し系を共鳴状態にして漏洩監視す
る。このとき、ＲＭＳコンバータ２２の出力Ｓ₂₂は一定
値を示す。ナトリウム温度計４０の出力Ｓ₄₀に変化があ
ると、ナトリウム中の音波伝播速度が変わり、ＳＧを含
む系の共鳴周波数が変化するため、正常運転時でもＲＭ
Ｓコンバータ２２の出力Ｓ₂₂が変動する。この場合は、
ＲＭＳコンバータ２２の出力Ｓ₂₂を一定レベルに保つた
め、再度送波器１０から白色信号を送信し、周波数解析
器０１でパワースペクトルを計算し周波数設定器００で
共鳴周波数を設定しなおす。伝熱管５４の一部から水が
ナトリウム側に漏れると、ナトリウム−水反応により水
素がナトリウム中に混入する。このため、ナトリウムと
水素の混合体の音響伝播速度は、純粋なナトリウムのそ
れよりも遅ため、水素を含んだナトリウム溶液で満たさ
れた容器の共鳴周波数は、水素を含まないそれよりも低
くなる。すなわち、送波器１０で発した周波数が系の共
鳴周波数と一致しなくなり、音響検出器２０での音圧の
ＲＭＳレベルＳ₂₂が変動する。ＲＭＳレベルは気泡のナ
トリウム中の体積率の変化にともない増減を繰り返すた
め、この増減回数を監視すれば漏洩が検出できる。漏洩
判定器３０では、ＲＭＳコンバータ２２の出力Ｓ₂₂の変
動を監視し、その増減回数が一定時間内に設定値を超
え、かつ周波数設定器００が周波数を変更していない時
に漏洩と判断し警報を出す。

【００１１】本実施例では、音響検出器２０を複数設置
しているため、より漏洩監視時の音圧のＲＭＳレベルの
高い点、すなわち共鳴体系が共鳴状態にある時の腹の位
置に最も近い点を監視点として選ぶことができ、これに
よりＲＭＳレベルの大きな減衰を捉えることで感度の高
い漏洩検出ができる。これは、共鳴時の腹に近い位置で
は共鳴周波数のずれによりＲＭＳレベルが大きく低下す
ることを利用するもので、より高感度な漏洩検出が可能
である。装置構成は図１と同一であるが、漏洩判定器３
０ではＲＭＳレベルの増減回数ではなく、ＲＭＳレベル
の設定との大小比較を行う。監視手順は、共鳴周波数設
定時にパワースペクトルのピークが最も高い音響検出器
２０を漏洩監視点として選び、漏洩監視時にその音響検
出器２０のＲＭＳレベルの減少を監視することで実現で
きる。

【００１２】また、本実施例では周波数設定器００で系
の共振周波数を設定したが、その設定が共鳴周波数から
若干ずれていても、音圧のＲＭＳレベルの正常時の変動
幅が有意に小さければ、漏洩検出は可能である。

【００１３】以上説明した第１の実施例において、実施
例固有の効果としては下記事項がある。（１）外部から共鳴周波数の振動を与えることで、選択
的に系の共鳴状態を監視することが可能になり、Ｓ／Ｎ
比が向上し、より高精度な漏洩検出が可能になる。（２）監視位置をＳＧ容器壁上にすることで、音響式漏
洩検出器を設置する際に構造が簡単になり、経済性が向
上する。（３）複数の音響検出器の設置により、大きなＲＭＳレ
ベルの変化として漏洩を捉えることができ、検出感度と
ともに信頼性が向上する。

【００１４】次に本発明の第２の実施例を図３により説
明する。図３は、本発明を実施例１と同様にＦＢＲ用Ｓ
Ｇの水漏洩検出に適用した例である。本実施例の音響式
漏洩検出装置は、音響検出器２４、増幅器２５、周波数
解析器０３、通過帯域制御器０４、ＢＰＦ（帯域通過フ
ィルタ）２６、ＲＭＳコンバータ２７、漏洩判定器３
１、ナトリウム温度計４１より構成される。音響検出器
２４で検出した振動は、増幅器２５、ＢＰＦ２６および
ＲＭＳコンバータ２７を通して、漏洩判定器３１に伝送
する。また、増幅器２５の出力は、パワースペクトルを
計算する周波数解析器０３を通して、通過帯域制御器０
４に伝送する。通過帯域制御器０４では、パワースペク
トルの最大ピークを示す周波数を系の共鳴周波数とし、
ＢＰＦ２６の通過帯域を共鳴周波数を含むように狭帯域
に設定する。ＢＰＦ２６の通過帯域は系の共鳴周波数に
設定してあるが、系の共鳴周波数はナトリウム温度によ
り変化するため、ナトリウム温度計４１の出力に有為な
変化があった場合にはＢＰＦ２６の通過帯域を変更す
る。

【００１５】本実施例では、共鳴周波数設定過程と漏洩
監視過程がある。共鳴周波数設定過程では、正常運転時
に増幅器２５の出力を周波数解析器０３を通して、通過
帯域制御器０４に伝送し、ＢＰＦ２６の通過帯域を設定
する。漏洩監視時には、漏洩判定器３１で共鳴周波数の
ＲＭＳレベルの変動を監視し、その増減回数が一定時間
内に設定値を超えたときに、漏洩と判定し警報を出す。

【００１６】なお、本実施例においても、検出器２４を
複数設け、腹に近い位置から共鳴信号を検出することが
できる。

【００１７】以上説明した第２の実施例において、実施
例固有の効果としては下記事項である。（１）内部雑音のうち共鳴周波数成分を用いて選択的に
監視するため、送波系の設備を要しなく装置が簡単にな
り、信頼性および経済性が向上する。

【００１８】（２）監視位置をＳＧ容器壁上にすること
で、音響式漏洩検出器を設置する際に構造が簡単にで
き、経済性が向上する。

【００１９】次に本発明の第３の実施例を図４により説
明する。図４は、本発明を液体タンクの漏洩検出に適用
した例である。液が漏れることに伴って流入する気泡に
より、液中の音響伝播速度が変化し系の共鳴周波数が変
化することを利用し、漏洩を判定する。ここで、液体タ
ンクは、独立した複数の共鳴体系からなるものとする。

【００２０】本実施例の音響式漏洩検出装置は、内壁５
８で仕切られた液体タンク５７の一方に関して、音波を
励起する送波器１３と、それに白色信号を送る発振器１
２、液体タンク内部に設置した音響検出器２８と増幅器
２９、周波数解析器０５、および漏洩判定器３２からな
る。なお、これらの構成機器は他方の共鳴体系にも同一
のものが設置してある。

【００２１】本実施例では、予め正常運転時に音響検出
器２８におけるパワースペクトルを計算し、その最大ピ
ーク位置すなわち系の共鳴周波数を漏洩判定器３２に記
憶する。漏洩監視時には同様に音響検出器２８における
パワースペクトルを計算し、系の共鳴周波数を監視す
る。系内の液体タンク５７の壁面が破損し外部に液体が
漏洩すると、液体タンク５７の内圧の減少により気泡が
流入し液体の音響伝播速度が遅くなるため、共鳴周波数
が変化する。漏洩判定器３２では、系の共鳴周波数と正
常時におけるものとの差を監視し、設定値よりも大きく
なったときに漏洩と判断し警報を出す。

【００２２】本実施例では監視対象を共鳴周波数に限定
したが、漏洩によるパワースペクトルの変化そのものを
捉えることも可能である。すなわち、正常時に計算した
パワースペクトルを漏洩判定器３２に記憶しておき、漏
洩監視時に計算したパワースペクトルとの相関をとり、
相関係数が設定値よりも小さくなったときに漏洩と判断
する。

【００２３】本実施例では音響検出器２８の設置位置は
限定していないが、正常時における系の共鳴周波数のレ
ベルをより高い点に設置することにより、他の共鳴周波
数との分離が容易になり検出精度が向上する。さらに、
パワースペクトルの相関係数を監視パラメータとする場
合には、漏洩をより大きな相関係数の変化として捉える
ことができるため、検出感度が向上する。

【００２４】また、漏洩検出装置を独立した共鳴体系毎
に設置することで、漏洩検出精度が向上する。

【００２５】以上説明した第３の実施例において、実施
例固有の効果としては下記事項がある。

【００２６】（１）容器内に音響検出器を設置する構造
であるため、容器壁を伝わって送波器から音響検出器に
伝播する直達波の成分を低減でき、検出精度が向上す
る。

【００２７】（２）独立した共鳴体系毎に各機器を設置
するため、漏洩検出精度が向上する。

【００２８】（３）系に入力する信号が白色信号である
ため、周波数を特に設定する必要がなく装置が簡略化で
き、経済性が向上する。

【００２９】なお、以上の実施例は対象を漏洩検出と限
定しているが、共鳴周波数は媒質中の音速と共鳴体系の
大きさにより変化するため、これらの変化を捉えること
を必要とする監視系には全て適用が可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、共鳴状態にある系内の液体の
音響伝播速度がわずかに変化しても共鳴状態でなくなる
ため、音波減衰率を利用する方法において検出能力が問
題になる微小漏洩でも、大きな音圧レベルの変化として
漏洩を検出でき、検出感度向上に関し効果がある。ま
た、共鳴状態は、共鳴体系内の振動に関してそれが定常
性を保っている状態であるため、系内部のあらゆる位置
での漏洩を検出することが可能であり、音響検出器の数
を減らすことができ経済的な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるＦＢＲ（高速増殖
炉）のＳＧ（蒸気発生器）内の水漏洩検出器のブロック
線図である。

【図２】本発明の第１の実施例の水漏洩検出器の各機器
の出力波形図である。

【図３】本発明の第２の実施例であるＦＢＲ（高速増殖
炉）のＳＧ（蒸気発生器）内の水漏洩検出器のブロック
線図である。

【図４】本発明の第３の実施例である液体タンクの漏洩
検出器のブロック線図である。

【符号の説明】

００…周波数設定器、０１，０３，０５…周波数解析
器、０２，０４…通過帯域制御器、１０，１３…送波
器、１１，１２…発振器、２０，２４，２８…音響検出
器、２１，２５，２９…増幅器、２２，２６…ＢＰＦ、
２３，２７…ＲＭＳコンバータ、３０，３１，３２…漏
洩判定器、４０，４１…ナトリウム温度計。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器と該容器内に媒質もしくは該媒質中
に構造物を収容する系における前記容器もしくは構造物
の漏洩を検出する方法において、前記系の共鳴周波数が
漏洩に伴なって変化することを検出する漏洩監視過程か
らなることを特徴とする音響式漏洩検出方法。
【請求項２】容器と該容器内に媒質もしくは該媒質中
に構造物を収容する系における前記容器もしくは構造物
の漏洩を検出する方法において、前記系内に白色信号も
しくはインパルス信号を与え共鳴周波数を測定して設定
する共鳴周波数設定過程と、設定した系の共鳴周波数が
漏洩に伴なって変化することを検出する漏洩監視過程と
からなることを特徴とする音響式漏洩検出方法。
【請求項３】共鳴周波数の変化として、音圧の変化を
検出する漏洩監視過程からなることを特徴とする請求項
１または請求項２記載の音響式漏洩検出方法。
【請求項４】音圧のＲＭＳレベルの変化を検出する漏
洩監視過程からなることを特徴とする請求項３記載の音
響式漏洩検出方法。
【請求項５】音圧のパワースペクトルの変化を検出す
る漏洩監視過程からなることを特徴とする請求項３記載
の音響式漏洩検出方法。
【請求項６】容器と該容器内に媒質もしくは該媒質中
に構造物を収容する系における前記容器もしくは前記構
造物の漏洩を検出する装置において、前記系に発振器の
発振する音響振動を送波する送波器と、前記系を伝播す
る音響を検出する検出器と、該検出器の検出信号に基づ
き前記系の共鳴周波数を決定して前記発振器の発振周波
数を該決定共鳴周波数に設定する周波数設定器と、前記
検出器の検出信号により漏洩を判定する漏洩判定回路と
を設けたことを特徴とする音響式漏洩検出装置。
【請求項７】前記周波数設定器は、前記発振器に白色
信号もしくはインパルス信号を設定し、その際の前記検
出器の検出信号に基づき共鳴周波数を決定して前記発振
器に該決定共鳴周波数を設定することを特徴とする請求
項６記載の音響式漏洩検出装置。
【請求項８】前記漏洩判定回路は、前記音響を検出す
る検出器の検出信号に基づき共鳴周波数を含む狭い通過
帯域に制御されるフィルタ及び基準値が共鳴周波数に対
応して設定される漏洩判定器とを備えたことを特徴とす
る請求項６記載の音響式漏洩判定装置。
【請求項９】前記漏洩判定回路は、前記音響を検出す
る検出器の検出信号に基づき共鳴周波数を含む狭い通過
帯域に制御されるフィルタとＲＭＳコンバータ及び基準
値が共鳴周波数に対応して設定される漏洩判定器とを備
えたことを特徴とする請求項６記載の音響式漏洩検出装
置。
【請求項１０】前記容器内に流通する媒質の温度、圧
力、及び流速の少なくとも１つを検出する検出器を設
け、該検出器による検出信号を前記周波数設定器に供給
して周波数を設定するようにしたことを特徴とする請求
項６記載の音響式漏洩検出装置。
【請求項１１】容器と該容器内に媒質もしくは該媒質
中に構造物を収容する系における前記容器もしくは前記
構造物の漏洩を検出する装置において、前記系を伝播す
る音響を検出する検出器と、該検出器の検出信号に基づ
き共鳴周波数を含む狭い通過帯域に制御されるフィルタ
とＲＭＳコンバータ及び漏洩判定器を備え前記検出器の
検出信号により漏洩を判定する漏洩判定回路とを設けた
ことを特徴とする音響式漏洩検出装置。
【請求項１２】前記容器内に流通する媒質の温度、圧
力、及び流速の少なくとも１つを検出する検出器を設
け、該検出器による検出信号を前記フィルタの通過帯域
を制御する制御器に供給して前記フィルタ通過帯域を制
御するようにしたことを特徴とする請求項８、請求項９
または請求項１１のいずれかに記載の音響式漏洩検出装
置。
【請求項１３】容器と該容器内に媒質もしくは該媒質
中に構造物を収容する系における前記容器もしくは前記
構造物の漏洩を検出する装置において、前記系を伝播す
る音響を検出する検出器と、該検出器の検出信号のパワ
ースペクトルを正常時のパワースペクトルと比較して漏
洩を判定する漏洩判定回路を設けたことを特徴とする音
響式漏洩検出装置。
【請求項１４】容器壁に送波器または検出器を設けた
ことを特徴とする請求項６、請求項１１、または請求項
１３のいずれかに記載の音響式漏洩検出装置。
【請求項１５】容器内に送波器または検出器を設けた
ことを特徴とする請求項６、請求項１１、または請求項
１３のいずかに記載の音響式漏洩検出装置。
【請求項１６】容器と該容器内に媒質もしくは該媒質
中に構造物を収容する系の複数個所に分散させて複数の
検出器を設けたことを特徴とする請求項６、請求項１
１、または請求項１３のいずれかに記載の音響式漏洩検
出装置。
【請求項１７】請求項６、請求項１１または請求項１
３のいずれかに記載された音響式漏洩検出装置を設けた
ことを特徴とする高速増殖炉用蒸気発生器。