JPH0980084A

JPH0980084A - ノイズ弁別装置と放射線測定装置

Info

Publication number: JPH0980084A
Application number: JP23421895A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nakanosono; 利彦中之薗
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】信号とノイズとの弁別をハードウエアを用い
ずソフトウエアで正確に行う。【解決手段】放射線を検出する検出器６から入力され
た信号波形をデータベース手段２に格納し、この入力波
形から信号特徴抽出手段３は１波形の最大ピーク値に対
応する波形面積と１波形の全波形面積との比を演算し、
信号判定手段４は求めた面積比に応じてノイズと信号と
を弁別し、計装処理盤１０２で弁別された信号に応じて
監視・制御を行う。また、マンマシンインターフェース
手段５を通してユーザ１０３はノイズ信号の解析を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は信号にノイズが混
在する場合、信号とノイズとを弁別するノイズ弁別装置
に関し、また、放射線検出器からの信号とノイズとを弁
別して放射線を測定する放射線測定装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】プラントなどにおける計測制御設備回路
は、その収集目的毎に信号入力、信号形式、ケーブル布
設、回路構成、信号処理形態を採用しており、各々の目
的信号以外に対する誤動作対策が重要とされている。特
に、誤動作により人間の安全に大きな影響を与えたり、
プラントのトリップに関係するような重要度の高い設備
においては、信頼性の観点からも対ノイズ技術は重要な
ものである。

【０００３】図１２は、例えば加圧水型原子力発電所に
おける炉外核計装装置の全体構成図である。図におい
て、７は検出器、８は前置増幅器、９は信号ケーブル、
１０はコネクタ、１１は炉外計装盤、１２は中央制御盤
である。

【０００４】次に動作について説明する。原子力炉１次
遮蔽体（原子炉格納容器）内に設置した中性子検出器７
で、原子炉で発生する中性子を検出し、原子力炉１次遮
蔽体を通して前置増幅器８で信号を増幅し、信号ケーブ
ル９を経て炉外核計装盤１１に入力される。炉外核計装
盤１１では中性子束を連続監視し、その結果を中央制御
盤１２で観測すると共に、観測結果に応じた制御・保護
動作を行う。

【０００５】このようにして原子炉起動時および出力運
転時に必要な制御、指示を行うと共に原子炉の保護、即
ち、原子炉の停止状態または運転状態に対し、原子炉ト
リップ信号、警報信号を原子保護系、原子炉制御系に供
給し保護・制御を行う。

【０００６】この場合、中性子検出器７からの信号は、
原子炉格納容器からペネトレーション（貫通導体）によ
って格納容器外に出される。ただし、信号が微小なた
め、前置増幅器８で増幅され炉外計装盤１１に伝えられ
る。従って、中性子検出器７から炉外核計装盤１１に至
る間でノイズが混入しやすく、ノイズを低減する必要が
あった。

【０００７】そこで、従来は図１２に示すような中性子
検出器７から炉外計装盤１１における信号経路に着目を
行い、いかにしてノイズが信号経路から重畳するのを防
ぐかというハード的な対策を施してきた。特に、信号ケ
ーブル９およびコネクタ１０には通常の同軸ケーブルの
外側に、さらにシールド層を設けた三同軸ケーブル／コ
ネクタを使用している。また、三同軸ケーブルの中には
内部シールドと絶縁層間に半導対層を儲け、ケーブルの
屈折時の電流性ノイズの発生を小さくした信号ラインも
ある。

【０００８】しかし、信号レベルが微小な場合には、従
来の対策ではノイズを完全に防ぐことができず、特定の
ケースにおいてはノイズレベルが信号レベルを上回り、
ノイズを信号として認知し誤信号を発するケースがいま
だに生じている。従って、ノイズ信号が重畳した場合に
おいても、実際の検出器からの信号とノイズによる信号
との判別をするような手段が望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記によう
な問題点を解消するためになされたもので、ノイズと信
号とを弁別して信号を取り出し、正確な監視制御を行
い、誤警報等の発生を防止するノイズ弁別装置と、この
ノイズ弁別装置を用いた放射線測定装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）この発明に係るノイズ弁別装置は、入力波形の最
大ピーク値に対応する波形面積とその波形の全面積との
比に応じてノイズと信号とを弁別する手段を設けたもの
である。

【００１１】（２）また、入力波形からフラクタル次元
を求め、このフラクタル次元に応じてノイズと信号とを
弁別する手段を設けたものである。

【００１２】（３）また、入力波形の歪率を求め、この
歪率に応じてノイズと信号とを弁別する手段を設けたも
のである。

【００１３】（４）また、上記（１）〜（３）項のノイ
ズ弁別手段の内少なくとも２つの手段を備え、これらの
ノイズ弁別手段の内少なくとも一つの弁別手段を選択
し、一つのノイズ弁別手段が選択された場合は、選択さ
れたノイズ弁別手段の弁別結果に基づいてノイズと信号
とを弁別し、複数のノイズ弁別装置が選択された場合
は、選択されたノイズ弁別手段の少なくとも一つの弁別
結果に基づいてノイズと信号とを弁別するようにしたも
のである。

【００１４】（５）また、上記（１）〜（４）のいずれ
か１項において、入力波形を一旦記憶してデータベース
化し、このデータベースから入力波形を取り出してノイ
ズと信号とを弁別するようにしたものである。

【００１５】（６）この発明に係る放射線測定装置は、
放射線検出器と、この放射線検出器からの検出信号を入
力とする請求項１〜５のいずれか１項のノイズ弁別装置
と、このノイズ弁別装置で弁別された信号に基づき放射
線レベルを測定する測定手段とを備えたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態を図につい
て説明する。図１はノイズ弁別装置を用いた放射線計測
装置の構成を示すブロック図であり、図において、１０
１は原子力プラント、１０２は計装処理盤、１０３はノ
イズ弁別装置１にアクセスするユーザである。

【００１７】ノイズ弁別装置１内の構成は、２は検出器
６から内部に信号を取り込み保存するデータベース手
段、３はデータベースのデータを基に信号の特徴抽出を
行う信号特徴抽出手段、４は信号特徴抽出手段３から得
られた特徴に基づき、信号の弁別を行う信号判定手段、
５はマンマシンインターフェース手段、６は放射性検出
器等の検出器である。

【００１８】従って、ノイズ弁別装置１は、データベー
ス２に格納された信号データを基に、信号特徴抽出手段
２、信号判定手段３により信号の判別を行い、マンマシ
ンインターフェース手段５を通してユーザ１０３に信号
弁別のための環境を提供すると共に、疑似信号の除去を
行う。

【００１９】次に動作について説明する。信号データ
は、原子力プラント１０１の状態を監視する検出器６に
よって信号ケーブルなどの媒体によって、外部からノイ
ズ弁別装置１上のデータベース手段２、例えばワークス
テーションのハードディスク上に論理的に構成されたフ
ァイル構造に保存される。信号特徴抽出手段３は、信号
データから信号の特徴を抽出して、その信号特徴を信号
判定手段４に伝える。この時の信号特徴の手順は後述の
信号特徴抽出アルゴリズムに従って実行される。

【００２０】信号判定手段４は、信号特徴抽出手段３か
ら与えられた信号特徴をもとに判定処理を行い、疑似信
号であるか否かの判定を行い、疑似信号をデータベース
手段に登録を行い、疑似信号が計装盤へと伝わるのを遮
断する。この時、信号判定手段の処理手順は、後述の信
号判定処理アリゴリズムに従って実行される。マンマシ
ンインターフェース手段５は、データベース手段２、信
号特徴抽出手段３、信号判定手段４とユーザとの入出力
の通信を介在すると共に、結果のグラフ表示を行う。

【００２１】図２は、この実施の形態によるノイズ弁別
装置における信号特徴抽出手段３の処理概要を示すフロ
ーチャートである。図２に示すように、先ず、信号特徴
抽出手段３がデータベース手段２より、信号データ、信
号特徴抽出の知識から構成される信号特徴抽出手続きフ
ァイルを読み込んだ後（Ｓ１，Ｓ２）、この手続きに従
い信号特徴量を計算する（Ｓ３）。次に、求められた信
号特徴量を信号判定手段４へと引き渡す（Ｓ５）。

【００２２】図３は、この実施の形態によるノイズ弁別
装置における信号判定手段４の処理概要を示すフローチ
ャートである。図３に示すように、先ず、信号特徴抽出
手段３から信号特徴抽出量を受け取り（Ｔ１）、データ
ベース手段２より、信号判定ルールを読み込む（Ｔ
２）。次に、この信号判定ルールに基づき、信号の弁別
判定を行う（Ｔ３，Ｔ４）。信号判定結果、疑似信号で
ない場合は、正規信号として信号を計装処理盤１０２に
伝える（Ｔ５）。疑似信号である場合は、解析のために
データベース手段２のデータベースに信号を登録する
（Ｔ６）。

【００２３】上記信号特徴を抽出する手段について具体
的に説明する。図４はノイズ弁別装置における信号特徴
抽出手段３により参照される波形ピークを信号の特徴量
とする信号処理手続きについて示したものである。

【００２４】信号の特徴量として、ピーク点数のカウン
トを行う（Ｕ１）。次に、各ピークの面積を計算する
（Ｕ２）。面積比を計算するために全信号波形の面積の
計算を行う（Ｕ３）。最後に最大ピーク面積と全信号の
面積比を計算し（Ｕ４）、これらの計算結果を信号特徴
量として、信号判定手段４へと引き渡す。

【００２５】図５は、この実施の形態によるノイズ弁別
装置における信号特徴抽出処理を放射線検出器の出力信
号に適用した場合の信号波形の一例を示す図である。図
に示す信号波形において、縦軸が放射線検出器の出力信
号である放射線パルスの強さに比例する電圧、横軸は時
間を表している。図の左側は放射線パルスの正常波形を
示しており、右側は放射線パルスに溶接等の外部要因に
より振動ノイズが重畳した波形を表している。

【００２６】これらの波形を示すグラフの下に、ピーク
点数、面積比を示している。左側の正常信号には大きな
ピークが一個しかないので最大ピークの面積Ｓ１と、全
信号波形の面積Ｓ２との面積比（Ｓ１／Ｓ２）が大きく
１に近い。これに対して、右側の振動ノイズを含む信号
波形には多くのピークが出現するので、最大ピーク（図
の４番目のピーク）の面積Ｓ１が小さくなり、面積比
（Ｓ１／Ｓ２）も小さくなる。

【００２７】この面積比を用い、信号判定手段４は図３
のフローチャートにように、例えば、面積比０．７以上
を正常信号とし、面積比０．７未満をノイズと判定する
判定ルールとし、この判定ルールに基づいて判定する。

【００２８】以上述べたように、信号の波形ピークの特
徴は信号に含まれる波形パターンに依存しており、その
信号特徴量を判定することにより人間の視覚的な直感に
近い感覚でパターンを捉えることが可能となる。そし
て、波形ピークを定量的に捉えることにより、検出器か
らの正規波形パターンが一定である信号とノイズ重畳に
よる疑似信号との特徴弁別を可能にした特徴抽出を実行
できる。

【００２９】従って、この実施の形態によれば、得られ
た信号の特徴をもとに、信号判定手段により、正規な信
号であるか、または、ノイズ混入が起因する疑似信号で
あるかが判別され、疑似信号を除くことにより、誤った
パルスカウントや指示値の上昇などの誤警報を防ぐこと
が可能となる。また、マンマシンインターフェース手段
５を通して弁別の結果をユーザに示すと共に、対話的な
入出力を管理し、高度なノイズ信号弁別を行うための最
適な環境を提供することにより、異常診断等への応用も
可能となる。

【００３０】なお、入力波形を一旦データベース手段で
データベース化するのは、入力波形をデータベースに格
納にしておくと、異常発生時の解析に何時でも使用で
き、異常原因の解明に役立てることができる。また、将
来のノイズの自動判定等の知見を得ることができる。

【００３１】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態によるノイズ弁別装置の信号特徴抽出手段３により参
照されるフラクタル次元を信号の特徴量とする信号処理
手続きについて示したもので、入力波形に対しフラクタ
ル次元による特徴抽出量の計算を行う手続きを示したも
のである。

【００３２】この実施の形態によるノイズ弁別装置は図
１に示す実施の形態１のものと同様に構成されており、
また、この実施の形態による信号特徴抽出処理、信号判
定処理は、図２と図３のフローチャートに示した実施の
形態１における処理と同様に実行される。

【００３３】次に、動作について説明する。データベー
スから信号データを取り出す（Ｖ１）。この時の信号デ
ータをＸ（ｔ）とし、時刻ｔは１波形をＮ個にサンプリ
ングした範囲内、即ち、１波形は（０≦ｔ≧Ｎ−１）の
範囲内のデータとなる。図７に示すように、ある時刻
（ｍ＋（ｉ−１）ｋ）における時間間隔ｋのデータ間の
傾きｄｉを求める（Ｖ２）。

【００３４】そして、これらの個々の傾きから傾きの総
計を求め、算術平均する（Ｖ３）。即ち、個々の傾きｄ
ｉを、ｉ＝１から［（Ｎ−１−ｍ）／ｋ］まで加算し
て、１波形の傾きの総計Ｌｍ（ｋ）を求め、Ｌｍ（ｋ）
をｍ＝１からｋまで加算して傾きの総計Ｌ（ｋ）を求
め、これをｋで除して算術平均Ｌ（ｋ）を求める。

【００３５】次に、フラクタル次元Ｄを求める（Ｖ
４）。なお、この式でＡは、ｌｏｇＬ（ｋ）＝−Ｄ・ｌｏｇｋ＋Ａで、Ｙ軸をｌｏｇＬ（ｋ）、Ｘ軸をｌｏｇｋとしたと
き、−Ｄの傾きの直線がＹ軸を切る点（Ｙ軸の接片）で
ある。

【００３６】上記求めたフラクタル次元を信号特徴量と
して信号判定手段に渡す（Ｖ５）。

【００３７】図８は、この実施の形態３による信号特徴
抽出を放射線波形の出力信号に適用した例である。図の
波形においては、縦軸が電圧、横時間は時間を示してい
る。図の左側は、通常な状態の放射線検出器の波形、右
側は、外部要因によりノイズが重畳した例を示す。グラ
フの下に、フラクタル次元の値を示している。正規波形
は、滑らかな曲線で構成されているのでフラクタル次元
は１に近く、ノイズの波形は、複雑な形を有しているの
でフラクタル次元が１より大きくなる。

【００３８】このように、フラクタル次元により正規信
号とノイズが重畳した場合の定性的な差を定量的に抽出
している。例えば、ノイズと信号との判定ルールをフラ
クタル次元１．１以下とすると、このフラクタル次元
１．１以下では信号と判定し、それ以上ではノイズと判
定する。

【００３９】以上述べたように、フラクタル次元は信号
の自己相似性に依存しており、その信号特徴量を抽出す
ることにより、人工的な制御機器等からのノイズ波形が
重畳するような自己相似性の高い信号の特徴抽出を捉え
ることが可能となる。

【００４０】実施の形態３．図９はこの発明の実施の形
態３によるノイズ弁別装置における信号特徴抽出部３に
より参照される統計量を信号の特徴量とする信号処理手
続きについて示したもので、入力波形に対し統計量によ
る特徴抽出量の計算を行う手続きを示したものである。

【００４１】この実施の形態によるノイズ弁別装置は図
１に示す実施の形態１のものと同様に構成されており、
また、この実施の形態による信号特徴抽出処理、信号判
定処理は、図２と図３のフローチャートに示した実施の
形態１における処理と同様に実行される。

【００４２】次に、動作について説明する。データベー
スから信号データを取り出す（Ｗ１）。この時の信号デ
ータをＸ（ｔ）とし、時刻ｔは１波形をＮ個にサンプリ
ングした範囲内、即ち、１波形は（０≦ｔ≧Ｎ−１）の
範囲内のデータとなる。

【００４３】そして、平均値Ｘｍｅａｎを求める（Ｗ
２）。次に分散値νを求め（Ｗ３）、標準偏差σを求め
（Ｗ４）、歪度αを求める（Ｗ５）。この統計量を信号
特徴量として信号弁別手段に渡す（Ｗ６）。

【００４４】歪度αは信号データが正規分布になるよう
な場合は０になるので、歪度の絶対値が０に十分近いか
否かにより、信号の統計的性質をみることができる。

【００４５】図１０は、この実施の形態３による信号特
徴抽出を放射線検出器における出力波形に適用した例で
ある。図の波形においては、縦軸が電圧、横軸が時間を
示している。図の左側は、通常温度状態における出力波
形、右側は、高温状態において、検出器の特性変化等に
起因するノイズが発生した場合を想定した出力波形の例
を示す。グラフの下に歪度を示している。

【００４６】通常状態においては、歪度が０に近く、統
計的な歪がなく正規分布に近い状態になっているが、高
温状態になると統計的な歪が生じるので歪度が０から大
きくずれている。このように、正規信号と温度に起因す
るノイズ信号による弁別を行うことができる。例えは、
ノイズと信号との弁別レベルを歪度０．５とすると、
０．５以下では信号と判定し、０．５を超えるとノイズ
と判定する。

【００４７】上記説明では温度に起因するノイズについ
て説明したが、温度以外の外来ノイズについても歪度か
ら判別することができる。

【００４８】以上述べたように、この実施の形態によれ
ば信号の特徴が信号の基本統計量に依存しており統計的
な性質に変化がみられるゆらぎ成分を含む信号の性質の
抽出を捉えることが可能となる。

【００４９】実施の形態４．図１１はこの発明の他の実
施の形態によるノイズ弁別装置における信号特徴抽出手
段３により参照される特徴量選択を可能とした信号特徴
抽出手続きについて示したものである。

【００５０】この実施の形態によるノイズ弁別装置は図
１に示す実施の形態１のものと同様に構成されており、
この構成の内、信号特徴抽出手段３は、実施の形態１の
ピーク特徴量を抽出する手段、実施の形態２のフラクタ
ル次元を求める手段、実施の形態３の基本統計量を求め
る手段の三つの手段が備えられている。

【００５１】次に動作を説明する。データベースから信
号データを取り出し、ユーザに特徴量の選択が対話形式
で行われ、その選択により１．ピーク特徴量、２．フラ
クタル次元、３．基本統計量のいずれか一つが選択され
る。選択された特徴量に基づき、疑似信号であるか否か
の信号判定処理が行われる。

【００５２】従って、この実施の形態によれば、想定さ
れるノイズ信号の特徴に合わせて、最も最適な特徴量の
選択を行うことができ、より正確で最適な信号弁別を行
える効果がある。

【００５３】上記説明では、信号特徴抽出手段３として
ピーク特徴量、フラクタル次元、基本統計量の三つの手
段を備え、その一つを選択したが、二つまはた三つの選
択（複数個の選択）をして、二つ選択した場合は、その
少なくとも一つ（１ｏｕｔｏｆ２、または、２ｏｕｔ
ｏｆ２）の判定結果がノイズと判定するとノイズと確定
する。

【００５４】また、三つの選択をした場合は、その少な
くとも一つ（１ｏｕｔｏｆ３、または、２ｏｕｔｏ
ｆ３、または、３ｏｕｔｏｆ３）の判定結果がノイズ
と判定するとノイズと確定するようにしてもよい。

【００５５】また、信号特徴抽出手段３としてピーク特
徴量、フラクタル次元、基本統計量の三つの手段を全て
備えるのではなく、その中の二つを備え、その二つの中
から何れか一つを選択して、その選択した手段の判定結
果でノイズか信号かを判定するようにしてもよい。

【００５６】また、この場合、二つの手段の二つ共選択
し、その少なくとも一つ（１ｏｕｔｏｆ２、または、２
ｏｕｔｏｆ２）の判定結果がノイズと判定するとノイ
ズと確定するようにしてもよい。

【００５７】この実施の形態のノイズ弁別装置は、信号
特徴抽出時に、実施の形態１から３の信号特徴抽出手段
を選択可能とし、この選択された手段の判定結果に応じ
てノイズと信号との弁別を行うものである。これによ
り、信号特徴の抽出に対し最も最適な特徴量を選択、ま
たは、組み合わせができ、様々な種類のノイズの特徴を
捉えることが可能となる。

【００５８】実施の形態５．以上の実施の形態では、ノ
イズ弁別装置を放射線測定装置に用いた例を説明した
が、このノイズ弁別装置はそれ以外の装置に用いてもよ
い。即ち、入力信号波形がほぼ同じ様な一定の波形であ
る場合、ノイズが混入するとノイズ弁別装置で弁別する
ことができる。

【００５９】例えば、信号の伝送（有線または無線）
で、ディジタルの「１」「０」の信号を矩形波を用いて
伝送る場合、この信号にノイズが混入しても信号とノイ
ズとの弁別が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による放射線測定装
置のブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態１による信号特徴抽出
手段の処理動作を示すフローチャートである。

【図３】この発明の実施の形態１による信号判定手段
の処理動作を示すフローチャートである。

【図４】この発明の実施の形態１によるピーク特徴抽
出処理手続きの処理動作を示すフローチャートである。

【図５】図４に示すピーク信号特徴量による信号判定
処理の波形に基づく説明図である。

【図６】この発明の実施の形態２によるフラクタル次
元特徴抽出処理手続きの処理動作を示すフローチャート
である。

【図７】この発明の実施の形態２によるフラクタル次
元演算を説明する波形図である。

【図８】図７に示すフラクタル次元特徴量による信号
判定処理の波形に基づく説明図である。

【図９】この発明の実施の形態３による統計量特徴抽
出処理手続きの処理動作を示すフローチャートである。

【図１０】図８に示すフラクタル次元特徴量による信
号判定処理の波形に基づく説明図である。一実施の形態
である。

【図１１】この発明の実施の形態４による複数特徴量
を用いた信号特徴抽出処理の処理動作を示すフローチャ
ートである。

【図１２】従来の炉外核計装装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ノイズ弁別装置、２データベース手段、３信号
特徴抽出手段、４信号判定手段、５マンマシンイン
ターフェース手段、６検出器、１０１原子力プラン
ト、１０２、計装処理盤、１０３ユーザ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力波形の最大ピーク値に対応する波形
面積とその波形の全面積との比に応じてノイズと信号と
を弁別する手段を設けたノイズ弁別装置。
【請求項２】入力波形からフラクタル次元を求め、こ
のフラクタル次元に応じてノイズと信号とを弁別する手
段を設けたノイズ弁別装置。
【請求項３】入力波形の歪率を求め、この歪率に応じ
てノイズと信号とを弁別する手段を設けたノイズ弁別装
置。
【請求項４】請求項１から請求項３の少なくとも二つ
の請求項のノイズ弁別装置に記載のノイズ弁別手段を備
え、これらのノイズ弁別手段の内一つのノイズ弁別手段
が選択された場合は、選択されたノイズ弁別手段の弁別
結果に基づいてノイズと信号とを弁別し、複数のノイズ
弁別装置が選択された場合は、選択されたノイズ弁別手
段の少なくとも一つの弁別結果に基づいてノイズと信号
とを弁別するノイズ弁別装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項において、
入力波形を一旦記憶してデータベース化し、このデータ
ベースから入力波形を取り出してノイズと信号とを弁別
するようにしたノイズ弁別装置。
【請求項６】放射線検出器と、この放射線検出器から
の検出信号を入力とする請求項１〜５のいずれか１項の
ノイズ弁別装置と、このノイズ弁別装置で弁別された信
号に基づき放射線レベルを測定する測定手段とを備えた
放射線測定装置。