JPH1183665A - 水蒸気検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】温度の影響を受けることなく、容易に水蒸気を
検知することができる水蒸気検知装置を提供する。 【解決手段】水蒸気１２により吸収される近赤外領域の
波長で水蒸気１２の吸収スペクトル幅よりも狭いスペク
トル幅のレーザ光１３を検知対象空間に照射するレーザ
光源５と、このレーザ光源５から照射されるレーザ光１
３の波長を掃引するためのランプ波を発生させる発振器
１と、検知対象空間を伝搬したレーザ光１３を検出し、
そのレーザ光１３の強度に対応した検出信号を出力する
光検出器８と、この光検出器８から出力される検出信号
に基づき、波長の掃引に伴ってレーザ光１３の特定波長
毎に検知対象空間中の水蒸気１２による光吸収に応じた
信号成分を抽出する位相検出器１０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力ループ内や
火力、原子力プラントのタービン室等の水蒸気漏洩を検
知するための水蒸気検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、原子力ループ内や火力・原子
力プラントのタービン室等における水蒸気の漏洩を検知
するための水蒸気漏洩検知装置として、水蒸気の漏洩に
よって雰囲気の湿度が変化する性質を利用したものがあ
る。通常、空気中の湿度を検出するためには、空気中の
温度に対する水蒸気圧が分かればよく、温度は比較的簡
単に計測できるため、何らかの方法で水蒸気圧と一対一
に対応する量が計測できればよい。

【０００３】そのため、従来から種々の湿度計が考え出
されており、例えば乾球と湿球との温度差を利用する乾
湿球湿度計、露点から水蒸気圧を求める露点湿度計、吸
湿による毛髪の伸縮を利用する毛髪湿度計、吸湿により
電気抵抗が変化する物質を利用する電気抵抗式湿度計な
どがある。

【０００４】これらのうち、電気抵抗式湿度計は遠隔測
定が容易であることから、これを上述した原子力プラン
トのタービン室や配管に設置し、そこの湿度を監視する
ことによって水蒸気漏洩を検知する水蒸気漏洩検知装置
が従来から用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の水蒸気漏洩検知
装置は、監視場所の温度変化の影響を受け易いため温度
補正を必要とし、安定性に欠けるいう問題があった。ま
た、湿度センサとしての電気抵抗式湿度計を監視場所に
数多く設置しておく必要があり、設置・施工が複雑にな
るという問題もあった。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、温度の影響を受けることなく、容易
に水蒸気を検知することができる水蒸気検知装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は水蒸気により吸収される近赤外領域の波長
で水蒸気の吸収スペクトル幅よりも狭いスペクトル幅の
レーザ光を検知対象空間に照射するレーザ照射手段と、
このレーザ照射手段から照射されるレーザ光の波長を掃
引する波長掃引手段と、検知対象空間を伝搬したレーザ
光を検出し、そのレーザ光の強度に対応した検出信号を
出力する光検出手段と、この光検出手段から出力される
検出信号に基づき、波長掃引手段による波長の掃引に伴
ってレーザ光の特定波長毎に検知対象空間中の水蒸気に
よる光吸収に応じた信号成分を抽出する手段とを具備し
たものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る水蒸気検知装置の構成を示すブロック図である。この
水蒸気検知装置は、発振器１，２、加算器３、レーザ光
源用電源４、波長可変半導体レーザ光源（以下、レーザ
光源）５、コリメータレンズ６、集光レンズ７、光検出
器８、アンプ９、位相検出器１０、演算器１１および表
示器１４を備えている。

【０００９】レーザ光源５とコリメータレンズ６とは、
一体的に組み合わされて光送信器を形成している。レー
ザ光源５は、監視場所に発生し得る水蒸気１２によって
吸収される近赤外領域の波長で、水蒸気１２の吸収スペ
クトル幅（吸収線）より狭いスペクトル幅のレーザ光１
３を発生させるためのものである。コリメータレンズ
は、レーザ光源５で発生させたレーザ光１３を平行にし
て外部に照射する。

【００１０】また、集光レンズ７と光検出器８とが同様
に一体的に組み合わされ、光受信器を形成している。集
光レンズ７は、空間中を伝搬したレーザ光１３を集光さ
せるためのもので、光検出器８は集光レンズ７によって
集光されたレーザ光１３の光強度を検出するためのもの
である。

【００１１】図２は、この水蒸気検知装置を配管からの
水蒸気の漏洩を検出するための水蒸気漏洩検知装置とし
て用いたときの構成を示す図である。この場合、光送信
器２１および光受信器２２は一組として用いられてお
り、例えば原子力プラントのタービン室といった適当な
監視場所に設置される。すなわち、光送信器２１と光受
信器２２とは互いに対向し、かつ所定距離離間するよう
に配管２０上に設置されている。この状態で、光送信器
２１からレーザ光１３を送信し、その波長を掃引しなが
ら空間中を伝搬したレーザ光１３を光受信器２２で受信
して、波長の掃引に伴うレーザ光１３の光強度を分析す
ることにより水蒸気１２の検知を行う。このとき、光送
信器２１と光受信器２２との間に存在する水蒸気１２、
例えば配管２０に発生する亀裂２３等によって配管２０
内部から漏洩する水蒸気１２が検出される。

【００１２】図１に説明を戻すと、光送信器および光受
信器以外の部分、すなわち発振器１，２、加算器３、レ
ーザ光源用電源４、アンプ９、位相検出器１０、演算器
１１および表示器１４は、必ずしも監視場所に設置して
おく必要はない。特に、表示器１４はプラントを集中制
御しているオペレーションルームなどに設けておくこと
が望ましい。

【００１３】次に、この水蒸気検知装置の動作を説明す
る。発振器１は、波長掃引用のランプ波信号（１〜１０
Ｈｚ）を発生し、発振器２は変調用の正弦波信号（１ｋ
Ｈｚ〜１０ＭＨｚ）を発生する。これらのランプ波信号
および正弦波信号は、加算器８に入力される。発振器２
から出力される正弦波信号は、後述する同期検波処理の
ための参照信号として位相検出器１０にも入力される。
また、発振器２が出力する正弦波信号によって、レーザ
光１３の波長は監視場所に発生し得る水蒸気１２の吸収
スペクトル幅より大きい波長幅で変調される。

【００１４】加算器３は、発振器１から入力されたラン
プ波信号と発振器２から入力された正弦波信号とを重畳
してレーザ光源用電源４に出力する。レーザ光源用電源
４は、加算器３の出力信号に対応する駆動電流をレーザ
光源５に注入する。

【００１５】レーザ光源５は、レーザ光源用電源４から
注入された駆動電流に対応する波長のレーザ光１３を発
生する。このとき、レーザ光１３の波長は発振器１から
のランプ波信号によって掃引されると共に、このランプ
波信号の瞬時瞬時の電圧値で決まる波長を中心として、
発振器２からの正弦波信号によって監視場所に発生し得
る水蒸気１２の吸収スペクトル幅より大きい波長幅で変
調されることになる。

【００１６】レーザ光源５で発生したレーザ光１３は、
コリメータレンズ６により平行光となって監視場所の空
間、つまり光送信器と光受信器との間を伝搬し、集光レ
ンズ７で集光されて光検出器８に入射する。光検出器８
は、入射されたレーザ光１３を検出し、その光強度に対
応した検出信号を出力する。

【００１７】この場合、レーザ光１３の伝搬光路中に水
蒸気１２が存在していなかったとすると、後述する水蒸
気１２の光吸収による特定波長域での光強度の減衰がな
い。一方、レーザ光１３の伝搬光路中に水蒸気１２が存
在していたとすると、水蒸気１２の光吸収により特定波
長領域で光強度が減衰する。

【００１８】ここで、一般に赤外領域の波長１０００ｍ
ｍ〜２５００ｍｍの光の水（水蒸気ではない）に対する
吸収減衰特性は、図３に示されるように波長１４００ｍ
ｍ付近と１９００付近ｍｍとで透過率がそれぞれ低く、
光吸収による減衰の度合いが大きいことが知られてい
る。なお、同図において横軸は光の波長、縦軸は光の透
過率を示している。

【００１９】ところが、水蒸気１２のように空気中に放
出された水が微粒子として存在している場合、図４に示
されるように水（水蒸気）による光の吸収スペクトル幅
は非常に狭くなり、光強度が減衰するのは波長１．８〜
２．０μｍの特定波長領域、すなわち数十ｎｍ程度の線
幅となる。なお、同図において横軸は光の波長、縦軸は
吸光度を示している。

【００２０】ここで、レーザ光１３のスペクトル幅は水
蒸気１２の吸収スペクトル幅よりも狭くなっているの
で、レーザ光１３の光強度はこの特定波長領域のときに
のみ急峻に減衰する。しかも、レーザ光１３の波長は水
蒸気１２の吸収スペクトル幅より大きい波長幅で変調さ
れているので、レーザ１３の発振スペクトルは水蒸気１
２の吸収スペクトル帯を繰り返し通過することになり、
その毎に水蒸気１２による減衰が生じる。

【００２１】従って、レーザ光１３の伝搬光路中に水蒸
気１２が存在していた場合、光検出器８では水蒸気１２
による光強度の変化が周期的に検出される。このとき、
光強度の変化周期はレーザ光１３の変調周期、つまり発
振器２で発生させた正弦波信号の周期と一致する。

【００２２】光検出器９から出力された検出信号は、ア
ンプ９によって適当に増幅されてから位相検出器１０に
入力される。位相検出器１０には、別に発振器２から変
調用の正弦波信号が参照信号として入力されており、ア
ンプ９を介して入力された光検出器８の検出信号から変
調用の正弦波信号の位相および周波数に同期した信号成
分を抽出して、その信号成分を演算器１１に出力する。

【００２３】上述したように、レーザ光１３の伝搬経路
に水蒸気１２が存在しているとき、レーザ光１３の光強
度は正弦波信号の周期で変化するため、位相検出器１０
で抽出された信号成分は水蒸気１２による光強度変化が
起こり得るものだけとなる。

【００２４】演算器１１は、位相検出器１０から入力さ
れた信号成分に基づいて特定波長毎に水蒸気１２による
光吸収量を求め、求められた光吸収量からレーザ光１３
の伝搬経路中の水蒸気濃度を算出して、それを監視場所
における水蒸気の検知結果として表示器１４に表示す
る。

【００２５】このように、本実施形態の水蒸気検知装置
ではレーザ光源５から水蒸気１２により吸収される近赤
外領域の波長で水蒸気１２の吸収スペクトル幅よりも狭
いスペクトル幅のレーザ光１３をコリメータレンズ６を
介してレーザ光源から照射して、このレーザ光１３の波
長を発振器１からのランプ波信号によって掃引すると共
に、発振器２からの正弦波信号によって変調し、監視場
所の空間中を伝搬したレーザ光１３を集光レンズ７を介
して光検出器８で検出して、位相検出器１０においてア
ンプ９で増幅された光検出器８の検出信号から変調用の
正弦波信号の位相および周波数に同期した信号成分を抽
出して、その信号成分に基づいて演算器１１においてレ
ーザ光１３の伝搬光路中の水蒸気１２の検知を行ってい
る。このため、従来のように監視場所の温度や湿度を計
測する必要がなくなり、監視場所の温度やガス等の外乱
に影響されずに、短時間で連続して水蒸気漏洩の検知を
行うことができる。

【００２６】しかも、位相検出器１０は光検出器８の検
出信号から水蒸気１２による光強度変化が起こり得る信
号成分のみを抽出しているので、外乱よる光強度の変化
の影響を受けることなく、安定して水蒸気漏洩の検知を
行うことが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
蒸気により吸収される近赤外領域の波長で水蒸気の吸収
スペクトル幅よりも狭いスペクトル幅のレーザ光を検知
対象空間に照射し、そのレーザ光の波長を掃引して、検
知対象空間を伝搬したレーザ光のレーザ光強度を検出
し、その結果得られる検出信号に基づき波長の掃引に伴
ってレーザ光の特定波長毎に検知対象空間中の水蒸気に
よる光吸収に応じた信号成分を抽出するようにしている
ので、温度の影響を受けることなく、容易に水蒸気を検
知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る水蒸気検知装置の構
成を示す図

【図２】同実施形態を配管の水蒸気漏洩を検知するため
に用いたときの構成を示す図

【図３】同実施形態を説明するための水による光の吸収
スペクトル特性を示す図

【図４】同実施形態を説明するための水蒸気による光の
吸収スペクトル特性を示す図

【符号の説明】

１，２…発振器 ３…加算器 ４…レーザ光源用電源 ５…レーザ光源 ６…コリメータレンズ ７…集光レンズ ８…光検出器 ９…アンプ １０…位相検出器 １１…演算器 １２…水蒸気 １３…レーザ光 １４…表示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水蒸気により吸収される近赤外領域の波長
   で水蒸気の吸収スペクトル幅よりも狭いスペクトル幅の
   レーザ光を検知対象空間に照射するレーザ照射手段と、 このレーザ照射手段から照射されるレーザ光の波長を掃
   引する波長掃引手段と、 前記検知対象空間を伝搬したレーザ光を検出し、そのレ
   ーザ光の強度に対応した検出信号を出力する光検出手段
   と、 この光検出手段から出力される検出信号に基づき、前記
   波長掃引手段による波長の掃引に伴って前記レーザ光の
   特定波長毎に前記検知対象空間中の水蒸気による光吸収
   に応じた信号成分を抽出する手段とを具備したことを特
   徴とする水蒸気検知装置。