JPS6370138A - 漏洩検出器 - Google Patents

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〕 本発明は圧力管型原子炉の冷却系配管など水や蒸気等の
輸送配管の漏洩を検出する漏洩検出器に係り、特に水や
蒸気等の漏洩にともなって発生する音をとらえて漏洩を
検出する方式の漏洩検出器に関する。

〔従来の技術〕

従来の流体の漏洩にともなう音をとらえて、その大きさ
から輸送配管の漏洩の有無を検知する方式の漏洩検出器
では、たとえば特開昭５４−１４ｆ：１６８５号公報に
記載のように、環境雑音に対して漏洩音のＳＮ比が比較
的よくて漏洩検出しやすい周波数帯域を限定して監視し
ていたが、しかし系統の運転条件などによって発生する
共鳴等による線スペクトル状の騒音に対する配慮が十分
でなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は系統の運転条件などから共鳴等によって
発生する線スペクトル状の周波数分布を有しかつレベル
の大きい環境雑音に対する配慮が十分でないため、これ
らの共鳴等による騒音発生時に漏洩検出器の検出感度が
低下するという問題点があった。

本発明の目的は運転条件などから共鳴等により発生する
線スペクトル状の騒音（共鳴音）がある場合にも良好な
感度で漏洩検出できる漏洩検出器を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、流体などの漏洩にともなう漏洩音のほか環
境雑音に線スペクトル状の共鳴音成分（ピーク成分）を
含む音を検出した音響信号の共鳴音成分（ピーク成分）
の周波数成分のみを除去する手段と、その共鳴音成分（
ピーク成分）の周波数成分を除去した後の音響信号の大
きさく実効値）から漏洩を判定する手段とを備えた漏洩
検出器により達成される。

〔作用〕

上記の漏洩検出器によれば、比較的広い周波数帯域をも
つ漏洩音に対して線スペクトル状の周波数分布をもつ共
鳴音成分（ピーク成分）の周波数成分のみを除去した後
の音響信号の大きさく実効値）から漏洩音の有無を判定
できるので、判定する音響信号には共鳴音以外の機器運
転音や流体音などの環境雑音の周波数成分が残るが支配
的な高レベルの共鳴音の周波数成分のみ除去されている
から、漏洩検出感度の低下要因を除去して高感度化がは
かれる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図ないし第５図により説明
する。

第１図は本発明による漏洩検出器の第１の実施例を示す
ブロック図である。第１図において１本実施例は原子炉
格納容器内の冷却系配管の水漏洩検出に本漏洩検出器を
適用した例を示し、１００は冷却系配管、１０１は漏洩
孔である。１は本漏洩検出器を構成するマイクロホン（
音を検出する手段）、２は増幅器、３は中心周波数が可
変の帯域除去フィルタ、４は中心周波数走査器（中心周
波数を時間的に変化させる手段）、５は実効値演算器、
６は最小値ホールド回路（最小値を検出して保持する手
段）、７は漏洩判定器である。

第１図の冷却系配管１００には高温・高圧水が流れてい
て、冷却系配管１００に漏洩孔１０１が発生した場合に
は高温・高圧水が音をともなって配管外に噴出する。こ
の場合に冷却系配管１００の周辺に設置してマイクロホ
ン１は比較的広い周波数帯域をもつ漏漏音のほか各種機
器の運転にともなう音や流体の流れに起因する音などの
環境雑音が重畳された音を検出する。さらに系統の運転
条件などによっては冷却系配管１００を熱源として、そ
れを囲む保温猜造内での気柱共鳴やその他の要因で発生
する共鳴的な線スペクトル状のレベルの大きな音も環境
雑音として重畳されて検出される。この種の気柱共鳴に
ついては１例えば小林。

船用「熱交換器における管群の振動と気柱の共鳴ｊ日本
機械学会誌、ＶｏＱ、８２．Ｎα７２８　（１９７６゜
６）などを参照することができ、この気柱共鳴の共鳴周
波・数が運転条件によって振数の周波数に突変すること
も指摘されている。この共鳴的な線スペクトル状の周波
数分布をもつ音響成分を全て共鳴音と呼ぶことにする。

いまマイクロホン１により検出した音！コ信号（電気信
号）Ｓｌは増幅器２により８？幅され、この増幅された
音響信号Ｓ１は漏洩音を除く全ての環境雑音のうち音の
ピーク成分をなす線スペクトル状の共鳴音の周波数を検
出してその周波数に一致した成分を除去するための中心
周波数可変の狭帯域の帯域除去フィルタ３に入力される
。この帯域除去フィルタ３はその中心周波数ｆｏが電圧
により制御される機能をもち、その中心周波数走査器４
から発生する一定周期ののこぎり波信号Ｓ２の電圧によ
って中心周波数ｆｏが周期的に変化される。この中心周
波数ｆｏの走査幅（可変幅）は共鳴音の発生が予想され
る所定の周波数帯域に限定され、走査される中心周波数
ｆｏが共鳴音の共鳴周波数！、に一致した時にその共鳴
音の周波数に一致した成分が帯域除去フィルタ３により
一定周期で除去される。この帯域除去フィルタ３を通っ
て共鳴音の共鳴周波数！、に一致した成分が一定周期で
除去された音響信号は実効値演算器５により直流レベル
に変換され、変換された実効値信号Ｓ３は最小値ホール
ド回路６に入力される。なお上記の中心周波数走査器４
の出力ののこぎり波信号Ｓ２は最小値ホールド回路６の
最小［角検出動作のスタートおよびストップのタイミン
グ信号として用いられる。最小値ホールド回路６は実効
値演算器５の出力の実効値信号Ｓ３の最小値を上記タイ
ミング信号により検出して保持するが、この最小値信号
Ｓ４はすなわち共鳴音の共鳴周波数ｆ、に一致した成分
を除去した後の音響信号の実効値レベルの信号である。

ａ洩判定器７はこの最小値ホールド回路６の出力の最小
値信号Ｓ　４すなねち共鳴音（ピーク成分）を除いた音
響４１４号の実効値とあらかじめ設定された設定値を比
較して。

実効値レベルが設定（直レベルを越えたときかもしくは
設定値レベルを越えかつあらかじめ設定した時間を越え
てそれが持続したときに漏洩を判定して警報を発生する
。

第２図は第１図の動作を示す各部信号波形のタイムチャ
ートである。第２図において、マイクロホン１の出力の
音響信号Ｓ１は最初に比較的低レベルの機器運転音や流
体音などの環境雑音を示すが、時間ｔｘのタイミングで
高レベルの共鳴音が発生したことにより増大する。この
状態で時間ｔ２のタイミングで漏洩音が新たに発生して
いるが音響信号Ｓ１からは判然としない、帯域除去フィ
ルム３の中心周波数走査器４の出力ののこぎり波信号Ｓ
２は線スペクトル状の共鳴音の発生が予想される周波数
帯域にわたる所定の走査幅で中心周波数ｆｏを一定周期
で走査するのこぎり波電圧波形を示す。実効値演算器５
の出力の実効値信号Ｓ３は時間ｔｘのタイミング後の線
スペクトル状の高レベルの共鳴音が発生している時には
一定周期ののこぎり波信号Ｓ２により帯域除去フィルタ
３の中心周波数ｆｏが共鳴周波数ｆ、に一致したタイミ
ングで周期的にひげ状にレベルが低下する。

さらに時間ｔｚのタイミングで比較的広い周波数帯域を
もつ漏洩音が発生している時には実効値信号Ｓ３のひげ
状のレベル低下が小さくなる。これらの実効値信号Ｓ３
のひげ状にレベル低下した時の最小値は帯域除去フィル
タ３により線スベクｌ−ル状の共鳴音の共鳴周波数ｆ、
と一致り、た成分を除去した後の音響信号Ｓ１の実効値
である。最小値ホールド回路６の出力の最小値信号Ｓ４
はのこぎり波信号Ｓ２の立上りから最大値に到達する間
の実効値信号Ｓ３の最小値を周期的に検出して保持され
たレベルの信号であり、時間し工のタイミング後の信号
レベルは時間Ｌ１の以前のレベルと同様であるが、時間
ｔ２のタイミング後の漏洩音が発生したときには漏洩音
レベルだけ大きくなる。

漏洩判定器７はこの最小値信号Ｓ４のレベルが時間ｔ２
のタイミング後に設定値レベルを越えて大きくなったの
を検出して漏洩と判定する。

第３図（ａ）〜（ｆ）は第１図および第２図の音響信号
Ｓ１の周波数分布および実効値信号Ｓ３の帯域除去フィ
ルタ中心周波数特性の関係を説明する特性図で、第３図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ時間ｔｌ以前１時間
ｔ１〜ｔｚの間、時間ｔ２以後の音響信号Ｓ１の周波数
分布図、第３図（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）はそれぞれその
ときの帯域除去フィルタ３の中心周波数ｆｏの変化に対
する実効値信号Ｓ３の変化を示す特性図である。第３図
（ａ）〜（ｆ）において、第３図（ａ）の時間ｔ１以前
の音響信号Ｓ１の周波数分布は一般に機器の運転や流体
の流れに起因する音を主成分とする環境雑音のため比較
的低レベルでかつ低周波側のレベルが大きくて高周波側
のレベルが小さい。

このため第３図（ｄ）の実効値信号Ｓ３は帯域除去フィ
ルタ３の中心周波数ｆｏを共鳴音の発生が予想される周
波数帯域に限定した走査範囲内で高くするとやや低レベ
ルから高くなる。第３図（ｂ）の時間ｔ、１−ｔ２の間
の音響信号Ｓ１の周波数分布は機器運転音や流体音に線
スペクトル状の高レベルの共鳴音（ピーク成分）が重畳
している。このとき第３図（ｅ）の実効値信号Ｓ３は共
鳴音のレベルが他の環境雑音のレベルより十分大きいた
め高レベルの共鳴音の実効値レベルにほぼ一致していて
、帯域除去フィルタ３の中心周波数ｉｏが共鳴音の共鳴
周波数！、に一致したときのみ共鳴音の共鳴周波数ｊｐ
に一致した成分が除去されてひげ状にレベルが低下し、
その最小値は時間ｔ１以前の実効値信号Ｓ３のレベルに
ほぼ等しくなる。

つまり音響信号Ｓ１を通した中心周波数可変の帯域除去
フィルタ３の出力の実効値演算器５による実効値信号Ｓ
３の最小値が環境雑音の支配的な成分である線スペクト
ル状の共鳴音の成分を除去した実効値信号となる。これ
により帯域除去フィルタ３の中心周波数ｆｏの走査範囲
における実効値信号Ｓ３の最小値をとらえることにより
共鳴音成分（ピーク成分）を除去できる。第３図（ｃ）
の時間ｔ２以後の音響信号Ｓ１の周波数分布は漏洩前が
新たに重畳されていて、その漏洩前が比較的広い帯域の
周波数成分を有するのでその帯域にわたって各周波数成
分とも増加している。このときの第３図（ｆ）の実効値
信号Ｓ３はなおピーク成分をなす共鳴音に支配されるた
めその縛加旦がそれほど大きくない。しかし帯域除去フ
ィルタ３の中心周波数ｆｏが共鳴周波数ｉｐに一致した
ときのひげ状のレベル低下は漏洩前があるため小さくな
っていて、このときの最小値は増加して漏洩前の発生を
判然と示している。この実効値信号Ｓ３の最小値は漏洩
音成分の実効値にほぼ等しく、音響信号Ｓ３が帯域除去
フィルタ３を通過しても、検出すべき信号である漏洩音
成分の実効値は減少しない。

いま漏洩前の単位周波数あたりの信号振幅をＡ、とし、
共鳴音のピーク成分の信号振幅をＢｚｐとして、その他
の機器運転音や流体音などの音は比較的小さいので無視
すると、音Ｖ信号Ｓ１の実効値ＲＭＳＩは次式により表
わされる。

・・・・・・（１） ただし漏洩前の各周波数成分とも一定振幅Ａ。

とし、添字ｉは各周波数の番号、添字！、は共鳴周波数
、Ｎは周波数帯域の周波数の数を示し、Ｎが大きいほど
周波数帯域が広い。一方の共鳴周波数ｆ、の成分のみを
除去した音響信号Ｓ１の実効値ＲＭ　Ｓ　２は次式で与
えられる。

ＲＭ　Ｓ　２　”石π可・Ａ、　　　　・・・・・・（
２）ここで実際の漏洩前の信号の実効値はＪＷ−ＡＩで
あるが、通常Ｎの値は１に比べて十分大きいので上式の
実効値ＲＭＳ２は実際の漏洩前の信号の実効値とほぼ同
一の値となる。なお通常の漏洩前の周波数帯域は数ｋ　
Ｈｚ以上であり、Ｎは数１０００程度の値となる。

なお、Ｅ記の共鳴周波数ｆ、の成分を除去するには、フ
ーリエ変換による周波数分析手段と１周波数分布からピ
ーク成分の周波数を探査する手段と、周波数分析結果か
らピーク成分を除いてその実効値を演算する手段を用い
ることでも実現できる。

上記により実効値イご号Ｓ３の最小値が環境雑音の支配
的な成分をなす線スペク１ヘル状の共鳴音の成分を除去
した音響信号Ｓ１の実効値であって、中心周波数可変の
狭帯域の帯域除去フィルタ３を用いることにより、漏洩
前の信号成分を減衰させることなく支配的な雑音成分で
ある共鳴音成分のみを除去することができ、雑音成分を
減少させて良好なＳＮ比で漏洩前を検出した音響信号Ｓ
１からより低漏洩量の漏洩を検知できる。

上記実施例によれば、第１に周波数分析を必要としない
ため装置が簡単な構成で実現できて経済性が向上し、第
２に音９１償号の帯域除去後の実効値の最小値で漏洩判
定することにより音響信号のピーク成分の周波数の探査
および帯域除去のための回路構成を簡単化して経済性を
さらに向上し、第３に線スペクトル状の共鳴音が低レベ
ルのときやそれが発生していないときでも、音響信号の
除去する周波数帯域幅が狭いために漏洩前の信号の実効
値が本信号処理を施しても減少することなく誤動作しな
くなるので信頼性が向上できるなどの効果かえられる。

第４図は本発明による漏洩検出器の第２の実施例を示す
ブロック図である。第４図において、本実施例は第１図
と同じく原子炉格納容器内冷却系配管工００の水漏性検
出に本漏洩検出器を適用した例を示し、特に漏洩前以外
に複数の線スペクトル状の共鳴音の環境雑音が同時に発
生することが予想される場合に有効に適用される例であ
り、第１図と同一符号は同一または相当部分を示すほか
、８は実効値演算器、９は漏洩音レベル推定器である。

第１図では１つの共鳴音（ピーク成分）除去後の音響信
号Ｓ１の実効値を最小値ホールド回路６を用いて実効値
信号Ｓ３の最小値として求めているのに対して、第４図
では複数の共鳴音（ピーク成分）を同時に除去した音！
Ｖ信号Ｓ１の実効値を漏洩レベル推定器９を用いて実効
値信号Ｓ３の複数の極小値から推定する構成である。

いまマイクロホン１で検出した音響信号Ｓ１は増幅器２
で増幅され、増幅された音９０信号Ｓ１は漏洩前を除く
全ての環境雑音のうち複数の線スペクトル状の共鳴音の
周波数を検出してそれぞれの周波数に一致した成分を除
去するための中心周波数可変の狭帯域の帯域除去フィル
タ３を通して実効値演算器５により直流レベルに変換さ
れ、変換された実効値信号Ｓ３は漏洩レベル推定器９に
入力される。帯域除去フィルタ３の中心周波数走査器４
の出力ののこぎり波信号Ｓ２は帯域除去フィルタ３の中
心周波数ｉｏの走査信号とともに漏洩音レベル推定器９
のタイミング信号として用いられる。増幅器２で増幅さ
れた音響信号Ｓ１は一方で実効値演算器８に直接入力さ
れ、帯域除去フィルタ３を通さない音響信号Ｓ１の実効
値信号Ｓ５が漏洩レベル推定器９に入力される。漏洩音
レベル推定器っけ実効値演算器８の出力の帯域除去しな
い音響信号Ｓ１の実効値信号Ｓ５および実効値演算器５
の出力の複数の共鳴音成分（ピーク成分）を周期的に除
去した音響信号Ｓ１の実効値信号Ｓ３から複数の共鳴音
成分を同時に除いた音響信号Ｓ１の実効値を漏洩前の実
効値として推定して出力する。漏洩判定器７は推定され
た漏洩前の実効値があらかじめ設定した設定値レベルを
越えたときかもしくは設定値レベルを越えかつあらかじ
め設定した時間を越えて持続したときに漏洩を判定して
警報を発生する。

上記漏洩音レベル推定器９の漏洩音レベル推定方法を説
明すると、いま２つの線スペクトル状の共鳴音が発生し
てそれぞれの共鳴周波（りをｆ　Ｐｌ。

ｆｐｚとし、それぞれの振幅をＢ　ｔｐ１＋　Ｂ　ｔｐ
Ｚとし、また漏洩前が比較的広い周波数帯域のＷ坦な周
波数分布をもつものとして漏洩前の単位周波数ごとの振
幅を一定振幅Ａ、とする。この２つの共鳴音が発生した
状態で帯域除去しない音響信号Ｓ１の実効値演算器８に
よる実効値信号Ｓ５の実効値をＲＭＳＯとすると次式で
表わされろ。

・・・・・・（３） ただし共鳴音以外の環境雑音は小さいので無視している
。一方の帯域除去フィルタ３を通した音響信号Ｓ１の実
効値演算器５による実効値信号Ｓ３は帯域除去フィルタ
３の中心周波数ｆＯが周期的に２つの共鳴周波数ｆＰ１
＋ｆＰ２にそれぞれ一致したときに次式で与えられる極
小値ＲＭＳＩ。

ＲＭＳ２の値となる。

そこで上記の（３）、（４’−）、（５）式により響響
信号Ｓ１から同時に２つの共鳴音の共鳴周波数ｆ　ｐｉ
、　ｆｐｚに一致した周波数の成分を除いたときの音響
信号レベルすなわち漏洩音レベルを推定できる。この漏
洩音レベルをＲＭＳ３とすると次式で与えられる。

＝ｆ−Ｔ乙Ｑ　　　　　　　　・・・・・・（６）実際
の漏洩前の実効値は≠７・Ａｔであるが、周波数帯域の
周波数の数を示すＮの値が十分大きいため（６）式によ
り漏洩音レベルが推定できる。

上記のように漏洩音レベル推定器９では実効値演算器５
の出力の実効値信号Ｓ３の極小値の抽出と、その極小値
のうちあらかじめ設定した数の極小値の選択と、上記の
（６）式に従った漏洩音レベルの推定の機能をもつ、な
お本実施例では上記の実効値演算器５，６の出力をＡ／
Ｄ変換して、のこぎり波信号Ｓ２の１周期分を記憶装置
に一時記憶し、１周期経過後に記憶装置の内容を読み出
して、設定された数の極小値を大きい順に選んで（６）
式の演算を実行している。

上記実施例によれば、第１に周波数分析せずに比較的簡
単な装置構成で複数の共鳴音成分（ピーク成分）が除け
るので経済性が向上し、第２に帯域除去しない音響信号
の実効値を記憶装置に一時記憶するので（６）式の漏洩
音レベル推定演算のさいに実効値信号Ｓ３の実効値の極
小値ＲＭＳＩ。

ＲＭＳ２をえたのと同一のタイミングで求められる実効
値信号Ｓ４の実効値ＲＭＳＯの平均値を用いることが可
能となり漏洩音レベルＲＭＳ３の推定精度を向−ヒでき
るなどの効果がある。

第５図は本発明による漏洩検出器の第３の実施例を示す
ブロック図である。第５図において、本実施例は第１図
および第４図と同じく原子炉格納容器内冷却系配管１０
０の水滉洩検出に本漏洩検出器を適用した例を示し、第
１図および第４図と同一符号は同一または相当部分を示
すほか、５゜は騒音パターン学習器、５１は再循環ポン
プ回転数信号、５２は空調ファン回転数信号、５３は浄
化系流量信号、６ｏは漏洩判定器である。第５図では環
境雑音の起因する各種機器の運転状態とそれにともない
発生する音の騒音パターンとの対応関係を騒音パターン
学習器６０で明らかにすることにより良好な感度の漏洩
検出を行なう構成である。

いま冷却系配管１００の周辺に設置されたマイクロホン
１の出力の音響信号Ｓ１は増幅器２により増幅され、騒
音パターン学習器５ｏおよび漏洩判定器６０に入力され
る。この騒音パターン学習器５０は各種機器の運転信号
たとえば再循環ポンプ回転数信号５１や空調ファン回転
数信号５２や浄化系流量信号５３などを用いて正常時の
機器運転状態とそれにともなう騒音パターンとの対応関
係を分類してデータを初積している。漏洩判定器６０は
増俸器２の出力の音ＩＥＪＩ信号Ｓ１の騒音パターンを
求め、これを騒音パターン学習器５０に蓄積しである正
常騒音パターンと比較することにより、正常騒音パター
ンからずれていれば漏洩を判定して警報を発生する。

上記実施例によれば、各種機器の運転音や流体音の正常
騒音パターンの学習機能を用いることにより、常に高感
度で漏洩検出が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、漏洩にともなって発生する音をとらえ
て漏洩を検出する方式のａ洩検出器において、検出すべ
き信号の漏洩音レベルを減衰させずに支配的な環境雑音
をなす線スペクトル状の共鳴音成分（ピーク成分）のみ
を容易に除去可能となるので、漏洩検出感度を向上させ
ることができて漏洩検出器の性能向上がはかれる効県が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による漏洩検出器の第１の実施例を示す
ブロック図、第２図は第１図の各部動作波形のタイムチ
ャート、第３図（ａ）〜（ｆ）は第１図の各音響信号の
周波数分布および実効値信号の帯域除去中心周波数特性
の説明図、第４図は本発明による第２の実施例を示すブ
ロック図、第５図は本発明による第３の実施例を示すブ
ロック図である。 １・・・マイクロホン（音を検出する手段）、２・・・
増幅器、３・・・帯域除去フィルタ、４・・・中心周波
数走査器（中心周波数を時間的に変化させる手段）、５
・・・実効値演算器、６・・・最小値ホールド回路（最
小値を検出して保持する手段）、７・・・漏洩判定器、
８・・・実効値′／ｉｉ算器、９・・・漏洩音レベル推
定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体などの漏洩にともなう音のほか環境雑音を含む
   音を検出する手段と、検出した音響信号の共鳴音等のピ
   ーク成分の周波数を検出してそのピーク成分の周波数成
   分を除去する手段と、そのピーク成分の周波数成分を除
   去した後の音響信号の大きさから漏洩を判定する手段と
   から成る漏洩検出器。 ２、上記ピーク成分の周波数成分を除去する手段が上記
   音響信号を入力とする帯域除去フィルタおよびその帯域
   除去フィルタの中心周波数を時間的に変化させる手段と
   、その帯域除去フィルタの出力の音響信号の大きさの最
   小値を検出して保持する手段とからなる特許請求の範囲
   第１項記載の漏洩検出器。 ３、上記最小値を検出して保持する手段が上記帯域除去
   フィルムを通す前の音響信号の大きさと上記帯域除去フ
   ィルタの出力の音響信号の大きさの複数の極小値から上
   記最小値を演算して記憶する手段からなる特許請求の範
   囲第２項記載の漏洩検出器。