JPS62240833A - 流体パイプラインにおける熱流体漏洩検知方法及び装置 - 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】 ６、　発明の１）１にν順な説明 〔腫貞上の利用分野〕 この発明は、流体パイプラインにおける熱流体漏洩検知
方法及び装置に係り、更に詳しくは流体パイプラインか
らの熱流体の洩れｔ遠１＠で検知できるようにしたもの
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の流体パイプラインの漏洩検知システムは、漏洩に
半って流体パイプラインに生ずる流量、圧力、音響等の
物理現象の変化又は１串した熱流体、その蒸発ガスを各
種の検知器で検知し、その検知信号から熱流体の漏洩の
発生を矧ることができるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の流体パイプラインの漏洩検知システ
ムでは、いずれもパイプラインを流れる熱流体の漏洩を
知ることはできても漏洩位置と漏洩時刻を知ることはで
きないという問題点があったＯ また、従来の流体パイプラインの漏洩検知システムでは
、検知器の検知信号ｅｔａによって流体パイプラインか
ら離れて設置されている漏洩検知装置まで搬送するよう
にしていたから、ショート、感電、引火のおそれがあり
、その几めに耐圧防爆型の機器が必要となってコスト高
となると共に途中でノズルをひろい易く誤動作のおそれ
があるという問題点があつ友〇 この発明はかかる問題点ｔ−解決するためになされたも
ので、流体パイプラインにおける熱流体の漏洩が発生し
た位置と時刻を正確に検出し、しかも安全な流体パイプ
ラインにおける熱流体漏洩検知方法及び装置を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る流体パイプラインにおける熱流体漏洩検
知方法及び装置は、熱流体が流れるパイプの外周に設け
られた保温材に光を伝送する光ファイバーを流体パイプ
ラインと並行して設け、元ファイバーに、所定温就を越
えると元ファイバーの一部を屈曲させて伝送損失音発生
させる形状記憶合金で形成された流体−洩検知センサを
複数間隔を置いて設け、上記光ファイバーに元パルスを
送ｎ１ｔｌシ、この送り出された元パルスの戻り光を受
光し、受光し雷戻り光に−）’ｅＩＥ変換し、さらに対
数アナログ・ディジタル変換して距離りに対する戻り光
強度−を何個か時間平均して基準波形データαとして記
憶し、上記基準波形データαと判別用移動ｎＬｇｊ更ｆ
ｒ波形データβ′の差分波形データｒ′の距離微分波形
データｄｅｗ〆メし、しきい値函数ηと距離微分波形デ
ータδ′との光源側交点が発生した時に流体漏洩を判定
して熱流体漏洩検知信号と発生位置データ全自動的に出
力するものである。

〔作用〕

この発明においては、熱流体が流れるパイプの外周に設
けられた保温材に設けられ、所定部分に形状記憶合金製
の流体漏洩横領センサを配置した光ファイバーに元パル
スを送り出し、その戻り光ｔ−元電電変換、さらに対数
アナログ−ディジタル変換して距離りに対する戻り光強
度ＩＲｔ何１固か時間平均して基準波形データαとして
記憶し、上記基準波形データαと判別用移＃ｎ回更新波
形データ〆の差分波形データｒ′の距離微分波形データ
δ′を演算し、しきい値函数ηと距離微分波形データａ
′との光源側交点が発生した時に流体漏洩を判定して熱
流体漏洩検知信号を出力するから、流体パイプラインに
おける流体漏洩位ｔＩＩｔｔ−正確且つ自動的に検出す
ることができる。更に、同時に複数筒所で流体（漏洩が
発生しても区別して検出することができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の＠１実施例で流体パイプラインを示
す概略説明図、第２図は光ファイバー金儲えた流体パイ
プラインにおけるパイプの断面図、第６図は纂２図の部
分拡大断面図、第４図は形状記憶合金製センサの一例？
示す斜視図、第５図は形状記憶合金製センサの他の例を
示す斜視図、第６図は熱流体漏洩検知装置を示す斜視図
である。

第１図において、（１）は燃料油、蒸気、熱水等の熱流
体が流れるパイプ、（２）はパイプ（１）に接続された
タンク？それぞれ示し、（３）はパイプ（１）に設けら
ＩＬｆＣ死ファイバーαＯ（！：接続された後述する熱
流体漏洩検知装置である。ＳＩ＋　３２＋　ＳＳ、・・
・・・・・・・・・・Ｓｎ　　は光ファイバー００に設
けられた流体漏洩検知センナである形状記憶合金製セン
サα◇の位置をそれぞれ示す。

第２図及び第６図において、（５）はパイプ（１）の外
周に設けられた所定厚さの保温材、（６）は保温材（５
）を覆う亜鉛鉄板の外装材、（力は保温材（５）の下部
にその長手方向に宿って設けられた切欠部、（８）は切
欠＠（７）内に配役された塩化ビニール製の多孔管、θ
１は多孔’Ｍ　（８）内に挿通させられた元ファイバー
で１保温材（５）の下部にパイプ（１）と並行して設け
られている。α］）は光ファイバー〇（ｅに設けられた
流体漏洩検知センサである。この多孔＃　（８）　Ｈセ
ンサＣ１，）にパイプ（１）から漏洩した熱流体？導び
きし易くしていると共に光ファイバー〇〇の施工時に、
予め多孔管（８）内に光ファイバー（１１ｔｌ−挿入し
ておくことにより、多孔管（８）ごと切欠ｇ（７）に挿
入でき、光ファイツク−αＯの損傷全防止している。

第４図において、α０は光ファイバー、αめは流体漏洩
検知センサであるパイプ状の形状記憶合金製センサであ
り、温度が予め設定した温度以上になると、（１１′）
のように波形に変形する０このとき、パイプ状のセンサ
αυ内の光ファイバー（至）は曲げられて伝送損失が発
生する。第５図に示すものは、コイル状の形状記憶合金
製の七ンサα埠が直線状（１１’）に変形する時、元フ
ァイバーα０？！−逆にねじり返してコイル状元ファイ
バー（１０’）になり、伝送損失が発生するものである
。

第６図において、光ファイバーαＱの任意の検知したい
４１数の場所、例えば揖〜Ｓ８に形状記憶合金製センサ
（ｌηが設置されている。（３）は熱流体漏洩検知装置
で、光ファイバーα１の一端よりパルス光を送出し、そ
の元ファイバー〇〇に均一に分布したコア内のドーパン
トなどの赦乱源により、後方散乱【−た微弱レイリー敢
乱光の光強度を、時間経過とともに記録し、画面に表示
すると共にパイプからの熱流体の漏洩位置と時刻とを知
ることができるものである。

次に、この発明の詳細な説明する。

第７図はこの発明の詳細な説明するための正常時の波形
図である。第７因の横軸は光フアイバー上における発光
手段からの距離Ｌ（ｍｌ：示し、縦軸は光ファイバーを
戻って来た戻り光の強ｆ　Ｉ、　金ｄＢで表わしである
。αは正常時の波形である０光フアイバーの製造時の屈
折率等の不均一さや、敷設時のマイクロベンド等により
、完全なＩＫ線ではないが、時間的には安定しており、
距離の函数である。この波形αは基準波形となるもので
ある。なお、元ファイバーαＱには前述したように形状
記憶合金製センサα溌がパイプ（１）の流体漏洩を検知
したい任意の複数個所に配置しである。

第８図はこの発明の詳細な説明するための異常時の波形
図である。第７図と同様横軸は距！Ｌ（ｍ）、縦軸は戻
り光の強ＩｆＬＩ′□（ｄＢ）　である。β０　は異常
時の波形である。又は流体漏洩による異常の発生した位
置【示す。また、ζは受光素子に光逗子倍増管の時定数
があったり、パルス巾が大きい場合に起因して生ずるが
、完全に零にはできないものである。

第９図は１個所の流体漏洩による異常全検出する原理？
説明する説明図で、（ａ）図は異常波形βを示し、基準
波形１７点線で示しておる。（ｂ）図はα−βの差分波
形を示し、１’はしきい値函数である。

このしきい値函数η′は同一の元ファイバーの変形であ
っても、発光点から近い所では大きい損失となり、遠方
では低い損失となるため、しきい値は距離が大になるに
つれて単ｆＡｄ少する函数としである。（ａ）図はα−
βであるΔ■３の距離微分波形である。８ｇ９図（ａ）
に示すようにＬｏ点で異常が生じた時α−βを演算し、
しきい値と比較すれば異常を判定できるが、実際には前
述の通り破線この様に波形がなまるので、（ｂ）図に示
すようにＬｏ点でななめに立ち上る波形となる。

一方、しきい値は低い方が感度はよいが、ｆＪ４動作す
る確率が嶋くなる。これを考慮するとしきい値はなるべ
く　）”；ｒＨくする方がよい。しかし、シキい値を高
くすると、異常発生位置り、に対してＡで示す誤差が生
ずる。そこで、α−βである工８の距離微分波形を作る
と（ｃ）図に示すようになり、Ｌｏでほぼ直線で立ち上
る波形を得ることができ、ηとδのｆｔ、源側の交点と
してｘＯが求められ、異常発生位置ＬＯを正確に検出で
きる。

第１０図は２Ｉｌｌ！１１所の異常を検出する原理を説
明する説明画で、（ａ）図はＬｌｖ　Ｅ’Ｈの２点で同
時に異常が生じ比時の異常波形β′を示し、（ｂ）図は
第９図＋ｂ）　ｔｃ　対応したα−β′の差分波形ｒ′
會ポす。この場合、α−β′の差分を演算してもＬ２点
の異常は検出できない。しかし、（Ｃ）図に示すα−β
′の差分波形の距離微分波形を作ることにより、Ｌ＋ｐ
Ｌｔｋ交点ｘＩ及びｘ２により区別して検出することが
できる。

次に、この発明の方法の実施に直接使用する熱流体漏洩
検知装置について説明する。第１１向はこの発明の熱流
体漏洩検知装置の一実施例を示すｍ成因である。第１１
図において、１０に元ファイバー、１１は形状記憶合金
製のセンナである。

５１は゛電気−元変換素子で、レーザダイオード、フォ
トダイオードなどの発光手段である。５２はパルス発振
器で、発光手段５１を励損して元パルス七元生させるも
のである。５３は方向性結合器、５４は同期信号発生器
、５５は光電変換素子、５６は対数アナログ−ディジタ
ル（以下Ａ／Ｄと略記する）変換器、５７は表示装置と
してのＣＲＴ。

５８は増幅器、６０は１パルスの掃引画面に対応する受
−元データ波形を記憶するバッファメモリ、６１μｍ回
分データ用メモリ、６２は基準波形α作成回路、６３は
判別用移動１回更新データβ′作成回路、６４は差分回
路、６５は距離微分回路、６６はしきい値函数データη
発生回路、６７は比軟判定回路、６８は距離データ出力
回路である。

次に、第１１図及び第１２図に示すフローチャート、音
用いて動作を説明する。装置の電源を投入１、（ステッ
プ６０１）、発光手段５１より光パルスを光ファイバー
２へ送り出す。光ファイバー２へ伝送された元パルスの
戻り光は方向性結合器５６全介して光電変換素子５５へ
人力され、その出力はＡ／Ｄ変換器５６により光パルス
と同期が取られてＡ／Ｄ変換される。一方、１つのパル
スによる掃引画面はＣＲＴ５７に表示される。また、１
つのパルスによる掃引画面に対応する受光データはバッ
ファメモリ６０へ記憶される。

この発明では１つのパルスによる掃引画面をシングル画
面εと呼ぶ。そして、まず基準波形データαは異常発生
前の初期のｍ回の時間平均を行なって作成する。基準波
形データαは基準波形データ作成回路６２によって作成
される（ステップ６０２．６０３）。

一方、判別用移動１回更新波形データβ′は最新のシン
グル画面εの平均値、つまりｎ個の平均であれば最新の
データ’ｆＨ１／　ｎにして加えて、一番古いデータ（
ｎ＋１回前のデータ）　’ｆｒ　１　／　ｎにして引い
比値として求められ、常に更新されている。

判別用移動１回更新波形データβ′は判別用移動１回更
新波形データβ′作成回路６３によって作成する（ステ
ップ６０４及び６０５）。波形データαと波形データβ
′は差分回路６４へ入力され追分波形データγ′が演算
される（ステップ６０６）。

次に、距離方向への微分値の波形データδ′が距離微分
回路６５によって作成される（ステップ６０７）。しき
い値ηは遠方で下る函数波形全発生回路６６で予め設定
しておき、波形データδ′がしきい値を越えたか否かを
判定回路６７で判定しくステップ６０８及び６０９）、
η−δ′〉０であれば正常で、ステップ６０５へ戻る。

η−δ′＜０ならば異常で、判定回路６７の出力である
異常検出・１６号は距離データ出力回路６８により、異
常発生距離Ｌｏ値ｋ　１１ｉ１１１定しくステップ６１
０）、この距離データ出力によりＷ報（６９ｔ）’！に
出しくステップ６１１）、ステップ６０５へ戻る。

また、距離データ出力により警報？出すほか、距離デー
タ６９２や発生時刻６９３の表示や記録を行なったり、
防災システムなどの制御信号６９４として出力したり、
第９図、第１０図に示す波形の表示６９５を行なうと同
時にカーソル発生回路７０を動作させて距離データの位
置にカーソルを表示する。

なお、別な基準波形データαの作り方としては、一定時
間移動平均を用いる。これは、一定時間ごとに異常が発
生したかを判断し、異常が発生していない時は、シング
ル画面の最新までの無限平均波形を基準波形データとし
、異常が発生した場合は時間移動平均演算を停止し、前
回の値を基準波形データαとする。すなわち、基準波形
データαは異常が発生する迄Ｈｋ新され、異常が発生し
たら前記更新ケ停止する。このようにすることにより最
良の基準波形が得られる。前記基準波形データαの更新
の停止は、比較判定回路６７の異常検出１δ号七基準波
形データα作成回路６２へ入力することにより（ｍ１１
図の破線参照）行なわれる〇この発明では、元ファイバ
ー側及びセンナ側は無電源とすることができ、無害性、
無誘導性を有する熱流体全検知１−１］装置を得ること
ができる。

第１３図はこの発明の第２実施例を示す元ファイバーを
備えた流体パイプラインにおけるパイプの断面図、第１
４図は第１３図の部分拡大断ｒｆｒＪ図である。

この実施例では、パイプ（１）の外周に設けられた保温
材（５）ｔ−覆う外装材（６）の下部に予め形成されて
いる＠部（６ａ）に光ファイバー００を設置したもので
ある◇α刀は元ファイバー〇〇に設けられた流体漏洩検
知センサである。

この実施例は外装材（６）に予め光ファイバー〇〇が設
置可能な＠部（６ａ）が形成されているので、外装材（
６）と保温材（５）との１園に元ファイバー＜１ｌｔ−
設けることが容易であり、案内ダクト等が不要となる〇
第１５図はこの発明の第３実施例を示す元ファイハーケ
備えた流体パイプラインにおけるパイプの断面図、ｍ１
６図は第１５図の部分拡大断面図である。

この実施例では、パイプ（１）の外周に設けられた保温
材（５）ヲ覆うグを装材（６）の下部に予め形成された
カバー取付片（６ｂ）、（６ｂ）にプラスチック等の無
色透明な材質のセンサー用カバー（９）全取り外し可能
に取り付け、このセンサー用カバー（９）内に光ファイ
バーａＯ全設置したものである。α１）は元ファイバー
（至）に設けられた流体漏洩検知センサである。

この実施例は、センサー用カバー（９）が外装材（６）
に取り外し可能なため、保守点検やメンテナンス會容易
としている。また、センサー用カバー（９）は無色透明
なために、水分の没入やゴミの詰り、流体漏洩検知セン
サ叫の設置状態及び流体の漏洩の確認が容易にできるも
のである◎ 〔発明の効果〕 この発明は以上説明したように、熱流体が流れるパイプ
の外周に設けられた保温材に並設され、所定部分に流体
漏洩検知センサを配置した元ファイバーに光パルスを送
り出し、その戻り光を光電変換し、さらに対数アナログ
・デジタル変換して距＠Ｌに対する戻り元強匿よりｔ何
時間か時間平均して基準波形データαとして記憶し、上
記基準波形データαと判別用移動４回更新波形データβ
′の差分波形データγ′の距離微分波形データδ′全演
算し、しきい値函数ηと距離微分波形データδ′との光
源側交点が発生した時に流体漏洩を判定して熱流体検知
信号を出力するようにしたので、パイプを流れる熱流体
の漏洩が発生した位置と時刻を自動的に高精度で検出で
きると共に同時に複数１１５所で熱流体の漏洩が発生し
ても区別できるという効果がある。さらに、パイプから
漏洩する熱流体全検知するためにパイプの外周に設けら
れた保温材に設けられている元ファイバーと流体漏洩検
知センナは、無電源であるので、従来の痛洩慣知センサ
に接続されていた電線によるショート、感電、引火等が
なくなって耐圧防爆壓の機器が不用となると共にノイズ
等による誤動作もなくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の＠１実施例で流体パイプライン全示
す概略説明図、第２図は光ファイバーを備えた流体パイ
プラインにおけるパイプの断面図、第３図は第２図の部
分拡大断面図、第４図は形状記憶合金製センサの一例を
示す斜視図、第５図は形状記憶会金センサの他の例を示
す斜視図、第６図にＭ流体漏洩検知装置上水す斜視図、
第７図はこの発明の詳細な説明するための正常時の波形
図、ｆＡ８図はこの発明の詳細な説明するための異常時
の波形図、第９図は１個所の異常を検出する原理を説明
する説明図で、第９図ｔａ）は異常波形βを示す波形図
、＠９図１ｂ）はα−βの差分金示す波形図、第９図（
Ｃ）Ｉｒｊ、α−βの距離微分を示す波形図、第１０図
は２個所の異常を検出する原理の説明図で、第１０図ｔ
６）は異常波形β′を示す波形図、第１０図（ｂ）はα
−β′の差分を示す波形図、＠１０図＋６）はα−β′
の距離微分上水す波形図、第１１図はこの発明の装置の
一実ｍ例を示す構成図、第１２図は第５図ＶＣ示す装置
の動作を示すフローチャート、第１３図はこの発明の第
２実施例で光ファイバーを備えた流体パイプラインにお
けるパイプの断面図、第１４図は第１６図の部分拡大断
面図、第１５囚はこの発明の第６実施例で元ファイバー
を備えた流体パイプラインにおけるパイプの断面図、第
１６図は第１５図の部分拡大断面図である。 図において、（１）はパイプ、（３）は熱流体漏洩検知
装置、◇Ｑは光ファイバー、０υは形状記憶合金製セン
ナである。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第４図 第５図 第６図 第７ｖ！Ｊ Ｌ　（ｍ） 第８図 Ｌ　（ｍ）　ｘ 第　９　図 第１２　　図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱流体が流れるパイプの外周に設けられた保温材
   に、光を伝送する光ファイバーを流体パイプラインと並
   行して設け、光ファイバーに、所定温度を越えると光フ
   ァイバーの一部を屈曲させて伝送損失を発生させる形状
   記憶合金で形成された流体漏洩検知センサを複数間隔を
   置いて設け、上記光ファイバーに光パルスを送り出し、
   この送り出された光パルスの戻り光を受光し、受光した
   戻り光を光電変換し、さらに対数アナログ・ディジタル
   変換して距離Ｌに対する戻り光強度Ｉ＿Ｒ基準波形デー
   タαとして記憶し、上記基準波形データαと判別用移動
   ｎ回更新波形データβ′の差分波形データγ′の距離微
   分波形データδ′を演算し、しきい値函数ηと距離微分
   波形データδ′との光源側交点が発生した時に流体漏洩
   を判定して、流体漏洩検知信号と発生位置データを出力
   するようにしたことを特徴とする流体パイプラインにお
   ける熱流体漏洩検知方法。
2. （２）光パルスを送り出す発光手段と、熱流体が流れる
   パイプの外周に設けられた保温材に設けられ、発光手段
   から出力された光パルスを伝送する光ファイバーと、光
   ファイバーに複数間隔を置いて設けられ、所定温度を越
   えると光ファイバーの一部を屈曲させて伝送損失を発生
   させる形状記憶合金で形成された流体漏洩検知センサー
   と、上記光ファイバーの戻り光を光電変換する光電変換
   手段と、光電変換手段の出力を上記光パルスの１パルス
   毎に対数アナログ・ディジタル変換して距離Ｌに対する
   戻り光強度Ｉ＿Ｒを１回分データとして記憶する１回分
   データ記憶手段と、１回分データ記憶手段の記憶データ
   から基準波形データαを演算する基準波形データα作成
   回路と、１回分データ記憶手段の記憶データから判別用
   移動ｎ回更新波形データβ′を演算する判別用移動ｎ回
   更新波形データβ′作成回路と、基準波形データαと判
   別用移動ｎ回更新波形データβ′との差分波形データγ
   ′を演算する差分回路と、差分波形データγ′を演算す
   る差分回路と、差分波形データγ′の距離微分波形デー
   タδ′を演算する距離微分回路と、しきい値函数データ
   ηを発生するしきい値函数データ発生回路と、しきい値
   函数ηと距離微分波形データδ′との光源側交点が発生
   した時に、異常と判定して異常検出信号と発生位置デー
   タを出力する比較判定回路とを備えたことを特徴とする
   流体パイプラインにおける熱流体漏洩検知装置。