JP2007148867A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで耐圧防爆構造が実現でき、監視対象設備の変更等の仕様変更にも迅速に対応することができる監視装置を提供する。
【解決手段】監視対象設備における画像を撮像して画像信号を出力する画像撮像部１０、１１と、監視対象設備における音響を検出して音響信号を出力する音響検出部１４、１６、１８と、監視対象設備における物理量を検出して物理量検出信号を出力する物理量検出部２０、２２，２４とが、耐圧防爆容器３０に収容されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラントや工場等の監視対象設備を監視するための監視装置に係り、特に、水素ガス等の可燃性ガスが取り扱われる設備における可燃性ガスの漏洩、燃焼火炎の発生といった異常を監視する監視装置に関する。

近年、環境問題やエネルギー問題が深刻化するに伴い、石油に代わる次世代クリーンエネルギーとして、水素エネルギーが注目されている。

従来、水素製造プラント、水素ステーション等の水素を取り扱う設備においては、火炎検知器、ガス検知器、圧力計、工業用ＴＶ（ＩＴＶ）等のセンサにより、水素ガスの漏洩、水素が燃焼した水素炎の発生といった異常を検知することが行われていた。
特開２００３−２８７６４号公報

このように、従来は、火炎検知器、ガス検知器、圧力計、工業用ＴＶ（ＩＴＶ）等の個別のセンサを用いて、水素ガスの漏洩、水素が燃焼した水素炎の発生といった異常を検知することが行われていた。

一方、水素製造プラント、水素ステーション等の水素を取り扱う設備では、センサ等は耐圧防爆構造として、所定の防爆構造規格を満たすようにする必要がある。従来は、個別のセンサ毎に耐圧防爆構造とし、それぞれ別個に防爆検定に合格するようにしていたため、そのためのコストが嵩み、監視対象設備の変更等の仕様変更に迅速に対応することが困難であった。

本発明の目的は、低コストで耐圧防爆構造が実現でき、監視対象設備の変更等の仕様変更にも迅速に対応することができる監視装置を提供することにある。

上記目的は、監視対象設備における画像を撮像して画像信号を出力する画像撮像部と、前記監視対象設備における音響を検出して音響信号を出力する音響検出部と、前記監視対象設備における物理量を検出して物理量検出信号を出力する物理量検出部とが、耐圧防爆型容器に収納されていることを特徴とする監視装置によって達成される。

上述した監視装置において、前記耐圧防爆型容器から前記画像撮像部、前記音響検出部及び前記物理量検出部のいずれかが除去され、その代わりに除去されたものと同等のダミー部が収納されているようにしてもよい。

本発明によれば、監視対象設備における画像を撮像して画像信号を出力する画像撮像部と、監視対象設備における音響を検出して音響信号を出力する音響検出部と、監視対象設備における物理量を検出して物理量検出信号を出力する物理量検出部とを、耐圧防爆型容器に収納するようにしたので、低コストで耐圧防爆構造が実現でき、監視対象設備の変更等の仕様変更にも迅速に対応することができる。

［本発明の背景］
本発明の実施形態を説明する前に、本願発明者が本発明を為すに至った技術的背景について説明する。

近年、画像処理システムおよび技術は急速に進歩を遂げておりその恩恵は映像メディアや工業分野に代表されるプロユースのみならず家庭用ビデオやＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の個人ユースの分野にまで及んでいる。

これらの画像処理システムの価格は、プロユース用の数千万円/台規模のものから個人ユース用の数千円/台まで幅広く分布しており、何れの利用分野においても基本的に共通した技術が利用できる。これらの市場価格は販売台数によって決まるものであり、画像伝送システムにおいても低価格の市場製品の性能が必ずしも低いレベルにあるとは言えない。

その代表的な事例がＷｅｂカメラやＮｅｔｗｏｒｋカメラと称される画像伝送システムであって、ＰＣとインターネットの併用で従来の家庭用ビデオ撮像装置並の映像をリアルタイムで伝送することができ、高価な画像伝送システムと比べても性能的に何ら遜色がない。

本願発明者は、このような低価格で高性能の画像伝送システムに着目し、これらを工業監視分野に積極的に取り入れることができれば、従来の高価な画像伝送システムの大幅なコストダウンを図ることができると考えた。そこで、本願発明者は、ＷｅｂカメラやＮｅｔｗｏｒｋカメラと称される画像伝送システムをベースとして、それに他の必要なセンサを組み込んで複合化した新規な画像伝送システムを想到するに至った。

［一実施形態］
本発明の一実施形態による監視装置について図１乃至図５を用いて説明する。図１は本実施形態による監視装置の構成を示すブロック図であり、図２は本実施形態による監視装置の防爆構造を示す図であり、図３は本実施形態による監視装置の防爆構造を概念的に示した説明図であり、図４は本実施形態による監視装置の動作を説明するためのグラフであり、図５は本実施形態による監視装置のＶＦＣ回路の特性を示すグラフである。

本実施形態による監視装置は、プラントや工場等の監視対象設備において、ガス漏れ、水素ガスの漏洩、水素が燃焼した水素炎の発生等を監視するものである。

（監視装置の構成）
本実施形態による監視装置には、図１に示すように、監視対象設備における画像を撮像するカメラ１０と、カメラ１０前方のフィルタ１１と、カメラ１０により撮像した画像を処理して画像信号を生成する画像処理部１２とが設けられている。カメラ１０と画像処理部１２により、監視対象設備における画像を撮像して画像信号を出力する画像撮像部が構成されている。

また、監視対象設備における音響を検出するマイクロフォン１４と、マイクロフォン１４により検出される音響信号をフィルタリングするローカットフィルタ１６と、ローカットフィルタ１６によりフィルタリングされた音響信号を増幅するマイクアンプ１８とが設けられている。マイクロフォン１４とローカットフィルタ１６とマイクアンプ１８により、監視対象設備における音響を検出して音響信号を出力する音響検出部が構成されている。

また、監視対象設備おけるガス量を検知するガス検知器２０と、ガス検知器２０によるガス量検知信号を増幅してガス量検出信号を生成するガス検出回路２２と、ガス検出回路２２により生成されたガス量検出信号の電圧値を周波数に変換するＶＦＣ回路２４とが設けられている。ガス検知器２０とガス検出回路２２とＶＦＣ回路２４により、監視対象設備における物理量であるガス量を検出してガス量検出信号を出力するガス量検出部が構成されている。

ミキシングアンプ２６は、マイクアンプ１８から出力される音響増幅信号に、ＶＦＣ回路２４から出力されるガス量検出信号を重畳して、ガス量検出信号の情報が載った音響信号を生成する。

伝送部２８は、画像処理部１２から出力される画像信号と、ミキシングアンプ２６から出力されるガス量検出信号が重畳された音響信号とを、伝送するための伝送信号として出力する。伝送部２８は、画像信号と音響信号を、アンテナを用いて無線で伝送することも、ＬＡＮケーブルを用いて有線で伝送することも可能である。

画像信号と音響信号は、伝送部２８により、無線ＬＡＮ又はＬＡＮケーブルにより、プラントや工場等の監視対象設備の異常を総合的に判断する判断装置（図示せず）に伝送される。

（監視装置の防爆構造）
本実施形態の監視装置の各構成要素は全て、図２に示すように、耐圧防爆型容器３０に収納されている。耐圧防爆型容器３０は、耐圧防爆仕様を満足した、例えば、アルミニウムダイキャストにより形成された容器である。

耐圧防爆型容器３０内にはカメラ１０と共に回路基板３６が収納されている。回路基板３６には、前述した画像処理部１２、ローカットフィルタ１６、マイクアンプ１８、ガス検出回路２２、ＶＦＣ回路２４、ミキシングアンプ２６、伝送部２８が搭載されている。

耐圧防爆型容器３０のカメラ１０前方の開口にはフィルタ１１がはめ込まれている。耐圧防爆型容器３０のカメラ１０側方の開口には、マイクロフォン１４とガス検知器２０とを複合した複合センサ３４がはめ込まれている。

耐圧防爆型容器３０の開口部分には耐圧パッキン式引き込み部（図示せず）が設けられており、防爆性能を保持しつつ、フィルタ１１や、複合センサ３４、電送線路（図示せず）等を設けることができるようになっている。

（監視装置の仕様変更時の防爆構造）
図３は、監視装置の防爆構造を概念的に示した説明図である。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、耐圧防爆容器３０に、上述した画像撮像部Ａと、音響検出部Ｂと、ガス量検出部Ｃと、伝送部Ｄとが収容されて、監視装置の防爆構造を実現している。

図３（ａ）に示す構成で、所定の防爆認定規格を満たすように設計して、防爆検定を受けて防爆認定を取得しておく。

ここで、監視装置の監視対象設備が変更になり、例えば、画像撮像部Ａを搭載する必要がなくなったとする。この場合、図３（ａ）の状態の監視装置として防爆認定を取得していたとしても、図３（ｂ）に示すように、画像撮像部Ａを除去した状態では、所定の防爆認定規格を満たさないことになる。画像撮像部Ａを除去することにより生じた空間により所定の防爆認定規格を満たさなくなるからである。

そこで、本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、画像撮像部Ａを除去したことにより生じた空間に、画像撮像部Ａと同等の重量と容量のダミーＡ′を収納するようにする。図３（ａ）と図３（ｃ）では、耐圧防爆容器３０の収納物の重量と容量が同じであるから、新たに防爆検定を受け直すことなく、既に取得した防爆認定を援用することができる。

なお、所定の防爆認定規格には使用する電流容量についても規定があるが、画像撮像部Ａを除去することにより電気容量が減少するだけであるので、この規定について防爆検定を受け直す必要はない。

（画像撮像部）
画像撮像部の画像処理部１２は、監視対象施設内を撮像し、撮像時間の異なる画像の変化に基づき、通常の火災や、水素ガスが燃焼した水素炎等の発生を検出する。

本実施形態では、カメラ１０として市販のＣＣＤタイプＷｅｂカメラを用いて、紫外線カメラ又は近赤外線カメラとしての機能を持たせるようにしている。

紫外線カメラの場合には、市販のＣＣＤタイプＷｅｂカメラから赤外カットフィルタを外し、このＣＣＤタイプＷｅｂカメラに波長３００ｎｍ未満の紫外光を透過するフィルタ１１を付加する。

近赤外線カメラの場合には、市販のＣＣＤタイプＷｅｂカメラから赤外カットフィルタを外し、波長９２０ｎｍ以上の赤外光を透過するフィルタ１１を付加する。

このように、カメラ１０として、水素炎が発する紫外領域における発光ピークのテールを検出することができる紫外線カメラ、又は波長９２０〜１１００ｎｍの範囲に分布する水振動ピークを検出することができる近赤外線カメラとしての機能を持たせることにより、肉眼では見えない水素炎を確実に検知することができる。

画像処理部１２は、カメラ１０により撮像された画像を画像処理することにより、水素炎を高感度に検知する。具体的には、画像処理部１２は、ある瞬間にカメラ１０により撮像された画像とその後所定の時間間隔をあけてカメラ１０により撮像された画像との差分絶対値を画素毎に演算する時間差分処理を行った画像を生成する。このような画像処理により、太陽光等の背景光の影響を除去して、水素炎を確実に検知することができる。

（音響検出部・ガス量検出部）
音響検出部は、図１に示すように、マイクロフォン１４により検出された音響信号をローカットフィルタ１６によりフィルタリングして、その音響信号をマイクアンプ１８により増幅している。

マイクロフォン１４は、例えば２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚに感度を有する無指向性のものである。ローカットフィルタ１６は、水素ガス等の漏洩による異常音を監視するために、１００Ｈｚ以下の音響信号を遮断し、１００Ｈｚ以上の音響信号を通過させる特性を有している。

ローカットフィルタ１６は、図４に示すように、後述するガス量検出部からのガス量検出信号を重畳させるために１００Ｈｚ以下の低周波部分をカットする。これにより、１００Ｈｚ以上の信号領域の周波数信号が音声帯域信号となる。

ガス量検出部では、汎用のガス検知器２０とガス検出回路２２を用いる。ガス検出回路２２から出力されるガス量検出信号の電圧値をＶＦＣ回路２４により周波数信号に変換する。ＶＦＣ回路２４は、図５に示すように、ガス量検出信号の電圧値の最小値（０）から最大値（Ｖ₁）が、例えば、０Ｈｚから１００Ｈｚの周波数信号となるように設定される。これにより、図４に示すように、０〜１００Ｈｚの信号領域の周波数信号がガス量検出信号となる。

なお、電源周波数である５０Ｈｚ近傍又は６０Ｈｚ近傍では雑音が多いので、好ましくは５０Ｈｚ近傍又は６０Ｈｚ近傍を用いないようにする。例えば、５〜４５Ｈｚの信号領域の周波数信号をガス量検出信号とする。また、６５〜１００Ｈｚの信号領域の周波数信号をガス量検出信号としてもよい。

なお、ローカットフィルタ１６の代わりに、例えば、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの通過帯域を有するバンドパスフィルタを用いてもよい。

ミキシングアンプ２６は、ローカットフィルタ１６により１００Ｈｚ以下の低周波部分がカットされた音響信号に、ＶＦＣ回路２４により０Ｈｚから１００Ｈｚの周波数信号に変換されたガス量検出信号とを重畳して、ガス量検出信号の情報が載った音響信号を生成する。

例えば、上記のようにガス量検出信号の電圧値が０（最小値）からＶ₁（最大値）であり、この電圧値がＶＦＣ回路２４により周波数０Ｈｚ〜１００Ｈｚの周波数信号として変換されるように設定されている場合について、図４及び図５を用いて説明する。

ガス量検出信号の電圧値の最大値Ｖ₁の３０％の値である場合、ＶＦＣ回路２４により３０Ｈｚの周波数信号に変換される（図５）。このようにいて周波数信号に変換されたガス量検出信号は、ミキシングアンプ２６により、周波数３０Ｈｚの位置にガス量検出信号として音響信号に重畳される（図４）。なお、図４において、具体的な１００Ｈｚ以上の音響信号については図示を省略している。

伝送部２８は、ミキシングアンプ２６から出力されるガス量検出信号が重畳された音響信号を、画像処理部１２から出力される画像信号と共に、伝送信号として出力する。

以上の通り、本実施形態によれば、ガス検知器によるガス量検出信号を音響信号に重畳するようにしたので、ＷｅｂカメラやＮｅｔｗｏｒｋカメラと称される既存の画像伝送システムの信号伝送機能を利用して、ガス検知機能を有する監視装置を実現することができる。

［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、水素製造プラントや水素ステーション等の水素を取り扱う監視対象設備における異常の監視に本発明を適用したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば、天然ガス、石油系ガス等を取り扱う設備におけるガスの漏洩、可燃性ガスが燃焼した燃焼炎の発生等の異常の監視に広く適用することができる。

また、上記実施形態では、画像撮像部と音響検出部にガス量検出部を複合化する場合を説明したが、ガス量に限らず他の物理量、例えば、温度、圧力、歪み等の変化速度が遅く、監視対象の状態を示す物理量を検出する物理量検出部を複合化するようにしてもよい。

本発明の一実施形態による監視装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による監視装置の防爆構造を示す図である。 本発明の一実施形態による監視装置の防爆構造を説明するための図である。 本発明の一実施形態による監視装置の動作を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態による監視装置のＶＦＣ回路の特性を示すグラフである。

符号の説明

１０…カメラ
１１…フィルタ
１２…画像処理部
１４…マイクロフォン
１６…ローカットフィルタ
１８…マイクアンプ
２０…ガス検知器
２２…ガス検出回路
２４…ＶＦＣ回路
２６…ミキシングアンプ
２８…伝送部
３０…耐圧防爆型容器
３４…複合センサ
３６…回路基板

Claims (2)

1. 監視対象設備における画像を撮像して画像信号を出力する画像撮像部と、前記監視対象設備における音響を検出して音響信号を出力する音響検出部と、前記監視対象設備における物理量を検出して物理量検出信号を出力する物理量検出部とが、耐圧防爆型容器に収納されていることを特徴とする監視装置。
2. 請求項１記載の監視装置において、
   前記耐圧防爆型容器から前記画像撮像部、前記音響検出部及び前記物理量検出部のいずれかが除去され、その代わりに除去されたものと同等のダミー部が収納されていることを特徴とする監視装置。

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