特表 2024-504238 被検体から漏出する試験ガスを光学センサを用いて検出する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-31

(54)【発明の名称】被検体から漏出する試験ガスを光学センサを用いて検出する方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 3/02 20060101AFI20240124BHJP

【ＦＩ】

G01M3/02 M

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023533944

(86)(22)【出願日】2021-12-29

(85)【翻訳文提出日】2023-07-28

(86)【国際出願番号】 EP2021087812

(87)【国際公開番号】W WO2022152564

(87)【国際公開日】2022-07-21

(31)【優先権主張番号】102021100405.5

(32)【優先日】2021-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500469855

【氏名又は名称】インフィコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｉｎｆｉｃｏｎ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｏｎｎｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ４９８， Ｄ－５０９６８ Ｋｏｅｌｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】ヴェツィヒ，ダニエル

【テーマコード（参考）】

2G067

【Ｆターム（参考）】

2G067AA11

2G067CC04

2G067DD27

(57)【要約】

被検体（１２）のガス漏れから脱出した試験ガス雲（１６）を検出する方法であって、被検体（１２）またはその背景から第１の時点で反射または放射された光放射（２０）を、試験ガス（１６）の光吸収スペクトルの少なくとも１つの波長または波長範囲を検出するように構成された光学センサ（２２）で受けるステップと、画像点（ｘ_ｉｊ）の信号振幅が、試験ガス（１６）の少なくとも１つの吸収波長範囲の振幅に対応するように、第１の時点で受けられた光放射（２０）から第１のデジタル画像（３０）を生成するステップと、被検体（１２）またはその背景から第２の時点で反射または放射された光放射（２０）を光学センサ（２２）を使用して受けるステップと、画像点（ｘ_ｉｊバー）の信号振幅が、試験ガス（１６）の少なくとも１つの吸収波長範囲の振幅に対応するように、第２の時点で受けられた光放射（２０）から第２のデジタル画像（３０）を生成するステップと、第１の画像（３０）を、第１の画像とは異なる、反射された光放射の少なくとも１つの第２のデジタル画像（３２）と比較するステップと、を含み、第１の画像（３０）の少なくとも第１の画像点（ｘ_ｉｊ）の信号振幅と、第２の画像（３２）の少なくとも第２の画像点（ｘｉｊバー）の信号振幅との差が閾値を超えたときに、少なくともガス漏れ（１４）が検出されたとみなされ、ここで、ｉ、ｊは自然数であり、（ｘ_ｉｊ）は、第１の画像（３０）のｉ列ｊ行の位置にある画像点であり、（ｘ_ｉｊバー）は、第２の画像（３２）のｉ列ｊ行の位置にある画像点である、方法。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体（１２）の漏出部から漏洩した試験ガス雲（１６）を検出する方法であって、
被検体（１２）またはその背景から第１の時点で反射または放射された光放射（２０）を、試験ガス（１６）の光吸収スペクトルの少なくとも１つの波長または波長範囲を検出するように構成された光学センサ（２２）で受けるステップと、
画像点（下記の数式（１）であらわされる）の信号振幅が、試験ガス（１６）の少なくとも１つの吸収波長範囲の振幅に対応するように、第１の時点で受けられた光放射（２０）から第１のデジタル画像（３０）を生成するステップと、
被検体（１２）またはその背景から第２の時点で反射または放射された光放射（２０）を光学センサ（２２）を使用して受けるステップと、
画像点（下記の数式（２）であらわされる）の信号振幅が、試験ガス（１６）の少なくとも１つの吸収波長範囲の振幅に対応するように、第２の時点で受けられた光放射（２０）から第２のデジタル画像（３０）を生成するステップと、
第１の画像（３０）を、第１の画像とは異なる、反射された光放射の少なくとも１つの第２のデジタル画像（３２）と比較するステップと、を含み、
第１の画像（３０）の少なくとも第１の画像点（下記の数式（１）であらわされる）の信号振幅と、第２の画像（３２）の少なくとも第２の画像点（下記の数式（２）であらわされる）の信号振幅との差が閾値を超えたときに、少なくともガス漏れ（１４）が検出されたとみなされ、
ここで、
ｉ、ｊは自然数であり、
下記の数式（１）であらわされる項は、第１の画像（３０）のｉ列ｊ行の位置にある画像点であり、
下記の数式（２）であらわされる項は、第２の画像（３２）のｉ列ｊ行の位置にある画像点である、
方法。

【数1】

【数2】

【請求項2】

第１の時点で画像を撮影した後、および第１の時点とは異なる第２の時点で第２の画像を撮影するまえに、そこから画像セクションが撮影される位置の方向に、ガスショックが放射される、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

撮影された画像の画像セクションがほぼ同一であるように、光学センサ（２２）および被検体（１２）の位置が固定される、
請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

被検体（１２）の密封度の統合的評価のために、互いに対応する、第１の画像（３０）の画像点（上記の数式（１）であらわされる）と、第２の画像（３２）の画像点（上記の数式（２）であらわされる）の振幅の差の総和が形成され、総和がある閾値を超えた場合、ガス漏れ（１４）が検出されたとみなされる、
請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。

【請求項5】

被検体（１２）のガス漏れ（１４）位置を特定するために、第１の画像（３０）の少なくとも第１の画像点（上記の数式（１）であらわされる）の振幅と、第１の画像（３０）の少なくとも第２の画像点の振幅との差が形成され、差がある閾値を超えた場合、第１の画像点（上記の数式（１）であらわされる）の位置のガス漏れ（１４）が検出されたとみなされる、
請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。

【請求項6】

被検体（１２）は、そのスペクトルが、試験ガス（１６）の吸収スペクトルの少なくとも一部を含む、光放射（２０）の放射を受ける、
請求項１～５のいずれか１つに記載の方法。

【請求項7】

被検体（１２）に反射され、受けられる光放射は、その通過帯域が、試験ガス（１６）の光吸収スペクトルの少なくとも１つの吸収波長を含む光学フィルタ（２４）によってフィルタされる、
請求項１～６のいずれか１つに記載の方法。

【請求項8】

測定中、外部環境の空気の動きが被検体（１２）から遠ざけられるように被検体（１２）は外部環境から遮蔽される、
請求項１～７のいずれか１つに記載の方法。

【請求項9】

被検体（１２）は、その放射スペクトルが赤外熱放射の大きい部分をカバーする、ハロゲン灯、電球、放射ヒータ、またはフラッシュ灯などの放射源（１８）により照射を受ける、
請求項１～８のいずれか１つに記載の方法。

【請求項10】

被検体（１２）は、その放射スペクトルが赤外熱放射の小さい部分のみをカバーする、例えばレーザーやＬＥＤなどの放射源（１８）により照射を受ける、
請求項１～９のいずれか１つに記載の方法。

【請求項11】

２つの画像（３０、３２）の画像点（上記の数式（１）であらわされる）が互いに次の式によって比較され、

【数3】

ここで、
ｉ、ｊ、ｎ、ｍは自然数であり、
上記の数式（１）であらわされる項は、第１の画像（３０）のｉ列ｊ行の位置にある画像点であり、
上記の数式（２）であらわされる項は、第２の画像（３２）のｉ列ｊ行の位置にある画像点である、
請求項１～１０のいずれか１つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検体（ｔｅｓｔ ｓｐｅｃｉｍｅｎ）から漏出する試験ガス（ｔｅｓｔ ｇａｓ）を検出する方法に関する。

【0002】

被検体から漏れる試験ガスの検出は、被検体の漏れを検出するために使用される。特に、設置された、および特に大きな被検体は、試験室内では検査されないが、通常は手持ち式のスニッファ（ｓｎｉｆｆｅｒ）プローブを用いて検査される。スニッファプローブは、オペレータによって、検査される被検体の試験場所に導かれる。スニッファプローブは、スニッファプローブの入口開口部から連続的に空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、漏洩ガスを選択的に検出できるガス検出器に導かれる。漏洩ガス、すなわち被検体の漏出部から漏出するガスは、通常、被検体に充填された、または被検体にすでに存在する既知の試験ガスである。試験場所において、漏出部から試験ガスが漏れた場合、漏洩ガスは試験場所の環境の空気と一緒に取り込まれ、空気と試験ガスの混合ガスが検出器に導かれる。吸引されたスニッファガス流中の試験ガス濃度は、漏洩率と連続的に吸引される空気流の大きさに依存する。漏洩率が低く、引き込まれる空気流量が大きいほど、引き込まれるガス流中の試験ガス濃度は低くなる。

【0003】

さらに、サーモグラフィ赤外線カメラを使用して、赤外線活性ガス、すなわち吸収スペクトルが赤外線波長を有するガスを含むガス雲（ｇａｓ ｃｌｏｕｄ）を検出することが知られている。この場合、カメラのセンサフィールドに入射する波長域は光学フィルタによって制限され、フィルタの通過帯域（ｐａｓｓｂａｎｄ）は検出されるガスの吸収スペクトルまたは吸収帯域（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂａｎｄ）を含み、他の波長域は遮断される。カメラが対応するガス雲に向けられると、ガス雲を透過した放射線成分は、背景から反射された放射線よりも赤外吸収スペクトルの範囲で暗く見える。その結果、ガス雲は赤外線カメラの画像で暗くなった領域として表示される。

【0004】

例えば、ＦＬＩＲ ＧＦ３２０カメラは、連続する画像の個々のピクセルの振幅を減算することで、ガス雲の動きの表示を向上させることが知られている。

【背景技術】

【0005】

ＵＳ２００３／００２５０８１Ａには、赤外線カメラを使用したガス放出の定量的表示方法が記載されている。

【0006】

赤外線画像におけるガス雲の動きの撮像は、ＷＯ２０１８／４５１０７Ａ１、ＥＰ３３９２６３５Ａ１、およびＥＰ３３５１９１６Ａ１に記載されている。

【発明の概要】

【0007】

本発明の目的は、被検体から漏れる試験ガスを検出するための、改良され自動化された方法を提供することである。

【0008】

本発明による方法は、請求項１の特徴によって定義される。

【0009】

したがって、検査される被検体によって反射または放射された光放射（ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）は、まず光学センサ、例えばデジタルセンサやＣＣＤチップによって受信される。センサは、試験ガスの光吸収スペクトルの少なくとも１つの波長を感知するように構成される。好ましくは、赤外波長域の吸収スペクトルを有する試験ガスが使用される。センサは、吸収スペクトルの少なくとも１つの波長を検出する適切な光学系によって設計することができ、例えば、被検体とセンサとの間のビーム経路に適切な光学フィルタを使用して、吸収スペクトル外の波長を遮断する。例えば、このような光学フィルタの通過帯域は吸収スペクトルまたは吸収帯域を含み、フィルタの阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）は隣接する残りの波長の範囲をカバーすることができる。

【0010】

これは、検査される被検体によって反射または放射された光放射を受信し、受信された放射線スペクトルに基づいて、放射線が試験ガスを透過しているか否かを判定し、試験ガスの存在を結論付けるという考えに基づいている。

【0011】

光放射は、第１の時点で受信され、さらに第１の時点に続く第２の時点でも受信される。２つの時点の各々で受信された光放射から２つのデジタル画像が生成され、その画素は、当該位置における試験ガスの少なくとも１つの吸収波長の振幅に対応する信号振幅を有する。したがって、試験ガスがない場所の画像点は、試験ガスがある場所に対応する画像点よりも大きな信号振幅を有する。試験ガスのある場所では、吸収波長の放射線は吸収され、試験ガスを透過した放射線の振幅は、試験ガスを透過しない放射線の振幅よりも小さくなる。従って、試験ガスがある場所を撮像している画像点は、試験ガスがない場所の画像点よりも均一照明下で低い信号振幅を持つ。

【0012】

本発明の特徴は、２つの画像を撮影する時点の間で、ガス漏れから漏洩した試験ガスの可能性のあるガス雲を積極的に移動させることである。すなわち、言い換えれば、ガス漏れが存在するかまたは疑われる場所、およびこのように試験ガス雲が存在するかまたは疑われる場所で、例えば、試験ガスの可能性のある雲を吹き飛ばすガスショック（ｇａｓ ｓｈｏｃｋ）が放出される。これは圧縮空気パルスとして、あるいはファンの助けを借りて行うことができる。試験ガス雲を移動させるガスは、試験ガスとは異なり、試験ガスと同じ吸収帯を持たないことが重要である。

【0013】

言い換えれば、ガス漏れが存在する、または疑われる場所、したがって試験ガス雲が存在する、または疑われる場所は、受信した光放射が反射または放射される場所、または画像セクションが撮影される場所である。

【0014】

本発明によれば、第１の画像は、反射および放射された光放射の第２の画像と比較され、第１の画像および第２の画像の画像点の信号振幅は、試験ガスの少なくとも１つの吸収波長範囲の振幅に対応する。ここで、１つまたは複数の動的に連続する画像は、１つまたは複数の継続的に連続して撮影された画像と比較される。その際、好ましくは、連続的に撮影された画像の画像セクションが同一となるように、カメラと対象物の両方を固定する。

【0015】

本発明によれば、第１の画像の少なくとも第１の画像点の信号振幅と第２の画像の少なくとも第２の画像点の信号振幅との差が閾値を超えたときに、少なくともガス漏れが検出されたと自動的にみなされる。ガスのサーモグラフィ撮像による公知の方法では、ガスの画像のみが撮像され、図示されるが、本発明による方法では、画像点の振幅の自動評価が漏れを検出するために実行される。これにより、使用者や距離に関係なくガス漏れを検出することができる。

【0016】

本発明による方法では、第１の画像と第２の画像の対応する画像点の差を合計することにより、被検体の密閉度（ｔｉｇｈｔｎｅｓｓ）を統合的に評価することができる。これは、下記の数式（１）であらわされる第１の画像の画像点、ここでｉ＝１．．．ｎ、ｊ＝１．．．ｍ（ｎ、ｍは自然数）、の振幅が、第１の画像点に対応する、下記の数式（２）であらわされる第２の画像の画像点の振幅から差し引かれることを意味する。この差に、両画像の別の画像点、例えばｘ_{ｉ＋１，ｊ}またはｘ_{ｉ，ｊ＋１}の振幅の差が複数の画像点について加算される。この加算は、例えば、選択された領域内のすべての画像点に対して、または画像全体のすべての画像点に対して、またはｎを自然数として各ｎ番目の画素に対して行うことができる。総和がある閾値を超えた場合、ガス漏れが検出されたとみなされる。

【数1】

【数2】

【0017】

受信した光放射が反射または透過する位置に試験ガス雲がない場合、この位置にガスショックを放射しても試験ガス雲は移動しないので、２つの画像の画像点の振幅は有意な差を示さない。このとき、画像点の差は適切な閾値以下となる。しかし、試験ガス雲がその場所に存在するとすぐに、ガスショックによってこのガス雲が移動するため、試験ガス雲は第１の画像では第２の画像とは異なる位置に表示される。２つの画像の画像点の振幅を差し引いた後、移動した試験ガス雲に起因する閾値以上の有意な振幅値がまだ存在する。その結果、画像点の振幅の差を計算することで、試験ガス雲を検出できる可能性がある。

【0018】

背景放射線、背景ノイズ、あるいは試験ガスで反射されなかった反射放射線に起因する振幅部分は、それぞれの画像点を減算することにより減少し、試験ガスのある場所に対応する画像点の吸収スペクトルの振幅部分は残る。これらの振幅の和がある値を超えるとすぐに、自動的に漏洩が検出されたとみなすことができる。このように、本発明によれば、それぞれの閾値との自動比較が行われる。前述の閾値を超えるとすぐに、「漏れがある」という情報を含む信号を生成および／または送信することができる。

【0019】

代替的または追加的に、被検体内のガス漏れの自動的な位置特定も行うことが可能であり、すなわち、第１の画像の少なくとも１つの第１画像点（上記数式（１）であらわされる）の振幅と、第１の画像の少なくとも１つの第２画像点の振幅であって第１画像点とは異なる振幅との差を形成することによって行うことができる。この差は閾値と比較され、差が閾値を超えた場合に、第１の画像点の位置にガス漏れがあるとみなされる。ここで、第１の画像の第１の領域における複数の画像点の振幅の和は、第１の画像の第１の領域とは異なる第２の領域における画像点の振幅の和と比較することもできる。２つの領域からの画像点の振幅の和の差が予め設定された閾値を超えた場合、第１の領域の位置で漏れが検出されたと考えられる。この場合も、ガス漏れが検出された、または検出されたと考えられるという情報を含む信号を自動的に送信および／または生成することができる。

【0020】

被検体は、好ましくは、試験ガスの吸収スペクトルをそのスペクトルに含む光放射を照射される。試験ガスの吸収スペクトルが赤外波長域の吸収波長である場合には、赤外放射線を照射する。

【0021】

本発明による方法を実施する際、外部環境の空気の動きが被検体または測定位置から遠ざけられるように、被検体および／または被検体上の測定位置が、例えば保護壁によって外部環境から遮蔽されていると有利である。

【0022】

放射スペクトルが赤外熱放射の５０ｎｍ以上または１００ｎｍ以上または数１００ナノメートルなどの大部分をカバーする、すなわち、その放射スペクトルが広帯域熱スペクトルである放射源を、被検体を照射するために使用することができる。あるいは、放射スペクトルが数ナノメートルから５０ナノメートルまでの熱放射のごく一部のみをカバーする狭帯域放射源、例えばレーザーやＬＥＤを放射源とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

以下では、本発明の例示的な実施形態について、図を参照してより詳細に説明する。

【0024】

【図1】図１は、例示的な実施形態の模式図である。

【図2】図２は、撮影された画像の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１には、試験ガスを含む、あるいはそれ自体が試験ガスとして使用可能なガスまたは流体、例えば冷媒、を輸送するパイプラインの形態をとる被検体１２が示されている。試験ガス１６は被検体１２の漏出部１４から流出し、漏出部１４の領域に雲を形成する。

【0026】

放射源１８は被検体１２に向けて赤外線２０を放射するために使用される。放射線２０は被検体１２と被検体の背景によって反射される。反射された放射線２０は、例えばＣＣＤチップの形をとる赤外線カメラのセンサ２２によって吸収される。光学フィルタ２４は、反射された熱放射２０のビーム経路を遮ってセンサ２２の前に配置される。

【0027】

図２は、センサ２２によって吸収された放射線２０の第１の画像３０と第２の画像３２を示す。両方の画像３０、３２は、同じ数の画像点（上記数式（１）であらわされる）を有し、ここで、ｉ＝１．．．ｎは自然数であり、ｊ＝１．．．ｍは自然数である。したがって、２つの画像３０、３２のそれぞれは、ｎ列およびｍ行からなる。２つの画像を比較する場合、第１の画像３０の第１の領域３４内の画像点と、第１の領域３４に対応する第２の画像３２の領域３４内の画像点とを比較することができる。代替的または追加的に、一方の画像の第１の領域３４の画像点を、第１の領域３４とは異なる第２の領域３６の画像点と比較することもできる。この第２の領域は、ガス漏れ位置を特定するために使用することができる。

【0028】

特に、２つの画像３０、３２の画像点（上記数式（１）であらわされる項、および数式（２）であらわされる項）の比較は、次の式のいずれかを使用して実行できる。

【数3】

【数4】

【0029】

ここで、上記数式（１）であらわされる項は、ｉ列ｊ行の位置にある第１の画像の画像点であり、上記数式（２）であらわされる項は、第１の画像点の位置に対応する第２の画像の画像点、すなわち、ｉ列ｊ行の位置にある第２の画像の画像点である。

【0030】

この項がある閾値を超えた場合、ガス漏れが検出されたとみなされる。これにより、ガス漏れが存在することを示す信号、またはガス漏れが検出されたことを示す信号が生成および／または出力される場合がある。

【0031】

先行技術と比較して、本発明による方法は、被検体のデジタル画像を撮影して評価することにより、撮影された画像の人間の観察者に評価を委ねることなく、被検体の自動ガス漏れ検知という利点を提供する。特に、本発明による方法、または少なくとも撮影された画像と画像点の比較および画像点の評価は、コンピュータ制御またはマイクロプロセッサによって実行することができる。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】