センサ劣化診断装置およびセンサ劣化診断方法
【課題】 熟練度に頼らずに、光ファイバの劣化を容易に診断し、炉内監視装置におけるメンテナンス上の経済的なコスト削減を図る。
【解決手段】 燃焼炉(40)から抜き出したセンサ部(12)の後端側を取り付ける筒状体(23)と、 その筒状体(23)に取り付けたセンサ部(12)の先端に露出した光ファイバ(11)の先端面に診断用光(22)を入射する診断用光源(21)と、 前記センサ部(12)の後端面に露出した光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)を撮像するとともに、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するための診断画像(34)を表示する画像診断装置(30)とを備える。
【解決手段】 燃焼炉(40)から抜き出したセンサ部(12)の後端側を取り付ける筒状体(23)と、 その筒状体(23)に取り付けたセンサ部(12)の先端に露出した光ファイバ(11)の先端面に診断用光(22)を入射する診断用光源(21)と、 前記センサ部(12)の後端面に露出した光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)を撮像するとともに、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するための診断画像(34)を表示する画像診断装置(30)とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼炉における炉内の燃焼を監視するために設けられたセンサの劣化診断装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所などのボイラや廃棄物処理の焼却炉などの燃焼炉において、バーナーの点火または消火、炉内の燃焼状況などを監視する必要がある。そのために、炉内の火炎を検出する光ファイバスコープを用いた炉内監視装置が使用されている。上記の炉内監視装置には、多くの画像情報を取得するための光センサが設けられている。例えば、１００万ｋＷの火力発電所のボイラには、９０個以上の光センサが設置されている。
【０００３】
従来の炉内監視装置５０としては、図６（Ａ）に示されているように、燃焼炉６０内で燃焼する火炎の光、例えば赤外線６１を検出する光センサとして、光ファイバ５１を設けたセンサ部５２がロッド部５３の先端に取り付けられている。そのロッド部５３の中間までが燃焼炉６０の中に挿入される。
【０００４】
センサ部５２の本体には、例えば直径約１ｍｍの光ファイバ５１を、上下方向に三本並べられて固定されている。それぞれの光ファイバ５１の先端端面から、火炎の赤外線６１を導き入れる。
各光ファイバ５１の先端面から導かれた赤外線６１は、ロッド部５３の後方側に延伸された伝送用光ファイバ５４を経てプロセス演算装置５５に伝播される。そのプロセス演算装置５５には、ＰＨＤ（フォトディテクタ）、アンプ、演算回路等が内蔵されている。
光（赤外線６１）は、ＰＨＤにより電流（抵抗値）に変更され、アンプで増幅されてから演算回路に入力する。そして、炉内に火炎があるかどうか、完全燃焼しているかどうか等が判断（診断）される。判断の結果として、炉内の燃焼状態をコントロールする必要があれば、燃焼炉６０への空気流入量を増やして炎を強めたり、運転を停止したりする。
【０００５】
なお、上下方向に並んだ三本の光ファイバ５１のうち、一番上に位置する光ファイバ５１ａが水平方向を向き、その下に位置する光ファイバ５１ｂは、約１５°の角度で斜め下方向に傾けてあり、一番下の光ファイバ５１ｃは水平方向から約３０°の角度で斜め下方向に傾けてある。これは、ひとつの炉内監視装置５０にて炉内上下方向の広い範囲を検知できるようにしたものである。
【０００６】
従来の炉内監視装置５０としては、特許文献１に示されているものが該当する。その他に、特許文献２、特許文献３などがあげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−１３９７２６号公報
【特許文献２】特開平５−２８８４８０号公報
【特許文献３】特開平１１−１４２２３８号公報
【０００８】
さて、図６（Ｂ）に示されているように、燃焼炉６０の内部に晒されている光ファイバ５１の先端面には、何らかの化学反応によって不純物が少しずつ蒸着してしまう。この不純物蒸着のため、センサの感度が時間経過に伴って低下することが経験的に知られている（この現象を以下、光ファイバの「経年劣化」と記す）。経年劣化が生じると光ファイバ５１における光の透過率が低下するため、定期的に透過率の点検をする必要がある。燃焼が弱いために赤外線の入光量が少ないのか、経年劣化によって赤外線の入光量が少ないのかは、プロセス演算装置５５などを用いても判断できないからである。
【０００９】
そこで経年劣化を生じているか否かの判断は、炉内監視装置５０の保守員が、ボイラの炉壁からロッド部５３を抜き出し、そのロッド部５３の先端に取り付けられたセンサ部５２の光ファイバ５１の先端面を目視点検している。この目視点検は、その光ファイバ５１が使用可能か否かを、熟練した判断によって決定している。炉内監視装置５０に採用されている光ファイバ５１の直径は、約１ｍｍという細さであるので、その先端面を見て判断するには熟練が求められるのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
さて、現在の経年劣化の判断方法では、保守員の技能によるところが大きく、劣化状況についての判断にばらつきがある、と考えられる。したがって、その劣化判断の精度は、必ずしも高くない可能性がある。 すなわち、劣化判断の精度が良くないために、実際には使えるのに廃棄している可能性がある。この場合は、センサ部５２に用いられる光ファイバ５１は高価なものであるので、経済的に大きな損失が生じる。一方、光ファイバ５１が十分経年劣化しているのに使用可能と判断され、継続使用された場合は、ボイラを運転しようとしても安全装置が働き、運転できないため、この場合も経済的な損失が生じる。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、ボイラに用いられるセンサの劣化診断において、熟練度に頼らずに診断が可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（第一の発明）
本願における第一の発明は、燃焼炉(40)の内部空間からの光(41)を燃焼炉(40)の外部に取り出すために前記燃焼炉(40)に装着するロッド部(13)と、 そのロッド部(13)に装着されるセンサ部(12)と、 そのセンサ部(12)に保持されて燃焼炉(40)内からの光(41)を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバ(11)と、 その光ファイバ(11)にて導かれた光(41)を入力するプロセス演算装置(15)と、を備えた炉内監視装置(10)において、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するセンサ劣化診断装置(20)に係る。
そのセンサ劣化診断装置(20)は、 上記の燃焼炉(40)から抜き出したセンサ部(12)の後端側を取り付ける筒状体(23)と、 その筒状体(23)に取り付けたセンサ部(12)の先端に露出した光ファイバ(11)の先端面に診断用光(22)を入射する診断用光源(21)と、 前記センサ部(12)の後端面に露出した光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)を撮像するとともに、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するための診断画像(34)を表示する画像診断装置(30)とを備える。
【００１３】
（作用）
診断用光源(21)の診断用光(22)が光ファイバ(11)の先端面に入射すると、その光ファイバ(11)内を伝播して当該光ファイバ(11)の後端面から出射する。筒状体(23)の中は真っ暗であるので、光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)は明瞭である。その診断用光(22)は画像診断装置(30)により撮像され、診断画像(34)に表示される。
その診断画像(34)はセンサ部(12)の光ファイバ(11)の透過率を反映しているので客観的であり、劣化診断に熟練していなくても容易にかつ精度良く診断することができる。
【００１４】
（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記診断用光源(21)が発生する診断用光(22)は、光の照度が空間的に一定なフラット照明とする。
【００１５】
（作用）
前記診断用光源(21)がフラット照明であるので、特に複数本の光ファイバ(11)を使用しているときは、複数本の光ファイバ(11)に入射する明るさのバラツキが小さいので、複数本の光ファイバ(11)を比較してその透過率を診断することができる。
【００１６】
（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断装置(30)は、診断画像(34)の輝度を数値化する演算装置(36)と、その演算装置(36)で計算した輝度の測定値を、予め設定した光ファイバ(11)の使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバ(11)の透過率を判断する比較判断装置(37)を備えたセンサ劣化診断装置(20)である。
【００１７】
（作用）
単に、人が診断画像(34)を見て診断するのではなく、診断画像(34)の輝度を数値化して自動的に診断することができる。つまり、輝度の測定値（計算値）が「しきい値」を下回る時に光ファイバ(11)が使用不可能（交換時期）であると、自動的に診断することができる。
【００１８】
（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断装置(30)は、診断画像(34)の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置(15)にフィードバックする機能を備えたセンサ劣化診断装置(20)である。
【００１９】
（作用）
「しきい値」を客観的に決められるため、不必要に「しきい値」を上げるなどの対策を取ることなく、ほぼ「しきい値」に到達するまで使用することができる。また、光ファイバ(11)の劣化情報を通常運転の炉内監視装置(10)にフィードバックできるので、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、光ファイバ(11)の交換時期を適切にすることができる。その結果、メンテナンス上のコスト削減を図ることができる。
【００２０】
（第二の発明）
本願における第二の発明は、 燃焼炉(40)の内部空間からの光(41)を燃焼炉(40)の外部に取り出すために前記燃焼炉(40)に装着するロッド部(13)と、 そのロッド部(13)に装着されるセンサ部(12)と、 そのセンサ部(12)の後端側に取り付けられる筒状体(23)と、 前記センサ部(12)に保持されて燃焼炉(40)内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバ(11)と、 その光ファイバ(11)にて導かれた光を入力するプロセス演算装置(15)と、を備えた炉内監視装置(10)において、 前記燃焼炉(40)から抜き出された前記ロッド部(13)から取り外された前記センサ部(12)の後端側を前記筒状体(23)に取り付け[T1]て前記光ファイバ(11)の透過率を診断するセンサ劣化診断方法に係る。
すなわち、 前記センサ部(12)の先端に露出した光ファイバ(11)の先端面に診断用光(22)を入射する診断用光入射手順と、 その入射した診断用光(22)が前記光ファイバ(11)を伝播して当該光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)を、前記筒状体(23)の後端側に取り付けた画像診断装置(30)にて撮像する撮像手順と、 その撮像手順にて取得した診断画像(34)に基づいて前記光ファイバ(11)の透過率を診断する画像診断手順と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
（第二の発明のバリエーション１）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、前記診断用光入射手順は、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光(22)を入射する。
【００２２】
（第二の発明のバリエーション２）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断手順は、診断用光(22)を撮像した診断画像(34)の輝度を、予め設定した光ファイバ(11)の使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバ(11)の透過率を判断する手順を含むことを特徴とする。
【００２３】
（第二の発明のバリエーション３）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち 前記画像診断手順は、診断画像(34)の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置(15)にフィードバックする手順を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１から請求項４に記載の発明によれば、熟練度に頼らずにセンサ劣化診断が可能なセンサ劣化診断装置を提供することができた。
請求項５から請求項８に記載の発明によれば、熟練度に頼らずにセンサ劣化診断が可能なセンサ劣化診断方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断装置を示す概略的な説明図である。
【図２】（ Ａ）は、図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線の平面図で、（Ｂ）はセンサ部の斜視図である。
【図３】（Ａ）は、図１筒状体及びレンズの詳細図で、（Ｂ）は（Ａ）の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線の平面図である。
【図４】診断用光の概略的な波形図である。
【図５】（Ａ）は３本の光ファイバの診断画像の平面図で、（Ｂ）は光ファイバがないときの基礎画像の平面図である。
【図６】従来の炉内監視装置を示す概略的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に基づいて説明する。この実施の形態に係る炉内監視装置１０は、燃焼炉４０内で燃焼する火炎の光の中の例えば赤外線４１を検出するセンサとして１本以上の光ファイバ１１を保持するセンサ部１２がロッド部１３の先端に取り付けられている。そのロッド部１３の中間までが燃焼炉４０の中に挿入されて燃焼炉４０に装着される。
【００２７】
上記のセンサ部１２の本体には、図２（Ａ），（Ｂ）に示されているように、例えば３本の直径約１ｍｍの光ファイバ１１が上下方向に並べられて保持されており、それぞれの光ファイバ１１の先端が露出しており、その先端面から火炎の赤外線４１を導光させる。
【００２８】
上記の３本のうち、上の光ファイバ１１は例えば１５°の角度で斜め上方向に傾けており、中間の光ファイバ１１は横方向に延びており、下の光ファイバ１１は例えば１５°の角度で斜め下方向に傾けている。このような配置は、炉内の火炎を上下方向で広範囲に検出することが目的である。なお、センサ部１２の本体の直径は１５ｍｍで、センサ部１２の長さは７０ｍｍで、ロッド部１３の長さは５ｍ（メートル）である。
【００２９】
上記のセンサ部１２の光ファイバ１１で導光した火炎の赤外線４１を伝播する３本の伝送用光ファイバ１４がロッド部１３の後部側から燃焼炉４０の外へ延伸され、プロセス演算装置１５に接続されている。そのプロセス演算装置１５には図示しないＰＨＤ（フォトディテクタ）、アンプ、演算回路等が内蔵されている。各伝送用光ファイバ１４を伝播した光（赤外線４１）はＰＨＤにより電流（抵抗値）に変えられ、アンプで増幅されてから演算回路により火炎の光の状態を監視する。例えば、炉内に火炎があるかどうか、完全燃焼しているかどうかなどが判断（診断）できる。
その診断結果に基づいて、燃焼炉４０の運転を停止したり、炎を強めたりすることで、炉内の燃焼状態をコントロールすることができる。
【００３０】
本実施形態のセンサ劣化診断装置２０では、上記の炉内監視装置１０におけるセンサ部１２の光ファイバ１１の透過率を診断するために、図１の点線の矢印で示されているように、上記の燃焼炉４０から抜き出したセンサ部１２の後端側に筒状体２３が取り付けられている。
【００３１】
その筒状体２３は、図３（Ａ）に示されているように、本実施形態ではその長さが約９０ｍｍの円筒状をなしており、その先端側〔図３（Ａ）において左端側〕にセンサ部１２の後端側を着脱可能となっている。なお、センサ部１２の後端面には、図３（Ｂ）に示されているように、３本の光ファイバ１１の後端面が露出している。
【００３２】
再び図１を参照する。上記の筒状体２３にセンサ部１２を取り付けた後に、そのセンサ部１２の先端に露出した光ファイバ１１の先端面に診断用光２２を入射するための診断用光源２１が設けられている。なお、本実施形態では、診断用光源２１とセンサ部１２の先端面との距離は約２０ｍｍである。
【００３３】
診断用光源２１としては、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光２２を発生する構成であることが望ましい。そのために、例えば反射板などを用いて診断用光源２１の光を反射して均一な明るさの診断用光２２にすることができる。あるいは、診断用光源２１として、青色、赤色、白色等の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を多数配置し、かつその裏面から反射板を用いて反射して均一な明るさにすることができる。以上のように、面発光の照明となる面発光装置を用いることができる。
【００３４】
更に詳しく説明する。照度が空間的にフラットな診断用光２２の波形２４は、例えば、図４に示されているように、診断用光２２の直径方向の各位置における光強度（照度）で表すと、診断用光２２の直径Ｄの外周側+Ｒ、−Ｒから中心Ｏに向けて光強度が比較的急な勾配で大きくなり、中心付近の光強度がほぼ同じ平行光、つまり中心付近の照度がフラットな領域２５となる。したがって、中心付近の平行光を光ファイバ１１の先端面に入射することになる。
【００３５】
センサ部１２の直径が１５ｍｍであるので、上記の診断用光２２のフラットな領域２５の中心付近の平行光だけが光るように、例えば他の領域をカバーなどで覆うようにして、約４０ｍｍ四方が光るように小さくしても良い。
以上のように光の照度が空間的に均一な診断用光２２を必要とするのは、例えば、図１のように３本の光ファイバ１１に照射される明るさがばらついていると、３本の光ファイバ１１の劣化状態を適切に比較できないためである。
【００３６】
診断用光源２１としては、上述した多数のＬＥＤを使用した面発光装置とすることが望ましい。その理由としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプは、使わなくても自然劣化してしまうが、ＬＥＤは寿命が長く、経年的な劣化が少ないためである。
【００３７】
上記の筒状体２３の後端側には、前記センサ部１２の後端面に露出した光ファイバ１１の後端面から出射する診断用光２２を撮像し、前記光ファイバ１１の透過率を診断するための診断画像３４を表示する画像診断装置３０が設けられている。
その画像診断装置３０としては、上記の診断用光２２を撮像する撮像手段としての例えばカメラ３１（ＶＴＲ）が設けられている。そのカメラ３１（ＶＴＲ）は、図３（Ａ）に示されているように、マクロレンズやテレセントリックレンズなどのレンズ３２を、例えば複数枚備えている。つまり、レンズ３２の本体が筒状体２３の後端側に着脱可能に取り付けられている。
【００３８】
筒状体２３の先端側にセンサ部１２の後端側を取り付けると共に筒状体２３の後端側にレンズ３２の本体を取り付けると、筒状体２３の内部は真っ暗になる。そのために光ファイバ１１の後端面から出射する診断用光２２は明瞭になり、図５（Ａ）に示されているように、そのレンズ３２で拡大した診断画像３４をカメラ３１（ＶＴＲ）により得ることができる。診断画像３４は、例えば複数枚を重ね合わせてＳ／Ｎを上げるとよい。
【００３９】
その診断画像３４に基づいて光ファイバ１１の透過率を診断するために診断画像３４を表示するモニタ３８が備えられている。
上記のレンズ３２としては、例えば拡大率が０．７５倍のマクロレンズを使用し、カメラ３１（ＶＴＲ）は撮像素子が１／２インチ〜１／３インチの大きさであり、その中に幾百ピクセルが入っている。
【００４０】
上記の診断画像３４について、さらに詳しく説明する。光ファイバ１１が劣化しているとき、つまりセンサ部１２の光ファイバ１１の先端面に蒸着物４２が付いているときは、光ファイバ１１内を伝播した診断用光２２の輝度が低くなるので、この時検出された診断画像３４は図５（Ａ）に示されているように、暗くなり輝度が低下する。
光ファイバ１１の先端面における蒸着物４２の付き状態に応じて診断画像３４の輝度が変化してくるので、その診断画像３４の輝度により蒸着物４２の付き状態を診断することができる。なお、３本の光ファイバ１１の診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの輝度には、互いに差があるのが一般的である。
【００４１】
診断画像３４の診断（判断）の方法について説明する。
新品の光ファイバ１１を購入し、その場合の診断画像３４の輝度を基準値とすることが理想的である。しかし、新品の光ファイバ１１は非常に高価であるので、現在の使用中の状態で診断する方法を採用している。
【００４２】
その一例としては、上記の３つの診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの輝度を互いに比較して相対的に判断する。例えば、診断画像３４Ａと３４Ｂを比較し、次に診断画像３４Ｂと３４Ｃを比較し、さらに診断画像３４Ｃと３４Ａを比較することにより相対的な絶対値を出してから「しきい値」を設定する。なお、「しきい値」とは、光ファイバ１１が使用不可能となる透過率に対応する診断画像３４の輝度をいう。
【００４３】
各診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが「しきい値」を下回っているか否かで、センサ部１２の３本の光ファイバ１１を交換するか否かを判断する。例えば、３つのうちの２つの診断画像３４が使用できる輝度であれば、交換せずにそのまま使用できると診断（判断）する。
また、３つのうちの２つの診断画像３４が使用できない状態で、かつ１つの診断画像３４の劣化がかなり進んでいるときは、交換する必要があると診断（判断）する。
以上の二例は診断基準の例示であり、このように判断の基準はどのようにするかを予め設定し、それに基づいて判断することができる。
【００４４】
他の診断画像３４の診断（判断）の方法を説明する。
図５（Ｂ）に示されているように、センサ部１２に光ファイバ１１が入っていない状態を予め画像に撮っておき、これを一つの判断基準の基礎画像３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃとする。この基礎画像３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは光ファイバ１１が入っていないので診断用光２２のそれ自体を撮像することになり、その輝度を１００％とする。
【００４５】
診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃに対応する位置の基礎画像３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃと比較することにより各診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが何％の輝度であるかを診断することができる。予め「しきい値」の輝度を設定しておくことにより、各診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの輝度が前記「しきい値」を下回っているか否かで、センサ部１２の３本の光ファイバ１１を交換するか否かを判断する。
その結果、上記のような診断画像３４の診断（判断）の方法により、モニタ３８の画面に拡大された診断画像３４に基づいてセンサ部１２の光ファイバ１１の透過率を熟練者でなくても容易にかつ精度良く診断することができる。
【００４６】
上記の画像診断装置３０には、光ファイバ１１の劣化状態を自動的に診断するために、カメラ３１で撮像した診断画像３４を輝度などの処理データに変換する画像処理装置３３が備えられている。さらに、その処理データにより光ファイバ１１の劣化状態を診断するための機能を備えた制御装置３５が設けられている。
したがって、カメラ３１で撮像した診断用光２２の診断画像３４は、画像処理装置３３により輝度の処理データに変換され、その処理データが制御装置３５で分析、比較されることにより光ファイバ１１の劣化状態が自動的に診断される。
【００４７】
より詳しく説明する。
前述したように上記の診断画像３４の輝度は光ファイバ１１の先端面の蒸着物４２の付き状態に応じて変化してくるので、その診断画像３４の輝度により蒸着物４２の付き状態を診断することができる。そこで、制御装置３５には演算装置３６が備えられており、その演算装置３６により輝度の処理データの数値化が行われる。
センサ部１２の光ファイバ１１の使用の可否の診断基準としては、前述したような診断画像３４の診断（判断）の方法に基づいて予め「しきい値」を設定しておく。
【００４８】
前述した幾つかの診断画像３４の診断（判断）の方法では蒸着物４２が全く付いていない状態の新品の光ファイバ１１を用いないで、基準となる輝度の絶対値並びに「しきい値」を設定することについて説明している。その他の方法としては、一回は新品の光ファイバ１１を用いて蒸着物４２が全く付いていない状態の透過率を絶対値とし、この絶対値に基づいて予め「しきい値」を設定しておくことができる。
【００４９】
前記の制御装置３５には比較判断装置３７が備えられており、その比較判断装置３７では、上記のように測定した診断画像３４の輝度が上記の「しきい値」を下回る時は光ファイバ１１が使用不可であると判断（診断）する。この診断により、該当する光ファイバ１１を新たに交換する。あるいは、新たなセンサ部１２に交換する。
【００５０】
以上説明したように、いわゆる保守員の判断に頼ることなく、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。単に、人が診断画像３４を見て診断するのではなく、診断画像３４の輝度を数値化して自動的に診断することもできる。
【００５１】
また、上記の「しきい値」に使用期限の余裕を持たせる（「しきい値」のレベルを上げる）ことによって、例えば測定した診断画像３４の輝度が「しきい値」を下回ったとしても使用できない状態ではなく、その時点で使用可能な状態の程度や範囲を判断することもできる。
また、上記の画像診断装置３０では、演算装置３６により、診断画像３４の輝度が「しきい値」に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が「しきい値」に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、プロセス演算装置１５にフィードバックする機能を持たせることができる。
【００５２】
上記のことから、「しきい値」を上げるなどの対策を取ることなく、ほぼ「しきい値」に到達するまで使用することができる。また、光ファイバ１１の劣化情報を通常運転の炉内監視装置１０にフィードバックできるので、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、光ファイバ１１の交換時期を適切にすることができ、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、火力発電所などのボイラ、廃棄物処理の焼却炉、鉄鋼や非鉄金属に関わる溶鉱炉、コークス炉、アルミ反射炉、ガラス溶解炉や各種焼成炉などのように、いわゆる燃焼火炎を発生する燃焼炉に用いられる炉内監視装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 炉内監視装置 １１ 光ファイバ
１２ センサ部 １３ ロッド部
１４ 伝送用光ファイバ １５ プロセス演算装置
２０ センサ劣化診断装置 ２１ 診断用光源
２２ 診断用光 ２３ 筒状体
２４ 波形（診断用光２２の） ２５ フラットな領域
３０ 画像診断装置 ３１ カメラ（撮像手段）
３２ レンズ ３３ 画像処理装置
３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ 診断画像
３５ 制御装置 ３６ 演算装置
３７ 比較判断装置 ３８ モニタ
３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ 基礎画像
４０ 燃焼炉 ４１ 赤外線（火炎の光）
４２ 蒸着物
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼炉における炉内の燃焼を監視するために設けられたセンサの劣化診断装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所などのボイラや廃棄物処理の焼却炉などの燃焼炉において、バーナーの点火または消火、炉内の燃焼状況などを監視する必要がある。そのために、炉内の火炎を検出する光ファイバスコープを用いた炉内監視装置が使用されている。上記の炉内監視装置には、多くの画像情報を取得するための光センサが設けられている。例えば、１００万ｋＷの火力発電所のボイラには、９０個以上の光センサが設置されている。
【０００３】
従来の炉内監視装置５０としては、図６（Ａ）に示されているように、燃焼炉６０内で燃焼する火炎の光、例えば赤外線６１を検出する光センサとして、光ファイバ５１を設けたセンサ部５２がロッド部５３の先端に取り付けられている。そのロッド部５３の中間までが燃焼炉６０の中に挿入される。
【０００４】
センサ部５２の本体には、例えば直径約１ｍｍの光ファイバ５１を、上下方向に三本並べられて固定されている。それぞれの光ファイバ５１の先端端面から、火炎の赤外線６１を導き入れる。
各光ファイバ５１の先端面から導かれた赤外線６１は、ロッド部５３の後方側に延伸された伝送用光ファイバ５４を経てプロセス演算装置５５に伝播される。そのプロセス演算装置５５には、ＰＨＤ（フォトディテクタ）、アンプ、演算回路等が内蔵されている。
光（赤外線６１）は、ＰＨＤにより電流（抵抗値）に変更され、アンプで増幅されてから演算回路に入力する。そして、炉内に火炎があるかどうか、完全燃焼しているかどうか等が判断（診断）される。判断の結果として、炉内の燃焼状態をコントロールする必要があれば、燃焼炉６０への空気流入量を増やして炎を強めたり、運転を停止したりする。
【０００５】
なお、上下方向に並んだ三本の光ファイバ５１のうち、一番上に位置する光ファイバ５１ａが水平方向を向き、その下に位置する光ファイバ５１ｂは、約１５°の角度で斜め下方向に傾けてあり、一番下の光ファイバ５１ｃは水平方向から約３０°の角度で斜め下方向に傾けてある。これは、ひとつの炉内監視装置５０にて炉内上下方向の広い範囲を検知できるようにしたものである。
【０００６】
従来の炉内監視装置５０としては、特許文献１に示されているものが該当する。その他に、特許文献２、特許文献３などがあげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−１３９７２６号公報
【特許文献２】特開平５−２８８４８０号公報
【特許文献３】特開平１１−１４２２３８号公報
【０００８】
さて、図６（Ｂ）に示されているように、燃焼炉６０の内部に晒されている光ファイバ５１の先端面には、何らかの化学反応によって不純物が少しずつ蒸着してしまう。この不純物蒸着のため、センサの感度が時間経過に伴って低下することが経験的に知られている（この現象を以下、光ファイバの「経年劣化」と記す）。経年劣化が生じると光ファイバ５１における光の透過率が低下するため、定期的に透過率の点検をする必要がある。燃焼が弱いために赤外線の入光量が少ないのか、経年劣化によって赤外線の入光量が少ないのかは、プロセス演算装置５５などを用いても判断できないからである。
【０００９】
そこで経年劣化を生じているか否かの判断は、炉内監視装置５０の保守員が、ボイラの炉壁からロッド部５３を抜き出し、そのロッド部５３の先端に取り付けられたセンサ部５２の光ファイバ５１の先端面を目視点検している。この目視点検は、その光ファイバ５１が使用可能か否かを、熟練した判断によって決定している。炉内監視装置５０に採用されている光ファイバ５１の直径は、約１ｍｍという細さであるので、その先端面を見て判断するには熟練が求められるのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
さて、現在の経年劣化の判断方法では、保守員の技能によるところが大きく、劣化状況についての判断にばらつきがある、と考えられる。したがって、その劣化判断の精度は、必ずしも高くない可能性がある。 すなわち、劣化判断の精度が良くないために、実際には使えるのに廃棄している可能性がある。この場合は、センサ部５２に用いられる光ファイバ５１は高価なものであるので、経済的に大きな損失が生じる。一方、光ファイバ５１が十分経年劣化しているのに使用可能と判断され、継続使用された場合は、ボイラを運転しようとしても安全装置が働き、運転できないため、この場合も経済的な損失が生じる。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、ボイラに用いられるセンサの劣化診断において、熟練度に頼らずに診断が可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（第一の発明）
本願における第一の発明は、燃焼炉(40)の内部空間からの光(41)を燃焼炉(40)の外部に取り出すために前記燃焼炉(40)に装着するロッド部(13)と、 そのロッド部(13)に装着されるセンサ部(12)と、 そのセンサ部(12)に保持されて燃焼炉(40)内からの光(41)を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバ(11)と、 その光ファイバ(11)にて導かれた光(41)を入力するプロセス演算装置(15)と、を備えた炉内監視装置(10)において、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するセンサ劣化診断装置(20)に係る。
そのセンサ劣化診断装置(20)は、 上記の燃焼炉(40)から抜き出したセンサ部(12)の後端側を取り付ける筒状体(23)と、 その筒状体(23)に取り付けたセンサ部(12)の先端に露出した光ファイバ(11)の先端面に診断用光(22)を入射する診断用光源(21)と、 前記センサ部(12)の後端面に露出した光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)を撮像するとともに、前記光ファイバ(11)の透過率を診断するための診断画像(34)を表示する画像診断装置(30)とを備える。
【００１３】
（作用）
診断用光源(21)の診断用光(22)が光ファイバ(11)の先端面に入射すると、その光ファイバ(11)内を伝播して当該光ファイバ(11)の後端面から出射する。筒状体(23)の中は真っ暗であるので、光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)は明瞭である。その診断用光(22)は画像診断装置(30)により撮像され、診断画像(34)に表示される。
その診断画像(34)はセンサ部(12)の光ファイバ(11)の透過率を反映しているので客観的であり、劣化診断に熟練していなくても容易にかつ精度良く診断することができる。
【００１４】
（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記診断用光源(21)が発生する診断用光(22)は、光の照度が空間的に一定なフラット照明とする。
【００１５】
（作用）
前記診断用光源(21)がフラット照明であるので、特に複数本の光ファイバ(11)を使用しているときは、複数本の光ファイバ(11)に入射する明るさのバラツキが小さいので、複数本の光ファイバ(11)を比較してその透過率を診断することができる。
【００１６】
（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断装置(30)は、診断画像(34)の輝度を数値化する演算装置(36)と、その演算装置(36)で計算した輝度の測定値を、予め設定した光ファイバ(11)の使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバ(11)の透過率を判断する比較判断装置(37)を備えたセンサ劣化診断装置(20)である。
【００１７】
（作用）
単に、人が診断画像(34)を見て診断するのではなく、診断画像(34)の輝度を数値化して自動的に診断することができる。つまり、輝度の測定値（計算値）が「しきい値」を下回る時に光ファイバ(11)が使用不可能（交換時期）であると、自動的に診断することができる。
【００１８】
（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断装置(30)は、診断画像(34)の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置(15)にフィードバックする機能を備えたセンサ劣化診断装置(20)である。
【００１９】
（作用）
「しきい値」を客観的に決められるため、不必要に「しきい値」を上げるなどの対策を取ることなく、ほぼ「しきい値」に到達するまで使用することができる。また、光ファイバ(11)の劣化情報を通常運転の炉内監視装置(10)にフィードバックできるので、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、光ファイバ(11)の交換時期を適切にすることができる。その結果、メンテナンス上のコスト削減を図ることができる。
【００２０】
（第二の発明）
本願における第二の発明は、 燃焼炉(40)の内部空間からの光(41)を燃焼炉(40)の外部に取り出すために前記燃焼炉(40)に装着するロッド部(13)と、 そのロッド部(13)に装着されるセンサ部(12)と、 そのセンサ部(12)の後端側に取り付けられる筒状体(23)と、 前記センサ部(12)に保持されて燃焼炉(40)内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバ(11)と、 その光ファイバ(11)にて導かれた光を入力するプロセス演算装置(15)と、を備えた炉内監視装置(10)において、 前記燃焼炉(40)から抜き出された前記ロッド部(13)から取り外された前記センサ部(12)の後端側を前記筒状体(23)に取り付け[T1]て前記光ファイバ(11)の透過率を診断するセンサ劣化診断方法に係る。
すなわち、 前記センサ部(12)の先端に露出した光ファイバ(11)の先端面に診断用光(22)を入射する診断用光入射手順と、 その入射した診断用光(22)が前記光ファイバ(11)を伝播して当該光ファイバ(11)の後端面から出射する診断用光(22)を、前記筒状体(23)の後端側に取り付けた画像診断装置(30)にて撮像する撮像手順と、 その撮像手順にて取得した診断画像(34)に基づいて前記光ファイバ(11)の透過率を診断する画像診断手順と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
（第二の発明のバリエーション１）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、前記診断用光入射手順は、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光(22)を入射する。
【００２２】
（第二の発明のバリエーション２）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、 前記画像診断手順は、診断用光(22)を撮像した診断画像(34)の輝度を、予め設定した光ファイバ(11)の使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバ(11)の透過率を判断する手順を含むことを特徴とする。
【００２３】
（第二の発明のバリエーション３）
第二の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち 前記画像診断手順は、診断画像(34)の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置(15)にフィードバックする手順を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１から請求項４に記載の発明によれば、熟練度に頼らずにセンサ劣化診断が可能なセンサ劣化診断装置を提供することができた。
請求項５から請求項８に記載の発明によれば、熟練度に頼らずにセンサ劣化診断が可能なセンサ劣化診断方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断装置を示す概略的な説明図である。
【図２】（ Ａ）は、図１の矢視ＩＩ−ＩＩ線の平面図で、（Ｂ）はセンサ部の斜視図である。
【図３】（Ａ）は、図１筒状体及びレンズの詳細図で、（Ｂ）は（Ａ）の矢視ＩＩＩ−ＩＩＩ線の平面図である。
【図４】診断用光の概略的な波形図である。
【図５】（Ａ）は３本の光ファイバの診断画像の平面図で、（Ｂ）は光ファイバがないときの基礎画像の平面図である。
【図６】従来の炉内監視装置を示す概略的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１に基づいて説明する。この実施の形態に係る炉内監視装置１０は、燃焼炉４０内で燃焼する火炎の光の中の例えば赤外線４１を検出するセンサとして１本以上の光ファイバ１１を保持するセンサ部１２がロッド部１３の先端に取り付けられている。そのロッド部１３の中間までが燃焼炉４０の中に挿入されて燃焼炉４０に装着される。
【００２７】
上記のセンサ部１２の本体には、図２（Ａ），（Ｂ）に示されているように、例えば３本の直径約１ｍｍの光ファイバ１１が上下方向に並べられて保持されており、それぞれの光ファイバ１１の先端が露出しており、その先端面から火炎の赤外線４１を導光させる。
【００２８】
上記の３本のうち、上の光ファイバ１１は例えば１５°の角度で斜め上方向に傾けており、中間の光ファイバ１１は横方向に延びており、下の光ファイバ１１は例えば１５°の角度で斜め下方向に傾けている。このような配置は、炉内の火炎を上下方向で広範囲に検出することが目的である。なお、センサ部１２の本体の直径は１５ｍｍで、センサ部１２の長さは７０ｍｍで、ロッド部１３の長さは５ｍ（メートル）である。
【００２９】
上記のセンサ部１２の光ファイバ１１で導光した火炎の赤外線４１を伝播する３本の伝送用光ファイバ１４がロッド部１３の後部側から燃焼炉４０の外へ延伸され、プロセス演算装置１５に接続されている。そのプロセス演算装置１５には図示しないＰＨＤ（フォトディテクタ）、アンプ、演算回路等が内蔵されている。各伝送用光ファイバ１４を伝播した光（赤外線４１）はＰＨＤにより電流（抵抗値）に変えられ、アンプで増幅されてから演算回路により火炎の光の状態を監視する。例えば、炉内に火炎があるかどうか、完全燃焼しているかどうかなどが判断（診断）できる。
その診断結果に基づいて、燃焼炉４０の運転を停止したり、炎を強めたりすることで、炉内の燃焼状態をコントロールすることができる。
【００３０】
本実施形態のセンサ劣化診断装置２０では、上記の炉内監視装置１０におけるセンサ部１２の光ファイバ１１の透過率を診断するために、図１の点線の矢印で示されているように、上記の燃焼炉４０から抜き出したセンサ部１２の後端側に筒状体２３が取り付けられている。
【００３１】
その筒状体２３は、図３（Ａ）に示されているように、本実施形態ではその長さが約９０ｍｍの円筒状をなしており、その先端側〔図３（Ａ）において左端側〕にセンサ部１２の後端側を着脱可能となっている。なお、センサ部１２の後端面には、図３（Ｂ）に示されているように、３本の光ファイバ１１の後端面が露出している。
【００３２】
再び図１を参照する。上記の筒状体２３にセンサ部１２を取り付けた後に、そのセンサ部１２の先端に露出した光ファイバ１１の先端面に診断用光２２を入射するための診断用光源２１が設けられている。なお、本実施形態では、診断用光源２１とセンサ部１２の先端面との距離は約２０ｍｍである。
【００３３】
診断用光源２１としては、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光２２を発生する構成であることが望ましい。そのために、例えば反射板などを用いて診断用光源２１の光を反射して均一な明るさの診断用光２２にすることができる。あるいは、診断用光源２１として、青色、赤色、白色等の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）を多数配置し、かつその裏面から反射板を用いて反射して均一な明るさにすることができる。以上のように、面発光の照明となる面発光装置を用いることができる。
【００３４】
更に詳しく説明する。照度が空間的にフラットな診断用光２２の波形２４は、例えば、図４に示されているように、診断用光２２の直径方向の各位置における光強度（照度）で表すと、診断用光２２の直径Ｄの外周側+Ｒ、−Ｒから中心Ｏに向けて光強度が比較的急な勾配で大きくなり、中心付近の光強度がほぼ同じ平行光、つまり中心付近の照度がフラットな領域２５となる。したがって、中心付近の平行光を光ファイバ１１の先端面に入射することになる。
【００３５】
センサ部１２の直径が１５ｍｍであるので、上記の診断用光２２のフラットな領域２５の中心付近の平行光だけが光るように、例えば他の領域をカバーなどで覆うようにして、約４０ｍｍ四方が光るように小さくしても良い。
以上のように光の照度が空間的に均一な診断用光２２を必要とするのは、例えば、図１のように３本の光ファイバ１１に照射される明るさがばらついていると、３本の光ファイバ１１の劣化状態を適切に比較できないためである。
【００３６】
診断用光源２１としては、上述した多数のＬＥＤを使用した面発光装置とすることが望ましい。その理由としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプは、使わなくても自然劣化してしまうが、ＬＥＤは寿命が長く、経年的な劣化が少ないためである。
【００３７】
上記の筒状体２３の後端側には、前記センサ部１２の後端面に露出した光ファイバ１１の後端面から出射する診断用光２２を撮像し、前記光ファイバ１１の透過率を診断するための診断画像３４を表示する画像診断装置３０が設けられている。
その画像診断装置３０としては、上記の診断用光２２を撮像する撮像手段としての例えばカメラ３１（ＶＴＲ）が設けられている。そのカメラ３１（ＶＴＲ）は、図３（Ａ）に示されているように、マクロレンズやテレセントリックレンズなどのレンズ３２を、例えば複数枚備えている。つまり、レンズ３２の本体が筒状体２３の後端側に着脱可能に取り付けられている。
【００３８】
筒状体２３の先端側にセンサ部１２の後端側を取り付けると共に筒状体２３の後端側にレンズ３２の本体を取り付けると、筒状体２３の内部は真っ暗になる。そのために光ファイバ１１の後端面から出射する診断用光２２は明瞭になり、図５（Ａ）に示されているように、そのレンズ３２で拡大した診断画像３４をカメラ３１（ＶＴＲ）により得ることができる。診断画像３４は、例えば複数枚を重ね合わせてＳ／Ｎを上げるとよい。
【００３９】
その診断画像３４に基づいて光ファイバ１１の透過率を診断するために診断画像３４を表示するモニタ３８が備えられている。
上記のレンズ３２としては、例えば拡大率が０．７５倍のマクロレンズを使用し、カメラ３１（ＶＴＲ）は撮像素子が１／２インチ〜１／３インチの大きさであり、その中に幾百ピクセルが入っている。
【００４０】
上記の診断画像３４について、さらに詳しく説明する。光ファイバ１１が劣化しているとき、つまりセンサ部１２の光ファイバ１１の先端面に蒸着物４２が付いているときは、光ファイバ１１内を伝播した診断用光２２の輝度が低くなるので、この時検出された診断画像３４は図５（Ａ）に示されているように、暗くなり輝度が低下する。
光ファイバ１１の先端面における蒸着物４２の付き状態に応じて診断画像３４の輝度が変化してくるので、その診断画像３４の輝度により蒸着物４２の付き状態を診断することができる。なお、３本の光ファイバ１１の診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの輝度には、互いに差があるのが一般的である。
【００４１】
診断画像３４の診断（判断）の方法について説明する。
新品の光ファイバ１１を購入し、その場合の診断画像３４の輝度を基準値とすることが理想的である。しかし、新品の光ファイバ１１は非常に高価であるので、現在の使用中の状態で診断する方法を採用している。
【００４２】
その一例としては、上記の３つの診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの輝度を互いに比較して相対的に判断する。例えば、診断画像３４Ａと３４Ｂを比較し、次に診断画像３４Ｂと３４Ｃを比較し、さらに診断画像３４Ｃと３４Ａを比較することにより相対的な絶対値を出してから「しきい値」を設定する。なお、「しきい値」とは、光ファイバ１１が使用不可能となる透過率に対応する診断画像３４の輝度をいう。
【００４３】
各診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが「しきい値」を下回っているか否かで、センサ部１２の３本の光ファイバ１１を交換するか否かを判断する。例えば、３つのうちの２つの診断画像３４が使用できる輝度であれば、交換せずにそのまま使用できると診断（判断）する。
また、３つのうちの２つの診断画像３４が使用できない状態で、かつ１つの診断画像３４の劣化がかなり進んでいるときは、交換する必要があると診断（判断）する。
以上の二例は診断基準の例示であり、このように判断の基準はどのようにするかを予め設定し、それに基づいて判断することができる。
【００４４】
他の診断画像３４の診断（判断）の方法を説明する。
図５（Ｂ）に示されているように、センサ部１２に光ファイバ１１が入っていない状態を予め画像に撮っておき、これを一つの判断基準の基礎画像３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃとする。この基礎画像３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃは光ファイバ１１が入っていないので診断用光２２のそれ自体を撮像することになり、その輝度を１００％とする。
【００４５】
診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃに対応する位置の基礎画像３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃと比較することにより各診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが何％の輝度であるかを診断することができる。予め「しきい値」の輝度を設定しておくことにより、各診断画像３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの輝度が前記「しきい値」を下回っているか否かで、センサ部１２の３本の光ファイバ１１を交換するか否かを判断する。
その結果、上記のような診断画像３４の診断（判断）の方法により、モニタ３８の画面に拡大された診断画像３４に基づいてセンサ部１２の光ファイバ１１の透過率を熟練者でなくても容易にかつ精度良く診断することができる。
【００４６】
上記の画像診断装置３０には、光ファイバ１１の劣化状態を自動的に診断するために、カメラ３１で撮像した診断画像３４を輝度などの処理データに変換する画像処理装置３３が備えられている。さらに、その処理データにより光ファイバ１１の劣化状態を診断するための機能を備えた制御装置３５が設けられている。
したがって、カメラ３１で撮像した診断用光２２の診断画像３４は、画像処理装置３３により輝度の処理データに変換され、その処理データが制御装置３５で分析、比較されることにより光ファイバ１１の劣化状態が自動的に診断される。
【００４７】
より詳しく説明する。
前述したように上記の診断画像３４の輝度は光ファイバ１１の先端面の蒸着物４２の付き状態に応じて変化してくるので、その診断画像３４の輝度により蒸着物４２の付き状態を診断することができる。そこで、制御装置３５には演算装置３６が備えられており、その演算装置３６により輝度の処理データの数値化が行われる。
センサ部１２の光ファイバ１１の使用の可否の診断基準としては、前述したような診断画像３４の診断（判断）の方法に基づいて予め「しきい値」を設定しておく。
【００４８】
前述した幾つかの診断画像３４の診断（判断）の方法では蒸着物４２が全く付いていない状態の新品の光ファイバ１１を用いないで、基準となる輝度の絶対値並びに「しきい値」を設定することについて説明している。その他の方法としては、一回は新品の光ファイバ１１を用いて蒸着物４２が全く付いていない状態の透過率を絶対値とし、この絶対値に基づいて予め「しきい値」を設定しておくことができる。
【００４９】
前記の制御装置３５には比較判断装置３７が備えられており、その比較判断装置３７では、上記のように測定した診断画像３４の輝度が上記の「しきい値」を下回る時は光ファイバ１１が使用不可であると判断（診断）する。この診断により、該当する光ファイバ１１を新たに交換する。あるいは、新たなセンサ部１２に交換する。
【００５０】
以上説明したように、いわゆる保守員の判断に頼ることなく、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。単に、人が診断画像３４を見て診断するのではなく、診断画像３４の輝度を数値化して自動的に診断することもできる。
【００５１】
また、上記の「しきい値」に使用期限の余裕を持たせる（「しきい値」のレベルを上げる）ことによって、例えば測定した診断画像３４の輝度が「しきい値」を下回ったとしても使用できない状態ではなく、その時点で使用可能な状態の程度や範囲を判断することもできる。
また、上記の画像診断装置３０では、演算装置３６により、診断画像３４の輝度が「しきい値」に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が「しきい値」に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、プロセス演算装置１５にフィードバックする機能を持たせることができる。
【００５２】
上記のことから、「しきい値」を上げるなどの対策を取ることなく、ほぼ「しきい値」に到達するまで使用することができる。また、光ファイバ１１の劣化情報を通常運転の炉内監視装置１０にフィードバックできるので、使用限度のほぼ直前まで使用することができるので、光ファイバ１１の交換時期を適切にすることができ、メンテナンス上の経済的なコスト削減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、火力発電所などのボイラ、廃棄物処理の焼却炉、鉄鋼や非鉄金属に関わる溶鉱炉、コークス炉、アルミ反射炉、ガラス溶解炉や各種焼成炉などのように、いわゆる燃焼火炎を発生する燃焼炉に用いられる炉内監視装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 炉内監視装置 １１ 光ファイバ
１２ センサ部 １３ ロッド部
１４ 伝送用光ファイバ １５ プロセス演算装置
２０ センサ劣化診断装置 ２１ 診断用光源
２２ 診断用光 ２３ 筒状体
２４ 波形（診断用光２２の） ２５ フラットな領域
３０ 画像診断装置 ３１ カメラ（撮像手段）
３２ レンズ ３３ 画像処理装置
３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ 診断画像
３５ 制御装置 ３６ 演算装置
３７ 比較判断装置 ３８ モニタ
３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ 基礎画像
４０ 燃焼炉 ４１ 赤外線（火炎の光）
４２ 蒸着物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉の内部空間からの光を燃焼炉の外部に取り出すために前記燃焼炉に装着するロッド部と、 そのロッド部に装着されるセンサ部と、 そのセンサ部に保持されて燃焼炉内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバと、 その光ファイバにて導かれた光を入力するプロセス演算装置と、を備えた炉内監視装置において、前記光ファイバの透過率を診断するセンサ劣化診断装置であって、
上記の燃焼炉から抜き出したセンサ部の後端側を取り付ける筒状体と、
その筒状体に取り付けたセンサ部の先端に露出した光ファイバの先端面に診断用光を入射する診断用光源と、
前記センサ部の後端面に露出した光ファイバの後端面から出射する診断用光を撮像するとともに、前記光ファイバの透過率を診断するための診断画像を表示する画像診断装置と、
を備えたセンサ劣化診断装置。
【請求項２】
前記診断用光源は、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光を発生する構成であることを特徴とする請求項１記載のセンサ劣化診断装置。
【請求項３】
前記画像診断装置は、診断画像の輝度を数値化する演算装置と、その演算装置で計算した輝度の測定値を、予め設定した光ファイバの使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバの透過率を判断する比較判断装置を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のセンサ劣化診断装置。
【請求項４】
前記画像診断装置は、診断画像の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置にフィードバックする機能を備えていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ劣化診断装置。
【請求項５】
燃焼炉の内部空間からの光を燃焼炉の外部に取り出すために前記燃焼炉に装着するロッド部と、 そのロッド部に装着されるセンサ部と、 そのセンサ部の後端側に取り付けられる筒状体と、 前記センサ部に保持されて燃焼炉内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバと、 その光ファイバにて導かれた光を入力するプロセス演算装置と、を備えた炉内監視装置において、 前記燃焼炉から抜き出された前記ロッド部から取り外された前記センサ部の後端側を前記筒状体に取り付けて前記光ファイバの透過率を診断するセンサ劣化診断方法であって、
前記センサ部の先端に露出した光ファイバの先端面に診断用光を入射する診断用光入射手順と、
その入射した診断用光が前記光ファイバを伝播して当該光ファイバの後端面から出射する診断用光を、前記筒状体の後端側に取り付けた画像診断装置にて撮像する撮像手順と、
その撮像手順にて取得した診断画像に基づいて前記光ファイバの透過率を診断する画像診断手順と、を含むセンサ劣化診断方法。
【請求項６】
前記診断用光入射手順は、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光を入射することを特徴とする請求項５に記載の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断方法。
【請求項７】
前記画像診断手順は、診断用光を撮像した診断画像の輝度を、予め設定した光ファイバの使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバの透過率を判断する手順を含むことを特徴とする請求項５または請求項６のいずれか記載のセンサ劣化診断方法。
【請求項８】
前記画像診断手順は、診断画像の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置にフィードバックする手順を含むことを特徴とする請求項７に記載のセンサ劣化診断方法。
【請求項１】
燃焼炉の内部空間からの光を燃焼炉の外部に取り出すために前記燃焼炉に装着するロッド部と、 そのロッド部に装着されるセンサ部と、 そのセンサ部に保持されて燃焼炉内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバと、 その光ファイバにて導かれた光を入力するプロセス演算装置と、を備えた炉内監視装置において、前記光ファイバの透過率を診断するセンサ劣化診断装置であって、
上記の燃焼炉から抜き出したセンサ部の後端側を取り付ける筒状体と、
その筒状体に取り付けたセンサ部の先端に露出した光ファイバの先端面に診断用光を入射する診断用光源と、
前記センサ部の後端面に露出した光ファイバの後端面から出射する診断用光を撮像するとともに、前記光ファイバの透過率を診断するための診断画像を表示する画像診断装置と、
を備えたセンサ劣化診断装置。
【請求項２】
前記診断用光源は、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光を発生する構成であることを特徴とする請求項１記載のセンサ劣化診断装置。
【請求項３】
前記画像診断装置は、診断画像の輝度を数値化する演算装置と、その演算装置で計算した輝度の測定値を、予め設定した光ファイバの使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバの透過率を判断する比較判断装置を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のセンサ劣化診断装置。
【請求項４】
前記画像診断装置は、診断画像の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置にフィードバックする機能を備えていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ劣化診断装置。
【請求項５】
燃焼炉の内部空間からの光を燃焼炉の外部に取り出すために前記燃焼炉に装着するロッド部と、 そのロッド部に装着されるセンサ部と、 そのセンサ部の後端側に取り付けられる筒状体と、 前記センサ部に保持されて燃焼炉内からの光を導き入れて外部に取り出すための一本以上の光ファイバと、 その光ファイバにて導かれた光を入力するプロセス演算装置と、を備えた炉内監視装置において、 前記燃焼炉から抜き出された前記ロッド部から取り外された前記センサ部の後端側を前記筒状体に取り付けて前記光ファイバの透過率を診断するセンサ劣化診断方法であって、
前記センサ部の先端に露出した光ファイバの先端面に診断用光を入射する診断用光入射手順と、
その入射した診断用光が前記光ファイバを伝播して当該光ファイバの後端面から出射する診断用光を、前記筒状体の後端側に取り付けた画像診断装置にて撮像する撮像手順と、
その撮像手順にて取得した診断画像に基づいて前記光ファイバの透過率を診断する画像診断手順と、を含むセンサ劣化診断方法。
【請求項６】
前記診断用光入射手順は、光の照度が空間的に一定なフラット照明となる診断用光を入射することを特徴とする請求項５に記載の炉内監視装置におけるセンサ劣化診断方法。
【請求項７】
前記画像診断手順は、診断用光を撮像した診断画像の輝度を、予め設定した光ファイバの使用不可能となる輝度のしきい値と比較して光ファイバの透過率を判断する手順を含むことを特徴とする請求項５または請求項６のいずれか記載のセンサ劣化診断方法。
【請求項８】
前記画像診断手順は、診断画像の輝度がしきい値に対して何％の差があるかを計算し、この計算値が当該しきい値に到達するまでどれ位の使用期間の余裕があるかを予測し、この予測した情報を通常運転のプロセス演算装置にフィードバックする手順を含むことを特徴とする請求項７に記載のセンサ劣化診断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９０７５４（Ｐ２０１０−１９０７５４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５９６９（Ｐ２００９−３５９６９）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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