JP2008116389A - 電気機器の非破壊漏油腐食診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な画像入力装置を用いて遠隔測定で変圧器や遮断器等の油入機器の漏油・腐食検知を対象とした非接触、可搬型且つ、異常個所を視覚的に表示する診断装置を提供すること。
【解決手段】中心波長の異なる５種のフィルターと、該フィルターを通じて取り込まれる波長３９０ｎｍから波長２０００ｎｍまでの光を二次元の画像情報として出力する画像入力装置と、前記二次元の画像情報に基づいて二次元の吸光度分布を算出する光量測定部と、被測定物のマスターカーブを記憶する記憶部と、前記マスターカーブと前記二次元の吸光度分布とに基づいて二次元の吸光度差もしくは二次元の吸光度比を算出する演算部と、算出された前記吸光度差もしくは前記吸光度比に基づいて表示を行う表示部と、３７０ｎｍ±１０ｎｍに発光ピークを有する放電管方式の光源部と、を有する電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、発変電所の保守管理に関し、現場のニーズが多い変圧器や遮断器等の油入機器の漏油・腐食検知を対象とし、非接触で異常個所を視覚的に表示することができる電気機器の非破壊漏油腐食診断装置にかかわり、特に可搬型で短時間に診断が可能な電気機器の非破壊漏油腐食診断装置に関する。

電気機器の漏油検知を対象とした技術としては、特許文献３に記載されているように光ファイバの表面に油が付着した際の伝送損失変化により検知する方法や、特許文献１に記載されているような波長１．６６〜１．７９μｍの光を用いて基油成分の吸収から検知する方法、さらには特許文献２にあるように紫外線を照射した際の蛍光による検知方法が知られている。また、腐食、塗膜劣化を検知する技術としては特許文献５や特許文献４に記載されているような赤外線カメラを用いたサーモグラフィを利用した方法が提案されている。

特開平０９−２６３７５号公報 特開平１０−３１１７７１号公報 特開２００２−１０７２７０号公報 特開２００３−２２６８２６号公報 特開２００４−３７２７６号公報

しかしながら、特許文献３に記載される漏油検知方法は光ファイバを設置した部位でのポイントの診断であり、電気機器全体の漏油状況を把握することができない。また、特許文献１に記載されている漏油検知方法は、漏えい油の流路が必要であるという課題がある。特許文献２の蛍光方法は屋外での太陽光の下での検知や、表面が凸凹した面上での油を判定することが難しいという問題もあった。さらに、腐食、塗膜劣化を検知する技術としての特許文献５や特許文献４の技術は運転時の温度場がないと検知できない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便で短時間に、画像入力装置を用いて遠隔測定で変圧器や遮断器等の油入機器の漏油・腐食検知を対象とした非接触の異常個所を視覚的に表示する診断装置を提供することを目的とする。

本願発明は上記目的を達成するために、中心波長の異なる５種のフィルターと、該フィルターを通じて取り込まれる波長３９０ｎｍ〜２０００ｎｍまでの光を二次元の画像情報として出力する画像入力装置と、前記二次元の画像情報に基づいて二次元の吸光度分布を算出する光量測定部と、被測定物のマスターカーブを記憶する記憶部と、前記マスターカーブと前記二次元の吸光度分布とに基づいて二次元の吸光度差もしくは二次元の吸光度比を算出する演算部と、算出された前記吸光度差もしくは前記吸光度比に基づいて表示を行う表示部と、３７０ｎｍ±１０ｎｍに発光ピークを有する放電管方式の光源部とを有する電気機器の非破壊漏油腐食診断装置を提供するものである。

本発明によれば、簡便な画像入力装置を用いて遠隔測定で変圧器や遮断器等の油入機器の漏油・腐食検知を対象とし、非接触で、異常個所を視覚的に表示する診断をすることができる。また、本発明の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置可搬型とすることが容易で、診断対象が設置されているサイトに容易に持ち運びかつ診断することができる。

本発明者らは、絶縁油、塗膜、さびと光学物性との関係を詳細に検討した。その結果、漏油検知に対しては太陽光の下で油に紫外線を照射した際の蛍光を狭帯域の干渉フィルターを用いることで改善できることを解明した。また、表面凸凹の上での油の蛍光に関しては、単一波長の「蛍光法」では蛍光強度のばらつきや表面凸凹に伴う乱反射等の影響を受けやすいため、基準となる波長に対しての２波長法を活用することにより改善できることを解明した。以下にその検討内容を説明する。

紫外（ＵＶ）光源としてはブラックライト（光化学作用と蛍光作用の強い３６０ｎｍ〜３８０ｎｍの波長域（ＵＶ−Ａ）を放射する光源）からの３７０ｎｍの波長を用いた。なお、４３０ｎｍ近傍に出現する蛍光は絶対強度での比較が難しいため、６７０ｎｍを中心とした基準波長領域（ここではベースラインとなるシグナルの無い波長）に対する強度（即ち、蛍光の２波長診断）を比較した。その結果、変圧器用鉱油（新油、劣化油）、ＯＦケーブル油及びシリコーン油に紫外線を照射すると、各油の分子構造に依存した蛍光を発することを確認できた。それに対して水では蛍光は発生しなかった。蛍光の強弱は、
鉱油（劣化油）＞鉱油（新油）＞＞ＯＦケーブル油＞シリコーン油
であることがわかった。このことから、遠隔でも、上記４つの液体と水との判別ができ、しかも蛍光の強度からそれぞれの漏洩液体の種類を判別することができることがわかる。従って、油の種類によって光源を変更する必要がなく、簡便で小型軽量な携帯型診断装置を提供することができる。

ＯＦケーブル油からの蛍光は鉱油に比較すると微弱である。しかし、励起光波長を３７０ｎｍより短い２４０〜３３０ｎｍにすると、３５０ｎｍ近辺により強い蛍光が確認された。これはシリコーン油でも同様のことが言える。ただし、２４０〜３３０ｎｍの励起光では、鉱油の蛍光は検知されなかった。従って、３７０ｎｍの励起光による診断に加え、特に必要な場合には２４０〜３３０ｎｍの励起光を使用した診断を加えることにより、ＯＦケーブル油及びシリコーン油を強く検知することが可能となる。

太陽光の下での検討では、図１に示したように太陽光のみの場合は、３７０ｎｍの放射強度自体がブラックライトに比べて弱いため、鉱油から明確な蛍光が現れない。そこで、太陽光の下で補助光としてブラックライトを用いると、太陽光のみの反射スペクトルに対して、４０５ｎｍを中心とする±５ｎｍ程度の狭い波長領域で太陽光の下でも明らかな蛍光が観測された。３９５ｎｍ以下の領域での発光ピークはブラックライトの直接反射によるもので、鉱油の蛍光に起因したものではない。また、４１０ｎｍ以上の領域では太陽光のみの場合も補助光を用いた場合も、スペクトルはほぼ一致した（変化が見られない）。

従って、３９５ｎｍ〜４１０ｎｍの狭帯域フィルターを用いれば、太陽光の下でも蛍光を検知できることがわかった。そこで、以下の実施例では４０５ｎｍを中心波長とした半値幅１０ｎｍのバンドパスフィルターと、６７０ｎｍを中心波長とする半値幅６０ｎｍのバンドパスフィルターを用いた。

また、上記の装置によれば、別途フィルターの組み合わせを切り替えて使用することにより、上述の漏油のみならずさび、膜厚についても同一の装置でそれぞれ測定することが可能である。以下に、塗膜の枯れに伴う膜厚変化、さびの発生に伴う光物性変化について説明する。

図２に示したように、さびとしてはモデル物質として４種の試薬（α−ＦｅＯＯＨ、γ−ＦｅＯＯＨ、Ｆｅ（ＯＨ）_３、α−Ｆｅ_２Ｏ_３）のスペクトルを測定した。さび（試薬）に近赤外線を照射するとさびの種類に応じて反射吸光度に差異の出る波長領域と差異の出ない波長領域のあることが確認できた。試薬間で差異の出ない共通に吸収ピークが出現する波長域は８００ｎｍ〜１１００ｎｍであった。Ｆｅ（ＯＨ）_３水酸化物にだけ見られる１４５０ｎｍと１９５０ｎｍの吸収ピークは水酸基（ＯＨ基）に起因した高調波吸収によるものである。

また、いずれの試薬でも吸収の無い波長域は１２００ｎｍ〜１４００ｎｍである。そこで、さび検知としては、この吸収の無い波長域を基準波長領域として、さびに対して吸収を示す８００ｎｍ〜１１００ｎｍの領域との２波長診断とした。

次に、膜厚の診断について説明する。塗膜表面に近赤外線を照射すると膜厚に応じて反射吸光度に差異の出る波長領域と差異の出ない波長領域のあることが確認できた。膜厚によって差異の出ない波長域は１３００ｎｍを中心とする１２００ｎｍ〜１４００ｎｍであるといえる。それに対して、膜厚によって差異の出る波長域は１８５０ｎｍ以上の波長域である。そこで、膜厚検知としては、１２００ｎｍ〜１４００ｎｍを基準波長領域として、膜厚により変化する１８５０ｎｍ以上の領域との２波長診断とした。なお、樹脂の劣化や顔料等の種類によって大きく吸収スペクトルが変化する領域は７５０ｎｍ以下の可視光の領域である。

以上を纏めると、紫外光源を用いた蛍光２波長診断と、近赤外２波長診断の組合せにより感度よく電気機器の漏油、腐食（さび、塗膜の枯れ）を判定できることを解明し、これらの変化をＣＣＤカメラ等で撮影し、その画像情報から吸光度を測定することで、電気機器の漏油、腐食を非破壊で遠隔から判定できることを見出した。

本発明の実施の態様としては例えば以下が考えられる。但し、本発明は下記のみに限定されるものでないことは当然である。

前記電気機器の非破壊漏油腐食診断装置において、前記５種のフィルターの中心波長は、それぞれ４０５ｎｍ、６７０ｎｍ、８４５ｎｍ、１３００ｎｍ及び１８５０ｎｍであることが望ましい。また、前記電気機器の非破壊漏油腐食診断装置は、前記５種のフィルターを前記画像入力装置の光軸上に駆動する機構、例えば、回転機構に接続されたディスクに５つのフィルターを設け、これを回転することにより、それぞれのフィルターを所定の位置に設定する機構を備えること望ましい。このような構成により、フィルター機構を小型化し可搬型にすることができる。

前記電気機器の非破壊漏油腐食診断装置において、前記二次元の吸光度差もしくは二次元の吸光度比は、中心波長４０５ｎｍのフィルターと中心波長６７０ｎｍのフィルターの組み合わせの近紫外２波長法、中心波長８４５ｎｍのフィルターと中心波長１３００ｎｍのフィルター、及び中心波長１３００ｎｍのフィルターと中心波長１８５０ｎｍのフィルターの組み合わせによる近赤外２波長法により求めることが好ましい。

また、前記光源部に３８０ｎｍ以上の波長の光をカットするフィルター（３８０ｎｍから少なくとも２０００ｎｍ程度の広範囲の光を遮断するカットフィルター）を有することが望ましい。中心波長にあわせエネルギー範囲の狭い波長域の励起光とするためのバンドパスフィルターは、中心波長の周辺域外の励起光を排除することができない。従って、長波長側の励起光を広く排除するフィルターを使用することにより遮断帯域以外の成分を減らすことができ、太陽光の下でも確実にノイズを減らし、目的の蛍光の強度を測定することができる。前記表示部の表示は漏油腐食進行の評価の表示であり、前記漏油腐食の進行に応じて表示色を変化させることが望ましい。前記二次元の画像情報は非圧縮のファイル形式であることができる。

本発明の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置を、中心波長の異なった５種のフィルターと、そのフィルターを介して対象物の画像を撮像しうる撮像装置と、入力手段及び表示手段を有し、前記撮像装置及びフィルターを駆動する機構を制御する携帯型電子計算機と、３７０ｎｍ±１０ｎｍに発光ピークを有する光源とにより構成することで、上記装置を容易に可搬型にすることができる。上記撮像装置としては可搬型のＣＣＤカメラ等を用いることができ、上記携帯型電子計算機としてパーソナルコンピュータを用いることができ、前記光源及びフィルターも可搬型とすることができる。

前記５種のフィルターの中心波長は、前述のとおりであり、前記二次元の吸光度差もしくは二次元の吸光度比は、前述のとおり２波長光方式で求める。更に、前記５種のフィルターを前記画像入力装置の光軸上に駆動する機構を備えることが好ましい。

前記フィルターの中心波長は４０５ｎｍ、６７０ｎｍ、８４５ｎｍ、１３００ｎｍ、１８５０ｎｍであり、前記光源部に３８０ｎｍ以上の可視光をカットするフィルターを有したほうが、表面の凸凹の迷光の影響、太陽光の影響の回避に好適である。

前記表示部の表示は漏油腐食進行の評価の表示であり、前記漏油腐食の進行に応じて表示色を変化させることができる。これはカメラ上でも可能であるし、データを送信したコンピュータ上でももちろん可能である。さらに、画像入力フォーマットは非圧縮のファイル形式（ＲＡＷ、ＴＩＦＦ等）であることが測定精度的に望ましいが、汎用のＪＰＥＧ形式でももちろん可能である。

以下、実施例により本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、フィルターの組み合わせを切り替えて使用することにより、漏油、さび、膜厚について測定する例を示す。

図３は本実施例に係る絶縁材の非破壊診断装置を示すブロック図であり、図５は漏油、腐食（さび、塗膜枯れ）判定のための演算のフローチャートを示す。

図３における非破壊診断装置は、少なくとも被測定物の画像情報を取り込むレンズ２と、第１のフィルター３と、第２のフィルター４と、画像入力装置５と、光量測定部６と、演算部７と、マスターカーブ記憶部８とを有している。図３においてはフィルターを２つしか示していないが、前述のように１つのディスクに５つのフィルターを備えていてもよい。

本実施例において、分光手段である第１のフィルター３は中心波長４０５ｎｍ、半値幅１０ｎｍ、透過率６０％のバンドパスフィルターである。また第２のフィルター４は波長６７０ｎｍ、半値幅６０ｎｍ、透過率８０％のバンドパスフィルターである。

各波長における被測定物１の吸光度（Ａ_４０５，Ａ_６７０）の測定方法を以下に示す。なおここで二次元（画像）情報とは平面の広がりとして把握される情報をいい、具体的には縦横の座標位置に対応して所定の値（輝度値、吸光度等）を有する情報をいう。

まずレンズ１を介して第１のフィルター３からの被測定物１の画像を画像入力装置５で取り込み、濃淡の二次元画像情報として光量測定部６に出力する。光量測定部６は入力された濃淡の二次元画像情報は劣化診断の最小単位である画素毎の輝度値に変換し、演算部７にその結果を出力する。演算部７は予め求めてある基準輝度値（Ｉ_０）に基づいて各画素の吸光度を算出し、波長４０５ｎｍにおける二次元の吸光度分布として記憶する。

ここで、基準輝度値（Ｉ_０）とは、測定開始前にコピー用紙（白紙）等を用いて波長毎に測定し、演算部７にプリセットされている値である。また同様に第２のフィルター４からの被測定物１の二次元画像情報を画像入力装置５で取り込み、光量測定部６に入力し、波長６７０ｎｍにおける二次元の吸光度分布を演算手段である演算部７に記憶する。

そして演算部７は、演算部７にて２波長間の吸光度差を算出し、その分布を画素毎に記憶するとともに、絶縁油の蛍光強度と吸光度差との関係（マスターカーブ）が予め記憶された記憶部８から漏油のしきい値が記憶されているマスターカーブを呼び出し、このマスターカーブと測定した被測定物の吸光度差とを画素毎に比較演算して絶縁油による蛍光発生の有無を判定し、結果を表示部９に表示する。

図７は、石に付着させた絶縁油の蛍光を、４３０ｎｍのフィルター（比較例）と狭帯域４０５ｎｍフィルターを用いて観察した例を示すもので、比較例の場合は、絶縁油の存在が明確に表示されずしかも試料の左側にあるようなノイズが多く見られる。これに対し狭帯域フィルターを用いたときは絶縁油の存在が明確であり、かつノイズが見られない。

次に同様の装置によりさびの検知を行う例を示す。塗装した鋼板に油性インキで十字のマークを施したテストピース（新品、さびさせたもので、さび上に再塗装したもの、ベンガラを下地に塗装したもの３種類）を用いて、８４５ｎｍと１３００ｎｍのフィルターの二次元吸光度差を測定した。その結果、油性インキは画像として現れず、新品の場合、さびを示す画像は表示されず、再塗装したさびの形状が明確に表示され、ベンガラを下塗りしたものは、ベンガラの酸化鉄が全面に明確に表示された。

次に、同様の装置により、膜厚の検知を行う例を示す。図６において、１は上塗り１回（平均）、２は上塗り２回（平均）、３は上塗り３回（平均）の膜厚と、反射吸光度の関係を示す。フィルタは１３００ｎｍと１８５０ｎｍのものを用いた。このデータから、膜厚が薄いほど反射吸光度差が大きくなることがわかる。

上述の診断に用いた診断アルゴリズムの概要は以下の通りである。
（１）表示色の設定（６色：赤、ピンク、黄緑、緑、青、白）
ただし、上記の表示色のしきい値は任意に設定可能である。
（２）撮影画像入力（３種；通常画像（対象確認用）、波長λ１画像、波長λ２画像）
ここで、各検知技術に対する波長λ１、λ２は表１に示すとおりである。

（３）診断範囲設定（最大サイズ：１０２４×７６８ピクセル）
（４）画像処理
ｉ．輝度変換：｛波長λ１輝度（Ｉλ１），波長λ２輝度（Ｉλ２）｝
ｉｉ．吸光度差（ΔＡｒ）の算出［ΔＡｒ＝−｛ｌｏｇ（Ｉλ１）−ｌｏｇ（Ｉλ２）｝］
ｉｉｉ．二次元画像表示（色表示）
図４は他の実施例による可搬型非破壊漏油腐食診断装置のブロック図で、撮像装置（デジタルカメラなど）１０、表示部１５を持つ入力装置（パーソナルコンピュータなど）１３、入力装置の電源（バッテリなど）１４、５種のフィルターを有するフィルター機構１１、光源１６及び可視光をカットするフィルター１７を備える。入力装置１３はフィルター機構１１の駆動機構１２及びカメラ１０を備える。入力装置１３、電源１４、撮像装置１０及びフィルター機構１１は１つのセットとして、光源１６とフィルター１７とともに作業者が携帯することができる。

太陽光の下でのブラックライト照射時の反射分光スペクトル図。 塗膜厚さを変えたテストピース（さび無し）の反射分光スペクトル図。 本発明の実施例による非破壊漏油、腐食診断装置の一例を示すブロック図。 本発明の他の実施例による可搬型非破壊漏油腐食診断装置を示すブロック図。 漏油、腐食判定のための演算のフローチャート。 膜厚と反射吸光度差との関係を示すマスターカーブ図。 凸凹石に付着した絶縁油の検知実施例による画像診断写真。

符号の説明

１…被測定物、２…レンズ、３…第１フィルター、４…第２フィルター、５…画像入力装置、６…光量測定部、７…演算部、８…マスターカーブ記憶部、９…表示部。

Claims (8)

1. 中心波長の異なる５種のフィルターと、
   該フィルターを通じて取り込まれる波長３９０ｎｍから波長２０００ｎｍまでの光を二次元の画像情報として出力する画像入力装置と、
   前記二次元の画像情報に基づいて二次元の吸光度分布を算出する光量測定部と、
   被測定物のマスターカーブを記憶する記憶部と、
   前記マスターカーブと前記二次元の吸光度分布とに基づいて二次元の吸光度差もしくは二次元の吸光度比を算出する演算部と、
   算出された前記吸光度差もしくは前記吸光度比に基づいて診断結果の表示を行う表示部と、
   ３７０ｎｍ±１０ｎｍに発光ピークを有する放電管方式の光源部と、
   を有することを特徴とする電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
2. 前記被測定物の画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置を駆動する駆動機構と、前記駆動機構を制御する携帯型計算機とを備えることを特徴とする請求項１記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
3. 前記５種のフィルターの中心波長は、それぞれ４０５ｎｍ、６７０ｎｍ、８４５ｎｍ、１３００ｎｍ及び１８５０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
4. 前記５種のフィルターを前記画像入力装置の光軸上に駆動する機構を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
5. 前記二次元の吸光度差もしくは二次元の吸光度比は、中心波長４０５ｎｍのフィルターと中心波長６７０ｎｍのフィルター、中心波長８４５ｎｍのフィルターと中心波長１３００ｎｍのフィルター、及び中心波長１３００ｎｍのフィルターと中心波長１８５０ｎｍのフィルターの組み合わせで求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
6. 前記光源部に３８０ｎｍ以上の波長の光をカットするフィルターを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
7. 前記表示部の表示は漏油腐食進行の評価の表示であり、前記漏油腐食の進行に応じて表示色を変化させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。
8. 前記二次元の画像情報は非圧縮のファイル形式であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電気機器の非破壊漏油腐食診断装置。

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