JP2012202924A - Tomography apparatus and tomography measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被計測物の内部断面における電気インピーダンスの分布を計測するトモグラフィ装置及びトモグラフィ計測方法に関し、特に、温度が不均一な被計測物内部における電気インピーダンスの変化を補正するトモグラフィ装置及びトモグラフィ計測方法に関する。 The present invention relates to a tomography apparatus and a tomography measurement method for measuring a distribution of electrical impedance in an internal cross section of an object to be measured, and in particular, a tomography apparatus for correcting a change in electrical impedance inside an object to be measured whose temperature is not uniform. And a tomography measurement method.
従来、被計測物の内部断面における電気インピーダンスの分布を計測する方法として、電気インピーダンス・トモグラフィ法（Electrical Impedance Tomography）が用いられている（例えば、特許文献１乃至３参照）。電気インピーダンス・トモグラフィ法では、被計測物の外周に複数の電極を配置し、隣接する一対の電極間に電流を流して他の隣接する一対の電極間の電位差を測定することを全ての電極の組合せで繰り返し、測定した全電位差から所定のアルゴリズムを用いて被計測物の内部断面における電気インピーダンスの分布を算出する。 Conventionally, an electrical impedance tomography method (Electrical Impedance Tomography) has been used as a method of measuring the distribution of electrical impedance in the internal cross section of the object to be measured (see, for example, Patent Documents 1 to 3). In the electrical impedance tomography method, all electrodes are arranged by arranging a plurality of electrodes on the outer periphery of the object to be measured and passing a current between a pair of adjacent electrodes to measure a potential difference between the other pair of adjacent electrodes. The electrical impedance distribution in the internal cross section of the object to be measured is calculated using a predetermined algorithm from the measured total potential difference.
例えば、電気インピーダンス・トモグラフィ法は、特許文献１等に記載されたように、患者の胸郭内部に癌細胞があるか否かを診断したり、アクリル樹脂等の電気的非伝導材料から構成された槽又はパイプライン内の内容物に異物が含まれるか否かを判別したりするために使用される。これらは、癌細胞と正常な細胞、内容物と異物との間における電気インピーダンスの違いを利用したものである。 For example, as described in Patent Document 1 and the like, the electrical impedance tomography method diagnoses whether or not cancer cells are present inside a patient's thorax, and is configured from an electrically nonconductive material such as an acrylic resin. It is used to determine whether or not the contents in the tank or pipeline contain foreign matter. These utilize the difference in electrical impedance between cancer cells and normal cells, and contents and foreign substances.
ここで、電気インピーダンス・トモグラフィ法は、温度の変動によって電気インピーダンスが変動してしまうので、計測場の温度が一定に保たれることが前提である。例えば、特許文献３に記載された電気インピーダンスを非接触的に画像化する装置は、サーモスタットを備え、サーモスタットを使用して被画像化物（被計測物）の温度を一定に保ち、各電極と被画像化物との間の電気インピーダンスを一定に保つように構成されている。 Here, the electrical impedance tomography method is based on the premise that the temperature of the measurement field is kept constant because the electrical impedance changes due to temperature fluctuations. For example, an apparatus for non-contact imaging of electrical impedance described in Patent Document 3 includes a thermostat, uses the thermostat to keep the temperature of an object to be imaged (object to be measured) constant, and each electrode and object to be imaged. It is configured to keep the electrical impedance between the imaging object constant.
ところで、従来、原子力発電所から排出された放射性廃棄物をガラス固化するためにガラス溶融炉が使用されている（例えば、特許文献４参照）。国内における一般的なガラス溶融炉は、上部から放射性廃棄物とガラス原料とを炉内に投入し、主電極、底部電極及び間接加熱装置を使用して加熱し、下部の流下ノズルから放射性廃棄物を含んだ溶融ガラスを流下し、炉下に設置されたキャニスタの中で固化するように構成されている。しかし、放射性廃棄物に含まれる白金族類が炉底に堆積し、溶融ガラスの流下を妨げる場合があり、炉内の白金族類の堆積状況を把握する必要があった。 By the way, conventionally, a glass melting furnace has been used to vitrify radioactive waste discharged from a nuclear power plant (see, for example, Patent Document 4). In general glass melting furnaces in Japan, radioactive waste and glass raw materials are put into the furnace from the top, heated using the main electrode, bottom electrode and indirect heating device, and radioactive waste from the lowering nozzle at the bottom. The molten glass containing is flowed down and solidified in a canister installed under the furnace. However, the platinum group contained in the radioactive waste may accumulate on the bottom of the furnace and hinder the flow of molten glass, and it was necessary to grasp the deposition state of the platinum group in the furnace.
ここで、電気インピーダンス・トモグラフィ法を上述したガラス溶融炉に適用し、炉内の電気インピーダンス分布を計測することによって白金族類の分布を把握しようとした場合、ガラス溶融炉内部は温度が著しく不均一であり、正確な電気インピーダンス分布を計測できないという問題があった。また、ガラス溶融炉のように、高温で対流が生じやすい被計測物には、特許文献３に記載されたようなサーモスタットを用いて等温場を形成することは難しいという問題があった。 Here, when the electric impedance tomography method is applied to the glass melting furnace described above and the distribution of platinum group species is determined by measuring the electric impedance distribution in the furnace, the temperature inside the glass melting furnace is extremely high. There was a problem that it was non-uniform and an accurate electrical impedance distribution could not be measured. In addition, there is a problem that it is difficult to form an isothermal field using a thermostat as described in Patent Document 3 for an object to be measured that tends to generate convection at a high temperature, such as a glass melting furnace.
本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、非等温場においても正確に電気インピーダンス分布を計測することができるトモグラフィ装置及びトモグラフィ計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a tomography apparatus and a tomography measurement method capable of accurately measuring an electrical impedance distribution even in a non-isothermal field.
本発明によれば、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、被計測物における計測断面の電気インピーダンスの分布を計測するトモグラフィ装置であって、前記計測断面の外周に配置される複数の電極と、前記複数の電極とともに配置される複数の温度センサと、前記複数の電極から選択される隣接した一対の電流負荷電極に電流を供給する電源と、前記複数の電極から選択される他の隣接する一対の計測対象電極の電位差を計測する電圧計と、前記電流負荷電極に対して全ての前記計測対象電極の電位差を計測するとともに、前記複数の電極に対して全ての組合せの前記電流負荷電極を選択して前記計測対象電極の全ての電位差を計測することによって、前記電流負荷電極及び前記計測対象電極の全ての組合せについて電位差の計測データを取得し、該計測データに基づいて前記電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行い、前記被計測物の電気インピーダンスの分布を導出する演算部と、を有し、前記演算部は、導出された前記電気インピーダンスを、前記複数の温度センサが計測した計測温度に基づいて補正する、ことを特徴とするトモグラフィ装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a tomography apparatus for measuring a distribution of electrical impedance of a measurement cross section in an object to be measured using an electrical impedance tomography method, and a plurality of electrodes disposed on an outer periphery of the measurement cross section; A plurality of temperature sensors arranged with the plurality of electrodes, a power source for supplying current to a pair of adjacent current load electrodes selected from the plurality of electrodes, and another adjacent one selected from the plurality of electrodes A voltmeter for measuring a potential difference between a pair of measurement target electrodes, and measuring a potential difference between all the measurement target electrodes with respect to the current load electrode, and all the combinations of the current load electrodes with respect to the plurality of electrodes. Measurement of potential difference for all combinations of the current load electrode and the measurement target electrode by selecting and measuring all the potential differences of the measurement target electrode A calculation unit that obtains a distribution of electric impedance of the object to be measured by performing calculation by the electric impedance tomography method based on the measurement data, and calculating the calculation unit A tomography apparatus is provided that corrects the measured electrical impedance based on measured temperatures measured by the plurality of temperature sensors.
前記計測温度による前記電気インピーダンスの変化を求めて、前記計測温度と前記電気インピーダンスとを対応付けた対応テーブルを作成し、該対応テーブルを格納した記憶部を有し、前記演算部は、前記対応テーブルを参照して、導出された前記電気インピーダンスを補正するようにしてもよい。 Obtaining a change in the electrical impedance due to the measured temperature, creating a correspondence table in which the measured temperature and the electrical impedance are associated with each other, and having a storage unit storing the correspondence table, and the computing unit includes the correspondence The derived electrical impedance may be corrected with reference to a table.
前記演算部は、前記電極の数に応じて前記計測断面における複数の計測領域を設定し、該計測領域ごとに前記電気インピーダンスを導出するとともに前記計測温度に基づいて補正するようにしてもよい。また、前記演算部は、前記被計測物の外縁からの距離に基づいて前記計測温度を補正するようにしてもよい。 The calculation unit may set a plurality of measurement regions in the measurement section according to the number of the electrodes, derive the electrical impedance for each measurement region, and correct based on the measurement temperature. Further, the calculation unit may correct the measured temperature based on a distance from an outer edge of the object to be measured.
前記記憶部は、前記電気インピーダンスの数値と前記被計測物内の導電性物質の濃度との関係を求めて前記電気インピーダンスの数値と前記導電性物質の濃度とを対応付けた濃度算出テーブルを格納し、前記演算部は、前記電気インピーダンスの数値から、前記濃度算出テーブルを参照して前記導電性物質の濃度を算出するようにしてもよい。また、前記演算部は、前記被計測物の電気インピーダンスの分布に替えて、前記導電性物質の濃度分布を導出するようにしてもよい。 The storage unit stores a concentration calculation table in which a relationship between the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance in the object to be measured is associated with the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance. And the said calculating part may be made to calculate the density | concentration of the said electroconductive substance with reference to the said density | concentration calculation table from the numerical value of the said electrical impedance. Further, the calculation unit may derive the concentration distribution of the conductive substance instead of the distribution of the electrical impedance of the object to be measured.
また、本発明によれば、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、被計測物における計測断面の電気インピーダンスの分布を計測するトモグラフィ計測方法であって、前記計測断面の外周に複数の電極及び複数の温度センサを配置する準備工程と、前記温度センサの計測温度による前記電気インピーダンスの変化を求めて前記計測温度と前記電気インピーダンスとを対応付けた対応テーブルを作成する対応テーブル作成工程と、前記電極の個数に応じて前記計測断面を複数の計測領域に分割するメッシュ作成工程と、前記複数の電極から選択される隣接した一対の電流負荷電極に電流を供給して、前記複数の電極から選択される他の隣接する一対の計測対象電極の電位差を計測する電位差計測工程と、該電位差計測工程と同時に前記計測対象電極に対応する前記温度センサの温度を計測する温度計測工程と、前記電位差計測工程及び前記温度計測工程を繰り返して、前記電流負荷電極及び前記計測対象電極の全ての組合せについて電位差の計測データを取得し、該計測データに基づいて前記電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行い、前記被計測物の電気インピーダンスを算出する電気インピーダンス算出工程と、該電気インピーダンス算出工程により算出された前記電気インピーダンスを前記計測温度から前記対応テーブルを参照して補正する電気インピーダンス補正工程と、該電気インピーダンス補正工程により補正された電気インピーダンスを用いて分布画像を構成する電気インピーダンス分布導出工程と、を有する、ことを特徴とするトモグラフィ計測方法が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a tomography measurement method for measuring a distribution of electrical impedance of a measurement section in an object to be measured using an electrical impedance tomography method, wherein a plurality of electrodes and an outer periphery of the measurement section are provided. A preparation step of arranging a plurality of temperature sensors; a correspondence table creation step of creating a correspondence table in which the measured temperature and the electrical impedance are associated with each other by obtaining a change in the electrical impedance due to the measured temperature of the temperature sensor; A mesh generation step for dividing the measurement cross section into a plurality of measurement regions according to the number of electrodes, and a current is supplied to a pair of adjacent current load electrodes selected from the plurality of electrodes, and the selection is made from the plurality of electrodes. A potential difference measuring step for measuring a potential difference between another pair of electrodes to be measured to be measured, and the measurement at the same time as the potential difference measuring step. Repeating the temperature measurement step for measuring the temperature of the temperature sensor corresponding to the target electrode, the potential difference measurement step, and the temperature measurement step, potential difference measurement data is obtained for all combinations of the current load electrode and the measurement target electrode. Obtaining the electrical impedance tomography method based on the measurement data, calculating the electrical impedance of the object to be measured, and calculating the electrical impedance calculated by the electrical impedance calculation step. An electrical impedance correction step of correcting the measured temperature with reference to the correspondence table, and an electrical impedance distribution deriving step of forming a distribution image using the electrical impedance corrected by the electrical impedance correction step. Characteristic tomography measurement The law is provided.
前記被計測物の外縁からの距離に基づいて前記計測温度を補正する計測温度補正工程を有していてもよい。 You may have the measurement temperature correction process of correct | amending the said measurement temperature based on the distance from the outer edge of the said to-be-measured object.
前記電気インピーダンスの数値と前記被計測物内の導電性物質の濃度との関係を求めて前記電気インピーダンスの数値と前記導電性物質の濃度とを対応付けた濃度算出テーブルを作成する濃度算出テーブル作成工程と、前記電気インピーダンスの数値から前記濃度算出テーブルを参照して前記導電性物質の濃度を算出して濃度分布を導出する濃度分布導出工程と、を有していてもよい。 Concentration calculation table creation for creating a concentration calculation table in which a relationship between the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance in the measurement object is obtained and the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance are associated with each other A concentration distribution deriving step of deriving a concentration distribution by calculating a concentration of the conductive substance by referring to the concentration calculation table from the numerical value of the electrical impedance.
上述した本発明に係るトモグラフィ装置及びトモグラフィ計測方法によれば、電位差の計測と同時に電極周辺の温度を計測することができ、その計測温度により電気インピーダンスを補正することができ、被計測物における計測断面が非等温場を有する場合であっても、正確に電気インピーダンス分布を計測することができる。また、電気インピーダンスの数値と被計測物内の導電性物質の濃度との関係を求めておくことにより、電気インピーダンスの数値から導電性物質の濃度分布を容易に把握することもできる。 According to the tomography apparatus and the tomography measurement method according to the present invention described above, the temperature around the electrode can be measured simultaneously with the measurement of the potential difference, and the electrical impedance can be corrected based on the measured temperature. Even when the measurement cross section in FIG. 1 has a non-isothermal field, the electrical impedance distribution can be accurately measured. Further, by obtaining the relationship between the numerical value of electrical impedance and the concentration of the conductive substance in the object to be measured, the concentration distribution of the conductive substance can be easily grasped from the numerical value of the electrical impedance.
以下、本発明の実施形態に係るトモグラフィ装置及びトモグラフィ計測方法について、図１乃至図７を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態に係るトモグラフィ装置を説明するための図であり、（ａ）は円筒形状を有する被計測物の外観図、（ｂ）は略円錐形状を有する被計測物の外観図、（ｃ）は装置の概略構成図、を示している。図２は、被計測物の計測断面における電流の流れを示す図であり、（ａ）は導電率が一様である場合、（ｂ）は壁面付近の導電率が高い場合、を示している。図３は、本発明の第一実施形態に係るトモグラフィ計測方法を示すフローチャートである。 Hereinafter, a tomography apparatus and a tomography measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. Here, FIG. 1 is a diagram for explaining a tomography apparatus according to an embodiment of the present invention, in which (a) is an external view of an object to be measured having a cylindrical shape, and (b) has a substantially conical shape. FIG. 2C is an external view of a measurement object, and FIG. 2A and 2B are diagrams showing the flow of current in the measurement cross section of the object to be measured, where FIG. 2A shows the case where the conductivity is uniform, and FIG. 2B shows the case where the conductivity near the wall surface is high. . FIG. 3 is a flowchart showing the tomography measurement method according to the first embodiment of the present invention.
本発明の実施形態に係るトモグラフィ装置１は、図１に示したように、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、被計測物Ａにおける計測断面Ｂの電気インピーダンスの分布を計測するトモグラフィ装置であって、計測断面Ｂの外周に配置される複数の電極２と、複数の電極２とともに配置される複数の温度センサ３と、複数の電極２から選択される隣接した一対の電流負荷電極２ａ，２ａに電流を供給する電源４と、複数の電極２から選択される他の隣接する一対の計測対象電極２ｂ，２ｂの電位差を計測する電圧計５と、電流負荷電極２ａに対して全ての計測対象電極２ｂの電位差を計測するとともに、複数の電極２に対して全ての組合せの電流負荷電極２ａを選択して計測対象電極２ｂの全ての電位差を計測することによって、電流負荷電極２ａ及び計測対象電極２ｂの全ての組合せについて電位差の計測データを取得し、かかる計測データに基づいて電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行い、被計測物Ａの電気インピーダンスの分布を導出する演算部６と、を有し、演算部６は、導出された電気インピーダンスを、複数の温度センサ３が計測した計測温度に基づいて補正するように構成されている。 The tomography apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is a tomography apparatus that measures the distribution of the electrical impedance of the measurement cross section B of the measurement object A using the electrical impedance tomography method as shown in FIG. A plurality of electrodes 2 arranged on the outer periphery of the measurement section B, a plurality of temperature sensors 3 arranged together with the plurality of electrodes 2, and a pair of adjacent current load electrodes 2a selected from the plurality of electrodes 2 , 2a, a voltmeter 5 for measuring a potential difference between another pair of adjacent measurement target electrodes 2b, 2b selected from a plurality of electrodes 2, and a current load electrode 2a By measuring the potential difference of the measurement target electrode 2b, by selecting all combinations of the current load electrodes 2a for the plurality of electrodes 2 and measuring all the potential differences of the measurement target electrode 2b, Obtain potential difference measurement data for all combinations of the current load electrode 2a and the measurement target electrode 2b, perform an electrical impedance tomography method based on the measurement data, and derive the electrical impedance distribution of the object A to be measured. And the calculation unit 6 is configured to correct the derived electrical impedance based on the measured temperatures measured by the plurality of temperature sensors 3.
前記被計測物Ａは、例えば、図１（ａ）に示したような円筒形状や図１（ｂ）に示したような略円錐形状の外形を有し、断面が円形の計測断面Ｂを有する。略円錐形状とは、下方に向かって縮径した円錐面により構成される壁面を有し、図示したような円錐台形状を含む趣旨である。計測断面Ｂは、例えば、被計測物Ａの中心軸に垂直な面に設定される。なお、被計測物Ａは、図示した形状に限定されるものではなく、被計測物Ａの外周に電極２を配置して平面の計測断面Ｂを構成できるものであれば、楕円筒形状、角錐形状等であってもよい。 The measurement object A has, for example, a cylindrical cross section as shown in FIG. 1A or a substantially conical outer shape as shown in FIG. 1B, and a cross section having a circular cross section. . The substantially conical shape has a wall surface constituted by a conical surface whose diameter is reduced downward and includes a truncated cone shape as illustrated. The measurement section B is set, for example, on a plane perpendicular to the central axis of the measurement object A. The object to be measured A is not limited to the shape shown in the figure, and an ellipsoidal cylindrical shape or a pyramid may be used as long as the electrode 2 can be arranged on the outer periphery of the object to be measured A to form a planar measurement section B. It may be a shape or the like.
前記電極２は、計測断面Ｂの外周に沿って等間隔にｍ個配置される。ｍは任意の整数であり、例えば、８，１２，１６，３２等に設定される（図では８個）。また、電極２は、被計測物Ａの壁面を貫通し、内部の内容物に電流を流すことができるように配置されている。また、電極２は、被計測物Ａの壁面と電気的に絶縁された状態に配置される。被計測物Ａの壁面が絶縁材により構成されている場合には、電極２を挿通するだけでよいが、被計測物Ａの壁面が導電材により構成されている場合には、電極２の外周に絶縁材を配置するようにしてもよい。電極２と被計測物Ａの壁面とが絶縁されていない場合には、電極２から流される電流がほとんどの被計測物Ａの壁面に流れてしまい、計測断面Ｂ内に流れなくなってしまうためである。 The m electrodes 2 are arranged at equal intervals along the outer periphery of the measurement section B. m is an arbitrary integer, and is set to 8, 12, 16, 32, for example (eight in the figure). Further, the electrode 2 is disposed so as to penetrate the wall surface of the measurement object A and allow current to flow through the internal contents. Further, the electrode 2 is disposed in a state where it is electrically insulated from the wall surface of the object A to be measured. When the wall surface of the measurement object A is made of an insulating material, the electrode 2 only needs to be inserted. However, when the wall surface of the measurement object A is made of a conductive material, the outer periphery of the electrode 2 is measured. You may make it arrange | position an insulating material to. If the electrode 2 and the wall surface of the measurement object A are not insulated, the current flowing from the electrode 2 flows to the wall surface of most measurement object A and does not flow into the measurement section B. is there.
前記温度センサ３は、電極２ごとに配置され、電極２の近傍の温度を計測する。すなわち、温度センサ３は、計測断面Ｂの外周に沿って等間隔にｍ個配置される。各温度センサ３は、演算部６に接続されており、計測した計測温度を演算部６に送信する。かかる温度センサ３は、例えば、前記電極２の絶縁材に埋め込まれた熱電対により構成される。 The temperature sensor 3 is arranged for each electrode 2 and measures the temperature in the vicinity of the electrode 2. That is, m temperature sensors 3 are arranged at equal intervals along the outer periphery of the measurement cross section B. Each temperature sensor 3 is connected to the calculation unit 6 and transmits the measured temperature to the calculation unit 6. The temperature sensor 3 is constituted by, for example, a thermocouple embedded in the insulating material of the electrode 2.
前記電源４は、例えば、交流電源であり、複数の電極２から選択される電流負荷電極２ａ，２ａに電流を供給する。電流負荷電極２ａは、隣接した一対の電極２であり、図１（ｃ）に示したように、８個の電極２を有する場合には、電流負荷電極２ａは８通りの組合せを有する。ここでは、１組の電流負荷電極２ａに電流を供給する場合を図示しているが、実際には、８組の全ての電流負荷電極２ａに電流を供給するように配電されている。各組の電流負荷電極２ａに電流を供給するには、一つの電源４から各組の電流負荷電極２ａに電流を供給できるように配線してもよいし、各組に対応する個数の電源４を配置してもよい。なお、被計測物Ａに電流を供給する電流負荷電極２ａの切り換えや電流の供給は、演算部６の指令に基づいて処理される。 The power source 4 is, for example, an AC power source, and supplies current to the current load electrodes 2 a and 2 a selected from the plurality of electrodes 2. The current load electrode 2a is a pair of electrodes 2 adjacent to each other. As shown in FIG. 1 (c), when there are eight electrodes 2, the current load electrode 2a has eight combinations. Here, a case where current is supplied to one set of current load electrodes 2a is illustrated, but in reality, power distribution is performed so as to supply current to all eight sets of current load electrodes 2a. In order to supply current to each set of current load electrodes 2a, wiring may be performed so that current can be supplied from one power supply 4 to each set of current load electrodes 2a, or the number of power supplies 4 corresponding to each set. May be arranged. Note that switching of the current load electrode 2 a for supplying current to the measurement object A and supply of current are processed based on a command from the calculation unit 6.
前記電圧計５は、複数の電極２から選択される計測対象電極２ｂ，２ｂの電位差を計測する。計測対象電極２ｂは、１組の電流負荷電極２ａを除いた残りの電極２から選択される隣接した一対の電極２である。例えば、図１（ｃ）に示したように、８個の電極２を有する場合には、１組の電流負荷電極２ａを除いた６個の電極２から選択されるため、５通りの組合せを有する。ここでは、１組の計測対象電極２ｂの電位差を計測する場合を図示しているが、実際には、５組の全ての計測対象電極２ｂの電位差を計測できるように配線されている。また、電圧計５は、選択され得る８組の電流負荷電極２ａに対して、それぞれ５組の計測対象電極２ｂが存在し、全ての組合せの計測対象電極２ｂについて電位差を計測できるように配線されている。各組の計測対象電極２ｂの電位差を計測するには、一つの電圧計５で全ての組合せの計測対象電極２ｂの電位差を計測できるように配線してもよいし、各組に対応する個数の電圧計５を配置してもよい。なお、電位差を計測する計測対象電極２ｂの切り換えや電位差の計測は演算部６の指令に基づいて処理される。 The voltmeter 5 measures the potential difference between the measurement target electrodes 2 b and 2 b selected from the plurality of electrodes 2. The measurement target electrode 2b is a pair of adjacent electrodes 2 selected from the remaining electrodes 2 excluding the set of current load electrodes 2a. For example, as shown in FIG. 1C, when eight electrodes 2 are provided, the electrode is selected from six electrodes 2 excluding one set of current load electrodes 2a. Have. Here, the case of measuring the potential difference of one set of measurement target electrodes 2b is illustrated, but in actuality, wiring is performed so that the potential difference of all the five sets of measurement target electrodes 2b can be measured. Further, the voltmeter 5 has five sets of measurement target electrodes 2b for eight sets of current load electrodes 2a that can be selected, and is wired so that potential differences can be measured for the measurement target electrodes 2b of all combinations. ing. In order to measure the potential difference of each set of measurement target electrodes 2b, wiring may be performed so that the potential difference of all the combination of measurement target electrodes 2b can be measured with one voltmeter 5, or the number of the corresponding number of sets. A voltmeter 5 may be arranged. Note that the switching of the measurement target electrode 2b for measuring the potential difference and the measurement of the potential difference are processed based on a command from the calculation unit 6.
ここで、電極２の個数に基づく計測断面Ｂの解像度について説明する。例えば、図１（ｃ）に示したように、８個の電極を配置した場合、１組の電流負荷電極２ａに対して５組の計測対象電極２ｂを有し、電流負荷電極２ａは８通りの選択方法があるため、重複する組合せを考慮すれば、計測点数は、８×５／２＝２０と求めることができる。これを一般化すれば、ｍ個の電極を配置した場合における計測点数ｘは、ｘ＝ｍ（ｍ−３）／２の計算式により求めることができる。そして、計測断面Ｂの解像度は、この計測点数ｘによって定められ、計測点数ｘと同じだけの解像度を有することから、計測点数ｘの個数以上の要素（計測領域Ｕ）に分割することが好ましい。例えば、図１（ｃ）に示したように、８個の電極を有する場合には、２０個の計測領域Ｕ１〜Ｕ２０のメッシュを作成することができる。 Here, the resolution of the measurement cross section B based on the number of electrodes 2 will be described. For example, as shown in FIG. 1C, when eight electrodes are arranged, five sets of measurement target electrodes 2b are provided for one set of current load electrodes 2a, and there are eight types of current load electrodes 2a. Therefore, the number of measurement points can be calculated as 8 × 5/2 = 20 in consideration of overlapping combinations. If this is generalized, the number of measurement points x when m electrodes are arranged can be obtained by a calculation formula of x = m (m−3) / 2. The resolution of the measurement section B is determined by the number of measurement points x, and has the same resolution as the number of measurement points x. Therefore, it is preferable to divide the measurement section B into elements (measurement regions U) that are equal to or greater than the number of measurement points x. For example, as shown in FIG. 1C, when eight electrodes are provided, a mesh of 20 measurement regions U1 to U20 can be created.
前記演算部６は、電極２の個数に応じて計測断面Ｂにおける計測領域Ｕ（例えば、Ｕ１〜Ｕ２０）を設定し、電源４及び電圧計５を制御して２０通りの計測点数についての電位差を計測した計測データを取得し、計測領域Ｕごとに電気インピーダンスを算出し、計測断面Ｂにおける電気インピーダンスの分布を導出する。また、演算部６は、電位差の計測と同時に計測対象電極２ｂに対応する温度センサ３の温度を計測し、計測温度のデータを取得する。かかる計測温度は、電位差の計測ごとに温度センサ３からデータを取得するようにしてもよいし、温度センサ３の計測温度を常時取得しておいて電位差計測時における計測温度のデータをピックアップするようにしてもよい。なお、演算部６は、いわゆるコンピュータにより構成される。 The calculation unit 6 sets a measurement region U (for example, U1 to U20) in the measurement cross section B according to the number of electrodes 2 and controls the power source 4 and the voltmeter 5 to calculate a potential difference for 20 measurement points. The measured measurement data is acquired, the electrical impedance is calculated for each measurement region U, and the distribution of the electrical impedance in the measurement section B is derived. In addition, the calculation unit 6 measures the temperature of the temperature sensor 3 corresponding to the measurement target electrode 2b simultaneously with the measurement of the potential difference, and acquires measured temperature data. The measured temperature may be acquired from the temperature sensor 3 every time the potential difference is measured, or the measured temperature of the temperature sensor 3 is always acquired and the measured temperature data at the time of measuring the potential difference is picked up. It may be. The calculation unit 6 is configured by a so-called computer.
そして、演算部６は、温度センサ３の計測温度に基づいて、電気インピーダンスの数値を計測領域Ｕ（例えば、Ｕ１〜Ｕ２０）ごとに補正する。電圧計５による電位差は、電流の流れる経路の温度によって変化するためである。具体的には、計測温度による電気インピーダンスの変化を予め求めておき、計測温度と電気インピーダンスとを対応付けた対応テーブルを作成し、対応テーブルを格納した記憶部７を演算部６に接続する。 And the calculating part 6 correct | amends the numerical value of an electrical impedance for every measurement area | region U (for example, U1-U20) based on the measured temperature of the temperature sensor 3. FIG. This is because the potential difference caused by the voltmeter 5 changes depending on the temperature of the current flow path. Specifically, a change in electrical impedance due to the measured temperature is obtained in advance, a correspondence table in which the measured temperature is associated with the electrical impedance is created, and the storage unit 7 storing the correspondence table is connected to the calculation unit 6.
対応テーブルは、被計測物Ａに必要な温度範囲内で作成され、例えば、かかる温度範囲の最低温度又は最高温度における電気インピーダンスを基準にして、その差分を補正値として保有する。演算部６は、かかる対応テーブルを参照して、導出された電気インピーダンスを計測温度に基づいて補正値を加減又は乗除して補正する。対応テーブルの作成には、実機又は試験装置を用いてデータを取得するようにしてもよいし、実機又は試験装置の過去の実績を分析してデータを取得するようにしてもよいし、シミュレーションによってデータを取得するようにしてもよい。 The correspondence table is created within a temperature range necessary for the measurement object A, and holds, for example, the difference as a correction value with reference to the electrical impedance at the lowest temperature or the highest temperature in the temperature range. The calculation unit 6 refers to the correspondence table and corrects the derived electrical impedance by adding or subtracting or multiplying the correction value based on the measured temperature. In creating the correspondence table, data may be acquired using an actual machine or a test apparatus, data may be acquired by analyzing past results of the actual machine or the test apparatus, or by simulation. Data may be acquired.
ところで、被計測物Ａの計測断面Ｂにおける導電率が一様である場合には、電流負荷電極２ａにより供給された電流は、図２（ａ）に示したように、計測断面Ｂ内において電流は一様に流れることとなる。一方、被計測物Ａの計測断面Ｂにおける壁面付近の導電率が高い場合には、電流負荷電極２ａにより供給された電流は、図２（ｂ）に示したように、計測断面Ｂ内において電流は壁面付近に沿って流れやすくなる。例えば、図１（ａ）に示したような円筒形状の被計測物Ａにおいて内壁面付近に異物が付着したり、図１（ｂ）に示したような略円錐形状の被計測物Ａにおいて内壁面に沈殿物や沈降物等の異物が堆積したりする。この異物が導電性を有する場合、電流負荷電極２ａにより供給された電流は、図２（ｂ）に示したように、計測断面Ｂにおける被計測物Ａの壁面付近に沿って流れてやすくなる。したがって、電気インピーダンスを計測することによって、計測断面Ｂにおける異物の堆積量を把握することができる。 By the way, when the conductivity in the measurement section B of the object A is uniform, the current supplied by the current load electrode 2a is a current in the measurement section B as shown in FIG. Will flow uniformly. On the other hand, when the conductivity in the vicinity of the wall surface in the measurement section B of the measurement object A is high, the current supplied by the current load electrode 2a is a current in the measurement section B as shown in FIG. Tends to flow along the vicinity of the wall. For example, a foreign object adheres to the vicinity of the inner wall surface of the cylindrical object A as shown in FIG. 1A, or an inner part of the object A having a substantially conical shape as shown in FIG. Foreign matter such as sediment and sediment accumulates on the wall surface. When the foreign matter has conductivity, the current supplied by the current load electrode 2a tends to flow along the vicinity of the wall surface of the measurement object A in the measurement section B, as shown in FIG. Therefore, by measuring the electrical impedance, it is possible to grasp the amount of accumulated foreign matter on the measurement cross section B.
ここで、上述したトモグラフィ装置１を使用した本発明の第一実施形態に係るトモグラフィ計測方法について、図３に示したフローチャートを参照しつつ説明する。 Here, the tomography measurement method according to the first embodiment of the present invention using the tomography apparatus 1 described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
本発明の第一実施形態に係るトモグラフィ計測方法は、電気インピーダンス・トモグラフィ法を用いて、被計測物Ａにおける計測断面Ｂの電気インピーダンスの分布を計測するトモグラフィ計測方法であって、計測断面Ｂの外周に複数の電極２及び複数の温度センサ３を配置する準備工程（ＳＰ１０１）と、温度センサ３の計測温度による電気インピーダンスの変化を求めて計測温度と電気インピーダンスとを対応付けた対応テーブルＴ１を作成する対応テーブル作成工程（ＳＰ１０２）と、電極２の個数に応じて計測断面Ｂを複数の計測領域Ｕに分割するメッシュ作成工程（ＳＰ１０３）と、複数の電極２から選択される隣接した一対の電流負荷電極２ａに電流を供給して、複数の電極２から選択される他の隣接する一対の計測対象電極２ｂの電位差を計測する電位差計測工程（ＳＰ１０６）と、電位差計測工程と同時に計測対象電極２ｂに対応する温度センサ３の温度を計測する温度計測工程（ＳＰ１０６）と、電位差計測工程及び温度計測工程（ＳＰ１０６）を繰り返して、電流負荷電極２ａ及び計測対象電極２ｂの全ての組合せについて電位差の計測データを取得し、かかる計測データに基づいて電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行い、被計測物Ａの電気インピーダンスを算出する電気インピーダンス算出工程（ＳＰ１０７）と、電気インピーダンス算出工程により算出された電気インピーダンスを計測温度から対応テーブルＴ１を参照して補正する電気インピーダンス補正工程（ＳＰ１０８）と、電気インピーダンス補正工程により補正された電気インピーダンスを用いて分布画像を構成する電気インピーダンス分布導出工程（ＳＰ１０９）と、を有する。 The tomography measurement method according to the first embodiment of the present invention is a tomography measurement method for measuring the distribution of the electrical impedance of the measurement cross section B in the measurement object A using the electrical impedance tomography method. A preparation step (SP101) in which a plurality of electrodes 2 and a plurality of temperature sensors 3 are arranged on the outer periphery of the cross section B, and a correspondence in which the measurement temperature and the electrical impedance are associated with each other by obtaining a change in the electrical impedance due to the measurement temperature of the temperature sensor 3 Corresponding table creation step (SP102) for creating table T1, mesh creation step (SP103) for dividing measurement section B into a plurality of measurement regions U according to the number of electrodes 2, and an adjacent selected from a plurality of electrodes 2 A current is supplied to the pair of current load electrodes 2a, and another pair of adjacent measurement target electrodes 2 selected from the plurality of electrodes 2 is provided. A potential difference measuring step (SP106) for measuring the potential difference of the two, a temperature measuring step (SP106) for measuring the temperature of the temperature sensor 3 corresponding to the measurement target electrode 2b simultaneously with the potential difference measuring step, a potential difference measuring step and a temperature measuring step (SP106). ) To obtain potential difference measurement data for all the combinations of the current load electrode 2a and the measurement target electrode 2b, perform an operation by the electrical impedance tomography method based on the measurement data, and An electrical impedance calculation step (SP107) for calculating impedance, an electrical impedance correction step (SP108) for correcting the electrical impedance calculated by the electrical impedance calculation step from the measured temperature with reference to the correspondence table T1, and an electrical impedance correction step Corrected electrical input Having an electrical impedance distribution deriving step (SP109) constituting the distributed image using-impedance.
前記準備工程（ＳＰ１０１）は、本発明の第一実施形態に係るトモグラフィ計測方法を実施するに際し、電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行うための電位差のデータを取得する電極２と、電気インピーダンスを補正するための計測温度を取得する温度センサ３と、を被計測物Ａに配置する工程である。 In the preparation step (SP101), when performing the tomography measurement method according to the first embodiment of the present invention, the electrode 2 for acquiring potential difference data for performing calculation by the electrical impedance tomography method, and the electrical impedance The temperature sensor 3 for obtaining the measured temperature for correcting the temperature is arranged on the measurement object A.
前記対応テーブル作成工程（ＳＰ１０２）は、温度と電気インピーダンスとの相関関係を予め計測しておく工程である。計測対象電極２ｂの計測温度による電気インピーダンスの変化を予め求めておけば、計測温度と電気インピーダンスとを対応付けた対応テーブルＴ１を作成することができ、計測対象電極２ｂの電位差計測時における温度を計測することにより、容易に電気インピーダンスを補正することができ、計測断面Ｂが非等温場を有する場合であっても、正確な電気インピーダンスを算出することができる。 The correspondence table creation step (SP102) is a step of measuring the correlation between temperature and electrical impedance in advance. If the change of the electrical impedance due to the measurement temperature of the measurement target electrode 2b is obtained in advance, the correspondence table T1 in which the measurement temperature and the electrical impedance are associated can be created, and the temperature at the time of measuring the potential difference of the measurement target electrode 2b can be calculated. By measuring, the electric impedance can be easily corrected, and the accurate electric impedance can be calculated even when the measurement section B has a non-isothermal field.
前記メッシュ作成工程（ＳＰ１０３）は、図１（ｃ）に示したように、電極２の個数に応じた解像度が得られるように、計測断面Ｂを複数の計測領域Ｕ１〜Ｕ２０に分割して計測用のメッシュを作成する工程である。なお、計測領域Ｕ１〜Ｕ２０に対応した対応テーブルＴ１を作成する場合には、対応テーブル作成工程（ＳＰ１０２）とメッシュ作成工程（ＳＰ１０３）との順序を入れ替えてもよい。 In the mesh creation step (SP103), as shown in FIG. 1C, the measurement cross section B is divided into a plurality of measurement regions U1 to U20 and measured so that the resolution corresponding to the number of electrodes 2 is obtained. This is a step of creating a mesh for use. When the correspondence table T1 corresponding to the measurement regions U1 to U20 is created, the order of the correspondence table creation step (SP102) and the mesh creation step (SP103) may be switched.
次に、全ての計測領域Ｕが低抵抗の場合における計測番号ｎでの電位差V(n)firと、全ての計測領域Ｕが高抵抗の場合における計測番号ｎでの電位差V(n)objを求め、有限要素法を用いて、ｅ番目の計測領域Ｕのみが高抵抗のときの計測番号ｎにおける電位差V(e,n)を求める（ＳＰ１０４）。 Next, the potential difference V (n) fir at the measurement number n when all the measurement regions U are low resistance and the potential difference V (n) obj at the measurement number n when all the measurement regions U are high resistance. Using the finite element method, the potential difference V (e, n) at the measurement number n when only the e-th measurement region U is high resistance is obtained (SP104).
次に、電位差V(n)firと電位差V(n)objと電位差V(e,n)とを以下の数式（数１）に代入して、感度行列S(e,n)を求める（ＳＰ１０５）。ただし、β(e)=D(e)/Dallであり、D(e)はｅ番目の計測領域Ｕの面積であり、Dallは全ての計測領域Ｕの面積の総和である。 Next, the potential difference V (n) fir, the potential difference V (n) obj, and the potential difference V (e, n) are substituted into the following equation (Equation 1) to obtain the sensitivity matrix S (e, n) (SP105 ). However, β (e) = D (e) / Dall, D (e) is the area of the e-th measurement region U, and Dall is the sum of the areas of all the measurement regions U.
前記電位差計測工程（ＳＰ１０６）は、電源４により電流負荷電極２ａに電流を供給して、計測対象電極２ｂの電位差を電圧計５により計測する工程である。電圧計５により計測された電位差をV(n)measuredとする。なお、上述したメッシュ作成工程（ＳＰ１０３）〜感度行列算出工程（ＳＰ１０５）までの工程は、従来技術におけるトモグラフィ計測方法と同じ処理を行う工程である。 The potential difference measuring step (SP106) is a step of supplying a current to the current load electrode 2a by the power source 4 and measuring the potential difference of the measurement target electrode 2b by the voltmeter 5. The potential difference measured by the voltmeter 5 is defined as V (n) measured. In addition, the process from the mesh creation process (SP103) to the sensitivity matrix calculation process (SP105) described above is a process of performing the same processing as the tomography measurement method in the prior art.
前記温度計測工程（ＳＰ１０６）は、電位差計測時における計測対象電極２ｂの温度を計測する工程である。電位差計測工程と温度計測工程は、同時に行う処理であるため、図３に示したフローチャートでは同じ工程（ＳＰ１０６）に含めている。 The temperature measurement step (SP106) is a step of measuring the temperature of the measurement target electrode 2b during potential difference measurement. Since the potential difference measurement step and the temperature measurement step are performed simultaneously, they are included in the same step (SP106) in the flowchart shown in FIG.
電気インピーダンス算出工程（ＳＰ１０７）は、電位差計測工程（ＳＰ１０６）により得られた計測データに基づいて電気インピーダンスを算出する工程である。まず、補正された電位差V(n)measuredを以下の数式（数２）に代入することによって無次元化する。この無次元電位差を使用することにより、抵抗の最大値が１、最小値が０となり、画像化する際に好都合となる。 The electrical impedance calculation step (SP107) is a step of calculating electrical impedance based on the measurement data obtained by the potential difference measurement step (SP106). First, it is made dimensionless by substituting the corrected potential difference V (n) measured into the following equation (Equation 2). By using this dimensionless potential difference, the maximum value of resistance becomes 1 and the minimum value becomes 0, which is convenient for imaging.
その後、感度行列S(e,n)と無次元電位差とを以下の数式（数３）に代入して、インピーダンス相当値P(e)を算出する。 Thereafter, the impedance matrix value P (e) is calculated by substituting the sensitivity matrix S (e, n) and the dimensionless potential difference into the following equation (Equation 3).
前記電気インピーダンス補正工程（ＳＰ１０８）は、算出された電気インピーダンスを電位差計測時における計測温度に基づいて補正する工程である。具体的には、対応テーブルＴ１を参照して計測温度に対応した補正値を、電気インピーダンス算出工程（ＳＰ１０７）により算出されたインピーダンス相当値P(e)に加減又は乗除することにより、電気インピーダンスを補正する。 The electrical impedance correction step (SP108) is a step of correcting the calculated electrical impedance based on the measured temperature during potential difference measurement. Specifically, the electrical impedance is calculated by adding or subtracting or multiplying the correction value corresponding to the measured temperature with reference to the correspondence table T1 to or from the impedance equivalent value P (e) calculated in the electrical impedance calculation step (SP107). to correct.
前記電気インピーダンス分布導出工程（ＳＰ１０９）は、補正された電気インピーダンスに基づいて電気インピーダンス分布画像を再構成する工程である。かかる工程では、計測断面Ｂにおける１回の計測結果により求められる複数のインピーダンス相当値P(e)に対して、最大値を１として、最小値を０として、電気インピーダンス分布画像を再構成する。 The electrical impedance distribution deriving step (SP109) is a step of reconstructing an electrical impedance distribution image based on the corrected electrical impedance. In this process, the electrical impedance distribution image is reconstructed with a maximum value of 1 and a minimum value of 0 for a plurality of impedance equivalent values P (e) obtained from a single measurement result in the measurement section B.
次に、所定時間又は所定回数、計測を実施したか否かを判別する（ＳＰ１１０）。かかる工程では、電気インピーダンス分布導出工程（ＳＰ１０９）を必要な回数だけ繰り返したか否かを時間又は回数を基準にして判別する工程である。必要な回数は、１回であってもよいし、複数回の平均値を算出するような場合には必要な回数を２回以上に設定してもよい。 Next, it is determined whether or not the measurement has been performed for a predetermined time or a predetermined number of times (SP110). This step is a step of determining whether or not the electrical impedance distribution deriving step (SP109) has been repeated a required number of times based on time or the number of times. The required number of times may be one, or in the case of calculating an average value for a plurality of times, the required number of times may be set to two or more.
そして、電気インピーダンス分布導出工程（ＳＰ１０９）の計測が所定の条件（時間又は回数）を満足していない場合には、電位差計測工程及び温度計測工程（ＳＰ１０６）に戻って電気インピーダンス分布導出工程（ＳＰ１０９）を繰り返し、所定の条件（時間又は回数）を満足した場合には処理を終了する。 If the measurement in the electrical impedance distribution deriving step (SP109) does not satisfy the predetermined condition (time or frequency), the process returns to the potential difference measuring step and the temperature measuring step (SP106) to return to the electrical impedance distribution deriving step (SP109). ) Is repeated, and when a predetermined condition (time or number of times) is satisfied, the process is terminated.
上述した第一実施形態に係るトモグラフィ計測方法によれば、電位差の計測と同時に電極２周辺の温度を計測することができ、その計測温度により電気インピーダンスを補正することができ、被計測物Ａにおける計測断面Ｂが非等温場を有する場合であっても、正確に電気インピーダンス分布を計測することができる。 According to the tomography measurement method according to the first embodiment described above, the temperature around the electrode 2 can be measured simultaneously with the measurement of the potential difference, and the electrical impedance can be corrected based on the measured temperature. Even when the measurement cross section B has a non-isothermal field, the electrical impedance distribution can be accurately measured.
特に、被計測物Ａの壁面に導電性物質である異物が堆積している場合には、計測断面Ｂにおける被計測物Ａの壁面付近に沿って電流が流れやすい。したがって、計測対象電極２ｂの近傍の温度を計測することにより、電流が流れる経路の温度を実質的に計測することができ、正確な電気インピーダンスを計測することができ、異物の堆積状況を正確に把握することができる。 In particular, when a foreign substance that is a conductive substance is deposited on the wall surface of the measurement object A, current easily flows along the vicinity of the wall surface of the measurement object A in the measurement section B. Accordingly, by measuring the temperature in the vicinity of the measurement target electrode 2b, the temperature of the path through which the current flows can be substantially measured, the accurate electrical impedance can be measured, and the accumulation state of the foreign matter can be accurately measured. I can grasp it.
続いて、本発明の他の実施形態に係るトモグラフィ計測方法について説明する。ここで、図４は本発明の第二実施形態に係るトモグラフィ計測方法を示すフローチャートであり、図５は本発明の第三実施形態に係るトモグラフィ計測方法を示すフローチャートであり、図６は本発明の第四実施形態に係るトモグラフィ計測方法を示すフローチャートである。なお、第一実施形態と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。 Subsequently, a tomography measurement method according to another embodiment of the present invention will be described. Here, FIG. 4 is a flowchart showing the tomography measurement method according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a flowchart showing the tomography measurement method according to the third embodiment of the present invention, and FIG. It is a flowchart which shows the tomography measuring method which concerns on 4th embodiment of this invention. In addition, about the same component as 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図４に示した第二実施形態に係るトモグラフィ計測方法は、被計測物Ａの外縁からの距離に基づいて計測温度を補正するようにしたものである。具体的には、第一実施形態における電気インピーダンス補正工程（ＳＰ１０８）の替わりに、被計測物Ａの外縁からの距離に基づいて計測温度を補正する計測温度補正工程（ＳＰ１１１）と、算出された電気インピーダンスを電位差計測時における補正した計測温度に基づいて補正する電気インピーダンス補正工程（ＳＰ１１２）と、を有する。 The tomography measurement method according to the second embodiment shown in FIG. 4 corrects the measured temperature based on the distance from the outer edge of the measurement object A. Specifically, instead of the electrical impedance correction step (SP108) in the first embodiment, the measurement temperature correction step (SP111) for correcting the measurement temperature based on the distance from the outer edge of the measurement object A was calculated. An electrical impedance correction step (SP112) for correcting the electrical impedance based on the corrected measured temperature at the time of measuring the potential difference.
上述したように、温度センサ３は、計測断面Ｂの外周に沿って配置されるため、計測断面Ｂの外周部の温度は正確に計測できるものの、計測断面Ｂの中央部における温度は正確に計測することができない。したがって、計測断面Ｂの外周部における計測領域Ｕ１〜Ｕ８に比較して、中央部における計測領域Ｕ１７〜Ｕ２０の計測温度の精度が低下する。そこで、例えば、対応テーブル作成工程（ＳＰ１０２）において、被計測物Ａの外縁からの距離に応じた補正係数又は補正テーブルを、実測、試験又はシミュレーションにより算出しておき、計測領域Ｕごとに計測温度を補正する。かかる被計測物Ａの外縁からの距離に応じた補正係数又は補正テーブルは記憶部７に記憶されており、演算部６が上述した補正処理を行う。 As described above, since the temperature sensor 3 is arranged along the outer periphery of the measurement section B, the temperature at the outer periphery of the measurement section B can be accurately measured, but the temperature at the center of the measurement section B is accurately measured. Can not do it. Therefore, compared with the measurement areas U1 to U8 in the outer peripheral portion of the measurement cross section B, the accuracy of the measurement temperature in the measurement areas U17 to U20 in the central portion is lowered. Therefore, for example, in the correspondence table creation step (SP102), a correction coefficient or a correction table corresponding to the distance from the outer edge of the measurement object A is calculated by actual measurement, test, or simulation, and the measured temperature is measured for each measurement region U. Correct. A correction coefficient or a correction table corresponding to the distance from the outer edge of the measurement object A is stored in the storage unit 7, and the calculation unit 6 performs the above-described correction processing.
図５に示した第三実施形態に係るトモグラフィ計測方法は、計測断面Ｂに含まれる導電性物質の濃度分布を導出できるようにしたものである。具体的には、電気インピーダンスの数値と被計測物Ａ内の導電性物質の濃度との関係を求めて電気インピーダンスの数値と導電性物質の濃度とを対応付けた濃度算出テーブルＴ２を作成する濃度算出テーブル作成工程（ＳＰ１１３）と、電気インピーダンスの数値から濃度算出テーブルＴ２を参照して導電性物質の濃度を算出して濃度分布を導出する濃度分布導出工程（ＳＰ１１４）と、を有する。 The tomography measurement method according to the third embodiment shown in FIG. 5 can derive the concentration distribution of the conductive substance contained in the measurement section B. Specifically, the concentration for obtaining the relationship between the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance in the object A to be measured and creating the concentration calculation table T2 in which the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance are associated with each other. A calculation table creating step (SP113) and a concentration distribution deriving step (SP114) for calculating the concentration of the conductive substance by referring to the concentration calculation table T2 from the numerical value of the electrical impedance and deriving the concentration distribution.
前記濃度算出テーブル作成工程（ＳＰ１１３）は、第一実施形態におけるテーブル作成工程（ＳＰ１０２）と実質的に同じタイミングで処理される。計測温度と電気インピーダンスとの対応テーブルＴ１と、電気インピーダンスの数値と導電性物質の濃度とを対応付けた濃度算出テーブルＴ２とは、同一のテーブルにより構成するようにしてもよい。濃度算出テーブルＴ２を作成することにより、電気インピーダンスに対応した導電性物質の濃度を計測することができ、被計測物Ａの壁面に堆積した導電性物質である異物の堆積状況を容易に把握することができる。 The density calculation table creation step (SP113) is processed at substantially the same timing as the table creation step (SP102) in the first embodiment. The correspondence table T1 between the measured temperature and the electrical impedance, and the concentration calculation table T2 in which the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance are associated may be configured by the same table. By creating the concentration calculation table T2, it is possible to measure the concentration of the conductive substance corresponding to the electrical impedance, and to easily grasp the accumulation state of the foreign substance that is the conductive substance deposited on the wall surface of the measurement object A. be able to.
また、上述したトモグラフィ装置１において、記憶部７は、電気インピーダンスの数値と被計測物Ａ内の導電性物質の濃度との関係を求めて電気インピーダンスの数値と導電性物質の濃度とを対応付けた濃度算出テーブルＴ２を格納し、演算部６は、電気インピーダンスの数値から、濃度算出テーブルＴ２を参照して導電性物質の濃度を算出する。また、演算部６は、インピーダンス分布画像に基づいて、導電性物質の濃度分布画像を作成、濃度分布を導出する。 In the tomography apparatus 1 described above, the storage unit 7 obtains the relationship between the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance in the object A to be measured, and associates the numerical value of the electrical impedance with the concentration of the conductive substance. The attached concentration calculation table T2 is stored, and the calculation unit 6 calculates the concentration of the conductive substance with reference to the concentration calculation table T2 from the numerical value of the electrical impedance. Further, the calculation unit 6 creates a concentration distribution image of the conductive substance based on the impedance distribution image and derives the concentration distribution.
図６に示した第四実施形態に係るトモグラフィ計測方法は、第三実施形態と同様に、計測断面Ｂに含まれる導電性物質の濃度分布を導出できるようにしたものである。かかる第四実施形態では、被計測物Ａの電気インピーダンスの分布に替えて、導電性物質の濃度分布を直接的に導出するようにしたものである。具体的には、電気インピーダンス分布導出工程（ＳＰ１０９）の替わりに、濃度分布導出工程（ＳＰ１１５）を有する。 The tomography measurement method according to the fourth embodiment shown in FIG. 6 is such that the concentration distribution of the conductive substance included in the measurement cross section B can be derived as in the third embodiment. In the fourth embodiment, the concentration distribution of the conductive substance is directly derived instead of the distribution of the electrical impedance of the object A to be measured. Specifically, a concentration distribution deriving step (SP115) is provided instead of the electrical impedance distribution deriving step (SP109).
記憶部７は、電気インピーダンスの数値と導電性物質の濃度とを対応付けた濃度算出テーブルＴ２を有するため、演算部６は、補正された電気インピーダンスに基づいて電気インピーダンス分布画像を再構成する替わりに、濃度分布画像を再構成することができる。したがって、導電性物質の濃度を知りたい場合には、電気インピーダンス分布画像の導出を省略して、直接的に濃度分布画像を導出するようにしてもよい。 Since the storage unit 7 includes the concentration calculation table T2 in which the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance are associated with each other, the calculation unit 6 is an alternative to reconstructing the electrical impedance distribution image based on the corrected electrical impedance. In addition, the density distribution image can be reconstructed. Therefore, when it is desired to know the concentration of the conductive substance, the derivation of the electrical impedance distribution image may be omitted and the concentration distribution image may be derived directly.
最後に、上述した実施形態のトモグラフィ装置１をガラス溶融炉１０に適用した場合について、図７を参照しつつ説明する。ここで、図７は、本発明の実施形態に係るトモグラフィ装置の適用例を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は図７（ａ）におけるＸ部の拡大図、である。 Finally, the case where the tomography apparatus 1 of the above-described embodiment is applied to the glass melting furnace 10 will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a figure which shows the example of application of the tomography apparatus based on embodiment of this invention, (a) is a whole block diagram, (b) is an enlarged view of the X section in FIG. 7 (a), It is.
従来、原子力発電所から排出された放射性廃棄物をガラス固化するためにガラス溶融炉１０が使用されている。国内における一般的なガラス溶融炉１０は、図７（ａ）に示したように、上部から放射性廃棄物１１とガラス原料１２とを炉内に投入し、主電極１３、底部電極１４及び間接加熱装置１５を使用して加熱し、下部の流下ノズル１６から放射性廃棄物を含んだ溶融ガラスを流下し、炉下に設置されたキャニスタ１７の中で固化するように構成されている。なお、ガラス溶融炉１０の外壁は耐火レンガ等の断熱材１８により構成されている。かかるガラス溶融炉１０の炉底部側は、円錐面又は角錐面を有し、高さ方向に断面積が変化する形状を有している。 Conventionally, a glass melting furnace 10 is used to vitrify radioactive waste discharged from a nuclear power plant. In a general glass melting furnace 10 in Japan, as shown in FIG. 7A, radioactive waste 11 and glass raw material 12 are introduced into the furnace from the top, and the main electrode 13, the bottom electrode 14 and indirect heating are introduced. It heats using the apparatus 15, the molten glass containing a radioactive waste is flowed down from the lower flow nozzle 16, and it is comprised so that it may solidify in the canister 17 installed under the furnace. In addition, the outer wall of the glass melting furnace 10 is comprised with the heat insulating materials 18, such as a refractory brick. The furnace bottom side of the glass melting furnace 10 has a conical surface or a pyramid surface, and has a shape whose cross-sectional area changes in the height direction.
そして、本実施形態のトモグラフィ装置１は、放射性廃棄物に含まれる白金族類の炉内の堆積状況を把握するために使用される。具体的には、ガラス溶融炉１０の炉底部側が被計測物Ａであり、白金族類の堆積状況を把握したい箇所に複数の電極２及び複数の温度センサ３を配置することにより計測断面Ｂを形成する。図示しないが、電源４、電圧計５、演算部６及び記憶部７は、炉外に配置される。また、ここでは、計測断面Ｂを一箇所に配置しているが、高さ方向に複数の計測断面Ｂを形成するようにしてもよい。 And the tomography apparatus 1 of this embodiment is used in order to grasp | ascertain the deposition condition in the furnace of the platinum group contained in a radioactive waste. Specifically, the furnace bottom side of the glass melting furnace 10 is the measurement object A, and the measurement cross section B is formed by arranging a plurality of electrodes 2 and a plurality of temperature sensors 3 at a location where it is desired to grasp the deposition state of the platinum group. Form. Although not shown, the power source 4, the voltmeter 5, the calculation unit 6, and the storage unit 7 are arranged outside the furnace. Here, the measurement cross section B is arranged at one place, but a plurality of measurement cross sections B may be formed in the height direction.
白金族類は、溶融ガラスと比較して導電性が高く、かつ、白金族類は壁面に堆積しやすいため、上述した本実施形態に係るトモグラフィ計測方法を使用することに適しており、計測断面Ｂにおける電気インピーダンスを計測することにより、白金族類の濃度分布を把握することができ、白金族類の炉内の堆積状況を把握することができる。また、本実施形態に係るトモグラフィ装置１及びトモグラフィ計測方法を使用することにより、ガラス溶融炉１０の運転を停止することなく、リアルタイムに白金族類の堆積状況を把握することができ、ガラス溶融炉１０の洗浄やメンテナンスのタイミングを容易に把握することができる。 Since the platinum group has higher conductivity than the molten glass, and the platinum group easily deposits on the wall surface, the platinum group is suitable for using the tomography measurement method according to the above-described embodiment, By measuring the electrical impedance in the cross section B, the concentration distribution of the platinum group can be grasped, and the deposition state of the platinum group in the furnace can be grasped. Moreover, by using the tomography apparatus 1 and the tomography measurement method according to the present embodiment, the deposition status of the platinum group can be grasped in real time without stopping the operation of the glass melting furnace 10. The timing of cleaning and maintenance of the melting furnace 10 can be easily grasped.
また、図７（ｂ）に示したように、温度センサ３は、絶縁体３１により被覆されており、電極２の内部に埋め込まれている。すなわち、電極２は、絶縁体３１を被覆する金属製のシース管により構成されている。かかる構成により、容易に電極２及び温度センサ３を略同じ位置に容易に配置することができる。温度センサ３による計測温度と電気インピーダンスとの相関関係は、ガラス溶融炉１０の運転シーケンスによって幾つかのパターンに大別することができる場合もあり得る。かかる場合には、対応テーブルにガラス溶融炉１０の運転シーケンスを関係付けておき、運転状況によって温度センサ３の計測温度に対応する電気インピーダンスの補正値又は補正係数を変更するようにしてもよい。 As shown in FIG. 7B, the temperature sensor 3 is covered with an insulator 31 and embedded in the electrode 2. That is, the electrode 2 is constituted by a metal sheath tube that covers the insulator 31. With this configuration, the electrode 2 and the temperature sensor 3 can be easily disposed at substantially the same position. The correlation between the temperature measured by the temperature sensor 3 and the electrical impedance may be roughly divided into several patterns depending on the operation sequence of the glass melting furnace 10. In such a case, the operation sequence of the glass melting furnace 10 may be related to the correspondence table, and the correction value or correction coefficient of the electrical impedance corresponding to the measured temperature of the temperature sensor 3 may be changed depending on the operation state.
上述した本実施形態に係るトモグラフィ装置１及びトモグラフィ計測方法は、かかるガラス溶融炉１０に適用される場合に限定されるものではなく、計測断面Ｂが非等温場を有する場合に電気インピーダンスを計測したい場合や被計測物Ａの壁面に堆積した導電性物質の状況を把握したい場合には、種々の溶融炉や焼却炉等に適用することができる。例えば、ガス及び砂が混合される流動床炉や、気液二相流を構成する蒸発管等の配管系においても適用することが可能である。 The tomography apparatus 1 and the tomography measurement method according to the present embodiment described above are not limited to the case where the tomography apparatus 10 is applied to the glass melting furnace 10, and the electrical impedance is obtained when the measurement section B has a non-isothermal field. When measurement is desired or when it is desired to grasp the state of the conductive material deposited on the wall surface of the measurement object A, the present invention can be applied to various melting furnaces and incinerators. For example, the present invention can be applied to a fluidized bed furnace in which gas and sand are mixed, and a piping system such as an evaporation pipe constituting a gas-liquid two-phase flow.
本発明は上述した実施形態に限定されず、電位差計測には電気抵抗式に替えてキャパシタ式を使用してもよい、第三実施形態及び第四実施形態に係るトモグラフィ計測方法に対して第二実施形態に係るトモグラフィ計測方法を適用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and a potential difference measurement may use a capacitor type instead of an electric resistance type. The tomography measurement method according to the third embodiment and the fourth embodiment is the first. It goes without saying that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention, such as applying the tomography measurement method according to the second embodiment.
１ トモグラフィ装置
２ 電極
２ａ 電流負荷電極
２ｂ 計測対象電極
３ 温度センサ
４ 電源
５ 電圧計
６ 演算部
７ 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tomography apparatus 2 Electrode 2a Current load electrode 2b Measurement object electrode 3 Temperature sensor 4 Power supply 5 Voltmeter 6 Calculation part 7 Storage part
Claims (9)
前記計測断面の外周に配置される複数の電極と、
前記複数の電極とともに配置される複数の温度センサと、
前記複数の電極から選択される隣接した一対の電流負荷電極に電流を供給する電源と、
前記複数の電極から選択される他の隣接する一対の計測対象電極の電位差を計測する電圧計と、
前記電流負荷電極に対して全ての前記計測対象電極の電位差を計測するとともに、前記複数の電極に対して全ての組合せの前記電流負荷電極を選択して前記計測対象電極の全ての電位差を計測することによって、前記電流負荷電極及び前記計測対象電極の全ての組合せについて電位差の計測データを取得し、該計測データに基づいて前記電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行い、前記被計測物の電気インピーダンスの分布を導出する演算部と、を有し、
前記演算部は、導出された前記電気インピーダンスを、前記複数の温度センサが計測した計測温度に基づいて補正する、
ことを特徴とするトモグラフィ装置。 A tomography apparatus that measures an electrical impedance distribution of a measurement cross section of an object to be measured using an electrical impedance tomography method,
A plurality of electrodes disposed on the outer periphery of the measurement cross section;
A plurality of temperature sensors arranged with the plurality of electrodes;
A power supply for supplying current to a pair of adjacent current load electrodes selected from the plurality of electrodes;
A voltmeter for measuring a potential difference between another pair of measurement target electrodes selected from the plurality of electrodes;
Measure potential differences of all the measurement target electrodes with respect to the current load electrode, and measure all potential differences of the measurement target electrodes by selecting all combinations of the current load electrodes with respect to the plurality of electrodes. Thus, potential difference measurement data is acquired for all combinations of the current load electrode and the measurement target electrode, and calculation is performed by the electrical impedance tomography method based on the measurement data, and the electrical impedance of the object to be measured An arithmetic unit for deriving a distribution of
The arithmetic unit corrects the derived electrical impedance based on measured temperatures measured by the plurality of temperature sensors.
A tomography apparatus characterized by that.
前記計測断面の外周に複数の電極及び複数の温度センサを配置する準備工程と、
前記温度センサの計測温度による前記電気インピーダンスの変化を求めて前記計測温度と前記電気インピーダンスとを対応付けた対応テーブルを作成する対応テーブル作成工程と、
前記電極の個数に応じて前記計測断面を複数の計測領域に分割するメッシュ作成工程と、
前記複数の電極から選択される隣接した一対の電流負荷電極に電流を供給して、前記複数の電極から選択される他の隣接する一対の計測対象電極の電位差を計測する電位差計測工程と、
該電位差計測工程と同時に前記計測対象電極に対応する前記温度センサの温度を計測する温度計測工程と、
前記電位差計測工程及び前記温度計測工程を繰り返して、前記電流負荷電極及び前記計測対象電極の全ての組合せについて電位差の計測データを取得し、該計測データに基づいて前記電気インピーダンス・トモグラフィ法による演算を行い、前記被計測物の電気インピーダンスを算出する電気インピーダンス算出工程と、
該電気インピーダンス算出工程により算出された前記電気インピーダンスを前記計測温度から前記対応テーブルを参照して補正する電気インピーダンス補正工程と、
該電気インピーダンス補正工程により補正された電気インピーダンスを用いて分布画像を構成する電気インピーダンス分布導出工程と、を有する、
ことを特徴とするトモグラフィ計測方法。 A tomography measurement method for measuring a distribution of electrical impedance of a measurement cross section of a measurement object using an electrical impedance tomography method,
A preparation step of arranging a plurality of electrodes and a plurality of temperature sensors on the outer periphery of the measurement cross section;
A correspondence table creating step of creating a correspondence table in which the measured temperature and the electrical impedance are associated with each other by obtaining a change in the electrical impedance due to the measured temperature of the temperature sensor;
A mesh creating step for dividing the measurement cross section into a plurality of measurement regions according to the number of the electrodes,
A potential difference measuring step of supplying a current to a pair of adjacent current load electrodes selected from the plurality of electrodes and measuring a potential difference between another pair of adjacent measurement target electrodes selected from the plurality of electrodes;
A temperature measurement step of measuring the temperature of the temperature sensor corresponding to the measurement target electrode simultaneously with the potential difference measurement step;
The potential difference measurement step and the temperature measurement step are repeated to obtain potential difference measurement data for all combinations of the current load electrode and the measurement target electrode, and calculation based on the measurement data is performed by the electrical impedance tomography method. Performing an electrical impedance calculation step of calculating the electrical impedance of the object to be measured;
An electrical impedance correction step of correcting the electrical impedance calculated by the electrical impedance calculation step with reference to the correspondence table from the measured temperature;
An electrical impedance distribution deriving step of constructing a distribution image using the electrical impedance corrected by the electrical impedance correction step,
A tomography measurement method characterized by this.
前記電気インピーダンスの数値から前記濃度算出テーブルを参照して前記導電性物質の濃度を算出して濃度分布を導出する濃度分布導出工程と、を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載のトモグラフィ計測方法。 Concentration calculation table creation for creating a concentration calculation table in which a relationship between the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance in the measurement object is obtained and the numerical value of the electrical impedance and the concentration of the conductive substance are associated with each other Process,
A concentration distribution deriving step of deriving a concentration distribution by calculating the concentration of the conductive substance with reference to the concentration calculation table from the numerical value of the electrical impedance,
The tomography measurement method according to claim 7.
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