JPS6370139A - 音圧レベル測定式流体漏えい検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体機器又は配管等から流体の漏えいをその
時に発する音響を検出することによって検知する音圧レ
ベル測定式流体漏えい検出装置に係るものであシ、特に
該装置の校正を便ならしめる改良に関する。

〔従来の技術〕

この種の流１体漏えい検出装置としては、特開昭５８−
１００７２８号公報には、圧力管型原子炉の入口配管集
合部に音響検出器を設置して原子炉冷却材の漏えいを検
知するものが開示されておシ、また特開昭５８−１００
７２９号公報には、このような装置における検出器の健
全性を確認する方法が開示されている。

また、原子炉格納容器内の入口配管保温箱中に複数の音
響検出用マイクロフォンを設装置して、その検出出力に
よって配管からの原子炉冷却材の漏えいを検知するもの
も従来知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記公報には検出器の校正については何も開示
されておらず、また原子炉格納容器内の入口配管保温箱
中に検出用マイクロフォンを設置した従来技術において
は、検出用マイクロフォンを校正するためには、放射線
管理区域にある入口配管保温箱内のマイクロフォンの先
に従事者が校正音源を１つ１つかぶせて校正を行ってお
シ、校正作業に時間がかかるだけでなく従事者の放射線
被曝の問題もあった。

また、検出用マイクロフォンの校正音圧レベル点数が１
点であったため校正音圧レベル近傍のみしか校正ができ
ず、漏えい検出装置の入出力特性のリニアリティをｈ　
Ｈすることができ々かった。

さらに、検出用マイクロフォンの周波数特性の経年変化
と、検出用マイクロフォンの取付場所のパックグランド
と冷却材漏えい音との周波数分布の違いに対し配慮され
ておらず、検出誤差の問題があった。

本発明の目的は、音圧レベル測定式流体漏えい検出装置
において、遠隔よシ検出用マイクロフォンの校正を可能
とするとともに、計測範囲内において所定リニアリティ
の確認を可能にすることにある。また、検出用マイクロ
フォンの周波数特性の経年変化及びノ々ツクグランドと
流体漏えい音との周波数分布の違いを補正し、検出誤差
をなくすことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明においては、検出用マ
イクロフォンに校正用音源としてスピーカを付加し、こ
の校正用スピーカに異る種々のレベルの校正信号を送信
できる校正用信号発生回路を遠隔に設ける。

また、検出用マイクロフォンの周波数特性の経年変化お
よび検出用マイクロフォンの取付場所のパックグランド
と流体漏えい音との周波数分布の違いによる検出誤差の
補正のだめには、上記スピーカに送信する校正用信号発
生回路からの信号の周波数を種々に変えて検出用マイク
ロフォンの周波数特性の校正を定期的に行うとともに、
計測範囲内の任意の周波数帯域毎にパックグランドと流
体漏えい音との周波数分布の差を補正することにより達
成される。

〔作用〕

遠隔に設置された信号発生口路は、校正しようとする検
出用マイクロフォンに対する校正用スピーカに校正信号
を送信する。それによって、検出用マイクロフォンに対
する該校正用スピーカは、上記校正信号に対応した音圧
を出力し、これを受信した検出用マイクロフォンの出力
を測定することにより、検出用マイクロフォンの校正が
可能になる。このような校正操作を順次に複数の検出用
マイクロフォンについて行えば、これらの校正に要する
時間は大巾に短縮される。

また信号発生回路から校正用スピーカに種々し。

ベルの異る校正信号を出力することによって、計測範囲
内にて検出装置の入出力ＩＪ　ニアリティの確認が可能
となシ、また該校正信号の周波数を釉々に変えることに
よシ、検出装置の周波数特性の校・正も可能となる。

さらにマイクロフォンの検出信号を各周波数帯域毎に分
別し各帯域毎にゲインを変えることによシ流体漏えい音
のＳ／Ｎ比は向上でき、漏えい音の減衰に対しても強く
なるので検出領域が広くなる。

〔実施例〕

圧力管型原子炉の入口管の破断による冷却材漏えい事故
の検出システムを例にとって説明する。

第６図において、給水系からの給水が蒸気ドラム１６内
の飽和水と混合され、強制的に冷却材再循環ポンプ１７
によシウォータドラム１８から入口管１９に押し込まれ
た冷却材（水）は、圧力管型原子炉２０の圧力管２７に
下側から入る。原子炉２０に入った冷却材は、圧力管２
７の中を上昇しながら、燃料よシ熱を受けて飽和水と蒸
気の二相流と８、上昇管１５を経て蒸気ドラム１６に入
る。この気水混合物は蒸気ドラム１６内の気水分離器に
よって蒸気と飽和水に分けられる。蒸気は蒸気ドラム１
６内のドライヤで湿分を除いてから主蒸気配管２１を経
てタービン系へ供給され、タービンを駆動する。

上記系統の入口管１９に破断が生じて冷却材が漏えいす
ると直接蒸気ドラム１６の水位が低し。

原子炉スクラムに至るので、配管破断を早期に検知する
ことは重要となる。配管の流量や圧力等のプロセス量の
変化を監視することによシ破断を検知する方法がおるが
、数百本よシなる入口配管１９の破断を夫々流量計や圧
力計で検知するととは、物理的にもまた経済的とも無理
である。そこで、配管破断時に発生する可聴音に着目し
、これをマイクロフォンを使って検出する方法が有利で
ちる。マイクロフォンで入口配管破断時に発生する可聴
音をキャッチして破断を検知するためには、マイクロフ
ォンの取付場所は、外乱が入シにくく低験音が確保でき
る入口配管１９の保温箱２内とするのが効果的である。

入口管保温箱２は、入口管１９が細管で数百本と多いた
め、この入口管表面からの放熱によりｉ子炉２０の熱効
率が低下するのを防ぐ役目をしている。

第７図は、配管破断による冷却材リーク量とそれに伴っ
て発生する音圧の関係を宗している。音圧は、通常プラ
ント停止時で６５　ｄＢ程度のバックグランドがおシ、
またプラント運転時には冷却材再循環ボン７’１７の影
響を受けて８５　ｄＢ程度のパ、フグランドがあシ、従
ってバックグランドには２０　ｄＢ程度の巾がある。破
断検出信号出力の目安となる養報設定値は、ノイズ等に
よシバツクグランドレベルが変動して誤信号が出ないよ
うに、余裕を見て例えば９５　ｄＢに設定する。実際の
配管破断による冷却材のリーク時に発生する音圧は、実
験によれば、、１５ｙｍφの１０ｋｇ／ｓのリーク量で
１３０ｄＢであシ、Ｓ／Ｎ比は十分である。

第８図に、マイクロフォンを使った原子炉入口管漏洩検
出システムの構成を示す。第８図において原子炉格納容
器１内の入口管保温箱２に取付けた複数個のマイクロフ
ォン３が入口管の破断による可聴音を検出すると、マイ
クロフォン３はそれを電気信号の音圧信号４として、原
子炉格納容器を貫通するケーブルペネトレーションを経
て冷却材漏えい計装盤５に導びく。冷却材漏えい計装盤
５に導ひかれた音圧信号４は、化号増巾器６にて増巾さ
れた後、比較器２２にて予め定めておいた警報設定値と
比較され、警報設定値よシ大きい場合、漏洩検出信号と
して安全保護系盤２３の保護回路２４へ出力される。安
全保護系盤２３の保護回路２４では系統分離された４点
の検出点から出力された漏洩検出信号によシ２ｏｕｔｏ
ｆ４等のロジ、りを組んで信頼性を窩めたものを原子炉
保護動作信号としている。

上記システムは、安全保護系として常に信頼性が要求さ
れるため定期的な点検・校正が必須となる。

従来の校正方法は、マイクロフォンの先に校正音源をか
ぶせ、該校正音源から発する基準音により信号増巾回路
のゲインを調節することによｐ信号増巾回路の出力値を
校正している。すなわち、従来のマイクロフォンの校正
方法は、第９凹の如く、原子炉格納容器１内に取付けら
れたマイクロフォン３の先に従事者が校正音源２５をか
ぶせ、マイクロフォン３にて検出した校正音源２５の音
圧信号４を信号増巾回路６を介して電圧計７に指示させ
、信号増巾回路６に付加した砥抗減衰器２６により信号
増巾回路６のゲインを調整することによシ行う。

しかし、上記従来の校正法だと従事者が校正音源を持っ
て放射線管理区域である原子炉格納容器内に入る必要が
あシ、数十本のマイクロフォンの校正作業中に従事者が
浴びる放射線量は相当な量となシ、校正時間も長時間と
なる欠点がある・この様な欠点は本発明によれば、以下
に述べるように除去することができる。

第１図は、本発明の一実施例である。第１図において、
冷却材漏えい検出装置は、原子炉格納容器１０入口管保
温箱２内に配置されたスピーカ８を付加したマイクロフ
ォン３と、信号増幅回路６および遠隔校正機能を有する
信号発生回路１０を含む冷却材漏えい計装盤５とよりｓ
成する・第１図において、冷却材漏えい計装盤５に設置
した信号発生回路１０より出力された校正信号９は、マ
イクロフォン３に付加したスピーカ８に送信され、これ
によシ基準音圧をマイクロフォン３に伝える。基準音圧
を受信したマイクロフォン３は、電気信号の音圧信号４
を冷却材漏えい計装盤５に設置した信号増巾回路６に送
信し、電圧計７に指示する。従事者は、電圧計７の指示
値が規定値と一致しているかを見て、規定値と違う場合
は、信号増巾回路６に付加した抵抗減衰器２６を上記違
いが無くなるようにＬ”３　肢することＫよって信号増
巾器６の出力値を校正する。

第２図は、信号発生回路１０の内部構成を示す。

信号発生回路１０は、複数の信号発生器１４．２台の切
替器１１，１３．信号増巾回路１２よシ構成される。信
号発生回路１０において、従事者は。

成る１つのマイクロフォン３を校正しようとするときは
、切替器１１によシ該マイクロフォン３に付加したス♂
−力８の回路と信号増巾回路１２をつなぎ、信号発生回
路器１４よシ切替器１３を介して校正信号９を出力して
該スピーカ８から基準音圧の校正音を出す。別のマイク
ロフォン３を校正する場合は、そのマイクロフォン３に
付加したスピーカ８の回路に校正信号９が出力できるよ
う切替器１１を操作すればよい。

複数の信号発生器１４から夫々異る音圧レベルに相当す
る校正信号を発生し、これを切替器１３で切替えてスピ
ーカ８に入力させそれに対応するマイクロフォン３の出
力レベル指示値を計測すれば、本漏えい検出装置のリニ
アリティ特性の確認をすることができる。また信号発生
器１４から警報設定値以上の音圧に相当する信号を与え
、それに対してマイクロフォンの出力をテストすること
によりて、本漏えい検出装置の健全性の確認ができるＯ 第３図は係号−発生回路１０の他の実施例を示すもので
、本信号発生回路は、第２図において校正音源を変化さ
せるのに複数の異る信号発生回路１４からの信号を切毛
器１３によシ切替えていたところを、信号増巾回路３２
によシ任耘の信号が発生できる１台の信号発生器１４を
用いたものである。なお本信号発生回路において必仮に
応じ信号発生器あるいはイム号胸ｉｔ回路を複数として
もよいことは言うまでもない。

以上の第１図〜第３図に示した構成によれば、冷却材漏
えい計装盤５を放射線管理区域外に設置したため、従来
のように従事者がマイクロフォンの先に校正音源をかぶ
せなくても、マイクロフォンの校正が可能になる。また
、１台の信号発生回路１０に９Ｊ替回路１１を付加する
ことＫよシ、数十本のマイクロフォンを連続的に校正で
き、従事者が校正完了後火のマイクロフォンに移る移動
時間及び校正作業のための足場作シの時間等のムダ時間
を省くことができ、校正時間を大巾に短縮できる。さら
に、複数の信号発生器を切替器にて使い分けることによ
シ、又は１台の信号発生器から異る信号を発生させるこ
とによシ、マイクロフォンの校正を計測範囲内において
行うことが可能となシ、漏洩検出装置の入出力特性のり
ニアリティを確認することができる。

さらに第４図に示すように、抵抗減衰器２６内に増幅器
２８、通過周波数帯域の異る複数のフィルタ２９、ゲイ
ン調整器３０、各ダイノル４引器３０からの信号を加算
する加算器３１を設けると共に、泥１図に示す校正音を
発生するスピーカ８に信号発生回路１０から異る周波数
の信号を与えてスピーカ８よシ特定の異る周波数の音を
発生するように構成すれは、マイクロフォンの周波数特
性の経時変化に関しても校正可能となる。この具体的校
正方法を第５図も用いて説明する。

第５図は、マイクロフォンの初期周波数特性と経時変化
後の周波数特性を示したもので、実線は初期特性、一点
鎖線は経時変化後の特性を示している。またｆｌ　−ｆ
ｓ　　−ｆｏ　　＊ｆｅ　　ｌｆ畠は周波数帯域の境界
値、ｆｌ　　、ｆｌ　　、ｆｓ　　、ｆｙは各周波数帯
域の中心周波数とする。ここで例えばｆ６からｆｍの周
波数帯域を例にとって説明する。中心周波数ｆマでの初
期特性での感度をｘｌ［ｄＢ：ｌ　。

経時変化後の感度をｘ１’（ｄＢ）とし、ｆ６からｆ。

の周波数帯域の感度変化をｆ、での感度変化で代表させ
るものとして、本帯域での感度変化ａ（ｄＢ）は下記の
式で表わすことができる。

ａ　＝１１’　　１１ よって、第４図に示すフィルタ２９およびゲイン調整器
３０の組のうち周波数帯域がｆ・からｆａに相当する組
のゲイン調整器のゲインをａ（ｄＢ）だけ小さくすれは
、周波数帯域ｆ６からｆ、の経時変化を補正することが
可能となる。以下同様にして他の周波数帯域での特性の
経時変化も、中心周波数の感度変化を基に各ゲイン調整
器のゲインを調整して補正することが可能となる。

さらに第４図に示すように周波数帯域毎にゲインを調整
できるようにすることは、以下に述べるように、音圧レ
ベル測定式冷却材漏えい検出装置の高精度化、高信頼化
を可能にし、さらには検出器台数の削減も可能にする。

すなわち本装置は、冷却材が漏えいする時に発生する音
の音圧と、プラントの通常運転時に発生する音（暗騒音
）の最大値の音圧に差があることを利用して冷却材の漏
えいを検出するものであるが、普通、冷却材の漏えい音
と暗騒音では周波数分布が異なることがわかっている。

そこで、漏えい音で音圧レベルが大きい周波数帯域にお
けるゲイン調整器のゲインを大きくし、一方暗騒音で音
圧レベルが大きい周波数帯域におけるゲインに整器のゲ
インを小さくすればＳ／Ｎ比を向上したことになシ誤動
作も防け、装置の高精度化、高信頼化が図れることにな
る。

さらに上記手法を押し進め、各周波数帯域毎に渥洩音と
暗騒音の音圧レベルを比較してＳ／Ｎ比がよくなるよう
にそのゲインを定めれば、よシ高精度化、高信頼化がで
きるとともに、漏えい音を選択的に検出できるので空間
減衰に対しても強くなシ、その結果、１台の検出器でよ
シ広範囲の漏えい検知が可能となシ、検出器台数を削減
できる。

〔発明の効果〕

１、検出用マイクロフォンの校正が遠隔よシ、且つプラ
ント運転中でも、可能となシ、また１台の信号発生回路
で複数の検出用マイクロフォンの校正が可能となるので
、校正時間が短靴され、さらに従事者の被曝を防止でき
る。

２、検出用マイクロフォンの校正音源たるスピーカに異
るレベルの校正用信号を信号発生回路よシ出力すること
によって、検出用マイクロフォンの入出力特性のりニア
リティの校正を計測範囲内において行うことができる。

３、検出用マイクロフォンの周波数製性の経時変化及び
パックグランドと冷却材漏えい音との周波数分布の違い
による検出誤差を補正できるので、淵えい検出装置の高
精度化・高信頼化の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシステム構成図、第２図お
よび第３図は夫々第１図における信号発生回路の内部構
成図、第４図は抵抗減衰器の内部回路図、第５図はマイ
クロフォンの周波敬特性図、第６図は、本発明の実施対
象の一例である圧力管型原子炉系の配管系統図、第７図
は配管破断による冷却材リーク量とその時の音圧の関係
図、第８図は第７図に適用された音圧レベル測定式り雇
えい検出システム構成図、刺７９崗はｆｌ８　因のシス
テムの従来の音圧レベル較正法説明図である。 符号の説明 １・・・原子炉格納容器　　２・・・入口管保温箱３・
・・マイクロフォン　　４・−音圧信号５・・・冷却材
漏えい計装盤　６・・・信号増巾回路７・・・電圧計　
　　　　　８・・・スピーカ９・・・校正信号　　　　
　１０・・・信号発生回路１１・・・切替器　　　　　
１２・・・信号増巾回路１３・・・切替器　　　　　１
４・・・信号発生器１５・・・上昇管　　　　　１６・
・・蒸気ドラム１７−・冷却材再循環ポンプ １８・・・ウォータドラム　　１９・・・入口管２０・
・・原子炉　　　　　２１・・・主蒸気配管２２・−比
較器　　　　　２３・・・安全保設系盤２４・・・保護
回路　　　　２５・・・校正音源２６・・・抵抗減衰器
　　　２７・・・圧力管２８・・・増巾器　　　　　２
９・・・フィルタ３０・・・ゲイン調整器　　３１・・
・加算器「　“］ 代理人　　本　多　小　平、−１、−；、−−」 ２ジ：４因）冗減衰器 窮３図 第４図 ３：マイクロフォン　　　替　フィルタ２ｆ５：抵）九
ｇ哀器　　加°ケイン言周整器乙、増巾器　　　　３１
．加算器 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、配管または機器からの流体漏えい時に発生する音響
   をマイクロフォンで検出し、その検出した音圧レベルを
   測定して流体漏えいを検出する音圧レベル測定式流体漏
   えい検出装置において、検出用マイクロフォンの近傍に
   校正用音源としてスピーカを設置すると共に、該スピー
   カに異る種々のレベルの信号を与える校正用信号発生回
   路を備えたことを特徴とする音圧レベル測定式流体漏え
   い検出装置。 ２、校正用信号発生回路は、異るレベルの信号を夫々発
   生する複数個の校正用信号発生器と、該校正用信号発生
   器からの信号を選択的に切替えてスピーカに与える切替
   器とを有する特許請求の範囲第１項記載の音圧レベル測
   定式流体漏えい検出装置。 ３、校正用信号発生回路は、計測範囲内において任意可
   変レベルの信号を発生する校正用信号発生器を有する特
   許請求の範囲第１項記載の音圧レベル測定式流体漏えい
   検出装置。 ４、校正用信号発生回路は種々の異るレベルおよび周波
   数の信号を発生する校正用信号発生器を有する特許請求
   の範囲第１項記載の音圧レベル測定式流体漏えい検出装
   置。 ５、検出用マイクロフォンからの出力信号を特定の幾つ
   かの周波数帯域別に分別する複数個のフィルタと該各フ
   ィルタより出力された信号を夫夫任意レベルに調整する
   複数個のゲイン調整器と、該各ゲイン調整器を経た信号
   を加算する加算器とを備えた特許請求の範囲第４項記載
   の音圧レベル測定式流体漏えい検出装置。