JPH0197830A - 時間ドメインの反射測定及びサンプリング技術を用いた漏れ検出・位置決め装置 - 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、一般に１時間ドメインの反射測定システムに
係り、より詳細には、サンプリング技術を用いて漏れを
検出する時間ドメインの反射測定システムに係る。

従来の技術 反射測定技術を用いた種々の漏れ検出システムが知られ
ている。１つのこのようなシステムにおいては、監視さ
れているパイプの付近に配置された伝送線に沿ってパル
スが送られる。パルスの反射が監視され、反射波形の上
下にスレッシュホールド値が確立される。パイプに漏れ
や亀裂が生じたりケーブルに切断が生じたりしたときに
は、伝送線の特性インピーダンスが変化するために、反
射波形に変化が生じる。インピーダンスの変化が充分に
大きくて波形が上限又は下限スレッシュホールドのいず
れかに交差する場合には、漏れ又は切断が指示される。

不整合の位置を決めるために漏れを検出したり又は伝送
線を分析したりする他のシステムも知られている。この
ようなシステムの典型的な例が米国特許用３，６００，
６７４号、第３，９８１゜１８１号、第４，０９５，１
７４号、第４，４９１．７８２号、第４，５３８，１０
３号及び第４゜６３０．２２８号に開示されている。こ
れらの特許は１種々のアナログ及びデジタル技術を用い
てケーブルの漏れ即ちインピーダンス変化を検出する種
々の方法を開示している。これらのシステムには、アナ
ログの反射波形を所定のスレッシュホールドと比較する
アナログシステムと、レーダ技術を用いた。システムと
、順次に走査される複数のケーブルにおける分布容量の
変化を検出するシステムと、波形をデジタル化しそして
このデジタル化された波形を所定のスレッシュホールド
と比較するシステムと１反射された波形をフーリエ分析
するシステムとが含まれる。

発明が解決しようとする課題 これらのシステムは、漏れや伝送線の切断を検出する手
段を一応果たすが、アナログシステムはドリフトを受け
易い。更に、固定のスレッシュホールドを用いてアラー
ムを発生するシステムは。

当然のことながら、ケーブルの特性インピーダンスがそ
の長さにわたって非均−であることを受け入れるために
感度と能力とをうまく兼ね合せなければならない。又、
公知システムの多くは、当該系統の１つの漏れしか検出
することができず、即ち、最も至近にある漏れは検出で
きるが、その至近の漏れを「すかして見て」その更に下
流に漏れが存在するかどうかを判断することはできない
。

更に、公知システムの多くは、所望の機能を得るために
複雑で且つ高価な高速度の回路や周波数の高い回路を使
用する必要がある。

そこで、本発明の目的は、電気的な非均一性を検出する
ためのシステムで、公知システムの欠点の多くを解消す
るようなシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、公知システムの欠点の多くを解消
するような漏れ検出器及び位置決め装置を提供すること
である。

本発明の更に別の目的は、時間ドメインの反射測定技術
及びデジタルサンプリング技術を用いて漏れ又は電気的
な不連続部を検出するシステムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、パイプ系統に存在する色々な
条件に適用することのできるパイプ系統のための漏れ検
出システムを提供することである。

本発明の更に別の目的は、２つ以上の漏れを同時に検出
し且つその位置を決めることのできるパイプ系統のため
の漏れ検出器を提供することである。

本発明の更に別の目的は、高速度の回路を必要とせずに
漏れ又は電気的な不連続部の位置を高い精度で検出する
システムを提供することである。

課題を解決するための手段 本発明の好ましい実施例によれば、システムが漏れ検出
器として使用されるときには、ケーブル、好ましくは、
水又は他の流体を吸収もしくはその他受け入れることの
できる絶縁材を有する同軸ケーブルが、監視される領域
、例えば、監視されるパイプ系統のパイプの付近に配置
される。ケーブルの絶縁材は、漏れがあった場合゛に監
視される流体がケーブルの導体間のスペースに入り込ん
でケーブルの特性インピーダンスを変えられるような特
性を有している。従って、多孔性の絶縁材又は空気を含
む絶縁材、即ち、監視される流体が入り込めるような空
所を含む絶縁材が使用される。

パルス発生機を使用してケーブルに沿ってパルスが送ら
れ、パルスの反射波形が分析される。パイプ系統内から
の漏れ又はパイプ系統外部の漏れはケーブルの絶縁材に
入り込み、ケーブルのその部分にインピーダンスの変化
を生じさせ、これにより１反射パルスの波形に変化を生
じさせる。波形の形状の変化の位置に注目することによ
り、漏れの位置及び他の特性を決定することができる。

本発明の重要な特徴によれば、波形はサンプリング技術
を用いて分析される。先ず第１に、ケーブルの下流に向
かってパルスを送出し、ケーブル上の特定の位置、例え
ば、近い位置に対応する反射波形の一部分をサンプリン
グし、デジタル化しそして記憶することによって基準波
形が発生される。次いで、ケーブルの下流に向かって第
２のパルスが送出され、反射波形の別の部分がサンプリ
ングされ、デジタル化されそして記憶される。

例えば、この後者の波形部分は、ケーブル上の別の位置
、例えばケーブル上の更に離れた点に対応する。ケーブ
ルの全長に沿った特性インピーダンスの表示が得られる
までこのプロセスが繰り返される。この表示は、次いで
、その後に得られる波形と比較する際の標準として使用
され、波形のいずれかの部分がこの標準波形と所定量以
上ずれる場合には、アラームが発生される。アラームが
確認されると、必要に応じて新たな波形が標準として使
用され、更に別の漏れを検出することができる。

実施例 本発明のこれら及び他の目的、並びに効果は、添付図面
を参照した以下の詳細な説明より容易に理解されよう。

添付図面の特に第１図には、本発明の漏れ検出器で保護
するのに適したパイプ系統の一部分が示されている。第
１図に示されたパイプ系統の部分は外側のパイプ１０を
備え、このパイプ１０は一対の内側のパイプ１２及び１
４を取り巻いている。典型的に、このような構成では、
パイプ１２及び１４は、水や蒸気から種々の有毒化学薬
品までの種々の形式の流体を搬送する。外側のパイプ１
０は、パイプ１２及び１４のための保護シール゛ドとし
て働いて、パイプ１２及び１４を環境条件から保護する
と共に、パイプ１２及び１４が損傷を受けた場合に生じ
る漏れを捕える。

パイプ１０．１２及び１４のいずれかに損傷が生じたか
どうかを判断するために、パイプ１０内に感知ケーブル
１６が配置される。従って、ケーブル１６は、パイプ１
２及び１４からの漏れを感知できると共に、外側のパイ
プ１０に損傷が生じた場合には外部環境からの漏れを感
知することができる。

第１図に示された実施例では、ケーブル１６は、中心導
体１８及び外側の編組シールド２０を備えている。シー
ルド２０を形成するワイヤ間に流体が流れて絶縁材２２
に浸み込むことができるようにするために編組シールド
２０上には保護カバーが配置されていないが、もし所望
ならば、編組シールド２０の上に流体浸透カバー゛を配
置してもよい。絶縁材は多孔性であって、パイプ系統か
ら漏れた流体が流れ込むことのできる複数の空所を有し
ているのが好ましい。絶縁材２２は、漏れた流体を受け
入れることのできる空所を有した適当な材料、例えば、
ガラスファイバや種々のプラスチックで形成され、絶縁
材２２が水分を含んだときにライン１６の特性インピー
ダンスを検出可能に変化させるように選択される。又、
絶縁材２２は、漏れが修復された短時間の後にライン１
６の特性インピーダンスが通常の状態に復帰するように
良好な乾燥特性も有するのが好ましい。

第３図は、例えば、スチームパイプである内側のパイプ
２６を取り巻く外側の保護パイプ２４を用いたパイプ系
統の別の実施例を示している。

例えば、ウレタンフオーム絶縁材である絶縁層２８が外
側パイプ２４と内側パイプ２６との間のスペースに充填
されている。

第３図に示されたようなパイプ系統においては、同軸ケ
ーブルを用いるのではなく、導体３０及び３２のような
１本以上の導体を使用するのが好ましい。これらの導体
は、内側パイプ２６と離間関係で絶縁層３０に埋め込ま
れる。導体３０及び３２の各々は、パイプ２６が導電性
である場合、パイプ２６と共に伝送線を形成することが
できる。

絶縁材料２８は、パイプ２６と導体３０及び３２との間
の誘電体として働き、漏れが生じた場合には、絶縁材２
８によって吸収された流体がこのように形成された伝送
線の特性インピーダンスを変化させ、漏れの指示を与え
る。ここに示す構成では、２本の直径方向に対向した導
体３０及び３２が使用され、導体の一方が一般的にパイ
プ２６のレベル又はそれより低くされることによりパイ
プ２６から流れる流体がその一方の導体に向かって下方
に流れるようにされる。従って、パイプ系統の向きは重
要でなくなる。或いは又、パイプ３６を非導電性の材料
で形成することが所望される場合には、導体３０及び３
２を、フオーム絶縁材２８と共に、漏れ検出伝送線を形
成するように使用することができる。

第４図を説明すれば、公知技術による漏れ検出器は、漏
れを検出する目的で伝送線４０のような伝送線を用いて
いる。この伝送線４０は、水分に曝されたときに特性イ
ンピーダンスが変化するような適当な伝送線の形態をと
ると共に、とりわけ、同軸ケーブル１６のような同軸ケ
ーブルや、導体３０及び３２のような個々の導体を含む
種々の形態をとることができる。パルス発生器４２のよ
うなパルス発生器が、アイソレーション回路４４のよう
な適当なアイソレーション回路によって検出ケーブル４
０に接続される。アイソレーション回路４４は受動的な
回路であってもよいし能動的なスイッチング回路であっ
てもよいが、パルスが存在するときにパルス発生器４２
からのパルスをケーブル４０に向けると共にケーブル４
０からの反射波を分析装置、例えば、第４図に示すよう
なオシロスコープ４６に向けるようなものとする。

パルスがライン４０に沿って伝播するときには、ケーブ
ルにかシる電圧がケーブルの特性インピーダンスに比例
する。パルスがケーブルに加えられた直後には、反射波
を受け取るまでケーブルへの入力には信号が現われない
。ケーブルの特性インピーダンスが均一であってパルス
発生器のインピーダンスに整合する場合には、パルスが
ケーブルの全長に沿って伝播して通常は開路となってい
るケーブルの端によって反射されるまで反射波は受け取
られない、然し乍ら、ケーブルは一般にパルス発生器４
２のインピーダンスに完全に整合する一定の特性インピ
ーダンスを有していないので、パルスがインピーダンス
の不規則部に当たったときに反射が生じる。ケーブルの
入力を横切る反射波形は、第５図に示された波形と同様
である。

第５図は、オスロスコープ４６に表示される形式の波形
を示している。オスロスコープ４６に表示される波形は
パルス発生後にケーブル４０の入力に現われる電圧を表
わす電圧波形であるが、表示装置の縦軸は、第５図に示
すように波形をラインの特性インピーダンスに関係付け
るためにインピーダンス単位で目盛られている。横軸は
時間で目盛られてもよいが、第５図に示すようにケーブ
ルの長さ即ち距離で目盛られるのが便利である。

第５図を参照すれば、波形は、本質的に水平の部分５０
と、上方（又は下方）に延びる部分５２とを有している
０本質的に水平な部分５０は、ケーブル４０内での反射
によって生じたものであり、ケーブルの長さに沿った特
性インピーダンスの関数である。従って、反射波形の振
幅は、ケーブルの特性インピーダンスが変化するときに
変化する。波形５２の上方に延びる部分は、ケーブル４
０の開路端から反射されるパルスによって生じる。もし
所望ならば、ケーブル４０の遠方端を短絡して下方に延
びる端部反射を生じさせるか又はその他の状態で終わら
せることができる。

公知のシステムにおいては、波形の水平部分５０が一対
のスレッシュホールド５４及び５６によって境界定めさ
れる。これらのスレッシュホールド５４及び５６は、ケ
ーブルの特性インピーダンスの変動によって生じる波形
の水平部分５０の振幅の変化を受け入れるに充分な量だ
け波形の水平部分から分離される。従って、漏れの存在
しない通常の状態においては、波形の水平部分５０が第
５図に示すようにスレッシュホールド５４及び５６によ
って境界定めされる。

系統に漏れが生じた場合には、漏れの流体がケーブルの
絶縁材に浸透して絶縁材の誘電率を変化させ、従って、
ケーブルの特性インピーダンスを変化させるときに、伝
送線４０の特性インピーダンスが変化する。はとんどの
場合に、この変化は、漏れ部の付近に生じる特性インピ
ーダンスの低下であり、波形の水平部分５０に垂下部５
８のような垂下を招く。この垂下部５８がスレッシュホ
ールド５６に交差するに充分な大きさのものである場合
には、漏れを指示するアラームが発せられ、垂下部５８
の位置から漏れのおおよその位置が確認される。同様に
、ケーブルに切断が生じた場合には、ケーブルの切断部
での反射によって新たな端部エコー６０が生じる。この
端部エコーがスレッシュホールド５４に交差するに充分
な大きさのものである場合にも、アラームが発せられる
。

不都合なことに、第５図に示すようなシステムでは、ケ
ーブルの特性インピーダンスの変動を受け入れるために
スレッシュホールド５４と５６を充分に離させねばなら
ない、従って、特性インピーダンスを僅かに変化させる
ような僅かな漏れであって、ケーブルの特性インピーダ
ンスの予想される変化の程度でしか波形を変化させない
ような僅かな漏れは検出されないことになる。更に、い
ったんアラーム状態が生じると、それ以上の漏れは検出
されない。

従って１本発明の重要な特徴によれば、基準波形、例え
ば、水平部分５０′及び垂直部分５２′より成る波形が
デジタル化されてメモリに記憶される。いったんこれを
行なってしまうと１例えば、波形の水平部分５０′の上
下に所定の距離だけ離れて配置された一対のスレッシュ
ホールドが定められる。このようなスレッシュホールド
が第６図にダッシュ線５４′及び５６′で示されている
。

距離の関数としてケーブルの特性インピーダンスに基づ
いてケーブルに沿って距離と共に変化するスレッシュホ
ールドを用いることにより、ケーブルの長さに沿った特
性インピーダンスの予想される全変化を受け入れる必要
がなくなる。従って、スレッシュホールドを波形の水平
部分５０′により接近して配置することができ、より感
度の高いシステムが形成される。これらのスレッシュホ
ールドは、水平部分５０″の上下に一定の距離だけ離れ
て配置してもよいし、ケーブルの減衰を補償するように
ケーブルの距離が離れるほど水平部分５０′に近づける
ようにしてもよい、又、以下で説明するように、減衰を
補償するためにケーブルのより離れた部分をサンプリン
グするときには、巾の広いパルスを使用してもよい。又
、漏れが生じた場合に、漏れ後の波形をデジタル化して
記憶し、漏れ後の波形を受け入れる新たなスレッシュホ
ールドを定めることができる。このような漏れ後のスレ
ッシュホールドは、新たな「正常」波形を定め、その後
の漏れ又は多量の漏れによって生じる漏れ後の波形から
のずれによって別のアラーム状態を開始させてもよい。

システムが漏れ検出を有効に行なうようにするため、約
５フイートの精度内で漏れの位置を決定できることが所
望される。従来のリアルタイムデジタル化技術を用いる
場合には、これにより、１５ないし２０ナノ秒ごとに１
つのサンプルという割合で反射波形をサンプリングする
ことが必要である。２０ナノ秒のサンプリング率が約５
フイートの精度を与える。このような高速度のサンプリ
ング率は得られるが、このような高い率でサンプリング
する場合には非常に高価な高速サンプリング・デジタル
化回路が必要とされる。従って。

本発明の別の重要な特徴によれば、リアルタイムでのサ
ンプリングを行なわずに、各パルスを発生した後に１つ
のサンプルのみを取り出すサンプリング技術を用いるこ
とにより、このような高価な高速回路の必要性が排除さ
れる。これは、第７図に示す回路によって行なわれる。

第７図の回路では、パルス発生器１４２が複数のパルス
を発生し、これらのパルスは、アイソレーション回路網
４４と同様のアイソレーション回路網１４４を経てライ
ン４０と同様の伝達ライン１４０に送られる。

可変窓のサンプリング装置１６０は、パルス発生器１４
２によって各パルスが発生された後に反射波の一部分を
サンプリングする。デジタイザ１６２は、可変窓サンプ
リング装置１６０からの各サンプルをデジタル化し、そ
してデジタル化したサンプルをプロセッサ・メモリ１６
４に供給する。

このプロセッサ・メモリ１６４は、デジタイザ１６２か
らのデジタル化されたサンプルから波形を再構成し、そ
してこの再構成された波形に対する適当なスレッシュホ
ールドを発生する。漏れが生じて波形がスレッシュホー
ルドを越えた場合には、プロセッサ・メモリ１６４がア
ラーム信号を発生し、漏れの発生とその位置を指示する
ような表示を与える。

波形の再構成の仕方が第８図に示されている。

第１のパルスの発生に続いて、波形の水平部分１５０が
狭い時間窓２００にわたってサンプリングされ、この時
間窓は、パルスの発生の直後にサンプリングされてデジ
タル化される例えば１０ナノ秒の巾を有している。次の
パルスの発生（約１ミリ秒後に生じる）に続いて、別の
サンプルが別のサンプリング窓２０２において取り出さ
れる。このサンプリング、９：２０２は、パルスの発生
後に、サンプリング窓２００の場合よりも成る時間Δｔ
、例えば１４ナノ秒だけ遅れて生じるように、サンプリ
ング窓２００に対して時間的に変位される。

次いで、その後のサンプリング窓２０４．２０６．２０
８及び２１０が定められる。サンプリング窓２０４．２
０６，２０８及び２１０の各々も、パルスの発生に対し
て実時間でΔｔだけずらされる。

従って、各パルスの後に、単一のサンプルが取り出され
てデジタル化される。各パルスに続くサンプルは、所定
量Δｔ、例えば１４ナノ秒だけ時間的に変位され、ライ
ン全体の波形がマツプされるまで各パルスの発生に続い
て１つのサンプルが取り出される。

数学的には、これは次の式によりリアルタイムで表わさ
れる。

ｔｎ÷１＝ｔｎ＋ｔｐ＋Δを 但し、ｔｎは第ｎ番目のパルスの発生時間であり、ｔｎ
÷１は（ｎ＋１）番目のサンプルの発生時間であり、ｔ
ｐは次々のパルス間の時間インターバルであり、そして
Δｔは増分オフセットである。従って、例えば、パルス
が１ミリ秒のインターバルで発生される場合には、第１
のサンプルが第１のパルスの発生に続いて成る時間Ｔの
後にに取り出される０次のサンプルは、１ミリ秒＋１４
ナノ秒後に取り出される。次のサンプルは、Ｔ＋２ミリ
秒及び２８ナノ秒に取り出され、等々となる。

もし所望ならば、パルスの発生に続いて２つ以上のサン
プルを取り出すこともできる０例えば、各パルスの後に
２つのサンプルを取り出すことができる。最初に１反射
波形のサンプルは、例えば、ケーブルの開始点及び中心
点に対応する波形の部分において取り出すことができる
０次のパルスの後に、サンプリング時間がシフトされ、
ラインの更に下流のケーブル部分に対応する波形の部分
にサンプルが増分的にシフトされる。各パルスの後の第
１サンプルによってケーブルの手前半分がマツピングさ
れそして各パルスに続く第２のサンプルによってケーブ
ルの遠い方の半分がマツピングされるまでプロセスを続
けることができる。′より一般的には、各パルスの発生
に続いてＭ個のサンプルが取り出される場合には、これ
らサンプルは、ラインの長さの１／Ｍ倍に等しい距離だ
け離間されたラインに沿ったサンプルに対応する。或い
は又、ラインは１例えばＰ個の区分にマツピングされて
もよい、この場合には、その間隔がラインの長さの１／
ＭＰ倍に等しい、これは、ラインの減衰を補償するため
にラインの近い方の区分を、そのより離れた区分とは異
なった技術でマツピングできるようにする０例えば、以
下に述べるように、ケーブルの近い方の区分をマツピン
グするのに巾の狭いパルスを使用することができ、そし
て遠い方の区分をマツピングするのに巾の広いパルスを
使用することができる１例えば、ケーブルが４つの区分
（Ｐ＝４）でマツピングされる場合には、ケーブルの減
衰を補償するた゛めに４つの異なったパルス巾を用いる
ことができる。

多数のサンプリングによりケーブルをマツピングするの
に必要な時間が短縮されると共に、前記したように、パ
ルス当たり２つ以上のサンプルを取り出すことができる
が、取り出すことのできるパルス当たりのサンプル数は
、各パルスの後に実時間サンプリングを用いてケーブル
全体をマツピングするシステムの説明で述べた理由によ
り使用する回路の速度によって制限される。然し乍ら、
ケーブルをその長さにわたってマツピングするのにＮ個
のサンプルを必要とする場合１Ｍ（又は。

区分でマツピングされるケーブルに対する積ＭＰ）がＮ
よりも実質的に小さい限り、何の問題も生じない。

パルス発生器１４２によって発生されるパルスの巾は一
定であって５例えば、１マイクロ秒の公称パルス巾であ
るが、この公称パルスは数ナノ秒から４マイクロ秒まで
の範囲でよい。一般に、パルスの巾は予想されるケーブ
ル減衰度に基づくものであり、比較的短いケーブルには
短いパルス巾が用いられそして長いケーブルの大きな減
衰を補償すると共にシステムが漏れを「すかし見る」こ
とができるようにするためには長いパルス巾が用いられ
る。従って、大きな減衰が予想される場合には、反射波
を検出できるに充分な出力を与えるために巾の広いパル
スが用いられる。

ケーブル上の近い位置での不規則部↓こよって生じる反
射は、ケーブルの更に下流に存在する不規則部からの反
射はどは進行しないので、近い位置の不規則部からの反
射は、ラインに沿って長い距離下流にある不規則部から
の反射のような大きな減衰を受けない。非均−な減衰は
１反射波の振幅に歪を生じさせる。このような歪は、こ
れまで、反射パルスを受け取る受信器の利得を時間の関
数として変化させて、近い位置の不規則部から反射され
た反射信号については利得を減少させそして更に離れた
位置にある不規則部から反射された信号については利得
を増加することにより、補償されている。然し乍ら、こ
のようなシステムにおいても、周囲ノイズが存在するた
めに、ケーブル上の遠方点からの大きく減衰された反射
を検出することは困難である。

従って１本発明の別の重要な特徴によれば、パルス発生
器１４２によって発生されるパルスの巾を変更して、近
い位置の不規則部から反射された反射波の部分に対応す
るサンプルを取り出すべきときには巾の狭いパルスをラ
インに送り、一方。

より離れた不規則部に対応する反射波の部分をサンプリ
ングすべきときにはパルスの巾を増加するようにする。

例えば、反射波形の最初の部分をデジタル化するときに
は、パルスの巾が約１４ナノ秒程度となる。このパルス
巾は、ケーブルの第１の区分、例えば、第１の２５０フ
イートからの反射をデジタル化するのに使用される。こ
の第１の２５０フイートの後に、パルスの巾を所定量例
えば１４ナノ秒だけ増加し、はゾ次の４８個のパルスに
対し２８ナノ秒のパルス巾を与えるようにする。該次の
４８個のパルスは、ケーブルのはゾ次の２５０フイート
に対応する。これらの４８個のパルスが発生された後に
、その次の４８個にパルスに対してパルス巾が再び増加
される。全ケーブルに対する波形をデジタル化してしま
うまでパルスの巾を徐々に広げつつこのプロセスを繰り
返す。

パルス巾を広げる量及びこのように広げる頻度は、ケー
ブルの公表された仕様に基づいて決定してもよいし、使
用するケーブルの特性及びケーブルが湿っているかどう
かに基づいて経験的に決定してもよい。

又、本発明によるシステムは、ケーブルがどれ程湿らさ
れたかの指示を与えることもできる。

このような判断を行なうことが困難なこともある。

というのは、漏れによって生じる反射波形の形状の変化
が非常に僅かなことがあると共に、単に波形を観察する
だけでは漏れの程度を判断することが困難だからである
。然し乍ら、ケーブルを通る信号の伝播速度は、ケーブ
ル内の絶縁材の誘電率に反比例する。その結果、信号パ
ルス及び反射信号は、湿ったケーブルの方が乾燥したケ
ーブルよりもゆっくりと進行する。従って、パルスがケ
ーブルの端へと伝播して戻ってくるに要する時間は、ケ
ーブルの湿り具合によって影響される。これにより、端
部エコーの位置、即ち波形の垂直部分５２′又は１５２
に変化が生じる。端部エコーは反射波崩の非常に顕著な
特徴を表わしているので、ケーブルを通る伝播時間を変
化させる端部エコーの横方向のずれを検出し、これを用
いて、ケーブルの湿り程度の指示を与えることができる
。

又、本発明によるシステムは、漏れの伝播方向、即ち、
漏れが監視ステーションに向かって進行しているか監視
ステーションから離れる方向に進行しているかを指示で
きるという利点を有している。この機能は、所定のイン
ターバルで反射波形をデジタル化しそして波形を比較し
て漏れの方向を判断することによって容易に達せられる
。

第９図を説明すれば、漏れの位置を決定するルーチンは
、反射波形のマツピング動作を開始して漏れ又は切断が
生じたかどうかを判断するスタ−トルーチンによって開
始される。このスタートルーチンでは、パルスをカウン
トするカウンタが１の値に初期化される。このパルスカ
ウントカウンタの現在のカウント値が、ラインに長さの
関数であるマスター値Ｎと比較される。例えば、パルス
かはゾ５フィートを約２０ナノ秒で進行しそして５フイ
ートの分解能が所望されると仮定すれば、長さが２，５
００フイートのケーブルの反射波形をマツピングするの
に約５００個のパルスが必要とされる。従って、上記の
例では、２，５００フィート長さのケーブルに対しＮが
５００にセットされるが、ケーブルの長さに応じてＮに
他の値を用いることもできる。従って、２．５００フイ
ートのケーブルを仮定すれば、第９図に示すＮのマスタ
ー値は５００となる。

第１のパルス（又はその後の第ｎ番目のパルス）は、ラ
インを経て下流に送られ、このラインを経て下流に送ら
れたパルスの数に対応する反射波形の現在値がメモリに
記憶されている対応するパルスのマスター値と比較され
る。この記憶されたマスター値は、例えば、ラインが乾
燥していると分かっているときに反射波形をマツピング
し、ラインに沿って下流にＮ個のパルスを送出し、そし
て各パルスに対応する反射波形の部分をデジタル化して
記憶することにより、予め得られている。

もし所望ならば、ラインを数回マツピングして。

数個のサンプルの平均値を記憶することができる。

又、余計な点は破棄することもできる。１つのマツピン
グルーチンが第１０図に示されており、これを参照して
以下に説明する。

ラインに沿って下流に送られた第１のパルスから生じる
サンプリングされた反射パルスの現在値がそれに対応す
るパルスに対して予め記憶されている値よりも小さい場
合には、漏れアルゴリズムが開始される。この漏れアル
ゴリズムは、現在値をそれに対応するサンプルの記憶さ
れた値と比較し、その特定のサンプルがそれに対応する
記憶されたサンプルから充分にずれているかどうか、例
えば、下限スレッシュホールドを越えるかどうかを判断
する。更に、漏れアルゴリズムは、所定数のサンプルの
平均値をそれに対応する記憶されたサンプルと比較し、
その平均値がそれに対応する記憶された値より所定量だ
け低いかどうか１例えば、スレッシュホールドより低い
かどうかを判断する。又、次々のサンプルをそれに対応
する記憶された値と比較して、所定数の次々のサンプル
がそれに対応する記憶された値より低い場合に漏れを指
示することもできる。

このずれの量も、記憶された値からずれるサンプルの所
定の数も、所定のレベルを越えない場合には、漏れが指
示されない。次いで、サンプルの数Ｎがシステムの全サ
ンプル数と比較され、ケーブル全体が評価されたかどう
かの判断がなされる。Ｎがシステムの長さより短い場合
には、Ｎの値が１だけ増加され、記憶された値と次の値
Ｎとの比較及び漏れ、切断についてのアルゴリズムが繰
り返される。漏れ又は切断のアルゴリズムによって漏れ
も切断も指示されない限りＮの値が増加され、やがて、
Ｎの値はシステムの長さに等しくなり、Ｎの値が１にリ
セットすると、次のマツピングサイクルが開始される。

サンプリングされた反射パルスの現在値がそれに対応す
るパルスに対する予め記憶され′た値以上である場合に
は、その現在のサンプルがその記憶されたマスターより
大きいかどうかの判断がなされる。もしそうでなければ
、サンプルの数Ｎが前記したようにサンプルの全数と比
較される。現在サンプルの値がマスターより大きい場合
には。

切断アルゴリズムが呼び出される。この切断アルゴリズ
ムは漏れアルゴリズムと同様であるが、サンプルの現在
値が記憶された値よりも所定量だけ（上限スレッシュホ
ールド）大きいかどうかについての比較がなされると共
に、切断があるかどうか判断するために記憶された値か
らずれるサンプル数のずれの程度が考慮される。充分な
ずれがないか又は充分な数のサンプルが所定量だけ対応
する記憶値からずれない場合には、切断が指示されない
、切断が指示されない場合には、前記した長さの比較が
行なわれる。

漏れ又は切断アルゴリズムによって漏れ又は切断が指示
された場合には、アラームが作動される。このアラーム
はこれが確認されるまで続く。

一般に、この確認は、システムを監視しているオペレー
タにより例えばキーボード入力を介して手動で行なわれ
る。確認を受け取ると、欠陥が切断であるか漏れである
かの判断がなされる。それが切断である場合には、切断
の位置を決めるデータが表示される。その欠陥が漏れで
ある場合には、現在の反射波形が記憶され、そのライン
が前記したように再びマツプされて、最新の波形と、発
生されているアラームを生じた波形との間に変化がある
かどうかの確認がなされる。その後の波形をマツピング
する際には、漏れの位置及び端部エコーが決定される。

漏れの新たな部分が元の漏れよりもパルス発生ステーシ
ョンにより接近している場合には、ケーブルのパルス供
給端に向かって漏れが移動している。新たな漏れの指示
がそれに近くない場合には、流体がケーブルのパルス発
生端から離れるように移動している。従って、システム
は、漏れの流れの方向を指示することができる。

又、波形の端部エコーの位置が元の端部エコーの位置と
比較され、湿っているケーブルのフィート数が決定され
る。これを行なう理由は、゛ケーブルを通る伝播速度が
ケーブル内の空気又は他の流体の誘電率に基づいており
、そして伝播速度が誘電率に反比例するからである。従
って、ケーブル内の流体の誘電率が分かりそして伝播時
間の増加が分かると、湿っているケーブルの長さを容易
に計算することができる。

第１０図のフローチャートは、ケーブルのどれほど下流
でサンプルを監視するかに基づいてパルスの巾をいかに
変更するかを示している。最初に、反射波形のマツピン
グを始める際に、ステップ（ＳＴＥＰ）と定められたパ
ルスが発生される。

例えば、クロック周波数が７０ｍＨｚのシステムの場合
には、５ＴＥＰが１４ナノ秒程度である。

発生される第１パルスのパルス巾は５ＴＥＰに等しく、
第１パルスが発生された後に、第９図について述べたＮ
が１にセットされる。変数Ｘは固定の基準数Ｙに等しく
セットされ、カウンタに入力される。この値Ｙは、ケー
ブルのパラメータによって決定され、パルスが増加され
る前に発生されるパルスの数を決定する。ＸがＹに等し
くセットされた後に、アナログ／デジタルコンバータ（
例えば、デジタイザ１６２）の出力が捕えられ、各パル
スの後に記憶される。次いで、ＮがＮ＋１に等しくセッ
トされ、カウンタ内のＸの値が１だけ増加される。Ｎの
値がチエツクされて、システムの端に達したかどうかの
判断がなされると共に、もしそうでなければ、Ｘの値が
チエツクされる。

Ｘがゼロに等しくない限り、プロセスが繰り返され、カ
ウンタ内のＸの値がＯに減少するまで、各パルスの発生
に続いて、アナログ／デジタルコンバータの出力が捕え
られて記憶される。Ｘの値がＯになると、パルスの値は
、５ＴＥＰだけ１例えばここに示す例では１４ナノ秒だ
け増加され、Ｘの値が再び０に減少するまでプロセスが
再び繰り返され、０になったときには、パルス巾が再び
増加されて、プロセスが繰り返され、Ｎがシステムの長
さに等しくなるまでＹ個のパルスごとにパルスの巾が５
ＴＥＰだけ増加される。Ｎがいったんシステムの長さに
等しくなると、アナログ／デジタルコンバータの出力は
端部エコーを号ンプリングしなければならない、端部エ
コーの振幅が所定の基準レベルを越えた場合には、波形
が充分にマツプされそして次のマツプ動作が行なわれる
までルーチンが終了することを指示する。然し乍ら、ケ
ーブルの減衰度が大きい場合には（これは、例えば、パ
イプの漏れによって生じる）、端部エコーが著しく減衰
され、基準レベルを越えないことになる。

従って、本発明の別の重要な特徴によれば、システムは
、漏れ等によって生じるケーブルの大きな減衰を補償し
、このような漏れを「すかし見」する能力を発揮するよ
うに構成される。このような補償を行なうために、アナ
ログ／デジタルコンバータの出力が所定の基準レベルを
越えない場合に、基準値Ｙが所定の量Ｚだけ減少される
。従って、パルス巾を増加する前に発生されるパルスの
数は、数Ｚだけ減少され、例えば、４８パルスから４８
−Ｚパルスに減少される。マツプ形成プロセスは、前記
したように、Ｙ−２に等しい新たなＹの値で繰り返され
、大きな減衰度を受け入れるために予め与えられている
ものよりも巾の広いパルスをケーブルの更に遠い領域に
与えるようにパルス巾が頻繁に増加される。パルスの数
がいったんシステムの長さに等しくなると、端部エコー
を表わすアナログ／デジタルコンバータの出力との比較
が再び行なわれ、端部エコーが充分な振幅のものである
かどうかの判断がなされる。もしそうであれば、波形は
マツピングされるが、さもなくば、Ｙが別の増分Ｚだけ
増加され、充分な振幅の端部エコーが得られるまでプロ
セスが繰り返される。

上記した本発明の利点に加えて１本発明は、流体の誘電
率が充分に異なる場合に種々の流体を区別するのにも利
用できる。例えば、水及び炭化水素１例えばガソリンや
石油を搬送するシステムにおいては、どちらの流体が漏
れているかを判断することができる。ここに示す例では
、水の漏れによって生じた反射の傾斜が炭化水素の漏れ
によって生じた傾斜よりも急勾配となる。というのは、
水の誘電率の方が炭化水素の誘電率よりも実質的に大き
いからである。従って、水の漏れによって生じたインピ
ーダンスの変化が炭化水素の漏れによって生じたインピ
ーダンスの変化よりも大きくなり、それ故、急な傾斜を
有する反射を生じさせる。

更に１本発明は、別の問題を解消する。多くの場合１例
えば、互いに接近した２つのパイプを監視することが所
望される場合には、２つの個別のシステムの必要性を回
避するために１つの監視システムで両方のパイプを監視
できるのが便利である。然し乍ら、これを行なうために
は、一方の系統から別の系統へパルスを転送することが
必要である。然し乍ら、この転送を行なうための試みは
、これまで大抵不首尾に終わっていた０例えば、同軸ケ
ーブルを用いて一方のパイプラインの漏れ検出ケーブル
を他方のパイプラインの漏れ検出ケーブルに接続する場
合には、漏れ検出ケーブル間のインターフェイスに不整
合がしばしば生じると共に、同軸相互接続ケーブルは、
切断又は漏れを指示するに充分な大きさの振幅を有する
反射を生じさせる。

成る場合には、比較的接近離間された２つ以上の領域、
例えば、第１１図に示されたパイプ２００及び２０２の
ような一対のパイプにおいて漏れを監視することが所望
される。これは、パイプ２００及び２０２の各々を監視
するように第７図に示すような個々の独立したシステム
を用いることによって行なうこともできるし、或いは単
一のシステムを用いることによって行なうこともできる
。単一のシステムを用いることには、第γ図のアイソレ
ーション回路１４４のようなアイソレーション回路２０
４を用Ｃ１て、パルス発生器１４２のようなパルス発生
器からケーブル２０６へパルスが供給されると共に、ケ
ーブル２０６がらの反射を受け取って、第７図のサンプ
リング装置１６０のような可変窓のサンプリング装置に
それらを供給し、本発明のシステムによって処理を行な
うようにする。例えば、５０ΩＲＧ５８／Ｕケーブルの
ような標準的な同軸ケーブルである相互接続ケーブル２
０８がパイプ２００内の漏れ感知ケーブル２０６に接続
され、ケーブル２０６からのパルスをパイプ２０４内の
第２の漏れ感知ケーブル２１０に供給するように働く、
従って、単一の監視システムを用いて、パイプ２００及
び２０２の両方を監視することができる。というのは、
いずれかのパイプ２００又は２０２に生じた漏れがそれ
に対応する漏れ感知ケーブル２０６及び２１０に入り、
本発明の監視システムによって検出することのできる反
射を生じさせるからである。

固定のスレッシュホールド、即ち、マツプされた基準反
射波形の輪郭をたどらないスレッシュホールドを用いた
形式の公知システムは、２つ以上の領域を監視するのに
は適しておらず、はとんどの場合は、第１１図に示すよ
うに２本のパイプを監視するように使用することができ
ない、その理由は、漏れ感知ケーブルの特性インピーダ
ンスがケーブル２０８のような標準的な同軸ケーブルの
特性インピーダンスと厳密に同じではないからである。

このインピーダンスの差により、第１の漏れ感知ケーブ
ル２０６と相互接続ケーブル２０８との接合部、及び相
互接続ケーブル２０８と第２の漏れ感知ケーブル２１０
との接合部にインピーダンス不整合が生じる。この不整
合は、漏れによって生じる反射の大きさとはゾ同じ反射
を生じさせるに充分なものである。又、相互接続ケーブ
ルと２つの漏れ感知ケーブルとの間の機械的な相互接続
によって生じる物理的な不連続性も、不整合の程度及び
上記相互接続によって生じる反射の振幅を、これらの反
射が固定スレッシュホールドシステムのスレッシュホー
ルドをしばしば越えてシステムが誤って切断又は漏れを
指示するような点まで増加させる。相互接続ケーブルの
接合部からの反射が多くの場合に切断や漏れ°を指示し
ないような点までスレッシュホールドを分離すると、シ
ステムは実際の漏れに対して不感となる。多数のケーブ
ルの相互接続部によって生じる反射を回避するために、
第１のパイプを貫通して第２のパイプへと延びるような
単一の漏れ感知ケーブルを使用することができる。然し
乍ら、このようなシステムは、パイプ間の領域において
水分゛や漏れを感知できるが、実際に、パイプ自体に何
も起きていないときにこれらパイプ間の漏れによって偽
のアラームが生じることがある。パイプ間のケーブル部
分を防水にするためには、更に経費がかＮす。

常に実用的ではない。

発明の効果 本発明のシステムは、第１１図に示すような多領域感知
方式を受け入れることができるという効果を有している
。というのは、相互接続ケーブルと漏れ感知ケーブルと
の接合部に生じる反射がマスターのマツピング及び記憶
中にマツピングされて記憶されるからである。従って、
システムは、これら接合部の反射によって生じる波形を
たどるようにスレッシュホールドを定めることによって
これらの反射を無視するようにプログラムすることもで
きるし、或いは漏れ感知ケーブル２０６及び２１０に対
応する反射波形のサンプルのみを監視しそして反射波形
の他の部分には注目しないようにすることによってこれ
ら反射を無視できるようにされる。

上記の技術に鑑み、本発明の多数の変更及び修正が考え
られることが明らかであろう０本発明はパイプ系統に関
連して説明したが、流体の圧力を検出することが必要な
ときに利用することができる。例えば、ケーブルをコン
ピユータ室の床や地階の床に配置して漏れを検出するこ
ともできるし、オイル輸送パイプのようなパイプの付近
に配置してパイプから土壌への漏れを検出することもで
きる。又、本発明は、液体に限定する必要はない、とい
うのは、ガスや蒸気を含む種々の流体の誘電率がケーブ
ルが配置された媒体（通常は空気）と充分に異なる場合
には、おそらくこれら流体の存在も検出及び位置決めで
きるからである。又。

液体媒体へのガス漏れ例えば空気漏れを検出して位置決
めすることもできる。従って、特許請求の範囲内で１本
発明を上記とは異なったやり方で実施できることが理解
されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシステムによって保護されるパイプ
系統の断面斜視図で、このパイプ系統に配置された漏れ
検出同軸ケーブルを示す図。 第２図は、第１図の漏れ検出ケーブルを詳細に示す図。 第３図は、漏れ検出ケーブルの別の実施例を用いたパイ
プ系統の断面斜視図、 第４図は、公知の漏れ検出システムを示すブロック図。 第５図は、典型的な公知システムの反射波形及び固定の
スレッシュホールドを示す図。 第６図は、本発明のシステムによって発生された各々の
波形及び適応スレッシュホールドを示す図。 第７図は１本発明のシステムの動作を示す簡単なブロッ
ク図、 第８図は、本発明のシステムによって反射波形をいかに
サンプリングして記憶するかを示すグラフ、 第９図は、漏れの位置及びその進行方向を決定するのに
用いられる論理を示す論理フローチャート、 第１０図は、ラインの減衰を補償するためにラインに下
流に送られるパルスの巾を調整する方法を示す論理フロ
ーチャート、そして 第１１図は、２つの離れた領域において漏れを検出する
のに有用な本発明の実施例を示す図である。 １０・・・外側パイプ １２．１４・・・内側パイプ １６・・・感知ケーブル １８・・・中心導体 ２０・・・編組シールド ２２・・・絶縁材　　　　２４・・・保護パイプ２６・
・・内側パイプ　　２８・・・絶縁材３０．３２・・・
導体　　３６・・・パイプ４ｏ・・・伝送線 ４２・・・パルス発生器 ４４・・・アイソレーション回路 ４６・・・オシロスコープ ５０・・・波形の水平部分 ５２・・・波形の垂直部分 ５４．５６・・・スレッシュホールド ５８・・・垂下部　　　　６０・・・端部エコー手続補
正書く方式） 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿　　　　　　番１、事
件の表示　　　昭和６３年特許願第１７０７２２号３、
補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　ミツドウェスコ　インコーホレーテッド４、
代理人

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の領域で流体を検出するための検出装置であ
   って、上記所定の領域に配置される電気ケーブルと、該
   ケーブルにパルスを供給する手段と、上記ケーブルに接
   続されていて上記ケーブルからの上記パルスの反射を受
   け取る手段とを具備している検出装置において、更に、 上記反射をサンプリングする手段を具備し、このサンプ
   リング手段は、上記ケーブルに各々のパルスを供給した
   後の反射の一部分のみを画成する各反射の１つ以上のサ
   ンプルを取り出すように働き、各パルスの後の各サンプ
   ルは、最後に加えられたパルスに対し反射の異なった部
   分に対応する異なった量だけ時間的にシフトされ、 反射の記憶表示を形成するように上記サンプルを記憶す
   る手段を更に具備し、 上記サンプリング手段に接続され、その後の反射のサン
   プルを上記記憶されたサンプルと比較して、その後の反
   射のサンプルが上記記憶されたサンプルと所定の量だけ
   異なる場合に流体存在の指示を与える手段を更に備えた
   ことを特徴とする検出装置。
2. （２）上記比較を行なう手段は、漏れに対応する反射波
   形の傾斜を決定する手段を備え、この傾斜決定手段は、
   傾斜に応答してケーブルに浸透する流体の識別を決定す
   る手段を含んでいる請求項１に記載の検出装置。
3. （３）その後の反射のサンプルが上記記憶されたサンプ
   ルから上記所定量だけ異なる場合に漏れ後の波形を画成
   するようにこれらサンプルを記憶するための手段を更に
   備えた請求項１に記載の検出装置。
4. （４）上記漏れ後の波形をその後の反射と比較して流体
   の流れ方向を決定するための手段を更に備えた請求項３
   に記載の検出装置。
5. （５）上記漏れ後の波形をその後の反射と比較してその
   後の漏れの位置を決めるための手段を更に備えた請求項
   ３に記載の検出装置。
6. （６）上記所定の量は、ケーブルの遠い部分に対応する
   反射の部分に方が、ケーブルの近い部分に対応する反射
   の部分よりも小さい請求項１に記載の検出装置。
7. （７）所定の領域で流体を検出するための検出装置であ
   って、上記所定の領域に配置される流体浸透性の電気ケ
   ーブルと、該ケーブルにパルスを供給する手段と、上記
   ケーブルに接続されていて上記ケーブルからの上記パル
   スの反射を受け取る手段とを具備している検出装置にお
   いて、 上記反射をサンプリングする手段を具備し、このサンプ
   リング手段は、上記ケーブルに各々のパルスを供給した
   後の各反射のサンプルを取り出すように働き、各サンプ
   ルは、最後に加えられたパルスに対し反射の異なった部
   分に対応する異なった量だけ時間的にシフトされ、 更に、反射の記憶表示を形成するように上記サンプルを
   記憶する手段を更に具備し、 更に、上記ケーブルの近い部分で反射される反射波形の
   サンプルに対応する比較的巾の狭いパルスを発生すると
   共に、上記ケーブルの更に離れた部分から反射される反
   射波形のサンプルに対応する比較的巾の広いパルスを発
   生するように上記パルスを巾を変更する手段を具備した
   ことを特徴とする検出装置。
8. （８）上記変更手段は、上記パルスをカウントして所定
   数のパルスが発生された後に上記パルスの巾を増加する
   手段を備えた請求項７に記載の検出装置。
9. （９）所定の領域で流体を検出するための検出装置にお
   いて、上記所定の領域に配置される電気ケーブルと、上
   記ケーブルに複数のパルスを供給する手段とを具備して
   いる検出装置において、上記ケーブルに接続されていて
   上記ケーブルからの上記パルスの反射を受け取ってサン
   プリングするための手段を更に具備し、この受け取り・
   サンプリング手段は、上記ケーブルに各パルスを供給し
   た後の各反射の一部分のみをサンプリングするように働
   き、更に、反射全体に対応する多数の部分がサンプリン
   グされてしまうまで各パルスの発生に続き反射の異なっ
   た部分をサンプリングするように働くことを特徴とする
   検出装置。
10. （１０）所定の領域で流体の存在を検出する方法であっ
    て、 上記領域に電気ケーブルを配置し、 上記ケーブルにパルスを供給し、 上記ケーブルからの上記パルスの反射を受け取り、そし
    て 反射全体を表わすサンプルが得られるまで上記ケーブル
    への各パルスの付与に続いて反射の所定の異なった部分
    をサンプリングすることを特徴とする方法。