(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記計測断面の外周に前記電極ごとに配置され前記電極の近傍の温度を計測する温度センサと、
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、
前記被計測物は、ガラス溶融炉であり、
前記演算部は、電位差の計測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し、その計測温度に基づいて前記電気インピーダンスを補正する、
ことを特徴とするトモグラフィ装置。
【請求項２】
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、ことを特徴とする請求項１に記載のトモグラフィ装置。
【請求項３】
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、ことを特徴とする請求項２に記載のトモグラフィ装置。
【請求項４】
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、ことを特徴とする請求項１に記載のトモグラフィ装置。
【請求項５】
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、ことを特徴とする請求項２に記載のトモグラフィ装置。
【請求項６】
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た、ことを特徴とする請求項５に記載のトモグラフィ装置。
【請求項７】
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、
前記被計測物は、ガラス溶融炉であり、
前記計測断面の外周に複数の電極を配置するとともに前記計測断面の外周に前記電極ごとに前記電極の近傍の温度を計測する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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７５９６０６号
【特許文献２】特表２０１０−５０４７８１号公報
【特許文献３】特表２００９−５０２３９４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１８９２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記計測断面の外周に前記電極ごとに配置され前記電極の近傍の温度を計測する温度センサと、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、前記被計測物は、ガラス溶融炉であり、前記演算部は、電位差の計測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し、その計測温度に基づいて前記電気インピーダンスを補正する、ことを特徴とするトモグラフィ装置が提供される。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、前記被計測物は、ガラス溶融炉であり、前記計測断面の外周に複数の電極を配置するとともに前記計測断面の外周に前記電極ごとに前記電極の近傍の温度を計測する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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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】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】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。
【図４】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る。
【図５】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る。
【図６】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。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。
【００３７】
【数１】
0005704326.tif 000002
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
【数２】
0005704326.tif 000003
【００４２】
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。
【００４３】
【数３】
0005704326.tif 000004
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
【図１】
0005704326.tif 000005
【図２】
0005704326.tif 000006
【図３】
0005704326.tif 000007
【図４】
0005704326.tif 000008
【図５】
0005704326.tif 000009
【図６】
0005704326.tif 000010
【図７】
0005704326.tif 000011