(57)【要約】  【課題】  肉眼では見えない漏洩ガス及び／又は漏洩ガスの火炎を可視画像化することによってガス利用設備の安全性を確保可能なガス漏洩監視方法、及びそのシステムを提供する。  【解決手段】  監視対象空間において、漏洩ガス及び／または漏洩ガスの火炎に起因する被検出光の特定波長を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで特定波長の空間強度分布を画像化することを特徴とするガス漏洩監視方法。  監視対象空間における漏洩ガス及び／または漏洩ガスの火炎に起因する被検出光の特定波長を集光する第１の手段と、当該被検出光を電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する第２の手段と、特定波長の空間強度分布を画像化する第３の手段とを有することを特徴とするガス漏洩監視システム。  【図面】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象空間において、漏洩ガス及び／又は漏洩ガスの火炎に起因する被検出光の特定波長を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで特定波長の空間強度分布を画像化することを特徴とするガス漏洩監視方法。
【請求項２】
前記漏洩ガスに起因する被検出光が、監視対象空間に照射したレーザー光に起因する計測対象ガスからのラマン散乱光である請求項１のガス漏洩監視方法。
【請求項３】
前記被検出光の特定波長の集光が、計測対象ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターにより行われる請求項２のガス監視方法。
【請求項４】
前記被検出光の特定波長の集光が、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいて算出した一定時間のみ行われる請求項２又は３のガス漏洩監視方法。
【請求項５】
監視対象空間の背景画像と画像化したラマン散乱光の空間強度分布と重ね合わせることによりガスの漏洩箇所を特定することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかのガス漏洩監視方法。
【請求項６】
更に、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいてガスの漏洩箇所までの距離を算出することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかのガス漏洩監視方法。
【請求項７】
前記漏洩ガスの火災に起因する被検出光が紫外光である請求項１ないし６のいずれかのガス漏洩監視方法。
【請求項８】
前記被検出光の特定波長の集光が、ＯＨ基の発光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターにより行われる請求項７のガス漏洩監視方法。
【請求項９】
更に、監視対象空間の特定波長の赤外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで監視対象空間の赤外光の空間強度分布を画像化し、
当該画像化した赤外光の空間強度分布と前記画像化した特定波長の空間強度分布と重ね合わせることにより漏洩ガスの火炎発生箇所を特定することを特徴とする請求項７又は８のガス漏洩監視方法。
【請求項１０】
更に、監視対象空間の特定波長の赤外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで監視対象空間の赤外光の空間強度分布を画像化し、
当該画像化した赤外光の空間強度分布と監視対象空間の背景画像を重ね合わせることにより高温危険領域を特定することを特徴とする請求項７ないし９のいずれかのガス漏洩監視方法。
【請求項１１】
前記監視対象空間の特定波長の赤外光の集光において、７μｍないし１４μｍの赤外光スペクトルを透過する光学バンドパスフィルターにより透過光の選別を行うことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかのガス漏洩監視方法。
【請求項１２】
監視対象空間における漏洩ガス及び／又は漏洩ガスの火炎に起因する被検出光の特定波長を集光する第１の手段と、
当該被検出光を電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する第２の手段と、
特定波長の空間強度分布を画像化する第３の手段とを有することを特徴とするガス漏洩監視システム。
【請求項１３】
更に、監視対象空間へのレーザー光照射手段を有し、
前記第１の手段は、集光レンズと計測対象ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターとから構成され、
前記第２の手段は、イメージインテンシファイヤーと、撮像装置と、信号処理装置とから構成され、
前記第３の手段は、検出信号を画像化するためのプログラムであることを特徴とする請求項１２のガス漏洩監視システム。
【請求項１４】
前記レーザー光照射手段と前記第２の手段を同期するための手段であって、
前記第２の手段の実施を、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいて算出した一定時間のみ行うための同期信号送信手段を有することを特徴とする請求項１３のガス漏洩監視システム。
【請求項１５】
前記第１の手段と、前記レーザー光照射手段が同一軸上にあることを特徴とする請求項１３又は１４の漏洩ガス監視システム。
【請求項１６】
更に、監視対象空間の背景画像撮像手段を有し、
前記第３の手段で画像化した特定波長の空間強度分布と前記背景画像撮像手段による背景画像とを重ね合わせることによりガスの漏洩箇所を特定する手段を有することを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれかの漏洩ガス監視システム。
【請求項１７】
更に、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいてガスの漏洩箇所までの距離を算出する手段を有することを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれかの漏洩ガス監視システム。
【請求項１８】
前記第１の手段は、集光レンズとＯＨ基の発光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターとから構成され、
前記第２の手段は、イメージインテンシファイヤーと、撮像装置と、信号処理装置とから構成され、
前記第３の手段は、検出信号を画像化するためのプログラムであることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかの漏洩ガス監視システム。
【請求項１９】
前記第１の手段は、集光レンズと、計測対象ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する第１の光学バンドパスフィルターと、ＯＨ基の発光スペクトル線波長に透過波長中心を有する第２の光学バンドパスフィルターとから構成され、
前記第２の手段は、イメージインテンシファイヤーと、撮像装置と、信号処理装置とから構成され、
前記第３の手段は、検出信号を画像化するためのプログラムであり、
前記第１の手段は、前記第１の光学バンドパスフィルターと前記第２の光学バンドパスフィルターを切り替えて使用することが可能であることを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかの漏洩ガス監視システム。
【請求項２０】
更に、監視対象空間の背景画像撮像手段を有し、
前記第３の手段で画像化した特定波長の空間強度分布と前記背景画像撮像手段による背景画像とを重ね合わせることにより漏洩ガスの火炎発生箇所を特定する手段を有することを特徴とする請求項１８又は１９の漏洩ガス監視システム。
【請求項２１】
更に、監視対象空間における特定波長の赤外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する赤外画像撮像手段を有し、
前記背景画像撮像手段による背景画像と赤外画像撮像手段による赤外光画像とを重ね合わせることにより高温危険領域を特定する手段を有することを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれかの漏洩ガス監視システム。
【請求項２２】
前記赤外画像撮像手段は、集光レンズと、７μｍないし１４μｍの赤外光スペクトルを透過する光学バンドパスフィルターと、サーモカメラから構成されることを特徴とする請求項２１の漏洩ガス監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉眼で見えないガス及び/又は火炎を可視画像化することによりガス漏洩及び/又は火炎の発生の有無や漏洩箇所及び高温危険領域の特定などを遠方から安全に行う技術に関し、更に詳しくは、例えば、水素供給ステーションや燃料電池などの水素ガス利用設備の運用や水素ガス漏洩監視のために、連続監視するガス漏洩監視方法、及びそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の漏洩ガス検知は、吸引したガスをセンサー部分に直接接触させて電気抵抗や電流値などの変化を以てガス濃度を計測するものである。しかしながら、従来のガス検知器では、一つの検知器が監視できる領域が狭く、ガスがその検知器に到達しない限りは検知は不可能というセンサー式のものであったため、風向きや設置位置によってはガス漏れの際の失報に繋がる危険性があった。また、例えば、ガス精製所等においては非常に多数のガス検知器の設置が必要となり、費用的な問題も大きかった（特許文献１）。
【０００３】
一方、上記問題を解決するために、遠隔よりガス漏れの存在を監視するガス可視化装置が提案されている。このガス可視化装置では、測定対象ガスの吸収波長をもつ赤外線レーザーを照射するレーザー光源を用いて、背景から反射される赤外線の漏洩ガスによる吸収をイメージセンサーで撮像し、２次元可視画像化して表示するものである。
しかしながら、このような従来のガス可視化装置では、非常に大型で強力なレーザー光源が必要であり、価格的な問題が大きく、また、天候状態や温度により得られる２次元画像が大きく影響され、ガス漏れの発生と太陽の射し込みの区別がつきにくいという問題もあり、実際のガス監視には適していなかった（特許文献２）。
【０００４】
また、水素ガスの場合は、発火すると爆発などの危険性の高いエネルギー媒体でありながら、無味・無色・無臭であるほか、着火しても太陽光線下ではその火炎は肉眼にはほぼ透明にしか見えない。一方、コロナ放電時に発生する紫外光を干渉フィルターで選択し、透過した紫外線をレンズ系で集光し、暗視管又はテレビカメラで像を可視化するものが開示されている（特許文献３，４）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０７９６７号公報
【特許文献２】特開平６−２８８８５８号公報
【特許文献３】特公平５−４０８７４号公報
【特許文献４】実開明６１−１７４６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガスを利用・貯蔵する環境では、ガスが滞留する場所に定置式のガス検知器を設置してガスの漏洩監視を行うが、漏洩箇所の特定は携帯用のガス検知器を携えた係員の巡視点検に委ねられていた。特に、水素ガスは、無色・透明・無臭であり、且つ、従来の都市ガス用検出器等はガスの性質が異なるためそのまま転用することができないことからも、その漏洩箇所を特定することが著しく困難であった。このため、ガスの漏洩検知と漏洩箇所の特定を行う連続的な監視技術が求められていた。
【０００７】
また、火炎の発する紫外線を検出して警報を発報させる装置が実用化されているが、昼間時の太陽光の下では火炎が肉眼で見えない場合（例えば、水素火炎）は、当該装置が動作しても着火位置を安全に特定することは不可能であるため、最適な処置を講じることが困難であった。しかも、検出する紫外線の波長域が広いため、火炎の発する以外の紫外線（例えば、ガラス窓に反射した太陽光線）までも検出することがあり、誤動作が多いなど信頼性に欠けているという問題がある。
【０００８】
更に、火炎によって生じた高熱空気の噴出・滞留領域、或いは、高温に熱せられた壁面やパイプ等の周辺温度は肉眼では見えないので、火炎周辺の高温領域を把握することが困難であり、ガスの停止や消火活動に支障をきたすという問題がある。
また、赤外線を可視化するサーモカメラで火炎を観察する場合には、火炎によって熱せられた壁面やパイプ等の高温部分からの輻射が強く、火炎の形状や発生位置を特定することが困難である。
一方、火炎の発する赤外線を検出して警報を発報する装置も実用化されているが、火炎周辺の高温領域を把握することが困難であるという問題を解決することはできていない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決することを目的としている。
すなわち、本発明は、
１．漏洩ガスの可視化
２．火炎の可視化
３．高温危険領域の可視化
を可能とするための、ガス漏洩監視方法、及びそのシステム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】
【００１０】
本発明は、このような強い要望にこたえるためになされたものであり、レーザー光を気体や液体に照射すると、分子の吸収エネルギーに相当するエネルギーだけレーザー光の波長がシフトするラマン散乱現象を用い、このラマン散乱光の空間強度分布を画像化することでガスの漏洩を検知し、背景画像と重ね合わせて漏洩箇所の特定を行うものである。
【００１１】
また、火炎発生時には、火炎の発する紫外線を検出して、この特定波長の微弱な光を増幅して画像化することで火炎の発生を検知し、背景画像及び／又は火炎画像及び／又は赤外光画像と重ね合わせて火炎発生箇所及び／又は高温危険領域の特定を行うものである。
【００１２】
本発明の請求項１の発明は、監視対象空間において、漏洩ガス及び／又は漏洩ガスの火炎に起因する被検出光の特定波長を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで特定波長の空間強度分布を画像化することを特徴とするガス漏洩監視方法である。
【００１３】
本発明の請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記漏洩ガスに起因する被検出光が、監視対象空間に照射したレーザー光に起因する計測対象ガスからのラマン散乱光であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記被検出光の特定波長の集光が、計測対象ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターにより行われることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、前記被検出光の特定波長の集光が、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいて算出した一定時間のみ行われることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５の発明は、請求項２ないし４のいずれかの発明において、監視対象空間の背景画像と画像化したラマン散乱光の空間強度分布と重ね合わせることによりガスの漏洩箇所を特定することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６の発明は、請求項２ないし５の発明において、更に、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいてガスの漏洩箇所までの距離を算出することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの発明において、前記漏洩ガスの火災に起因する被検出光が紫外光であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記被検出光の特定波長の集光が、ＯＨ基の発光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターにより行われることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項９の発明は、請求項７又は８の発明において、更に、監視対象空間の特定波長の赤外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで監視対象空間の赤外光の空間強度分布を画像化し、当該画像化した赤外光の空間強度分布と前記画像化した特定波長の空間強度分布と重ね合わせることにより漏洩ガスの火炎発生箇所を特定することを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１０の発明は、請求項７ないし９のいずれかの発明において、更に、監視対象空間の特定波長の赤外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することで監視対象空間の赤外光の空間強度分布を画像化し、当該画像化した赤外光の空間強度分布と監視対象空間の背景画像を重ね合わせることにより高温危険領域を特定することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１１の発明は、請求項７ないし１０のいずれかの発明において、前記監視対象空間の特定波長の赤外光の集光において、７μｍないし１４μｍの赤外光スペクトルを透過する光学バンドパスフィルターにより透過光の選別を行うことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１２の発明は、監視対象空間における漏洩ガス及び／又は漏洩ガスの火炎に起因する被検出光の特定波長を集光する第１の手段と、当該被検出光を電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する第２の手段と、特定波長の空間強度分布を画像化する第３の手段とを有することを特徴とするガス漏洩監視システムである。
【００２４】
本発明の請求項１３の発明は、請求項１２の発明において、更に、監視対象空間へのレーザー光照射手段を有し、前記第１の手段は、集光レンズと計測対象ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターとから構成され、前記第２の手段は、イメージインテンシファイヤーと、撮像装置と、信号処理装置とから構成され、前記第３の手段は、検出信号を画像化するためのプログラムであることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項１４の発明は、請求項１３の発明において、前記レーザー光照射手段と前記第２の手段を同期するための手段であって、前記第２の手段の実施を、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいて算出した一定時間のみ行うための同期信号送信手段を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項１５の発明は、請求項１３又は１４の発明において、前記第１の手段と、前記レーザー光照射手段が同一軸上にあることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１６の発明は、請求項１３ないし１５のいずれかの発明において、更に、監視対象空間の背景画像撮像手段を有し、前記第３の手段で画像化した特定波長の空間強度分布と前記背景画像撮像手段による背景画像とを重ね合わせることによりガスの漏洩箇所を特定する手段を有することを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項１７の発明は、請求項１３ないし１６のいずれかの発明において、更に、レーザー光又はラマン散乱光の戻り時間に基づいてガスの漏洩箇所までの距離を算出する手段を有することを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項１８の発明は、請求項１２ないし１７のいずれかの発明において、前記第１の手段は、集光レンズとＯＨ基の発光スペクトル線波長に透過波長中心を有する光学バンドパスフィルターとから構成され、前記第２の手段は、イメージインテンシファイヤーと、撮像装置と、信号処理装置とから構成され、前記第３の手段は、検出信号を画像化するためのプログラムであることを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項１９の発明は、請求項１２ないし１７のいずれかの発明において、前記第１の手段は、集光レンズと、計測対象ガスからのラマン散乱光スペクトル線波長に透過波長中心を有する第１の光学バンドパスフィルターと、ＯＨ基の発光スペクトル線波長に透過波長中心を有する第２の光学バンドパスフィルターとから構成され、前記第２の手段は、イメージインテンシファイヤーと、撮像装置と、信号処理装置とから構成され、前記第３の手段は、検出信号を画像化するためのプログラムであり、前記第１の手段は、前記第１の光学バンドパスフィルターと前記第２の光学バンドパスフィルターをが切り替えて使用することが可能であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項２０の発明は、請求項１８又は１９の発明において、更に、監視対象空間の背景画像撮像手段を有し、前記第３の手段で画像化した特定波長の空間強度分布と前記背景画像撮像手段による背景画像とを重ね合わせることにより漏洩ガスの火炎発生箇所を特定する手段を有することを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項２１の発明は、請求項１８ないし２０のいずれかの発明において、更に、監視対象空間における特定波長の赤外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換する赤外画像撮像手段を有し、前記背景画像撮像手段による背景画像と赤外画像撮像手段による赤外光画像とを重ね合わせることにより高温危険領域を特定する手段を有することを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項２２の発明は、請求項２１の発明において、前記赤外画像撮像手段は、集光レンズと、７μｍないし１４μｍの赤外光スペクトルを透過する光学バンドパスフィルターと、サーモカメラから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明のガス漏洩監視方法、及びそのシステムによれば、撮像手段の光学バンドパスフィルターにより対象ガスから発せられるラマン散乱光の紫外光像を選択し、この紫外光像をイメージインテンシファイヤーにより撮像化するので、無色・透明の肉眼では見えない監視対象ガスが認識可能となる。
また、撮像手段によって捕らえた対象ガスの画像を画像処理手段により、可視光画像に変換して、例えば、モニターにより表示できる。
また、狭帯域の光学バンドパスフィルターにより、対象ガスのみのラマン散乱光を選択することができる。
また、照射したレーザー光に対応した対象ガスのラマン散乱光を受光することにより、確実に対象ガスの漏洩を検知することができる。なお、照射したレーザー光の波長によっては、散乱した可視光像によりガス画像を捉えることもできる。
また、監視対象ガスの漏洩している周辺状態もモニター画面に背景画像として表示できるので、対象ガスの漏洩箇所を短時間で把握でき、対象ガスの供給停止等の対策を早急に実施できる。
【００３５】
本発明のガス漏洩監視方法、及びそのシステムによれば、撮像手段の光学バンドパスフィルターにより火炎の紫外光像を選択し、この紫外光像をイメージインテンシファイヤーにより撮像化するので、肉眼では見えない火炎を認識可能となる。
また、撮像手段によって捕らえた火炎の画像を面像処理手段により、可視光画像に変換して、例えば、モニターにより表示できる。
また、火炎が発生している周辺状態もモニター画面に背景画像として表示できるので、火炎の発生位置を短時間で把握することが可能となる。
また、赤外光撮像手段によって得られる赤外光画像により、熱風や漏電等の他の熱源がある領域においても高温危険領域を認識可能となる。
また、火炎の画像、背景画像、赤外光画像を重ね合わせて表示することにより、火炎の発生位置と高温危険領域を拍握することが可能となり、消火活動を円滑にすすめることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るガス漏洩監視方法、及びそのシステムの処理の概要流れ図である。ステップ１ないし３は漏洩ガスを可視化する方法であり、ステップ４ないし６は火炎を可視化する方法である。図１に示すとおり、漏洩ガスの監視をガスが検知されるまで継続し（ステップ１，２）、ガスが検知された際には、漏洩箇所の特定を行う（ステップ３）。ガス検知後は、火炎発生の監視を火炎が検知されるまで継続し（ステップ４，５）、火炎が検知された際には、高温危険領域の特定を行う（ステップ６）。
なお、図１では、漏洩ガス検知後に火炎の監視を行うという順番で説明しているが、ステップ１ないし３とステップ４ないし６は別個に実施することも可能である。
【００３７】
次に、ステップ１ないし３において実施する漏洩ガス可視化方法の手順をより詳細に説明する。
漏洩ガスの検知は、図２に示すとおり、まずラマン散乱光を観察するための光学バンドパスフィルターの選択を行う（ステップ１１）。監視対象ガス毎にラマン散乱波長が異なるため、透過波長中心の異なる光学バンドパスフィルターを採用する必要があるからである。監視対象ガス種毎にラマン散乱波長が異なることの一例を下記表１に示す。この表に示す通り、透過波長中心の異なる光学バンドパスフィルターを採用する必要がある。光学バンドパスフィルターの波長幅は、表１に示す対象ガスのラマン散乱光に対して、監視対象空間に存在すると思われる他のガスのラマン散乱光が重畳しないように選択する必要がある。次に、パルスレーザー光を監視対象空間に照射し（ステップ１２）、レーザー光によって誘起される漏洩ガスからのラマン散乱光のうち特定波長のみを抽出し（ステップ１３）、集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することにより結像する（ステップ１４）。この際、監視対象空間に照射するレーザー光パルスとラマン散乱光を集光するタイミングを同期させることにより、外乱光等によるノイズを削減することができる（ステップ１５）。そして、撮像装置によってラマン光の強度を電気信号に変換し、記録した信号に基づきラマン散乱光の空間強度分布を可視画像化する（ステップ１６）。ラマン散乱光の空間強度分布が閾値を超えるかにより、警報発報等の漏洩ガス対策が必要であるかの判断を行う（ステップ１７）。
なお、太陽光や照明光に対して光反射率の高い物体が撮像手段の視野に入った場合は、前記ラマン散乱光の波長領域とこの波長以外の波長領域双方とも信号強度が増加するため、真のラマン散乱光を検知したとはいえず、このような場合はガス漏洩とは判定しない。
【００３８】
ガス漏洩箇所の特定は、図３に示すとおり、監視対象空間の背景画像（可視画像）ＩＢをＣＣＤカメラ等の背景画像撮像手段により撮像し（ステップ２１）、当該背景画像ＩＢを画像処理系に記憶する（ステップ２２）。そして、ステップ１６で画像化した紫外画像を画像処理系に取り込み（ステップ２３）、当該紫外画像のうち閾値以上の部分のみを残す２値化処理を行い（ステップ２４）、当該２値画像を着色し（ステップ２５）、着色画像ＩＦを画像処理系に記憶する（ステップ２６）。背景画像ＩＢと着色画像ＩＦとを重ね合わせることによりガス漏洩箇所が可視化され、ガス漏洩箇所の特定が可能となる（ステップ２７）。ガス漏洩箇所までの距離は、レーザー散乱光あるいはラマン散乱光の戻り時間から算出することができるし、撮像手段が複数ある場合には三角測量により算出することもできる（ステップ２８）。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
次に、ステップ４ないし６において実施する火炎の可視化方法の手順をより詳細に説明する。
図４に示すとおり、本発明に係る火炎の可視化方法は、まず受光系透過波長の選択を行うために、光学バンドパスフィルターは、ＯＨ基の発光スペクトル線波長（２８０ｎｍ又は３０９ｎｍの波長の光）に透過波長中心をもち、いずれの波長の光においても数ｎｍの波長範囲を透過させるものとする（ステップ３１）。漏洩ガス可視化方法と受光系を共用する場合には、光学バンドパスフィルターを切り替える。次に、光学バンドパスフィルターによって２８０ｎｍ近傍あるいは３０９ｎｍ近傍の波長の紫外光のみを抽出し（ステップ３２）、集光光学系によりその紫外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することにより結像する（ステップ３３）。そして、撮像装置によって紫外光の強度を電気信号に変換し、記録した信号に基づき紫外光の空間強度分布を可視画像化する（ステップ３４）。紫外光の空間強度分布が閾値を超えるかにより火炎の発生を検知する（ステップ３５）。
【００４１】
火炎発生箇所の特定は、図５に示す通り、まずステップ３４で画像化した紫外光画像を画像処理系に取り込み（ステップ４１）、当該紫外光画像のうち閾値以上の部分を残す２値化処理を行う（ステップ４２）。次に、サーモカメラ等の赤外画像撮像手段により赤外光画像を撮像し（ステップ４３）、当該赤外光画像のうち閾値以上の部分のみを残す２値化処理を行う（ステップ４４）。そして、２値化処理された紫外光画像と赤外光画像の共通部分（重なり部分）を着色し（ステップ４５）、画像処理系に記憶する（ステップ４６）。そして、ステップ２２で記憶した背景画像ＩＢと重ね合わせることにより（ステップ４７）、火炎発生箇所を可視化することが可能となる。
【００４２】
高温危険領域の特定については、図６に示す通り、まず、サーモカメラ等の赤外像撮像手段により赤外光画像を撮像し（ステップ５１）、当該赤外光画像のうち閾値以上の部分のみを残す２値化処理を行う（ステップ５２）。次に、２値化処理した赤外光画像を着色し（ステップ５３）、着色画像Ｉｓとして画像処理系に記憶する（ステップ５４）。そして、背景画像ＩＢと重ね合わせれば、高温危険領域が可視化される（ステップ５５）。高温危険領域までの距離は、撮像手段が複数有る場合には、三角測量により算出することができる。なお、ステップ４４で２値化処理した赤外光画像をステップ５３で利用する場合には、ステップ５１及び５２は実行しなくてもよい。
【００４３】
図７は、本発明に係るガス漏洩監視システムの構成図である。
本発明に係るガス漏洩監視システムは、レーザー光送信系、ラマン散乱光受光系、火炎紫外光受光系、時間同期用信号発生器、背景画像撮像手段、赤外画像撮像手段及び画像処理系から構成される。
このうち、漏洩ガスを検知するための必須構成は、「レーザー光送信系」と「ラマン散乱光受信系」と「画像処理系」である（但し、外乱光等によるノイズを排除するためには、「時間同期用信号発生器」も備えることが望ましい）。火炎を検知するための必須構成は、「火炎紫外光受光系」と「画像処理系」であり、高温危険領域を可視化するためには、更に赤外画像撮像手段が必要となる。本発明に係る一部の機能のみを実施するためには、上記全ての構成要件は必要とされない。
【００４４】
レーザー光送信系は、レーザー装置と、レーザー光を監視対象空間に照射する送信光学系とから構成される。送信光学系では、レーザービームをレンズ等で広げて監視対象空間に照射しても良いし、レーザービームをスキャナー等を用いて監視対象空間を走査させて照射しても良い。
ラマン散乱光受光系は、レーザー光によって誘起される漏洩ガスからのラマン散乱光を光学バンドパスフィルターによって計測波長を選択して集光し、結像する受光光学系と、受光光学系による結像を撮影し電気信号に変換する撮像装置と、当該電気信号の記録を行う信号処理装置とから構成される。
火炎紫外光受光系は、光学バンドパスフィルターによって２８０ｎｍ近傍あるいは３０９ｎｍ近傍の波長の紫外光のみを抽出し、集光光学系によりその紫外光を集光し、電子画像に変換し、増幅し、再度光学像に変換することにより結像する。
ラマン散乱光受光系で火炎検知を行うためには、上記ラマンス散乱光の選択用の光学バンドパスフィルターとは別に、ＯＨ基の発光スペクトル線波長（２８０ｎｍ又は３０９ｎｍの波長の光）に透過波長中心をもつ光学バンドパスフィルターも備える必要がある。
そのため、一つの受光系で漏洩ガスの検知と火災の検知を行うためには、光学バンドパスフィルターは切り替え可能な構成とする必要がある。
【００４５】
時間同期用信号発生器は、レーザー装置及びラマン散乱光受光系の受光光学系と接続され、監視対象空間にレーザー光を照射するタイミングとラマン散乱光の受光開閉タイミングを同期させるための基準信号を発生させる。レーザー光の照射とラマン散乱光の受光のタイミングは、監視対象ガスまでの距離により異なるものとなる。例えば、監視対象までの距離が約１．５ｍから８ｍの範囲にある場合、光の速度が概ね３０ｃｍ／１ナノ秒であるため、レーザー照射から１０ナノ秒遅らせて、４５ナノ秒の時間の間画像を取り込むタイムチャートとなり（図８ａ）、監視対象までの距離が約３ｍから６ｍの範囲にある場合、レーザー照射から２０ナノ秒遅らせて、２０ナノ秒の時間の問画像を取り込むタイムチャートとなる（図８ｂ）。
【００４６】
背景面像撮像手段は、ＣＣＤカメラ等の撮像手段であり、漏洩ガス及び／又は火炎の位置を特定するための背景画像を撮像する。
赤外画像撮像装置は、熱スペクトルを集光するための集光光学系とサーモカメラ等の撮像手段であり、高温危険領域を特定するための赤外光画像を撮像する。
画像処理装置は、検出信号を画像化するための処理プログラムを有する。
【００４７】
以下、本発明の実施の形態にかかるガス漏洩監視方法、及びそのシステムについて実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００４８】
図９は、本実施例１におけるガス漏洩監視システムの構成例である。
実施例１に係るシステムでは、漏洩ガスの監視、ガス漏洩箇所の特定、火炎の監視、高温危険領域の可視化を行うことができる、
【００４９】
図９において、符号１０は、画像処理プログラムを有するパーソナルコンピュータである。パーソナルコンピュータ１０には、漏洩ガス撮像手段としての時間同期用信号発生器２０３およびラマン散乱光対応カメラ１１ａと、背景画像撮像手段としての可視光対応カメラ１２と、火炎撮像手段としての紫外線対応カメラ１１ｂと、赤外画像撮像手段としてのサーモカメラ３０とがケーブルを介して接続されている。
ラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外線対応カメラ１１ｂの撮影対象は、監視対象に向けられている。なお、光学バンドパスフィルター３を切り替え可能な構成とした場合、ラマン散乱光対応カメラ１１ａと紫外線対応カメラ１１ｂとを同一筐体で実現することも可能である。
可視光対応カメラ１２及びサーモカメラ３０には広角レンズが設けられており、監視対象を含む広い範囲について、ラマン散乱光を含まない波長領域の光で背景を撮影する。
【００５０】
符号２００はレーザー光送信系であり、レーザー装置２０１と送信光学系２０２で構成され、監視対象エリアにパルスレーザー光を２次元的に照射する。
レーザー光の照射のＯＮ／ＯＦＦはパーソナルコンピュータからケーブルを介してレーザー装置を制御することで行うこともできるし、時間同期用信号発生器２０３の信号出力を出／切して行うことも可能である。
【００５１】
符号１は、本実施例１に係る撮像手段である受光光学系１であり、その構成は図１０に示す通り、集光光学系としての対物レンズ２と、透過光選択手段としての光学バンドパスフィルター３と、紫外光の増幅・可視光化手段としてのイメージインテンシファイヤー４と、接眼レンズ５とから構成される。
【００５２】
対物レンズ２は、集光レンズ及びリレーレンズ並びに鏡筒を備えたものであり（図示せず）、観察対象の像をイメージインテンシファイヤー４の結像面に結像可能としている。
イメージインテンシファイヤー４は、光学バンドパスフィルター３側に設けられた薄膜の外部光電効果を有する光電面６と、電子レンズ７と、マイクロチャンネルプレート８と、蛍光面９とから構成される。光学バンドパスフィルター３からの紫外光は、光電面６によって電子像に変換され、この電子像は電子レンズ７で収束されてマイクロチャンネルプレート８によって２次電子増倍され、蛍光面９で再度光学像に戻されることによって漏洩ガスからの微弱なラマン散乱光及び火炎からの紫外光は可視像に変換される。
なお、光学バンドパスフィルター３と対物レンズ２の配置は逆にしてもよい。
【００５３】
ラマン乱散乱光対応カメラ１１ａの光学バンドパスフィルター３は、監視対象ガスのラマン散乱波長を観測するための透過波長中心をもつ。観測対象ガス毎の中心波長は、上記表１の通りである。
【００５４】
紫外光対応カメラ１１ｂの光学バンドパスフィルター３は、２８０ｎｍ又は３０９ｎｍの波長の光に透過波長中心をもち、半値半幅５ｎｍ以内の透過波長幅である。例えば、水素火炎の発光スペクトルは図１１に示すように、波長２８０ｎｍを中心とする領域と波長３０９ｎｍを中心とする発光領域を持っているので、上記光学バンドパスフィ々ター３を透過することにより、２８０ｎｍ±５ｎｍの範囲あるいは３０９ｎｍ±５ｎｍの範囲の波長を有する紫外光が通過され、その他の波長の光は遮光される。
【００５５】
この実施の形態では、上記のバンドパスフィルター３を用いているが、太陽光や照明などの外乱の影響を少なくするために、透過波長幅の狭いフィルターが望ましく、好ましくは、半値全幅１．５ｎｍの透過波長領域を持つバンドパスフィルターを用いる。このような半値全幅１．５ｎｍの透過波長領域を持つバンドパスフィルターを用いることで外乱光を低減でき、広い透過波長領域を持つバンドパスフィルターを用いる場合よりも鮮明に火炎を観測できる。他方、透過渡長領域の透過幅を広くすれば、火炎の画像と共に背景画像を取り込むことができ、可視光対応カメラ１２を省略することも可能となる、
【００５６】
ラマン散乱光はレーザー照射によって誘起される現象であり、例えば、高速のパルス状レーザーを照射するとラマン散乱光も高速パルス状に発生する。このパルス状のラマン散乱光をレーザー照射と時間同期して測定することで、時間的に緩やか変動する太陽光や照明光などの外乱とは分別でき、鮮明なガス分布画像が観測できる。
ラマン散乱光対応カメラ１１ａの受光光学系は、レーザー光の照射パルスに同期させてイメージインテンシファイヤー４の電子レンズ７に印加する電圧を制御してマイクロチャンネルプレート８への電子の到達をＯＮ／ＯＦＦさせることにより、受光の開閉を行い、ラマン散乱光の発光する時間帯（レーザー光を当てている時間帯）の光のみをマイクロチャンネルプレート８で増幅する。このＯＮ／ＯＦＦのゲート動作により、太陽光や照明光、あるいは監視部位からのレーザー誘起蛍光などの外乱の影響を最小限に抑えることができる。
【００５７】
イメージインテンシファイヤー４の蛍光面９の可視像は接眼レンズ５により、ラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外光対応カメラ１１ｂで撮影することができるようになることはもちろん、肉眼でも目視できるようになる。
【００５８】
赤外画像撮像手段としてのサーモカメラ３０は、火炎によって加熱された火炎周辺の空気や水蒸気若しくは配管設備等から発せられる黒体輻射による熱スペクトルを集光するための集光光学系３０Ａと、集光光学系３０Ａにより集光された熱スペクトルを選別するために、７μｍ〜１４μｍの光を透過する透過光選別手段としての光学バンドパスフィルターと、光学バンドパスフィルターによって選別した熱スペクトルによる赤外光画像を結像させる受像面を有し、火炎の赤外光画像を電気信号に変換する。
【００５９】
集光光学系３０Ａは、対物レンズ及びリレーレンズ並びに鏡筒を備えたものであり、観察対象の像をサーモカメラ３０の受像面に結像可能とされている。
集光光学系３０Ａ及び光学パンドパスフィルターを透過した赤外光はサーモカメラ３０によって電子像に変換され、可視像に変換される。サーモカメラ３０がとらえた赤外光分布領域を示す赤外光像は、接眼レンズ系により、肉眼でも目視できるにようになっている。
【００６０】
パーソナルコンピュータ１０は、ラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外光対応カメラ１１ｂ、可視光対応カメラ１２並びにＬＡＮ２０に接続されて監視制御を行う監視制御プログラム１３を備えており、監視制御プログラム１３はラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外光対応カメラ１１ｂ、可視光対応カメラ１２とサーモカメラ３０の画像処理を制御するための画像処理プログラム１４を有している。
【００６１】
そして、本実施例１における画像処理手段は、パーソナルコンピュータ１０と、監視制御プログラム１３と、両像処理プログラム１４と、キーボード或いはマウス等の入力手段（図示せず）と、モニター画面１８とより構成される。
【００６２】
監視制御プログラム１３は、対象ガスが検出されたとき又は火炎が検知されたときに、スピーカ１９を通して警報を発生し、若しくは、ＬＡＮ２０を通して他のパーソナルコンピュータ等に通報する。また、監視制御プログラム１３は、監視対象ガスが検出されたとき又は火炎が検知されたときに、監視している場所若しくは装置の位置と異常が発生したことを文字及び音声で警告する。
【００６３】
画像処理プログラム１４は、ラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外光対応カメラ１１ｂの撮影画像と可視光対応カメラ１２の背景撮影画像とサーモカメラ３０の赤外光画像を任意の組み合わせで一つのモニター画面１８の中に同時に表示することが可能であり、また、可視光対応カメラ１２の背景画像とサーモカメラ３０の赤外光画像と、ラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外光対応カメラ１１ｂの画像を任意の組み合わせで重ねて表示することも可能である。
【００６４】
一例として、可視光対応カメラ１２の可視画像の中にラマン散乱光対応カメラ１１ａの撮影画像を重ねて表示するには、パーソナルコンピュータ１０のビデオボードの画像メモリ１５，１６に出力される可視光対応カメラ１２の可視画像と、ラマン散乱光対応カメラ１１ａの撮影画像とを合成して、画像メモリ１７に記憶させ、合成した合成画像をモニター画面１８に出力して両方の画像が同時に認識されるように出力する。
【００６５】
次に、本実施例１におけるガス漏洩監視システムにおける処理の流れ図を図１２ａないし１２ｄに示す。
【００６６】
図１２ａの流れ図に示すように、監視制御を開始すると（ＳＴＡＲＴ）、まず可視光対応カメラ１２により背景画像（可視画像）を撮影し（ステップ６１）、画像処理プログラム１４により撮影した背景面像を可視画像（ＩＢ）として記憶する（ステップ６２）。次に、ラマン散乱光対応カメラ１１ａにより漏洩ガス検知対象領域の紫外光画像の撮影を行う（ステップ６３）。ラマン散乱光対応カメラ１１ａによって撮影した紫外光画像は、画像処理プログラム１４によって２値化処理を行う（ステップ６４）。この２値化処理においては、紫外光画像を予め定めた閾値との比較を行い、閾値以上の値を対象ガスと判断して２値化処理を行う。画像処理プログラム１４は、前記２値化処理した画像の面積（ラマン散乱強度）を算出する（ステップ６５）。
【００６７】
画像処理プログラム１４は、算出したラマン散乱強度（ラマンスペクトル強度）と予め定めた規定値とを比較する（ステップ６６）。この規定値は予め監視制御プログラム１３又は画像処理プログラム１４の初期設定等において調整可能に定められる。
【００６８】
ラマン散乱強度が規定値を越えない場合、画像処理プログラム１４は、２値画像を着色処理し（ステップ６７）、着色画像ＩＦを記憶し（ステップ６８）、着色画像ＩＦと背景画像ＩＢとを重ね合わせ、画面１８上に画像表示する（ステップ６９）。この合成画像の表示時間は監視制御プログラム１３若しくは画像処理プログラム１４により、例えば、１０秒毎や１分毎などのように調整可能である。その後所定時間が経過したら、ステップ６１の前段階に戻り、引き続き監視を続行する。
【００６９】
ラマン散乱強度が規定値を越える場合、画像処理プログラム１４は、対象ガスが漏洩していると判断して、図１２ｂの処理を行う。すなわち、画像処理プログラム１４は、監視制御プログラム１３に対してスピーカ１９を鳴らしたり、ガス供給を停止させたり、着火時の温度上昇に備えた散水などの緊急措置を行う命令を送信する（ステップ７１）。なお、光電面６に、対象ガスのラマン散乱光の紫外線を検出したとき若しくは蛍光面９に対象ガスの像が写ったときに、これらの像の検出信号により警報を自動的に発するように警報器や通信設備を設置してガス漏洩監視システムを構成しても良い。
続いて、画像処理プログラム１４は、２値画像を着色処理し（ステップ７２）、着色画像ＩＦを記憶し（ステップ７３）、着色画像ＩＦと背景画像ＩＢとを重ね合わせ、画面１８上に画像表示することにより、漏洩ガスを可視化する（ステップ７４）。漏洩ガスまでの距離は、レーザー光照射からラマン散乱光の戻り時間から算出し、漏洩箇所の特定を行う（ステップ７５）。
【００７０】
ガス漏洩があった場合には、続いて火炎の発生を監視する。図１２ｃの流れ図に示すように、火炎監視を開始すると、まず紫外光対応カメラ１１ｂにより、ガス漏洩検知対象領域の紫外光画像の撮影を行う（ステップ８１）。撮影した火炎紫外光画像は、画像処理プログラム１４によって２値化処理される（ステップ８２）。次に、サーモカメラ等の赤外光像撮像手段により赤外光画像を撮像し（ステップ８３）、画像処理プログラム１４によって２値化処理が施される（ステップ８４）。そして、２値化処理された紫外光画像と赤外光画像の共通部分（重なり部分）の面積が計算される（ステップ８５）。
【００７１】
共通部分の面積が規定値を越えない場合、画像処理プログラム１４は、共通部分を着色処理し（ステップ８７）、着色画像Ｉｈと背景画像ＩＢとを重ね合わせ（ステップ８８）、画面１８上に画像表示する（ステップ８９）。この合成画像の表示時間は、監視制御プログラム１３若しくは画像処理プログラム１４により、例えば、１０秒毎や１分毎などのように調整可能である。その後、所定時間が経過すればステップ８１の前段階に戻り、引き続き監視を継続する。
【００７２】
面積が規定値を越える場合、画像処理プログラム１４は火炎が発生していると判断し、図１２ｄの処理を行う。すなわち、画像処理プログラム１４は、監視制御プログラム１３に対してスピーカ１９を鳴らしたりスプリンクラーを作動させるなど、緊急措置を行う命令を発信する（ステップ９１）。なお、光電面６に火炎の紫外光画像が結像した時、若しくは蛍光面９に火炎画像が結像した時、これらの結像検出信号により警報を自動的に発するような警報器や通信設備を設置したガス漏洩監視システムの構築も可能である。続いて、画像処理プログラム１４は、火炎２値化画像を着色処理し（ステップ９２）、着色画像Ｉｈを記憶し（ステップ９３）、着色画像Ｉｈと背景画像ＩＢとを重ね合わせ（ステップ９４）、画面１８上に画像表示することによって火炎を可視化し、火炎発生箇所を特定する（ステップ９５）。
【００７３】
続いて、高温危険領域の特定について説明する。図１２ｄの流れ図に示すように、火炎発生箇所を特定した後、サーモカメラ３０により火炎検知領域の赤外光画像の撮影を行う（ステップ９６）。撮影した赤外光画像を、画像処理プログラム１４によって２値化処理される（ステップ９７）。この２値化処理においては、赤外光画像を予め定めた閾値との比較を行い、閾値以上の値を高温危険領域と判断する。画像処理プログラム１４は２値化画像を着色処理し（ステップ９８）、着色画像Ｉｓを記憶する（ステップ９９）。そして、サーモカメラ３０による着色画像Ｉｓと背景画像ＩＢとを重ね合わせ、画面１８上に画像表示する（ステップ１００）。この合成画像の表示時間は、監視制御プログラム１３若しくは画像処理プログラム１４により、例えば、１０秒毎や１分毎などのように調整可能である。その後、所定時間が経過すれば、ステップ９６の前段階に戻り、監視中止指令が発せられるまで監視が継続する。
【００７４】
（実施例１の効果）
このように、この漏洩ガス漏洩監視システムでは、受光光学系１が対象ガスを可視画像に変換し、両像処理プログラム１４が対象ガスと背景画像を合成処理して表示することにより、対象ガスの漏洩及び／又は火炎の発生状況及び／又は高温危険領域を目視確認することができる。
【００７５】
また、監視制御プログラム１３は、受光光学系１で対象ガスＦを検出した場合に、スピーカ１９やブザーから警報を発生する機能若しくはＬＡＮ２０を介して通報・連絡を行う通信機能の少なくとも何れかを備えているので、緊急時であることをいち早く知らせることが出来る。キーボードやマウス（図示せず）はパーソナルコンピュータ１０に複数組のラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外光対応カメラ１１ｂ、可視光対応カメラ１２及びサーモカメラ３０が接続されているときに、監視制御プログラム１３及び画像処理プログラム１４その他のプログラムをコントロールするためのものであることはいうまでもない。
【００７６】
なお、広範領域や複数箇所の監視を行う場合には、ラマン散乱光対応カメラ１１ａ及び紫外線対応カメラ１１ｂ、可視光対応カメラ１２及びサーモカメラ３０等をネットワークに接統して監視を行うことが可能である。そして、画像処理プログラム１４は、ある場所の受光光学系１が対象ガスＦを検出した場合に、対象ガスＦを検知した受光光学系１を特定する信号に基づいて、対象ガスＦの発生位置をモニター画面１８上に対象ガスの漏洩及び／又は火炎の発生位置を表示する（位置表示手段）。
【００７７】
この対象ガスの漏洩及び／又は火炎発生の位置表示２１は、モニター画面１８上に背景画面のほかに予め設定した場所を示す文字を大きく点滅表示される。このため、確実に対象箇所が認識でき、対象ガスの供給停止や防火操作を実施することができる、
なお、監視制御プログラム１３は、受光光学系１の位置を予め文字や音声を特定情報として記録しておき、対象ガス漏洩を検知したときに、検知した受光光学系１が送信するＩＤ情報（受光光学系１の特定情報）に基づいて、当該場所を画面表示したり音声により構内放送することも可能である。
また、監視制御プログラム１３は、受光光学系１が対象ガスＦを検知した場合に、対象ガスＦを検知した受光光学系１の特定情報により、対象ガスＦの漏洩近傍の対象ガス供給バルブを止めたり、消火栓等の消火手段による散水を実行させることも可能である。
【００７８】
このようなガス漏洩監視システムによれば、漏洩ガスが肉眼では見えない場合でも肉眼で目視可能となるので、監視対象空間において無色・透明のガスが監視可能となる。この肉眼による監視に代わって電子的撮像手段を用いれば、対象ガス及び／又は火炎及び／又は高温危険領域の画像を電気的に捉えることが可能となる。
【実施例２】
【００７９】
図１３は、対象ガスとして水素を用いた実験のシステムの構成図である。
図１３に示すようなシステム構成で、対象ガスとして水素ガス、レーザー光源としてＹＡＧレーザーの第４高調波である２６６ｎｍを用いた実験を行った結果、図１４に示すように、水素ガスからのラマン散乱光スペクトルは波長２９９．１ｎｍを中心とする領域に発光領域を持っているので、光学バンドパスフィルター３は、２９９．１ｎｍの波長の光に透過波長中心をもち、透過波長範囲は半値半幅1ｎｍである。光学バンドパスフィルターを透過することにより、２９９．１ｎｍ±１ｎｍの範囲の波長を有する紫外光が透過され、その他の波長の光が遮光される。ラマン散乱光測定環境下において、蛍光が強い場合は、短波長側にシフトするラマン散乱光を採用することも可能である。
【００８０】
更に、図１３に示すシステム構成で、対象ガスとして水素ガス、レーザー光源としてＹＡＧレーザーの第４高調波である２６６ｎｍを用いた実験では、図１５に示すように、水素ガス濃度とラマン散乱光の空間強度の相関が認められることから、ラマン散乱光の空間強度を検出することにより漏洩している水素ガス濃度を計測することができる。
【実施例３】
【００８１】
図１６は、漏洩ガス可視化検証実験のシステムの構成を示す模式図である。
図１６に示すようなシステム構成で、対象ガスとして水素ガス、レーザー光源としてＹＡＧレーザーの第４高調波である２６６ｎｍを用いた可視化検証実験を行った結果、図１７に示すように、水素ガスのラマン散乱光画像が得られた。
光学バンドパスフィルターの中心波長は２９９．１ｎｍ、透過波長の半値半幅は１ｎｍである。
図１７は、水素ガス濃度別の着色画像である。図１７に示すように、水素ガス濃度が増加するにつれて、着色両像もより明示的になる。
【００８２】
図１８は、上記装置を使って計測した画像を着色した水素火炎の可視化画像である。
光学バンドパスフィルターの中心波長は３０８．８ｎｍで、透過波長の半値全幅は１．５ｎｍである。本実施例の計測時には、露光ゲート時間を８０μＳとして撮像したが、ゲートは開放としてもよい。
【実施例４】
【００８３】
図１９は、本発明に係るガス漏洩監視システムの別の形態での実施例である。
図１９は、紫外光を透過する半透鏡にて、対象ガスからのラマン散乱光を漏洩ガス撮像用のラマン散乱光対応カメラに導く一方、背景画像を可視光対応カメラに導くことにより、両カメラの光軸を一致させる実施例である。
【実施例５】
【００８４】
図２０は、本発明に係るガス漏洩監視システムの別の形態での実施例である。
図２０は、光ファイバーケーブル内をレーザー光とラマン散乱光が通じており、例えば、構築部の死角になった部分や暗渠部などにおける漏洩ガスを検知するに適した実施例である。光ファイバーを介してレーザー光を照射し、ラマン散乱光および背景光を結像レンズで光ファイバー端面に結像する。そして、紫外光を透過する半透鏡にて、対象ガスからのラマン散乱光を漏洩ガス撮像用のラマン散乱光対応カメラに導く一方、背景面像を可視光対応カメラに導くことにより、両カメラの光軸を一致させる。
【実施例６】
【００８５】
図２１は、レーザースキャン型ガス漏洩監視システムの実施例の構成図である。
本実施例に係るレーザースキャン型ガス漏洩監視システムは、レーザー装置４５とビーム分配器４６と受光器４４、および２枚の揺動ミラー４２からなるレーザービームスキャナー４１で構成されるレーザー送信系と、集光レンズ４０と受光器４３とからなる受光系、レーザービームの照射位置を制御するスキャナー４１の制御機構とレーザー照射からラマン散乱光の受光タイミングを制御する時間同期機構とレーザー照射位置とラマン散乱光強度分布を２次元画像化する制御・演算部４７から構成される。
レーザー装置４５から発せられるパルスレーザー光の一部はビーム分配器４６で方向が変えられて受光器４４に入射する。ビーム分配器４６には石英板などを、受光器４４にはホトダイオードなどを、それぞれ用いる。
受光器４３の受光素子の前には対象ガスのラマン波長に一致した光学バンドパスフィルターが配置してあり（図示せず）、さらに前方には受光量を多くするための集光レンズ４０が取り付けてある。受光器４３は光電子増倍管あるいはＡＰＤ（アバランシホトダイオード）を用いる。
なお、光学バンドパスフィルターの中心波長をレーザー光の波長に合わせた受光器４３と集光レンズ４０をさらに一式設置すれば、監視対象ガス以外の周囲の状況を３次元で把握することができ、ラマン信号の距離情報と会わせることで、ガスの広がりをも把握することが可能である。
【００８６】
漏洩ガスは、レーザー装置４５から照射されたレーザービームが、θ方向（あおり角：Ｙ軸）とφ方向（水平角：Ｘ軸）にレーザービームスキャナー４１により照射し、漏洩ガスからのラマン散乱光を受光器４３で受光することにより検出する。
レーザービームの照射位置と受光器４３の信号から、監視対象エリア位置（Ｘｎ、Ｙｎ）のデータとラマン信号強度のデータを算出し、対象エリアに対応するディスプレイ上の位置（ｘｎ、ｙｎ）にラマン信号強度の変化を順次表示する。なお、レーザービームのスキャンに合わせて位置データとラマン信号強度を記録し、対象エリアをスキャンし終わった後に画像化してもよい。
装置から対象ガスまでの距離は受光器４４の計測情報から算出する。すなわち、レーザー装置４５から照射されるレーザー光の一部をビーム分配器４６で取り出し、受光器４４で検出する。この信号を時間の基準（０秒）として、受光器４３の信号までの時間を測定すると、この時間問隔はレーザー光が対象ガスまで進みラマン光が対象ガスから戻る時間であり、装置から対象ガスまでの距離を算出することができる。
【実施例７】
【００８７】
漏洩ガスからのラマン散乱光は、レーザー光の照射方向と同一方向（後方向）に多くの光が散乱する。従って、実施例３のようにレーザー光の照射方向と直角方向（横方向）からのラマン散乱光を計測する場合（図１６のシステム構成の場合）、微弱なラマン散乱光を計測できない場合があるとが考えられる。そこで、図２２に示すとおり、後方向からのガス漏洩監視システム構成にてラマン散乱光を計測した。
レーザー光を測定セルに照射したとき、レーザー光と同一軸方向（後方）に発生したラマン光を測定するため、穴開きミラーを使用する。照射されたレーザー光は、穴開きミラーの穴径を通過し、測定セルから後方へ発生したラマン光は、穴開きミラーのミラー部分で反射し、レンズへ入射され、分光器のスリット状に集光される。この際、集光される光成分には、測定セルの窓板の反射レーザー光が含まれるため、レーザー光（２６６ｎｍ）減衰フィルターを使用して、レーザー光（２６６ｎｍ）成分を減衰させている。
【００８８】
図２２に示す構成により、レーザー光を窒素ガス（Ｎ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、水素ガス（Ｈ２）に照射したところ、図２３ａに示すとおりのラマン散乱光スペクトルが得られた。一方、実施例３に係る図１６のシステム構成でラマン散乱光スペクトルを計測したところ、図２３ｂの結果となった。このことからも、後方向からラマン散乱光を計測するシステム構成を採用した方が、ラマン散乱光を強く捕らえることができるため、漏洩ガス検知システムの構成としては、より好ましいことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に係るガス漏洩監視方法の流れ図
【図２】本発明に係る漏洩ガス検知方法の概要流れ図
【図３】本発明に係るガス漏洩箇所の特定方法の流れ図
【図４】本発明に係る火炎の可視化方法の概要流れ図
【図５】本発明に係る火炎発生箇所の特定方法の流れ図
【図６】本発明に係る高温危険領域の特定方法の流れ図
【図７】本発明に係るガス漏洩監視システムの構成を示す模式図
【図８ａ】ラマン散乱光取り込みのタイムチャート（監視距離１．５ｍ〜８ｍ）
【図８ｂ】ラマン散乱光取り込みのタイムチャート（監視距離３ｍ〜６ｍ）
【図９】本実施例１に係るガス漏洩監視システムの構成を示す模式図
【図１０】本実施例１に係る受光光学系の構成を示す模式図
【図１１】水素火炎の発光スペクトルを示す図
【図１２ａ】本実施例１に係るガス漏洩監視システムの処理流れ図（１／４）
【図１２ｂ】本実施例１に係るガス漏洩監視システムの処理流れ図（２／４）
【図１２ｃ】本実施例１に係るガス漏洩監視システムの処理流れ図（３／４）
【図１２ｄ】本実施例１に係るガス漏洩監視システムの処理流れ図（４／４）
【図１３】本実施例２に係る対象ガスとして水素を用いた実験のシステムの構成図
【図１４】本実施例２に係る水素から発せられるラマン散乱光のスペクトルを示す図
【図１５】本実施例２に係る水素濃度とラマン散乱光強度の関係を示す図
【図１６】本実施例３に係る漏洩ガス可視化検証実験のシステムの構成を示す模式図
【図１７】本実施例３に係る水素濃度と着色画像の関係を示す図
【図１８】本実施例３に係る火炎の可視化画像
【図１９】本実施例４に係るガス漏洩監視システムの構成図
【図２０】本実施例５に係るガス漏洩監視システムの構成図
【図２１】本実施例６に係るレーザースキャン型漏洩ガス可視化システムの構成図
【図２２】本実施例７に係る後方向からのガス漏洩監視システムの構成図
【図２３ａ】本実施例７に横方向から計測したラマン散乱光強度
【図２３ｂ】本実施例７に係る後方向から計測したラマン散乱光強度
【符号の説明】
【００９０】
１  受光光学系
２  対物レンズ
３  光学バンドパスフィルター
４  イメージインテンシファイヤー
５  接眼レンズ
６  光電面
７  電子レンズ
８  マイクロチャンネルプレート
９  蛍光面
１０  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
１１  ラマン散乱光対応ＣＣＤカメラ
１２  可視光対応ＣＣＤカメラ
１３  監視制御プログラム
１４  両像処理プ回グラム
１５、１６、１７  画像メモリ
１８  モニター画面
１９  スピーカ（警報装置）
２０  ＬＡＮ（通報手段）
２１  ガス発生位置表示
３０  サーモカメラ
４０  集光レンズ
４１  レーザービームスキャナー
４２  揺動ミラー
４３、４４  受光器
４５  レーザー装置
４６  ビーム分配器
４７  制御・演算部
２００  レーザー光送信系
２０１  レーザー装置
２０２  送信光学系
２０３  時間同期用信号発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月8日(2004.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
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