(57)【要約】【課題】診断の基準となるしきい値の変更の必要性を軽減する。【解決手段】圧力発信器は、圧力に揺動を有する液体、スラリー、気体などの測定対象の圧力を、導圧管を介して検出する。導圧管の詰まり診断装置は、圧力発信器で検出された圧力値の時系列を複数の区間に区切り、揺動の上下動回数を区間毎に検出する上下動回数検出部１１と、揺動の上下動回数を所定のしきい値と比較して導圧管の詰まり状態を判定する判定部１２とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力に揺動を有する測定対象の前記圧力を、導圧管を介して検出する圧力検出手段と、
この圧力検出手段で検出された圧力値に基づいて前記揺動の速さを検出する揺動速度検出手段と、
前記揺動の速さに基づいて前記導圧管の詰まり状態を判定する判定手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記揺動速度検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の時系列を複数の区間に区切り、前記揺動の速さを表す情報として、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を区間毎に検出する上下動回数検出手段を備え、
前記判定手段は、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を所定のしきい値と比較して前記導圧管の詰まり状態を判定する比較手段を備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値の基準値を区間毎に算出する基準値算出手段と、
検出対象区間の圧力値が直前の区間で算出された前記基準値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値の基準値を区間毎に算出する基準値算出手段と、
検出対象区間の圧力値が同区間で算出された前記基準値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記基準値は、前記圧力値の平均値または中央値であることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項６】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値と一定時間前の圧力値との差分値を算出する差分値算出手段と、
検出対象区間の前記差分値のゼロクロス回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項７】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値の極大値と極小値の数を前記上下動回数として区間毎に数える極大値・極小値検出手段を備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項８】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
検出対象区間の圧力値が前記移動平均値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項９】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値に対して変化率リミット処理を施す変化率リミット処理手段と、
前記変化率リミット処理後の圧力値に対して２次遅れ処理を施す２次遅れ処理手段と、
検出対象区間の圧力値が前記２次遅れ処理手段の出力値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１０】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値のトレンドラインを区間毎に算出するトレンドライン算出手段と、
検出対象区間の圧力値が前記トレンドラインと交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１１】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
各区間の最初の圧力値を基準値として区間毎に採用する基準値導出手段と、
検出対象区間の圧力値が同区間の前記基準値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１２】
請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記比較手段は、前記揺動の上下動回数が前記しきい値を継続的に下回ったときに、前記導圧管に詰まりが発生したと判定することを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１３】
請求項３乃至１１のいずれか１項に記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記判定手段は、さらに前記揺動の上下動回数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する比率算出手段を備え、
前記比較手段は、前記揺動の上下動回数を前記しきい値と比較する代わりに、前記比率を前記しきい値と比較して、前記比率が前記しきい値を継続的に下回ったときに、前記導圧管に詰まりが発生したと判定することを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１４】
請求項２記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記上下動回数検出手段は、
前記圧力検出手段で検出された圧力値の極大値と極小値の時間間隔を前記上下動回数に相当する情報として区間毎に検出する時間間隔検出手段を備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の導圧管の詰まり診断装置において、
前記比較手段は、前記時間間隔が前記しきい値を継続的に超えたときに、前記導圧管に詰まりが発生したと判定することを特徴とする導圧管の詰まり診断装置。
【請求項１６】
圧力に揺動を有する測定対象の前記圧力を、導圧管を介して検出する圧力検出手順と、
この圧力検出手順で検出された圧力値に基づいて前記揺動の速さを検出する揺動速度検出手順と、
前記揺動の速さに基づいて前記導圧管の詰まり状態を判定する判定手順とを備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の導圧管の詰まり診断方法において、
前記揺動速度検出手順は、前記圧力検出手順で検出された圧力値の時系列を複数の区間に区切り、前記揺動の速さを表す情報として、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を区間毎に検出する上下動回数検出手順を備え、
前記判定手順は、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を所定のしきい値と比較して前記導圧管の詰まり状態を判定する比較手順を備えることを特徴とする導圧管の詰まり診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力に揺動を有する液体、スラリー、気体などの測定対象を導圧管を介して圧力発信器に導入して測定対象の圧力を測定する圧力測定装置に係り、特に導圧管の詰まり状態を診断する詰まり診断装置および詰まり診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プロセス工業分野では、例えばプロセス変量を検出してプロセスを制御するために、圧力発信器が使用されている。圧力発信器は圧力伝送器とも呼ばれる。この圧力発信器は、２点間の圧力の差、または絶対圧を測定することにより、圧力、流量、液位、比重などのプロセス変量の測定を可能にするものである。一般に、圧力発信器を用いてプロセス変量を測定する場合、液体などの測定対象が流れるプロセス配管に設置されたオリフィスなどの差圧発生機構の両側などから、導圧管と呼ばれる細い管路を介して測定対象を圧力発信器に導入する。
【０００３】
このような装置構成では、測定対象によっては固形物などが導圧管内部に付着し、導圧管が詰まることがある。導圧管が完全に詰まると、プロセス変量を正確に測定できなくなるため、プラントへの影響は甚大である。しかし、導圧管が完全に詰まるまでは圧力発信器に圧力が伝わるため、詰まりの影響はプロセス変量の測定値には現れ難い。このような問題に対して導圧管が不要なリモートシール型の圧力発信器も実用化されている。しかしながら、導圧管を用いてプロセス変量を測定しているプラントは非常に多く、導圧管の詰まり診断機能をオンラインで実現することが求められている。
【０００４】
従来、導圧管の詰まり状態を診断する技術としては、特許文献１、特許文献２に開示された技術が知られている。特許文献１に開示された異常検出装置は、図１９に示すように検査対象の信号を一定時間にわたって入力し、入力した信号の一定時間内の最大変動幅を検出し、検出した最大変動幅と予め定めたしきい値とを比較し、最大変動幅がしきい値よりも小さいときに、信号に異常が発生したと判定するものである。この異常検出装置を適用すると、導圧管の詰まり状態を診断できることが特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された異常検出装置では、信号の最大変動幅を検出する期間である一定時間が信号の変動周期よりも十分に長い場合、隣接する極大値と極小値の差の中から最大変動幅を検出するように動作する。また、上記一定時間が信号の変動周期よりも短い場合は、単純に一定時間内の最大変動幅を検出するように動作する。特に、信号を離散的にサンプリングして取得する場合、上記一定時間を１サンプリング間分の変化量として検出するように設定すると、信号の差分値（≒微分値）を検出するように動作する。
【０００６】
特許文献２に開示された詰まり診断装置は、測定対象の圧力の揺動（変動）を検出し、検出した揺動の大きさと正常時の揺動の大きさとの差が予め定めたしきい値を超えたときに、導圧管に詰まりが発生したと判定するものである。特許文献２には、圧力の揺動を表す信号の例として、圧力の微分信号と、圧力のアッパーピーク（極大値）とロアーピーク（極小値）との差信号が挙げられている。特許文献２に開示された圧力の微分信号は特許文献１に開示された信号の差分値に相当するものであり、特許文献２に開示された差信号は特許文献１に開示された最大変動幅に相当するものである。したがって、特許文献１に開示された技術と特許文献２に開示された技術とは、共通の技術思想に基づくものであると言える。
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１１４７３号公報
【特許文献２】特許第３１３９５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、特許文献１、特許文献２に開示された技術では、圧力の揺動の大きさに基づいて導圧管の詰まり状態を診断しており、この診断に際しては、診断の基準となるしきい値が必要となる。特許文献１、特許文献２に開示された技術では、このしきい値を圧力の大きさに応じて適宜変更しなければならないという問題点があり、しきい値の変更に手間と専門的な知識が要求されるという問題点があった。
【０００９】
理解を容易にするため、極端な数値を仮定的に用いて従来の問題点を説明する。例えば１００［ｋＰａ］の圧力値における±３［ｋＰａ］の揺動が異常であったとしても、５［ｋＰａ］の圧力値における±３［ｋＰａ］の揺動が同様に異常であるとは考え難い。したがって、圧力値が１００［ｋＰａ］の場合と圧力値が５［ｋＰａ］の場合において共通のしきい値を用いることは適切でなく、圧力値が５［ｋＰａ］の場合にはしきい値を小さくしなければならないと考えられる。
【００１０】
また、例えば平滑化するとほぼ１００［ｋＰａ］の圧力になる状態で、瞬間的に圧力が８０［ｋＰａ］から８２［ｋＰａ］に２［ｋＰａ］揺動する場合と、平滑化するとほぼ６０［ｋＰａ］の圧力になる状態で、瞬間的に圧力が８０［ｋＰａ］から８２［ｋＰａ］に２［ｋＰａ］揺動する場合では、詰まり具合が同じとは判断できない。したがって、これら２つの場合においても共通のしきい値を用いることは適切でないと考えられる。
以上の説明から明らかなように、特許文献１、特許文献２に開示された技術では、診断の基準となるしきい値を適宜変更する必要があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、診断の基準となるしきい値の変更の必要性を軽減することができる導圧管の詰まり診断装置および詰まり診断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】
【００１２】
本発明の導圧管の詰まり診断装置は、圧力に揺動を有する測定対象の前記圧力を、導圧管を介して検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段で検出された圧力値に基づいて前記揺動の速さを検出する揺動速度検出手段と、前記揺動の速さに基づいて前記導圧管の詰まり状態を判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記揺動速度検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の時系列を複数の区間に区切り、前記揺動の速さを表す情報として、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を区間毎に検出する上下動回数検出手段を備え、前記判定手段は、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を所定のしきい値と比較して前記導圧管の詰まり状態を判定する比較手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の基準値を区間毎に算出する基準値算出手段と、検出対象区間の圧力値が直前の区間で算出された前記基準値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の基準値を区間毎に算出する基準値算出手段と、検出対象区間の圧力値が同区間で算出された前記基準値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記基準値は、前記圧力値の平均値または中央値である。
【００１４】
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値と一定時間前の圧力値との差分値を算出する差分値算出手段と、検出対象区間の前記差分値のゼロクロス回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の極大値と極小値の数を前記上下動回数として区間毎に数える極大値・極小値検出手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、検出対象区間の圧力値が前記移動平均値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値に対して変化率リミット処理を施す変化率リミット処理手段と、前記変化率リミット処理後の圧力値に対して２次遅れ処理を施す２次遅れ処理手段と、検出対象区間の圧力値が前記２次遅れ処理手段の出力値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値のトレンドラインを区間毎に算出するトレンドライン算出手段と、検出対象区間の圧力値が前記トレンドラインと交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、各区間の最初の圧力値を基準値として区間毎に採用する基準値導出手段と、検出対象区間の圧力値が同区間の前記基準値と交差する回数を前記上下動回数として区間毎に数える交差回数検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記比較手段は、前記揺動の上下動回数が前記しきい値を継続的に下回ったときに、前記導圧管に詰まりが発生したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記判定手段は、さらに前記揺動の上下動回数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する比率算出手段を備え、前記比較手段は、前記揺動の上下動回数を前記しきい値と比較する代わりに、前記比率を前記しきい値と比較して、前記比率が前記しきい値を継続的に下回ったときに、前記導圧管に詰まりが発生したと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記上下動回数検出手段は、前記圧力検出手段で検出された圧力値の極大値と極小値の時間間隔を前記上下動回数に相当する情報として区間毎に検出する時間間隔検出手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断装置の１構成例において、前記比較手段は、前記時間間隔が前記しきい値を継続的に超えたときに、前記導圧管に詰まりが発生したと判定することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の導圧管の詰まり診断方法は、圧力に揺動を有する測定対象の前記圧力を、導圧管を介して検出する圧力検出手順と、この圧力検出手順で検出された圧力値に基づいて前記揺動の速さを検出する揺動速度検出手順と、前記揺動の速さに基づいて前記導圧管の詰まり状態を判定する判定手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の導圧管の詰まり診断方法の１構成例において、前記揺動速度検出手順は、前記圧力検出手順で検出された圧力値の時系列を複数の区間に区切り、前記揺動の速さを表す情報として、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を区間毎に検出する上下動回数検出手順を備え、前記判定手順は、前記揺動の上下動回数または上下動回数に相当する情報を所定のしきい値と比較して前記導圧管の詰まり状態を判定する比較手順を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧力の揺動の速さを検出し、揺動の速さに基づいて導圧管の詰まり状態を判定することにより、診断の基準となるしきい値を細かく変える必要がなくなり、しきい値変更の必要性を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［発明の原理］
圧力の揺動現象は振動的な現象であるから、揺動の振幅と周波数に相当する情報を検出可能である。特許文献１、特許文献２に開示された技術は、概念的には揺動の振幅を検出するものである。
発明者は、導圧管の詰まり現象を調査した結果として、概念的には圧力の揺動の周波数（揺動の速さ）を検出する方法によっても導圧管の詰まり状態を診断できることに着眼し、揺動の速さに相当する情報を簡易的に検出する方法として、一定時間内における揺動の上下動回数を数える方法を採用することに想到した。一定時間内における揺動の上下動回数を数える際には、圧力揺動の主要な成分よりも高い周波数を持つノイズを除くことが好ましい。
【００２０】
特許文献１、特許文献２に開示された技術のように圧力の揺動の振幅を検出して導圧管の詰まり状態を診断する場合、圧力値自体が変化する範囲に連動して揺動の振幅状況が変化するので、この変化に応じて診断の基準となるしきい値を適宜変更する必要がある。
一方、本発明のように圧力の揺動の上下動回数を検出して導圧管の詰まり状態を診断する場合、揺動の上下動回数は測定対象となる流体の粘性などの変化に連動し、導圧管が正常であれば測定対象の粘性などが変化しない限り上下動回数が大きく変化することはないので、状況変化は極めて限られた範囲に留まる。したがって、特許文献１、特許文献２に開示された技術と同じ問題が発生する可能性は低い。すなわち、本発明では、しきい値変更の必要性を軽減することができる。
【００２１】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る圧力測定装置の構成を示す斜視図である。１は液体、スラリー、気体などの測定対象が流れる配管、２は配管１に設けられた差圧発生機構であるオリフィス、３，４は導圧管、５は圧力検出手段となる圧力発信器である。
【００２２】
導圧管３，４は、オリフィス２の両側の２点から測定対象を圧力発信器５に導く。圧力発信器５は、測定対象の２点間の差圧、または真空もしくは大気圧を基準とする測定対象の圧力を測定する。本実施の形態では、圧力発信器５は、真空もしくは大気圧を基準とする測定対象の圧力を測定するものとする。圧力発信器５は、測定した圧力値を示す電気信号を出力する。
【００２３】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。詰まり診断装置は、圧力発信器５から出力された信号を受信する受信部１０と、圧力発信器５で測定された圧力値に基づいて圧力の揺動の速さを検出する揺動速度検出手段となる上下動回数検出部１１と、揺動の上下動回数に基づいて導圧管３，４の詰まり状態を判定する判定部１２と、導圧管３，４に詰まりが発生したと判定されたときに警報を発する警報出力部１３とから構成される。
上下動回数検出部１１は、基準値算出部１１０と、交差回数検出部１１１とを有する。判定部１２は、比率算出部１２０と、比較部１２１とを有する。
【００２４】
次に、本実施の形態の詰まり診断装置の動作を説明する。図３は本実施の形態の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図であり、圧力発信器５で測定された圧力値Ｐの変化の１例を示す図である。なお、図３では、圧力値Ｐを連続した波形で表しているが、本実施の形態で実際に処理する信号は定期的にサンプリングされた圧力データである。
受信部１０は、圧力発信器５のデジタル出力端子から出力された圧力データを受信する。なお、圧力発信器５がアナログ信号を出力し、受信部１０が圧力発信器５から出力されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換して圧力データを出力する形式でもよいことは言うまでもない。
【００２５】
次に、上下動回数検出部１１の基準値算出部１１０は、図３に示すように圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４・・・に区切り、圧力値Ｐの基準値Ｐｒを区間毎に算出する。図３に示すＰｒ１，Ｐｒ２，Ｐｒ３は、それぞれ区間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で算出した基準値である。各区間は、一定時間で区切ってもよいし、一定のサンプル数で区切ってもよい。また、基準値としては、基準値算出対象区間における圧力値Ｐの平均値または中央値がある。
【００２６】
続いて、上下動回数検出部１１の交差回数検出部１１１は、検出対象区間の圧力値Ｐが直前の区間で算出された基準値Ｐｒと交差する回数を区間毎に数える。つまり、検出対象区間がＳ２であれば、区間Ｓ２の圧力値Ｐが直前の区間Ｓ１で算出された基準値Ｐｒ１と交差する回数を数える。この交差回数が圧力の揺動の上下動回数となる。
次に、判定部１２の比率算出部１２０は、交差回数検出部１１１の検出結果を正規化するため、交差回数検出部１１１が数えた交差回数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する。
【００２７】
判定部１２の比較部１２１は、比率算出部１２０が算出した比率と予め定められたしきい値とを比較し、比率がしきい値を継続的に下回ったときに、導圧管３，４に詰まりが発生したと判断する。具体的には、比較部１２１は、比率が所定回数だけ連続してしきい値を下回ったとき、あるいは所定数の区間の比率の平均値がしきい値を下回ったときに、導圧管３，４に詰まりが発生したと判断すればよい。
警報出力部１３は、導圧管３，４に詰まりが発生したと判定されたときに、警報を発する。このときの警報通知の例としては、例えばブザーや音声による通知やランプ点灯による通知などがある。
【００２８】
図４は本実施の形態の効果を説明するための図であり、３つの圧力状態における交差回数とサンプル数との比率を示す図である。図４は、図１に示したような圧力測定装置で実際に圧力を測定したデータに基づくものである。図４におけるＲ１は正常時の比率、Ｒ２は導圧管が詰まった異常時の比率である。圧力値９７［ｋＰａ］、２５［ｋＰａ］、７［ｋＰａ］は、複数区間の圧力データを平滑化した値である。導圧管の詰まりは圧力発信器５に取り付けられた３方マニホールド弁の開度を絞ることで模擬した。区間のサンプル数にも依るが、交差回数はばらつきがあるので，複数区間の交差回数の集合平均を求め、この平均値を１区間のサンプル数から１引いた数で割って比率を求めている。この比率は０から１の値をとるが、導圧管の詰まりが悪化するにつれて０に近い値となる。測定対象の圧力のデータは、圧力発信器５の高圧側または低圧側のどちらか一方を大気圧に開放し、大気圧との差圧を測定することで求めた。大気圧の分がオフセットとなるが、本実施の形態の妥当性を検討する支障にはならない。
【００２９】
図４によれば、正常時と異常時で比率が変化しており、導圧管の詰まり診断に必要な十分な差異があることが分かる。図４の例では、例えばしきい値を０．４または０．３程度に設定すれば、導圧管が正常な場合と導圧管が詰まった場合を区別できることが分かる。また、測定対象の圧力が９７［ｋＰａ］、２５［ｋＰａ］、７［ｋＰａ］のいずれの状態においても比率の状況は大きく変化してはおらず、測定対象の圧力が大きく変化したとしても、しきい値を変える必要はないことが分かる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態によれば、圧力の揺動の上下動回数に基づいて導圧管の詰まり状態を診断することができる。本実施の形態では、診断の基準となるしきい値を細かく変える必要はなく、しきい値変更の必要性を軽減することができる。また、本実施の形態は、交差回数をリアルタイムに数えることができるので、プロセスを稼働させた状態で導圧管の詰まり状態を診断するオンラインでの実施に適している。
【００３１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の詰まり診断装置は、受信部１０と、上下動回数検出部１１ａと、判定部１２と、警報出力部１３とから構成される。
本実施の形態は、圧力の揺動の上下動が切り替わる回数を上下動回数として数えるものである。上下動回数検出部１１ａは、差分値算出部１１２と、交差回数検出部１１３とを有する。
【００３２】
次に、本実施の形態の詰まり診断装置の動作を説明する。上下動回数検出部１１ａの差分値算出部１１２は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間に区切り、次式に示すように圧力値Ｐ（ｔ）と一定時間前の圧力値Ｐ（ｔ−ｄ）との差分値Ｐｄ（ｔ）を算出する。
Ｐｄ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）−Ｐ（ｔ−ｄ）                              ・・・（１）
一定時間ｄとしてサンプリング周期を選択すれば、１つ前のサンプル値との差をとることになり、圧力値の１階差分を求めることと等価になる。ただし、一定時間ｄはサンプリング周期である必要はない。差分値算出部１１２は、以上のような算出を圧力のサンプル値毎に行う。
【００３３】
上下動回数検出部１１ａの交差回数検出部１１３は、差分値算出部１１２で算出された差分値が０と交差する回数（ゼロクロス回数）を区間毎に数える。このゼロクロス回数が圧力の揺動の上下動回数となる。
第１の実施の形態と同様に、判定部１２の比率算出部１２０は、交差回数検出部１１３が数えたゼロクロス回数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する。比較部１２１および警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００３４】
図６は本実施の形態の効果を説明するための図であり、３つの圧力状態におけるゼロクロス回数とサンプル数との比率を示す図である。図６は、図４の場合と同様にして求めた圧力のデータに基づくものである。図６によれば、正常時と異常時で比率が変化しており、導圧管の詰まり診断に必要な十分な差異があることが分かる。図６の例では、例えばしきい値を０．３または０．２程度に設定すれば、導圧管が正常な場合と導圧管が詰まった場合を区別できることが分かる。また、測定対象の圧力が９７［ｋＰａ］、２５［ｋＰａ］、７［ｋＰａ］のいずれの状態においても比率の状況は大きく変化してはおらず、測定対象の圧力が大きく変化したとしても、しきい値を変える必要はないことが分かる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本実施の形態は、圧力値をハイパスフィルタ処理することになり、圧力の揺動のみを抽出することができる。
なお、差分値算出部１１２で圧力値の差分の差分を求めるようにしてもよい。この場合、圧力値により強いハイパスフィルタをかけることになるので、圧力の揺動のみを抽出して強調することができる。
【００３６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は本発明の第３の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の詰まり診断装置は、受信部１０と、上下動回数検出部１１ｂと、判定部１２と、警報出力部１３とから構成される。
【００３７】
本実施の形態は、第２の実施の形態と同様の思想に基づくものであり、差分値のゼロクロス回数の代わりに、圧力の極大値と極小値の数を上下動回数として数えるものである。
上下動回数検出部１１ｂは、極大値・極小値検出部１１４を有する。極大値・極小値検出部１１４は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間に区切り、圧力値Ｐの極大値と極小値の数を区間毎に数える。
【００３８】
第１の実施の形態と同様に、判定部１２の比率算出部１２０は、極大値・極小値検出部１１４が数えた極大値と極小値の数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する。比較部１２１および警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図８は本発明の第４の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の詰まり診断装置は、受信部１０と、上下動回数検出部１１ｃと、判定部１２と、警報出力部１３とから構成される。
上下動回数検出部１１ｃは、移動平均値算出部１１５と、交差回数検出部１１６とを有する。
【００４０】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）は本実施の形態の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図であり、図９（Ａ）は圧力発信器５で測定された圧力値Ｐとその移動平均値Ｐａｖｅの変化の１例を示す図、図９（Ｂ）は圧力値Ｐと移動平均値Ｐａｖｅとの差分値Ｐｓを示す図である。なお、図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、圧力値Ｐ、移動平均値Ｐａｖｅおよび差分値Ｐｓを連続した波形で表しているが、本実施の形態で実際に処理する信号は定期的にサンプリングされた圧力データであり、移動平均値Ｐａｖｅと差分値Ｐｓも離散的なデータとなる。
【００４１】
移動平均値算出部１１５は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間に区切り、圧力値Ｐの移動平均値Ｐａｖｅを算出する。移動平均値Ｐａｖｅとしては、通常の移動平均値の他、重み付き移動平均値、再帰的に計算され指数的に減衰する重みを持つ重み付き移動平均値であるＥＷＭＡ（Exponentially Weighted Moving-Average）などが利用可能である。移動平均値算出部１１５は、移動平均値Ｐａｖｅの算出を圧力のサンプル値毎に行う。
【００４２】
続いて、交差回数検出部１１６は、検出対象区間の圧力値Ｐが移動平均値Ｐａｖｅと交差する回数を区間毎に数える。具体的には、交差回数検出部１１６は、図９（Ｂ）に示すように圧力値Ｐとその移動平均値Ｐａｖｅとの差分値Ｐｓを算出し、差分値Ｐｓのゼロクロスを区間毎に数えればよい。このゼロクロス回数が圧力の揺動の上下動回数となる。
【００４３】
第１の実施の形態と同様に、判定部１２の比率算出部１２０は、交差回数検出部１１６が数えたゼロクロス回数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する。比較部１２１および警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００４４】
図１０は本実施の形態の効果を説明するための図であり、３つの圧力状態におけるゼロクロス回数とサンプル数との比率を示す図である。図１０は、図４の場合と同様にして求めた圧力のデータに基づくものである。図１０によれば、正常時と異常時で比率が変化しており、導圧管の詰まり診断に必要な十分な差異があることが分かる。図１０の例では、例えばしきい値を０．２程度に設定すれば、導圧管が正常な場合と導圧管が詰まった場合を区別できることが分かる。また、測定対象の圧力が９７［ｋＰａ］、２５［ｋＰａ］、７［ｋＰａ］のいずれの状態においても比率の状況は大きく変化してはおらず、測定対象の圧力が大きく変化したとしても、しきい値を変える必要はないことが分かる。
【００４５】
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、圧力値Ｐの変動に対する計算の追従性が良好になる。
【００４６】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１１は図８に示した移動平均値算出部１１５の１構成例を示すブロック図である。移動平均値算出部１１５は、減算部１１５０と、リミッタ１１５１と、加算部１１５２と、１次遅れ処理部１１５３，１１５４とを有する。
【００４７】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）は本実施の形態の移動平均値算出部１１５の動作を説明するための波形図であり、図１２（Ａ）は圧力発信器５で測定された圧力値Ｐの変化の１例を示す図、図１２（Ｂ）は圧力値Ｐに対して変化率リミット処理を施した後の圧力値Ｐｌを示す図、図１２（Ｃ）は圧力値Ｐｌに対して２次遅れ処理を施した後の圧力値Ｐａｖｅを示す図である。なお、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）では、圧力値Ｐ，Ｐｌ，Ｐａｖｅを連続した波形で表しているが、本実施の形態で実際に処理する信号は定期的にサンプリングされた圧力データであり、圧力値Ｐｌ，Ｐａｖｅも離散的なデータとなる。
【００４８】
減算部１１５０は、圧力値Ｐから１サンプリング前の前回値を減算する。リミッタ１１５１は、圧力値Ｐと前回値との差分値を制限するリミット処理を施す。加算部１１５２は、リミッタ１１５１の出力値と１サンプリング前の前回値とを加算する。これにより、加算部１１５２から出力される１サンプリング前の前回値は、図１２（Ｂ）に示す圧力値Ｐｌのように変化率リミット処理が施された値となる。
【００４９】
続いて、１次遅れ処理部１１５３は、圧力値Ｐｌに対して１次遅れ処理を施し、１次遅れ処理部１１５４は、１次遅れ処理部１１５３の出力値に対して１次遅れ処理を施す。こうして、１次遅れ処理部１１５４から出力される値は、図１２（Ｃ）に示す圧力値Ｐａｖｅのように２次遅れ処理が施された値となる。
【００５０】
本実施の形態によれば、圧力の揺動現象以外の低周波成分の変動を緩やかにすることができ、第４の実施の形態で説明した移動平均値Ｐａｖｅに十分に近い数値（略平均値）をほぼリアルタイムで得ることができる。また、２次遅れ時定数の調整により、圧力値Ｐの高周波の信号ノイズの影響も除去することができる。
移動平均値算出部１１５以外の構成および動作は、第４の実施の形態で説明したとおりである。
【００５１】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第６の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の詰まり診断装置は、受信部１０と、上下動回数検出部１１ｄと、判定部１２と、警報出力部１３とから構成される。本実施の形態は、第４、第５の実施の形態と同様の思想に基づくものである。
上下動回数検出部１１ｄは、トレンドライン算出部１１７と、交差回数検出部１１８とを有する。
【００５２】
図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は本実施の形態の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図であり、図１４（Ａ）は圧力発信器５で測定された圧力値ＰとそのトレンドラインＰｔの変化の１例を示す図、図１４（Ｂ）は圧力値ＰとトレンドラインＰｔとの差分値Ｐｓを示す図である。なお、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）では、圧力値Ｐおよび差分値Ｐｓを連続した波形で表しているが、本実施の形態で実際に処理する信号は定期的にサンプリングされた圧力データであり、差分値Ｐｓも離散的なデータとなる。
【００５３】
トレンドライン算出部１１７は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間に区切り、圧力値ＰのトレンドラインＰｔを区間毎に算出する。トレンドラインＰｔの例としては、例えば圧力値Ｐの時系列の最小２乗近似直線がある。
【００５４】
続いて、交差回数検出部１１８は、検出対象区間の圧力値ＰがトレンドラインＰｔと交差する回数を区間毎に数える。具体的には、交差回数検出部１１８は、図１４（Ｂ）に示すように圧力値ＰとそのトレンドラインＰｔとの差分値Ｐｓを算出し、差分値Ｐｓのゼロクロスを区間毎に数えればよい。このゼロクロス回数が圧力の揺動の上下動回数となる。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、判定部１２の比率算出部１２０は、交差回数検出部１１８が数えたゼロクロス回数を１区間のサンプル数で割った比率を区間毎に算出する。比較部１２１および警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００５６】
図１５は本実施の形態の効果を説明するための図であり、３つの圧力状態におけるゼロクロス回数とサンプル数との比率を示す図である。図１５は、図４の場合と同様にして求めた圧力のデータに基づくものである。図１５によれば、正常時と異常時で比率が変化しており、導圧管の詰まり診断に必要な十分な差異があることが分かる。図１５の例では、例えばしきい値を０．３程度に設定すれば、導圧管が正常な場合と導圧管が詰まった場合を区別できることが分かる。また、測定対象の圧力が９７［ｋＰａ］、２５［ｋＰａ］、７［ｋＰａ］のいずれの状態においても比率の状況は大きく変化してはおらず、測定対象の圧力が大きく変化したとしても、しきい値を変える必要はないことが分かる。
【００５７】
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、圧力値Ｐの変動に対する計算の追従性が良好になるが、第１の実施の形態に対して計算量は増加する。
【００５８】
［第７の実施の形態］
第１の実施の形態では、検出対象区間の圧力値Ｐが直前の基準値算出対象区間で算出された基準値と交差する回数を区間毎に数えていたが、基準値算出対象区間と検出対象区間とを同一にしてもよい。すなわち、検出対象区間において圧力値Ｐの基準値を算出した後に、検出対象区間の圧力値Ｐが基準値と交差する回数を数えるようにしてもよい。本実施の形態においても、導圧管の詰まり診断装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図２の符号を用いて説明する。
【００５９】
図１６は本実施の形態の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図であり、圧力発信器５で測定された圧力値Ｐの変化の１例を示す図である。なお、図１６では、圧力値Ｐを連続した波形で表しているが、本実施の形態で実際に処理する信号は定期的にサンプリングされた圧力データである。
【００６０】
本実施の形態の基準値算出部１１０は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間Ｓ１，Ｓ２・・・に区切り、圧力値Ｐの基準値Ｐｒを区間毎に算出する。図１６に示すＰｒ１，Ｐｒ２は、それぞれ区間Ｓ１，Ｓ２で算出した基準値である。第１の実施の形態と同様に、基準値としては圧力値Ｐの平均値または中央値がある。
【００６１】
続いて、交差回数検出部１１１は、検出対象区間の圧力値Ｐが同区間で算出された基準値Ｐｒと交差する回数を区間毎に数える。つまり、検出対象区間がＳ２であれば、区間Ｓ２の圧力値Ｐが基準値Ｐｒ２と交差する回数を数える。この交差回数が圧力の揺動の上下動回数となる。
判定部１２および警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００６２】
本実施の形態の効果は第１の実施の形態に準ずるが、区間の全サンプルが揃うまで基準値が確定しないので、交差回数の算出ができない。よって、第１の実施の形態に比べてオンラインでの実施にはやや不向きである。
【００６３】
［第８の実施の形態］
第７の実施の形態では、平均値または中央値を圧力値Ｐの基準値としたが、検出対象区間の最初の圧力値Ｐを基準値としてもよい。図１７は本発明の第８の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の詰まり診断装置は、受信部１０と、上下動回数検出部１１ｅと、判定部１２と、警報出力部１３とから構成される。
上下動回数検出部１１ｅは、基準値導出部１１９と、交差回数検出部１４０とを有する。
【００６４】
上下動回数検出部１１ｅの基準値導出部１１９は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間に区切り、各区間の最初の圧力値Ｐをその区間の基準値とする。
続いて、上下動回数検出部１１ｅの交差回数検出部１４０は、検出対象区間の圧力値Ｐが同区間の基準値と交差する回数を区間毎に数える。この交差回数が圧力の揺動の上下動回数となる。
判定部１２および警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。
【００６５】
本実施の形態の場合、リアルタイムに交差回数をカウントできる点は第１の実施の形態と同じであるが、平均値や中央値の算出が不要な分だけ計算量が少なく、実装も容易になる。平均値や中央値ではなく検出対象区間の最初の圧力値を基準値として用いるため、１区間での計算はやや粗くなるが、区間数を十分多くとった上で各区間の交差回数の平均値を求めるようにして、この交差回数の平均値を判定部１２に与えるようにすれば、有意な診断結果が得られる。ただし、複数の区間の交差回数の平均値を用いる場合には、診断に要する時間が長くなる。
【００６６】
なお、第１〜第８の実施の形態では、揺動の上下動回数を１区間のサンプル数で割って比率を求め、この比率をしきい値と比較しているが、これに限るものではなく、上下動回数をしきい値と直接比較してもよいことは言うまでもない。
【００６７】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図１８は本発明の第９の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の詰まり診断装置は、受信部１０と、上下動回数検出部１１ｆと、判定部１２ａと、警報出力部１３とから構成される。
【００６８】
本実施の形態は、圧力の揺動の上下動回数に相当する情報として、圧力値Ｐの極大値と極小値の時間間隔を検出するものである。上下動回数検出部１１ｆは、時間間隔検出部１４１を有する。判定部１２ａは、比較部１２２を有する。
【００６９】
時間間隔検出部１４１は、圧力値Ｐの時系列を連続した複数の区間に区切り、圧力値Ｐの極大値と極小値の時間間隔を区間毎に検出する。例えば図３の例から明らかなように、１つの区間には圧力値Ｐの極大値と極小値が複数出現することがあるので、１つの区間において検出される時間間隔も複数となる。したがって、時間間隔検出部１４１が実際に求める時間間隔は、複数の時間間隔の平均値となる。
【００７０】
判定部１２ａの比較部１２２は、時間間隔検出部１４１が求めた時間間隔と予め定められたしきい値とを比較し、時間間隔がしきい値を継続的に超えたときに、導圧管３，４に詰まりが発生したと判断する。具体的には、比較部１２２は、時間間隔が所定回数だけ連続してしきい値を超えたとき、あるいは所定数の区間の時間間隔の平均値がしきい値を超えたときに、導圧管３，４に詰まりが発生したと判断すればよい。
警報出力部１３の動作は、第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
なお、第１〜第９の実施の形態において少なくとも上下動回数検出部１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆと判定部１２，１２ａとは、例えばＣＰＵ、メモリおよびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムに従って第１〜第９の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、導圧管の詰まり状態を診断する技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る圧力測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の効果を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の効果を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の効果を説明するための図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態に係る移動平均値算出部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る移動平均値算出部の動作を説明するための波形図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の効果を説明するための図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の動作を説明するための波形図である。
【図１７】本発明の第８の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第９の実施の形態に係る導圧管の詰まり診断装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】導圧管の詰まり状態を診断する従来の技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…配管、２…オリフィス、３，４…導圧管、５…圧力発信器、１０…受信部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ…上下動回数検出部、１２，１２ａ…判定部、１３…警報出力部、１１０…基準値算出部、１１１，１１３，１１６，１１８，１４０…交差回数検出部、１１２…差分値算出部、１１４…極大値・極小値検出部、１１５…移動平均値算出部、１１６…交差回数検出部、１１７…トレンドライン算出部、１１９…基準値導出部、１２０…比率算出部、１２１，１２２…比較部、１４１…時間間隔検出部、１１５０…減算部、１１５１…リミッタ、１１５２…加算部、１１５３，１１５４…１次遅れ処理部。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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