(57)【要約】  水道事業者のニーズとして、配管の状態を推定したいといった状況が存在するため、本発明の目的は、配管の内部および外部の劣化や欠陥の状態を推定可能な技術を提供することにある。  上記課題を解決するために、本発明の配管状態検知システムは、配管または前記配管内流体から振動データと圧力データを検出するセンサユニットと、センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、配管の内部及び外部の状態を判定する判定部とを備えることを特徴とする。
2017078004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管または前記配管内流体から振動データと圧力データを検出するセンサユニットと、
前記センサユニットで取得した前記振動データと前記圧力データに基づいて、前記配管の剛性を示す管壁パラメータを算出する管壁パラメータ算出手段と、
前記管壁パラメータに基づいて、配管の劣化状態を判定する判定手段と、
を備える配管状態検知システム。
【請求項２】
前記センサユニットで取得した前記振動データと前記圧力データに基づき、前記配管の内径を算出する内径算出手段を備え、
前記判定手段は、前記内径と、前記管壁パラメータに基づいて、前記配管の劣化状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の配管状態検知システム。
【請求項３】
前記判定手段は、前記内径に基づいて、前記配管の内部の劣化状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の配管状態検知システム。
【請求項４】
前記判定手段は、前記配管の内径の初期値と算出した前記内径との差が第１の所定値以上となった場合に、前記配管の内部の状態が異常であると判定することを特徴とする請求項３に記載の配管状態検知システム。
【請求項５】
前記判定手段は、前記配管の管壁パラメータの初期値と算出した前記管壁パラメータとの差が第２の所定値以上となった場合に、前記配管の外部の劣化状態が異常であると判定することを特徴とする請求項２乃至４に記載の配管状態検知システム。
【請求項６】
前記管壁パラメータは、前記配管の厚さ、前記配管の厚さと配管材料のヤング率との積、または前記配管の厚さと配管材料の密度の積のいずれかであることを特徴とする請求項２乃至５に記載の配管状態検知システム。
【請求項７】
前記センサユニットは、さらに、温度データを検出し、
前記内径算出手段は、前記振動データと、前記圧力データと、前記温度データと、に基づいて、前記配管の内径を算出することを特徴とする請求項２乃至６に記載の配管状態検知システム。
【請求項８】
前記管壁パラメータ算出手段は、前記振動データと、前記圧力データと、前記温度データと、算出した前記内径に基づいて、前記管壁パラメータを算出することを特徴とする請求項７に記載の配管状態検知システム。
【請求項９】
前記振動データと、前記圧力データと、に基づいて、前記配管を伝わる波の音速である配管音速を算出する配管音速算出手段と、
前記振動データと、前記圧力データとに基づいて、前記配管を流れる流体に伝わる波の音速である流体音速を算出する流体音速算出手段と、を備え、
前記内径算出手段は、前記振動データと、前記圧力データと、前記配管音速と、前記流体音速と、に基づいて、前記配管の内径を算出することを特徴とする請求項２乃至６に記載の配管状態検知システム。
【請求項１０】
前記管壁パラメータ算出手段は、前記振動データと、前記圧力データと、前記配管音速と、前記流体音速と、算出した前記内径に基づいて、前記管壁パラメータを算出することを特徴とする請求項９に記載の配管状態検知システム。
【請求項１１】
センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、管壁パラメータを算出する管壁パラメータ算出手段と、
前記管壁パラメータに基づいて、配管外部の劣化状態を判定する判定手段と、
を備える配管状態検知システム。
【請求項１２】
センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、配管の剛性を示す管壁パラメータを算出し、前記管壁パラメータに基づいて、前記配管の内部及び外部の劣化状態を判定する配管状態検知方法。
【請求項１３】
コンピュータに、
センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、配管の剛性を示す管壁パラメータを算出する処理と、
前記管壁パラメータに基づいて、前記配管の内部及び外部の状態を判定する処理を実行させる劣化検出プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管状態検知装置、配管状態検知方法、コンピュータ読み取り可能記録媒体および配管状態検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル化が支えるＩＴやネットワーク技術の進展により、人や電子機器が扱い、蓄積する情報量は増大の一途をたどっている。入力デバイスであるセンサから事象の正確なデータを取得し、それを正確に分析、判定、加工を施し有用情報として人が認知することは、多量の情報に散漫になりつつある人間社会にとって安心安全な社会を形成する上で重要な位置づけにある。【０００３】
上下水道網や、ガスや石油などの高圧化学パイプラインなどの設備が構築され、豊かな社会の基盤となっている。上下水道網やパイプライン等の配管の劣化や破壊による流体の漏洩検査としては、人により漏洩音を聴き取る聴感官能検査が一般的におこなわれている。しかしながら、聴感による漏洩検査は、事後の保全活動となるために発見後速やかな修理や交換などの対応が必要となる。このような課題を解決するため、機械による検査法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６１３５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９７６号公報
【特許文献３】特開２００２−２３６１１５号公報
【特許文献４】特開平０６−３４２４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、地中に埋設された導管に設置した加振器により振動を印加し、導管上の２か所に設置した振動センサでこの振動を検出することで導管の振動伝搬速度を計測し、理論式から管路壁の厚みを推定し、劣化状態を診断する技術が開示されている。特許文献１の技術による劣化診断法は、配管の内径や厚みについては、推定しているが、配管の内部及び外部の状態を推定することは行っていない。【０００６】
水道事業者のニーズとして、配管の状態を推定したいといった状況が存在する。よって、本発明の目的は、配管の内部および外部の劣化や欠陥の状態を推定可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の配管状態検知システムは、配管または前記配管内流体から振動データと圧力データを検出するセンサユニットと、センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、配管の内部及び外部の状態を判定する判定部とを備えることを特徴する。【０００８】
本発明の配管状態検知方法は、センサユニットで取得した振動データと圧力データを取得し、取得された振動データと圧力データに基づいて、配管の内部及び外部の状態を判定することを特徴とする。【０００９】
本発明の配管状態検知プログラムは、コンピュータに、センサユニットで取得した振動データと圧力データを取得する処理と、取得された前記振動データと圧力データに基づいて、前記配管の内部及び外部の状態を判定する処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配管の内部および外部の劣化や欠陥の状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の配管状態検知システムの機能ブロックを示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の配管状態検知システムのハードウェア構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態のセンサユニットのデータ収集からデータ送信のフローを示すフロー図である。
【図４】第１の実施形態の配管状態検知装置の配管状態検知のフローを示すフロー図である。
【図５】第１の実施形態における内径と周波数との関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態における配管の管壁パラメータと周波数との関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態の配管状態検知装置で検知される配管状態の例を示す図である。
【図８】第２の実施形態の配管状態検知システムの機能ブロックを示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態のセンサユニットのデータ収集からデータ送信のフローを示すフロー図である。
【図１０】第２の実施形態の配管状態検知装置の配管状態検知のフローを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。本件の実施形態としては、水道管に設置された振動センサと圧力センサを用いて、水道管の配管状態を検知するシステムを例に説明を実施する。尚、本発明は、水道に限られず、ガスや空気などを運ぶ配管に適用可能である。ここで、ここで、本実施形態における「配管状態」とは、例えば、配管が摩耗し、配管が薄くなっている状態を示す。「配管状態」は、左記状態だけでなく、配管の内壁に堆積物が堆積し、配管の内径が狭くなっている状態や配管の外壁が腐食などにより摩耗している状態や配管の外壁に堆積物が付着し、配管が厚くなっている状態や、それらが複合的に発生している状態等であっても良い。
【００１３】
第１の実施形態の構成について図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の配管状態検知システム１０００の構成を示した図である。
【００１４】
配管状態検知システム１０００は、複数のセンサユニット１１００ａから１１００ｎと配管状態検知装置１２００を含む。
【００１５】
センサユニット１１００は、振動検知部１０１、圧力検知部１０２、制御部１０３、記憶部１０４、通信部１０５、及び加振部１０６を含む。センサユニット１１００は、配管の散水栓に設置されている。尚、センサユニット１１００は、配管の外側の壁面、配管の内側の壁面、止水栓、圧力減衰弁、圧力制御弁及びこれらに接続された治具等に設置されても良い。本実施形態では、センサユニット１１００は、複数あることを前提としているが、センサユニット１１０の数は、図１に示す例に限られず、また、センサユニット１１００が一つであっても良い。複数のセンサユニット１１００ａからセンサユニット１１００ｎは、互いに異なる配管網に設置されても良い。複数のセンサユニット１１００ａから１１００ｎの間の距離については、一定距離に設置されていても良い。センサユニット１１００は、配管の管壁に直接設置できれば振動を拾い易いといったメリットを備えるが、一方で、配管は地中に埋まっていた場合に、設置が困難といった課題が存在する。センサユニット１１００は、散水栓や止水栓に設置する場合には、管壁に直接アクセスできなくても適用設置が可能であるため、センサユニット１１００の設置コストを低減することができる。
【００１６】
振動検知部１０１は、配管または配管内部の流体を伝搬する振動を検知する。振動検知部１０１の構成としては、信号受信部（不図示）と、信号変換部（不図示）を含む。信号受信部は、振動のデータを受信する。信号変換部は、振動データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。以下、アナログ信号からデジタル信号への変換をＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換と呼ぶ。振動検知部１０１は、検知した振動の振幅および周波数に応じた電気信号を検知信号として記憶部１０４に格納する。
【００１７】
圧力検知部１０２は、配管内部の流体の圧力を検知する。圧力検知部１０２の構成としては、信号受信部（不図示）と、信号変換部（不図示）を含む。信号受信部は、圧力のデータを受信する。信号変換部は、圧力データをアナログ信号からデジタル信号にＡ／Ｄ変換する。圧力検知部１０２は、検知した圧力の大きさに応じた電気信号を検知信号として記憶部１０４に格納する。
【００１８】
制御部１０３は、振動検知部１０１、圧力検知部１０２、通信部１０５、及び加振部１０６を制御する。具体的には、制御部１０３は、振動検知部１０１と圧力検知部１０２の制御期間（制御時間）、制御開始タイミング、制御終了タイミングなどを制御する。また、制御部１０３は、加振部１０６の加振タイミングを制御する。
【００１９】
記憶部１０４は、デジタル化した振動データ、圧力データ、信号処理データ、各種プログラム、センサの制御期間、センサの制御開始タイミング、センサの制御終了タイミング、加振部１０６の加振を開始するタイミングである加振タイミングなどを格納する。記憶部１０４は、特定期間（例えば、1日又は1時間など）の振動データまたは振動データの信号処理データ、圧力データまたは圧力データの信号処理データを格納する。特定期間は1日または１時間に限定されない。記憶部１０４は、ハードディスクである。記憶部１０４は、揮発性メモリであっても良く、不揮発性メモリであっても良い。
【００２０】
通信部１０５は、記憶部１０４に格納されている振動データと圧力データを通信ネットワーク経由で、配管状態検知装置１２００へ送信する。通信ネットワークは、特に制限されず、公知の通信回線網を使用できる。具体的には、例えば、インターネット回線、電話回線、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等が挙げられる。それは、無線でもよく、有線でもよい。
【００２１】
加振部１０６は、配管に直接または間接に振動を与える。具体的には、加振部１０６は、電池駆動による遠隔操作型センサ（不図示）を備える。遠隔操作型センサは、センサユニット１１００に備えられた制御部１０３からの指示により起動する。遠隔操作型センサは、内蔵バイブレータ（不図示）を備える。遠隔操作型センサは、内蔵バイブレータを用いて対象ワークに加振を実施する。ここで、加振部１０６は、電気的に振動を発生させる構成としたが、機械的に配管に振動を発生させる構成としても良い。また、本実施形態では、加振部１０６は、センサユニット１１００に含まれる構成としたが、特に一体として構成される必要はない。具体的には、加振部１０６とセンサユニット１１００は、それぞれ別の消火栓に配置される構成であっても良い。さらに、加振部１０６とセンサユニット１１００を信号の飽和が無いような距離に配置することにより、センサユニット１１００は、振動データ、圧力データをより正確に取得することができる。さらに、加振部１０６は、配管の流量を制御するバルブ（不図示）やポンプ（不図示）であっても良い。加振部１０６が、配管の流量を制御するバルブ（不図示）やポンプである場合、バルブやポンプを制御することにより、水衝撃を発生させる。発生した水衝撃は、配管を伝搬する波形となる。左記波形は、センサユニット１１００で、及び圧力として計測される。
【００２２】
配管状態検知装置１２００は、通信部２０１、記憶部２０２、制御部２０３、及び表示部２０４を含む。配管状態検知装置１２００は、例えば、水道事業者内の監視室に設置されている。尚、配管状態検知装置１２００は、サーバであっても良いし、携帯電話やタブレットなどのポータブルデバイスでも良い。
【００２３】
通信部２０１は、センサユニット１１００ａ〜ｎの各々で取得された振動データを通信ネットワーク経由で、受信する。また、通信部２０１は、現在時刻などをセンサユニット１１００ａに対して、送信する構成としても良い。通信ネットワークは、特に制限されず、公知の通信回線網を使用できる。具体的には、例えば、インターネット回線、電話回線、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等が挙げられる。それは、無線でもよく、有線でもよい。
【００２４】
記憶部２０２は、通信部２０１がセンサユニット１１００ａ〜ｎから取得した振動データと圧力データ、各種プログラムなどを格納する。記憶部２０２は、ハードディスクである。記憶部２０２は、揮発性メモリであっても良く、不揮発性メモリであっても良い。
【００２５】
制御部２０３は、記憶部２０２から振動データと圧力データを取得する。制御部２０３は、取得した振動データを記憶部２０２へ格納する。また、制御部２０３は、取得した振動データと圧力データに基づき、配管の異常を判定する。配管の異常を検知する詳細な手法については、後述する。また、制御部２０３は、配管の異常の有無及び配管の異常種別などの判定結果を、表示部２０４を介して表示する。制御部２０３は、通信部２０１から直接、振動データと圧力データを取得する構成としても良い。
【００２６】
表示部２０４は、制御部２０３が、配管の劣化状態の判定結果を表示する。表示部２０４は、液晶ディスプレイを含み構成される。
【００２７】
図２は、第１の実施形態の配管状態検知システム１０００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００２８】
センサユニット１１００ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１０、記憶部１０４であるメモリ１１３０、通信部１０５、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１４０、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５０を含む。ＣＰＵ１１０には、メモリ１１３０、通信部１０５、ＲＯＭ１４０、及びＲＡＭ１５０が接続されている。また、ＣＰＵ１１０は、メモリ１１３０に記憶されているプログラムを必要に応じて実行することにより、図１に示す機能ブロックを実現する。
【００２９】
配管状態検知装置１２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２１０、記憶部２０２であるメモリ１２３０、通信部２０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２４０、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２５０を含む。ＣＰＵ２１０には、メモリ１２３０、通信部２０１、ＲＯＭ２４０、及びＲＡＭ２５０が接続されている。また、ＣＰＵ２１０は、メモリ１２３０に記憶されているプログラムを必要に応じて実行することにより、図１に示す機能ブロックを実現する。
【００３０】
［データ収集方法］
センサユニット１１００のデータ取得方法について、図３を用いて説明する。図３は、センサユニット１１００のデータの取得フローを示すフロー図である。
【００３１】
ステップＳ１０１では、制御部１０３は、記憶部１０４に格納されている加振タイミングに基づき、加振部１０６に加振させ、ステップＳ１０２へ進む。
【００３２】
ステップＳ１０２では、制御部１０３は、振動検知部１０１に振動データを収集させる。また、制御部１０３は、圧力検知部１０２に圧力データを収集させる。振動検知部１０１は、取得した振動データをＡ／Ｄ変換する。圧力検知部１０２は、取得した圧力データをＡ／Ｄ変換する。制御部１０３は、振動検知部１０１と圧力検知部１０２にＡ／Ｄ変換したデータを記憶部１０４に格納させ、ステップＳ１０３へ進む。
【００３３】
ステップＳ１０３では、制御部１０３は、Ａ／Ｄ変換した振動データとＡ／Ｄ変換した圧力データを通信部１０５を介して、配管状態検知装置１２００へ送信し、フローを終了する。
【００３４】
［配管状態検知方法］
配管状態検知装置１２００の配管状態検知方法について、図４を用いて説明する。図４は、配管状態検知装置１２００の配管状態検知方法のフローを示すフロー図である。
【００３５】
ステップＳ２０１では、通信部２０１は、各センサユニット１１００から振動データ及び圧力データを受信する。制御部２０３は、受信した振動データと圧力データを記憶部２０２に格納し、ステップＳ２０２へ進む。
【００３６】
ステップＳ２０２では、制御部２０３は、記憶部２０２に格納されている各センサユニット１１００の振動データと圧力データを取得する。ここで、制御部２０３は、通信部２０１で受信した振動データを取得する構成としても良い。制御部２０３は、取得した振動データと圧力データを用いて配管を伝わる波の音速である配管音速を算出し、ステップＳ３０３へ進む。配管音速は、例えば、特定の地点で生じた振動が各センサユニット１１００までに到達する時間差とセンサユニット１１００の間の距離とに基づいて算出される。
【００３７】
ステップＳ２０３では、制御部２０３は、取得した圧力データ等を用いて配管を流れる流体に伝わる波の音速である流体音速を求め、ステップＳ２０４へ進む。ここで、流体の音速は、例えば、取得した圧力データが示す圧力に応じて予め求められた値（文献値）を使用して求められる。文献値は、流体に含まれる気泡の有無や流体の組成が考慮されていてもよい。
【００３８】
ステップＳ２０４では、制御部２０３は、式（１）に基づいて、取得した圧力データと算出した配管音速と算出した流体音速を用いて配管の内径ａを算出し、ステップＳ２０５へ進む。ここで、式（１）中のａは配管の内径、Ｗは振動変位、Ｐは圧力、Ｂｆは流体の体積弾性率、Ｃｓは配管音速、Ｃｆは流体音速を示す。振動変位Ｗは、センサユニット１１００で収集された振動データから算出される。圧力Ｐはセンサユニット１１００で収集された圧力データから算出される。また配管音速Ｃｓと流体音速Ｃｆは制御部２０３で計算される。流体の体積弾性率Ｂｆは文献値の値を用いることで式（１）を計算することができる。ここで振動変位Ｗ、圧力Ｐ、配管音速Ｃｓは周波数依存性を有するため、算出される配管の内径ａは実効的な内径の意味を有する。この配管の内径ａは、ある特定の周波数における値を算出してもよいが、複数の周波数、例えば３点以上における値を算出することが望ましい。配管の内径ａを算出する方法としては、前述の算出方法に限定されない。具体的には、図５に示す配管の内径ａと周波数ｆとの関係を示した図により配管の内径ａを算出する構成としても良い。尚、図５は、実験などにより求められた配管の内径ａと周波数ｆとの関係により、求められた近似曲線などである。
2017078004.tif 000003
【００３９】
ステップＳ２０５では、制御部２０３は、式（２）に基づいて、算出した配管の内径ａと算出した配管音速と算出した流体音速を用いて配管の管壁パラメータを算出し、ステップＳ２０６へ進む。管壁パラメータは配管壁のかたさに関連する機械的な状態を示す指標である。Ｇは、管壁パラメータと他の配管に関する要素との関係を示す。ここで、式（２）中のＥはヤング率、ρは配管材料の密度である。流体の体積弾性率Ｂｆ、流体音速Ｃｆ、配管音速Ｃｓは前述の説明より既知である。ヤング率Ｅ、配管材料の密度ρは、文献を参照するか、埋設経年による状態変化、あるいは実験により強制的に状態が変化した配管を用いた実験値を用いることができる。式（２）に基づいて、配管の管壁パラメータである配管材料の厚みｈが求まる。ここで、ヤング率が不明な場合には、配管の管壁パラメータは、ヤング率Ｅと配管材料の厚みｈの積としても良い。また、配管材料の密度ρが不明な場合には、配管の管壁パラメータは、配管材料の密度ρと配管材料の厚みｈの積としても良い。配管の管壁パラメータを算出する方法としては、前述の算出方法に限定されない。具体的には、図６に示す配管の管壁パラメータと周波数ｆとの関係を示した図により配管の管壁パラメータを算出する構成としても良い。尚、図６は、実験などにより求められた配管の管壁パラメータと周波数ｆとの関係により、求められた近似曲線である。
2017078004.tif 000004
【００４０】
ステップＳ２０６では、制御部２０３は、ステップＳ２０４とステップＳ２０５で算出した配管の内径aと配管の管壁パラメータの一つである配管の厚さに基づいて、配管の状態を判定する。具体的には、制御部２０３は、記憶部２０２に格納されている配管の内径の初期値と今回算出された配管の内径ａを比較する。配管の内径の初期値と今回算出された配管の内径ａの差の絶対値が第１の所定値未満である場合に、配管の内部が正常であると判定する。逆に、配管の内径の初期値と今回算出された配管の内径ａの差の絶対値が第１の所定値以上である場合に、配管の内部が異常であると判定する。さらに、今回算出された配管の内径ａが配管の内径の初期値より、大きい場合には、配管が経年劣化により摩耗したと判定する。また、今回算出された配管の内径ａが配管の内径の初期値より、小さい場合には、配管の内径が狭くなっているため、配管内部に流体内の異物などが堆積したと判定する。また、配管の管壁パラメータの初期値と今回算出された配管の管壁パラメータの差の絶対値が第２の所定値未満である場合には、配管の外部が正常であると判定する。配管の管壁パラメータの初期値と今回算出された配管の管壁パラメータの差の絶対値が第２の所定値以上であり、今回算出された配管の管壁パラメータが配管の管壁パラメータの初期値より、大きい場合には、配管に堆積物が堆積し配管の剛性が高くなったと判定し、配管の外部が正常であると判定する。また、配管の管壁パラメータの初期値と今回算出された配管の管壁パラメータの差の絶対値が第２の所定値以上であり、今回算出された配管の管壁パラメータが配管の管壁パラメータの初期値より、小さい場合には、配管の特定成分が流体に漏れ出しているか、配管が腐食したことにより、配管の剛性が低下したと判定し、配管の外部が異常であると判定する。よって、配管の内径aと配管の管壁パラメータに基づいて、配管の内部及び、外部の配管状態（劣化や欠陥）を判定する。ここで、制御部２０３による判定手法は、値の比較により判定を行う構成としたが、前述の構成に限定されず、記憶部２０３に格納されている配管の内径を横軸に取り、管壁パラメータを縦軸にとった２次元のマップと、算出した配管の内径ａと管壁パラメータとの値を比較することにより、配管の外部及び内部の劣化状態を判定する手法とすることも可能である。なお、上記の説明において、配管の内部又は外部の状態は、主に、配管の内壁又は外壁のそれぞれの状態を指す。
【００４１】
ステップＳ２０７では、制御部２０３は、表示部２０４に配管の内部及び外部の異常の有無と、配管状態と、を表示し、フローを終了する。具体的な配管状態のメッセージとしては、「配管が摩耗により内径が拡大しています。」や「配管の剛性が低下しています。
」などのメッセージである。また、表示部２０４は、状態に応じて、音や振動などのアラームを出力する構成としても良い。
【００４２】
［動作例］
図７を用いて上記第１の実施形態を適用した実施例の説明を実施する。図７は、配管状態検知装置で検知される配管状態を例示する図である。まず、図７の縦軸は、配管の管壁パラメータであり、横軸は、配管の内径を示す。図の中央に位置する点は、初期値を示す。図７中の点線は、正常範囲を例示する。正常範囲は、特に限定されず、ユーザによって、適宜設定されても良い。制御部２０３は、算出された配管の内径と配管の管壁パラメータが正常範囲内である場合に、配管状態は正常であると判定する。以下、具体的な判定結果を例示する。
【００４３】
例１の場合には、正常範囲を逸脱しているため、制御部２０３は、配管の状態が異常と判定する。さらに、初期値に対して配管の内径が増加し、管壁パラメータの値が減少しているため、制御部２０３は、配管の摩耗により管厚が低下したことをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部が異常であり、配管の外部は正常であると判定する。表示部２０４は、制御部２０３の判定結果に基づき、配管の内部が異常であることを表示する。
【００４４】
例２の場合には、正常範囲を逸脱しているため、制御部２０３は、異常と判定する。初期値に対して配管の内径が初期値と変わらず、配管の管壁パラメータが減少しているため、制御部２０３は、配管の成分が流体に漏れ出していることをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部及び配管の外部は異常であると判定する。表示部２０４は、制御部２０３の判定結果に基づき、配管の内部及び配管の外部は異常であることを表示する。
【００４５】
例３の場合には、正常範囲を逸脱しているため、制御部２０３は、異常と判定する。さらに、初期値に対して配管の内径が増加し、管壁パラメータが例１よりも減少しているため、制御部２０３は、配管の摩耗により管厚が低下し、さらに腐食が発生していることをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部は正常であり、配管の外部は異常であると判定する。表示部２０４は、制御部２０３の判定結果に基づき、配管の外部は異常であることを表示する。
【００４６】
例４の場合には、正常範囲を逸脱しているため、制御部２０３は、異常と判定する。さらに、初期値に対して配管の内径が減少し、管壁パラメータが減少しているため、制御部２０３は、配管の内部に堆積物が堆積し、さらに腐食の発生もしくは配管の成分が流体に漏れ出していることをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部及び配管の外部は異常であると判定する。表示部２０４は、制御部２０３の判定結果に基づき、配管の内部及び配管の外部は異常であることを表示する。
【００４７】
例５の場合には、正常範囲を逸脱しているため、制御部２０３は、異常と判定する。さらに、初期値に対して配管の内径が減少し、管壁パラメータが例４よりも減少しているため、制御部２０３は、配管の内部に堆積物が堆積し、さらに腐食の発生し、配管の成分が流体に漏れ出していることをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部及び配管の外部は異常であると判定する。表示部２０４は、制御部２０３の判定結果に基づき、配管の内部及び配管の外部は異常であることを表示する。
【００４８】
例６の場合には、正常範囲を逸脱しているため、制御部２０３は、異常と判定する。さらに、初期値に対して配管の内径が減少し、管壁パラメータの値が増加しているため、制御部２０３は、配管の内部に堆積物が堆積していることをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部が異常であり、配管の外部は正常であると判定する。
表示部２０４は、制御部２０３の判定結果に基づき、配管の内部が異常であることを表示する。
【００４９】
例７の場合には、正常範囲を逸脱していないため、制御部２０３は、正常と判定する。
さらに、初期値に対して配管の内径が変わらず、管壁パラメータが増加しているため、制御部２０３は、配管の成分が変化し、配管の剛性が高くなったことをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部及び配管の外部は正常であると判定する。
【００５０】
例８の場合には、制御部２０３は、正常範囲を逸脱していないため、正常と判定する。
さらに、初期値に対して配管の内径が増加し、管壁パラメータが増加しているため、制御部２０３は、配管の摩耗により管厚が低下し、配管の成分が変化した結果配管の剛性が高くなったことをメッセージとして表示部２０４に表示させる。合わせて、制御部２０３は、配管の内部及び配管の外部は正常であると判定する。ここで、本実施例では、制御部２０３は、正常の場合には、表示部２０４に正常であることを表示しない構成としたが、正常状態であっても表示させる構成としても良い。
【００５１】
［作用効果］
本発明では、配管の内径と配管の管壁パラメータを算出し、それらを組み合わせて配管の状態を判定する構成としたため、配管の劣化の状態をより詳細に知ることができる。
【００５２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の構成について図８を用いて説明する。図８は、第２の実施形態の配管状態検知システム２０００の構成を示した図である。
【００５３】
配管状態検知システム２０００は、複数のセンサユニット２１００ａから２１００ｎと配管状態検知装置１２００を含む。
【００５４】
センサユニット２１００は、振動検知部１０１、圧力検知部１０２、制御部１０３、記憶部１０４、通信部１０５、加振部１０６、及び温度検知部１０７を含む。センサユニット２１００は、配管の散水栓に設置されている。尚、センサユニット２１００は、第１の実施形態のセンサユニット１１００と温度検知部１０７を備える点でのみ相違するため、温度検知部１０７以外の説明を省略する。
【００５５】
温度検知部１０７は、配管材料の温度を検知する。温度検知部１０７の構成としては、信号受信部（不図示）と、信号変換部（不図示）を含む。信号受信部は、温度のデータを受信する。信号変換部は、温度データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。温度検知部１０７は、検知した振動の温度を検知信号として記憶部１０４に格納する。
【００５６】
［データ収集方法］
センサユニット２１００のデータ取得方法について、図９を用いて説明する。図９は、センサユニット２１００のデータの取得フローを示すフロー図である。
【００５７】
ステップＳ３０１では、第１の実施形態のステップＳ１０１と同様の処理を実行し、ステップＳ３０２へ進む。
【００５８】
ステップＳ３０２では、制御部１０３は、振動検知部１０１に振動データを収集させる。また、制御部１０３は、圧力検知部１０２に圧力データを収集させる。また、温度検知部１０７に温度データを収集させる。温度検知部１０７は、取得した温度データをＡ／Ｄ変換する。制御部１０３は、振動データと圧力データと温度データを、通信部１０５を介して、配管状態検知装置１２００へ送信し、フローを終了する。
【００５９】
［配管状態検知方法］
図１０を用いて、第２の実施形態における配管状態検知方法を説明する。図１０は、第２実施形態における劣化検知方法のフローを示したフロー図である。
【００６０】
Ｓ４０１では、第１の実施形態のステップＳ２０１と同様の処理を実行する。制御部１０３は、温度検知部１０７へ温度データを収集させる。続いて、ステップＳ４０２へ進む。
【００６１】
Ｓ４０２では、第１の実施形態のステップＳ２０２と同様の処理を実行し、ステップＳ４０３へ進む。
【００６２】
Ｓ４０３では、制御部２０３は、取得した圧力データと温度データ等を用いて配管を流れる流体に伝わる波の音速である流体音速を算出し、ステップＳ４０４へ進む。流体の音速は、例えば、取得した圧力データが示す圧力や温度データが示す温度に応じて、予め求められた値（文献値）を使用して求められる。
【００６３】
Ｓ４０４では、制御部２０３は、式（１）に基づいて、取得した圧力データと温度データと算出した配管音速と算出した流体音速を用いて配管の内径ａを算出し、ステップＳ４０５へ進む。ここで、は流体の体積弾性率Ｂｆは、温度依存性を有するため、制御部２０３は、温度データに基づいて、体積弾性率Ｂｆを算出する。制御部２０３は、算出された体積弾性率Ｂｆに基づいて、配管の内径ａを算出する。
【００６４】
ステップＳ４０５では、制御部２０３は、式（２）に基づいて、算出した配管の内径ａと算出した配管音速と算出した流体音速を用いて配管の管壁パラメータを算出し、ステップＳ４０６へ進む。ここで、配管材料のヤング率Ｅは、温度依存性を有するため、制御部２０３は、温度データに基づいて、配管材料のヤング率Ｅを算出する。制御部２０３は、算出された配管材料のヤング率Ｅに基づいて、配管の管壁パラメータを算出する。
【００６５】
ステップＳ４０６では、第１の実施形態のステップＳ２０６と同様の処理を実行し、ステップＳ４０７へ進む。
【００６６】
ステップＳ４０７では、第１の実施形態のステップＳ２０７と同様の処理を実行し、フローを終了する。
【００６７】
［作用効果］
本発明では、第１の実施形態に比べて、配管材料の温度データを取得する構成としている。そのため、流体音速ｃｆ、流体の体積弾性率Ｂｆ、配管材料ヤング率Ｅを正確に算出することができる。よって、配管の内径ａや配管の管壁パラメータの算出精度が高まり、より正確な配管状態の診断を実現することができる。
【００６８】
以上、本発明を、上述した模範的な実施の形態に適用した例として説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施の形態に記載した範囲には限定されない。
当業者には、係る実施の形態に対して多様な変更または改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更または改良を加えた新たな実施の形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、請求の範囲に記載した事項から明らかである。
【００６９】
この出願は、２０１５年１１月４日に出願された日本出願特願２０１５−２１６２４４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００７０】
１０１    振動検知部
１０２    圧力検知部
１０３、２０３    制御部
１０４、２０２    記憶部
１０５、２０１    通信部
１０６    加振部
１０７    温度検知部
１１０、２１０    ＣＰＵ
１４０、２４０    ＲＯＭ
１５０、２５０    ＲＡＭ
２０４    表示部
１０００、２０００    配管状態検知システム
１１００ａ〜１１００ｎ、２１００a〜２１００ｎ    センサユニット
１２００    配管状態検知装置
１１３０、１２３０    メモリ
【図１】
2017078004.tif 000005
【図２】
2017078004.tif 000006
【図３】
2017078004.tif 000007
【図４】
2017078004.tif 000008
【図５】
2017078004.tif 000009
【図６】
2017078004.tif 000010
【図７】
2017078004.tif 000011
【図８】
2017078004.tif 000012
【図９】
2017078004.tif 000013
【図１０】
2017078004.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月9日(2018.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管または前記配管内流体から振動データと圧力データを検出するセンサユニットと、
前記センサユニットで取得した前記振動データと前記圧力データに基づいて、前記配管の剛性を示す管壁パラメータを算出する管壁パラメータ算出手段と、
前記管壁パラメータに基づいて、配管の劣化状態を判定する判定手段と、
を備える配管状態検知システム。
【請求項２】
前記センサユニットで取得した前記振動データと前記圧力データに基づき、前記配管の内径を算出する内径算出手段を備え、
前記判定手段は、前記内径と、前記管壁パラメータに基づいて、前記配管の劣化状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の配管状態検知システム。
【請求項３】
前記判定手段は、前記内径に基づいて、前記配管の内部の劣化状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の配管状態検知システム。
【請求項４】
前記判定手段は、前記配管の内径の初期値と算出した前記内径との差が第１の所定値以上となった場合に、前記配管の内部の状態が異常であると判定することを特徴とする請求項３に記載の配管状態検知システム。
【請求項５】
前記判定手段は、前記配管の管壁パラメータの初期値と算出した前記管壁パラメータとの差が第２の所定値以上となった場合に、前記配管の外部の劣化状態が異常であると判定することを特徴とする請求項２乃至４に記載の配管状態検知システム。
【請求項６】
前記センサユニットは、さらに、温度データを検出し、
前記内径算出手段は、前記振動データと、前記圧力データと、前記温度データと、に基づいて、前記配管の内径を算出することを特徴とする請求項２乃至５に記載の配管状態検知システム。
【請求項７】
前記振動データと、前記圧力データと、に基づいて、前記配管を伝わる波の音速である配管音速を算出する配管音速算出手段と、
前記振動データと、前記圧力データとに基づいて、前記配管を流れる流体に伝わる波の音速である流体音速を算出する流体音速算出手段と、を備え、
前記内径算出手段は、前記振動データと、前記圧力データと、前記配管音速と、前記流体音速と、に基づいて、前記配管の内径を算出することを特徴とする請求項２乃至５に記載の配管状態検知システム。
【請求項８】
センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、管壁パラメータを算出する管壁パラメータ算出手段と、
前記管壁パラメータに基づいて、配管外部の劣化状態を判定する判定手段と、
を備える配管状態検知システム。
【請求項９】
センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、配管の剛性を示す管壁パラメータを算出し、前記管壁パラメータに基づいて、前記配管の内部及び外部の劣化状態を判定する配管状態検知方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
センサユニットで取得した振動データと圧力データに基づいて、配管の剛性を示す管壁パラメータを算出する処理と、
前記管壁パラメータに基づいて、前記配管の内部及び外部の状態を判定する処理を実行させる劣化検出プログラム。
【国際調査報告】
2017078004.tif 000015
2017078004.tif 000016
2017078004.tif 000017
2017078004.tif 000018