(57)【要約】【課題】液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる異常検出装置を提供すること。【解決手段】異常検出装置５のセンサ部１２は、液体圧送用管路２内の液体Ｗ１中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信する。気泡検出率計数手段２６は、超音波の受信信号に基づいて、液体Ｗ１中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得し、気泡増減周期演算手段２７は、そのデータを周波数解析することで気泡の増減周期を求める。周期比較手段２８は、ベローズポンプ３の駆動周期と気泡の増減周期とを比較し、ポンプ異常判定手段２９は、その比較結果に基づいて液体圧送設備１の異常を判定する。
2011001536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する装置であって、
前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、
前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、
前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、
前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項２】
前記管路内における前記液体の流量または流速を計測する計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記計測手段が計測した前記液体の流量または流速の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項３】
前記センサ部は、前記管路内において、前記液体の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させるとともに、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とをそれぞれ受信し、
前記計測手段は、前記正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と前記逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、前記液体の流量または流速を計測する
ことを特徴とする請求項２に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項４】
前記管路内における前記液体の圧力を検出する圧力計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記圧力計測手段が計測した前記液体の圧力の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項５】
前記可動部材の往復動を検出する位置センサをさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記位置センサが検出した往復動周期に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項６】
前記気泡検出処理手段は、所定時間内における気泡検出率の時系列データを取得し、
前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求める
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項７】
前記往復動ポンプは、前記可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより前記液体を圧送するベローズポンプであり、
前記異常判定手段は、前記ベローズの駆動周期と前記気泡の増減周期との比較結果に基づいて、前記ベローズにおける異常の発生を判定する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項８】
可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する機能を付与した超音波流量計であって、
前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、
前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、
前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、
前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項９】
前記管路内における前記液体の流量または流速を計測する計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記計測手段が計測した前記液体の流量または流速の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１０】
前記センサ部は、前記管路内において、前記液体の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させるとともに、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とをそれぞれ受信し、
前記計測手段は、前記正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と前記逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、前記液体の流量または流速を計測する
ことを特徴とする請求項９に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１１】
前記管路内における前記液体の圧力を検出する圧力計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記圧力計測手段が計測した前記液体の圧力の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１２】
前記可動部材の往復動を検出する位置センサをさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記位置センサが検出した往復動周期に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１３】
前記気泡検出処理手段は、所定時間内における気泡検出率の時系列データを取得し、
前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求める
ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１４】
前記往復動ポンプは、前記可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより前記液体を圧送するベローズポンプであり、
前記異常判定手段は、前記ベローズの駆動周期と前記気泡の増減周期との比較結果に基づいて、前記ベローズにおける異常の発生を判定する
ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１５】
可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する方法であって、
前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するステップと、
前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路の内部を流れる液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するステップと、
受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得するステップと、
取得した前記データを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求めるステップと、
前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定するステップと
を含むことを特徴とする液体圧送設備の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する液体圧送設備の異常検出装置及び方法、異常検出機能付きの超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程で用いられる洗浄薬液等の循環システムでは、清浄性や耐薬品性に優れたベローズポンプが使用されている。ベローズポンプは、ベローズを伸縮させることで液体の吸込と吐出とを行うポンプである。このベローズポンプでは、ベローズが伸縮を繰り返すことで磨耗して破損するといった故障モードの発生確率が高く、その故障モードを早期に検知する必要がある。ベローズポンプにおいて、ベローズが破れた場合、その破れた箇所から液体中に気泡が混入するため、液体中の気泡の増加を検知することにより、ポンプ故障の判定を行うことが可能である。【０００３】
特許文献１等には、超音波を利用して液体中の気泡を検出する気泡検出装置が開示されており、その気泡検出装置を用いれば、ポンプ故障時に液体に混入した気泡を検出することができる。具体的には、特許文献１の気泡検出装置では、液体中を伝搬した超音波の受信レベルの変動値と低下時間とを積算し、その演算結果に基づいて気泡を検出している。また、特許文献２に開示されている気泡検出システムでは、超音波を利用して導管内を通過する液体中の気泡の数及び体積を経時的に検出している。そして、液体を圧送するローラポンプの回転周期と、気泡個数の最大値の発現周期が一致した場合に、導管内に空気が吸引されていると判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１４７５８３号公報
【特許文献２】特開２００５−４６４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、液体中に気体がある程度存在した状態で配管内を流れているシステムにおいては、ベローズの破れによって混入した気泡と従前から液体中に存在していた気泡との判別が難しく、従来の気泡検出装置を用いて、ポンプ故障を判定することができない。例えば、特許文献２の気泡検出システムを用いた場合、液体中に大量の気泡が混入されると、気泡個数の最大値が一定期間継続して検出されてしまう。この場合には、気泡個数の最大値の発現周期を正確に求めることができず、ポンプ故障を精度良く検出することができない。【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含んで構成された液体圧送設備において、液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる液体圧送設備の異常検出装置を提供することにある。また、別の目的は、液体の流量を計測しつつその液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる異常検出機能付きの超音波流量計を提供することにある。さらに、別の目的は、液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含んで構成された液体圧送設備において、液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる液体圧送設備の異常検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、手段１に記載の発明は、可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する装置であって、前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置をその要旨とする。【０００８】
手段１に記載の発明によると、ポンプ駆動周期取得手段によって、往復動ポンプの駆動周期に関するデータが取得される。また、往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路にセンサ部が設けられており、そのセンサ部によって、管路内の液体中に超音波が伝搬されるとともにその超音波が受信される。そして、センサ部で受信された超音波の受信信号に基づいて、気泡検出処理手段により、液体中に含まれる気泡の周期的な増減に関するデータが取得され、気泡増減周期演算手段により、そのデータを周波数解析することで気泡の増減周期が求められる。さらに、異常判定手段によって、往復動ポンプの駆動周期と気泡の増減周期とが比較される。ここで、往復動ポンプなどの液体圧送設備が故障して液体中に気泡が混入する場合、ポンプの駆動周期によって気泡の混入量が増減する。従って、往復動ポンプの駆動周期と気泡の増減周期とが一致する場合には、往復動ポンプなどの故障により液体圧送設備に異常が生じていると判定することができる。このように異常検出装置を構成すれば、液体圧送設備の管路を流れる液体中に常時気泡が混入している場合においても、ポンプ故障等による気泡の増減周期を確実に求めることができる。そして、その気泡の増減周期とポンプの駆動周期との比較結果に基づいて、液体圧送設備の異常を的確に判定することができる。【０００９】
手段２に記載の発明は、手段１において、前記管路内における前記液体の流量または流速を計測する計測手段をさらに備え、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記計測手段が計測した前記液体の流量または流速の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得することをその要旨とする。【００１０】
前記往復動ポンプは、可動部材が往復動することで液体を周期的に圧送するポンプであるため、管路内を流れる液体の流量または流速は、往復動ポンプの駆動周期に応じて変動する。【００１１】
従って、手段２に記載の発明のように、計測手段により管路内を流れる液体の流量または流速を計測し、ポンプ駆動周期取得手段によりその流量または流速の変動状況に基づいて往復動ポンプの駆動周期を求めることができる。【００１２】
手段３に記載の発明は、手段２において、前記センサ部は、前記管路内において、前記液体の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させるとともに、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とをそれぞれ受信し、前記計測手段は、前記正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と前記逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、前記液体の流量または流速を計測することをその要旨とする。【００１３】
手段３に記載の発明によると、センサ部により、液体の流れの正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とが受信され、計測手段により、正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、液体の流量または流速が計測される。このように、気泡検出用のセンサ部を使用して流体の流量を計測することにより、気泡検出用のセンサ部と、流量計測用のセンサ部とを別々に設ける場合と比較して、部品コストを抑えることができる。さらに、装置の小型化を図ることができる。【００１４】
手段４に記載の発明は、手段１において、前記管路内における前記液体の圧力を検出する圧力計測手段をさらに備え、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記圧力計測手段が計測した前記液体の圧力の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得することをその要旨とする。【００１５】
前記液体圧送設備では、往復動ポンプによって液体が圧送されるため、管路内を流れる液体の圧力は往復動ポンプの駆動周期に応じて変動する。従って、手段４に記載の発明のように、圧力計測手段により管路内における液体の圧力を検出し、ポンプ駆動周期取得手段により液体の圧力の変動状況に基づいて往復動ポンプの駆動周期を求めることができる。【００１６】
手段５に記載の発明は、手段１において、前記可動部材の往復動を検出する位置センサをさらに備え、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記位置センサが検出した往復動周期に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得することをその要旨とする。【００１７】
前記往復動ポンプの駆動時には、可動部材が往復動する。従って、手段５に記載の発明のように、位置センサにより可動部材の往復動を検出し、ポンプ駆動周期取得手段により可動部材の往復動周期に基づいて往復動ポンプの駆動周期を求めることができる。【００１８】
手段６に記載の発明は、手段１乃至５のいずれかにおいて、前記気泡検出処理手段は、所定時間内における気泡検出率の時系列データを取得し、前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求めることをその要旨とする。【００１９】
手段６に記載の発明によると、気泡検出処理手段により、所定時間内における気泡検出率の時系列データが取得され、気泡増減周期演算手段により、その時系列データをフーリエ変換することで気泡の増減周期が正確に求められる。【００２０】
手段７に記載の発明は、手段１乃至６のいずれかにおいて、前記往復動ポンプは、前記可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより前記液体を圧送するベローズポンプであり、前記異常判定手段は、前記ベローズの駆動周期と前記気泡の増減周期との比較結果に基づいて、前記ベローズにおける異常の発生を判定することをその要旨とする。【００２１】
手段７に記載の発明によると、可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより液体を圧送するベローズポンプが用いられる。ベローズポンプは、清浄性や耐薬品性に優れた往復動ポンプであるが、長期間使用するとベローズが伸縮を繰り返すことで磨耗して破損する。そして、ベローズの破れた箇所から液体中に気泡が混入する。この場合、異常判定手段により、ベローズポンプの駆動周期と気泡の増減周期との比較結果に基づいて、ベローズにおける異常の発生を的確に判定することができる。【００２２】
手段８に記載の発明は、可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する機能を付与した超音波流量計であって、前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とする異常検出機能付きの超音波流量計をその要旨とする。【００２３】
手段８に記載の発明によると、ポンプ駆動周期取得手段によって、往復動ポンプの駆動周期に関するデータが取得される。また、往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路にセンサ部が設けられており、そのセンサ部によって、管路内の液体中に超音波が伝搬されるとともにその超音波が受信される。そして、センサ部で受信された超音波の受信信号に基づいて、気泡検出処理手段により、液体中に含まれる気泡の周期的な増減に関するデータが取得され、気泡増減周期演算手段により、そのデータを周波数解析することで気泡の増減周期が求められる。さらに、異常判定手段によって、往復動ポンプの駆動周期と気泡の増減周期とが比較される。そして、往復動ポンプの駆動周期と気泡の増減周期とが一致する場合、往復動ポンプなどの故障により液体圧送設備に異常が生じていると判定される。このように超音波流量計を構成すれば、液体圧送設備の管路を流れる液体中に常時気泡が混入している場合においても、ポンプ故障等による気泡の増減周期を確実に求めることができる。そして、気泡の増減周期とポンプの駆動周期との比較結果に基づいて、液体圧送設備の異常を的確に判定することができる。またこの超音波流量計では、液体の流量を測定しつつ液体圧送設備の異常を監視できるため、異常検出装置を別途設ける場合と比較して、設置スペースを削減することが可能となる。【００２４】
手段９に記載の発明は、手段８において、前記管路内における前記液体の流量または流速を計測する計測手段をさらに備え、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記計測手段が計測した前記液体の流量または流速の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得することをその要旨とする。【００２５】
手段９に記載の発明によると、計測手段により管路内を流れる液体の流量または流速が計測され、ポンプ駆動周期取得手段によりその流量または流速の変動状況に基づいて往復動ポンプの駆動周期が求められる。このように、超音波流量計の流量計測機能を使用して往復動ポンプの駆動周期を求める場合、その駆動周期を取得するための手段を液体圧送設備側に設ける必要がなく、実用上好ましいものとなる。【００２６】
手段１０に記載の発明は、手段９において、前記センサ部は、前記管路内において、前記液体の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させるとともに、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とをそれぞれ受信し、前記計測手段は、前記正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と前記逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、前記液体の流量または流速を計測することをその要旨とする。【００２７】
手段１０に記載の発明によると、センサ部により、液体の流れの正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とが受信され、計測手段により、正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、液体の流量または流速が計測される。このように、共通のセンサ部を使用して気泡検出と流量計測とを行うことにより、気泡検出用センサ部と流量計測用センサ部とを別々に設ける場合と比較して、部品コストを抑えることができる。さらに、超音波流量計の小型化を図ることができる。【００２８】
手段１１に記載の発明は、手段８において、前記管路内における前記液体の圧力を検出する圧力計測手段をさらに備え、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記圧力計測手段が計測した前記液体の圧力の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得することをその要旨とする。【００２９】
手段１１に記載の発明によると、圧力計測手段により管路内における液体の圧力が検出され、ポンプ駆動周期取得手段により液体の圧力の変動状況に基づいて往復動ポンプの駆動周期が求められる。【００３０】
手段１２に記載の発明は、手段８において、前記可動部材の往復動を検出する位置センサをさらに備え、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記位置センサが検出した往復動周期に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得することをその要旨とする。【００３１】
手段１２に記載の発明によると、位置センサにより可動部材の往復動が検出され、ポンプ駆動周期取得手段により可動部材の往復動周期に基づいて往復動ポンプの駆動周期が求められる。【００３２】
手段１３に記載の発明は、手段８乃至１２のいずれかにおいて、前記気泡検出処理手段は、所定時間内における気泡検出率の時系列データを取得し、前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求めることをその要旨とする。【００３３】
手段１３に記載の発明によると、気泡検出処理手段により、所定時間内における気泡検出率の時系列データが取得され、気泡増減周期演算手段により、その時系列データをフーリエ変換することで気泡の増減周期が正確に求められる。【００３４】
手段１４に記載の発明は、手段８乃至１３のいずれかにおいて、前記往復動ポンプは、前記可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより前記液体を圧送するベローズポンプであり、前記異常判定手段は、前記ベローズの駆動周期と前記気泡の増減周期との比較結果に基づいて、前記ベローズにおける異常の発生を判定することをその要旨とする。【００３５】
手段１４に記載の発明によると、可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより液体を圧送するベローズポンプが用いられる。ベローズポンプにおいて、ベローズが磨耗して破損した場合、異常判定手段によって、ベローズの駆動周期と気泡の増減周期との比較結果に基づいて、ベローズにおける異常の発生を的確に判定することができる。【００３６】
手段１５に記載の発明は、可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する方法であって、前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するステップと、前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路の内部を流れる液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するステップと、受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得するステップと、取得した前記データを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求めるステップと、前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定するステップとを含むことを特徴とする液体圧送設備の異常検出方法をその要旨とする。【００３７】
手段１５に記載の発明によると、往復動ポンプの駆動周期に関するデータが取得される。また、往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路内の液体中に超音波が伝搬されるとともにその超音波が受信され、その超音波の受信信号に基づいて、液体中に含まれる気泡の周期的な増減に関するデータが取得される。そして、そのデータを周波数解析することで気泡の増減周期が求められる。このようにすると、液体圧送設備の管路を流れる液体中に常時気泡が混入している場合においても、ポンプ故障等による気泡の増減周期を確実に求めることができる。そして、その気泡の増減周期とポンプの駆動周期との比較結果に基づいて、液体圧送設備の異常を的確に判定することができる。
【発明の効果】
【００３８】
以上詳述したように、手段１〜７に記載の発明によると、液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる液体圧送設備の異常検出装置を提供することができる。【００３９】
また、手段８〜１４に記載の発明によると、液体の流量を計測しつつその液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる異常検出機能付きの超音波流量計を提供することができる。【００４０】
さらに、手段１５に記載の発明によると、液体中に混入した気泡を精度良く検出して液体圧送設備の異常を的確に判定することができる液体圧送設備の異常検出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明を液体圧送設備に具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施の形態の液体圧送設備は、半導体製造ラインにおいて液体Ｗ１（例えば、洗浄薬液）を供給するために用いられる。
図１に示されるように、液体圧送設備１は、液体Ｗ１を供給するための液体圧送用管路２と、その液体圧送用管路２に接続されるベローズポンプ３（往復動ポンプ）と、ベローズポンプ３を駆動するポンプ駆動装置４と、ベローズポンプ３の異常を検出するための異常検出装置５とを備えている。【００４２】
ベローズポンプ３は、液体吸込側管路６ａ及び液体吐出側管路６ｂが設けられたポンプヘッド７と、可動部材としてのベローズ８とを備える。ベローズポンプ３において、ポンプヘッド７の液体吸込側管路６ａは、図示しない液体貯蔵タンク等の液体供給源に接続されており、液体吐出側管路６ｂが液体圧送用管路２に接続されている。ベローズポンプ３は、ベローズ８を所定の駆動周期で伸縮させることによって液体Ｗ１を液体圧送用管路２に圧送する。【００４３】
ポンプ駆動装置４は、インバータ制御によってベローズポンプ３の駆動周期を制御する周波数制御部９と、ベローズポンプ３の駆動周期に応じた周波数信号を出力する周波数出力部１０とを含む。【００４４】
異常検出装置５は、ポンプ駆動周期計測部１１と、気泡検知センサ部１２と、気泡検知制御部１３と、気泡検知演算部１４と、異常警報出力部１５とを備える。【００４５】
ポンプ駆動周期計測部１１（ポンプ駆動周期取得手段）は、周波数出力部１０から出力された周波数信号を取り込み、ベローズポンプ３の駆動周期を計測する。そして、ポンプ駆動周期計測部１１は、その駆動周期に関するデータを気泡検知演算部１４に出力する。【００４６】
気泡検知センサ部１２は、超音波を送受信するための超音波送信器１７及び超音波受信器１８を備え、超音波送信器１７及び超音波受信器１８は、液体圧送用管路２を介して対向するようにその液体圧送用管路２の側壁に固定されている。気泡検知センサ部１２において、超音波送信器１７は、液体圧送用管路２内を流れる液体Ｗ１中に超音波を送信し、超音波受信器１８は、その液体Ｗ１中を伝搬した超音波を受信する。なお、本実施の形態において、超音波送信器１７及び超音波受信器１８が送受信する超音波は、例えば３ＭＨｚの周波数である。【００４７】
気泡検知制御部１３は、超音波送信回路２１、超音波受信回路２２、及びタイマ２３を備え、気泡検知センサ部１２における超音波の送受信タイミングを制御する。具体的には、超音波送信回路２１は、タイマ２３で計測される所定期間（例えば、１０秒）内において、定期的（例えば、１００μｓ毎）に送信信号を超音波送信器１７に出力する。この送信信号に基づいて超音波送信器１７が駆動されて超音波が出力される。そして、超音波受信器１８で超音波が受信され、その受信信号が超音波受信器１８から超音波受信回路２２に出力される。超音波受信回路２２は、信号増幅回路を含み、超音波の受信信号を増幅して気泡検知演算部１４に出力する。【００４８】
気泡検知演算部１４は、受信感度計測手段２４、気泡有無判定手段２５、気泡検出率計数手段２６、気泡増減周期演算手段２７、周期比較手段２８、及びポンプ異常判定手段２９を備えている。気泡検知演算部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のコンピュータにより構成されており、気泡検知演算部１４の各手段２４〜２９は、ＣＰＵが有する演算処理機能を用いて実現されている。【００４９】
以下、気泡検知演算部１４の各手段２４〜２９が実行する処理について詳述する。先ず、受信感度計測手段２４は、超音波の受信信号の信号強度を計測し、気泡有無判定手段２５は、その信号強度に基づいて気泡の有無を判定する。具体的には、超音波の送受信時において、超音波の伝搬経路となる液体Ｗ１中に気泡が存在する場合、その気泡で超音波が減衰する。このため、図２に示されるように、超音波受信器１８を介して超音波受信回路２２で受信される超音波Ｓｏの信号波形（図２では一点鎖線で示す波形）の振幅は小さくなる。一方、液体Ｗ１中に気泡が存在しない場合には、液体Ｗ１中を超音波が効率よく伝搬するため、超音波受信回路２２で受信される超音波Ｓｏの信号波形（図２では実線で示す波形）の振幅が大きくなる。【００５０】
受信感度計測手段２４は、超音波Ｓｏの信号波形のピーク値Ｐ１を受信信号の信号強度として計測する。そして、気泡有無判定手段２５は、受信信号の信号強度を所定の閾値Ｐｔと比較し、信号強度が閾値Ｐｔよりも小さければ気泡が有ると判定し、信号強度が閾値Ｐｔよりも大きければ気泡が無いと判定する。なおここで、気泡のサイズが大きいほど、受信される信号強度は小さくなり、気泡のサイズが小さいほど、信号強度は大きくなる。従って、気泡有無判定手段２５が判定する閾値Ｐｔによって、気泡検出の際に無視する気泡のサイズを任意に設定することができる。【００５１】
気泡検出率計数手段２６（気泡検出処理手段）は、一定時間（１０ｍｓｅｃ間）内において、気泡有無判定手段２５による複数回（１００回）の判定結果に基づいて、気泡が無いと判定された回数をカウントする。そして、気泡検出率計数手段２５は、１０ｍｓｅｃの時間間隔毎の時系列データ（データレンジは０〜１００）を気泡検出率のデータ（気泡の増減に関するデータ）として生成して気泡増減周期演算手段２７に出力する。なお、図３には、気泡検出率の時系列データの取得例を示している。ここでは、ベローズ８が破れたベローズポンプ３を用い、２秒の駆動周期でベローズ８を駆動させた状態で気泡検出率を測定した。【００５２】
気泡増減周期演算手段２７は、所定期間（１０秒間）内において、気泡検出率の時系列データを気泡検出率計数手段２６から取得し、それら時系列データを周波数解析（具体的には、フーリエ変換）することにより、気泡の増減周期を求める。図４には、図３の時系列データを用いて周波数解析を行った解析結果を示している。図４に示されるように、最初の極大点は０．５Ｈｚであり、他の極大点が１．０Ｈｚ、１．５Ｈｚ、２．０Ｈｚ、・・・に存在していることから、気泡増減の周波数は０．５Ｈｚであり、気泡の増減周期は２秒となる。【００５３】
周期比較手段２８は、ポンプ駆動周期計測部１１からベローズポンプ３の駆動周期に関するデータを取得するとともに、気泡増減周期演算手段２７から気泡の増減周期に関するデータを取得して、ベローズポンプ３の駆動周期と気泡の増減周期とを比較する。ポンプ異常判定手段２９は、周期比較手段２８の比較結果に基づいて、ベローズポンプ３の駆動周期と気泡の増減周期とが一致しない場合、ベローズポンプ３の動作が正常であると判定する。一方、ベローズポンプ３の駆動周期と気泡の増減周期とが一致する場合には、ベローズポンプ３が故障してベローズ８から気泡が混入していると判定し、ポンプ故障を通知するための故障信号を異常警報出力部１５に出力する。そして、異常警報出力部１５は、警告ランプやブザーなどの警報装置を駆動してポンプ故障を通知する。さらに、異常警報出力部１５は、ポンプ駆動装置４に対して停止信号を出力し、ベローズポンプ３の動作を停止させる。【００５４】
また、本発明者は、ベローズポンプ３の駆動周期を短くし気泡の混入量を多くした状態で、異常検出装置５の動作を確認した。なお、図５には、気泡検出率計数手段２６で計測した気泡検出率の時系列データを示し、図６には、気泡増減周期演算手段２７による周波数解析結果を示している。図５に示されるように、ベローズポンプ３の駆動周期を短くすることにより、液体Ｗ１中に気泡が混入する頻度が高くなるため、気泡が無いと判定されるカウント数は小さくなる。この時系列データから気泡の増減周期を判別することは難しいが、その時系列データを周波数解析することにより、図６に示されるように、データの極大点の周波数（約１．３Ｈｚ）に基づいて、気泡の増減周期（約０．８秒）を容易に判定することが可能となる。【００５５】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。【００５６】
（１）本実施の形態の異常検出装置５では、気泡検出率の時系列データが取得され、時系列データを周波数解析（フーリエ変換）することにより、気泡の増減周期が求められている。このようにすれば、液体Ｗ１中に大量の気泡が混入した場合でも、気泡の増減周期を正確に求めることができる。そして、その気泡の増減周期とベローズポンプ３の駆動周期とが比較され、それら周期が一致する場合には、ベローズ８が破れてベローズポンプ３に異常が発生していることを判定することができる。因みに、特許文献２に開示されている従来の気泡検出システムを用いる場合、図５のように大量の気泡が液体Ｗ１中に混入すると、気泡個数の最大値（気泡無しのカウント数が０）となる状態が継続する。このため、気泡個数の最大値の発現周期を正確に求めることができず、ポンプ故障を精度良く検出することができない。これに対して、本実施の形態の異常検出装置５を用いれば、気泡の混入量にかかわらず、ポンプ故障に応じた気泡の増減周期を正確に求めることができ、ポンプ故障を精度良く検出することができる。【００５７】
（２）本実施の形態の異常検出装置５では、ベローズポンプ３の異常を検出してそのベローズポンプ３の駆動を迅速に停止することができるので、ポンプ故障による液体圧送設備１への悪影響を確実に回避することができる。
［第２の実施の形態］【００５８】
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図７に基づき説明する。本実施の形態の異常検出装置５Ａも、第１の実施の形態と同様に、液体圧送用管路２とベローズポンプ３とを含んで構成された液体圧送設備１に用いられている。異常検出装置５Ａは、液体圧送用管路２内を流れる液体Ｗ１の流量を計測する機能を有する点が上記第１の実施の形態と異なる。そして、本実施の形態の異常検出装置５Ａでは、ベローズポンプ３の駆動周期に対応して変動する流量の脈動周期を用いて、ベローズポンプ３の故障を判定するように構成している。【００５９】
図７に示されるように、異常検出装置５Ａは、気泡検知センサ部１２と、気泡検知制御部１３と、気泡検知演算部１４Ａと、異常警報出力部１５と、流量計測センサ部３１と、流量計測制御部３２と、流量計測演算部３３と、流量出力部３４とを備える。【００６０】
気泡検知センサ部１２は、超音波送信器１７及び超音波受信器１８を備え、気泡検知制御部１３は、超音波送信回路２１、超音波受信回路２２、及びタイマ２３を備えている。また、気泡検知演算部１４Ａは、受信感度計測手段２４、気泡有無判定手段２５、気泡検出率計数手段２６、気泡増減周期演算手段２７、周期比較手段２８、ポンプ異常判定手段２９、及び流量脈動周期演算手段３５を備えている。つまり、本実施の形態の異常検出装置５Ａにおいて、気泡検知センサ部１２及び気泡検知制御部１３は、第１の実施の形態と同じ構成であり、気泡検知演算部１４Ａは、流量脈動周期演算手段３５を追加した点が第１の実施の形態と異なる。【００６１】
また、異常検出装置５Ａにおける流量計測センサ部３１、流量計測制御部３２、及び流量計測演算部３３は、一般的な超音波流量計と同じ構成である。具体的には、流量計測センサ部３１は、超音波を送受信するための一対の超音波送受信器３７，３８を備える。流量計測センサ部３１では、液体Ｗ１の流れ方向に対して所定の角度（例えば、４５°の角度）で超音波が伝搬するように、一方の超音波送受信器３７が液体圧送用管路２の上流側の側壁に固定され、他方の超音波送受信器３８が液体圧送用管路２の下流側の側壁に固定されている。なお、本実施の形態において、各超音波送受信器３７，３８が送受信する超音波は、例えば３ＭＨｚの周波数である。【００６２】
流量計測制御部３２は、超音波送受切替回路４０、超音波送信回路４１、超音波受信回路４２、及びタイマ４３を備え、流量計測センサ部３１における超音波の送受信タイミングや送受信方向を制御する。具体的には、タイマ２３から出力されるタイミング信号に基づいて、超音波送信回路４１は、定期的（１ｍｓｅｃ毎）に送信信号を超音波送受切替回路４０に出力し、超音波送受切替回路４０は、その送信信号を上流側の超音波送受信器３７及び下流側の超音波送受信器３８に対して交互に出力する。【００６３】
流量計測センサ部３１において、送信信号に基づいて上流側の超音波送受信器３７から超音波が出力されると、その超音波は液体Ｗ１の流れの正方向に伝搬して下流側の超音波送受信器３８で受信される。そして、その受信信号が超音波送受信器３８から超音波送受切替回路４０を介して超音波受信回路４２に取り込まれ、信号増幅された受信信号が超音波受信回路４２から流量計測演算部３３に出力される。また、送信信号に基づいて下流側の超音波送受信器３８から超音波が出力されると、その超音波は液体Ｗ１の流れの逆方向に伝搬して上流側の超音波送受信器３７で受信される。そして、その受信信号が超音波送受信器３７から超音波送受切替回路４０を介して超音波受信回路４２に取り込まれ、信号増幅された受信信号が超音波受信回路４２から流量計測演算部３３に出力される。【００６４】
流量計測演算部３３（計測手段）は、伝搬時間演算手段４４及び瞬時流量演算手段４５を備える。流量計測演算部３３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のコンピュータにより構成されており、伝搬時間演算手段４４及び瞬時流量演算手段４５は、ＣＰＵが有する演算処理機能を用いて実現されている。【００６５】
伝搬時間演算手段４４は、タイマ４３が計測した超音波の送受信タイミングに基づいて、液体Ｗ１の流れの正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間とを求める。そして、瞬時流量演算手段４５は、それら超音波の伝搬時間の差に基づいて、液体Ｗ１の流速を求めるとともに液体Ｗ１の流量を求める。なお、液体Ｗ１の流量は、流量計測センサ部３１において超音波の送受信を行う度に演算され、その時々の瞬時流量として求められる。【００６６】
そして、瞬時流量演算手段４５で求められた液体Ｗ１の流量は、流量出力部３４に転送され、ディスプレイ等の表示装置に表示される。また、液体Ｗ１の流量は、流量出力部３４から気泡検知演算部１４Ａの流量脈動周期演算手段３５に出力される。【００６７】
本実施の形態の液体圧送設備１では、ベローズポンプ３によって液体Ｗ１が液体圧送用管路２に周期的に圧送されているため、液体Ｗ１の流量は、ベローズポンプ３の駆動周期に応じて変動する（図８参照）。【００６８】
気泡検知演算部１４Ａの流量脈動周期演算手段３５（ポンプ駆動周期取得手段）では、液体Ｗ１の流量の変動状況に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求める。具体的には、流量脈動周期演算手段３５は、液体Ｗ１の流量の時系列データを周波数解析（具体的には、フーリエ変換）することにより、流量の脈動周期を求め、そのデータをベローズポンプ３の駆動周期に関するデータとして取得する（図９参照）。なお、図９に示される解析結果では、最初の極大点は０．５Ｈｚであることから、流量の脈動周期（ポンプ３の駆動周期）は２秒となる。因みに、液体Ｗ１の流量は、流路断面積に流速を乗算することで求められている。従って、液体Ｗ１の流速の変動状況に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求めるようにしてもよい。【００６９】
また、気泡検知演算部１４Ａにおける受信感度計測手段２４、気泡有無判定手段２５、気泡検出率計数手段２６及び気泡増減周期演算手段２７では、上記第１の実施の形態と同様の処理を行うことにより、気泡の増減周期を求める。【００７０】
そして、周期比較手段２８は、流量の脈動周期と気泡の増減周期とを比較する。さらに、ポンプ異常判定手段２９は、周期比較手段２８の比較結果に基づいて、流量の脈動周期と気泡の増減周期とが一致しない場合、ベローズポンプ３の動作が正常であると判定する。一方、流量の脈動周期と気泡の増減周期とが一致する場合には、ベローズポンプ３が故障して液体Ｗ１中に気泡が混入していることを判定し、ポンプ故障を通知するための故障信号を異常警報出力部１５に出力する。そして、異常警報出力部１５は、警告ランプやブザーなどの警報装置を駆動してポンプ故障を通知する。【００７１】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。【００７２】
（１）本実施の形態の異常検出装置５Ａは、気泡検出率の時系列データを取得して、その時系列データを周波数解析（フーリエ変換）することにより、気泡の増減周期を正確に求めることができる。また、異常検出装置５Ａは、管路２内を流れる液体Ｗ１の流量を計測し、その流量の変動状況に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求めることができる。そして、その気泡の増減周期とベローズポンプ３の駆動周期とが比較され、それら周期が一致する場合には、ベローズ８が破れてベローズポンプ３に異常が発生していることを判定することができる。【００７３】
（２）本実施の形態の異常検出装置５Ａにおいて、流量計測センサ部３１により液体Ｗ１の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させ、正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、液体Ｗ１の流量が計測されている。この流量計測センサ部３１で使用される超音波は３ＭＨｚであり、気泡検知センサ部１２の超音波と同じ周波数である。この場合、気泡検知センサ部１２の超音波送信器１７及び超音波受信器１８と流量計測センサ部３１の超音波送受信器３７，３８とは同じ超音波振動子を用いて構成することができるため、異常検出装置５Ａの部品コストを低減することができる。
［第３の実施の形態］【００７４】
次に、本発明を具体化した第３の実施の形態を図１０に基づき説明する。本実施の形態では、ポンプ異常検知機能付きの超音波流量計５０として具体化している。本実施の形態では、気泡検知用のセンサ部と流量計測用のセンサ部とを一体にして超音波流量計５０を構成している。【００７５】
図１０に示されるように、超音波流量計５０は、センサ部５１と、制御部５２と、演算部５３と、異常警報出力部５４と、流量出力部５５とを備える。本実施の形態の超音波流量計５０も、液体圧送用管路２とベローズポンプ３とからなる液体圧送設備１に用いられている。【００７６】
センサ部５１は、超音波を送受信するための一対の超音波送受信器３７，３８を備え、各超音波送受信器３７，３８は、液体圧送用管路２を構成する直管部２ａの各端部にそれぞれ設けられている。つまり、直管部２ａ内の流路を挟んで各超音波送受信器３７，３８が対向するように、一方の超音波送受信器３７が直管部２ａの上流端２ｂに設けられ、他方の超音波送受信器３８が直管部２ａの下流端２ｃに設けられている。【００７７】
制御部５２は、超音波送受切替回路４０、超音波送信回路４１、超音波受信回路４２、及びタイマ４３を備え、センサ部５１における超音波の送受信タイミングや送受信方向を制御する。この制御部５２は、上記第２の実施の形態における流量計測制御部３２と同じ構成である。【００７８】
また、演算部５３は、受信感度計測手段２４、気泡有無判定手段２５、気泡検出率計数手段２６、気泡増減周期演算手段２７、周期比較手段２８、ポンプ異常判定手段２９、伝搬時間演算手段４４、瞬時流量演算手段４５、及び流量脈動周期演算手段３５を備えている。この演算部５３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のコンピュータにより構成されており、演算部５３の各手段は、ＣＰＵが有する演算処理機能を用いて実現されている。【００７９】
演算部５３において、受信感度計測手段２４、気泡有無判定手段２５、気泡検出率計数手段２６、気泡増減周期演算手段２７、周期比較手段２８、ポンプ異常判定手段２９、及び流量脈動周期演算手段３５の各手段は、上記第２の実施の形態における気泡検知演算部１４Ａと同じ手段であり、伝搬時間演算手段４４及び瞬時流量演算手段４５の各手段は、上記第２の実施の形態における流量計測演算部３３と同じ手段である。【００８０】
本実施の形態の超音波流量計５０では、共通のセンサ部５１において超音波を送受信することにより、気泡の検出と液体Ｗ１の流量計測とを同時に行うことができる。また、気泡の増減周期と流量の脈動周期とが一致した場合、ベローズ８の破れによって液体Ｗ１中に気泡が混入していることを検知することができ、異常警報出力部５４によりポンプ故障の警報を出力することができる。このように超音波流量計５０を構成すると、気泡検出用センサ部と流量計測用センサ部とを別々に設ける場合と比較して、部品コストを抑えることができ、超音波流量計５０の小型化を図ることができる。【００８１】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。【００８２】
・上記第１及び第２の実施の形態において、気泡検知センサ部１２は、超音波送信器１７及び超音波受信器１８にて構成されるものであったが、図１１に示す気泡検知センサ部６０のように、超音波送受信器６１と反射板６２とで構成されるものでもよい。この気泡検知センサ部６０では、超音波送受信器６１が液体圧送用管路２の外壁面に固定され、液体圧送用管路２内の流路において超音波送受信器６１と対向する内壁面に反射板６２が固定されている。このように気泡検知センサ部６０を構成した場合でも、反射板６２での超音波の反射を利用して、液体Ｗ１に混入した気泡の有無を検知することができる。【００８３】
・上記第１の実施の形態では、ポンプ駆動装置４から出力される周波数信号に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求め、上記第２及び第３の実施の形態では、液体Ｗ１の流量の変動状況に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求めていたが、ベローズポンプ３の駆動周期の算出手法としては、別の手法を採用してもよい。具体的には、例えば、図１２に示されるように、液体圧送用管路２内における液体Ｗ１の圧力を検出する圧力センサ６４（圧力計測手段）を設け、圧力センサ６４が計測した圧力の変動状況に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求めてもよい。また、図１３に示されるように、ベローズポンプ３において、ベローズ８の往復動を検出する位置センサ６５を設け、その位置センサ６５が検出した往復動周期に基づいてベローズポンプ３の駆動周期を求めてもよい。さらには、ＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４８５、モドバス、フィールドバスなどの通信手段を用いてベローズポンプ３の駆動周期のデータを取得するよう構成してもよい。【００８４】
・上記第１の実施の形態では、異常検出装置５の気泡検知センサ部１２を液体圧送用管路２に設ける構成であったが、ベローズポンプ３の液体吐出側管路６ｂに気泡検知センサ部１２を設けてもよい。つまり、ベローズポンプ３に異常検出装置５を一体的に設けるようにする。このように構成しても、液体Ｗ１中の気泡を検出することができ、その気泡の増減周期とポンプ駆動周期とを比較することにより、ベローズポンプ３の異常を的確に判定することができる。【００８５】
・上記１及び第２の実施の形態では、液体圧送設備１においてベローズポンプ３の下流側に１つの異常検出装置５を設け、ポンプ故障を検出するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、複数の配管や流量調整バルブなどを用いて液体圧送設備１を構成する場合、複数の異常検出装置５を設けてもよい。具体的には、配管や流量調整バルブなどの接続箇所の前後に異常検出装置５を設ける。このように構成すると、ポンプ故障の場合以外に、配管やバルブの接続箇所の締め付け不良によって気泡が混入する場合であっても、液体圧送設備１における異常個所を判定することができる。【００８６】
・上記第２及び第３の実施の形態では、気泡検知処理と流量計測処理を同時に行うように構成したが、別々のタイミングで各処理を行うように構成してもよい。例えば、気泡検知処理と流量計測処理とを交互に行い、気泡検知処理においてベローズポンプ３が正常に動作していることを判定した場合に、計測した液体Ｗ１の流量を流量出力部３４，５５から出力するよう構成してもよい。【００８７】
・上記第３の実施の形態において、ポンプ異常検知機能付きの超音波流量計５０として具体化したが、これに限定されるものではなく、超音波流量計５０における流量出力部５５を省略して異常検出装置として具体化してもよい。【００８８】
・上記第２の実施の形態において、気泡検知センサ部１２と流量計測センサ部３１とで送受信する超音波を同じ周波数（３ＭＨｚ）としていたが、これに限定されるものではない。例えば、気泡検知センサ部１２で検出する気泡のサイズに応じて超音波の周波数を適宜変更してもよい。【００８９】
・上記第２の実施の形態の異常検出装置５Ａでは、超音波を利用して液体Ｗ１の流量を計測していたが、これに限定されるものではなく、超音波式以外の流量計を用いて液体Ｗ１の流量を計測するよう構成してもよい。【００９０】
・上記各実施の形態において、１００μｓの測定周期で超音波の送受信を行い、気泡有無判定手段２５による１００回の判定結果に基づいて、気泡検出率の時系列データの取得するものであったが、これに限定されるものではなく、測定周期や判定回数は適宜変更してもよい。また、複数回ではなく、１回毎の気泡有無の時系列データを取得し、その時系列データを周波数解析することで気泡の増減周期を求めるように構成してもよい。【００９１】
・前記各実施の形態では、フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数解析を行い、気泡の増減周期を演算するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、最大エントロピー法（ＭＥＭ）や自己回帰（ＡＲ）等の周波数解析の手法によって、気泡の増減周期を演算するように構成してもよい。【００９２】
・上記各実施の形態において、ベローズポンプ３を備える液体圧送設備１に具体化したが、可動部材としてピストンを有するピストンポンプなどの他の往復動ポンプを備える液体圧送設備に具体化してもよい。【００９３】
次に、請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。【００９４】
（１）手段１乃至７のいずれかにおいて、前記液体圧送設備の異常を通知する異常警報手段をさらに備えたことを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置。【００９５】
（２）手段１乃至７のいずれかにおいて、前記液体圧送設備の異常を判定したとき、前記往復動ポンプの駆動を停止させることを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置。【００９６】
（３）手段１乃至７のいずれかにおいて、前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記往復動ポンプの駆動信号に基づいて、前記駆動周期に関するデータを取得することを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１の実施の形態の液体圧送設備を示す概略構成図。
【図２】気泡の有無に応じた超音波の信号波形を示す説明図。
【図３】気泡検出率の時系列データを示すタイムチャート。
【図４】周波数解析結果を示す説明図。
【図５】気泡検出率の時系列データを示すタイムチャート。
【図６】周波数解析結果を示す説明図。
【図７】第２の実施の形態の液体圧送設備を示す概略構成図。
【図８】流量の脈動周期を示すタイムチャート。
【図９】周波数解析結果を示す説明図。
【図１０】第３の実施の形態の液体圧送設備を示す概略構成図。
【図１１】別の実施の形態の気泡検知センサ部を示す断面図。
【図１２】別の実施の形態の液体圧送設備を示す概略構成図。
【図１３】別の実施の形態の液体圧送設備を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００９８】
１…液体圧送設備
２…液体圧送用管路
３…往復動ポンプとしてのベローズポンプ
５，５Ａ…異常検出装置
６ｂ…液体吐出側管路
８…可動部材としてのベローズ
１１…ポンプ駆動周期取得手段としての駆動周期計測部
１２，５１…センサ部
２６…気泡検出処理手段としての気泡検出率検出手段
２７…気泡増減周期演算手段
３３…計測手段としての流量計測演算部
３５…ポンプ駆動周期取得手段としての脈動周期演算手段
５０…超音波流量計
６４…圧力計測手段としての圧力センサ
６５…位置センサ
【図１】
2011001536.tif 000003
【図２】
2011001536.tif 000004
【図３】
2011001536.tif 000005
【図４】
2011001536.tif 000006
【図５】
2011001536.tif 000007
【図６】
2011001536.tif 000008
【図７】
2011001536.tif 000009
【図８】
2011001536.tif 000010
【図９】
2011001536.tif 000011
【図１０】
2011001536.tif 000012
【図１１】
2011001536.tif 000013
【図１２】
2011001536.tif 000014
【図１３】
2011001536.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月28日(2012.3.28)
【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】
可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する装置であって、
前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、
前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、
前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、
前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段と
を備え、
前記気泡検出処理手段は、前記超音波の受信信号の信号強度を計測する受信感度計測手段と、計測された前記超音波の信号強度に基づいて気泡の有無を判定する気泡有無判定手段と、一定時間内において前記気泡有無判定手段による複数回の判定結果に基づき、気泡が無いまたは有りと判定された回数をカウントすることにより、所定時間間隔毎の気泡検出率の時系列データを生成し、当該時系列データを前記気泡の増減に関するデータとする気泡検出率計数手段とを含む
ことを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項２】
前記管路内における前記液体の流量または流速を計測する計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記計測手段が計測した前記液体の流量または流速の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項３】
前記センサ部は、前記管路内において、前記液体の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させるとともに、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とをそれぞれ受信し、
前記計測手段は、前記正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と前記逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、前記液体の流量または流速を計測する
ことを特徴とする請求項２に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項４】
前記管路内における前記液体の圧力を検出する圧力計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記圧力計測手段が計測した前記液体の圧力の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項５】
前記可動部材の往復動を検出する位置センサをさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記位置センサが検出した往復動周期に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項６】
前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求める
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項７】
前記往復動ポンプは、前記可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより前記液体を圧送するベローズポンプであり、
前記異常判定手段は、前記ベローズの駆動周期と前記気泡の増減周期との比較結果に基づいて、前記ベローズにおける異常の発生を判定する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体圧送設備の異常検出装置。
【請求項８】
可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する機能を付与した超音波流量計であって、
前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、
前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、
前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、
前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段と
を備え、
前記気泡検出処理手段は、前記超音波の受信信号の信号強度を計測する受信感度計測手段と、計測された前記超音波の信号強度に基づいて気泡の有無を判定する気泡有無判定手段と、一定時間内において前記気泡有無判定手段による複数回の判定結果に基づき、気泡が無いまたは有りと判定された回数をカウントすることにより、所定時間間隔毎の気泡検出率の時系列データを生成し、当該時系列データを前記気泡の増減に関するデータとする気泡検出率計数手段とを含む
ことを特徴とする異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項９】
前記管路内における前記液体の流量または流速を計測する計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記計測手段が計測した前記液体の流量または流速の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１０】
前記センサ部は、前記管路内において、前記液体の流れの正方向及び逆方向に超音波を伝搬させるとともに、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波とをそれぞれ受信し、
前記計測手段は、前記正方向に伝搬した超音波の伝搬時間と前記逆方向に伝搬した超音波の伝搬時間との差から、前記液体の流量または流速を計測する
ことを特徴とする請求項９に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１１】
前記管路内における前記液体の圧力を検出する圧力計測手段をさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記圧力計測手段が計測した前記液体の圧力の変動状況に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１２】
前記可動部材の往復動を検出する位置センサをさらに備え、
前記ポンプ駆動周期取得手段は、前記位置センサが検出した往復動周期に基づいて前記往復動ポンプの前記駆動周期を算出することにより、前記駆動周期に関するデータを取得する
ことを特徴とする請求項８に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１３】
前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求める
ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１４】
前記往復動ポンプは、前記可動部材としてのベローズを所定の駆動周期で伸縮させることにより前記液体を圧送するベローズポンプであり、
前記異常判定手段は、前記ベローズの駆動周期と前記気泡の増減周期との比較結果に基づいて、前記ベローズにおける異常の発生を判定する
ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の異常検出機能付きの超音波流量計。
【請求項１５】
可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する方法であって、
前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するステップと、
前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路の内部を流れる液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するステップと、
受信した超音波の受信信号の信号強度を計測するステップと、
計測された前記超音波の信号強度に基づいて気泡の有無を判定するステップと、
一定時間内において複数回の気泡有無判定を行った判定結果に基づき、気泡が無いまたは有りと判定された回数をカウントすることにより、所定時間間隔毎の気泡検出率の時系列データを生成し、当該時系列データを前記気泡の増減に関するデータとするステップと、
前記データを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求めるステップと、
前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定するステップと
を含むことを特徴とする液体圧送設備の異常検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するために、手段１に記載の発明は、可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する装置であって、前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段とを備え、前記気泡検出処理手段は、前記超音波の受信信号の信号強度を計測する受信感度計測手段と、計測された前記超音波の信号強度に基づいて気泡の有無を判定する気泡有無判定手段と、一定時間内において前記気泡有無判定手段による複数回の判定結果に基づき、気泡が無いまたは有りと判定された回数をカウントすることにより、所定時間間隔毎の気泡検出率の時系列データを生成し、当該時系列データを前記気泡の増減に関するデータとする気泡検出率計数手段とを含むことを特徴とする液体圧送設備の異常検出装置をその要旨とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
手段６に記載の発明は、手段１乃至５のいずれかにおいて、前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求めることをその要旨とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
手段８に記載の発明は、可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する機能を付与した超音波流量計であって、前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するポンプ駆動周期取得手段と、前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路に設けられ、前記管路内の液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するセンサ部と、前記センサ部が受信した超音波の受信信号に基づいて、前記液体中に含まれる気泡の増減に関するデータを取得する気泡検出処理手段と、前記気泡検出処理手段が取得したデータを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求める気泡増減周期演算手段と、前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定する異常判定手段とを備え、前記気泡検出処理手段は、前記超音波の受信信号の信号強度を計測する受信感度計測手段と、計測された前記超音波の信号強度に基づいて気泡の有無を判定する気泡有無判定手段と、一定時間内において前記気泡有無判定手段による複数回の判定結果に基づき、気泡が無いまたは有りと判定された回数をカウントすることにより、所定時間間隔毎の気泡検出率の時系列データを生成し、当該時系列データを前記気泡の増減に関するデータとする気泡検出率計数手段とを含むことを特徴とする異常検出機能付きの超音波流量計をその要旨とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
手段１３に記載の発明は、手段８乃至１２のいずれかにおいて、前記気泡増減周期演算手段は、前記時系列データをフーリエ変換することにより前記気泡の増減周期を求めることをその要旨とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
手段１５に記載の発明は、可動部材の往復動により液体を周期的に圧送する往復動ポンプを含む液体圧送設備の異常を、超音波を利用して検出する方法であって、前記往復動ポンプの駆動周期に関するデータを取得するステップと、前記往復動ポンプにおける液体吐出側管路またはそれに接続された液体圧送用管路の内部を流れる液体中に超音波を伝搬させるとともにその超音波を受信するステップと、受信した超音波の受信信号の信号強度を計測するステップと、計測された前記超音波の信号強度に基づいて気泡の有無を判定するステップと、一定時間内において複数回の気泡有無判定を行った判定結果に基づき、気泡が無いまたは有りと判定された回数をカウントすることにより、所定時間間隔毎の気泡検出率の時系列データを生成し、当該時系列データを前記気泡の増減に関するデータとするステップと、前記データを周波数解析することで前記気泡の増減周期を求めるステップと、前記往復動ポンプの駆動周期と前記気泡の増減周期とを比較し、それら周期が一致した場合に前記液体圧送設備に異常が生じていると判定するステップとを含むことを特徴とする液体圧送設備の異常検出方法をその要旨とする。
【国際調査報告】
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