(57)【要約】【課題】簡易な構成で配管に容易に設置できる検出装置および検出方法ならびに流体制御システムを提供する。【解決手段】配管内を流れる流体の流速または流量を検出する流体検出装置において、配管からの音を検出して周波数信号を出力する音検出部と、周波数信号振動と予め定めた基準周波数信号とに基づき周波数信号の強度比を算出する信号処理部と、周波数信号の強度比と予め定めた流体特性関数とに基づき流速または流量を取得するデータ変換部と、を備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内を流れる流体の流速または流量を検出する検出方法において、
前記配管の音の強さに基づき流速または流量を検出する検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検出方法において、
前記配管の音の周波数信号を検出し、
前記周波数信号と予め定めた基準周波数信号とに基づき周波数信号の強度比を算出し、
前記強度比と予め定めた流体特性関数とに基づき、前記流速または流量を取得することを特徴とする検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の検出方法において、
流速または流量が既知の場合の前記周波数信号と前記基準周波数信号とに基づき導出した前記流体特性関数を予め取得することを特徴とする検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の検出方法において、
取得した前記流速または前記流量を記憶し、
記憶された前記流速または前記流量を解析し、
当該解析した結果に基づきフィードバックをかけることを特徴とする検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の検出方法において、
前記流速または前記流量と、前記配管に流れる流体の流体情報と、前記音を検出した前記配管の配管情報と、前記配管の周囲の環境情報とを用い、前記信号処理部の検出パラメータまたは前記データ変換部の流体特性関数を補正することを特徴とする検出方法。
【請求項６】
配管内を流れる流体の流速または流量を検出する検出装置において、
前記配管の音を検出して周波数信号を出力する音検出部と、
前記周波数信号と予め定めた基準周波数信号とに基づき周波数信号の強度比を算出する信号処理部と、
前記周波数信号の強度比と予め定めた流体特性関数とに基づき前記流速または流量を取得するデータ変換部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の検出装置において、
前記データ変換部は、流速または流量が既知の場合の前記周波数信号と前記基準周波数信号とに基づき導出した前記流体特性関数を保持することを特徴とする検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載の検出装置において、
前記データ変換部で取得した前記流速または前記流量を記憶するデータ蓄積部と、
前記データ蓄積部に記憶された前記流速または前記流量を解析し、当該解析した結果に基づき前記信号処理部または前記データ変換部にフィードバックをかける解析部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の検出装置において、
前記データ蓄積部は、前記配管に流れる流体の流体情報と、前記音検知部を設けた前記配管の配管情報と、前記配管の周囲の環境情報と、を有し、
前記解析部は、前記流速または前記流量と、前記流体情報と、前記配管情報と、前記環境情報とを用い、前記信号処理部の検出パラメータまたは前記データ変換部の流体特性関数を補正することを特徴とする検出装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の検出装置において、
前記音検出部と前記信号処理部と前記データ変換部とに電力を供給する電源部と、
を備えることを特徴とする検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の検出装置において、
当該流体検出装置の周囲の温度と湿度と大気圧を検知して前記データ変換部に出力するセンシング部を備え、
前記データ変換部は、前記温度と前記湿度と前記大気圧とに基づき前記流速または流量を算出することを特徴とする検出装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の検出装置において、
前記音検出部とは別の音検出部を備え、
前記信号処理部は、前記周波数信号と前記別の音検出部からの別の周波数信号とに基づき前記周波数信号の強度比を算出することを特徴とする検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の検出装置において、
前記音検出部は、前記配管の方の向くように設けられ、
前記別の音検出部は、前記音検出部とは異なる方向に向くように設けられ、
前記データ変換部は、前記周波数信号から前記別の音検出部からの別の周波数信号の差分をとって前記周波数信号の強度比を算出することを特徴とする検出装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の検出装置において、
前記音検出部と前記別の音検出部とは同じ方向を向いて並列に設けられることを特徴とする検出装置。
【請求項１５】
複数の配管内を流れる流体の流速または流量を制御する流体制御システムにおいて、
前記配管の音を検出して周波数信号を出力する音検出部と、
前記周波数信号振動と予め定めた基準周波数信号とに基づき周波数信号の強度比を算出する信号処理部と、
前記周波数信号の強度比と予め定めた流体特性関数とに基づき前記流速または流量を取得するデータ変換部と、
を備える検出装置を複数有し、
第１の配管の流量または流速を検出する第１の検出装置と、
第２の配管の流量または流速を検出する第２の検出装置と、
前記第１の配管の流量または流速を調整する第１の流量調整部と、
前記第２の配管の流量または流速を調整する第２の流量調整部と、
前記第１の流量調整部と前記第２の流量調整部における流量または流速の調整を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の流体検出装置および前記第２の流体検出装置で検出されたそれぞれの流速または流量に基づき、前記第１の流量調整部と前記第２の流量調整部とを制御して前記第１の配管と前記第２の配管の流速または流量を調整することを特徴とする流体制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内の流体に対する流速または流量の検出装置および検出方法ならびに流体制御システムに係り、特に配管の外側から流速または流量を検出する検出装置および検出方法ならびに流体制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラントにおいては、ガス、蒸気、液体など多種類の流体の配管が、張り巡らされており、総延長がキロメートルを超える場合もある。エネルギーの効率的利用や配管のメンテナンスコスト低減の観点から、これら配管を高度に監視・制御する技術が必要とされている。特に、流量計未設置の既設配管において、配管を流れる流体の流量を簡単かつ安価に監視し、制御したい要求がある。
【０００３】
例えば、配管に後付け可能な流体検出装置として、特開２０１６‐１０９５５５公報（特許文献１）には、クランプオン式超音波流量計が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６‐１０９５５５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記載のクランプオン式超音波流量計は、２台の超音波トランスデューサと、超音波の送受信に関する回路と、信号処理回路と表示出力回路などで構成される。２台超音波トランスデューサはガス種類、配管外径、配管肉厚などから決まる一定の距離（数センチメートル）を離し、配管外周部に接触させた状態となるよう設置する。そして、２台の超音波トランスデューサ間で５００ｋＨｚや1ＭＨｚといった周波数の超音波を送受信し、信号処理により超音波の伝搬時間の差を検出し、流速または流量に変換して、表示するものである。
【０００６】
このように、クランプオン式超音波流量計では、高価な一対のトランスデューサを用いるため製造コストが高い。また、一定の測定感度を得るためには、送信側と受信側それぞれのトランスデューサをミリ単位の誤差の範囲内で配管に設置する必要があるため、設置の手間がかかってしまう。従って、クランプオン式超音波流量計を各既設配管に多数設置して、全配管を監視して各流量を制御するシステムを構築する場合、種々のコストが高くシステムの構築が困難であるという課題がある。
【０００７】
そこで本発明は、簡易な構成で配管に容易に設置できる検出装置および検出方法ならびに流体制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。一例をあげるならば、配管内を流れる流体の流速または流量を検出する検出方法において、配管の音の強さに基づき流速または流量を検出する検出方法である。
【０００９】
また、他の一例をあげるならば、配管内を流れる流体の流速または流量を検出する流体検出装置において、配管の音を検出して周波数信号を出力する音検出部と、周波数信号振動と予め定めた基準周波数信号とに基づき周波数信号の強度比を算出する信号処理部と、周波数信号の強度比と予め定めた流体特性関数とに基づき流速または流量を取得するデータ変換部と、を備えることを特徴とする流体検出装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成で配管に容易に設置できる検出装置および検出方法ならびに流体制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例における流体検出装置の構成図の一例である。
【図２】本発明の第１の実施例における流体検出装置の流体の検出フロー５００の一例である。
【図３】本発明の第１の実施例における信号処理部２０周辺の詳細な構成の一例である。
【図４】本発明の第１の実施例における流体検出装置にて検出した、配管からの超音波信号の周波数スペクトルである。
【図５】配管を流れる流体の流量と周波数スペクトルの強度比との関係を示す相関図である。
【図６】本発明の第１の実施例における環境発電端末の構成の一例である。
【図７】本発明の第１の実施例における流体制御システムの構成図の一例である。
【図８】本発明の第２の実施例における流体検出装置の構成図の一例である。
【図９】本発明の第２の実施例における流体検出装置の変形例の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１３】
本実施例では環境発電端末を用いた流体検出装置及び流体検出方法ならびに流体検出装置を用いた流体制御システムを例に説明する。
【００１４】
図１は、本実施例における流体検出装置１（以下、単に検出装置という場合もある。）の構成図の一例である。図２は、本実施例における、流体の検出フロー５００の一例である。図３は、本実施例における信号処理部２０周辺の詳細な構成の一例である。図４は、本実施例における検出装置にて検出した、配管からの超音波信号の周波数スペクトルである。図５は、配管を流れる流体の流量と周波数スペクトルの強度比との関係を示す相関図である。図６は、本実施例における環境発電端末の構成の一例である。図７は、本実施例における流体制御システムの構成図の一例である。
【００１５】
本実施例の流体検出装置１は、図１で示されるように、流体３を流す配管４において、流体３が流れる時の配管４の振動７により発生する超音波８を集音し、流速９または流量１０に変換するものである。流体検出装置１は、超音波マイクロホン１５（音検出部）と信号処理部２０とデータ変換部３０を有する流体検出端末１４と、データ蓄積部４０と、解析部５０と、を備える。
【００１６】
流体検出装置１の検出フロー５００について、図２を基に簡単に説明する。入力（５０１）は、配管４の振動により発生する超音波８を含んだ音であり、まずはこれらを集音（５１０）する。次に信号処理（５２０）にて、集音した信号から、前記超音波８のみを選択的に抽出し、デジタル値に変換する。その後、データ変換（５４０）にて、前記デジタル値を特定の関数や変数を介して流速９または流量１０に変換し、出力（５０２）となる。ここで、信号処理（５２０）やデータ変換（５４０）などの詳細な説明については、後述する。
【００１７】
なお、データ蓄積（５５０）では、流量９、流量１０と、データ変換（５４０）で用いる前記関数や変数、といったデータを蓄積する。また、解析（５６０）では、データ蓄積（５５０）にて蓄積したデータを解析し、前記関数や前記変数を算出し、データ蓄積（５５０）に出力する。図１について詳細を説明すると、超音波マイクロホン１５は、配管４の振動により発生する超音波８（音）を検出（集音）する。
【００１８】
超音波マイクロホン１５を用いて配管４が発する超音波を検出することで、トランスデューサのように送信側と受信側の配置調整をする必要がなくなり、流体検出装置１の設置が簡便になる。例えば、配管の傍にある壁や床などに超音波マイクロホン１５を配管４と離して設置するだけでよい。
【００１９】
なお、音検出部としては、超音波マイクロホン１５に限定されるものではなく、超音波を検出できるものであればマイクロホンであってもよい。また、音検出部の代わりに、配管４の振動を検出する振動検出部であってもよい。これにより、配管の振動を直接検出するので、流量または流速の検出精度が向上する。
【００２０】
また、音検出部を配管４に接するように設けても良い。これにより、より配管４が発する超音波を検出しやすくなるので、検出精度が向上する。さらに、どの配管の超音波か明確になり、データを蓄積しやすくなる。
【００２１】
信号処理部２０は、超音波マイクロホン１５が検出した超音波の周波数信号と予め定めた基準周波数信号とに基づき周波数信号の強度比を算出する。ここで、基準周波数信号とは、配管４に流体が流れていない状態（流量が０Ｌ／ｍｉｎ）のときに超音波マイクロホンで検出した周波数信号のことをいう。
【００２２】
データ変換部３０は、信号処理部２０が算出した強度比と定めた流体特性関数とに基づき、流速９または流量１０を取得する。流体特性関数は、あらかじめデータ変換部３０に記憶させているとよい。これにより、流速９または流量１０を高速に取得することができる。
【００２３】
なお、流体特性関数とは、例えば図５に示す流体の流量と強度比との関係で定まる関係式のことである。流体特性関数の代わりに、その関係式で定まっている比例係数の定数を流体特性定数として、強度比から流速９または流量１０を取得するようにしてもよい。
【００２４】
また、流体特性関数（定数）は、データ蓄積部４０に保存しておき、データ変換部３０で流速９または流量１０を取得する際に伝送路３１を介してデータ蓄積部４０を参照するようにしてもよい。これにより、流体特性関数の容量が大きい場合でも、流体特性関数をすぐに参照して流速９または流量１０を取得することができる。
【００２５】
データ変換部３０で取得した流速９または流量１０は、伝送路３１を介して、データ蓄積部４０に蓄積される。このとき、伝送路３１は有線伝送でも無線伝送でも良い。
【００２６】
また、データ蓄積部４０には、検出対象の配管４を流れる流体の種類（流体が液体の場合はさらに粘度）などの流体情報４１や、配管４の例えば形状や外形、肉厚、材質、配管４前後の直管長や配管の曲がっている箇所といった配管情報４２や、配管４の例えば設置環境（配管周囲）の温度、湿度、圧力といった環境情報４３を蓄えるとよい。データ蓄積部４０には、別の箇所や別の条件で取得した配管の解析データ５１ａを蓄えてもよい。
【００２７】
解析部５０は、データ蓄積部４０に蓄積された、配管４を流れる流体の流速９または流量１０及び流体情報４１、配管情報４２、環境情報４３などの情報５１や、別の箇所や別の条件で取得した配管の解析データ５１ａを用いて解析する。
【００２８】
解析部５０で行う解析の一例としては、例えば流速９または流量１０を取得した際の検出条件である流体情報４１、配管情報４２、環境情報４３を一つの情報５１として扱い、データ蓄積部４０に蓄積された大多数の情報５１から、ある検出条件での最適な流体特性関数（定数）を導出する。そして、解析部５０は、得られた流体特性関数（定数）に基づき、データ変換部３０の流体特性関数を補正する補正値としてフィードバック値６１をデータ変換部３０に入力する。これにより、各配管で流体の流速９または流量１０を検出すればするほど、より高精度に流速９または流量１０を検出することができる。
【００２９】
なお、解析部５０からデータ変換部３０へのフィードバックとしては、流体特性関数を補正する補正値に限るものではなく、流体特性関数に基づいて取得した流速９または流量１０の値を直接補正する補正値としても同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【００３０】
また、解析部５０は、蓄積されている情報から最適な信号処理のパラメータを導出して各パラメータの値をフィードバック値６１として信号処理部２０に入力してもよい。これにより、最適な条件で信号処理をすることができるようになるので、余分な計算を行う必要が無く、流体検出端末１４の消費電力を抑制することができる。
【００３１】
解析部５０から信号処理部２０またはデータ変換部３０へのフィードバック値の入力は無線または有線のどちらでおこなってもよいし、伝送線３１を用いても良い。
【００３２】
上述したように、フィードバック値６０、６１により、信号処理部２０とデータ変換部３０は、検出パラメータや流体特性関数などが最適化され、流速９または流量１０の測定確度や測定精度といった検出性能を向上することができる。
【００３３】
また、解析部５０は、流速９または流量１０が変化する時間間隔に合わせて、信号処理部２０やデータ変換部３０の動作速度や、データ変換部３０からの流速９若しくは流速１０の出力頻度を調整するようにしてもよい。これにより、例えば、流速９または流量１０が安定している時間間隔が長い場合は、出力頻度を少なくすることができ、流体検出端末１４の消費電力を低減することができる。
【００３４】
ここで、信号処理部２０とデータ変換部３０は、後述の環境発電端末１００に構築しても良い。また、データ蓄積部４０及び解析部５０は、流体検出装置１とは別体とし、例えばコンセントレータ８０もしくはクラウドサーバ８１に構築してもよい。このように流体検出端末１４を、データ蓄積部４０及び解析部５０と分離することで、複数の流体検出端末１４を各配管に設置し、無線または有線で一つのデータ蓄積部４０に蓄積することができる。これにより、より多くの情報が集まることで、各流体検出端末の信号処理部２０とデータ変換部３０の低消費電力化・高精度化をより推進することができる。また、データ蓄積部４０と解析部５０を一つの記憶装置に収められるので低コスト化も達成できる。
【００３５】
なお、流体制御システム２が、小規模であれば、データ蓄積部４０に蓄積される、配管４の流速９乃至流量１０や及び流体情報４１や配管情報４２のデータ量は少なく、データ解析量も少ないことから、コンセントレータ８０とした方が小規模で済む。一方、流体制御システムの規模が大きく取り扱うデータ量が多い場合は、解析量も多くなるため、コンセントレータ８０と比較してストレージ容量が多く、演算能力の高いクラウドサーバ８１とした方が良い。
【００３６】
図１の信号処理部２０の詳細について図３を基に説明する。信号処理部２０は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１、増幅部２２、検波部２３、アナログ／デジタル変換器２４、演算部２５、制御部２６、を有する。
【００３７】
バンドパスフィルタ２１は、超音波マイクロホン１５で集音した周波数信号１６について配管４の超音波８に由来する周波数帯域の周波数信号１７のみを抽出する。この周波数帯域は流体３や配管４によって異なるため、バンドパスフィルタ２１の帯域は外部より可変であるようにすることで、種々の検出範囲や流体の種類に対応することができる。
【００３８】
周波数信号１７は、増幅部２２で周波数信号１７ａに増幅され、検波部２３で周波数信号１７ａの電力を電圧（強度）として検波される。検波された周波数信号１７ａの電圧（強度）は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２４にてデジタル信号１８に変換され、演算部２５に入力される。
【００３９】
なお、増幅部２２の増幅度は、自動可変若しくは外部より可変であることで、周波数信号１７ａが飽和して検出異常となることを防ぐことができる。また、アナログ／デジタル変換器２４は、サンプリング周波数やサンプリング速度、サンプリング数といったサンプリング条件（検出パラメータ）が外部より可変であることで、例えば流速９または流量１０の変化する時間間隔と変化量に合わせて、サンプリング条件を変化させることができる。これにより、信号処理部２０での消費電力を低減することができる。
【００４０】
バンドパスフィルタ２１の周波数帯域の制御、増幅部２２の増幅度の制御、アナログ／デジタル変換器２４のサンプリング条件の制御は、それぞれ制御信号７０、７１、７２を出力することで制御部２４が行う。これらの値を外部から可変とする場合、外部の入力端末（図示しない）からの入力値に応じて制御部２６が制御するようにすればよい。また、自動で増幅度やサンプリング条件を制御する場合、解析部５０からのフィードバック値６０や園財部２５からのフィードバック値６２に基づいて制御部２６が制御すればよい。
【００４１】
演算部２５では、デジタル信号１８の値により、信号強度（電圧値）を判断し、その信号のおおきさにっよっては調整をしたうえで、デジタル信号１９として、データ変換部３０に出力する。また、演算部２５は、予め定めた基準周波数信号の信号強度（電圧値）と入力されたデジタル信号１８における信号強度とに基づき、周波数信号の強度比を算出し、デジタル信号１９をデータ変換部３０に出力する。
【００４２】
更に、演算部２５は、信号の大きさが過大であったり、過小であったりと適切でない場合は、制御部２６に最適なサンプリング条件や増幅度となるようなフィードバック値６２を出力する。
【００４３】
このとき、デジタル信号１９には、検出異常を示す信号を含ませることで、流体検出装置１で検出した流速９または流量１０が検出異常であることを示すことができる。これらがデータ蓄積部４０に蓄積され、解析部５０によって解析されることで、どのような検出条件下で異常検出となりやすいか把握できるようになる。その結果、解析部５０からのフィードバック値６０により、より最適な増幅度やサンプリング条件を制御部２６に設定することができる。
【００４４】
以上により、流体検出端末１４は、検出素子として超音波マイクロホン１５が少なくとも１台あれば良い。従って、本実施例によれば、トランスデューサを用いる場合と比較して、装置構成を簡易に、また、設置も容易にすることができる。また、信号処理部２０やデータ変換部３０もシンプルな構成にできるため、小型、低消費電力、且つ低コストに検出装置を実現することができる。更に、超音波マイクロホン１５は、配管４から離して設置できるため、設置を簡便にすることができる。
【００４５】
次に、流体特性関数（定数）について、流体に空気を選択した場合を例に、図４と図５を基に説明する。超音波マイクロホン１５で集音した周波数信号１６の周波数スペクトルは、図４に示す周波数スペクトル２００で示される。図４に示すとおり、流量０Ｌ／ｍｉｎ、０．５Ｌ／ｍｉｎ、１．５Ｌ／ｍｉｎのときのそれぞれの周波数スペクトル２０１、２０２、３０３には、流量依存性がみられる。
【００４６】
これらの周波数スペクトル２０１,２０２,２０３に対して、バンドパスフィルタ２１で抽出する周波数帯域としては、例えば２０ｋＨｚ以上の周波数帯域２１０が望ましい。一般的に、２０ｋＨｚ以上の周波数帯域が超音波域と定義されており、２０ｋＨｚ以下の音域では、声や騒音などがノイズ成分となり検出性能に影響が出る可能性があるためである。
【００４７】
また、周波数帯域の上限としては、５０ｋＨｚ以下が望ましい。１００ｋＨｚまたは２００ｋＨｚであっても、本実施例による検出は可能であるが、５０ｋＨｚ以下の周波数帯域の方が超音波マイクロホンの構造上、より検出感度は高まるためである。
【００４８】
周波数帯域２１０で抽出した信号を検波して周波数の電圧値（強度）としての信号に変換した後さらにデジタル変換し、流量０Ｌ／minを基準に信号対雑音比（ＳＮＲ）で比較した結果を図５に示す。図５に示すように、流量に対しての信号対雑音比の関係式として線形な流体特性関数が得られる。  従って、流速が未知であっても、配管４から検出した超音波から得られる信号対雑音比から、流速を取得することができる。また、もし配管の形状が既知であるならば、その情報と取得した流速から流量を求めることもできる。
【００４９】
次に、環境発電端末１００の詳細について、図６を基に説明する。環境発電端末１００は、電源部１１０と無線部１２０とセンシング部１３０を備える。
【００５０】
電源部１１０は、発電素子１１１で発電された電力または蓄電素子１１２に蓄電されている電力を、電源供給路１１６を介して、超音波マイクロホン１５、信号処理部２０、データ変換部３０と無線部１２０とセンシング部１３０へ供給する。また、電源部１１０は、これら発電素子１１１からの電源供給と蓄電素子１１２への充電の制御をそれぞれ個別に行う機能を有する。
【００５１】
これにより、例えば、発電素子１１１での発電開始直後は蓄電素子１１２への充電を停止させることで、発電素子１１１から直接各部に電力を供給できるので、流体検出装置１の起動時間を短縮することができる。
【００５２】
なお、発電素子１１１の発電エネルギーとしては、環境光１１３や外部熱１１４、外部振動１１５が挙げられる。これらを電力の発電源として使用することにより、環境発電端末１００は外部からの電源供給、並びにそのための配線を不要にすることができる。
【００５３】
無線部１２０は、無線伝送路３１ａを介して、データ変換部３０で取得した流速９または流量１０をデータ蓄積部４０に送信する機能と、データ解析部５０からのフィードバック値６０、６１を受信する機能を有する。
【００５４】
以上の電源部１１０と無線部１２０により、環境発電端末１００に外部配線が不要となるため、流体検出装置１の設置を簡便にすることができる。また、上述したように、信号処理部２０やデータ変換部３０を外部制御可能とすることで、流体検出装置１の設置後のパラメータ等検出条件の調整を自動若しくは遠隔で行え、設置後の調整作業やメンテナンス作業を簡便とすることができる。
【００５５】
センシング部１３０は、例えば、温度センサ１３１、湿度センサ１３２、圧力センサ１３３で構成される。これらを用いて設置した環境発電端末１００周囲の温度、湿度、大気圧などの環境情報を測定し、センシング値１３４をデータ変換部３０に入力することで、データ変換部３０にて流速９または流量１０の補正に用いることができる。これにより、環境発電端末１００の周囲の環境による検出精度の変動を抑制し、検出性能を向上することができる。
【００５６】
なお、センシング値１３４による補正としては、各センシング値に対応した流体特性関数（定数）を予め保持し、センシング値に応じた流体特性関数を用いるようにしてもよい。また、各センシング値に応じた補正関数を用いるようにしてもよい。
【００５７】
次に、複数の流体検出装置１を用いた流体制御システム２について、図７を基に説明する。本実施例では、流体を空気とした例に挙げて説明する。
【００５８】
流体制御システム２は、空気の供給源として空気圧縮機３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを有し、それぞれが出力する空気３ａを一時的に蓄える空気槽３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃを有する。
【００５９】
なお、空気槽３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃは一体で構成されるようにしても良い。これにより、空気槽の制御が容易になる。
【００６０】
流体制御システム２において、空気槽からの配管４は共通であるが、その後、配管４a、４ｂ、４ｃに分岐され、バルブ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃにてそれぞれの流速９ａ、９ｂ、９ｃまたは流量１０ａ、１０ｂ、１０ｃを調整する。
【００６１】
配管４ａ、４ｂ、４ｃにはそれぞれ流体検出端末１４ａ、１４ｂ、１４ｃが設置され、流速９ａ、９ｂ、９ｃまたは流量１０ａ、１０ｂ、１０ｃを検出している。検出した流速９ａ、９ｂ、９ｃまたは流量１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ無線伝送路３１aａ、３１ａｂ、３１acを介して、データ蓄積部４０に蓄積され、解析部５０にて解析される。
【００６２】
このとき、解析部５０の解析結果は、前記空気圧縮機及びバルブの制御を行う制御部３００に出力される。そして、制御値３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃにより各空気圧縮機を制御し、圧縮空気の供給量を最適化したり、制御値３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃにより各バルブの開度を制御し、各配管の流速または流量を調整する。
【００６３】
前述の通り、流体検出端末１４a、１４ｂ、１４ｃは、低コストな構成であり、外部からの配線が不要且つ設置後の調整を自動若しくは遠隔で行えるために、設置や設置後の調整作業やメンテナンス作業は簡便になり、複数設置や検出対象の配管の変更を容易にすることができる。  なお、例えば流体検出端末１４ａで検出した流速または流量が異常であった場合、解析部５０が制御部３００に異常を知らせる信号を出力し、制御部３００が流体検出端末１４ａが設置されている配管４ａのバルブ３３０ａを閉じるような制御を行っても良い。これにより、配管の異常を早期に発見できるので、より安全な流体制御システム２となる。
【００６４】
ここで、本実施例の流体検出装置１及び流体制御システム２では、流体に空気を用いた例にて説明したが、流体は、例えば、窒素ガスや酸素ガス、水素ガスなどの気体でも良く、また、水や油、液化ガス、有機溶媒などの液体でも良いし、水蒸気といった蒸気でも良い。その際、気体の供給源としては、例えばガスボンベやガスタンクが挙げられる、また、液体の供給源としては、例えば水であれば貯水槽が挙げられる。更に、蒸気の供給源としては、例えば水蒸気であればボイラが挙げられる。
【実施例２】
【００６５】
次に、本発明の実施例２について図８、図９を参照しつつ説明する。図８は、本発明の第２の実施例における流体検出装置の構成図の一例である。図９は、本発明の第２の実施例における流体検出装置の変形例の一例である。本実施例では、実施例１とは異なり、超音波マイクロホンを多数使用した構成の流体検出端末である点が異なる。以下、図８、図９を説明するに当たり、図１、図３と同一の構成要素については、その詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明することとする。
【００６６】
図８に示すように、流体検出端末１４ｄは超音波マイクロホン１５ａと超音波マイクロホン１５ｂを備える。信号処理部２０ａにおいては、超音波マイクロホン１５ａ、１５ｂとバンドパスフィルタ２１間に選択部２７を備えた構成としている。なお、超音波マイクロホンは３台以上あっても良い。また、選択部２７は、例えば半導体スイッチングデバイスやリレーなどを用いればよい。
【００６７】
図８に示すように、超音波マイクロホン１５ａは配管４を向いて設置され、配管４の超音波８を集音するのに対し、超音波マイクロホン１５ｂは異なる方向を向いて設置し、設置環境の外乱音のみを集音するようにする。各超音波マイクロホン１５ａ、１５ｂで検出した周波数信号１６ａ、１６ｂをそれぞれ信号処理部２０aに入力し、データ変換部３０で差分をとることで、配管４の周囲の雑音成分を除去し、流速９または流量１０の検出精度を向上することができる。また、配管４の周囲の雑音を検出する超音波マイクロホンの数を増やせば、より雑音成分を除去できるので、検出精度をさらに向上させることができる。
【００６８】
なお、周波数信号１６ａ、１６ｂの差分は、演算部２５でとるようにしてもよい。
【００６９】
また、図８に示すように、超音波マイクロホン１５ａ、１５ｂの周波数信号１６a、１６ｂは、選択部２７にて時分割で選択し、それに同期して信号処理部２０ａとデータ変換部３０aも時分割で動作するような構成としている。これにより、信号処理部２０ａ及びデータ変換部３０は１組で済むことができ、複数の超音波マイクロホンを使用しても、流体検出端末を小型・低消費電力にすることができる。
【００７０】
一方、図９に示す変形例は、端末１４ｅは、超音波マイクロホン１５ｃ、１５ｄをアレイ上に並べ、超音波マイクロホンアレイ１５ｅとしている。なお、超音波マイクロホンは３台以上あっても良い。
【００７１】
これにより、集音量を増やすことができるので、高感度に流速または流量を検出することができる。また、一つの超音波マイクロホンが故障したとしても、もう一方の超音波マイクロホンで配管４からの超音波を検出することができるので、流体検出装置の長期使用性を高めることができる。また、超音波マイクロホンアレイ１５ｅの周波数信号１６ｃ，１６ｄを合成することで検出する超音波の指向性を得ることができ、検出感度を高めることができる。
【００７２】
なお、複数の超音波マイクロホンの設置では、図９のように並列に置くだけでなく、超音波マイクロホンが対向するように設けても、同様の効果を得ることができる。
【００７３】
以上、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・流体検出装置、２・・・流体制御システム、３・・・流体、３ａ・・・空気、４、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・配管、５・・・配管上流側、６・・・配管下流側、７・・・振動、８、８ａ、８ｂ、８ｃ・・・超音波、９、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・流速、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・流量、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ・・・流体検出端末、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ・・・超音波マイクロホンアレイ、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１７、１７ａ・・・周波数信号、１８、１９・・・デジタル信号、２０、２０ａ・・・信号処理部、２１・・・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２２・・・増幅部、２３・・・検波部、２４・・・アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）、２５・・・演算部、２６・・・制御部、２７・・・選択部、３０、３０ａ・・・データ変換部、３１・・・伝送路、３１ａ・・・無線伝送路、３１ａａ・・・無線伝送路、３１ａｂ・・・無線伝送路、３１ａｃ・・・無線伝送路、４０・・・データ蓄積部、４１・・・流体情報、４２・・・配管情報、４３・・・環境情報、５０・・・解析部、５１・・・解析値、５１ａ・・・解析値、６０、６１、６２・・・フィードバック値、７０、７１、７２・・・制御値、８０・・・コンセントレータ、８１・・・クラウドサーバ、１００・・・環境発電端末、１１０・・・電源部、１１１・・・発電素子、１１２・・・蓄電素子、１１３・・・環境光、１１４・・・外部熱、１１５・・・外部振動、１１６・・・電源供給路、１２０・・・無線部、１３０・・・センシング部、１３１・・・温度センサ、１３２・・・湿度センサ、１３３・・・圧力センサ、１３４・・・センシング値、２００・・・周波数スペクトル、２０１・・・０Ｌ／ｍｉｎ時の周波数スペクトル、２０２・・・０．５Ｌ／ｍｉｎ時の周波数スペクトル、２０３・・・１．５Ｌ／ｍｉｎ時の周波数スペクトル、２１０・・・周波数領域、３００・・・制御部、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ・・・制御値、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ・・・空気圧縮機、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ・・・空気槽、３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ・・・バルブ、５００・・・検出フロー、５０１・・・入力、５０２・・・出力、５１０・・・集音、５２０・・・信号処理、５４０・・・データ変換、５５０・・・データ蓄積、５６０・・・解析
【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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