(57)【要約】【課題】  流体の監視装置において流速流量や種別を、流路外部から非接触で検知できる手段を提供する。【解決手段】  識別子を付与され被測定流体に予め混入済みの識別タグと、前記識別タグに断続的に任意時間間隔で給電信号を送信する無線送信器と、前記給電信号に呼応して同一の前記識別タグが返信した前記識別子情報を追跡して受信する無線受信部と、前記識別子情報を受信したときの各回の感度変化量を前記識別タグとの距離変化量に換算する演算回路とを備え、前記任意時間間隔に対する前記距離変化量から得た移動速度に基づき前記被測定流体の流速または流量を計測することを特徴とする。さらに流体近傍から非接触で流体移動の状態を監視する。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
識別子情報を付与され前記被測定流体に混入した識別タグと、
前記識別タグに所定の時間間隔で給電信号を送信する無線送信部と、
前記給電信号に呼応して前記識別タグが返信した前記識別子情報を受信する無線受信部と、
前記識別子情報を受信したときの回毎の感度変化量を前記識別タグと前記無線受信部との距離変化量へ換算し前記時間間隔に基づき前記被測定流体の流速または流量を演算する演算回路を設けたことを特徴とした流体監視装置。
【請求項２】
前記流速または前記流量の出力命令を受ける入力部と、前記出力命令を受けて前記流速または前記流量を出力する出力部とを備えたことを特徴とする、請求項１記載の流体監視装置。
【請求項３】
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
識別子情報を付与され前記被測定流体に混入した識別タグと、
第一観測点に備えた第一無線受信部および第一無線送信部と、
前記第一観測点から所定の距離隔てた第二観測点に備えた第二無線受信部および第二無線送信部と、
前記第一無線送信部と前記第二無線送信部とで同一タイミングの給電信号を送信させる送信回路と、
前記第一無線受信部と前記第二無線受信部とで前記給電信号に呼応して前記識別タグから返信された同一の前記識別子情報について最大感度を得た時刻の差に基づき前記被測定流体の前記流速または前記流量を演算する演算回路を設けたことを特徴とする流体監視装置。
【請求項４】
前記流速または前記流量の出力命令を受ける入力部と、前記出力命令を受けて前記流速または前記流量を出力する出力部とを備えたことを特徴とする、請求項３記載の流体監視装置。
【請求項５】
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
互いに異なる識別子を付与され被測定流体に混入した識別タグと、
前記識別タグに給電信号を送信する無線送信部と、
前記無線送信部に前記給電信号の送信を指示する入力部と、
前記給電信号に呼応した前記識別タグが返信する前記識別子情報を受信する無線受信部と、
前記無線受信部が取得した前記識別子情報を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とする流体監視装置。
【請求項６】
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
互いに異なる識別子情報を付与され被測定流体に混入した識別タグと、
前記識別タグに給電信号を送信する無線送信部と、
前記給電信号に呼応した前記識別タグが返信した前記識別子情報を受信する無線受信部と、
前記識別子情報を所定の種別毎に分類してカウントするカウンタ部と、
前記識別子情報を識別子リストとして登録する記録部と、
前記識別子情報と前記記録部に登録済みの前記識別子リストとを比較し前記識別子リストに前記識別子情報の登録がないときに登録無検出を出力する判定部と、
前記判定部が前記登録無検出を出力した場合に前記カウンタ部の所定項目カウンタをアップさせることを特徴とする流体監視装置。
【請求項７】
前記記録部は、前記判定部が前記登録無検出をした場合は前記識別子情報を前記識別子リストに登録することを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置。
【請求項８】
前記カウンタ部は、前記識別子情報値に割り当てた前記被測定流体を構成する各流体の原料に対応する前記所定項目カウンタを備えたことを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置。
【請求項９】
前記カウンタ部は、前記識別子情報値に割り当てた前記被測定流体を特徴付ける変数、版数または年月日時刻に対応する前記所定項目カウンタを備えたことを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置。
【請求項１０】
前記カウンタ部は、前記識別子情報値から対応する前記所定項目カウンタを特定することを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置。
【請求項１１】
前記所定項目カウンタ値または前記識別子リストを出力する出力部を設けたことを特徴とする、請求項６に記載の流体監視装置。
【請求項１２】
前記所定項目カウンタ値または前記識別子リストの出力命令を入力する入力部を設けたことを特徴とする、請求項６に記載の流体監視装置。
【請求項１３】
前記入力部と前記出力部とは、有線または無線インタフェースを有する通信用ネットワークと接続することを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の流体監視装置。
【請求項１４】
前記識別タグは、電源を内蔵して前記給電信号の受信無で所定の時間間隔の前記識別子情報を送信することを特徴とする、請求項１から請求項１３の何れかに記載の流体監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定流体についてその流速流量を計測し、更には流路全域に亘る被測定流体の流動経路や流動位置を追跡する流体監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体監視装置の一形態である流量計の測定原理に関連する先行技術として、例えば次のような文献がある。
【０００３】
【特許文献１】実開昭５５−１０５１２６号公報
【０００４】
特許文献１では、被測定流体に対する非接触による観測技術例として相関流量計を開示している。図７では、特許文献１の相関流量計を簡略化したブロック図で構成を示している。
【０００５】
すなわち、被測定流体の流れＡに対し一定角度で交差する第一の超音波伝播経路Ｕ１と、第一超音波伝播経路を前記一定角度が保たれた状態で下流方向に沿って特定の距離Ｌだけ流路との交差位置を並行移動させた位置に設けた、第二の超音波伝播経路Ｕ２とから成る構成である。
【０００６】
以下に、図７に示す特許文献１の従来技術例の構成を説明する。図７の相関流量計は、被測定流体が流れる管路Ｂ、発振器Ｇ、第一送波器３１、第一受波器３２、第二送波器４１、第二受波器４２、遅延回路５１、相関演算器５２、出力端子５３で構成されている。
【０００７】
発振器Ｇの出力は、それぞれ第一送波器３１と第二送波器４１に共通して接続される。第二受波器４２の出力はそのまま相関演算器５２へ入力されるのに対し、第一受波器３２の出力は、遅延回路５１を介してから相関演算器５２へ入力される。
【０００８】
次に、図７に示す特許文献１の従来技術例の動作を説明する。発振器Ｇを駆動して、同一規格の超音波素子である第一送波器３１と第二送波器４１とに共通の周波数を持つ超音波をそれぞれ発振させる。この結果、被測定流体の管路には流れ方向に距離Ｌを隔て互いに相似形を成す、一組の超音波伝播経路Ｕ１とＵ２とが形成される。
【０００９】
それぞれの超音波伝播経路Ｕ１、Ｕ２では、被測定流体の流れＡに伴って混入している様々な気泡やパーティクル（微粒子等）が絶えず横切る。たとえば第一超音波伝播経路Ｕ１では上流から流れてきた新たな気泡やパーティクルが一定時間にわたり超音波伝播経路Ｕ１を遮り、超音波の周波数に散乱現象が発生する。
【００１０】
第一発振器３１から観て対向する第一受波器３２では、このようにして散乱された周波数パターンをリアルタイムで復調した後、遅延回路５１を介し相関演算器５２へと送信している。
【００１１】
一方、第一の超音波伝播経路Ｕ１を遮り、先にその超音波周波数に散乱現象を生じせしめた気泡やパーティクルの構成因子は、互いの相対位置関係をほぼ維持させた状態で流れＡに従い距離Ｌを移動する。
【００１２】
このとき下流に位置する第二超音波伝播経路Ｕ２は、第一超音波伝播経路Ｕ１を下流方向に沿ってそのまま並行移動させた位置に設けてあるので、第二受波器４２はかつて第一受波器３２が観測した超音波周波数の散乱現象と相似する周波数の散乱パターンを遅れて観測する。
【００１３】
第二受波器４２が観測した周波数の散乱パターンはリアルタイムに復調して相関演算器へと送信している。このとき第二受波器４２が観測している現行の周波数散乱パターンの復調信号は、第一受波器３２がかつて観測した、過去分の周波数散乱パターンの復調信号の再現結果に対して相関演算器５２による比較が行われる。
【００１４】
このとき遅延回路５１を調節することにより、第一受波器３２の観測した周波数散乱パターンの復調信号が相関演算器５２へ送信される時間を一律に無段階に遅らせ、今現在、第二受波器４２が観測している周波数散乱パターンとの比較照合が行われる。
【００１５】
すなわち、比較照合した結果に基づき、過去の時間に遡って再生した第一受波器３２による周波数散乱パターンの復調信号が、現行の第二受波器４２による周波数散乱パターン復調信号に対して最大の相関を示す遅延時間を決定する。
【００１６】
遅延回路５１の調整によって、相関演算器５２の出力端子５３が示す、散乱パターンの相関が最大値を示す遅延時間量を決定できれば、距離Ｌをその該遅延時間で除算することにより被測定流体の平均流速が得られる。所定の距離Ｌの通過時間から流速値が求まり、その値に管路Ｂの断面積を乗じれば流量値が求まる。
【００１７】
超音波流量計は、被測定流体の媒質中で同一箇所を指標させる手段として周波数散乱の相関パターンを利用している。被測定流体は慣性と粘性から一定のレイノルズ数に応じた流速分布を持ち、局在する乱れや気泡、パーティクル等の相対位置関係を保持させたまま移動する性質があるためである。
【００１８】
この様に、送波器と受波器のペアを管路の外側に設置し被測定流体に接触せずに測定ができる超音波流量計は、測定に伴う圧力損失がなく設置も比較的容易なことから従来から広く用いられて来た。
【００１９】
一方、３次元空間を移動する移動物体の移動状態計測装置に関する先行技術として例えば次のような文献がある。
【００２０】
【特許文献２】特開平１０−２６７９５４号公報
【００２１】
特許文献２は、交差上に配置された２つのラインセンサにより構成される２次元ゲートを複数個、被測定物体の移動方向に沿って所定の間隔で配列せしめた構成を開示する。
【００２２】
これらのラインセンサは何れも光学式であり、被測定物体が清明な空間を飛翔することを前提としている。すなわち被測定物体が閉鎖された管路内や混濁した流体中に在る場合、特許文献２の移動状態計測装置では対応できない。
【００２３】
また一方、個体の被管理対象物品の監視システムに関連する先行技術として例えば次のような文献がある。
【００２４】
【特許文献３】特表２０００−５０１５１５号公報
【００２５】
特許文献３では、被管理対象品にセルコントローラからの無線信号に応答する移動可能な識別タグを設置し、構内の複数アンテナによって該識別タグの位置座標を推定する物品の追跡システムを開示している。
【００２６】
これらの識別タグは、無線電波の圏内である構内を移動範囲として常時コントローラで設置されている現在座標を掌握するため流体中での使用に適さない。更に、使用する識別タグはマイクロプロセッサを内蔵しており、自律機能を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
ところで、特許文献１に関連し、図７に例示した従来の相関結果に基づく流量計では、距離Ｌの移動時間判定根拠が、相関値のパターン照合だけに頼ることになる。このため、図７の実施例には以下の様な問題点があった。
【００２８】
第一の問題点として、被測定流体の流速分布が一様であることが測定原理上から必須とされることである。流速分布に傾斜があると、二点間で時間を置いて観測された相関パターン値についての相関結果が全般に低下し、パターンマッチが取れなくなる虞があるためである。
【００２９】
このため、管路の断面積や曲率の急激な変化箇所では、超音波による相関流量計の設置には不向きである。また場合によっては整流器などを上流に設置することで、流速分布の改善なども図る必要もあり、設置箇所については制約が多かった。
【００３０】
第二の問題点として、流量がゼロに近づくにつれて相対的な測定分解能が低下することである。これは、相関パターンという一種のアナログ量の照合結果に基づき二点間の通過時間を決定しているためである。すなわち被測定流体中で、個別の気泡やパーティクル等の特定粒子を流速の基準マーカとして追跡できる手段が存在しなかったためである。
【００３１】
第三の問題点として、超音波の不必要な散乱について管理が必要なことである。すなわち、被測定流体中で二箇所に設ける超音波伝播経路の何れか片方に気泡など超音波を散乱させる現象、たとえばキャビテーションに伴い発生して短時間で消失する気泡などが定在あるいは散発する場合、正しい相関パターン照合を妨害し相関を見失う虞があった。
【００３２】
第四の問題点として、急激な流量変化などに伴う流速分布の変動が伝播する場合、距離Ｌの領域全体が一定の流速分布に達するまでに過渡状態の期間を要する。この期間に亘り流速分布には変動及びむらが生じるため、相関パターンに誤差を生ずることである。
【００３３】
すなわち特定の混入粒子に着目して基準マーカとして活用し、それが存在する座標自体の流速を直接指標できる手段でなければ、この様な流速分布変動の過渡現象を追跡できない問題があった。
【００３４】
さらに加え、図７に例示した従来の流量計等は元より、被測定流体の流路全域を対象とした長期的な拡散傾向や区間別の滞留期間など、流体が移送される経緯についてマーカ機能を備えた実体のある媒体を介し、これを長期にわたって把握し監視する流体の追跡手段が存在しなかった。
【００３５】
本発明は上述した従来技術の問題を解決するためになされ、その目的は、被測定流体の局所的な流体挙動や流速流量値、広域的には拡散過程や到達の確認について非接触で直接検証し追跡する手段と共に、その成分比率や付加情報なども直接明示させる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
このような目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
識別子情報を付与され前記被測定流体に混入した識別タグと、
前記識別タグに所定の時間間隔で給電信号を送信する無線送信部と、
前記給電信号に呼応して前記識別タグが返信した前記識別子情報を受信する無線受信部と、
前記識別子情報を受信したときの回毎の感度変化量を前記識別タグと前記無線受信部との距離変化量へ換算し前記時間間隔に基づき前記被測定流体の流速または流量を演算する演算回路を設けたことを特徴とした流体監視装置である。
【００３７】
請求項２記載の発明は、
前記流速または前記流量の出力命令を受ける入力部と、前記出力命令を受けて前記流速または前記流量を出力する出力部とを備えたことを特徴とする、請求項１記載の流体監視装置である。
【００３８】
請求項３記載の発明は、
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
識別子情報を付与され前記被測定流体に混入した識別タグと、
第一観測点に備えた第一無線受信部および第一無線送信部と、
前記第一観測点から所定の距離隔てた第二観測点に備えた第二無線受信部および第二無線送信部と、
前記第一無線送信部と前記第二無線送信部とで同一タイミングの給電信号を送信させる送信回路と、
前記第一無線受信部と前記第二無線受信部とで前記給電信号に呼応して前記識別タグから返信された同一の前記識別子情報について最大感度を得た時刻の差に基づき前記被測定流体の前記流速または前記流量を演算する演算回路を設けたことを特徴とする流体監視装置である。
【００３９】
請求項４記載の発明は、
前記流速または前記流量の出力命令を受ける入力部と、前記出力命令を受けて前記流速または前記流量を出力する出力部とを備えたことを特徴とする、請求項３記載の流体監視装置である。
【００４０】
請求項５記載の発明は、
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
互いに異なる識別子を付与され被測定流体に混入した識別タグと、
前記識別タグに給電信号を送信する無線送信部と、
前記無線送信部に前記給電信号の送信を指示する入力部と、
前記給電信号に呼応した前記識別タグが返信する前記識別子情報を受信する無線受信部と、
前記無線受信部が取得した前記識別子情報を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とする流体監視装置である。
【００４１】
請求項６記載の発明は、
被測定流体を対象とした流体監視装置において、
互いに異なる識別子情報を付与され被測定流体に混入した識別タグと、
前記識別タグに給電信号を送信する無線送信部と、
前記給電信号に呼応した前記識別タグが返信した前記識別子情報を受信する無線受信部と、
前記識別子情報を所定の種別毎に分類してカウントするカウンタ部と、
前記識別子情報を識別子リストとして登録する記録部と、
前記識別子情報と前記記録部に登録済みの前記識別子リストとを比較し前記識別子リストに前記識別子情報の登録がないときに登録無検出を出力する判定部と、
前記判定部が前記登録無検出を出力した場合に前記カウンタ部の所定項目カウンタをアップさせることを特徴とする流体監視装置である。
【００４２】
請求項７記載の発明は、
前記記録部は、前記判定部が前記登録無検出をした場合は前記識別子情報を前記識別子リストに登録することを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置である。
【００４３】
請求項８記載の発明は、
前記カウンタ部は、前記識別子情報値に割り当てた前記被測定流体を構成する各流体の原料に対応する前記所定項目カウンタを備えたことを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置である。
【００４４】
請求項９記載の発明は、
前記カウンタ部は、前記識別子情報値に割り当てた前記被測定流体を特徴付ける変数、版数または年月日時刻に対応する前記所定項目カウンタを備えたことを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置である。
【００４５】
請求項１０記載の発明は、
前記カウンタ部は、前記識別子情報値から対応する前記所定項目カウンタを特定することを特徴とする請求項６に記載の流体監視装置である。
【００４６】
請求項１１記載の発明は、
前記所定項目カウンタ値または前記識別子リストを出力する出力部を設けたことを特徴とする、請求項６に記載の流体監視装置である。
【００４７】
請求項１２記載の発明は、
前記所定項目カウンタ値または前記識別子リストの出力命令を入力する入力部を設けたことを特徴とする、請求項６に記載の流体監視装置である。
【００４８】
請求項１３記載の発明は、
前記入力部と前記出力部とは、有線または無線インタフェースを有する通信用ネットワークと接続することを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の流体監視装置
である。    
【００４９】
請求項１４記載の発明は、
前記識別タグは、電源を内蔵して前記給電信号の受信無で所定の時間間隔の前記識別子情報を送信することを特徴とする、請求項１から請求項１３の何れかに記載の流体監視装置である。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１及び請求項４の発明によれば、被測定流体中の識別タグの存在により、その識別タグが所属する流体周辺の移動速度が一意に特定できる。すなわち搬送される識別タグの移動速度がそのまま流速を指標する作用をもつ。
【００５１】
さらに識別タグは無線の送信機能を有しているため、被測定流体の近傍から非接触でも移動の様子が追跡できる効果がある。
【００５２】
このため気泡やパーティクルなどの様な安定性の低いランダムな発生因子に基づく相関値の比較といった不安定要素を排除でき、意図的に混入されて常に存在する識別タグが、あたかも被測定流体にマーカを付したと同等の効果を生じる。
【００５３】
さらに、（１）識別タグの混入数量、（２）送信器による給電信号の出力／送信頻度、（３）周辺配置する受信器数、の３パラメータを増減させることにより時間と空間について任意の分解能を設定できる。
【００５４】
たとえば、最も粗い分解能である一対の無線送信部と無線受信部による最小構成であれば、１個の識別タグの移動履歴に基づき流速計としての作用効果を得ることができる。
【００５５】
一方、無線送信部に加え特に無線受信部と識別タグの存在密度を高め、観測点の分解能を上げることにより、被測定流体の時間ごとの振る舞いについて克明かつ詳細な追跡を可能にする。
【００５６】
被測定流体に混入する識別タグの存在密度を高めることは、無線受信部から観た被測定流体をあたかも識別タグの集合体として見做せる効果をもたらす。
【００５７】
さらに加え無線送信部の発信間隔を狭め時間分解能を上げることにより、速度分布の状態、圧力分布の変動を伴う過渡現象、局在過流の消長や強弱、位置関係など，被測定流体が示す配管や流体中の挙動について詳細な解析ができる。
【００５８】
請求項５の発明によれば、特定識別タグについて被測定流体が拡散する全域にわたる一斉捜索が可能である。気泡やパーティクルのような偶然の産物であり消長を伴う永続性の無い媒体に替わり、長期間かつ長距離を移動した場合であっても識別タグの存在は安定しているためである。
【００５９】
このため無線送信部と無線受信部のペアにより、被測定流体の流動先の何処でも検出が可能となる。現在位置については配管系全域を対象とした捜索と現在位置特定が可能な他、長期かつ広域を対象とする流動実態を追跡し把握できる。
【００６０】
また各種識別タグ毎の現行の分布、拡散状況が任意時間に入手できる他、時間毎や週ごとの各種識別タグの分布範囲や通過した頻度、流動傾向を定期モニタし統計データとして蓄積できる。これにより、被測定流体の工程段階の確認、管路網の異常状態の早期検出、品質管理等に役立てることができる。
【００６１】
すなわち請求項５の発明は、温度センサ、圧力センサ、制御バルブなど各種の制御機器や計器装置で、通信機能を備えた配管経路の近傍の機器に付加することで、さらに効果的な流体の監視システムを構築できる。
【００６２】
これらの識別タグの観測網は、任意の識別タグの全域捜索と追跡をいつでも可能とすることから、在来の管理監視設備との相乗効果により管路系の制御や異常検出、工程管理等に貢献する。
【００６３】
請求項６の発明のカウンタ部の作用によれば、被測定流体を構成する各流体成分または任意管理項目ごとに判別可能な識別子が識別タグに付与されているため、成分別に識別子を識別してカウントすることにより流体種別毎の通過比率を推定できる効果をもたらす。
【００６４】
さらに管路に配送した年月日時刻情報や原料の表示、リビジョン番号、ロット番号など流体毎に付加した任意の管理項目を、カウンタ部が備える各所定カウンタ毎に、それぞれの識別子情報値の範囲に予め対応付けしてある。
【００６５】
このためカウンタ部では、該当する識別子情報値の識別タグを検出する毎に、対応する所定カウンタが特定でき、このカウンタ値のみをカウントアップできる。
【００６６】
すなわち被測定流体が、閉鎖された管路内を流れて目視検査やサンプル採取が不可能な場合であっても、請求項６の発明のカウンタ部の作用によれば、成分配合比の推定や各種管理項目を付した識別タグの通過確認を任意の場所で、非接触で手軽に実施できる効果を生じる。
【００６７】
請求項６の発明の記録部の作用によれば、識別タグの通過履歴が記録に残るため、特定の識別タグを対象とした通過の有無判定、他の識別タグとの通過の前後関係把握などを含めた長期継続的な自動追跡が可能である。また記録部へは、識別子情報と併せて時刻情報など、その他の管理情報を同時に付加して記録してもよい。
【００６８】
さらに記録部は、あたかも幹線道路の随所に設置された、自動車ナンバー自動読み取りシステム等の交通監視システムの如く作用する。自動車は識別タグ、道路は流体の管路に相当し、交通情報は被測定流体の配送情報に相当する。
【００６９】
本発明では交通監視システムに於ける光学読み取り装置やレーダ等の車両を対象とする検出手段の替わりに、識別子を一意に特定できる識別タグを検出対象としている。
【００７０】
このとき記録部によって提供される被測定流体の蓄積情報は、交通情報の如く滞留時間、拡散傾向の把握や異常状態の診断、管路の稼動状況の検証、流動傾向の把握など生産管理情報として活用できる。
【００７１】
また、一定期間における各種識別タグの拡散範囲や傾向、通過の頻度を定期的にモニタして統計データとして蓄積すれば、異常状態の早期検出や、工程改善等に役立てることができる。
【００７２】
請求項６から請求項１２までの発明によれば、中央制御室などのホストコンピュータ等へ請求項１３記載の通信用ネットワークと接続して、被測定流体の流動情報が管路系全体を俯瞰する状態でリアルタイムに取得できる。
【００７３】
さらに当該流動情報に基づき、ポンプ回転数、配送圧力、温度、バルブ開閉など、流路上の制御設備を動員して管路網全域を対称とした自律的フィードバック制御の情報原の一手段として活用できる。
【００７４】
特に、識別タグによる流体監視装置は、圧力センサ、温度センサ、流速流量計など従来の流体監視装置では成し得なかった、被測定流体の所在自体や成分比率、付加情報について直接明示すると共に、到達や通過の事実を非接触で立証する作用を与えるものである。
【００７５】
さらに、請求項１から１２までの発明は、圧力センサ、温度センサ、他方式の流速流量計等、従来の流体監視装置へ任意の組み合わせで付加した複合型の計装、監視装置として構成すれば、互いの監視機能を補完し合う相乗効果を与えるものである。
【００７６】
たとえば従来の超音波による相関流速流量計と組み合わせて複合型の流速流量計として運用し、前述した超音波流速計の計測機能を補完することができる。
【００７７】
また、請求項１４の発明によれば請求項１から１３までの発明の何れかを、無線送信部による給電信号に拠らず自ら所定の時間間隔で識別子情報の送信が可能なアクティブ形の識別タグを用いても、本発明を実施できる。この場合は、給電信号を送信する無線送信部が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７８】
本発明について実施例１、実施例２、実施例３、実施例４および実施例５に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００７９】
実施例１は、本発明の請求項１および請求項２に係る構成ブロック図であり、図１に示している。
【００８０】
実施例１は、アンテナ１，検出回路２、演算回路３、送信回路４、出力部５、入力部６で構成している。また管路Ｂ内には、検出対象となる通過中の識別タグ１００〜１０５が存在している。
【００８１】
アンテナ１の出力は検出回路２へと接続され、検出回路２の後段には演算回路３を備え演算回路３の出力は出力部５と接続する。一方、入力部は送信回路４に接続し、送信回路４の出力はアンテナへ接続している。図１の例では、無線送信部と無線受信部とを同一のアンテナ１で兼用している。
【００８２】
アンテナ１は、無線送信部と無線受信部とを兼用する構成要素である。実施例１では、アンテナ１を被測定流体の流路である管路Ｂ近傍に配置しているが接液していない。但し、アンテナ１を接液する様に、管路Ｂ内壁面へ埋設配置させても一向に差し支えない。
【００８３】
被測定流体の流れる方向はＡで示している。図１の例では、アンテナ１近傍の管路Ｂ内の被測定流体中には識別タグ１００〜１０５が浮遊し、被測定流体の流れＡに従って流動中であることを示している。
【００８４】
次に、図１に示す実施例１の作用を説明する。
（１）入力部６への送信命令によって送信回路４が生成する送信信号ｓ１１がアンテナ１へ送られると、アンテナ１は無線による給電信号に変換して送信する。このとき給電信号の有効圏内には識別タグ１０３が存在している。
【００８５】
（２）識別タグ１０３は、受信した給電信号を送信電力として自らの固有な識別子情報を返信する。アンテナ１は識別タグ１０３から返信された識別子情報を受信すると受信信号ｓ１２として電気信号に変換して検出回路２へと送信する。
【００８６】
上記（１）と（２）により、被測定流体に対する１回分の無線信号送受が行われる。各回の無線信号送受の実施間隔は被測定流体の流速に合わせ最適な分解能となる様、一定の時間周期で行われている。
【００８７】
図１の例では、識別タグ１０３を対象に連続する無線信号送受を実行し、流れと共にアンテナ１に対して相対位置を変化させていく様を示している。すなわち識別タグ１０３が位置ｐ１のとき、有効圏内に入って最初に行われる無線信号送受信ｒ１に対応している。
【００８８】
次に実行された無線信号送受信ｒ２では、識別タグ１０３は位置ｐ２に移動している。このとき返送された識別子情報の受信感度が最大値となる。次の回に実行された無線信号送受信ｒ３のときでは、識別タグ１０３が流れと共に位置ｐ３へ遠ざかっている。
【００８９】
このため、無線信号送受信ｒ３の回で返送される識別子情報の感度は、アンテナ１に対する識別タグ１０３までの距離増加に伴い、無線信号送受信ｒ２の回に比して低下する。
【００９０】
すなわち識別タグ１０３は、無線信号送受のサンプリング周期３回分で給電信号の有効圏内を横切っている。検出回路２の後段にある演算回路３では、予め設定して既知である給電信号の有効圏内に相当する一定距離において、無線信号送受が成立した回数と、その実行した時間間隔に基づき被測定流体の流速を算出する。
【００９１】
識別タグ１０３は給電信号の有効圏内を無線信号送受ｒ１、無線信号送受ｒ２、無線信号送受ｒ３の３回のサンプリングで横断している。したがって、有効圏内に相当する一定距離に対し、無線信号送受ｒ１から無線信号送受ｒ３に至る経過時間で除算すればその流速を求めることができる。
【００９２】
あるいは現行の無線信号送受と、前回実施した無線信号送受との受信感度の変化量を、アンテナ１に対する距離変化量に換算し、前回実施からの経過時間で除して流速を算出してもよい。
【実施例２】
【００９３】
本発明の請求項３および請求項４に係る実施例２として、図２の構成ブロック図を示す。図２において、図１と同一記号は同一作用をもつ構成要素であるから詳細な説明は省略する。
【００９４】
実施例２は、無線送信部と無線受信部とを兼用する構成要素が、アンテナ１ａ、１ｂの２個で構成されている。アンテナ１ａと検出回路２ａは、第一観測点に対応し、アンテナ１ｂと検出回路２ｂは第二観測点に対応している。
【００９５】
すなわち、アンテナ１ａは第一無線送信部と第一無線受信部を兼用し、アンテナ１ｂは第二無線送信部と第二無線受信部を兼用している。さらに、第一観測点と第二観測点とは、管路Ｂの軸方向に所定距離Ｌを隔てて設置されている。
【００９６】
これらのアンテナ１ａ、１ｂは、被測定流体の流路である管路Ｂ近傍に配置しており、図１の実施例と同様に流路に影響を与えない限り設置形態は、接液しても接液していなくてもどちらでもよい。
【００９７】
アンテナ１ａの出力は検出回路２ａへと接続され、アンテナ１ｂの出力は検出回路２ｂへと接続されている。第一観測点である検出回路２ａの出力は信号ｓ２１、第二観測点である検出回路２ｂの出力は信号ｓ２２として示している。
【００９８】
それぞれの検出回路の後段には共通資源として演算回路３ａを備え、信号ｓ２１と信号ｓ２２とを入力とする演算回路３ａの出力は出力部５へと接続している。
【００９９】
一方、入力部６は共通資源である送信回路４に接続し、送信回路４の出力はアンテナ１ａとアンテナ１ｂへ接続している。送信回路４は、入力部６と接続されている。
【０１００】
被測定流体の流れは図１と同様にＡで示している。図２の例では、被測定流体中を図１と同じ識別タグ１０３が、管路Ｂ内の所定距離Ｌを移動する様子を示している。
【０１０１】
次に、図２に示す実施例２の作用を説明する。
入力部６から一定間隔で送信命令を受け、送信回路４では第一観測点と第二観測点の２個のアンテナ１ａとアンテナ１ｂとに、同時に給電信号を送信させている。
【０１０２】
被測定流体の流れＡに乗り識別タグ１０３が第一観測点に接近するにつれ、第一観測点である検出回路２ａでは毎回の給電信号に応答する識別タグ１０３の受信感度が急速に強まる。位置ｐ４でタグ１０３の識別子情報についての最大感度を得た後は、第一観測点からタグ１０３が離れるに従い受信感度は急激に低下する。
【０１０３】
同様な現象が下流に位置する第二観測点で続けて発生する。すなわち第二観測点である検出回路２ｂは、位置ｐ５に達したときタグ１０３の識別子情報について最大感度を得ることができる。
【０１０４】
図３は図２に示した実施例２の動作例を示している。信号ｓ２１と信号ｓ２２とが相次いで演算回路３ａへ入力される場合の動作例である。信号ｓ２３のΔｔ毎の入力に呼応して、給電信号に対し識別タグ１０３が識別子情報を応答した状態を、第一観測点と第二観測点が異なる時間で観測している。
【０１０５】
演算回路３ａでは、図３の信号ｓ２１領域の破線形状にてピーク状態を補完して示した様に、必要に応じ受信感度の最大値時間を任意の補完手段によって決定してもよい。
【０１０６】
このように演算回路３ａでは、検出回路２ａと検出回路２ｂとがそれぞれ最大感度を得た時刻差、具体的には信号ｓ２２と信号ｓ２１で最大値の観測された時間差ｔ１０３を得ている。従って、演算回路３ａは第一観測点と第二観測点の所定距離であるＬを、得られた時間差ｔ１０３で除算することにより、流速または流量を算出し出力部５へ出力できる。
【０１０７】
図２の実施例２は、第一観測点をアンテナ１ａのみ、同様に第二観測点をアンテナ１ｂのみで実施した最小構成例を示したが、両観測点で複数アンテナを配置する構成も可能である。
【０１０８】
たとえば、第一観測点の第一無線受信部と第一無線送信部とをアンテナ１ａ１、１ａ２、１ａ３の３つのアンテナで構成し、管路Ｂ中心軸に対しそれぞれ１２０度の角度で取り囲む様に管路Ｂの同一断面上に設置した構成とする。
【０１０９】
同様に、第二観測点の第二無線受信部と第二無線送信部とをアンテナ１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３の３つのアンテナで構成し、管路Ｂ中心軸に対しそれぞれ１２０度の角度で取り囲む様に管路Ｂの同一断面上に設置した構成とする。
【０１１０】
このような構成とすることにより、第一観測点と第二観測点を識別タグが通過する際、管路Ｂ上に備えた２箇所の断面で、二次元上の通過位置をそれぞれ特定できることから、更に高精度で流速を測定できる効果を生じる。
【実施例３】
【０１１１】
本発明の請求項５に係る実施例３として、図４の構成ブロック図を示す。
【０１１２】
図４において、図１と同一記号は、同一作用をもつ構成要素であるから詳細説明は省略する。管路Ｂには、識別タグ１０６、１０７、・・・１１１および識別タグ１０３が通過中であることを表している。
【０１１３】
アンテナ１の出力は検出回路２へと接続され、検出回路２の出力は出力部５と接続している。一方、図１の例と同様に無線送信部と無線受信部を同一のアンテナ１で兼用しており、入力部６は送信回路４に接続し送信回路４の出力もアンテナ１へ接続している。
【０１１４】
次に図４の実施例３の作用について説明する。入力部５へ捜索要求信号ｓ４１が入力されると、送信回路４によってアンテナ１を介して給電信号ｒ４１を送信する。
【０１１５】
給電信号ｒ４１の送信は、指向性のアンテナ１でも無指向性アンテナ１のどちらを用いてもよい。たとえば管路がＵ字型の場所や密集箇所などでは、無指向性のアンテナ１を該密集箇所の中央付近に設置してもよい。
【０１１６】
給電信号ｒ４１に呼応して、近傍の被測定流体の流れＡに含まれる識別タグ１０３、１０６、１１７、・・・１１１の内、有効圏内にある識別タグ１０３からの応答信号ｒ４２がアンテナ１で受信される。識別タグ１０３の応答信号ｒ４２は検出回路４へ送られ、捜索結果信号ｓ４２として出力部５から出力される。
【０１１７】
また、捜索結果信号ｓ４２には検知した識別タグ１０３の識別子情報に加え、図４に図示していない任意の付加情報を加えることができる。たとえば観測ポイント識別番号、位置情報、現在時刻などを適宜付加すれば、観測された識別タグの識別子情報に付加して該識別子情報と同時に出力部５へ出力される。
【０１１８】
さらに図４の実施例３の流体監視装置は、被測定流体の管路Ｂに沿った随所に複数配置することによって、広範な領域あるいは管路網の全域を対象とした識別タグの分布状況を把握できる他、特定識別タグの管路網の全域を対象とした追跡や捜索が可能となる。
【実施例４】
【０１１９】
本発明の請求項６に係る実施例４として、図５の構成ブロック図を示す。
【０１２０】
図５において、図１と同一記号は、同一作用をもつ構成要素であるから詳細説明は省略する。実施例４において検出回路２の出力は、判定部２０４と入力バッファ部２０１とに接続される。入力バッファ部２０１は記録部２０２の入力前段に位置する。
【０１２１】
判定部２０４へは検出回路２の出力の他に記録部２０２の出力２０６にも接続している。判定部２０４の出力である信号２０３は、入力バッファ２０１のイネーブル端子ＥＮと、カウンタ部２０５のそれぞれに接続している。
【０１２２】
カウンタ部２０５の内部は図示しない１つ以上の所定項目カウンタで構成されている。また、カウンタ部２０５の出力である信号２０７と記録部２０２の出力である信号２０６は、出力部２０８の入力としている。
【０１２３】
次に図５の実施例４の作用について説明する。
アンテナ１では給電信号ｒ５２を送信して、管路Ｂ内のアンテナ１近傍に居た、識別タグ１１５から応答信号ｒ５２を受信する。このとき応答信号ｒ５２に含まれている識別タグ１１５の識別子情報は、検出回路２から出力されて判定部２０４へ入力される。
【０１２４】
判定部２０４は、記録部２０２に対して登録済みの識別子情報かどうかを照会する。すなわち既に検出回路２が過去に検出した実績があり、このため記録部２０２に記憶された識別子の一覧に含まれているかを判定している。
【０１２５】
判定した結果、既にタグ１１５の識別子情報が記録部２０２に含まれていた場合、判定部２０４では、信号ｓ５２すなわち（登録無検出）を出力しない。この場合、カウンタ部２０５にも入力バッファ部２０１にも如何なる作用を及ぼさない。
【０１２６】
一方、判定した結果、今回受信したタグ１１５の識別子情報が記録部２０２には含まれていなかった場合、判定部２０４は信号ｓ５２（登録無検出）を出力する。このとき判定部２０４から出力される信号２０３は、以下２つの作用をもつ。
【０１２７】
第一の作用は、入力バッファ部２０１へのイネーブル信号として作用する。これにより入力バッファ２０１を経由して記録部２０２へ現行のタグ１１５の識別子情報が書き込まれ、記録部２０２に在る登録リスト（図示しない）に新たに追加される。
【０１２８】
第二の作用は、カウンタ部２０５内の所定項目カウンタへのカウントアップ命令として作用する。これによりタグ１１５の識別子情報値と同一のグループに対応付けられている所定項目カウンタ（図示しない）では、カウンタ値を１だけ増加させる。
【０１２９】
このようにして記録部２０２には識別タグの識別子情報が、アンテナ１近傍を通過する毎に蓄積され、同時にカウンタ部２０５内の各所定カウンタ群には、それらの識別子情報が予め定めたグループ別に分類してそれぞれカウントされる。
【０１３０】
カウンタ部２０５では、何れの所定項目カウンタのカウント値をアップするかの特定が予め定めてある識別子情報値の範囲に基づき行われている。また、カウント値アップの操作では、記録部２０２の登録内容を用いた判定部２０４の照合作用により、同一識別タグについて、対応する所定項目カウンタで二重カウントしないように防止している。
【０１３１】
すなわち新規に受信された識別タグの識別子情報は、その時点で記録部２０２の識別子リストに登録され登録済みとなることから、判定部２０４は、２回目以降受信された同一識別タグについては登録無検出である信号ｓ５２を出力しない。このためカウンタ部２０５では、当該識別タグによるカウントアップ操作が初回の受信時のみに限定される。
【０１３２】
記録部２０２には新規の識別子情報を登録する場合、入力バッファ２０１に機能を追加し、現在時刻を示すタイムスタンプ情報など管理用の付加データを合せて当該識別子情報と同時に識別子リストに記録させてもよい。
【０１３３】
記録部２０２にはアンテナ１を横切り、探知されたすべての識別タグの履歴が蓄積される。例えば記録部２０２に識別タグを登録する際、付加情報として時刻データを併せておくと、あたかも交通監視システムの一種である、自動車ナンバー自動読み取りシステムの如く作用する。
【０１３４】
また、カウンタ部２０５にはアンテナ１を横切った結果、探知されたすべての識別タグを対象に予め定めた種類毎に分類してカウントされている。このため、交通量の調査カウンタの如く作用する。
【０１３５】
入力部２１０はこれらの情報を出力部２０８から取り出す作用をもち、出力命令として作用する入力信号ｓ５５の設定により、記録部情報またはカウンタ部情報の何れかを指定して出力信号ｓ５６として随時読み出すことができる。
【０１３６】
入力部２１０は、記録部２０２へ接続する登録リスト出力命令ｓ５１と、カウンタ部２０５へ接続するカウンタ値出力命令ｓ５３、および出力部へ接続する出力選択信号ｓ５４とを生成している。
【０１３７】
これらの制御信号は、カウンタ値または識別子リストの出力命令としての作用を持ち、入力部２１０に入力することにより、記録部２０２とカウンタ部２０５とにそれぞれ記録、カウントされた情報データの読み出しを実行させている。
【０１３８】
例えば入力部２１０への設定で、登録リスト出力命令ｓ５２を出力し、同時に出力選択信号ｓ５４を信号２０６側へ設定すれば記録部２０２に蓄積された識別タグのリスト情報を出力部２０８から読み出すことができる。
【０１３９】
また、入力部２１０への設定で、カウンタ値出力命令ｓ５３を出力し、同時に出力選択信号ｓ５４を信号２０７側へ設定すればカウンタ部２０５に蓄積された所定項目カウント値を出力部２０８から読み出すことができる。
【０１４０】
図５の実施例４では、カウンタ部２０５に対する制御入力は、カウンタ値出力命令ｓ５３のみを示してあるが、内部の各所定カウンタに対する個別選択や、カウンタ値のリセット命令等を追加することもできる。
【実施例５】
【０１４１】
図６の構成ブロック図は、本発明の請求項１３に係る実施例５を示している。
実施例５では、実施例２に相当する流体監視装置３０１、実施例３に相当する流体監視装置３０２、３０３、・・・３１０、実施例４である流体監視装置３１１を配置している。
【０１４２】
これらの流体監視装置群は、通信用ネットワークＤを介してコンピュータシステムＣと接続されている。また、被測定流体の流れる管路Ｂ網にはタンクＴ１、Ｔ２、・・・Ｔ５の他、ポンプＮ１および、バルブＮ２、Ｎ３、・・・Ｎ５の制御設備がある。
【０１４３】
また、被測定流体は原料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を混合して構成している。識別タグは各原料別に異なるグループの識別子に分類して予めタンクＴ１、Ｔ２、Ｔ３に混入されている。
【０１４４】
次に図６の実施例の作用を説明する。原料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と、を混合された被測定流体の流れＡは、ポンプＮ１から送り出され流速流量計の作用を持つ図２に示す実施例２の流体監視装置３０１の箇所を通過する。この流体監視装置３０１では、被測定流体の流速や流量を計測している。
【０１４５】
実施例２である流体監視装置３０１の入力部６と出力部５とが、通信用ネットワークＤに接続してあるため、コンピュータシステムＣは流体監視装置３０１が計測した流量または流速を（図示していない）遠隔操作手順によって読み出すことができる。
【０１４６】
また、コンピュータシステムＣは、原料Ｆ１、Ｆ２，Ｆ３の何れかに属する特定識別タグについて、管路Ｂ上で所定の時間に一斉捜索をすることができる。下流の管路Ｂ各所に設置した実施例３の各流体監視装置３０２、３０３、・・・３１０に対し、コンピュータシステムＣから通信用ネットワークＤを介して出力命令として作用する捜索要求信号ｓ４１を送信する。
【０１４７】
これを受けた管路Ｂ上の要所に設置されている各流体監視装置３０２、３０３、・・・３１０では、各々の無線受信部で取得された識別子情報を捜索結果信号ｓ４２として通信用ネットワークＤに出力する。
【０１４８】
各捜索結果信号ｓ４２には、返信元の流体監視装置３０２、３０３、・・・３１０を識別する付加情報を添付してあるので、コンピュータシステムＣでは捜索対象の特定識別タグが、何処の流体監視装置で探知されたかを確認できる。
【０１４９】
この様に、実施例３に相当する流体監視装置を複数使用して通信用ネットワークＤに接続することにより、管路Ｂ網上で特定識別タグの現在位置を、例えば１時間毎にプロットした長期間の広域追跡や、各流体監視装置３０２、３０３、・・・３１０の区間毎の移動所要時間など、被測定流体と管路系について統計的な管理情報を入手できる。
【０１５０】
たとえば流体監視装置３０２で確認された特定識別タグについて、下流にある流体監視装置３０３で待ち伏せし該特定識別タグの通過を確認させることにより、バルブＮ２の動作確認などを行うことができる。
【０１５１】
さらに下流に位置する流体監視装置３１１は、実施例４に相当する流体監視装置である。このため、コンピュータシステムＣから通信用ネットワークＤを介して流体監視装置３１１に出力命令を送信して、カウンタ部のカウンタ値を読み出すことにより、配合成分である原料Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のそれぞれについて混在を検証できる。
【０１５２】
また、同様にコンピュータシステムＣから通信用ネットワークＤを介して流体監視装置３１１宛の出力命令として入力信号ｓ５５を送信し、記録部にある識別子情報の登録済みリストを出力信号ｓ５６として読み出すことにより、現在までに同装置３１１を通過し、認知されたすべての識別タグを掌握して分析できる。
【０１５３】
さらに、コンピュータシステムＣをフローコンピュータと兼務させ、流体監視装置３０１、３０２、・・・３１１までの装置群を、他の流量計や圧力センサ、温度センサなど他の主要センシングデバイスに併設または複合化装置とすれば、管路Ｂ網について一層効果的な監視制御／計装システムを構築できる。
【０１５４】
すなわち本発明は、識別タグが被測定流体のマーカとして作用し、成分比率、付加情報などを直接明示すると共に流速流量を始め、広域的には通過の事実や到達の有無を、局所的には詳細な流体挙動について、それぞれ非接触で直接確認し追跡する手段を与えるものである。
【０１５５】
本発明の実施例１から実施例５に使用している管路Ｂには、例えばテフロン等の電波を透過させる素材を用いると良い。
【０１５６】
以上に説明した様に、本発明の実施例１から実施例５によれば、流体監視装置において被測定流体中で気泡やパーティクルに相当する自然発生する粒子の替わりに、故意に混入する識別タグを流速流量判定や種別を表示するマーカとして利用する。
【０１５７】
このため識別タグを流路外部から非接触で追跡し流速流量測定や追跡監視ができる他、通信用ネットワークと接続したことにより、管路網全域を対象とする監視と制御、さらには広域の遠隔管理手段としても活用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の実施例１を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施例２を示す構成ブロック図である。
【図３】本発明の実施例２の流速測定原理を示す構成ブロック図である。
【図４】本発明の実施例３を示す構成ブロック図である。
【図５】本発明の実施例４を示す構成ブロック図である。
【図６】本発明の実施例５を示す構成ブロック図である。
【図７】従来の超音波流量計の一例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１、１ａ、１ｂ  アンテナ
２、２ａ、２ｂ  検出回路
３、３ａ  演算回路
４  送信回路
５  出力部
６  入力部
３１  第一送波器
３２  第一受波器
４１  第二送波器
４２  第二受波器
５１  遅延回路
５２  相関演算器
５３  出力端子
１００、１０１、・・・、１１７  識別タグ
２０１  入力バッファ部
２０２  記録部
２０４  判定部
２０４  判定部
２０５  カウンタ部
２０８  出力部
２１０  入力部
Ｂ  管路
Ｃ  コンピュータシステム
Ｄ  通信用ネットワーク
ＥＮ  イネーブル端子
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３  被測定流体の原料      
Ｇ  発振器
Ｎ１  ポンプ
Ｎ２，Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５  バルブ
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５  タンク
【図１】
2005321222.tif 000003
【図２】
2005321222.tif 000004
【図３】
2005321222.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005321222.tif 000007
【図６】
2005321222.tif 000008
【図７】
2005321222.tif 000009