JP2012198880A - 流量測定のためのシステムおよび方法（流量測定システム） - Google Patents

Abstract

【課題】共通の供給地点に配置された単一の音響変換器を使用して、流体使用の副計測を実行する。
【解決手段】変換器に取り付けられたコンピュータは、各消費地点がアクティブである時点を決定し、それぞれによって引き込まれるそれぞれの流体量を測定する。各消費地点の音響特性は、流体が流れると音響エネルギーを発生させる、配管の長さ、エルボ管、Ｔ管、および他の構造体の場所によって異なる。音響特性は、コンピュータによって記録され、各消費地点での流体使用を同時に区別するために使用される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般に、複数の消費者に分配するための複雑な配管システムにおける流量測定に関する。より具体的には、本発明は、共同住宅の住人などの複数の消費者による流体消費量を測定するための、プロセッサに結合された単一の音響変換器（acoustic transducer）の使用に関する。

管内の流量を測定するために、様々な音響変換器が開発されてきた。たとえばＧｕｔｔｅｒｍａｎは、欧州特許第ＥＰ０１４５１７０号明細書において、二重周波数音響流量方法および装置について記載している。Ｇｕｔｔｅｒｍａｎは、欧州特許第ＥＰ０１７２６７６号明細書において、一方の変換器から他方への音響信号を合焦させるように成形された、導管の一方の壁面と向かい合った反射壁とに取り付けられた、１対の超音波変換器を使用した音響流量計についても記載している。

Ｗａｌｌｅｎは、欧州特許第ＥＰ０９３２０２９号明細書において、音響信号トランシーバ間で伝送される音響パルスのアップストリームおよびダウンストリームの通過時間を決定することに基づく、音響流量計について記載している。

Ｃｏｎｑｕｅｒｇｏｏｄは、米国特許第７５６２５８４号明細書において、信号プロセッサによって増幅されたマイクロフォン信号を処理する音響流量測定について記載している。処理後、信号は、次の処理のためにリモート・サイトへとワイヤレスで伝送することができる。

欧州特許第ＥＰ０１４５１７０号明細書 欧州特許第ＥＰ０１７２６７６号明細書 欧州特許第ＥＰ０９３２０２９号明細書 米国特許第７５６２５８４号明細書

集合住宅などの既存の建物に副計測デバイス（sub-metering device）を設置することは、労働力およびハードウェアの点で非常にコストがかかる。複数の測定デバイスの設置が実行されている間の、ユーティリティ・サービスの一時停止に関連付けられた経費および不便さも存在する。すべての副計器が、計器クローゼットまたは計器室などの単一地点に配置される場合、構造体が既存のものであるか新しい構築物であるかに関わらず、通常、追加の配管が必要となる。

本発明によれば、単一の測定地点に配置された単一の音響変換器によって、複数の消費地点での流体の使用が検出および測定される。センサは、流体の流れが構造体内の既存の配管を通過する際に、その流れに固有の音響特性を検出する。音響変換器は、変換器からの音響信号を分析するコンピュータ・プロセッサに、直接または遠隔的に結合される。プロセッサは、構造体内の各消費地点での流体の使用をそこから区別することができる。

本発明で使用可能な例示的コンピュータを示す図である。 本発明に従った単一の音響変換器を有する流体分配システムを示す図である。 複数の音響エミッタを有する流体分配システムを示す図である。

本発明、ならびに本発明の他の目的、利点、および機能をより良く理解するために、前述の図面に関連して以下の開示および添付の特許請求の範囲を参照する。

当業者であれば理解されるように、本発明の諸態様はシステムまたはコンピュータ・プログラム（製品）として具体化可能である。したがって、本発明の諸態様は、完全にハードウェア実施形態、および完全にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード、などを含む）、あるいは、本明細書ではすべてが全体として「装置」、「モジュール」、または「システム」と呼ばれることのあるソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせて協働する実施形態の形を取ることができる。さらに本発明の諸態様は、その上にコンピュータ読み取り可能プログラム・コードが具体化された、（１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能記憶媒体内で具体化された、）コンピュータ・プログラム（製品）の形を取ることもできる。

コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、たとえば電子、磁気、光、電磁、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイス、あるいはそれらの好適な組み合わせとすることができるが、これらに限定されるものではない。コンピュータ読み取り可能記憶媒体のより具体的な例（非網羅的リスト）には、１本または複数本のワイヤを有する電気接続、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用（ＥＰＲＯＭまたはＦｌａｓｈメモリ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、またはそれらの任意の好適な組み合わせが含まれる。本明細書との関連において、コンピュータ読み取り可能記憶媒体は、命令実行のシステム、装置、またはデバイスによって、あるいはそれらに関連して使用するためのプログラムを、含むかまたは格納可能な任意の有形媒体とすることができる。

本発明の諸態様に関する諸動作を実行するためのコンピュータ・プログラム・コードは、Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、任意の組み合わせの１つまたは複数のプログラミング言語で作成することができる。プログラム・コードは、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアロン型ソフトウェア・パッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上および部分的にリモート・コンピュータ上で、あるいは、完全にリモート・コンピュータまたはサーバ上で、実行することができる。後者のシナリオでは、リモート・コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介して、ユーザのコンピュータに接続することができるか、あるいは、（たとえばインターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータに接続することができる。

本発明の諸態様について、本発明の諸実施形態に従った方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム（製品）の流れ図あるいはブロック図またはその両方を参照しながら、以下で説明する。流れ図あるいはブロック図またはその両方の各ブロック、および、流れ図あるいはブロック図またはその両方のブロックの組み合わせは、コンピュータ・プログラム命令によって実装可能であることを理解されよう。これらのコンピュータ・プログラム命令は、マシンを製造するために、汎用コンピュータ、特定用途向けコンピュータ、または他のプログラマブル・データ処理装置の、プロセッサに提供可能であり、結果として、コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサを介して実行するこの命令は、流れ図あるいはブロック図またはその両方の単数または複数のブロックに指定された機能／動作を実装するための手段を作成する。

これらのコンピュータ・プログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブル・データ処理装置、または他のデバイスに対して、特定の様式で機能するよう指示することが可能な、コンピュータ読み取り可能媒体に格納することも可能であり、結果として、コンピュータ読み取り可能媒体内に格納された命令は、流れ図あるいはブロック図またはその両方の単数または複数のブロックに指定された機能／動作を実装する命令を含む「製品」を製造する。

コンピュータ・プログラム命令は、コンピュータ実装プロセスを生成するように、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させるために、コンピュータ、他のプログラマブル・データ処理装置、または他のデバイス上にロードすることも可能であり、結果として、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行する命令は、流れ図あるいはブロック図またはその両方の単数または複数のブロックに指定された機能／動作を実装するためのプロセスを提供する。

次に図面、特に図１を参照すると、本発明によって使用可能な例示的コンピュータ１０２のブロック図が示されている。コンピュータ１０２に関して、およびその内部に図示された、示されたハードウェアおよびソフトウェアの両方を含む例示的アーキテクチャの一部またはすべてが、ソフトウェア配備サーバ１５０によって使用可能であることに留意されたい。

コンピュータ１０２は、システム・バス１０６に結合されたプロセッサ１０４を含む。プロセッサ１０４は１つまたは複数のプロセッサが利用可能であり、そのそれぞれが１つまたは複数のプロセッサ・コアを有する。ディスプレイ１１０を駆動／サポートするビデオ・アダプタ１０８も、システム・バス１０６に結合される。システム・バス１０６は、バス・ブリッジ１１２を介して入力／出力（Ｉ／Ｏ）バス１１４に結合される。Ｉ／Ｏインターフェース１１６はＩ／Ｏバス１１４に結合される。Ｉ／Ｏインターフェース１１６は、キーボード１１８、マウス１２０、メディア・トレイ１２２（ＣＤ−ＲＯＭドライブ、マルチメディア・インターフェースなどのストレージ・デバイスを含むことができる）、プリンタ１２４、および外部ＵＳＢポート１２６を含む、様々なＩ／Ｏデバイスとの通信を提供する。Ｉ／Ｏインターフェース１１６に接続されたポートのフォーマットは、コンピュータ・アーキテクチャの当業者に知られた任意のものとすることができるが、一実施形態では、これらのポートの一部またはすべてはユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ポートである。

図示のように、コンピュータ１０２は、ネットワーク・インターフェース１３０を使用してソフトウェア配備サーバ１５０と通信可能である。ネットワーク１２８は、インターネットなどの外部ネットワーク、あるいはＥｔｈｅｒｎｅｔ（Ｒ）または仮想プライベート・ネットワーク（ＶＰＮ）などの内部ネットワークとすることができる。

ハード・ドライブ・インターフェース１３２もシステム・バス１０６に結合される。ハード・ドライブ・インターフェース１３２はハード・ドライブ１３４とインターフェースする。一実施形態では、ハード・ドライブ１３４はシステム・メモリ１３６を実装しており、これもシステム・バス１０６に結合される。システム・メモリは、コンピュータ１２０内で最下位の揮発性メモリとして定義される。この揮発性メモリは、キャッシュ・メモリ、レジスタ、およびバッファを含むがこれらに限定されない、追加のより高位の揮発性メモリ（図示せず）を含む。システム・メモリ１３６に存在するデータは、コンピュータ１０２のオペレーティング・システム１８およびアプリケーション・プログラム１４４を含む。

ＯＳ１３８は、アプリケーション・プログラム１４４などのリソースへのトランスペアレントなユーザ・アクセスを提供するための、シェル１４０を含む。一般にシェル１４０は、ユーザとオペレーティング・システムとの間にインタプリタおよびインターフェースを提供する、プログラムである。より具体的に言えば、シェル１４０は、コマンド行ユーザ・インターフェースに入力されたか、またはファイルからのコマンドを、実行する。したがって、コマンド・プロセッサとも呼ばれるシェル１４０は、一般に、オペレーティング・システム・ソフトウェア階層の最高位であり、コマンド・インタプリタとしての働きをする。シェルは、システムにプロンプトを提供し、キーボード、マウス、または他のユーザ入力メディアによって入力されたコマンドを解釈し、解釈されたコマンドを適切な下位のオペレーティング・システム（たとえばカーネル１４２）に処理のために送信する。シェル１４０は、テキストベースで行指向（line-oriented）のユーザ・インターフェースであるが、本発明は、グラフィック、音声、身振りなどの、他のユーザ・インターフェース・モードも等しく適切にサポートする。

図示のように、ＯＳ１３８は、メモリ管理、プロセスおよびタスク管理、ディスク管理、ならびにマウスおよびキーボード管理を含む、ＯＳ１３８の他の部分およびアプリケーション・プログラム１４４が必要とする不可欠なサービスを提供することを含む、ＯＳ１３８に関するより下位の機能を含む、カーネル１４２も含む。

アプリケーション・プログラム１４４は、例示的にブラウザ１４６として示されたレンダラ（renderer）を含む。ブラウザ１４６は、ワールド・ワイド・ウェブ（ＷＷＷ）クライアント（すなわちコンピュータ１０２）が、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）メッセージングを使用してインターネットへのネットワーク・メッセージの送受信を可能にし、それによってソフトウェア配備サーバ１５０および他のコンピュータ・システムとの通信を可能にする、プログラム・モジュールおよび命令を含む。

コンピュータ１０２のシステム・メモリ（ならびにソフトウェア配備サーバ１５０のシステム・メモリ）内のアプリケーション・プログラム１４４は、流量アプリケーション１４８も含む。これは、図２〜図３に記載されたプロセスを含む、以下で説明するプロセスを実装するためのコードを含む。一実施形態では、コンピュータ１０２は、オンデマンド・ベースを含み、ソフトウェア配備サーバ１５０からアプリケーション１４８をダウンロードすることが可能であり、アプリケーション１４８内のコードは、本明細書で説明された本発明の定義あるいは実装またはその両方のために実行する必要があるまで、ダウンロードされない。さらに本発明の一実施形態では、本発明に関連付けられたすべての機能をソフトウェア配備サーバ１５０が実行するため、コンピュータ１０２は、アプリケーション１４８を実行するためにそれ自体の内部コンピューティング・リソースを使用する必要がなくなることに留意されたい。

コンピュータ１０２内に示されたハードウェア要素は網羅的なものであることが意図されておらず、むしろ、本発明が必要とする不可欠なコンポーネントを強調するための代表的なものである。たとえばコンピュータ１０２は、磁気カセット、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ベルヌーイ・カートリッジなどの、代替メモリ・ストレージ・デバイスを含むことができる。これらおよび他の変形は、本発明の趣旨および範囲内にあるものと意図される。

図２には、流体分配システムの図が示されている。任意のタイプの流体が管２０に入り、消費地点１〜６へと分配される。配管内の９０度のエルボ（elbow）管７、Ｔ（tee）管８、または直管９を使用して、消費地点１〜６へ到達することができる。当分野で知られた、ユニオン（union）、縮小フィッティング（reduction fittings）などの任意の他のタイプの配管構造またはコンポーネントが使用可能である。

消費地点１〜６は、共同住宅内の個々の部屋とすることができるが、流体を搬送する配管の複数の分岐を有する任意の設備が、本発明を有利に使用することができる。本明細書で使用される「流体」という用語は、液体または気体のその通常の辞書的な意味を有するものとする。本発明で使用可能な流体の例には、水、天然ガス、燃料油、圧縮空気、および飲料が含まれるが、これらに限定されない。

単一の音響変換器センサ１０がソース地点に配置され、流体はここで配管に入る。当分野で知られた任意のタイプの音響センサまたは変換器が使用可能である。これには、前述のＧｕｔｔｅｒｍａｎ、Ｗａｌｌｅｎ、およびＣｏｎｑｕｅｒｇｏｏｄのデバイスが含まれるが、これらに限定されない。音響センサ１０は、センサ１０の音響信号を処理するためのコンピュータ１０２に、直接またはリモートに結合される。こうした結合は、ＵＳＢポート１２６、または当分野で知られた任意の他のコンピュータ接続ポート（図示せず）を介して、直接とすることが可能であり、結合は、ハードウェア接続、あるいはワイヤレス、赤外線、ＷｉＦｉ、無線、または当分野で知られた任意の他のリモート接続手段のいずれかにより、ネットワーク・インターフェース１３０を介してリモートとすることも可能である。

消費地点１〜６のそれぞれが流体を引き込む場合、流体が９０度エルボ管７、またはＴ管８、さらには直管９を通過すると、こうした構造体、消費地点、および音響センサ１０の間の管長さが異なるため、消費地点１〜６のそれぞれに固有の音響信号が生成される。したがってコンピュータ１０２は、たいていの場合、消費地点ごとの流体の引き込みを区別することができる。さらにコンピュータ１０は、複数の消費地点での同時引き込みを区別することもできる。

コンピュータ１０２がこうした区別化を実行する方法は以下の通りである。単一の音響センサ１０を使用して、各消費地点に関する音響特性が別々に取得される。この特性には、様々な使用レベル（流動率）での各消費地点に関する音響信号の記録が含まれる。この記録は、適切な時間にわたる、センサ１０からの音響信号のデジタル化されたレベルとすることができる。

音響特性は配管構成のジオメトリに固有である。ベンド管、Ｔ管、およびエルボ管の組み合わせによって、固有の音響特性を生じさせることができる。システムは、初期較正を介してこうした特性を区別することができる。受動音響特性を介して特性が区別できない場合、それぞれが事前にプログラミングされた固有の周波数を備えるエミッタを、配管システム内の主要地点に非侵襲的に（non-invasively）配置することができる。

配管構造体の対称性が存在する場合、消費地点間の区別化は困難な可能性がある。個々の特性を区別することが不可能な場合がある。その場合、１つまたは複数の音響エミッタ１７を消費地点に配置することができる。

図３では、消費地点１１〜１６に配置された音響エミッタ１７が示されている。各消費地点にエミッタを有する必要はなく、区別が困難な場所のみである。エミッタ・デバイスは、主にそれぞれの消費地点で引き込まれた流れによって修正される、固有の音波信号を読み取る。エミッタからの音波信号は、他の消費地点での流れによっても修正される可能性がある。しかしながら、通常この修正は、配管の長さ、エルボ管、および他の構造体によって異なるため、コンピュータ１０２は、以前には配管の長さ、エルボ管、および他の受動構造体のみに基づいて区別されなかった特性を、アクティブな音響エミッタによって十分に区別することができる。

当業者であれば、その後コンピュータ１０２が、各部屋の所有者、または各消費地点に関与するいずれの者に対しても、請求書を送信できることは明白であろう。請求書の金額は、毎月などのある期間にわたり、特定の消費地点で引き込まれた流体の量に関連するものとすることができる。

本発明の一実施形態では、コンピュータ１０２は、様々な知られた引き込みレベルでの各消費地点に関するいくつかの音響特性を格納する。

格納される特性は、音響変換器１０からの信号の分析によって決定することができる。たとえばフーリエ分析または他の周波数領域技法を使用して、多数の周波数地点での信号のエネルギー・レベル、振幅、および位相を、特性として計算および格納することができる。当分野で知られる他の特性方法も使用可能である。各消費地点は、各引き込みレベルに関して固有の特性を有する。前述のように、エルボ管、Ｔ管、直管、および他の構造体を通る流体の流れによって受動的に生成される音響エネルギーの結果として生じる、２つの特性が区別できない場合、消費地点のうちの１つまたは複数にアクティブな音響エミッタを配置することで、こうした構造体からの異なる音響エネルギーのそれぞれの特性の区別可能性を強化させることができる。

その後、特性が格納されたコンピュータ１０２は、すべての消費地点での流動率を同時に決定することができる。こうした決定は、線形プログラミング・アルゴリズムを使用して実行可能である。他の照合アルゴリズムも使用可能である。

一実施形態では、コンピュータ１０２によって、１つまたは複数の音響エミッタ１７をリモートにアクティブ化または非アクティブ化することができる。たとえばエミッタ１７は、引き込みの少ない期間は非アクティブ化し、音響エミッタの電力消費を低下させる必要がある場合のみ、または任意の他の理由で、アクティブ化することができる。アクティブ化は、ワイヤレス・リンクを介して、またはワイヤを介した直接接続によって、実装可能である。

これまで、本発明の好ましい諸実施形態について現在考慮されている内容について図示および説明してきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更および修正が実行可能であることが明らかとなろう。

１〜６、１１〜１６ 消費地点
１０ 中央センサ
１７ 音響エミッタ
２０ 管

Claims (16)

1. 複数の消費地点および単一の供給源を有する、相互接続された流体分配管と、
   前記単一の供給源に配置された音響変換器と、
   前記消費地点のいずれが前記流体をアクティブに消費しているかを同時に決定するため、および、前記変換器によって受信された音響信号に基づいてそれぞれの前記消費地点での消費率を測定するために、前記変換器に取り付けられたプロセッサと、
   を備える、ユーティリティ使用の副計測のためのシステム。
2. 前記消費地点のうちの１つまたは複数に配置された１つまたは複数の音響エミッタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記消費地点のそれぞれでの消費率の前記決定および測定にそれぞれ基づいて、複数の消費者に課金するために、前記プロセッサ上で実行する命令をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記音響変換器が、前記単一の供給源で前記管に取り付けられる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記１つまたは複数の音響エミッタが、前記消費地点のうちの前記１つまたは複数で前記管に取り付けられる、請求項２に記載のシステム。
6. 前記管内の流体をさらに備え、前記流体は水、燃料油、天然ガス、または圧縮空気を備える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記複数の消費地点が、それぞれ共同住宅内の住戸である、請求項１に記載のシステム。
8. 前記１つまたは複数の音響エミッタが、前記プロセッサによってリモートにアクティブ化または非アクティブ化可能である、請求項５に記載のシステム。
9. 前記リモートのアクティブ化または非アクティブ化がワイヤレス・リンクを備える、請求項８に記載のシステム。
10. 複数の消費地点および単一の供給源を有する、相互接続された流体分配管を提供するステップと、
    前記単一の供給源に音響変換器を配置するステップと、
    前記消費地点のうちのいずれの地点が前記流体をアクティブに消費しているかを決定するステップ、および、前記変換器によって受信された音響信号に基づき、前記変換器に取り付けられたプロセッサを使用して、それぞれの前記消費地点での消費率を測定するステップと、
    を含む、ユーティリティ使用の副計測の方法。
11. 前記消費地点のうちの１つまたは複数に１つまたは複数の音響エミッタを配置するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記消費地点のそれぞれでの前記消費率の前記決定および測定にそれぞれ基づいて、複数の消費者に課金するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記音響変換器が、前記単一の供給源で前記管に取り付けられる、請求項１０に記載の方法。
14. 前記１つまたは複数の音響エミッタが、前記消費地点のうちの前記１つまたは複数で前記管に取り付けられる、請求項１１に記載の方法。
15. 前記流体が水、燃料油、天然ガス、または圧縮空気を備える、請求項１０に記載の方法。
16. 前記複数の消費地点が、それぞれ共同住宅内の住戸である、請求項１０に記載の方法。

Images