JP2016024107A - Vibration sensor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体を伝搬する振動を検知するセンサユニット(以下、「振動センサユニット」とする)に関する。 The present invention relates to a sensor unit (hereinafter referred to as “vibration sensor unit”) that detects vibration propagating through an object.
構造物を伝搬する振動を検知することにより、その構造物の異常を検知する手法が提案されている。一例として、配管からの流体の漏洩に起因する振動を検知することにより、その配管からの流体の漏洩を検知する手法がある。この手法においては、配管の振動を検知するセンサは、配管からの流体の漏洩に起因する振動を精度よく検知することが求められる。 There has been proposed a method of detecting an abnormality of a structure by detecting vibration propagating through the structure. As an example, there is a method of detecting a fluid leak from a pipe by detecting a vibration caused by the fluid leak from the pipe. In this method, a sensor that detects vibration of a pipe is required to accurately detect vibration caused by leakage of fluid from the pipe.
特許文献1には、筐体内に圧電素子を内蔵した検出部と、剛性材料よりなる台座部とを、軟性材料よりなるメカニカル共振部材を介して連結した漏洩音検出装置が記載されている。特許文献1の漏洩音検知装置は、メカニカル共振部材において設定値近傍の低周波数成分を増幅させ、それ以外の高周波成分を大幅に減衰させる。
特許文献1に記載された漏洩音検出装置において、軟性材料からなるメカニカル部材は、揺動しやすく、漏水に伴う振動とは別の振動を発生させてしまう。そのため、特許文献1に記載された漏洩音検出装置は、検知性能が低下する場合があるという課題がある。
In the leakage sound detection apparatus described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、検知対象となる振動を高い精度で検知することができる振動センサユニットを提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main object to provide a vibration sensor unit that can detect vibrations to be detected with high accuracy.
本発明の一態様における振動センサユニットは、振動を検知する振動センサと、振動センサを支持する基台と、振動センサ及び基台の間に設けられ、第一の面が振動センサに接し、第一面と反対側に位置する第二の面が基台に接する共振部材と、共振部材の側面に接して設けられる抑制部材とを備える。 A vibration sensor unit according to an aspect of the present invention is provided between a vibration sensor that detects vibration, a base that supports the vibration sensor, the vibration sensor and the base, and a first surface is in contact with the vibration sensor, The second surface located on the opposite side of the one surface includes a resonance member that is in contact with the base, and a suppression member that is provided in contact with the side surface of the resonance member.
本発明によると、検知対象となる振動を高い精度で検知することができる振動センサユニットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration sensor unit which can detect the vibration used as detection object with high precision can be provided.
本発明の各実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニットを示す図である。図2は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニットに含まれる支持体を側面からみた場合の構成を示す図である。図3は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニットに含まれる支持体のA−A方向の断面図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a vibration sensor unit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a configuration when the support included in the vibration sensor unit according to the first embodiment of the present invention is viewed from the side. FIG. 3 is a cross-sectional view of the support included in the vibration sensor unit according to the first embodiment of the present invention in the AA direction.
図1及び図2に示すとおり、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100は、振動センサ110と、基台140と、共振部材130と、抑制部材150とを備える。振動センサ110は振動を検知する。図1に示す振動センサユニットにおいては、振動センサ110は、例えば検知素子111と、支持板112とを有する。基台140は、振動センサ110を支持する。共振部材130は、振動センサ110及び基台140の間に設けられ、共振部材130の第一の面が振動センサ110に接し、当該第一の面と反対側に位置する第二の面が基台140に接するように設けられる。抑制部材150は、共振部材130に接して設けられる。図1に示す振動センサユニットにおいては、抑制部材150は、基台140と一体に設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、上記説明した振動センサユニットの各構成要素は、例えば収容部材160に収容される。図1に示す例では、収容部材160は、例えば上蓋161及び下蓋162より構成される。
In addition, each component of the vibration sensor unit described above is accommodated in the
また、本実施形態において、振動センサ110以外の要素は、「振動センサ筐体」と総称される場合がある。また、共振部材130、基台140及び抑制部材150は、「支持体」と総称される場合がある。支持体は、本実施形態における振動センサユニット100において、振動センサ110を支持する。
In the present embodiment, elements other than the
振動センサ110は、振動を検知する。本実施形態において、振動センサ110は、例えば図1の上下方向(すなわち、振動センサ110が接する共振部材130の第一の面と交わる方向)の振動を検知する。振動センサ110は、例えば圧電式の振動センサが用いられる。ただし、振動センサ110は、これ以外の任意の種類のセンサであってもよい。
The
本実施形態において、振動センサ110は、先に説明したとおり、例えば検知素子111と、支持板112とを有する。検知素子111は、振動の検知に応じて所定の信号を出力する。検知素子111は、例えば圧電素子が用いられる。支持板112は、検知素子111を支持する。支持板112は、例えば一つの面に検知素子111が載置されることによって、検知素子111を支持する。支持板112は、例えば金属を用いて形成される。
In the present embodiment, the
基台140は、振動センサ110を支持する。基台140は、例えばボルト172を用いて振動センサ110の支持板112と連結することによって、振動センサ110を支持する。ただし、基台140は、これ以外の方法によって支持板112を支持することができる。例えば、基台140は、例えばボルト172以外の部材によって振動センサ110の支持板112と連結することによって、支持板112を支持することができる。別の例として、基台140は、基台140又は振動センサ110の支持板112の少なくとも一方に突出した部分を設けるなどして、振動センサ110を直接支持することができる。また、基台140は、後述する共振部材130を介して振動センサ110を支持することができる。なお、基台140は、例えば金属または樹脂により形成される。
The
共振部材130は、主に振動センサ110にて検知する振動を増幅させる。共振部材130は、振動センサ110及び基台140の間に設けられる。すなわち、図1に示す振動センサユニット100の例において、共振部材130は、振動センサ110及び基台140の間に挟み込まれているといえる。また、共振部材130は、例えば第一の面と、第一の面に対して当該共振部材130の反対側に位置する第二の面とを有する。すなわち、この例では、第一及び第二の面は、それぞれ対向する位置関係にあり、互いに反対側を向いている。この場合に、共振部材130の第一の面は、例えば振動センサ110の支持板112に接する。共振部材130の第二の面は、基台140に接する。このような構成とすることで、共振部材130は、基台140から伝搬された振動を、増幅させて振動センサ110に伝える。なお、共振部材130は、例えば重合体であるシリコーンゴムやウレタン等を含む高分子材が用いられる。共振部材130としてシリコーンゴムを用いることによって、高温多湿な環境など、振動センサユニット100が様々な環境に設置された場合における共振部材130の耐久性の向上や長寿命化が可能となる。共振部材130は、検知する振動や増幅させる周波数帯域、振動センサユニット100に想定される寿命、振動センサユニット100が設置される環境等に応じて適宜必要な材料が用いられる。
The
抑制部材150は、主に共振部材130の揺動を抑制する。この場合において、共振部材130の揺動とは、振動センサ110にて検知対象とする振動とは異なる振動を生じさせる可能性がある共振部材130の動きである。抑制部材150は、共振部材130の第一の面及び第二の面と異なる側面、すなわち、図1における左右の面に設けられる。
The
本実施形態の振動センサユニット100において、抑制部材150は、図1に示すように、基台140に設けられる。図1に示す例では、抑制部材150は、基台140における共振部材130の第二の面と接する面から立設して、基台140と一体に設けられる。この場合には、抑制部材150は、例えば基台140の共振部材130が配置される部位を、共振部材130の形状に応じてくり抜いて座繰り穴を設けることにより形成される。また、本実施形態の振動センサユニット100において、抑制部材150は、図2に示されるように、例えば共振部材130の側面の周方向に対する全周に対して設けられる。
In the
なお、本実施形態の振動センサユニット100において、図1に示す共振部材130及び抑制部材150に関するA−A’方向の断面は、任意の形状とすることができる。例えば、図3(A)に示すように、当該方向の断面は、矩形状とすることができる。また、図3(B)に示すように、当該方向の断面は、円形状とすることができる。
In the
また、本実施形態における振動センサユニット100において、収容部材160は、振動センサ110及び上述した支持体を構成する各要素を収容する。図1に示す振動センサユニットの例では、収容部材160は、例えば上蓋161及び下蓋162より構成される。上蓋161及び下蓋162の各々は、例えば金属により構成される。また、上蓋161及び下蓋162は、例えば溶接により一体化されている。なお、上蓋161及び下蓋162は、これ以外の任意の手法によって接合されてもよい。また、図1に示す振動センサユニットの例では、上蓋161は、振動センサ110からの出力信号を外部へ取り出すための信号取出部190が設けられている。更に、下蓋162は、基台140とボルト171にて接続されている。なお、収容部材160は、上記説明した構成と異なる構成であってもよい。例えば、収容部材160は、基台140と一体に形成されるような構成でもよい。また、収容部材160は、振動センサ110及び上述した支持体を構成する各要素と構造的に独立してこれらを保護するように覆う構成でもよい。
Further, in the
本実施形態における振動センサユニット100は、例えば収容部材160の下蓋162の図中下側にある底面を検知対象(例えば水道管等の配管)に設置することによって、検知対象に取付けられる。本実施形態における振動センサユニット1は、例えば図示しない永久磁石等を介して、検知対象に取付けられる。
The
次に、本実施形態の振動センサユニット100における共振部材130及び抑制部材150の機能を説明する。なお、以下の説明では、振動センサユニット100は、水道管などの配管から内部を流れる流体が漏洩する場合に生じる振動を検知する場合を想定する。
Next, functions of the
振動センサ110が配管の漏洩に起因する振動を検知する場合、振動センサ110が検知する振動は、配管に対する加振力と、漏洩の発生個所から振動センサ110までの機械特性(物理特性)によって決定される。配管に対する加振力は、流体の漏洩に伴って配管に生じる力である。
When the
また、漏洩の発生個所から振動センサ110までの機械特性は、これらの箇所における質量、剛性や、速度に比例した減衰力を発生させる粘性減衰によって決定される。より詳しくは、漏洩の発生個所から振動センサ110までの機械特性は、漏洩が生じた配管の機械特性と、振動センサユニット100の機械特性に分離される。そして、振動センサユニット100の機械特性として、振動センサユニット100の質量及び剛性が、共振周波数に影響する。また、振動センサユニット100の粘性減衰が、共振周波数の周辺の周波数で振動が増幅される共振周波数帯域に影響する。この場合に、質量及び剛性に関しては、振動センサユニット100の基台140や収容体160等が影響する。また、粘性減衰に関しては、振動センサユニット100の特に共振部材130が影響する。
Further, the mechanical characteristics from the location where leakage occurs to the
したがって、振動センサユニット100の質量、剛性、粘性減衰等の機械特性を適切に設定することによって、振動センサユニット100にて検知対象とする振動を増幅することができる。
Accordingly, the
配管からの流体漏洩に伴う振動では、100Hz(ヘルツ)から300Hzの周波数帯域に、特徴的な振動が発生する。そのため、振動センサユニット100の機械特性を、上述した周波数帯域にて振動を増幅するように設定することによって、配管からの流体の漏洩に伴って生じる振動を増幅することができる。
In the vibration accompanying fluid leakage from the piping, characteristic vibration is generated in a frequency band from 100 Hz (hertz) to 300 Hz. Therefore, by setting the mechanical characteristics of the
一方、共振部材130は、振動が印加される場合に揺動することがある。すなわち、共振部材130は、振動センサユニット100の取付箇所から基台140を介して振動が伝搬する場合に、当該伝搬する振動とは別に、共振部材130の第一の面及び第二の面と異なる側面方向(図1における左右方向)に振動する場合がある。
On the other hand, the
共振部材130が揺動する場合に、この揺動は、振動センサ100が検知する方向の振動成分の振動を含む場合がある。そして、当該揺動が、振動センサ100が検知する方向の振動成分の振動を含むと、振動センサ110は、共振部材130の揺動に起因する振動を検知する。この振動は、振動センサ110が本来検知すべき振動である、振動センサユニット100の振動の検知対象にて生じる振動とは異なる振動である。
When the
したがって、共振部材130に揺動が生じると、例えば振動センサユニット100にて検知した振動に基づいて配管からの流体の漏洩の有無を判定する場合に、誤判定が生じる可能性がある。
Therefore, when the
これに対して、本実施形態における振動センサユニット100は、基台140に抑制部材150が設けられている。そして、共振部材130は、基台140と抑制部材150にて形成された空間に収納される。このようにすることで、本実施形態における振動センサユニット100は、共振部材130の揺動を抑制することができる。そして、本実施形態における振動センサユニット100は、検知対象とする振動を精度よく増幅することができる。
On the other hand, in the
なお、図1に示す場合において、共振部材130が基台140と抑制部材150にて形成される領域に置かれる場合、共振部材130と抑制部材150とは、共振部材130の揺動が抑制できる程度に近づいていることが好ましい。また、共振部材130の上述した側面と抑制部材150とは、互いに接していることが好ましい。更に、抑制部材150が、共振部材130を取付けた場合に共振部材130の側面を押圧するような配置の関係になることが好ましい。この場合において、共振部材130における側面間の(図1における左右方向の)大きさが10〜20%程度縮む程度に押圧することが好ましい。そして、このように押圧するために、抑制部材150の図1における左右方向の間隔(図1において抑制部材150によって囲われる領域の長さ)は、共振部材130の側面間の大きさより小さくなるように設けられることが好ましい。言い換えると、図3(A)又は(B)に示す断面方向において、抑制部材150に囲われる領域の面積は、共振部材130の当該方向の面積より小さいことが好ましい。このようにすることで、抑制部材150は、共振部材130の揺動を抑制することができる。
In the case shown in FIG. 1, when the
以上のとおり、本実施形態における振動センサユニット100は、共振部材130を有することによって、検知対象とする振動が増幅される。そのため、本実施形態における振動センサユニット100は、検知対象とする振動が微小な場合であっても検知することができる。また、本実施形態における振動センサユニット100は、抑制部材150を有することによって、共振部材130の揺動を抑制する。そのため、本実施形態における振動センサユニット100は、振動センサ110にて検知対象とする振動とは異なる振動を生じさせる可能性を減らすことができる。したがって、本実施形態における振動センサユニット100は、検知対象となる振動を精度よく増幅させることができる。すなわち、本実施形態における振動センサユニット100は、検知対象となる振動を高い精度で検知することができる。
(第1の実施形態の変形例)
本実施形態における振動センサユニット100は、種々の変形例が考えられる。変形例のいくつかを以下に示す。
As described above, the
(Modification of the first embodiment)
Various modifications can be considered for the
一例として、先に説明した通り、本実施形態における振動センサユニット100において、図1に示す共振部材130及び抑制部材150に関するA−A’方向の断面は、任意の形状とすることができる。例えば、図3(A)に示すように、当該方向の断面は、矩形状とすることができる。また、図3(B)に示すように、当該方向の断面は、円形状とすることができる。上述した通り、共振部材130の揺動を抑制するためには、本実施形態における振動センサユニット100において、共振部材130と抑制部材150との間の空隙は、小さい方が好ましい。そこで、図3(B)に示すように、本実施形態における振動センサユニット100において、図1に示すA−A’方向の断面を円形状とすることで、共振部材130と抑制部材150との間の空隙を小さくすることができる。その結果として、抑制部材150は、共振部材130の揺動を小さくすることが可能となる。
As an example, as described above, in the
別の例として、図4に示すように、共振部材130の第二の面の形状は、平面状ではない任意の形状とすることができる。例えば、図4(A)に示すように、共振部材130の第二の面の形状は、傾きを有する形状とすることができる。または、図4(B)に示すように、共振部材130の第二の面の形状は、例えば球面状のような曲面状とすることができる。これらの場合において、基台140の共振部材130と接する面の形状は、共振部材130の第二の面の形状に沿った形状とすることで、共振部材130と基台140との間の空隙を小さくすることができる。共振部材130の第二の面の形状は、共振部材130及び基台140の製造の容易さや、振動センサユニット100の特性等に応じて適宜定めることができる。
As another example, as shown in FIG. 4, the shape of the second surface of the
更に別の例として、抑制部材150は、共振部材130の側面の周方向に対する全周に設けなくともよい。図5に示すように、例えば、抑制部材150は、共振部材130の側面の周方向に対する一部に設けることができる。抑制部材150は、図5に示すような形状でも、共振部材130の揺動を抑制することができる。抑制部材150の形状は、共振部材130を抑制する程度や、振動センサユニット100の特性等に応じて適宜定めることができる。
As yet another example, the
また、図1に示す振動センサユニット100の断面図では、振動センサ110に含まれる支持板112の共振部材130と接する面の長さは、共振部材130が支持板112と接する第一の面の長さより長くなっている。すなわち、支持板112が、共振部材130の第一の面の全体を覆うような形状となっている。このようにすることで、共振部材130の揺動を抑制することができる。しかしながら、支持板112の大きさはこのような場合に限られない。つまり、支持板112は、共振部材130の第一の面の一部を覆うような形状でもよい。言い換えると、共振部材130の第一の面が支持板112覆われずに露出している形状であってもよい。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図6は、本発明の第2の実施形態における振動センサユニットの側面方向からの断面図である。なお、以下の説明においては、本実施形態に関する特徴的な部分を中心に説明を行い、上述した第1の実施形態と同様な構成についての重複する説明は省略する。
In the cross-sectional view of the
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view from the side surface direction of the vibration sensor unit according to the second embodiment of the present invention. In the following description, the description will focus on the characteristic parts related to the present embodiment, and a duplicate description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図6に示すとおり、本発明の第2の実施形態における振動センサユニット200は、抑制部材150が、振動センサ110の支持板112に設けられている。これ以外の要素については、本実施形態における振動センサユニット200は、例えば本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 6, in the
本実施形態の振動センサユニット200において、抑制部材150は、支持板112における共振部材130の第一の面と接する面から立設して、支持板112と一体に設けられる。この場合には、抑制部材150は、例えば支持板112の共振部材130が配置される部位を、共振部材130の形状に応じてくり抜いて座繰り穴を設けることにより形成される。ただし、抑制部材150は、この方法と異なる方法によって形成されてもよい。例えば、抑制部材150は、支持板112とは別の部材を支持板112に溶接や接着などの手法によって取付ける方法によっても形成される。
In the
以上のとおり、本発明の第2の実施形態における振動センサユニット200は、抑制部材150が、振動センサ110の支持板112に設けられている。このような形態によっても、本実施形態における振動センサユニット200は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と同様の効果を奏する。
As described above, in the
なお、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100にて説明した変形例の各々は、本実施形態における振動センサユニット200にも適用することができる。また、本実施形態における振動センサユニット200の例では、抑制部材150は基台140には設けられていない。しかしながら、抑制部材150が、基台140にも設けられていてもよい。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図7は、本発明の第3の実施形態における振動センサユニットの側面方向からの断面図である。図8は、本発明の第3の実施形態における振動センサユニットの基台140及び抑制部材150の構造を示す側面図である。図9は、本発明の第3の実施形態における振動センサユニットに含まれる共振部材及び抑制部材のB−B方向の断面図である。図10は、本発明の第3の実施形態における振動センサユニット及びその変形例に含まれる支持体を側面からみた場合の構成を示す図である。なお、以下の説明においては、本実施形態に関する特徴的な部分を中心に説明を行い、上述した第1の実施形態と同様な構成についての重複する説明は省略する。
Each of the modified examples described in the
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view from the side surface direction of the vibration sensor unit according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a side view illustrating the structure of the
図7に示すとおり、本発明の第3の実施形態における振動センサユニット300は、抑制部材150が、基台140とは別の部材として基台140に取付けられている。これ以外の要素については、本実施形態における振動センサユニット300は、例えば本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 7, in the
本実施形態の振動センサユニット300において、抑制部材150は、例えば金属製の枠状体によって構成される。この場合において、枠状体とは、図10(A)に示すように、共振部材130の側面を覆うように共振部材130を通す開口を設けた金属製の部材である。抑制部材150となる枠状体は、例えば金属材料をプレス加工することにより形成される。このような形状及び製造方法とすることで、抑制部材150の製造コストが低減される。なお、本実施形態において、共振部材130及び抑制部材150の断面形状は、図9(A)に示すように矩形状であってもよいし、図9(B)に示すように円形状でもよい。
In the
また、本実施形態において、基台140及び抑制部材150は任意の方法によって接合される。一例として、図8及び図9に示すように、基台140及び抑制部材150は、かしめなどにより機械的に結合される。この場合において、抑制部材150は、図8に示すように、基台140に対してかしめ等により機械的に接合されるための突起部151を有する。また、図9(A)及び(B)に示すように、かしめ箇所152は抑制部材150の複数に設けられている。図9(A)に示す例では、かしめ箇所152は、抑制部材150の長手方向及び短手方向の各々に1か所以上設けられている。
Moreover, in this embodiment, the
また、別の例として、基台140及び抑制部材150は、溶接により接合される。例えば、基台140及び抑制部材150は、抵抗溶接やレーザ溶接により接合される。また、この場合に、抑制部材150が基台140に接する面の全面が溶接により接合されてもよいし、当該面の一部分が溶接により接合されてもよい。
As another example, the
以上のとおり、本発明の第3の実施形態における振動センサユニット300は、抑制部材150が、基台140とは別の部材として基台140に取付けられている。このような形態によっても、本実施形態における振動センサユニット300は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100及び第2の実施形態における振動センサユニット200と同様の効果を奏する。
As described above, in the
更に、本実施形態における振動センサユニット200は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と比較して、基台140の形状を簡素にすることができる。また、本実施形態における振動センサユニット200における抑制部材150は、例えば金属材料をプレス加工することにより形成される場合等のように、容易に製造することができる。したがって、本実施形態における振動センサユニット300は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と比較して、製造コストを低減することが可能である。
Furthermore, the
なお、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100及び第2の実施形態における振動センサユニット200にて説明した変形例の各々は、本実施形態における振動センサユニット300にも適用することができる。
(第3の実施形態の変形例)
本実施形態における振動センサユニット300は、種々の変形例が考えられる。本実施形態において、抑制部材150となる枠状体は、ひとつの部材にて構成されてもよいし、複数の部材によって枠状体を形成するように構成されてもよい。また、抑制部材150となる枠状体は、共振部材130の揺動を抑制することができるのであれば、図10(B)に示すように、共振部材130の側面の全周を覆わなくてもよい。なお、本実施形態において抑制部材150として用いられる枠状体は、例えば樹脂などの金属以外の材料で形成されてもよい。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図11は、本発明の第4の実施形態における振動センサユニットの側面方向からの断面図である。なお、以下の説明においては、本実施形態に関する特徴的な部分を中心に説明を行い、上述した第1の実施形態と同様な構成についての重複する説明は省略する。
Each of the modified examples described in the
(Modification of the third embodiment)
Various modifications can be considered for the
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view from the side direction of the vibration sensor unit according to the fourth embodiment of the present invention. In the following description, the description will focus on the characteristic parts related to the present embodiment, and a duplicate description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図11に示すとおり、本発明の第4の実施形態における振動センサユニット400は、基台140が、信号処理回路基板180を取付ける取付部141を有し、当該取付部141には、信号処理回路基板180が取付けられている。これ以外の要素については、本実施形態における振動センサユニット400は、例えば本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 11, in the
本実施形態の振動センサユニット400において、信号処理回路基板180は、振動センサ110にて検知された振動を表す信号に対して、所定の処理を行う機能を有する。信号処理回路基板180は、例えばフィルタ処理やアナログ・デジタル変換処理を行う機能を有する。信号処理回路基板180は、上記説明した機能と異なる機能を有することもできる。
In the
また、図11に示すように、上記説明した信号処理回路基板180は、基台140の取付部141に取付けられる。この場合において、信号処理回路基板180は、例えばその主面が抑制部材150と対向するように取付けられる。このようにすることで、抑制部材150の剛性を高めることが可能となる。その結果として、抑制部材150による共振部材130の揺動の抑制効果を高めることが可能となる。
As shown in FIG. 11, the signal
また、本実施形態における振動センサ400において、信号処理回路基板180は、収容体160の内部に取付けられる。そのため、信号処理回路基板180に対する外部からの電磁雑音の影響を低減することが可能となる。
In the
以上のとおり、本発明の第4の実施形態における振動センサユニット400は、基台140が、信号処理回路基板180を取付ける取付部141を有し、当該取付部141には、信号処理回路基板180が取付けられている。このような形態によっても、本実施形態における振動センサユニット400は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と同様の効果を奏する。また、本実施形態における振動センサユニット400は、抑制部材150による共振部材130の揺動の抑制効果を高めることが可能となる。更に、本実施形態における振動センサユニット400は、耐雑音性を高めることができる。
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図12は、本発明の第3の実施形態における振動センサユニットの側面方向からの断面図である。図13は、本発明の第5の実施形態における振動センサユニットに含まれる支持体を側面からみた場合の構成を示す図である。なお、以下の説明においては、本実施形態に関する特徴的な部分を中心に説明を行い、上述した第1の実施形態と同様な構成についての重複する説明は省略する。
As described above, in the
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view from the side surface direction of the vibration sensor unit according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13: is a figure which shows the structure at the time of seeing the support body contained in the vibration sensor unit in the 5th Embodiment of this invention from the side surface. In the following description, the description will focus on the characteristic parts related to the present embodiment, and a duplicate description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図12及び図13に示すとおり、本発明の第5の実施形態における振動センサユニット500は、抑制部材150が、振動センサ110の支持板112及び基台140の各々とは別の部材として、共振部材130に取付けられている。すなわち、本実施形態における振動センサユニット500は、抑制部材150が、振動センサ110の支持板112及び基台140の各々は分離して共振部材130に取付けられている。これ以外の要素については、本実施形態における振動センサユニット500は、例えば本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と同様の構成を有している。
As shown in FIGS. 12 and 13, in the
本実施形態の振動センサユニット300において、抑制部材150は、例えば金属製の枠状体によって構成される。ただし、当該枠状体は、例えば樹脂などの金属以外の材料で形成されてもよい。また、抑制部材150の高さ(図12において上下方向の長さ)は、本実施形態の振動センサユニット300に対して必要とされる特性などに応じて適宜定められる。
In the
また、抑制部材150は、共振部材130に巻き付けるようにして、共振部材に130に取付けられる。図12においては、抑制部材150は、振動センサ110の支持板112及び基台140から離間して共振部材130に取付けられている。しかしながら、抑制部材150は、支持板112及び基台140の少なくとも一方と接するように共振部材130に取付けられていてもよい。
Further, the suppressing
以上のとおり、本発明の第3の実施形態における振動センサユニット500は、抑制部材150が、支持板112及び基台140の各々とは別の部材として、共振部材130に取付けられている。このような形態によっても、本実施形態における振動センサユニット300は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100等と同様の効果を奏する。
As described above, in the
また、本発明の第3の実施形態における振動センサユニット500は、製造時に、例えば抑制部材150を振動センサ110の支持板112又は基台140に一体に設けたり、取付けたりする必要がなくなる。したがって、本実施形態における振動センサユニット500は、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100と比較して、製造コストを低減することが可能である。
(実施例1)
次に、本発明の各実施形態における振動センサユニットを用いて振動を検知する場合の実施例について説明する。本実施例においては、本発明の各実施形態における振動センサユニットが、配管からの流体の漏洩を検知する場合を想定して、当該振動センサユニットの各々に含まれる抑制部材が共振部材の揺動を抑制する効果を確かめることとした。
In addition, the
Example 1
Next, an example in the case of detecting vibration using the vibration sensor unit in each embodiment of the present invention will be described. In this example, assuming that the vibration sensor unit in each embodiment of the present invention detects the leakage of fluid from the pipe, the suppression member included in each of the vibration sensor units is the oscillation of the resonance member. It was decided to confirm the effect of suppressing the above.
本実施例にて想定される配管からの流体の漏洩において、漏洩に起因して振動センサユニットにて検知される振動X(ω)は、以下の式(1)にて示される。すなわち、振動X(ω)は、漏洩発生個所から振動センサユニットまでの間の機械特性に依存する周波数応答関数H(ω)と、漏洩に伴い配管に生じている力である加振力F(ω)との積により求められる。
X(ω)=H(ω)×F(ω)・・・(1)
上記の式(1)において、周波数応答関数H(w)は、以下の式(2)にて示されるとおり、配管の周波数応答関数H1(ω)と、振動センサユニットの周波数応答関数H2(ω)との積により決定される。
H(ω)=H1(ω)×H2(ω)・・・(2)
すなわち、配管及び加振力が同じである場合、漏洩に起因して振動センサユニットにて検知される振動は、振動センサユニットの機械特性によって決定される。そこで、本実施例においては、振動センサユニットの周波数応答関数を求めることによって、当該振動センサユニットの各々に含まれる抑制部材が共振部材の揺動を抑制する効果を確認することとした。
In the fluid leakage from the pipe assumed in the present embodiment, the vibration X (ω) detected by the vibration sensor unit due to the leakage is expressed by the following equation (1). That is, the vibration X (ω) includes a frequency response function H (ω) that depends on the mechanical characteristics from the leakage occurrence point to the vibration sensor unit, and an excitation force F ( ω) and the product.
X (ω) = H (ω) × F (ω) (1)
In the above equation (1), the frequency response function H (w) is the frequency response function H1 (ω) of the piping and the frequency response function H2 (ω) of the vibration sensor unit as shown in the following equation (2). ) And the product.
H (ω) = H1 (ω) × H2 (ω) (2)
That is, when the piping and the excitation force are the same, the vibration detected by the vibration sensor unit due to leakage is determined by the mechanical characteristics of the vibration sensor unit. Therefore, in the present embodiment, by determining the frequency response function of the vibration sensor unit, the effect of the suppression member included in each vibration sensor unit suppressing the oscillation of the resonance member is confirmed.
本実施例においては、以下のような構成により、本発明の各実施形態における振動センサユニットの周波数応答関数が算出された。まず、測定用金属板上に、本発明の各実施形態における振動センサユニットが設置された。続いて、設置された振動センサユニットから15cm(センチメートル)離れた位置において、当該測定用金属板がインパルス加振された。そして、当該加振及び振動センサユニットにて検知された振動に基づいて、上述した振動センサユニットの周波数応答関数が算出された。 In this example, the frequency response function of the vibration sensor unit in each embodiment of the present invention was calculated with the following configuration. First, the vibration sensor unit in each embodiment of the present invention was installed on a measurement metal plate. Subsequently, the measurement metal plate was subjected to impulse excitation at a position 15 cm (centimeter) away from the installed vibration sensor unit. Based on the vibration and vibration detected by the vibration sensor unit, the frequency response function of the vibration sensor unit described above was calculated.
また、本実施例において、本発明の各実施形態における振動センサユニットの共通する部分は以下の構成とした。振動センサ110の検知素子111は、6mm(ミリメートル)×6mm×3mmの圧電型とした。支持板112及び基台140は鋼材により作成された。抑制部材150は、共振部材130はシリコーンゴムにより作成された。また、予行製部材150は、基台140に座繰り穴を設けることにより形成された。収容体160の各々はアルミニウムにより作成された。
Further, in this example, common portions of the vibration sensor units in the respective embodiments of the present invention are configured as follows. The
図14は、実施例として、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100を用いた場合において、インパルス加振の加振力を1N(ニュートン)とした場合の1Nの加振力あたりの加速度応答を示す。図14において、縦軸である1Nの加振力あたりの加速度応答は、振動センサユニット100周波数応答関数の計測結果である。この場合において、比較例として、抑制部材150を設けない振動センサユニットに関して同様の計測が行われた。図14において、実線は、振動センサユニット100による1Nの加振力あたりの加速度応答であり、点線は、比較例の振動センサユニットによる1Nの加振力あたりの加速度応答である。
FIG. 14 shows, as an example, when the
図14によると、100Hzから300Hzの周波数帯域では、本実施例及び比較例の振動センサユニットの各々において、加速度応答は1(m/s2/N)を超えている。すなわち、本実施例及び比較例の振動センサユニットは、いずれも加速度の増大が観測された。ただし、本実施例おける振動センサユニット100の方が、比較例の振動センサユニットと比べて加速度応答が大きな周波数帯域が多く、増幅効果は大きいことがわかる。
According to FIG. 14, in the frequency band of 100 Hz to 300 Hz, the acceleration response exceeds 1 (m / s 2 / N) in each of the vibration sensor units of the present example and the comparative example. That is, in both the vibration sensor units of this example and the comparative example, an increase in acceleration was observed. However, it can be seen that the
一方、比較例の振動センサユニットは、500Hzを超える周波数帯域において、第1の実施形態における振動センサユニット100と比べて加速度応答が大きいことがわかる。これは、比較例の振動センサユニットは、共振部材の揺動の影響が生じていることが考えられる。すなわち、本発明の第1の実施形態における振動センサユニット100は、抑制部材150を有することにより、共振部材130の揺動を抑制できることが確認された。
(実施例2)
また、別の実施例として、本発明の各実施形態における振動センサユニット100の各々を用いた場合において、実施例1と同様に、1Nの加振力あたりの加速度応答が計測された。本実施例では、本発明の第1から第4までの各実施形態における振動センサユニットが用いられた。また、本発明の第3の実施形態における振動センサユニットとして、共振部材130及び抑制部材150の断面形状が矩形状である振動センサユニットと、円形状である振動センサユニットとがそれぞれ用いられた。
On the other hand, it can be seen that the vibration sensor unit of the comparative example has a larger acceleration response than the
(Example 2)
As another example, when each of the
図15は、当該加速度応答の計測結果を示す。図15では、低周波数帯域の増幅度として、インパルス加振の加振力を1Nとした場合における100Hz〜300Hzの周波数帯域の加速度応答が1(m/s2/N)以上である場合を○印にて、それ以外の場合を×印にて表した。また、図15では、高周波帯域の増幅度として、インパルス加振の加振力を1Nとした場合におけるが1kHz〜3kHzの周波数帯域の加速度応答が0.5(m/s2/N)以下である場合を○印にて、それ以外の場合を×印にて表した。 FIG. 15 shows the measurement result of the acceleration response. In FIG. 15, the case where the acceleration response in the frequency band of 100 Hz to 300 Hz is 1 (m / s 2 / N) or more when the excitation force of impulse excitation is 1 N is used as the amplification factor in the low frequency band. The case other than that is indicated by a mark. In FIG. 15, the acceleration response in the frequency band of 1 kHz to 3 kHz is 0.5 (m / s 2 / N) or less when the excitation force of impulse excitation is 1 N as the amplification factor in the high frequency band. Some cases are indicated by ○ and other cases are indicated by ×.
図15に示されているとおり、いずれの振動センサユニットにおいても、低周波数帯域においては、100Hz〜300Hzの周波数帯域の加速度応答が1(m/s2/N)以上となった。すなわち、本実施例及び比較例の各々の振動センサユニットは、いずれも加速度の増大が観測された。 As shown in FIG. 15, in any vibration sensor unit, the acceleration response in the frequency band of 100 Hz to 300 Hz was 1 (m / s 2 / N) or more in the low frequency band. That is, in each of the vibration sensor units of this example and the comparative example, an increase in acceleration was observed.
一方、高周波帯域においては、本発明の各実施形態における振動センサユニットは、加速度応答が0.5(m/s2/N)以下となった。これに対し、比較例の振動センサユニットは、当該帯域における加速度応答が0.5(m/s2/N)を超える結果となった。この結果から、本発明の各実施形態における振動センサユニットは、計測される加速度の増大効果と、共振部材130における揺動の抑制効果とを有することが確認された。
On the other hand, in the high frequency band, the acceleration response of the vibration sensor unit according to each embodiment of the present invention is 0.5 (m / s 2 / N) or less. On the other hand, in the vibration sensor unit of the comparative example, the acceleration response in the band exceeded 0.5 (m / s 2 / N). From this result, it was confirmed that the vibration sensor unit in each embodiment of the present invention has the effect of increasing the measured acceleration and the effect of suppressing the swing of the
以上、本発明における各実施形態及び各実施例を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて以上述べた各実施形態及び各実施例における構成以外の構成を採用することもできる。また、各実施形態及び各実施例における構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、互いに組み合わせることが可能である。
(付記1)
振動を検知する振動センサと、
前記振動センサを支持する基台と、
前記振動センサ及び前記基台の間に設けられ、第一の面が前記振動センサに接し、前記第一面に対して反対側に位置する第二の面が前記基台に接する共振部材と、
前記共振部材の側面に接して設けられる抑制部材とを備える、振動センサユニット。
(付記2)
前記抑制部材は、前記基台に取付けられている、付記1に記載の振動センサユニット。
(付記3)
前記抑制部材は、前記基台と一体に設けられている、付記1又は2に記載の振動センサユニット。
(付記4)
前記振動センサは、前記振動の検知に応じて所定の信号を出力する検知素子と、前記検知素子を支持する支持板とを有する、付記1から3のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記5)
前記検知素子は圧電素子である、付記4に記載の振動センサユニット。
(付記6)
前記抑制部材は、前記支持板に取付けられている、付記4又は5に記載の振動センサユニット。
(付記7)
前記支持板は、前記共振部材の前記第一の面を覆うように設けられている、付記4から6のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記8)
前記抑制部材は、前記振動センサ及び基台の各々と分離して設けられている、付記1から7のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記9)
前記抑制部材は、前記側面の周方向の全周を抑制する、付記1から8のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記10)
前記抑制部材は、前記側面の周方向の一部を抑制する、付記1から8のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記11)
前記第二の面は平面状である、付記1から10のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記12)
前記第二の面は曲面状である、付記1から10のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記13)
前記基台の前記共振部材と接する面は、前記共振部材の前記第二の面に沿った形状に形成されている、付記1から12のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記14)
前記基台は、前記振動センサにて検知された振動を表す信号に対して所定の処理を行う信号処理回路基板を設ける取付部を有している、付記1から13のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
(付記15)
前記振動センサ、前記共振部材、前記基台及び前記抑制部材を収容する収容部材を備える、付記1から14のいずれか一項に記載の振動センサユニット。
As mentioned above, although each embodiment and each Example in this invention were demonstrated, unless it deviates from the meaning, this invention can also employ | adopt structures other than the structure in each embodiment described above and each Example. In addition, the configurations in the respective embodiments and examples can be combined with each other without departing from the gist of the present invention.
(Appendix 1)
A vibration sensor for detecting vibration;
A base supporting the vibration sensor;
A resonance member provided between the vibration sensor and the base, wherein a first surface is in contact with the vibration sensor, and a second surface located on the opposite side of the first surface is in contact with the base;
A vibration sensor unit comprising: a suppression member provided in contact with a side surface of the resonance member.
(Appendix 2)
The vibration sensor unit according to
(Appendix 3)
The vibration sensor unit according to
(Appendix 4)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 5)
The vibration sensor unit according to appendix 4, wherein the detection element is a piezoelectric element.
(Appendix 6)
The vibration sensor unit according to appendix 4 or 5, wherein the suppressing member is attached to the support plate.
(Appendix 7)
The vibration sensor unit according to any one of appendices 4 to 6, wherein the support plate is provided so as to cover the first surface of the resonance member.
(Appendix 8)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 9)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 10)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 11)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 12)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 13)
The vibration sensor unit according to any one of
(Appendix 14)
The said base has an attachment part which provides the signal processing circuit board which performs a predetermined | prescribed process with respect to the signal showing the vibration detected by the said vibration sensor, It is any one of Additional notes 1-13. Vibration sensor unit.
(Appendix 15)
The vibration sensor unit according to any one of
100 振動センサユニット
110 振動センサ
111 検知素子
112 支持板
130 共振部材
140 基台
141 取付部
150 抑制部材
151 突起部
152 かしめ箇所
160 収容部材
161 上蓋
162 下蓋
171、172 ボルト
180 信号処理回路基板
190 信号取出部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記振動センサを支持する基台と、
前記振動センサ及び前記基台の間に設けられ、第一の面が前記振動センサに接し、前記第一面に対して反対側に位置する第二の面が前記基台に接する共振部材と、
前記共振部材の側面に接して設けられる抑制部材とを備える、振動センサユニット。 A vibration sensor for detecting vibration;
A base supporting the vibration sensor;
A resonance member provided between the vibration sensor and the base, wherein a first surface is in contact with the vibration sensor, and a second surface located on the opposite side of the first surface is in contact with the base;
A vibration sensor unit comprising: a suppression member provided in contact with a side surface of the resonance member.
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KR102015990B1 (en) * | 2018-08-24 | 2019-08-29 | 주식회사 라텔 | Remote meter reading flow meter equipped with leak detection using vibration detection |
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KR102015990B1 (en) * | 2018-08-24 | 2019-08-29 | 주식회사 라텔 | Remote meter reading flow meter equipped with leak detection using vibration detection |
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