JP2021117782A - 計測システムおよび診断システム - Google Patents
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Abstract
Description
第2の態様によると、診断システムは、診断対象物の近傍に配置された第1の態様の計測システムと、前記計測システムから送信される信号を受信し、前記信号に基づいて前記診断対象物の状態を診断する受信システムと、を備える。
以下、図1を参照して第1実施形態の計測システム1について説明する。
図1は、第1実施形態の計測システム1の概略構成を示す図である。計測システム1は、温度、圧力、流量等の環境状態量の変化に応じて音または振動を発生する振動発生部20と、振動発生部20により発生された音または振動により発電する振動発電部10と、所定の情報を送信する送信部30とを備えている。図1では、振動発電部10および送信部30を、それぞれ破線で囲って示している。
なお、整流回路14は、全波整流型に限らず、半波整流型であっても良い。
振動発電部10が発電した電力に基づく出力電圧V1は、送信部30を構成する通信回路31の電源端子であるVCC端子に入力される。通信回路31は一例として、トランジスタ等の増幅素子、発振素子、SAWデバイス等の周波数選択フィルタ素子を含む通信回路である。通信回路31のRF端子はアンテナ32に接続されており、GND端子はグランドに接続されている。
なお、送信部30から送信される信号は、電波による無線信号に限られるものではなく、有線による電気信号であっても良く、光による信号であっても良い。
図2を参照して、振動発生部20の第1の例である振動発生部20aについて説明する。図2に示した第1の例においては、振動発電部10のうちの振動発電素子11は、振動発生部20aの内部に配置されている。
その後、振動発生部20aの周囲の温度が低下すると、バイメタル24の形状は図2(a)に示したように上に凸に反った状態に戻る。しかし、この場合には、バネ部材26に設けられているハンマー27は上方に移動し、振動発電素子11を叩くことはなく、振動発電素子11が発電を行うこともない。
なお、バイメタル24の上下を上記の例とは反転して配置することにより、温度が低下するとハンマー27が振動発電素子11を叩き、振動発電素子11が発電を行う構成としても良い。
図3を参照して、第2の例の振動発生部20bについて説明する。第2の例の振動発生部20bは、その大部分が上述の第1の例の振動発生部20aと共通する。従って、以下では、特に第1の例の振動発生部20aとの相違点について説明し、共通する構成については適宜説明を省略する。
その後、バネ部材26に設けられたハンマー27は、バネ部材26の復元力により振動発電素子11から離れ、振動発電素子11から離れた位置で静止する。
なお、第2の例の振動発生部20bにおいても、バイメタル24の上下を上記の例とは反転して配置することにより、温度が低下するとハンマー27が振動発電素子11を叩き、振動発電素子11が発電を行う構成としても良い。
図4を参照して、第3の例の振動発生部20cについて説明する。第3の例の振動発生部20cは、その大部分が上述の第1の例の振動発生部20aと共通する。従って、以下では、特に第1の例の振動発生部20aとの相違点について説明し、共通する構成については適宜説明を省略する。
振動発生部20cの周囲の温度が所定の温度以上に上昇すると、バイメタル24は、上に凸となる形状(第3の例における第1形状)に急減に変形する。その結果、作動ピン25はバイメタル24により上方に急激に移動させられ、作動ピン25が振動発電素子11を叩く。これにより生じる振動または音により、振動発電素子11が発電する。
一方、第1の例の振動発生部20aおよび第2の例の振動発生部20bの構成は、振動発生部20a、20bの向きを重力方向に関係なく配置できるという効果がある。
第1の例から第3の例の振動発生部20a〜20cにおいては、バイメタル24は、環境状態量としての温度の変化に応じて、形状が第1形状から第2形状に急激に変化する変形部材であるということができる。
図5を参照して、第4の例の振動発生部20dについて説明する。第4の例の振動発生部20dは、多くの部分が上述の第3の例の振動発生部20cと共通する。従って、以下では、特に第3の例の振動発生部20cとの相違点について説明し、共通する構成については適宜説明を省略する。
なお、作動ピン25とガイド41との間の気密性が十分に保たれている場合には、真空ベローズ47は設けなくても良い。
この変形により、作動ピン25が上方に押し上げられて振動発電素子11に衝突し、振動発電素子11は振動する。
一方、大気圧が下がると、開放空間45側の気圧も下がり、解放空間45内の気圧と気密空間44内の気圧との差が所定値以上になると、圧力隔壁42は、元の気密空間44側が凹形状となる形状に変形する。
図6を参照して、第5の例の振動発生部20eについて説明する。第5の例の振動発生部20eは、多くの部分が上述の第3の例の振動発生部20cと共通する。従って、以下では、特に第3の例の振動発生部20cとの相違点について説明し、共通する構成については適宜説明を省略する。
この変形により、作動ピン25が上方に押し上げられて振動発電素子11に衝突し、振動発電素子11は振動する。
図7を参照して、第6の例の振動発生部20fについて説明する。第6の例の振動発生部20fは、多くの部分が上述の第4の例の振動発生部20dと共通する。従って、以下では、特に第4の例の振動発生部20dとの相違点について説明し、共通する構成については適宜説明を省略する。
なお、作動ピン25とガイド41との間の気密性が十分に保たれている場合には、真空ベローズ47は設けなくても良い。
なお、第6の例の振動発生部20fにおいても、上述の第4の例の振動発生部20dと同様に、計測対象物の内部の気圧、液圧(水圧)に応じて音を発生する構成とすることもできる。
しかし、可動板49はこの構成に限られるわけではなく、例えば、可動板49を温度変化により徐々に形状が変化する、比較的低剛性のバイメタルで構成しても良い。この場合には、バイメタルで構成された可動板49は、一例として、低温においては図7に示したように上に凸の形状であり、温度の上昇に伴って下に凸の形状へと徐々に変化し、作動ピン25の上端25Tの位置は徐々に下降する。そして、所定の温度において、球体57は作動ピン25の上端25Tにより抑止されることなく上面41Tを転がり落ちるため、振動発生部20fは、環境状態量である温度の変化に応じて音または振動を発生することになる。
(1)上述の第1実施形態の計測システム1は、環境状態量の変化に応じて音または振動を発生する振動発生部20、20a〜20fと、振動発生部20、20a〜20fにより発生された音または振動により発電する振動発電部10と、振動発電部10が発電した電力で駆動され、所定の情報を送信する送信部30と、を備えている。
この構成により、振動発生部20、20a〜20fにより発生された音または振動により振動発電部10で発電された電力により、送信部30を駆動することができ、消費電力が大幅に削減された計測システム1が実現できる。このため、電力線の配線および電池交換等の電源に関するメンテナンスが不要であり、設置コストおよび維持コストが安価である計測システム1が実現できる。
(4)環境状態量が圧力であれば、変形部材は、圧力の変化に応じて形状が急激に変化する圧力隔壁42であっても良い。これにより、環境の圧力が所定の圧力に達したことを送信部30から送信することができる。
(7)送信部30は、振動発電部10が発電する電力が第1電圧を超えると送信を行い、振動発電部10が発電する電力が第1電圧以下では送信を行わない構成としても良い。この構成により、振動発電部10が、振動発生部20、20a〜20fにより生じた以外の音または振動、すなわち環境に存在する音または振動により発電した電力により送信部30が誤動作する恐れが低減される。すなわち、計測システム1が誤報を発する恐れが低減される。
以下、図8を参照して第2実施形態の計測システム1aについて説明する。第2実施形態の計測システム1aは、上述の第1実施形態の計測システム1の構成に加えて、さらに、温度、圧力、流量等の環境状態量の検出を行う検出部35と、検出部35が検出した環境状態量に関する信号を処理する信号処理部33とを備えている。送信部30、信号処理部33、および検出部35は、振動発電部10から供給される電力の電圧が上述の第1電圧より高い電圧になると駆動される。
なお、信号処理は、アナログの第1信号S1をデジタルの第2信号S2にA/D変換する処理も含むものであり、従って、第2信号S2は、第1信号S1を単にA/D変換した信号であっても良い。
(8)第2実施形態の計測システム1aは、上述の第1実施形態の計測システム1に加えて、振動発電部10が発電した電力で駆動され、所定の検出を行う検出部35をさらに備え、送信部30は検出部35が所定の検出を行って得た情報に基づく情報を送信する。この構成により、上述の第1実施形態の計測システム1における効果に加えて、検出部35により、より正確な情報を検出し送信できるという効果を有している。
図9は、一実施形態の診断システム100の概略構成を示す図である。診断システム100は、一例として、診断対象物として化学プラント70の運転状態を診断するシステムである。診断システム100においては、化学プラント70内の各部の環境状態量を計測するために、化学プラント70内の各部の近傍に上述の第1実施形態または第2実施形態の計測システム1、1aを配置してある。
(9)一実施形態の診断システム100は、診断対象物(62、63、64)の近傍に配置された第1実施形態または第2実施形態の計測システム1b〜1dと、計測システム1b〜1dから送信される信号を受信し、信号に基づいて診断対象物(62、63、64)の状態を診断する受信システムと、を備えている。従って、消費電力が大幅に削減された計測システム1b〜1dを用いることにより、計測システム1b〜1dへの電力線の配線および電池交換等の電源に関するメンテナンスが不要となり、設置コストおよび維持コストが安価である診断システム100が実現できる。
Claims (10)
- 環境状態量の変化に応じて音または振動を発生する振動発生部と、
前記振動発生部により発生された音または振動により発電する振動発電部と、
前記振動発電部が発電した電力で駆動され、所定の情報を送信する送信部と、
を備える計測システム。 - 請求項1に記載の計測システムにおいて、
前記振動発生部は、前記環境状態量の変化に応じて形状が第1形状から第2形状に急激に変化する変形部材を含む、計測システム。 - 請求項2に記載の計測システムにおいて、
前記環境状態量は温度であり、前記変形部材は、温度の変化に応じて形状が急激に変化するバイメタルである、計測システム。 - 請求項2に記載の計測システムにおいて、
前記環境状態量は圧力であり、前記変形部材は、圧力の変化に応じて形状が急激に変化する圧力隔壁である、計測システム。 - 請求項2に記載の計測システムにおいて、
前記環境状態量は流量であり、
前記振動発生部は、流量の変化に応じて少なくとも一部の位置が変化する変位部をさらに含み、
前記変形部材は、前記変位部の位置に応じて形状が急激に変化する、計測システム。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の計測システムにおいて、
前記送信部は、無線により送信を行う無線送信部である、計測システム。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の計測システムにおいて、
前記送信部は、前記振動発電部が発電する電力が第1電圧を超えると前記送信を行い、前記振動発電部が発電する電力が前記第1電圧以下では前記送信を行わない、計測システム。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の計測システムにおいて、
前記振動発電部が発電した電力で駆動され、所定の検出を行う検出部をさらに備え、
前記送信部は、前記検出部が所定の検出を行って得た情報に基づく情報を送信する、計測システム。 - 請求項8に記載の計測システムにおいて、
前記検出部は、前記環境状態量に関する情報を検出する、計測システム。 - 診断対象物の近傍に配置された、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の計測システムと、
前記計測システムから送信される信号を受信し、前記信号に基づいて前記診断対象物の状態を診断する受信システムと、
を備える診断システム。
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