JP4703766B2 - ルースパーツ監視方法及び装置 - Google Patents

Description

本願発明は、例えば、原子炉装置等のプラント設備の流体流路内に存在するルースパーツを監視するルースパーツ監視方法及び装置に関するものである。

流体流路内に存在するルースパーツの監視手法としては、該流体流路の壁面に複数の検出器を配置し、これら各検出器によって検出される振動信号を分析して、この検出された振動信号がルースパーツのインパクトに基づくものと判断された場合には、ルースパーツが存在するものとして所定の警報を発するように構成されている。

ところで、このような警報の精度は、ルースパーツの存在の判断情報である検出器の検出信号の正誤、即ち、ルースパーツのインパクトに基づく検出信号であるのか、濁流音等のバックグランドノイズに基づく検出信号であるかによって左右される部分が多く、従って、誤警報の発生を抑えて警報の正確さを担保するためには、その警報発生の前提となる検出器の検出信号の精度を高めること、換言すれば、当該検出信号からバックグランドノイズに基づく誤信号を如何に排除するか、という問題に帰すことになる。

このような観点から、検出器の検出信号の精度を高めるための技術として、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に示されたルースパーツの監視装置は、誤警報の原因となる誤信号のうち、特にサーマルエキスパンションに基づく誤信号に着目し、これを排除することで警報の精度を高めることを目的とするものであって、検出信号の正誤を判断する手段の一つとして、正誤判断部と頻度分析部を備えている。そして、正誤判断部では、「０．５ｍｓ以内に三つの警報信号が受信されたときには、これらの検出信号は誤信号であると判断する」ものとし、また、上記頻度分析部では、発生間隔が長く且つエネルギーが小さい信号は、サーマルエキスパンションに基づく誤信号であると判断するものとし、これら誤信号を以降の監視制御から排除するものである。

特許文献２に示されたルースパーツの監視装置は、誤警報の原因となる誤信号のうち、特に起動時等におけるバックグランドノイズに基づく誤信号に着目し、これを排除することで警報の精度を高めることを目的とするものであって、検出信号の正誤を判断する手段の一つとして、上記特許文献１と同様の構成をもつ正誤判断部を備えたものである。

特許文献３に示されたルースパーツの監視装置は、誤警報の原因となる誤信号のうち、特に電気的ノイズとかバックグランドノイズに基づく誤信号に着目し、これを排除することで警報の精度を高めることを目的とするものであって、検出信号の正誤を判断する手段の一つとして、上記特許文献１と同様の構成をもつ正誤判断部を備えたものである。

特開平１−１５６９６号公報 特開平１−３２１３９７号公報 特開平１−２１４７９７号公報

ところが、上掲の特許文献１〜３においては、検出器による検出信号のうち、サーマルエキスパンションに基づく誤信号を判別するために（特許文献１の場合）、起動時等におけるバックグランドノイズに基づく誤信号を判別するために（特許文献２の場合）、及び電気的ノイズとかバックグランドノイズに基づく誤信号を判別するために（特許文献３の場合）、共に正誤判断部を備え、正誤判断部において、「０．５ｍｓ以内に三つの警報信号が受信されたときには、これらの検出信号は誤信号であると判断する」ようにしているが、係る判断手法を採用した場合には、ルースパーツの監視という本来的な目的から取得対象とされている「ルースパーツのインパクトに基づく信号」を、誤信号であると判断してこれを誤って排除するおそれがある。

即ち、鋼中の音（振動）の伝播速度は「３ｍ／ｍｓ」であることから、上記「０．５ｍｓ以内」とは、距離に換算すると「１．５ｍ以内」ということになる。

ここで、通常、原子炉容器等においては、その周壁上に４個の検出器をほぼ対称に配置しているため、該容器の中心を挟んで対向する一対の検出器を結ぶ二本の対角線は該容器のほぼ中心位置において交差することになる。従って、上記二本の対角線の交点（即ち、容器中心）を中心とする直径「１．５ｍ」の円の範囲内の領域（以下、「特定領域」という）でインパクトが発生した場合、理論上、上記各検出器においては「０．５ｍｓ以内」の時間差でインパクトによる信号を検出することになる。

このため、上述のように、「０．５ｍｓ以内に三つの警報信号が受信されたときには、これらの検出信号は誤信号であると判断する」ようにした場合には、上記特定領域で発生したルースパーツのインパクトに基づく信号を、誤信号として誤って排除してしまうことになるものである。

一方、特許文献１に示されたルースパーツの監視装置においては、上記正誤判断部に加えて頻度分析部を備え、該頻度分析部では、発生間隔が長く且つエネルギーが小さい信号を、サーマルエキスパンションに基づく誤信号であると判断して排除するようにしているが、係る判断手法は、ルースパーツのインパクトによる異音の発生は、「発生間隔が短く且つ発生頻度が高い」ことを前提とするものであるが、そうとすれば、ルースパーツのインパクトに基づく信号であっても、その発生間隔が長く且つ発生頻度の低い規模の小さい信号を誤信号として排除してしまうおそれがある。

このように、上掲の特許文献１〜３に記載されたルースパーツの監視装置においては、検出信号の正誤についての判断に誤りが生じるおそれがあるものであり、誤警報の低減という点において改善の余地がある。

ところで、上掲各特許文献１〜３のルースパーツの監視装置において検出信号の正誤についての判断に誤りが生じるのは、ルースパーツのインパクトに基づく衝撃音（振動）とノイズに基づく衝撃音（振動）との判別を、上述のように、衝撃位置と検出器との間の距離と音の伝播速度との相関とか、衝撃の発生間隔と頻度の相違という、衝撃の発生に伴って二次的あるいは派生的に生じる物理的な現象を捉え、これに基づいて信号の正誤の判断をしている点に大きな原因があるものと考えられる。

一方、衝撃音は、その発生原因によってそれぞれ特有の音色をもつため（即ち、発生原因によって音の資質が異なるため）、例えば、ルースパーツのインパクトに基づく衝撃音の音色と、ルースパーツのインパクト以外のノイズに基づく衝撃音の音色は、これを対比することで明確に判別できるものである。また、この衝撃音の音色は、周知のように、音の周波数の分布（即ち、音高）と、音の強さの変化、及び音の大きさ（即ち、音圧）とい
う三要素で特定されるものである。

そこで本願発明は、衝撃音の音色を、検出器の検出信号についての正誤の判断要素として用いることで、その判断精度を高めて誤警報の発生を可及的に防止し、その信頼性を高めるようにしたルースパーツの監視方法及び監視装置を提案することを目的としてなされたものである。

本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。

本願の請求項１に係る発明では、流体流路内に存在するルースパーツの監視方法であって、音響又は振動に関する情報を検出する複数個の検出器からの検出信号のうちノイズ信号の少ない周波数帯域の信号について、該信号の上記各検出器による検出順序と時間差のパターンを基準パターンと比較分析して誤信号であるか否かを判断する第１の誤信号判断ステップと、上記信号を検出した検出器グループのうち先に検出したインパクトの波形の立上り勾配と後から検出したインパクトの波形の立上り勾配を対比する第２の誤信号判断ステップと、上記信号を検出した検出器グループの波形がインパクトにより生じたものか否かを、波形の減衰期間に基づいて判断する第３の誤信号判断ステップと、上記信号を検出した検出器グループの周波数スペクトラムを対比して誤信号であるか否かを判断する第４の誤信号判断ステップと、前回以前に誤警報と判断された検出信号の音色と検出チャンネルと今回の検出信号を対比して誤信号であるか否かを判断する第５の誤信号判断ステップと、上記各誤信号判断ステップで誤信号と判断された信号を排除する第６の誤信号判断ステップを備えたことを特徴としている。

本願の請求項２に係る発明では、流体流路内に存在するルースパーツを監視するルースパーツ監視装置において、上記流体流路又はその近傍に配置されて音響又は振動に関する情報を検出する複数個の検出器と、上記各検出器からの検出信号を受けて該信号のうちノイズ信号の少ない周波数帯域の信号を感知しこれを出力するルースパーツディテクタと、上記検出信号の上記各検出器による検出順序と時間差のパターンを基準パターンと比較分析することで誤信号を排除するパターン分析部と、上記検出信号を検出した検出器グループのうち先に検出したインパクトの波形の立上り勾配よりも後から検出したインパクトの波形の立上り勾配の方が強いときに誤信号として排除する波形立上り勾配分析部と、上記検出信号を検出した検出器グループの波形がインパクトにより生じたものか否かを、波形の減衰期間に基づいて判断し、インパクトによるものでなければ誤信号として排除する減衰振動分析部と、上記検出信号を検出した検出器グループの各検出器うち周波数スペクトラムが略同等とならないものが存在する場合には誤信号として排除する周波数スペクトラム照合部と、上記検出信号のうちユーザより誤警報と判断された検出信号の音色と検出チャンネルを記録し、この記録された特定状態の信号を次回から誤信号として排除する特定異音排除部とを備えたことを特徴としている。

本願の請求項３に係る発明では、上記第２の発明に係るルースパーツ監視装置において、上記各検出器からのノイズ信号を感知して上記ルースパーツディテクタの設定状態を最適に調整する検出信号監視部を備えたことを特徴としている。

（ａ） 本願の第１の発明に係るルースパーツの監視方法によれば、第１の誤信号判断ステップ〜第６の誤信号判断ステップのうち、第２の誤信号判断ステップでは、先に検出したインパクトの波形の立上り勾配と後から検出したインパクトの波形の立上り勾配を対比する手法によって、即ち、音の強さの変化に基づいて信号の正誤が判断され、第３の誤信
号判断ステップでは、衝撃音の波形の減衰期間を対比する手法によって、即ち、音の強さの変化に基づいて信号の正誤が判断され、第４の誤信号判断ステップでは、信号を検出した検出器グループの周波数スペクトラムを対比する手法によって、即ち、音の周波数の分布（音高）に基づいて信号の正誤が判断され、第６の誤信号判断ステップでは、検出信号と上記各誤信号判断ステップで誤信号と判断された信号を対比する手法によって、即ち、音の強さの変化と音の周波数の分布と音の大きさ（音圧）に基づいて信号の正誤が総合的に判断されるので、例えば、従来のように、主として、衝撃の発生に伴って二次的あるいは派生的に生じる物理的な現象に基づいて検出信号の正誤を判断する構成の場合に比して、検出信号の正誤の判断精度が格段に向上し、延いては誤警報の極めて少ないルースパーツの監視が実現され、その信頼性が向上することになる。

（ｂ） 本願の第２の発明に係るルースパーツの監視装置によれば、上記波形立上り勾配分析部においては、先に検出したインパクトの波形の立上り勾配と後から検出したインパクトの波形の立上り勾配を対比することで、即ち、音の強さの変化に基づいて信号の正誤が判断され、上記減衰振動分析部においては、衝撃音の波形の減衰期間を対比することで、即ち、音の強さの変化に基づいて信号の正誤が判断され、上記周波数スペクトラム照合部においては、信号を検出した検出器グループの周波数スペクトラムを対比することで、即ち、音の周波数の分布（音高）に基づいて信号の正誤が判断され、上記特定異音排除部においては、検出信号と上記各誤信号判断ステップで誤信号と判断された信号を対比することで、即ち、音の強さの変化と音の周波数の分布と音の大きさ（音圧）に基づいて信号の正誤が総合的に判断されることから、例えば、従来のように、主として、衝撃の発生に伴って二次的あるいは派生的に生じる物理的な現象に基づいて検出信号の正誤を判断する構成の場合に比して、検出信号の正誤の判断精度が格段に向上し、延いては誤警報の極めて少ないルースパーツの監視装置を得ることができる。

（ｃ） 本願の第３の発明に係るルースパーツの監視装置によれば、上記（ｂ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記各検出器からのノイズ信号を感知して上記ルースパーツディテクタの設定状態を最適に調整する検出信号監視部を備えているので、該検出信号監視部による信号監視が、上記ルースパーツディテクタ２における信号監視とは別個に行われることで、例えば、この検出信号監視部３１を備えない構成の場合に比して、上記ルースパーツディテクタ２を通過する信号のＳ／Ｎ比がさらに向上し、より一層誤警報の少ないルースパーツの監視装置を得ることができる。

以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。

図１には、本願発明の実施形態に係るルースパーツ監視方法の実施に供せられるルースパーツ監視装置の制御ブロック図を示している。

このルースパーツ監視装置は、例えば、原子炉装置における蒸気発生器とか原子炉容器の流体流路内でルースパーツによる衝撃があった場合に、これを感知して該ルースパーツの存在を警報するなど所要の監視を行うためのものであって、上記蒸気発生器等の壁体１０に取付けられた複数個の検出器１ａ〜１ｎと、該各検出器１ａ〜１ｎのそれぞれに対応して配置された複数個のルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎと、該ルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎからの検出信号を受けてルースパーツによる衝撃の有無を判断しその判断結果を出力する制御装置３と、該制御装置３からの判断信号を受けて所定の警報を発する警報部４とこれを表示する表示部５及び該判断結果等を記録する記録部６を備えて構成される。

以下、これら各構成要素の内容及び判断手法等を個別に説明する。

Ｉ： 検出器１ａ〜１ｎ
検出器１ａ〜１ｎは、上記壁体１０へのルースパーツの衝突によるインパクトを音響又は衝撃振動として検出するもので、その波形の検出状態を説明すると、図２に示す通りである。

今、図２に示すように、蒸気発生器等の壁体１０に対して、三個の検出器ａ〜ｃを、その周方向に所定間隔で取付けた場合を想定する。このように各検出器ａ〜ｃを配置した状態で、例えば、上記壁体１０の位置Ａにルースパーツによる衝撃があったとすると、上記各検出器ａ〜ｃによって検出される振動波形は、上記衝撃点と上記各検出器ａ〜ｃとの間の壁体１０上における距離の相違に対応して、衝撃点Ａに最も近い検出器ｂにおいて最初に振動波形が検出され、次に、二番目に近い検出器ａにおいて振動波形が検出され、最後に、距離が最も遠い検出器ｃにおいて振動波形が検出される。即ち、衝撃点Ａからの距離に対応して振動波形の検出タイミングに時間的なズレが生じるものである（検出器ａでは、検出器ｂでの検出時間に対して時間差ｔａをもって検出される。検出器ｃでは、検出器ｂでの検出時間に対して時間差ｔｃをもって検出される）。

一方、上記各検出器ａ〜ｃの上記壁体１０における取付位置は既知であり、また金属体内における振動の伝播速度も既知であることから、演算によって上記壁体１０上における衝撃位置Ａを特定することができる。

従って、このような衝撃による振動波形の検出パターンを、異なる衝撃位置Ａ毎に取得し、これらをデータベース化して保有しておけば、実際に衝撃が発生した場合、その衝撃によって取得された検出パターン（実検出パターン）を、予め記憶している検出パターン（記憶検出パターン）と比較し、実検出パターンに最も近似している記憶検出パターンを抽出することで、実際の衝撃位置Ａを容易に知ることができる。

このことは、実検出パターンに近似する記憶検出パターンが存在しない場合には、今回検出された振動波形はルースパーツの衝突によるインパクト波形ではなく、例えば、バックグランドノイズ等に基づく振動波形であって、監視制御から排除すべき誤信号であると判断できることを意味しており、この判断手法は後述する制御装置３のパターン分析部３２における判断に反映されている。

ＩＩ： ルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎ
ルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎは、上記各検出器ａ〜ｃのそれぞれに対応して設けられ、該各検出器ａ〜ｃからの入力信号をある周波数スペクトラム別に分割し、ノイズの多い場合に限り、ノイズが比較的少ない周波数帯域のみ通過させるものであり、これによって制御装置３側への入力信号におけるノイズの影響が低減される。このルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎの具体的構成等を、図３に基づいて説明する。

ルースパーツディテクタ２は、通過させる周波数帯域が異なる５個のバンドパスフィルタ（図３では「ＢＰＦ−１〜ＢＰＦ−５」と略記する）で構成される。

ここで、図３の曲線Ｌは、インパクトによる周波数スペクトラムの一例を示している。一般に、インパクトによる振動は、それぞれの固有振動で異なる変形パターンによるモードシェープが生じるため、このインパクトによる周波数スペクトラムには、複数の共振点（ピーク点）が存在する。また、固有振動は、ルースパーツの材質、接触や衝突の状態、構造物（質量と剛性の分布）によって周波数が異なるものである。従って、ルースパーツディテクタ２においては、インパクトによる周波数スペクトラムの全域に同調してインパ
ルスを取りこぼさないように抽出する機能をもつことが要求される。

一方、図３の曲線Ｌ０は、流体流路内の濁流によるバックグランドノイズの周波数スペクトラムを示している。濁流による連続的な振動は、インパクト等の強制振動による固有振動とは異なる周波数スペクトラムとなり、ルースパーツの接触音と比べて低い周波数帯域に分布すると考えられる。

このような知見事項を勘案して、この実施形態では、上記各検出器ａ〜ｃのそれぞれに対応して設けられた上記各ルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎのそれぞれにおいては、５個のバンドパスフィルタ「ＢＰＦ−１」〜「ＢＰＦ−５」を、最も低い周波数帯域の信号を通過させる「ＢＰＦ−１」とこれに隣接する周波数帯域の信号を通過させる「ＢＰＦ−２」で「第１のペア」を構成し、これらのうち低周波数側の「ＢＰＦ−１」を「監視部ａ」とし、高周波数側の「ＢＰＦ−２」を「トリガ部ａ」としている。

また、最も高い周波数帯域の信号を通過させる「ＢＰＦ−５」とこれに隣接する周波数帯域の信号を通過させる「ＢＰＦ−４」で「第２のペア」を構成し、これらのうち低周波数側の「ＢＰＦ−４」を「トリガ部ｂ」とし、高周波数側の「ＢＰＦ−５」を「監視部ｂ」としている。さらに、中間の周波数帯域の信号を通過させる「ＢＰＦ−３」を「トリガ部ｃ」としている。

なお、この「トリガ部」と「監視部」は、インパクト信号とバックグランドノイズの周波数スペクトラムの特徴を考慮してその検出機能を分担したものであって、「トリガ部」は衝撃振動を検出する機能をもつ部分であり、「監視部」はバックグランドノイズを検出する機能をもつ部分である。そして、「トリガ部」は、検出した振動が所定値以上のレベルになるとトリガ信号を出力する。また、「監視部」は常に「トリガ部」を監視し、この「トリガ部」がノイズの影響を大きく受けていると判定した場合には、これに対してエラー信号を出力する。

このような判定は、下記する各判定ケースの何れに対応するかによって行われる。

「第１の判定ケース」
「ＢＰＦ−１」より「ＢＰＦ−２」のレベルが高くなり、また「ＢＰＦ−５」より「ＢＰＦ−４」のレベルが高くなる場合には、「トリガ部ａ」と「トリガ部ｂ」は共にノイズの影響は少ないと考えられる。従って、この場合には、「トリガ部ａ」と「トリガ部ｂ」及び「トリガ部ｃ」のトリガ信号を全て「有効」と判定する。これが「第１の判定ケース」である。

「第２の判定ケース」
「ＢＰＦ−２」より「ＢＰＦ−１」のレベルが高くなる場合は、「ＢＰＦ−１」に隣接する「トリガ部ａ」はノイズの影響を大きく受けている可能性がある。従って、この場合には、「トリガ部ａ」のトリガ信号は「無効」とし、「トリガ部ｂ」と「トリガ部ｃ」のトリガ信号を「有効」と判定する。これが「第２の判定ケース」であり、図３の例示は、この「第２の判定ケース」に該当する。

「第３の判定ケース」
「ＢＰＦ−４」より「ＢＰＦ−５」のレベルが高くなる場合は、「ＢＰＦ−５」に隣接する「トリガ部ｂ」はノイズの影響を大きく受けている可能性がある。従って、この場合には、「トリガ部ｂ」のトリガ信号は「無効」とし、「トリガ部ａ」と「トリガ部ｃ」のトリガ信号を「有効」と判定する。これが「第３の判定ケース」である。

「第４の判定ケース」
「ＢＰＦ−２」より「ＢＰＦ−１」のレベルが高くなり、また「ＢＰＦ−４」より「ＢＰＦ−５」のレベルが高くなる場合には、「トリガ部ａ」と「トリガ部ｂ」は共にノイズの影響を大きく受けている可能性がある。従って、この場合には、「トリガ部ａ」と「トリガ部ｂ」のトリガ信号は「無効」とし、「トリガ部ｃ」のトリガ信号のみ「有効」と判定する。これが「第４の判定ケース」である。

このように、各判定ケースに基づいて判定が行われ、ここで「有効」と判定されたトリガ部の検出信号は、加算されて一つのトリガ信号として次述の制御装置３側へ出力される。また、「無効」と判定されたトリガ部の検出信号は、誤信号として以降の制御から排除される。

ＩＩＩ：制御装置３
上記制御装置３は、図１に示すように、検出信号監視部３１とパターン分析部３２と波形立上り勾配分析部３３と減衰振動分析部３４と周波数スペクトラム照合部３５及び特定異音排除部３６を備えて構成される。

ＩＩＩ−１： 検出信号監視部３１
検出信号監視部３１は、定期的に上記各検出器１ａ〜１ｎからの検出信号を受けて該信号を監視し、その情報に基づいて上記各ルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎの各種調整を制御することで、常にトリガ信号の精度を最適に保つものである。

蒸気発生器等の壁体に取付けた検出器によって検出されるバックグランドノイズは、固有の周波数スペクトラムを示し経時変化が殆ど起きないことが確認されている。

そこで、ルースパーツディテクタ２は、図４に示すように、検出器１の検出信号を周波数スペクトラム別に８分割し、これら各分割部分に、それぞれバンドパスフィルタ「ＢＰＦ−Ａ」〜「ＢＰＦ−Ｈ」を対応させるとともに、各バンドパスフィルタ「ＢＰＦ−Ａ」〜「ＢＰＦ−Ｈ」を通過する信号の中心周波数を「０．５０」〜「６．５２」に設定している。そして、該バンドパスフィルタ「ＢＰＦ−Ａ」〜「ＢＰＦ−Ｈ」を通過した各検出信号の１分間の平均値を求めることで、８分割されたバックグランドノイズの周波数帯域情報を得ることができる。

上記バックグランドノイズの周波数帯域情報のうち、他の帯域と比べ大きな信号レベルを検出した帯域は、バックグランドノイズの影響が他の帯域より大きいと考えられ、この帯域のトリガ信号は「無効」とする。また、トリガ信号として「有効」と判断された各検出信号は、加算されて１つのトリガ信号として制御装置３側へ出力される。なお、インパクトを取りこぼさないように、バンドパスフィルタの中心周波数と通過帯域、および「無効」とするトリガ信号の帯域数は、監視対象である原子炉装置等に固有の条件に合わせて最適化する必要がある。

このように、上記検出信号監視部３１は、検出信号を演算により平均化し「無効」とするトリガ信号の帯域を判断してルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎを常に制御するものである。

なお、この検出信号監視部３１における信号監視は、上記ルースパーツディテクタ２における信号監視とは別個に行われるものであり、該検出信号監視部３１を備えない構成の場合に比して、上記ルースパーツディテクタ２を通過する信号のＳ／Ｎ比がさらに向上する。

また、上述のルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎの５個のバンドパスフィルタ「ＢＰＦ−１〜ＢＰＦ−５」によるノイズを低減する手法は、ルースパーツの接触音に比して、周波数スペクトラムが低く分布するバッククランドノイズの場合に適応できる手法である。しかし、その条件に当てはまらない場合は、検出信号監視部３１による制御手法が有効である。

ＩＩＩ−２：パターン分析部３２
パターン分析部３２は、上記「Ｉ：検出器１ａ〜１ｎ」の項で説明した振動波形のパターン判断の手法を適用して、上記ルースパーツディテクタ２を通過した信号を分析してその正誤を判断するものであって、上述のように、
（イ） 壁体１０の異なる位置に取付けた複数の検出器１ａ〜１ｎが同一源のインパクトを検出した場合、インパクト源からの経路が近い順序でインパクトを検出するはずであり、
（ロ） 検出器１ａ〜１ｎの上記壁体１０への取付位置と鋼中の音速によって、検出時間差の上限時間が限定できる、
ことから、これら各検出器１ａ〜１ｎにおける検出順序と検出時間差が実際に有り得ない場合には、当該信号をノイズによる誤信号であると判断し、これを以降の制御から排除するものである。係る判断によって、誤信号による誤警報の発生が減少される。

具体的には、図６に示すように、各検出器１ａ〜１ｎにおいて最初に信号を検出したチャンネルと二番目に信号を検出したチャンネルの組み合わせ（ここでは「ＣＨ−Ａ」と「ＣＨ−Ｂ」としているが、これらの間では検出順序を特定しない）と、これらの検出時間の最大遅延時間の対応関係をイベント表として予め取得しておく。なお、ここでは、４個の検出器を備えた場合におけるイベント表を例示しており、その組み合わせは６通りある。

そして、実際にインパクトによる信号が各検出器１ａ〜１ｎにおいて検出された場合、その検出順序と検出時間差のパターンが、上記イベント表に記録された複数のパターンの何れかに当てはまるか否かが判定される。そして、何れかのパターンに当てはまる場合には、当該検出信号はインパクトによって発生した正信号であると判断し、次述の波形立上り勾配分析部３３へ出力される。これに対して、何れのパターンにも当てはまらない場合には、当該検出信号は濁流音等のノイズによる誤信号であると判断し、これを以降の制御から排除する。

ＩＩＩ−３：波形立上り勾配分析部３３
波形立上り勾配分析部３３は、インパクト波形の立ち上り勾配を分析して当該信号の正誤を判断し、誤信号を以降の制御から排除するものである。即ち、この波形立上り勾配分析部３３は、衝撃音の音色を規定する三要素、即ち、音の周波数の分布（即ち、音高）と、音の強さの変化、及び音の大きさ（即ち、音圧）のうち、特に「音の強さの変化」の対比によって検出信号の正誤を判断するものである。以下、これを具体的に説明する。

インパクト波形は、インパクト地点から近い検出器で検出された波形は鋭く立ち上がり（図７の上図、角度α１ 参照）、インパクト地点から遠い検出器で検出された波形は立ち上がりが鈍る（図７の下図、角度α２ 参照）という特性がある。従って、インパクト地点からの距離が異なる検出器間において上記関係が成立しない場合には、ノイズによる誤信号として判断することができ、この誤信号を以降の制御から排除することで、以降の制御におけるＳ／Ｎ比が向上することになる。

ところで、波形の勾配（図７の直線Ｌ１、Ｌ２の傾き）を求めるには、インパクトが始まる振幅の「すその地点」から「ピーク地点」までの時間差と振幅差を求める必要がある
。しかし、実際にはバックグランドノイズにより、インパクト波形の「すその」は不鮮明である。このため、この実施形態では、図８に示すように、実際のインパクト波形（交流電圧波形。同図（イ）参照）に、全波整流処理及び積分処理を施して整流及び平滑化された二次インパクト波形（直流電圧波形。同図（ロ）参照）を求め、この二次インパクト波形に基づいて、「すその地点」と「すその電圧」、及び「ピーク地点」と「ピーク電圧」、をそれぞれ以下のような手順で求めるようにしている。

先ず、図８（ロ）の二次インパクト波形において、「トリガしきい値」に対応するトリガ地点より前の期間Ａの平均値を求めてこれを「すその電圧」とする。さらに、トリガ地点より順次期間Ａ内をスキャンして、「すその電圧」に合致する地点を探してこれを「すその地点」とする。

さらに、トリガ地点より後の期間Ｂ内で最も電圧が高い地点を探して、その地点の電圧を「ピーク電圧」とし、その地点を「ピーク地点」とする。

このようにして求めた「すその地点」と「すその電圧」、及び「ピーク地点」と「ピーク電圧」を下式
立上り勾配（変化率）＝（ピーク電圧−すその電圧）／（ピーク地点−すその地点）
に代入して波形の立上り勾配を求める。

ＩＩＩ−４：減衰振動分析部３４
減衰振動分析部３４は、検出された波形の減衰振動を分析してその減衰期間によって信号の正誤を判断し、誤信号を以降の制御から排除するものである。即ち、この減衰振動分析部３４は、上記波形立上り勾配分析部３３の場合と同様に、衝撃音の音色を規定する三要素、即ち、音の周波数の分布（即ち、音高）と、音の強さの変化、及び音の大きさ（即ち、音圧）のうち、特に「音の強さの変化」の対比によって検出信号の正誤を判断するものであって、これら両者の相違点は、上記波形立上り勾配分析部３３では「音の強さの変化」を波形の立上り勾配という面から捉えたものであるのに対して、この減衰振動分析部３４では「音の強さの変化」を波形の減衰期間という面から捉えた点である。以下、これを具体的に説明する。

インパクトによって生じた振動は、インパクト地点からエネルギーが四方へ拡散され、摩擦熱などの抵抗によって減衰振動となり、急峻な立上りと指数関数的な減衰を示すことが知られている。そこで、この実施形態では、検出器で検出された信号の減衰特性を調べることで、該信号がインパクトによって生じたものか否かを判断し、インパクトによって生じたものでないと判断されたものは誤信号として以降の制御から排除するようにしている。

この減衰振動の判断手法を、図９を参照して説明する。
先ず、信号を検出した検出器のうち、インパクト地点に最も近い検出器（即ち、最初にトリガが発生したチャンネル）から得られる信号を選択する。

この選択された信号の波形を図９に示している。ここで、上記波形立上り勾配分析部３３で用いた手法をこの減衰振動の判断に適用し、同図（イ）に示す実際の波形に、全波整流処理及び積分処理をして、同図（ロ）に示す二次インパクト波形を求める。

そして、この二次インパクト波形における「すその電圧」をインパクト波形の「下限値」とし、「ピーク電圧」を「上限値」とする。

さらに、「上限値」から同図のＡ方向へ順次スキャンし、振幅が５０％になるまでの時
間を求め、この時間を「半減期間」とする。

また、インパクトのエネルギーと減衰との間には、インパクトのエネルギーが増大すると、それに伴って放出エネルギーも増加し減衰が速くなるという関係があり、この関係から、減衰振動の半減期間はインパクトのエネルギーの大小によって大きく変化しないものと考えられる。

以上のことから、検出器によって検出される振動波形の半減期間が、インパクト波形の半減として予め想定した範囲から外れた場合、これはインパクト波形ではなくノイズによる誤信号であるとして、以降の制御から排除するものである。

ＩＩＩ−５：周波数スペクトラム照合部３５
周波数スペクトラム照合部３５は、検出器グループの各検出器で検出された振動波形の周波数スペクトラムをそれぞれ求め、これら各周波数スペクトラムを照合し、各検出器の周波数スペクトラムが略同一とならない場合には、上記各検出器で検出された振動信号は誤信号であると判断し、これを以降の制御から排除するものである。即ち、この周波数スペクトラム照合部３５は、衝撃音の音色を規定する三要素、即ち、音の周波数の分布（即ち、音高）と、音の強さの変化、及び音の大きさ（即ち、音圧）のうち、特に「周波数の分布」の対比によって検出信号の正誤を判断するものである。以下、これを具体的に説明する。

これは、媒体により伝達したある信号を異なる位置にある複数の検出器で検出しても全て同じ周波数となることから、同一源のインパクトであれば、異なる位置にある複数の検出器の何れで検出された信号も、その周波数スペクトラムは大きく異ならない、との知見に基づく誤信号判別手法である。

ここで、周波数スペクトラムの照合手法を具体的に説明する。

周波数スペクトラムの照合に際しては、上記ルースパーツディテクタ２ａ〜２ｎにおいて周波数帯域に分割された信号を用いる。この分割された信号は、図３に示すように、トリガ部ａで取得される低周波数域の信号と、トリガ部ｃで取得される中周波数域の信号と、トリガ部ｂで取得される高周波数域の信号の三種類である。

この分割された三種類の信号を、中周波数域の信号を基準に比較器で比較し、比較結果に基づいて、下記（イ）又は（ロ）のように、「Ｈ」又は「Ｌ」の２値化信号を出力する。

（イ）比較の結果、中周波数域の信号レベルに比べて、低周波数域の信号レベルが高ければ「Ｈ」信号を出力し、低周波数域の信号レベルが低ければ「Ｌ」信号を出力する。

（ロ）比較の結果、中周波数域の信号レベルに比べて、高周波数域の信号レベルが高ければ「Ｈ」信号を出力し、高周波数域の信号レベルが低ければ「Ｌ」信号を出力する。

ここで得られた２値化信号を、周波数スペクトラム照合部３５において、図１０（イ）〜（ニ）に示すような４パターンの形状を示す周波数スペクトラムとして認識し、検出器グループ内で照合する。具体的には、一番最初に異音を検出したチャンネルと２番目に異音を検出したチャンネルを評価対象とし、これら二つのチャンネルの４パターンの形状を示す周波数スペクトラムが一致しない場合は、誤信号と判断してこれを以降の制御から排除する。

ＩＩＩ−６：特定異音排除部３６
特定異音排除部３６は、警報として出力された情報から、ユーザにより誤警報と判断された検出信号の音色と検出チャンネルを記録しておき、新たに検出された信号が先に記録された特定状態の信号と一致した場合に、これを誤信号として排除するものである。即ち、この特定異音排除部３６は、衝撃音の音色を規定する三要素の全てを用いて、検出信号の正誤を総合的に判断するものである。

ここで、上述のように、検出信号の音色は、周波数の分布（音高）、音の強さの変化及び音の大きさ（音圧）として把握されるので、図１１に示すような特定音色テーブルを作成する。この特定音色テーブルには、検出チャンネルとして、１番目に異音を検出したチャンネルと２番目に異音を検出したチャンネルを採用する。そして、この検出チャンネルについて、周波数の分布（上記周波数スペクトラム照合部３５で取得される４パターンの波形）と、音の強さの変化（上記波形立上り勾配分析部３３で取得される立上り勾配と上記減衰振動分析部３４で取得される減衰期間）と、音の大きさを、それぞれ記録している。

なお、評価に際しては、上記各パラメータに所定の誤差を設定し、この誤差の範囲内で全てのパラメータが一致した特定音色の異音を、誤信号と判断してこれを以降の制御から排除する。

本願発明の実施形態に係るルースパーツの監視装置の制御ブロック図である。 複数の検出器による振動検出パターン説明図である。 本願発明の実施形態に係るルースパーツの監視装置におけるルースパーツディテクタの機能説明図である。 検出信号監視部におけるバンドパスフィルタの機能説明図である。 周波数スペクトラム分割表である。 本願発明の実施形態に係るルースパーツの監視装置におけるパターン分析用のイベント表である。 波形立上り勾配の説明図である。 波形立上り勾配の取得手法説明図である。 インパクト波形の減衰振動説明図である。 周波数スペクトラムのパターン図である。 異音の排除判断に用いる音色テーブルである。

符号の説明

１ ・・検出器
２ ・・ルースパーツディテクタ
３ ・・制御装置
４ ・・警報部
５ ・・表示部
６ ・・記録部
１０ ・・壁体
３１ ・・検出信号監視部
３２ ・・パターン分析部
３３ ・・波形立上り勾配分析部
３４ ・・減衰振動分析部
３５ ・・周波数スペクトラム照合部
３６ ・・特定異音排除部

Claims (3)

1. 流体流路内に存在するルースパーツの監視方法であって、
   音響又は振動に関する情報を検出する複数個の検出器からの検出信号のうちノイズ信号の少ない周波数帯域の信号について、該信号の上記各検出器による検出順序と時間差のパターンを基準パターンと比較分析して誤信号であるか否かを判断する第１の誤信号判断ステップと、
   上記信号を検出した検出器グループのうち先に検出したインパクトの波形の立上り勾配と後から検出したインパクトの波形の立上り勾配を対比する第２の誤信号判断ステップと、
   上記信号を検出した検出器グループの波形がインパクトにより生じたものか否かを、波形の減衰期間に基づいて判断する第３の誤信号判断ステップと、
   上記信号を検出した検出器グループの周波数スペクトラムを対比して誤信号であるか否かを判断する第４の誤信号判断ステップと、
   前回以前に誤警報と判断された検出信号の音色と検出チャンネルと今回の検出信号を対比して誤信号であるか否かを判断する第５の誤信号判断ステップと、
   上記各誤信号判断ステップで誤信号と判断された信号を排除する第６の誤信号判断ステップと、
   を備えたことを特徴とするルースパーツ監視方法。
2. 流体流路内に存在するルースパーツを監視するルースパーツ監視装置であって、
   上記流体流路又はその近傍に配置されて音響又は振動に関する情報を検出する複数個の検出器と、
   上記各検出器からの検出信号を受けて該信号のうちノイズ信号の少ない周波数帯域の信号を感知しこれを出力するルースパーツディテクタと、
   上記検出信号の上記各検出器による検出順序と時間差のパターンを基準パターンと比較分析することで誤信号を排除するパターン分析部と、
   上記検出信号を検出した検出器グループのうち先に検出したインパクトの波形の立上り勾配よりも後から検出したインパクトの波形の立上り勾配の方が大きいときに誤信号として排除する波形立上り勾配分析部と、
   上記検出信号を検出した検出器グループの波形がインパクトにより生じたものか否かを、波形の減衰期間に基づいて判断し、インパクトによるものでなければ誤信号として排除する減衰振動分析部と、
   上記検出信号を検出した検出器グループの各検出器うち周波数スペクトラムが略同等とならないものが存在する場合には誤信号として排除する周波数スペクトラム照合部と、
   上記検出信号のうち、ユーザより誤警報と判断された検出信号の音色と検出チャンネルを記録し、この記録された特定状態の信号を次回から誤信号として排除する特定異音排除部と、
   を備えたことを特徴とするルースパーツ監視装置。
3. 請求項２において、
   上記各検出器からのノイズ信号を感知して上記ルースパーツディテクタの設定状態を最適に調整する検出信号監視部を備えたことを特徴とするルースパーツ監視装置。

Images