JP5083956B2 - Clogging detection system - Google Patents
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Description
この発明は、ポンプ及び該ポンプに接続される配管から構成される流動媒体の経路において、配管内部の詰まりを検出するための詰まり検出システムに関する。 The present invention relates to a clogging detection system for detecting clogging inside a pipe in a flow path of a fluid medium composed of a pump and a pipe connected to the pump.
食料品,工業製品,及び薬品等の製造工程において使用される水等の流動媒体は、ポンプ及び配管から構成される経路によって供給又は排出される場合が多い。そして、経路を構成する配管内部が残留物や付着物によって詰まった場合、配管内部を洗浄する必要が生じる。しかし、通常、配管内部を外部から視認することができないため、詰まりが生じた場合には、詰まり箇所を特定するのは困難であり、その都度配管を分解して検査しなければならないという煩雑さがある。 In many cases, a fluid medium such as water used in the production process of food products, industrial products, and medicines is supplied or discharged through a path composed of a pump and piping. And when the inside of the piping which comprises a path | route is clogged with the residue and the deposit | attachment, it will be necessary to wash | clean the inside of piping. However, since it is usually impossible to visually recognize the inside of the pipe, it is difficult to specify the clogged portion when clogging occurs, and the piping must be disassembled and inspected each time. There is.
そして、このような詰まり箇所の特定を容易にすべく、特許文献1には、撮影装置を備えるカプセルを配管内部に挿入し、撮影画像によって配管内部の異物を検出するシステムが開示されている。また、特許文献2には、配管外部に弾性波検出センサを設置しておき、配管内部に挿入したノズルからエアコンプレッサにより圧縮されたエアを吹き付け、吹き飛んだ異物と配管の衝突によって発生する弾性波を検出し、その波形レベルによって異物の有無を判定するシステムが開示されている。さらに、特許文献3及び4には、X線による異物検出装置が開示されている。 In order to make it easy to identify such a clogged portion, Patent Document 1 discloses a system in which a capsule provided with a photographing device is inserted into a pipe and foreign matter inside the pipe is detected from a photographed image. In Patent Document 2, an elastic wave detection sensor is installed outside the pipe, air compressed by an air compressor is blown from a nozzle inserted inside the pipe, and an elastic wave generated by a collision between the blown-off foreign object and the pipe. And a system for determining the presence or absence of a foreign substance based on the waveform level is disclosed. Further, Patent Documents 3 and 4 disclose a foreign matter detection apparatus using X-rays.
しかしながら、特許文献1及び2の技術では、カプセル又はノズル等の検査用の器具を配管内部に挿入した後に、これらの器具を移動させつつ、撮影画像の確認又はエアの吹き付けを行わなければならず、作業効率が悪いという問題がある。また、配管の両端いずれにも器具を挿入する隙間が無い場合には、配管を取り外すか,又は途中に挿入口を設ける必要があり、既存の配管経路に対しては容易にシステムを利用することができない問題がある。一方、特許文献3及び4に示すようなX線による異物検出の場合、配管内部に検査用の器具を挿入する必要はないものの、内部の詰まりを把握可能なのはX線の照射領域に限定されるため、配管全体の検査を行うためには、X線の照射を全体に渡って行うための大がかりなシステムが必要となり、コストが高いという問題がある。 However, in the techniques of Patent Documents 1 and 2, after an inspection instrument such as a capsule or a nozzle is inserted into the pipe, the captured image must be confirmed or air blown while the instrument is moved. There is a problem that work efficiency is poor. In addition, if there is no gap for inserting equipment at either end of the piping, it is necessary to remove the piping or provide an insertion port in the middle, and the system should be easily used for existing piping routes. There is a problem that can not be. On the other hand, in the case of foreign matter detection by X-rays as shown in Patent Documents 3 and 4, it is not necessary to insert an inspection instrument inside the pipe, but the internal clogging can be grasped only in the X-ray irradiation region. Therefore, in order to inspect the entire piping, a large-scale system for performing X-ray irradiation over the entire area is required, and there is a problem that the cost is high.
本発明は,このような問題に鑑みなされたものであって,その目的は、詰まり箇所の特定が容易であると共に、作業効率が良く、既存の配管経路に対しても容易に利用可能であり、システム全体として簡易かつ低コストな詰まり検出システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is that it is easy to identify a clogged portion, has high work efficiency, and can be easily used for existing piping routes. An object of the present invention is to provide a clogging detection system that is simple and low-cost as a whole system.
本発明は、前記課題を解決するために、次のような手段を採る。なお後述する発明を実施するための最良の形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。 The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. The reference numerals used in the description of the best mode for carrying out the invention and the drawings to be described later are appended in parentheses for reference, but the constituent elements of the present invention are not limited to the appended description.
本発明に係る詰まり検出システムは、ポンプ(200)及び該ポンプに接続される配管(300)から構成される流動媒体の経路において、複数の所定箇所各々に、配管外周の形状に沿って密着して設置されるフィルム状の圧電センサ(1〜3)と、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づく基準データ(詰まり無しの場合の出力信号,パワースペクトル,伝達関数)を記憶しておく基準データ記憶手段(記憶装置53)と、該基準データ記憶手段に記憶されている基準データと、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づく対象データ(リアルタイムの出力信号,パワースペクトル,伝達関数)とを、対比可能に出力する出力手段(モニタ60)と、を備えることを特徴とする。 The clogging detection system according to the present invention is in close contact with each of a plurality of predetermined locations along the shape of the outer circumference of the pipe in the path of the fluid medium composed of the pump (200) and the pipe (300) connected to the pump. And the film-like piezoelectric sensors (1 to 3) installed in the pipe, and reference data based on the output signal of the piezoelectric sensor during operation of the pump when there is no clogging in the pipe (output signal and power in the case of no clogging) Reference data storage means (storage device 53) for storing spectrum, transfer function), reference data stored in the reference data storage means, and target data (real time) based on an output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period Output means (monitor 60) that outputs the output signal, power spectrum, and transfer function) in a comparable manner.
前記基準データ記憶手段(記憶装置53)は、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づいて計測される、前記ポンプで発生する圧力脈動の周波数近辺におけるパワーを記憶しておき、前記出力手段(モニタ60)は、該基準データ記憶手段に記憶されているパワーと、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺における実測パワーとを、対比可能に出力することを特徴とする。 The reference data storage means (storage device 53) is measured in the vicinity of the frequency of pressure pulsation generated by the pump, which is measured based on an output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation in a state where the pipe is not clogged. The power is stored, and the output means (monitor 60) measures the frequency of the pressure pulsation measured based on the power stored in the reference data storage means and the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period. The measured power in the vicinity is output so as to be comparable.
また、前記基準データ記憶手段(記憶装置53)は、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づいて計測される、前記ポンプで発生する圧力脈動の周波数近辺におけるパワーに関する隣り合う圧電センサ間での伝達係数を記憶しておき、前記出力手段(モニタ60)は、該基準データ記憶手段に記憶されている伝達関数と、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺における実測パワーに関する隣り合う圧電センサ間での伝達関数とを、対比可能に出力することを特徴とする。 Further, the reference data storage means (storage device 53) is a frequency of pressure pulsation generated in the pump, which is measured based on an output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation in a state where the pipe is not clogged. The transmission coefficient between adjacent piezoelectric sensors regarding power in the vicinity is stored, and the output means (monitor 60) outputs the transfer function stored in the reference data storage means and the output of the piezoelectric sensor for a predetermined period. A transfer function between adjacent piezoelectric sensors relating to the measured power in the vicinity of the frequency of the pressure pulsation, which is measured based on the signal, is output in a comparable manner.
ここで、前記圧電センサ(1〜3)は、前記配管(300)の湾曲している部分の上流部及び下流部に各々設置され(センサA,センサB)、前記基準データ値記憶手段(記憶装置53)は、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺におけるパワーに関する前記上流部及び下流部の圧電センサ間での伝達係数を記憶しておき、前記出力手段(モニタ60)は、該基準データ記憶手段に記憶されている伝達関数と、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺における実測パワーに関する前記上流部及び下流部の圧電センサ間での伝達関数とを、対比可能に出力することを特徴とする。 Here, the piezoelectric sensors (1 to 3) are respectively installed at the upstream and downstream portions of the curved portion of the pipe (300) (sensor A, sensor B), and the reference data value storage means (memory) The device 53) measures the upstream and downstream piezoelectric sensors related to power in the vicinity of the frequency of the pressure pulsation, which is measured based on the output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation in a state where the piping is not clogged. The output coefficient (monitor 60) is measured based on the transfer function stored in the reference data storage means and the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period. The transfer function between the upstream and downstream piezoelectric sensors relating to the measured power in the vicinity of the frequency of the pressure pulsation is output so as to be comparable.
さらに本発明に係る詰まり検出システムは、前記圧電センサの出力信号に関する周波数解析結果に基づいて、0Hz近辺のパワーを除いた最も低い周波数帯域でのピークを検出し、当該ピークに係る周波数を前記圧力脈動の周波数として特定する周波数特定手段(制御部52)をさらに備えることを特徴とする。 Furthermore, the clogging detection system according to the present invention detects a peak in the lowest frequency band excluding power in the vicinity of 0 Hz based on a frequency analysis result regarding the output signal of the piezoelectric sensor, and determines the frequency related to the peak as the pressure. It further comprises frequency specifying means (control unit 52) for specifying the frequency of pulsation.
本発明の詰まり検出システムによれば、配管外周にフィルム状の圧電センサを設置する構成としているため、システム全体として簡易かつ低コストにすることが可能であり、既存の配管経路に対しても容易に利用できる。また、圧電センサの出力信号に基づいて詰まり箇所の特定を容易に行うことが可能であり、作業効率も良い。 According to the clogging detection system of the present invention, since a film-shaped piezoelectric sensor is installed on the outer periphery of the pipe, the entire system can be simplified and reduced in cost and can be easily applied to an existing pipe path. Available to: Further, it is possible to easily identify the clogged portion based on the output signal of the piezoelectric sensor, and the work efficiency is good.
本発明の詰まり検出システムによれば、圧力脈動の周波数近辺において、詰まりが無い状態におけるパワーと、対象データとしての実測パワーとを対比可能なので、詰まりによるパワーの減衰を把握することができる。その結果、単に圧電センサの出力信号を比較する場合と比べて、詰まり箇所の特定を正確に行うことができる。 According to the clogging detection system of the present invention, the power in a state without clogging can be compared with the actually measured power as the target data in the vicinity of the frequency of pressure pulsation, so that the power attenuation due to clogging can be grasped. As a result, compared with the case where the output signals of the piezoelectric sensors are simply compared, the clogged portion can be accurately identified.
本発明の詰まり検出システムによれば、圧力脈動の周波数近辺において、詰まりが無い状態における伝達関数と、対象データとしての伝達関数とを対比可能なので、詰まりによる伝達関数の低下を把握することができる。その結果、単に圧電センサの出力信号を比較する場合と比べて、詰まり箇所の特定を正確に行うことができる。 According to the clogging detection system of the present invention, it is possible to compare the transfer function without clogging with the transfer function as target data in the vicinity of the frequency of the pressure pulsation, so that it is possible to grasp the decrease in the transfer function due to clogging. . As a result, compared with the case where the output signals of the piezoelectric sensors are simply compared, the clogged portion can be accurately identified.
本発明の詰まり検出システムによれば、詰まりが生じやすい配管湾曲部における伝達関数を対比可能なので、詰まりの発生を把握しやすい。 According to the clogging detection system of the present invention, it is possible to compare the transfer functions in the pipe bending portion where clogging is likely to occur, so it is easy to grasp the occurrence of clogging.
本発明の詰まり検出システムによれば、圧力脈動の周波数を自動的に特定することができる。即ち、システムのオペレーターが、圧力脈動の周波数を計算したり周波数解析結果から特定する作業が不要であり、人為的なミスによる誤判定を防止することができる。また、ポンプの回転数を変更した場合に、システム側でも圧力脈動の周波数が自動的に変更されるため、圧力脈動の周波数の違いによる誤判定を防止することができる。 According to the clogging detection system of the present invention, the frequency of pressure pulsation can be automatically specified. That is, it is not necessary for the system operator to calculate the pressure pulsation frequency or to specify the frequency pulsation result from the frequency analysis result, thereby preventing erroneous determination due to human error. Further, when the number of rotations of the pump is changed, the pressure pulsation frequency is automatically changed even on the system side, so that erroneous determination due to the difference in the pressure pulsation frequency can be prevented.
[1.詰まり検出システムの構成]
以下、本発明の詰まり検出システムの実施の形態を図面に従って説明する。図1は本発明の詰まり検出システム100の構成を示すブロック図である。この図1に示すように、詰まり検出システム100は、ポンプ200及び該ポンプに接続される配管300から構成される流動媒体の経路に対して使用されるものである。詰まり検出システム100は、経路内の複数の箇所に各々設置される圧電センサ1,各圧電センサ1の出力側に接続されるチャージアンプ40,各チャージアンプ40からの出力信号が入力され、信号処理が行われるPC50,及び表示装置であるモニタ60から構成されている。
[1. Configuration of clogging detection system]
Hereinafter, an embodiment of a clogging detection system of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a clogging detection system 100 of the present invention. As shown in FIG. 1, the clogging detection system 100 is used for a path of a fluid medium composed of a pump 200 and a pipe 300 connected to the pump. The clogging detection system 100 receives a piezoelectric sensor 1 installed at a plurality of locations in a path, a charge amplifier 40 connected to the output side of each piezoelectric sensor 1, and an output signal from each charge amplifier 40, and performs signal processing. The computer 50 is configured by a monitor 60 which is a display device.
本例において、ポンプ200は、容積式回転ポンプであり、ネジ状のローターが回転することにより容積変化を生じさせ、これによって流動媒体を吐出する、いわゆるネジ型と呼ばれるポンプである。ポンプ200は、ローターの回転数に応じた一定量の流動媒体を吐出する。本例のポンプ200における定格吐出量は、100rpmを基準として、8.8[l/min]である。そして、一般的に容積式回転ポンプにおいては、ローターの回転数に応じた周波数の圧力脈動が発生するものであり、一例として、ネジ型のポンプであれば[回転数/60]Hz,ギヤー型のポンプであれば[回転数×歯数/60]Hzというように、ポンプの回転数から圧力脈動の周波数を計算することができる。本例のポンプ200はネジ型であり、回転数を26.4rpmと設定しているため、ポンプ200で生じる圧力脈動の周波数は26.4/60=0.44Hzである。 In this example, the pump 200 is a positive displacement rotary pump, and is a so-called screw type pump that discharges a fluid medium by causing a volume change by rotating a screw-shaped rotor. The pump 200 discharges a constant amount of fluid medium according to the number of rotations of the rotor. The rated discharge amount in the pump 200 of this example is 8.8 [l / min] based on 100 rpm. In general, positive displacement rotary pumps generate pressure pulsations with a frequency corresponding to the rotational speed of the rotor. As an example, a screw-type pump [rotational speed / 60] Hz, gear type The frequency of pressure pulsation can be calculated from the number of rotations of the pump, such as [number of rotations × number of teeth / 60] Hz. Since the pump 200 of this example is a screw type and the rotation speed is set to 26.4 rpm, the frequency of the pressure pulsation generated in the pump 200 is 26.4 / 60 = 0.44 Hz.
図1に示すように、ポンプ200の本体ケーシング上部にはホッパー201が接続されている。流動媒体がホッパー201の上部から供給されると、ホッパー201の下部から流動媒体が吐出され、ポンプ200の本体ケーシング内に充填される。そしてポンプ200内のローターの回転によって配管300に吐出される。そして、吐出された流動媒体は、配管300による経路を通過した後、再度ホッパー201に供給される仕組みになっている。本例においては、流動媒体は水である。 As shown in FIG. 1, a hopper 201 is connected to the upper part of the main body casing of the pump 200. When the fluid medium is supplied from the upper part of the hopper 201, the fluid medium is discharged from the lower part of the hopper 201 and filled in the main casing of the pump 200. And it is discharged to the piping 300 by rotation of the rotor in the pump 200. Then, the discharged fluid medium passes through a route formed by the pipe 300 and is then supplied to the hopper 201 again. In this example, the fluid medium is water.
配管300は、ステンレス製配管(JIS規格G3447)であり、材質はSUS304である。図2に示すように、この配管300は円筒形であり、外経は38.1mm,厚みは1.2mmである。 The pipe 300 is a stainless steel pipe (JIS standard G3447), and the material is SUS304. As shown in FIG. 2, the pipe 300 is cylindrical, has an outer diameter of 38.1 mm, and a thickness of 1.2 mm.
フィルム状の圧電センサ1は15mm×30mmの長方形シートであり、図2に示すように、配管外周部の形状に沿って密着して設置される。圧電センサ1と配管300は、例えば、エポキシ樹脂を用いた接着剤等によって接着される。以下、図3(a)を用いて圧電センサ1の構造について詳細に説明する。なお、圧電センサ1に代えて、図3(b)又は図3(c)に示す圧電センサ2又は圧電センサ3を使用することもできる。 The film-like piezoelectric sensor 1 is a rectangular sheet of 15 mm × 30 mm, and is installed in close contact with the outer periphery of the pipe as shown in FIG. The piezoelectric sensor 1 and the pipe 300 are bonded by, for example, an adhesive using an epoxy resin. Hereinafter, the structure of the piezoelectric sensor 1 will be described in detail with reference to FIG. In place of the piezoelectric sensor 1, the piezoelectric sensor 2 or the piezoelectric sensor 3 shown in FIG. 3B or 3C can be used.
図3(a)は、フィルム状の圧電センサ1の積層構造を示す断面図である。基板10は可撓性を有する高分子材料からなるフィルムであり、この基板10の上面側に圧電層11が形成されている。基板10は、例えばポリイミドのフィルムが使用できる。圧電層11は窒化アルミニウム(AlN)の薄膜である。圧電体としての窒化アルミニウムは、ポリイミドのフィルム上でもc軸配向を示し、十分な圧電性を持つことが確認されている。また、ポリイミドのフィルムは耐熱性の点でも優れている。 FIG. 3A is a cross-sectional view showing a laminated structure of the film-like piezoelectric sensor 1. The substrate 10 is a film made of a flexible polymer material, and a piezoelectric layer 11 is formed on the upper surface side of the substrate 10. For example, a polyimide film can be used as the substrate 10. The piezoelectric layer 11 is a thin film of aluminum nitride (AlN). Aluminum nitride as a piezoelectric body shows c-axis orientation even on a polyimide film and has been confirmed to have sufficient piezoelectricity. Polyimide films are also excellent in heat resistance.
なお、圧電層11は窒化アルミニウムの薄膜が好ましいが、その他の圧電性を有する金属化合物を使用することもできる。圧電性金属化合物としては、窒化アルミニウム以外には、酸化亜鉛,窒化ガリウム,窒化インジウム,ニオブ酸リチウムが使用できる。すなわち、圧電層11としては、窒化アルミニウム,酸化亜鉛,窒化ガリウム,窒化インジウム,ニオブ酸リチウム等が使用できるが、耐熱性,検出出力の温度特性などからは、窒化アルミニウム,酸化亜鉛が望ましく、特に窒化アルミニウムが最も適している。 The piezoelectric layer 11 is preferably an aluminum nitride thin film, but other piezoelectric metal compounds can also be used. As the piezoelectric metal compound, in addition to aluminum nitride, zinc oxide, gallium nitride, indium nitride, and lithium niobate can be used. That is, as the piezoelectric layer 11, aluminum nitride, zinc oxide, gallium nitride, indium nitride, lithium niobate and the like can be used, but aluminum nitride and zinc oxide are desirable from the viewpoint of heat resistance, temperature characteristics of detection output, and the like. Aluminum nitride is most suitable.
圧電層11は、スパッタリング法によって形成できるが、その他のイオンプレーティング、CVDなどの薄膜形成方法を使用してもよい。特に、スパッタリング法を用いて圧電層11の薄膜形成を行った場合は、圧電層11の結晶配向度を高めることができ、圧電特性を向上させることができるので望ましい。スパッタリング法は、例えば高周波マグネトロンスパッタリング法が使用できる。圧電層11の膜厚は、0.5μm〜10μmが望ましいが、あまり薄すぎると膜質が一定にならなかったり、厚すぎると製膜に時間を要したりするので、1μm程度が望ましい。 The piezoelectric layer 11 can be formed by sputtering, but other thin film forming methods such as ion plating and CVD may be used. In particular, when the thin film formation of the piezoelectric layer 11 is performed using a sputtering method, it is desirable because the crystal orientation degree of the piezoelectric layer 11 can be increased and the piezoelectric characteristics can be improved. As the sputtering method, for example, a high-frequency magnetron sputtering method can be used. The film thickness of the piezoelectric layer 11 is preferably 0.5 μm to 10 μm, but if it is too thin, the film quality will not be constant, and if it is too thick, it takes time to form the film.
圧電層11には、スパッタリング法を用いて成膜した窒化アルミニウムを使用した場合、窒化アルミニウムはキュリー点が存在しないために600度以上の高温環境でも圧電性を失わず、耐熱性に優れたセンサとすることができる。また、感度特性の温度依存性が極めて小さく、余分な補償回路を必要としない。よって、流動媒体の温度が高温である場合にも、計測エラーや故障を防止することができる。薄膜状圧電体を積層させる基板10としては、ポリイミド(PI)の他にもポリエチレンナフタレート(PEN),ポリエチレンテレフタレート(PET)などの高分子フィルムを用いることが可能である。 When aluminum nitride formed by sputtering is used for the piezoelectric layer 11, aluminum nitride does not have a Curie point, and therefore does not lose piezoelectricity even in a high temperature environment of 600 degrees or more, and has excellent heat resistance. It can be. Moreover, the temperature dependence of the sensitivity characteristic is extremely small, and no extra compensation circuit is required. Therefore, measurement errors and failures can be prevented even when the temperature of the fluidized medium is high. As the substrate 10 on which the thin film piezoelectric body is laminated, a polymer film such as polyethylene naphthalate (PEN) or polyethylene terephthalate (PET) can be used in addition to polyimide (PI).
基板10には、柔軟で十分な機械的強度および100度以上の耐熱性があることが望ましく、機械的な強度および耐熱性に優れるポリイミドがもっとも望ましい。基板10の厚みは薄すぎると機械的強度が不十分となり、厚すぎると電気的な損失が大きくなるため、1μm〜10μmの範囲であることが望ましい。 The substrate 10 desirably has a flexible and sufficient mechanical strength and a heat resistance of 100 ° C. or more, and is most preferably a polyimide having excellent mechanical strength and heat resistance. If the thickness of the substrate 10 is too thin, the mechanical strength becomes insufficient, and if it is too thick, the electrical loss increases, so that the thickness is desirably in the range of 1 μm to 10 μm.
さらに、基板10の下面側と圧電層11の上面側には、それぞれ第1電極層12および第2電極層13が形成されている。第1電極層12および第2電極層13としては、膜厚0.1μm(100nm)程度の白金(Pt)薄膜を利用できる。これらの電極層については、白金,金,銀,銅など各種金属や導電性を有する物質を使用することができる。電極層の腐食を防止するためには白金を用いることが好ましい。電極層の形成はスパッタリング法や蒸着法,さらにスクリーン印刷など一般的に用いられている方法で形成することができる。基板10や圧電層11との密着性を高めるためにはスパッタリング法で形成するのが好ましい。 Further, a first electrode layer 12 and a second electrode layer 13 are formed on the lower surface side of the substrate 10 and the upper surface side of the piezoelectric layer 11, respectively. As the first electrode layer 12 and the second electrode layer 13, a platinum (Pt) thin film having a thickness of about 0.1 μm (100 nm) can be used. For these electrode layers, various metals such as platinum, gold, silver, copper, and conductive materials can be used. In order to prevent corrosion of the electrode layer, it is preferable to use platinum. The electrode layer can be formed by a commonly used method such as sputtering, vapor deposition, or screen printing. In order to improve the adhesion to the substrate 10 and the piezoelectric layer 11, it is preferably formed by a sputtering method.
図3(b)は、他の形態の圧電センサ2の構成を示す断面図である。図3(a)に示す圧電センサ1を2層積層して構成したものである。この圧電センサ2は、以下のようにして作成する。まず、図3(a)で説明したように、基板10に圧電層11,第1電極層12,第2電極層13を積層形成して圧電センサ1を作成する。もう1枚の圧電センサに、電極層に検出端子やリード線等を接続するための接続穴14を形成して圧電センサ1aとする。 FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a configuration of the piezoelectric sensor 2 according to another embodiment. The piezoelectric sensor 1 shown in FIG. 3A is formed by laminating two layers. The piezoelectric sensor 2 is produced as follows. First, as described with reference to FIG. 3A, the piezoelectric layer 1, the first electrode layer 12, and the second electrode layer 13 are formed on the substrate 10 to form the piezoelectric sensor 1. A connection hole 14 for connecting a detection terminal, a lead wire, or the like is formed in the electrode layer on the other piezoelectric sensor to form a piezoelectric sensor 1a.
そして、圧電センサ1の第2電極層13側と、圧電センサ1aの第2電極層13a側が接触するように重ね合わせて接着する。第2電極層13と第2電極層13aとは電気的に接続される。接続穴14を通して検出端子やリード線等を第2電極層13aに接続する。第1電極層12と第1電極層12aも電気的に接続される。これらの第1電極層12,第1電極層12aに、もう一方の検出端子やリード線等が接続される。 Then, the second electrode layer 13 side of the piezoelectric sensor 1 and the second electrode layer 13a side of the piezoelectric sensor 1a are overlapped and bonded so as to contact each other. The second electrode layer 13 and the second electrode layer 13a are electrically connected. A detection terminal, a lead wire, and the like are connected to the second electrode layer 13a through the connection hole. The first electrode layer 12 and the first electrode layer 12a are also electrically connected. The other detection terminals and lead wires are connected to the first electrode layer 12 and the first electrode layer 12a.
圧電センサ2は、このように圧電センサ1に対応するものを2層重ね合わせて構成したので、圧力を受ける圧電層の面積が2倍になり、高感度の圧力センサとすることができる。また、圧電センサ2の内部が第1電極層12と第1電極層12aによってシールドされる構造となるので、外部からの電磁誘導ノイズ等を排除してS/N比を向上させることができる。なお、第2電極層13と第2電極層13aが外側になるように積層することもできるが、図示のように第2電極層13を内側にした方が圧電層11,11aが保護されるので好ましい。 Since the piezoelectric sensor 2 is configured by superposing two layers corresponding to the piezoelectric sensor 1 in this way, the area of the piezoelectric layer that receives pressure is doubled, and a highly sensitive pressure sensor can be obtained. Further, since the inside of the piezoelectric sensor 2 is shielded by the first electrode layer 12 and the first electrode layer 12a, electromagnetic induction noise from the outside can be eliminated and the S / N ratio can be improved. The second electrode layer 13 and the second electrode layer 13a can be laminated so that they are on the outside, but the piezoelectric layers 11 and 11a are protected when the second electrode layer 13 is on the inside as shown in the figure. Therefore, it is preferable.
また、図3(b)では2枚の圧電センサ1と圧電センサ1aとを重ね合わせて積層するようにしたが、1枚の圧電センサ1を第2電極層13が内側になるように折りたたんで接着してもよい。この場合も、圧電センサ1の適宜位置に予め接続穴14を形成しておく。なお、圧電センサの接着方法はシリコンゴムやエポキシなどの接着剤を用いるが、センサの柔軟性を保持するためにはシリコンゴムが好ましい。 Further, in FIG. 3B, the two piezoelectric sensors 1 and the piezoelectric sensor 1a are stacked and laminated, but the single piezoelectric sensor 1 is folded so that the second electrode layer 13 is on the inside. It may be glued. Also in this case, the connection hole 14 is formed in advance at an appropriate position of the piezoelectric sensor 1. Note that the adhesive method of the piezoelectric sensor uses an adhesive such as silicon rubber or epoxy, but silicon rubber is preferable in order to maintain the flexibility of the sensor.
図3(c)は、さらに他の形態の圧電センサ3の構成を示す断面図である。図3(b)に示す圧電センサ2に対応するものの上下両面に、保護フィルム31,32を接着してセンサ全体を覆うようにしたものである。圧電センサ本体が保護フィルム31,32によって保護されるため、耐熱性,耐久性がさらに向上する。そして、それぞれの保護フィルム31,32に金属のシールド層33,34を形成しておけば、電磁誘導ノイズ等に対するシールド性が向上してさらにS/N比を向上させることができる。 FIG. 3C is a cross-sectional view showing a configuration of a piezoelectric sensor 3 of still another form. Protection films 31 and 32 are adhered to the upper and lower surfaces of the sensor corresponding to the piezoelectric sensor 2 shown in FIG. 3B so as to cover the entire sensor. Since the piezoelectric sensor main body is protected by the protective films 31 and 32, heat resistance and durability are further improved. If the metal shield layers 33 and 34 are formed on the respective protective films 31 and 32, the shielding property against electromagnetic induction noise and the like can be improved, and the S / N ratio can be further improved.
上記の圧電センサ1〜3は、極めて薄いフィルム状で柔軟性に富んでいるため、配管300の外周形状に沿って密着して取り付けることができる。そして、ポンプ200によって発生する圧力脈動は、配管内部の流動媒体等によって配管300に伝搬し、その結果、配管壁に微小な歪が生じる。従って、図5及び図6に示すように、配管外周に密着している圧電センサ1〜3が、配管壁の微小な歪を検出し、その結果として圧力脈動の検出が可能となる。 Since the piezoelectric sensors 1 to 3 are extremely thin and rich in flexibility, they can be attached in close contact with the outer peripheral shape of the pipe 300. Then, the pressure pulsation generated by the pump 200 is propagated to the pipe 300 by a fluid medium or the like inside the pipe, and as a result, a minute distortion occurs in the pipe wall. Therefore, as shown in FIGS. 5 and 6, the piezoelectric sensors 1 to 3 that are in close contact with the outer periphery of the pipe detect minute distortion of the pipe wall, and as a result, pressure pulsation can be detected.
一方で、従来型の振動センサや加速度センサでは、配管300の平行運動による出力が混入するため正確な圧力脈動の検出が困難である。また、歪ゲージやレーザー変位計では、測定範囲が非常に狭く、ほとんどポイントでの計測になるため、内部の圧力脈動による配管の歪を検出するには感度が不足する。これに対し、圧電センサ1〜3は、フィルム基板全体に圧電層が形成されており、シート全体が配管壁に密着して設置されるので、配管内部の僅かな圧力脈動による配管壁の微小な歪を、シート面積全体で積分して検出することができる。即ち、配管壁の歪を検出する感度は、圧電センサ1〜3と配管壁との接触面積に比例するのであるから、シート状の圧電センサ1〜3全体を配管壁に密着させ、配管壁を広範囲にカバーすることで、配管壁の微小な歪みをシート面積全体で積分して検出することができ、これにより圧力脈動を検出するのに十分な感度を得ることができる。 On the other hand, with conventional vibration sensors and acceleration sensors, it is difficult to accurately detect pressure pulsations because output due to parallel movement of the pipe 300 is mixed. Also, strain gauges and laser displacement gauges have a very narrow measurement range and are measured almost at points, so that sensitivity is insufficient to detect strain in piping due to internal pressure pulsation. On the other hand, in the piezoelectric sensors 1 to 3, the piezoelectric layer is formed on the entire film substrate, and the entire sheet is installed in close contact with the pipe wall, so that the pipe wall is very small due to slight pressure pulsation inside the pipe. Distortion can be detected by integrating over the entire sheet area. That is, since the sensitivity for detecting the strain of the piping wall is proportional to the contact area between the piezoelectric sensors 1 to 3 and the piping wall, the entire sheet-like piezoelectric sensors 1 to 3 are brought into close contact with the piping wall. By covering a wide range, it is possible to integrate and detect minute distortions in the piping wall over the entire seat area, thereby obtaining sufficient sensitivity to detect pressure pulsations.
ここで、上記従来型の振動センサ等によって検出感度を向上させる方法としては、出力信号を電気的に増幅する増幅器の増幅率を上げる等、間接的な対処方法が主である。そのため、増幅器のノイズ等によりS/N比が低下するという欠点がある。これに対し、圧電センサ1〜3の場合は、センサを図3(b)(c)に示したような多層構造とする,又はセンサを配管300に対して重ね巻きする若しくは螺旋状に巻き付ける等、S/N比を低下させることなく直接的な方法で検出感度を向上させることができる。 Here, as a method for improving the detection sensitivity by the conventional vibration sensor or the like, an indirect countermeasure method such as increasing an amplification factor of an amplifier that electrically amplifies an output signal is mainly used. For this reason, there is a drawback that the S / N ratio is lowered due to noise of the amplifier or the like. On the other hand, in the case of the piezoelectric sensors 1 to 3, the sensor has a multilayer structure as shown in FIGS. 3B and 3C, or the sensor is wound around the pipe 300 or spirally wound. The detection sensitivity can be improved by a direct method without reducing the S / N ratio.
また、上記従来型の振動センサ等は、配管300の径や形状によっては取付けが制限されることがあるが、本発明の圧電センサ1〜3は、配管外周に接着させれば良いため、このような取付け上の制約が無く、システム全体として簡易かつ低コストにすることが可能であり、かつ既存の配管経路に対しても容易に使用することができる。 In addition, the above-described conventional vibration sensor or the like may be limited in installation depending on the diameter or shape of the pipe 300, but the piezoelectric sensors 1 to 3 of the present invention may be bonded to the outer periphery of the pipe. There are no such restrictions on installation, the entire system can be simplified and reduced in cost, and can be easily used for existing piping paths.
なお、図3(a)に示す圧電センサ1の厚さは全体で30μm以下とすることができ、図3(b)及び図3(c)に示す圧電センサ2,3の厚さは全体で60μm以下とすることができる。このため、極めて薄いフィルム状の圧電センサとなり、質量も極めて小さくなるため、圧力脈動の伝搬に対する影響を大幅に低減することができる。さらに、圧電センサ1〜3は、圧力脈動の検出に電力供給を必要とせず、低消費電力の詰まり検出システムを実現できる。 Note that the thickness of the piezoelectric sensor 1 shown in FIG. 3A can be 30 μm or less as a whole, and the thickness of the piezoelectric sensors 2 and 3 shown in FIGS. 3B and 3C is overall. It can be set to 60 μm or less. For this reason, since it becomes an extremely thin film-like piezoelectric sensor and the mass is also extremely small, the influence on the propagation of pressure pulsation can be greatly reduced. Furthermore, the piezoelectric sensors 1 to 3 do not require power supply for detecting pressure pulsations, and can realize a clogging detection system with low power consumption.
図1に戻り、各圧電センサ1は、ポンプ200及び配管300から構成される流動媒体の経路において、複数の所定箇所各々に設置される。この図の例では4カ所に設置されている。このとき、隣り合う圧電センサ1が同一の配管上に設置されていても良く、その間に継ぎ手があっても良い。ここで図1及び図4に示すように、圧電センサ1は、経路を構成する配管300の湾曲している部分の上流部,下流部に各々設置される。以下では、湾曲部の上流側(ポンプ側)の圧電センサ1をセンサA,湾曲部の下流側の圧電センサ1をセンサBと呼ぶ。 Returning to FIG. 1, each piezoelectric sensor 1 is installed at each of a plurality of predetermined locations in a flow path of a fluid medium including a pump 200 and a pipe 300. In the example of this figure, it is installed in four places. At this time, the adjacent piezoelectric sensors 1 may be installed on the same pipe, and there may be a joint between them. Here, as shown in FIGS. 1 and 4, the piezoelectric sensor 1 is installed at each of an upstream portion and a downstream portion of a curved portion of a pipe 300 constituting a path. Hereinafter, the piezoelectric sensor 1 on the upstream side (pump side) of the bending portion is referred to as sensor A, and the piezoelectric sensor 1 on the downstream side of the bending portion is referred to as sensor B.
各圧電センサ1から出力された電気信号は、それぞれチャージアンプ40によって増幅され、PC50が備えるA/D変換器51に入力される。このA/D変換器51では、アナログ信号が所定の周波数でサンプリングされ、ディジタル信号に変換される。制御部52は、CPU及びRAM等を備え、プログラムを実行してPC50に関する各種の処理を行うユニットである。ディジタル信号に変換された出力信号は、当該圧電センサ1を識別可能なセンサIDに関連づけて記憶装置53に記憶され、制御部52が実行する周波数解析プログラムによって高速フーリエ変換(FFT)され、その結果パワースペクトルが得られる。即ち各圧電センサ1の出力信号に対応したパワースペクトルが得られる。そして、各圧電センサ1のパワースペクトルは、当該圧電センサ1のセンサIDに関連づけて記憶装置53に記憶される。 The electric signal output from each piezoelectric sensor 1 is amplified by the charge amplifier 40 and input to the A / D converter 51 provided in the PC 50. In the A / D converter 51, an analog signal is sampled at a predetermined frequency and converted into a digital signal. The control unit 52 includes a CPU, a RAM, and the like, and is a unit that executes various programs and performs various processes related to the PC 50. The output signal converted into the digital signal is stored in the storage device 53 in association with the sensor ID that can identify the piezoelectric sensor 1, and is subjected to fast Fourier transform (FFT) by the frequency analysis program executed by the control unit 52. A power spectrum is obtained. That is, a power spectrum corresponding to the output signal of each piezoelectric sensor 1 is obtained. The power spectrum of each piezoelectric sensor 1 is stored in the storage device 53 in association with the sensor ID of the piezoelectric sensor 1.
また、制御部52は、各圧電センサ1のパワースペクトルに基づいて、隣り合う圧電センサ間における伝達関数を計算する。配管内部の流動媒体の流れ方向で、上流側を入力信号Si(f),下流側を出力信号So(f)とし、So=H(f)Si(f)の関係式から、伝達関数H(f)を計算する。ここでfは周波数を表す。伝達関数H(f)は、パワースペクトルに係る各周波数について算出され、上流側又は下流側の圧電センサ1のセンサIDに関連づけて記憶装置53に記憶される。 Further, the control unit 52 calculates a transfer function between adjacent piezoelectric sensors based on the power spectrum of each piezoelectric sensor 1. From the relational expression of So = H (f) Si (f) where the upstream side is the input signal Si (f) and the downstream side is the output signal So (f), the transfer function H ( f) is calculated. Here, f represents a frequency. The transfer function H (f) is calculated for each frequency related to the power spectrum, and is stored in the storage device 53 in association with the sensor ID of the upstream or downstream piezoelectric sensor 1.
結果として、記憶装置53には、各圧電センサ1のセンサIDに関連づけて、出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数が記憶されることになる。そして、これらはPC50に接続されているモニタ60に表示することができる。なお、各圧電センサ1からの出力信号は常時変化しているため、これに伴い、記憶装置53に記憶されている出力信号は所定期間毎(例えば60秒毎)に最新のデータに更新され、出力信号の更新に伴い、パワースペクトル及び伝達関数も所定期間毎に更新される。即ち、随時、記憶装置53の出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数がリアルタイムに更新され、これに伴いモニタ60の表示も更新されることになる。オペレータは、リアルタイムの出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数を観察することが可能となる。なお、本実施例においては、これらリアルタイムの出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数が、後述する基準データと対比される対象データとなる。 As a result, the storage device 53 stores an output signal, a power spectrum, and a transfer function in association with the sensor ID of each piezoelectric sensor 1. These can be displayed on a monitor 60 connected to the PC 50. Since the output signal from each piezoelectric sensor 1 is constantly changing, the output signal stored in the storage device 53 is updated to the latest data every predetermined period (for example, every 60 seconds). Along with the update of the output signal, the power spectrum and the transfer function are also updated every predetermined period. That is, the output signal, power spectrum, and transfer function of the storage device 53 are updated in real time, and the display on the monitor 60 is also updated accordingly. The operator can observe the real-time output signal, power spectrum, and transfer function. In this embodiment, the real-time output signal, power spectrum, and transfer function are the target data to be compared with reference data described later.
[2.詰まり検出システムの作用]
次に詰まり検出システム100の作用について説明する。本発明の詰まり検出システム100では、まず、配管内に詰まりが無い状態において、ポンプ運転中の圧電センサ1の出力信号に基づく基準データを取得し、これを記憶装置53に記憶しておくことを要する。本例において基準データとして記憶されるのは、出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数である。
[2. Operation of clogging detection system]
Next, the operation of the clogging detection system 100 will be described. In the clogging detection system 100 of the present invention, first, reference data based on the output signal of the piezoelectric sensor 1 during pump operation is acquired in a state where there is no clogging in the pipe, and this is stored in the storage device 53. Cost. In this example, the output signal, power spectrum, and transfer function are stored as reference data.
具体的には、配管内に残留物や付着物等の詰まりが一切無い状態において、オペレーターが、PC50で所定の操作(例えばモニタ60に表示される「基準データ取得」ボタンの選択)を行うことによって、基準データ取得プログラムを実行させる。これにより、各圧電センサ1について、所定期間(例えば60秒間)の出力信号,当該出力信号に対応するパワースペクトル,及び当該パワースペクトルに係る各周波数についての隣り合う圧電センサ間における伝達関数が、基準データとして、当該圧電センサ1のセンサIDに関連づけて記憶装置53に記憶される。これらの基準データは、前述したリアルタイムの出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数とは異なる記憶領域に記憶されており、更新されない。 Specifically, the operator performs a predetermined operation on the PC 50 (for example, selection of the “reference data acquisition” button displayed on the monitor 60) in a state where there is no clogging of residue or deposits in the piping. To execute the reference data acquisition program. Thereby, for each piezoelectric sensor 1, an output signal for a predetermined period (for example, 60 seconds), a power spectrum corresponding to the output signal, and a transfer function between adjacent piezoelectric sensors for each frequency related to the power spectrum are set as a reference. Data is stored in the storage device 53 in association with the sensor ID of the piezoelectric sensor 1. These reference data are stored in a storage area different from the aforementioned real-time output signal, power spectrum, and transfer function, and are not updated.
次に、詰まり検出システム100において、基準データと対比される対象データとなるリアルタイムの出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数を取得する。詰まりが生じている状態での対象データを取得すべく、図4に示すように、配管の湾曲部分の内壁に粘土を付着させた。この付着箇所はセンサAとセンサBの中間に相当し、粘土の量は、配管内径の1/2が詰まる程度の量である。この詰まりは圧力脈動の伝搬に影響を与え、結果としてリアルタイムの出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数に影響を及ぼすことになる。 Next, the clogging detection system 100 acquires a real-time output signal, a power spectrum, and a transfer function that are target data to be compared with the reference data. In order to acquire the target data in the state where clogging has occurred, as shown in FIG. 4, clay was adhered to the inner wall of the curved portion of the pipe. This adhesion location corresponds to the middle between the sensor A and the sensor B, and the amount of clay is such that half of the inner diameter of the pipe is clogged. This clogging affects the propagation of pressure pulsations and consequently the real-time output signal, power spectrum, and transfer function.
この状態で、オペレータが、PC50で第1の操作(例えばモニタ60に表示される「リアルタイムモード(1)」ボタンの選択)を行うことによって、図5に示すように、センサAについて、基準データとしての出力信号(図5(a))と、対象データとなるリアルタイムの出力信号(図5(b))がモニタ60に対比可能に出力される。また、図6に示すように、センサBについて、基準データとしての出力信号(図6(a))と、対象データとなるリアルタイムの出力信号(図6(b))がモニタ60に対比可能に出力される。 In this state, when the operator performs a first operation (for example, selection of the “real time mode (1)” button displayed on the monitor 60) on the PC 50, as shown in FIG. Output signal (FIG. 5A) and a real-time output signal as the target data (FIG. 5B) are output to the monitor 60 for comparison. Further, as shown in FIG. 6, for the sensor B, the output signal (FIG. 6A) as reference data and the real-time output signal (FIG. 6B) as target data can be compared with the monitor 60. Is output.
この図5(a)に示す基準データとしての出力信号において、オペレータは2秒程度の周期の信号成分が含まれることを把握することができる。そして、ポンプの1秒あたりの回転数が0.44であることから、その周期の信号成分が圧力脈動であることを推測することができる。また、図5(b)に示すリアルタイムの出力信号においても、図5(a)と同様に2秒程度の周期の信号成分が含まれることを把握することができ、その周期の信号成分が圧力脈動であることを推測することができる。また、両出力信号に係る圧力脈動の振幅が同程度であると推定することができる。即ち、基準データとリアルタイムの出力信号とを比較して、圧力脈動の周期,振幅が同程度であるため、圧力脈動の伝搬を阻害し、圧力脈動を減衰させるような要因がセンサAの上流側には無いと推定される。結果として、オペレータは、図5の比較から、センサAの上流側では詰まりが生じていないと推定することができる。 In the output signal as the reference data shown in FIG. 5A, the operator can grasp that a signal component having a period of about 2 seconds is included. And since the rotation speed per second of a pump is 0.44, it can be estimated that the signal component of the period is a pressure pulsation. Further, in the real-time output signal shown in FIG. 5B, it can be understood that the signal component having a period of about 2 seconds is included as in FIG. It can be inferred that this is a pulsation. Moreover, it can be estimated that the amplitude of the pressure pulsation concerning both output signals is comparable. That is, comparing the reference data with the real-time output signal, the period and amplitude of the pressure pulsation are approximately the same, so that the factor that inhibits the propagation of the pressure pulsation and attenuates the pressure pulsation is upstream of the sensor A. Is estimated to be absent. As a result, the operator can estimate from the comparison in FIG. 5 that no clogging has occurred upstream of the sensor A.
図6(a)に示す基準データとしての出力信号においては、オペレータは、微弱ながらも2秒程度の周期の信号成分が含まれることを把握することができる。そして、ポンプの1秒あたりの回転数が0.44であることから、その周期の信号成分が圧力脈動であることを推測することができる。一方、図6(b)に示すリアルタイムの出力信号においては、一見したところ2秒程度の周期の信号成分を視認することができない。即ち、基準データと比較してリアルタイムの出力信号における圧力脈動が減衰しているので、圧力脈動の伝搬を阻害し、圧力脈動を減衰させるような要因がセンサBの上流側に存在していると推定される。結果として、オペレータは、図5及び図6の比較から、センサAの下流側,かつセンサBの上流側で詰まりが生じていることを推定することができる。 In the output signal as the reference data shown in FIG. 6A, the operator can grasp that a signal component having a period of about 2 seconds is included although it is weak. And since the rotation speed per second of a pump is 0.44, it can be estimated that the signal component of the period is a pressure pulsation. On the other hand, in the real-time output signal shown in FIG. 6B, it is impossible to visually recognize a signal component having a period of about 2 seconds. That is, since the pressure pulsation in the real-time output signal is attenuated as compared with the reference data, if there is a factor on the upstream side of the sensor B that inhibits the propagation of the pressure pulsation and attenuates the pressure pulsation. Presumed. As a result, the operator can deduce that clogging has occurred on the downstream side of sensor A and on the upstream side of sensor B from the comparison of FIGS. 5 and 6.
このように、圧電センサ1の出力信号に基づいて、詰まり箇所の特定を容易に行うことが可能であり、詰まり箇所の特定を行うにあたって検査用の器具を挿入して手動操作する必要もないため作業効率も良い。また、基準データと比較したリアルタイムの圧力脈動の減衰具合によって、詰まり具合の判断を行うことも可能である。 As described above, it is possible to easily identify the clogged portion based on the output signal of the piezoelectric sensor 1, and it is not necessary to insert an inspection tool and perform manual operation when specifying the clogged portion. Work efficiency is also good. It is also possible to determine the degree of clogging based on the real-time attenuation of pressure pulsation compared to the reference data.
次に、オペレータが、PC50で第2の操作(例えばモニタ60に表示される「リアルタイムモード(2)」ボタンの選択)を行うことによって、図7に示すように、センサAについて、基準データとしてのパワースペクトルと、対象データとなるリアルタイムのパワースペクトルがモニタ60に対比可能に出力される。また、図8に示すように、センサBについて、基準データとしてのパワースペクトルと、対象データとなるリアルタイムのパワースペクトルがモニタ60に対比可能に出力される。 Next, when the operator performs a second operation (for example, selection of the “real time mode (2)” button displayed on the monitor 60) on the PC 50, as shown in FIG. And a real-time power spectrum as target data are output to the monitor 60 so that they can be compared. Further, as shown in FIG. 8, for the sensor B, the power spectrum as the reference data and the real-time power spectrum as the target data are output to the monitor 60 so that they can be compared.
この図7に示す基準データとしてのパワースペクトル,リアルタイムのパワースペクトルの両者において、オペレータは0Hz近辺の直流成分を除いて、複数のピークを視認することができる。このうち最も低い周波数に係るピークは、圧力脈動のパワー密度を示しており、当該周波数は圧力脈動の基本周波数である。即ち、最初のピークは基本波のパワー密度を示す。また、2番目,3番目のピークは、それぞれ圧力脈動の2倍波,3倍波のパワー密度を示す。よって、オペレータは、前述したようにポンプの回転数からも圧力脈動の基本周波数を計算することができるし、図7のようなパワースペクトルのピークからも圧力脈動の基本周波数を把握することができる。 In both the power spectrum as the reference data shown in FIG. 7 and the real-time power spectrum, the operator can visually recognize a plurality of peaks except for the DC component in the vicinity of 0 Hz. Of these, the peak associated with the lowest frequency indicates the power density of the pressure pulsation, and this frequency is the fundamental frequency of the pressure pulsation. That is, the first peak indicates the power density of the fundamental wave. The second and third peaks indicate the power density of the second and third harmonics of the pressure pulsation, respectively. Therefore, the operator can calculate the basic frequency of pressure pulsation also from the number of revolutions of the pump as described above, and can grasp the basic frequency of pressure pulsation from the peak of the power spectrum as shown in FIG. .
ここで後述するように、詰まりが発生している状態で、基準データとリアルタイムのパワースペクトルとを比較した場合、基本波のパワー密度に明確な差が生じる。具体的には、リアルタイムのパワー密度は、基準データのパワー密度と比較して低くなるという特徴がある。一方、2倍波,3倍波等の高調波のパワー密度には明確な差は生じないという特徴がある。 As will be described later, when the reference data and the real-time power spectrum are compared in a state where clogging occurs, a clear difference occurs in the power density of the fundamental wave. Specifically, the real-time power density is characterized by being lower than the power density of the reference data. On the other hand, there is a feature that there is no clear difference in power density of harmonics such as second harmonic and third harmonic.
この特徴を踏まえ、図7において基本波のパワー密度を比較すると、基準データ,リアルタイムのパター密度のいずれも−40db程度であり、両者に明確な差があるとはいえない。よって、圧力脈動の伝搬を阻害し、圧力脈動を減衰させるような要因がセンサAの上流側には無いと推定される。結果として、オペレータは、図7の比較から、センサAの上流側では詰まりが生じていないと推定することができる。 Based on this feature, when comparing the power density of the fundamental wave in FIG. 7, both the reference data and the real-time pattern density are about −40 db, and it cannot be said that there is a clear difference between them. Therefore, it is estimated that there is no factor on the upstream side of the sensor A that inhibits the propagation of the pressure pulsation and attenuates the pressure pulsation. As a result, the operator can estimate from the comparison of FIG. 7 that no clogging has occurred on the upstream side of the sensor A.
一方で、図8において基本波のパワー密度を比較すると、基準データが−50dB程度であるのに対し、リアルタイムのパワー密度は−60dB程度であるから、リアルタイムのパワー密度は基準データから約10dB低下しているということがいえる。よって、圧力脈動の伝搬を阻害し、圧力脈動を減衰させるような要因がセンサBの上流側に存在していると推定される。結果として、オペレータは、図7及び図8の比較から、センサAの下流側,かつセンサBの上流側で詰まりが生じていることを推定することができる。なお、図8に示すように、詰まりが発生している状態であっても、2倍波,3倍波等の高調波のパワー密度は減衰しない。 On the other hand, when the power density of the fundamental wave is compared in FIG. 8, the reference data is about −50 dB, whereas the real-time power density is about −60 dB, so the real-time power density is about 10 dB lower than the reference data. It can be said that they are doing. Therefore, it is estimated that a factor that inhibits the propagation of the pressure pulsation and attenuates the pressure pulsation exists on the upstream side of the sensor B. As a result, the operator can estimate that clogging has occurred on the downstream side of sensor A and on the upstream side of sensor B from the comparison of FIGS. 7 and 8. In addition, as shown in FIG. 8, even in the state where clogging occurs, the power density of harmonics such as second harmonic and third harmonic does not attenuate.
このように、圧力脈動の基本周波数において、詰まりが無い状態におけるパワー密度と、リアルタイムのパワー密度とを対比可能なので、詰まりによるパワー密度の低下を把握して、詰まり箇所の特定を容易に行うことが可能となる。また、パワー密度の低下の程度によって詰まり具合の判断を容易に行うことが可能である。さらに、圧力脈動の基本周波数に係るパワー密度のみを比較可能なので、単に圧電センサ1の出力信号を比較する場合と比べて、詰まり箇所の特定及び詰まり具合の判断をより正確に行うことができる。 In this way, at the fundamental frequency of pressure pulsation, the power density in the state without clogging can be compared with the real-time power density, so it is easy to identify the clogging location by grasping the decrease in power density due to clogging. Is possible. In addition, it is possible to easily determine the degree of clogging according to the degree of decrease in power density. Furthermore, since only the power density related to the fundamental frequency of the pressure pulsation can be compared, it is possible to more accurately identify the clogged portion and determine the clogging condition than when simply comparing the output signals of the piezoelectric sensor 1.
ここで、前述したように、基準データとしての伝達関数及び対象データとなるリアルタイムの伝達関数は、パワースペクトルに係る各周波数について算出され、記憶装置53に記憶されている。そして、オペレータは、前述した計算式又はパワースペクトルのピークから圧力脈動の基本周波数を把握することができるので、記憶装置53に記憶されている基準データ及びリアルタイムの伝達関数各々から、当該基本周波数に合致する伝達関数を選択し、両伝達関数をモニタ60に表示して対比することができる。図9の例では、基本波の他に、2倍波,3倍波の伝達関数も選択され、これらがグラフ形式で表示されている。 Here, as described above, the transfer function as the reference data and the real-time transfer function as the target data are calculated for each frequency related to the power spectrum and stored in the storage device 53. And since the operator can grasp | ascertain the fundamental frequency of a pressure pulsation from the peak of the calculation formula mentioned above or a power spectrum, it becomes the said fundamental frequency from each of the reference data memorize | stored in the memory | storage device 53, and a real-time transfer function. Matching transfer functions can be selected and both transfer functions displayed on the monitor 60 for comparison. In the example of FIG. 9, in addition to the fundamental wave, transfer functions of second and third harmonics are also selected and displayed in a graph format.
図9に示すように、詰まりが発生している状態で、基準データとリアルタイムの伝達関数とを比較した場合、基本波の伝達関数に明確な差が生じる。具体的には、リアルタイムの伝達関数は、基準データの伝達関数と比較して低くなるという特徴がある。一方、2倍波,3倍波等の高調波の伝達関数には明確な差は生じないという特徴がある。 As shown in FIG. 9, when reference data and a real-time transfer function are compared in a state where clogging occurs, a clear difference occurs in the transfer function of the fundamental wave. Specifically, the real-time transfer function is characterized by being lower than the transfer function of the reference data. On the other hand, there is a characteristic that a clear difference does not occur in the transfer functions of harmonics such as second harmonic and third harmonic.
図9において基本波の伝達関数を比較すると、リアルタイムの伝達関数は基準データと比較してゲインが低くなる。この例では、基準データの0.4に対して、リアルタイムの伝達関数は0.1となっており、明確な差があるといえる。よって、圧力脈動の伝搬を阻害し、圧力脈動を減衰させるような要因がセンサAとセンサBの間に存在していると推定される。結果として、オペレータは、図9から、センサAの下流側,かつセンサBの上流側で詰まりが生じていることを推定することができる。 When the transfer functions of the fundamental wave are compared in FIG. 9, the gain of the real-time transfer function is lower than that of the reference data. In this example, the real-time transfer function is 0.1 with respect to 0.4 of the reference data, and it can be said that there is a clear difference. Therefore, it is estimated that there is a factor between the sensor A and the sensor B that inhibits the propagation of the pressure pulsation and attenuates the pressure pulsation. As a result, the operator can estimate from FIG. 9 that clogging has occurred on the downstream side of sensor A and on the upstream side of sensor B.
このように、圧力脈動の基本周波数において、詰まりが無い状態における伝達関数と、リアルタイムの伝達関数とを対比可能なので、詰まりによる伝達関数の低下を把握して、詰まり箇所の特定を容易に行うことが可能である。また、伝達関数の低下の程度によって詰まり具合の判断を容易に行うことが可能である。さらに、基本周波数に係る伝達関数のみを比較可能なので、単に圧電センサ1の出力信号を比較する場合と比べて、詰まり箇所の特定及び詰まり具合の判断をより正確に行うことができる。 In this way, at the fundamental frequency of pressure pulsation, the transfer function in the state without clogging can be compared with the real-time transfer function, so it is easy to identify clogged parts by grasping the drop in transfer function due to clogging. Is possible. Moreover, it is possible to easily determine the degree of clogging according to the degree of decrease in the transfer function. Furthermore, since only the transfer functions related to the fundamental frequency can be compared, it is possible to more accurately identify the clogged portion and determine the clogging condition than when simply comparing the output signals of the piezoelectric sensor 1.
さらに、前述した出力信号の対比又はパワースペクトルの対比によって詰まり箇所を特定する場合には、センサAとセンサBのそれぞれの出力信号又はパワースペクトルについて、基準データとリアルタイムのデータを確認しなければ、センサAとセンサBの間に詰まりがあることを特定できなかった。つまり4つのデータ(センサAの基準データ及びリアルタイムのデータ,センサBの基準データ及びリアルタイムのデータ)を参照する必要があった。これに対して、伝達関数の対比によって詰まり箇所を特定する場合には、2つのデータ(基準データとしての伝達関数及びリアルタイムの伝達関数)を参照するのみで、より容易にセンサAとセンサBの間に詰まりがあることを特定することができる。 Further, in the case where the clogged portion is specified by the comparison of the output signals or the comparison of the power spectrum, the reference data and the real-time data are not confirmed for the output signals or power spectra of the sensors A and B. It was not possible to specify that there was a blockage between sensor A and sensor B. That is, it is necessary to refer to four data (reference data and real-time data of sensor A, reference data and real-time data of sensor B). On the other hand, when the clogged portion is specified by contrasting the transfer functions, it is easier to refer to the sensor A and the sensor B only by referring to two data (transfer function as reference data and real-time transfer function). It can be identified that there is a blockage in between.
ここで、上記の例では、オペレータが、記憶装置53の基準データ及びリアルタイムの伝達関数各々から、基本周波数に合致する伝達関数を選択しているが、この作業を自動化することも可能である。具体的には、制御部52が実行する周波数解析プログラムによって、基準データとしてのパワースペクトルから0Hz近辺のパワーを除外し、最も低い周波数帯域でのピークを検出する。そして、当該ピークに係る周波数を圧力脈動の基本周波数として特定する。さらに、記憶装置53の基準データ及びリアルタイムの伝達関数各々から、当該基本周波数に合致する伝達関数を自動抽出し、図9に示すように、両伝達関数を対比可能に自動表示する。また、図9の例のように、基本波の他に、2倍波,3倍波の伝達関数も自動抽出し、これらをまとめてグラフ形式で表示するようにしても良い。 Here, in the above example, the operator selects a transfer function that matches the fundamental frequency from the reference data in the storage device 53 and the real-time transfer function, but this operation can also be automated. Specifically, the frequency analysis program executed by the control unit 52 excludes power near 0 Hz from the power spectrum as reference data, and detects a peak in the lowest frequency band. And the frequency concerning the said peak is specified as a fundamental frequency of pressure pulsation. Furthermore, a transfer function matching the fundamental frequency is automatically extracted from the reference data and the real-time transfer function of the storage device 53, and both transfer functions are automatically displayed so as to be comparable as shown in FIG. Further, as in the example of FIG. 9, in addition to the fundamental wave, the transfer functions of the second harmonic and the third harmonic may be automatically extracted, and these may be collectively displayed in a graph format.
このように、制御部52は、パワースペクトルから圧力脈動の周波数を自動的に特定することができる。即ち、システムのオペレーターが、圧力脈動の周波数を計算したり周波数解析結果から特定する作業が不要である。また、当該周波数に合致する伝達関数が自動表示されるので、当該周波数に合致する伝達関数を選択する必要が無く、人為的なミスによる誤判定を防止することもできる。また、ポンプの回転数を変更した場合に、システム側でも圧力脈動の周波数が自動的に変更されるため、圧力脈動の周波数の違いによる誤判定を防止することができる。 Thus, the control unit 52 can automatically specify the frequency of the pressure pulsation from the power spectrum. That is, there is no need for the system operator to calculate the pressure pulsation frequency or to specify the frequency analysis result. In addition, since a transfer function that matches the frequency is automatically displayed, it is not necessary to select a transfer function that matches the frequency, and erroneous determination due to human error can be prevented. Further, when the number of rotations of the pump is changed, the pressure pulsation frequency is automatically changed even on the system side, so that erroneous determination due to the difference in the pressure pulsation frequency can be prevented.
また、別途ポンプの回転数を観測するための観測機構,処理経路を設ける必要も無く、配管内の圧力脈動を観測するために当初設置した圧電センサ1のみで、より簡易的に圧力脈動の周波数を特定可能である。さらに、前述したように、ポンプの種類,構造によって、回転数から圧力脈動の周波数を算出する計算式は異なるため、例え回転数を観測できたとしても、回転数から圧力脈動の周波数を算出する際に煩雑な処理を要する。これに対し、出力信号から直接的に圧力脈動の周波数を特定する本方式は、このような煩雑な処理が不要であり、様々なポンプに柔軟に対応することが可能である。 Further, there is no need to provide an observation mechanism and a processing path for separately observing the rotational speed of the pump, and the pressure pulsation frequency can be simplified more simply by using the piezoelectric sensor 1 originally installed for observing the pressure pulsation in the pipe. Can be specified. Furthermore, as described above, the calculation formula for calculating the pressure pulsation frequency from the rotational speed differs depending on the type and structure of the pump, so even if the rotational speed can be observed, the pressure pulsation frequency is calculated from the rotational speed. In this case, complicated processing is required. On the other hand, the present method for specifying the frequency of pressure pulsation directly from the output signal does not require such a complicated process and can flexibly deal with various pumps.
なお、図9では基準データとリアルタイムの伝達関数とを対比表示させる際、伝達関数自体を表示しているが、図10のように、各伝達関数の比率を表示するようにしても良い。基準データとしての伝達関数をHn(f),リアルタイムの伝達関数をHb(f)とし、Γ(f)=Hb(f)/Hn(f)の関係式から、伝達関数の比率であるΓ(f)を計算する。その結果、図10に示すように、基準データに対するリアルタイムの伝達関数の比率を把握することが容易となり、結果として詰まり箇所の特定及び詰まり具合の判断がさらに容易になる。伝達関数の比率は、原則として基本周波数についてのみ算出すれば良いが、この図10の例では、基本周波数の他に、2倍波,3倍波について伝達関数の比率が算出され、これらがまとめてグラフ形式で表示されている。 In FIG. 9, when the reference data and the real-time transfer function are displayed in comparison, the transfer function itself is displayed. However, as shown in FIG. 10, the ratio of each transfer function may be displayed. The transfer function as the reference data is Hn (f), the real-time transfer function is Hb (f), and from the relational expression Γ (f) = Hb (f) / Hn (f), the transfer function ratio Γ ( f) is calculated. As a result, as shown in FIG. 10, it becomes easy to grasp the ratio of the real-time transfer function to the reference data, and as a result, it becomes easier to identify the clogged portion and determine the clogging condition. As a general rule, the ratio of the transfer function may be calculated only for the fundamental frequency. However, in the example of FIG. 10, the ratio of the transfer function is calculated for the second and third harmonics in addition to the fundamental frequency. Are displayed in graph format.
ここで、基本周波数における伝達関数の比に対して所定の閾値を設定しておき、その閾値を下回った場合には、PC50のスピーカ等から警報を発するようにしている。これにより、配管内の詰まりが一定程度に達した場合に、オペレータがこれに気づいて、容易に詰まり箇所を特定し、対処することができる。 Here, a predetermined threshold is set for the ratio of the transfer function at the fundamental frequency, and an alarm is issued from the speaker of the PC 50 or the like when the ratio falls below the threshold. As a result, when the clogging in the pipe reaches a certain level, the operator can recognize this and easily identify the clogged portion and deal with it.
以上のように、本発明の詰まり検出システム100によれば、配管外周に圧電センサ1を設置する構成としているため、システム全体として簡易かつ低コストにすることが可能であり、既存の配管経路に対しても容易に利用できる。また、配管300の外周に複数の圧電センサ1を密着させることで、出力信号,パワースペクトル,又は伝達関数に基づいて、詰まり箇所の特定を容易に行うことが可能である。そして、検査用の器具を挿入して手動操作する必要もないため作業効率も良く、配管内部への異物混入を防止して衛生状態を確保することもできる。 As described above, according to the clogging detection system 100 of the present invention, since the piezoelectric sensor 1 is installed on the outer periphery of the pipe, the entire system can be simplified and reduced in cost, and the existing pipe path can be reduced. It can be used easily. In addition, by attaching the plurality of piezoelectric sensors 1 to the outer periphery of the pipe 300, it is possible to easily identify a clogged portion based on an output signal, a power spectrum, or a transfer function. Further, since it is not necessary to insert an inspection instrument and perform manual operation, work efficiency is good, and contamination with foreign matter inside the piping can be prevented to ensure a sanitary condition.
また、詰まりが生じやすい配管湾曲部の上流部にセンサA,下流部にセンサBを設置して、基準データの伝達関数とリアルタイムの伝達関数を対比可能なので、詰まりの発生を把握しやすい。 In addition, since the sensor A is installed upstream of the curved portion of the pipe where clogging is likely to occur, and the sensor B is installed downstream, it is possible to compare the transfer function of the reference data with the real-time transfer function.
ここで、配管を透明にすることによって詰まり箇所の特定を容易にするという方法もあるが、透明な配管自体が比較的高価であること、また、既に構築されている経路については、分解して配管を透明なものに交換しなければならないことから、コスト面及び労力の面で問題がある。また、流動媒体の性質によっては透明な素材を用いることができない可能性もあることから、本発明に係る詰まり検出システム1は優位性がある。 Here, there is also a method of facilitating the identification of the clogged portion by making the pipe transparent, but the transparent pipe itself is relatively expensive, and the already constructed route is disassembled. Since the piping must be replaced with a transparent one, there is a problem in terms of cost and labor. In addition, since there is a possibility that a transparent material cannot be used depending on the properties of the fluid medium, the clogging detection system 1 according to the present invention is advantageous.
[3.詰まり検出システムの変形例]
最後に、本発明に係る詰まり検出システムの変形例について説明する。
[3. Modified example of clogging detection system]
Finally, a modification of the clogging detection system according to the present invention will be described.
本発明は、ポンプ及び配管から構成される流動媒体の経路において、フィルム状の圧電センサを配管外周の形状に沿って密着して配置しておき、基準データと圧電センサの出力信号に基づく対象データとを対比可能に出力することにより、詰まり箇所の特定を可能とするものである。従って、圧力脈動に限らず、配管内になんらかの圧力の変動が生じる場合には、圧電センサの出力信号に基づく対象データを基準データと対比することで、詰まり箇所の特定が可能になる。 According to the present invention, a film-like piezoelectric sensor is disposed in close contact with the outer circumference of a pipe in a flow path of a fluid medium including a pump and a pipe, and target data based on reference data and an output signal of the piezoelectric sensor. Is output so as to be comparable, so that the clogged portion can be specified. Therefore, not only the pressure pulsation but also when any pressure fluctuation occurs in the piping, the target data based on the output signal of the piezoelectric sensor can be compared with the reference data to identify the clogged portion.
例えば、配管経路におけるバルブの開閉に伴うステップ状の圧力変動が配管内に生じたとき、詰まりが無い場合には出力信号の振幅が大きいが、詰まりが生じている場合には、出力信号の振幅が小さいという特徴がある。従って、その振幅の差違によって詰まり箇所の推定及び詰まり具合の推定が可能となる。即ち、配管内の圧力脈動を検出することができない場合であっても、配管内に何らかの圧力変動が生じていれば、これを圧電センサで検出することにより詰まり箇所の推定及び詰まり具合の推定が可能となる。 For example, when a step-like pressure fluctuation associated with the opening and closing of a valve in the piping path occurs in the piping, the amplitude of the output signal is large when there is no clogging, but the amplitude of the output signal when there is clogging There is a feature that is small. Therefore, it is possible to estimate the clogging location and the clogging degree due to the difference in amplitude. That is, even if pressure pulsation in the pipe cannot be detected, if there is some pressure fluctuation in the pipe, it is possible to estimate the clogging location and clogging by detecting this with a piezoelectric sensor. It becomes possible.
上記の実施形態では、基準データと対比される対象データが、リアルタイムの出力信号,パワースペクトル,及び伝達関数である例について説明したが、対象データは、これらリアルタイムのデータに限らない。例えば、出力信号を比較的長期間(例えば24時間以上)記憶装置に保存しておき、オペレーターがその期間中の任意の期間を指定し、その指定期間の出力信号,当該出力信号のパワースペクトル,及び当該パワースペクトルに係る伝達関数を対象データとするようにしても良い。即ち、記憶されているデータのうちの任意の期間のデータを対象データとすることが可能である。 In the above-described embodiment, an example in which target data to be compared with reference data is a real-time output signal, a power spectrum, and a transfer function has been described. However, target data is not limited to these real-time data. For example, the output signal is stored in a storage device for a relatively long period (for example, 24 hours or more), the operator designates an arbitrary period in the period, the output signal of the designated period, the power spectrum of the output signal, In addition, a transfer function related to the power spectrum may be used as target data. That is, it is possible to set the data for any period of the stored data as the target data.
上記の実施形態では、基準データとしての伝達関数及びリアルタイムの伝達関数は、パワースペクトルに係る各周波数について算出され、記憶装置53に記憶されているが、前述したように、当該パワースペクトルから圧力脈動の基本周波数を自動的に特定可能であることから、当該基本周波数についてのみ伝達関数を算出して記憶するようにしても良い。これにより、計算処理を大幅に省略可能であり、また伝達関数の記憶領域も少なくてすむ。 In the above embodiment, the transfer function as the reference data and the real-time transfer function are calculated for each frequency related to the power spectrum and stored in the storage device 53, but as described above, the pressure pulsation is calculated from the power spectrum. Therefore, the transfer function may be calculated and stored only for the fundamental frequency. As a result, the calculation process can be largely omitted, and the storage area for the transfer function can be reduced.
1…圧電センサ
2…圧電センサ
3…圧電センサ
50…PC
52…制御部
53…記憶装置
60…モニタ
100…詰まり検出システム
200…ポンプ
300…配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezo sensor 2 ... Piezo sensor 3 ... Piezo sensor 50 ... PC
52 ... Control unit 53 ... Storage device 60 ... Monitor 100 ... Clogging detection system 200 ... Pump 300 ... Piping
Claims (4)
前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づく基準データを記憶しておく基準データ記憶手段と、
該基準データ記憶手段に記憶されている基準データと、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づく対象データとを、対比可能に出力する出力手段と、を備え、
前記基準データ記憶手段は、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づいて計測される、前記ポンプで発生する圧力脈動の周波数近辺におけるパワーを記憶しておき、
前記出力手段は、該基準データ記憶手段に記憶されているパワーと、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺における実測パワーとを、対比可能に出力することを特徴とする詰まり検出システム。 A film-like piezoelectric sensor installed in close contact with each other at a plurality of predetermined locations along the shape of the outer circumference of the pipe in the path of the fluid medium composed of the pump and the pipe connected to the pump;
Reference data storage means for storing reference data based on an output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation in a state where there is no clogging in the pipe;
Output means for outputting the reference data stored in the reference data storage means and the target data based on the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period in a comparable manner;
The reference data storage means stores power in the vicinity of the frequency of pressure pulsation generated by the pump, which is measured based on an output signal of the piezoelectric sensor during operation of the pump when the pipe is not clogged. Every
The output means outputs the power stored in the reference data storage means and the measured power near the frequency of the pressure pulsation, which is measured based on the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period, in a comparable manner. A clogging detection system characterized by:
前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づく基準データを記憶しておく基準データ記憶手段と、
該基準データ記憶手段に記憶されている基準データと、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づく対象データとを、対比可能に出力する出力手段と、を備え、
前記基準データ記憶手段は、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づいて計測される、前記ポンプで発生する圧力脈動の周波数近辺におけるパワーに関する隣り合う圧電センサ間での伝達係数を記憶しておき、
前記出力手段は、該基準データ記憶手段に記憶されている伝達関数と、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺における実測パワーに関する隣り合う圧電センサ間での伝達関数とを、対比可能に出力することを特徴とする詰まり検出システム。 A film-like piezoelectric sensor installed in close contact with each other at a plurality of predetermined locations along the shape of the outer circumference of the pipe in the path of the fluid medium composed of the pump and the pipe connected to the pump;
Reference data storage means for storing reference data based on an output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation in a state where there is no clogging in the pipe;
Output means for outputting the reference data stored in the reference data storage means and the target data based on the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period in a comparable manner;
The reference data storage means is an adjacent piezoelectric related to the power in the vicinity of the frequency of the pressure pulsation generated by the pump, which is measured based on the output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation when the pipe is not clogged. Store the transfer coefficient between sensors,
The output means is measured between the transfer function stored in the reference data storage means and the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period, and between adjacent piezoelectric sensors related to the measured power in the vicinity of the pressure pulsation frequency. The clogging detection system is characterized in that the transfer function is output in a comparable manner.
前記圧電センサは、前記配管の湾曲している部分の上流部及び下流部に各々設置され、
前記基準データ記憶手段は、前記配管内に詰まりが無い状態における前記ポンプ運転中の前記圧電センサの出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺におけるパワーに関する前記上流部及び下流部の圧電センサ間での伝達係数を記憶しておき、
前記出力手段は、該基準データ記憶手段に記憶されている伝達関数と、前記圧電センサの所定期間の出力信号に基づいて計測される、前記圧力脈動の周波数近辺における実測パワーに関する前記上流部及び下流部の圧電センサ間での伝達関数とを、対比可能に出力することを特徴とする詰まり検出システム。 A clogging detection system according to claim 2 ,
The piezoelectric sensors are respectively installed in an upstream portion and a downstream portion of a curved portion of the pipe,
The reference data storage means is measured based on an output signal of the piezoelectric sensor during the pump operation in a state where there is no clogging in the pipe, and the upstream portion and the downstream portion relating to power in the vicinity of the frequency of the pressure pulsation. Memorize the transmission coefficient between piezoelectric sensors,
The output means includes the upstream portion and the downstream portion related to the measured power near the frequency of the pressure pulsation, which is measured based on the transfer function stored in the reference data storage means and the output signal of the piezoelectric sensor for a predetermined period. A clogging detection system characterized in that a transfer function between the piezoelectric sensors of a part is output in a comparable manner.
前記圧電センサの出力信号に関する周波数解析結果に基づいて、0Hz近辺のパワーを除いた最も低い周波数帯域でのピークを検出し、当該ピークに係る周波数を前記圧力脈動の周波数として特定する周波数特定手段をさらに備えることを特徴とする詰まり検出システム。 The clogging detection system according to claim 1, which is selected from claims 1 to 3 ,
A frequency specifying unit that detects a peak in the lowest frequency band excluding power in the vicinity of 0 Hz based on a frequency analysis result related to the output signal of the piezoelectric sensor, and specifies a frequency related to the peak as a frequency of the pressure pulsation. A clogging detection system further comprising:
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