また、本件出願人は、特願2008−86022の技術を発明している。この発明では、ガス圧力に基づいてガバナ付きガス器具が使用されたか、ガバナ無しガス器具が使用されたか、及び、ガス漏れが発生しているか否かを判断するようになっている。
しかし、特願2008−86022の技術の場合、ガバナ付きガス器具が使用されたか等のガス使用状況を判断するにあたり、圧力波形の周波数分析等を行う必要があり、この周波数分析により処理量が多くなって消費電力の増大を招いてしまう可能性がある。また、圧力と流量との間には一定の相関があることから、流量に基づいてガス使用状況を判断することも可能である。しかし、この場合であっても、流量波形の周波数分析等を行う必要があるため、処理量が多くなって消費電力の増大を招いてしまう可能性がある。
なお、本明細書では特願2008−86022の一部技術を説明しているが、この説明は特願2008−86022の技術の公知性を認めるものではない。さらに、流量波形に基づくガス使用状況の判断についても公知性を認めるものではない。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ガス使用状況を判断するにあたり、消費電力の増大を抑制することが可能な判断装置及び判断方法を提供することにある。
本発明の判断装置は、流路内のガス圧力に応じた電気信号を出力する圧力センサからの電気信号を入力して、所定の周波数信号を選択的に出力するフィルタ手段と、フィルタ手段により選択的に出力された所定の周波数信号に基づいて、ガス使用状況を判断する判断手段と、を備え、判断手段は、ガバナ付きガス器具の使用開始時と、ガバナ無しガス器具の使用開始時と、ガス漏れ発生時との圧力波形の周波数成分に違いに応じて、ガス使用状況を判断することを特徴とする。ここで、ガス使用状況とは、ガス器具の使用であるかガス漏れであるかのどちらに該当するか、ガバナ付きガス器具の使用であるか、使用されているガス器具がガバナ付きかガバナ無しか、及び、使用されているガス器具が電子制御機能を有するか否かの少なくとも1つを含む概念である。
この判断装置によれば、所定の周波数信号を選択的に出力し、選択的に出力された所定の周波数信号に基づいて、ガス使用状況を判断する。ここで、ガバナ付きガス器具の使用、ガバナ無しガス器具の使用、ガス漏れ、及び電子制御機能を有するガス器具の使用については、圧力波形や流量波形の周波数にそれぞれ差異がある。すなわち、電子制御機能を有するガス器具の使用時に最も高い周波数成分が得られ、次いで、ガバナ付きガス器具の使用時、ガバナ無しガス器具の使用、及び、ガス漏れの順となる傾向にある。よって、所定の周波数信号を選択的に出力することで、周波数分析に関する演算量を減らすことができ、ガス使用状況を判断するにあたり消費電力の増大を抑制することができる。
また、本発明の判断装置において、フィルタ手段は、第1所定値以上の周波数の信号を選択的に出力し、判断手段は、第1所定値以上の周波数の信号に基づいて、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具の使用、若しくはガバナ付きガス器具の使用、のどちらであるかを判断することが好ましい。
この判断装置によれば、第1所定値以上の周波数の信号を選択的に出力し、第1所定値以上の周波数の信号に基づいて、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具の使用、若しくはガバナ付きガス器具の使用、のどちらであるかを判断する。このように、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具の使用であるか、若しくはガバナ付きガス器具の使用であるか、を判断するにあたっては、第1所定値以上の周波数の信号を分析するだけでよく、第1所定値未満の周波数の信号を分析する必要がない。よって、処理量は軽減されることとなる。従って、消費電力の増大を抑制することができる。
また、本発明の判断装置において、判断手段は、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上でない場合のみに、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具の使用のどちらかであると判断することが好ましい。
この判断装置によれば、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上でない場合のみに、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具の使用のどちらかであると判断する。ここで、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が小さいということはガバナ付きガス器具の使用であることはあり得ず、ガス漏れ又はガバナ無しガス器具の使用と断定することができる。よって、上記場合のみにガス漏れ及びガバナ無しガス器具の使用を判断することで、効率的な処理を行って、消費電力の増大を一層抑制することができる。
また、本発明の判断装置において、フィルタ手段は、第1所定値未満の周波数の信号を選択的に出力し、判断手段は、第1所定値未満の周波数の信号に基づいて、ガス漏れかガバナ無しガス器具の使用かのどちらであるかを判断することが好ましい。
また、本発明の判断装置において、判断手段は、第1所定値未満の周波数の信号のうち、第1所定値よりも小さい第3所定値以上の周波数の信号が第3所定振幅値以上である場合にガバナ無しガス器具の使用と判断し、第3所定振幅値未満である場合にガス漏れと判断することが好ましい。
これらの判断装置によれば、第1所定値未満の周波数の信号のうち、第1所定値よりも小さい第3所定値以上の周波数の信号が第3所定振幅値以上である場合にガバナ無しガス器具の使用と判断し、第3所定振幅値未満である場合にガス漏れと判断する。ここで、ガバナ無しガス器具の使用とガス漏れとの間では、ガバナ無しガス器具の使用時に得られる波形に含まれる高い周波数成分の振幅が大きくなり、ガス漏れ時に得られる波形ではその高い周波数成分の振幅が小さくなる傾向にある。よって、第3所定値以上の周波数の信号が第3所定振幅値以上であるか未満であるかを判断することによって、ガバナ無しガス器具の使用であるか否か、及びガス漏れであるか否かを判断することができる。
また、本発明の判断装置において、判断手段は、流路内のガス流量が所定量以上であると判断した場合、ガス漏れと判断することが好ましい。
この判断装置によれば、流路内のガス流量が所定量以上であると判断した場合、ガス漏れと判断する。すなわち、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上でなく、ガバナ付きガス器具の使用であることがあり得ない状況下において、流路内のガス流量が所定量以上となった場合には、もはやガス漏れでしかあり得なくなる。従って、上記の如く判断することにより、周波数分析という演算量が多くなる処理を行うことなく、ガス漏れを判断することができる。
また、本発明の判断装置において、判断手段は、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上である場合、ガバナ付きガス器具の使用であると判断することが好ましい。
この判断装置によれば、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上である場合、ガバナ付きガス器具の使用であると判断する。ここで、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が大きいということは、ガス漏れ又はガバナ無しガス器具の使用であることはあり得ず、ガバナ付きガス器具の使用であると断定することができる。よって、上記の如く判断することで、効率的な処理を行って、消費電力の増大を一層抑制することができる。
また、本発明の判断装置において、フィルタ手段は、第1所定値よりも大きい第4所定値以上の周波数成分を除去して出力することが好ましい。
この判断装置によれば、第1所定値よりも大きい第4所定値以上の周波数成分を除去して出力するため、第4所定値を、圧力センサや流量センサの応答性以上に設定しておけば、ノイズを除去することができる。
また、本発明の判断装置において、フィルタ手段は、第2所定値以上の周波数の信号を選択的に出力し、判断手段は、第2所定値以上の周波数の信号に基づいて、電子制御機能を有するガス器具の使用であるか否かを判断することが好ましい。
この判断装置によれば、第2所定値以上の周波数の信号を選択的に出力し、第2所定値以上の周波数の信号に基づいて、電子制御機能を有するガス器具の使用であるか否かを判断する。ここで、電子制御機能とは、PIDなどの自動制御によりガス量を細かく調整することでガス燃焼量を制御する機能をいう。このため、電子制御機能を有するガス器具の使用においては、比較的高い周波数が圧力波形や流量波形に重畳して、波形には高い周波数の振幅信号が重畳計測される。よって、第2所定値以上の周波数の信号に基づいてガバナ付きガス器具のうち、電子制御機能を有するガス器具の使用であるか否かを判断することで、電子制御機能を有するガス器具の使用について判断精度を高めることができる。
また、本発明の判断装置において、判断手段は、第2所定値以上の周波数の信号の振幅値が第2所定振幅値以上である場合に、電子制御機能を有するガス器具の使用であると判断することが好ましい。
この判断装置によれば、第2所定値以上の周波数の信号の振幅値が第2所定振幅値以上である場合に、電子制御機能を有するガス器具の使用であると判断する。ここで、電子制御機能を有するガス器具では、50Hz以上の比較的高い周波数帯において振幅値が大きくなる傾向にある。このため、第2所定値以上の周波数の信号の振幅値が第2所定振幅値以上である場合に、電子制御機能を有するガス器具の使用であると判断することで、電子制御機能を有するガス器具の使用について判断精度を高めることができる。
また、本発明の判断装置において、フィルタ手段は、第2所定値よりも大きい第4所定値以上の周波数成分を除去して出力することが好ましい。
この判断装置によれば、第2所定値よりも大きい第4所定値以上の周波数成分を除去して出力するため、第4所定値を、圧力センサや流量センサの応答性以上に設定しておけば、ノイズを除去することができる。
また、本発明の判断装置において、フィルタ手段は、50Hz付近及び60Hz付近の少なくとも一方の周波数成分を除去して出力することが好ましい。
この判断装置によれば、50Hz付近及び60Hz付近の少なくとも一方の周波数成分を除去して出力するため、家電等の電源となる商用電源の周波数がノイズとして波形に重畳してしまう事態を防止することができる。
また、本発明の判断装置において、判断手段は、マイコンの1機能であって、フィルタ手段は、マイコンの周辺アナログ回路であることが好ましい。
この判断装置によれば、フィルタ手段はマイコンの周辺アナログ回路であるため、周波数信号を選択的に出力するにあたり、マイコン内で演算等を行う必要がなく、演算量を少なくして消費電力を低減させることができる。
また、本発明の判断方法は、流路内のガス圧力に応じた電気信号を出力する圧力センサからの電気信号を入力して、所定の周波数信号を選択的に出力するフィルタ工程と、フィルタ工程により選択出力された所定の周波数信号に基づいて、ガス使用状況を判断する判断工程と、を有し、判断工程では、ガバナ付きガス器具の使用開始時と、ガバナ無しガス器具の使用開始時と、ガス漏れ発生時との圧力波形の周波数成分に違いに応じて、ガス使用状況を判断することを特徴とする。ここで、ガス使用状況とは、ガス器具の使用であるかガス漏れであるかのどちらに該当するか、ガバナ付きガス器具の使用であるか、使用されているガス器具がガバナ付きかガバナ無しか、及び、使用されているガス器具が電子制御機能を有するか否かの少なくとも1つを含む概念である。
この判断方法によれば、所定の周波数信号を選択的に出力し、選択的に出力された所定の周波数信号に基づいて、ガス使用状況を判断する。ここで、ガバナ付きガス器具の使用、ガバナ無しガス器具の使用、ガス漏れ、及び電子制御機能を有するガス器具の使用については、圧力波形や流量波形の周波数にそれぞれ差異がある。すなわち、電子制御機能を有するガス器具の使用時に最も高い周波数成分が得られ、次いで、ガバナ付きガス器具の使用時、ガバナ無しガス器具の使用、及び、ガス漏れの順となる傾向にある。よって、所定の周波数信号を選択的に出力することで、周波数分析に関する演算量を減らすことができ、ガス使用状況を判断するにあたり消費電力の増大を抑制することができる。
本発明によれば、ガス使用状況を判断するにあたり、消費電力の増大を抑制することが可能な判断装置及び判断方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る判断装置を含むガス供給システムの構成図である。ガス供給システム1は、ガスストーブ、ファンヒータ、給湯器及びテーブルコンロなどの各ガス器具10に燃料ガスを供給するものであって、複数のガス器具10と、ガス供給元の調整器20と、配管31,32と、ガスメータ(判断装置)40とを備えている。なお、図1に示す例では、ガスメータ40を判断装置の一例として挙げるが、判断装置はガスメータ40に限るものではない。
調整器20は上流からの燃料ガスを所定圧力に調整して第1配管31に流すものである。この調整器20は、例えば燃料ガスを2.9kPa程度の圧力に調整して第1配管31に流す構成となっている。第1配管31は、調整器20とガスメータ40とを接続するものである。第2配管32はガスメータ40とガス器具10とを接続する配管である。ガスメータ40は、燃料ガスの流量を測定して積算流量を表示するものである。このようなガス供給システム1では、ガスメータ40内に第1配管31及び第2配管32とつながる流路が形成されており、調整器20を通じて流れてきた燃料ガスは第1配管31からガスメータ40、及び第2配管32を通じてガス器具10に到達し、ガス器具10において燃焼されることとなる。
また、ガス器具10は、概略的に、遮断弁12、ガバナ13、及びバーナー14を備えている。遮断弁12は、ガス器具10に設けられた弁である。ガバナ13は、ガバナ内弁13aを有し、ガス器具10のバーナー14に供給するガスの圧力をガバナ内弁13aの開度によって調整するものである。圧力調整された燃料ガスはガバナ13の先端のノズル13bを通じてバーナー14に至り、燃焼することとなる。なお、ガス器具10は、全てがガバナ13を有しているわけでなく、ガスコンロなどのようにガバナ13を有さないものもある。
図2は、図1に示したガバナ13の一例を示す側方断面図である。なお、図2では、ガバナ13の一例を示すに過ぎず、ガバナ13の構成は図2に示すものに限られない。また、図2に示すガバナ13については図1に示したノズル13bを省略して図示する。
図2に示すようにガバナ13は、外壁13cとガバナキャップ13dとによって形成される内部空間の一部をガス流路として用いるものである。このようなガバナ13は、ガバナ内弁13aに加えて、内部空間に、ダイヤフラム13e、調整スプリング13f、及び調整ネジ13gを備えている。
ダイヤフラム13eは、ガバナ13の内部空間を仕切る膜状の部材である。このダイヤフラム13eには、一方側(流路側)にガバナ内弁13aが取り付けられている。また、ダイヤフラム13eの他方側(流路として機能しない側)に調整スプリング13fが取り付けられている。調整スプリング13fは、一端にダイヤフラム13eが取り付けられ、他端に調整ネジ13gが取り付けられている。調整ネジ13gは、ねじ切り溝が形成されたガバナ13の内壁に固定される構造となっており、ねじ切り溝との固定位置を変化させることで調整スプリング13fの圧縮率を変更可能となっている。また、調整ネジ13gは外部にむき出しとなっておらず、ガバナキャップ13dによって覆われた構造となっている。
また、ガバナ13の外壁13cには、ダイヤフラム13eの他方側に通じる空気孔13hが形成されている。このため、ダイヤフラム13eの他方側は空気圧となっている。さらに、図2に示す例においてガバナ内弁13aは半球形状となっており、上下動によって通過口13iの開口割合を制御可能となっている。
このようなガバナ13では、ガス入側のガス圧が高くなると、ダイヤフラム13eが上へ押し上げられ、同時にダイヤフラム13eに取り付けられているガバナ内弁13aも上に引き上げられる。これにより、通過口13iの開口割合が小さくなって、ガス流量が減少する。一方、ガス入側のガス圧が低くなると、ダイヤフラム13eが下がり、同時にダイヤフラム13eに取り付けられているガバナ内弁13aも下がる。これにより、通過口13iの開口割合が大きくなって、ガス流量が増大する。このように、ガバナ13は上流側の圧力の変動に対して下流側の流量を一定に保つことで、下流側の圧力を調整することとなる。
図3は、本発明の実施形態に係るガスメータ40の構成図である。同図に示すガスメータ40は、流路内のガス流量が増加した場合、又は流路内のガス圧力が減少した場合に、その流量や圧力の変化に基づいてガス使用状況を判断するものである。ここで、ガス使用状況とは、ガス器具10の使用であるかガス漏れであるかのどちらに該当するか、ガバナ付きガス器具10の使用であるか、使用されているガス器具10がガバナ付きかガバナ無しか、及び、使用されているガス器具10が電子制御機能を有するか否かの少なくとも1つを含む概念である。このようなガスメータ40は、圧力センサ41と、フィルタ装置(フィルタ手段)42と、増幅器43と、複数のA/Dコンバータ44a〜44cと、複数の振幅検出装置45a,45bと、演算処理装置(判断手段)46(以下マイコン46と称する)とを備えている。なお、本実施形態では、圧力センサ41からの電気信号に基づいて、ガバナ付きガス器具10の使用等を判断するガスメータ40を例示するが、これに限らず、流路内のガス流量に応じた電気信号を出力する流量センサを備え、流量センサからの電気信号に基づいてガス使用状況を判断するものであってもよい。
ここで、ガスメータ40の各種構成について詳細に説明するに先立って、ガスメータ40がガス使用状況を判断する判断原理について説明する。図4は、ガス漏れが発生したときの圧力波形をフーリエ変換した結果を示すグラフであり、図5は、ガバナ無しガス器具10が使用されたときの圧力波形をフーリエ変換した結果を示すグラフであり、図6〜図8は、ガバナ付きガス器具10が使用されたときの圧力波形をフーリエ変換した結果を示すグラフである。なお、図4〜図8において縦軸は振幅を示し、横軸は周波数を示している。また、フーリエ変換した圧力波形は、圧力の変動が発生してから約0.3s〜1s経過するまでの時間帯において、1msの間隔で計測した圧力データからなっている。
図4に示すように、ガス漏れが発生した場合、得られる圧力波形には、20Hz以上の周波数成分が殆ど含まれていない。また、図5に示すように、ガバナ無しガス器具10が使用された場合、得られる圧力波形には、20Hz以上の周波数成分が殆ど含まれていないが、約10Hz付近の周波数成分が多く含まれる傾向がある。また、図6〜図8に示すように、ガバナ付きガス器具10が使用された場合、得られる圧力波形には、20Hz以上の周波数成分が多く含まれる傾向がある。
従って、得られた圧力波形の周波数を分析すれば、ガバナ付きガス器具10の使用、ガバナ無しガス器具10の使用、及びガス漏れを判断することができる。なお、図4〜図6において60Hz付近に存在するピークは、商用電源によるノイズである。
なお、上記のような特徴が発生する理由は以下の通りである。まず、ガバナ付きガス器具10が使用された場合に、圧力波形に高い周波数成分が含まれる理由は、ガバナ13内に調整スプリング13fが設けられているからである。すなわち、ガバナ付きガス器具10の使用が開始されると、調整スプリング13fが振動すると共に、ガバナ内弁13aについても振動し、通過口13iの開口割合についても小刻みに大きくなったり小さくなったりと変化するからである。このように、調整スプリング13fが小刻みに振動することから、圧力波形は比較的高い振動周波数を示すこととなる。
なお、圧力Pは、
なる演算式で表すことができる。ここで、Cは振幅を示し、kは摩擦力(減衰定数)を示し、ωは復元力を示し、αは初期位置を示している。この式は多くの周波数f
i=ω
i/2πの振動の重ね合わせであることを示している。
また、ガバナ無しガス器具10が使用された場合に、圧力波形に中程度の周波数成分が含まれる理由は、以下の通りである。図9は、ガバナ無しガス器具10での燃料ガスの供給の様子を示す概略図である。図9に示すように、ガバナ無しガス器具10が使用された場合、燃料ガスは第2配管32からノズルホルダ100を通じてバーナー14等に至る。ここで、ノズルホルダ100にある流速を持った気体が流入したときはその慣性力で急には流速が小さくならずに一端ガスが圧縮され圧力が上昇する。その後上昇した圧力により流入流速が小さく(場合によっては逆流)なって圧力が下がる。これを繰り返すことで圧縮膨張の振動が発生する。
ところが、ガバナ無しガス器具10の場合、ガバナ付きガス器具10のように、細かく振動する調整スプリング13fを有していない。このため、ガバナ無しガス器具10の使用による圧力波形は、ガバナ無しガス器具10の使用時よりも高い周波数成分が含まれることなく、中程度の周波数成分を示すこととなる。
また、ガス漏れが発生した場合、調整スプリング13fの振動、及び、ノズルホルダ100の圧縮性による振動の双方が発生しない。このため、圧力波形には明確な振動が見られず、中程度以上の周波数成分すら含まれないこととなる。
以上のように、ガバナ付きガス器具10の使用開始時と、ガバナ無しガス器具10の使用開始時と、ガス漏れ発生時とでは、圧力波形の周波数成分に違いが生じることとなる。本実施形態に係るガスメータ40は、上記の特徴から、ガバナ付きガス器具10の使用であるか、ガバナ無しガス器具10の使用であるか、ガス漏れであるかを判断することができる。
なお、上記では圧力を例に説明したが、圧力と流量とには一定の相関があり、周波数についても圧力と流量との間では、ほぼ同様の結果が得られる。よって、ガスメータ40は、流量によってもガバナ付きガス器具10の使用であるか、ガバナ無しガス器具10の使用であるか、ガス漏れであるかを判断することができる。
さらに、本実施形態に係るガスメータ40は、ガバナ付きガス器具10のうち電子制御機能を有するガス器具10であるか、電子制御機能を有さないガス器具10であるかを判断することができるようになっている。ここで、電子制御機能とは、少なくとも50Hz以上の速度でPIDなどの自動制御によりガス量を細かく調整することでガス燃焼量を制御する機能をいい、例えば給湯器などで温度を調整する機能をいう。
図7及び図8に示すように、電子制御機能を有するガス器具10では、商用電源の周波数を超える周波数成分(例えば70Hz以上)が得られている。一方、図6に示すように、電子制御機能を有さないガス器具10では、商用電源の周波数を超える周波数成分があまり得られない。これは、電子制御において少なくとも50Hzの速度でガス量を調整するため、この周波数がそのまま、ノイズ的に重畳してしまうからである。このため、例えば70Hz以上の周波数成分を分析することにより、電子制御機能を有するガス器具10であるか、電子制御機能を有さないガス器具10であるかを判断することができる。
しかしながら、圧力波形や流量波形の周波数分析を行うと、処理量が多くなって消費電力の増大を招いてしまう可能性がある。特に、判断装置がガスメータ40である場合、ガスメータ40は、電池によって10年間駆動しなければならず、消費電力の増大は大きな問題となってしまう。
そこで、本実施形態に係るガスメータ40は、フィルタ装置42を備えており、フィルタ装置42によって圧力センサ41から電気信号を所定の周波数毎に選択的に出力し、選択的に出力された周波数の信号に基づいて、ガス使用状況を判断して、消費電力の増大を抑制することとしている。再度、図3を参照して、ガスメータ40の各要素について詳細に説明する。
圧力センサ41は、ガスメータ40内の流路に設置され、流路内のガス圧力に応じた電気信号を出力するものである。この圧力センサ41は、駆動回路(図示せず)からのトリガ信号を入力して駆動し、得られた電気信号を第1フィルタ装置42aに出力する構成となっている。なお、トリガ信号が出力されるタイミングは、流路内のガス流量が増加した場合や流路内のガス圧力が減少した場合である。また、トリガ信号が入力されてから0.3秒〜1秒程度経過すると、圧力センサ41は非駆動状態となる。
フィルタ装置42は、圧力センサ41からの電気信号を入力して所定の周波数信号を出力するものであって、具体的にはハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタなどによって構成されている。このフィルタ装置42のうち、第1フィルタ装置42aは、圧力センサ41からの電気信号を入力して、第1所定値(例えば15Hz)未満の周波数の信号、及び、第1所定値以上の周波数の信号をそれぞれ選択的に出力するものである。マイコン46は、第1所定値以上の周波数の信号に基づいて、ガバナ無しガス器具10の使用及びガス漏れ、若しくはガバナ付きガス器具10の使用、のどちらに該当するかを判断する。
第1A/Dコンバータ44aは、第1フィルタ装置42aから出力された第1所定値未満の周波数の信号をアナログデジタル変換(以下A/D変換という)してマイコン46に送信するものである。マイコン46は、第1A/Dコンバータ44aによってA/D変換された圧力波形に基づいて、ガバナ無しガス器具10の使用か否か、及び、ガス漏れか否かを判断することとなる。
増幅器43は、第1フィルタ装置42aから出力された第1所定値以上の周波数の信号を10倍程度に増幅したうえで出力するものである。ここで、図4〜図8に示したように、第1所定値以上の周波数の信号は、第1所定値未満の周波数の信号よりも振幅が小さくなる傾向にある。このため、本実施形態では第1所定値以上の周波数の信号を増幅することとしている。
第1振幅検出装置45aは、通常時にOFF信号を出力し、増幅器43によって増幅された第1所定値以上の周波数の信号を入力して、この周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上である場合にON信号を出力するものである。また、第1振幅検出装置45aは、ON/OFF信号をマイコン46に出力する。マイコン46は、第1振幅検出装置45aからOFF信号を入力した場合に限り、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具10の使用を判断することとなる。一方、マイコン46は、第1振幅検出装置45aからON信号を入力した場合、ガバナ付きガス器具10の使用であると判断する。
第2フィルタ装置42bは、第1所定値以上の周波数の信号を、第1所定値以上第2所定値(例えば70Hz)未満の周波数の信号と、第2所定値以上の周波数の信号にして選択的に出力するものである。
第2振幅検出装置45bは、通常時にOFF信号を出力し、第2フィルタ装置42bから出力された周波数の信号を入力して、この周波数の信号の振幅値が第2所定振幅値以上である場合にON信号を出力するものである。また、第2振幅検出装置45bは、ON/OFF信号をマイコン46に出力する。マイコン46は、第2振幅検出装置45bからOFF信号を入力した場合に、ガバナ付きガス器具10の使用であって、電子制御機能を有さないガス器具10の使用であると判断する。また、マイコン46は、第2振幅検出装置45bからON信号を入力した場合に、ガバナ付きガス器具10の使用であって、電子制御機能を有するガス器具10の使用であると判断する。
具体的に第1・第2振幅検出装置45a,45bはピークホールド回路によって構成される。ピークホールド回路は、フィルタ装置42から出力されたアナログ信号を入力すると、最大振幅の値を保持して出力する。なお、いつまでも最大振幅の値を保持しないように定期的にリセットをかける必要がある。
なお、本実施形態では第1・第2振幅検出装置45a,45bをマイコン周辺回路として説明しているが、これに限らず、第1・第2振幅検出装置45a,45bと同等の機能をマイコン内に持ち、フィルタ装置42から入力したアナログ信号を解析して振幅が所定値以上であるか否かを判断しても良い。
第2A/Dコンバータ44bは、第2フィルタ装置42bから出力された第1所定値以上第2所定値未満の周波数の信号をA/D変換してマイコン46に送信するものである。マイコン46は、第2A/Dコンバータ44bによってA/D変換された圧力波形に基づいて、電子制御機能を有さないガバナ付きガス器具10が、どのような種類のガス器具10であるかを判断することとなる。
第3A/Dコンバータ44cは、第2フィルタ装置42bから出力された第2所定値以上の周波数の信号をA/D変換してマイコン46に送信するものである。マイコン46は、第3A/Dコンバータ44cによってA/D変換された圧力波形に基づいて、電子制御機能を有するガバナ付きガス器具10が、どのような種類のガス器具10であるかを判断することとなる。
図10は、本実施形態に係るガスメータ40の判断方法を示すフローチャートである。図10に示すフローチャートは、トリガ信号が圧力センサ41に入力されることにより開始する。開始後、まず圧力センサ41は圧力計測を開始する(S1)。
次いで、マイコン46は、第1振幅検出装置45aからのON/OFF信号に基づいて、15Hz以上の振幅が第1所定振幅値以上であるか否かを判断する(S2)。15Hz以上の振幅が第1所定振幅値以上であると判断した場合(S2:YES)、マイコン46は、ガバナ13の振動による特徴が発生していることから、ガバナ付きガス器具10の使用であると判断する(S3)。
その後、マイコン46は、第2振幅検出装置45bからのON/OFF信号に基づいて、70Hz以上の振幅が第2所定振幅値以上であるか否かを判断する(S4)。70Hz以上の振幅が第2所定振幅値以上であると判断した場合(S4:YES)、マイコン46は、電子制御機能を有したガス器具10の使用であると判断する(S5)。
その後、マイコン46は、70Hz以上の波形を解析し(S6)、ガス器具10の種類を判別する(S7)。ガス器具10の種類の判別は、例えば以下のようにして行われる。まず、マイコン46が70Hz以上の波形をフーリエ変換して、図7や図8に示すようなスペクトルデータを取得する。また、マイコン46は、ガス器具10の種類毎にスペクトルデータを記憶しており、フーリエ変換により得られたスペクトルデータと記憶されたガス器具10毎のスペクトルデータとのそれぞれとを比較して一致度を算出する。そして、マイコン46は、最も一致度が高いガス器具10が使用されたと判別することとなる。なお、ガバナ付き且つ電子制御機能を有したガス器具10としては、例えば給湯器やファンヒータなどがある。そして、図10に示す処理は終了する。
一方、70Hz以上の振幅が第2所定振幅値以上でないと判断した場合(S4:NO)、マイコン46は、電子制御機能を有さないガス器具10の使用であると判断する(S8)。
その後、マイコン46は、15〜70Hzの波形を解析し(S9)、ガス器具10の種類を判別する(S10)。ステップS10における種類の判別方法はステップS7と同様である。なお、ガバナ付き且つ電子制御機能を有さないガス器具10としては、例えばガスストーブやグリルなどがある。そして、図10に示す処理は終了する。
ところで、15Hz以上の振幅が第1所定振幅値以上でないと判断した場合(S2:NO)、マイコン46は、ガバナ無しガス器具10の使用、又はガス漏れであると判断する(S11)。その後、マイコン46は、流量センサ(図示せず)からの電気信号を入力して、流量が所定量以上であるか否かを判断する(S12)。
流量が所定量以上であると判断した場合(S12:YES)、マイコン46は、ガス漏れと判断する(S13)。ここで、15Hz以上の振幅が第1所定振幅値以上でなく、ガバナ付きガス器具10の使用であることがあり得ない状況下において、流路内のガス流量が所定量以上となった場合には、もはやガス漏れでしかあり得なくなる。詳細に説明すると、テーブルコンロなどのガバナ無しガス器具10では大きなガス流量が発生しないため、それ以上の流量が発生するということは、もはやガス漏れでしかなくなる。従って、マイコン46は、流量が所定量以上の場合にガス漏れと判断し、周波数分析を行うことなく、演算量を減らすこととしている。
その後、マイコン46は、ガス漏れ対策として保安処理を実行する(S14)。具体的にマイコン46は、遮断弁を遮断させたり、警報器に警報動作を行わせたりする。そして、図10に示す処理は終了する。
ここで、流量が所定量以上であると判断して(S12:YES)、ガス漏れと判断した場合(S13)、大流量のガス漏れであり危険度が高い。ところが、本実施形態では、上記場合、周波数分析等の演算処理(S15及びS16)を行わずに保安処理(S14)を実行するため、ガス漏れ発生から保安処理実行までの時間を短くすることができる。
また、流量が所定量以上でないと判断した場合(S12:NO)、マイコン46は、何らかの方法でガバナ無しガス器具10の使用かガス漏れかを判断する(S15)。例えば、その判断処理の方法として、15Hz未満の波形を解析し、ガバナ無しガス器具10の標準波形と比較演算し、その一致度が所定値以上であるとき、ガバナ無しガス器具10の使用であると判断する。このとき、15Hz未満の周波数の信号をフーリエ変換し、スペクトルデータとしてから比較演算しても良い。
その他の判断処理(S15)の方法としては、例えば15Hz未満の周波数の信号のうち、第3所定値(例えば10Hz)以上の周波数の信号が第3所定振幅値以上である場合にガバナ無しガス器具10の使用と判断し、第3所定振幅値未満である場合にガス漏れと判断する。すなわち、図4及び図5に示したように、ガバナ無しガス器具10の使用とガス漏れとの周波数成分の差異から、マイコン46は、ガバナ無しガス器具10の使用に該当するか、又はガス漏れに該当するかを判断する。
その後、マイコン46は、ガス漏れと判断されたか否かを判断する(S16)。ガス漏れであると判断されていた場合(S16:YES)、処理はステップS13に移行し、保安処理が実行される(S14)。この場合は小流量のガス漏れであるため、判断処理等(S15及びS16)程度のわずかな時間の遅れであればなんら問題はない。そして、図10に示す処理は終了する。
他方、ガス漏れでないと判断されていた場合(S16:NO)、すなわちガバナ無しガス器具10の使用であると判断されていた場合、マイコン46は、ガス器具10の種類を判別する(S17)。なお、ガバナ無しガス器具10としては、例えばテーブルコンロなどがある。そして、図10に示す処理は終了する。
なお、この実施形態において、各A/Dコンバータ44はそれぞれ適切な変換動作をすればよい。すなわち、第1A/Dコンバータ44aは第1所定値未満の周波数信号を入力するので第1所定値未満の周波数信号が計測できればよい。同様に、第2A/Dコンバータ44bは第2所定値未満の周波数信号を入力するので第2所定値未満の周波数信号が計測できればよい。また、第3A/Dコンバータ44cは第4所定値未満の周波数信号を入力するので第4所定値未満の周波数信号が計測できればよい。よって、第1所定値を15Hz、第2所定値を70Hz、第4所定値を300Hzとした場合、第1〜第3A/Dコンバータ44の計測間隔は、それぞれ6ミリ秒以下、2ミリ秒以下、0.5ミリ秒以下で設定すればよい。
しかし、図3のような構成を用いずに1つのA/Dコンバータですべての周波数範囲を解析する場合は、第4所定値未満の周波数信号を入力しなければならないので、第4所定値を300Hzとすれば、0.5ミリ秒以下の計測を行わなければならない。よって、図3の構成を用いた方が、1つのA/Dコンバータのみを用いる場合と比較して有利である。さらに、解析に必要な信号データを1024個とした場合、図3に示す実施形態ではそれぞれ1024個計測し、3072個のデータすむが、図3の構成を用いずに1つのA/Dコンバータを用いた場合には、6ミリ秒で1024個のデータを計測する時間分計測しなければならなくなり、12288個のデータを計測することとなる。さらには、それらを一通り演算処理しなければならなくなってしまう。従って、図3に示す構成は1つのA/Dコンバータのみを用いる場合と比較して一層有利であるといえる。
このようにして、本実施形態に係るガスメータ40及び判断方法によれば、第1所定値(例えば15Hz)以上の周波数の信号を選択的に出力し、第1所定値以上の周波数の信号に基づいて、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具10の使用、若しくはガバナ付きガス器具10の使用、のどちらかであるかを判断する。このように、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具10の使用であるか、若しくはガバナ付きガス器具10の使用であるか、を判断するにあたっては、第1所定値以上の周波数の信号を分析するだけでよく、第1所定値未満の周波数の信号を分析する必要がない。よって、処理量は軽減されることとなる。従って、消費電力の増大を抑制することができる。
また、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上でない場合のみに、ガス漏れ及びガバナ無しガス器具10の使用のどちらかであると判断する。ここで、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が小さいということはガバナ付きガス器具10の使用であることはあり得ず、ガス漏れ又はガバナ無しガス器具10の使用と断定することができる。よって、上記場合のみにガス漏れ及びガバナ無しガス器具10の使用を判断することで、効率的な処理を行って、消費電力の増大を一層抑制することができる。
また、第1所定値未満の周波数の信号のうち、第3所定値(例えば10Hz)以上の周波数の信号が第3所定振幅値以上である場合にガバナ無しガス器具10の使用と判断し、第3所定振幅値未満である場合にガス漏れと判断する。ここで、ガバナ無しガス器具10の使用とガス漏れとの間では、ガバナ無しガス器具10の使用時に得られる波形に含まれる高い周波数成分の振幅が大きくなり、ガス漏れ時に得られる波形ではその高い周波数成分の振幅が小さくなる傾向にある。よって、第3所定値以上の周波数の信号が第3所定振幅値以上であるか未満であるかを判断することによって、ガバナ無しガス器具10の使用であるか否か、及びガス漏れであるか否かを判断することができる。
また、流路内のガス流量が所定量以上であると判断した場合、ガス漏れと判断する。すなわち、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上でなく、ガバナ付きガス器具10の使用であることがあり得ない状況下において、流路内のガス流量が所定量以上となった場合には、もはやガス漏れでしかあり得なくなる。従って、上記の如く判断することにより、周波数分析という演算量が多くなる処理を行うことなく、ガス漏れを判断することができる。
また、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が第1所定振幅値以上である場合、ガバナ付きガス器具10の使用であると判断する。ここで、第1所定値以上の周波数の信号の振幅値が大きいということは、ガス漏れ又はガバナ無しガス器具10の使用であることはあり得ず、ガバナ付きガス器具10の使用であると断定することができる。よって、上記の如く判断することで、効率的な処理を行って、消費電力の増大を一層抑制することができる。
また、第2所定値以上の周波数の信号を選択的に出力し、第2所定値以上の周波数の信号に基づいて、電子制御機能を有するガス器具10の使用であるか否かを判断する。ここで、電子制御機能とは、PIDなどの自動制御によりガス量を細かく調整することでガス燃焼量を制御する機能をいう。このため、電子制御機能を有するガス器具10の使用においては、比較的高い周波数が圧力波形や流量波形に重畳して、波形には高い周波数の振幅信号が重畳計測される。よって、第2所定値以上の周波数の信号に基づいてガバナ付きガス器具10のうち、電子制御機能を有するガス器具10の使用であるか否かを判断することで、電子制御機能を有するガス器具10の使用について判断精度を高めることができる。
また、第2所定値以上の周波数の信号の振幅値が第2所定振幅値以上である場合に、電子制御機能を有するガス器具10の使用であると判断する。ここで、電子制御機能を有するガス器具10では、50Hz以上の比較的高い周波数帯において振幅値が大きくなる傾向にある。このため、第2所定値以上の周波数の信号の振幅値が第2所定振幅値以上である場合に、電子制御機能を有するガス器具10の使用であると判断することで、電子制御機能を有するガス器具10の使用について判断精度を高めることができる。
また、フィルタ装置42はマイコン46の周辺アナログ回路であるため、周波数信号を選択的に出力するにあたり、マイコン46内で演算等を行う必要がなく、演算量を少なくして消費電力を低減させることができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
本実施形態において判断装置はガスメータ40の内部構成として存在しているが、これに限らず、判断装置をガスメータ40から取り出して構成してもよい。
また、本実施形態においてガスメータ40は、ガバナ付きガス器具10の使用、ガバナ無しガス器具10の使用、及びガス漏れの3つについて判別することができるが、これに限らず、所定の周波数信号を選択的に出力し、選択的に出力された所定の周波数信号に基づいて、ガス使用状況を判断するように構成されていてもよい。これによっても、消費電力の増大を抑制することができるからである。具体的に説明すると、ガバナ付きガス器具10の使用、ガバナ無しガス器具10の使用、ガス漏れ、及び電子制御機能を有するガス器具10の使用については、圧力波形や流量波形の周波数にそれぞれ差異がある。すなわち、電子制御機能を有するガス器具10の使用時に最も高い周波数成分が得られ、次いで、ガバナ付きガス器具10の使用時、ガバナ無しガス器具10の使用、及び、ガス漏れの順となる傾向にある。よって、所定の周波数信号を選択的に出力することで、周波数分析に関する演算量を減らすことができ、ガス使用状況を判断するにあたり消費電力の増大を抑制することができる。
また、本実施形態においてフィルタ装置42は、第1所定値(15Hz)以上の周波数の信号や、第2所定値(70Hz)以上の周波数の信号を選択的に出力する場合、第1所定値及び第2所定値よりも大きい第4所定値(例えば300Hz〜1kHz程度)以上の周波数成分を除去して出力するようになっていてもよい。これにより、圧力センサや流量センサの応答性以上を示すノイズについて除去することができるからである。
また、フィルタ装置42は、50Hz付近及び60Hz付近の少なくとも一方の周波数成分を除去して出力するようになっていてもよい。これにより、家電等の電源となる商用電源の周波数がノイズとして波形に重畳してしまう事態を防止することができるからである。
さらに、上記実施形態において第1フィルタ装置42aは、15Hzを境にして信号を分割しているが、15Hzに限らず10Hz〜30Hzのいずれかの周波数を境に分割するようにしてもよい。また、第2フィルタ装置42bは、商用電源の周波数よりも高い周波数であれば、70Hzに限らず他の周波数を境にして信号を分割するようにしてもよい。また、20Hz〜40Hzの信号を選択的に出力するバンドパスフィルタを備え、この信号に基づいてガバナ付きガス器具10の使用を判断するようにしてもよい。
特に、上記実施形態においてフィルタ装置42は、15Hz及び70Hzを境として、3つの周波数帯に分割するようにしているが、これに限らず、例えば0〜5Hz、5〜15Hz、15〜45Hz、45〜80Hz及び80〜500Hzなどの5段階に分割してもよい。なお、周波数は5段階に分割する場合に限らず、2段階や4段階でもよいし、6段階以上に分割されてもよい。
さらには、高周波領域に対しては、その周波数成分があるか無いかを出力するだけの回路(例えばピークホールド回路)を設けて、その出力をマイコン46に入力するようにしてもよい。
また、低周波数の波形は、初期圧力(元圧)の影響を受けやすい。例えば、日中や夜間の温度変化によってガス管内のガス圧力が上昇してしまう。すなわち、日中にガスを未使用状態で放置しているとガス管内の温度が上昇し、調圧弁からガス器具までのガス管内の圧力が上昇してしまう。このような場合、低周波数の波形は、ガス管内の元圧の影響を受け易く、ガス漏れやガバナ付きガス器具10の使用を判断する際に、誤った判断をしてしまう可能性が高まる。そこで、圧力センサ41からの電気信号のうち、5Hz未満の成分を除去するハイパスフィルタを備えていてもよい。あるいは、微分回路を設けて、ゆっくりとした変動成分を除去するようにしてもよい。
また、本実施形態においてフィルタ装置42は第1フィルタ装置42aと第2フィルタ装置42bとからなっているが、電子制御機能の有無を判断する必要がない場合には、第2フィルタ装置42b及びこれに関連する第2A/Dコンバータ44b等の構成を省略してもよい。また、図10に示す例では、ステップS7,S10に示すように70Hzを境として、それぞれの周波数成分によりガス器具10の種類を判別しているが、70Hzに境を設けることなく、15Hz以上の周波数成分によって一括して、ガバナ付きガス器具10の種類を判別するようにしてもよい。
また、図10に示す例では、ガバナ無しガス器具10の種類を判別していないが、これに限らず、図10のステップS7及びステップS10と同様にして、ガバナ無しガス器具10の種類を判別するようにしてもよい。
さらに、本実施形態に係るガスメータ40では複数のフィルタ装置42a,42bを備えているが、これに限らず、フィルタ装置42は1つであってもよい。この場合、1つのフィルタ装置42は、入力した信号を、15Hz未満、15Hz以上70Hz未満、及び70Hz以上の3つに分割して出力することとなる。加えて1つのフィルタ装置42は15Hz以上の信号を増幅したうえで出力すると一層よい。