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ガス状況判断装置を含むガス器具判断システムの構成図である。ガス器具判断システム1は、ガスストーブ、ファンヒータ、ガス給湯器、床暖房及びガステーブルなどの複数のガス器具10と、ガス供給元の調整器20と、配管31,32と、ガスメータ(ガス状況判断装置)40とを備えている。
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。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。
図2は、図1に示したガスメータ40の詳細を示す構成図である。図2に示すようにガスメータ40は、圧力センサ(計測センサ)41と、流量センサ(計測センサ)42と、トリガ信号発生部(トリガ信号発生手段)43と、制御部44と、記憶部45とを有している。
圧力センサ41は、ガスメータ40の流路内におけるガス圧力に応じた計測値の信号を出力するものであって、ピエゾ抵抗式や静電容量式などのセンサによって構成される。流量センサ42は、ガスメータ40の流路内におけるガス流量に応じた計測値の信号を出力するものであって、超音波センサやフローセンサなどで構成される。
トリガ信号発生部43は、圧力センサ41及び流量センサ42の少なくとも一方により出力された信号が示す計測値にトリガ発生基準値以上の変化が発生した場合にトリガ信号を発生させるものである。このトリガ信号は、制御部44に送信される。このようなトリガ信号発生部43は、例えば微分回路を含んで構成されており、微分回路によりトリガ発生基準値以上の変化を検出する。具体的にトリガ信号発生部43は、ガス器具10が使用を開始されたときやガス漏れ時に、圧力が低下するときの変化、又は、流量が増加するときの変化をトリガ発生基準値以上の変化として捉え、トリガ信号を出力する。
制御部44は、ガスメータ40の全体を制御するものであって、流量センサ42からの計測値の信号に基づいて積算流量の表示制御を行ったり、ガス漏れ発生時等にガス遮断弁を閉動作させたりするものである。また、制御部43は、判断部(判断手段)44aと、更新部(更新手段)44bとを備えている。
判断部44aは、トリガ信号発生部43によりトリガ信号が発生されてから微小時間(例えば最大で2秒)中に圧力センサ41により出力された計測値からなる波形に基づいて、ガス漏れ及び使用ガス器具10の少なくとも一方を判断するものである。具体的に制御部44は、所定時間(例えば2m秒)毎に圧力センサ41から128回分の信号を読み込む。判断部44aは、これら128回分のデータからガス漏れ及び使用ガス器具10の少なくとも一方を判断する。
ここで、本件発明者らは、ガス漏れ発生直後やガス器具10の使用開始直後の微小時間において圧力の計測値に振動が発生することを見出した。また、この振動は、ガス漏れや使用ガス器具10毎に特徴を有するものであることを見出した。このため、判断部44aは、微小時間における圧力振動波形に基づいて、ガス漏れ及び使用ガス器具10の少なくとも一方を判断することができる。なお、記憶部45は、ガス漏れや使用ガス器具10を判断するためのデータを記憶しており、判断部44aは、微小時間における圧力振動波形と記憶部45に記憶されるデータとから、ガス漏れや使用ガス器具10を判断することとなる。
更新部44bは、トリガ信号発生部43におけるトリガ信号発生の基準となるトリガ発生基準値を順次更新していくものである。例えば、ガスヒートポンプ等が使用されてガス圧力に脈動が発生する場合、更新部44bは、ガスヒートポンプによる脈動をガス器具10の使用開始時と誤判断してトリガ信号が発生しないように、トリガ発生基準値を大きめの値に設定する。
次に、判断部44aによる使用ガス器具10及びガス漏れの判断手法について説明する。なお、以下の説明において判断部44aは、ガス漏れ及び使用ガス器具10の双方を判断するものとして説明する。また、以下では、2つの判断手法を例示するが、判断手法は以下のものに限られるものではない。
まず、第1の判断手法について説明する。第1の判断手法は、類似度推移を用いるものである。具体的に本実施形態において類似度推移とは連続NCCであり、連続NCCとは、連続的な正規相互相関(NCC:Normalized Cross Correlation)をいう。
第1の判断手法において使用ガス器具10及びガス漏れの判断にあたり、判断部44aは、まず所定の波形を生成する。ここで、生成される波形は、例えばガス漏れ発生時に得られると予測されるガス漏れ発生時の振動波形である。なお、生成される波形は、ガス漏れ発生時の振動波形に限らず、給湯器やガステーブル等のガス器具10が使用されたときに得られる振動波形であってもよい。以下の説明では、ガス漏れ発生時の振動波形が生成される例を説明する。
図3は、図2に示した判断部44aにより生成されるガス漏れ振動波形の概略を示す図である。図3に示すように、判断部44aは、圧力が時間の経過と共に低下しながら振動するガス漏れ振動波形を生成する。このガス漏れ振動波形は、減衰振動の周波数、ゲイン、及び減衰比を含む2次遅れのステップ応答の式に基づいて生成された波形である。
次いで、判断部44aは、生成した所定の振動波形と、微小時間中の振動波形との類似度推移を算出する。より具体的には、以下の式(1)により類似度R
NCCが求められる。判断部44aは、この式(1)による類似度R
NCCの算出を連続的に行うことにより、類似度推移(すなわち、連続NCCという)を求める。
類似度推移の算出後、判断部44aは、算出した類似度推移の代表値が閾値以上である場合に、ガス漏れが発生していると判断する。ここで、代表値とは、類似度全体又は類似度全体のうち特定期間の平均値であってもよいし、トリガ信号が発生してから、ある特定の時刻における類似度であってもよいし、他の値であってもよい。
図4は、ガス漏れ時における圧力変化を示す図である。図4に示すように、ガス漏れ発生時には、圧力が低下しつつ振動する波形を示すこととなる。この波形は、図3に示したように判断部44aにより生成されたガス漏れ振動波形と相関が高い。このため、類似度推移の代表値は高い値を示すこととなり、判断部44aはガス漏れが発生したと判断することとなる。
図5は、ガス漏れ時における連続NCCを示すグラフである。なお、図5において実線と破線は、各家庭における配管状態の相違、ガス漏れ箇所の相違、及び、ガス漏れ流量の相違などの条件が異なる場合の連続NCCを示している。
図5に示すように、ガス漏れ時において圧力変化の発生直後(時刻0秒付近)における連続NCCは、「0.7」から「0.8」程度の値を示す。しかし、時刻0.025秒以降について連続NCCは「0.9」以上の値を示す。よって、判断部44aは、算出した類似度推移の代表値が「0.9」以上である場合に、ガス漏れが発生していると判断する。
図6は、ガス器具使用開始時における圧力変化を示すグラフであって、(a)はガステーブル使用開始時における圧力変化を示し、(b)は小型湯沸器使用開始時における圧力変化を示し、(c)は給湯器使用開始時における圧力変化を示している。
図6(a)に示すように、ガステーブルの使用開始時には圧力が2.9kPa程度で滑らかに振動する圧力波形が得られる。また、図6(b)に示すように、小型湯沸器の使用終了時には圧力が2.93kPaを基準にして0.1kPa強振動する圧力波形が得られる。さらに、図6(c)に示すように、給湯器の使用終了時には圧力が2.93kPaを基準にして小型湯沸器よりもやや粗い振動を示す圧力波形が得られる。
図7は、図2に示した判断部44aにより算出される連続NCCを示すグラフであって、(a)はガステーブル使用開始時における連続NCCを示し、(b)は小型湯沸器使用開始時における連続NCCを示し、(c)は給湯器使用開始時における連続NCCを示している。
ガステーブルの使用が開始した場合、図6(a)の振動波形が得られ、判断部44aにより算出される連続NCCは図7(a)に示すようになる。すなわち、連続NCCは、初期的に「1.0」程度を示し、その後「0.2」を下回り、約0.04秒において「0.95」まで復帰する。そして、連続NCCは、約0.1秒において「0.5」程度となり、その後「0.65」付近までゆっくりと上昇する。
また、小型湯沸器の使用が開始した場合、図6(b)の振動波形が得られ、判断部44aにより算出される連続NCCは図7(b)に示すようになる。すなわち、連続NCCは、初期的に「1.0」程度を示し、その後「0.2」を下回り、約0.04秒において「0.9」まで復帰する。そして、連続NCCは、再度「0.4」程度まで低下し、その後、「0.7」付近までゆっくりと上昇する。
また、給湯器の使用が開始した場合、図6(c)の振動波形が得られ、判断部44aにより算出される連続NCCは図7(c)に示すようになる。すなわち、連続NCCは、初期的に「0.8」弱を示し、その後「0.2」を下回り、約0.02秒において「0.7」まで復帰する。そして、連続NCCは、「0.6」程度まで低下し、次いで「0.7」程度まで復帰する。その後、連続NCCは再び「0.5」程度まで低下した後に、約0.1秒において「0.6」弱となる。以後、連続NCCは「0.65」付近までゆっくりと上昇していく。
このようにガス器具10の使用開始時において、連続NCCは大半の期間で「0.9」以上を示さない。このため、判断部44aは、連続NCCの代表値が閾値以上でない場合、ガス漏れ発生でなくガス器具10が使用されたと判断する。
また、連続NCCはガス器具10毎に異なっている。このため、判断部44aは、このような連続NCCのパターンから使用ガス器具10を判断する。具体的には記憶部45に、各ガス器具10の連続NCCのパターンを記憶させておく。すなわち、記憶部45は、ガステーブルについて図7(a)に示したような連続NCCのパターンを記憶し、小型湯沸器について図7(b)に示したような連続NCCのパターンを記憶し、給湯器について図7(c)に示したような連続NCCのパターンを記憶している。そして、判断部44aは、記憶部45に記憶された連続NCCデータのうち、算出された連続NCCと最も近い連続NCCデータが示すガス器具10の使用が開始したと判断する。
次に、判断部44aによって生成される所定の振動波形の生成手法について説明する。判断部44aは、以下のようにしてガス漏れ振動波形を生成する。まず、記憶部45は以下の式(2)を記憶している。
ここで、y(t)は圧力の変化量を示し、Kはゲインを示し、ωdは減衰振動の周波数を示し、ζは減衰比を示している。特に、ゲインK、減衰振動の周波数ωd、及び減衰比ζは、圧力センサ41によって実際に計測された波形から求められるものである。次に、これらの算出方法について図4を参照して説明する。
判断部44aは、以下の式(3)から、減衰振動の周波数ω
dを算出する。
ここで、Tpは行き過ぎ時間であり、図4で示すように、圧力変化発生時から最初の極値V1(極小値V1)までの時間をいう。判断部44aは、計測値データから最初の極値V1が確認されると、行き過ぎ時間Tpを求め、式(3)から減衰振動の周波数ωdを算出する。
なお、減衰振動の周波数ωdは、式(3)から求める場合に限らず、圧力変化発生時から2つ目の極値M(極大点M)や、3つ目の極値V2(極小点V2)に基づいて算出してもよい。
次に、判断部44aは、以下の式(4)から、ゲインKを算出する。
このような式であるため、判断部44aは、計測値データから極値V1,M,V2が確認されると、式(4)からゲインKを算出する。
なお、図4から明らかなように、ゲインKは圧力変化発生前の圧力値と圧力変化発生後の圧力値との差分によっても求めることができる。従って、判断部44aは、圧力変化が発生して圧力値が略一定値となったとき(図4では時刻0.4秒)に、差分からゲインKを求めてもよい。さらに、判断部44aは、圧力変化発生時から4つ目以降の極値を加味してゲインKを算出してもよい。
次いで、判断部44aは、以下の式(5)から、減衰比ζを算出する。
ここで、δは対数減衰率であり、mは周期数である。式(5)の場合、周期数mは「0.5」となる。
このような式であるため、判断部44aは、計測値データから極値V1,Mが確認されると、式(5)から減衰比ζを算出する。
以上のように、判断部44aは、ゲインK、減衰振動の周波数ωd、及び減衰比ζを算出し、式(2)より振動波形の式を求める。そして、判断部44aは、求めた式と、微小時間中における圧力振動波形とから、式(1)に従って連続NCCを求めることとなる。
ここで、判断部44aは、減衰振動の周波数ωd、及び減衰比ζを以下のようにして算出するようにしてもよい。すなわち、図4に示す振動波形は、ガス漏れ時の流量に依存する傾向にある。このため、判断部44aは、流量値のみを変数に含む式を予め記憶し、この式に流量値を代入して、減衰振動の周波数ωd、及び減衰比ζを求めるようにしてもよい。
具体的に判断部44aは、以下の式(6)から減衰振動の周波数ω
d、及び減衰比ζを求める。
ここで、Lは流量値であり、a1,a2,b1,b2は定数である。このように、式(6)から求めることで演算量を減らして、算出処理の簡素化を図るようにしてもよい。なお、流量と圧力には一定の相関がある。このため、式(6)に代えて圧力値のみを変数に含む式を記憶し、この式から減衰振動の周波数ωd、及び減衰比ζを求めるようにしてもよい。
さらに、この場合、判断部44aは、ゲインKについて式(4)から算出することなく、圧力変化発生前の圧力値と圧力変化発生後の圧力値との差分によっても求めることが望ましい。これにより、一層演算量を減らすことができるからである。
次に、第2の判断手法について説明する。第2の判断手法は、スペクトルデータを用いるものである。具体的に本実施形態に係る判断部44aは、振動波形をフーリエ変換することにより、スペクトルデータを算出する。なお、判断部44aはフーリエ変換によりスペクトルデータを算出する場合に限らず、他の方法によってスペクトルデータを算出するようにしてもよい。
図8は、図2に示した判断部44aにより算出されるスペクトルデータを示すグラフであって、ガス漏れが発生したときの圧力波形をフーリエ変換して得られるスペクトルデータを示すグラフである。図8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。なお、60Hz付近において存在するピークは、商用電源によるノイズであると考えられる。
図9は、図2に示した判断部44aにより算出されるスペクトルデータを示すグラフであって、(a)はガステーブル使用開始時におけるスペクトルデータを示し、(b)は小型湯沸器使用開始時におけるスペクトルデータを示し、(c)は給湯器使用開始時におけるスペクトルデータを示している。
図9(a)に示すように、ガステーブルの使用が開始した場合、得られる圧力波形には30Hz以下の周波数成分が多く、特に10〜20Hz付近において大きな振幅を示す傾向がある。また、図9(b)に示すように、小型湯沸器の使用が開始した場合、圧力波形は150Hzまでの圧力成分を含んでおり、特に30Hz程度では非常に大きな振幅を示す傾向がある。さらに、図9(c)に示すように、給湯器の使用が開始した場合、圧力波形は180Hzまでの圧力成分を含んでおり、特に20Hz程度では非常に大きな振幅を示す傾向がある。
また、記憶部45は、図8及び図9に示したようなスペクトルデータを記憶している。そして、判断部44aは、このスペクトルデータに基づいて、ガス漏れ及び使用ガス器具10を判断する。
すなわち、判断部44aは、算出したスペクトルデータと、記憶したスペクトルデータとを比較し、類似度が最も高いスペクトルデータを特定し、ガス漏れの発生や使用ガス器具10について判断する。ここで、類似度とは、上記したNCCであってもよいし、他の手法により算出された類似度であってもよい。
以上のように、判断部44aはガス漏れや使用ガス器具10を判断する。しかし、ガス漏れや使用ガス器具10を正確に判断するためには、トリガ信号が正確に発生する必要がある。トリガ信号が正確に発生しないと、ガス漏れや発生時点やガス器具10の使用開始時点を正確に捉えることができなくなってしまうからである。特に、ガス圧力に脈動が発生している場合には、脈動によりトリガ信号の発生の基準となるトリガ発生基準値以上の計測値が得られてしまい、誤ったトリガ信号を発生させてしまい易い。
そこで、本実施形態に係るガスメータ40は、更新部44bを備え、更新部44bがトリガ信号の発生の基準となるトリガ発生基準値を順次更新することで、誤ったトリガ信号の発生頻度を抑えることとしている。以下、更新部44bの詳細について説明する。
まず、制御部44は、微小時間経過後の規定時間において、所定時間毎に圧力センサ41からの信号を読み込む。更新部44bは、これら読み込んだ信号が示す計測値が、脈動許容範囲外の値を所定回数以上示すか否かを判断する。所定回数以上示すと判断した場合、更新部44bは脈動が発生していると判断し、所定回数以上示さないと判断した場合、脈動が発生していないと判断する。
図10は、脈動が発生している場合において図2に示した更新部44bの処理を説明する圧力波形を示すグラフであり、(a)は微小時間及び規定時間の圧力波形を示し、(b)は規定時間の圧力波形を示している。
図10(a)に示すように、制御部44はトリガ信号発生時からの微小時間において所定時間毎に圧力データを収集し、微小時間経過後からの規定時間において所定時間毎に圧力データを収集する。具体的に制御部44は、微小時間において2m秒毎に128個の圧力データを収集し、規定時間において2m秒毎に70個の圧力データを収集する。
なお、微小時間の圧力データの収集間隔と規定時間の圧力データの収集間隔とは同じに限らず異なっていてもよい。また、規定時間は微小時間に連続していなくともよく、例えば制御部44は微小時間経過した後、ある程度の時間をおいて規定時間だけ圧力データを収集してもよい。
そして、更新部44bは、規定時間における圧力波形のうち、脈動許容範囲外の計測値を所定回数以上示すか否かを判断する。図10(b)に示す例の場合、脈動許容範囲外の計測値が17回となっており、更新部44bは脈動が発生していると判断する。
脈動が発生していると判断すると、更新部44bは、脈動許容範囲外の値のうち最も範囲の中心値(図10(b)において便宜上に「0」)から離れた計測値と中心値との差分を求める。次いで、更新部44bは、差分に対して第1係数(1を超える安全率(具体的には1.25))を乗算する。この乗算により、更新部44bは更新値を算出し、この更新値をもとのトリガ発生基準値に対して加算することにより、トリガ発生基準値を更新する。なお、更新値は後述する脈動上限値と同じ値となる。
図11は、脈動が発生していない場合において図2に示した更新部44bの処理を説明する圧力波形を示すグラフであり、(a)は微小時間及び規定時間の圧力波形を示し、(b)は規定時間の圧力波形を示している。
図11(a)に示すように、制御部44はトリガ信号発生時からの微小時間において所定時間毎に圧力データを収集し、微小時間経過後からの規定時間において所定時間毎に圧力データを収集する。これは、図10を参照した説明と同様である。
そして、更新部44bは、規定時間における圧力波形のうち、脈動許容範囲外の計測値を所定回数以上示すか否かを判断する。図11(b)に示す例では、脈動許容範囲外の計測値が0回となっており、更新部44bは、脈動が発生していないと判断する。
脈動が発生していないと判断すると、更新部44bは、上記第1係数を乗算することなく、トリガ発生基準値を更新しないこととなる。
次に、フローチャートを参照して、本実施形態に係るガス状況判断方法を説明する。図12及び図13は、本実施形態に係るガス状況判断方法を示すフローチャートである。なお、図12はフローチャートの前半部分を示し、図13はフローチャートの後半部分を示している。
まず、図12に示すように、制御部44は、トリガ信号を受信したか否かを判断する(S1)。トリガ信号を受信していないと判断した場合(S1:NO)、トリガ信号を受信したと判断するまで、この処理が繰り返される。一方、トリガ信号を受信したと判断した場合(S1:YES)、制御部44は所定時間毎に圧力センサ41から信号を読み込み、記憶部45に記憶させていく(S2)。
次いで、制御部44は、微小時間+規定時間が経過したか否かを判断する(S3)。微小時間+規定時間が経過していないと判断した場合(S3:NO)、処理はステップS2に移行する。一方、微小時間+規定時間が経過したと判断した場合(S3:YES)、判断部44aは、記憶部45に記憶された圧力データのうち、微小時間分の圧力データを読み出し、ガス漏れ/開始ガス器具判断処理を実行する(S4)。この処理により、ガス漏れ及び使用が開始されたガス器具10が判断される。
次いで、図13に示すように、更新部44bは、脈動フラグがオンとなっているか否かを判断する(S5)。ここで、脈動フラグとは現在脈動が発生していることを示すフラグである。脈動フラグがオンとなっていないと判断している場合(S5:NO)、更新部44bは、記憶部45に記憶された圧力データのうち、規定時間分の圧力データを読み出し、読み出した圧力データが示す計測値が、脈動許容範囲外の値を所定回数以上示すか否かを判断する(S6)。脈動許容範囲外の値を所定回数以上示すと判断した場合(S6:YES)、更新部44bは、脈動フラグをオンにする(S7)。
次に、更新部44bは、現在の脈動において発生すると予測される上限値と下限値とを設定する。すなわち、まず更新部44bは、脈動上限値を設定する(S8)。このとき、更新部44bは、脈動許容範囲外の値のうち最も範囲の中心値から離れた計測値と中心値との差分に、第1係数(具体的には1.25)を乗算し、脈動上限値を算出して設定する(S8)。次いで、更新部44bは、脈動許容範囲外の値のうち最も範囲の中心値から離れた計測値と中心値との差分に、第2係数(具体的には0.75)を乗算し、脈動下限値を算出して設定する(S9)。
次に、更新部44bは、もとのトリガ信号発生基準値に脈動上限値を加算して、トリガ発生基準値を更新する(S10)。その後、図12及び図13に示す処理は終了する。一方、脈動許容範囲外の値を所定回数以上示さないと判断した場合(S6:NO)、脈動は発生していないことからトリガ発生基準値は更新されず、図12及び図13に示す処理は終了する。
ところで、脈動フラグがオンとなっていると判断している場合(S5:YES)、すなわち過去の処理において脈動が発生していることが判断され、しかも脈動が継続している場合、更新部44bは、現在の脈動レベルが脈動下限値未満であるか否かを判断する(S11)。ここで、脈動レベルとは、計測値の極値と中心値との差分の平均値であり、より詳細には極大値又は極小値の平均値のうち大きい方と中心値との差分である。このように単なる平均ではなく、極大値又は極小値の平均値のうち大きい方を採用することにより、例えば図10(b)及び図11(b)に示す中心値にずれがあった場合に誤った処理を実行してしまうことを防止することができる。
現在の脈動レベルが脈動下限値未満であると判断した場合(S11:YES)、すなわち脈動が収まりつつあると判断できる場合、更新部44bは以下の処理を実行して、発生した脈動が解消したか否かを判断することとなる。まず、更新部44bは、脈動上限値を脈動下限値に置き換える(S12)。このように、脈動が収まりつつあるため、脈動上限値を低下させる。次に、更新部44bは、脈動下限値に第3係数を乗算して脈動下限値を算出し設定する(S13)。ここで、第3係数は、例えば0.6である。
そして、更新部44bは、脈動上限値と脈動許容範囲とを比較し、脈動上限値が脈動許容範囲内であるか否かを判断する(S14)。脈動上限値が脈動許容範囲内であると判断した場合(S14:YES)、すなわち脈動上限値であっても脈動許容範囲内に収まることとなり、脈動許容範囲外の計測値が得られないと判断した場合、更新部44bは発生した脈動が解消したと判断して脈動フラグをオフにする(S15)。その後、図12及び図13に示した処理は終了する。
一方、脈動上限値が脈動許容範囲内でないと判断した場合(S14:NO)、すなわち脈動により脈動許容範囲外の計測値が得られる可能性がある場合、更新部44bは脈動が収まっていないと判断し、処理はステップS10に移行する。これにより、トリガ発生基準値の更新が行われ、図12及び図13に示した処理は終了する。
さらに、現在の脈動レベルが脈動下限値未満でないと判断した場合(S11:NO)、すなわち脈動が収まりつつないと判断できる場合、更新部44bは、現在の脈動レベルが脈動上限値未満であるか否かを判断する(S16)。現在の脈動レベルが脈動上限値未満でないと判断した場合(S16:NO)、すなわち脈動が大きくなっていると判断できる場合、処理はステップS6に移行する。これにより、脈動が大きくなっている場合に脈動上限値及び下限値を設定し直すこととなり、且つ、トリガ発生基準値の更新を行って(すなわちトリガ発生基準値を大きくし)、適切な脈動上限値及び下限値とすると共に、適切なトリガ発生基準値とすることができる。
また、現在の脈動レベルが脈動上限値未満であると判断した場合(S16:YES)、すなわちステップS11にて「NO」と判断されることにより脈動が収まりつつないものの、現在の脈動レベルが脈動上限値未満であり脈動が大きくなってもいない場合であり、脈動レベルが維持されている。このような場合、更新部44bは、脈動上限値を設定し直す等の処理を行うことなく、図12及び図13に示した処理は終了する。
図14は、図12に示したガス漏れ/開始ガス器具判断処理(S4)の詳細を示すフローチャートであって、第1の判断手法を示している。図14に示すように、まず、判断部44aは、微小時間中に得られた振動波形から、減衰振動の周波数ωd、ゲインK、及び減衰比ζを決定する(S21)。このとき、判断部44aは、減衰振動の周波数ωd、ゲインK、及び減衰比ζを式(3)〜式(5)に基づいて算出してもよいし、式(6)から求めてもよい。
次に、判断部44aは、ステップS21により決定された減衰振動の周波数ωd、ゲインK、及び減衰比ζから、2次遅れのステップ応答の式に基づいてガス漏れ振動波形を生成する(S22)。このとき、判断部44aは、ステップS21により決定された減衰振動の周波数ωd、ゲインK、及び減衰比ζを式(2)に代入することにより、ガス漏れ振動波形を生成する。
そして、判断部44aは、ステップS22において生成されたガス漏れ振動波形と、微小時間における振動波形とに基づいて、式(1)から連続NCCを算出する(S23)。
次に、判断部44aは、連続NCCの代表値を決定し、代表値が閾値以上であるか否かを判断する(S24)。代表値が閾値以上であると判断した場合(S24:YES)、判断部44aは、ガス漏れが発生していると判断する(S25)。その後、図14に示す処理は終了する。
代表値が閾値以上でないと判断した場合(S24:NO)、判断部44aは、記憶されているガス器具10毎の類似度推移データを読み出す(S26)。次いで、判断部44aは、ステップS26にて読み出したガス器具10毎の連続NCCデータのうち、ステップS23において算出した連続NCCと最も近いものを特定し、使用が開始したガス器具10を判断する(S27)。その後、図14に示す処理は終了する。
なお、図14に示す処理では、ステップS27において使用が開始したガス器具10を判断するのに先立って、ステップS24においてガス漏れを判断することにより、迅速性を必要とするガス漏れの判断を優先し、安全性の向上を図っている。
図15は、図12に示したガス漏れ/開始ガス器具判断処理(S4)の詳細を示すフローチャートであって、第2の判断手法を示している。
図15に示すように、まず、判断部44aは、微小時間における振動波形をフーリエ変換し、スペクトルデータを算出する(S31)。その後、判断部44aは、ガス漏れのスペクトルデータを読み出し(S32)、読み出したガス漏れのスペクトルデータと、ステップS31にて算出したスペクトルデータとの類似度を算出する(S33)。
次に、判断部44aは、ステップS33にて算出した類似度が特定値以上であるか否かを判断する(S34)。ステップS33にて算出した類似度が特定値以上であると判断した場合(S34:YES)、判断部44aはガス漏れが発生したと判断する(S35)。そして、図15に示す処理は終了する。
ところで、ステップS33にて算出した類似度が特定値以上でないと判断した場合(S34:NO)、判断部44aは、ガス器具10毎のスペクトルデータを読み出し(S36)、読み出したガス器具10毎のスペクトルデータと、ステップS31にて算出したスペクトルデータとの類似度を算出する(S37)。
その後、判断部44aは、類似度が最大となったスペクトルデータが示す種類のガス器具10の使用が開始したと判断する(S38)。そして、図15に示す処理は終了する。
このようにして、本実施形態に係るガスメータ40及びガス状況判断方法によれば、微小時間経過後の規定時間において、圧力センサ41により出力された計測値が脈動許容範囲外の値を所定回数以上示した場合に、規定時間中の波形に基づいてトリガ発生基準値を更新する。ここで、微小時間が経過した後、波形は安定していく傾向にある。このため、微小時間経過後の規定時間という、圧力が安定傾向にあるタイミングにおいて、計測値が脈動許容範囲外の値を所定回数以上示すということは、脈動が発生していると判断することができる。そして、脈動がある場合に、トリガ信号の発生の基準となるトリガ発生基準値を更新することとなり、脈動発生時においてもトリガ信号の発生に適切なトリガ発生基準値を更新することができる。従って、計測値変化時点の判断の正確性について向上させて、より正確にトリガ信号を発生させることができる。
また、計測値が脈動許容範囲外の値を所定回数以上示した場合、脈動許容範囲外の値のうち最も当該範囲の中心値から離れた計測値と当該中心値との差分に対して、1を超える安全率を乗算して得られる値に基づいて、トリガ発生基準値を更新する。このため、トリガ発生基準値は、脈動許容範囲外の値のうち最も当該範囲の中心値から離れた計測値が基準となって更新されることとなり、脈動の度合いに応じてトリガ発生基準値を更新することができる。従って、一層適切に計測値変化時点を判断してトリガ信号を発生させることができる。
また、計測値が脈動許容範囲外の値を所定回数以上示した場合、脈動の最大値を予測すると共に脈動状況に応じて最大値を更新し、最大値が脈動許容範囲内に収まるときに、発生した脈動が解消したと判断する。このため、最大値が脈動許容範囲内に収まるという脈動が発生し得ない状態を確認して、脈動が解消したか否かを判断することができ、確実に脈動解消を判断することができる。
次に、本実施形態に係るガスメータ40及びガス状況判断方法の第2実施形態について説明する。第2実施形態に係るガスメータ40及びガス状況判断方法は、第1実施形態のものと同様であるが、処理内容が一部異なっている。以下、第1実施形態との相違点について説明する。
まず、第1実施形態に係るガスメータ40は、ガス器具10の使用開始時及びガス漏れ発生時を正確に判断することを目的としていたが、第2実施形態おいてガスメータ40は、ガス器具10の使用終了時を正確に判断することを目的としている。ここで、本件発明者らは、ガス器具10の使用終了直後の微小時間(例えば最大で2s)においても圧力の計測値に振動が発生することを見出した。特に、この振動は、ガス器具10の使用開始時と同様に、ガス器具10毎に特徴を示すものである。このため、第2実施形態では、使用開始時等と終了時との相違から、第1実施形態と各種処理内容が異なっている。
ここで、ガス器具10の使用終了時においては、使用開始時と得られる振動波形が異なることから連続NCCやスペクトルデータについても第1実施形態と異なっている。
図16は、ガス器具使用終了時における圧力変化を示すグラフであって、(a)はガステーブル使用終了時における圧力変化を示し、(b)は小型湯沸器使用終了時における圧力変化を示し、(c)は給湯器使用終了時における圧力変化を示している。
図16(a)に示すように、ガステーブルの使用終了時には圧力が2.85kPa程度で滑らかに振動する圧力波形が得られる。また、図16(b)に示すように、小型湯沸器の使用終了時には圧力が2.85kPaを基準にして0.1kPa程度振動する圧力波形が得られる。さらに、図16(c)に示すように、給湯器の使用終了時には圧力が2.88kPaを基準にしてガステーブルよりもやや粗い振動を示す圧力波形が得られる。
図17は、図2に示した判断部44aにより算出される算出される連続NCCを示すグラフであって、(a)はガステーブル使用終了時における連続NCCを示し、(b)は小型湯沸器使用終了時における連続NCCを示し、(c)は給湯器使用終了時における連続NCCを示している。
ガステーブルの使用が終了した場合、図16(a)の振動波形が得られ、類似度推移算出部52cにより算出される連続NCCは図17(a)に示すようになる。すなわち、連続NCCは、初期的に「0.9」程度を示し、その後「0.2」を下回り、約0.03秒において「0.8」まで復帰する。そして、連続NCCは、約0.1秒において「0.6」程度となり、その後「0.6」付近を維持する。
また、小型湯沸器の使用が終了した場合、図16(b)の振動波形が得られ、類似度推移算出部52cにより算出される連続NCCは図17(b)に示すようになる。すなわち、連続NCCは、初期的に「0.9」程度を示し、その後「0.2」を下回り、約0.01秒において「0.8」まで復帰する。そして、連続NCCは、再度「0.3」程度まで低下し、次いで「0.6」程度まで復帰する。その後、連続NCCは小さな振動を繰り返しながら約0.1秒において「0.6」程度となる。次に、連続NCCは「0.7」付近までゆっくりと上昇する。
また、給湯器の使用が終了した場合、図16(c)の振動波形が得られ、類似度推移算出部52cにより算出される連続NCCは図17(c)に示すようになる。すなわち、連続NCCは、初期的に「0.9」程度を示し、その後「0.2」を下回り、約0.02秒において「0.6」まで復帰する。そして、連続NCCは、再度「0.45」程度まで低下し、次いで「0.6」程度まで復帰する。その後、連続NCCは再び「0.45」程度まで低下した後に、約0.1秒において「0.6」程度となる。次に、連続NCCは「0.7」付近までゆっくりと上昇する。
このように、ガス器具10の使用終了時においても連続NCCはガス器具10毎に異なり、判断部44aは、このような連続NCCのパターンから使用が終了したガス器具10を判断する。具体的には記憶部45に、各ガス器具10の連続NCCのパターンを記憶させておく。すなわち、記憶部45は、ガステーブルについて図17(a)に示したような連続NCCのパターンを記憶し、小型湯沸器について図17(b)に示したような連続NCCのパターンを記憶し、給湯器について図17(c)に示したような連続NCCのパターンを記憶している。そして、判断部44aは、記憶された連続NCCデータのうち、算出された連続NCCと最も近い連続NCCデータが示すガス器具10の使用が終了したと判断する。
図18は、図2に示した判断部44aにより算出されるスペクトルデータを示すグラフであって、(a)はガステーブル使用終了時におけるスペクトルデータを示し、(b)は小型湯沸器使用終了時におけるスペクトルデータを示し、(c)は給湯器使用終了時におけるスペクトルデータを示している。
図18(a)に示すように、ガステーブルの使用が終了した場合、得られる圧力波形には30Hz以下の周波数成分が多く、特に10〜20Hz付近において大きな振幅を示す傾向がある。また、図18(b)に示すように、小型湯沸器の使用が終了した場合、圧力波形は150Hzまでの圧力成分を含んでおり、特に90Hz程度で大きな振幅を示す傾向がある。さらに、図18(c)に示すように、給湯器の使用が終了した場合、30Hz程度でやや大きな振幅を示す程度であり、その他の周波数成分を殆ど含まない傾向がある、なお、50Hz付近において存在するピークは、商用電源によるノイズであると考えられる。
また、記憶部45は、図18に示したようなスペクトルデータを記憶している。そして、判断部44aは、このスペクトルデータに基づいて、使用が終了したガス器具10を判断する。
すなわち、判断部44aは、算出したスペクトルデータと、記憶部45に記憶されたスペクトルデータとを比較し、類似度が最も高いスペクトルデータを特定し、使用が終了したガス器具10について判断する。ここで、類似度とは、上記したNCCであってもよいし、他の手法により算出された類似度であってもよい。
図19及び図20は、第2実施形態に係るガス状況判断方法を示すフローチャートである。なお、図19はフローチャートの前半部分を示し、図20はフローチャートの後半部分を示している。また、図19から明らかなように、図19に示すステップS41〜S43の処理は図12に示したステップS1〜S3と同様である説明を省略する。さらに図20に示したステップS45〜S55の処理についても、図13に示したステップS5〜S15の処理と同様であるため、説明を省略する。
ステップS44において判断部44aは、記憶部45に記憶された圧力データのうち、微小時間分の圧力データを読み出し、終了ガス器具判断処理を実行する(S44)。この処理により、使用が終了したガス器具10が判断される。
図21は、図19に示した終了ガス器具判断処理(S44)の詳細を示すフローチャートであって、第1の判断手法を示している。図21に示すステップS61〜S63において、図14に示したステップS21〜S23と同様の処理が実行される。
その後、図21に示すステップS64,S65において、図14に示したステップS26,S27と同様の処理が実行される。そして、図21に示す処理は終了する。
図22は、図20に示した終了ガス器具判断処理(S44)の詳細を示すフローチャートであって、第2の判断手法を示している。図22に示すステップS71において、図15に示したステップS31と同様の処理が実行される。
その後、図20に示すステップS72〜S74において、図15に示したステップS36〜S38と同様の処理が実行される。そして、図22に示す処理は終了する。
このようにして、第2実施形態に係るガスメータ40及びガス状況判断方法によれば、第1実施形態と同様に、計測値変化時点の判断の正確性について向上させて、より正確にトリガ信号を発生させることができる。
さらに、第2実施形態によれば、ガス器具10の終了時点についてもより正確に判断することができる。
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し、各実施形態を組み合わせてもよい。
例えば、上記実施形態において類似度推移を式(1)により算出しているが、これに限らず、他の方法で類似度推移を算出するようにしてもよい。
また、上記実施形態において判断部44aは、記憶した連続NCCデータのうち、算出した連続NCCと類似するものが存在しない場合、記憶された連続NCCデータが示すガス器具10に不足があると判断してもよい。
また、本実施形態では燃料ガスをLPガスとする場合の例について説明したが、これに限らず、都市ガスの場合にも適用可能である。
また、本実施形態では最大で2秒の微小時間におけるガス漏れ振動波形に基づいて、ガス漏れ及び使用ガス器具10を判断している。特に、本実施形態では、ガス漏れや使用ガス器具10を判断するにあたり、圧力を計測する時間は2秒以内(望ましくは1秒以内)で充分であるが、予備的に2秒よりも長い時間の計測を行ってもよい。
また、本実施形態において判断部44aは、ガス器具10毎の連続NCCデータを記憶している。この連続NCCデータは、1つのガス器具10に対して1つだけ記憶されていてもよいし、1つのガス器具10に対して複数記憶されていてもよい。例えば、ガス給湯器ではガス給湯器内の水温によって連続NCCが異なってくる。この場合、判断部44aに記憶される連続NCCデータが1つだけであると、ガス給湯器の水温に応じて使用ガス器具10の判断を誤ってしまう可能性がある。そこで、このようなガス器具10に対しては複数の連続NCCデータを記憶しておくことが望ましい。これにより、より精度良く使用ガス器具10を判断することができるからである。同様に、1つのガス器具10に対し、複数のスペクトルデータを記憶していてもよい。
また、上記実施形態において判断部44aは、スペクトルデータの全周波数域で類似度を算出しているが、これに限らず一部の周波数域のみで類似度を算出してもよい。例えば、ガス給湯器の使用終了時では100Hz以上の周波数域においてもスペクトルデータに大きな振幅が得られるという特徴があるため、100Hz以上の周波数域についてスペクトルデータの類似度を算出することによっても使用が終了したガス器具10を特定することができる。このように、一部の周波数域のみで類似度を算出して演算量を減らすこともできる。
さらに、上記実施形態では、使用が終了したガス器具10、使用が開始したガス器具10、及び、ガス漏れについて、連続NCCを求めたり、スペクトルデータを求めたりすることで、判断している。しかし、これに限らず、例えば、図4や図6や図16に示すような微小時間における波形を直接記憶しておき、波形同士の類似度などから、使用が終了したガス器具10、使用が開始したガス器具10、及び、ガス漏れを判断するようにしてもよい。さらには、波形の特定点など波形の直接の特徴から使用が終了したガス器具10、使用が開始したガス器具10、及び、ガス漏れを判断するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では圧力データに基づいてガス漏れや使用ガス器具10を判断すると共に、脈動を判断しているが、これに代えて、又はこれに加えて流量データに基づいて、ガス漏れや使用ガス器具10を判断したり、脈動を判断したりしてもよい。ここで、圧力と流量とには一定の相関がある。このため、流量センサ42からの信号に基づいて上記を判断することもできる。
さらに、上記実施形態においては、トリガ信号発生部43に更新部44bの機能を搭載し、トリガ信号発生装置として用いることも可能である。この場合、既存のガスメータ40に外付けなどして、より正確にトリガ信号を発生させることができる。