JP5945129B2 - 異常検知システム - Google Patents

Description

本発明は、タンクに生じた異常を検知する技術に関する。

従来、タンクに生じた孔を検知する技術が研究されている。その一具体例として特許文献１に記載の技術がある。この技術では、アコースティックエミッションセンサー（ＡＥセンサー）を使用して、高圧タンクに生じる破壊の兆候（異常）を非破壊で検知する。
図５は、一般に利用される技術であって、ＡＥセンサーを使用してタンクに生じた異常を検知する技術の構成を示す図である。タンク９０１は、地面９３０に埋設されている。タンク９０１は、複数（二つ）の露出部を備えている。露出部とは、地面９３０に埋設されているタンク９０１のうち、容易に触れることが可能な部分である。露出部は、例えばノズル蓋９０２（９０２−１、９０２−２）として構成されている。ノズル蓋９０２は地面９３０に設けられた穴の部分に位置しているため、地上からノズル蓋９０２に対して接触することが可能である。普段は、地面９３０に設けられた穴の部分には、マンホール等の蓋が設置されている。各ノズル蓋９０２の上面には、センサー９１１（９１１−１、９１１−２）が設置されている。

センサー９１１はＡＥセンサーである。センサー９１１は所定時間にわたってＡＥ波を検知し、ＡＥ波を表す信号を出力する。センサー９１１から出力された信号は判定装置に入力され、判定装置がタンク９０１における異常の有無を信号に基づいて判定する。具体的には以下の通りである。判定装置は、センサー９１１から出力された信号において、短時間に連続的に発生する同波数の弾性波から構成される１群のアコースティックエミッション信号（ＡＥ信号）の数を数える。判定装置は、ＡＥ信号の数の時間変化を示すヒットレートを求める。そして、判定装置は、ヒットレートの変化に基づいて、タンク９０１における異常の有無を判定する。

国際公開第２００９／００８５１５号

しかしながら、従来はタンクが複数の露出部（ノズル蓋９０２）を備えていることが前提となっていたため、一つの露出部しか備えていないタンクに対しては技術を適用できないという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、一つの露出部しか備えていないタンクにおいてＡＥセンサーを用いた異常検知を可能とする技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、タンク本体に設けられたノズル蓋からなる一つの露出部上に、前記タンクの長手方向に沿って離れるように設けられ、弾性波を検知する複数のセンサーと、前記センサーによって検知された弾性波を表す信号において、ＡＥ信号を検出するとともに、信号の振幅が所定の閾値を超えた回数と信号部分の面積とを前記ＡＥ信号毎に算出し、算出結果及び検出結果に基づいて前記タンクにおける異常の有無を判定する判定手段と、を備える異常検知システムである。

本発明の一態様は、上記の異常検知システムであって、前記タンク内の圧力を変化させる圧力変化器と、前記圧力変化器と前記タンクとの間に設けられた補助タンクと、をさらに備える。

本発明により、一つの露出部しか備えていないタンクにおいてＡＥセンサーを用いて異常を検知することが可能となる。

本発明の第一実施形態である異常検知システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 本発明の第一実施形態における判定装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 判定部による処理の概略を示す図である。 本発明の第二実施形態である異常検知システムのシステム構成を表すシステム構成図である。 一般に利用される技術であって、ＡＥセンサーを使用してタンクに生じた異常を検知する技術の構成を示す図である。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態である異常検知システムのシステム構成を表すシステム構成図である。異常検知システムは、タンク１０１に生じている異常を検知する。異常検知システムは、例えばタンク１０１内の液体や気体が外部に漏洩する原因となる孔（漏洩孔）の存在を異常として検知する。

タンク１０１は、地面３００に埋設されている。タンク１０１は、一つの露出部を備えている。露出部とは、地面３００に埋設されているタンク１０１のうち、容易に（地面３００を掘り返す等の作業を行うことなく）触れることが可能な部分である。以下の説明では、露出部はノズル蓋１０２として構成されている。ただし、露出部はノズル蓋１０２に限定される必要は無く、タンク１０１の一部分であればどのような構成であっても良い。

タンク１０１は、一つのノズル蓋１０２を備える。ノズル蓋１０２は、タンク１０１の長手方向（図１の矢印Ａの方向）の略中央部に設置されている。ノズル蓋１０２は地面３００に設けられた穴の部分に位置しているため、地上からノズル蓋１０２に対して接触することが可能である。普段は、地面３００に設けられた穴の部分には、マンホール等の蓋が設置されていても良い。また、異常の有無の判定を行う際には、タンク１０１は減圧されても良い。減圧時の圧力は、例えば２〜１０ｋＰａであっても良い。

ノズル蓋１０２の上面には、２つのセンサー２０１（２０１−１、２０１−２）が離れて設置されている。具体的には、センサー２０１は、ノズル蓋１０２の縁部に設置することによって、センサー２０１同士の距離が大きくなるように設置されている。また、センサー２０１は、タンク１０１の長手方向（図１の矢印Ａの方向）に沿って離れるように設置されている。そのため、センサー２０１間の距離のうち長手方向の成分が大きくなるように設置されている。
センサー２０１は弾性波を検出するセンサーである。センサー２０１は、例えばＡＥ（アコースティックエミッション：Acoustic Emission）波を検出するＡＥセンサーである。以下、センサー２０１がＡＥセンサーとして構成されるものとして説明を行う。センサー２０１は、所定時間にわたってＡＥ波を検知し、ＡＥ波を表す信号を出力する。センサー２０１から出力された信号は判定装置５００に入力される。センサー２０１が検知するＡＥ波は、例えばタンク１０１内の音波によって生じるＡＥ波である。

図２は、本発明の第一実施形態における判定装置５００の機能構成を示す概略ブロック図である。判定装置５００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、判定プログラムを実行する。判定プログラムの実行によって、判定装置５００は、入力部５０１、出力部５０２、判定部５０３を備える装置として機能する。なお、判定装置５００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、判定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。判定プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。

入力部５０１は、有線伝送路又は無線伝送路を介して、センサー２０１から出力される信号を判定装置５００に入力する。入力部５０１は、センサー２０１から出力された信号を判定部５０３に対して出力する。
出力部５０２は、判定装置５００に接続された不図示の出力装置を介し、判定装置５００のユーザに対して判定部５０３の判定結果を出力する。出力装置は、例えば画像や文字を画面に出力する装置を用いて構成されても良い。例えば、出力装置は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescent）ディスプレイ等を用いて構成できる。また、出力装置は、画像や文字をシートに印刷（印字）する装置を用いて構成されても良い。例えば、出力装置は、インクジェットプリンタやレーザープリンタ等を用いて構成できる。また、出力装置は、文字を音声に変換して出力する装置を用いて構成されても良い。この場合、出力装置は、音声合成装置及び音声出力装置（スピーカー）を用いて構成できる。

判定部５０３は、センサー２０１から出力された信号に基づいて、タンク１０１における異常の有無を判定する。図３は、判定部５０３による処理の概略を示す図である。以下、図３を用いて判定部５０３の処理の具体例について説明する。
図３（Ａ）は、センサー２０１から出力された信号の一部分の具体例を示す図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す信号部分の面積を示す図である。判定部５０３は、センサー２０１から出力された信号において、短時間に連続的に発生する同波数の弾性波から構成される１群のアコースティックエミッション信号（ＡＥ信号）の数を数える。

より具体的には以下の通りである。判定部５０３は、予め設定された閾値ＡＴを記憶している。判定部５０３は、信号の振幅が閾値ＡＴを最初に超えた時刻Ｔ１から、継続的に信号の振幅が閾値ＡＴを超え続けている時間（信号の振幅が閾値ＡＴを最後に超えた時刻Ｔ２までの時間）を継続時間として算出する。また、判定部５０３は、信号の振幅が閾値ＡＴを最初に超えた時刻Ｔ１から最大振幅値Ａｍａｘが得られた時刻Ｔｍａｘまでの時間を立ち上がり時間として算出する。判定部５０３は、立ち上がり時間及び継続時間が所定の条件を満たしている場合に、継続時間中の信号をＡＥ信号として判定する。所定の条件とは、例えば立ち上がり時間が３マイクロ秒以上であり、且つ、継続時間が１０ミリ秒以下であることであっても良い。

判定部５０３は、ＡＥ信号毎に、振幅が閾値ＡＴを超えた回数（図３の交点４００の数）をカウント数として計数する。また、判定部５０３は、ＡＥ信号毎に、面積（ＡＥエネルギー）を算出する。判定部５０３は、センサー２０１から出力された信号全体にわたって上記の処理を実行し、ＡＥ信号数（いわゆるヒット数）を数えるとともに、ＡＥ信号毎にカウント数及び面積を取得する。

判定部５０３は、ＡＥ信号数（ヒット数）の時間変化を示すヒットレートを求める。そして、判定部５０３は、ヒットレートの変化と、ＡＥ信号毎のカウント数及び面積と、に基づいてタンク１０１における異常の有無を判定する。
閾値ＡＴは、例えば以下のようにして予め設定される。まず、タンク１０１に対してセンサー２０１を取り付け、疑似ＡＥ信号を発生させる。疑似ＡＥ信号は、例えばシャープペンシルの芯を圧折させることにより発生させることができる。疑似ＡＥ信号を発生させてから所定時間の間にセンサー２０１によって出力された信号に関して、暫定閾値ＡＴ’を超えた回数を計数する。繰り返し暫定閾値ＡＴ’を変更して計数することによって、計数値が所定数（例えば５回／秒）となる暫定閾値ＡＴ’を取得する。計数値が所定数となる状態が所定時間（例えば１５分間）継続する場合に、暫定閾値ＡＴ’の値を閾値ＡＴとして設定する。また、上記処理によって閾値ＡＴを設定した後、所定の時間内（例えば３０分以内）にセンサー２０１によって信号を出力し判定装置５００による判定を実行するように構成されても良い。このように構成されることによって、環境に応じた背景雑音を排除して異常の有無をより精度良く判定することが可能となる。

本発明の異常検知システムによれば、複数のセンサー２０１が一つの露出部（ノズル蓋１０２）に対して設置される。小規模のタンクは露出部を一つしか備えていないものが多いが、このような小規模のタンクにおいてもＡＥセンサーを用いた異常検知を行うことが可能となる。

また、複数のセンサー２０１は、タンク１０１の長手方向に沿って離れるように設置される。そのため、タンク１０１の長手方向に沿った異常箇所の位置についてより精度良く検知することが可能となる。
また、判定装置５００は、ＡＥ信号毎のカウント数及び面積に基づいてタンク１０１における異常の有無を判定する。そのため、従来に比べて異常の検出感度を高くし、正確な評価を行うことが可能となる。

＜変形例＞
本発明の第一実施形態では、ノズル蓋１０２の上面に設置されるセンサー２０１の数は２つであるが、３つ以上であっても良い。このように構成された場合であっても、従来に比べて異常の検出感度を高くし、正確な評価を行うことが可能となる。
露出部を複数備えるタンクに対して本発明の第一実施形態が適用されても良い。この場合、複数の露出部のうち一つの露出部に対して複数のセンサー２０１が設置される。このように構成されることによって、複数の露出部を備えるタンクにおいても、一つの露出部のみに対してセンサー２０１を設置することで異常を検知することが可能となる。したがって、例えば地震などによって複数の露出部のうち一つの露出部しかセンサー２０１を設置できない場合であっても、タンクの異常を検知することが可能となる。
本発明の第一実施形態では、判定装置５００を用いずに、センサー２０１から出力された信号の波形を作業者（人間）が目視して判定部５０３と同様の判定を行っても良い。

［第二実施形態］
図４は、本発明の第二実施形態である異常検知システムのシステム構成を表すシステム構成図である。第二実施形態における異常検知システムは、タンク１０１における異常検知を行う際に、タンク１０１の内圧を減圧する。以下の説明では、タンク１０１の内圧を減圧する際に、圧力調整のための流体として空気を用いる。ただし、流体は空気に限定される必要は無い。

第二実施形態における異常検知システムは、タンク１０１、ノズル蓋１０２、複数のセンサー２０１（２０１−１、２０１−２）、ノズル蓋１０２を介してタンク１０１内に貫通している配管１０３、圧力計６０１、流量調整弁６０２、補助タンク６０３、減圧器６０４、補助タンク６０３と減圧器６０４とを接続する配管１０４を備える。
圧力計６０１は、配管１０３に接続されることによって、タンク１０１内の圧力Ｐを測定する。圧力計６０１は、演算部を備えており、圧力Ｐの変化量ｄＰを算出して表示する。流量調整弁６０２は、配管１０３を流れる空気の量を調整するための弁である。減圧器６０４は、配管１０４を介して補助タンク６０３内の空気の量を変化させることによって、間接的にタンク１０１を減圧する。

異常検知システムのユーザは、圧力計６０１を目視することによって圧力の変化量ｄＰを確認しながら、流量調整弁６０２を操作することによって、タンク１０１を所定の圧力まで減圧する。
補助タンク６０３は、減圧器６０４によってタンク１０１を減圧する際のバッファとして機能する。そのため、減圧器６０４の動作によるタンク１０１の急激な圧力の変化を緩和させることが可能となり、タンク１０１内の減圧をより正確に実施することが可能となる。ユーザは、より正確な減圧が行われた状態で、タンク１０１について異常の検知を行うことができる。したがって、異常箇所から生じた流体（空気等）の流入によるＡＥ波をセンサー２０１で検知し、減圧法による異常の判定をより精度良く実施することが可能となる。

＜変形例＞
本発明の第二実施形態では、減圧器６０４に代えて加圧器を設置し、タンク１０１に対して加圧しても良い。この場合、加圧器の動作によるタンク１０１の急激な圧力の変化を緩和させることが可能となり、タンク１０１内の加圧をより正確に実施することが可能となる。ユーザは、より正確な加圧が行われた状態で、タンク１０１について異常の検知を行うことができる。したがって、異常箇所から生じた流体（空気、タンク１０１内に貯蔵されている流体等）の流出によるＡＥ波をセンサー２０１で検知し、加圧法による異常の判定をより精度良く実施することが可能となる。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０１…タンク， １０２…ノズル蓋， １０３，１０４…配管， ２０１−１，２０１−２…センサー， ３００…地面， ５００…判定装置， ５０１…入力部， ５０２…出力部， ５０３…判定部， ４００…交点， ６０１…圧力計， ６０２…流量調整弁， ６０３…補助タンク， ６０４…減圧器（圧力変化器）

Claims (2)

1. タンク本体に設けられたノズル蓋からなる一つの露出部上に、前記タンクの長手方向に沿って離れるように設けられ、弾性波を検知する複数のセンサーと、
   前記センサーによって検知された弾性波を表す信号において、ＡＥ信号を検出するとともに、信号の振幅が所定の閾値を超えた回数と信号部分の面積とを前記ＡＥ信号毎に算出し、算出結果及び検出結果に基づいて前記タンクにおける異常の有無を判定する判定手段と、
   を備える異常検知システム。
2. 前記タンク内の圧力を変化させる圧力変化器と、
   前記圧力変化器と前記タンクとの間に設けられた補助タンクと、
   をさらに備える請求項１に記載の異常検知システム。

Images