JP6435123B2 - 流体判定装置及び流体判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体判定装置及び流体判定方法に関し、特に、検査対象物内を流れる流体を判定する技術に関する。

従来から、下記特許文献１乃至４に記載されているように、流体が流れる配管等の検査対象物の振動又は音響を検知し、検知した振動又は音響に含まれる所定の周波数成分の強度が所定の閾値よりも大きいか否かに応じて、流体漏れ等の検査対象物の異常の有無を判定することが知られている。また、検査対象物内を流れる流体が蒸気である場合、高周波成分の強度の大きい振動又は音響が発生することが知られている。

そこで、上記知見に基づき、蒸気及び復水（ドレン）の少なくとも何れか一方を含む流体が流れる配管やスチームトラップ等を検査対象物として、検査対象物の振動又は音響を検知し、検知した検査対象物の振動又は音響に含まれる所定の高周波数成分の強度が所定の閾値よりも大きいか否かに応じて、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定することが行われている。

特開平１１−２４１９４５号公報 特開２００２−３２３４０１号公報 特開２００２−３２３４００号公報 特開平６−２０７８８０号公報

しかし、検査対象物内に大量の復水が流れた場合にも、高周波数成分の強度が大きい振動又は音響が発生することがある。したがって、検査対象物内に大量の復水が流れている場合に、上記の方法で検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定すると、所定の高周波数成分の強度が大きいことに起因して、検査対象物内を流れる流体が蒸気であると誤判定する虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、検査対象物内に蒸気が流れているか否かを適切に判定することができる流体判定装置及び流体判定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る流体判定装置は、蒸気及び復水の少なくとも何れか一方を含む流体が流れる検査対象物の振動又は音響を検知する検知部と、前記検知部が出力した検知信号から、６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下の予め定められた第一周波数成分の強度と、２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であり、前記第一周波数よりも高い予め定められた第二周波数成分の強度と、を抽出する抽出部と、前記第一周波数成分の強度と前記第二周波数成分の強度の差が、予め定められた第一閾値よりも大きい場合、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気であると判定し、前記差が前記第一閾値以下である場合、更に、前記差が前記第一閾値よりも小さい第二閾値よりも大きいか否かを判定し、前記差が前記第二閾値以下のときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記復水であると判定し、前記差が前記第二閾値よりも大きいときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気と前記複水の混合流体であると判定する判定部と、を備えるものである。

また、本発明に係る流体判定方法は、蒸気及び復水の少なくとも何れか一方を含む流体が流れる検査対象物の振動又は音響を検知し、前記検知した振動又は音響に含まれる、６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下の予め定められた第一周波数成分の強度と、２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であり、前記第一周波数よりも高い予め定められた第二周波数成分の強度と、を抽出し、前記第一周波数成分の強度と前記第二周波数成分の強度の差が、予め定められた第一閾値よりも大きい場合、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気であると判定し、前記差が前記第一閾値以下である場合、更に、前記差が前記第一閾値よりも小さい第二閾値よりも大きいか否かを判定し、前記差が前記第二閾値以下のときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記復水であると判定し、前記差が前記第二閾値よりも大きいときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気と前記複水の混合流体であると判定するものである。

出願人は、蒸気及び復水の少なくとも何れか一方を含む流体が流れる検査対象物の振動又は音響を検知し、当該検知した振動又は音響に含まれる各周波数成分の強度を分析した。その結果、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下であり、第二周波数が２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数である場合に、第一周波数成分の強度と第一周波数よりも高い第二周波数成分の強度の差が、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かによって大きく異なることを知見した。

本構成は、上記知見に基づくものであり、検知した振動又は音響に含まれる、第一周波数成分の強度と第一周波数よりも高い第二周波数成分の強度の差が第一閾値よりも大きいか否かに応じて、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定するものである。

つまり、本構成によれば、検査対象物内に大量の復水が流れているために、第二周波数成分の強度が大きい振動又は音響が発生している場合であっても、検知した振動又は音響に含まれる、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度との差が第一閾値以下であるときには、検査対象物内を流れる流体が蒸気ではないと適切に判定することができる。一方、検査対象物内に蒸気が流れているために、第二周波数成分の強度が大きい振動又は音響が発生している場合に、検知した振動又は音響に含まれる、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度の差が第一閾値よりも大きいときは、検査対象物内を流れる流体が蒸気であると適切に判定することができる。

このように、本構成によれば、従来から行われているように、検査対象物の振動又は音響を検知し、当該検知した振動又は音響に含まれる所定の高周波数成分の強度が所定の閾値よりも大きいか否かに応じて検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定する場合に比して、検査対象物内に蒸気が流れているか否かを適切に判定することができる。

本構成によれば、検査対象物内に蒸気と復水の混合流体が流れているために、検知した振動又は音響に含まれる、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度との差が第二閾値よりも大きいときには、検査対象物内を流れる流体が混合流体であると判定することができる。一方、復水が検査対象物内を流れているために、検知した振動又は音響に含まれる、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度との差が第二閾値以下であるときには、検査対象物内を流れる流体が復水であると判定することができる。このように、本構成によれば、検査対象物内を流れる流体が蒸気と復水の混合流体であるか複水であるかの判別も行うことができる。

また、前記第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下に定められ、前記第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下に定められていることが好ましい。

出願人は、上記分析の結果、更に、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下の周波数であり、第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数である場合に、検査対象物内を流れる流体が異なると、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度の差が特に大きくなることを知見した。

つまり、本構成によれば、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下に定められ、第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下に定められているので、検査対象物内を流れる流体に応じて、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度の差が顕著に異なることとなり、検査対象物内を流れる流体を判別する精度を向上することができる。

また、前記第一周波数が１キロヘルツに定められ、前記第二周波数が１０キロヘルツに定められていることが好ましい。

出願人は、上記分析の結果、更に、第一周波数が１キロヘルツであり、第二周波数が１０キロヘルツである場合、検査対象物内を流れる流体が異なると、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度の差が最も大きく異なることを知見した。

つまり、本構成によれば、第一周波数が１キロヘルツに定められ、第二周波数が１０キロヘルツに定められているので、検査対象物内を流れる流体に応じて、第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度の差が最も顕著に異なることとなり、検査対象物内を流れる流体を判別する精度を更に向上することができる。

本発明によれば、検査対象物内に蒸気が流れているか否かを適切に判定することができる流体判定装置及び流体判定方法を提供することができる。

本発明に係る流体判定装置の一実施形態に係る検査装置の斜視概要図である。 前記検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 蒸気のみが流れているスチームトラップの振動に含まれる各周波数成分の振動レベルを示すヒストグラムである。 ドレンのみが流れているスチームトラップの振動に含まれる各周波数成分の振動レベルを示すヒストグラムである。 図３に示す第一周波数成分及び第二周波数成分の振動レベルと、当該第一周波数成分の振動レベルと当該第二周波数成分の振動レベルの差の一例を示す図である。 図４に示す第一周波数成分及び第二周波数成分の振動レベルと、当該第一周波数成分の振動レベルと当該第二周波数成分の振動レベルの差の一例を示す図である。 検査対象物内を流れる流体が蒸気である場合とドレンである場合のそれぞれにおける第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差と、第一閾値との関係の一例を示す図である。 検査対象物内を流れる流体を判別する動作の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る流体判定装置の第一変形実施形態に係る検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明に係る流体判定装置の第二変形実施形態に係る検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 検査対象物内を流れる流体が蒸気である場合とドレンである場合のそれぞれにおける第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差と、第一閾値と、第二閾値との関係の一例を示す図である。 検査対象物内を流れる流体を判別する動作の図８とは別の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る流体判定装置の一実施形態に係る検査装置の斜視概要図である。図１に示すように、検査装置１は、作業者が検査装置１を携帯して、蒸気及びドレン（復水）の少なくとも何れか一方を含む流体が流れるプラントの配管系各所を検査可能に構成されている。

具体的には、検査装置１は、計測器２と、これにケーブルを介して接続される処理器３とを備え、流体の配管やスチームトラップ等の検査対象物の表面に計測器２を当接させて振動を検知し、得られたデータを処理器３で処理するように構成されている。

図２は、検査装置１の電気的構成を示すブロック図である。図２に示すように、計測器２は、計測開始用スイッチ２２１（図１）を有する入力部２２と、検査対象物の振動を検知する検知部２０と、計測器２を統括的に制御する第一中央処理部２１と、を備えている。

検知部２０は、例えば図１に示すように円錐状に形成され、計測器２の先端に突設された、検査対象物の振動検出部分となる振動プローブ２０１と、振動プローブ２０１から伝達される振動の強さに応じた電圧を発生する圧電型セラミック素子からなる振動センサ２０２とを備えている。また、検知部２０は、振動センサ２０２の出力電圧に含まれるノイズを除去し、所定の周波数帯域分の信号を得るフィルタ２０３と、フィルタ２０３の出力信号を所定ゲインで増幅する増幅器２０４と、増幅器２０４の出力信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換するＡ／Ｄ変換器２０５を備えている。つまり、検知部２０は、Ａ／Ｄ変換器２０５の出力信号を、検査対象物の振動レベル（振動の強度）を示す検知信号として、第一中央処理部２１へ出力する。

第一中央処理部２１は、例えば、所定の演算処理を実行する不図示のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶されたＥＥＰＲＯＭ等の不図示の不揮発性メモリーと、データを一時的に記憶するための不図示のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、処理器３に備えられた後述の第二中央処理部３１との間でデータを入出力するための入出力回路等の不図示の周辺回路と、を備えている。

第一中央処理部２１は、不揮発性メモリー等に記憶された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、検知部２０及び入力部２２の動作を制御する。また、第一中央処理部２１は、制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、検知部２０が出力した検知信号を用いた各種処理を実行し、当該各種処理の実行結果を示すデータを処理器３へ出力する。

第一中央処理部２１は、特に、検知部２０が出力した検知信号を用いた各種処理を実行するに当たり、フーリエ変換部２１１及び差分演算部２１２として動作する。

フーリエ変換部２１１は、フーリエ変換を行うことによって、検知部２０が出力した検知信号から、検査対象物の振動に含まれる各周波数成分の振動レベルを抽出する。つまり、フーリエ変換部２１１は、本発明に係る抽出部の一例を構成している。

以下に、フーリエ変換部２１１が検査対象物の振動に含まれる各周波数成分の振動レベルを抽出する具体例を示す。図３は、蒸気のみが流れているスチームトラップの振動に含まれる各周波数成分（横軸）の振動レベル（縦軸）を示すヒストグラムである。例えば、スチームトラップを検査対象物とし、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．７ＭＰａである場合のそれぞれにおいて、当該スチームトラップの二次側から蒸気のみが排出され、当該スチームトラップ内に蒸気が流れていると考えられるときに、当該スチームトラップの振動を検知部２０に検知させたとする。

尚、スチームトラップの一次側圧力は、蒸気が流入する側の配管の圧力を示す。また、スチームトラップの一次側圧力は、スチームトラップの二次側圧力（ドレン排出側の配管の圧力）が大気圧（０ＭＰａ）であるものとして、当該二次側圧力を基準とした場合のゲージ圧力を示す。

この場合、フーリエ変換部２１１は、フーリエ変換を行うことによって、図３に示すように、検知部２０が出力した検知信号から、８００ヘルツから５０キロヘルツまでの１／３オクターブずつ異なる各周波数成分（横軸）の振動レベル（縦軸）を抽出する。

図３において、黒塗部は、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａの場合の各周波数成分の振動レベルを示す。網掛部は、スチームトラップの一次側圧力が０．４ＭＰａの場合の各周波数成分の振動レベルを示す。白塗部は、スチームトラップの一次側圧力が０．７ＭＰａの場合の各周波数成分の振動レベルを示す。

図４は、ドレンのみが流れているスチームトラップの振動に含まれる各周波数成分（横軸）の振動レベル（縦軸）を示すヒストグラムである。上記とは別の具体例として、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．７ＭＰａである場合のそれぞれにおいて、当該スチームトラップの二次側からドレンのみが排出され、当該スチームトラップ内にドレンが流れていると考えられるときに、当該スチームトラップの振動を検知部２０に検知させたとする。

この場合も同様に、フーリエ変換部２１１は、フーリエ変換を行うことによって、図４に示すように、検知部２０が出力した検知信号から、８００ヘルツから５０キロヘルツまでの１／３オクターブずつ異なる各周波数成分（横軸）の振動レベル（縦軸）を抽出する。

図３と同様に、図４においても、黒塗部は、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａの場合の各周波数成分の振動レベルを示す。網掛部は、スチームトラップの一次側圧力が０．４ＭＰａの場合の各周波数成分の振動レベルを示す。白塗部は、スチームトラップの一次側圧力が０．７ＭＰａの場合の各周波数成分の振動レベルを示す。

尚、上記のように、ＣＰＵに制御プログラムを実行させることによって、第一中央処理部２１をフーリエ変換部２１１として動作させる構成に代えて、フーリエ変換部２１１が行う上記の各周波数成分の振動レベルを抽出する処理を実行する専用制御回路（ハードウェア）を構成し、当該専用制御回路を第一中央処理部２１に接続してもよい。

この場合、第一中央処理部２１は、検知部２０が出力した検知信号を、フーリエ変換部２１１に代わる上記の専用制御回路に入力し、当該専用制御回路は、当該入力された検知信号を用いて上記の抽出処理を行う。そして、当該専用制御回路は、抽出した各周波数成分の振動レベルを示す信号を第一中央処理部２１へ出力する。

図２に参照を戻す。差分演算部２１２は、フーリエ変換部２１１によって抽出された各周波数成分の振動レベルのうち、予め定められた第一周波数成分の振動レベルと、予め定められた第二周波数成分の振動レベルとの差を算出し、算出した差を表すデータを処理器３へ出力する。第一周波数及び第二周波数は、第一中央処理部２１内の不揮発性メモリーに記憶されている。

以下に、差分演算部２１２が第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差を算出する具体例を示す。例えば、フーリエ変換部２１１が、図３に示すように、蒸気のみが流れているスチームトラップの振動に含まれる各周波数成分の振動レベルを抽出したとする。また、第一周波数が１キロヘルツであり、第二周波数が１０キロヘルツであるとする。図５は、図３に示す第一周波数成分及び第二周波数成分の振動レベルと、当該第一周波数成分の振動レベルと当該第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬの一例を示す図である。

この場合、差分演算部２１２は、図５に示すように、スチームトラップの一次圧力が０．２ＭＰａであるときは、図３の黒塗部に示す各周波数成分の振動レベルのうち、１キロヘルツ成分の振動レベル「−１０８ｄＢ」と、１０キロヘルツ成分の振動レベル「−５４ｄＢ」の差ΔＬ「５４ｄＢ」を算出する。そして、差分演算部２１２は、当該算出した差ΔＬ「５４ｄＢ」を示すデータを処理器３へ出力する。

同様に、差分演算部２１２は、スチームトラップの一次圧力が０．４ＭＰａであるときは、図３の網掛部に示す各周波数成分の振動レベルのうち、１キロヘルツ成分の振動レベル「−１０１ｄＢ」と、１０キロヘルツ成分の振動レベル「−３９ｄＢ」との差ΔＬ「６２ｄＢ」を算出し、当該算出した差ΔＬ「６２ｄＢ」を示すデータを処理器３へ出力する。また、差分演算部２１２は、スチームトラップの一次圧力が０．７ＭＰａであるときは、図３の白塗部に示す各周波数成分の振動レベルのうち、１キロヘルツ成分の振動レベル「−８９ｄＢ」と、１０キロヘルツ成分の振動レベル「−２７ｄＢ」との差ΔＬ「６２ｄＢ」を算出し、当該算出した差ΔＬ「６２ｄＢ」を示すデータを処理器３へ出力する。

上記とは別の具体例として、例えば、フーリエ変換部２１１が、図４に示すように、ドレンのみが流れているスチームトラップの振動に含まれる各周波数成分の振動レベルを抽出したとする。また、第一周波数が１キロヘルツであり、第二周波数が１０キロヘルツであるとする。図６は、図４に示す第一周波数成分及び第二周波数成分の振動レベルと、当該第一周波数成分の振動レベルと当該第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬの一例を示す図である。

この場合、差分演算部２１２は、図６に示すように、スチームトラップの一次圧力が０．２ＭＰａであるときは、図４の黒塗部に示す各周波数成分の振動レベルのうち、１キロヘルツ成分の振動レベル「−１０６ｄＢ」と、１０キロヘルツ成分の振動レベル「−８５ｄＢ」との差ΔＬ「２１ｄＢ」を算出する。そして、差分演算部２１２は、当該算出した差ΔＬ「２１ｄＢ」を示すデータを処理器３へ出力する。

同様に、差分演算部２１２は、スチームトラップの一次圧力が０．４ＭＰａであるときは、図４の網掛部に示す各周波数成分の振動レベルのうち、１キロヘルツ成分の振動レベル「−１００ｄＢ」と、１０キロヘルツ成分の振動レベル「−７９ｄＢ」との差ΔＬ「２１ｄＢ」を算出し、当該算出した差ΔＬ「２１ｄＢ」を示すデータを処理器３へ出力する。また、差分演算部２１２は、スチームトラップの一次圧力が０．７ＭＰａであるときは、図４の白塗部に示す各周波数成分の振動レベルのうち、１キロヘルツ成分の振動レベル「−８２ｄＢ」と、１０キロヘルツ成分の振動レベル「−７０ｄＢ」との差ΔＬ「１２ｄＢ」を算出し、当該算出した差ΔＬ「１２ｄＢ」を示すデータを処理器３へ出力する。

尚、上記のように、ＣＰＵに制御プログラムを実行させることによって、第一中央処理部２１を差分演算部２１２として動作させる構成に代えて、差分演算部２１２が行う上記の第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬを算出する処理を実行する専用制御回路（ハードウェア）を構成し、当該専用制御回路を第一中央処理部２１に接続してもよい。以下では、説明の便宜上、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬを、振動レベル差ΔＬと略記することがある。

この場合、第一中央処理部２１は、フーリエ変換部２１１によって抽出された各周波数成分の振動レベルを示す信号を、差分演算部２１２に代わる上記の専用制御回路に入力し、当該専用制御回路は、当該入力された信号を用いて上記の算出処理を行う。そして、当該専用制御回路は、算出した振動レベル差ΔＬを示す信号を第一中央処理部２１へ出力する。そして、第一中央処理部２１は、当該振動レベル差ΔＬを示すデータを処理器３へ出力する。

再び図２に参照を戻す。処理器３は、ユーザが各種情報を入力するために用いる複数のキーからなるユーザ入力部３２（図１にも記載）と、各種情報を表示するための例えば液晶表示器からなる表示部３３（図１にも記載）と、処理器３を統括的に制御する第二中央処理部３１と、を備えている。

第二中央処理部３１は、例えば、所定の演算処理を実行する不図示のＣＰＵと、所定の制御プログラムが記憶されたＥＥＰＲＯＭ等の不図示の不揮発性メモリーと、データを一時的に記憶するための不図示のＲＡＭと、計測器２に備えられた第一中央処理部２１との間でデータを入出力するための入出力回路等の不図示の周辺回路と、を備えている。

第二中央処理部３１は、不揮発性メモリー等に記憶された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、ユーザ入力部３２及び表示部３３の動作を制御する。また、第二中央処理部３１は、制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、第一中央処理部２１が出力したデータを用いた各種処理を実行する。

第二中央処理部３１は、特に、第一中央処理部２１が出力した振動レベル差ΔＬを示すデータを用いた処理を行うに当たり、判定部３１１として動作する。

判定部３１１は、計測器２から入力されたデータが示す振動レベル差ΔＬが、予め定められた第一閾値よりも大きいか否かに応じて、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定する。第一閾値は、第二中央処理部３１内の不揮発性メモリーに記憶されている。

以上で説明した、第一周波数、第二周波数、及び第一閾値の設定値、並びに、判定部３１１の構成は、以下に示す、出願人が実験結果から得た知見に基づいて定められている。

出願人は、検査対象物内を流れる流体が蒸気である場合とドレンである場合のそれぞれにおいて、検査対象物の振動を検知部２０に検知させ、検知された振動に含まれる各周波数成分の振動レベルをフーリエ変換部２１１に抽出させ、振動レベル差ΔＬを差分演算部２１２に算出させることを、第一周波数及び第二周波数を異ならせて繰り返す実験を行った。更に、出願人は、当該実験を検査対象物を異ならせて繰り返し行った。

そして、出願人は、当該実験結果を分析したところ、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下であり、第二周波数が２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数である場合に、振動レベル差ΔＬが、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かによって大きく異なることを知見した。

以下、出願人が知見した内容を具体的に説明する。以下の説明では、具体例として、第一周波数が１キロヘルツであり、第二周波数が１０キロヘルツであるとする。また、上記のように、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．７ＭＰａである場合のそれぞれにおいて、スチームトラップの二次側から蒸気のみが排出され、スチームトラップ内に蒸気が流れていると考えられるときに、スチームトラップの振動を検知部２０に検知させたものとする。そして、フーリエ変換部２１１が、図３に示すように、各周波数成分の振動レベルを抽出し、差分演算部２１２が、図５に示すように、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．７ＭＰａである場合の振動レベル差ΔＬを、それぞれ、「５４ｄＢ」、「６４ｄＢ」、「６２ｄＢ」と算出したものとする。

同様に、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．７ＭＰａである場合のそれぞれにおいて、スチームトラップの二次側からドレンのみが排出され、スチームトラップ内にドレンが流れていると考えられるときにも、スチームトラップの振動を検知部２０に検知させたものとする。そして、フーリエ変換部２１１が、図４に示すように、各周波数成分の振動レベルを抽出し、差分演算部２１２が、図６に示すように、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．７ＭＰａである場合の振動レベル差ΔＬを、それぞれ、「２１ｄＢ」、「２１ｄＢ」、「１２ｄＢ」と算出したものとする。

図７は、検査対象物内を流れる流体が蒸気である場合とドレンである場合のそれぞれにおける第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬと、第一閾値Ｔｈ１との関係の一例を示す図である。出願人は、図７に示すように、横軸をスチームトラップの一次側圧力とし、縦軸を振動レベル差ΔＬとする二次元座標に、差分演算部２１２により算出された上記６つの振動レベル差ΔＬをそれぞれプロットした。尚、図７において、白丸部は、スチームトラップ内に蒸気が流れているときの振動レベル差ΔＬを示し、黒丸部は、スチームトラップ内にドレンが流れているときの振動レベル差ΔＬを示す。

出願人は、上記プロットした結果、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａの場合、スチームトラップ内に蒸気が流れているときの振動レベル差ΔＬ「５４ｄＢ」と、スチームトラップ内にドレンが流れているときの振動レベル差ΔＬ「２１ｄＢ」と、の差（以下、流体差と記載する）ΔＤ１が「４３ｄＢ」であり、流体差ΔＤ１が大きいことを知見した。つまり、出願人は、スチームトラップの一次側圧力が０．２ＭＰａの場合、スチームトラップ内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが大きく異なることを知見した。

同様に、出願人は、スチームトラップの一次側圧力が０．４ＭＰａの場合、流体差ΔＤ２が「４１ｄＢ（＝６２ｄＢ−２１ｄＢ）」であり、スチームトラップの一次側圧力が０．７ＭＰａの場合、流体差ΔＤ３が「５０ｄＢ（＝６２ｄＢ−１２ｄＢ）」であり、２つの流体差ΔＤ２、ΔＤ３が共に大きいことを知見した。つまり、出願人は、スチームトラップの一次側圧力が０．４ＭＰａ及び０．７ＭＰａである場合も、スチームトラップ内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが大きく異なることを知見した。

これにより、出願人は、第一周波数を１キロヘルツとし、第二周波数を１０キロヘルツとした場合には、スチームトラップの一次側圧力によらず、スチームトラップ内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが大きく異なることを知見した。

そこで、出願人は、第一周波数及び第二周波数を異なる周波数に変更し、上記と同様にして、スチームトラップ内に蒸気が流れる場合とドレンが流れる場合とのそれぞれにおける振動レベル差ΔＬをプロットすることを繰り返す実験を行い、その実験結果を分析した。

当該分析結果、詳細な説明は省略するが、出願人は、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下であり、第二周波数が２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数である場合に、スチームトラップ内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが大きく異なることを知見した。

また、出願人は、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下であり、第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数である場合には、スチームトラップ内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが特に大きく異なることを知見した。

また、出願人は、上記具体例に示したように、第一周波数が１キロヘルツであり、第二周波数が１０キロヘルツである場合には、スチームトラップ内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが最も大きく異なることを知見した。

そして、出願人は、更に、検査対象物を例えば蒸気が流れる配管やドレンが流れる配管等に変更して上記実験を繰り返し行い、各実験結果を分析した結果、上記と同じ知見が得られることを確信した。

そこで、出願人は、上記知見に基づいて、第一周波数を６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下に定め、第二周波数を２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数に定めることにした。そして、出願人は、このように第一周波数と第二周波数を定めた場合の実験結果に基づき、検査対象物内を流れる流体がドレンであるときの振動レベル差ΔＬよりも大きく、且つ、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるときの振動レベル差ΔＬよりも小さい第一閾値Ｔｈ１を定めることにした。そして、出願人は、計測器２が処理器３へ出力したデータに含まれる振動レベル差ΔＬが、当該第一閾値よりも大きいか否かに応じて、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定するように判定部３１１を構成した。

つまり、例えば、第一周波数を１キロヘルツに定め、第二周波数を１０キロヘルツに定め、図７に示すように、第一閾値Ｔｈ１を、例えば「３８ｄＢ」に定めたとする。この場合、計測器２が処理器３へ出力したデータに含まれる振動レベル差ΔＬが、第一閾値Ｔｈ１である「３８ｄＢ」よりも大きいときは、検査対象物内を流れる流体が蒸気であると判定するように、判定部３１１を構成している。一方、上記振動レベル差ΔＬが第一閾値Ｔｈ１である「３８ｄＢ」以下のときは、検査対象物内を流れる流体が蒸気ではないと判定するように、判定部３１１を構成している。

以下では、検査対象物内の流体を判別する動作について説明する。図８は、検査対象物内を流れる流体を判別する動作の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、ユーザが振動プローブ２０１（図１、図２）を検査対象物に当接させ、計測開始用スイッチ２２１（図１）を押下すると、第一中央処理部２１は、検知部２０に、当該検査対象物の振動レベルを示す検知信号を出力させる（Ｓ１）。

検知部２０が検知信号を出力すると、フーリエ変換部２１１は、検査対象物の振動のうちの各周波数成分の振動レベルを抽出する（Ｓ２）。差分演算部２１２は、第一中央処理部２１内の不揮発性メモリーから、第一周波数及び第二周波数を読み出し、フーリエ変換部２１１によって抽出された各周波数成分の振動レベルに含まれる第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬ（振動レベル差ΔＬ）を算出し、算出した振動レベル差ΔＬを示すデータを処理器３へ出力する（Ｓ３）。

振動レベル差ΔＬを示すデータが処理器３に入力されると、判定部３１１は、第二中央処理部３１内の不揮発性メモリーから第一閾値Ｔｈ１を読み出し、入力されたデータが示す振動レベル差ΔＬが、当該読み出した第一閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４）。

判定部３１１は、ステップＳ４において、振動レベル差ΔＬが第一閾値Ｔｈ１よりも大きいと判定した場合（Ｓ４；ＹＥＳ）、検査対象物内を流れる流体が蒸気であると判定し、検査対象物内を流れる流体が蒸気である旨のメッセージを表示部３３に表示する（Ｓ５）。

一方、判定部３１１は、ステップＳ４において、振動レベル差ΔＬが第一閾値Ｔｈ１以下であると判定した場合（Ｓ４；ＮＯ）、検査対象物内を流れる流体が蒸気ではないと判定し、検査対象物内を流れる流体が蒸気ではない旨のメッセージを表示部３３に表示する（Ｓ６）。

つまり、上記実施形態の構成によれば、検査対象物内に大量のドレンが流れているために、第二周波数成分の振動レベルが大きい振動が発生している場合であっても、検知した振動に含まれる、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬが第一閾値Ｔｈ１以下であるときには、検査対象物内を流れる流体が蒸気ではないと適切に判定することができる。一方、検査対象物内に蒸気が流れているために、第二周波数成分の振動レベルが大きい振動が発生している場合に、検知した振動に含まれる、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬが第一閾値Ｔｈ１よりも大きいときは、検査対象物内を流れる流体が蒸気であると適切に判定することができる。

このように、上記実施形態の構成によれば、従来から行われているように、検査対象物の振動を検知し、当該検知した振動に含まれる所定の高周波数成分の振動レベルが所定の閾値よりも大きいか否かに応じて検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かを判定する場合に比して、検査対象物内に蒸気が流れているか否かを適切に判定することができる。

尚、上記実施形態は、本発明に係る実施形態の例示に過ぎず、本発明を上記実施形態に限定する趣旨ではない。

（１）例えば、本発明に係る流体判定装置は、図９に示す検査装置１ａであってもよい。図９は、本発明に係る流体判定装置の第一変形実施形態に係る検査装置１ａの電気的構成を示すブロック図である。図９において、図２と同じ構成の各動作部については同符号を付し、その説明を省略する。

検査装置１ａは、図２に示す計測器２とは異なる計測器２ａと、処理器３とを備えている。計測器２ａは、図２に示す計測器２の検知部２０及び第一中央処理部２１とは異なる検知部２０ａ及び第一中央処理部２１ａを備えている。

検知部２０ａは、図２に示す検知部２０と同じ振動プローブ２０１及び振動センサ２０２を備えている。更に、検知部２０ａは、振動センサ２０２の出力電圧に含まれるノイズを除去し、第一周波数の信号のみを得るフィルタ２０３ａと、振動センサ２０２の出力電圧に含まれるノイズを除去し、第二周波数の信号のみを得るフィルタ２０３ｂと、を備えている。また、検知部２０ａは、フィルタ２０３ａ、２０３ｂの各出力信号を所定ゲインで増幅する増幅器２０４ａ、２０４ｂと、増幅器２０４ａ、２０４ｂの各出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２０５ａ、２０５ｂを備えている。

つまり、検知部２０ａは、Ａ／Ｄ変換器２０５ａの出力信号を、検査対象物の振動に含まれる第一周波数成分の振動レベルを表す検知信号として第一中央処理部２１ａへ出力し、Ａ／Ｄ変換器２０５ｂの出力信号を、検査対象物の振動に含まれる第二周波数成分の振動レベルを表す検知信号として第一中央処理部２１ａへ出力する。

第一中央処理部２１ａは、第一中央処理部２１（図２）と同様に、ＣＰＵと、不揮発性メモリーと、ＲＡＭと、周辺回路と、を備えている。第一中央処理部２１ａは、ＣＰＵに制御プログラムを実行させることによって差分演算部２１２ａとして動作する。

差分演算部２１２ａは、検知部２０ａによって出力された２つの検知信号がそれぞれ示す第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬ（振動レベル差ΔＬ）を算出し、算出した振動レベル差ΔＬを表すデータを処理器３へ出力する。

このように、検知部２０ａが、検査対象物の振動に含まれる第一周波数成分の振動レベルを表す検知信号と、検査対象物の振動に含まれる第二周波数成分の振動レベルを表す検知信号とを第一中央処理部２１ａへ出力するようにして、第一中央処理部２１ａが、フーリエ変換部２１１（図２）として動作しないように構成してもよい。つまり、検知部２０ａによって、本発明に係る検知部及び抽出部を構成してもよい。

（２）または、本発明に係る流体判定装置は、図１０に示す検査装置１ｂであってもよい。図１０は、本発明に係る流体判定装置の第二変形実施形態に係る検査装置１ｂの電気的構成を示すブロック図である。図１０において、図９と同じ構成の各動作部については同符号を付し、その説明を省略する。

検査装置１ｂは、図９に示す計測器２ａとは異なる計測器２ｂと、処理器３と、を備えている。計測器２ｂは、図９に示す計測器２ａの検知部２０ａ及び第一中央処理部２１ａとは異なる検知部２０ｂ及び第一中央処理部２１ｂを備えている。

検知部２０ｂは、図９に示す検知部２０ａと同じ、振動プローブ２０１、振動センサ２０２、フィルタ２０３ａ、２０３ｂ、及び増幅器２０４ａ、２０４ｂを備えている。また、検知部２０ｂは、増幅器２０４ａの出力信号のレベルと増幅器２０４ｂの出力信号のレベルの差分を示すアナログ信号を出力する差分演算器２１２ｂと、差分演算器２１２ｂの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２０５ｃを備えている。

つまり、検知部２０ｂは、Ａ／Ｄ変換器２０５ｃの出力信号を、検査対象物の振動に含まれる第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬを表す検知信号として、第一中央処理部２１ｂへ出力する。

第一中央処理部２１ｂは、第一中央処理部２１ａ（図９）と同様に、ＣＰＵと、不揮発性メモリーと、ＲＡＭと、周辺回路と、を備えている。第一中央処理部２１ｂは、ＣＰＵに制御プログラムを実行させることによって、検知部２０ｂによって出力された検知信号を、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬを表すデータとして処理器３へ出力する。

このように、検知部２０ｂが、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬを表す検知信号を第一中央処理部２１ｂへ出力するようにして、第一中央処理部２１ｂが、フーリエ変換部２１１（図２）及び差分演算部２１２（図２）、２１２ａ（図９）として動作しないように構成してもよい。つまり、検知部２０ｂによって、本発明に係る検知部及び抽出部を構成してもよい。

（３）また、第一閾値Ｔｈ１を、検査対象物内に蒸気のみが流れているときの振動レベル差ΔＬよりもわずかに小さい値に定めてもよい。そして、当該第一閾値Ｔｈ１よりも小さく、検査対象物内にドレンのみが流れているときの振動レベル差ΔＬよりもわずかに大きい第二閾値を新たに定め、第二中央処理部３１内の不揮発性メモリーに記憶してもよい。そして、振動レベル差ΔＬが第二閾値よりも大きいか否かに応じて、検査対象物内を流れる流体が蒸気と複水の混合流体であるかドレンであるかを判定するように、判定部３１１を構成してもよい。

以下、当該変形実施形態の構成について図１１及び図１２を用いて具体的に説明する。図１１は、検査対象物内を流れる流体が蒸気である場合とドレンである場合のそれぞれにおける第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬと、第一閾値Ｔｈ１と、第二閾値Ｔｈ２との関係の一例を示す図である。図１２は、検査対象物内を流れる流体を判別する動作の図８とは別の一例を示すフローチャートである。尚、図１２において、図８と同じ内容のステップについては同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１１は、図７と同じ６つの振動レベル差ΔＬが算出され、当該６つの振動レベル差ΔＬが上記の二次元座標にプロットされた結果を示している。例えば、図１１に示す６つの振動レベル差ΔＬに基づいて、第一閾値Ｔｈ１を、検査対象物内に蒸気が流れているときの振動レベル差ΔＬよりもわずかに小さい値である「５０ｄＢ」に定め、第二閾値Ｔｈ２を、検査対象物内にドレンが流れているときの振動レベル差ΔＬよりもわずかに大きい値である「２５ｄＢ」に定めてもよい。

この場合、判定部３１１は、図１２に示すように、ステップＳ４において、振動レベル差ΔＬが第一閾値Ｔｈ１以下であると判定した場合（Ｓ４；ＮＯ）、第二中央処理部３１内の不揮発性メモリーから第二閾値Ｔｈ２を読み出し、振動レベル差ΔＬが、当該読み出した第二閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判定する（Ｓ７）。

判定部３１１は、ステップＳ７において、振動レベル差ΔＬが第二閾値Ｔｈ２以下であると判定した場合（Ｓ７；ＮＯ）、検査対象物内を流れる流体がドレンであると判定し、検査対象物内を流れる流体がドレンである旨のメッセージを表示部３３に表示する（Ｓ８）。

一方、判定部３１１は、ステップＳ７において、振動レベル差ΔＬが第二閾値Ｔｈ２よりも大きいと判定した場合（Ｓ７；ＹＥＳ）、検査対象物内を流れる流体が、蒸気ではなく、且つ、ドレンでもないので、検査対象物内を流れる流体が蒸気とドレンの混合流体であると判定する。そして、判定部３１１は、検査対象物内を流れる流体が混合流体である旨のメッセージを表示部３３に表示する（Ｓ９）。

当該変形実施形態の構成によれば、検査対象物内に蒸気と復水の混合流体が流れているために、検知した振動に含まれる、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬが第二閾値Ｔｈ２よりも大きいときには、検査対象物内を流れる流体が混合流体であると判定することができる。一方、ドレンが検査対象物内を流れているために、検知した振動に含まれる、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差が第二閾値Ｔｈ２以下であるときには、検査対象物内を流れる流体がドレンであると判定することができる。このように、当該変形実施形態の構成によれば、検査対象物内を流れる流体が蒸気とドレンの混合流体であるかドレンであるかの判別も行うことができる。

（４）また、第一周波数を６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下に定め、第二周波数を８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数に定めてもよい。

上記のように、出願人は、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下であり、第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下であって、第一周波数よりも高い周波数である場合には、検査対象物内を流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが特に大きく異なることを知見した。

つまり、本変形実施形態の構成によれば、第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下に定められ、第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下に定められているので、検査対象物内を流れる流体に応じて、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬが顕著に異なることとなり、検査対象物内を流れる流体を判別する精度を向上することができる。

（５）又は、第一周波数を１キロヘルツに定め、第二周波数を１０キロヘルツに定めてもよい。

上記のように、出願人は、第一周波数が１キロヘルツであり、第二周波数が１０キロヘルツである場合には、スチームトラップに流れる流体が蒸気であるか否かによって、振動レベル差ΔＬが最も大きく異なることを知見した。

つまり、本変形実施形態の構成によれば、第一周波数が１キロヘルツに定められ、第二周波数が１０キロヘルツに定められているので、検査対象物内を流れる流体に応じて、第一周波数成分の振動レベルと第二周波数成分の振動レベルの差ΔＬが最も顕著に異なることとなり、検査対象物内を流れる流体を判別する精度を更に向上することができる。

（６）また、検知部２０（図２）、２０ａ（図９）、２０ｂ（図１０）に、振動プローブ２０１及び振動センサ２０２（図１、図２、図９、図１０）を備えることに代えて、検査対象物の音響の強さに応じた電圧を発生するマイクロフォンを備えてもよい。つまり、上記各実施形態において、検知部２０、２０ａ、２０ｂが検査対象物の振動を検知することに代えて、検査対象物の音響を検知するようにしてもよい。そして、当該検知した音響から抽出した各周波数成分の強度に基づき、判定部３１１（図２）が、検査対象物内を流れる流体を判別するようにしてもよい。

１、１ａ、１ｂ 検査装置（流体判定装置）
２０ 検知部
２０ａ、２０ｂ 検知部（検知部及び抽出部）
２１１ フーリエ変換部（抽出部）
３１１ 判定部
ΔＬ 振動レベル差（第一周波数成分の強度と第二周波数成分の強度の差）

Claims (4)

1. 蒸気及び復水の少なくとも何れか一方を含む流体が流れる検査対象物の振動又は音響を検知する検知部と、
   前記検知部が出力した検知信号から、６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下の予め定められた第一周波数成分の強度と、２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であり、前記第一周波数よりも高い予め定められた第二周波数成分の強度と、を抽出する抽出部と、
   前記第一周波数成分の強度と前記第二周波数成分の強度の差が、予め定められた第一閾値よりも大きい場合、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気であると判定し、
   前記差が前記第一閾値以下である場合、更に、前記差が前記第一閾値よりも小さい第二閾値よりも大きいか否かを判定し、
   前記差が前記第二閾値以下のときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記復水であると判定し、
   前記差が前記第二閾値よりも大きいときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気と前記複水の混合流体であると判定する判定部と、
   を備える流体判定装置。
2. 前記第一周波数が６３ヘルツ以上且つ２．５キロヘルツ以下に定められ、前記第二周波数が８キロヘルツ以上且つ２０キロヘルツ以下に定められている請求項１に記載の流体判定装置。
3. 前記第一周波数が１キロヘルツに定められ、前記第二周波数が１０キロヘルツに定められている請求項１又は２に記載の流体判定装置。
4. 蒸気及び復水の少なくとも何れか一方を含む流体が流れる検査対象物の振動又は音響を検知し、
   前記検知した振動又は音響に含まれる、６３ヘルツ以上且つ１０キロヘルツ以下の予め定められた第一周波数成分の強度と、２キロヘルツ以上且つ５０キロヘルツ以下であり、前記第一周波数よりも高い予め定められた第二周波数成分の強度と、を抽出し、
   前記第一周波数成分の強度と前記第二周波数成分の強度の差が、予め定められた第一閾値よりも大きい場合、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気であると判定し、
   前記差が前記第一閾値以下である場合、更に、前記差が前記第一閾値よりも小さい第二閾値よりも大きいか否かを判定し、
   前記差が前記第二閾値以下のときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記復水であると判定し、
   前記差が前記第二閾値よりも大きいときは、前記検査対象物内を流れる流体が前記蒸気と前記複水の混合流体であると判定する流体判定方法。

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