JP6557576B2 - 異常音の発生位置特定方法および異常音の発生位置特定装置 - Google Patents
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また、漏洩する流体量が少なく異常音が小さい場合、漏洩位置と振動センサ位置とが離れており、検出される異常音が小さいという問題がある。
そのため、特許文献2記載の方法では、充分なコヒーレンス性を示さない周波数を除去あるいは、阻止することで、相互相関関係のピークを増強することにより、異常音を検出しようとしている。
その削除の結果、合成樹脂管の微小な漏水のように、ノイズよりも小さな異常音が入力された場合に、必要な波形成分が除去されてしまうという問題が生じる。
本発明の他の目的は、合成樹脂管の漏水の減衰が大きく微小な異常音においても位置を明確に特定する異常音の発生位置特定方法および異常音の発生位置特定装置を提供することである。
一局面に従う異常音の発生位置特定方法は、0Hz以上1000Hz未満の間に少なくとも複数の共振点を持ち、かつ複数の共振点のうち、少なくとも1組の共振点の差が50Hz以下である振動センサを、少なくとも2個用いて振動を計測する計測工程と、計測工程による計測値に基づいて異なる周波数帯域を有する複数の周波数フィルター、または予め規定された周波数帯域を有する複数の周波数フィルターのいずれか一方を作成するフィルター作成工程と、フィルター作成工程で作成されたフィルターの総当たりの組合せを設定する設定工程と、設定工程で設定された組合せのフィルターで計測値を処理する処理工程と、処理工程で処理された処理値から複数の相互相関関数を演算する相互相関関数演算工程と、複数の相互相関関数から所定の相関最大値および所定の波形の少なくとも一方を有する関数を選択する相互相関関数選択工程と、を含むものである。
なお、微小な漏水、径が大きな鋳鉄配管、または樹脂配管等の場合の異常音には、低周波成分が多く含まれる。さらに、振動センサと振動センサとの設置距離が長い場合の異常音にも低周波成分が多く含まれる。特に、設置距離が長い場合、高周波成分の多くは減衰し、低周波成分のみが残存する。
その結果、振動センサが低周波帯域に50Hz以下の差の共振点を持つため、低周波成分を感度良く抽出することができ、従来よりも小さな異常音を確実に検出することができ、確実に位置を特定することができる。
第2の発明に係る異常音の発生位置特定方法は、一局面に係る異常音の発生位置特定方法において、振動センサは、60Hz以上1000Hz未満の間に4個の共振点を持つものである。
第3の発明に係る異常音の発生位置特定方法は、一局面または第2の発明に係る異常音の発生位置特定方法において、フィルターは、少なくとも1個の周波数バンドパスフィルターであってもよい。
第4の発明に係る異常音の発生位置特定方法は、一局面から第3の発明のいずれかに係る異常音の発生位置特定方法において、振動センサは、片持ち梁形状からなってもよい。
第5の発明に係る異常音の発生位置特定方法は、一局面から第4の発明に係る異常音の発生位置特定方法において、フィルター作成工程は、計測工程による計測値のコヒーレンス値に基づいて異なる周波数帯域を有する複数の周波数フィルターを作成してもよい。
その結果、確実に異常音を検出し、確実に漏水等の異常音発生位置を特定することができる。
第6の発明に係る異常音の発生位置特定方法は、一局面から第5の発明に係る異常音の発生位置特定方法において、計測工程は、振動センサにより合成樹脂管の振動を計測してもよい。
そのため、振動センサが低周波帯域に複数の共振点を持つため、低周波成分を感度良く抽出することができ、従来よりも小さな異常音を確実に検出することができ、確実に位置を特定することができる。
すなわち、振動センサが低周波帯域に複数の共振点を持つため、エネルギロスを無くして小さな波形を大きく示すことができる。すなわち、微小な音に対してエネルギロスを最小限にして感度良く取得することができる。また、少なくとも2個の振動センサを用いるので、共振点による影響を打ち消すことができる。
第7の発明に係る異常音の発生位置特定方法は、一局面から第6の発明に係る異常音の発生位置特定方法において、相互相関関数選択工程において選択された頻度に応じて、1または複数の周波数フィルターを決定するフィルター選択工程と、フィルター選択工程により決定された1または複数の周波数フィルターに基づき異なる周波数帯域が決定される周波数帯域決定工程と、周波数帯域決定工程により決定された周波数帯域を通過するフィルターにより計測値を処理し、処理された計測値から相互相関関数を演算し、演算された相互相関関数に基づき、各振動センサに対する異常音の到達時間を求め、音の発生位置を算出する算出工程と、を含み、計測工程から相互相関関数選択工程は、フィルター選択工程の前に繰り返し複数回行われてもよい。
他の発明に係る異常音の発生位置特定装置は、0Hz以上1000Hz未満の間に少なくとも複数の共振点を持ち、かつ複数の共振点のうち、少なくとも1組の隣接する共振点の差が50Hz以下である振動センサを、少なくとも2個用いて振動を計測する計測部と、計測部による計測値に基づいて異なる周波数帯域を有する複数の周波数フィルター、または予め規定された周波数帯域を有する複数の周波数フィルターのいずれか一方を作成するフィルター作成部と、フィルター作成部で作成されたフィルターの総当たりの組合せを設定する設定部と、設定部で設定された組合せのフィルターで計測値を処理する処理部と、処理部で処理された処理値から複数の相互相関関数を演算する相互相関関数演算部と、複数の相互相関関数から所定の相関最大値および所定の波形の少なくとも一方を有する関数を選択する相互相関関数選択部と、を含む。
なお、微小な漏水、径が大きな鋳鉄配管、または樹脂配管等の場合の異常音には、低周波成分が多く含まれる。さらに、振動センサと振動センサとの設置距離が長い場合の異常音にも低周波成分が多く含まれる。特に、設置距離が長い場合、高周波成分の多くは減衰し、低周波成分のみが残存する。
その結果、振動センサが低周波帯域に50Hz以下の差の共振点を持つため、低周波成分を感度良く抽出することができ、従来よりも小さな異常音を確実に検出することができ、確実に位置を特定することができる。
図1は、異常音発生位置の特定方法の状況を説明するための模式図である。
図2は、振動センサを含む異常音の発生位置特定装置の一例を示す模式図であり、図3は図2の振動センサの特徴の一例を示す模式図である。
図2の振動センサ200は、台座210、支柱220、薄膜電極230,240、リード線231,241、圧電素子250、錘260およびGPS装置262を含む。
演算装置300は、後述するフィルターを生成する生成部310、および演算部320からなる。
また、圧電素子250の他端部で、かつ薄膜電極230上に錘260が載置されている。
リード線231,241から出力される電位差を、コンピュータ等の処理装置により振動波形として出力する。
なお、本実施の形態においては、リード線231,241を用いることとしているが、これに限定されず、演算装置300との間で送受信可能な機能部を設けてもよい。
本実施の形態に係る共振型の振動センサ200は、図3に示すように、100Hzから500Hzまでの間に共振周波数foが4個存在するように形成している。その理由としては、管網110を伝わる異常音、特に漏水音は、可聴音が多く、中でも1000Hz未満が多いからである。
なお、本実施の形態において、隣接するピークP1とピークP2との差は、50Hzであり、ピークP2とピークP3との差は、40Hzであり、ピークP3とピークP4との差は、130Hzである。
すなわち、本実施の形態においては、隣接する共振点の差が50Hz以下の組が2組ある。また、隣接する共振点の差が最大の離間130Hzである。
また、0Hz以上500Hz以下の範囲に複数の共振点をもってもよく、好ましくは、100Hz以上500Hz以下の範囲に複数の共振点をもってもよく、さらに好ましくは、200Hz以上350Hz以下の範囲内に複数の共振点をもってもよい。
さらに、共振点の最小離間は1Hz以上であればよく、コストの面から好ましくは、10Hz以上であることが好ましい。
一方、図3の破線は、従来の振動センサの一例を示すものである。この場合、ピークを形成していない。
続いて、異常音発生位置の特定方法について具体例を示しつつ説明する。
各振動センサ200に入力された波形のコヒーレンス関数を用いてフィルターを作成し、当該フィルターを適用した後、相互相関関数から振動の伝達時間差Tdを求め、伝達時間差Tdと振動の伝搬速度Vとから異常音発生位置を特定する方法である。
また、
N=D−2L・・・(4)
で示すことができる。
L=(D−V・Td)/2・・・(5)
と表すことができる。
以上のように距離Lを求めることができる。
また、図5および図6は、振動センサ200の周波数帯域における強度を示す模式図であり、図7は、振動センサ200のコヒーレンス関数の一例を示す模式図である。
なお、共振周波数foは、100Hz以上500Hz以下に少なくとも1個以上存在することが望ましい。
特に、振動センサの共振周波数foは、60Hz以上1000Hz未満の間において、好ましくは2個以上6個以下で、所定の間隔で有することが好ましいが、一定感度以下に落ち込んだ周波数帯域がある場合、当該周波数帯域に共振点を追加してもよい。
フーリエ変換処理に際しては、ポイントAの振動センサ200およびポイントBの振動センサ200で得られた波形から、同時刻を始点とする一定時間の波形を取り出して、その波形をフーリエ変換処理する。フーリエスペクトルをX(f)とすると、X(f)は、下記の(6)式のように、複素関数として表現される。
次いで、フーリエスペクトルAおよびフーリエスペクトルBに対してコヒーレンス関数処理を行う(ステップS31)。
一方、コヒーレンス値が0に近い程、2つの振動センサ200のうち、いずれか一方に取得された波形である可能性が高く、その波形は、いわゆるノイズとして見なすことができるというものである。
本実施の形態においては、周波数帯域を200Hzとして、コヒーレンス関数の積分値が最も大きい範囲を選択し、最も大きい範囲のバンドパスフィルターを作成する。
したがって、本実施の形態においては、周波数600Hz以上800Hz以下のバンドパスフィルターを作成している。
なお、周波数帯域は200Hzでなくてもよく、50Hz、100Hz、300Hzの周波数帯域を用いてもよく、その他の任意の周波数帯域であってもよい。
以下、管路長7.2mのポリ塩化ビニル管を用いて実施例および比較例を実施した。
<実施例>
本実施例においては、管路長7.2mのポリ塩化ビニル管の両端に振動センサ200をそれぞれ設けた。また、振動センサ200が設置された位置から3.2m離れた位置に、φ6の孔を空け漏水位置を作成した。
次に、比較例においては、実施例と異なり、コヒーレンスによるバンドパスフィルターによる処理を行わず、相互相関関数を算出し、異常音位置を算出した。その他においては、実施例と同じ処理を行った。
一方、図8に示す実施例における相互相関関数は、振動センサ200から3m離れた位置であり、20cmのずれで対応できた。
第2の実施の形態においては、第1の実施の形態と異なる点についてのみ説明を行う。第2の実施の形態においては、第1の実施の形態におけるステップS11およびステップS21で得られた振動センサ200の波形を用いてフィルターを作成するものである。以下、説明を行う。
次に、コヒーレンス値の高い周波数帯を所定の周波数幅で選択する(ステップS52)。
すなわち、図7の所定の周波数幅におけるコヒーレンス値の面積が大きい部分を選択する。
本実施の形態においては、所定の周波数幅は、100Hzであるとし、面積が大きい順で、第1最大値、第2最大値、第3最大値の3か所の周波数帯を選択することとする。
なお、本実施の形態においては、3か所の周波数帯を選択することとしたが、これに限定されず、第P箇所(Pは任意の整数)の周波数帯を選択してもよい。
ここで、具体的に、一対の振動センサ200の元波形に対して、第1周波数帯の周波数帯でバンドパスフィルターを通した波形を第1波形(A地点波形A’−1−1、B地点波形B‘−1−1)とする。
同様に、一対の振動センサ200の元波形に対して、第2周波数帯の周波数帯でバンドパスフィルターを通した波形を第2波形(A地点波形A’−1−2、B地点波形B‘−1−2)とし、第3周波数帯の周波数帯でバンドパスフィルターを通した波形を第3波形として作成する。
さらに、第1周波数帯および第2周波数帯のバンドパスフィルター、第2周波数帯および第3周波数帯のバンドパスフィルター、第1、第2、第3周波数帯のいずれも用いないバンドパスフィルター、第1、第2、第3周波数帯のすべてを用いたバンドパスフィルターを通した波形を第8波形(A地点波形A’−1−8、B地点波形B‘−1−8)として作成する。
具体的には、第1波形(A地点波形A’−1−1、B地点波形B‘−1−1)について第1相互相関関数(Td−1−1)を算出し、第2波形(A地点波形A’−1−2、B地点波形B‘−1−2)について第2相互相関関数(Td−1−2)を算出し、第3波形乃至第8波形(A地点波形A’−1−8、B地点波形B‘−1−8)について第3乃至第8相互相関関数(Td−1−8)を算出する。
具体的には、ステップS54の処理において、第1相互相関関数から第8相互相関関数までの中より結果のピークが明確なものを選定する。
ここで、ピークが明確に表れているとは、8個の中からピークが最も高いものを選定する。
続いて、n回数繰り返したステップS51からステップS55の処理から選択した相互相関関数の周波数帯の頻度を積算する(ステップS56)。
次いで、最大頻度の50%以上の頻度を有する周波数帯のみ通すフィルタ(バンドパスフィルター)を作成し、振動センサ200の波形に適用する(ステップS57)。
その結果、60Hz以上200Hz以下の範囲、300Hz以上410Hz以下の範囲、460Hz以上560Hz以下の範囲となる。
続いて、選択された周波数帯以外を排除するフィルターを作成し、ステップS57により作成されたフィルターを振動センサ200の元波形に適用する。
<第3の実施の形態>
次に、第3の実施の形態について説明する。第3の実施の形態においては、主に第2の実施の形態と異なる点について説明を行う。
図13は、図10のコヒーレンス関数処理の他の例を示すフローチャートである。
この場合、相互相関関数の処理を繰り返し行い、平均化するため、ノイズを除去することができる。
実施例として、振動センサ200のそれぞれの場所で振動波形を計測して、ロガーに保存した。ロガーのサンプリングレートを50kHzとし、60秒間の波形(1秒間の波形データを60個)を取得した。その波形について、コンピュータを用いて解析を行った。
比較例は、実施例とほぼ同じ処理で、異なる点は、本実施の形態に係るコヒーレンス関数処理を行わず、相互相関関数を算出した。
一方、図15に示すように、比較例においては、ピークが複数表れている。具体的には、−0.05secおよび0.03secにおいてピークが表れた。
また、コヒーレンス関数を用いて少なくとも2個の振動センサ200を用いるので、共振点による影響を打ち消すことができる。
その結果、振動センサが60Hz以上1000Hz未満の間である低周波帯域に共振点を持つため、低周波成分を感度良く抽出することができ、従来よりも小さな異常音を確実に検出することができ、確実に異常音の発生位置を特定することができる。
すなわち、外乱ノイズ、電気的ノイズが波形に入った場合、重み付け処理では、外乱ノイズを除去することができず、異常音の位置特定への信頼性が低下する。
一方、バンドパスフィルターによる処理は、ノイズを確実に除去することができるので、異常音の位置特定の信頼性を高めることができる。
また、上記の処理を複数回繰り返すことにより、よりノイズ成分を除去することができるので、さらに信頼性の高い分析データを作成することができる。
さらに、分析データおよび周波数フィルターを用いて、信頼性の高い異常音の発生位置を算出することができる。
110 管網
200 振動センサ
231,241 リード線
262 GPS装置
300 演算装置
310 生成部
320 演算部
Claims (8)
- 60Hz以上1000Hz未満の間に少なくとも複数の共振点を持ち、かつ前記複数の共振点のうち、少なくとも1組の隣接する共振点の差が50Hz以下である振動センサを配管の少なくとも2ヶ所に設置して、前記配管の振動を計測する計測工程と、
前記計測工程による計測値に基づいて異なる周波数帯域を有する複数の周波数フィルター、または予め規定された周波数帯域を有する複数の周波数フィルターのいずれか一方を作成するフィルター作成工程と、
前記フィルター作成工程で作成されたフィルターの総当たりの組合せを設定する設定工程と、
前記設定工程で設定された組合せのフィルターで計測値を処理する処理工程と、
前記処理工程で処理された処理値から複数の相互相関関数を演算する相互相関関数演算工程と、
前記複数の相互相関関数から所定の相関最大値および所定の波形の少なくとも一方を有する関数を選択する相互相関関数選択工程と、
選択された相互相関関数に基づき、各振動センサに対する異常音の到達時間を求め、音の発生位置を算出する算出工程と、
を含む、異常音の発生位置特定方法。 - 前記振動センサは、60Hz以上1000Hz未満の間に4個の共振点を持つ、請求項1記載の異常音の発生位置特定方法。
- 前記フィルターは、少なくとも1個の周波数バンドパスフィルターである、請求項1または2に記載の異常音の発生位置特定方法。
- 前記振動センサは、片持ち梁形状からなる、請求項1から3のいずれか1項に記載の異常音の発生位置特定方法。
- 前記フィルター作成工程は、前記計測工程による計測値のコヒーレンス値に基づいて異なる周波数帯域を有する複数の周波数フィルターを作成する、請求項1から4のいずれか1項に記載の異常音の発生位置特定方法。
- 前記計測工程は、前記振動センサにより合成樹脂管の振動を計測する、請求項1から5のいずれか1項に記載の異常音の発生位置特定方法。
- 前記相互相関関数選択工程において選択された頻度に応じて、1または複数の周波数フィルターを決定するフィルター選択工程と、
前記フィルター選択工程により決定された1または複数の周波数フィルターに基づき前記異なる周波数帯域が決定される周波数帯域決定工程と、
前記周波数帯域決定工程により決定された周波数帯域を通過するフィルターにより計測値を処理し、処理された計測値から相互相関関数を演算し、演算された相互相関関数に基づき、各振動センサに対する異常音の到達時間を求め、音の発生位置を算出する算出工程と、を含み、
前記計測工程から前記相互相関関数選択工程は、前記フィルター選択工程の前に繰り返し複数回行われる、請求項1から6のいずれか1項に記載の異常音の発生位置特定方法。 - 60Hz以上1000Hz未満の間に少なくとも複数の共振点を持ち、かつ前記複数の共振点のうち、少なくとも1組の隣接する共振点の差が50Hz以下である振動センサを配管の少なくとも2ヶ所に設置して、前記配管の振動を計測する計測部と、
前記計測部による計測値に基づいて異なる周波数帯域を有する複数の周波数フィルター、または予め規定された周波数帯域を有する複数の周波数フィルターのいずれか一方を作成するフィルター作成部と、
前記フィルター作成部で作成されたフィルターの総当たりの組合せを設定する設定部と、
前記設定部で設定された組合せのフィルターで計測値を処理する処理部と、
前記処理部で処理された処理値から複数の相互相関関数を演算する相互相関関数演算部と、
前記複数の相互相関関数から所定の相関最大値および所定の波形の少なくとも一方を有する関数を選択する相互相関関数選択部と、
選択された相互相関関数に基づき、各振動センサに対する異常音の到達時間を求め、音の発生位置を算出する算出部と、
を含む、異常音の発生位置特定装置。
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