JP6566524B2

JP6566524B2 - バルブからの音響エネルギーからノイズをフィルタリングするためのシステムおよび方法

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Publication number: JP6566524B2
Application number: JP2016523795A
Authority: JP
Inventors: スクーノヴァー，ラリー・ジーン
Original assignee: Dresser LLC
Current assignee: Dresser LLC
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2034-06-18
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Description

本明細書で開示される主題は、信号処理に関し、１つまたは複数の実施形態では、処理設備でのバルブの動作をモニターする信号からの音響エネルギーを除去および／またはフィルタリングするシステムおよび方法に関する。

処理施設のバルブは、深刻な経済的結果をもたらす可能性があり、かつ、安全上の危険をもたらすおそれがある様々なタイプの故障モードを呈する場合があり得る。キャビテーションは、バルブの両側の圧力降下が作動流体の圧力を蒸気圧未満に降下させる場合に発生する１つの故障モードである。この圧力低下は、気泡を形成させる。これらの気泡の崩壊は、バルブおよびパイプを損傷することがある。別のモードでは、バルブが完全に閉じることができず、作動流体がバルブを通ってリークする。このようなリークは、バルブに伴う多くの問題を示すことができる。これらの問題としては、部品（たとえば、プラグおよび／またはステム）の損傷、プラグの完全な作動を阻止および／または妨害する破片の存在、ならびにバルブを完全に閉じるのに十分な力を提供するアクチュエータの故障を挙げることができる。

処理施設は、これらの故障モード、ならびにバルブに伴う他の問題を検出するためのいくつかの方法を用いることができる。これらの方法の例は、流量または圧力、たとえばバルブの下流側（および／または上流側）の偏差を調べることが多い。別の例では、方法は、バルブから発せられるノイズをモニターする。これらの方法が特に有用であるのは、いくつかの機械的故障（たとえば、ステム、プラグ、シート、および／またはバルブアクチュエータにおける）が振動を引き起こす可能性があるためである。ほぼ閉じたバルブは、バルブのリークの存在を示す振動を発する場合が多い。これらの振動の音響エネルギーを検出し、音響エネルギーを既知のリークしているバルブのスペクトルと比較することは、リークの存在を検出するのに役立つことができる。

音響的方法は、パイプラインにおけるリークを検出することができるが、処理工場内のバルブは、この手法を妨害するおそれがある多くの音源にさらされているので、これらの方法を処理工場に適用することは困難である。いくつかの方法は、検出する周波数を超音波領域に制限することで、干渉の問題を克服する。これらの周波数は、バルブから離れた音源から発するエネルギーの影響を受けにくい。他の方法は、周囲の音響ノイズを測定し、バルブの音響エネルギーを測定する信号からこれを減算する。しかし、この方法は、パイプに沿って生じる可能性のあるノイズを除去しない。パイプに沿ったノイズにさらに対処するために、他の方法は、複数の音響センサを利用しているが、しかし、これらの方法は、事象におけるノイズを除去するのではなく、空間における音源の「位置」を見つけるために、センサの音響エネルギーの伝搬時間を用いている。

米国特許出願公開第２００６／０１７４７０７号明細書

本開示は、バルブから離れた音源からの音響エネルギーをフィルタリングすることができるシステムおよび方法の実施形態を説明する。これらの実施形態は、バルブのおよび／またはその周りの様々な位置からの音響エネルギーを表すセンサからの信号を用いる。一実施形態では、システムは、バルブに近接する位置およびバルブから離間した位置にあるセンサを含む。システムは、これらの位置からの信号をさらに処理することができ、一実施例では、データのサンプルを結合して、バルブの上流側および／または下流側から発するノイズを実効的に含まないバルブのエネルギーシグネチャを形成することができる。

ここで添付の図面を簡単に参照する。

処理設備の一部においてバルブの音響エネルギーをモニターするシステムの例示的な実施形態の概略図である。信号から音響エネルギーを除去および／またはフィルタリングするように信号を処理するための方法の例示的な実施形態のフローチャートである。バルブの音響エネルギーを測定することができるセンサを有するセンサ構成要素の例示的な構成の概略図である。バルブの音響エネルギーを識別する信号からノイズをフィルタリングするための方法の例示的な実施形態のフローチャートである。信号から音響エネルギーを除去および／またはフィルタリングするように処理することができる処理構成要素の例示的な構成の概略図である。パワースペクトルのプロットを示す図である。処理設備の一部においてバルブの音響エネルギーをモニターするシステムの例示的な実施形態の概略図である。

適用可能である場合には、類似する符号は、いくつかの図を通じて同一もしくは対応する構成要素およびユニットを示しており、特に断らない限り一定の縮尺ではない。

図１は、処理設備に見られる構成要素の状態をモニターすることができるシステム１００の例示的な実施形態の概略図である。図１は、処理設備の一部分１０２を示している。部分１０２は、１つもしくは複数のパイプ１０４およびバルブ１０６を含む。バルブ１０６の動作は、部分１０２の上流側１０８から下流側１１０への作動流体Ｆの流れを調整する。システム１００は、センサ構成要素１１２、およびセンサ構成要素１１２と信号のやり取りを行う処理構成要素１１４を含む。処理構成要素１１４の例は、バルブ１０６の動作を理解するのに有用なデータを有する出力を生成することができる。このデータのさらなる処理は、バルブ１０６の損傷につながるおそれのある、および／または、バルブ１０６の近傍にいる個人の傷害につながるおそれのあるバルブ１０６の動作状態を検出することができる。

システム１００の実施例は、部分１０２内のノイズの伝播から生じる問題に対処する。このノイズは、センサ構成要素１１２がバルブ１０６から収集した信号を歪ませる場合があり得る。ノイズは、バルブ１０６の問題のある動作状態の診断を妨げるおそれがある。以下にさらに述べるように、処理構成要素１１４は、バルブ１０６から離れた（また、「遠い」）点から、たとえば上流側１０８および下流側１１０の１つまたは複数で生じるノイズをフィルタリングして除去することができる。この特徴は、バルブ１０６から離れた外乱に起因する出力のデータからノイズの影響を除去する。

広義には、センサ構成要素１１２は、バルブ１０６および／または処理設備の部分１０２内の動作状態を感知する装置を含むことができる。これら装置の例としては、加速度計および圧力センサを挙げることができる。これらの装置は、たとえば媒質中を伝搬する音波に反応して、信号を生成することができる。一実施例では、媒質は、パイプ１０４、バルブ１０６、および作動流体Ｆのうちの１つまたは複数を含むことができる。

処理構成要素１１４の構成は、信号を処理するのに有用な回路を含むことができる。この回路は、アナログおよびデジタル構成要素を含むことができる。後者の構成要素、すなわちデジタル構成要素は、１つまたは複数のプロセッサ、メモリ、および類似のディスクリート素子を用いることができる。このタイプのデジタル回路は、信号を処理するステップ、一例では、バルブ１０６から離れた部分からのノイズを実効的に含まない出力を生成するステップを定義する命令（「実行可能命令」とも呼ぶ）を実行することができる。

センサ構成要素１１２および処理構成要素１１４の実現は、音波が、バルブ１０６から、およびその他の場所から、たとえば、バルブ１０６の上流側１０８および下流側１１０のパイプ１０４に沿って、生じることができることを認識する。これらの音波は、様々な方向に伝播し、最終的に処理設備の部分１０２全体に存在するセンサ１０６の信号のデータに影響を与えることができる。たとえば、バルブ１０６からの音波は、上流側１０８および下流側１１０に伝播することができる。上流側３０８で発生した音波は、バルブ１０６を横切って下流側１１０に伝搬することができ、また逆も同様である。

１つの例示的な動作中に、センサ構成要素１１２は、バルブ１０６からの音響エネルギーとバルブ１０６から離れた１つまたは複数の位置からの音響エネルギーとの両方を表すデータを有する信号を生成することができる。この構成は、バルブ１０６が生成する音響エネルギーと、上述したように、バルブ１０６からの信号のデータを歪ませるおそれのある他のノイズとを識別し、モニターすることができる。この歪みは、通常、音波の特定の変化の観察から容易に明らかとなるバルブに伴う問題を不明瞭にするおそれがある。処理構成要素１１４は、バルブ１０６のエネルギーシグネチャを形成するために信号からのデータを処理することができる。エネルギーシグネチャは、バルブ１０６から発していない音響エネルギーの影響を実効的に含まないデータを含む。一実施例では、エネルギーシグネチャのデータを、問題の動作と一致するエネルギーの既知のスペクトルと比較することは、バルブ１０６に伴う問題を識別および／または予測するのを助けることができる。結果として、バルブ１０６は、バルブ１０６の損傷、ならびに／または、たとえば処理および／もしくは処理設備に伴う潜在的な問題を緩和するために、予防的なおよび／またはタイムリーな保守を行うことができる。

図２は、ノイズを除去および／またはフィルタリングするように信号からのデータを処理するための方法２００の例示的な実施形態のフローチャートを示す。方法２００は、ステップ２０２で、センサ構成要素から信号を受信し、ステップ２０４で、信号からのデータを結合して、バルブのエネルギーシグネチャを形成し、ステップ２０６で、エネルギーシグネチャを表すデータを含む出力を生成することを含む。

信号を受信するステップ（たとえばステップ２０２）は、バルブに近接して分布する複数のセンサ素子を用いることができる。図３は、少なくとも２箇所（たとえば、第１の位置３１８、第２の位置３２０、および第３の位置３２２）に配置された１つまたは複数のセンサ素子３１６を含むセンサ構成要素３１２の１つの構成を示す。第１の位置３１８にあるセンサ３１６は、バルブ（たとえば図１のバルブ１０６）に近接して存在する。第２の位置３２０および第３の位置３２２にあるセンサ３１６は、第１の位置３１８に対してある距離（たとえば、第１の距離３２４および第２の距離３２６）だけ離間して配置される。一実施例では、第１の距離３２４および第２の距離３２６は、第２の位置３２０および第３の位置３２２にあるセンサ３１６を、第１の位置３１８にあるセンサ３１６からほぼ等しい距離に配置する。

信号からのデータを結合して、エネルギーシグネチャを形成するステップ（たとえばステップ２０４）は、センサ素子３１６からの信号のデータを処理する。このデータは、一実施例では、第１の位置３１８にあるセンサ３１６からの第１の信号からのデータを含む。データはまた、それぞれ、第２の位置３２０および第３の位置３２２にあるセンサ３１６からの第２の信号および第３の信号からのデータを含むことができる。

処理中に、方法２００は、サンプリングパターンに従って信号からデータをサンプリングすることができる。サンプリングパターンの例は、位置３１８、３２０、３２２を分離する距離を音波が伝搬する時間遅延を実現することができる。一実施例では、時間遅延は第１の遅延を含み、それは、方法２００が第１の信号のデータから第１のサンプルおよび第２のサンプルを取得するために用いる。時間遅延はまた、方法２００が第２の信号および第３の信号から第３のサンプルおよび第４のサンプルをそれぞれ取得するために用いる、第２の遅延および第３の遅延を含むことができる。一実施例では、第２の遅延は第３の遅延と同じである。時間遅延（たとえば、第１の遅延、第２の遅延、および第３の遅延）の値は、固定遅延値を含むことができる。固定遅延値の例は、必要に応じて、第１の位置３１８と第２の位置３２０との間、および／または第１の位置３１８と第３の位置３２２との間の音の伝搬時間を測定することができる。

出力を生成するステップ（たとえばステップ２０６）は、エネルギーシグネチャの値を表すデータを組み込むことができる。出力の例は、たとえば、技術者が観察するために、画面上に表示するように構成することができる。一実施形態では、方法２００は、エネルギーシグネチャのスペクトルを、しきい値基準および／または他の定量的な尺度と比較するための１つまたは複数のステップを含むことができる。しきい値基準の例は、バルブが適切にまたは不適切に動作していることを示すエネルギーの１つまたは複数のスペクトルを含むことができる。これらのステップの実施は、バルブに伴う問題を診断するのを助けることができる。たとえば、しきい値基準（たとえば、識別されたスペクトルより上か、識別されたスペクトルに等しいか、および／または識別されたスペクトルより下か）を満たすエネルギーシグネチャのスペクトルの変化は、バルブに伴う問題（たとえば、リーク、キャビテーション、および／または他の問題）を示すことができる。バルブに伴う問題を識別するデータからノイズを除去するフィルタリング方式を用いることで、本明細書で述べているように、スペクトルの任意の変化がバルブの動作に対応しており、かつ、別の場所で発生したノイズによって歪まないことを保証することができる。

図４は、バルブの音響エネルギーを表すエネルギーシグネチャを生成するための方法４００の別の例示的な実施形態のフローチャートを示す。方法４００は、ステップ４０２で、音響エネルギーを定義するデータを有する信号を受信することを含む。また、方法４００は、ステップ４０６で、第１の信号からのデータのサンプルと、第１の信号からのデータの第２のサンプルと、を加算して、予備サンプルを形成し、ステップ４０８で、第２の信号からのデータの第３のサンプルを第１の予備サンプルから減算して、エネルギーシグネチャを形成することを含む。また、方法４００は、ステップ４１０で、エネルギーシグネチャを表すデータを有する出力を生成することを含む。

方法４００のステップは、バルブの上流側および下流側からの音響ノイズのエネルギーシグネチャを取り除くのに有用である。図５の概略図は、加算および減算ステップを実行することができる処理構成要素５１４の１つの例示的な構成を示す。図示するように、第１の位置５１８にあるセンサ５１６は、第１の信号からの第１のサンプル５２８を生成する。処理構成要素５１４は、第１のサンプル５２８を用いて、第１の遅延５３２を含む第２のサンプル５３０を生成することができる。第２の位置５２０および第３の位置５２２にあるセンサ５１６は、それぞれ、第３のサンプル５３４および第４のサンプル５３６を生成する。処理構成要素５１４は、第３のサンプル５３４および第４のサンプル５３６のサンプル時間をそれぞれ規定する第２の遅延５３８および第３の遅延５４０を含むことができる。一実施形態では、第１の遅延、第２の遅延、および第３の遅延は、１つまたは複数の固定遅延値５４２を含むことができる
さらに図５では、加算するステップ（たとえばステップ４０６）は、第１のサンプル５２８のデータを第２のサンプル５３０と結合して、第１の予備サンプル５４４を形成する。減算するステップ（たとえばステップ４０８）は、第１の予備サンプル５４４を１つまたは複数の他のサンプル（たとえば、第３のサンプル５３４および第４のサンプル５３６）と結合して、エネルギーシグネチャ５４６を形成する。本実施例では、エネルギーシグネチャ５４６は、第１のエネルギーシグネチャ５４８および第２のエネルギーシグネチャ５５０を含む。エネルギーシグネチャ５４８、５５０は、第１の予備サンプル５４４から第３のサンプル５３４を減算するステップ（第１のエネルギーシグネチャ５４８を形成する）と、第１のエネルギーシグネチャ５４８から第４のサンプル５３６を減算するステップ（第２のエネルギーシグネチャ５５０を形成する）と、に対応する。一実施例では、減算を行う前に、処理構成要素５１４は、符号５５２で一般的に示すように、第３のサンプル５３４および第４のサンプル５３６を反転する。

方法４００の各ステップおよび図５に示す構成は、バルブからだけでなく、バルブに接続するパイプに沿った他の場所から生じる音響ノイズの伝播にも対処する。バルブからのノイズは、バルブから両方向（たとえば、上流側および下流側）に伝播する。さらに、パイプに沿った他の場所からのノイズは、バルブまで、そして、おそらくバルブの他方の側まで伝搬する。

一実施例では、方法４００は、たとえば第１の位置、第２の位置、および第３の位置からの様々な信号からのデータについてサンプリングパターンを定義する。サンプリングパターンは、経時的に等間隔に配置された一連のサンプルを反映することができる。以下の式（１）、（２）、および（３）は、音波の伝播およびこのサンプリングパターンをモデル化するのに有用である。
ＳＶ_i＝Ｎ１_i-1＋ＮＶ_i＋Ｎ２_i-1、式（１）
Ｓ１_i＝Ｎ１_i＋ＮＶ_i-1＋Ｎ２_i-2、式（２）
Ｓ２_i＝Ｎ１_i-2＋ＮＶ_i-1＋Ｎ２_i、式（３）
ここで、ＳＶは第１の位置にあるセンサからの信号であり、Ｓ１は第２の位置にあるセンサからの信号であり、Ｓ２は第３の位置にあるセンサからの信号であり、ＮＶは、バルブからの音響ノイズであり、Ｎ１はバルブの上流側からの音響ノイズであり、Ｎ２はバルブの下流側からの音響ノイズであり、ｉはサンプル番号であり、ｉ−１はサンプルｉの１固定遅延値前の時刻におけるサンプルであり、ｉ−２はサンプルｉの２固定遅延値前のサンプルである。

信号ＳＶ、Ｓ１、およびＳ２からのデータは、結合されて、以下の式（４）、（５）、および（６）により、エネルギーシグネチャ（ＳＯ）を形成することができる。
ＳＯ_i＝ＳＶ_i＋ＳＶ_i-2−Ｓ１_i-1＋Ｓ２_i-1、式（４）
上記のＳＶ、Ｓ１、およびＳ２（式（１）、（２）、および（３）に記載されている）を式（４）に代入すると、次式を得る。
ＳＯ_i＝（Ｎ１_i-1＋ＮＶ_i＋Ｎ２_i-1）＋（Ｎ１_i-3＋ＮＶ_i-2＋Ｎ２_i-3）−（Ｎ１_i-1＋ＮＶ_i-2＋Ｎ２_i-3）＋（Ｎ１_i-3＋ＮＶ_i-2＋Ｎ２_i-1）、式（５）
さらに、式（５）を簡単にすると、次式を得る。
ＳＯ_i＝ＮＶ_i＋ＮＶ_i-2、式（６）
上記の式に示すように、第１の信号（たとえば、第１のサンプル５２８）からのデータと、第１の信号の遅延されたバージョン（たとえば、第２のサンプル５３０）からのデータと、を結合することにより、バルブの外側から伝搬する音響ノイズの第１の予備サンプル５４４のデータを実効的に取り除く。この目的のために、式（６）の値は、いくつかの周波数を除去し、他の周波数を強化することができる。たとえば，ＳＯのフーリエ変換を調べ、ｔ０をＳ１からＳ２までの伝搬時間とすると、次式を得る。
Ｔ（ｆ（ｔ）−ｆ（ｔ−ｔ０））＝Ｆ（ｗ）−Ｆ（ｗ）ｅ^-iwt0＝Ｆ（ｗ）（１−ｅ^-iwt0）、式（７）
この式は、信号Ｆ（ｗ）のスペクトルが（１−ｅ^-iwt0）によってフィルタリングされることを示し、ここで、ｗは周波数である。図６は、式（７）のパワースペクトルのプロットを示す。このプロットは、提案する方式は、１／ｔ０の周波数をフィルタリングし、１／（２ｔ０）の周波数を強化することを示している。したがって、センサの位置の間隔は、検出に用いることができる周波数帯を決定する。

図７は、システム７００の例示的な実施形態の概略図を示す。処理構成要素７１４は、プロセッサ７５４、制御回路７５６、およびメモリ７５８を有し、メモリ７５８は、たとえば、プロセッサ（たとえば、プロセッサ７５４）によって実行されるように構成されたソフトウェアおよびファームウェアの形態である１つまたは複数の実行可能命令７６０を記憶することができる。また処理構成要素７１４は、処理構成要素７１４の構成要素（たとえば、プロセッサ７５４、制御回路７５６、およびメモリ７５８）を互いに結合するためのバス７６２を含むことができる。バス７６２は、処理構成要素７１４の１つの構成要素から別の構成要素へ、信号、データ、および情報の交換を可能にする。制御回路７５６は、様々な位置７１８、７２０、７２２にあるセンサ素子７１６と結合するセンサ回路７６４を含むことができる。

処理構成要素７１４の例は、１つもしくは複数の外部サーバ（たとえば、サーバ７６８）、および処理構成要素７１４を外部サーバ７６８に接続するネットワーク７７０を有するネットワークシステム７６６と通信することができる。本開示はまた、１つもしくは複数のプログラムおよび／または実行可能命令（たとえば、実行可能命令７６０）が外部サーバ７６８上にある構成を想定している。処理構成要素７１４は、本明細書に開示される１つまたは複数の機能を実行するために、これらの遠隔に格納されたアイテムにアクセスすることができる。一実施形態では、コンピューティングデバイス７７２は、処理構成要素７１４およびネットワーク７７０の１つまたは複数と通信して、たとえば、必要に応じて、システム７００の処理構成要素７１４および／または他の構成要素とインターフェースおよび／または対話することができる。

本明細書に記載したように、方法（たとえば、図２の方法２００および図４の方法４００）のステップは、１つまたは複数の実行可能命令を実現することができ、それは、たとえば、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、ソフトウェアプログラムなどの一部として符号化することができる。これらの実行可能命令は、コンピュータにより実施される方法および／またはプログラムの一部であってもよく、それは、プロセッサ（たとえば、図７のプロセッサ７５４）および／または処理構成要素（たとえば、図１および図７の処理構成要素１１４、２１４）によって実行することができる。

様々な制御および処理構成要素（たとえば、図１および図７の処理構成要素１１４、７１４）の実施形態は、特定の実行可能命令、ソフトウェアプログラムなどを格納し実行することができるプロセッサおよびメモリを有するコンピュータおよびコンピューティングデバイスを含むことができる。これらの制御装置は、個別のユニット、たとえば、処理設備の制御バルブおよび他の構成要素の一部であってもよい。他の実施例では、これらの制御装置は、たとえば、ハードウェア（たとえば、バルブポジショナ）および／またはそのようなハードウェア上に構成されたソフトウェアの一部として、バルブと一体化している。さらに他の実施例では、これらの制御装置は、バルブから離れて配置することができ、たとえば、制御装置がネットワーク（たとえば、図７のネットワークシステム７６６）を介した無線および有線の通信を用いて、センサからの情報を受信し、コマンドおよび命令を発行することができる、離れた位置にあってもよい。

これらの制御装置は、それ自体の間でおよび／または他の回路（および／または装置）と通信することができる構成的な構成要素を有することができ、それは、高レベル論理機能、アルゴリズム、ならびに実行可能命令（たとえば、ファームウェア命令、ソフトウェア命令、ソフトウェアプログラムなど）を実行する。このタイプの例示的な回路は、抵抗器、トランジスタ、ダイオード、スイッチ、およびキャパシタなどのディスクリート素子を含む。プロセッサ（たとえば、図７のプロセッサ７５４）の例としては、マイクロプロセッサ、ならびにフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、ＡＲＭマイクロコントローラ、および特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）などの他のロジックデバイスを挙げることができる。ディスクリート素子、回路、およびデバイスのすべては、電気技術分野における通常の技能を有する当業者によって一般的に理解されるように、個別に機能するが、本明細書で開示し説明した概念を一般的に提供するのは、それらを機能的な電気的グループおよび回路に結合および統合したものである。一実施形態では、処理装置（たとえば、図１および図７の処理構成要素１１４、７１４）は、アナログ回路およびデバイスを含む。

これらの制御装置の構造は、エンドユーザがグラフィカルユーザインターフェースを介して搬送することができ、あるいは装置により検索され、または検索される必要がある、選択された構成および所望の動作特性に関する特定の決定を可能にすることができる。たとえば、これらの制御装置の電気回路は、理論的解析および論理演算を物理的に表すことができ、ならびに／またはアルゴリズム、比較分析、および／もしくは決定論理ツリーを物理的形式で複製することができ、これらの各々は、対応する制御回路（たとえば、図７の制御回路７５６）によって提供されるように、入力によってこれらの制御装置に反映されるパラメータ（たとえば、作動流体の流量パラメータ）の性質、内容、および変化の原因のうちの１つまたは複数を正確に反映する出力および／または出力への値を割り当てるように動作する。

一実施形態では、プロセッサ（たとえば、図７のプロセッサ７５４）は、ステートマシン回路、または本明細書で説明した構成要素の動作を制御することができる他の好適な構成要素を含むことができる。メモリ（たとえば、図７のメモリ７５８）は、揮発性および不揮発性メモリを含み、ソフトウェア（もしくはファームウェア）命令および構成設定の形態で、および／またはそれらを含む、実行可能命令を記憶することができる。制御回路（たとえば、図７の制御回路７５６）の各々は、固体デバイスなどのスタンドアロンデバイスを実現することができる。これらのデバイスの例は、プリント回路基板および半導体などの基板に搭載することができ、それは、図１および図７の処理構成要素１１４、７１４の動作を容易にするための、プロセッサ、メモリ、および他の関連する回路を含む様々な構成要素を収容することができる。

しかし、プロセッサ、メモリ、および制御回路の構成要素は、ディスクリート回路およびディスクリート部品の組み合わせを含むことができるが、必ずしもそうである必要はない。たとえば、これらの構成要素のうちの１つまたは複数は、単一の集積回路（ＩＣ）または他の部品を含んでもよい。別の例として、プロセッサは、ＲＡＭおよび／またはＲＯＭなどの内部プログラムメモリを含むことができる。同様に、これらの構成要素の機能の任意の１つまたは複数は、付加的な構成要素（たとえば、マルチプロセッサまたは他の構成要素）にわたって分散させることができる。

さらに、当業者には明らかなように、本発明の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化することができる。したがって、本発明の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、または、本明細書において「回路（ｃｉｒｃｕｉｔ）」、「モジュール」、および／もしくは「システム」とすべて一般的に呼ぶことができるソフトウェアおよびハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形式をとることができる。さらにまた、本発明の態様は、媒体上に具現化されたコンピュータ可読プログラムコードを有する１つまたは複数のコンピュータ可読媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形式をとることができる。

１つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを用いることができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子的、磁気的、電磁的、および／もしくは半導体のシステム、装置、またはデバイス、あるいはこれらの任意の好適な組み合わせを挙げることができる。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（包括的でないリスト）として以下のものが挙げられる。すなわち、１つもしくは複数のワイヤを有する電気的接続、携帯用コンピュータフロッピー(登録商標）ディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または上記の任意の好適な組み合わせなどである。この文書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、または、それらに関連して用いられるプログラムを含む、あるいは格納することができる任意の有形の媒体であってもよい。

非一時的コンピュータ可読信号媒体は、たとえばベースバンドにまたは搬送波の一部として具現化されたコンピュータ可読プログラムコードを有する伝搬されたデータ信号を含んでもよい。このような伝搬された信号は、様々な形態のいずれかおよびそれらの任意の組み合わせをとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読記憶媒体ではないが、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、あるいはそれと共に使用するためのプログラムを通信し、伝搬し、または移送することができる任意のコンピュータ可読媒体であってもよい。

コンピュータ可読媒体に具現化されるプログラムコードは、これに限らないが、無線、ワイヤライン、光ファイバケーブル、ＲＦなど、または上記の任意の好適な組み合わせを含む任意の適切な媒体を用いて送信することができる。

本発明の態様の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書き込むことができ、これらのプログラミング言語としては、オブジェクト指向プログラミング言語および従来の手続きプログラミング言語が挙げられる。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで、独立したソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータで部分的にリモートコンピュータで、または、完全にリモートコンピュータもしくはサーバで実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通してユーザのコンピュータに接続することができ、あるいは、外部コンピュータに（たとえば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通して）接続されてもよい。

本発明の態様は、本発明の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャートおよび／またはブロック図を参照して本明細書に記載している。フローチャートおよび／またはブロック図の各ブロック、ならびにフローチャートおよび／またはブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または機械を生産するための他のプログラム可能なデータ処理構成要素のプロセッサに提供することができ、そのようにして、これらの命令がコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理構成要素のプロセッサを介して実行されて、フローチャートおよび／またはブロック図の１つもしくは複数のブロックで指定される機能／動作を実行するための手段を生成する。

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理構成要素、または他のデバイスを、特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に格納することもでき、そのようにして、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の１つもしくは複数のブロックで指定される機能／動作を実行する命令を含む製造物を生成する。

コンピュータ、他のプログラム可能な装置、または他のデバイスで一連の動作ステップを実行させてコンピュータ実行処理を生成するために、コンピュータプログラム命令をコンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理構成要素、または他のデバイスにロードすることもでき、そのようにして、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置で実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の１つもしくは複数のブロックで指定される機能／動作を実行するための処理を提供する。

本明細書において、単数で述べられた要素または機能は、これらの複数を除外すると明示的に述べない限り、前記要素または機能の複数を除外しないものとして理解すべきである。さらにまた、請求する発明の「一実施形態」に対する参照は、記載した特徴も組み込んだ付加的な実施形態の存在を除外するものと解釈すべきではない。

この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

１００システム
１０２部分
１０４パイプ
１０６バルブ、センサ
１０８上流側
１１０下流側
１１２センサ構成要素
１１４処理構成要素
２００方法
２０２ステップ
２０４ステップ
２０６ステップ
３１２センサ構成要素
３１６センサ素子、センサ
３１８第１の位置
３２０第２の位置
３２２第３の位置
３２４第１の距離
３２６第２の距離
４００方法
４０２ステップ
４０６ステップ
４０８ステップ
４１０ステップ
５１４処理構成要素
５１６センサ
５１８第１の位置
５２０第２の位置
５２２第３の位置
５２８第１のサンプル
５３０第２のサンプル
５３２第１の遅延
５３４第３のサンプル
５３６第４のサンプル
５３８第２の遅延
５４０第３の遅延
５４２固定遅延値
５４４第１の予備サンプル
５４６エネルギーシグネチャ
５４８第１のエネルギーシグネチャ
５５０第２のエネルギーシグネチャ
５５２符号
７００システム
７１４処理構成要素
７１６センサ素子
７１８様々な位置
７２０様々な位置
７２２様々な位置
７５４プロセッサ
７５６制御回路
７５８メモリ
７６０実行可能命令
７６２バス
７６４センサ回路
７６６ネットワークシステム
７６８外部サーバ
７７０ネットワーク
７７２コンピューティングデバイス

Claims

バルブ（１０６）の動作をモニターするためのシステム（１００、７００）であって、
第１のセンサ（３１６、５１６、７１６）、第２のセンサ（３１６、５１６、７１６）および第３のセンサ（３１６、５１６、７１６）を備えるセンサ構成要素（１１２、３１２）と、
前記センサ構成要素（１１２、３１２）と結合する処理構成要素（１１４、５１４、７１４）と、
を含み、
前記処理構成要素（１１４、５１４、７１４）は、プロセッサ（７５４）と、メモリ（７５８）と、前記メモリ（７５８）に記憶され、前記プロセッサ（７５４）によって実行されるように構成された実行可能命令（７６０）と、を含み、
前記実行可能命令（７６０）は、
前記第１のセンサおよび前記第２のセンサからの信号であって、前記バルブおよびパイプからエネルギー表示と対応するデータを含む信号を受信するための命令と、
前記信号からのデータをサンプリングして、データサンプルを生成する命令であって、
前記データサンプルは、第１のサンプル、第２のサンプル、および第３のサンプルを含み、
前記第１のサンプルおよび前記第２のサンプルは、前記バルブに近接する第１の位置に配置された前記第１のセンサから生ずることが期された第１の信号から生成され、
前記第３のサンプルは、前記バルブに近接する前記第１の位置から離れた前記パイプ上の第２の位置に配置された前記第２のセンサから生ずることが期された第２の信号から生成され、
前記第２のサンプルは、第１の遅延を含み、
前記第３のサンプルは、前記第１の遅延とは異なる第２の遅延を含み、
前記第１の遅延および前記第２の遅延は、前記第１の位置と前記第２の位置を隔てる距離にわたって音波が伝播する値を有する、
命令と、
前記バルブのエネルギーシグネチャを形成するために、前記第１のサンプルと前記第２のサンプルを加算して第１の予備サンプルを形成し、前記第１の予備サンプルから前記第３のサンプルを減算することにより、前記データサンプルを結合する命令と、
前記エネルギーシグネチャを、前記バルブの問題のある動作状態に対応する既知のエネルギースペクトルで定義された閾値基準と比較する命令と、
前記バルブの前記問題のある動作状態による損傷を予防する保守を開始するように、前記閾値基準を満たす前記エネルギーシグネチャに応じてデータを含む出力を生成する命令と、
第４のサンプルを生成するために、前記第１の位置および前記第２の位置から離れた第３の位置に配置された前記第３のセンサから生ずる第３の信号からのデータをサンプリングする命令と、
前記エネルギーシグネチャから前記第４のサンプルを減算する命令と、
を含み、
前記第４のサンプル（５３６）は、前記第１の遅延（５３２）と異なる第３の遅延（５４０）を含み、
前記第３の遅延（５４０）は、前記第２の遅延（５３８）と実質的に同じであり、
前記第２の位置（３２０、５２０）および前記第３の位置（３２２、５２２）は、前記バルブ（１０６）の上流側（１０８）および下流側（１１０）にそれぞれ配置される、
システム。
前記第１の遅延（５３２）および前記第２の遅延（５３８）は、前記第１の位置（３１８、５１８）から前記第２の位置（３２０、５２０）までの音の伝搬時間を用いる固定遅延値（５４２）を含む、請求項１に記載のシステム（１００、７００）。
前記第１の遅延（５３２）は、前記固定遅延値（５４２）の２倍である、請求項２に記載のシステム（１００、７００）。
前記第２の遅延（５３８）は、前記固定遅延値（５４２）に実質的に等しい値を有する、請求項３に記載のシステム（１００、７００）。
前記第２の位置（３２０、５２０）および前記第３の位置（３２２、５２２）は、前記第１の位置（３１８、５１８）から等間隔に配置される、請求項１から４のいずれかに記載のシステム（１００、７００）。
前記第１のセンサ（３１６、５１６、７１６）および前記第２のセンサ（３１６、５１６、７１６）は、複数の加速度計を含む、請求項１から５のいずれかに記載のシステム（１００、７００）。
前記第１のセンサ（３１６、５１６、７１６）および前記第２のセンサ（３１６、５１６、７１６）は、複数の圧力センサを含む、請求項１から６のいずれかに記載のシステム（１００、７００）。
前記プロセッサ（７５４）、メモリ（７５８）、および実行可能命令（７６０）のうちの１つまたは複数を集積する集積回路を有するポジショナを備える制御バルブ（１０６）をさらに含み、
前記第１の位置は、前記制御バルブ上にある、
請求項１から７のいずれかに記載のシステム（１００、７００）。
バルブ（１０６）から発するノイズをモニターするための装置であって、
プロセッサ（７５４）と、
前記プロセッサ（７５４）と結合されたメモリ（７５８）と、
前記メモリ（７５８）に記憶され、前記プロセッサ（７５４）によって実行されるように構成された実行可能命令（７６０）と、
を含み、
前記実行可能命令（７６０）は、
バルブおよびパイプから示される音響エネルギーを定義するデータを有する信号を受信するための命令と、
データサンプルを生成するために前記信号からデータをサンプリングする命令であって、
前記データサンプルは、第１のサンプル、第２のサンプル、および第３のサンプルを含み、
前記第２のサンプルは、前記第１のサンプルに対する第１の遅延を含み、
前記第３のサンプルは、前記第１の遅延とは異なる第２の遅延を含む、
命令と、
前記データの前記第１のサンプルと前記第２のサンプルを加算して第１の予備サンプルを形成し、
前記第１の予備サンプルから前記第３のサンプルを減算する
ことにより、前記バルブのエネルギーシグネチャを形成するために、前記データサンプルを結合する命令と、
前記エネルギーシグネチャを、前記バルブの問題のある動作状態に対応する既知のエネルギースペクトルで定義された閾値基準と比較する命令と、
前記バルブの前記問題のある動作状態による損傷を予防する保守を開始するように、前記閾値基準を満たす前記エネルギーシグネチャに応じてデータを含む出力を生成する命令と、
前記エネルギーシグネチャから、前記信号からのデータの第４のサンプル（５３６）を減算する命令と、
を含み、
前記第１のサンプルおよび前記第２のサンプルは、前記バルブに近接する第１の位置に配置された前記第１のセンサからのデータを有し、
前記第３のサンプルは、前記第１の位置から離れた前記パイプ上の第２の位置に配置された前記第２のセンサからのデータを有し、
前記第１の遅延および前記第２の遅延は、前記第１の位置と前記第２の位置を隔てる距離にわたって音波が伝播する値を有し、
前記第４のサンプル（５３６）は、前記第１のサンプル（５２８）に対して前記第１の遅延（５３２）と異なる第３の遅延（５４０）を含み、
前記第４のサンプル（５３６）は、前記第１の位置（３１８、５１８）と異なり前記第２の位置（３２０、５２０）の下流の第３の位置（３２２、５２２）にある第３のセンサからのデータを含み、
前記第３の遅延（５４０）は、前記第２の遅延（５３８）と実質的に同じであり、
前記第２の位置（３２０、５２０）および前記第３の位置（３２２、５２２）は、前記バルブ（１０６）の上流側（１０８）および下流側（１１０）にそれぞれ配置される、
装置。
前記データは、加速度を測定する、請求項９に記載の装置。
前記第２の位置（３２０、５２０）は、前記第１の位置（３１８、５１８）から次式により算出された距離だけ離間しており、
ここで、ｄは前記距離であり、ｖは媒質中の音速であり、ｆは前記音響エネルギーの遮断周波数である、請求項９または１０に記載の装置。
前記第１の遅延（５３２）、前記第２の遅延（５３８）、および前記第３の遅延（５４０）は、固定遅延値（５４２）を含み、
前記固定遅延値（５４２）は、前記第１の位置（３１８、５１８）から前記第２の位置（３２０、５２０）または前記第３の位置（３２２、５２２）のいずれかまでの音の伝搬時間を測定する、
請求項９から１１のいずれかに記載の装置。
前記第１の遅延（５３２）は、前記固定遅延値（５４２）の２倍に等しい、請求項１２に記載の装置。