JP7125958B2 - 判定装置、判定方法、プログラム及び検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、流れる液体の異常状態を判定する判定装置、判定方法及びプログラム、並びに、判定装置を備えた検知装置に関するものである。

ポンプの吸入側などにおいて液体の圧力が飽和蒸気圧より低下すると、液体が急激に気化して気泡となるキャビテーションが発生する。ポンプの吸入側でキャビテーションが発生した場合、ポンプの全揚程が低下してしまい、所望の性能が得られなくなる。また、キャビテーションは、ポンプの軸振動、羽根車の応力変動、騒音の原因にもなる。配管のバルブなどの絞りでは、絞り部分又はその直近の下流側でキャビテーションが発生する場合がある。点検などの際に配管内へ空気が混入した場合にも、キャビテーションと同様な問題を生じることがある。

下記の特許文献１には、流量と圧力の関係を示すデータからキャビテーションの発生を検知するキャビテーション検知装置が記載されている。このキャビテーション検知装置は、流量検出器及び圧力検出器からの検出信号に基づいて、流量に対する全揚程データ（揚程曲線）を作成し、この作成した全揚程データが予め記憶した正常時の全揚程データに比べて所定の値以下の値を示す場合、キャビテーションが発生したと判定する。

実開昭６４－２９２９９号公報

上述した特許文献１に記載のキャビテーション検知装置では、運転時の全揚程データを作成するために、流量の検知信号に加えて、遠心ポンプにおける吸入側と吐き出し側の圧力の検知信号をそれぞれ用いる必要がある。そのため、検知信号の種類が多いことにより処理が複雑になるという不利益や、検出器の数が多いことにより装置の構成が複雑になるという不利益がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流れる液体にキャビテーションが発生したり空気が混入したりする異常状態を簡易な処理で判定できる判定装置とその方法及び判定用のプログラムを提供すること、並びに、そのような異常状態を簡易な構成で検知できる検知装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る判定装置は、流れる液体に気泡が含まれた状態又は前記液体にキャビテーションが発生した状態を異常状態として判定する判定装置であって、前記液体には、少なくとも前記異常状態でない場合に圧力の脈動が存在し、前記液体の圧力を測定した測定データに基づいて、前記脈動の大きさに関わる圧力脈動量を算出する算出部と、算出された前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定する判定部とを有する。

この構成によれば、少なくとも前記異常状態でない場合に存在する前記脈動の大きさに関わる前記圧力脈動量が前記圧力の前記測定データに基づいて算出され、算出された前記圧力脈動量に基づいて前記異常状態か否かが判定される。従って、前記液体の前記圧力を測定した前記測定データを用いる簡易な処理によって、前記液体の状態を判定することが可能となる。

前記判定部は、算出された前記圧力脈動量が予め設定されたしきい値より小さい場合に、前記異常状態であると判定する。

この構成によれば、前記異常状態になったときに前記圧力脈動量が減少することを利用して、前記圧力脈動量と前記しきい値とを比較する簡易な処理により、前記異常状態か否かの判定が行われる。

好ましくは、前記しきい値は、前記液体に気泡が含まれておらず、かつキャビテーションが発生していない状態（以下、「正常状態」と記載する場合がある。）における前記圧力脈動量の下限として設定された値である。

この構成によれば、前記液体に気泡が含まれておらず、かつキャビテーションが発生していない前記正常状態における前記圧力脈動量の下限として、前記しきい値が設定される。そのため、前記圧力脈動量と前記しきい値とを比較する処理により、前記異常状態が精度よく判定される。

好ましくは、前記圧力の前記脈動は、前記液体が流れる管路において前記液体を送り出すポンプの働きに伴って生じた脈動である。

この構成によれば、前記圧力の前記脈動が前記ポンプの働きに伴って生じる脈動であるため、前記ポンプの性能や特性が既知である場合に、前記異常状態における前記圧力脈動量の変化の程度を正確に見積もり易くなり、前記液体の前記異常状態の判定を精度よく行うことが可能となる。

好ましくは、前記算出部は、前記測定データに基づいて、第１時間幅における前記圧力の二乗平均平方根に応じた数値を前記圧力脈動量として算出する。

この構成によれば、前記第１時間幅における前記圧力の二乗平均平方根に応じた数値を前記測定データに基づいて算出する簡易な演算により、前記圧力脈動量が算出される。

好ましくは、前記算出部は、前記第１時間幅を持つ算出対象期間を第２時間幅ずつシフトさせながら、前記算出対象期間内における前記圧力の二乗平均平方根に応じた数値を前記圧力脈動量として繰り返し算出し、前記判定部は、１以上の前記算出対象期間について算出された１以上の前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定する。

この構成によれば、前記第１時間幅を持つ前記算出対象期間における前記圧力脈動量が、前記算出対象期間を前記第２時間幅ずつシフトさせながら、繰り返し算出される。前記異常状態か否かの判定は、１以上の前記算出対象期間について算出された１以上の前記圧力脈動量に基づいて行なわれる。これにより、前記算出対象期間を前記第２時間幅ずつシフトさせながら、前記圧力脈動量に基づく前記異常状態の判定を繰り返し行うことが可能となる。

好ましくは、前記算出部は、一連の複数の前記圧力脈動量に基づいて、前記圧力脈動量のばらつきの大きさに関わる脈動変化量を更に算出し、前記判定部は、前記一連の複数の前記圧力脈動量について算出された前記脈動変化量に基づいて、前記圧力の前記脈動の過渡的な変化が収束したか否かを判定し、前記過渡的な変化が収束したと判定した場合に、前記一連の複数の前記圧力脈動量における１以上の前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定する。

この構成によれば、前記圧力脈動量のばらつきの大きさに関わる前記脈動変化量が、前記一連の複数の前記圧力脈動量に基づいて算出され、この算出された前記脈動変化量に基づいて、前記圧力の前記脈動の過渡的な変化が収束したか否かが判定される。そして、前記過渡的な変化が収束したと判定された場合に、前記一連の複数の前記圧力脈動量における１以上の前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かの判定が行われる。これにより、前記過渡的な変化が収束していないときの不正確な前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かの判定が行われ難くなる。

本発明の第２の態様に係る判定方法は、流れる液体に気泡が含まれた状態又はキャビテーションが発生した状態を異常状態として判定する判定方法であって、前記液体には、少なくとも前記異常状態でない場合に圧力の脈動が存在し、前記液体の圧力を測定した測定データに基づいて、前記脈動の大きさに関わる圧力脈動量を算出することと、算出した前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定することとを有し、前記異常状態か否かの判定は、算出された前記圧力脈動量が予め設定されたしきい値より小さい場合に、前記異常状態であると判定することを含む。

本発明の第３の態様に係るプログラムは、１以上のコンピュータを上記第１の態様に係る判定装置として機能させるプログラムである。

本発明の第４の態様に係る検知装置は、流れる液体に気泡が含まれた状態又は前記液体にキャビテーションが発生した状態である異常状態の発生を検知する検知装置であって、前記液体には、少なくとも前記異常状態でない場合に圧力の脈動が存在し、前記液体の圧力を測定する圧力センサと、前記圧力センサの測定結果を示す測定データに基づいて前記異常状態を判定する上記第１の態様に係る判定装置とを有する。

本発明によれば、流れる液体にキャビテーションが発生したり空気が混入したりする異常状態を簡易な処理で判定できる判定装置とその方法及び判定用のプログラムを提供できる。また本発明によれば、そのような異常状態を簡易な構成で検知できる検知装置を提供できる。

図１は、本実施形態に係る検知装置の構成の一例を示す図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、ポンプの吸入側における正常状態及びキャビテーション発生状態の各圧力波形を例示する図である。図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂの圧力波形から計算した圧力脈動量（ＲＭＳ値）を示す図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、ポンプの吸入側における正常状態及び空気混入状態の各圧力波形を例示する図である。図３Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂに示す圧力波形から計算した圧力脈動量（ＲＭＳ値）を示す図である。 図４は、本実施形態に係る判定装置による判定動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係る検知装置の変形例を示す図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、ポンプの吐き出し側における正常状態及びキャビテーション発生状態の各圧力波形を例示する図である。図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂの圧力波形から計算した圧力脈動量（ＲＭＳ値）を示す図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、ポンプの吐き出し側における正常状態及び空気混入状態の各圧力波形を例示する図である。図７Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂに示す圧力波形から計算した圧力脈動量（ＲＭＳ値）を示す図である。 図８は、本実施形態に係る判定装置による判定動作の一変形例を説明するためのフローチャートである。

図１は、本実施形態に係る検知装置の構成の一例を示す図であり、判定装置２０は、入力部２１と、表示部２２と、測定データ取得部２３と、記憶部２４と、処理部２５とを有する。図１に示す検知装置１は、管路５の中を流れる液体９の異常状態を検知する装置であり、圧力センサ１０－１と判定装置２０を有する。この異常状態は、液体９にキャビテーションが発生した状態、又は、管路５内への空気の混入などによって液体９に気泡が含まれた状態である。

圧力センサ１０－１は、管路５の中を流れる液体９の圧力を測定する装置であり、例えば、圧力を受けて変形するダイヤフラムの変位をひずみゲージや静電容量センサなどによって検出する。図１の例において、管路５には液体９を送り出すためのポンプ６が設けられている。圧力センサ１０－１は、ポンプ６の吸入側の管路５において液体９の圧力を測定する。

ポンプ６には種々のタイプのポンプを用いることが可能であり、例えば、回転する羽根車により液体に圧力を与えるターボ型ポンプ（遠心ポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプなど）や、容積の変化により液体を移送する容積型ポンプ（往復ポンプ、回転ポンプなど）を用いることができる。

液体９には、少なくとも上述した異常状態でない場合において、圧力の脈動が存在する。この脈動は、例えば、液体９を送り出すポンプ６の働きに伴って生じた脈動である。圧力センサ１０－１により測定される圧力の波形には、この脈動の成分が含まれている。

判定装置２０は、圧力センサ１０－１が測定した液体９の圧力の測定データに基づいて、液体９が異常状態でない場合に存在する液体９の圧力の脈動を監視し、その圧力脈動状態の変化から、液体９が異常状態であるか否かを判定する。

入力部２１は、ユーザの指示を処理部２５へ入力するための機器である。例えば入力部２１は、マウス、キーボード、タッチパッド、タッチパネル、押しボタン、回転スイッチなど、ユーザの操作に応じた信号を生成する１以上の入力機器を含む。

表示部２２は、処理部２５において生成される映像データを表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどを含む。

測定データ取得部２３は、圧力センサ１０－１が測定結果として出力する圧力測定信号Ｓｐ１に基づいて、液体９の圧力の値を表す測定データを取得する。例えば測定データ取得部２３は、アナログ信号である圧力測定信号Ｓｐ１を一定の周期でサンプリングし、デジタル値の測定データに変換するＡ／Ｄ変換器を含む。

記憶部２４は、後述する処理部２５のプロセッサによって実行されるプログラムＰＧを記憶する。また記憶部２４は、処理部２５における処理の実行過程で繰り返し使用される定数データや、一時的に保存される変数データなどを記憶する。例えば、記憶部２４は、測定データ取得部２３において取得される測定データや、測定データに基づいて後述する算出部２５１により算出される圧力脈動量を記憶する。

記憶部２４に格納されるプログラムＰＧは、例えば、処理部２５が備える任意の入力インターフェースに接続された記憶装置（ＵＳＢメモリなど）から読み出されたものでもよいし、処理部２５に接続される任意の記録媒体読み取り装置において記録媒体（光ディスクなど）から読み出されたものでもよいし、処理部２５が備える任意の通信インターフェースを介して外部のサーバ装置などからダウンロードしたものでもよい。

記憶部２４は、１つの記憶装置から構成されてもよいし、複数の記憶装置から構成されてもよい。記憶部２４が複数の記憶装置から構成される場合、記憶装置の種類は１種類でも複数種類でもよい。例えば記憶部２４は、主記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）と補助記憶装置（フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスクなど）を含んでよい。

処理部２５は、判定装置２０の全体的な動作を制御する装置であり、圧力センサ１０－１の測定データに基づいた液体９の異常状態の判定に関わる処理を実行する。処理部２５は、記憶部２４に格納された１以上のプログラムＰＧの命令コードに従って処理を実行する１以上のプロセッサ（ＣＰＵ、ＭＰＵなど）を含む。１以上のプロセッサがプログラムＰＧの命令コードに従って処理を実行することにより、処理部２５は１以上のコンピュータとして動作する。例えば処理部２５は、液体９の異常状態の判定に関わる処理を、上述した１以上のコンピュータとして実行してよい。

なお、処理部２５は、特定の機能を実現するように構成された１以上の専用のハードウェア（ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなど）を含んでもよい。この場合、処理部２５は、液体９の異常状態の判定に関わる処理の少なくとも一部を、専用のハードウェアにおいて実行してもよい。

処理部２５は、液体９の異常状態の判定に関わる処理を実行する要素として、算出部２５１と判定部２５２を含む。

算出部２５１は、圧力センサ１０－１において液体９の圧力を測定した測定データに基づいて、圧力の脈動の大きさに関わる圧力脈動量を算出する。例えば算出部２５１は、測定データ取得部２３において取得される圧力センサ１０－１の測定データに基づいて、所定の第１時間幅における圧力の二乗平均平方根（root mean square：以下、「ＲＭＳ」と記す場合がある。）に応じた数値を圧力脈動量として算出する。

第１時間幅においてｎ個の測定データＸ１，Ｘ２，…，Ｘｎが取得されるものとすると、算出部２５１が算出する圧力脈動量Ｘｒｍｓは例えば次の式で表される。

この場合、算出部２５１は、第１時間幅を持つ算出対象期間を所定の第２時間幅ずつシフトさせながら、算出対象期間内における圧力の二乗平均平方根に応じた数値を圧力脈動量として繰り返し算出してもよい。例えば第２時間幅においてｍ個の測定データが取得されるものとすると、算出部２５１は、測定データ取得部２３において新たにｍ個の測定データが取得される度に、最新の測定データを含む一連のｎ個の測定データに基づいて、式（１）により圧力脈動量Ｘｒｍｓを算出する。

なお、圧力脈動量Ｘｒｍｓの算出に用いられる測定データＸ１，Ｘ２，…，Ｘｎは、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バンドストップフィルタなどの任意のフィルタにより圧力の直流成分が予め除去されたものであることが望ましい。圧力の直流成分を除去せずに圧力脈動量Ｘｒｍｓを算出した場合、圧力脈動量Ｘｒｍｓの算出結果には、脈動とは無関係な直流成分が多く含まれることとなり、本来の脈動成分が相対的に小さくなる。直流成分を除去した測定データから圧力脈動量Ｘｒｍｓを算出することによって、圧力脈動量Ｘｒｍｓの算出結果に直流成分が含まれなくなるため、後述する判定部２５２における異常状態の判定精度を高め易くなる。この場合、直流成分の除去に用いるフィルタは、デジタルフィルタでもアナログフィルタでもよい。
他方、圧力の直流成分が十分に小さい場合には、このようなフィルタによる直流成分の除去を省略してもよい。この場合、後述する判定部２５２において、圧力の直流成分を見込んだしきい値ＴＨ１を設定すればよい。

判定部２５２は、算出部２５１において算出された圧力脈動量に基づいて、液体９が異常状態にあるか否かを判定する。例えば判定部２５２は、算出部２５１において算出された圧力脈動量が予め設定されたしきい値ＴＨ１より小さい場合、液体９が異常状態にあると判定する。

このしきい値ＴＨ１は、例えば、液体９に気泡が含まれておらずかつキャビテーションが発生していない状態（正常状態）における圧力脈動量の下限として設定された値である。後述するように、異常状態における圧力脈動量は正常状態における圧力脈動量に比べて小さくなる。従って、正常状態の下限値であるしきい値ＴＨ１よりも圧力脈動量が小さくなった場合、液体９が異常状態になっているとみなすことが可能になる。

なお、判定部２５２による液体９の異常状態の判定は、一連の測定データに基づいて算出される一連の複数の圧力脈動量に基づいて行ってもよい。複数の圧力脈動量に基づいて判定を行うことにより、判定結果の確実性を高めることができる。

例えば判定部２５２は、複数の算出対象期間（第１時間幅の期間）について複数の圧力脈動量が算出された場合、算出された複数の圧力脈動量に基づいて圧力脈動量の代表値（平均値、最大値、最小値、中央値など）を算出し、算出した代表値に基づいて液体９の異常状態を判定してよい。具体的には、判定部２５２は、算出した代表値としきい値ＴＨ１とを比較し、代表値がしきい値ＴＨ１より小さい場合、液体９が異常状態にあると判定してよい。

また、判定部２５２は、複数の圧力脈動量が算出された場合、算出された複数の圧力脈動量としきい値ＴＨ１とをそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて液体９の異常状態を判定してもよい。例えば、判定部２５２は、一連の測定データに基づいて順次に算出された一連のｐ個（ｐは１より大きい自然数を示す。）の圧力脈動量がいずれもしきい値ＴＨ１より小さい場合、液体９が異常状態にあると判定してよい。あるいは、判定部２５２は、一連のｐ個の圧力脈動量におけるｑ個（ｑはｐより小さい自然数を示す。）以上の圧力脈動量がしきい値ＴＨ１より小さい場合、液体９が異常状態にあると判定してもよい。

図２Ａ及び図２Ｂは、ポンプ６の吸入側で測定された液体９の圧力の波形を例示する図である。図２Ａは正常状態の圧力波形を示し、図２Ｂはキャビテーションが発生した状態の圧力波形を示す。図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂの圧力波形から計算した圧力脈動量（圧力のＲＭＳ値）を示す図である。
図３Ａ及び図３Ｂは、ポンプ６の吸入側で測定された液体９の圧力の波形を例示する図である。図３Ａは正常状態の圧力波形を示し、図３Ｂは空気混入状態（外気が液体９中に混入した状態）の圧力波形を示す。図３Ｃは、図３Ａ及び３Ｂの圧力波形から計算した圧力脈動量（圧力のＲＭＳ値）を示す図である。

図２Ａ、図３Ａから分かるように、液体９が正常状態の場合（異常状態でない場合）、液体９には定常的な脈動が存在する。この圧力の脈動は、管路５においてポンプ６が液体９を送り出す働きに伴って生じたものである。液体９が異常状態（キャビテーション発生状態、空気混入状態）になると、液体９に含まれる気泡が減衰要素として働くことにより、図２Ｂ、図３Ｂに示すように、正常状態から定常的に存在している圧力の脈動が小さくなる。そのため、図２Ｃ、図３Ｃに示すように、圧力波形から算出した圧力脈動量（圧力のＲＭＳ値）は、異常状態において正常状態よりも小さくなる。判定部２５２は、正常状態の場合と比べた圧力脈動量の減少から、液体９が異常状態になったことを判定する。

ここで、上述した構成を有する検知装置１において液体９の異常状態を判定する動作について説明する。図４は、判定装置２０による判定動作の一例を説明するためのフローチャートである。

測定データ取得部２３は、圧力センサ１０－１において測定された液体９の圧力を示す圧力測定信号Ｓｐ１に基づいて、圧力の測定データを一定の時間毎に取得する（ＳＴ１００）。

算出部２５１は、測定データ取得部２３において取得された測定データに基づいて、圧力の脈動の大きさに関わる圧力脈動量を算出する（ＳＴ１０５）。例えば算出部２５１は、第１時間幅における圧力のＲＭＳ値を圧力脈動量として算出する。この場合、算出部２５１は、第１時間幅を持つ算出対象期間を第２時間幅ずつシフトさせながら、算出対象期間内における圧力の二乗平均平方根に応じた数値を圧力脈動量として繰り返し算出してよい。例えば、第１時間幅においてｎ個の測定データが取得され、第２時間幅においてｍ個の測定データが取得されるものとすると、算出部２５１は、ステップＳＴ１００においてｍ個の測定データが新たに取得される度に、最新の測定データを含む一連のｎ個の測定データに基づいて、式（１）により圧力脈動量Ｘｒｍｓを算出してよい。

判定部２５２は、ステップＳＴ１０５において算出された圧力脈動量に基づいて、液体９が異常状態であるか否かを判定する。例えば判定部２５２は、正常状態における圧力脈動量の下限として設定されたしきい値ＴＨ１と圧力脈動量とを比較し（ＳＴ１２０）、この比較結果に基づいて、液体９が異常状態であるか否かを判定する。すなわち、判定部２５２は、圧力脈動量がしきい値ＴＨ１より小さい場合に（ＳＴ１２０のＹｅｓ）異常状態と判定し（ＳＴ１２５）、圧力脈動量がしきい値ＴＨ１より大きい場合に（ＳＴ１２０のＮｏ）正常状態と判定する（ＳＴ１３０）。

なお、判定部２５２は、一連の測定データに基づいて算出された一連の複数の圧力脈動量に基づいて圧力脈動量の代表値（平均値など）を算出し、この代表値をステップＳＴ１２０においてしきい値ＴＨ１と比較してもよい。

また判定部２５２は、ステップＳＴ１２０において、一連の複数の圧力脈動量（若しくは代表値）としきい値ＴＨ１とをそれぞれ比較し、これらの比較結果に基づいて、液体９が異常状態であるか否かを判定してもよい。例えば、判定部２５２は、一連のｐ個（ｐ＞１）の圧力脈動量（若しくは代表値）がいずれもしきい値ＴＨ１より小さい場合、液体９が異常状態にあると判定してよい（ＳＴ１２５）。あるいは、判定部２５２は、一連のｐ個の圧力脈動量においてｑ個（ｑ＜ｐ）以上の圧力脈動量（若しくは代表値）がしきい値ＴＨ１より小さい場合、液体９が異常状態にあると判定してもよい（ＳＴ１２５）。

処理部２５は、判定部２５２による判定結果に関する情報を表示部２２に表示する（ＳＴ１３５）。例えば処理部２５は、判定部２５２の判定結果を示す文字や画像などを表示部２２に表示する。また処理部２５は、判定部２５２において異常状態と判定された場合、スピーカなどの任意の報知手段によって異常状態の発生をユーザに報知してもよいし、任意の通知手段（電子メールなど）によって異常状態の発生を他の装置に通知してもよい。

処理部２５は、入力部２１などにおいて判定動作の終了の指示が入力されるまで、上述したステップＳＴ１００～ＳＴ１３５の処理を繰り返す（ＳＴ１４０）。

以上説明したように、本実施形態によれば、液体９が異常状態でない場合に存在する圧力の脈動の大きさに関わる圧力脈動量が、圧力センサ１０－１による液体９の圧力の測定データに基づいて算出され、この算出された圧力脈動量に基づいて、異常状態か否かの判定が行われる。従って、液体９の圧力を測定した測定データを用いる簡易な処理によって、液体９の異常状態を判定することが可能となる。また、液体９の流量の情報を用いずとも液体９の異常状態を判定できるため、液体９の流量の検知器を省略することが可能であり、装置の構成を簡易化できる。

本実施形態によれば、異常状態となる前から存在する液体９の脈動の変化に基づいて異常状態か否かの判定が行われることにより、異常状態に伴って発生する現象（管路５の振動、騒音など）が顕著になる前の早いタイミングで異常状態の発生を検知することができる。異常状態を早期に検知できるため、この検知結果に応じてポンプ６や不図示の弁などにより液体９の流量を制御することが可能となり、異常状態に伴う振動などの現象から管路５やポンプ６などの部品を保護し易くなる。

本実施形態によれば、異常状態となる前から存在する液体９の脈動がポンプ６の働きに伴って生じる脈動であることにより、ポンプ６の性能や特性が既知である場合、異常状態における圧力脈動量の変化の程度を正確に見積もり易くなる。これにより、液体９の異常状態の判定を精度よく行うことが可能となる。

本実施形態によれば、異常状態になったときに圧力脈動量が減少することを利用して、圧力脈動量としきい値ＴＨ１とを比較することにより、異常状態か否かを簡易な処理で判定できる。

本実施形態によれば、液体９に気泡が含まれておらずかつキャビテーションが発生していない正常状態における圧力脈動量の下限として、しきい値ＴＨ１が設定される。そのため、圧力脈動量としきい値ＴＨ１とを比較する処理により、異常状態を精度よく判定できる。

本実施形態によれば、圧力センサ１０－１の測定結果として得られる一連の測定データに基づいて、第１時間幅における液体９の圧力のＲＭＳ値を算出する簡易な演算により、液体９の圧力脈動量を算出できる。

本実施形態によれば、第１時間幅を持つ算出対象期間における圧力脈動量が、算出対象期間を第２時間幅ずつシフトさせながら、繰り返し算出される。異常状態か否かの判定は、１以上の算出対象期間について算出された１以上の圧力脈動量に基づいて行なわれる。これにより、算出対象期間を第２時間幅ずつシフトさせながら、圧力脈動量に基づく異常状態の判定を繰り返し行うことが可能となる。この場合、一連の測定データに基づいて算出される一連の複数の圧力脈動量に基づいて異常状態の判定を行うことにより、判定結果の確実性を高めることができる。

次に、本実施形態に係る検知装置の幾つかの変形例について説明する。

（変形例１）
図５Ａは、本実施形態に係る検知装置の一変形例を示す図であり、ポンプ６の吐き出し側で測定された液体９の圧力に基づいて異常状態を判定する例を示す。図５Ａに示す検知装置１は、ポンプ６の吐き出し側の管路５において液体９の圧力を測定する圧力センサ１０－２と、圧力センサ１０－２が測定した圧力の測定データに基づいて、液体９が異常状態であるか否かを判定する判定装置２０とを有する。判定装置２０の構成は、既に説明した図１に示す判定装置２０と同様である。

図６Ａ及び図６Ｂは、ポンプ６の吐き出し側で測定された液体９の圧力の波形を例示する図である。図６Ａは正常状態の圧力波形を示し、図６Ｂはキャビテーションが発生した状態の圧力波形を示す。図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂの圧力波形から計算した圧力脈動量（圧力のＲＭＳ値）を示す図である。
図７Ａ及び図７Ｂは、ポンプ６の吐き出し側で測定された液体９の圧力の波形を例示する図である。図７Ａは正常状態の圧力波形を示し、図７Ｂは空気混入状態の圧力波形を示す。図７Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂの圧力波形から計算した圧力脈動量（圧力のＲＭＳ値）を示す図である。

図６Ａ、図７Ａから分かるように、ポンプ６の吐き出し側においても、液体９が正常状態の場合（異常状態でない場合）、液体９には定常的な脈動が存在する。液体９が異常状態（キャビテーション発生状態、空気混入状態）になると、図６Ｂ、図７Ｂに示すように、ポンプ６の吐き出し側でも圧力の脈動が小さくなる。そのため、図６Ｃ、図７Ｃに示すように、圧力波形から算出したＲＭＳ値（圧力脈動量）は、異常状態において正常状態よりも小さくなる。従って、ポンプ６の吐き出し側で液体９の圧力を測定する場合でも、正常状態の場合と比べた圧力脈動量の減少から、液体９が異常状態になったことを判定することができる。

（変形例２）
図５Ｂは、本実施形態に係る検知装置の一変形例を示す図であり、複数の場所で測定された液体９の圧力に基づいて異常状態を判定する例を示す。図５Ｂに示す検知装置１は、ポンプ６の吸入側の管路５において液体９の圧力を測定する圧力センサ１０－１と、ポンプ６の吐き出し側の管路５において液体９の圧力を測定する圧力センサ１０－２と、この２つの圧力センサ（１０－１，１０－２）が測定した圧力の測定データに基づいて、液体９が異常状態であるか否かを判定する判定装置２０とを有する。本変形例における判定装置２０は、既に説明した判定装置２０（図１）と概ね同様の構成を有するが、複数の場所で測定された液体９の圧力の測定データを扱う点に関して、測定データ取得部２３、算出部２５１及び判定部２５２の動作が判定装置２０（図１）と若干異なる。

本変形例における測定データ取得部２３は、圧力センサ１０－１，１０－２の測定結果を示す圧力測定信号Ｓｐ１，Ｓｐ２に基づいて、圧力センサ１０－１，１０－２の測定データをそれぞれ取得する。例えば測定データ取得部２３は、圧力測定信号Ｓｐ１，Ｓｐ２をそれぞれ一定の周期でデジタル値の測定データに変換する。

本変形例における算出部２５１は、圧力センサ１０－１が測定した測定データに基づいて圧力脈動量を算出するとともに、圧力センサ１０－２が測定した測定データに基づいて圧力脈動量を算出する。すなわち、算出部２５１は、２つの圧力センサ（１０－１，１０－２）が測定した２つの場所の測定データについて２種類の圧力脈動量を算出する。

本変形例における判定部２５２は、２つの場所の測定データについて算出された２種類の圧力脈動量に基づいて、液体９が異常状態にあるか否かを判定する。例えば判定部２５２は、２種類の圧力脈動量の各々について、既に説明した判定装置２０（図１）の算出部２５１と同様な処理（例えば図４のステップＳＴ１２０～ＳＴ１３０）により、液体９が異常状態にあるか否かを仮判定する。そして判定部２５２は、２種類の圧力脈動量について得られた２つの仮判定の結果に基づいて、液体９が異常状態にあるか否かを最終的に判定する。例えば、判定部２５２は、２つの仮判定の結果が両方とも異常状態を示す場合に異常状態であると最終判定してもよいし、２つの仮判定の結果の少なくとも一方が異常状態を示す場合に異常状態であると最終判定してもよい。

また、本変形例では、異常状態にあるか否かの判定に、マハラノビス距離やナイーブベイズなどの統計量を用いてもよい。２つの場所で得られた測定データについて算出された２種類の圧力脈動量から、これらの統計量を算出することが可能である。異常状態か否かの判定に統計量を用いることによって、判定結果の確実性をより高めることができる。

なお、本変形例は、３以上の場所で測定された液体９の圧力に基づいて異常状態を判定する場合にも適用可能である。

本変形例では、複数の場所の測定データについて算出された複数種類の圧力脈動量に基づいて異常状態の判定が行われるため、判定結果の確実性をより高めることができる。

（変形例３）
本変形例は、ポンプ６の起動などに伴う圧力の脈動の過渡的な変化が収束した状態の圧力脈動量に基づいて判定が行われるように、上述した判定装置２０における算出部２５１と判定部２５２の動作を変更したものである。

本変形例における算出部２５１は、一連の測定データに基づいて圧力脈動量を順次に算出するとともに、算出した一連の複数の圧力脈動量に基づいて、圧力脈動量のばらつきの大きさに関わる脈動変化量を更に算出する。例えば算出部２５１は、複数の圧力脈動量の分散や変化幅（最大値と最小値との差）を脈動変化量として算出する。

本変形例における判定部２５２は、一連の複数の圧力脈動量について算出された脈動変化量に基づいて、ポンプ６の起動などに伴う圧力の脈動の過渡的な変化が収束したか否かを判定する。例えば、判定部２５２は、算出部２５１で算出された脈動変化量としきい値ＴＨ２とを比較し、脈動変化量がしきい値ＴＨ２より小さい場合、圧力の脈動の過渡的な変化が収束したと判定する。そして、判定部２５２は、圧力の過渡的な変化が収束したと判定した場合に、一連の複数の圧力脈動量における１以上の圧力脈動量に基づいて、異常状態か否かを判定する。

図８は、本実施形態に係る判定装置による判定動作の一変形例を説明するためのフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートにおけるステップＳＴ１０５とステップＳＴ１２０の間にステップＳＴ１１０及びステップＳＴ１１５を挿入したものであり、他のステップは図４に示すフローチャートと同じである。

ステップＳＴ１１０において、算出部２５１は、既に算出した一連の所定数の圧力脈動量に基づいて、圧力脈動量のばらつきの大きさに関わる脈動変化量（分散、変化幅など）を算出する。

ステップＳＴ１１５において、判定部２５２は、算出された脈動変化量としきい値ＴＨ２とを比較する。脈動変化量がしきい値ＴＨ２より大きい場合（ＳＴ１１５のＮｏ）、判定部２５２は、圧力の過渡的な変化が収束していないと判定し、測定データ取得部２３において圧力の測定データを取得するステップＳＴ１００に戻る。脈動変化量がしきい値ＴＨ２より小さい場合（ＳＴ１１５のＹｅｓ）、判定部２５２は、圧力の過渡的な変化が収束したと判定し、異常状態か否かの判定を行うステップＳＴ１２０以降の処理を実行する。ステップＳＴ１００に戻ると、測定データ取得部２３は、圧力センサ１０－１において測定された液体９の圧力を示す圧力測定信号Ｓｐ１に基づいて、圧力の測定データを一定の時間毎に取得する。

このように、本変形例では、圧力脈動量のばらつきの大きさに関わる脈動変化量が、一連の複数の圧力脈動量に基づいて算出され、この算出された脈動変化量に基づいて、ポンプ６の起動などに伴う圧力の脈動の過渡的な変化が収束したか否かが判定される。そして、圧力の過渡的な変化が収束したと判定された場合に、一連の複数の圧力脈動量における１以上の圧力脈動量に基づいて、異常状態か否かの判定が行われる。これにより、過渡的な変化が収束していないときの不正確な圧力脈動量に基づいて異常状態か否かの判定が行われ難くなるため、判定結果の確実性をより高めることができる。

なお、本発明の実施形態は上記の例に限定されるものではなく、更に種々のバリエーションを含んでいる。

例えば、上述した実施形態では、異常状態でない場合に存在する圧力の脈動が、ポンプ６の働きに伴って生じた脈動である例を挙げているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態において、検知装置は、圧力センサにおいて測定される液体の圧力に脈動（異常状態でない場合に存在する脈動）を生じさせるための脈動発生装置（振動発生器など）を備えていてもよい。これにより、例えばポンプから離れた場所にある流量制御弁の近くなどのように、ポンプの働きに伴って生じる圧力の脈動が微小な場所でも、脈動発生装置により生じさせた圧力の脈動の変化に基づいて、キャビテーションなどの異常状態を検知することが可能となる。

また、上述した実施形態では、圧力センサ（１０－１、１０－２）からリアルタイムに得られる圧力の測定データに基づいて、判定装置２０が液体９の異常状態を判定しているが、本発明はこの例に限定されない。本発明の他の実施形態では、任意の記憶装置（例えば判定装置２０の記憶部２４など）に予め格納された時系列の圧力測定データに基づいて、判定装置が液体の異常状態を判定してもよい。

また、異常状態の検知対象となる液体が流れる場所は、図１の例に示すような管路に限定されない。すなわち、異常状態の検知対象となる液体が流れる場所は任意でよく、例えば管形状とは異なる形状を持った流路の中でもよいし、液体の流れを案内するための特定形状の物体によって囲まれていない場所でもよい。

１…検知装置、５…管路、６…ポンプ、９…液体、１０－１，１０－２…圧力センサ、２０…判定装置、２１…入力部、２２…表示部、２３…測定データ取得部、２４…記憶部、２５…処理部、２５１…算出部、２５２…判定部、ＰＧ…プログラム

Claims (9)

1. 流れる液体に気泡が含まれた状態又は前記液体にキャビテーションが発生した状態を異常状態として判定する判定装置であって、
   前記液体には、少なくとも前記異常状態でない場合に圧力の脈動が存在し、
   前記液体の圧力を測定した測定データに基づいて、前記脈動の大きさに関わる圧力脈動量を算出する算出部と、
   算出された前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定する判定部とを有し、
   前記判定部は、算出された前記圧力脈動量が予め設定されたしきい値より小さい場合に、前記異常状態であると判定する、
   判定装置。
2. 前記しきい値は、前記液体に気泡が含まれておらず、かつキャビテーションが発生していない状態における前記圧力脈動量の下限として設定された値である、
   請求項１に記載の判定装置。
3. 前記圧力の前記脈動は、前記液体が流れる管路において前記液体を送り出すポンプの働きに伴って生じた脈動である、
   請求項１又は２に記載の判定装置。
4. 前記算出部は、前記測定データに基づいて、第１時間幅における前記圧力の二乗平均平方根に応じた数値を前記圧力脈動量として算出する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の判定装置。
5. 前記算出部は、前記第１時間幅を持つ算出対象期間を第２時間幅ずつシフトさせながら、前記算出対象期間内における前記圧力の二乗平均平方根に応じた数値を前記圧力脈動量として繰り返し算出し、
   前記判定部は、１以上の前記算出対象期間について算出された１以上の前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定する、
   請求項４に記載の判定装置。
6. 前記算出部は、一連の複数の前記圧力脈動量に基づいて、前記圧力脈動量のばらつきの大きさに関わる脈動変化量を更に算出し、
   前記判定部は、前記一連の複数の前記圧力脈動量について算出された前記脈動変化量に基づいて、前記圧力の前記脈動の過渡的な変化が収束したか否かを判定し、前記過渡的な変化が収束したと判定した場合に、前記一連の複数の前記圧力脈動量における１以上の前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定する、
   請求項５に記載の判定装置。
7. 流れる液体に気泡が含まれた状態又は前記液体にキャビテーションが発生した状態を異常状態として判定する判定方法であって、
   前記液体には、少なくとも前記異常状態でない場合に圧力の脈動が存在し、
   前記液体の圧力を測定した測定データに基づいて、前記脈動の大きさに関わる圧力脈動量を算出することと、
   算出した前記圧力脈動量に基づいて、前記異常状態か否かを判定することとを有し、
   前記異常状態か否かの判定は、算出された前記圧力脈動量が予め設定されたしきい値より小さい場合に、前記異常状態であると判定することを含む、
   判定方法。
8. １以上のコンピュータを請求項１～６のいずれか一項に記載した判定装置として機能させるプログラム。
9. 流れる液体に気泡が含まれた状態又は前記液体にキャビテーションが発生した状態である異常状態の発生を検知する検知装置であって、
   前記液体には、少なくとも前記異常状態でない場合に圧力の脈動が存在し、
   前記液体の圧力を測定する圧力センサと、
   前記圧力センサの測定結果を示す測定データに基づいて前記異常状態を判定する判定装置とを有し、
   前記判定装置が、請求項１～６のいずれか一項に記載した判定装置である、
   検知装置。

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