JP7284067B2

JP7284067B2 - 検出装置、検出システムおよび検出方法

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Publication number: JP7284067B2
Application number: JP2019200514A
Authority: JP
Inventors: 寛志清家; 治久後藤
Original assignee: Eneos Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: JP2021076379A

Description

本発明は、配管保温材の劣化の検出装置、検出システムおよび検出方法に関する。

従来から、配管の腐食を検出する方法が提供されている。例えば、特許文献１には、超音波を用いて配管の腐食の検出を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、配管に打撃を与えて振動を計測し、その振動データを解析することにより、配管外面の腐食の有無を判定する方法が開示されている。製油所などで用いられる配管は、保温材で皮膜され、外部から目視による確認ができないため、これらの方法で配管の腐食を検査することが有効である。

特開２００４－３０１５４０号公報特開２０１８－１３２３５８号公報

配管が敷設されて長時間が経過すると、配管だけでなく配管を覆う保温材にも劣化が生じる。保温材が劣化すると、保温材に割れや亀裂が生じ、水分が侵入することにより配管が腐食しやすくなる。保温材の劣化が検出できれば、配管外面の腐食の早期対策にも役立つ。保温材の劣化を検出する方法が求められている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる検出装置、検出システムおよび検出方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、検出装置は、配管を振動させたときに該配管を覆う保温材を伝わって検出された振動データを取得する振動データ取得部と、前記振動データが複合波か否かを判定するための処理を前記振動データに対して行う演算部と、前記振動データが複合波の場合に、前記保温材に劣化が生じていると判定する判定部と、を備え、前記演算部は、前記振動データを周波数解析し、前記判定部は、前記周波数解析に基づいて、前記振動データに複数の周波数成分が含まれていると、前記保温材が劣化していると判定する。

本発明の一態様によれば、検出システムは、保温材で覆われた配管における前記保温材の劣化を検出する検出システムであって、振動センサと、上記の検出装置と、を有する。

本発明の一態様によれば、検出方法は、配管を振動させたときに該配管を覆う保温材を伝わって検出された振動データを取得するステップと、前記振動データが複合波か否かを判定するための処理を前記振動データに対して行うステップと、前記振動データが複合波の場合に、前記保温材に劣化が生じていると判定するステップと、を含み、前記処理を前記振動データに対して行うステップでは、前記振動データを周波数解析し、前記判定するステップでは、前記周波数解析に基づいて、前記振動データに複数の周波数成分が含まれていると、前記保温材が劣化していると判定する。

本発明によれば、配管保温材の劣化を検出することができる。

本発明の各実施形態における配管および保温材の構成例を示す第１図である。本発明の各実施形態における配管および保温材の構成例を示す第２図である。保温材が正常な状態で計測される波形の一例を示す図である。保温材が劣化した状態で計測される波形の一例を示す図である。本発明の第一実施形態における検出システムの一例を示す図である。本発明の第一実施形態における検出方法を説明する第１の図である。本発明の第一実施形態における検出方法を説明する第２の図である。本発明の第一実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態における検出方法を説明する第１の図である。本発明の第二実施形態における検出方法を説明する第２の図である。本発明の第二実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。本発明の第三実施形態における検出システムの一例を示す図である。本発明の第三実施形態における検出方法を説明する図である。本発明の第三実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の各実施形態による配管保温材の劣化検出システムについて図１～図１４を参照して説明する。
（配管、保温材の構成）
図１は、本発明の各実施形態における配管および保温材の構成例を示す第１図である。
図１（ａ）は、配管１０１の配設方向に対して平行な面から見た側面図を示している。保温材１０２は、所定の厚さで円筒状の空洞を中心軸に含む形状を有し、配管１０１の外面を覆っている。保温材１０２は、配管１０１に接触した界面を介して、配管１０１に伝搬する振動波を伝達することができる材料で形成されている。また、配管１０１は、支持部材（シュー、配管を固定・支持する台、枠など）２０２によって支持されている。

図１（ａ）において、配管１０１同士を接続するフランジ２０１は、保温材１０２から露出されている。フランジ２０１に対して打撃を加えることで、保温材１０２を取り外すことなく、配管１０１に対して打撃を加えることができる。保温材１０２の表面には、振動センサ１１－Ａ，１１－Ｂ，１１－Ｃが設置されている。これらの振動センサは、フランジ２０１に与えられた打撃による振動を検出する。以下、振動センサ１１－Ａ，１１－Ｂを総称して、単に振動センサ１１と記載する場合がある。

図１（ｂ）は、配管１０１の配設方向に対して垂直な面で、線分Ａ－Ａの位置で配管１０１を切断した断面を示している。保温材１０２の外面は、板金１０３により覆われ、打撃波を検出する振動センサ１１－Ｃ（振動センサ１１－Ａ，１１－Ｂも同様）は、板金１０３及び保温材１０２の各々を介して、配管１０１を伝搬する打撃波の波形を検出する。空間１０２Ｂは、配管１０１の外面と保温材１０２の内面との間に形成される空間である。配管１０１の腐食は、空間１０２Ｂに生じることがある。例えば、保温材１０２の劣化により生じた割れ目等からの水分の侵入は、空間１０２Ｂに生じる腐食の原因となり得る。保温材１０２の劣化の検出は、配管１０１の腐食の予兆検知や早期発見に応用することができる。

図２は、本発明の各実施形態における配管および保温材の構成例を示す第２図である。
図２に劣化した保温材１０２の一例を示す。製油所などのプラントでは、配管１０１の上に人が乗ったり、配管１０１の上を人が歩いたりすることがある。保温材１０２の劣化は、そのように人に踏みつけられて生じることが多い。劣化が生じると、保温材１０２には、図示するように径方向に空隙１０４が生じ、上側半円が例えば２つに割れる。保温材１０２の外側は、板金１０３によって覆われているので、このような割れは、外部からの目視によって確認することができない。そこで、発明者は、図２に示すように保温材１０２の上側半円を保温材１０２ａと保温材１０２ｂの２つに割り、その外側を板金１０３で覆って、保温材１０２が劣化した状態を模擬した図１に示すような実験環境を構築した。また、その一方で、配管１０１の外側を、劣化のない状態の保温材１０２および板金１０３で覆った正常系の実験環境を構築した。そして、発明者は、それぞれの実験環境で、フランジ２０１に打撃を加えることにより、その打撃波が、保温材１０２の表面で振動センサ１１によってどのように計測されるかを観察した。

図３は、保温材が正常な状態で計測される波形の一例を示す図である。図４は、保温材が劣化した状態で計測される波形の一例を示す図である。図３、図４において、縦軸は、振動センサ１１の出力の大きさ、横軸は時間を示している。
保温材１０２が劣化していない実験環境でフランジ２０１に対して打撃を加えた場合、配管１０１を伝搬する打撃波は、配管１０１の外面と保温材１０２との界面において波形が変化すること無く、図３に例示するような正弦波に近しい波形として振動センサ１１により計測される。

一方、保温材１０２が劣化している実験環境の場合、打撃波の波形が変化して新たな波形形状が生成され、元々の打撃波の波形と、変形した打撃波の波形とが合成され複合波となり、図４に例示する波形が検出される。これは、劣化した保温材１０２の場合、保温材１０２間の空隙１０４で共振が発生し、この共振による振動と、打撃によって発生した振動と合わさり、複合波となるためと考えられる。

なお、図２に例示する上側半円の割れは、保温材１０２に生じる代表的な劣化の態様であるが、径方向の割れに限らず、人が踏みつけることによる衝撃によって、保温材１０２の間に様々な大きさ、方向、形状の空隙が生じたり、保温材１０２が複数に分断されたりする。そのような場合にも、劣化によって生じた保温材１０２間の空隙で生じた打撃波に基づく別の振動と、元々の打撃波とが重畳してできる複合波が、振動センサ１１で計測される。

また、フランジ２０１に打撃を与えた場合、打撃点と保温材１０２における劣化箇所と各センサの位置関係により、振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃは性質の異なる振動を検出する。例えば、フランジ２０１と振動センサ１１－Ａの間に保温材１０２の劣化箇所が存在する場合、振動センサ１１－Ａのみが複合波を検出し、振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃが正常波を検出する可能性がある。これは、保温材１０２間の空隙で生じた共振分の振動は、配管１０１を通じて比較的遠い位置まで伝搬することなく、主に保温材１０２内の所定範囲に伝搬するためである。従って、保温材１０２の劣化の影響は、保温材１０２の劣化箇所から所定範囲で計測される振動データにのみ現れる。この性質を利用すると、保温材１０２の劣化箇所を絞り込むことができる。本実施形態では、振動センサ１１が計測する振動データを解析して、振動データが複合波であるか否かに基づいて、保温材１０２の劣化を検出する。また、保温材１０２の劣化を示す振動データが計測された振動センサ１１の設置位置に基づいて、おおよその劣化箇所を特定する。

以下の各実施形態では、フランジ２０１に打撃を加え、その打撃による振動を解析して保温材１０２の劣化を検出する場合を例に説明を行うが、他の方法として以下のようにしてもよい。支持部材２０２は、配管１０１が保温材１０２から露出する部分で、直接に配管１０１と接触しており、自身に加えられた打撃による打撃波を、配管１０１に対して伝搬させることができる。従って、支持部材２０２に対して打撃を加え、その打撃による振動を振動センサ１１で検出してもよい。また、複数の振動センサ１１を用いることなく、１つの振動センサ１１（例えば、振動センサ１１－Ａ）の設置位置を移動させながらフランジ２０１に打撃を与えてもよい。

＜第一実施形態＞
（検出装置の構成）
図５は、本発明の第一実施形態における検出システムの一例を示す図である。
図示するように図５に示す検出システム１は、検出装置１０、振動センサ１１、打撃機構１８及び打撃体１８Ｂを備えている。
打撃機構１８は、例えば、図示しない制御装置により、打撃体１８Ｂ（例えば、ソレノイドリレー、磁歪振動子）を駆動し、フランジ２０１に対して衝突させる。これにより、所定の強度の物理的な打撃をフランジ２０１に加える。あるいは、打撃機構１８を設けず、作業者が、打撃体１８Ｂとしてハンマーなどを用いて、フランジ２０１を叩き、配管１０１に対して打撃を与えてもよい。
振動センサ１１と検出装置１０は接続されていて、振動センサ１１は、計測した振動データを検出装置１０へ出力する。

検出装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を備えたＰＣ（Personal Computer）やサーバ等のコンピュータである。図示するように検出装置１０は、振動データ取得部１２と、演算部１３と、判定部１４と、出力部１５と、記憶部１６と、を備えている。

振動データ取得部１２は、振動センサ１１が計測した振動データを取得する。
演算部１３は、振動データ取得部１２が取得した振動データに対して、振動データが複合波か否かを判定するために必要な所定の処理を行う。第一実施形態では、演算部１３は振動データを２階微分する。また、演算部１３は、２階微分した振動データと、振動データ取得部１２が取得した振動データ（０階微分した振動データ）とを比較して、相関係数Ｒを演算する。

判定部１４は、演算部１３により演算された相関係数Ｒが、振動データが複合波であることを示している場合、保温材１０２に劣化が生じていると判定し、そうでない場合、保温材１０２に劣化が生じていないと判定する。より具体的には、判定部１４は、相関係数Ｒが所定の閾値以上の場合に、保温材１０２に劣化が生じていないと判定し、閾値未満の場合に保温材１０２に劣化が生じていると判定する。

出力部１５は、判定部１４による判定結果を出力する。例えば、出力部１５は、「劣化の可能性あり」、「劣化の可能性なし」といった情報を、検出装置１０のディスプレイ等に表示する。
記憶部１６は、振動データ取得部１２が取得した振動データ、保温材１０２の劣化判定処理において演算された諸々のデータを記憶する。

図６は、本発明の第一実施形態における検出方法を説明する第１の図である。
図６に保温材１０２に劣化が生じている場合に計測される振動データの一例を示す。図６において、縦軸は振幅の大きさ、横軸は角度を示している。
図６（ａ）に示す波形は、振動データ取得部１２が取得した振動データである。図６（ｂ）に示す波形は、振動データ取得部１２が取得した振動データを１階微分して得られる波形データである。図６（ｃ）に示す波形は、振動データ取得部１２が取得した振動データを２階微分して得られる波形データである。図６（ａ）～図６（ｃ）において囲った部分Ｐ１～Ｐ３は、理想的な波形と比べて乱れがある箇所である。２階微分を施した図６（ｃ）の波形において、この乱れが強く現れている。この例のように振動センサ１１にて得られた波形について２階微分を施すことで共振によって発生した振動が強調される。本実施形態では、共振によって発生した振動を抽出するために、演算部１３が振動データを２階微分した波形データを演算する。なお、元々の打撃波に、共振によって発生した振動が重畳されていない場合（つまり、保温材が劣化していない場合）、振動データに２階微分を施しても乱れの無い正弦波に近い波形となる。

図７は、本発明の第一実施形態における検出方法を説明する第２の図である。
図７の縦軸は、２階微分した波形データ（図６（ｃ））の振幅の大きさを、所定の値で規格化した値を示す。横軸は、元の振動データ（図６（ａ））の振幅の大きさを、所定の値で規格化した値を示す。図７の各点は、図６（ａ）の波形データと図６（ｃ）の振動データの同じ角度におけるそれぞれの振幅を規格化した値をプロットしたものである。
図７より２階微分した波形データと元の振動データの相関係数Ｒを求めると、Ｒ＝０．６８である。また、図３（ａ）に例示した理想とする正弦波に近い振動データについて、同様に振動データと２階微分した波形データの相関係数Ｒを計算すると、Ｒ＝９．１となった。振動データが正弦波に近ければ、相関係数Ｒは１に近づき、振動データが複合波の場合にはＲは所定の閾値より小さくなる。

保温材１０２の劣化を模擬した実験環境の波形（例えば、図４）を分析したところ、相関係数Ｒの値はＲ＝０．７１であった。本実施形態では、この結果に基づいて、保温材１０２に劣化が生じているか否かの閾値として「０．８」を設定する。つまり、判定部１４は、相関係数Ｒが０．８未満であれば、保温材１０２に劣化が生じていると判定し、相関係数Ｒが０．８以上であれば、保温材１０２に劣化が生じていないと判定する。

（保温材の劣化検出処理）
次に図１の構成を前提として、保温材１０２の劣化を検出する処理について説明する。
図８は、本発明の第一実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。
まず、フランジ２０１に打撃を加える（ステップＳ１１）。振動センサ１１－Ａ，１１－Ｂ，１１－Ｃは、この打撃による振動データを計測する。振動センサ１１－Ａ，１１－Ｂ，１１－Ｃは、計測した振動データを検出装置１０へ出力する。検出装置１０では、振動データ取得部１２が、振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃから振動データを取得し（ステップＳ１２）、各センサ別に、取得した振動データと時刻とを対応付けて記憶部１６に記録する。

次に演算部１３が、記憶部１６から振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃの各々が計測した振動データを読み出し、それぞれに対して移動平均法などを実行し、振動データのノイズを除去する（ステップＳ１３）。振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃが計測する振動データにはノイズが含まれる為、取得した振動データに対して、そのまま微分を行うとノイズの影響により、相関係数Ｒの値に狂いが出る可能性がある。従って、演算部１３は、２階微分を行う前に、移動平均法を行って振動データからノイズを除去する。

次に演算部１３が、ノイズ除去後の振動データに対して２階微分を演算する（ステップＳ１４）。このとき、演算部１３は、打撃を加えた後に最初に打撃波が計測されてから所定の周期分（例えば、数周期分）の振動データついてのみ２階微分を行ってもよい。これは、上記した保温材１０２の空隙における共振の影響が、打撃を与えてから最初の数周期分の振動データに強く現れ、それ以降は、他の現象が強く現れるためである。演算部１３は、２階微分した振動データを、センサ別に記憶部１６に記録する。

次に演算部１３が、振動データ（０階微分したデータ）と２階微分して得られた波形データとの相関係数Ｒを計算する（ステップＳ１５）。例えば、演算部１３は、振動センサ１１－Ａが計測したノイズ除去後の振動データの各時刻の値について、振幅を所定の値（例えば、打撃を加えた後に最初に打撃波が計測されてから所定の周期分における振幅の最大値）によって規格化する。同様に、演算部１３は、振動センサ１１－Ａが計測したノイズ除去後の振動データを２階微分して得た波形データの各時刻の値について、該波形データの振幅を所定の値によって規格化する。所定の値とは、例えば、打撃を加えた後に最初に打撃波が計測されてから所定の周期分の振動データにおける振幅の最大値である。演算部１３は、振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃが計測したノイズ除去後の振動データおよび２階微分して得た波形データについても規格化処理を行う。次に演算部１３は、規格化後の振動データおよび２階微分後の波形データにおける同一時刻の波形を比較し、相関係数Ｒを計算する。演算部１３は、相関係数Ｒを判定部１４に出力する。

次に判定部１４は、相関係数Ｒを所定の閾値と比較する（ステップＳ１６）。相関係数Ｒが閾値以上の場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、判定部１４は、劣化なしと判定する（ステップＳ１７）。相関係数Ｒが閾値未満の場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、判定部１４は、劣化ありと判定する（ステップＳ１８）。例えば、振動センサ１１－Ａが計測した振動データの０階微分後の波形データおよび２階微分後の波形データの相関係数Ｒが、０．８未満の場合、振動センサ１１－Ａから所定の範囲内の保温材１０２で劣化があると判定する。振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃが計測した振動データの０階微分後の波形データおよび２階微分後の波形データの相関係数Ｒが０．８以上の場合、判定部１４は、振動センサ１１－Ｂおよび振動センサ１１－Ｃから所定の範囲内には保温材１０２の劣化がないと判定する。判定部１４は、判定結果を出力部１５に出力する。

次に出力部１５は、判定結果を出力する（ステップＳ１９）。例えば、出力部１５は、振動センサ１１－Ａから所定の範囲内に劣化の可能性あり、振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃから所定の範囲には劣化の可能性なしとの情報を、検出装置１０のディスプレイに表示する。作業者は、ディスプレイに表示された振動センサ１１の識別情報（上記の例では、振動センサ１１－Ａの識別情報）から、この振動センサ１１を取り付けた箇所を特定する。そして、作業者は、特定した箇所の板金１０３を取り外し、目視により保温材１０２の保温材１０２の状態を確認し、補修が必要か否かの判定を行なう。また、作業者は、特定した箇所の保温材１０２を取り外し、配管１０１の腐食を確認してもよい。

製油所などのプラントに敷設された配管１０１や配管１０１を覆う保温材１０２には、敷設から長時間が経過すると劣化が生じる。しかし、プラントの運転中に板金１０３を取り外すなどして保温材１０２の劣化や配管１０１の腐食を検査することは容易ではない。これに対し、本実施形態によれば、保温材１０２及び板金１０３を取り外すことなく、被覆したままで保温材１０２の劣化の検出を簡易に効率良く行なうことができる。また、保温材１０２の劣化の検出により、配管１０１の腐食の早期発見や適切な処置を行うことができる。

また、上述した実施形態において、プラントの配管の設計図（２次元座標系）をデジタルデータ化しておき、異常な振動データを計測した振動センサ１１の設置位置の座標を測定テーブルに書き込む構成としても良い。そして、出力部１５は、ディスプレイに表示される上記設計図の画像において、保温材１０２の劣化があると判定された座標に、劣化有りを示すマーク等を表示し、配管のいずれの位置において、保温材の劣化が発生しているかを、検出装置１０のディスプレイにおいてビジュアル的に観察できる構成としても良い。

なお、上記の実施形態では、振動センサ１１が計測した振動データを０階微分した波形データと、２階微分した波形データとを比較して保温材１０２の劣化を検出したが、例えば、振動センサ１１が計測した振動データを２階微分した波形データと、４階微分した波形データとの相関係数が閾値未満となると、保温材１０２が劣化したと判定してもよい。あるいは、より一般化して振動データをｎ階（ｎは偶数）微分した第１波形データと、前記振動データをｎ＋２階微分した第２波形データの相関係数が閾値未満となると、保温材１０２が劣化したと判定してもよい。

＜第二実施形態＞
次に図９～図１１を参照して、第二実施形態における保温材１０２の劣化の検出方法について説明する。第二実施形態では、演算部１３が、振動センサ１１が計測した振動データに対して１階微分した第１波形データと３階微分した第２波形データとを演算して、両者の相関係数Ｒ´を計算する。判定部１４は、相関係数Ｒ´を閾値と比較して、保温材１０２の劣化を検出する。以下、第一実施形態と同様の処理、構成については第一実施形態と同じ符号を付し、簡単に説明する。

図９は、本発明の第二実施形態における検出方法を説明する第１の図である。
図９に振動センサ１１が計測した振動データＶ０と、振動データＶ０を２階微分して得られる波形データＶ２とを示す。図９の縦軸は振幅の大きさ、横軸は時間を示している。図示するように振動データＶ０は、正弦波に近い波形を描きながら右肩下がりとなる波形を示す。換言すれば、振動データＶ０は、時間の経過に応じて変化するバイアス成分を含んでいる。振動データＶ０が、以下の式（１）で近似できるとする。
ｆ（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ）－αｔ・・・・（１）
すると、１階微分、２階微分、３階微分の波形データは、それぞれ、以下の式（２）、式（３）、式（４）で表すことができる。
ｄｆ（ｔ）／ｄｔ＝ω・ｃｏｓ（ωｔ）－α・・・・（２）
ｄ^２ｆ（ｔ）／ｄｔ^２＝－ω^２・ｓｉｎ（ωｔ）・・・・（３）
ｄ^３ｆ（ｔ）／ｄｔ^３＝－ω^３・ｃｏｓ（ωｔ）・・・・（４）
ここで、αはバイアス成分の時間変化係数、ｔは時間、ωは角周波数である。

式（１）と式（３）によれば、振動データＶ０を０階微分した波形データ（つまり、振動データＶ０）は時間変化バイアス成分（－αｔ）を含み、２階微分した波形データは、微分により時間変化バイアス成分が除去されているので、図９に示すような関係となる。すると、振動データＶ０が理想的な正弦波に近い波形であったとしても、振動データＶ０と波形データＶ２の相関係数は低い値（この例の場合、０．６８）となってしまう。そこで、第二実施形態では、時間変化バイアス成分を除去した波形データ同士で相関係数Ｒ´を計算する。例えば、演算部１３は、式（２）による１階微分後の波形データと、式（４）による３階微分後の波形データを演算し、これらの間の相関係数Ｒ´を計算する。

図１０は、本発明の第二実施形態における検出方法を説明する第２の図である。
図１０に振動データＶ０を１階微分して得られる波形データＶ１と、振動データＶ０を３階微分して得られる波形データＶ３とを示す。図１０の縦軸は振幅の大きさ、横軸は時間を示している。演算部１３は、振動データＶ０に対して１階微分、３階微分を施し、さらに波形データＶ１と波形データＶ３の相関係数Ｒ´を計算する。この例の場合、相関係数Ｒ´は０．９１である。判定部１４は、この結果を所定の閾値（例えば、０．８）と比較して、保温材１０２は劣化していないと判定する。

なお、１階微分した波形データと、３階微分した波形データの相関係数Ｒ´に基づいて、保温材１０２の劣化を検出する場合でも、元の波形データが複合波ではない場合には、相関係数Ｒ´の値が０．８以上となり、元の波形データが共振の影響で複合波となる場合には、相関係数Ｒ´の値が０．８未満となることが実験により確認されている。

（保温材の劣化検出処理）
次に振動データが時間変化バイアス成分（－αｔ、あるいは＋αｔ）を含む場合の保温材１０２の劣化検出処理の流れについて説明する。図８と同様の処理については、詳細な説明を省略する。
図１１は、本発明の第二実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。
まず、フランジ２０１に打撃を加える（ステップＳ１１）。振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃは、打撃が加えられた後の振動データを計測する。振動データ取得部１２は、振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃから振動データを取得する（ステップＳ１２）。次に演算部１３が、振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃの各々が計測した振動データに対して移動平均法などを実行し、ノイズを除去する（ステップＳ１３）。

次に演算部１３が、ノイズ除去後の振動データに対して１階微分を演算する（ステップＳ１４１）。演算部１３は、打撃を与えてから最初の所定周期分の振動データついてのみ１階微分を行う。

次に演算部１３が、ノイズ除去後の振動データに対して３階微分を演算する（ステップＳ１４２）。演算部１３は、打撃を与えてから最初の所定周期分の振動データついてのみ３階微分を行う。

次に演算部１３が、１階微分して得られた波形データと、３階微分して得られた波形データとの相関係数Ｒ´を計算する（ステップＳ１５）。演算部１３は、相関係数Ｒ´を判定部１４に出力する。

次に判定部１４は、相関係数Ｒ´を所定の閾値と比較する（ステップＳ１６）。閾値の値は、第一実施形態と同じ値（０．８）であって良い。相関係数Ｒ´が閾値以上の場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、判定部１４は、劣化なしと判定する（ステップＳ１７）。相関係数Ｒ´が閾値未満の場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、判定部１４は、劣化ありと判定する（ステップＳ１８）。次に出力部１５は、判定結果を出力する（ステップＳ１９）。例えば、出力部１５は、振動センサ１１－Ａから所定の範囲内に劣化の可能性あり、振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃから所定の範囲には劣化の可能性なしといった情報を、検出装置１０のディスプレイに表示する。

本実施形態によれば、第一実施形態の効果に加え、振動データが時間変化するバイアス成分を含む場合であっても、保温材１０２の劣化を検出することができる。また、本実施形態によれば、振動データが時間変化バイアス成分を含まない場合であっても、保温材１０２の劣化を検出することができる。

なお、上記の実施形態では、振動センサ１１が計測した振動データを１階微分した波形データと、３階微分した波形データとを比較して保温材１０２の劣化を検出したが、例えば、振動センサ１１が計測した振動データを３階微分した波形データと、５階微分した波形データとの相関係数が閾値未満となると、保温材１０２が劣化したと判定してもよい。あるいは、より一般化して振動データをｎ階（ｎは奇数）微分した第１波形データと、前記振動データをｎ＋２階微分した第２波形データの相関係数が閾値未満となると、保温材１０２が劣化したと判定してもよい。

また、演算部１３は、振動データを解析して、振動データが示す時系列の波形が右肩上がり、又は右肩下がりの場合には、第二実施形態の方法で相関係数Ｒ´を計算し、そうでない場合には、第一実施形態の方法で相関係数Ｒを計算してもよい。

＜第三実施形態＞
次に図１２～図１４を参照して、第三実施形態における保温材１０２の劣化の検出方法について説明する。第一実施形態、第二実施形態では共振によって発生した振動を強調するために微分処理を施した。これに対して、第三実施形態では、振動センサ１１が計測した振動データが複合波か否かを判定するために、演算部１３Ａが、振動データに対して周波数解析を行う。

図１２は、本発明の第三実施形態における検出システムの一例を示す図である。
本発明の第三実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る検出装置１０を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。第三実施形態に係る検出装置１０Ａは、第一実施形態の演算部１３に代えて演算部１３Ａ、判定部１４に代えて判定部１４Ａを備える。
演算部１３Ａは、振動センサ１１が計測した振動データをＡＲ法などにより周波数解析する。演算部１３Ａは、周波数解析することにより、振動データに含まれる周波数成分の数をカウントする。
判定部１４Ａは、振動データ取得部１２が取得した振動データに、異なる周波数の振動が複数含まれる場合、保温材１０２は劣化していると判定する。判定部１４Ａは、振動データに複数の振動が含まれていない場合、保温材１０２は劣化していないと判定する。

図１３は、本発明の第三実施形態における検出方法を説明する図である。
図１３に波形データを周波数解析した結果のグラフを示す。図１３（ａ）は、保温材１０２が劣化していない実験環境で計測された振動データを周波数解析した結果の一例を示す図である。図１３（ｂ）は、保温材１０２が劣化した実験環境で計測された振動データを周波数解析した結果の一例を示す図である。図１３（ａ）、図１３（ｂ）の縦軸はスペクトル波形の振幅、横軸は周波数を示している。
保温材１０２が劣化していない場合、配管１０１を伝搬する打撃波は、上記の図３に例示するように複合波とならず、正常波形として振動センサ１１により検出される。この振動データを周波数解析すると、図１３（ａ）に示すようにピークが１つだけ現れる。

一方、保温材１０２が劣化している場合、打撃波に基づく振動が、保温材１０２の劣化によって生じる空隙で共振して新たな波形が生成され、元々の打撃波と合成され複合波となる（上記の図４）。複合波の場合、振動データを周波数解析すると、図１３（ｂ）に示すようにピークが複数現れる。この例の場合、３～４Ｈｚ付近に新たにピークが発生していることが確認できた。

（保温材の劣化検出処理）
次に第三実施形態の劣化検出処理の流れについて説明する。図８、図１１と同様の処理については詳細な説明を省略する。
図１４は、本発明の第三実施形態における検出処理の一例を示すフローチャートである。
まず、フランジ２０１に打撃を加える（ステップＳ１１）。振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃは、打撃が加えられた後の振動データを計測する。振動データ取得部１２は、振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃから振動データを取得する（ステップＳ１２）。次に演算部１３Ａが、振動センサ１１－Ａ～１１－Ｃの各々が計測した振動データに対して移動平均法などを実行し、ノイズを除去する（ステップＳ１３）。

次に演算部１３Ａが、ノイズ除去後の振動データに対して周波数解析を行う（ステップＳ２１）。演算部１３Ａは、周波数解析した結果を記憶部１６に記録する。

次に演算部１３Ａは、周波数解析の結果、検出されるピークの数をカウントする（ステップＳ２２）。例えば、図１３（ｂ）の例の場合、ピークの数は２個である。演算部１３Ａは、カウントしたピークの数を、判定部１４Ａへ出力する。

次に判定部１４Ａは、ピークの数が１個か否かを判定する（ステップＳ２３）。ピークの数が１個の場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、判定部１４Ａは、劣化なしと判定する（ステップＳ１７）。ピークの数が２個以上の場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）、判定部１４Ａは、劣化ありと判定する（ステップＳ１８）。次に出力部１５は、判定結果を出力する（ステップＳ１９）。例えば、振動センサ１１－Ａから取得した振動データを周波数解析した結果、ピークが２個以上検出され、振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃから取得した振動データを周波数解析した結果、ピークが１個だけ検出された場合、出力部１５は、振動センサ１１－Ａから所定の範囲内に劣化の可能性あり、振動センサ１１－Ｂ，１１－Ｃから所定の範囲には劣化の可能性なしとの情報を、検出装置１０Ａのディスプレイに表示する。

本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、板金１０３を取り外すことなく、保温材１０２の劣化を簡易に効率よく検出することができる。また、振動データが時間変化するバイアス成分を含む場合であっても、保温材１０２の劣化を検出することができる。

検出装置１０、１０Ａにおける各処理の過程は、例えば検出装置１０、１０Ａが有するＣＰＵ等がプログラムを実行することによって実現できる。検出装置１０、１０Ａによって実行されるプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録され、この記録媒体に記録されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。なお、検出装置１０、１０Ａは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体は、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、検出装置１０、１０Ａに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１・・・検出システム
１０、１０Ａ・・・検出装置
１１、１１－Ａ、１１－Ｂ、１１－Ｃ・・・振動センサ
１２・・・振動データ取得部
１３・・・演算部
１４・・・判定部
１５・・・出力部
１６・・・記憶部
１８・・・打撃機構
１８Ｂ・・・打撃体
１０１・・・配管
１０２、１０２ａ、１０２ｂ・・・保温材
１０２Ｂ・・・空間
１０３・・・板金
２０１・・・フランジ
２０２・・・支持部材

Claims

配管を振動させたときに該配管を覆う保温材を伝わって検出された振動データを取得する振動データ取得部と、
前記振動データが複合波か否かを判定するための処理を前記振動データに対して行う演算部と、
前記振動データが複合波の場合に、前記保温材に劣化が生じていると判定する判定部と、
を備え、
前記演算部は、前記振動データを周波数解析し、
前記判定部は、前記周波数解析に基づいて、前記振動データに複数の周波数成分が含まれていると、前記保温材が劣化していると判定する、
検出装置。
前記演算部は、前記処理の前に、前記振動データに対して移動平均法を実行する、
請求項１に記載の検出装置。
保温材で覆われた配管における前記保温材の劣化を検出する検出システムであって、
振動センサと、
請求項１または請求項２に記載の検出装置と、
を有する検出システム。
配管を振動させたときに該配管を覆う保温材を伝わって検出された振動データを取得するステップと、
前記振動データが複合波か否かを判定するための処理を前記振動データに対して行うステップと、
前記振動データが複合波の場合に、前記保温材に劣化が生じていると判定するステップと、
を含み、
前記処理を前記振動データに対して行うステップでは、前記振動データを周波数解析し、
前記判定するステップでは、前記周波数解析に基づいて、前記振動データに複数の周波数成分が含まれていると、前記保温材が劣化していると判定する、
ことを特徴とする検出方法。