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技術 集音センサ診断装置、集音センサ診断システム、集音センサ診断方法及びプログラム

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 飯田政巳藤野大輔
出願日 2013年11月11日 (7年1ヶ月経過) 出願番号 2013-233100
公開日 2015年5月18日 (5年7ヶ月経過) 公開番号 2015-094620
状態 特許登録済
技術分野 機械的振動・音波の測定
主要キーワード 集音センサ 異状判定 フランジ対 装着治具 周波数スペクトル情報 校正音 漏洩音 集音感度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

集音センサ健全性を容易かつ精度よく診断可能な集音センサ診断装置を提供する。

解決手段

集音センサ診断装置1は、診断の対象とする集音センサ20を介して基準音信号の入力を受け付け音信号受付部11と、基準音信号の周波数成分ごとの音圧値分布を算出する音圧分布演算部12と、周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出する音圧閾値演算部13と、音信号受付部11及び音圧分布演算部12により新たに取得した基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した音圧閾値と、を比較して集音センサ20の異状の有無を判定する異状判定部14と、を備えている。

概要

背景

加熱管内における水などの、燃料燃焼により加熱し、水蒸気を発生させるボイラが使用されている。
ボイラの過熱管から圧力を有する水または水蒸気等の内部流体漏洩した場合、漏洩により発生する音(漏洩音)を検出して、漏洩を検知する漏洩検知機が使用されている。ここで、漏洩検知機は、通常運転時における火炉内通常音周波数と、管から漏洩が発生した場合に生じる漏洩音の周波数が異なることにより、漏洩音の周波数を持つ音を検出することで、漏洩の有無を判定することができる。

また、漏洩音を測定するセンサと、センサと漏洩音が発生する箇所とを物理的に遮断するように設置され、かつ、音を伝達する分離膜と、センサで測定した音をモニタして、漏洩を検知する検知部と、を具備する漏洩検知装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、センサであるマイクロフォン腐食煤塵の付着による故障を防ぐことができる。

また、上記の技術とは別に、音響校正器により騒音計校正する方法であって、前記音響校正器から音によるコード信号を発生させると、前記騒音計が前記コード信号を受信して自動的に校正モード切り替わり、次いで前記騒音計の指示値が前記音響校正器より前記コード信号の校正音圧レベルになるように、前記騒音計が自動的に校正することを特徴とする騒音計自動校正方法が開示されている(特許文献2参照)。

概要

集音センサ健全性を容易かつ精度よく診断可能な集音センサ診断装置を提供する。集音センサ診断装置1は、診断の対象とする集音センサ20を介して基準音信号の入力を受け付け音信号受付部11と、基準音信号の周波数成分ごとの音圧値分布を算出する音圧分布演算部12と、周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出する音圧閾値演算部13と、音信号受付部11及び音圧分布演算部12により新たに取得した基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した音圧閾値と、を比較して集音センサ20の異状の有無を判定する異状判定部14と、を備えている。

目的

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、集音センサの健全性を容易かつ精度よく診断可能な集音センサ診断装置、集音センサ診断システム、集音センサ診断方法及びプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

診断の対象とする集音センサを介して基準音信号の入力を受け付け音信号受付部と、前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値分布を算出する音圧分布演算部と、前記周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出する音圧閾値演算部と、前記音信号受付部及び前記音圧分布演算部により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した前記音圧閾値と、を比較して前記集音センサの異状の有無を判定する異状判定部と、を備えることを特徴とする集音センサ診断装置

請求項2

前記音信号受付部は、所定の周波数帯域全域に渡って略均一な音圧値の分布を有する基準音感知に基づいて前記集音センサが生成する基準音信号の入力を受け付けることを特徴とする請求項1に記載の集音センサ診断装置。

請求項3

前記音圧閾値演算部は、前記周波数成分ごとの音圧値の分布のうち一部の周波数帯域に属する音圧値の平均値または標準偏差に基づいて、音圧閾値を算出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の集音センサ診断装置。

請求項4

前記音圧閾値演算部は、前記周波数成分ごとの音圧値の分布を2以上の小帯域に区分するとともに、当該小帯域に属する音圧値ごとの平均値または標準偏差に基づいて、当該小帯域ごとに音圧閾値を算出することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の集音センサ診断装置。

請求項5

前記異状判定部は、前記音信号受付部及び前記音圧分布演算部により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値のうちの何れかが、前記音圧閾値を下回っていた場合に、前記集音センサを異状と判定することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の集音センサ診断装置。

請求項6

請求項1から請求項5の何れか一項に記載の集音センサ診断装置と、一定の基準音を出力するキャリブレータと、を備え、前記キャリブレータは、前記集音センサと、当該集音センサを他の設備に取り付けるための装着治具と、を一体としたセンサユニットごとに着脱可能とする装着部を備えることを特徴とする集音センサ診断システム

請求項7

音信号受付部が、診断の対象とする集音センサを介して基準音信号の入力を受け付けるステップと、音圧分布演算部が、前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布を算出するステップと、音圧閾値演算部が、前記周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出するステップと、異状判定部が、前記音信号受付部及び前記音圧分布演算部により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した前記音圧閾値と、を比較して前記集音センサの異状の有無を判定するステップと、を有する集音センサ診断方法

請求項8

集音センサ診断装置のコンピュータを、診断の対象とする集音センサを介して基準音信号の入力を受け付ける音信号受付手段、前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布を算出する音圧分布演算手段、前記周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出する音圧閾値演算手段、前記音信号受付手段及び前記音圧分布演算手段により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した前記音圧閾値と、を比較して前記集音センサの異状の有無を判定する異状判定手段、として機能させることを特徴とするプログラム

技術分野

0001

本発明は、集音センサ診断装置、集音センサ診断ステム、集音センサ診断方法及びプログラムに関する。

背景技術

0002

加熱管内における水などの、燃料燃焼により加熱し、水蒸気を発生させるボイラが使用されている。
ボイラの過熱管から圧力を有する水または水蒸気等の内部流体漏洩した場合、漏洩により発生する音(漏洩音)を検出して、漏洩を検知する漏洩検知機が使用されている。ここで、漏洩検知機は、通常運転時における火炉内通常音周波数と、管から漏洩が発生した場合に生じる漏洩音の周波数が異なることにより、漏洩音の周波数を持つ音を検出することで、漏洩の有無を判定することができる。

0003

また、漏洩音を測定するセンサと、センサと漏洩音が発生する箇所とを物理的に遮断するように設置され、かつ、音を伝達する分離膜と、センサで測定した音をモニタして、漏洩を検知する検知部と、を具備する漏洩検知装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、センサであるマイクロフォン腐食煤塵の付着による故障を防ぐことができる。

0004

また、上記の技術とは別に、音響校正器により騒音計校正する方法であって、前記音響校正器から音によるコード信号を発生させると、前記騒音計が前記コード信号を受信して自動的に校正モード切り替わり、次いで前記騒音計の指示値が前記音響校正器より前記コード信号の校正音圧レベルになるように、前記騒音計が自動的に校正することを特徴とする騒音計自動校正方法が開示されている(特許文献2参照)。

先行技術

0005

特開2004−093399号公報
特許第4486929号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、例えば特許文献1等におけるセンサ(漏洩音等を集音する集音センサ)には、自己異状を診断する機能を有しておらず、経年劣化や故障による集音感度集音特性の変動が懸念される。特に、経年劣化により集音センサの集音感度が当初想定していたよりも劣化すると、漏洩が発生しているにもかかわらず、当該集音センサによって漏洩が検知されないこととなり、漏洩の発見遅れる原因となる。

0007

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、集音センサの健全性を容易かつ精度よく診断可能な集音センサ診断装置、集音センサ診断システム、集音センサ診断方法及びプログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記問題を解決するために、本発明に係る一態様は、診断の対象とする集音センサを介して基準音信号の入力を受け付け音信号受付部と、前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値分布を算出する音圧分布演算部と、前記周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出する音圧閾値演算部と、前記音信号受付部及び前記音圧分布演算部により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した前記音圧閾値と、を比較して前記集音センサの異状の有無を判定する異状判定部と、を備えることを特徴とする集音センサ診断装置である。

0009

また、本発明に係る一態様は、上述の集音センサ診断装置において、前記音信号受付部が、所定の周波数帯域全域に渡って略均一な音圧値の分布を有する基準音感知に基づいて前記集音センサが生成する基準音信号の入力を受け付けることを特徴とするである。

0010

また、本発明に係る一態様は、上述の集音センサ診断装置において、前記音圧閾値演算部が、前記周波数成分ごとの音圧値の分布のうち一部の周波数帯域に属する音圧値の平均値または標準偏差に基づいて、音圧閾値を算出することを特徴とするである。

0011

また、本発明に係る一態様は、上述の集音センサ診断装置において、前記音圧閾値演算部が、前記周波数帯域ごとの音圧値の分布を2以上の小帯域に区分するとともに、当該小帯域に属する音圧値ごとの平均値または標準偏差に基づいて、当該小帯域ごとに音圧閾値を算出することを特徴とするである。

0012

また、本発明に係る一態様は、上述の集音センサ診断装置において、前記異状判定部が、前記音信号受付部及び前記音圧分布演算部により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値のうちの何れかが、前記音圧閾値を下回っていた場合に、前記集音センサを異状と判定することを特徴とするである。

0013

また、本発明に係る一態様は、上述の集音センサ診断装置と、一定の基準音を出力するキャリブレータと、を備え、前記キャリブレータは、前記集音センサと、当該集音センサを他の設備に取り付けるための装着治具と、を一体としたセンサユニットごとに着脱可能とする装着部を備えることを特徴とする集音センサ診断システムである。

0014

また、本発明に係る一態様は、音信号受付部が、診断の対象とする集音センサを介して基準音信号の入力を受け付けるステップと、音圧分布演算部が、前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布を算出するステップと、音圧閾値演算部が、前記周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出するステップと、異状判定部が、前記音信号受付部及び前記音圧分布演算部により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した前記音圧閾値と、を比較して前記集音センサの異状の有無を判定するステップと、を有する集音センサ診断方法である。

0015

また、本発明に係る一態様は、集音センサ診断装置のコンピュータを、診断の対象とする集音センサを介して基準音信号の入力を受け付ける音信号受付手段、前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布を算出する音圧分布演算手段、前記周波数成分ごとの音圧値の分布に基づいて、音圧閾値を算出する音圧閾値演算手段、前記音信号受付手段及び前記音圧分布演算手段により新たに取得した前記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値の分布と、先に算出した前記音圧閾値と、を比較して前記集音センサの異状の有無を判定する異状判定手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。

発明の効果

0016

以上の集音センサ診断装置、集音センサ診断システム、集音センサ診断方法及びプログラムによれば、集音センサの健全性を容易かつ精度よく診断可能となる。

図面の簡単な説明

0017

第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の機能構成を示す概略図である。
第1の実施形態に係る集音センサが集音する基準音の特性を示す図である。
第1の実施形態に係る音圧閾値演算部の機能を説明する図である。
第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の処理フローを示す第1の図である。
第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の処理フローを示す第2の図である。
第1の実施形態の変形例に係る音圧閾値演算部の機能を説明する図である。
第1の実施形態に係る集音センサを説明する図である。
第1の実施形態に係るキャリブレータの構造を詳細に示す図である。
第1の実施形態に係る集音センサのキャリブレータへの装着を説明する図である。
第1の実施形態に係るキャリブレータの機能構成を示す図である。

実施例

0018

<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の一例について図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の機能構成を示す概略図である。
集音センサ診断装置1は、集音センサ20を介して所定の基準音信号(後述)を入力し、これに基づいて集音センサ20の集音特性を算出することで集音センサ20の異状の有無を判定する。なお、集音センサ20は、いわゆるマイクであって、周囲の環境音等を感知して、これに応じた電気信号(音信号)を出力する機器である。

0019

図1に示すように、集音センサ診断装置1は、音信号受付部11、音圧分布演算部12、音圧閾値演算部13、異状判定部14、モード選択部15、及び記憶部16を備えている。

0020

音信号受付部11は、診断の対象とする集音センサ20を介して基準音信号の入力を受け付ける。この基準音信号は、集音センサ20が、後述するキャリブレータ3から発する一定の基準音を感知して生成する電気信号である。
なお、音信号受付部11は、電気的なアナログ信号である基準音信号を所定のサンプリング周波数サンプリングしてデジタル信号に変換するA/D(Analog/Digital)変換器としての機能を有していてもよい。

0021

音圧分布演算部12は、上記基準音信号の周波数成分ごとの音圧値(音の強度)を算出する。具体的には、音圧分布演算部12は、例えば、音信号受付部11が受け付けた基準音信号のサンプリング値に対し、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)処理を演算することで、周波数成分ごとの音圧値の分布(周波数スペクトル情報)を算出する。
また、音圧分布演算部12は、モード選択部15が指定する動作モードに応じて、算出した周波数スペクトル情報を、音圧閾値演算部13または異状判定部14に出力する。モード選択部15が指定する動作モードについては後述する。

0022

音圧閾値演算部13は、音圧分布演算部12が算出した周波数スペクトル情報に基づいて、音圧閾値THLを算出する。具体的には、音圧閾値演算部13は、周波数スペクトル情報のうち一部の周波数帯域(後述する漏洩音検出帯域P)に属する音圧値の平均値m及び標準偏差σを算出する。音圧閾値演算部13は、この平均値m及び標準偏差σについてさらに所定の演算を行い、音圧閾値THLを算出する。
また、音圧閾値演算部13は、算出した音圧閾値THLを記憶部16に出力して記憶する。

0023

異状判定部14は、新たに取得した基準音信号の周波数スペクトル情報と、先に算出され、記憶部16に記憶された音圧閾値THLと、を比較して集音センサ20の異状の有無を判定する。具体的には、異状判定部14は、音圧閾値演算部13により予め記憶部16に記憶された音圧閾値THLと、新たに取得した基準音信号の周波数成分ごとの音圧値と、を比較する。そして、異状判定部14は、新たに取得した基準音信号の周波数成分ごとの音圧値のうちの一部が、音圧閾値THLを下回っていた場合に、診断の対象とする集音センサ20を異状と判定するとともに、オペレータに対しその旨の通知を行う。

0024

モード選択部15は、オペレータによる操作を受け付けて、集音センサ診断装置1の動作モードを選択する。具体的には、モード選択部15は、オペレータの操作に基づいて、自装置を「閾値算出モード」と「判定モード」の何れかに切り替える。
ここで、「閾値算出モード」とは、集音センサ診断装置1がボイラへの適用開始前における集音センサ20の初期集音特性から音圧閾値THLを算出し、これを記憶する動作モードである。例えば「閾値算出モード」においては、音圧分布演算部12は、算出した周波数スペクトル情報を音圧閾値演算部13に出力する。そして音圧閾値演算部13は、その周波数スペクトル情報から音圧閾値THLを算出するとともに、記憶部16に記憶する処理を行う。
一方、「判定モード」とは、ボイラへの適用開始から一定期間経過後に集音センサ20の現時点における集音特性を評価して、経年劣化等に起因する異状があるか否かを判定する動作モードである。具体的には、音圧分布演算部12は、算出した周波数スペクトル情報を異状判定部14に出力する。そして異状判定部14は、その周波数スペクトル情報と、記憶部16に記憶された音圧閾値THLと、を比較して、集音センサ20の異状の有無を判定する処理を行う。

0025

なお、図1には、集音センサ20と、フランジ21及びセンサハウジング22が一体となったセンサユニット2と、本体部30と、装着部31と、を有するキャリブレータ3と、を図示しているが、これらの詳細については後述する。

0026

図2は、第1の実施形態に係る集音センサが集音する基準音の特性を示す図である。
ここで図2(a)に示すグラフは、横軸に時間、縦軸に音圧値を示し、図1に示すキャリブレータ3が、診断の対象とする集音センサ20に対して出力する基準音の音圧値の時間変化を表している。図2(a)に示すように、キャリブレータ3は、基準音として、時間に対して周波数、振幅(音圧値)が不規則に変化する音を出力する。
また、図2(b)に示すグラフは、横軸に周波数、縦軸に音圧値を示し、キャリブレータ3が、集音センサ20に対して出力する基準音の周波数成分ごとの音圧値の分布(周波数スペクトル)を表している。図2(b)に示すように、キャリブレータ3は、基準音として所定の周波数帯域全域に渡って略均一な音圧値の分布を有する音を出力する。
音信号受付部11は、集音センサ20が図2(a)、(b)に示すような基準音を集音して生成する基準音信号の入力を受け付ける。

0027

図3は、第1の実施形態に係る音圧閾値演算部の機能を説明する図である。
ここで図3に示すグラフは、横軸に周波数、縦軸に音圧値を示し、音信号受付部11が集音センサ20を介して入力を受け付けた基準音信号の周波数ごとの音圧値の分布(周波数スペクトル情報)を表している。つまり、図3は、基準音信号に対する音圧分布演算部12の算出結果に基づくグラフである。
なお、図3に示すグラフには、集音センサ20のN(Nは1以上の整数)回の集音に基づくN個の周波数スペクトル情報が重ねて表示されている。

0028

音圧閾値演算部13は、「閾値算出モード」において、周波数スペクトル情報(図3)のうち、所定の漏洩音検出帯域Pの範囲に属する音圧値の平均値mと、標準偏差σとを算出する。ここで漏洩音検出帯域Pとは、ボイラにおいて内部流体が漏洩した場合、その漏洩により発生する音(漏洩音)の属する周波数帯域である。つまり、実際に漏洩が発生したときは、集音センサ20は、この漏洩音検出帯域Pに属する音圧値を検出する。例えば、音圧閾値演算部13は、図3に示すように、漏洩音検出帯域Pを4kHzから10kHzまでの周波数帯域としている。

0029

例えば、音信号受付部11及び音圧分布演算部12を介してN個の周波数スペクトル情報が取得された場合(図3)、音圧閾値演算部13は、このN個の周波数スペクトル情報のうち、漏洩音検出帯域Pに属する全ての音圧値に基づいて、その平均値mと標準偏差σとを算出する。そして、音圧閾値演算部13は、平均値m及び標準偏差σから音圧閾値THLを算出する。この場合、音圧閾値演算部13は、例えば、品質管理上の一般的な手法(平均値mから3σ以上外れた値を異状と判断する手法)に基づき、音圧閾値THLをTHL=(m−3σ)×kと算出する。
なお、係数kは0以上1以下の調整値であり、集音センサ診断装置1への操作を通じてオペレータが任意に設定することができる。これにより、オペレータは、集音センサ20の運用先や集音センサ20そのものの特性に応じて、音圧閾値THLを適宜調整することができる。

0030

図4は、第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の処理フローを示す第1の図である。
図4に示す処理フローは、集音センサ診断装置1の「閾値算出モード」における処理フローである。この処理フローは、ボイラにおける現場作業者が、ボイラへの適用開始前の集音センサ20(センサユニット2)を、キャリブレータ3に装着させるとともに、さらに、キャリブレータ3の電源スイッチ33(図8)を押下して、スピーカー310(図8)から基準音(図2参照)を出力させた状態から開始する。

0031

まず、音信号受付部11は、適用開始前の集音センサ20を介して、基準音信号の入力を受け付ける(ステップS10)。具体的には、集音センサ20が、キャリブレータ3が出力する基準音を集音し、その基準音に応じたアナログ電気信号に変換する。音信号受付部11は、A/D変換器として、このアナログ電気信号をサンプリングしてデジタル信号に変換し、音圧分布演算部12に出力する。
次に、音圧分布演算部12は、音信号受付部11が受け付けた基準音信号のサンプリング値に基づいて、周波数スペクトル情報を算出する(ステップS11)。具体的には、音圧分布演算部12は、音信号受付部11から入力された基準音信号のサンプリング値についてフーリエ変換処理(例えばFFT処理)を実行し、周波数スペクトル情報を算出する。

0032

音圧分布演算部12は、N(例えばN=100)個分の周波数スペクトル情報を取得するまでステップS10〜ステップS11の処理を繰り返す(ステップS12)。100個の周波数スペクトル情報を取得すると(ステップS12:YES)、その取得した周波数スペクトル情報(図3)を音圧閾値演算部13に出力する。
次に、音圧閾値演算部13は、音圧分布演算部12から入力された周波数スペクトル情報について、予め設定された漏洩音検出帯域Pに属する音圧値の平均値mと、標準偏差σとを算出する(ステップS13)。さらに、音圧閾値演算部13は、オペレータから係数kの入力を受け付ける(ステップS14)。オペレータは、係数kに所望の値を適用して、音圧閾値THLを調整することができる。音圧閾値演算部13は、算出した平均値m、標準偏差σ、及び係数kに基づいて、THL=(m−3σ)×kを演算することにより音圧閾値THLを算出する(ステップS15)。そして、音圧閾値演算部13は、算出した音圧閾値THLを記憶部16へ記憶する。
なお、ボイラには複数(例えば20個程度)の集音センサ20(センサユニット2)が各所に設けられる。よって、ボイラの現場作業者によるセンサユニット2のキャリブレータ3への付け替え作業とともに、オペレータは、上述したステップS10〜ステップS16を複数の集音センサ20について繰り返し実施してもよい。この場合において、音圧閾値演算部13は、複数の集音センサ20を特定する識別子と、その集音センサ20について算出された音圧閾値THLと、を関連付けて記憶する。

0033

以上の処理により、集音センサ診断装置1は、ボイラへの適用開始前の集音センサ20ごとの集音特性、集音感度に基づく音圧閾値THLを記憶する。

0034

図5は、第1の実施形態に係る集音センサ診断装置の処理フローを示す第2の図である。
図5に示す処理フローは、集音センサ診断装置1の「判定モード」における処理フローである。この処理フローは、現場作業者が、ボイラへ一定期間適用した後の集音センサ20(診断の対象とする集音センサ20)をボイラに取り付けた聴音管50(図7(a))のフランジ21から取り外してキャリブレータ3に装着させ、さらに、キャリブレータ3の電源スイッチ33(図8)を押下して、スピーカー310(図8)から基準音(図2参照)を出力させた状態から開始する。
なお、図4に示した処理フローと同一の処理ステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。

0035

まず、「閾値算出モード」と同様に、音信号受付部11、音圧分布演算部12が、診断対象の集音センサ20を介して基準音信号の周波数スペクトル情報を新たに取得する(ステップS10、S11)。ここで、「判定モード」において、音圧分布演算部12は、ステップS11で算出した周波数スペクトル情報を異状判定部14に出力する。
次に、異状判定部14は、ステップS16(図4)で記憶部16に記憶された音圧閾値THLを読み出す(ステップS20)。このとき、複数の集音センサ20について音圧閾値THLが記憶されているときは、異状判定部14は、集音センサ20の識別子を参照して、現在診断中の集音センサ20についての音圧閾値THLを読み出す。

0036

次に、異状判定部14は、音圧分布演算部12により新たに算出された周波数成分ごとの音圧値のうち漏洩音検出帯域Pに属する音圧値と、ステップS20で読み出した音圧閾値THLと、に基づいて集音センサ20の診断を行う。具体的には、異状判定部14は、新たに算出された音圧値の何れかが、音圧閾値THLを下回っているか否かを判定する(ステップS21)。ここで、新たに算出された音圧値の何れかが、音圧閾値THLを下回っている場合には(ステップS21:YES)、異状判定部14は、診断対象の集音センサ20を異状と判定し、その旨を通知する処理を行う(ステップS22a)。一方、新たに算出された音圧値の全てが、音圧閾値THL以上であった場合には(ステップS21:NO)、異状判定部14は、診断対象の集音センサ20には異状がないものと判定し、その旨を通知する処理を行う(ステップS22b)。
オペレータ及び現場作業者は、ボイラの各所に設けられた複数の集音センサ20について、図5に示すステップS10〜ステップS22a(S22b)の処理を繰り返す。

0037

以上の処理によれば、集音センサ診断装置1は、集音センサ20の使用前における集音特性に基づく音圧閾値THLと、その集音センサ20の使用後における集音特性と、を比較することで、その集音センサ20ごとの経年劣化または故障等による異状の有無を判定する。よって、本実施形態に係る集音センサ診断装置1によれば、集音センサの健全性を容易かつ精度よく診断することができる。

0038

なお、集音センサ診断装置1は、上述の態様に限定されることはなく、例えば以下のように、変形可能である。
図6は、第1の実施形態の変形例に係る音圧閾値演算部の機能を説明する図である。
ここで図6に示すグラフは、図3に示したグラフと同一の周波数スペクトル情報を表している。

0039

当該変形例に係る音圧閾値演算部13は、「閾値算出モード」において、周波数スペクトル情報(図6)のうち、漏洩音検出帯域Pの範囲に属する音圧値を、更に2以上の小帯域p1、p2、・・・に区分するとともに、小帯域p1、p2、・・・に属する音圧値ごとの平均値m1、m2、・・・及び標準偏差σ1、σ2、・・・に基づいて、小帯域p1、p2、・・・ごとに音圧閾値THL1、THL2、・・・を算出する。
例えば、図6に示すように、漏洩音検出帯域Pを4kHzから10kHzまでの周波数帯域としたとき、音圧閾値演算部13は、漏洩音検出帯域Pを1kHzごとに区分した小帯域p1、p2、・・・ごとに、その小帯域に属する音圧値の平均値m1、m2、・・・及び標準偏差σ1、σ2、・・・を算出する。そして、音圧閾値演算部13は、小帯域p1、p2、・・・のそれぞれに対応する音圧閾値THL1、THL2、・・・を算出し、記憶部16に記憶する。なお、音圧閾値演算部13は、例えば、音圧閾値THL1については、THL1=(m1−3σ1)×kを演算して算出する。

0040

また、当該変形例に係る異状判定部14は、新たに算出された周波数成分ごとの音圧値のうち小帯域p1、p2、・・・の各々に属する音圧値と、ステップS20(図5)で読み出した音圧閾値THL1、THL2、・・・と、に基づいて集音センサ20の診断を行う。具体的には、異状判定部14は、ステップS21(図5)において、小帯域p1、p2、・・・各々に属する音圧値の何れかが、その小帯域p1、p2、・・・に対応する音圧閾値THL1、THL2、・・・を下回っているか否かを判定する。

0041

以上のように、本実施形態の変形例に係る集音センサ診断装置1によれば、漏洩音検出帯域Pを2以上の小帯域に区分して、その小帯域ごとに異状有無の判定を実施するので、一層精度の高い診断を行うことができる。

0042

また、上述の集音センサ診断装置1の音圧閾値演算部13は、いずれも所定の周波数帯域に属する音圧値の平均値m(m1、m2、・・・)及び標準偏差σ(σ1、σ2、・・・)を用いて音圧閾値THL(THL1、THL2、・・・)を算出するものとして説明したが、他の実施形態に係る音圧閾値演算部13によっては、この態様のみに限定されない。
例えば、当該他の実施形態に係る音圧閾値演算部13は、平均値mと固定のオフセット値Δm或いは上記係数kを用いて、“THL=m−Δm”、“THL=m×k”等と演算して音圧閾値THLを算出する者であってもよい。

0043

図7は、第1の実施形態に係る集音センサを説明する図である。
図1で説明したように、集音センサ20は、フランジ21及びセンサハウジング22と一体となってセンサユニット2を構成する。フランジ21及びセンサハウジング22は、集音センサ20を他の設備であるボイラに取り付けるための装着治具である。
このセンサユニット2は、図7(a)に示すように、通常の運用時においてボイラの炉壁5に設けられた聴音管50に固定設置される。このとき、センサユニット2は、フランジ21と、聴音管50側のフランジ51とが対向しながらねじ止めされることにより固定設置される。このように設置されることで、集音センサ20は、聴音管50を介して、ボイラの過熱管から圧力を有する水蒸気等が漏洩した際に発生する漏洩音を検出可能とする。

0044

また、ボイラへの適用前における集音センサ20の音圧閾値THLを取得する際(閾値算出モードの処理フロー時(図4))、または、一定期間使用された後の集音センサ20の診断を行う際(判定モードの処理フロー時(図5))は、図7(b)に示すように、現場作業者が、センサユニット2をキャリブレータ3に取り付ける。このとき、キャリブレータ3は、聴音管50に設けられたフランジ51と互換性を有し、センサユニット2のフランジ21を取り付け可能とする装着部31を備えている。このように、集音センサ20は、その装着治具であるフランジ21及びセンサハウジング22と一体として装着、取り外しが行われる。

0045

図8は、第1の実施形態に係るキャリブレータの構造を詳細に示す図である。
ここで、図8(a)にキャリブレータ3の正面図を、図8(b)にキャリブレータ3の側面図を示す。図8(a)、(b)に示すように、キャリブレータ3は、センサユニット2が装着される面に、スピーカー310、外乱遮音リング311、フランジ対向部314を備えている。また、その周囲に、装着部31として、複数のガイドピン312、可動部313を備えている。
図8(a)に示すように、スピーカー310は、キャリブレータ3の正面中央に備えられる。また、外乱遮音リング311は、例えばゴム状のリングで形成され、スピーカー310の周囲を円形囲うようにして取り付けられる。フランジ対向部314は、装着されるセンサユニット2のフランジ21と対向する面であり、フランジ21と同等の大きさで円形に形成される。
また、フランジ対向部314の外周には、センサユニット2のフランジ21をフランジ対向部314に案内するためのガイドピン312が複数備えられる。ガイドピン312は、図8(b)に示すように、キャリブレータ3の本体部30から突出するように形成される。
また、フランジ対向部314の外周には、センサユニット2を固定するための可動部313が複数備えられている。可動部313の機能については後述する。

0046

キャリブレータ3は、電源スイッチ33が押下されることで、スピーカー310から基準音を出力する。外乱遮音リング311は、正面側から装着されるセンサユニット2のフランジ21と密接することで、外部からの雑音遮音する。これにより、診断対象とする集音センサ20にはスピーカー310が出力する基準音のみが供給されるため、精度の高い診断が可能となる。
なお、キャリブレータ3は、取手32を備え、作業者運搬しやすい構成としている。

0047

図9は、第1の実施形態に係る集音センサのキャリブレータへの装着を説明する図である。
次に、図9を参照しながら、装着部31を構成するガイドピン312、可動部313の機能について説明する。
図9(a)に示すように、作業者は、フランジ21の外縁が円形に配置した各ガイドピン312に沿うように、センサユニット2を図中矢印の方向に挿入する。このとき、センサユニット2が図9(b)に示す位置まで挿入されると、フランジ21の縁に可動部313のツメが押されて開く。そして、センサユニット2が図9(c)に示す位置まで挿入されると、可動部313のツメの位置が戻って、センサユニット2を固定する。このとき、フランジ21は、外乱遮音リング311及びフランジ対向部314(図8(a))に接して固定され、同時に、集音センサ20の正面にスピーカー310が配される。

0048

以上のように、キャリブレータ3の装着部31は、フランジ51(図7(a))と接合するフランジ21の形状に合わせて、スピーカー310、外乱遮音リング311、ガイドピン312及び可動部313を配している。つまり、キャリブレータ3の装着部31が、ボイラの聴音管50に設けられるフランジ51と互換性を有して構成されていることで、センサユニット2を着脱可能としている。
このようにすることで、ボイラの現場作業者は、診断を行う際に聴音管50(フランジ51)から取り外したセンサユニット2を、そのままキャリブレータ3に装着することができるので、診断を行う際に必要な作業負担を軽減させることができる。
また、装着部31により、キャリブレータ3に対しセンサユニット2が固定設置される構成となるので、集音センサ20とスピーカー310との位置関係が固定されるため、配置ばらつきによる誤差要因が排され、再現性の高い診断を行うことができる。

0049

図10は、第1の実施形態に係るキャリブレータの機能構成を示す図である。
図10に示すように、キャリブレータ3の本体部30は、内部に電源回路302、制御部303、D/A変換部304、増幅器305及び記憶部306を備えている。
電源回路302は、電源スイッチ33が押下されてバッテリー301から電力が供給されると、各機能部(制御部303、D/A変換部304、増幅器305)に適切な電力を供給する。
制御部303は、電源回路302から電力が供給されて動作すると、記憶部306に記憶される基準音の音源データを読み取って、D/A変換部304に出力する。制御部303が出力した音源データは、D/A変換部304を介してアナログ信号に変換され、さらに、増幅器305によって増幅された後、スピーカー310を介して、基準音として外部に出力される。

0050

また、キャリブレータ3は、スピーカー310に出力されるアナログ信号を取得可能とする外部接続端子307を備えていてもよい。この外部接続端子307に、別の計測機器を接続し、スピーカー310に出力されるアナログ信号を直接取得することで、キャリブレータ3が出力する基準音に異状がないか否かを、当該計測機器の計測結果に基づいて判断することができる。また、この場合において、外部接続端子307を介してキャリブレータ3を集音センサ診断装置1に接続し、集音センサ診断装置1が実行する処理フロー(図4図5)に基づいて、キャリブレータ3そのものの診断をしてもよい。
このように、外部接続端子307を設けてキャリブレータ3自身の診断を可能とすることで、誤差の生じた基準音に基づいて、集音センサ20に対して誤った診断がなされることを防止することができる。

0051

なお、上述の集音センサ診断装置1は、内部にコンピュータシステムを有している態様であってもよい。そして、上述した集音センサ診断装置1の各処理の過程は、プログラムの形式コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク光磁気ディスクCD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラム通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また集音センサ診断装置1は、上述した各機能部が、さらにネットワークを介して接続された複数の装置に分散して具備されるものであってもよい。

0052

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

0053

1・・・集音センサ診断装置
11・・・音信号受付部
12・・・音圧分布演算部
13・・・音圧閾値演算部
14・・・異状判定部
15・・・モード選択部
16・・・記憶部
2・・・センサユニット
20・・・集音センサ
21・・・フランジ
22・・・センサハウジング
3・・・キャリブレータ
30・・・本体部
301・・・バッテリー
302・・・電源回路
303・・・制御部
304・・・D/A(Digital/Analog)変換部
305・・・増幅器
306・・・記憶部
307・・・外部接続端子
31・・・装着部
310・・・スピーカー
311・・・外乱遮音リング
312・・・ガイドピン
313・・・可動部
314・・・フランジ対向部
32・・・取手
33・・・電源スイッチ
5・・・炉壁
50・・・聴音管
51・・・フランジ

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