JP2014109551A - 流体識別装置及び流体識別方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体が内在する管状部材1の外周面11に配置され、管状部材の横断方向に超音波パルスを送信する送信用探触子2と、流体を横断して伝播する超音波パルスである流体伝播超音波パルスを受信するように外周面11に配置される受信用探触子3と、流体伝播超音波パルスが流体を伝播した伝播時間に基づいて流体の種別を判定する信号評価部と、管状部材1の周壁に沿って伝播する超音波パルスである壁体伝播超音波パルスを吸収するために送信用探触子2と受信用探触子3の間の管状部材1の表面に装着された超音波吸収部材4とから構成されている。
【選択図】図1
Description
図1に示された管状部材1は円形断面を有する導管であり、その内部を都市ガス、空気、LPG、水などの流体が流れる。場合によっては、管状部材1の内部に流体が滞留していることもある。本発明による流体識別装置は、この管状部材1を流れる流体の種別を管状部材1の外周面11から超音波を用いた非破壊測定で判定する。超音波が媒体を伝播する速度、つまり音速は、物性値によって異なるので、この測定ではこのことを利用する。ここでは、超音波パルスを送信する送信用探触子2が超音波パルスの放射中心線が管状部材1の直径に一致するように管状部材1の外周面11に配置される。さらに、送信用探触子2から送信されるとともに管状部材1に内在する流体を横断して伝播する超音波パルスを受信するために、管状部材1の管軸に関して対称の位置となる外周面11に受信用探触子3が配置される。本発明による流体識別装置に採用されている音速測定は、反射法ではなく透過法での音速測定である。従って、超音波パルスが送信用探触子2から送信された時点から、その超音波パルスが受信用探触子3によって受信されるまでの時点の時間が超音波伝播時間として測定される。この超音波伝播時間で送信用探触子2と受信用探触子3との間の長さを割ることで音速が得られる。この場合、流管状部材1を径方向に通過する超音波の伝播時間が含まれるため、流体を通過する超音波の伝播時間だけを求める場合には、管状部材1を通過する超音波の伝播時間を差し引く必要がある。予め、管状部材1の管厚と管状部材1の材料を調べておけば、その超音波伝播時間は推定することができる。流体の音速は、管状部材1に用いられている鋳鉄や鋼、あるいは合成樹脂などに較べるとかなり遅く、また管状部材1の管厚は内径に較べて短いので、流体の種別の判定条件としては、管状部材1の超音波伝播時間も含んだ超音波伝播時間をそのまま利用することも可能である。
流体伝播超音波パルスの伝播時間:t0は、t0=Twf―Tsで求めることができ、管状部材1の外径をDとすれば、D/t0で管状部材1を含む流体伝播超音波パルスの音速が得られる。管状部材1を含まない流体伝播超音波パルスの音速を求めるには、管状部材1を伝播する時間:Δtを差し引いた伝播時間:t=t0―2Δtを求め、管状部材1の内径をdとすれば、d/tで流体のみの音速が算定できる。管状部材1を伝播する時間:Δtは、推定値でもよいし、管状部材1の肉厚と材質から算定してもよい。識別しようとする流体の音速と管状部材の音速がかなり違っていると、その影響は少ないので、上述した音速:D/t0に基づいて流体種別を判定してもよい。この流体識別装置において重要なことは、超音波吸収部材4によってノイズ波をできる限り減衰させて、できるだけクリアな流体伝播超音波パルスの立ち上がり波形を得ることである。
この実験で得られた超音波波形は図5と図6に示されている。図5は、締付具6を用いて超音波吸収部材4を10Nmの締付トルクで締付けた際に得られた超音波波形である。図6は、参考のため、超音波吸収部材4なしで行なわれた際に得られた超音波波形である。図5の超音波波形から読み取ることができるように、導管1の内部(空気)を1回半往復して受信用探触子3で受信された流体伝播超音波パルスの波形(Wf2で示されている)の到達時点(Twf2で示されている)は920μsである。鋳鉄の音速は、3000から5000m/sであるので、超音波パルスが導管1を伝播する時間は、5μs以下であり、無視してもよいし、その分をTwf2から差し引いてもよい。導管1の内径は101mmで、伝播時間はそれを3回伝播したことになるので、音速は、約330m/sと算定される。つまり、この音速結果から、導管1に内在する流体は空気であると判定できる。ちなみに、超音波吸収部材4なしではノイズ波による干渉により流体伝播超音波パルスの波形を検出することが困難であることが、図4から読み取ることができる。
2:送信用探触子
3:受信用探触子
4:超音波吸収部材
5:超音波処理ユニット
51:送信回路
52:受信回路
53:信号評価部
53a:伝播時間算定部
53b:音速算定部
53c:判定部
53d:報知部
54:データ格納部
6:締付具
Claims (7)
- 流体が内在する管状部材の外周面に配置され、前記管状部材の横断方向に超音波パルスを送信する送信用探触子と、
前記送信用探触子から送信され前記流体を横断して伝播する超音波パルスである流体伝播超音波パルスを受信するように前記管状部材の外周面に配置される受信用探触子と、
前記流体伝播超音波パルスが前記流体を伝播した伝播時間に基づいて前記流体の種別を判定する信号評価部と、
前記管状部材の周壁に沿って伝播する超音波パルスである壁体伝播超音波パルスを吸収するために前記送信用探触子と前記受信用探触子の間の前記管状部材の表面に装着された超音波吸収部材と、
を備える流体識別装置。 - 前記超音波吸収部材は粘性のある超音波吸収部材である請求項1に記載の流体識別装置。
- 前記超音波吸収部材は複数層からなり、各層の音響インピーダンスは前記管状部材の外周面に近い層ほど前記管状部材の音響インピーダンスとの差が少ない請求項1または2に記載の流体識別装置。
- 前記超音波吸収部材は、シート成形材である請求項1から3のいずれか一項に記載の流体識別装置。
- 前記超音波吸収部材を前記管状部材の外周面に押し付ける締付具が備えられている請求項1から4のいずれか一項に記載の流体識別装置。
- 前記信号評価部は、前記流体伝播超音波パルスの伝播時間から前記流体を伝播する時間を算定し、この算定された時間に基づいて前記流体の音速を算定する音速算定部と、算定された音速から前記流体の種別を判定する判定部と、前記判定部の判定結果を報知する報知部とを含む請求項1から5のいずれか一項に記載の流体識別装置。
- 流体が内在する管状部材の外周面に、前記管状部材の横断方向に超音波パルスを送信するように送信用探触子を配置するステップと、
前記送信用探触子から送信されるとともに前記流体を横断して伝播する超音波パルスである流体伝播超音波パルスを受信するように受信用探触子を前記管状部材の外周面に配置するステップと、
前記管状部材の周壁に沿って伝播する超音波パルスである壁体伝播超音波パルスを吸収するように前記送信用探触子と前記受信用探触子の間の前記管状部材の表面に超音波吸収部材を装着するステップと、
前記流体伝播超音波パルスが前記流体を伝播した伝播時間に基づいて前記流体の種別を判定するステップと、
を備える流体識別方法。
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