外表面状態検出センサを用いた作動弁の診断装置
【課題】電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁の診断を、外表面状態検出センサの検出値に基づいて簡便に且つ低コスト化で行い得る外表面状態検出センサを用いる作動弁の診断装置を提供する。
【解決手段】弾性管体の外表面の物理的な状態変化に基づいて内部空気圧を検出する第１の外表面状態検出センサ、又は弁棒の外表面の物理的な状態変化を撮影した画像に基づいて該弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出する第２の外表面状態検出センサの検出値に基づいて作動弁を診断する。第１の外表面状態検出センサによれば、弾性管体から内部空気圧を抽出することなく空気圧検出を簡便に且つ低コストで行え、また第２の外表面状態検出センサによれば、弁棒に対して非接触状態でその位置又は移動量又は移動速度を取得でき、この結果、これらの検出値に基づく診断においては、簡易な診断でありながら高精度で信頼性の高い診断結果を得ることができる。
【解決手段】弾性管体の外表面の物理的な状態変化に基づいて内部空気圧を検出する第１の外表面状態検出センサ、又は弁棒の外表面の物理的な状態変化を撮影した画像に基づいて該弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出する第２の外表面状態検出センサの検出値に基づいて作動弁を診断する。第１の外表面状態検出センサによれば、弾性管体から内部空気圧を抽出することなく空気圧検出を簡便に且つ低コストで行え、また第２の外表面状態検出センサによれば、弁棒に対して非接触状態でその位置又は移動量又は移動速度を取得でき、この結果、これらの検出値に基づく診断においては、簡易な診断でありながら高精度で信頼性の高い診断結果を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁の、即ち、電動弁又は空気作動弁の、外表面状態検出センサを用いた診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等の冷却水制御系においては、該冷却水の流量調整弁として、ダイヤフラムの内圧制御によって弁開度調整が行われる空気作動弁が多く使用され、また止水弁として電動力によって開閉駆動される電動弁が多く使用されている。
【０００３】
例えば、上記空気作動弁は、内圧制御されるダイヤフラムの変位によって弁棒を昇降駆動させて弁開度を制御するもので、その弁開度を制御するために、通常、空気圧系に空気−電気変換器（以下、「Ｉ／Ｐ変換器」と略称する）とポジショナ及びブースタリレーを備えるとともに、実際の弁開度を検出する弁開度検出機構を備えている。
【０００４】
そして、制御装置から目標弁開度（電気信号）がＩ／Ｐ変換器に入力されると、該Ｉ／Ｐ変換器では、上記電気信号を空気圧信号に変換してこれをポジショナに出力する。ポジショナでは、弁開度検出機構から入力される実際の弁開度と上記Ｉ／Ｐ変換器から入力される空気圧信号（即ち、目標弁開度）の偏差に基づいて、該偏差に対応する空気圧を発生させ、これをブースタリレーにおいて増幅させて上記ダイヤフラムに入圧させる。ダイヤフラムにおいては、入力空気圧とダイヤフラム受圧面積から決定される作動力を弁棒に作用させる。このダイヤフラムの作動力を受けて、弁棒は、ダイヤフラム作動力と弁バネのバネ力が均衡する位置まで昇降方向へ移動し、これによって弁開度が目標弁開度に合致するように調整されるものである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００５】
一方、電動弁は電動力によって弁棒を駆動し、空気作動弁は空気圧によって弁棒を駆動するものであるが、これら何れにおいても、弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出し、この検出値に基づいて作動特性等の診断が行われることもある。
【特許文献１】特開平１０−１０３３０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１６４２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、空気作動弁の作動状態を監視しその適否の診断を行うに際しては、空気圧の検出が必要となるが、係る場合、例えば、空気配管から空気圧を抽出してこれを圧力応動式のセンサによって検出するようにした場合には、空気圧検出作業が煩雑であるとともに、空気作動弁の適正な作動を担保する必要上、空気圧抽出部分のシール構造に極めて高い信頼性が要求され、作業コストが高くつくとともに信頼性の面でリスクがあった。
【０００７】
また、弁棒の位置又は移動量又は移動速度に基づいて診断を行うに際しては、該弁棒の位置等を外部から簡便且つ容易に検出できることが望ましく、特に電動弁は弁棒のストロークが大きく、弁棒に直接センサを取付けて検出することが困難であることから、その要望は大きい。
【０００８】
そこで本願発明は、電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁の診断を、外表面状態検出センサの検出値に基づいて簡便に且つ低コスト化で行い得るようにした作動弁の診断装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として、電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁を、少なくとも、弾性管体の外表面の物理的な状態変化に基づいて該弾性管体の内部空気圧を検出する第１の外表面状態検出センサ、又は上記弁棒の外表面の物理的な状態変化を撮影した画像に基づいて該弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出する第２の外表面状態検出センサの検出値に基づいて、診断することを特徴としている。
【００１０】
ここで、上記第１の外表面状態検出センサによれば、弾性管体の外側から、その外表面の物理的な変化に基づいて内部の空気圧を検出するものであることから、従来のように弾性管体から内部空気圧を抽出する必要が無く、空気圧検出作業が簡便に且つ低作業コストで行うことができるとともに、空気圧供給系の信頼性を損ねることもない。さらに、空気作動弁の運転中においてもその運転に何等の影響を与えることなく空気圧を検出できることから、特に空気圧を継続的に検出して空気作動弁の状態を監視し、その作動状態を診断するような場合に好適である。
【００１１】
一方、上記第２の外表面状態検出センサによれば、上記弁棒の動きを画像として取得し、該画像を用いて上記弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出することから、該弁棒に対して非接触状態でその位置又は移動量又は移動速度を取得することができる。従って、従来手法、例えば、弁棒の表面に接触して回転する検出ローラの回転数から移動距離を取得し、この移動距離に基づいて位置又は移動量又は移動速度を求める接触式検出手法においては、上記弁棒の表面が非平滑面であるような場合には、該弁棒表面と上記検出ローラとの接触状態が変化することから移動距離（延いては位置又は移動量又は移動速度）の検出精度が低下することになるが、係る場合においてもこの発明のような非接触式検出手法を適用すれば、該弁棒の表面状態に左右されることなく、その位置又は移動量又は移動速度を高精度で取得することができ、延いては、この検出された位置又は移動量又は移動速度を診断に用いることで、高精度で信頼性の高い診断結果を得ることができる。
【００１２】
また、非接触式の検出手法であることから、空気作動弁の稼働中でも何等支障なく弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出できる。このため、上記弁棒の位置又は移動量又は移動速度を用いて行われる診断項目については、例えば、上記空気作動弁を非稼働状態とした下で行われるプラントの定期検査時に限定されることなく、必要に応じて随時診断を行うことができ、上記空気作動弁の健全性の維持という点において極めて有用である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本願発明に係る外表面状態検出センサを用いた作動弁の診断装置においては、第１の外表面状態検出センサを用いる場合には弾性管体の外部からその内部の空気圧を容易且つ簡易に検出でき、また第２の表面状態検出センサを用いる場合には弁棒の位置等を画像に基づいて非接触状態で容易且つ簡易に検出できるため、作動弁の作動状態の監視あるいは診断を簡便に行うことができ、作動弁の維持管理の容易化、管理コストの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００１５】
図１には、本願発明がその診断対象とする作動弁の一例としての空気作動弁１のシステム図を示している。この空気作動弁１は、周知構造をもつものであって、弁体（図示省略）を収容したバルブケーシング１ａの上端にヨーク１ｂが取付けられ、さらに該ヨーク１ｂの上端にはダイヤフラム２が取付けられている。また、上記ヨーク１ｂの中心部には、これを上下方向に貫通して弁棒３が配置されている。
【００１６】
上記弁棒３は、その下端に弁体が連結される一方、その上端には上記ダイヤフラム２内の変位板（図示省略）が連結固定されている。また、この弁棒３は、上記ヨーク１ｂの上部に配置した弁バネ４のバネ力によって、常時、上記変位板と一体的に上方（開弁側）へ付勢されている。
【００１７】
上記空気作動弁１は、上記ダイヤフラ２内に導入される空気圧と上記弁バネ４のバネ力との力関係によって上記弁棒３が上昇又は下降することで開弁方向又は閉弁方向に駆動されるとともに、上記空気圧と上記弁バネ４のバネ力とが均衡した位置において停止し所要の弁開度に設定される。
【００１８】
このような上記空気作動弁１の開閉駆動及び弁開度の調整を行なうために、以下のような構成が採用されている。なお、ここでは空気圧供給用の弾性管体として、エアホースを採用している。
【００１９】
上記ダイヤフラム２には、エアホース１３が接続されている。また、上記ヨーク１ｂの前面側には、ポジショナ７が取付けられている。このポジショナ７の入力ポート７ａには入力側エアホース１１が、出力ポート７ｂには出力側エアホース１２が、それぞれ接続されている。
【００２０】
上記入力側エアホース１１の上流側にはＩ／Ｐ変換器（空気−電気変換器）１０が接続されている。このＩ／Ｐ変換器１０には、制御装置１４から目標弁開度に対応する制御信号Ｓａ（制御装置１４の出力指示計１５の指示開度）が入力されるとともに、空気源９からサプライエアが供給される。
【００２１】
また、上記出力側エアホース１２の下流端は、ブースタリレー８の入力ポート８ａに接続されている。また、このブースタリレー８の出力ポート８ｂは、上記エアホース１３を介して上記ダイヤフラム２に接続されている。さらに、上記ブースタリレー８には、空気源９からサプライエアが供給される。
【００２２】
一方、上記空気作動弁１の弁棒３には、弁棒位置から弁開度を検出するＬＶＤＴ（差動変圧器）式の弁開度センサ５が取付けられるとともに、歪ゲージで構成される弁軸力センサ６が貼付されている。ここで、上記弁開度センサ５で検出される弁棒位置は、弁開度信号Ｅ１として診断装置２０に入力され、上記空気作動弁１の診断に用いられるが、この場合、弁棒３がその移動方向の二位置間を移動する時間を同時に計測すれば、二位置間の距離と移動時間とに基づいて上記弁棒３の移動速度を取得でき、この移動速度を上記診断装置２０での診断に用いることもできる。
【００２３】
このように構成された空気作動弁１においては、制御装置１４から目標弁開度に対応する制御信号ＳａがＩ／Ｐ変換器１０に入力されると、該Ｉ／Ｐ変換器１０では、この制御信号Ｓａを受けて、これを空気圧信号Ｐａに変換して上記ポジショナ７へ出力する。ポジショナ７では、上記弁棒３との間に配置された弁開度検出機構（図示省略）から入力される実際の弁開度と、上記Ｉ／Ｐ変換器１０から入力される空気圧信号Ｐａ（即ち、目標弁開度）の偏差に基づいて、実際の弁開度を目標弁開度に合致させるべく制御空気圧Ｐｂを発生させ、これを上記ブースタリレー８に入力させる。上記ブースタリレー８では、上記制御空気圧Ｐｂを増幅して入力空気圧Ｐｃとしてこれを上記ダイヤフラム２に入圧させる。
【００２４】
上記ダイヤフラム２においては、上記入力空気圧Ｐｃとダイヤフラム受圧面積から決定される作動力を発生しこれを上記弁棒３に作用させる。この結果、上記弁棒３は、上記ダイヤフラム作動力と上記弁バネ４のバネ力が均衡する位置まで昇降移動し、これによって空気作動弁１の弁開度が目標弁開度に合致するように調整される
【００２５】
ところで、このような空気作動弁１の作動状態を継続的に監視し、所要の診断を行う場合には、空気圧の検出が不可欠となる。しかし、この空気圧の検出は、例えば、従来のように空気配管から内部空気圧を抽出し、これを圧力応動式のセンサで直接検出する手法を採用したのでは、シール構造等において空気圧系に悪影響を及ぼすことが考えられ、また空気圧検出作業が煩雑化する等のことが考えられることは既述の通りである。従って、空気圧を、空気配管に何等の影響も与えることなく且つ簡便に空気圧を検出できることが望ましい。
【００２６】
そこで、この実施形態では本願発明を適用して、以下のような簡便な空気圧検出手法を採用している。
【００２７】
この実施形態では、エアホースは弾性材であってその弾性範囲内においては一定の弾性特性をもつことから、該エアホースの表面の歪変形の大きさは該エアホースの内部空気圧に略比例することになる。このため、上記エアホースの表面の歪変形を検出することで、該エアホース内部の空気圧の大きさあるいはその変化状態を高い精度で且つ容易に検出することができるという点に着目し、上記各エアホース１１〜１３のそれぞれの表面に歪ゲージ２１〜２３を貼付固定し、該各歪ゲージ２１〜２３によって、上記各エアホース１１〜１３の表面の歪変形を検出し、この検出値に基づいて空気圧を取得するようにしている。即ち、この実施形態では、上記各歪ゲージ２１〜２３をそれぞれ空気圧センサとして用いたものであり、これら各空気圧センサが特許請求の範囲中の「第１の外表面状態検出センサ」に該当する。
【００２８】
具体的には、上記エアホース１３側を例にとって説明すると、図２に示すように、エアホース１３の外表面に歪ゲージ２３を接着剤にて貼着固定する。このように上記エアホース１３の外表面に歪ゲージ２３を貼着固定すると、上記エアホース１３がその内部の空気圧を受けてその周方向（図２の矢印方向）へ伸縮変位した場合（即ち、歪を生じた場合）、この外表面の歪変形が上記歪ゲージ２３によって検出され、内部空気圧に対応する歪信号Ｅ５として診断装置２０に入力される。なお、上記エアホース１１，１２の外表面にもそれぞれ歪ゲージ２１，２２が貼着固定され、該各歪ゲージ２１，２２によってそれぞれ検出される歪は、上記各エアホース１１，１２の内部空気圧に対応する歪信号Ｅ３、Ｅ４として診断装置２０に入力される。
【００２９】
このように、上記各エアホース１１〜１３のそれぞれの外表面に上記各歪ゲージ２１〜２３を取り付け、該各歪ゲージ２１〜２３によって上記各エアホース１１〜１３の外側からその内部の空気圧を検出するようにすることで、例えば、従来のように空気配管内の空気圧を外部へ抽出して検出する構成の場合に比して、空気圧の検出作業が格段に簡便化され、しかも上記空気作動弁１に運転中においてもその作動に何等の影響を与えることなく容易に検出することができる。
【００３０】
従って、上記空気作動弁１の作動特性の監視とか、作動上の各種診断をより簡便に行うことが可能となり、特に、原子力発電プラントのように、空気作動弁１が多数設置されている場合においては、監視及び診断作業の簡易且つ迅速化が促進されることから、その効果はより顕著なものとなる。
【００３１】
また、上記弁棒３に取付けた弁開度センサ５の検出値は、実際の弁開度信号Ｅ１として上記診断装置２０に入力される。また、上記弁棒３に貼付した歪ゲージ６の検出値は、実際の弁駆動力信号として上記診断装置２０に入力される。
【００３２】
なお、図１において、符号２５は上記ダイヤフラム２の入力側に設けた入力圧力計、符号２６は上記Ｉ／Ｐ変換器１０の出力側に設けた出力圧力計、符号２７は上記ポジショナ７の出力側に設けた出力圧力計である。
【００３３】
一方、上記制御装置１４から上記Ｉ／Ｐ変換器１０に入力される制御信号Ｓａは、電気信号であって、この電気信号は磁場センサ２４によって検出される。ここで、この磁場センサ２４は、図３に示すように、上記制御信号Ｓａの伝達経路となる信号線５１が収納された電線管５０の外周面に、その周方向に所定の間隔をもって固定された三個の磁場センサ２４ａ〜２４ｃで構成され、この信号線５１を通して制御信号Ｓａ（電気信号）が出力された場合、該信号線５１から発生する磁場を上記各磁場センサ２４ａ〜２４ｃによって検出する。そして、これら各磁場センサ２４ａ〜２４ｃの検出信号は、例えば、これらを合算した値が磁場センサ２４からの制御磁気信号Ｅ６として上記診断装置２０に入力される。
【００３４】
ここで、上記診断装置２０における、上記各空気圧センサ２１〜２３、磁場センサ２４を用いた上記空気作動弁１の簡便な診断例を簡単に説明する。
【００３５】
Ａ：特定の空気圧センサのみによる診断
上記ダイヤフラム２への上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５を継続的に監視することで、例えば、検出信号Ｅ５が、以前の適正状態における検出信号Ｅ５と殆ど変わりがない場合には、空気作動弁１の適正な作動が維持されていると診断でき、係る場合には、定期点検の時期を先送りするとか、点検作業を簡素化することもできる。
【００３６】
逆に、検出信号Ｅ５が、以前の適正状態における検出信号Ｅ５に比して許容範囲以上に変化している場合には、上記空気作動弁１の適正な作動が損なわれていると診断でき、係る場合には、例えば、早期に点検を実施するなどの対応をとることになる。
【００３７】
Ｂ：複数の空気圧センサを使用しての診断
例えば、上記ポジショナ７の出力空気圧を検出する空気圧センサ２２の検出信号Ｅ４と、上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５を対比することで、上記ブースタリレー８の作動状態の適否を簡便に診断することができる。
【００３８】
また、上記ポジショナ７の入力空気圧を検出する空気圧センサ２１の検出信号Ｅ３と、上記ポジショナ７の出力空気圧を検出する空気圧センサ２２の検出信号Ｅ４を対比することで、上記ポジショナ７の作動状態の適否を簡便に診断することができる。
【００３９】
Ｃ：上記空気作動弁１の動特性の診断
上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５と上記弁開度センサ５の検出信号Ｅ１を対比することで、例えば、ダイヤフラム空気圧に対して弁開度が過小である場合には、弁棒摺動抵抗の変化等の可能性があると診断することができる。
【００４０】
Ｄ：空気圧系の診断
上記磁場センサ２４の検出信号Ｅ６と、上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５を対比することで、制御装置１４からの制御信号に対応する適正な空気圧が上記ダイヤフラム２に入圧されているかどうか、等の空気圧系の作動状態の適否を診断することができる。
【００４１】
続いて、上記空気圧センサ２１〜２３と磁場センサ２４の校正について説明する。
【００４２】
ａ：空気圧センサの校正
例えば、上記空気圧センサ２３の校正は、上記弁軸力センサ６との間で行う場合（第１の校正手法）と、上記圧力計２５との間で行う場合（第２の校正手法）が考えられる。
【００４３】
第１の校正手法
第１の校正手法は、上記空気圧センサ２３を弁軸力センサとして機能させる場合における校正手法である。即ち、弁軸力は、上記ダイヤフラム２の受圧面積と該ダイヤフラム２に掛かる空気圧の積として得られるところ、この受圧面積は既知であることから、上記空気圧センサ２３の検出値（空気圧）を弁軸力として把握することができる。従って、例えば、上記Ｉ／Ｐ変換器１０からの出力空気圧を０％出力としたときと、５０％出力としたときの双方において、上記空気圧センサ２３の検出値と上記弁軸力センサ６の検出値をそれぞれ求め、この２点を基準に空気圧センサ２３の検出値と上記弁軸力センサ６の検出値の相関データベースを取得し、上記空気圧センサ２３による測定に際し、上記相関データベースと対比して、上記空気圧センサ２３の検出値に対する上記弁軸力センサ６の検出値を求めるものである。
【００４４】
第２の校正手法
第２の校正手法は、上記空気圧センサ２３を、それ本来の機能として用いる場合における該空気圧センサ２３の校正手法である。この場合は、例えば、上記Ｉ／Ｐ変換器１０からの出力空気圧を０％出力としたときと、５０％出力としたときの双方において、上記空気圧センサ２３の検出値と上記圧力計２５の指示値をそれぞれ求め、この２点を基準に空気圧センサ２３の検出値と上記圧力計２５の指示値の相関データベースを取得する。そして、上記空気圧センサ２３による測定に際し、上記相関データベースと対比して、上記空気圧センサ２３の検出値に対する上記圧力計２５の指示値を求めるものである。
【００４５】
上記空気圧センサ２１，２２の校正も、上記空気圧センサ２３の校正と同様の手法にて行われる。
【００４６】
ｂ：磁場センサ２４の校正
この場合は、例えば、上記制御装置１４からの制御信号を０％出力（通常、４ｍｍＡ）としたときと、５０％出力（１２ｍｍＡ）としたときの双方において、上記磁場センサ２４の検出値を求め、この２点を基準に上記制御信号と上記磁場センサ２４の検出値の相関データベースを取得する。そして、上記磁場センサ２４による測定に際し、上記相関データベースと対比して、該磁場センサ２４の検出値に対する上記制御信号を求めるものである。
【００４７】
Ｅ：弁棒の移動速度等の簡易な検出手法
ここで、上記実施形態のように上記弁開度センサ５を用いることなく、上記弁棒３の移動速度を簡易に検出する手法を説明する。
【００４８】
Ｅ−１：空気作動弁への適用例
図４には、ＣＣＤカメラ３１によって空気作動弁１の弁棒３の移動速度を簡易に取得する手法を示している。即ち、上記空気作動弁１のヨーク１ｂ部分には、該弁棒３の軸方向（即ち、移動方向）に向けてスケール３３を貼設している。
【００４９】
一方、上記ヨーク１ｂの近傍には、上記弁棒３の適所に設けた計測点Ｍと上記スケール３３を同一画面内に撮像し得るようにして、上記ＣＣＤカメラ３１が設置される。そして、上記ＣＣＤカメラ３１によって撮像された画像（図５及び図６参照）は、演算手段３２において演算処理される。
【００５０】
即ち、演算手段３２においては、例えば、図５の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法１２ｍｍに対応している状態）から、図６の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法２０ｍｍに対応している状態）へ移行するまでの距離Ｌ（＝２０ｍｍ−１２ｍｍ＝８ｍｍ）と、計時手段３４で計測される移動時間「ｔ」とに基づいて、その間の上記弁棒３の移動速度「ｖ」が求められる（ｖ＝Ｌ／ｔ）。ここで求められた弁棒３の移動速度は、上記診断装置２０に入力され、上記空気作動弁１の診断に用いられる。例えば、弁棒３の移動速度が設計値に対して適切であるかどうかが診断される。
【００５１】
また、画像データより、上記空気作動弁１の弁開度や移動量を得ることができ、この弁開度や移動量を上記診断装置２０に入力して上記空気作動弁１の診断に利用することもできる。
【００５２】
なお、この例では、上記ＣＣＤカメラ３１と上記演算手段３２で「移動速度算出手段３０」が構成されるが、この移動速度算出手段３０が特許請求の範囲中の「第２の外表面状態検出センサ」に該当する。
【００５３】
Ｅ−２：電動弁への適用例
上記ＣＣＤカメラ３１を用いた弁棒移動速度検出手法は、空気作動弁１のみならず、電動弁にも適用できる。
【００５４】
図７には、ＣＣＤカメラ３１によって電動弁５１の弁棒５３の移動速度を簡易に取得する手法を示している。即ち、上記電動弁５１のヨーク５１ｂ部分には、該弁棒５３の軸方向（即ち、移動方向）に向けてスケール５４を貼設している。
【００５５】
一方、上記ヨーク５１ｂの近傍には、上記弁棒５３の適所に設けた計測点Ｍと上記スケール５４を同一画面内に撮像し得るようにして、上記ＣＣＤカメラ３１が設置される。そして、上記ＣＣＤカメラ３１によって撮像された画像（図８及び図９参照）は、上記演算手段３２において演算処理される。
【００５６】
即ち、演算手段３２においては、例えば、図８の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法１２ｍｍに対応している状態）から、図９の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法２０ｍｍに対応している状態）へ移行するまでの距離Ｌ（＝２０ｍｍ−１２ｍｍ＝８ｍｍ）と、計時手段３４で計測される移動時間「ｔ」とに基づいて、その間の上記弁棒５３の移動速度「ｖ」が求められる（ｖ＝Ｌ／ｔ）。ここで求められた弁棒５３の移動速度は、上記診断装置２０に入力され、上記電動弁５１の診断に用いられる。例えば、弁棒５３の移動速度が設計値に対して適切であるかどうかが診断される。
【００５７】
また、画像データより、上記電動弁５１の弁開度や移動量を得ることができ、この弁開度や移動量を上記診断装置２０に入力して上記電動弁５１の診断に利用することもできる。
【００５８】
なお、この例では、上記ＣＣＤカメラ３１と上記演算手段３２で「移動速度算出手段３０」が構成されるが、この移動速度算出手段３０が特許請求の範囲中の「第２の外表面状態検出センサ」に該当する。
【００５９】
Ｅ−３：上記Ｅ−１及びＥ−２の構成とした場合の利点等
上述の各適用例のように、ＣＣＤカメラ３１で撮影された画像に基づいて弁棒３，５３の移動速度を算出する手法によれば、該弁棒３，５３に対して非接触状態でその移動速度を取得することができる。このため、例えば、弁棒の表面に接触して回転する検出ローラの回転数から移動距離を取得し、この移動距離に基づいて移動速度を求める従来の接触式検出手法においては、上記弁棒の表面が非平滑面であるような場合には、該弁棒表面と上記検出ローラとの接触状態が変化することから移動距離（延いては移動速度）の検出精度が低下することになるが、係る場合においてもこの非接触式検出手法を適用すれば、上記弁棒３，５３の表面状態に左右されることなく、その移動速度を高精度で取得することができ、延いては、この検出された移動速度を診断に用いることで、高精度で信頼性の高い診断結果を得ることができる。
【００６０】
また、非接触式の検出手法であることから、空気作動弁１あるいは電動弁５１の稼働中でも何等支障なく弁棒３、５３の移動速度を検出できるため、上記弁棒３，５３の移動速度を用いて行われる診断項目については、例えば、上記空気作動弁１、あるいは電動弁５１を非稼働状態とした下で行われるプラントの定期検査時に限定されることなく、必要に応じて随時診断を行うことができ、上記空気作動弁１あるいは電動弁５１の健全性の維持という点において極めて有用である。
【００６１】
また、上記ＣＣＤカメラが用いられるが、このＣＣＤカメラは、光に対する感度が非常に高く、従って、上記弁棒の細かな動きも的確に撮影することができ、それだけ画像上における弁棒の動作情報を正確に読み取ることができ、延いては画像に基づいて取得される弁棒の移動速度の高精度化が促進される。
【００６２】
Ｅ−４：他の適用例
上記Ｅ−１，Ｅ−２の適用例では、上記ヨーク１ｂ、５１ｂにそれぞれスケール３３、５４を貼付する手法を採用していたが、このようにヨーク側にスケールを設けるのに代えて、例えば、図１０に示すように、上記ＣＣＤカメラ３１の撮像画面５５内に予めスケール５４を設定することもできる。
【００６３】
この場合、上記ＣＣＤカメラ３１は、その撮像領域の大きさが既知であること、即ち、上記弁棒５３からＣＣＤカメラ３１までの距離が一定値に設定され、かつ上記スケール５４の目盛の大きさが被写体である上記弁棒５３側の実際の寸法に対応したものとされていることが必要である。係る条件の下では、撮像画面５５に映された画像における上記計測点Ｍの移動距離を上記スケール５４によって直接読み取ることができることから、上記電動弁５１側に専用のスケールを設置する必要がなく、上記弁棒５３の移動速度をより簡易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本願発明の実施の形態に係る外表面状態検出センサ（空気圧センサ）を備えた空気作動弁のシステム構成図である。
【図２】外表面状態検出センサ（空気圧センサ）の取付け状態説明図である。
【図３】磁場センサの取付け状態説明図である。
【図４】空気作動弁における弁棒の移動速度算出手法の説明図である。
【図５】図４のＶ部拡大図である。
【図６】図５の状態変化図である。
【図７】電動弁における弁棒の移動速度算出手法の説明図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ部拡大図である。
【図９】図８の状態変化図である。
【図１０】撮像画面側にスケールを設けた例の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ・・空気作動弁
２ ・・ダイヤフラム
３ ・・弁棒
４ ・・弁バネ
５ ・・弁開度センサ
６ ・・歪ゲージ
７ ・・ポジショナ
８ ・・ブースタリレー
９ ・・空気源
１０ ・・空気−電気変換器（Ｉ／Ｐ変換器）
１１ ・・エアホース
１２ ・・エアホース
１３ ・・エアホース
１４ ・・制御装置
２１ ・・歪ゲージ（空気圧センサ及び第１外表面状態検出センサ）
２２ ・・歪ゲージ（空気圧センサ及び第１外表面状態検出センサ）
２３ ・・歪ゲージ（空気圧センサ及び第１外表面状態検出センサ）
２４ ・・磁場センサ
１５ ・・出力指示計
２５ ・・圧力計
２６ ・・圧力計
２７ ・・圧力計
３０ ・・移動速度算出手段（第２の外表面状態検出センサ）
３１ ・・撮像手段（ＣＣＤカメラ）
３２ ・・演算手段
３３ ・・スケール
Ｍ ・・計測点
５１ ・・電動弁
５２ ・・弁駆動部
５３ ・・弁棒
５４ ・・スケール
５５ ・・モータ
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁の、即ち、電動弁又は空気作動弁の、外表面状態検出センサを用いた診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等の冷却水制御系においては、該冷却水の流量調整弁として、ダイヤフラムの内圧制御によって弁開度調整が行われる空気作動弁が多く使用され、また止水弁として電動力によって開閉駆動される電動弁が多く使用されている。
【０００３】
例えば、上記空気作動弁は、内圧制御されるダイヤフラムの変位によって弁棒を昇降駆動させて弁開度を制御するもので、その弁開度を制御するために、通常、空気圧系に空気−電気変換器（以下、「Ｉ／Ｐ変換器」と略称する）とポジショナ及びブースタリレーを備えるとともに、実際の弁開度を検出する弁開度検出機構を備えている。
【０００４】
そして、制御装置から目標弁開度（電気信号）がＩ／Ｐ変換器に入力されると、該Ｉ／Ｐ変換器では、上記電気信号を空気圧信号に変換してこれをポジショナに出力する。ポジショナでは、弁開度検出機構から入力される実際の弁開度と上記Ｉ／Ｐ変換器から入力される空気圧信号（即ち、目標弁開度）の偏差に基づいて、該偏差に対応する空気圧を発生させ、これをブースタリレーにおいて増幅させて上記ダイヤフラムに入圧させる。ダイヤフラムにおいては、入力空気圧とダイヤフラム受圧面積から決定される作動力を弁棒に作用させる。このダイヤフラムの作動力を受けて、弁棒は、ダイヤフラム作動力と弁バネのバネ力が均衡する位置まで昇降方向へ移動し、これによって弁開度が目標弁開度に合致するように調整されるものである（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【０００５】
一方、電動弁は電動力によって弁棒を駆動し、空気作動弁は空気圧によって弁棒を駆動するものであるが、これら何れにおいても、弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出し、この検出値に基づいて作動特性等の診断が行われることもある。
【特許文献１】特開平１０−１０３３０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１６４２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、空気作動弁の作動状態を監視しその適否の診断を行うに際しては、空気圧の検出が必要となるが、係る場合、例えば、空気配管から空気圧を抽出してこれを圧力応動式のセンサによって検出するようにした場合には、空気圧検出作業が煩雑であるとともに、空気作動弁の適正な作動を担保する必要上、空気圧抽出部分のシール構造に極めて高い信頼性が要求され、作業コストが高くつくとともに信頼性の面でリスクがあった。
【０００７】
また、弁棒の位置又は移動量又は移動速度に基づいて診断を行うに際しては、該弁棒の位置等を外部から簡便且つ容易に検出できることが望ましく、特に電動弁は弁棒のストロークが大きく、弁棒に直接センサを取付けて検出することが困難であることから、その要望は大きい。
【０００８】
そこで本願発明は、電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁の診断を、外表面状態検出センサの検出値に基づいて簡便に且つ低コスト化で行い得るようにした作動弁の診断装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として、電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁を、少なくとも、弾性管体の外表面の物理的な状態変化に基づいて該弾性管体の内部空気圧を検出する第１の外表面状態検出センサ、又は上記弁棒の外表面の物理的な状態変化を撮影した画像に基づいて該弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出する第２の外表面状態検出センサの検出値に基づいて、診断することを特徴としている。
【００１０】
ここで、上記第１の外表面状態検出センサによれば、弾性管体の外側から、その外表面の物理的な変化に基づいて内部の空気圧を検出するものであることから、従来のように弾性管体から内部空気圧を抽出する必要が無く、空気圧検出作業が簡便に且つ低作業コストで行うことができるとともに、空気圧供給系の信頼性を損ねることもない。さらに、空気作動弁の運転中においてもその運転に何等の影響を与えることなく空気圧を検出できることから、特に空気圧を継続的に検出して空気作動弁の状態を監視し、その作動状態を診断するような場合に好適である。
【００１１】
一方、上記第２の外表面状態検出センサによれば、上記弁棒の動きを画像として取得し、該画像を用いて上記弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出することから、該弁棒に対して非接触状態でその位置又は移動量又は移動速度を取得することができる。従って、従来手法、例えば、弁棒の表面に接触して回転する検出ローラの回転数から移動距離を取得し、この移動距離に基づいて位置又は移動量又は移動速度を求める接触式検出手法においては、上記弁棒の表面が非平滑面であるような場合には、該弁棒表面と上記検出ローラとの接触状態が変化することから移動距離（延いては位置又は移動量又は移動速度）の検出精度が低下することになるが、係る場合においてもこの発明のような非接触式検出手法を適用すれば、該弁棒の表面状態に左右されることなく、その位置又は移動量又は移動速度を高精度で取得することができ、延いては、この検出された位置又は移動量又は移動速度を診断に用いることで、高精度で信頼性の高い診断結果を得ることができる。
【００１２】
また、非接触式の検出手法であることから、空気作動弁の稼働中でも何等支障なく弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出できる。このため、上記弁棒の位置又は移動量又は移動速度を用いて行われる診断項目については、例えば、上記空気作動弁を非稼働状態とした下で行われるプラントの定期検査時に限定されることなく、必要に応じて随時診断を行うことができ、上記空気作動弁の健全性の維持という点において極めて有用である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本願発明に係る外表面状態検出センサを用いた作動弁の診断装置においては、第１の外表面状態検出センサを用いる場合には弾性管体の外部からその内部の空気圧を容易且つ簡易に検出でき、また第２の表面状態検出センサを用いる場合には弁棒の位置等を画像に基づいて非接触状態で容易且つ簡易に検出できるため、作動弁の作動状態の監視あるいは診断を簡便に行うことができ、作動弁の維持管理の容易化、管理コストの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００１５】
図１には、本願発明がその診断対象とする作動弁の一例としての空気作動弁１のシステム図を示している。この空気作動弁１は、周知構造をもつものであって、弁体（図示省略）を収容したバルブケーシング１ａの上端にヨーク１ｂが取付けられ、さらに該ヨーク１ｂの上端にはダイヤフラム２が取付けられている。また、上記ヨーク１ｂの中心部には、これを上下方向に貫通して弁棒３が配置されている。
【００１６】
上記弁棒３は、その下端に弁体が連結される一方、その上端には上記ダイヤフラム２内の変位板（図示省略）が連結固定されている。また、この弁棒３は、上記ヨーク１ｂの上部に配置した弁バネ４のバネ力によって、常時、上記変位板と一体的に上方（開弁側）へ付勢されている。
【００１７】
上記空気作動弁１は、上記ダイヤフラ２内に導入される空気圧と上記弁バネ４のバネ力との力関係によって上記弁棒３が上昇又は下降することで開弁方向又は閉弁方向に駆動されるとともに、上記空気圧と上記弁バネ４のバネ力とが均衡した位置において停止し所要の弁開度に設定される。
【００１８】
このような上記空気作動弁１の開閉駆動及び弁開度の調整を行なうために、以下のような構成が採用されている。なお、ここでは空気圧供給用の弾性管体として、エアホースを採用している。
【００１９】
上記ダイヤフラム２には、エアホース１３が接続されている。また、上記ヨーク１ｂの前面側には、ポジショナ７が取付けられている。このポジショナ７の入力ポート７ａには入力側エアホース１１が、出力ポート７ｂには出力側エアホース１２が、それぞれ接続されている。
【００２０】
上記入力側エアホース１１の上流側にはＩ／Ｐ変換器（空気−電気変換器）１０が接続されている。このＩ／Ｐ変換器１０には、制御装置１４から目標弁開度に対応する制御信号Ｓａ（制御装置１４の出力指示計１５の指示開度）が入力されるとともに、空気源９からサプライエアが供給される。
【００２１】
また、上記出力側エアホース１２の下流端は、ブースタリレー８の入力ポート８ａに接続されている。また、このブースタリレー８の出力ポート８ｂは、上記エアホース１３を介して上記ダイヤフラム２に接続されている。さらに、上記ブースタリレー８には、空気源９からサプライエアが供給される。
【００２２】
一方、上記空気作動弁１の弁棒３には、弁棒位置から弁開度を検出するＬＶＤＴ（差動変圧器）式の弁開度センサ５が取付けられるとともに、歪ゲージで構成される弁軸力センサ６が貼付されている。ここで、上記弁開度センサ５で検出される弁棒位置は、弁開度信号Ｅ１として診断装置２０に入力され、上記空気作動弁１の診断に用いられるが、この場合、弁棒３がその移動方向の二位置間を移動する時間を同時に計測すれば、二位置間の距離と移動時間とに基づいて上記弁棒３の移動速度を取得でき、この移動速度を上記診断装置２０での診断に用いることもできる。
【００２３】
このように構成された空気作動弁１においては、制御装置１４から目標弁開度に対応する制御信号ＳａがＩ／Ｐ変換器１０に入力されると、該Ｉ／Ｐ変換器１０では、この制御信号Ｓａを受けて、これを空気圧信号Ｐａに変換して上記ポジショナ７へ出力する。ポジショナ７では、上記弁棒３との間に配置された弁開度検出機構（図示省略）から入力される実際の弁開度と、上記Ｉ／Ｐ変換器１０から入力される空気圧信号Ｐａ（即ち、目標弁開度）の偏差に基づいて、実際の弁開度を目標弁開度に合致させるべく制御空気圧Ｐｂを発生させ、これを上記ブースタリレー８に入力させる。上記ブースタリレー８では、上記制御空気圧Ｐｂを増幅して入力空気圧Ｐｃとしてこれを上記ダイヤフラム２に入圧させる。
【００２４】
上記ダイヤフラム２においては、上記入力空気圧Ｐｃとダイヤフラム受圧面積から決定される作動力を発生しこれを上記弁棒３に作用させる。この結果、上記弁棒３は、上記ダイヤフラム作動力と上記弁バネ４のバネ力が均衡する位置まで昇降移動し、これによって空気作動弁１の弁開度が目標弁開度に合致するように調整される
【００２５】
ところで、このような空気作動弁１の作動状態を継続的に監視し、所要の診断を行う場合には、空気圧の検出が不可欠となる。しかし、この空気圧の検出は、例えば、従来のように空気配管から内部空気圧を抽出し、これを圧力応動式のセンサで直接検出する手法を採用したのでは、シール構造等において空気圧系に悪影響を及ぼすことが考えられ、また空気圧検出作業が煩雑化する等のことが考えられることは既述の通りである。従って、空気圧を、空気配管に何等の影響も与えることなく且つ簡便に空気圧を検出できることが望ましい。
【００２６】
そこで、この実施形態では本願発明を適用して、以下のような簡便な空気圧検出手法を採用している。
【００２７】
この実施形態では、エアホースは弾性材であってその弾性範囲内においては一定の弾性特性をもつことから、該エアホースの表面の歪変形の大きさは該エアホースの内部空気圧に略比例することになる。このため、上記エアホースの表面の歪変形を検出することで、該エアホース内部の空気圧の大きさあるいはその変化状態を高い精度で且つ容易に検出することができるという点に着目し、上記各エアホース１１〜１３のそれぞれの表面に歪ゲージ２１〜２３を貼付固定し、該各歪ゲージ２１〜２３によって、上記各エアホース１１〜１３の表面の歪変形を検出し、この検出値に基づいて空気圧を取得するようにしている。即ち、この実施形態では、上記各歪ゲージ２１〜２３をそれぞれ空気圧センサとして用いたものであり、これら各空気圧センサが特許請求の範囲中の「第１の外表面状態検出センサ」に該当する。
【００２８】
具体的には、上記エアホース１３側を例にとって説明すると、図２に示すように、エアホース１３の外表面に歪ゲージ２３を接着剤にて貼着固定する。このように上記エアホース１３の外表面に歪ゲージ２３を貼着固定すると、上記エアホース１３がその内部の空気圧を受けてその周方向（図２の矢印方向）へ伸縮変位した場合（即ち、歪を生じた場合）、この外表面の歪変形が上記歪ゲージ２３によって検出され、内部空気圧に対応する歪信号Ｅ５として診断装置２０に入力される。なお、上記エアホース１１，１２の外表面にもそれぞれ歪ゲージ２１，２２が貼着固定され、該各歪ゲージ２１，２２によってそれぞれ検出される歪は、上記各エアホース１１，１２の内部空気圧に対応する歪信号Ｅ３、Ｅ４として診断装置２０に入力される。
【００２９】
このように、上記各エアホース１１〜１３のそれぞれの外表面に上記各歪ゲージ２１〜２３を取り付け、該各歪ゲージ２１〜２３によって上記各エアホース１１〜１３の外側からその内部の空気圧を検出するようにすることで、例えば、従来のように空気配管内の空気圧を外部へ抽出して検出する構成の場合に比して、空気圧の検出作業が格段に簡便化され、しかも上記空気作動弁１に運転中においてもその作動に何等の影響を与えることなく容易に検出することができる。
【００３０】
従って、上記空気作動弁１の作動特性の監視とか、作動上の各種診断をより簡便に行うことが可能となり、特に、原子力発電プラントのように、空気作動弁１が多数設置されている場合においては、監視及び診断作業の簡易且つ迅速化が促進されることから、その効果はより顕著なものとなる。
【００３１】
また、上記弁棒３に取付けた弁開度センサ５の検出値は、実際の弁開度信号Ｅ１として上記診断装置２０に入力される。また、上記弁棒３に貼付した歪ゲージ６の検出値は、実際の弁駆動力信号として上記診断装置２０に入力される。
【００３２】
なお、図１において、符号２５は上記ダイヤフラム２の入力側に設けた入力圧力計、符号２６は上記Ｉ／Ｐ変換器１０の出力側に設けた出力圧力計、符号２７は上記ポジショナ７の出力側に設けた出力圧力計である。
【００３３】
一方、上記制御装置１４から上記Ｉ／Ｐ変換器１０に入力される制御信号Ｓａは、電気信号であって、この電気信号は磁場センサ２４によって検出される。ここで、この磁場センサ２４は、図３に示すように、上記制御信号Ｓａの伝達経路となる信号線５１が収納された電線管５０の外周面に、その周方向に所定の間隔をもって固定された三個の磁場センサ２４ａ〜２４ｃで構成され、この信号線５１を通して制御信号Ｓａ（電気信号）が出力された場合、該信号線５１から発生する磁場を上記各磁場センサ２４ａ〜２４ｃによって検出する。そして、これら各磁場センサ２４ａ〜２４ｃの検出信号は、例えば、これらを合算した値が磁場センサ２４からの制御磁気信号Ｅ６として上記診断装置２０に入力される。
【００３４】
ここで、上記診断装置２０における、上記各空気圧センサ２１〜２３、磁場センサ２４を用いた上記空気作動弁１の簡便な診断例を簡単に説明する。
【００３５】
Ａ：特定の空気圧センサのみによる診断
上記ダイヤフラム２への上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５を継続的に監視することで、例えば、検出信号Ｅ５が、以前の適正状態における検出信号Ｅ５と殆ど変わりがない場合には、空気作動弁１の適正な作動が維持されていると診断でき、係る場合には、定期点検の時期を先送りするとか、点検作業を簡素化することもできる。
【００３６】
逆に、検出信号Ｅ５が、以前の適正状態における検出信号Ｅ５に比して許容範囲以上に変化している場合には、上記空気作動弁１の適正な作動が損なわれていると診断でき、係る場合には、例えば、早期に点検を実施するなどの対応をとることになる。
【００３７】
Ｂ：複数の空気圧センサを使用しての診断
例えば、上記ポジショナ７の出力空気圧を検出する空気圧センサ２２の検出信号Ｅ４と、上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５を対比することで、上記ブースタリレー８の作動状態の適否を簡便に診断することができる。
【００３８】
また、上記ポジショナ７の入力空気圧を検出する空気圧センサ２１の検出信号Ｅ３と、上記ポジショナ７の出力空気圧を検出する空気圧センサ２２の検出信号Ｅ４を対比することで、上記ポジショナ７の作動状態の適否を簡便に診断することができる。
【００３９】
Ｃ：上記空気作動弁１の動特性の診断
上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５と上記弁開度センサ５の検出信号Ｅ１を対比することで、例えば、ダイヤフラム空気圧に対して弁開度が過小である場合には、弁棒摺動抵抗の変化等の可能性があると診断することができる。
【００４０】
Ｄ：空気圧系の診断
上記磁場センサ２４の検出信号Ｅ６と、上記空気圧センサ２３の検出信号Ｅ５を対比することで、制御装置１４からの制御信号に対応する適正な空気圧が上記ダイヤフラム２に入圧されているかどうか、等の空気圧系の作動状態の適否を診断することができる。
【００４１】
続いて、上記空気圧センサ２１〜２３と磁場センサ２４の校正について説明する。
【００４２】
ａ：空気圧センサの校正
例えば、上記空気圧センサ２３の校正は、上記弁軸力センサ６との間で行う場合（第１の校正手法）と、上記圧力計２５との間で行う場合（第２の校正手法）が考えられる。
【００４３】
第１の校正手法
第１の校正手法は、上記空気圧センサ２３を弁軸力センサとして機能させる場合における校正手法である。即ち、弁軸力は、上記ダイヤフラム２の受圧面積と該ダイヤフラム２に掛かる空気圧の積として得られるところ、この受圧面積は既知であることから、上記空気圧センサ２３の検出値（空気圧）を弁軸力として把握することができる。従って、例えば、上記Ｉ／Ｐ変換器１０からの出力空気圧を０％出力としたときと、５０％出力としたときの双方において、上記空気圧センサ２３の検出値と上記弁軸力センサ６の検出値をそれぞれ求め、この２点を基準に空気圧センサ２３の検出値と上記弁軸力センサ６の検出値の相関データベースを取得し、上記空気圧センサ２３による測定に際し、上記相関データベースと対比して、上記空気圧センサ２３の検出値に対する上記弁軸力センサ６の検出値を求めるものである。
【００４４】
第２の校正手法
第２の校正手法は、上記空気圧センサ２３を、それ本来の機能として用いる場合における該空気圧センサ２３の校正手法である。この場合は、例えば、上記Ｉ／Ｐ変換器１０からの出力空気圧を０％出力としたときと、５０％出力としたときの双方において、上記空気圧センサ２３の検出値と上記圧力計２５の指示値をそれぞれ求め、この２点を基準に空気圧センサ２３の検出値と上記圧力計２５の指示値の相関データベースを取得する。そして、上記空気圧センサ２３による測定に際し、上記相関データベースと対比して、上記空気圧センサ２３の検出値に対する上記圧力計２５の指示値を求めるものである。
【００４５】
上記空気圧センサ２１，２２の校正も、上記空気圧センサ２３の校正と同様の手法にて行われる。
【００４６】
ｂ：磁場センサ２４の校正
この場合は、例えば、上記制御装置１４からの制御信号を０％出力（通常、４ｍｍＡ）としたときと、５０％出力（１２ｍｍＡ）としたときの双方において、上記磁場センサ２４の検出値を求め、この２点を基準に上記制御信号と上記磁場センサ２４の検出値の相関データベースを取得する。そして、上記磁場センサ２４による測定に際し、上記相関データベースと対比して、該磁場センサ２４の検出値に対する上記制御信号を求めるものである。
【００４７】
Ｅ：弁棒の移動速度等の簡易な検出手法
ここで、上記実施形態のように上記弁開度センサ５を用いることなく、上記弁棒３の移動速度を簡易に検出する手法を説明する。
【００４８】
Ｅ−１：空気作動弁への適用例
図４には、ＣＣＤカメラ３１によって空気作動弁１の弁棒３の移動速度を簡易に取得する手法を示している。即ち、上記空気作動弁１のヨーク１ｂ部分には、該弁棒３の軸方向（即ち、移動方向）に向けてスケール３３を貼設している。
【００４９】
一方、上記ヨーク１ｂの近傍には、上記弁棒３の適所に設けた計測点Ｍと上記スケール３３を同一画面内に撮像し得るようにして、上記ＣＣＤカメラ３１が設置される。そして、上記ＣＣＤカメラ３１によって撮像された画像（図５及び図６参照）は、演算手段３２において演算処理される。
【００５０】
即ち、演算手段３２においては、例えば、図５の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法１２ｍｍに対応している状態）から、図６の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法２０ｍｍに対応している状態）へ移行するまでの距離Ｌ（＝２０ｍｍ−１２ｍｍ＝８ｍｍ）と、計時手段３４で計測される移動時間「ｔ」とに基づいて、その間の上記弁棒３の移動速度「ｖ」が求められる（ｖ＝Ｌ／ｔ）。ここで求められた弁棒３の移動速度は、上記診断装置２０に入力され、上記空気作動弁１の診断に用いられる。例えば、弁棒３の移動速度が設計値に対して適切であるかどうかが診断される。
【００５１】
また、画像データより、上記空気作動弁１の弁開度や移動量を得ることができ、この弁開度や移動量を上記診断装置２０に入力して上記空気作動弁１の診断に利用することもできる。
【００５２】
なお、この例では、上記ＣＣＤカメラ３１と上記演算手段３２で「移動速度算出手段３０」が構成されるが、この移動速度算出手段３０が特許請求の範囲中の「第２の外表面状態検出センサ」に該当する。
【００５３】
Ｅ−２：電動弁への適用例
上記ＣＣＤカメラ３１を用いた弁棒移動速度検出手法は、空気作動弁１のみならず、電動弁にも適用できる。
【００５４】
図７には、ＣＣＤカメラ３１によって電動弁５１の弁棒５３の移動速度を簡易に取得する手法を示している。即ち、上記電動弁５１のヨーク５１ｂ部分には、該弁棒５３の軸方向（即ち、移動方向）に向けてスケール５４を貼設している。
【００５５】
一方、上記ヨーク５１ｂの近傍には、上記弁棒５３の適所に設けた計測点Ｍと上記スケール５４を同一画面内に撮像し得るようにして、上記ＣＣＤカメラ３１が設置される。そして、上記ＣＣＤカメラ３１によって撮像された画像（図８及び図９参照）は、上記演算手段３２において演算処理される。
【００５６】
即ち、演算手段３２においては、例えば、図８の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法１２ｍｍに対応している状態）から、図９の画像に示される状態（計測点Ｍがスケール３３の寸法２０ｍｍに対応している状態）へ移行するまでの距離Ｌ（＝２０ｍｍ−１２ｍｍ＝８ｍｍ）と、計時手段３４で計測される移動時間「ｔ」とに基づいて、その間の上記弁棒５３の移動速度「ｖ」が求められる（ｖ＝Ｌ／ｔ）。ここで求められた弁棒５３の移動速度は、上記診断装置２０に入力され、上記電動弁５１の診断に用いられる。例えば、弁棒５３の移動速度が設計値に対して適切であるかどうかが診断される。
【００５７】
また、画像データより、上記電動弁５１の弁開度や移動量を得ることができ、この弁開度や移動量を上記診断装置２０に入力して上記電動弁５１の診断に利用することもできる。
【００５８】
なお、この例では、上記ＣＣＤカメラ３１と上記演算手段３２で「移動速度算出手段３０」が構成されるが、この移動速度算出手段３０が特許請求の範囲中の「第２の外表面状態検出センサ」に該当する。
【００５９】
Ｅ−３：上記Ｅ−１及びＥ−２の構成とした場合の利点等
上述の各適用例のように、ＣＣＤカメラ３１で撮影された画像に基づいて弁棒３，５３の移動速度を算出する手法によれば、該弁棒３，５３に対して非接触状態でその移動速度を取得することができる。このため、例えば、弁棒の表面に接触して回転する検出ローラの回転数から移動距離を取得し、この移動距離に基づいて移動速度を求める従来の接触式検出手法においては、上記弁棒の表面が非平滑面であるような場合には、該弁棒表面と上記検出ローラとの接触状態が変化することから移動距離（延いては移動速度）の検出精度が低下することになるが、係る場合においてもこの非接触式検出手法を適用すれば、上記弁棒３，５３の表面状態に左右されることなく、その移動速度を高精度で取得することができ、延いては、この検出された移動速度を診断に用いることで、高精度で信頼性の高い診断結果を得ることができる。
【００６０】
また、非接触式の検出手法であることから、空気作動弁１あるいは電動弁５１の稼働中でも何等支障なく弁棒３、５３の移動速度を検出できるため、上記弁棒３，５３の移動速度を用いて行われる診断項目については、例えば、上記空気作動弁１、あるいは電動弁５１を非稼働状態とした下で行われるプラントの定期検査時に限定されることなく、必要に応じて随時診断を行うことができ、上記空気作動弁１あるいは電動弁５１の健全性の維持という点において極めて有用である。
【００６１】
また、上記ＣＣＤカメラが用いられるが、このＣＣＤカメラは、光に対する感度が非常に高く、従って、上記弁棒の細かな動きも的確に撮影することができ、それだけ画像上における弁棒の動作情報を正確に読み取ることができ、延いては画像に基づいて取得される弁棒の移動速度の高精度化が促進される。
【００６２】
Ｅ−４：他の適用例
上記Ｅ−１，Ｅ−２の適用例では、上記ヨーク１ｂ、５１ｂにそれぞれスケール３３、５４を貼付する手法を採用していたが、このようにヨーク側にスケールを設けるのに代えて、例えば、図１０に示すように、上記ＣＣＤカメラ３１の撮像画面５５内に予めスケール５４を設定することもできる。
【００６３】
この場合、上記ＣＣＤカメラ３１は、その撮像領域の大きさが既知であること、即ち、上記弁棒５３からＣＣＤカメラ３１までの距離が一定値に設定され、かつ上記スケール５４の目盛の大きさが被写体である上記弁棒５３側の実際の寸法に対応したものとされていることが必要である。係る条件の下では、撮像画面５５に映された画像における上記計測点Ｍの移動距離を上記スケール５４によって直接読み取ることができることから、上記電動弁５１側に専用のスケールを設置する必要がなく、上記弁棒５３の移動速度をより簡易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本願発明の実施の形態に係る外表面状態検出センサ（空気圧センサ）を備えた空気作動弁のシステム構成図である。
【図２】外表面状態検出センサ（空気圧センサ）の取付け状態説明図である。
【図３】磁場センサの取付け状態説明図である。
【図４】空気作動弁における弁棒の移動速度算出手法の説明図である。
【図５】図４のＶ部拡大図である。
【図６】図５の状態変化図である。
【図７】電動弁における弁棒の移動速度算出手法の説明図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ部拡大図である。
【図９】図８の状態変化図である。
【図１０】撮像画面側にスケールを設けた例の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ・・空気作動弁
２ ・・ダイヤフラム
３ ・・弁棒
４ ・・弁バネ
５ ・・弁開度センサ
６ ・・歪ゲージ
７ ・・ポジショナ
８ ・・ブースタリレー
９ ・・空気源
１０ ・・空気−電気変換器（Ｉ／Ｐ変換器）
１１ ・・エアホース
１２ ・・エアホース
１３ ・・エアホース
１４ ・・制御装置
２１ ・・歪ゲージ（空気圧センサ及び第１外表面状態検出センサ）
２２ ・・歪ゲージ（空気圧センサ及び第１外表面状態検出センサ）
２３ ・・歪ゲージ（空気圧センサ及び第１外表面状態検出センサ）
２４ ・・磁場センサ
１５ ・・出力指示計
２５ ・・圧力計
２６ ・・圧力計
２７ ・・圧力計
３０ ・・移動速度算出手段（第２の外表面状態検出センサ）
３１ ・・撮像手段（ＣＣＤカメラ）
３２ ・・演算手段
３３ ・・スケール
Ｍ ・・計測点
５１ ・・電動弁
５２ ・・弁駆動部
５３ ・・弁棒
５４ ・・スケール
５５ ・・モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁を、少なくとも、弾性管体の外表面の物理的な状態変化に基づいて該弾性管体の内部空気圧を検出する第１の外表面状態検出センサ、又は上記弁棒の外表面の物理的な状態変化を撮影した画像に基づいて該弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出する第２の外表面状態検出センサの検出値に基づいて、診断することを特徴とする外表面状態検出センサを用いた作動弁の診断装置。
【請求項１】
電動力又は空気圧により駆動される弁棒を備えた作動弁を、少なくとも、弾性管体の外表面の物理的な状態変化に基づいて該弾性管体の内部空気圧を検出する第１の外表面状態検出センサ、又は上記弁棒の外表面の物理的な状態変化を撮影した画像に基づいて該弁棒の位置又は移動量又は移動速度を検出する第２の外表面状態検出センサの検出値に基づいて、診断することを特徴とする外表面状態検出センサを用いた作動弁の診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２１００４２（Ｐ２００９−２１００４２Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４４４２（Ｐ２００８−５４４４２）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（０００１４４９９１）株式会社四国総合研究所 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（０００１４４９９１）株式会社四国総合研究所 (116)
【Ｆターム（参考）】
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