機器モニタリング装置および方法
【課題】長期にわたりセンサの保守作業を行うことなく、そのセンサの故障などの異常を設置状態で確認することができる機器モニタリング装置を提供する。
【解決手段】検出対象となる機器１の状態を監視する監視手段７と、監視手段７に模擬信号を付与する模擬信号付与手段１４と、監視手段７に付与した模擬信号に基づいて監視手段７の監視結果の健全性を確認する評価手段１２とを備え、監視手段１２は、機器１に取り付けられ、機器１の物理量を計測するセンサ２と、センサ２の信号を処理する信号処理手段３と、信号処理手段３による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段４とを有し、模擬信号付与手段１４は、エネルギーを送信するエネルギー送信手段１０と、その送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーをセンサ２の計測対象である物理量に変換してセンサ２に付与するエネルギー付与手段８と、を有する。
【解決手段】検出対象となる機器１の状態を監視する監視手段７と、監視手段７に模擬信号を付与する模擬信号付与手段１４と、監視手段７に付与した模擬信号に基づいて監視手段７の監視結果の健全性を確認する評価手段１２とを備え、監視手段１２は、機器１に取り付けられ、機器１の物理量を計測するセンサ２と、センサ２の信号を処理する信号処理手段３と、信号処理手段３による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段４とを有し、模擬信号付与手段１４は、エネルギーを送信するエネルギー送信手段１０と、その送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーをセンサ２の計測対象である物理量に変換してセンサ２に付与するエネルギー付与手段８と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラントなどのプラントを構成する機器の状態監視に用いられる機器モニタリング装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、原子力プラントなどのプラントを構成する機器の状態監視には、機器モニタリングシステムが適用され始めている。例えば、特許文献１に記載された技術では、広範囲のセンサのデータを一括処理し、各振動センサから同期したデータを収集し、移動体を監視対象からの除外し、オフラインでの振動監視範囲を限定し、任意の時刻に任意の振動センサのデータを収集することにより、広範囲で多点の振動を監視し、検出データの相関関係から、振動の伝達経路や異常発生場所の特定などの異常原因を推定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２５７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１を含む従来の機器モニタリング装置は、プラントへの設置前には、モニタリング性能を測定し、その性能を確認した後に、プラント内に設置される。そして、プラントの定期検査時には、それらのセンサの校正を行うため、センサを一時的に取り外して、別の場所で校正する必要がある。
【０００５】
しかしながら、今後、定期検査期間の短縮や、稼動率の向上のために定期検査間の運転期間の長期化が図られていく傾向にあり、これらセンサの校正または健全性の確認を設置された状況で確認できることが望まれている。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、長期にわたりセンサの保守作業を行うことなく、そのセンサの故障などの異常を設置状態で確認することができる機器モニタリング装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る機器モニタリング装置は、検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与手段と、前記監視手段に付与した模擬信号に基づいて前記監視手段の監視結果の健全性を確認する評価手段と、を備え、前記監視手段は、前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測するセンサと、前記センサの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、を有し、前記模擬信号付与手段は、エネルギーを送信するエネルギー送信手段と、前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る機器モニタリング装置は、検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、検出対象となる機器の状態をモニタリングするモニタリング手段と、前記監視手段の監視結果と前記モニタリング手段のモニタリング結果とを比較して前記監視手段の監視結果の健全性を確認する比較手段と、を備え、前記監視手段は、前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第１センサと、前記第１センサの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、を有し、前記モニタリング手段は、前記機器に前記第１センサとは別に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第２センサと、前記第２センサの計測した物理量に基づいて、前記機器の前記第２センサで計測できない位置の前記物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定手段と、を有し、通常時には、前記物理量推定手段の算出結果を正として前記比較手段が前記第１センサの信号と前記物理量推定手段の算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定手段の算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る機器モニタリング方法は、検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与ステップと、前記付与した模擬信号に基づいて前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する評価ステップと、を備え、前記監視ステップは、前記機器の物理量を計測するセンサの信号を処理する信号処理ステップと、前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、を有し、前記模擬信号付与ステップは、エネルギーを送信するエネルギー送信ステップと、前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る機器モニタリング方法は、検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、検出対象となる機器の状態をモニタリング手段によりモニタリングするモニタリングステップと、前記監視ステップの監視結果と前記モニタリングステップのモニタリング結果とを比較して前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する比較ステップと、を備え、前記監視ステップは、前記機器の物理量を計測する第１センサの信号を処理する信号処理ステップと、前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、を有し、前記モニタリングステップは、前記第１センサとは別に前記機器の物理量を計測する第２センサの物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定ステップと、を有し、通常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を正として、前記第１センサの信号と前記物理量推定ステップの算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、長期にわたりセンサの保守作業を行うことなく、そのセンサの故障などの異常を設置状態で確認することができるため、センサの健全性を容易に確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る機器モニタリング装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態においてＬＥＤランプからのエネルギーを蓄電せずに圧電素子に供給して圧電センサの健全性を評価する第１の評価方法を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定のエネルギーが一つだけ設定されて圧電センサの健全性を評価する第２の評価方法を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定レベルのエネルギーが周波数に応じて複数設定されて圧電センサの健全性を評価する第３の評価方法を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態において配管が振動しているときに差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第４の評価方法を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態において配管が振動しているときに異なるレベルで圧電素子を駆動し、差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第５の評価方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る機器モニタリング装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る機器モニタリング装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態では、圧電センサを用いて機器である配管の振動を監視する例について説明する。また、以下の各実施形態では、圧電センサの健全性とは、圧電センサが故障することなく、正常に作動していることであり、圧電センサの校正とは、圧電センサの信号レベルでの誤差の有無の確認をいう。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る機器モニタリング装置の第１実施形態を示すブロック図である。なお、図１では、一つの圧電センサ２を示しているが、実際は多数設置されている。これは図７も同様である。
【００１５】
図１に示すように、検出対象の機器である配管１の外周面には、その配管１の物理量として振動を計測するための圧電センサ２が取り付けられている。この圧電センサ２以外の振動センサとしては、その他の振り子式やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）を用いたものなどでもよい。
【００１６】
圧電センサ２の出力は、振動監視用の信号処理手段としての信号処理装置３に入力される。この信号処理装置３では、配管１の振動最大値の算出処理、周波数の算出処理、またはその波形や履歴データのメモリへの保存処理などの各種処理が行われる。
【００１７】
なお、信号処理装置３において信号処理に必要な作動エネルギーは、例えば図示しない電池のエネルギーを用いるか、または圧電センサ２の信号を信号処理の作動エネルギーとして用いる場合や、あるいは周辺の振動や温度、または光や音のエネルギーから作動エネルギーを吸収して用いるようにすることが可能である。
【００１８】
信号処理装置３の信号処理結果は、無線送受信部４から電波５によってモニタリング情報を収集するための信号送受信部６に送信される。これら圧電センサ２、信号処理装置３、無線送受信部４、および信号送受信部６は、監視手段としての監視装置７を構成する。
【００１９】
また、圧電センサ２の上面には、エネルギー付与手段としての振動発生用の圧電素子８が貼り付けられ、この圧電素子８は、エネルギー受信手段としての光受信部９に電気的に接続されている。この光受信部９は、圧電素子８を励起するためのエネルギーを後述するＬＥＤランプから受信する。
【００２０】
一方、モニタリング情報を収集する側には、上記信号送受信部６の他、エネルギー送信手段としてのＬＥＤランプ１０と、ＬＥＤランプ制御部１１と、このＬＥＤランプ制御部１１に電気的に接続された評価手段としての評価部１２と、が設置されている。このＬＥＤランプ制御部１１は、ＬＥＤランプ１０の励起周期、励起強度などを制御する。
【００２１】
ＬＥＤランプ制御部１１で制御されたＬＥＤランプ１０の励起周期、励起強度は、信号送受信部６で受信した信号レベルに対応している。そのため、信号送受信部６で受信した信号レベルを評価部１２にて評価することで、圧電センサ２の健全性の評価が可能となる。ここで、ＬＥＤランプ制御部１１は、圧電センサ２を駆動させるための模擬信号を送信することを予め評価部１２に通知している。
【００２２】
なお、エネルギー送信手段としては、上記ＬＥＤランプ１０の光エネルギーの他、マイクロ波や電波、蛍光灯などの光や、音なども利用可能である。また、この光エネルギーの伝送効率によって、圧電素子８を励起する電気エネルギーが異なってくることから、光受信部９には、電気エネルギーを一定レベルまで蓄電して圧電素子８に放電するエネルギー蓄積手段としてのエネルギー蓄電部１３が設けられている。このエネルギー蓄電部１３は、ＬＥＤランプ１０からの光エネルギーの供給周期や周波数に応じて蓄電レベルを変更可能な回路を備えることにより、蓄電レベルを複数のレベルで設定することができる。その結果、複数のレベルでの圧電センサ２の健全性の評価が可能となる。
【００２３】
これら圧電素子８、エネルギー蓄電部１３を備える光受信部９、ＬＥＤランプ１０、およびＬＥＤランプ制御部１１は、模擬信号付与手段としての模擬信号付与部１４を構成する。
【００２４】
なお、無線送受信部４からの無線による情報伝送の周期は、エネルギー蓄電部１３のエネルギー蓄電量によりＬＥＤランプ１０からのエネルギー発信周期に基づいて設定される。そして、無線送受信部４は、信号処理装置３内部のメモリに保存していた履歴データを伝送する場合や、連続的に振動の周期に応じて最適な伝送間隔で伝送する場合もある。
【００２５】
このように構成された本実施形態の機器モニタリング装置においては、圧電センサ２からの信号の健全性を、圧電素子８から与えた模擬信号により確認することができる。もし、想定された範囲内の信号が得られなかった場合は、校正手段としての機能も有する模擬信号付与部１４も含め、モニタリングが正常でないことが判明し、その場合には、その圧電センサを機器監視のセンサネットワークから除外してモニタリングを行うこととなる。
【００２６】
また、本実施形態では、ＬＥＤランプ１０からのエネルギーを蓄電するエネルギー蓄電部１３を設けたことにより、周囲の環境によりエネルギーの圧電センサ２への供給効率が異なる影響を未然に防止することができる。
【００２７】
次に、圧電センサの健全性を評価するための各種の工程について説明する。
【００２８】
図２は、第１実施形態においてＬＥＤランプ１０からのエネルギーを蓄電せずに圧電素子８に供給して圧電センサ２の健全性を評価する第１の評価方法を示すフローチャートである。すなわち、第１の評価方法は、ＬＥＤランプ１０からのエネルギーをエネルギー蓄電部１３で蓄電せずに光受信部９を経て圧電素子８に供給する場合を示している。なお、以下に説明する第１〜第３の評価方法は、検出対象である配管１内に流体が流れておらず、配管１が振動していない場合を前提条件としている。
【００２９】
図２に示すように、ステップＳ１では、ＬＥＤランプ制御部１１がＬＥＤランプ１０を所定の周波数などで発光させるように制御するとともに、圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００３０】
ステップＳ２では、光受信部９がＬＥＤランプ１０の光を電気エネルギーに変換し、圧電素子８に出力する。
【００３１】
ステップＳ３では、圧電素子８が光受信部９から得られた電気エネルギーにより励起され、圧電センサ２の出力を信号処理装置３に入力する。
【００３２】
ステップＳ４では、信号処理装置３が圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００３３】
ステップＳ５では、評価部１２は圧電センサ２の出力が、圧電素子８からの入力に応じた適正な値か否かを判断し、圧電センサ２の健全性を評価する。具体的には、圧電センサ８からの入力による圧電センサ２の出力は、ＬＥＤランプ１０から光受信部９に送信したエネルギーから分かる。したがって、評価部１２はＬＥＤランプ１０から送信したエネルギーと信号送受信部６から受信した圧電センサ２の出力信号の大きさから、圧電センサ２の健全性を評価することができる。また、圧電センサ２の出力信号に対して校正を行うことも可能である。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を容易に評価することができる。仮に、圧電センサ２の出力が健全でない場合は、上述したように模擬信号付与部１４も含めてモニタリングが正常でないことが判明し、その場合には、その圧電センサを機器監視のセンサネットワークから除外してモニタリングを行う。なお、このような手順で圧電センサ２の健全性を評価する場合は、エネルギー蓄電部１３が無くとも良い。
【００３４】
図３は、第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定のエネルギーが一つだけ設定されて圧電センサの健全性を評価する第２の評価方法を示すフローチャートである。この第２の評価方法は、光受信部９内のエネルギー蓄電部１３で蓄電する場合を示している。
【００３５】
図３に示すように、ステップＳ１１では、ＬＥＤランプ制御部１１がＬＥＤランプ１０を任意のパラメータで発光させるように制御するとともに、圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００３６】
ステップＳ１２では、光受信部９がＬＥＤランプ１０の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーをエネルギー蓄電部１３が蓄電する。
【００３７】
ステップＳ１３では、エネルギー蓄電部１３が所定量の電気エネルギーを蓄電した後に圧電素子８に出力する。
【００３８】
ステップＳ１４では、圧電素子８が光受信部９のエネルギー蓄電部１３から得られた所定量の電気エネルギーにより励起され、圧電センサ２の出力を信号処理装置３に入力する。
【００３９】
ステップＳ１５では、信号処理装置３が圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００４０】
ステップＳ１６では、評価部１２は圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を容易に評価することができる。
【００４１】
このように第２の評価方法によれば、エネルギー蓄電部１３で所定量の電気エネルギーを蓄電してから圧電素子８に出力するため、例えばＬＥＤランプ１０から光受信部９へのエネルギー供給が塵埃などで阻害される場合でも、圧電素子８から圧電センサ２への入力を安定させることができる。
【００４２】
図４は、第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定レベルのエネルギーが周波数に応じて複数設定されて圧電センサの健全性を評価する第３の評価方法を示すフローチャートである。この第３の評価方法は、前記第２の評価方法と同様に光受信部９内のエネルギー蓄電部１３で蓄電する場合を示している。
【００４３】
図４に示すように、ステップＳ２１では、ＬＥＤランプ制御部１１がＬＥＤランプ１０を、複数設定された所定の周波数から任意に選択された周波数で発光させるように制御するとともに、圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００４４】
ステップＳ２２では、光受信部９がＬＥＤランプ１０の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーをエネルギー蓄電部１３が蓄電する。
【００４５】
ステップＳ２３では、エネルギー蓄電部１３が所定の周波数に対応するレベルの電気エネルギーを蓄電した後に圧電素子８に出力する。
【００４６】
ステップＳ２４では、圧電素子８が光受信部９のエネルギー蓄電部１３から得られた所定の周波数に対応するレベルの電気エネルギーにより励起され、圧電センサ２の出力を信号処理装置３に入力する。
【００４７】
ステップＳ２５では、信号処理装置３が圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００４８】
ステップＳ２６では、評価部１２は圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を容易に評価することができる。
【００４９】
このように第３の評価方法によれば、複数のレベルの信号によって圧電センサ２の健全性評価を行うことで、複数の評価指標が得られるため、健全性評価の信頼性が向上する。
【００５０】
図５は、第１実施形態において配管が振動しているときに差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第４の評価方法を示すフローチャートである。なお、以下に説明するステップにおいて、ステップＳ３２、ステップＳ３４〜ステップＳ３６は、評価部１２の処理を示している。また、以下に説明する第４および第５の評価方法は、検出対象である配管１内に流体が流れて配管１が振動している場合を前提条件としている。
【００５１】
図５に示すように、ステップＳ３１では、ＬＥＤランプ制御部１１が圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００５２】
ステップＳ３２では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力）を第１データとして記憶する。
【００５３】
ステップＳ３３では、圧電素子８を駆動させた際の圧電センサ２の出力を信号処理装置３で信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００５４】
ステップＳ３４では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力＋圧電素子８を駆動させた際の出力）を第２データとして記憶する。
【００５５】
ステップＳ３５では、評価部１２が第１データと第２データとを差分処理し、第３データとするデータ処理を実行する。
【００５６】
ステップＳ３６では、評価部１２は、第３データに基づいて圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を精確かつ容易に評価することができる。
【００５７】
このように第４の評価方法によれば、配管１の振動により圧電センサ２から信号が出力されている場合であっても、配管１の振動のみによる出力と、配管１の振動による出力に模擬信号が加わった出力との差分処理を行うため、実際に配管１が振動している場合でも圧電センサ２の健全性を精確かつ容易に評価することができる。
【００５８】
なお、第４の評価方法において、評価部１２は、第１データを記憶する第１の記憶手段、第２データを記憶する第２の記憶手段、データ処理を実行するデータ処理手段、および圧電センサ２の出力の健全性を評価する評価手段としての機能を有している。
【００５９】
図６は、第１実施形態において配管が振動しているときに異なるレベルで圧電素子を駆動し、差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第５の評価方法を示すフローチャートである。すなわち、第５の評価方法は、エネルギー蓄電部１３における蓄電レベルが例えばＡ，Ｂについて設定されている場合を示している。また、以下に説明するステップにおいて、ステップＳ４３、ステップＳ４６〜ステップＳ４８は、評価部１２の処理を示している。
【００６０】
図６に示すように、ステップＳ４１では、ＬＥＤランプ制御部１１が蓄電レベルＡ（第１レベル）で模擬信号を送信させることを評価部１２に通知する。
【００６１】
ステップＳ４２では、信号処理装置３が圧電素子８を駆動させた際の圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００６２】
ステップＳ４３では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力＋圧電素子８のレベルＡでの駆動による出力）を第１データとして記憶する。
【００６３】
ステップＳ４４では、ＬＥＤランプ制御部１１が蓄電レベルＢ（第２レベル）で模擬信号を送信させることを評価部１２に通知する。
【００６４】
ステップＳ４５では、信号処理装置３が圧電素子８を駆動させた際の圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００６５】
ステップＳ４６では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力＋圧電素子８のレベルＢでの駆動による出力）を第２データとして記憶する。
【００６６】
ステップＳ４７では、評価部１２が第１データと第２データとを差分処理し、第３データとするデータ処理を実行する。
【００６７】
ステップＳ４８では、評価部１２は、第３データに基づいて圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を一段と精確に評価することができる。
【００６８】
なお、第５の評価方法において、評価部１２は、第１データを記憶する第１の記憶手段、第２データを記憶する第２の記憶手段、データ処理を実行するデータ処理手段、および圧電センサ２の出力の健全性を評価する評価手段としての機能を有している。
【００６９】
このように第５の評価方法によれば、例えば圧電センサ２の出力について、模擬信号を入力していないときの出力、レベルＡの模擬信号を加えたとき（レベルＡのエネルギーを変換した物理量を付与した状態）の出力、レベルＢの模擬信号を加えたとき（レベルＢのエネルギーを変換した物理量を付与した状態）の出力のうち、任意の組合せの差分処理を行うことで、複数の評価指標が得られ、上記第４の評価方法よりも信頼性の高い健全性評価が可能である。
【００７０】
このように本実施形態によれば、圧電センサ２へ模擬信号を出力し、その圧電センサ２の出力を評価部１２により評価することにより、長期にわたり圧電センサ２の保守作業を行うことなく圧電センサ２の健全性を容易に確認することができるため、モニタリングの健全性の確認が可能となる。
【００７１】
（第２実施形態）
図７は、本発明に係る機器モニタリング装置の第２実施形態を示すブロック図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を用いて異なる構成のみを説明する。また、本実施形態は、検出対象である配管１内に流体が流れて配管１が振動している場合を前提条件としている。
【００７２】
本実施形態は、前記第１実施形態と異なり、第１センサとしての複数の圧電センサ２が取り付けられている配管１の振動を、圧電センサ２と別途に取り付けた第２センサとしての振動センサ１５を用いて実際に測定を行うようにしている。この振動センサ１５は、配管１に数個（例えば、両端付近に１つずつ）設置されており、振動センサ１５間の位置における振動は、物理量推定手段としての物理量推定部１６でシミュレーションによって算出し、その結果を振動レベル入力部１７に入力する。これら振動センサ１５、物理量推定部１６、および振動レベル入力部１７は、モニタリング手段としてのモニタリング部１８を構成する。
【００７３】
一方、圧電センサ２は、配管の大きさに応じて多数（例えば、配管１の両端に振動センサ１５が設置されている場合は、振動センサ１５間に一定距離ごとに）設置される。圧電センサ２の出力は、振動監視用の信号処理手段としての信号処理装置３に入力される。この信号処理装置３では、配管１の振動最大値の算出処理、周波数の算出処理、またはその波形や履歴データのメモリへの保存処理などの各種処理が行われる。そして、信号処理装置３の信号処理結果は、無線送受信部４から電波５によってモニタリング情報を収集するための信号送受信部６に送信される。
【００７４】
振動レベル入力部１７に入力された値と圧電センサ２で測定された値とを比較手段としての信号比較部１９で比較し、圧電センサ２の健全性を確認するとともに、信号レベルを校正する。
【００７５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００７６】
本実施形態は、通常時、配管１の振動を、振動センサ１５を用いて測定し、物理量推定部１６によって配管１全体の振動をシミュレーションで算出し、その結果を振動レベル入力部１７に入力する。
【００７７】
また、圧電センサ２の出力が信号処理装置３に入力し、この信号処理装置３で信号処理を行い、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して信号比較部１９に送信する。この信号比較部１９では、振動レベル入力部１７に入力された値と圧電センサ２で測定された値とを信号比較部１９で比較することで、振動レベル入力部１７に入力された値を正として圧電センサ２の健全性を確認するとともに、信号レベルを校正する。
【００７８】
一方、地震などによって配管１に定常運転で想定されるよりも遥かに過大な振動が発生した場合、定常運転を前提としている物理量推定部１６によるシミュレーション結果と実際の振動量にかい離が生じる場合が想定される。
【００７９】
この場合は、信号送受信部６、信号比較部１９、振動レベル入力部１７を介して、圧電センサ２の出力信号に基づいた配管１の振動を物理量推定部１６に入力する。この物理量推定部１６は、配管１の振動を算出した結果に圧電センサ２の出力を反映して補正した上で振動レベル入力部１７に入力する。これによって、地震時でも配管１の振動を正確に算出することが可能である。
【００８０】
なお、通常時の処理と地震などの発生時の処理との切替に関して、例えば別途プラントなどに設置された地震検出器などの信号の受信、制御室からの指示信号の受信、機器モニタリング装置自体に地震検出機器を組み込みその出力を用いる、あるいは振動センサ１５や圧電センサ２の出力信号が異常値に遷移するのをしきい値判定などによって検出して地震発生と判定する、などによって切り替える構成とすることが考えられる。
【００８１】
すなわち、本実施形態では、通常時は振動センサ１５と物理量推定部１６によって求めた配管１の振動に基づいて圧電センサ２の健全性確認および校正を行い、地震などによる異常振動の発生時には、圧電センサ２によって配管１の振動を計測し、その結果を振動センサ１５と物理量推定部１６によって求めた配管１の振動を補正することで、配管１の振動を高精度に求めることが可能である。
【００８２】
このように本実施形態によれば、圧電センサ２の周辺での実際のモニタリングデータを用いることで、保守作業を行うことなく圧電センサ２の健全性を確認することができ、また地震などによる過大な振動の発生時には圧電センサ２を用いて高精度な振動計測が可能である。
【００８３】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記第１実施形態で説明した第３の評価方法と第５の評価方法を併用することなどが可能である。また、上記各実施形態では、物理量として圧電センサ２を用いて配管１の振動を測定するようにしたが、圧電センサ２を他のセンサに代えて温度、歪など、その他の物理量を測定するようにしてもよい。例えば、温度を測定する場合には、圧電センサ２および圧電素子８に代えて、それぞれ熱電対およびヒータが用いられる。
【符号の説明】
【００８４】
１…配管（機器）
２…圧電センサ（第１センサ）
３…信号処理装置（信号処理手段）
４…無線送受信部
５…電波
６…信号送受信部
７…監視装置（監視手段）
８…圧電素子（エネルギー付与手段）
９…光受信部
１０…ＬＥＤランプ（エネルギー送信手段）
１１…ＬＥＤランプ制御部
１２…評価部（評価手段）
１３…エネルギー蓄電部（エネルギー蓄積手段）
１４…模擬信号付与部（模擬信号付与手段）
１５…振動センサ（第２センサ）
１６…物理量推定部（物理量推定手段）
１７…振動レベル入力部
１８…モニタリング部（モニタリング手段）
１９…信号比較部（比較手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラントなどのプラントを構成する機器の状態監視に用いられる機器モニタリング装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、原子力プラントなどのプラントを構成する機器の状態監視には、機器モニタリングシステムが適用され始めている。例えば、特許文献１に記載された技術では、広範囲のセンサのデータを一括処理し、各振動センサから同期したデータを収集し、移動体を監視対象からの除外し、オフラインでの振動監視範囲を限定し、任意の時刻に任意の振動センサのデータを収集することにより、広範囲で多点の振動を監視し、検出データの相関関係から、振動の伝達経路や異常発生場所の特定などの異常原因を推定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２５７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１を含む従来の機器モニタリング装置は、プラントへの設置前には、モニタリング性能を測定し、その性能を確認した後に、プラント内に設置される。そして、プラントの定期検査時には、それらのセンサの校正を行うため、センサを一時的に取り外して、別の場所で校正する必要がある。
【０００５】
しかしながら、今後、定期検査期間の短縮や、稼動率の向上のために定期検査間の運転期間の長期化が図られていく傾向にあり、これらセンサの校正または健全性の確認を設置された状況で確認できることが望まれている。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、長期にわたりセンサの保守作業を行うことなく、そのセンサの故障などの異常を設置状態で確認することができる機器モニタリング装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る機器モニタリング装置は、検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与手段と、前記監視手段に付与した模擬信号に基づいて前記監視手段の監視結果の健全性を確認する評価手段と、を備え、前記監視手段は、前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測するセンサと、前記センサの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、を有し、前記模擬信号付与手段は、エネルギーを送信するエネルギー送信手段と、前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る機器モニタリング装置は、検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、検出対象となる機器の状態をモニタリングするモニタリング手段と、前記監視手段の監視結果と前記モニタリング手段のモニタリング結果とを比較して前記監視手段の監視結果の健全性を確認する比較手段と、を備え、前記監視手段は、前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第１センサと、前記第１センサの信号を処理する信号処理手段と、前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、を有し、前記モニタリング手段は、前記機器に前記第１センサとは別に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第２センサと、前記第２センサの計測した物理量に基づいて、前記機器の前記第２センサで計測できない位置の前記物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定手段と、を有し、通常時には、前記物理量推定手段の算出結果を正として前記比較手段が前記第１センサの信号と前記物理量推定手段の算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定手段の算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る機器モニタリング方法は、検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与ステップと、前記付与した模擬信号に基づいて前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する評価ステップと、を備え、前記監視ステップは、前記機器の物理量を計測するセンサの信号を処理する信号処理ステップと、前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、を有し、前記模擬信号付与ステップは、エネルギーを送信するエネルギー送信ステップと、前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る機器モニタリング方法は、検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、検出対象となる機器の状態をモニタリング手段によりモニタリングするモニタリングステップと、前記監視ステップの監視結果と前記モニタリングステップのモニタリング結果とを比較して前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する比較ステップと、を備え、前記監視ステップは、前記機器の物理量を計測する第１センサの信号を処理する信号処理ステップと、前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、を有し、前記モニタリングステップは、前記第１センサとは別に前記機器の物理量を計測する第２センサの物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定ステップと、を有し、通常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を正として、前記第１センサの信号と前記物理量推定ステップの算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、長期にわたりセンサの保守作業を行うことなく、そのセンサの故障などの異常を設置状態で確認することができるため、センサの健全性を容易に確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る機器モニタリング装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態においてＬＥＤランプからのエネルギーを蓄電せずに圧電素子に供給して圧電センサの健全性を評価する第１の評価方法を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定のエネルギーが一つだけ設定されて圧電センサの健全性を評価する第２の評価方法を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定レベルのエネルギーが周波数に応じて複数設定されて圧電センサの健全性を評価する第３の評価方法を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態において配管が振動しているときに差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第４の評価方法を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態において配管が振動しているときに異なるレベルで圧電素子を駆動し、差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第５の評価方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る機器モニタリング装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る機器モニタリング装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態では、圧電センサを用いて機器である配管の振動を監視する例について説明する。また、以下の各実施形態では、圧電センサの健全性とは、圧電センサが故障することなく、正常に作動していることであり、圧電センサの校正とは、圧電センサの信号レベルでの誤差の有無の確認をいう。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る機器モニタリング装置の第１実施形態を示すブロック図である。なお、図１では、一つの圧電センサ２を示しているが、実際は多数設置されている。これは図７も同様である。
【００１５】
図１に示すように、検出対象の機器である配管１の外周面には、その配管１の物理量として振動を計測するための圧電センサ２が取り付けられている。この圧電センサ２以外の振動センサとしては、その他の振り子式やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）を用いたものなどでもよい。
【００１６】
圧電センサ２の出力は、振動監視用の信号処理手段としての信号処理装置３に入力される。この信号処理装置３では、配管１の振動最大値の算出処理、周波数の算出処理、またはその波形や履歴データのメモリへの保存処理などの各種処理が行われる。
【００１７】
なお、信号処理装置３において信号処理に必要な作動エネルギーは、例えば図示しない電池のエネルギーを用いるか、または圧電センサ２の信号を信号処理の作動エネルギーとして用いる場合や、あるいは周辺の振動や温度、または光や音のエネルギーから作動エネルギーを吸収して用いるようにすることが可能である。
【００１８】
信号処理装置３の信号処理結果は、無線送受信部４から電波５によってモニタリング情報を収集するための信号送受信部６に送信される。これら圧電センサ２、信号処理装置３、無線送受信部４、および信号送受信部６は、監視手段としての監視装置７を構成する。
【００１９】
また、圧電センサ２の上面には、エネルギー付与手段としての振動発生用の圧電素子８が貼り付けられ、この圧電素子８は、エネルギー受信手段としての光受信部９に電気的に接続されている。この光受信部９は、圧電素子８を励起するためのエネルギーを後述するＬＥＤランプから受信する。
【００２０】
一方、モニタリング情報を収集する側には、上記信号送受信部６の他、エネルギー送信手段としてのＬＥＤランプ１０と、ＬＥＤランプ制御部１１と、このＬＥＤランプ制御部１１に電気的に接続された評価手段としての評価部１２と、が設置されている。このＬＥＤランプ制御部１１は、ＬＥＤランプ１０の励起周期、励起強度などを制御する。
【００２１】
ＬＥＤランプ制御部１１で制御されたＬＥＤランプ１０の励起周期、励起強度は、信号送受信部６で受信した信号レベルに対応している。そのため、信号送受信部６で受信した信号レベルを評価部１２にて評価することで、圧電センサ２の健全性の評価が可能となる。ここで、ＬＥＤランプ制御部１１は、圧電センサ２を駆動させるための模擬信号を送信することを予め評価部１２に通知している。
【００２２】
なお、エネルギー送信手段としては、上記ＬＥＤランプ１０の光エネルギーの他、マイクロ波や電波、蛍光灯などの光や、音なども利用可能である。また、この光エネルギーの伝送効率によって、圧電素子８を励起する電気エネルギーが異なってくることから、光受信部９には、電気エネルギーを一定レベルまで蓄電して圧電素子８に放電するエネルギー蓄積手段としてのエネルギー蓄電部１３が設けられている。このエネルギー蓄電部１３は、ＬＥＤランプ１０からの光エネルギーの供給周期や周波数に応じて蓄電レベルを変更可能な回路を備えることにより、蓄電レベルを複数のレベルで設定することができる。その結果、複数のレベルでの圧電センサ２の健全性の評価が可能となる。
【００２３】
これら圧電素子８、エネルギー蓄電部１３を備える光受信部９、ＬＥＤランプ１０、およびＬＥＤランプ制御部１１は、模擬信号付与手段としての模擬信号付与部１４を構成する。
【００２４】
なお、無線送受信部４からの無線による情報伝送の周期は、エネルギー蓄電部１３のエネルギー蓄電量によりＬＥＤランプ１０からのエネルギー発信周期に基づいて設定される。そして、無線送受信部４は、信号処理装置３内部のメモリに保存していた履歴データを伝送する場合や、連続的に振動の周期に応じて最適な伝送間隔で伝送する場合もある。
【００２５】
このように構成された本実施形態の機器モニタリング装置においては、圧電センサ２からの信号の健全性を、圧電素子８から与えた模擬信号により確認することができる。もし、想定された範囲内の信号が得られなかった場合は、校正手段としての機能も有する模擬信号付与部１４も含め、モニタリングが正常でないことが判明し、その場合には、その圧電センサを機器監視のセンサネットワークから除外してモニタリングを行うこととなる。
【００２６】
また、本実施形態では、ＬＥＤランプ１０からのエネルギーを蓄電するエネルギー蓄電部１３を設けたことにより、周囲の環境によりエネルギーの圧電センサ２への供給効率が異なる影響を未然に防止することができる。
【００２７】
次に、圧電センサの健全性を評価するための各種の工程について説明する。
【００２８】
図２は、第１実施形態においてＬＥＤランプ１０からのエネルギーを蓄電せずに圧電素子８に供給して圧電センサ２の健全性を評価する第１の評価方法を示すフローチャートである。すなわち、第１の評価方法は、ＬＥＤランプ１０からのエネルギーをエネルギー蓄電部１３で蓄電せずに光受信部９を経て圧電素子８に供給する場合を示している。なお、以下に説明する第１〜第３の評価方法は、検出対象である配管１内に流体が流れておらず、配管１が振動していない場合を前提条件としている。
【００２９】
図２に示すように、ステップＳ１では、ＬＥＤランプ制御部１１がＬＥＤランプ１０を所定の周波数などで発光させるように制御するとともに、圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００３０】
ステップＳ２では、光受信部９がＬＥＤランプ１０の光を電気エネルギーに変換し、圧電素子８に出力する。
【００３１】
ステップＳ３では、圧電素子８が光受信部９から得られた電気エネルギーにより励起され、圧電センサ２の出力を信号処理装置３に入力する。
【００３２】
ステップＳ４では、信号処理装置３が圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００３３】
ステップＳ５では、評価部１２は圧電センサ２の出力が、圧電素子８からの入力に応じた適正な値か否かを判断し、圧電センサ２の健全性を評価する。具体的には、圧電センサ８からの入力による圧電センサ２の出力は、ＬＥＤランプ１０から光受信部９に送信したエネルギーから分かる。したがって、評価部１２はＬＥＤランプ１０から送信したエネルギーと信号送受信部６から受信した圧電センサ２の出力信号の大きさから、圧電センサ２の健全性を評価することができる。また、圧電センサ２の出力信号に対して校正を行うことも可能である。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を容易に評価することができる。仮に、圧電センサ２の出力が健全でない場合は、上述したように模擬信号付与部１４も含めてモニタリングが正常でないことが判明し、その場合には、その圧電センサを機器監視のセンサネットワークから除外してモニタリングを行う。なお、このような手順で圧電センサ２の健全性を評価する場合は、エネルギー蓄電部１３が無くとも良い。
【００３４】
図３は、第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定のエネルギーが一つだけ設定されて圧電センサの健全性を評価する第２の評価方法を示すフローチャートである。この第２の評価方法は、光受信部９内のエネルギー蓄電部１３で蓄電する場合を示している。
【００３５】
図３に示すように、ステップＳ１１では、ＬＥＤランプ制御部１１がＬＥＤランプ１０を任意のパラメータで発光させるように制御するとともに、圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００３６】
ステップＳ１２では、光受信部９がＬＥＤランプ１０の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーをエネルギー蓄電部１３が蓄電する。
【００３７】
ステップＳ１３では、エネルギー蓄電部１３が所定量の電気エネルギーを蓄電した後に圧電素子８に出力する。
【００３８】
ステップＳ１４では、圧電素子８が光受信部９のエネルギー蓄電部１３から得られた所定量の電気エネルギーにより励起され、圧電センサ２の出力を信号処理装置３に入力する。
【００３９】
ステップＳ１５では、信号処理装置３が圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００４０】
ステップＳ１６では、評価部１２は圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を容易に評価することができる。
【００４１】
このように第２の評価方法によれば、エネルギー蓄電部１３で所定量の電気エネルギーを蓄電してから圧電素子８に出力するため、例えばＬＥＤランプ１０から光受信部９へのエネルギー供給が塵埃などで阻害される場合でも、圧電素子８から圧電センサ２への入力を安定させることができる。
【００４２】
図４は、第１実施形態においてエネルギー蓄電部で所定レベルのエネルギーが周波数に応じて複数設定されて圧電センサの健全性を評価する第３の評価方法を示すフローチャートである。この第３の評価方法は、前記第２の評価方法と同様に光受信部９内のエネルギー蓄電部１３で蓄電する場合を示している。
【００４３】
図４に示すように、ステップＳ２１では、ＬＥＤランプ制御部１１がＬＥＤランプ１０を、複数設定された所定の周波数から任意に選択された周波数で発光させるように制御するとともに、圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００４４】
ステップＳ２２では、光受信部９がＬＥＤランプ１０の光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーをエネルギー蓄電部１３が蓄電する。
【００４５】
ステップＳ２３では、エネルギー蓄電部１３が所定の周波数に対応するレベルの電気エネルギーを蓄電した後に圧電素子８に出力する。
【００４６】
ステップＳ２４では、圧電素子８が光受信部９のエネルギー蓄電部１３から得られた所定の周波数に対応するレベルの電気エネルギーにより励起され、圧電センサ２の出力を信号処理装置３に入力する。
【００４７】
ステップＳ２５では、信号処理装置３が圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００４８】
ステップＳ２６では、評価部１２は圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を容易に評価することができる。
【００４９】
このように第３の評価方法によれば、複数のレベルの信号によって圧電センサ２の健全性評価を行うことで、複数の評価指標が得られるため、健全性評価の信頼性が向上する。
【００５０】
図５は、第１実施形態において配管が振動しているときに差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第４の評価方法を示すフローチャートである。なお、以下に説明するステップにおいて、ステップＳ３２、ステップＳ３４〜ステップＳ３６は、評価部１２の処理を示している。また、以下に説明する第４および第５の評価方法は、検出対象である配管１内に流体が流れて配管１が振動している場合を前提条件としている。
【００５１】
図５に示すように、ステップＳ３１では、ＬＥＤランプ制御部１１が圧電センサ２を駆動させる模擬信号を送信することをＬＥＤランプ制御部１１が評価部１２に通知する。
【００５２】
ステップＳ３２では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力）を第１データとして記憶する。
【００５３】
ステップＳ３３では、圧電素子８を駆動させた際の圧電センサ２の出力を信号処理装置３で信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００５４】
ステップＳ３４では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力＋圧電素子８を駆動させた際の出力）を第２データとして記憶する。
【００５５】
ステップＳ３５では、評価部１２が第１データと第２データとを差分処理し、第３データとするデータ処理を実行する。
【００５６】
ステップＳ３６では、評価部１２は、第３データに基づいて圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を精確かつ容易に評価することができる。
【００５７】
このように第４の評価方法によれば、配管１の振動により圧電センサ２から信号が出力されている場合であっても、配管１の振動のみによる出力と、配管１の振動による出力に模擬信号が加わった出力との差分処理を行うため、実際に配管１が振動している場合でも圧電センサ２の健全性を精確かつ容易に評価することができる。
【００５８】
なお、第４の評価方法において、評価部１２は、第１データを記憶する第１の記憶手段、第２データを記憶する第２の記憶手段、データ処理を実行するデータ処理手段、および圧電センサ２の出力の健全性を評価する評価手段としての機能を有している。
【００５９】
図６は、第１実施形態において配管が振動しているときに異なるレベルで圧電素子を駆動し、差分処理を用いて圧電センサの健全性を評価する第５の評価方法を示すフローチャートである。すなわち、第５の評価方法は、エネルギー蓄電部１３における蓄電レベルが例えばＡ，Ｂについて設定されている場合を示している。また、以下に説明するステップにおいて、ステップＳ４３、ステップＳ４６〜ステップＳ４８は、評価部１２の処理を示している。
【００６０】
図６に示すように、ステップＳ４１では、ＬＥＤランプ制御部１１が蓄電レベルＡ（第１レベル）で模擬信号を送信させることを評価部１２に通知する。
【００６１】
ステップＳ４２では、信号処理装置３が圧電素子８を駆動させた際の圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００６２】
ステップＳ４３では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力＋圧電素子８のレベルＡでの駆動による出力）を第１データとして記憶する。
【００６３】
ステップＳ４４では、ＬＥＤランプ制御部１１が蓄電レベルＢ（第２レベル）で模擬信号を送信させることを評価部１２に通知する。
【００６４】
ステップＳ４５では、信号処理装置３が圧電素子８を駆動させた際の圧電センサ２の出力を信号処理し、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して評価部１２に送信する。
【００６５】
ステップＳ４６では、評価部１２が圧電センサ２の出力（実際の配管１の振動のみによる出力＋圧電素子８のレベルＢでの駆動による出力）を第２データとして記憶する。
【００６６】
ステップＳ４７では、評価部１２が第１データと第２データとを差分処理し、第３データとするデータ処理を実行する。
【００６７】
ステップＳ４８では、評価部１２は、第３データに基づいて圧電センサ２の出力の健全性を評価する。これら一連のステップを経て圧電センサ２の健全性を一段と精確に評価することができる。
【００６８】
なお、第５の評価方法において、評価部１２は、第１データを記憶する第１の記憶手段、第２データを記憶する第２の記憶手段、データ処理を実行するデータ処理手段、および圧電センサ２の出力の健全性を評価する評価手段としての機能を有している。
【００６９】
このように第５の評価方法によれば、例えば圧電センサ２の出力について、模擬信号を入力していないときの出力、レベルＡの模擬信号を加えたとき（レベルＡのエネルギーを変換した物理量を付与した状態）の出力、レベルＢの模擬信号を加えたとき（レベルＢのエネルギーを変換した物理量を付与した状態）の出力のうち、任意の組合せの差分処理を行うことで、複数の評価指標が得られ、上記第４の評価方法よりも信頼性の高い健全性評価が可能である。
【００７０】
このように本実施形態によれば、圧電センサ２へ模擬信号を出力し、その圧電センサ２の出力を評価部１２により評価することにより、長期にわたり圧電センサ２の保守作業を行うことなく圧電センサ２の健全性を容易に確認することができるため、モニタリングの健全性の確認が可能となる。
【００７１】
（第２実施形態）
図７は、本発明に係る機器モニタリング装置の第２実施形態を示すブロック図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には、同一の符号を用いて異なる構成のみを説明する。また、本実施形態は、検出対象である配管１内に流体が流れて配管１が振動している場合を前提条件としている。
【００７２】
本実施形態は、前記第１実施形態と異なり、第１センサとしての複数の圧電センサ２が取り付けられている配管１の振動を、圧電センサ２と別途に取り付けた第２センサとしての振動センサ１５を用いて実際に測定を行うようにしている。この振動センサ１５は、配管１に数個（例えば、両端付近に１つずつ）設置されており、振動センサ１５間の位置における振動は、物理量推定手段としての物理量推定部１６でシミュレーションによって算出し、その結果を振動レベル入力部１７に入力する。これら振動センサ１５、物理量推定部１６、および振動レベル入力部１７は、モニタリング手段としてのモニタリング部１８を構成する。
【００７３】
一方、圧電センサ２は、配管の大きさに応じて多数（例えば、配管１の両端に振動センサ１５が設置されている場合は、振動センサ１５間に一定距離ごとに）設置される。圧電センサ２の出力は、振動監視用の信号処理手段としての信号処理装置３に入力される。この信号処理装置３では、配管１の振動最大値の算出処理、周波数の算出処理、またはその波形や履歴データのメモリへの保存処理などの各種処理が行われる。そして、信号処理装置３の信号処理結果は、無線送受信部４から電波５によってモニタリング情報を収集するための信号送受信部６に送信される。
【００７４】
振動レベル入力部１７に入力された値と圧電センサ２で測定された値とを比較手段としての信号比較部１９で比較し、圧電センサ２の健全性を確認するとともに、信号レベルを校正する。
【００７５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００７６】
本実施形態は、通常時、配管１の振動を、振動センサ１５を用いて測定し、物理量推定部１６によって配管１全体の振動をシミュレーションで算出し、その結果を振動レベル入力部１７に入力する。
【００７７】
また、圧電センサ２の出力が信号処理装置３に入力し、この信号処理装置３で信号処理を行い、その信号を無線送受信部４から電波５によって信号送受信部６を経由して信号比較部１９に送信する。この信号比較部１９では、振動レベル入力部１７に入力された値と圧電センサ２で測定された値とを信号比較部１９で比較することで、振動レベル入力部１７に入力された値を正として圧電センサ２の健全性を確認するとともに、信号レベルを校正する。
【００７８】
一方、地震などによって配管１に定常運転で想定されるよりも遥かに過大な振動が発生した場合、定常運転を前提としている物理量推定部１６によるシミュレーション結果と実際の振動量にかい離が生じる場合が想定される。
【００７９】
この場合は、信号送受信部６、信号比較部１９、振動レベル入力部１７を介して、圧電センサ２の出力信号に基づいた配管１の振動を物理量推定部１６に入力する。この物理量推定部１６は、配管１の振動を算出した結果に圧電センサ２の出力を反映して補正した上で振動レベル入力部１７に入力する。これによって、地震時でも配管１の振動を正確に算出することが可能である。
【００８０】
なお、通常時の処理と地震などの発生時の処理との切替に関して、例えば別途プラントなどに設置された地震検出器などの信号の受信、制御室からの指示信号の受信、機器モニタリング装置自体に地震検出機器を組み込みその出力を用いる、あるいは振動センサ１５や圧電センサ２の出力信号が異常値に遷移するのをしきい値判定などによって検出して地震発生と判定する、などによって切り替える構成とすることが考えられる。
【００８１】
すなわち、本実施形態では、通常時は振動センサ１５と物理量推定部１６によって求めた配管１の振動に基づいて圧電センサ２の健全性確認および校正を行い、地震などによる異常振動の発生時には、圧電センサ２によって配管１の振動を計測し、その結果を振動センサ１５と物理量推定部１６によって求めた配管１の振動を補正することで、配管１の振動を高精度に求めることが可能である。
【００８２】
このように本実施形態によれば、圧電センサ２の周辺での実際のモニタリングデータを用いることで、保守作業を行うことなく圧電センサ２の健全性を確認することができ、また地震などによる過大な振動の発生時には圧電センサ２を用いて高精度な振動計測が可能である。
【００８３】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。例えば、上記第１実施形態で説明した第３の評価方法と第５の評価方法を併用することなどが可能である。また、上記各実施形態では、物理量として圧電センサ２を用いて配管１の振動を測定するようにしたが、圧電センサ２を他のセンサに代えて温度、歪など、その他の物理量を測定するようにしてもよい。例えば、温度を測定する場合には、圧電センサ２および圧電素子８に代えて、それぞれ熱電対およびヒータが用いられる。
【符号の説明】
【００８４】
１…配管（機器）
２…圧電センサ（第１センサ）
３…信号処理装置（信号処理手段）
４…無線送受信部
５…電波
６…信号送受信部
７…監視装置（監視手段）
８…圧電素子（エネルギー付与手段）
９…光受信部
１０…ＬＥＤランプ（エネルギー送信手段）
１１…ＬＥＤランプ制御部
１２…評価部（評価手段）
１３…エネルギー蓄電部（エネルギー蓄積手段）
１４…模擬信号付与部（模擬信号付与手段）
１５…振動センサ（第２センサ）
１６…物理量推定部（物理量推定手段）
１７…振動レベル入力部
１８…モニタリング部（モニタリング手段）
１９…信号比較部（比較手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、
前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与手段と、
前記監視手段に付与した模擬信号に基づいて前記監視手段の監視結果の健全性を確認する評価手段と、を備え、
前記監視手段は、
前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測するセンサと、
前記センサの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、
を有し、
前記模擬信号付与手段は、
エネルギーを送信するエネルギー送信手段と、
前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与手段と、
を有することを特徴とする機器モニタリング装置。
【請求項２】
前記模擬信号付与手段は、前記エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積手段を有し、このエネルギー蓄積手段のエネルギーが一定レベルに達したとき、その一定レベルのエネルギーを前記エネルギー付与手段に印加すること、
を特徴とする請求項１に記載の機器モニタリング装置。
【請求項３】
前記エネルギー蓄積手段は、蓄積するエネルギーを複数のレベルで蓄積可能としたこと、
を特徴とする請求項２に記載の機器モニタリング装置。
【請求項４】
前記評価手段は、
前記センサの出力を第１データとして記憶する第１の記憶手段と、
前記エネルギー付与手段が前記センサに物理量を付与した状態での前記センサの出力を第２データとして記憶する第２の記憶手段と、
前記第１データと前記第２データを差分処理して第３データとするデータ処理手段と、
を有し、
前記第３データに基づいて前記センサの健全性を評価すること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の機器モニタリング装置。
【請求項５】
前記エネルギー蓄積手段は、蓄積するエネルギーを第１レベル、第２レベルで蓄積可能であり、
前記評価手段は、
前記エネルギー付与手段が前記センサに前記第１レベルのエネルギーを変換した物理量を付与した状態での前記センサの出力を第１データとして記憶する第１の記憶手段と、
前記エネルギー付与手段が前記センサに前記第２レベルのエネルギーを変換した物理量を付与した状態での前記センサの出力を第２データとして記憶する第２の記憶手段と、
前記第１データと前記第２データを差分処理して第３データとするデータ処理手段と、
を有し、
前記第３データに基づいて前記センサの健全性を評価すること、
を特徴とする請求項３に記載の機器モニタリング装置。
【請求項６】
検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、
検出対象となる機器の状態をモニタリングするモニタリング手段と、
前記監視手段の監視結果と前記モニタリング手段のモニタリング結果とを比較して前記監視手段の監視結果の健全性を確認する比較手段と、を備え、
前記監視手段は、
前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第１センサと、
前記第１センサの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、
を有し、
前記モニタリング手段は、
前記機器に前記第１センサとは別に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第２センサと、
前記第２センサの計測した物理量に基づいて、前記機器の前記第２センサで計測できない位置の前記物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定手段と、
を有し、
通常時には、前記物理量推定手段の算出結果を正として前記比較手段が前記第１センサの信号と前記物理量推定手段の算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定手段の算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする機器モニタリング装置。
【請求項７】
前記センサは、振動を検出する振動センサであること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の機器モニタリング装置。
【請求項８】
前記センサは、温度を検出する温度センサであること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の機器モニタリング装置。
【請求項９】
検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、
前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与ステップと、
前記付与した模擬信号に基づいて前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する評価ステップと、を備え、
前記監視ステップは、
前記機器の物理量を計測するセンサの信号を処理する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、
を有し、
前記模擬信号付与ステップは、
エネルギーを送信するエネルギー送信ステップと、
前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与ステップと、
を有することを特徴とする機器モニタリング方法。
【請求項１０】
検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、
検出対象となる機器の状態をモニタリング手段によりモニタリングするモニタリングステップと、
前記監視ステップの監視結果と前記モニタリングステップのモニタリング結果とを比較して前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する比較ステップと、を備え、
前記監視ステップは、
前記機器の物理量を計測する第１センサの信号を処理する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、
を有し、
前記モニタリングステップは、
前記第１センサとは別に前記機器の物理量を計測する第２センサの物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定ステップと、
を有し、
通常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を正として、前記第１センサの信号と前記物理量推定ステップの算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする機器モニタリング方法。
【請求項１】
検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、
前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与手段と、
前記監視手段に付与した模擬信号に基づいて前記監視手段の監視結果の健全性を確認する評価手段と、を備え、
前記監視手段は、
前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測するセンサと、
前記センサの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、
を有し、
前記模擬信号付与手段は、
エネルギーを送信するエネルギー送信手段と、
前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与手段と、
を有することを特徴とする機器モニタリング装置。
【請求項２】
前記模擬信号付与手段は、前記エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積手段を有し、このエネルギー蓄積手段のエネルギーが一定レベルに達したとき、その一定レベルのエネルギーを前記エネルギー付与手段に印加すること、
を特徴とする請求項１に記載の機器モニタリング装置。
【請求項３】
前記エネルギー蓄積手段は、蓄積するエネルギーを複数のレベルで蓄積可能としたこと、
を特徴とする請求項２に記載の機器モニタリング装置。
【請求項４】
前記評価手段は、
前記センサの出力を第１データとして記憶する第１の記憶手段と、
前記エネルギー付与手段が前記センサに物理量を付与した状態での前記センサの出力を第２データとして記憶する第２の記憶手段と、
前記第１データと前記第２データを差分処理して第３データとするデータ処理手段と、
を有し、
前記第３データに基づいて前記センサの健全性を評価すること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の機器モニタリング装置。
【請求項５】
前記エネルギー蓄積手段は、蓄積するエネルギーを第１レベル、第２レベルで蓄積可能であり、
前記評価手段は、
前記エネルギー付与手段が前記センサに前記第１レベルのエネルギーを変換した物理量を付与した状態での前記センサの出力を第１データとして記憶する第１の記憶手段と、
前記エネルギー付与手段が前記センサに前記第２レベルのエネルギーを変換した物理量を付与した状態での前記センサの出力を第２データとして記憶する第２の記憶手段と、
前記第１データと前記第２データを差分処理して第３データとするデータ処理手段と、
を有し、
前記第３データに基づいて前記センサの健全性を評価すること、
を特徴とする請求項３に記載の機器モニタリング装置。
【請求項６】
検出対象となる機器の状態を監視する監視手段と、
検出対象となる機器の状態をモニタリングするモニタリング手段と、
前記監視手段の監視結果と前記モニタリング手段のモニタリング結果とを比較して前記監視手段の監視結果の健全性を確認する比較手段と、を備え、
前記監視手段は、
前記機器に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第１センサと、
前記第１センサの信号を処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段による信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信手段と、
を有し、
前記モニタリング手段は、
前記機器に前記第１センサとは別に取り付けられ、前記機器の物理量を計測する第２センサと、
前記第２センサの計測した物理量に基づいて、前記機器の前記第２センサで計測できない位置の前記物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定手段と、
を有し、
通常時には、前記物理量推定手段の算出結果を正として前記比較手段が前記第１センサの信号と前記物理量推定手段の算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定手段の算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする機器モニタリング装置。
【請求項７】
前記センサは、振動を検出する振動センサであること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の機器モニタリング装置。
【請求項８】
前記センサは、温度を検出する温度センサであること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の機器モニタリング装置。
【請求項９】
検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、
前記監視手段に模擬信号を付与する模擬信号付与ステップと、
前記付与した模擬信号に基づいて前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する評価ステップと、を備え、
前記監視ステップは、
前記機器の物理量を計測するセンサの信号を処理する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、
を有し、
前記模擬信号付与ステップは、
エネルギーを送信するエネルギー送信ステップと、
前記送信された量のエネルギーを得て、そのエネルギーを前記センサの計測対象である物理量に変換して前記センサに付与するエネルギー付与ステップと、
を有することを特徴とする機器モニタリング方法。
【請求項１０】
検出対象となる機器の状態を監視手段により監視する監視ステップと、
検出対象となる機器の状態をモニタリング手段によりモニタリングするモニタリングステップと、
前記監視ステップの監視結果と前記モニタリングステップのモニタリング結果とを比較して前記監視ステップの監視結果の健全性を確認する比較ステップと、を備え、
前記監視ステップは、
前記機器の物理量を計測する第１センサの信号を処理する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップによる信号処理結果の信号を無線で送信する無線送信ステップと、
を有し、
前記モニタリングステップは、
前記第１センサとは別に前記機器の物理量を計測する第２センサの物理量をシミュレーションにより算出する物理量推定ステップと、
を有し、
通常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を正として、前記第１センサの信号と前記物理量推定ステップの算出結果を比較し、前記第１センサの健全性を確認する一方、異常時には、前記物理量推定ステップの算出結果を前記第１センサの出力に基づいて補正することを特徴とする機器モニタリング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４５２６２（Ｐ２０１１−１４５２６２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３９３（Ｐ２０１０−８３９３）
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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