特許 6221624 流体種類判別装置及び流体種類判別方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6221624

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】流体種類判別装置及び流体種類判別方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/02 20060101AFI20171023BHJP

   G01B 17/00 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/02

   G01B17/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-220597(P2013-220597)

(22)【出願日】2013年10月23日

(65)【公開番号】特開2015-81865(P2015-81865A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】木代 雅巳

(72)【発明者】

【氏名】平山 紀友

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８５０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３２９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１２８８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０４６４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０７０４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０００５２５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／０−２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管外壁に設置した１つの超音波探触子から配管内の流体に超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの時間を測定する時間計測部により計測された前記流体内を伝搬した超音波の伝搬時間及び配管内径をもとに前記流体の音速を求め、該音速と流体種類との対応関係をもとに前記流体の種類を判別する流体種類判別装置であって、
前記超音波探触子は、前記配管の接面と水平な面に超音波振動子を設置して超音波を前記流体に垂直に入射させる楔を有し、
前記時間計測部は、超音波の送信から配管内壁と前記流体との界面から反射された反射波を受信するまでの第１時間と、前記流体内を横断し前記配管の反対側の配管内壁と前記流体との界面で反射された反射波を受信するまでの第２時間と、超音波の送信から前記楔と前記配管外壁との界面から反射された反射波を受信するまでの第３時間とを求め、前記第１時間と前記第２時間とをもとに前記伝搬時間を計測し、前記第３時間と、入力される配管外径と、入力される配管材質の音速とをもとに前記配管内径を求めることを特徴とする流体種類判別装置。

【請求項2】

前記配管材質と該配管材質の音速との対応関係を記憶する記憶部を有し、該対応関係をもとに前記配管材質の音速を求め、前記第３時間と、入力される前記配管外径と、前記配管材質の音速とをもとに、前記配管内径を求めることを特徴とする請求項１に記載の流体種類判別装置。

【請求項3】

前記楔と前記配管外壁とが接する箇所の周囲に、前記配管外壁に接して超音波吸収体を設置することを特徴とする請求項１または２に記載の流体種類判別装置。

【請求項4】

前記超音波吸収体は、基材にタングステンを混合したことを特徴とする請求項３に記載の流体種類判別装置。

【請求項5】

前記超音波吸収体は、基材に磁性体を混合し、シート状に加工したことを特徴とする請求項３または４に記載の流体種類判別装置。

【請求項6】

配管外壁に設置した１つの超音波探触子から配管内の流体に超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの時間を測定する時間計測部により計測された前記流体内を伝搬した超音波の伝搬時間及び配管内径をもとに前記流体の種類を判別する流体種類判別方法であって、
前記配管の接面と水平な面に超音波振動子を設置して超音波を前記流体に垂直に入射させる送受信ステップと、
超音波の送信から配管内壁と前記流体との界面から反射された反射波を受信するまでの第１時間と、前記流体内を横断し前記配管の反対側の配管内壁と前記流体との界面で反射された反射波を受信するまでの第２時間とをもとに前記伝搬時間を計測する伝搬時間計測ステップと、
前記配管の配管内径を取得する配管内径取得ステップと、
前記伝搬時間と前記配管内径とをもとに前記流体の音速を求める音速算出ステップと、
音速と流体種類との対応関係をもとに前記流体の種類を判別する流体種類判別ステップと、
を含み、
前記伝搬時間計測ステップは、超音波の送信から前記楔と前記配管外壁との界面から反射された反射波を受信するまでの第３時間を求め、
前記配管内径取得ステップは、前記第３時間と、入力される配管外径と、入力された配管材質に対して前記配管材質と該配管材質の音速との対応関係をもとに決定された配管材質の音速とをもとに前記配管内径を求めることを特徴とする流体種類判別方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、配管内を流れる流体の多様な種類を簡易かつ精度よく判別することができる流体種類判別装置及び流体種類判別方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地中には、都市ガスを供給するためのガス管や、上下水管等の配管が埋設されている。そして、配管が埋設された場所で工事を行う際、これらの配管が露出し、この露出した配管がどのような種類のものであるか不明な場合がある。このような場合、配管内部を流れる流体の種類、例えば都市ガスや水や空気などの流体の種類を判別することにより、露出した配管の種別を判定し、この配管種別ごとに適切な処置を取る必要がある。

【0003】

従来の配管内の流体の種類を判別する流体種類判別方法として、配管に穿孔を設け、この穿孔により内部流体を抽出する方法がある。また、他の配管の流体種類判別方法として、中性子水分計を用いる方法がある。この方法は、配管を壊さずに流体種類を判別することができる。さらに、他の配管の流体種類判別方法として、特許文献１に記載されているように、超音波の透過強度により流体種類を判定するものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−９４６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、穿孔により内部流体を抽出して配管内の流体の種類を判別する流体種類判別方法では、配管の流体種類判別後に穿孔を塞ぐという配管の復旧作業が必要となり、時間と労力とがかかる。

【0006】

また、中性子水分計を用いて配管内の流体の種類を判別する流体種類判別方法では、水の有無しか判らないので、判別できる流体が限られ、十分な流体種類判別を行うことができない。

【0007】

さらに、特許文献１に記載された、超音波の透過強度を用いて配管内の流体の種類を判別する流体種類判別方法では、配管内に超音波探触子を設ける必要があり、このための複雑な配管工事が必要となる。

【0008】

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配管内を流れる流体の多様な種類を簡易かつ精度よく判別することができる流体種類判別装置及び流体種類判別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】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる流体種類判別装置は、配管外壁に設置した１つの超音波探触子から配管内の流体に超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの時間を測定する時間計測部により計測された前記流体内を伝搬した超音波の伝搬時間及び配管内径をもとに前記流体の音速を求め、該音速と流体種類との対応関係をもとに前記流体の種類を判別する流体種類判別装置であって、前記超音波探触子は、前記配管の接面と水平な面に超音波振動子を設置して超音波を前記流体に垂直に入射させる楔を有し、前記時間計測部は、超音波の送信から配管内壁と前記流体との界面から反射された反射波を受信するまでの第１時間と、前記流体内を横断し前記配管の反対側の配管内壁と前記流体との界面で反射された反射波を受信するまでの第２時間とをもとに前記伝搬時間を計測することを特徴とする。

【0010】

また、この発明にかかる流体種類判別装置は、上記の発明において、前記時間計測部は、超音波の送信から前記楔と前記配管外壁との界面から反射された反射波を受信するまでの第３時間を求め、前記第３時間と、入力される配管外径と、入力される配管材質の音速とをもとに前記配管内径を求めることを特徴とする。

【0011】

また、この発明にかかる流体種類判別装置は、上記の発明において、前記配管材質と該配管材質の音速との対応関係を記憶する記憶部を有し、該対応関係をもとに前記配管材質の音速を求め、前記第３時間と、入力される前記配管外径と、前記配管材質の音速とをもとに、前記配管内径を求めることを特徴とする。

【0012】

また、この発明にかかる流体種類判別装置は、上記の発明において、前記楔と前記配管外壁とが接する箇所の周囲に、前記配管外壁に接して超音波吸収体を設置することを特徴とする。

【0013】

また、この発明にかかる流体種類判別装置は、上記の発明において、前記超音波吸収体は、基材にタングステンを混合したことを特徴とする。

【0014】

また、この発明にかかる流体種類判別装置は、上記の発明において、前記超音波吸収体は、基材に磁性体を混合し、シート状に加工したことを特徴とする。

【0015】

また、この発明にかかる流体種類判別方法は、配管外壁に設置した１つの超音波探触子から配管内の流体に超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの時間を測定する時間計測部により計測された前記流体内を伝搬した超音波の伝搬時間及び配管内径をもとに前記流体の種類を判別する流体種類判別方法であって、前記配管の接面と水平な面に超音波振動子を設置して超音波を前記流体に垂直に入射させる送受信ステップと、超音波の送信から配管内壁と前記流体との界面から反射された反射波を受信するまでの第１時間と、前記流体内を横断し前記配管の反対側の配管内壁と前記流体との界面で反射された反射波を受信するまでの第２時間とをもとに前記伝搬時間を計測する伝搬時間計測ステップと、前記配管の配管内径を取得する配管内径取得ステップと、前記伝搬時間と前記配管内径とをもとに前記流体の音速を求める音速算出ステップと、音速と流体種類との対応関係をもとに前記流体の種類を判別する流体種類判別ステップと、を含むことを特徴とする。

【0016】

また、この発明にかかる流体種類判別方法は、上記の発明において、前記伝搬時間計測ステップは、超音波の送信から前記楔と前記配管外壁との界面から反射された反射波を受信するまでの第３時間を求め、前記配管内径取得ステップは、前記第３時間と、入力される配管外径と、入力された配管材質に対して前記配管材質と該配管材質の音速との対応関係をもとに決定された配管材質の音速とをもとに前記配管内径を求めることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

この発明によれば、配管外壁に設置した１つの超音波探触子から配管内の流体に超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの時間を測定する時間計測部により計測された前記流体内を伝搬した超音波の伝搬時間及び配管内径をもとに前記流体の音速を求め、該音速と流体種類との対応関係をもとに前記流体の種類を判別するものであって、前記超音波探触子は、前記配管の接面と水平な面に超音波振動子を設置して超音波を前記流体に垂直に入射させる楔を有し、前記時間計測部は、超音波の送信から配管内壁と前記流体との界面から反射された反射波を受信するまでの第１時間と、前記流体内を横断し前記配管の反対側の配管内壁と前記流体との界面で反射された反射波を受信するまでの第２時間とをもとに前記伝搬時間を計測するようにしている。この結果、配管内を流れる流体の多様な種類を簡易かつ精度よく判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、この発明の実施の形態である流体種類判別装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】図２は、超音波振動子から配管に向けて出射された超音波信号の反射波の状態を示す模式図である。

【図3】図３は、超音波振動子で送信された超音波信号に対する反射波を超音波振動子が受信するタイムチャートである。

【図4】図４は、流体種類判別部による流体種類判別処理手順を示すフローチャートである。

【図5】図５は、配管内径の取得処理手順を示す詳細フローチャートである。

【図6】図６は、配管内を多重反射して伝わる干渉波の一例を示す模式図である。

【図7】図７は、配管内を多重反射しフランジで反射する干渉波の一例を示す模式図である。

【図8】図８は、配管内を多重反射して伝わる干渉波を超音波吸収体によって減衰させる状態を示す模式図である。

【図9】図９は、配管の円周の半分以下の範囲を覆うように超音波吸収体を設けた一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

【0020】

（全体構成）
図１は、この発明の実施の形態である流体種類判別装置の全体構成を示す模式図である。図１において、流体種類判別装置１は、配管１００内を流れる流体１０３の種類を判別するものである。

【0021】

図１に示すように、流体種類判別装置１は、測定部１０と装置本体２０とを有する。測定部１０は、超音波振動子１１と楔１２とを有する。超音波振動子１１と楔１２とは、楔１２下部が配管１００の配管外壁１０１に接する接面と、楔１２上部が超音波振動子１１を設置する設置面とが平行になっており、配管外壁１０１の接面に対して超音波を垂直に照射して透過させる構造となっている。なお、楔１２の下部には、楔１２の下部と配管外壁１０１との間における超音波の透過率が悪い空気などの存在をなくすため、超音波カプラとして機能する超音波接続媒体１３を設けている。この超音波接続媒体１３は、精製水、アルコール、シリコンなどによって実現される。超音波接続媒体１３は、液状、ゲル状、ゴム状などのいずれの形態であってもよい。なお、超音波振動子１１、楔１２、及び超音波接続媒体１３は、超音波探触子１４を形成する。また、超音波探触子１４の周囲の配管外壁１０１には、配管１００の肉厚部を多重反射して伝わる干渉波を吸収する超音波吸収体１５が配置される。測定部１０は、超音波探触子１４と超音波吸収体１５とからなる。

【0022】

装置本体２０は、送信部２１、受信部２２、スイッチ２３、時間計測部２４、流体種類判別部２５、記憶部２６、及び入出力部２７を有し、各部は制御部２８に接続される。スイッチ２３は、超音波振動子１１に電気的に接続される。

【0023】

送信部２１は、超音波振動子１１に超音波信号を生成させる超音波送信パルス電気信号を生成し、スイッチ２３を介して超音波振動子１１に出力する。超音波振動子１１は、超音波送信パルス電気信号によって超音波信号を生成する。生成された超音波信号は、楔１２を介して配管１００を透過し、流体１０３内に入射する。流体１０３内に入射した超音波信号は、超音波探触子１４の配置位置と反対側の配管内壁１０２で反射し、流体１０３内を一往復し、配管１００を再び透過し、楔１２を介して超音波振動子１１に入射する。超音波振動子１１に入射した超音波信号は、超音波振動子１１によって超音波受信パルス電気信号に変換され、受信部２２に出力される。なお、制御部２８は、超音波送信パルス電気信号の送信時のみ、スイッチ２３を送信部２１側に接続し、超音波送信パルス電気信号の送信後における超音波受信パルス電気信号の受信時にはスイッチ２３を受信部２２側に接続する。

【0024】

時間計測部２４は、送信部２１が送信した超音波送信パルス電気信号の送信時刻（超音波振動子１１から超音波信号を送信した時刻）と受信部２２が受信した超音波受信パルス電気信号の受信時刻（超音波振動子１１が超音波信号の反射波を受信した時刻）とをもとに、配管１００に対して垂直に入射された超音波信号が流体１０３内を一往復する伝搬時間を計測する。

【0025】

ここで、図２に示すように、超音波振動子１１から出射された超音波信号の反射波にはＳａ，Ｓｂ，Ｓｃの３つがある。反射波Ｓａは、超音波振動子１１から出射された超音波信号のうち、一部が楔１２と配管外壁１０１との界面で反射して超音波振動子１１に戻ってきたものである。反射波Ｓｂは、楔１２と配管外壁１０１との界面を透過した超音波信号のうち、一部が配管内壁１０２と流体１０３との界面で反射して超音波振動子１１に戻ってきたものである。反射波Ｓｃは、配管内壁１０２と流体１０３との界面を透過した超音波信号が、流体１０３内を横断し、反対側の配管内壁１０２で反射して、流体１０３内を一往復した後、配管１００及び楔１２を透過して超音波振動子１１に戻ってきたものである。

【0026】

図３は、超音波振動子１１で送信された超音波信号Ｓに対する反射波Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを超音波振動子１１が受信するタイムチャートである。図３に示すように、時間ｔａは、超音波振動子１１が超音波信号Ｓを送信してから反射波Ｓａを受信するまでの時間（第３時間）である。時間ｔｂは、超音波振動子１１が超音波信号Ｓを送信してから反射波Ｓｂを受信するまでの時間（第１時間）である。時間ｔｃは、超音波振動子１１が超音波信号Ｓを送信してから反射波Ｓｃを受信するまでの時間（第２時間）である。

【0027】

時間計測部２４は、上述したように、配管１００に対して垂直に入射された超音波信号が流体１０３内を一往復する伝搬時間ｔｆを、次式（１）によって求める。すなわち、
ｔｆ＝ｔｃ−ｔｂ …（１）

【0028】

（配管内径Ｄｉが既知の場合の流体種類判別）
流体種類判別部２５は、配管内径Ｄｉの２倍を、時間計測部２４が求めた伝搬時間ｔｆで除算して流体１０３の音速を求める。ここで、記憶部２６は、音速対流体種類関係情報ＤＴ１を保持している。音速対流体種類関係情報ＤＴ１は、流体の種類によって定まる固有の音速と、流体種類との関係を示している。例えば、流体種類が都市ガスの場合、都市ガスはメタンを主成分としており、その音速は約４３０ｍ／ｓである。また、流体種類が水の場合、その音速は約１５００ｍ／ｓである。また、流体種類が空気の場合、その音速は約３４０ｍ／ｓである。一方、配管内径Ｄｉは、入出力部２７から入力される既知の値である。地下に埋設される配管１００の配管内径Ｄｉと配管外径ＤｏとはＪＩＳ等によって規格化されており、計測対象の配管１００の配管外面の規格表記を読み取ることによって配管内径Ｄｉを知ることができる。すなわち、流体種類判別部２５は、配管内径Ｄｉの２倍を伝搬時間ｔｆで除算して流体１０３の音速を求め、この求めた音速に対する流体種類を、音速対流体種類関係情報ＤＴ１を参照して判別する。制御部２８は、流体種類判別部２５が判別した流体種類を入出力部２７から出力する。

【0029】

（配管内径Ｄｉが未知の場合の流体種類判別）
一方、古い配管や埋設された配管では、規格表記が薄くなって判読が不能であったり、規格表記の箇所が埋まっていて見ることができない場合も多い。また、規格表記そのものが無い配管もある。このような場合、流体種類判別部２５は、時間ｔａ（第３時間）、配管外径Ｄｏ、及び配管材質を用いて配管内径Ｄｉを推定する。この配管内径Ｄｉが推定できれば、流体種類判別部２５は、配管内径Ｄｉが既知の場合と同様にして流体種類判別処理を行うことができる。

【0030】

配管外径Ｄｏは、配管１００を半分ほど掘り起こせば、実測することができる。また、配管１００の配管材質は外観によって判断することができる。この配管外径Ｄｏと配管材質とは入出力部２７から入力される。

【0031】

流体種類判別部２５は、記憶部２６に予め保持された配管材質対音速関係情報ＤＴ２をもとに、入力された配管材質に対する配管１００の音速を求める。例えば、配管材質が鉄やステンレスなどの金属に対しては音速が約６０００ｍ／ｓ、配管材質がプラスチックであるポリ塩化ビニルに対しては音速が約２３００ｍ／ｓ、配管材質がプラスチックであるポリエチレンに対しては音速が約１９００ｍ／ｓである。そして、配管材質が金属であるかプラスチックであるかの目視判別は容易である。このため、配管材質対音速関係情報ＤＴ２には、配管材質が金属の場合には配管１００の音速Ｃｐを６０００ｍ／ｓ、配管材質がプラスチックの場合には配管１００の音速Ｃｐを２０００ｍ／ｓとして保持される。

【0032】

流体種類判別部２５は、配管外径Ｄｏ、配管１００の音速Ｃｐ、時間ｔｂ、時間ｔａを用い、次式（２）によって配管内径Ｄｉを求める。すなわち、
Ｄｉ＝Ｄｏ−Ｃｐ（ｔｂ−ｔａ） …（２）
ここで、Ｃｐ（ｔｂ−ｔａ）の値は、配管１００の肉厚の２倍に相当する。

【0033】

ところで、式（２）では、配管１００の音速Ｃｐを推定しているので配管内径Ｄｉの値には誤差がある。しかし、例えば、配管外径Ｄｏから配管１００の肉厚を推定しようとすれば、口径５０Ａ（５０ｍｍ）の場合で、金属管で肉厚が１．５〜９ｍｍ、プラスチック管で肉厚が２〜８ｍｍであり、偏差が大きく、誤差が大きくなる。一方、配管１００の音速Ｃｐの配管材質の違いによる偏差は、配管材質が金属であるかプラスチックであるかを目視にて判別可能であるので、上述したように配管１００の音速Ｃｐを推定する場合の方が肉厚を精度よく推定できる。その結果、この実施の形態では、精度の高い配管内径Ｄｉを求めることができる。

【0034】

（流体種類判別処理）
ここで、図４及び図５に示したフローチャートをもとに流体種類判別部２５による流体種類判別処理手順について説明する。まず、図４に示すように、流体種類判別部２５は、時間計測部２４から時間ｔａ、ｔｂ、ｔｃを取得する（ステップＳ１０１）。その後、式（１）によって伝搬時間ｔｆを算出する（ステップＳ１０２）。その後、入出力部２７によって入力された配管内径Ｄｉあるいは式（２）によって算出された配管内径Ｄｉを取得する配管内径Ｄｉの取得処理を行う（ステップＳ１０３）。

【0035】

その後、流体種類判別部２５は、配管内径Ｄｉの２倍を伝搬時間ｔｆで除算して流体１０３の音速を算出する（ステップＳ１０４）。さらに、流体種類判別部２５は、音速対流体種類関係情報ＤＴ１を用いて、求めた音速に対応する流体種類を判別し（ステップＳ１０５）、この流体種類を入出力部２７から出力し（ステップＳ１０６）、本処理を終了する。

【0036】

図５は、ステップＳ１０３に示した配管内径Ｄｉの取得処理手順の詳細フローチャートである。図５に示すように、流体種類判別部２５は、まず、配管内径Ｄｉが入出力部２７によって入力済みであるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。配管内径Ｄｉが入力済みである場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）には、そのままステップＳ１０３にリターンする。

【0037】

一方、配管内径Ｄｉが入力済みでない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、入出力部２７から入力された配管外径Ｄｏ及び配管材質を取得する（ステップＳ２０２）。その後、流体種類判別部２５は、配管材質対音速関係情報ＤＴ２をもとに、取得された配管材質に対応する配管１００の音速Ｃｐを決定する（ステップＳ２０３）。その後、流体種類判別部２５は、式（２）を用いて、配管内径Ｄｉを算出し（ステップＳ２０４）、ステップＳ１０３にリターンする。

【0038】

（超音波吸収体）
ところで、楔１２と配管外壁１０１との接面から入射される超音波信号は、配管１００内を導波路として一部が多重反射して伝わる。例えば、図６に示すように、配管１００内を多重反射して伝わる干渉波は、配管１００内を何周かして超音波振動子１１にまで戻ってくる場合がある。また、図７は、配管１００の縦断面図であり、図７に示すように、配管１００内を伝わる干渉波が、配管１００の軸方向端部などに設けられたフランジ１３０で反射して超音波振動子１１に戻ってくる場合もある。なお、図７に示した実線は往きの超音波信号を表し、破線はフランジ１３０で反射して超音波振動子１１に戻ってくる超音波信号を表している。これらの干渉波は、図３に示した反射波Ｓｃと時間的に重なり、あるいは反射波Ｓｃの受信時刻の近傍にある場合には、時間ｔｃに対する測定誤差を生じさせる。

【0039】

そこで、図１及び図８に示すように、超音波探触子１４の周囲の配管外壁１０１表面に超音波吸収体１５を設けている。超音波吸収体１５は、基材がゴムや粘土などの超音波を減衰させる物質でできている。図８に示すように、干渉波は、配管１００内を多重反射する度に、その一部が超音波吸収体１５に透過し、超音波吸収体１５内で減衰して消滅する。従って、干渉波は、超音波吸収体１５と配管外壁１０１とが接する配管部分を通過する間に、その大部分が消失してしまう。このため、反射波Ｓｃの受信時点に対して干渉波が重なったり、近傍に存在することによって発生する反射波Ｓｃの測定誤差を抑制することができる。なお、超音波吸収体１５は配管１００の円周方向のみならず、配管１００の軸方向にも配置され、超音波探触子１４の四方を囲むように設けることが好ましい。これによって、図７に示したフランジ１３０によって反射してくる干渉波を吸収することができる。

【0040】

なお、超音波吸収体１５は、図９に示すように、配管１００の円周の半分以下の範囲を覆うようにすることが望ましい。この場合、配管１００を半分ほど掘り起こせば、配管外径Ｄｏの測定、超音波吸収体１５の設置、測定部１０の設置の全てを容易に行うことが可能となる。

【0041】

また、超音波吸収体１５は、配管１００が金属の場合、ゴムや粘土といった基材にタングステン粒子を混合し、比重を増して干渉波の吸収効果を上昇させることが好ましい。これは、配管１００と超音波吸収体１５との比重が近いと、干渉波が超音波吸収体１５に透過する割合が増え、超音波吸収の効果を増大させることができるからである。なお、一般に、超音波吸収体１５の基材となるゴムや粘土の比重は１〜２程度であり、金属配管の比重が約８であることに対して大きな差があり、タングステンは比重が約１９のタングステンを混ぜることにより、超音波吸収体１５の比重を金属配管に近づけることができる。

【0042】

さらに、配管１００が鉄や鋼のような磁性体の場合、超音波吸収体１５に磁性体を混合し、シート状に加工して磁化し、マグネットシートとすることが好ましい。超音波吸収体１５をシート状とすることによって超音波吸収体１５の配管１００への設置を容易に行うことができる。また、磁性体として鉄を用いた場合、比重が８で小さいため、比重の大きいタングステンを一緒に混ぜることが好ましい。

【0043】

上述した実施の形態では、１つの超音波探触子１４から配管１００の配管外壁１０１に対して垂直に超音波信号を入射するようにしている。この結果、配管１００を壊さず、かつ、簡単に設置できる構造で、多様な種類の配管内の流体１０３を判別することができる。

【0044】

従来の超音波探触子のように、超音波信号を配管に対して斜めに入射する一対の超音波探触子を用い、流体内の伝搬時間を計測して音速を求める構成では、その構成が複雑である。また、従来の超音波探触子では、超音波信号が配管に対して斜め入射であることから、本実施の形態のように反射波Ｓａ、Ｓｂを得ることができず、配管１００の肉厚を求めることができず、精度の低い流体種類判別となる。さらに、従来の超音波探触子では、超音波信号が配管に対して斜め入射であり、この配管から流体への入射角設定は、スネルの法則に従って流体内の音速により変化する。したがって、配管内の流体が未知の場合、この入射角を特定することができない。その結果、一対の超音波探触子の最適な取付間隔を特定することができないため、測定誤差が生じやすい。

【0045】

これに対し、上述した実施の形態では、流体１０３内を超音波信号が通過する伝搬時間ｔｆを正確に計測でき、また配管１００の肉厚が不明な場合でも配管内径Ｄｉを容易に推定できるので、精度良く流体の音速を求めることができ、この結果、精度の高い流体種類を判別することができる。

【0046】

さらに、上述した実施の形態では、超音波吸収体１５によって、配管１００内を多重反射して回り込んでくる干渉波を低減できるので、干渉波の影響を抑制でき、更に正確な伝搬時間ｔｆの計測が可能となり、結果的に、精度の高い流体種類を判別することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 流体種類判別装置
１０ 測定部
１１ 超音波振動子
１２ 楔
１３ 超音波接続媒体
１４ 超音波探触子
１５ 超音波吸収体
２０ 装置本体
２１ 送信部
２２ 受信部
２３ スイッチ
２４ 時間計測部
２５ 流体種類判別部
２６ 記憶部
２７ 入出力部
２８ 制御部
１００ 配管
１０１ 配管外壁
１０２ 配管内壁
１０３ 流体
１３０ フランジ
Ｃｐ 音速
Ｄｉ 配管内径
Ｄｏ 配管外径
ＤＴ１ 音速対流体種類関係情報
ＤＴ２ 配管材質対音速関係情報
Ｓ 超音波信号
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ 反射波
ｔａ，ｔｂ，ｔｃ 時間
ｔｆ 伝搬時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】