泄露检测器、泄露检测方法及配管网的监视装置的制造方法_3

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检测器(6);分别连接于各泄露检 测器(6)的无线通信机(7);接受从各无线通信机(7)送来的信息并予以解析的解析装置 ⑶。
[0118] 如图2及图3所示,泄露检测器(6)包括:压电元件(9);电连接于压电元件(9) 的控制基板(10)。压电元件(9)设为聚偏氟乙烯拉伸膜(PVDF膜)。
[0119] 当流体在配管网⑵内流动时,在管(3)及接头(4) (5),由于来自流体作用的力而 产生细小的振动、应变。与此相伴,对贴附在接头(4) (5)的压电元件(9)付与的压力发生 变动,在压电元件(9)中压力变动被转换为电荷信号。
[0120] 如图3所示,在控制基板(10)设置有电源用电容器(蓄电元件)(11)、充电放大器 (12)、控制电路(13)、无线电路(14)等。
[0121] 在压电元件(9)所得的电荷,其一部分被送到电容器(11),余部被送到充电放大 器(12)。
[0122] 电容器(11)蓄积电荷,以将规定的电压供给到泄露检测器(6)的各部分(充电放 大器(12)、控制电路(13)、无线电路(14)等)。
[0123] 此外,也可以使用外部电源而省略电容器(11)。在作为电源使用电池的情况下,必 需更换电池,而通过将在压电元件(9)所得的电荷用作电源,就不需要进行电池交换。
[0124] 在充电放大器(12)中,在压电元件(9)所得的电荷信号被放大。压电元件(9),其 输出阻抗非常大,所以容易出现噪声的影响,而通过使用充电放大器(12)就能够使电荷信 号放大并作为电压信号予以正确地取出。
[0125] 从充电放大器(12)输出的电压信号,在控制电路(13)中被处理后,作为监视信息 经由无线电路(14)被发送到解析装置(8)。各泄露检测器(6)附带有地址信息,通过计算 机等解析装置(8)能够监视配管网(2)的固定部位的压力变动。
[0126] 压力变动中有由正常的流体流动产生的和在异常时产生的,所以能够通过在控制 电路(13)上预先设置适宜的判定单元,从而能够使得仅在发生异常时,输出监视信息(异 常信息)。
[0127] 在图1中,A、B及C所示位置的正常的电荷信号,例如变为图5所示那样的电荷信 号。假设在图1中P所示位置管(3)破损而发生漏水的情况下,电荷信号例如变为图6所 示那样的电荷信号。即,处于破损部位附近(位置B及位置C)的泄露检测器(6)的电压信 号,由于流体流动而超出正常范围较大地振动,处于最接近破损部位的位置(位置C)的泄 露检测器(6)的电压信号变动最大(不仅是电压的大小还包括振动的频率)。
[0128] 因此,关于从充电放大器(12)输出的电压信号,能够预先设定电压输出的上下 限、振动的频带的基准值,将电压信号与基准值进行比较,在电压信号超过基准值的情况下 判定为异常。这样,能够检测到由漏水产生的过度振动,能够确定漏水部位。
[0129] 解析装置(8)设置在中央处理室等处,即使是由埋设于地下的配管和处于高处的 配管等那样的难以通过人工进行检测的配管形成的配管网(2),也能够容易地检测到其异 常。
[0130] 泄露检测器(6)也可以安装于管(3)而取代接头(4) (5),该情况下,只要如图4所 示、将由聚偏氟乙烯的拉伸膜形成的压电元件(9)贴附于管(3)周围并将该压电元件(9) 与控制基板(10)连接即可。
[0131] 此外,上述实施方式中,通过在控制电路(13)预先设置适宜的判定单元,从而使 得仅在发生异常时输出监视信息(异常信息),但也可以将判定单元设置于解析装置(8), 从泄露检测器(6)将从充电放大器(12)输出的电压信号原样向解析装置(8)发送。
[0132] 下面示出泄露检测器(6)的优选实施方式。
[0133] 如图7所示,泄露检测器(6)的第1实施方式具备:铁制的基座(21);被设置于 基座(21)上的压电元件(9);在压电元件(9)的两面涂敷银糊而形成的上下一对薄膜电极 (22) (23);被层叠于上侧的薄膜电极(22)之上的重物(24)。在基座(21)与重物(24)分 别安装有引线(25) (26)。在引线(25) (26)连接有构成解析装置(8)的示波器和数据记录 器等,由此,测定基座(21)与重物(24)之间的电位差并记录于解析装置(8)。
[0134] 压电元件(9)由作为高分子压电材料的聚偏氟乙烯的拉伸膜(PVDF膜)形成。由 压电元件(9)与重物(24)形成的系统的共振频率fo=V(k/M)/2JT(k为压电元件的弹性 常数,Μ为重物的质量)被设定为10Hz~1000Hz。
[0135] 当在配管(2)内发生漏水时,在合成树脂管(3)及合成树脂接头(4) (5)产生振动 声。相伴于此,对贴附在合成树脂接头(4) (5)的泄露检测器(6)的压电元件(9)付与的压 力发生变动,在压电元件(9)中压力变动转换成电荷信号。
[0136]实验性地,将口径75mm的聚氯乙烯制的配管(2)固定于基座(21),在据此10m的 地点以恒定的力用锤敲击聚氯乙烯制的合成树脂管(3)。将此时的波形(漏水音)的频谱 示于图24。在低于1000Hz的低频侧的频带记录到较大的信号。
[0137] 作为比较,将压电材料为锆钛酸铅的情况下的波形(漏水音)的频谱示于图25。 可知,图25中几乎没有包含在图24所得的合成树脂管(3)的特征性振动即低频区域的信 号。
[0138]S卩,根据图7所示的泄露检测器(6),对于由以往检测宽度的聚氯乙烯制合成树脂 管(3)的漏水产生的振动声,灵敏度变高。因此,能够将泄露检测器(6)的设置间距取得较 长,所以能够实现有效的合成树脂管(3)的漏水调查。
[0139] 在图7中,压电元件(9)的整个面被支承于基座(21),但是支承方法并不限定于 此,也可以设为以下所示那样的实施方式。
[0140] 如图8所示,泄露检测器(6)的第2实施方式具备:铁制的基座(21);被设置于基 座(21)上的压电元件(9);下端部被固定于基座(21)而用上端部支承压电元件(9)的支柱 (支承机构)(27);在压电元件(9)的两面涂敷银糊而形成的上下一对薄膜电极(22) (23); 被层叠于上侧的薄膜电极(22)之上的重物(28)。支柱(27)与上侧及下侧的薄膜电极(22) (23)之间绝缘,在各薄膜电极(22) (23)安装有引线(25) (26)。在引线(25) (26)连接有解 析装置(8),由此,测定上侧的薄膜电极(22)与下侧的薄膜电极(23)之间的电位差并记录 于解析装置(8)。
[0141] 该实施方式中,支柱(27)对压电元件(9)的支承设为悬臂支承,压电元件(9)的 一端部被支承于支柱(27)的上端部,重物(28)被层叠于压电元件(9)的另一端部。
[0142] 压电元件(9)由作为高分子压电材料的聚偏氟乙烯的拉伸膜(PVDF膜)形成。压 电元件(9)的一端被支承,从而弹性常数k可如下这样表示。
[0143]k= 3EJ/L3(J=bh3/12)
[0144] E:压电材料的弹性常数J:截面惯性矩L:长度(图8的左右方向的尺寸)b:宽度 (图8的纸面表里方向的尺寸)h:高度(图8的上下方向的尺寸)
[0145] 由压电元件(9)与重物(28)形成的系统的共振频率fo=V(k/M)/2π被设定为 10Hz~1000Hz。
[0146] 该实施方式中,通过从引线(25) (26)上测定电位差,也能够与图24所示同样地, 计测合成树脂管(3)的特征性振动即低频区域的信号。
[0147] 上述内容中示出了对1个支承机构固定1个压电元件的例子,但是不限定于此,也 可以通过对1个支承机构固定多个压电元件并具备与其相应的重物,而成为具有多个悬臂 梁的结构。
[0148] 如图9所示,泄露检测器(6)的第3实施方式具备:铁制的基座(21);被设置于基 座(21)上的压电元件(9);下端部被支承于基座(21)而用上端部支承压电元件(9)的一 对支柱(支承机构)(29) (30);在压电元件(9)的两面涂敷银糊而形成的上下一对薄膜电 极(22) (23);被层叠于上侧的薄膜电极(22)之上的重物(31)。各支柱(29) (30)与上侧及 下侧的薄膜电极(22) (23)之间绝缘,在各薄膜电极(22) (23)安装有引线(25) (26)。在引 线(25) (26)连接有解析装置(8),由此,测定上下一对薄膜电极(22) (23)之间的电位差并 记录于解析装置(8)。
[0149] 该实施方式中,支柱(29) (30)对压电元件(9)的支承设为双臂支承,压电元件(9) 的两个端部被支承于支柱(29) (30)的上端部,重物(31)被层叠于压电元件(9)的中央部。
[0150] 压电元件(9)由聚偏氟乙烯的拉伸膜(PVDF膜)形成。压电元件(9)的两端被支 承,从而弹性常数k可如下这样表示。
[0151]k= 192EJ/L3(J=bh3/12)
[0152] E:压电材料的弹性常数J:截面惯性矩L:长度(图9的左右方向的尺寸)b:宽度 (图9的纸面表里方向的尺寸)h:高度(图9的上下方向的尺寸)
[0153] 由压电元件(9)与重物(31)形成的系统的共振频率fo=V(k/M)/2π被设定为 10Hz~1000Hz。
[0154] 该实施方式中,通过从引线(25) (26)上测定电位差,也能够与图24所示同样地, 计测合成树脂管(3)的特征性振动即低频区域的信号。
[0155] 上述第3实施方式的泄露检测器(6)中的压电元件(9)及薄膜电极(22) (23)的 形状,未特别限定,通过如图10所示设为与支柱(29) (30)间的距离相对应的长度比与之垂 直的宽度长的长方形,能够将弯曲变形量设定地较大。在想减小共振频率的情况下,可以通 过设为更细长的长方形来应对。图10中示出了与第3实施方式相对应的图,但是关于图8 所示的第2实施方式的泄露检测器(6)中的压电元件(9)及薄膜电极(22) (23)的形状也 是同样的。
[0156] 在图9及图10所示的第3实施方式中,关于长方形的压电元件(9)的支承位置与 重物(31)的负载位置的关系,压电元件(9)在两端部被被支承(即双臂支承)、重物(31) 的重量被负载与压电元件(9)的中央部,但是也可以设为压电元件的中央部被支承、重物 被负载于两端部,在该情况下,压电元件的支承能够视为有2个悬臂支承,能够与第2实施 方式同等程度地将弹性常数k设定得较大。
[0157] 另外,在图9及图10所示的第3实施方式中,长方形的压电元件(9)的两端部被 支承,但是即使将压电元件的形状设为正方形或圆形,支承压电元件(9)的(不是两端部) 周缘部而将重物(33)层叠于压电元件(9)的中央部,也能够得到同样的效果。将该实施方 式示于图11及图12。
[0158] 在图11及图12中,泄露检测器(6)的第4实施方式具备:铁制的基座(21);被设 置于基座(21)上的圆形的压电元件(9);下端部被固定于基座(21)而用上端部支承压电 元件(9)的圆筒状的支柱(支承机构)(32);在压电元件(9)的两面涂敷银糊而形成的上 下一对薄膜电极(22) (23);被层叠于上侧的薄膜电极(22)之上的重物(33)。支柱(32)与 上侧及下侧的薄膜电极(22) (23)之间绝缘,在各薄膜电极(22) (23)安装有引线(25) (26)。 在引线(25) (26)连接有解析装置(8),由此,测定上下一对薄膜电极(22) (23)之间的电位 差并记录于解析装置(8)。
[0159] 该实施方式中,支柱(32)对压电元件(9)的支承被设为周缘部支承,压电元件(9) 的周缘部(成为环状)被支承于支柱(32)的上端部。另外,重物(33)被层叠于圆形的压 电元件(9)的中心部分。
[0160] 压电元件(9)由聚偏氟乙烯的拉伸膜(PVDF膜)形成。压电元件(9)的周缘部被 支承,从而压缩变形变小、弯曲变形变大,能够与双臂支承同等程度地将弹性常数k设定得 较大。
[0161] 虽然省略了图示,但是也可以在第4实施方式中的压电元件(9)的周缘部支承?中 心部分使重物(33)的关系逆转,用圆柱状的支承机构支承压电元件(9)的中央部,并且在 压电元件(9)的周缘部层叠环状的重物。通过用圆柱状的支承机构支承压电元件(9)的中 央部,并且在压电元
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