埋設配管破損位置の検出方法及び装置
【課題】地中に埋設されたガス配管の開口破損位置の探知性能を向上する。
【解決手段】埋設配管10内部に音波を伝播させ、該埋設配管10内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管10に生じた開口破損箇所11の位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行う。ここで、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号や周波数を時間変化させた信号を使用することができる。
【解決手段】埋設配管10内部に音波を伝播させ、該埋設配管10内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管10に生じた開口破損箇所11の位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行う。ここで、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号や周波数を時間変化させた信号を使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、埋設配管破損位置の検出方法及び装置に係り、特に、地中に埋設したガス配管に発生した開口破損位置を、配管を掘り出すことなく地上での探査により検出することが可能な埋設配管破損位置の検出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
地震などにより地中に埋設した配管に発生した開口破損位置を、配管を掘り出すことなく地上から探査することは、迅速に復旧する上で非常に重要である。特に、メインラインの太い配管でなく、各家庭内への配管における末端のソケットは外れ易いので、その必要性が高い。
【0003】
従来、配管の一種であるガス配管の開口破損位置を検出する場合は、ガス配管網の特定部位を区画し、この区間のガス配管内のみに窒素ガス等によりガス圧を掛けて、ゲージ圧が低下するかどうかを判別しながら、区画を順次狭くして、漏洩位置を推定していた。
【0004】
また、効率的な管路検査方法として、地中に埋設された都市ガス配管のように、被覆層(土)により隠蔽されたガス配管の開口端部で音を発生させて、ガス配管内に音波を伝播させ、ガス配管内を伝播する音波を被覆層外の複数の位置で受信して、受信される音量の空間的な分布を求め、求められる受信音量の分布から、ガス配管の位置または、ガス配管に発生している開口破損位置を推定する方法が特許文献1で提案されている。
【0005】
しかしながら、特許文献1に示す計測方法では、土壌を伝播するため音波は著しく低下すること、計測に使用する数百Hz程度の音波と近似した周波数の音波(高周波音は土を通らない)が周辺環境に存在することから、配管に伝播させた音波を抽出することが難しい。
【0006】
そこで、高い音量を得るために、特許文献1の技術において、検査作業前に、異なる周波数を配管内に伝播させて、音量が最大となる周波数を求めて計測に使用する方法、もしくは、配管径と音速に基づいて決まる共鳴周波数を計測に使用する方法が特許文献2で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平8−271370号公報
【特許文献2】特開平11−142280号公報
【特許文献3】特開平6−294793号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献2の方法は、配管内に伝播させる音量を増幅させるための手段であるため、その効果は限定的である。即ち、実用上では、配管形状(内径や長さ)、埋設環境、開口破損形状(開口サイズ)や位置などの諸条件により、適正な周波数が変化するため、事前の周波数調整は、調整位置の最適値にすぎず、開口破損形状や位置の変化には対応できない。共鳴周波数に関しても、配管の分岐や径の変化、開口破損形状や位置の変化に対応できない。
【0009】
また、計測データの評価では、実際に配管内を伝播した音を周辺環境の音から抽出する必要があるが、送信した音波が選択した単一の周波数の場合、周囲の音から分離、抽出する精度にも限界がある。
【0010】
一方、本発明に類似するものとして、特許文献3には、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定に際して、擬似ランダムコードに従って発振源を励起し、受信器で発振信号との相関を取ることによって、他の雑音と識別することが提案されているが、そのままでは埋設配管の破損位置の検出に用いることができなかった。
【0011】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、埋設配管破損位置の検出に際して、様々な配管条件、埋設環境、開口破損状況に対応可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行うことにより、前記課題を解決したものである。
【0013】
ここで、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用することができる。
【0014】
又、前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用することができる。
【0015】
又、前記周波数を時間変化させた信号を、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返したものとすることができる。
【0016】
本発明は、又、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波として、周波数が特定の範囲において均一となる音波を使用することにより、前記課題を解決したものである。
【0017】
ここで、複数の位置の受信音波の位相差から音波の伝播方向を特定し、音圧分布と併せて破損位置を推定することができる。
【0018】
本発明は、又、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出装置であって、符号となるパターンを有する音波を送信する手段と、地表面に配置される複数の受信センサと、送信音と受信音の相互相関処理手段と、受信した音波と併せて測定点の位置情報を記録する手段と、既知の間隔で配置された受信センサ間の位相差から音波の伝播方向を導出する手段と、計測位置、音圧および伝播方向を図示する手段と、を具備していることを特徴とする埋設配管破損位置の検出装置により、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0019】
本発明により、符号となるパターンを有する音波を配管内部に伝播させ、受信した音波と送信音波の相互相関処理を行うことにより、実際に管内を伝播した音波を抽出する精度が向上する。
【0020】
特に、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用した場合、擬似ランダム信号は、周辺環境に存在しないパターンであり、相関処理による抽出精度が、単一周波数の音波と比べて向上する。
【0021】
又、前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用した場合、この周波数の時間変化が周辺環境の音との識別性を向上させる。さらに、この手法は正弦波が基になるため、例えばスピーカから送信する際、出力が得られ易い。ここで、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返すことができる。
【0022】
又、管径、土壌、開口破損形状などの要素によって、有効な周波数が異なるため、単一周波数の音波では満足な受信信号が得られないことが多いが、本発明により、特定の範囲で均一な周波数を使用することにより、事前の周波数調整を行うことなく、計測を行うことができる。例えば、擬似ランダム信号では、特定の範囲で均一な周波数を有する音波を発生できるパターンがあり、1種類の音波を用いるだけで、諸条件による周波数特性の変化に対応できる。また、周波数の時間変化では、特定の範囲で周波数変化させた1セットを1度の計測として利用すれば、変化させた範囲全ての周波数で計測したことになる。
【0023】
更に、複数の受信手段を予め定めた位置に配し、受信信号の位相を確認することで、各受信手段への音波の到達時間差を計測し、音波の到来方向を算出することにより、開口破損箇所の特定が容易になる。
【0024】
以上のように、本発明では、管内に送信する音波に符号となるパターンを有する信号を利用することで、計測に利用する音波の分離、抽出精度が向上し、破損箇所の探知性能が高くなる。
【0025】
また、管内に送信する音波として、周波数特性が特定の範囲で均一になる音波、もしくは、周波数を特定の範囲で連続的に変化させる音波を用いることによって、配管条件毎に適正な周波数を調整する作業を省略することができ、破損箇所の様々な開口形状にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の第1実施形態の全体構成を示す図
【図2】前記実施形態で用いられている受信センサの一例を示す、下方から見た斜視図
【図3】同じく信号処理系統を示すブロック図
【図4】(A)本発明の一例及び(B)従来例における送信音波形を比較して示す図
【図5】正弦波を送信した従来の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図6】M系列(位相変調)を送信した本発明の一例の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図7】同じく相互相関処理データの他の例を示す図
【図8】ホワイトノイズを送信した本発明の他の例の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図9】各種送信音波形の周波数スペクトルを比較して示す図
【図10】本発明による周波数スイープの例を示す図
【図11】同じく評価画面の一例を示す図
【図12】本発明の第2実施形態の全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0028】
図1には、本発明の第1実施形態に係る検査装置を用いて地中に埋設された配管の開口破損位置を探査している状態を示す。本実施形態では、検査対象とする埋設配管10につながる立て管(例えばガスメータ管)12の開口端に、ガスメータの代わりに送信装置(例えばスピーカ)20を設置し、送信用波形発生器22で発生した信号で送信装置20を駆動して、立て管12を介して埋設配管10内に所定の波形を有する音波を送信する。その後、埋設配管上に設置した複数(図では3台)の受信センサ(例えば振動計)31、32、33で、開口破損箇所11から漏れ出た音波による振動を検出する。そして、受信センサ31、32、33の設置位置、受信した信号の音圧や位相を受信/分析器40で記録し、分析することにより開口破損位置の特定を行う。
【0029】
前記送信用波形発生器22としては、周波数が調整可能な、いわゆる波形発生器の他、波形が固定されている場合には、デジタルオーディオプレーヤを使用することもできる。
【0030】
前記受信センサ31〜33としては、例えば加速度ピックアップでなる振動計を用いることができる。この振動計は、予め配管図で確認した配管10の直上に設置することができる。なお、振動計の設置面(底面)は、路面の凹凸の影響を避けるため、平面構造でなく、図2に例示する如く、3点支持の突起31aを有した構造とすることが望ましい。
【0031】
本実施形態の信号処理系統を図3に示す。受信センサ31、32、33からの信号はデータ収録部42に入力され、その波形や位置情報が記録される。データ収録部42の出力は、相互相関処理部44に送られ、送信用波形発生器22との相互相関がとられる。次いで振幅値検出部46で振幅が検出されると共に、伝播方向算出部48で伝播方向が算出され、振幅値分布および伝播方向表示部50で表示される。振動及び伝播方向の算出は、受信センサ31〜33の位置の違いに起因して生じる位相差を、音響分野でいうアクティブインテンシティとして捉え、このアクティブインテンシティの大きさ及び極性から開口破損箇所11の位置を示すベクトル(大きさ及び方向)を得ることにより行うことができる(特開平11−248591号公報参照)。
【0032】
以下、配管内に送信する音波として、擬似ランダム信号を用いる方法を説明する。擬似ランダム信号を音波に適用する方法として、振幅、位相、周波数を変調する方法があり、いずれでも良い。
【0033】
図4に、(A)本発明により位相を変調した擬似ランダム信号による送信波形と、(B)比較のため単一周波数の送信波形を示す。地上で受信した信号は、微弱になり周辺環境の音と合成されてしまうが、送信信号と相関処理することにより、配管内を伝播した音波を高精度で抽出することができる。ここで、図4(B)に示したような単一周波数の正弦波を用いた場合には、一波長分のシフトでピークが得られるので、図5(400Hzの例)に示す如く、相関後も連続波のような表示になってしまう。
【0034】
これに対して、図4(A)に示したような、例えばM系列による位相変調を行った擬似ランダム信号を用いた場合には、図6(400Hzの例)に示す如く、相関ピークを得ることができる。なお、図6においてはM系列の符号が短いため、相関ピークが複数回表示されている。別の実験で、同じ400HzのM系列信号(位相変調)を受信した(A)生の波形と(B)相関処理した後の波形の例を図7に示す。
【0035】
なおホワイトノイズであっても、M系列パターンでオンオフしてホワイトノイズを発生している波形発生器の出力であれば、図8(M系列の符号が長い例)に示す如く、ピークは一箇所となるため、本発明で用いることができる。
【0036】
図9に、(A)正弦波400Hz、(B)M系列(位相変調)、(C)ホワイトノイズの送信音波形のパワースペクトルを比較して示す。
【0037】
次に、配管内に送信する音波として、周波数を時間変化させてスイープした信号を用いる方法を説明する。特定範囲で周波数を連続的に変化させる処理を繰り返した音波を送信音として用いる。周波数を時間変化させる1パターンを1つの符号と考え、受信信号と相関処理することにより、配管内を伝播した音波を高精度で抽出することができる。周波数を100〜1000Hzでスイープした後の平均値を相関処理した例を図10に示す。
【0038】
また、配管の諸条件や開口破損形状によって、計測に有効な周波数が変化する傾向があることから、単一周波数では無く、特定の範囲において均一な周波数成分を有する送信音を用いることが有効となる。送信音として前記擬似ランダム信号を用いる場合は、特定の範囲で周波数特性が均一となる信号を選択する。一方、周波数時間変化信号を用いる場合は、変化させる範囲全ての周波数で計測することになるため、同様な効果が得られる。
【0039】
開口破損位置を特定する方法として、受信信号の音圧を利用する場合は、計測点における音圧の推移から破損位置を特定する。一方、受信信号の位相を利用する場合は、予め定めた間隔で配置した複数の受信手段で受信した信号の位相差から音波の到来方向を算出する。
【0040】
以下、図1に基づいて本発明の手順を説明する。まず調査対象とする管路の一部、例えば、ガスメータ設置箇所のように地上部に出ている立て管12に、音波を送信する送信装置20、例えばスピーカを取り付ける。スピーカから発生させる音波は、予めプログラミングした擬似ランダム信号、もしくは、周波数時間変化を特定の変化幅で繰り返す信号に基づくものとする。なお、擬似ランダム信号では、その周波数成分が100〜1000Hzの帯域において均一となる信号を用いることが好ましく、周波数時間変化を用いる場合は、周波数変化の幅を100〜1000Hzとすることが好ましい。
【0041】
受信センサ31〜33として用いる振動計は、予め配管図で確認した配管の直上に設置する。
【0042】
受信した信号は、図3に示したように、データ収録部42で、振動計の設置位置情報と共に記録し、相互相関処理部44で送信信号と相互相関処理を行い、送信音波成分を抽出した後、振幅値検出部46及び伝播方向算出部48で信号振幅値および複数配置した振動計間の位相差から音波の伝播方向を算出する。これらのデータは、例えば、振幅値分布および伝播方向表示部50で配管図上に音圧分布および伝播方向を図示し、開口破損箇所11を特定する。
【0043】
データ表示画面例を図11に示す。評価に用いるデータは、各計測点における受信した音の強さ(音圧)と音波の伝播方向である。単純に音圧の差から破損箇所を推定することもできるが、音波の伝播方向を併せて評価することで、評価が容易になり精度の向上を図ることができる。
【0044】
音圧の変化は、破損の位置や大きさに伴うものに限らず、土壌、舗装状態、受信センサの設置状態などによっても生じると考えられる。このため、音圧変化と異なるパラメータである音波の伝播方向を併用することは、有効な手段である。
【0045】
また、計測時に音波の伝播方向を確認することにより、任意に計測箇所を追加する場合の指標とすることや、埋設管位置のずれを確認することができる。
【0046】
振動計としては、加速度ピックアップの他、レーザドップラー振動計を用いることもできる。
【0047】
振動計の代わりにマイクロフォンを用いた本発明の第2実施形態を図12に示す。
【0048】
本実施形態によれば、受信センサとしての単一のマイクロフォン62を、オペレータ60が、移動可能とした受信/分析器64と共に移動しながらの測定が可能である。
【0049】
なお、前記実施形態においては、いずれも本発明が、ガス配管の開口破損箇所の検出に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、他の埋設配管の開口破損箇所の検出にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【0050】
10…埋設配管
11…開口破損箇所
12…立て管(ガスメータ管)
20…送信装置(スピーカ)
22…送信用波形発生器
31、32、33…受信センサ(振動計)
40、64…受信/分析器
42…データ収録部
44…相互相関処理部
46…振幅値検出部
48…伝播方向算出部
50…振幅値分布および伝播方向表示部
60…オペレータ
62…マイクロフォン
【技術分野】
【0001】
本発明は、埋設配管破損位置の検出方法及び装置に係り、特に、地中に埋設したガス配管に発生した開口破損位置を、配管を掘り出すことなく地上での探査により検出することが可能な埋設配管破損位置の検出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
地震などにより地中に埋設した配管に発生した開口破損位置を、配管を掘り出すことなく地上から探査することは、迅速に復旧する上で非常に重要である。特に、メインラインの太い配管でなく、各家庭内への配管における末端のソケットは外れ易いので、その必要性が高い。
【0003】
従来、配管の一種であるガス配管の開口破損位置を検出する場合は、ガス配管網の特定部位を区画し、この区間のガス配管内のみに窒素ガス等によりガス圧を掛けて、ゲージ圧が低下するかどうかを判別しながら、区画を順次狭くして、漏洩位置を推定していた。
【0004】
また、効率的な管路検査方法として、地中に埋設された都市ガス配管のように、被覆層(土)により隠蔽されたガス配管の開口端部で音を発生させて、ガス配管内に音波を伝播させ、ガス配管内を伝播する音波を被覆層外の複数の位置で受信して、受信される音量の空間的な分布を求め、求められる受信音量の分布から、ガス配管の位置または、ガス配管に発生している開口破損位置を推定する方法が特許文献1で提案されている。
【0005】
しかしながら、特許文献1に示す計測方法では、土壌を伝播するため音波は著しく低下すること、計測に使用する数百Hz程度の音波と近似した周波数の音波(高周波音は土を通らない)が周辺環境に存在することから、配管に伝播させた音波を抽出することが難しい。
【0006】
そこで、高い音量を得るために、特許文献1の技術において、検査作業前に、異なる周波数を配管内に伝播させて、音量が最大となる周波数を求めて計測に使用する方法、もしくは、配管径と音速に基づいて決まる共鳴周波数を計測に使用する方法が特許文献2で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平8−271370号公報
【特許文献2】特開平11−142280号公報
【特許文献3】特開平6−294793号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献2の方法は、配管内に伝播させる音量を増幅させるための手段であるため、その効果は限定的である。即ち、実用上では、配管形状(内径や長さ)、埋設環境、開口破損形状(開口サイズ)や位置などの諸条件により、適正な周波数が変化するため、事前の周波数調整は、調整位置の最適値にすぎず、開口破損形状や位置の変化には対応できない。共鳴周波数に関しても、配管の分岐や径の変化、開口破損形状や位置の変化に対応できない。
【0009】
また、計測データの評価では、実際に配管内を伝播した音を周辺環境の音から抽出する必要があるが、送信した音波が選択した単一の周波数の場合、周囲の音から分離、抽出する精度にも限界がある。
【0010】
一方、本発明に類似するものとして、特許文献3には、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定に際して、擬似ランダムコードに従って発振源を励起し、受信器で発振信号との相関を取ることによって、他の雑音と識別することが提案されているが、そのままでは埋設配管の破損位置の検出に用いることができなかった。
【0011】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、埋設配管破損位置の検出に際して、様々な配管条件、埋設環境、開口破損状況に対応可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行うことにより、前記課題を解決したものである。
【0013】
ここで、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用することができる。
【0014】
又、前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用することができる。
【0015】
又、前記周波数を時間変化させた信号を、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返したものとすることができる。
【0016】
本発明は、又、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波として、周波数が特定の範囲において均一となる音波を使用することにより、前記課題を解決したものである。
【0017】
ここで、複数の位置の受信音波の位相差から音波の伝播方向を特定し、音圧分布と併せて破損位置を推定することができる。
【0018】
本発明は、又、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出装置であって、符号となるパターンを有する音波を送信する手段と、地表面に配置される複数の受信センサと、送信音と受信音の相互相関処理手段と、受信した音波と併せて測定点の位置情報を記録する手段と、既知の間隔で配置された受信センサ間の位相差から音波の伝播方向を導出する手段と、計測位置、音圧および伝播方向を図示する手段と、を具備していることを特徴とする埋設配管破損位置の検出装置により、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0019】
本発明により、符号となるパターンを有する音波を配管内部に伝播させ、受信した音波と送信音波の相互相関処理を行うことにより、実際に管内を伝播した音波を抽出する精度が向上する。
【0020】
特に、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用した場合、擬似ランダム信号は、周辺環境に存在しないパターンであり、相関処理による抽出精度が、単一周波数の音波と比べて向上する。
【0021】
又、前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用した場合、この周波数の時間変化が周辺環境の音との識別性を向上させる。さらに、この手法は正弦波が基になるため、例えばスピーカから送信する際、出力が得られ易い。ここで、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返すことができる。
【0022】
又、管径、土壌、開口破損形状などの要素によって、有効な周波数が異なるため、単一周波数の音波では満足な受信信号が得られないことが多いが、本発明により、特定の範囲で均一な周波数を使用することにより、事前の周波数調整を行うことなく、計測を行うことができる。例えば、擬似ランダム信号では、特定の範囲で均一な周波数を有する音波を発生できるパターンがあり、1種類の音波を用いるだけで、諸条件による周波数特性の変化に対応できる。また、周波数の時間変化では、特定の範囲で周波数変化させた1セットを1度の計測として利用すれば、変化させた範囲全ての周波数で計測したことになる。
【0023】
更に、複数の受信手段を予め定めた位置に配し、受信信号の位相を確認することで、各受信手段への音波の到達時間差を計測し、音波の到来方向を算出することにより、開口破損箇所の特定が容易になる。
【0024】
以上のように、本発明では、管内に送信する音波に符号となるパターンを有する信号を利用することで、計測に利用する音波の分離、抽出精度が向上し、破損箇所の探知性能が高くなる。
【0025】
また、管内に送信する音波として、周波数特性が特定の範囲で均一になる音波、もしくは、周波数を特定の範囲で連続的に変化させる音波を用いることによって、配管条件毎に適正な周波数を調整する作業を省略することができ、破損箇所の様々な開口形状にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の第1実施形態の全体構成を示す図
【図2】前記実施形態で用いられている受信センサの一例を示す、下方から見た斜視図
【図3】同じく信号処理系統を示すブロック図
【図4】(A)本発明の一例及び(B)従来例における送信音波形を比較して示す図
【図5】正弦波を送信した従来の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図6】M系列(位相変調)を送信した本発明の一例の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図7】同じく相互相関処理データの他の例を示す図
【図8】ホワイトノイズを送信した本発明の他の例の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図9】各種送信音波形の周波数スペクトルを比較して示す図
【図10】本発明による周波数スイープの例を示す図
【図11】同じく評価画面の一例を示す図
【図12】本発明の第2実施形態の全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0028】
図1には、本発明の第1実施形態に係る検査装置を用いて地中に埋設された配管の開口破損位置を探査している状態を示す。本実施形態では、検査対象とする埋設配管10につながる立て管(例えばガスメータ管)12の開口端に、ガスメータの代わりに送信装置(例えばスピーカ)20を設置し、送信用波形発生器22で発生した信号で送信装置20を駆動して、立て管12を介して埋設配管10内に所定の波形を有する音波を送信する。その後、埋設配管上に設置した複数(図では3台)の受信センサ(例えば振動計)31、32、33で、開口破損箇所11から漏れ出た音波による振動を検出する。そして、受信センサ31、32、33の設置位置、受信した信号の音圧や位相を受信/分析器40で記録し、分析することにより開口破損位置の特定を行う。
【0029】
前記送信用波形発生器22としては、周波数が調整可能な、いわゆる波形発生器の他、波形が固定されている場合には、デジタルオーディオプレーヤを使用することもできる。
【0030】
前記受信センサ31〜33としては、例えば加速度ピックアップでなる振動計を用いることができる。この振動計は、予め配管図で確認した配管10の直上に設置することができる。なお、振動計の設置面(底面)は、路面の凹凸の影響を避けるため、平面構造でなく、図2に例示する如く、3点支持の突起31aを有した構造とすることが望ましい。
【0031】
本実施形態の信号処理系統を図3に示す。受信センサ31、32、33からの信号はデータ収録部42に入力され、その波形や位置情報が記録される。データ収録部42の出力は、相互相関処理部44に送られ、送信用波形発生器22との相互相関がとられる。次いで振幅値検出部46で振幅が検出されると共に、伝播方向算出部48で伝播方向が算出され、振幅値分布および伝播方向表示部50で表示される。振動及び伝播方向の算出は、受信センサ31〜33の位置の違いに起因して生じる位相差を、音響分野でいうアクティブインテンシティとして捉え、このアクティブインテンシティの大きさ及び極性から開口破損箇所11の位置を示すベクトル(大きさ及び方向)を得ることにより行うことができる(特開平11−248591号公報参照)。
【0032】
以下、配管内に送信する音波として、擬似ランダム信号を用いる方法を説明する。擬似ランダム信号を音波に適用する方法として、振幅、位相、周波数を変調する方法があり、いずれでも良い。
【0033】
図4に、(A)本発明により位相を変調した擬似ランダム信号による送信波形と、(B)比較のため単一周波数の送信波形を示す。地上で受信した信号は、微弱になり周辺環境の音と合成されてしまうが、送信信号と相関処理することにより、配管内を伝播した音波を高精度で抽出することができる。ここで、図4(B)に示したような単一周波数の正弦波を用いた場合には、一波長分のシフトでピークが得られるので、図5(400Hzの例)に示す如く、相関後も連続波のような表示になってしまう。
【0034】
これに対して、図4(A)に示したような、例えばM系列による位相変調を行った擬似ランダム信号を用いた場合には、図6(400Hzの例)に示す如く、相関ピークを得ることができる。なお、図6においてはM系列の符号が短いため、相関ピークが複数回表示されている。別の実験で、同じ400HzのM系列信号(位相変調)を受信した(A)生の波形と(B)相関処理した後の波形の例を図7に示す。
【0035】
なおホワイトノイズであっても、M系列パターンでオンオフしてホワイトノイズを発生している波形発生器の出力であれば、図8(M系列の符号が長い例)に示す如く、ピークは一箇所となるため、本発明で用いることができる。
【0036】
図9に、(A)正弦波400Hz、(B)M系列(位相変調)、(C)ホワイトノイズの送信音波形のパワースペクトルを比較して示す。
【0037】
次に、配管内に送信する音波として、周波数を時間変化させてスイープした信号を用いる方法を説明する。特定範囲で周波数を連続的に変化させる処理を繰り返した音波を送信音として用いる。周波数を時間変化させる1パターンを1つの符号と考え、受信信号と相関処理することにより、配管内を伝播した音波を高精度で抽出することができる。周波数を100〜1000Hzでスイープした後の平均値を相関処理した例を図10に示す。
【0038】
また、配管の諸条件や開口破損形状によって、計測に有効な周波数が変化する傾向があることから、単一周波数では無く、特定の範囲において均一な周波数成分を有する送信音を用いることが有効となる。送信音として前記擬似ランダム信号を用いる場合は、特定の範囲で周波数特性が均一となる信号を選択する。一方、周波数時間変化信号を用いる場合は、変化させる範囲全ての周波数で計測することになるため、同様な効果が得られる。
【0039】
開口破損位置を特定する方法として、受信信号の音圧を利用する場合は、計測点における音圧の推移から破損位置を特定する。一方、受信信号の位相を利用する場合は、予め定めた間隔で配置した複数の受信手段で受信した信号の位相差から音波の到来方向を算出する。
【0040】
以下、図1に基づいて本発明の手順を説明する。まず調査対象とする管路の一部、例えば、ガスメータ設置箇所のように地上部に出ている立て管12に、音波を送信する送信装置20、例えばスピーカを取り付ける。スピーカから発生させる音波は、予めプログラミングした擬似ランダム信号、もしくは、周波数時間変化を特定の変化幅で繰り返す信号に基づくものとする。なお、擬似ランダム信号では、その周波数成分が100〜1000Hzの帯域において均一となる信号を用いることが好ましく、周波数時間変化を用いる場合は、周波数変化の幅を100〜1000Hzとすることが好ましい。
【0041】
受信センサ31〜33として用いる振動計は、予め配管図で確認した配管の直上に設置する。
【0042】
受信した信号は、図3に示したように、データ収録部42で、振動計の設置位置情報と共に記録し、相互相関処理部44で送信信号と相互相関処理を行い、送信音波成分を抽出した後、振幅値検出部46及び伝播方向算出部48で信号振幅値および複数配置した振動計間の位相差から音波の伝播方向を算出する。これらのデータは、例えば、振幅値分布および伝播方向表示部50で配管図上に音圧分布および伝播方向を図示し、開口破損箇所11を特定する。
【0043】
データ表示画面例を図11に示す。評価に用いるデータは、各計測点における受信した音の強さ(音圧)と音波の伝播方向である。単純に音圧の差から破損箇所を推定することもできるが、音波の伝播方向を併せて評価することで、評価が容易になり精度の向上を図ることができる。
【0044】
音圧の変化は、破損の位置や大きさに伴うものに限らず、土壌、舗装状態、受信センサの設置状態などによっても生じると考えられる。このため、音圧変化と異なるパラメータである音波の伝播方向を併用することは、有効な手段である。
【0045】
また、計測時に音波の伝播方向を確認することにより、任意に計測箇所を追加する場合の指標とすることや、埋設管位置のずれを確認することができる。
【0046】
振動計としては、加速度ピックアップの他、レーザドップラー振動計を用いることもできる。
【0047】
振動計の代わりにマイクロフォンを用いた本発明の第2実施形態を図12に示す。
【0048】
本実施形態によれば、受信センサとしての単一のマイクロフォン62を、オペレータ60が、移動可能とした受信/分析器64と共に移動しながらの測定が可能である。
【0049】
なお、前記実施形態においては、いずれも本発明が、ガス配管の開口破損箇所の検出に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、他の埋設配管の開口破損箇所の検出にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【0050】
10…埋設配管
11…開口破損箇所
12…立て管(ガスメータ管)
20…送信装置(スピーカ)
22…送信用波形発生器
31、32、33…受信センサ(振動計)
40、64…受信/分析器
42…データ収録部
44…相互相関処理部
46…振幅値検出部
48…伝播方向算出部
50…振幅値分布および伝播方向表示部
60…オペレータ
62…マイクロフォン
【特許請求の範囲】
【請求項1】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、
配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行うことを特徴とする埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項2】
前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用することを特徴とする請求項1に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項3】
前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用することを特徴とする請求項1に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項4】
前記周波数を時間変化させた信号が、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返したものであることを特徴とする請求項3に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項5】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、
配管内部に伝播させる音波として、周波数が特定の範囲において均一となる音波を使用することを特徴とする埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項6】
複数の位置の受信音波の位相差から音波の伝播方向を特定し、音圧分布と併せて破損位置を推定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項7】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出装置であって、
符号となるパターンを有する音波を送信する手段と、
地表面に配置される複数の受信センサと、
送信音と受信音の相互相関処理手段と、
受信した音波と併せて測定点の位置情報を記録する手段と、
既知の間隔で配置された受信センサ間の位相差から音波の伝播方向を導出する手段と、
計測位置、音圧および伝播方向を図示する手段と、
を具備していることを特徴とする埋設配管破損位置の検出装置。
【請求項1】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、
配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行うことを特徴とする埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項2】
前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用することを特徴とする請求項1に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項3】
前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用することを特徴とする請求項1に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項4】
前記周波数を時間変化させた信号が、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返したものであることを特徴とする請求項3に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項5】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、
配管内部に伝播させる音波として、周波数が特定の範囲において均一となる音波を使用することを特徴とする埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項6】
複数の位置の受信音波の位相差から音波の伝播方向を特定し、音圧分布と併せて破損位置を推定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項7】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出装置であって、
符号となるパターンを有する音波を送信する手段と、
地表面に配置される複数の受信センサと、
送信音と受信音の相互相関処理手段と、
受信した音波と併せて測定点の位置情報を記録する手段と、
既知の間隔で配置された受信センサ間の位相差から音波の伝播方向を導出する手段と、
計測位置、音圧および伝播方向を図示する手段と、
を具備していることを特徴とする埋設配管破損位置の検出装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図7】
【図12】
【図5】
【図6】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図7】
【図12】
【図5】
【図6】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−44612(P2013−44612A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−181951(P2011−181951)
【出願日】平成23年8月23日(2011.8.23)
【出願人】(000004123)JFEエンジニアリング株式会社 (1,044)
【出願人】(000221834)東邦瓦斯株式会社 (440)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年8月23日(2011.8.23)
【出願人】(000004123)JFEエンジニアリング株式会社 (1,044)
【出願人】(000221834)東邦瓦斯株式会社 (440)
【Fターム(参考)】
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