(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査管に設けたバルブの閉鎖によって被検査管に存在する異常箇所に向かう方向の管内流体の流れが存在する領域と存在しない領域とに配置されて被検査管内に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサを備えると共に、
これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、
漏洩音の周波数スペクトルを求める演算部、及びその演算結果をもとに周波数特性が決められたフィルタを含む前処理部と、
上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部と
を備えたことを特徴とする異常箇所検出装置。
【請求項２】
上記前処理部は、上記３つの超音波センサの内、被検査管内の流体の流れが存在する領域に配置された超音波センサで受信した受信信号をフィルタによりフィルタリングすることを特徴とする請求項１に記載の異常箇所検出装置。
【請求項３】
上記前処理部は、上記３つの超音波センサの内、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルから上記フィルタの周波数特性を決定することを特徴とする請求項２に記載の異常箇所検出装置。
【請求項４】
上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルと同じ周波数特性を持つことを特徴とする請求項３に記載の異常箇所検出装置。
【請求項５】
上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルの絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた周波数帯域幅とから上限周波数と下限周波数が決められたバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項３に記載の異常箇所検出装置。
【請求項６】
上記信号処理部は、上記相関処理部により演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
【請求項７】
上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とする請求項６に記載の異常箇所検出装置。
【請求項８】
上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とする請求項７に記載の異常箇所検出装置。
【請求項９】
上記後処理部は、３つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサの片方のセンサと、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
【請求項１０】
被検査管に設けたバルブの閉鎖によって被検査管に存在する異常箇所に向かう方向の管内流体の流れが存在する領域と存在しない領域とに配置されて被検査管内に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための２つの超音波センサを備えると共に、
これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、
漏洩音の周波数スペクトルを求める演算部、及びその演算結果をもとに周波数特性が決められたフィルタとを含む前処理部と、
上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部と
を備えたことを特徴とする異常箇所検出装置。
【請求項１１】
上記前処理部は、上記２つの超音波センサの内、被検査管内の流体の流れが存在する領域に配置された超音波センサで受信した受信信号をフィルタによりフィルタリングすることを特徴とする請求項１０に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１２】
上記前処理部は、上記２つの超音波センサの内、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルから上記フィルタの周波数特性を決定することを特徴とする請求項１１に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１３】
上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルと同じ周波数特性を持つことを特徴とする請求項１２に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１４】
上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルの絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた周波数帯域幅とから上限周波数と下限周波数が決められたバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１２に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１５】
上記信号処理部は、上記相関処理部により演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
【請求項１６】
上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とする請求項１５に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１７】
上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とする請求項１６に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１８】
上記後処理部は、２つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、漏洩音が上記被検査管を伝搬するときの伝搬速度と、上記２つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水、油、あるいはその他の液体またはガス等の気体である流体を通す被検査管としての例えば導管の異常箇所を検出する異常箇所検出装置に関するもので、特に導管の複数箇所において異常箇所からの漏洩音を受信し、受信信号の相互相関関数を計算することから異常箇所の位置を検出する方式を採用した異常箇所検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の異常箇所検出装置としては、特開平５−８７６６９号公報に開示されているように、２つのセンサで受信した受信信号に前処理および後処理を施す異常箇所検出装置が知られている。
図９は上述した異常箇所検出装置を示す構成図である。
図９において、１は導管、２は異常箇所、３ａおよび３ｂは超音波センサ、４は音圧測定器、５は相関器である。
【０００３】
上述した異常箇所検出装置においては、導管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音とともに、上記導管１を伝搬して２つの超音波センサ３ａおよび３ｂで受信される。
受信信号は、雑音を除去するため、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタによりフィルタリングされる。その後、音圧測定器４を経て相関器５にて相互相関関数が計算され、相互相関関数がピークをとる時間と、上記超音波信号が導管１を伝搬する伝搬速度とから異常箇所２の位置を特定する。
【０００４】
その他の従来のこの種の異常箇所検出装置としては、特開平８−２２６８６５号公報に開示されているような、２つのセンサで受信した受信信号に前処理および後処理を施す異常箇所検出装置が知られている。
図１０は上述した異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１０において、図９と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、３ｃは超音波センサである。
【０００５】
上述した異常箇所検出装置においては、導管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音とともに、上記導管１を伝搬して２つの超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃで受信される。
受信信号における雑音を除去するため、受信信号は、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタ、および単一周波数を除去するためのフィルタによりフィルタリングされる。その後、超音波センサ３ａと３ｂで得られた信号を用いて、相関処理部にて相互相関関数が計算され、さらに後処理部において包絡線検波される。
【０００６】
この相互相関関数の包絡線がピークをとる時間と、２つの超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂとの間の距離とから異常箇所の伝搬速度を求める。さらに、超音波センサ３ａと３ｃで得られた信号を用いて、相関処理部にて相互相関関数が計算され、さらに後処理部において包絡線検波される。この相互相関関数の包絡線がピークをとる時間と、上述の過程で求めた伝搬速度とから、異常箇所の伝搬速度を求める。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、導管の２箇所で超音波信号を受信し、２つの受信信号に前処理し、次に、前処理した信号を相関処理し、さらに後処理を施すことから、異常箇所２の位置を特定する技術が知られている。
【０００８】
しかしながら、漏洩音の周波数スペクトルは、異常箇所の大きさや形状、および導管中を流れる媒質にかかる圧力により変化するので、予め漏洩音の周波数帯域を正確に予測することはできない。したがって、相関処理の前処理として、予めその帯域が定められたバンドパスフィルタでフィルタリングしても、予め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であるとは限らない。また、予め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であったとしても、雑音も上記周波数帯域を持つ場合もある。
【０００９】
以上のことから、上記バンドパスフィルタのみでは、雑音を除去するには不十分である。したがって、上記バンドパスフィルタにより抽出した信号に対して相関処理を行うことから異常箇所の位置の特定を行ってもその特定精度には問題がある。
【００１０】
また、後処理として、相互相関関数の包絡線を計算し、包絡線がピークをとる時間から異常箇所の位置の特定を行っているが、例えば水道管からの漏水音等の導管からの漏洩音は一般的に周期性のないランダム信号であり、したがって、一つの限られた測定時間において、相互相関関数の包絡線がピークをとる時間から異常箇所２の位置の特定を行っても検査の安定性に乏しいという問題がある。
【００１１】
このように、従来の異常箇所検出装置における相関処理の前処理および後処理の方法は、漏洩音の周波数帯域が未知の場合には適用不可能であり、また、異常箇所からの漏洩音の特徴を十分に考慮したものではなかった。したがって、特に漏洩音の周波数帯域が未知の場合においては、異常箇所の有無の検出精度、および位置の特定精度には問題があった。
【００１２】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、導管の２箇所で異常箇所からの漏洩による漏洩音を受信し、従来とは異なり、漏洩音の周波数帯域が未知の場合にも適用可能で、且つ、異常箇所からの漏洩音の特徴と、導管の異常箇所の検査の際にしばしば問題となるような雑音の特徴とを、十分に考慮した前処理を施し、その後に相関処理を行い、さらに後処理を行うことにより、導管における異常箇所の存在の有無と異常箇所の位置の特定の確度や精度を向上すると共に安定した検出を可能とする異常箇所検出装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る異常箇所検出装置は、被検査管に設けたバルブの閉鎖によって被検査管に存在する異常箇所に向かう方向の管内流体の流れが存在する領域と存在しない領域とに配置されて被検査管内に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサを備えると共に、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、漏洩音の周波数スペクトルを求める演算部、及びその演算結果をもとに周波数特性が決められたフィルタを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記前処理部は、上記３つの超音波センサの内、被検査管内の流体の流れが存在する領域に配置された超音波センサで受信した受信信号をフィルタによりフィルタリングすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記前処理部は、上記３つの超音波センサの内、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルから上記フィルタの周波数特性を決定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルと同じ周波数特性を持つことを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルの絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた周波数帯域幅とから上限周波数と下限周波数が決められたバンドパスフィルタであることを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記信号処理部は、上記相関処理部により演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするものである。
【００２１】
また、上記後処理部は、３つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサの片方のセンサと、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とするものである。
【００２２】
また、他の発明係る異常箇所検出装置は、被検査管に設けたバルブの閉鎖によって被検査管に存在する異常箇所に向かう方向の管内流体の流れが存在する領域と存在しない領域とに配置されて被検査管内に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための２つの超音波センサを備えると共に、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、漏洩音の周波数スペクトルを求める演算部、及びその演算結果をもとに周波数特性が決められたフィルタとを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記前処理部は、上記２つの超音波センサの内、被検査管内の流体の流れが存在する領域に配置された超音波センサで受信した受信信号をフィルタによりフィルタリングすることを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記前処理部は、上記２つの超音波センサの内、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルから上記フィルタの周波数特性を決定することを特徴とするものである。
【００２５】
また、上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルと同じ周波数特性を持つことを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記フィルタは、上記バルブを閉鎖することにより被検査管内の流体の流れが存在しない領域に配置された超音波センサで受信した受信信号の周波数スペクトルの絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた周波数帯域幅とから上限周波数と下限周波数が決められたバンドパスフィルタであることを特徴とするものである。
【００２７】
また、上記信号処理部は、上記相関処理部により演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２８】
また、上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とするものである。
【００２９】
また、上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするものである。
【００３０】
さらに、上記後処理部は、２つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、漏洩音が上記被検査管を伝搬するときの伝搬速度と、上記２つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とするものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置について図１から図８を参照しながら説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１において、１は水、油、あるいはその他の液体またはガス等気体である流体を通す被検査管としての導管、２は上記導管１の異常箇所、３ａ、３ｂおよび３ｃは異常箇所２が存在することにより発生する漏洩音を受信するための超音波センサ、６は地中、７は受信装置、８はバルブである。
【００３２】
図１においては、上記導管１が上記地中６に埋もれている場合について示しているが、上記導管１は、そのすべての部分もしくはその一部分が上記地中６より上に存在していても構わない。また、図１において、上記異常箇所２が１箇所である場合について述べているが、上記異常箇所２は１箇所でなくても、複数箇所でも構わない。
【００３３】
また、図１において、Ｌ１は超音波センサ２ａと超音波センサ２ｂの間の導管１に沿った距離、Ｌ２は超音波センサ２ｂと超音波センサ２ｃの間の導管１に沿った距離であり、ｘは超音波センサ２ａから異常箇所２までの導管１に沿った距離である。
【００３４】
なお、超音波は、人間の耳に聞こえない程度に高い周波数の音波や弾性波を指す言葉として使われるが、この発明では、周波数は特に規定しないものとする。すなわち、この発明における「超音波」という文言には、人間の耳で聞こえる周波数の上限の限界よりも高い周波数の音波や弾性波に限らず、この上限よりも低い周波数の音波や弾性波も含めた波という意味を含んでおり、無論、人間の耳で聞こえる周波数の下限の限界よりも低い周波数の音波や弾性波という意味も含む。
【００３５】
また、図１においては、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃが導管１に当てて置かれている場合を示しているが、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１の３箇所において漏洩音を受信することが目的であり、この目的が達成できるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは上記導管１に直接接触していなくても構わない。また、この目的が達成できるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１の内部に配置されても構わない。
【００３６】
ここで、異常箇所２と、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃとの位置関係について説明する。
３つの超音波センサの内の２つの超音波センサ、例えば、図１における超音波センサ３ｂと３ｃとの間は、地表上に露出していてその間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である。異常箇所２は、３つの超音波センサの内の、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサ、例えば図１における超音波センサ３ａと、上記２つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサに近い方の超音波センサ、例えば、図１における超音波センサ３ｂとの間に位置している。
【００３７】
なお、図１において、バルブ８は閉鎖されている。したがって、導管１の中の水、油、あるいはその他の液体またはガス等の気体である流体は、異常箇所２とバルブの間においては、その流れは存在しない。また、その他の部分においては、上記流れは異常箇所に向かう方向で存在している。つまり、図１においては、超音波センサ３ａは、流れが存在しない導管１上の領域に、超音波センサ３ｂおよび３ｃは、流れが存在する導管１上の領域に、それぞれ配置されている。また、上記バルブ８は超音波センサ３ａの左側に存在しているが、上記バルブ８は超音波センサ３ｃの右側に存在していても良い。この場合には、超音波センサ３ａは、流れが存在する導管１上の領域に、超音波センサ３ｂおよび３ｃは、流れが存在しない導管１上の領域に、それぞれ配置されていることとなる。
【００３８】
図１において、受信装置７は、受信部７１と、信号処理部７２と、報知手段としての表示部７３と、制御部７４とを含む。
超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、受信部７１に接続されている。受信部７１は信号処理部７２に接続されている。信号処理部７２は表示部７３に接続されている。
【００３９】
制御部７４は、受信部７１、信号処理部７２、および表示部７３に接続されており、検査を行うための情報やコマンドが入力され、また、受信部７１、信号処理部７２、および表示部７３に対し、これらの動作を制御するための制御信号や、検査の進行状況の情報に関する信号を、逐次送受信してこれらの機能を司る。
【００４０】
また、受信部７１は、図示はしないが、受信信号を増幅するためのアンプと、Ａ／Ｄ変換部とを含む。
信号処理部７２は、受信信号をフィルタリングするための前処理部７２ａと、２つの信号の相互相関関数を計算するための相関処理部７２ｂと、相互相関関数に包絡線検波等の処理を行うための後処理部７２ｃとを含む。前処理部７２ａは相関処理部７２ｂに接続されており、相関処理部７２ｂは後処理部７２ｃに接続されている。また、上記信号処理部７２は、図示はしていないが、内部にメモリを有する。このメモリに演算処理された種々の結果が適宜記憶される。
【００４１】
また、信号処理部７２における前処理部７２ａは、図示はしないが、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号について、周波数スペクトルを求める演算装置と、その演算結果をもとに周波数特性が決められたフィルタとを含んでいる。
【００４２】
なお、後述するが、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃの２つの内、どれか一つを取り除いても、異常箇所の有無、異常箇所の位置の特定を行うことができる。このような場合であれば、超音波センサ２ａ、２ｂ、および２ｃの内、どれか一つを取り除けば、検査を容易にし、異常箇所検出装置を廉価にできるという効果がある。
【００４３】
次に、図１に示した異常箇所検出装置の動作について図２〜図８を用いて説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置の動作を説明するフローチャートである。
図１において、導管１に異常箇所２が存在すると、上記異常箇所２から漏洩が生じ、それに伴って漏洩音が発生する。発生した漏洩音は、導管１を伝搬して超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで受信される。
【００４４】
まず、制御部７４に、超音波センサ２ａと超音波センサ３ｂの離間距離、超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの離間距離、１回の受信における受信時間、後述する異常箇所２の位置の特定精度を安定させるための受信の繰り返し回数Ｍ、および漏洩の有無を判断するための予め決められた閾値が入力される（ステップＳ１）。
【００４５】
また、上記１回の受信時間における受信時間、および上記繰り返し回数Ｍは、許容される検査の安定性、および検査にかかる許容時間により設定され、上記１回の受信における受信時間、上記繰り返し回数を多くすることにより、検査の安定性を増加させることができる。また、許容される検査時間が短ければ、上記１回の受信における受信時間を小さくし、上記繰り返し回数Ｍを少なくすればよい。
【００４６】
また、制御部７４においては、検査を行った日付け、検査を行った時間、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃの種類やシリアルナンバー、検査を行った導管の地図上の位置等の情報の内、すべての情報、あるいは、上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を入力できるようにし、さらに入力した情報を表示部７３に表示できるようにし、上記入力した情報を、記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ。さらに、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、ある一定期間を過ぎて、再度の検査を行う際に、検査データの再現性の確認や、経時変化の調査に役立てることもできる。
【００４７】
次に、検査者により、検査開始のタイミングが入力される。上記タイミングの入力は、スイッチのオン・オフにより行われても良いし、例えば検査者の音声や検査者が手を叩いた音をマイクで拾うことにより行われても良い。また、制御部７４にタイマーを備えることにより、上記タイミングが入力されてからある時間が経過した時点で検査が開始されるようにしてもよい。
【００４８】
次に、制御部７４から超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃでの受信を開始するための信号を受信部７１に送信し、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで受信した受信信号を、受信部７１に取り込む（ステップＳ２）。受信部７１において、受信信号は、増幅された後にＡ／Ｄ変換され、信号処理部７２に含まれる前処理部７２ａに送られ、前処理部７２ａにおいて、３つの受信信号の内、流れが存在する領域に配置されている超音波センサ、例えば図１における超音波センサ３ｂおよび３ｃで受信された受信信号は、フィルタによりフィルタリングされる（ステップＳ３）。
【００４９】
ここで、上記フィルタの周波数特性の決め方（ステップＳ４）について図３から図６を用いて説明する。
図３は、漏水音を実際に受信して周波数スペクトルを求めた例であり、図３（ａ）は、導管１中に流れが存在しない部分に配置された超音波センサ３ａの受信信号の周波数スペクトルの絶対値、図３（ｂ）は、導管１中に流れが存在する部分に配置された超音波センサ３ｂの受信信号の周波数スペクトルの絶対値、図３（ｃ）は導管１中に流れが存在する部分に配置された超音波センサ３ｃの受信信号の周波数スペクトルの絶対値である。
【００５０】
導管１中に流れが存在する部分においては、導管１中の流れに伴い、様々な周波数成分を持つ雑音が発生する。上記雑音は、導管１中の特定箇所から時間に関して連続的に発生するような雑音も存在し得るし、導管１中の様々な箇所から時間に関して断続的に発生するような雑音も存在し得る。このような雑音により、図３（ｂ）と図３（ｃ）に示す導管１中に流れが存在する部分に配置されている超音波サンサ３ｂおよび３ｃでの受信信号の周波数スペクトルの絶対値においては、多数の雑音成分によるピークが見られる。
【００５１】
一方、図３（ａ）に示すように、導管１中に流れが存在しない部分に配置されている超音波サンサ３ａでの受信信号の周波数スペクトルの絶対値においては、導管１中に流れが存在しないので、上記流れに伴った雑音が生じることはなく、図３（ｂ）および図３（ｃ）に見られるような多数のピークが見られない。つまり、導管１中に流れが存在しない部分に配置されている超音波サンサ３ａでの受信信号の周波数スペクトルの絶対値が漏洩音の周波数スペクトルの絶対値であると考えることができる。
【００５２】
したがって、導管１中に流れが存在しない部分に配置されている超音波センサ３ａでの受信信号の周波数スペクトルの絶対値を上記フィルタの周波数特性とする。このように周波数特性を決めたフィルタを用いてフィルタリングを行うことにより、漏洩音を効率良く抽出できる。
【００５３】
図４は、超音波センサ３ａで受信した受信信号の周波数スペクトルの絶対値をフィルタの周波数特性とし、超音波センサ３ｂおよび３ｃで受信した受信信号の周波数スペクトルを上記フィルタでフィルタリングして、フィルタリングされた周波数スペクトルの絶対値を求めた結果である。図４（ａ）は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号をフィルタリングしたもの、図４（ｂ）は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号をフィルタリングしたものである。
【００５４】
また、上記フィルタの周波数特性は、導管１中に流れが存在しない部分に配置されている超音波センサ３ａでの受信信号の周波数スペクトルの絶対値において、その絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と、予め決めれれた周波数帯域幅とから決められた周波数帯域を通過させるように決めても良い。
【００５５】
このとき、上記周波数スペクトルの絶対値に関する閾値および上記周波数帯域幅は、予備実験により決められている。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得られた統計データから上記周波数スペクトルの絶対値に関する閾値および上記周波数帯域幅が予め決められている。
【００５６】
図５は、導管１中に流れが存在しない部分に配置されている超音波センサ３ａでの受信信号の周波数スペクトルの絶対値において、その絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と、予め決めれれた周波数帯域幅とから決められた周波数帯域を通過させるようにフィルタの周波数特性を決めた結果を説明する図である。
【００５７】
図５（ａ）は、超音波センサ３ａで受信した受信信号の周波数スペクトルの絶対値において、その絶対値が予め決められたある閾値を超える周波数から中心周波数を決め、上記中心周波数と予め決められた周波数帯域幅とからフィルタにおいて通過させる周波数帯域を決めた結果である。図５（ａ）から、周波数ｆ１〜周波数ｆ２の周波数帯域と、周波数ｆ３〜周波数ｆ４の周波数帯域と、周波数ｆ５〜周波数ｆ６の周波数帯域と、周波数ｆ７〜周波数ｆ８の周波数帯域がフィルタにおいて通過させる周波数帯域として決定された。図５（ｂ）は、図５（ａ）で決められた周波数帯域から決められたフィルタの周波数特性である。
【００５８】
図６は、図５（ｂ）で決められた周波数特性をフィルタの周波数特性とし、超音波センサ３ｂおよび３ｃで受信した受信信号の周波数スペクトルを上記フィルタでフィルタリングし、フィルタリングされた周波数スペクトルの絶対値を求めた結果である。図６（ａ）は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号をフィルタリングしたもの、図６（ｂ）は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号をフィルタリングしたものである（ステップＳ５）。
【００５９】
次に、３つの超音波センサの内の２つ、超音波センサ２ａと超音波センサ２ｂの組み合わせが選択され（ステップＳ６）、超音波センサ３ａで受信された受信信号、およびフィルタリングされた超音波センサ３ｂで受信された受信信号は、相関処理部７２ｂに送られ、相互相関関数が計算される（ステップＳ７）。相関処理部７２ｂで計算された相互相関関数φ（τ）の計算結果は、後処理部７２ｃに出力される。
【００６０】
次に、後処理部７２ｃの動作について、図７を用いて説明する。
図７（ａ）は、後処理部７２ｃで計算された相互相関関数φ（τ）の例であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の相互相関関数φ（τ）を包絡線検波した例である。
後処理部７２ｃにおいて、上記相互相関関数φ（τ）は包絡線検波される。上記相互相関関数φ（τ）は、図７に（ａ）示すように多数のピークを持つ関数であるが、包絡線検波されることにより、図７（ｂ）に示すように、少数のピークを持つ関数に変換される（ステップＳ８）。
【００６１】
後処理部７２ｃにおいて、上記包絡線はその都度メモリに保存される。それと同時に、包絡線をメモリに保存した回数をカウントする。この回数は、制御部７４から受信部７１に対してデータを取り込むための制御信号を送信した回数と同じである。もし、包絡線をメモリに保存した回数が予め決められた繰り返し回数Ｍより小さい値であれば、後処理部７２ｃから制御部７４に、再度データの取り込みを行うことを要求する信号を送信する。それに従い、制御部７４からは、受信部７１にデータを取り込むための制御信号を送信する。
【００６２】
以上述べた繰り返しを、上記包絡線をメモリに保存した回数が、予め決められた繰り返し回数Ｍと等しくなるまで行うことにより、包絡線を平均化する（ステップＳ９，Ｓ１０）。上記包絡線をメモリに保存した回数が予め決められた繰り返し回数Ｍと等しくなったら、この繰り返しを終了する。
【００６３】
次に、メモリに保存された上記包絡線は平均化された後、平均化された包絡線のピーク値Ａａｂと、上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｂが求められる。
図８は上記包絡線を平均化した結果を示す図であり、実線は平均化された包絡線、点線は平均化される前の包絡線である。
以上の前処理部７２ａ、相関処理部７２ｂ、後処理部７２ｃの動作は、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの組み合わせに対して行われる。
【００６４】
次に、以上の前処理部７２ａ、相関処理部７２ｂ、後処理部７３ｃの動作を、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの組み合わせに関して行う。
これにより、上記平均化された相互相関関数φ（τ）のピーク値Ａａｃと、上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｃが、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの組み合わせに関しても得られる。
【００６５】
次に、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂと、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃの内、いずれか一方、もしくは両方の値が予め決められた異常箇所２の有無を判定するための閾値に比べて大か小かを判定する。これにより、異常箇所２の有無が判定される（ステップＳ１１）。
【００６６】
異常箇所２の有無を判定するための上記閾値は、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂに関する閾値であっても、また、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃに関する閾値であってもよい。また、上記閾値は、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂと、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃとの積や和に関する閾値であっても構わない。
【００６７】
また、異常箇所２の有無を判定するための上記閾値は、平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値でなくても、受信信号のレベルに関する閾値であっても良いし、その周波数スペクトルの絶対値に関する閾値、フィルタリングされたクロススペクトルＣ（ｆ）の絶対値に関する閾値であってもよい。その場合は、前処理部７２の段階で異常箇所２の有無が判定される。
また、異常箇所２の有無に関する判定は、これら全ての閾値の内、いずれか一つによって判定してもよいし、２つあるいは、３つ以上の情報を組み合わせて判定してもよい。
【００６８】
上記閾値は、予備実験により決められている。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得られた統計データから、異常箇所２の有無を判定するための上記閾値データが予め決められている。
【００６９】
また、上記閾値は、異常箇所２の有無の判定だけでなく、異常箇所２の形状やサイズをクラス分けするためのものであってもよい。この場合、上記予備実験は、異常箇所２の形状やサイズに関してクラス分けされる各場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。
【００７０】
なお、上記の大小関係に関する情報の内、より多くの情報を組み合わせて異常箇所の有無の判定を行えば、より確度の高い判定を行うことができる効果が得られる。特に、各判定結果について異なる重み付けを行って重み付け多数決の論理を使って判定すれば、上記の３つの判定結果がバラバラの判定結果になったとき、より確度の高い判定結果を得ることができる。重み付け多数決の判定に使う重みの係数については、上述したものと同様の予備実験からきめれば、判定の確度はさらに高くできる。
【００７１】
異常箇所２があると判定された場合、超音波センサ３ａと３ｂとの間の離間距離と、超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間の離間距離と、超音波センサ３ａと３ｂとの間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークになるときの、超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｂと、超音波センサ３ａと３ｃとの間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｃとから超音波センサ３ａから異常箇所２までのの導管１に沿った距離ｘが式（１）により特定される。つまり、漏洩箇所の位置が特定される（ステップＳ１２）。
【００７２】
【数１】
0003630394.tif 000002
【００７３】
なお、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃの内、２つの超音波センサの間が地表上に露出していてその間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つ、例えば、図１における超音波センサ３ｃを取り除いても、異常箇所２の有無、異常箇所２の位置の特定を行うことができる。例えば、超音波センサ３ｃを取り除いた場合、超音波センサ３ａから異常箇所２までの距離ｘは、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度をｖとし、式（２）で与えられる。これにより、検査を容易にし、検査システムを廉価にできるという効果がある。
【００７４】
【数２】
0003630394.tif 000003
【００７５】
このように求められた異常箇所２の有無、および特定された異常箇所２の位置は、表示部７３に出力される（ステップＳ１３）。
表示部７３では、異常箇所２の有無、および特定された異常箇所２の位置を表示する。これらの情報は、単に表示するだけでなく、検査結果の記録として、記録、保管しておけば、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つだけでなく、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。
【００７６】
また、表示部７３には、上述したように、異常箇所２の有無に関する情報が入力された。この情報は２値の情報である。したがって、これを光のオン・オフや、表示のほかに警報音のオン・オフなど、検査者の五感に反応する形式で検査者に報知できるように表示部以外に他の報知手段を設けて伝えるようにしても良い。また、検査にかかる許容時間が多い場合には、異常箇所２の有無や、異常箇所２の位置の特定に関する判断を、検査者が平均化された包絡線を目で見て判断しても良い。このような場合には、言うまでもないが、表示部２において異常箇所２の有無や特定した漏水箇所の表示を行う機能を取り除いても構わない。これにより、装置が低廉化できる作用効果が得られることは言うまでもない。
【００７７】
また、表示部７３において、平均化された包絡線、平均化された包絡線のピーク値、平均化された包絡線がピークになる時間、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで得られた受信信号波形、上記受信信号の周波数スペクトルなどの内、すべての情報、あるいは上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を表示し、これらの情報を、さらに記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ。さらに、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、ある一定期間を過ぎて再度の検査を行う際に、検査データの再現性の確認や、経時変化の調査に役立てることもできる。
【００７８】
この発明の実施の形態１においては、従来とは異なり、相関処理の前処理に、流れが存在しない領域に配置された超音波センサの受信信号の周波数スペクトルでその周波数特性を決めたフィルタを用いているので、従来とは異なり、漏洩音の周波数帯域が未知の場合であっても、上記フィルタにより漏洩音を効率良く抽出することができる。特に、導管内に流れが生じることにより雑音が生じる場合であっても、上記フィルタにより漏洩音を効率良く抽出することができる。さらに、相互相関関数の包絡線を複数回の繰り返し測定から平均化するという平均化処理をさらに行うことによって、漏洩音や雑音がランダムで周期性のない信号であるという問題を克服することができる。
【００７９】
以上のように、この発明によれば、漏洩音や雑音の特徴を考慮した信号処理を行うことから、被検査管に存在する異常箇所の有無の判定や、異常箇所の位置の特定を精度良く安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による漏洩箇所検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図９】従来例に係わる漏洩箇所検出装置を説明するための構成図である。
【図１０】従来例に係わる漏洩箇所検出装置を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１  導管、２  漏洩箇所、３ａ  超音波センサ、３ｂ  超音波センサ、３ｃ  超音波センサ、４  音圧測定器、５  相関器、６  地中、７  受信装置、７１  受信部、７２信号処理部、７２ａ  前処理部、７２ｂ  相関処理部、７２ｃ  後処理部、７３  表示部、７４  制御部、８  バルブ。
【図１】
0003630394.tif 000004
【図２】
0003630394.tif 000005
【図３】
0003630394.tif 000006
【図４】
0003630394.tif 000007
【図５】
0003630394.tif 000008
【図６】
0003630394.tif 000009
【図７】
0003630394.tif 000010
【図８】
0003630394.tif 000011
【図９】
0003630394.tif 000012
【図１０】
0003630394.tif 000013