(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の両端に音波検出手段を取り付けて該両端の音波検出手段で検出した漏洩音波の伝播時間差に基づいて前記配管の漏洩位置を特定する配管漏洩位置特定方法における信号処理方法において、
前記両端の音波検出手段で検出した音波信号の所定の低周波成分をアナログハイパスフィルタによってカットし、
その後、前記音波信号に対してディジタルバンドパスフィルタ処理を施すことによって、前記音波信号のノイズ成分を除去する方法であって、
前記配管に設けたバルブを開にして前記配管を輸送対象物が流れる状態にした上で前記音波信号検出手段によって第１の音波信号を検出し、該第１の音波信号を周波数分析し、前記配管に設けたバルブを閉にして前記配管を輸送対象物が流れない状態にした上で前記音波信号検出手段によって第２の音波信号を検出し、該第２の音波信号を周波数分析し、前記周波数分析した第１の音波信号の音圧レベルから、前記周波数分析した第２の音波信号の音圧レベルを、各周波数ごとに引き算し、該引き算の結果で音圧レベルが所定の閾値を越える最小周波数を求め、該求めた周波数を前記ディジタルバンドパスフィルタ処理で通過させる周波数帯域のうちの下限の周波数とすることを特徴とする配管漏洩位置の特定方法における信号処理方法。
【請求項２】
前記配管の管内１次モード固有振動数よりも低い周波数を前記ディジタルバンドパスフィルタ処理で通過させる周波数帯域のうちの上限の周波数とすることを特徴とする請求項１に記載の配管漏洩位置の特定方法における信号処理方法。
【請求項３】
前記音波信号に対して、前記ディジタルバンドパスフィルタ処理を施した後、ピークを除去するためのディジタルバンドエリミネートフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の配管漏洩位置の特定方法における信号処理方法。
【請求項４】
前記ディジタルバンドパスフィルタ処理を施した結果の信号の音圧レベルの平均値を算出し、該平均値の所定の値だけ足した値を閾値とし、前記周波数分析した第１の音波信号の各周波数帯域のうち、前記ディジタルバンドパスフィルタ処理で通過させる周波数帯域の範囲内で、音圧レベルが前記閾値を越える周波数帯域を求め、該求めた周波数帯域を前記ディジタルバンドエリミネートフィルタ処理でカットする周波数帯域とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の配管漏洩位置の特定方法における信号処理方法。 
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配管漏洩位置特定方法における信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスや水道等の土中埋設配管は腐食等によって穴が空き、管内の輸送対象物が漏洩してしまうことがある。このような場合、漏洩位置を精度よく特定し、その漏洩位置だけを掘り起こして修理するのが望ましい。
【０００３】
従来から、配管の漏洩位置を特定する方法として音波式の配管漏洩位置特定方法が知られている。たとえば、特開平５−８７６６９号公報に開示された配管漏洩検査方法は、水、油等を輸送する配管における漏洩位置を特定する方法であり、この方法は、配管上の２点で音圧を検出し、この２点で得た音圧の信号を相互相関法にて処理することによって２点に漏洩音波が伝わるまでの伝搬時間の差を求め、この伝搬時間の差に基づいて漏洩位置を特定する方法である。
【０００４】
たとえば、図９を参照すると、配管１上の任意の２点（点Ａと点Ｂ）にマイク２およびマイク３を取り付け、このマイク２、３によって点Ｃの漏洩位置からの漏洩音波を測定する。そして、マイク２で得た音波信号とマイク３で得た音波信号とを相互相関法にて処理することによって２点に漏洩音波が伝わるまでの伝搬時間の差を求め、この伝搬時間の差に基づいて漏洩位置である点Ｃを特定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の特開平５−８７６６９号公報に開示された配管漏洩検査方法では、水、油等を輸送する配管を対象としており、このような配管は、管内圧力が比較的高く、漏洩音が大きな音になるという特徴がある。これに対して、たとえば、ガスの配管のように、管内圧力が比較的低く、漏洩音が小さい場合には、上述の特開平５−８７６６９号公報に開示された配管漏洩検査方法を単純に適用すると、雑音と漏洩音の区別がつきづらく漏洩位置の特定が困難であるという問題があった。このため、従来は、管内圧力が比較的低いガス配管等の配管に対しては音波式の配管漏洩位置特定方法が適用されていない状況であった。
【０００６】
以下に、管内圧力が比較的低いガス配管等の配管に対して従来の配管漏洩位置特定方法を適用した場合の具体的な問題点を整理しておく。
（１）低圧のガス配管における漏洩音のレベルは小さく、また外部ノイズが大きい場合、漏洩音波がノイズに埋もれてしまい、漏洩音波の抽出が困難である。
（２）外部ノイズは低周波成分を非常に多く含んでおり、低周波成分は配管内を減衰することなく広い範囲に残っているため、漏洩音波の特定に必要な周波数帯域の信号を阻害する。
（３）配管内に混入する外部ノイズには数種類（ガバナ音、燃焼音、打撃音、付近を通行する車や人による騒音等）が存在するため、ノイズをカットするフィルタの設計がきわめて難しい。
（４）漏洩音波はほぼ白色化されているが、配管構成および埋設条件等によって漏洩音波が共鳴し、この共鳴によってピークが発生する場合がある。このようにピークが発生している場合には、漏洩音波がノイズと区別できたとしても、相互相関法にて処理する際に、配管上の２点に漏洩音波が伝わるまでの伝搬時間の差を精度よく求めることができず、漏洩位置の特定が困難になる。
【０００７】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、管内圧力が比較的低いガス配管等の配管に対してであっても、音波式の配管漏洩位置特定方法を適用することができる配管漏洩位置特定方法における信号処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、配管の両端に音波検出手段を取り付けてこの両端の音波検出手段で検出した漏洩音波の伝搬時間差に基づいて前記配管の漏洩位置を特定する配管漏洩位置特定方法における信号処理方法において、前記両端の音波検出手段で検出した音波信号の所定の低周波成分をアナログハイパスフィルタによってカットし、その後、前記音波信号に対してディジタルバンドパスフィルタ処理を施すことによって、前記音波信号のノイズ成分を除去するようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明による配管漏洩位置特定方法における信号処理方法を実現するシステムのブロック図である。
【００１１】
ここで、配管に対するマイクの取付状態は従来と同様であるので、図９も参照して説明する。
【００１２】
図９に示すように配管１にはマイク２とマイク３の２つのマイクが取り付けられるが、図１ではマイク２についてだけ示してある。マイク３についての構成もマイク２と同様である。
【００１３】
図９のように配管１に取付けられたマイク２は、配管１を伝わる音波を検出し、音波信号として出力する。この音波信号は、アンプ５で増幅されるとともに、アンプ５に内蔵されたアナログＨＰＦ（ハイパスフィルタ）によって低周波成分を除去される。このアナログＨＰＦとしてはたとえば低周波成分カット用５０ｄｂ／ｏｃｔアナログＨＰＦを用いればよい。アンプ５によって増幅および低周波成分除去をされた音波信号はデータ処理部６に入力される。データ処理部６では、入力された信号に対して、雑音を除去し前述の相互相関法に必要な周波数帯域のみを通過させるためにディジタルＢＰＦ（バンドパスフィルタ）処理を行い、出力する。このデータ処理部６の出力信号は前述の相互相関法に用いられる。
【００１４】
図２は図１に示した各ブロックの入出力信号の周波数特性を示す図であり、（ａ）は図１に示したマイク２の出力信号、（ｂ）は図１に示したアンプ５の出力信号、（ｃ）はデータ処理部６の出力信号を示す。図２（ａ）〜（ｃ）において、縦軸はデシベル表示した音圧、横軸は周波数である。
【００１５】
また、図３は図１に示した各ブロックにおけるフィルタ特性を示す図であり、（ａ）は図１に示したアンプ５のフィルタ特性、（ｂ）は図１に示したデータ処理部６のフィルタ特性を示す。図３（ａ）〜（ｂ）において、縦軸はデシベル表示した音圧、横軸は周波数である。
【００１６】
データ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理の前にアンプ５内のアナログＨＰＦで低周波成分をカットする理由は、前述のように雑音が低周波成分を多く含んでいるために予めこの低周波成分を大まかにカットしておくためであり、アナログＨＰＦによる低周波成分のカットには処理時間がほとんどかからないが、アナログＨＰＦによる低周波成分のカットを行わずにディジタルＢＰＦ処理だけを行うとすると処理時間が大幅にかかってしまうからである。
【００１７】
アンプ５内のアナログＨＰＦでカットする周波数帯域は、雑音が含まれる低周波成分を大まかにカットできるように予め実験等で求め、固定にしておけばよい。これに対して、データ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域は、たとえば雑音の状況によって通過させるべき周波数帯域が異なるので、配管漏洩位置特定の測定を行う際に最適に求める必要がある。以下に、このデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域を求める処理について説明する。
【００１８】
図４は、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち下限の周波数を求める処理のフローチャートである。
【００１９】
まず、配管１にマイク２および３を取り付け（Ｆ−１）、バルブが開いた状態で（Ｆ−２）配管１内の音を所定時間だけ測定する（Ｆ−３）。バルブは配管１内の輸送対象物、たとえばガスの流れを遮断するために配管１に設けられたものであり、バルブを開いた状態においてはマイク２および３で測定される音は漏洩音とノイズとが合成されたものとなり、バルブを閉じた状態においてはマイク２および３で測定される音はノイズだけになる。ステップ（Ｆ−４）ではステップ（Ｆ−３）で測定した音波信号に対してたとえばＦＦＴ（高速フーリエ変換）を施すことによって周波数分析を行う。
【００２０】
次に、バルブを閉じ（Ｆ−５）、この状態で再度、配管１内の音を所定時間だけ測定する（Ｆ−６）。そして、ステップ（Ｆ−７）ではステップ（Ｆ−６）で測定した音波信号に対してたとえばＦＦＴ（高速フーリエ変換）を施すことによって周波数分析を行う。
【００２１】
図５は、測定した音波信号を周波数分析した結果の周波数分布を示す図であり、縦軸はデシベル表示した音圧、横軸は周波数である。
【００２２】
図５において、曲線ａはバルブ遮断前の音波信号すなわち図４のステップ（Ｆ−３）で測定した音波信号であり、曲線ｂはバルブ遮断後の音波信号すなわち図４のステップ（Ｆ−６）で測定した音波信号である。
【００２３】
図４の説明に戻り、次に、ステップ（Ｆ−４）で求めた音波信号の周波数分布からステップ（Ｆ−７）で求めた音波信号の周波数分布を引き算する（Ｆ−８）。すなわち、各周波数ごとに、図５に示した曲線ａの音圧から曲線ｂの音圧を引き算する。
【００２４】
図６は、図５に示した曲線ａから曲線ｂを引き算した結果の曲線を示す図であり、縦軸はデシベル表示した音圧の差、横軸は周波数である。
【００２５】
上述したように、図５の曲線ａは漏洩音とノイズとが合成されたものであり、曲線ｂはノイズだけのものである。従って、曲線ａから曲線ｂを引き算することにより、ほぼ漏洩音だけによる曲線が求まる。図６を参照すると、低い周波数帯域においてはノイズだけであるために音圧の差がほとんどなく、ある周波数から急に音圧の差が大きくなる。この周波数が、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち下限の周波数である。
【００２６】
すなわち、図４のステップ（Ｆ−９）では、音圧レベルが所定の閾値を越える最小周波数を求め、この求めた周波数を図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち下限の周波数とする。
【００２７】
次に、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち上限の周波数の求め方について説明する。
【００２８】
図５の曲線ａすなわちバルブ遮断前の音波信号を参照すると、高周波数側でピークｃおよびｄが発生していることがわかる。これらのピークは、漏洩音が配管１内で共鳴して発生するものであり、このようなピークが存在すると相互相関法にて処理して漏洩位置を特定する際に誤差の原因となるため取り除かなければならない。図５のピークｃは管内１次モード固有周波数におけるピークであり、ピークｄは管内２次モード固有周波数におけるピークである。図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち上限の周波数は、この漏洩音の共鳴により生じるピークを取り除くように定められる。
【００２９】
図７は、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち下限の周波数を求める処理のフローチャートである。
【００３０】
まず、配管１の管径を予め調べておいてそれを入力する（Ｇ−１）。入力された管径から管内モードの固有周波数を計算し（Ｇ−２）、１次モード固有周波数より低い所定の周波数を、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち上限の周波数とする（Ｇ−３）。
【００３１】
すなわち、図４で求めた下限周波数から図７で求めた上限周波数までの間の周波数を通過させるように、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理を行えばよい。
【００３２】
ところで、漏洩音は白色化し特定周波数成分をもたない信号であるが、ノイズ成分として特定周波数成分をもった信号（たとえば、配管の打撃音等）が混入してしまうことがある。この場合も信号の周波数分布にピークが生じてしまい、相互相関法にて処理して漏洩位置を特定する際に誤差の原因となるため取り除かなければならない。このピークの除去は、図１に示したデータ処理部６において、すでに説明したディジタルＢＰＦ処理のほかに、所望の周波数帯域のみをカットするディジタルＢＥＦ（バンドエリミネートフィルタ）処理を行うようにすればよい。
【００３３】
ここで、このディジタルＢＥＦ処理でカットする周波数帯域を決定する処理について説明する
図８はディジタルＢＥＦ処理でカットする周波数帯域を決定する処理について説明する図であり、（ａ）は測定した音波信号を周波数分析した結果の周波数分布を示す図、（ｂ）はディジタルＢＥＦ処理のフィルタ特性を示す図、（ｃ）は（ｂ）のフィルタ特性のディジタルＢＥＦ処理を（ａ）に施した結果の図であり、図８（ａ）〜（ｃ）において縦軸はデシベル表示した音圧、横軸は周波数である。
【００３４】
まず、図１に示したデータ処理部６におけるディジタルＢＰＦ処理を施した結果の信号の音圧レベルの平均値を算出し、この平均値に所定の値だけ足した値をしきい値として定める。そして、図４のステップ（Ｆ−４）の結果の信号、すなわちバルブが開いた状態で配管１内の音を所定時間だけ測定し、この測定した音波信号を周波数分析した結果の信号の各周波数帯域のうち、ディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域の範囲内で、音圧レベルが先に算出したしきい値を越える周波数帯域を求める。この求めた周波数帯域が、ディジタルＢＥＦ処理でカットする周波数帯域である。
【００３５】
図８（ａ）はバルブが開いた状態で配管１内の音を所定時間だけ測定し、この測定した音波信号を周波数分析した結果を概略的に示した図である。図８（ａ）に示したピークはディジタルＢＥＦ処理でカットする周波数帯域に含まれ、図８（ａ）に図８（ｂ）のフィルタ特性を有するディジタルＢＥＦ処理を施すことによって、図８（ｃ）に示すようにピークをもたない信号を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、管内圧力が比較的低いガス配管等の配管に対してであっても、音波式の配管漏洩位置特定方法を適用することができる配管漏洩位置特定方法における信号処理方法を提供することができる。
【００３７】
また、以下に列記する効果がある。
（１）外部ノイズが大きい場合であっても漏洩音波の抽出が可能なので、音波式の配管漏洩位置特定方法によって、ガス配管等の低圧配管の漏洩位置特定が可能となる。
（２）ノイズ除去によって、従来に比べて相互相関波形のノイズ成分が減少し、漏洩位置特定の精度が向上する。
（３）特定周波数成分をもった外部ノイズ（ガバナ音、燃焼音、打撃音、付近を通行する車や人による騒音等）が混入した場合であっても、漏洩音波との選別が容易に行える。
（４）配管構成および埋設条件等によって漏洩音波が共鳴し、この共鳴によってピークが発生した場合であっても、このピークを除去することができ、漏洩位置の誤検出を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による配管漏洩位置特定方法における信号処理方法を実現するシステムのブロック図である。
【図２】図１に示した各ブロックの入出力信号の周波数特性を示す図であり、（ａ）は図１に示したマイクの出力信号、（ｂ）は図１に示したアンプの出力信号、（ｃ）はデータ処理部６の出力信号を示す。
【図３】図１に示した各ブロックにおけるフィルタ特性を示す図であり、（ａ）は図１に示したアンプのフィルタ特性、（ｂ）は図１に示したデータ処理部のフィルタ特性を示す。
【図４】図１に示したデータ処理部におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち下限の周波数を求める処理のフローチャートである。
【図５】測定した音波信号を周波数分析した結果の周波数分布を示す図である。
【図６】図５に示した曲線ａから曲線ｂを引き算した結果の曲線を示す図である。
【図７】図１に示したデータ処理部におけるディジタルＢＰＦ処理で通過させる周波数帯域のうち下限の周波数を求める処理のフローチャートである。
【図８】ディジタルＢＥＦ処理でカットする周波数帯域を決定する処理について説明する図であり、（ａ）は測定した音波信号を周波数分析した結果の周波数分布を示す図、（ｂ）はディジタルＢＥＦ処理のフィルタ特性を示す図、（ｃ）は（ｂ）のフィルタ特性のディジタルＢＥＦ処理を（ａ）に施した結果の図である。
【図９】配管に対するマイクの取付状態を示す図である。
【符号の説明】
１  配管
２、３  マイク
５  アンプ
６  データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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