(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象となる配管に診断区間を定め、この診断区間の両端を音響的な反射体で仕切り、上記診断区間の一端側近傍で人工的に音波を発生させ、この音波を上記診断区間の両端近傍にそれぞれ配置された一対のマイクロホンで検出し、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するようにしたことを特徴とする配管診断方法。
【請求項２】
前記管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するに際して、前記配管の前記診断区間内に上記配管の口径で決まる管径方向の一次共鳴モードを励起させる単一周波数の音波を人工的に発生させ、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間インパルス応答関数または相互相関関数を計測し、この計測データを基に前記配管破損個所で生じる反射波に起因した成分から少なくとも前記配管破損個所の位置を算出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の配管診断方法。
【請求項３】
前記管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するに際して、前記配管の共鳴周波数を同定し、この共鳴周波数の音波を人工的に発生させ、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間インパルス応答関数または相互相関関数を計測し、この計測データを基に前記配管破損個所で生じる反射波に起因した成分から少なくとも前記配管破損個所の位置を算出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の配管診断方法。
【請求項４】
診断対象となる配管に診断区間を定め、この診断区間の両端を音響的な反射体で仕切り、上記診断区間内で人工的に音波を発生させ、この音波を上記診断区間内に離間配置された一対のマイクロホンで検出し、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管診断方法において、
前記診断対象となる配管内部が実質的に空の水道管の場合には、前記反射体として上記水道管に付設されている仕切弁を用い、人工的な前記音波の発生に供される要素及び前記マイクロホンを上記水道管に付設されている消火栓を通して前記診断区間内に配置することを特徴とする配管診断方法。
【請求項５】
前記消火栓内に、この消火栓内での音の反射を抑制する反射抑制要素を装着することを特徴とする請求項４に記載の配管診断方法。
【請求項６】
診断対象となる配管に診断区間を定め、この診断区間の両端を音響的な反射体で仕切り、上記診断区間内に所定の圧力を有する気体を発生させ、この気体圧によって配管破損個所から発生した放射音波を上記診断区間内に離間配置された一対のマイクロホンで検出し、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管診断方法において、
前記診断対象となる配管内部が実質的に空の水道管の場合には、前記反射体として上記水道管に付設されている仕切弁を用い、前記診断区間内に前記気体圧を発生させる要素の一部及び前記マイクロホンを上記水道管に付設されている消火栓を通して前記診断区間内に配置することを特徴とする配管診断方法。
【請求項７】
実質的に内部が空の配管を診断するための装置であって、診断対象となる配管で、両端が音響的な反射体で仕切られた診断区間内で人工的に音波を発生させる音波発生手段と、前記診断区間内に離間配置される一対のマイクロホンと、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管破損個所算出手段とを具備する配管診断装置において、
前記音波発生手段は、前記配管の前記診断区間内に、上記配管の口径で決まる管径方向の一次共鳴モードを励起させる単一周波数の音波を発生させており、前記配管破損個所算出手段は、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間インパルス応答関数または相互相関関数を計測し、この計測データを基に前記配管破損個所で生じる反射波に起因した成分から少なくとも前記配管破損個所の位置を算出することを特徴とする配管診断装置。
【請求項８】
実質的に内部が空の配管を診断するための装置であって、診断対象となる配管で、両端が音響的な反射体で仕切られた診断区間内で人工的に音波を発生させる音波発生手段と、前記診断区間内に離間配置される一対のマイクロホンと、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管破損個所算出手段とを具備する配管診断装置において、
前記音波発生手段は、前記配管の共鳴周波数を同定し、この共鳴周波数の音波を前記診断区間内に発生させており、前記配管破損個所算出手段は、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間インパルス応答関数または相互相関関数を計測し、この計測データを基に前記配管破損個所で生じる反射波に起因した成分から少なくとも前記配管破損個所の位置を算出することを特徴とする配管診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管の破損箇所探査に主眼をおいた配管診断方法、配管診断装置及び配管付き設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、水道管路の多くは地下に埋設されている。このため、地震等によって水道管が破損したとき、その破損個所、つまり漏水個所を探査・確認することが非常に困難で、早期復旧を遅らせる要因となっている。
【０００３】
ところで、このような水道管の漏水個所を探査する技術としては、地中探査レーダを用いるもの、ＴＶカメラを用いるもの、水圧、ガス、空気、音、流量などの変化を利用するものなどがある。
【０００４】
しかしながら、これらの技術は、地震災害等を想定したものではないので、例えば地震災害時には適用できないものが多い。
【０００５】
すなわち、地震災害時は以下に示すような制約条件があるからである。
【０００６】
（１）  内部に水のない空管状態における探査。
【０００７】
被災時は腐食などで起こる通常の管路破損とは規模が違い、破損箇所から水が一気に吹き出し、水のない空管の状態になる。
【０００８】
（２）  破損の有無だけではなく、破損箇所の位置まで探査しなければいけない。
【０００９】
（３）  できるだけ少ない計測点数。
【００１０】
地表面には亀裂・段差ができており、地表面からの計測が困難な場合もある。
（４）  短い計測時間（設置・計測・撤収まで）。
【００１１】
（５）  最少限の付加設備。
【００１２】
（６）  小型軽量。
【００１３】
（７）  配管上下のうねり部による局所的管内水たまりの影響も考慮。
【００１４】
（８）  直管だけでなく分岐管へも適用できること。
【００１５】
このような制約条件があるので、例えば従来の地中探査レーダを用いるものを例にとると、この技術では地表面から計測するので、上述した（３）  の条件を満たすことが難しく、地層の変化も影響し、地中での破損箇所を推定することは困難である。一方、配管内に空気を注入し、空気量の変化から破損を探査する技術を例にとると、これはあくまでもその区間に破損があるかどうかの有無を探査する技術に過ぎず、破損位置の特定は不可能であった。
【００１６】
阪神大震災時には、空管の状態になった水道管に空気の代わりに水を注入し、あえて破損箇所から漏水させ、それによって地中に創出した漏水音波を調査員が地表から聴きながら漏水箇所を探査する方法が採られた。
【００１７】
しかし、この方法では、水を必要とすること、周囲環境騒音の中から漏水音のみを聞き分けられる熟練された調査員が必要であること、１つ１つの水道管に水を入れて音を聴くという人海戦術を採らざるを得ないこと、などの理由から非常に時間と労力を要した。なお、スモークやヘリウムガスを注入する技術もあるが、水道管のような配管に対しては安全面、衛生面等から適当とはいえない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の技術では、対象とする配管が所定の圧のかかった満水でなければならなかったり、破損の有無はわかるが破損箇所までは算出不可能であったり、破損箇所まで見つけるには地表面から数時間かけて計測しなければならなかったり、準備に時間を要したりして、制約条件の多い地震災害時には適用できない問題があった。
【００１９】
そこで本発明は、対象とする配管が空管の場合であっても、配管に存在する破損箇所の位置を少ない計測点数で短時間に見つけ出すことができる配管診断方法、配管診断装置及び配管付き設備を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明に係る配管診断方法では、診断対象となる配管に診断区間を定め、この診断区間の両端を音響的な反射体で仕切り、上記診断区間内で人工的に音波を発生させ、この音波を上記診断区間内に離間配置された一対のマイクロホンで検出し、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するようにしている。
【００２１】
なお、第１の発明に係る方法を採用するに当たり、上記診断区間の一端側近傍で前記音波を人工的に発生させ、上記診断区間の両端近傍に前記マイクロホンをそれぞれ配置することが好ましい。
【００２２】
また、第１の発明に係る方法を採用するに当たり、前記管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するに際して、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間伝達関数を計測し、この管内空間伝達関数の実数部と虚数部とを用いて少なくとも前記配管破損個所の位置を算出してもよいし、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間インパルス応答関数または相互相関関数を計測し、この計測データを基に前記配管破損個所で生じる反射波に起因した成分から少なくとも前記配管破損個所の位置を算出してもよい。なお、後者を採用する場合、前記配管の前記診断区間内に上記配管の口径で決まる管径方向の一次共鳴モードを励起させる単一周波数の音波を人工的に発生させるようにしてもよいし、さらに前記配管の共鳴周波数を同定し、この共鳴周波数の音波を人工的に発生させるようにしてもよい。
【００２３】
また、第１の発明に係る方法を採用するに当たり、前記診断対象となる配管内部が実質的に空の水道管の場合には、前記反射体として上記水道管に付設されている仕切弁を用い、人工的な前記音波の発生に供される要素及び前記マイクロホンを上記水道管に付設されている消火栓を通して前記診断区間内に配置することが好ましい。この場合、前記消火栓内に、この消火栓内での音の反射を防止する反射抑制要素を装着することが好ましい。
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の第２の発明に係る配管診断方法では、診断対象となる配管に診断区間を定め、この診断区間の両端を音響的な反射体で仕切り、上記診断区間内に所定の圧力を有する気体圧を発生させ、この気体圧によって配管破損個所から発生した放射音波を上記診断区間内に離間配置された一対のマイクロホンで検出し、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するようにしている。
【００２５】
なお、この第２の発明に係る方法を採用する場合、前記診断区間の両端近傍に前記マイクロホンをそれぞれ配置することが好ましい。
【００２６】
また、第２の発明に係る方法を採用するに当たり、管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出するに際して、前記マイクロホンで検出された管内音圧から管内空間伝達関数を計測し、この管内空間伝達関数を用いて少なくとも前記配管破損個所の位置を算出することが好ましい。
【００２７】
また、第２の発明に係る方法を採用するに当たり、前記診断対象となる配管内部が実質的に空の水道管の場合には、前記反射体として上記水道管に付設されている仕切弁を用い、前記診断区間内に気体圧を発生させる要素の一部及び前記マイクロホンを上記水道管に付設されている消火栓を通して前記診断区間内に配置することが好ましい。
【００２８】
上記目的を達成するために、本発明の第３の発明に係る配管診断方法では、地下に埋設されている診断対象となる配管に診断区間を定め、この診断区間の両端を仕切体で仕切り、上記診断区間内に所定圧力を有する気体を発生させ、この気体圧によって配管破損個所から発生する放射音波を上記配管を通して放射音検知センサで検出するとともに少なくとも一対の地表振動検知センサを地表面に配置し、これら地表振動検知センサの出力信号から前記放射音検知センサで得られた信号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理でそれぞれ除去し、この処理を経た対をなす信号を用いて地表面に伝わる前記放射音波の振動インテンシティを求め、この振動インテンシティから少なくとも配管破損個所の位置を算出するようにしている。
【００２９】
上記目的を達成するために、本発明の第４の発明に係る配管診断装置は、診断対象となる配管で、両端が音響的な反射体で仕切られた診断区間内で人工的に音波を発生させる音波発生手段と、前記診断区間内に離間配置される一対のマイクロホンと、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管破損個所算出手段とを備えている。
【００３０】
なお、この第４の発明に係る配管診断装置において、前記第１の発明に係る配管診断方法で採用可能としている配管破損個所算出方式、音波発生手段並びにマイクロホンの設置方式を採用することができる。
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明の第５の発明に係る配管診断装置は、診断対象となる配管で、両端が音響的な反射体で仕切られた診断区間内に所定の圧力を有する気体を発生させる気体圧発生手段と、前記診断区間内に離間配置されて前記気体圧によって配管破損個所から発生した放射音波を検出する一対のマイクロホンと、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管破損個所算出手段とを備えている。
【００３２】
なお、この第５の発明に係る配管診断装置において、前記第２の発明に係る配管診断方法で採用可能としている配管破損個所算出方式、音波発生手段並びにマイクロホンの設置方式を採用することができる。
【００３３】
上記目的を達成するために、本発明の第６の発明に係る配管診断装置は、診断対象となる配管で、両端が仕切体によって仕切られた診断区間内に所定の圧力を有する気体を発生させる気体圧発生手段と、前記気体圧によって配管破損個所から発生する放射音波を上記配管を通して検出する放射音検知センサと、地表面に配置された少なくとも一対の地表振動検知センサと、これら地表振動検知センサの出力信号から前記放射音検知センサで得られた信号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理でそれぞれ除去する手段と、この手段による処理を経た対をなす信号を用いて地表面に伝わる前記放射音波の振動インテンシティを求め、この振動インテンシティから少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管破損個所算出手段とを備えている。
【００３４】
上記目的を達成するために、本発明の第７の発明に係る配管付き設備は、各種の配管を備えた設備本体と、診断対象となる配管で、診断区間となる両端を音響的な反射体で仕切る仕切り手段と、この手段で仕切られた診断区間内で人工的に音波を発生させる音波発生手段と、前記診断区間内に離間配置される一対のマイクロホンと、これらマイクロホンで検出された管内音圧から管内音響波の性質を計測し、計測された性質から少なくとも配管破損個所の位置を算出する配管破損個所算出手段と、前記仕切り手段及び前記音波発生装置手段及び前記配管破損個所算出手段を用いて配管破損個所探査動作を所定時間おきに実行させる管理手段とを備えている。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
【００３６】
図１には地震災害等が原因で空管となっている地下埋設水道管の破損位置を本発明の第１の実施形態に係る配管診断装置１１で探査しているときの概念図が示されている。
【００３７】
すなわち、同図において、１は地下に埋設されている水道管を示し、２は地表面を示し、３ａ，３ｂは水道管１に接続されている消火栓を示し、４ａ，４ｂは金属製の仕切り弁を示している。
【００３８】
配管診断装置１１を用いて配管、つまり水道管を診断するときには、まず診断対象となる水道管１を選び、次に選ばれた水道管１に診断区間５を設定する。この診断区間５の設定は仕切り弁４ａ、４ｂを閉めることによって行われる。つまり、水道管１内で仕切り弁４ａと４ｂとの間に位置する部分が診断区間５となる。仕切り弁４ａ、４ｂの配設位置は、通常、水道管埋設地図等に記載されている。したがって、これらから診断区間５の管軸方向の距離を知ることができる。勿論、実測して知ることもできる。
【００３９】
このようにして診断区間５が設定されたら、仕切り弁４ａ，４ｂの近くで、かつ仕切り弁４ａ，４ｂ間に接続されている消火栓３ａ，３ｂを選ぶ。そして、消火栓３ａ，３ｂの先端に取り付けられているバルブ類を取り外して胴筒だけにする。
【００４０】
次に、この例の場合、消火栓３ａの胴筒を通して小型のスピーカ１２と小型のマイクロホン１３とを水道管１内に配置する。また、消火栓３ｂの胴筒を通して小型のマイクロホン１４を水道管１内に配置する。
【００４１】
そして、スピーカ１２の入力端をスピーカ駆動装置１５に接続し、マイクロホン１３，１４の出力端をＡ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂを介して空間伝達関数計測装置１７に入力し、この空間伝達関数計測装置１７の出力を配管破損個所算出装置１８に導入する。なお、この例では各消火栓３ａ、３ｂの胴筒内に、この胴筒内での音の反射を防止する反射抑制材１９を充填している。
【００４２】
上記構成から判るように、この例では診断対象となる水道管１内に音響的には剛壁、すなわち完全反射壁として扱うことが可能な仕切り弁４ａ，４ｂによって仕切られた診断区間５を設定し、この診断区間５内にスピーカ１２を挿入して人工的な音波を発生させる。このとき、診断区間５内に離間配置したマイクロホン１３，１４によって診断区間５内の音圧を測定し、２点間の信号から空間伝達関数を測定し、診断区間５内の音波の伝わり方から２つのマイクロホン１３，１４間にある少なくとも破損箇所Ｂの位置を算出するようにしている。また、必要に応じて破損個所Ｂの大きさ（形状）を測定により知ることもできる。
【００４３】
破損箇所Ｂが存在すると、そこで反射波が存在することから、計測値は健全な配管の場合に比べ変化する。
【００４４】
地震災害時に水道管１に起こる破損の状況としては、図２（ａ）に示すように水道管１の周方向に亀裂２０が生じたり、図２（ｂ）に示すように水道管１に接続されている分岐管２１が根元から折れて分岐管口径分の孔２２が開いたり、図２（ｃ）に示すように水道管１が完全に切断され、その切断面２３に土２４がかぶさったりする状態が考えられる。
【００４５】
この装置で扱う音波は配管内部の空気を伝わる平面波（平面波として配管を伝播する限界周波数は配管口径で決まる）であることから、管壁の種類に左右されず、また配管内部の凹凸や土などの障害物が存在しても、あるいは配管が上下にうねるような形状であっても、あるいはまた図２に示す何れの状況であっても破損箇所の位置を算出することが可能である。
【００４６】
今、図３に示すように、診断区間５の管軸方向の長さをＬとし、診断区間５の左端壁からＬ１  、診断区間５の右端壁からＬ２  の位置Ｚの管壁に半径ａの孔が存在した場合、診断区間５の左端壁、診断区間５の右端壁の音圧Ｂ１  、Ｂ２  及び粒子速度Ｕ１  、Ｕ２  は以下のようになる。
【００４７】
【数１】
0003629139.tif 000002
【００４８】
この式（２）  を信号処理することによって、孔の位置Ｚで決まる距離Ｌ２  を算出する。
【００４９】
Ｌ２  の算出方法について具体的に説明する。
【００５０】
（１）  逆フーリエ変換の場合
たとえば虚数部を逆フーリエ変換した場合、図４に示すように、２つのピークが現れる。２番目のピークが破損箇所Ｌ２      に依存したピークであることから、既知である配管長Ｌを代入することで、Ｌ２  を逆算することができる。
【００５１】
図５には診断区間Ｌ＝１２ｍ、診断区間の左端壁から５ｍの位置に口径８０ｃｍの破損孔、破損孔の外側周囲１ｍを掘り起こした解放空間を持つ実験設備を使って得られた結果が示されている。
【００５２】
図５（ａ）は管内の空間伝達関数の実数部の実測データ、図５（ｂ）は管内の空間伝達関数の虚数部の実測データであり、式（２）に相当する。実数部を逆フーリエ変換すると図５（ｃ）、（ｄ）となり、虚数部を逆フーリエ変換すると図５（ｅ）、（ｆ）となり、配管長Ｌのみで決まるピークと配管長Ｌと破損孔位置の距離Ｌ２  とによって決まるピークに分離でき、２つのピークが算出される。
【００５３】
配管長Ｌが既知であることから、前者のピークは配管長によるものと容易に推測され、残りのピークが現れた横軸の数値から破損孔位置を逆算することができる。なお、ピークの大きさは、式（２）  より、破損孔の形状、大きさにより変化することから、ピークの大きさの大小から定性的に破損規模を推測することも可能となる。なお、図５（ｇ），（ｈ）は図５（ｅ）、（ｆ）の横軸を配管長Ｌで割算して正規化したものである。
【００５４】
（２）  他の信号処理方法
以下のようにして直交条件と同様に計算する
【数２】
0003629139.tif 000003
【００５５】
【数３】
0003629139.tif 000004
【００５６】
ｘを変化させ、一回一回変化させた状態でのＢ（ｘ）を算出する。横軸にｘ、縦軸にＢ（ｘ）のグラフを作ると、ｘ＝  ０、ｘ＝  Ｌ２      となったときだけ、直交条件を満たし、Ｂ（ｘ）が値を持ち、それ以外は零となる。配管長Ｌは既知であることから当然、ｘ＝  ０で値を持つことは明らかであることから、ｘ≠０    以外で値を持ったとき、そのときのｘが配管破損位置となる。上記の場合は、ｘ＝  Ｌ２  が破損位置となる。
【００５７】
なお、図１に示すように、消火栓３ａ，３ｂの胴筒を通してスピーカ１２やマイクロホン１３，１４を配管内に配置する場合、胴筒を分岐管とみなすことができるので、その分岐管の先端の条件によって音の伝わり方が変化する。図６に示すように、分岐管の先端部がたとえ閉じられていても、分岐の長さＬａ  によって音響伝播が変化する。
【００５８】
２つの消火栓３ａ、３ｂが音響伝播路として存在していると、式（２）  で表した直管の場合の式に比べて音圧、粒子速度の式は下記のように複雑になる。
【００５９】
【数４】
0003629139.tif 000005
【００６０】
したがって、図１に示すように、分岐管、つまり消火栓３ａ、３ｂの胴筒内に音の反射を防止する反射抑制材１９を充填して空間をなくすと、モデルを簡単化することができる。
【００６１】
図７には本発明の第２の実施形態に係る配管診断装置１１ａが示されている。この図では、図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００６２】
図１に示す装置では、管内の空間伝達関数から破損位置を算出しているが、この例に係る装置では、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂの出力を相互相関関数計測装置２５あるいはインパルス応答関数計測装置２６に導入し、これら計測装置の出力を配管破損個所算出装置２７に導入して破損位置を算出させるようにしている。
【００６３】
すなわち、図８に示すような診断区間５を持つ配管、例えば水道管１において、診断区間５の左端から音波（平面波）を発信させると、同じ左端で受信するタイミング（受信時間）は図９（ａ）中ＴＰ１  のようになる。はじめは音波発信位置と受信位置とがほぼ等しいことから、受信時間は０、続いて配管破損個所Ｚで反射して戻る音波を受信することから、その時間は２Ｌ１  ／Ｃ（Ｃ：空気を伝播する音速）である。次は、その音波が左端で反射し、再度、配管破損個所で反射し戻る音波である。その次は、診断区間５の右端で反射し戻る音波である。右端で受信する音波の時間についはて図９（ａ）中ＴＰ２  のようになる。
【００６４】
したがって、相互相関処理により、図１０に示すような２点間音波到達時間差（△Ｔ＝  ＴＰ２  −ＴＰ１  ）を観測できるので、配管破損個所に依存する時間差から配管破損個所の位置を逆算することができる。
【００６５】
この例に係る配管診断装置１１ａでは、相互相関関数（あるいはインパルス応答関数）により、上記時間△Ｔを計測し、これによって配管破損個所Ｂの位置を算出させるようにしている。
【００６６】
なお、図１１に示すような分岐部がある配管についてもＬｔ、Ｌａ  、Ｌが既知であることから配管破損個所に依存する時間差を判別することが可能となり、逆算して配管破損個所の位置を算出することができる。
【００６７】
図１２には本発明の第３の実施形態に係る配管診断装置１１ｂが示されている。この図では、図１及び図７と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００６８】
この例に係る装置１１ｂでは、スピーカ１２から、診断区間５の配管、つまり水道管１の口径で決まる管内１次共鳴モードが卓越する単一周波数の音波を発生させている。破損のない正常な配管に比べ、破損があると対称性が崩れることから、より振動しやすくなり、そのモードは正常時よりも顕著に現れる。
【００６９】
管内は共鳴現象により定在波が支配的だが、対称性が崩れたことにより進行波成分も現れ、その波が配管破損個所で反射する。そこで、この例に係る装置１１ｂでは先の基本原理にしたがって相互相関処理などにより配管破損個所の位置を算出するようにしている。
【００７０】
図１３には図１２に示した手法で、診断区間１２ｍ、口径６０ｃｍ、診断区間の左端からＬ１  ＝３ｍの位置に径が５ｃｍ    の破損孔を有した配管を用いて配管破損個所の位置を算出する実験を行った結果が示されている。
【００７１】
実験方法は以下の通りである。
【００７２】
（１）  １次共鳴モードが卓越する単一周波数を片方から発生させ、両側２点間の空間伝達関数を測定し、これを逆フーリエ変換し、時間軸のインパルス応答関数を算出する。
【００７３】
（２）  破損孔位置の存在で現われた反射波の到達時間から、破損孔位置（Ｌ１  ）を算出する。
【００７４】
図１３において、Ｘは診断区間の右端からの反射波で、Ｙは破損孔からの反射波である。Ｙまでの時間は１８．１ミリ秒であり、音速を３４０ｍ／ｓとすると、Ｌ１  ＝３．０７ｍとなり、ほぼ正確に破損孔箇所の位置を算出することができた。
【００７５】
なお、管内１次共鳴モードは配管口径で決まるものの、実際の配管は途中で口径が変化していたり、管内が経年変化により変形していたり、途中の分岐部の影響を受けたりして、正しく１次共鳴モードを計算により算出することができない場合もある。
【００７６】
このように配管の情報が未知の場合、図１２中に２点鎖線で示すように、共鳴周波数同定装置２８を設け、管内が共鳴するまで音波の周波数を変化させていき、共鳴したときの周波数を同定する。そして、その周波数で改めて音波を発生させて、以下同様の手法によって、少なくとも配管破損個所の位置を算出するようにすればよい。
【００７７】
なお、地震等の被災時、破損が激しい箇所では水が吹き出すことから、破損箇所周囲に、図１４（ａ）に示すように、空洞３０ができることが知られている。音響モデルにおいて、空洞３０は図１４（ｂ）に示すように共鳴室３１として扱うことができる。したがって、この共鳴室３１の寸法に依存した共鳴周波数が現れたら、共鳴室３１、すなわち空洞３０が生じていることが判る。これにより、破損した事実も判ることになる。この共鳴室モデルを先に説明した伝達マトリクスモデルに追加することで、共鳴室の位置も算出することが可能となり、破損箇所の位置を逆算することができる。
【００７８】
図１５には本発明の第４の実施形態に係る配管診断装置１１ｃが示されている。この図では、図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００７９】
先の各例では、診断区間５内に音波を発生させているが、この例では音波の代わりに、診断区間５内に空気圧注入装置３２で空気圧を注入し、この注入によって配管破損個所Ｂに仮想音源を形成させる。
【００８０】
この仮想音源を用いると、以下の式から図１６に示す診断区間５の左右端の音圧Ｐ１  、Ｐ２  、粒子速度Ｕ１  、Ｕ２  を求めることができる。これらは配管破損個所Ｂの位置Ｌ１  の関数として算出されるので、配管破損個所Ｂの位置Ｌ１  を逆算することができる。
【００８１】
【数５】
0003629139.tif 000006
【００８２】
図１５に示す装置では、分岐部や配管埋設状態、配管寸法が既知であることを必要とするが、たとえ分岐部が存在し、その個数、存在箇所、分岐寸法が未知であっても、比較的簡単に配管破損個所Ｂの位置を算出できる。
【００８３】
例えば、図１７に示すように、分岐部３３ａ、３３ｂが存在し、かつその分岐部３３ａ、３３ｂが両端から離れていても、管内の破損箇所でできた仮想音源の音圧を測定するための２本のマイクロホン１３，１４間の距離が既知である限り、相互相関関数から２本のマイクロホン１３，１４への伝播時間差が判り、破損箇所Ｂの位置を逆算することができる。これは、いわゆる通常の漏水検知で用いる相関法であるが、漏水検知の場合は管壁に伝わる音波を対象としていることから管種が重要であり、管種が未知の場合は漏水箇所を推定できなくなるが、図１５に示す手法では管内空気を伝わる音波を対象とすることから管種には左右されないことが大きな利点である。
【００８４】
相互相関処理やインパルス応答関数により算出した時間差Ｔと破損箇所Ｂの位置との関係は、空気を伝わる音速をＣとすると以下の式となる。
【００８５】
ｔ１  ＝Ｌ１  ／Ｃ
ｔ２  ＝Ｌ２  ／Ｃ
Ｔ＝｜  ｔ１  −ｔ２  ｜                                          …（９）
図１８には本発明の第５の実施形態に係る配管診断装置１１ｄが示されている。この図では、図１５と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の説明は省略する。
【００８６】
診断区間５への空気圧注入により配管破損箇所Ｂが新たな音源となれば、この音波は地中を介して地表にも伝わる。したがって、地表でこの音波のインテンシティ（音波の放射エネルギの流れ方向）を計測することで、配管破損個所Ｂの位置を同定することができる。この装置１１ｄは上述した原理を採用している。
【００８７】
この装置１１ｄでは、空気圧の注入によって配管破損個所Ｂから発生する放射音波を水道管１を通して例えば仕切り弁４ａ上で検出する放射音検知センサ３４を設けるとともに地表面に少なくとも一対の地表振動検知センサ３５ａ，３５ｂを水道管１のは配設経路に沿って移動自在に設けている。そして、地表振動検知センサ３５ａ，３５ｂの出力信号から放射音検知センサ３４で得られた信号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理装置３６ａ，３６ｂで除去し、この処理を経た対をなす信号を用いて地表面に伝わる放射音波の振動インテンシティを演算装置３７で求め、求められた振動インテンシティから配管破損個所算出装置３８で配管破損個所Ｂの位置を算出させるようにしている。なお、図１８中、３９は空気漏れを防ぐシール要素を示している。
【００８８】
なお、上述した各例は、地下に埋設されている水道管等を診断対象とし、地震災害等に遭遇したときにおいて診断する方法及び装置についてであるが、各種の配管を備えた設備（プラント）に上述した診断装置、特に音響的な手法を用いる診断装置を常時設置しておき、この診断装置を一定時間おきに管理装置で動作させて配管を定期的に診断できるようにした設備構成を採用してもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば地震災害等で空管状態になった配管の破損位置探査作業の容易化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配管診断装置の概略構成図
【図２】地震災害等で起こり易い配管破損の例を示す図
【図３】同装置の動作を説明するための図
【図４】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図５】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図６】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る配管診断装置の概略構成図
【図８】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図９】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１０】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１１】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る配管診断装置の概略構成図
【図１３】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１４】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る配管診断装置の概略構成図
【図１６】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１７】同装置による破損位置算出動作を説明するための図
【図１８】本発明の第５の実施形態に係る配管診断装置の概略構成図
【符号の説明】
１…診断対象の配管である水道管
２…地表
３ａ、３ｂ…消火栓
４ａ、４ｂ…音響的に剛体とみなされる仕切り弁
５…診断区間
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…配管診断装置
１２…スピーカ
１３，１４…マイクロホン
１５…スピーカ駆動装置
１６ａ、１６ｂ…Ａ／Ｄ変換器
１７…空間伝達関数計測装置
１８、２７、３８…配管破損箇所算出装置
１９…反射抑制材
２５…相互相関関数計測装置
２６…インパルス応答関数計測装置
２８…共鳴周波数同定装置
３２…空気圧注入装置
３４…放射音検知センサ
３５ａ、３５ｂ…地表振動検知センサ
３６ａ、３６ｂ…相互相関処理装置
３７…演算装置
Ｂ…配管破損個所
【図１】
0003629139.tif 000007
【図２】
0003629139.tif 000008
【図３】
0003629139.tif 000009
【図４】
0003629139.tif 000010
【図５】
0003629139.tif 000011
【図６】
0003629139.tif 000012
【図７】
0003629139.tif 000013
【図８】
0003629139.tif 000014
【図９】
0003629139.tif 000015
【図１０】
0003629139.tif 000016
【図１１】
0003629139.tif 000017
【図１２】
0003629139.tif 000018
【図１３】
0003629139.tif 000019
【図１４】
0003629139.tif 000020
【図１５】
0003629139.tif 000021
【図１６】
0003629139.tif 000022
【図１７】
0003629139.tif 000023
【図１８】
0003629139.tif 000024