(57)【要約】【課題】屈曲部を有する長尺の屈曲管路内の異物を正確に検出できる検出方法及び装置を提供する。【解決手段】屈曲部を有し内部を流体の流通している屈曲管路内にその端部開口から送信波を導入するとともに該屈曲管路内に位置する異物によって反射してくる反射波を受信し該異物の管路軸に沿った位置を検出する方法である。送信波は、流体及び管路で構成されるコア−クラッド導波管において、最低次のモード伝搬をさせ、且つ、受信波を受信するように選択される。また、屈曲管路の端部開口から送信波を導入する送信機と屈曲管路内に位置する異物によって反射してくる反射波を受信する受信機を含む。送信機からの送信波は、流体及び管路で構成されるコア−クラッド導波管において、最低次のモード伝搬をさせ、且つ、受信波を受信機で受信するように選択される。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲部を有し内部を流体の流通している屈曲管路内にその端部開口から送信波を導入するとともに該屈曲管路内に位置する異物によって反射してくる反射波を受信し該異物の管路軸に沿った位置を検出する方法であって、
前記送信波は、前記流体及び前記管路で構成されるコア−クラッド導波管において、最低次のモード伝搬をさせ、且つ、前記受信波を受信するように選択されることを特徴とする屈曲管路内異物検出方法。
【請求項２】
前記送信波にバースト波を加えるとともに、前記送信波と関連させて前記受信波を位相検波することで前記位置を検出することを特徴とする請求項１記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項３】
前記送信波は一次遮断周波数よりも低い周波数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項４】
前記送信波の波長は前記一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長であることを特徴とする請求項３記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項５】
前記送信波は音波であって０次モードを伝搬するように選択されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項６】
前記送信波はマイクロ波であって１次モードを伝搬するように選択されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項７】
前記受信波は、最低次モード以外の反射波を含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちの１つに記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項８】
前記送信波は、パルス波、チャープ波を含む変調波、又は、連続波であることを特徴とする請求項１乃至７のうちの１つに記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項９】
前記異物は、前記屈曲管路内の物体、又は、管路内の変形部であることを特徴とする請求項１乃至８のうちの１つに記載の屈曲管路内異物検出方法。
【請求項１０】
屈曲部を有し内部を流体の流通している屈曲管路内にその端部開口から送信波を導入する送信機とともに該屈曲管路内に位置する異物によって反射してくる反射波を受信する受信機を含み該異物の管路軸に沿った位置を検出する装置であって、
前記送信機からの前記送信波は、前記流体及び前記管路で構成されるコア−クラッド導波管において、最低次のモード伝搬をさせ、且つ、前記受信波を前記受信機で受信するように選択されることを特徴とする屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１１】
前記送信波にバースト波を加えるとともに、前記送信波と関連させて前記受信波を位相検波することで前記位置を検出することを特徴とする請求項１０記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１２】
前記送信波は一次遮断周波数よりも低い周波数であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１３】
前記送信波の波長は前記一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長であることを特徴とする請求項１２記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１４】
前記送信波は音波であって０次モードを伝搬するように選択されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１５】
前記送信波はマイクロ波であって１次モードを伝搬するように選択されていることを特徴とする請求項１２又は１４に記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１６】
前記受信波は、最低次モード以外の反射波を含むことを特徴とする請求項１０乃至１５のうちの１つに記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１７】
前記送信波は、パルス波、チャープ波を含む変調波、又は、連続波であることを特徴とする請求項１０乃至１６のうちの１つに記載の屈曲管路内異物検出装置。
【請求項１８】
前記異物は、前記屈曲管路内の物体、又は、管路内の変形部であることを特徴とする請求項１０乃至１７のうちの１つに記載の屈曲管路内異物検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路内の異物検出方法及び検出装置に関し、特に、曲がり部を有する屈曲管路内に送信波を導入しその反射波によって異物までの管路軸に沿った距離を検出する異物検出方法及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、管路内に向けて音波又は電磁波を送信し、管路内の異物（ここでは、管路の閉塞部、狭窄部、管路の分岐部、管路の裂断部など、管路内の物体だけでなく管路内の変形部を含む）によって反射した音波又は電磁波を受信して、異物の有無と異物までの距離を検出する装置や方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
特許文献１、２では、使用する送信波の周波数について管路を導波管と見なしたときの遮断周波数と関連付けているものの、いずれも一次遮断周波数よりも大きい周波数を用いている。一次遮断周波数以上の周波数を用いると管路内壁で多重反射して伝搬するいわゆる境界マルチモード波動となるので、減衰が激しく０次の波動とが混在して反射波の解析が困難となってしまう。
【０００４】
図１に示すように、境界波動（境界条件を満たしつつ軸方向に伝搬する波動）において、平板間を伝わる波動を例にとって説明する。ここでは、平板間距離ｄで対向する平板間を点音源から出発した波長λ＝ｄ／４の波動が伝搬する場合の例である。なお、壁面において境界条件を満たさなければならないこと、波動の値は進行方向に対して対称でなければならないこと、波長λ＝ｄ／４の場合には４次以上の波動は伝搬しないとする。すると０次の波が矢印方向に平板間を直進して伝搬し、１次の波、２次の波、３次の波がそれぞれ矢印方向に斜めに伝搬し、４次以上の波動は波形を維持して伝搬し得ないのである。
【０００５】
平板壁面が固定端的であるか自由端的であるかによって若干波動の速度は変わるが、オーダーが変わることはないので物理現象の本質的な説明として結論は十分に妥当だと考えられる。すなわち、間隔ｄで対向する平板間に、波長λ＝ｄ／４の波動が伝搬する場合を考える。この場合、０次の波が矢印方向に平板間を直進して伝搬し、１次の波、２次の波、３次の波が矢印方向に斜めに伝搬し、λ＝ｄ／４の場合には４次以上の波は伝搬しえない。１次の波、２次の波、３次の波のような高次の波は斜めに進行して壁面で多重反射し、０次の波より遅れて進行するので、例えば、異物で反射した反射波の到着が遅れることとなる。反射波の高周波成分が拡散することでパルス波形が時間軸方向にぼやけて伸びるため、反射波による到着時間の決定は困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９６０７４号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冷却配管など、曲がり部を有する屈曲管路内においても、上記したような送信波を導入し、その反射波によって異物の有無と距離を検出することが求められる。かかる場合においても上記したと同様な問題を生じる。
【０００８】
また、工場など騒音や電気ノイズの多い環境では受信波形自体がノイズで埋もれており、測定したい距離測定に関する信号波形がオシロスコープなどで観察不能なことがあり、信号波形を分離検出しにくいという問題もあった。加えて、波動自体が距離に伴い減衰することもあるので、長距離測定の場合ノイズの問題は深刻である。
【０００９】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、屈曲部を有する長尺の屈曲管路内の異物を正確に検出できる検出方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
波形が多重反射によって測定不能となるほどに崩れてしまう問題を解決するために、本発明者は、例えば音波による波動の場合、０次の波動だけが伝搬するようにして、高次の境界波動が存在しないようにすれば、壁面での多重反射による減衰がなくなって、波形がぼやけて伸びることなく長距離を伝搬することに着目し、本発明に想到した。しかも、０次の波動であれば、曲がり部を有する管路においても伝搬することができ、また、管壁面で多重反射が起こらないので異物からの反射波の解析も容易となる。
【００１１】
また、マイクロ波による波動の場合、０次の波動は導体管の中を伝搬できないので２次の遮断周波数未満の波動を通すことで１次の波動のみを伝搬させることができる。これも管路の曲がり部で２次以上のモードに変換されることはあり得ないので多重反射になることは無く、１次の波動のまま伝搬する。この場合も同様に異物で反射した反射波を受信し、送信波と受信波から管路の管軸に沿った異物までの距離を精度よく求めることができる。つまり、音波の場合もマイクロ波の場合も、最も低次のモードで伝搬する波動を送信波として用いればよい。
【００１２】
すなわち、本発明による屈曲管路内異物検出方法は、屈曲部を有し内部を流体の流通している屈曲管路内にその端部開口から送信波を導入するとともに屈曲管路内に位置する異物によって反射してくる反射波を受信し該異物の管路軸に沿った位置を検出する方法であって、前記送信波は、前記流体及び前記管路で構成されるコア−クラッド導波管において、最低次のモード伝搬をさせ、且つ、前記受信波を受信するように選択されることを特徴とする。
【００１３】
上記した発明において、前記送信波にバースト波を加えるとともに、前記送信波と関連させて前記受信波を位相検波することを特徴としてもよい。
【００１４】
また、上記した発明において、前記送信波の周波数は一次遮断周波数よりも低い周波数であることを特徴としてもよく、前記送信波の波長は前記一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長であることを特徴としてもよい。また、前記送信波は音波であって０次モードを伝搬するように選択されていることを特徴としてもよい。
【００１５】
また、上記した発明において、前記送信波はマイクロ波であって１次モードを伝搬するように選択されていることを特徴としてもよい。また、前記受信波は、最低次モード以外の反射波を含むことを特徴としてもよく、前記送信波は、パルス波、チャープ波を含む変調波又は連続波であることを特徴としてもよい。
【００１６】
また、上記した発明において、前記異物は、前記屈曲管路内の物体、又は、管路内の変形部であることを特徴としてもよい。
【００１７】
さらに、本発明による屈曲管路内異物検出装置は、屈曲部を有し内部を流体の流通している屈曲管路内にその端部開口から送信波を導入する送信機とともに該屈曲管路内に位置する異物によって反射してくる反射波を受信する受信機を含み該異物の管路軸に沿った位置を検出する装置であって、前記送信機からの前記送信波は、前記流体及び前記管路で構成されるコア−クラッド導波管において最低次のモード伝搬をさせ、且つ、前記受信波を前記受信機で受信するように選択されることを特徴とする。
【００１８】
また、上記した発明において、前記送信波にバースト波を加えるとともに、前記送信波と関連させて前記受信波を位相検波することで前記位置を検出することを特徴としてもよい。
【００１９】
また、上記した発明において、前記送信波は一次遮断周波数よりも低い周波数であることを特徴としてもよく、前記送信波の波長は前記一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長であることを特徴としてもよい。また、前記送信波は音波であって０次モードを伝搬するように選択されていることを特徴としてもよい。
【００２０】
また、上記した発明において、前記送信波はマイクロ波であって１次モードを伝搬するように選択されていることを特徴としてもよい。また、前記受信波は、最低次モード以外の反射波を含むことを特徴としてもよく、前記送信波は、パルス波、チャープ波を含む変調波、又は、連続波であることを特徴としてもよい。
【００２１】
また、上記した発明において、前記異物は、前記屈曲管路内の物体、又は、管路内の変形部であることを特徴としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】波動の伝搬を説明するための図である。
【図２】屈曲部（図ではＵ字状部）を有し距離ｄで対向する板の間を伝搬する波動をシミュレーションした図である。
【図３】図２と同じ屈曲部（Ｕ字状部）を有し距離ｄで対向する板の間を伝搬する波動をシミュレーションした図である。
【図４】図２と同じ屈曲部（Ｕ字状部）を有し距離ｄで対向する板の間を伝搬する波動をシミュレーションした図である。
【図５】図２と同じ屈曲部（Ｕ字状部）を有し距離ｄで対向する板の間を伝搬する波動をシミュレーションした図である。
【図６】図２よりも多い１１個の屈曲部（Ｕ字状部）を有し距離ｄで対向する板の間を伝搬する波動をシミュレーションした図である。
【図７】図６と同じ１１個の屈曲部（Ｕ字状部）を有し距離ｄで対向する板の間を伝搬する波動をシミュレーションした図である。
【図８】０次の波動の透過検証実験を示す図である。
【図９】２ｍごとに屈曲のある内径２５ｍｍ×長さ２０ｍの金属管の中を１０ｗ、１ＫＨｚの音波を伝搬させたときの受信波形を示す図である。
【図１０】２ｍごとに屈曲のある内径２５ｍｍ×長さ２０ｍの金属管の中を１０ｗ、２.５ＫＨｚの音波を伝搬させたときの受信波形を示す図である。
【図１１】ロックイン検波を用いた音波伝搬長測定システムの図である。
【図１２】ロックイン検波を用いた音波伝搬長測定システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１において平板間を伝わる波動について説明したように、０次の波だけしか伝わらないようにするには、例えば、図１では１次の波、２次の波、３次の波、高次の波が生じないようにすればよく、電磁波などの導波管で用いられている遮断周波数の概念を当てはめ得る。つまり、管路を導波管と見なした場合の一次遮断周波数より小さい周波数の波動であれば、換言すれば、一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長の波動であれば、１次の波、２次の波、３次の波・・・等の高次の境界波動は存在できず、０次の波のみしか存在し得ない。なお、音波（超音波領域を含む）における一次遮断周波数は、電磁波の導波管の一次遮断周波数と同様にして、管の断面形状、空気中の音速（例えば、常温の空気中での音速は３４０ｍ／ｓ）、管壁での境界条件等を考慮して数学的に解析できる。当然、電磁波の一種であるマイクロ波についても同様である。板波の波動解析や電磁波の導波路解析でも公知のように、遮断周波数の波動の波長オーダーも境界条件にほとんどよらないことも数学的に自明である。すなわち、屈曲部を有し空気やその他流体の流通している屈曲管路において、流体と管路でコア−クラッド導波管を構成しているとみなし、最低次（音波の場合は０次、マイクロ波の場合は１次）のモード伝搬する波動を送信波として選択して用いることで、減衰を少なくして長距離を伝搬させることができる。
【００２４】
送信波を上記したような波動にするための条件は、音波の場合は一次遮断周波数よりも小さい周波数の音波を、マイクロ波の場合は２次遮断周波数よりも小さい周波数のマイクロ波を採用すればよく、波長に置き換えれば、音波の場合は一次遮断周波数、マイクロ波の場合は２次遮断周波数にそれぞれ対応する波長よりも長い波長の波動を採用すればよい。
【００２５】
また、減衰やノイズの少ない一般的な場合の距離測定は音波の場合に０次、マイクロ波の場合には１次の波動だけを送信波とすればよいが、ノイズに受信波形が埋もれてしまう場合は、位相検波で改善できる。送信波形としてバースト波を与え受信波形を位相検波することで振幅出力としてノイズのない矩形波バースト波が、ｘ相、ｙ相の各成分として１／４波長ごとに増減する時間領域の波形が得られる。時間領域で距離を計算できる。送信波形を連続波で与える場合は、送信波を参照波とした反射波の位相検波出力は位相差に比例した電圧出力となる。これは１／２波長移動するごとに増減するので１／２波長の精度で異物反射体の移動距離がわかる。
【００２６】
以下に、間隔ｄを隔てて対向した屈曲部を有する板の間の波動の伝搬における数値解析シミュレーション結果を示す。なお、間隔ｄで対向した板の間を導波管と見なした場合の波動の一次遮断周波数に対応する波長λは概ねλ＝ｄであることが知られている。
【００２７】
（解析例［比較例］）：λ＝（１／１０）ｄ、１波長）
図２は、間隔ｄで対向するＵ字状屈曲部を有する板の間を導波管と見なした場合の空気中の音波の一次遮断周波数より高い周波数、すなわち、λ＝（１／１０）ｄの波動を用い１波長分を伝搬させた状態をシミュレーションした結果である。上段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表し、引き続き、下段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表している。これからわかるように、第１回目のＵ字状屈曲部以前は波動の先頭は平面波的波面として０次の波面を維持しているが、Ｕ字状屈曲部通過以降はほとんどがマルチモード（高次の境界波動が発生した状態）に移行し、先頭が不明瞭になっており、このような状態では反射波の解析は極めて困難である。
【００２８】
（解析例１：λ＝２ｄ、１波長）
図３は、図２と同じ間隔ｄで対向するＵ字状屈曲部を有する板の間を導波管と見なした場合の一次遮断周波数より低い周波数、すなわち、λ＝２ｄ（一次遮断周波数に対応する波長より長い）の波動を用い、１波長の場合のシミュレーション結果を示した。上段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表し、引き続き、中段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表し、引き続き下段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表している（なお、水路末端で反射して伝搬している）。以下、図４，５も同様である。これからわかるように、Ｕ字状屈曲部を経るごとに「しっぽ」が伸びるが、波形は水路末端で反射して戻ってくるまで維持されており、このような波形が維持された状態であれば反射波の解析も容易である。
【００２９】
（解析例２：λ＝２ｄ、半波長）
図４は、図３と同じ間隔ｄで対向するＵ字状屈曲部を有する板の間を導波管と見なした場合の一次遮断周波数より低い周波数、すなわちλ＝２ｄ（一次遮断周波数に対応する波長より長い）の波動を用い、半波長分を伝搬させた状態をシミュレーションした結果である。これからわかるように、Ｕ字状屈曲部を経るごとに「しっぽ」が伸びるが波形は水路末端で反射して戻ってくるまで維持されているが、図３の１波長の例に比べて「しっぽ」の伸びが長く波形の乱れが多いようであるが、反射波の解析は可能な水準である。
【００３０】
（解析例３：λ＝４ｄ、４波長）
図５は、図３と同じ間隔ｄで対向するＵ字状屈曲部を有する板の間を導波管と見なした場合の一次遮断周波数より低い周波数、すなわちλ＝４ｄ（一次遮断周波数に対応する波長より長い）の波動を用い、４波長分を伝搬させた状態をシミュレーションした結果である。これからわかるように、Ｕ字状屈曲部を経ても「しっぽ」が伸びずに波形は水路末端で反射して戻ってくるまで維持されており、図３の１波長の例に比べて「しっぽ」の伸びが少なく波形の乱れも少なく、反射波の解析は容易である。
【００３１】
（解析例４：λ＝２ｄ、１波長、Ｕ字状屈曲部１１個）
図６は、図３と同様に間隔ｄで対向し、Ｕ字状屈曲部を１１個有する板の間を導波管と見なした場合の一次遮断周波数より低い周波数、すなわちλ＝２ｄ（一次遮断周波数に対応する波長より長い）の波動を用い、１波長分を伝搬させた状態をシミュレーションした結果である。上段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表し、引き続き下段の左端から順次右端まで時系列的にシミュレーション結果を表している（なお、水路末端で反射して伝搬している）。以下、図７も同様である。これからわかるように、１１個のＵ字状屈曲部を経ても「しっぽ」がやや伸びるものの波形は水路末端で反射して戻ってくるまでかなり維持されており、反射波の解析は容易である。
【００３２】
（解析例５：λ＝２ｄ、４波長、Ｕ字状屈曲部１１個）
図７は、図６と同じ間隔ｄで対向し、Ｕ字状屈曲部を１１個有する板の間を導波管と見なした場合の一次遮断周波数より低い周波数、すなわちλ＝２ｄ（一次遮断周波数に対応する波長より長い）の波動を用い、４波長分を伝搬させた状態をシミュレーションした結果である。これからわかるように、１１個のＵ字状屈曲部を経てもしっぽの伸びは図６に比べて小さく、波形の乱れも図６に比べて少なく、反射波の解析は図６の場合より容易であるといえる。
【００３３】
以下に、２ｍごとに屈曲のある内径２５ｍｍ×長さ２０ｍの金属管の図と管内を空気伝搬する音波の実測例を示す。
【００３４】
（実証実験装置：金属管）
図８は、０次の波動の透過検証実験に用いた２ｍごとに屈曲のある内径２５ｍｍ×長さ２０ｍの金属管である。この金属管の両端には空中音波、水中音波、マイクロ波などの発振源１０、それぞれの受信センサ２０を取り付けることができる。
【００３５】
（実証実験例：空気音波の測定  λ＝３４０ｍｍ、波数＝１０、バースト波）
図９は、２ｍごとに屈曲のある内径２５ｍｍ×長さ２０ｍの金属管の中を１ＫＨｚの音波を発信源１０としての市販のスピーカから伝搬させ、受信センサ２０として市販のマイクを用いたときの受信波形である。波長λは３４０ｍｍであり、波数は１０である。波長λは金属管内径より十分大きいので０次の波しか伝搬しないはずで、オシロスコープの受信波形画像でも０次の波のほかは、５０Ｈｚの電源ノイズしか観察されない。シミュレーション結果と一致する。
【００３６】
（実証実験例：空気音波の測定  λ＝８５ｍｍ、波数＝１０、バースト波）
図１０は、２ｍごとに屈曲のある内径２５ｍｍ×長さ２０ｍの金属管の中を１ＫＨｚの音波を発信源１０としての市販のスピーカから伝搬させ、受信センサ２０として市販のマイクを用いたときの受信波形である。波長λは８５ｍｍであり、波数は１０である。波長λは金属管内径より十分大きいので０次の波しか伝搬しないはずで、オシロスコープの受信波形画像でも０次の波のほかは、５０Ｈｚの電源ノイズしか観察されない。シミュレーション結果と一致する。
【００３７】
以上のシミュレーションによる比較例、実証実験の結果、及び解析例１〜５の対比から、まず、管路を導波管に見なした場合の一次遮断周波数よりも低い周波数の音波であれば、換言すれば、一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長の波動であれば、屈曲部を有する管路においても波形を維持したままで長距離を伝搬することがわかる。したがって、このような周波数あるいは波長の波動を用いて反射波を解析すれば、屈曲部を有する管路内の異物までの管路軸に沿った距離の検出ができることがわかる。
【００３８】
また、波数については半波や１波長よりも、波数が多いほど伝搬中の波形の乱れが少なく波形の維持がより良好であることがわかる。複数の波数を用いる場合にはチャープ波を用いることも可能であるが、一次遮断周波数よりも低い周波数の波動、波長で言い換えれば一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長の波動でなければならない。
【００３９】
ここでは、流体用管路を導波管と見なした場合の一次遮断周波数よりも低い周波数の波動、波長で言い換えれば一次遮断周波数に対応する波長よりも長い波長の波動を用いるだけで達成できるので、管路内の異物（閉塞部、狭窄部、管の分岐部、管の裂断部などの管路内の物体や管路内の変形部を含む）からの反射波を受信した場合に、送信波と受信波から異物までの管路軸に沿った距離の解析処理は、従来の波動を用いた対象物までの距離の解析処理と同じである。
【００４０】
上記したように、減衰やノイズの少ない一般的な場合の距離測定は０次の波動だけでよいが、ノイズに受信波形が埋もれてしまう場合は、送信波形としてバースト波を与え受信波形を位相検波することで振幅出力としてノイズのない矩形波バースト波が、ｘ相、ｙ相の各成分として１／４波長ごとに増減する時間領域の波形が得られる。時間領域で距離を計算できる。送信波形を連続波で与える場合は、送信波を参照波とした反射波の位相検波出力は位相差に比例した電圧出力となる。これは１／２波長移動するごとに増減するので１／２波長の精度で異物反射体の移動距離がわかる。
【００４１】
また、送信波として用いる波動は、半波、１波、または複数波を１パルス分とするパルス波、これらの合成である同周波数帯のチャープ波の様な変調波あるいは連続波とすることもできる。
【００４２】
（実施例：バースト波）
図１１は、送信波形としてバースト波を与え金属管の中を伝搬させ、受信波形を位相検波する例である。この例では振幅出力として観察するとノイズのない矩形波が、ｘ相、ｙ相の２相で見るとの各成分として１／４波長ごとに増減する時間領域の波形が得られ、時間領域で距離を計算できる。つまり、１／４波長移動する毎に振幅出力は反転するので移動距離に対して正弦波的に振動する。位相出力も１／２波長毎にのこぎり波的に振動するのである。かかるシステムによれば、高いノイズに埋もれたバースト波を位相（ロックイン）検波によって高い精度で検出できるのである。
【００４３】
（実施例：連続波）
図１２は、送信波形として連続波を与え金属管の中を伝搬させ、受信波形を位相検波する例である。この例では、送信波を参照波とした反射波の位相検波出力は位相差に基づく振幅出力および位相差に比例した電圧出力となる。これは１／２波長移動するごとに増減するので１／２波長の精度で異物反射体の移動距離がわかる。かかるシステムによれば、高いノイズに埋もれた連続波の位相遅れを位相（ロックイン）検波によって高い精度で検出できるのである。
【００４４】
上記した騒音や電気ノイズによって距離測定に関する信号が埋もれてしまう問題を解決するために、送信波として、バースト波または連続波を用い、反射波形または透過波形と送信波形によりロックインアンプや干渉計により位相検波することで、微小な信号でもノイズに関係なく目的信号波形の時間や位相を検出できる。位相検波を適用できる測定系を組むことで信号検出能が大きくなるだけでなく、位相検波できることで波長以下の分解能で距離を測ることができる。
【００４５】
また、バースト波を用いて反射波を位相検波する場合、ロックインアンプ出力の反射波形を観察すると反射波のバースト波部分を矩形波のように時間領域で検出できる。この矩形波の到着時間を単純計測し、又は、パルスエコーオーバラック法のような精密測定することで異物までの距離の測定が可能である。また、ｘ相とｙ相を見た場合は１／４周期ずれるごとに位相検波した矩形波形がオシロスコープの画面で振幅が増大、減衰を繰り返す。これをＡＤ変換することで波長の１／４の精度の距離情報が得られる。
【００４６】
また、連続波を用いて反射波を位相検波する場合、反射波の位相検波出力電圧は送信波と反射波の位相差によって、ロックインアンプで測定した場合、位相差が（２ｎ＋１）πの時−１０Ｖ、位相差が（２ｎ＋１／４）πの時と（２ｎ＋３／４）πの時０Ｖ、位相差が２ｎπの時＋１０Ｖと云った具合に変化する。異物の反射体が等速で移動する場合、ロックインアンプ出力は正弦波的に変化する。この変化をカウントすることで移動距離がわかる。また、位相出力は時間的にのこぎり刃状に出力波形が変化するのでこの電圧を測ると波長以下の分解能で異物との距離測定が可能である。多重反射して定在波がたつ場合にはエネルギー密度が上がるので減衰の大きな系ではやはり有利である。このことはマイクロ波に対して干渉計を適用すると同じ結果が得られる。
【００４７】
以上述べた方法によれば、長尺の屈曲部を有する流体用管路内の異物（閉塞部、狭窄部、管の分岐部、管の裂断部などの管路内の物体や管路内の変形部を含む）を検出でき、減衰やノイズにより受信波形が埋もれている場合も位相検波により検波可能である。また、管路の大小は問わないのでＭＥＭＳ等で形成された微細管路にも適用可能である。
【００４８】
ここまで、本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。
【符号の説明】
【００４９】
１０    発信源
２０    受信センサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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