(57)【要約】  配管の劣化を容易に検出する。  配管検査システム１は、励振部（１００）、波動検出部（２１０）、及び、診断部（２２０）を含む。励振部（１００）は、配管（３００）の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振する。波動検出部（２１０）は、配管（３００）の第２の位置において、異なる波動モードの波動を検出する。診断部（２２０）は、検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、配管（３００）の劣化を診断する。
2016114136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振する励振手段と、
前記配管の第２の位置において、前記異なる波動モードの波動を検出する波動検出手段と、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する診断手段と、
を備えた配管検査システム。
【請求項２】
前記診断手段は、前記算出された波動の速度の、正常時の速度に対する変化量をもとに、前記配管の劣化を診断する、
請求項１に記載の配管検査システム。
【請求項３】
前記異なる波動モードは、前記配管の軸方向の波動である縦波モードと円周方向の波動であるねじり波モードである、
請求項１または２に記載の配管検査システム。
【請求項４】
前記励振手段は、棒形状を有し、一端が前記配管の軸方向に対して略垂直に固定され、他端の近傍が、当該励振手段に略垂直、かつ、前記配管の軸方向に対して略４５度の方向に打撃加振されることにより、前記異なる波動モードの波動を同時に励振する、
請求項３に記載の配管検査システム。
【請求項５】
前記励振手段は、前記配管の軸方向に対して略垂直に接続された消火栓と当該消火栓の略軸方向に固定された棒を含む、
請求項４に記載の配管検査システム。
【請求項６】
前記棒は、断面が円形状で、前記消火栓に固定されていない端の直径が固定されている端の直径の２／３となるようなテーパー形状を有する、
請求項５に記載の配管検査システム。
【請求項７】
前記波動検出手段は、前記異なる波動モードのそれぞれの、周波数１Ｈｚから１ｋＨｚの間の波動を検出する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の配管検査システム。
【請求項８】
配管の第１の位置において同時に励振された異なる波動モードの波動を、前記配管の第２の位置において検出する波動検出手段と、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する診断手段と、
を備えた配管検査装置。
【請求項９】
配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振し、
前記配管の第２の位置において、前記異なる波動モードの波動を検出し、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する、
配管検査方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
配管の第１の位置において同時に励振された異なる波動モードの波動を、前記配管の第２の位置において検出し、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する、
処理を実行させるプログラムを格納する、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管検査システム、配管検査装置、配管検査方法、及び、記録媒体に関し、特に、配管の劣化を検出するための配管検査システム、配管検査装置、配管検査方法、及び、記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管の劣化を検出する技術の一例が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載されている技術では、配管の円周方向に配置された弾性波送信素子が、配管の軸方向または斜め方向に伝搬する弾性波を励起する。また、弾性波送信素子と異なる位置で、配管の円周方向に配置された弾性波受信素子が、当該軸方向または斜め方向に伝搬する弾性波を受信する。そして、弾性波受信素子で受信した、各方向の弾性波の出現時間をもとに、配管の肉厚データが算出される。【０００３】
なお、関連技術として、特許文献２には、圧電体を用いた超音波トランスデューサにおいて、縦波と横波を励起させる技術が開示されている。特許文献３には、被測定物に照射したレーザーに対して発生した超音波の表面波の伝搬時間、及び、縦波または横波の伝搬時間を用いて、被測定物の厚さを求める技術が開示されている。特許文献４には、複数の機器に係る音圧信号間の相関関数を用いて、異常な機器を特定する方法が開示されている。特許文献５には、３軸加速度センサを用いて、建物の振動を検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０８５３７０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８２５１５号公報
【特許文献３】特開２００２−２１３９３６号公報
【特許文献４】特開２０００−９０４８号公報
【特許文献５】特開２００９−２１１４３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】実吉純一、「超音波技術便覧  新訂版」、日刊工業新聞社、1978年、p.95
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に記載されている技術では、配管の肉厚データが算出するために、弾性波送信素子と受信素子との間で同期をとりながら、受信素子における弾性波の出現時間を測定する必要がある。このため、システムの構成が複雑になるという問題があった。【０００７】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、配管の劣化を容易に検出できる、配管検査システム、配管検査装置、配管検査方法、及び、記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様における配管検査システムは、配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振する励振手段と、前記配管の第２の位置において、前記異なる波動モードの波動を検出する波動検出手段と、前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する診断手段と、を備える。【０００９】
本発明の一態様における配管検査装置は、配管の第１の位置において同時に励振された異なる波動モードの波動を、前記配管の第２の位置において検出する波動検出手段と、前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する診断手段と、を備える。【００１０】
本発明の一態様における配管検査方法は、配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振し、前記配管の第２の位置において、前記異なる波動モードの波動を検出し、前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する。【００１１】
本発明の一態様におけるコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、コンピュータに、配管の第１の位置において同時に励振された異なる波動モードの波動を、前記配管の第２の位置において検出し、前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する、処理を実行させるプログラムを格納する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果は、配管の劣化を容易に検出できることである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の配管検査システム１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における、コンピュータにより実現された検査部２００の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における、励振部１００における加振方向と、波動センサ２１１における感度軸の配置方向と、の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】管における縦波の流体構造連成波の周波数分散性を示す図である。
【図７】管におけるねじり波の流体構造連成波の周波数分散性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の第１の具体例における、推定音速の算出結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態の第２の具体例における、励振治具１０２の設置方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面中の矢印の方向は一例を示すものであり、本発明の実施形態を限定するものではない。
【００１５】
はじめに、本発明の実施の形態の構成を説明する。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態の配管検査システム１の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、配管検査システム１は、励振部１００、及び、検査部２００（または、配管検査装置）を含む。
【００１７】
励振部１００は、配管３００のある位置（励振位置、または、第１の位置）において、異なる複数の波動モードの波動（応力波、または、弾性波とも記載する）を同時に励振する。本発明の実施の形態では、複数の波動モードとして、配管３００の軸方向の波動である縦波モード、及び、円周方向の波動であるねじり波（または、横波）モードを用いる。以下、縦波モードの波動、ねじり波モードの波動を、それぞれ、縦波、ねじり波と記載する。また、後述するように、縦波には、流体優勢モードと縦波優勢モードとが存在するが、本発明の実施の形態では、縦波として、縦波優勢モードを用いる。
【００１８】
励振部１００は、ハンマー１０１、及び、励振治具１０２を含む。励振治具１０２は、配管３００に固定され、利用者等によってハンマー１０１で打撃されることにより、異なる複数の波動モードの波動を励振する。ここで、励振治具１０２は、例えば、材質が、日本工業規格（以下、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards））により規定される材質番号Ａ５０５２の丸棒である。また、ハンマー１０１は、例えば、先端突部が半球型で、材質がＪＩＳで規定される材質番号ＳＳ４００のハンマーである。
【００１９】
検査部２００は、配管３００の、上述の励振位置とは異なる位置（検出位置、または、第２の位置）において検出された、異なる波動モード間の波動の到達時間差（検出時間差）を用いて、配管３００の劣化を検出する。
【００２０】
検査部２００は、波動検出部２１０、及び、診断部２２０を含む。
【００２１】
波動検出部２１０は、波動センサ２１１、波動モード分離部２１２、及び、周波数帯域制限部２１３を含む。
【００２２】
波動センサ２１１は、配管３００の上述の検出位置において、異なる波動モードの波動を検出し、当該異なる波動モードの各々の波動を表す信号（以下、検出信号と呼ぶ）を出力する。波動センサ２１１は、例えば、定電流駆動回路が内蔵された、圧電式の３軸加速度センサである。
【００２３】
波動モード分離部２１２は、波動センサ２１１により出力された検出信号から、劣化診断に必要な、縦波、及び、ねじり波の各々の検出信号を、周波数帯域制限部２１３に出力する。波動モード分離部２１２は、例えば、３軸加速度センサから出力される各波動モードの検出信号の内、設定された波動モード（縦波、及び、ねじり波）の各々の検出信号を出力するためのディップスイッチである。
【００２４】
周波数帯域制限部２１３は、波動モード分離部２１２により出力された検出信号を所定の周波数特性で帯域制限する。周波数帯域制限部２１３は、例えば、抵抗とコンデンサとから構成され、所定の周波数特性を有するバンドパスフィルタである。
【００２５】
診断部２２０は、時間差算出部２２１、及び、劣化診断部２２２を含む。
【００２６】
時間差算出部２２１は、周波数帯域制限部２１３により出力された検出信号をもとに、縦波とねじり波との間の到達時間差を算出する。ここで、時間差算出部２２１は、例えば、縦波、及び、ねじり波の検出信号間の相互相関を表す相互相関関数を求めることにより、到達時間差を算出してもよい。また、時間差算出部２２１は、縦波、及び、ねじり波の各々の検出信号の包絡線を抽出し、包絡線が最大値を示した時刻の差をもとに、到達時間差を算出してもよい。
【００２７】
劣化診断部２２２は、時間差算出部２２１により算出された到達時間差をもとに、波動の音速（以下、伝搬速度、または、位相速度とも記載する）の推定値（以下、推定音速とも記載する）を算出する。そして、劣化診断部２２２は、算出された推定音速と、配管３００が健全である場合（正常時）の推定音速との比較結果をもとに、配管３００の劣化を診断する。
【００２８】
なお、検査部２００（配管検査装置）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラムを記憶した記憶媒体を含み、プログラムに基づく制御によって動作するコンピュータであってもよい。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態における、コンピュータにより実現された検査部２００の構成を示すブロック図である。
【００３０】
検査部２００は、ＣＰＵ２０１、ハードディスクやメモリ等の記憶デバイス（記憶媒体）２０２、他装置等と通信を行う通信デバイス２０３、マウスやキーボード等の入力デバイス２０４、ディスプレイ等の出力デバイス２０５、及び、波動検出部２１０を含む。
【００３１】
ＣＰＵ２０１は、診断部２２０の機能を実現するためのコンピュータプログラムを実行する。記憶デバイス２０２は、コンピュータプログラムを記憶する。また、入力デバイス２０４は、利用者等から、診断の実行指示を受け付ける。出力デバイス２０５は、利用者等へ、診断結果を出力する。また、通信デバイス２０３が、他の装置等から、診断の実行指示を受け付け、他の装置等へ診断結果を出力してもよい。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態の動作を説明する。
【００３３】
図４は、本発明の実施の形態における、励振部１００における加振方向と、波動センサ２１１における感度軸の配置方向と、の例を示す図である。
【００３４】
ここでは、励振治具１０２は上述の丸棒であり、その一端が配管３００上の励振位置に固定されていると仮定する。また、波動センサ２１１は３軸加速度センサであり、図４に示すように、感度軸の内の一つが配管３００の軸方向（縦波の方向）、他の一つが配管３００の軸方向に直交する円周方向（ねじり波の方向）となるように配置されていると仮定する。また、波動モード分離部２１２は、ディップスイッチであり、縦波とねじり波の各々の検出信号が出力されるように設定されていると仮定する。この場合、励振治具１０２の配管３００に固定されている端とは反対の端（他端）が、上述のハンマー１０１により、図４に示すように、励振治具１０２に垂直、かつ、配管３００の軸方向から４５度の方向に打撃（加振）されることが望ましい。これにより、配管３００の励振位置において、縦波、及び、ねじり波の波動が、同時に励振される。
【００３５】
図５は、本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【００３６】
はじめに、励振部１００の励振治具１０２は、配管３００の励振位置において、縦波、及び、ねじり波を含む波動を励振する（ステップＳ１０１）。例えば、励振治具１０２は、図４の加振方向に加振される。
【００３７】
波動検出部２１０の波動センサ２１１は、配管３００の検出位置において、異なる波動モードの波動を検出し、当該異なる波動モードの各々の検出信号を出力する（ステップＳ１０２）。
【００３８】
波動モード分離部２１２は、波動センサ２１１により出力された検出信号から、縦波、及び、ねじり波の各々の検出信号を出力する（ステップＳ１０３）。
【００３９】
周波数帯域制限部２１３は、所定の周波数特性に従って、縦波、及び、ねじり波の各々の検出信号に対する帯域制限を行う（ステップＳ１０４）。
【００４０】
診断部２２０の時間差算出部２２１は、帯域制限された、縦波、及び、ねじり波の各々の検出信号間の相互相関関数をもとに、縦波、及び、ねじり波間の到達時間差Δｔを算出する（ステップＳ１０５）。
【００４１】
劣化診断部２２２は、到達時間差Δｔから、縦波の推定音速を算出する（ステップＳ１０６）。
【００４２】
配管３００における縦波の音速Ｖｚ、ねじり波の音速Ｖθは、数１式により表される。
【００４３】
【数１】
2016114136.tif 000003
【００４４】
ここで、Ｅ、Ｇ、ρ、νは、それぞれ、配管３００の弾性係数、横弾性係数、密度、ポアソン比である。
【００４５】
また、縦波、及び、ねじり波間の到達時間差Δｔは、縦波の音速Ｖｚ、ねじり波の音速Ｖθを用いて、数２式のように表される。
【００４６】
【数２】
2016114136.tif 000004
【００４７】
ここで、Ｌは、励振位置と検出位置との間の距離である。ポアソン比νが１よりある程度小さい場合、数２式における到達時間差Δｔは、ある程度の誤差の範囲で数３式のように近似できる。
【００４８】
【数３】
2016114136.tif 000005
【００４９】
したがって、縦波の音速Ｖｚは、到達時間差Δｔ、及び、励振位置と検出位置との間の距離Ｌを用いて、数４式により推定できる。
【００５０】
【数４】
2016114136.tif 000006
【００５１】
劣化診断部２２２は、ステップＳ１０６で算出した縦波の推定音速と、正常時の縦波の推定音速とを比較する（ステップＳ１０７）。劣化診断部２２２は、比較結果をもとに、配管３００が劣化しているかどうかを判断する。
【００５２】
ここで、配管３００の劣化に伴い、配管３００の弾性係数Ｅが低下すること、及び、配管３００の劣化に伴う密度ρの低下は、弾性係数Ｅの低下に比べて十分小さいことが観測されている。したがって、数１式より、配管３００の劣化に伴い、縦波の音速Ｖｚやねじり波の音速Ｖθは低下する。
【００５３】
劣化診断部２２２は、ステップＳ１０６で算出した推定音速の正常時の推定音速に対する低下率が所定の閾値を超えた場合（ステップＳ１０８／Ｙ）、「劣化あり」と判断する（ステップＳ１０９）。一方、劣化診断部２２２は、低下率が所定の閾値以下の場合（ステップＳ１０８／Ｎ）、「劣化なし」と判断する（ステップＳ１１０）。
【００５４】
劣化診断部２２２は、出力デバイス２０５を通して、利用者等へ診断結果を通知する（ステップＳ１１１）。
【００５５】
以上により、本発明の実施の形態の動作が完了する。
【００５６】
次に、劣化検出に用いる波動の周波数特性について説明する。
【００５７】
実際の配管３００では、内部に含まれる流体が、配管３００の弾性波動に影響する。そこで、管の弾性体の運動方程式と流体のナビエストークス方程式とを強連成させることにより、縦波、及び、ねじり波の位相速度の周波数分散性を理論的に求めることができる。図６、図７は、それぞれ、このようにして求めた、管における縦波、及び、ねじり波の流体構造連成波の周波数分散性を示す図である。図６、図７において、横軸は周波数、縦軸は位相速度を示す。ここでは、弾性係数２０９ＧＰａ、ポアソン比０．３、管密度７８００ｋｇ／ｍ３、水密度９９９ｋｇ／ｍ３、体積弾性係数２．１ＧＰａ、動粘度１．０μｍ２／ｓ、流体の粘性係数０．００１Ｐａ・ｓを用いた。
【００５８】
図６は、弾性管の縦波と流体の連成波の周波数分散性を表している。縦波の周波数分散特性は、主に二つの波動モードに支配される。一つは流体の持つ波動モードに類似する流体優勢モード、もう一つは配管３００の縦波に類似する縦波優勢モードである。図６に示すように、両者ともに１Ｈｚ以下の周波数帯域で大きな周波数分散を生じ、位相速度が低下する。
【００５９】
また、図７は、ねじり波と流体の連成波の周波数分散性を表している。図７に示すように、ねじり波も１Ｈｚ以下の周波数帯域で大きな周波数分散を生じ、位相速度が低下する。
【００６０】
一方、管の半径方向の長さが波長と同程度の大きさになると高周波数側の分散が生じることが、例えば、非特許文献１に開示されている。管における音速が５０００ｍ/ｓの場合、周波数５ｋＨｚで、波長は１ｍである。
【００６１】
周波数分散が生じた場合、周波数に応じて波動の到着時刻が異なり、到達時間差Δｔの算出精度が悪くなる。したがって、異なるモードの波動の到達時間差の算出には、周波数帯域制限部２１３により、検出信号の帯域が１Ｈｚ〜１ｋＨｚに制限されることが望ましい。
【００６２】
なお、本発明の実施の形態では、到達時間差を用いて縦波の速度を算出したが、縦波の速度の代わりにねじり波の速度を算出し、ねじり波の速度をもとに、配管３００の劣化を診断してもよい。
【００６３】
また、本発明の実施の形態では、異なる波動モードとして、縦波（縦波優勢モード）、及び、ねじり波の組み合わせを用いた。しかしながら、到達時間差をもとに波動の速度が算出できれば、縦波（流体優勢モード）、縦波（縦波優勢モード）、及び、ねじり波の内の他の組み合わせを用いてもよい。
【００６４】
また、本発明の実施の形態では、励振部１００において、配管３００の励振位置に固定された励振治具１０２をハンマー１０１で打撃することにより、異なる波動モードの波動を励振した。しかしながら、異なる波動モードの波動を同時に励振できれば、弾性波送信素子等により、配管３００の励振位置を励振してもよい。
【００６５】
次に、本発明の実施の形態の具体例を説明する。
【００６６】
はじめに、第１の具体例として、疑似的に劣化させた管による試験結果を説明する。
【００６７】
ここでは、電蝕により劣化させた配管用炭素鋼管を配管３００として用いた。配管３００のサイズは、内径４２ｍｍ、肉厚８ｍｍ、長さ２ｍである。電蝕は、配管３００の外径部をビニルテープで覆い、内径部を３％ＮａＣｌ水溶液に浸水し、アノード電極に銅板を用い、カソード電極に配管３００を用い、定電流源で通電することにより行った。電蝕条件としては、電流３Ａで、通電時間（腐食時間）２５ｍｉｎ、６０ｍｉｎ、１２０ｍｉｎを用いた。
【００６８】
そして、正常な配管３００（腐食時間０ｍｉｎ）と各電蝕条件で劣化させた配管３００について、縦波とねじり波の到達時間差を計測した。配管３００の内部流体として水を用い、配管３００の両端は閉端とした。また、ハンマー１０１として、先端が鋼製のインパルスハンマーを用いた。波動センサ２１１として、４ｍＡ定電流駆動回路内蔵の３軸加速度センサを用い、当該センサを、感度軸の内の一軸が配管３００の軸方向、他の二軸が、円周方向、及び、半径方向の加速度を測定できるように、配管３００の一端に設置した。センサの検出信号を、１２ビットでＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換し、サンプリング周波数１０ＭＨｚでサンプリングし、電圧レンジ片側５００ｍＶのディジタルオシロスコープにて計測した。励振治具１０２として棒状の治具を用い、当該治具の一端を、配管３００の軸方向に垂直に、配管３００の他端に固定した。そして、治具の他端を、治具に垂直、かつ、配管３００の軸方向から４５度の方向に、上述のインパルスハンマーにて加振した。この場合、センサの軸方向で縦波の波動が検出され、円周方向でねじり波の波動が検出される。
【００６９】
ここで、正常な配管３００（腐食時間０ｍｉｎ）に対して検出された、縦波、ねじり波について、相互相関関数により求めた到達時間差は０．１７５６ｍｓｅｃであった。この値は、数３式により算出される時間差０．１５７６ｍｓｅｃとよく一致している。
【００７０】
また、各電蝕条件（腐食時間２５ｍｉｎ、６０ｍｉｎ、１２０ｍｉｎ）で劣化させた配管３００に対して検出された、縦波、ねじり波について、同様に到達時間差を求め、推定音速を算出した。図８は、本発明の実施の形態の第１の具体例における、推定音速の算出結果を示す図である。図８において、横軸は各電蝕条件の腐食時間、縦軸は数４式により算出した推定音速である。図８に示すように、腐食時間の増加に伴い推定音速が減少する。腐食時間１２０ｍｉｎにおける推定音速は、正常時（腐食時間０ｍｉｎ）の推定音速から２．６３％低下しており、例えば、低下率に係る閾値として２.５％を用いることにより、腐食に伴う配管３００の劣化を正しく判定できる。
【００７１】
次に、第２の具体例として、実際の埋設管による試験結果を説明する。
【００７２】
図９は、本発明の実施の形態の第２の具体例における、励振治具１０２の設置方法を示す図である。
【００７３】
ここでは、地中３ｍの深さに埋設された、ＪＩＳで規定される呼び径５０Ａの配管用炭素鋼管を配管３００として用いた。配管３００の内部流体として水を用い、励振位置と検出位置間の距離は７０ｍ、配管３００の両端は開端とした。また、ハンマー１０１として、先端が鋼製のインパルスハンマーを用いた。波動センサ２１１として、４ｍＡ定電流駆動回路内蔵の３軸加速度センサを用い、当該センサを、感度軸の内の一軸が配管３００の軸方向、他の二軸が、円周方向、及び、半径方向の加速度を測定できるように、検出位置に設置した。センサの検出信号を、１６ビットでＡ／Ｄ変換し、サンプリング周波数２０ｋＨｚでサンプリングし、電圧レンジ片側１４．１ｍＶのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザーにて計測した。励振治具１０２として、図９に示すように、台形円錐型（断面が円であり、一端より他端が細いテーパー形状）の棒５０１を、配管３００の励振位置で配管３００に垂直に接続された地下式消火栓４００に固定した。棒５０１の一端（下底面）は、地下式消火栓４００の取水口４０１に、町野式金具にて固定した。取水口４０１は弁４０２から地下式消火栓４００の軸方向に向けて設置されている。すなわち、治具は、消火栓の軸方向に設置される。棒５０１のテーパー形状は、一端（下底面）の直径が９５ｍｍ、他端（上底面）の直径が６３ｍｍであり、他端の直径を一端の直径の２/３とした。棒５０１の材質は、ＪＩＳで規定される材質番号Ａ５０５２で、中実とした。このような形状により、棒５０１を軽量化できるとともに、棒５０１の長手方向の各断面で均等な力をロスなく地下式消火栓４００を通して、配管３００に伝達できる。そして、棒５０１の他端（上底面）を、棒５０１に垂直、かつ、配管３００の軸方向から４５度の方向に、上述のインパルスハンマーにて加振した。この場合も、センサの軸方向で縦波の波動が検出され、円周方向でねじり波の波動が検出される。
【００７４】
ここで、配管３００に対して検出された、縦波、ねじり波について、相互相関関数により求めた到達時間差は４．４５ｍｓｅｃであった。この値は、数３式により算出される時間差５．８ｍｓｅｃとよく一致している。したがって、実際の埋設管でも、腐食に伴う劣化を正しく判定できると考えられる。
【００７５】
なお、上述の具体例では、棒５０１を、配管３００の励振位置に接続された地下式消火栓４００に固定した。同様に、波動センサ２１１も、配管３００の軸方向、及び、円周方向の加速度が測定できるように、配管３００の検出位置に接続された地下式消火栓に設置してよい。
【００７６】
次に、本発明の基本的な構成を説明する。
【００７７】
図１は、本発明の基本的な構成を示すブロック図である。図１を参照すると、配管検査システム１は、励振部１００、波動検出部２１０、及び、診断部２２０を含む。励振部１００は、配管３００の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振する。波動検出部２１０は、配管３００の第２の位置において、異なる波動モードの波動を検出する。診断部２２０は、検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、配管３００の劣化を診断する。
【００７８】
次に、本発明の実施の形態の効果を説明する。
【００７９】
本発明の実施の形態によれば、配管の劣化を容易に検出できる。その理由は、配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振し、第２の位置において、異なる波動モードの波動を検出し、検出された波動の検出時間差を用いて算出された波動の速度をもとに、配管の劣化を診断するためである。
【００８０】
これにより、波動の励振部と検出部との間で、同期をとる必要はなく、システムを簡単、かつ、低コストで構成できる。
【００８１】
また、特許文献１に記載された技術では、配管上で波動を励振、検出するために、励振部や検出部を配管の周囲に配置する必要があり、埋設管に対する適用が困難であった。本発明の実施の形態によれば、配管に接続された地下式消火栓等を励振部や検出部の一部として用いることができるため、埋設管に対しても容易に適用できる。
【００８２】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得るさまざまな変更をすることができる。
【００８３】
この出願は、２０１５年１月１４日に出願された日本出願特願２０１５−００４６７６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００８４】
１００    励振部
１０１    ハンマー
１０２    励振治具
２００    検査部
２０１    ＣＰＵ
２０２    記憶デバイス
２０３    通信デバイス
２０４    入力デバイス
２０５    出力デバイス
２１０    波動検出部
２１１    波動センサ
２１２    波動モード分離部
２１３    周波数帯域制限部
２２０    診断部
２２１    時間差算出部
２２２    劣化診断部
３００    配管
４００    地下式消火栓
４０１    取水口
４０２    弁
５０１    棒
【図１】
2016114136.tif 000007
【図２】
2016114136.tif 000008
【図３】
2016114136.tif 000009
【図４】
2016114136.tif 000010
【図５】
2016114136.tif 000011
【図６】
2016114136.tif 000012
【図７】
2016114136.tif 000013
【図８】
2016114136.tif 000014
【図９】
2016114136.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月21日(2017.6.21)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振する励振手段と、
前記配管の第２の位置において、前記異なる波動モードの波動を検出する波動検出手段と、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する診断手段と、
を備えた配管検査システム。
【請求項２】
前記診断手段は、前記算出された波動の速度の、正常時の速度に対する変化量をもとに、前記配管の劣化を診断する、
請求項１に記載の配管検査システム。
【請求項３】
前記異なる波動モードは、前記配管の軸方向の波動である縦波モードと円周方向の波動であるねじり波モードである、
請求項１または２に記載の配管検査システム。
【請求項４】
前記励振手段は、棒形状を有し、一端が前記配管の軸方向に対して略垂直に固定され、他端の近傍が、当該励振手段に略垂直、かつ、前記配管の軸方向に対して略４５度の方向に打撃加振されることにより、前記異なる波動モードの波動を同時に励振する、
請求項３に記載の配管検査システム。
【請求項５】
前記励振手段は、前記配管の軸方向に対して略垂直に接続された消火栓と当該消火栓の略軸方向に固定された棒を含む、
請求項４に記載の配管検査システム。
【請求項６】
前記棒は、断面が円形状で、前記消火栓に固定されていない端の直径が固定されている端の直径の２／３となるようなテーパー形状を有する、
請求項５に記載の配管検査システム。
【請求項７】
前記波動検出手段は、前記異なる波動モードのそれぞれの、周波数１Ｈｚから１ｋＨｚの間の波動を検出する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の配管検査システム。
【請求項８】
配管の第１の位置において同時に励振された異なる波動モードの波動を、前記配管の第２の位置において検出する波動検出手段と、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する診断手段と、
を備えた配管検査装置。
【請求項９】
配管の第１の位置において、異なる波動モードの波動を同時に励振し、
前記配管の第２の位置において、前記異なる波動モードの波動を検出し、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する、
配管検査方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
配管の第１の位置において同時に励振された異なる波動モードの波動を、前記配管の第２の位置において検出し、
前記検出された異なる波動モードの波動の検出時間差を用いて算出された、前記異なる波動モードの内のいずれかの波動の速度をもとに、前記配管の劣化を診断する、
処理を実行させるプログラム。
【国際調査報告】
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