(57)【要約】【課題】移動式のカメラを目視し易い方向や位置に移動させることに熟練を要すと共に手間暇係る作業と成っており、又、インパルス応答の反射音で行うものは、単に管路のインパルス応答そのものから各部位を検出するものであって、各部位が奥に行くほど反射音に減衰となまりが生じ、減衰により検出が困難で、加えて、なまりにより部位の種別が判断ができなくなっていた。【解決手段】本発明は、反射音波を管路のインパルス応答として受信して管路の直管部位と異形状部位をモデル化する過程と、モデル化した管路の直管部位と異形状部位を計算によって管路のインパルス応答を推定して各部位のインパルス応答を算出する過程と、各部位のインパルス応答と反射音波を受信した管路のインパルス応答とを比較して管路の一方からの形状を順次検出する過程とから構成されるものである。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部位と異形状部位とから成る管路の一方から入力音波を入力させ、該入力音波が異形状部位により反射してくる反射音波を受信して管路の他方までの長さと形状を検出する方法であって、前記反射音波を管路のインパルス応答として受信して管路の直管部位と異形状部位をモデル化する過程と、該モデル化した管路の直管部位と異形状部位とを計算によって管路のインパルス応答を推定して各部位のインパルス応答を算出する過程と、該各部位のインパルス応答と前記反射音波を受信した管路のインパルス応答とを比較して管路の一方からの形状を順次検出する過程とから構成されることを特徴とするインパルス応答による管路形状検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管路の一方から入力音波を入力させ、入力音波を異形状部位に反射させた反射音波を受信して管路のインパルス応答を得て、管路のインパルス応答を予め計算により推定した各部位のインパルス応答と比較することにより、管路内の各異形状部位で測定した反射音波の管路のインパルス応答を管路の一方に近い部分から順次推定して管路の直管部位と異形状部位の長さと位置と種類の特定を行うインパルス応答による管路形状検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の管路の形状の検出を行う方法は、管路の一端から移動式の小型カメラや照明器具を挿入して外部でモニターをオペレータが視覚的に目視しながら行うものと、管路の一端にスピーカーとマイクロホンを備えてインパルス応答の反射音で行うものとがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、移動式の小型カメラを用いるものは、管路の形状が複雑な場合や上下に屈曲している場合、移動式のカメラを目視し易い方向や位置に移動させることに熟練を要すと共に手間暇係る作業と成っており、又、インパルス応答の反射音で行うものは、単に管路のインパルス応答そのものから各部位を検出するものであって、各部位が奥に行くほど手前の部位を通過することによって反射音に減衰となまりが生じ、減衰により反射音の検出が困難で、加えて、なまりによって反射音からの部位の種別が判断することができなくなっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題に鑑み、研鑽の結果、反射音波を管路のインパルス応答として受信して管路の直管部位と異形状部位をモデル化する過程と、モデル化した管路の直管部位と異形状部位とを計算によって管路のインパルス応答を推定して各部位のインパルス応答を算出する過程と、各部位のインパルス応答と反射音波を受信した管路のインパルス応答とを比較して管路の一方からの形状を順次検出する過程とから構成されるものである。
【０００５】
【作用】
本発明のインパルス応答による管路形状検出方法は、直管部位と異形状部位とから成る管路の一端部からスピーカーにより入力音波を入力して、マイクロホンにより異形状部位で反射した反射音波を受信させ、受信した反射音波を管路のインパルス応答としてモデル化すると共に、モデル化した管路の直管部位と異形状部位とを予め計算によって各部位のインパルス応答を算出し、算出した各部位のインパルス応答と反射音波を受信した実際の管路のインパルス応答とを比較して管路の一方からの形状を順次検出するものである。
【０００６】
従って、本発明の目的は、管路の一方にスピーカーとマイクロホンを備え、音波を入力すると共に反射する音波を捕らえ、予め計算により算出した各部位のインパルス応答と実際の管路のインパルス応答とを比較して、管路の全体の形状を検出する方法を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインパルス応答による管路形状検出方法について順次図面を参照して具体的に説明する。
【０００８】
図１は本発明のインパルス応答による管路形状検出方法の測定部の説明図であり、図２は本発明のインパルス応答による管路形状検出方法の実際の管路とモデル化した状態の説明図であり、図３は本発明のインパルス応答による管路形状検出方法の直管部位と異形状部位のインパルス応答の推定の説明図であり、図４はインパルス応答による管路形状検出方法の各部位のインパルス応答の過程の説明図である。
【０００９】
本発明は、管路１の一方から入力音波を入力させ、入力音波を異形状部位Ｒに反射させた反射音波を受信して管路のインパルス応答を得て、管路のインパルス応答を予め計算により推定した各部位のインパルス応答と比較することにより、管路１内の各異形状部位Ｒで反射した反射音波の管路のインパルス応答を管路１の一方に近い部分から順次推定して管路の直管部位Ｌと異形状部位Ｒの長さと位置と種類の特定を行う管路のインパルス応答による管路形状検出方法に関するものであり、直管部位Ｌと異形状部位Ｒとから成る管路１の一方から入力音波を入力させ、該入力音波が異形状部位Ｒにより反射してくる反射音波を受信して管路１の他方までの長さと形状を検出する方法であって、前記反射音波を管路のインパルス応答として受信して管路１の直管部位Ｌと異形状部位Ｒをモデル化する過程と、該モデル化した管路の直管部位Ｌと異形状部位Ｒとを計算によって管路のインパルス応答を推定して各部位のインパルス応答を算出する過程と、該各部位のインパルス応答と前記反射音波を受信した管路のインパルス応答とを比較して管路１の一方からの形状を順次検出する過程とから構成されるものである。
【００１０】
先ず、本発明のインパルス応答による管路形状検出方法は、図１に図示する如く、形状を検出する管路１の一方に入力音波を発信させるスピーカ２と反射音波を受信するマイクロホン３を設置するものである。
【００１１】
そして、図２（Ａ）に図示する実際の管路１の直管部位Ｌ１〜Ｌ５及び異形状部位Ｒ１〜Ｒ５をモデル化させるものであり、直管部位Ｌ１〜Ｌ５と異形状部位Ｒ１〜Ｒ５とが相互に接続された管路１であり、異形状部位Ｒ１は曲がり部、異形状部位Ｒ２は分岐部、異形状部位Ｒ３は管端部、異形状部位Ｒ４は継手部、異形状部位Ｒ５は管端部であり、マイクロホンの受信した反射音波の観測信号として管路のインパルス応答によりモデル化すると図２（Ｂ）に図示するように表れるものである。
【００１２】
次いで、図３（Ａ）に図示するものは、直管部位Ｌ１〜Ｌ５での計算によって算出する各部位のインパルス応答の直管部位Ｌ１〜Ｌ５の長さ方向のモードのみの一例であり、パラメータは長さ１と伝達速度ｃと伝達減衰率β（ω）があり、これらによって直管部位Ｌ１〜Ｌ５の音波はＰ（ｘ，ｔ）を次の数１で表現するもので、Ｐｉ（ｘ，ｔ）は入力音波であり、Ｐｒ（ｘ，ｔ）は反射音波である。
【００１３】
【数１】
2004085515.tif 000003
【００１４】
そして、Ｐｉ（ｘ，ｔ）とＰｒ（ｘ，ｔ）とのフーリエ変換を夫々Ｐｉ（ｘ，ω）とＰｒ（ｘ，ω）とすると、次の数２及び数３で求めることができるものであり、Ｐｉ（Ｏ，ω）は一方側での入力音波の周波数特性であり、Ｐｒ（Ｌ，ω）は他方側の受信音波の周波数特性である。
【００１５】
【数２】
2004085515.tif 000004
【００１６】
【数３】
2004085515.tif 000005
【００１７】
次に、一方側で測定した反射音波の管路のインパルス応答の周波数特性をＨ（ω）とすれば、次の数４と成るものである。
【００１８】
【数４】
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【００１９】
2004085515.tif 000007
▼（ω）とすれば、次の数５と成るものであり、各パラメーター値が決まればＨ（ω）から算出できるものである。
【００２０】
【数５】
2004085515.tif 000008
【００２１】
尚、実際の推定時には直管部位の長さ１は初期反射音波の時間遅延から推定し、伝達速度ｃと伝達減哀率β（ω）は予め測定によって求めておいた値を用いるものである。
【００２２】
そして、図３（Ｂ）に図示するものは、異形状部位Ｒ１〜Ｒ５での計算によって算出する各部位のインパルス応答の異形状部位Ｒ１〜Ｒ５の長さ方向のモードのみの一例であり、パラメータは伝達行列Ｍであり、伝達行列Ｍは次の数６により求めるものである。
【００２３】
【数６】
2004085515.tif 000009
【００２４】
そして、手前の直管部位Ｌｍから異形状部位Ｒに入力する音波が次の直管部位Ｌｎに出て行く音波となる伝達率ｒｍｎ（ω）を要素とする行列であり、これを用いて、異形状部位Ｒに入力する音波又は出力する音波の関係は次の数７で与えられるものであり、ここでＰｎｉ（ω）及びＰｎｒ（ω）は夫々直管部位Ｌｎから異形状部位Ｒに入ってくる音波及び出て行く音波である。
【００２５】
【数７】
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【００２６】
実際に各部位のインパルス応答の場合は、直管部位Ｌ１の音波が既知で直管部位Ｌ２の音波が不明であるので、直管部位Ｌ２についての整理は次の数８で算出されるものである。
【００２７】
【数８】
2004085515.tif 000011
【００２８】
そして、異形状部位Ｒの手前で測定した管路のインパルス応答の周波数特性をＨ（ω）とすれば、次の数９の関係が成立するものである。
【００２９】
【数９】
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【００３０】
次いで、これを数７に代入すれば、次の数１０と成るものである。
【００３１】
【数１０】
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【００３２】
そして、数８により、次の数１１及び数１２と成るものである。
【数１１】
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【００３３】
【数１２】
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【００３４】
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の数１３と成るもので、パラメータの伝達行列Ｍが決まればＨ（ω）から算出が可能となるものである。
【００３５】
【数１３】
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【００３６】
実際の各部位のインパルス応答時では反射波形から異形状部位Ｒを判断した後、予め測定によって求めておいた伝達行列Ｍの値を用いるものである。
【００３７】
次いで、管路のインパルス応答の逐次推定および異形状部位Ｒの検出は、図４に図示の如く、管路のインパルス応答の逐次推定法において１回の手順を示したものであり、図４（Ａ）に図示するように、管路のインパルス応答ｈｎ（ｔ）の初期反射音波の遅延時間から直管部位Ｌの長さ１を推定するものである。
【００３８】
次に、図４（Ｂ）に図示するように、直管部位Ｌの長さ１に加えて、予め、測定によって求めていた伝達速度ｃと伝達減衰率β（ω）を用いて直管部位Ｌの先からの管路のイン
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って反射音波の遅延と減衰・なまりが除去されるものである。
【００３９】
そして、図４（Ｂ）に図示するように、初期反射音から異形状部位Ｒの判別を行うものであり、初期反射音波は後方の各部位の影響を受けないため、単純なパターンマッチングにより異形状部位Ｒの判別が可能なものである。
【００４０】
つまり、特定した異形状部位Ｒの伝達行列Ｍを予め測定によって得たデータから参照し、
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答ｈｎ＋１（ｔ）を推定するものである。
【００４１】
これにより、図４（Ｃ）に図示ように、異形状部位Ｒによって発生する反射音波や、その異形状部位Ｒの伝達により発生した波形のなまりや多重反射の影響が除去されるものであり、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を繰り返して行うことにより、異形状部位Ｒ１〜Ｒ５と直管部位Ｌ１〜Ｌ５とのパラメータが管路１の一方に近い位置から順に得られるものであり、異形状部位Ｒ１〜Ｒ５が管路１の他方が得られるまで繰り返し行うことなより管路１の全ての長さや形状の検出が可能となるものである。
【００４２】
尚、本発明の実施の形態では、管路１の長さ方向の音波のみを記載しているものであるが、他の方向の音波についても、ベクトル及び行列の次元を拡張することによって可能なもので、この場合、反射音波から異形状部位Ｒを判別する際に、複数の方向の反射音波の波形を用いてパターンマッチングが可能なため、異形状部位Ｒの判別の精度が向上てきるものである。
【００４３】
又、本発明の実施の形態では、異形状部位Ｒとして、直管部位Ｌが１つしか接続しない管端や、３方向に分岐する分岐管の異形状部位Ｒについては記載していないが、伝達行列Ｍの次元を変えることにより可能なものであるが、分岐管の異形状部位Ｒの場合は、１つの直管部位Ｌからのインパルス応答から、２つの直管部位Ｌの夫々の管路のインパルス応答を一意に決定することができないことから、複数方向のモードの反射音情報などから、どちらの直管部位Ｌによる反射音波なのかを判別する必要があるものである。
【００４４】
尚、本発明の前述の実施の形態では管路の一方から入力音波を入力させるとしているが、管路の端部でだけでは無く、管路の途中から入力音波を入力させてインパルス応答を受信することも可能なものである。
【００４５】
【発明の効果】
前述のことから、本発明のインパルス応答による管路形状検出方法は、直管部位と異形状部位とから成る管路の一方からスピーカーにより入力音波を入力して、マイクロホンにより異形状部位で反射した反射音波を受信させ、受信した反射音波を管路のインパルス応答としてモデル化すると共に、モデル化した管路の直管部位と異形状部位とを予め計算によって各部位のインパルス応答を算出し、算出した各部位のインパルス応答と反射音波を受信した実際の管路のインパルス応答とを比較して管路の一方からの形状を順次検出するもので、簡易な装置と方法で埋設管等の管路の長さや形状を検出することを可能としたものであり、画期的で実用性の高い発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のインパルス応答による管路形状検出方法の測定部の説明図である。
【図２】図２は本発明のインパルス応答による管路形状検出方法の実際の管路とモデル化した状態の説明図である。
【図３】図３は本発明のインパルス応答による管路形状検出方法の直管部位と異形状部位の管路のインパルス応答の推定の説明図である。
【図４】図４は管路のインパルス応答による管路形状検出方法の各部位のインパルス応答の過程の説明図である。
【符号の説明】
１　　　管路
２　　　スピーカー
３　　　マイクロホン
Ｌ　　　直管部位
Ｒ　　　異形状部位
【図１】
2004085515.tif 000020
【図２】
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【図３】
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【図４】
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