(57)【要約】【課題】製造コストを低く抑え、更には検査を容易に行なうことのできる漏水探知装置を提供する。【解決手段】振動センサ４が水道管２から水漏れ時に発生する音を計測し、周波数分離器８がこの振動センサ４で得られる信号をウェーブレット変換を用いて複数の周波数帯に分離し、逆変換装置１０がこの周波数分離器８で分離された単周波数波形のうち判断に必要な周波数のみ合算するとともに音波形に戻し、判定器１３がこの逆変換装置１０により出力される特徴集音波形と判定基準値とを比較し、水漏れを判定できるように構成する。【選択図】          図５
2004245618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道管から水漏れ時に発生する音を計測することができる振動センサと、この振動センサで得られる信号を複数の周波数帯に分離する周波数分離器と、この周波数分離器で分離された単周波数波形のうち判断に必要な周波数のみ合算し、音波形に戻す逆変換装置と、この逆変換装置により出力される特徴集音波形と判定基準値とを比較し、水漏れを判定する判定器とを備えたことを特徴とする漏水探知装置。
【請求項２】
上記特徴集音波形に対して時間的変化を求めることにより評価できる時系列変動器を設けたことを特徴とする請求項１記載の漏水探知装置。
【請求項３】
台車を移動させるタイヤと、このタイヤと同期して回転するプーリと、上記タイヤの回転を上記プーリに伝えるベルトを設け、上記振動装置を上記ベルトに取付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の漏水探知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は地中を伝わる水道管の漏水による振動を計測し、水漏れを探知できる漏水探知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水道管漏水探知装置においては、前車輪の方向の騒音を２個の前方向騒音マイクロホンにより計測するとともに、後車輪の方向の騒音を２個の後方向騒音マイクロホンで計測し、前方向騒音信号ケーブル及び後方向騒音信号ケーブルを介して、前方向騒音用受信増幅器及び後方向騒音用受信増幅器により演算処理され表示されるものであった。
【０００３】
また、水道管からの水漏れ音は、前方向単一指向性型マイクロホン及び後方向単一指向性型マイクロホンでそれぞれ計測し、前方向単一指向性型マイクロホン用信号ケーブル及び後方向単一指向性型マイクロホン用信号ケーブルを介して、前方向単一指向性型マイクロホン用受信増幅器及び後方向単一指向性型マイクロホン用受信増幅器により演算処理され表示されていた。
【０００４】
計測方法は、距離をおいた前後の複数のマイクロホンに、騒音と水漏れ音の音波をそれぞれ入力させ、外部騒音を遮断する遮断壁を測定時に地面に設置することで、遮音壁内での指向性型マイクロホンに入力される水漏れ音の音波と、遮音壁外の騒音の音波という異なる音波を探知する。
そしてその異なる水漏れ音の音波と騒音の音波とを区別し、各音波の演算処理を行うことにより、水漏れ音のみを判断することが可能となる。
【０００５】
水漏れのない管路においては、管内を流れている水流音と騒音のみの音波しかない為、前後のマイクロホンから入力された音波は管内を流れる水流音のみで一定であり、騒音の音波は強弱を有する同じ測定値となる。
水漏れの有る管路の場合、前部のマイクロホンに入力した音波は、真下にくるほど音波の変動が大きくなる。
【０００６】
距離の遠い後部のマイクロホンに入力される水漏れ音の音波は、前部の音波と比較し音波が弱い為、波長の形態は似ていても強弱の差が異なり、後部のマイクロホンが水漏れ位置に近づくにつれて前後のマイクロホンに入力する音波の強さが逆転していく。
そしてこの時点で水漏れの位置が決定するというものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−９４６８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の漏水探知装置は、距離をおいた前後の複数のマイクロホンから水道管の水漏れ音を計測し、騒音と水漏れ音を区別及び各音波の演算処理を行うことにより、水漏れ音を判断できるものであるが、複数のマイクロホンが必要であるという問題点があった。
更に、地表で聞こえる音は騒音に比べて非常に小さく、判定が困難であるとともに、水道管の水漏れ位置を決定するのに、前後のマイクロホンの入力した音波が逆転するまで順次計測する必要があり、時間がかかるという問題点もあった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、水道管の水漏れによる振動を１個の振動センサで計測し、振動信号を周波数成分に分解するとともに、各周波数成分の時系列信号に変換し、その時系列信号の変動量を評価して水道管の水漏れ音の検出を行うようにすることにより、製造コストを低く抑え、更には検査を容易に行なえる漏水探知装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る漏水探知装置は、水道管から水漏れ時に発生する音を計測することができる振動センサと、この振動センサで得られる信号を複数の周波数帯に分離する周波数分離器と、この周波数分離器で分離された単周波数波形のうち判断に必要な周波数のみ合算し、音波形に戻す逆変換装置と、この逆変換装置により出力される特徴集音波形と判定基準値とを比較し、水漏れを判定する判定器とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明に係る漏水探知装置は、振動センサを地面に密着させて水道管の水漏れで発生する振動を計測し、計測した振動を信号解析手法としてウェーブレット変換を使用して周波数成分に分解し、各々周波数成分の時系列信号に変換し評価するものである。
水道管内を流れる水流により発生する音と、亀裂や継ぎ目から漏れる水漏れ音では、その音の周波数成分が異なることで判断する。
【００１２】
図１は水道管内を流れる水流により発生する音についてウェーブレット変換を使用して周波数成分に分解し、各々周波数成分の時系列信号に変換した結果得られる波形図であり、図２は水道管に亀裂や継ぎ目がある場合、そこから漏れる水漏れ音についてウェーブレット変換を使用して周波数成分に分解し、各々周波数成分の時系列信号に変換した結果得られる波形図である。
図１，図２において、水道管内を流れる水流により発生する音の周波数成分が矢印Ａ部（上から３段目の波形）に発生しており、ａ点より水量の変化によって波形が大きくなることが判る。しかし、図１の矢印Ｂ部（上から２段目の波形）には発生していないが、図２の矢印Ｂ部において、水道管の亀裂や継ぎ目から漏れる水漏れ音による周波数成分が発生していることが判る。このように、異なる周波数成分を比較することにより水漏れを判断できる。
【００１３】
また、タンク等に貯める時の水道管の水流音は、その音の特徴が水漏れによる音と近似しているが、上述の時系列信号に変換することにより、時間的変動を評価することで判断することができる。
図３はタンク等に貯めるときの水道管の水流音についてウェーブレット変換を使用して周波数成分に分解し、各々周波数成分の時系列信号に変換した結果得られる波形図である。
図３の矢印Ａ部にも、図１，図２の矢印Ａ部と同じ周波数成分が発生していることが判る。
【００１４】
図３の矢印Ｂ部において、その音の特徴が図２の矢印Ｂ部の水漏れによる音と近似していることが判るが時系列信号に変換することにより、ｂ部でタンク等に貯めた時に発生する断片的な周波数が表われており、違いを判断することができる。
このように、非常に小さな水漏れ音も判別することができ、検出精度が向上する。
また、自動車等の突発的な音に対しても、時間的変化を求めている為、除去でき検出精度が向上する。
【００１５】
図４はこの発明の実施の形態１による地中の水道管の漏水探知装置を示す側面図、図５は当該漏水探知装置における処理装置内部を示すブロック構成図である。
図において、台車１上に地中の水道管の漏水探知装置が搭載されており、地中の水道管２から水漏れ時に発生する音３を計測する振動センサ４が台車１の中央部に取付けられている。固定装置５は振動センサ４を計測すべき場所で、地面に設置する。処理装置６は振動センサ４より計測した音を処理するものである。
【００１６】
増幅器７は振動センサ４で検出された振動を電気信号に変換するとともに、増幅する。周波数分離器８は増幅器７で得られる電気信号を、複数の周波数帯に分離するものであり、周波数分離器８で複数の周波数帯に分離された単周波数波形９の例が図５に示されている。逆変換装置１０は、分離された単周波数波形９のうち、判断に必要な周波数だけを合算し、音波形に戻すものであり、特徴集音波形１１がこの逆変換装置１０により出力される。
【００１７】
基準設定器１２には事前に判定基準値を設定しておき、判定器１３は特徴集音波形１１と基準値設定器１２に格納された値とを比較し、評価する。表示器１４は水道管の水漏れ音の判別およびデータを表示するものであり、ヘッドホン１５は特徴集音波形１１を音に変換するものである。
【００１８】
次に動作について説明する。
なお、周波数分離器３は、アナログのＢＰＦでも、その他の周波数分析の機能を有する装置であってもよいが、ここではウェーブレット変換器（Ｗａｖｅｌｅｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使った手法を基に説明する。
図４において、通常は固定装置５のハンドルを上の位置にセットし、振動センサ４を上部へ持ち上げておく。振動センサ４が上部に持ち上げられているため、台車１を自由に移動させることができる。こうして台車１を検査したい場所に移動させる。
【００１９】
検査する位置に着くと、固定装置５のハンドルを下にセットし、振動センサ４を下降させて、地面に密着させることになり、地面を介して地中の水道管から発生する音を振動として検出することができる。
そして、検出した振動信号を周波数分離器８は、ウェーブレット変換を用いて複数の周波数帯の時系列信号に分解する。
【００２０】
図６（ａ）は図１に示した波形のウェーブレット変換前の原信号による波形図、図６（ｂ）は図２に示した波形のウェーブレット変換前の原信号による波形図、図７はウェーブレット変換により時系列信号に分解したときの周波数波形図であり、図７（ａ）は水道管に水漏れが無い場合の波形図、図７（ｂ）は水漏れがある場合の波形図である。図８はウェーブレット変換により時系列信号に分解したときの水道管を流れる水流の周波数波形図であり、図８（ａ）は水道管に水漏れが無い場合の波形図、図８（ｂ）は水漏れがある場合の波形図である。
図６（ａ），（ｂ）に示すように、原記号で確認しても水漏れを検知することは困難である。しかし、図７（ａ），（ｂ）に示すように、検出した振動信号を周波数分離器８でウェーブレット変換を用いて複数の周波数帯の時系列信号に分解することにより、水漏れを容易に検知することができる。
【００２１】
図５においては、２５０Ｈｚ，５００Ｈｚ，１ｋＨｚ，２ｋＨｚ，４ｋＨｚ，８ｋＨｚの成分を合成しているが、振動信号の特徴に合わせて重ね合わせる周波数を選別するとよい。
振動信号には、水道管の漏水音以外にも多くの振動成分を含んでいるが、特徴周波数の中から漏水音以外の成分を無視し、漏水音に関与する周波数だけを選択し、逆変換装置１０により、それらの時系列信号を重ね合わせ音信号に戻す。
図５においては、２５０Ｈｚ，５００Ｈｚ，１ｋＨｚ，２ｋＨｚ，４ｋＨｚ，８ｋＨｚの成分を分離するようにしているが、この他の複数の周波数に分離しても構わない。
【００２２】
この音信号に戻った信号は、漏水音以外の成分を除去した音になっているため、外部のノイズが除去されており、判定が容易になる。
この合成された特徴集音波形１１を、事前に基準設定器１２に設定した値と比較し、高精度に結果を得ることができる。
判定器１３で判定した結果を表示器１４に表示し、次ぎの検査場所へ移動する。
この時、特徴集音波形１１は、ノイズ成分を除いた音信号となっており、ヘッドホン１５により、音に変換され、人の聴覚でも判断できる。
このことは、判定結果に対して、人がその特徴を簡単に理解するのにも有効である。
【００２３】
本発明は以上のように構成されているので、１個の振動センサで水道管の水漏れ音を計測，判断できる為、コスト面で安くなる。
又、水道管の水漏れ音を周波数帯域ごとの時系列信号に変換して変動を評価することで、人の聴覚と近以な評価ができ、省力化が可能となる。
更に、水道管の水漏れ音を周波数帯域ごとに変換する際に、ウェーブレット変換を用いることで、判定の信頼性を向上でき、装置を小型化することができる。
【００２４】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による地中の水道管の漏水探知装置における処理装置内部を示すブロック構成図である。
時系列変動器１６は、ウェーブレット変換を使用して各々周波数成分の時系列信号に変換された音に対して時間的変化を求めることにより、評価できるものである。即ち、図６に示されるような計測された振動信号を、図７，図８に示すような時系列信号に変換し、この変換された音に対して時間的変化を求めることにより評価するのである。
【００２５】
主要な動作は、実施の形態１と同様である。
ウェーブレット変換を使用して各々周波数成分の時系列信号に変換された音に対して、図１０に示すように一定時間を区切り、区切られた時間毎に評価し、他の波形と明らかに違う大きな（小さな）波形を検出して除去することにより、より高精度な検査結果を得ることができる。
例えば図１０において、一定時間Ｔを区切って評価し、区間Ｔａ，Ｔｂにおけるように、他の波形より大きな波形を有する区間を除去するものである。
【００２６】
このように本実施形態によれば、振動センサ４で計測した水道管２の計測音に対して時間的変化を求めることにより、自動車等の突発的な騒音（振動）を除去し、水道管２の水漏れ音により発生する音を精度よく評価することができる。
【００２７】
実施の形態３．
図１１〜図１４はこの発明の実施の形態３による地中の水道管の漏水探知装置を示す側面図であり、図において、漏水探知装置には台車１を移動させるタイヤ１７ｂ，１７ｃを設置するとともに、タイヤ１７ｂ，１７ｃと同期して回転するプーリ１７ａ，１７ｄが設けられ、更にはタイヤ１７ｂ，１７ｃの回転をプーリ１７ａ，１７ｄに伝えるベルト１７ｅが設けられている。
そして振動センサ４は、ベルト１７ｅに取付けられている。主要な動作は、実施の形態１と同様である。
【００２８】
振動センサ４は台車１のタイヤ１７ｂ，１７ｃと同期させたベルト１７ｅに取付けられている。
図１１に示すように、振動センサ４の固定部Ｈが、Ｃ〜Ｄ間に存在するときは、振動センサ４が地面と密着し、水道管の水漏れ音３を計測する。
この時、台車１は移動するが、ベルト１７ｅのＣ〜Ｄ間であれば、振動センサ４の固定部Ｈは後方に送られている間、振動センサ４の位置は一定の位置にある為、同一位置で計測を行うことができる。
次に、図１２に示すように、Ｄ〜Ｅ間においては振動センサ４は持ち上げられる。
【００２９】
図１３に示すように、Ｅ〜Ｆ間においては、振動センサ４は前方に移動することになる。
更に図１４に示すように、Ｆ〜Ｃ間においては、振動センサ４を下降させ、地面に密着させる。
この様に台車１のタイヤ１７ａ，１７ｃとベルト１７ｅを同期させることにより、台車１を移動させて一定の距離間隔で水道管の水漏れ音３の計測を自動的に行うことができ、検査作業が容易となる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る漏水探知装置によれば、水道管から水漏れ時に発生する音を計測することができる振動センサと、この振動センサで得られる信号を複数の周波数帯に分離する周波数分離器と、この周波数分離器で分離された単周波数波形のうち判断に必要な周波数のみ合算し、音波形に戻す逆変換装置と、この逆変換装置により出力される特徴集音波形と判定基準値とを比較し、水漏れを判定する判定器とを備えたので、１個の振動センサで水道管の水漏れ音を計測，判断できる為、コスト面で安くなる。
又、水道管の水漏れ音を周波数帯域ごとの時系列信号に変換して変動を評価することで、人の聴覚と近以な評価ができ、省力化が可能となる。
更に、水道管の水漏れ音を周波数帯域ごとに変換する際に、ウェーブレット変換を用いることで、判定の信頼性を向上でき、装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の動作を示すための波形図である。
【図２】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の動作を示すための波形図である。
【図３】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の動作を示すための波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１による漏水探知装置を示す側面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の処理装置内部を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の動作を示すための波形図である。
【図７】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の動作を示すための波形図である。
【図８】この発明の実施の形態１による漏水探知装置の動作を示すための波形図である。
【図９】この発明の実施の形態２による漏水探知装置の処理装置内部を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による漏水探知装置の動作を示す波形図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による漏水探知装置を示す側面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による漏水探知装置を示す側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による漏水探知装置を示す側面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による漏水探知装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１  台車、２  水道管、４  振動センサ、８  周波数分離器、９  単周波数波形、１０  逆変換装置、１１  特徴集音波形、１３  判定器、１６  時系列変動器、１７ａ，１７ｄ  プーリ、１７ｂ，１７ｃ  タイヤ、１７ｅ  ベルト。
【図１】
2004245618.tif 000003
【図２】
2004245618.tif 000004
【図３】
2004245618.tif 000005
【図４】
2004245618.tif 000006
【図５】
2004245618.tif 000007
【図６】
2004245618.tif 000008
【図７】
2004245618.tif 000009
【図８】
2004245618.tif 000010
【図９】
2004245618.tif 000011
【図１０】
2004245618.tif 000012
【図１１】
2004245618.tif 000013
【図１２】
2004245618.tif 000014
【図１３】
2004245618.tif 000015
【図１４】
2004245618.tif 000016