(57)【要約】【課題】  高深度に埋設された配管からの漏水を地表面から良好に検出することを可能とする漏水検出装置を提供する。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明に係る漏水検出装置は、電磁波信号を地中に放射する送信アンテナ１６と、当該送信アンテナ１６が放射した信号の反射波を受信する受信アンテナ１８とを備えている。また、前記送信アンテナ１６と前記受信アンテナ１８とにはそれぞれ高速スイッチ１４、２０が備えられ、前記高速スイッチ１４、２０には、検出対象となる配管の深度に応じた信号の反射波が地表面に到達するまでの時間を算出する。算出された反射波の到達時間に応じて、前記送信アンテナ１６および受信アンテナ１８に備えられた高速スイッチ１４、２０のＯＮ・ＯＦＦが制御される。【選択図】    図２
2005221409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波信号を送信アンテナより地中に放射し、前記信号の反射波を受信アンテナで受信し、受信した前記反射波を基に地中に埋設された配管からの漏水の有無を検知する方法であって、
検出対象となる地中に埋設された前記配管の深度に応じた前記反射波の地表到達時間を算出し、
当該算出された時間のタイミングで信号の送信と反射波の受信とを行うことを特徴とする漏水検出方法。
【請求項２】
電磁波信号を地中に放射する送信アンテナと、当該送信アンテナが放射した信号の反射波を受信する受信アンテナとを備え、前記受信アンテナが受信した反射波に基づいて地中に埋設された配管からの漏水の有無を検出する漏水検出装置であって、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとにはそれぞれスイッチが備えられ、
前記スイッチには、検出対象となる前記配管の深度に応じた前記信号の反射波が地表面に到達するまでの時間を算出して、前記送信アンテナが信号を放射する時にＯＮになり、前記受信アンテナが反射波を受信する時にＯＮになるようにＯＮ・ＯＦＦのタイミングを制御するタイミング制御部が接続されて成ることを特徴とする漏水検出装置。
【請求項３】
前記送信アンテナ及び受信アンテナは、アレー型に構成されることを特徴とする請求項２に記載の漏水検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏水検出方法および装置に係り、特に、配水本管等の比較的深度の深い箇所に埋設された配管類からの漏水を検出するのに好適な漏水検出方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された配管からの漏水を検出する装置としては、次のようなものが知られている。送信媒体を電磁波とした、送信アンテナと受信アンテナとを備え、送信アンテナを介して地表面から地中に電磁波を送り込み、当該電磁波の反射波を受信アンテナで受信するというものである（特許文献１）。
【０００３】
これは、地中に送り込まれた電磁波が、地中の電気的性質（比誘電率）の異なる境界面毎に反射するという性質を利用したものである。すなわち、地中の地層境界や、地中に埋設された鉄筋・コンクリート・配管類等の構造物は静的なものであり速度成分を有していないため、これらと電磁波が送信された地中との境界面の位置は時間的に変わらない。したがって、地層境界や地中に埋設された構造物との間での反射波にも時間的に変化が無い。
【０００４】
一方、地中に埋設された配管類から漏水がある場合は、漏れた水は当該配管の周りの地中へ常時供給されるため、配管から漏れ出た水は、地中へ拡散し、広がっていくこととなる。地中の比誘電率は、地中に含まれる水分の割合によっても変わるため、上記のような漏水が起こった場合には、配管の周りに速度成分を有する動的境界面が存在することとなる。この動的境界面に対する反射波の変化量（位相のずれ）を計測し、ドップラー効果を利用して地中に埋設された配管からの漏水を検出することができる。
【特許文献１】特開平１１−３５２００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地中に埋設された配管のうち水を通すものは、地中約１．２ｍに埋設された給水管と、地中３ｍに埋設された配水本管とを主として様々な分岐管が存在する。
上述した公開技術による地中埋設管の漏水検出は主に、給水管の漏水検出に適したものである。地中に送信される電磁波は、到達距離が２倍になると約４乗分の１（１/１６）にまで減衰する。このため、従来の漏水検出装置等によって高深度の配管（配水本管）の漏水検出を行う場合には、受信アンテナで得られる微弱な反射波はＡＤ変換可能な範囲にまで増幅させる必要がある。しかしながら、受信アンテナが検出する反射波には、地表面からすぐに反射される成分や外乱成分も含まれるため、それらの減衰が少ない成分まで増幅してしまうこととなり、増幅器（アンプ）が飽和状態となってしまう。このため、高深度に埋設された配管を目的とする漏水検出を地表面から行うことは困難とされてきた。
【０００６】
本発明は、高深度に埋設された配管からの漏水を地表面から良好に検出することを可能とする漏水検出方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る漏水検出方法は、電磁波信号を送信アンテナより地中に放射し、前記信号の反射波を受信アンテナで受信し、受信した前記反射波を基に地中に埋設された配管からの漏水の有無を検知する方法であって、検出対象となる地中に埋設された前記配管の深度に応じた前記反射波の地表到達時間を算出し、当該算出された時間のタイミングで信号の送信と反射波の受信とを行うことを特徴とする。なお、前記反射波の地表到達時間の計算は、例えば、配管の深度と、配管が埋設されている地中の比誘電率とより算出するようにすれば良い。
【０００８】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る漏水検出装置は、電磁波信号を地中に放射する送信アンテナと、当該送信アンテナが放射した信号の反射波を受信する受信アンテナとを備え、前記受信アンテナが受信した反射波に基づいて地中に埋設された配管からの漏水の有無を検出する漏水検出装置であって、前記送信アンテナと前記受信アンテナとにはそれぞれスイッチが備えられ、前記スイッチには、検出対象となる前記配管の深度に応じた前記信号の反射波が地表面に到達するまでの時間を算出して、前記送信アンテナが信号を放射する時にＯＮになり、前記受信アンテナが反射波を受信する時にＯＮになるようにＯＮ・ＯＦＦのタイミングを制御するタイミング制御部が接続されて成ることを特徴とする。
上記のような特徴を持つ漏水検出装置では、前記送信アンテナ及び受信アンテナは、アレー型に構成すると良い。
【発明の効果】
【０００９】
上記のような漏水検出方法において、検出対象となる地中に埋設された配管の深度に応じた反射波の地表到達時間を算出し、当該算出された時間のタイミングで信号の送信と反射波の受信と行うことを特徴とすることにより、地表面近くで反射する電磁波や、外乱等による成分をカットして目的深度における反射波を得ることができるため、高深度に埋設された配管からの漏水の有無を検出することができる。
【００１０】
また、上記のような漏水検出装置において、送信アンテナと受信アンテナとにそれぞれスイッチを備え、前記スイッチには、検出対象となる配管の深度に応じた送信信号の反射波が地表面に到達するまでの時間を算出して、前記送信アンテナが信号を放射する時にＯＮになり、前記受信アンテナが反射波を受信する時にＯＮになるようにＯＮ・ＯＦＦのタイミングを制御するタイミング制御部が接続されて成ることを特徴としたことにより、上記方法の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下に示す形態は、本発明の一部の実施形態に過ぎず、本発明は、発明の主要部を変えない限りにおける様々な形態を含むものとする。
【００１２】
図１に本発明に係る漏水検出装置の使用状態のフィールド断面図を示し、図２に本発明の漏水検出装置に係る実施形態のブロック図を示す。
まず、図１を参照して本実施形態の概要を説明する。本実施形態は、地表面５０に、送信アンテナ１６と、受信アンテナ１８とを設置し、地中に電磁波信号（電磁波）を放射し、電磁波が地中に埋設された配管５８から漏水している含水飽和度の高い地層境界面にあたって反射した反射波（反射信号）を受信アンテナ１８で受信し、ドップラー効果を利用し、その波形が時間的に変化する様子を観察することで配管５８からの漏水を検出するというものである。しかし、送信アンテナ１６から放射された電磁波は、境界面での反射の他、空間結合のように直接受信アンテナ１８に入力されてしまうものもある。また、反射波にしても例えば、地表面５０からの反射波、地中に空いた空洞５２からの反射波、地層境界層５４からの反射波、地中に埋設された配管５６からの反射波等がある。これらの反射波要因は、様々な深度にあり、深度が浅いほど受信アンテナ１８が受信する反射波が強い。本実施形態の漏水検出装置ではこのような、目的深度以外からの反射波をカットし、受信された微弱な反射波を良好に受信・増幅できるようにしたのである。
【００１３】
図２を参照して装置の構成を説明する。本実施形態の漏水検出装置は、地中に放射する信号を生成するＲＦ発振器１０と、当該ＲＦ発振器１０に、生成された電磁波信号を地中に放射するタイミングでＯＮにされる高速スイッチ１４を介して接続される送信アンテナ１６と、前記送信アンテナ１６が放射した信号の反射波を地表面で受信する受信アンテナ１８と、当該受信アンテナ１８に、受信対象となる反射波が地表面に到達するタイミングでＯＮにされる高速スイッチ２０を介して接続され、受信した反射波の復調を行う検波復調器２４と、前記検波復調器２４に接続された信号処理表示器２８とより構成される。
【００１４】
前記ＲＦ発振器１０は、４００ＭＨｚと３００ＭＨｚの電磁波を生成することができ、Ｐｉｎスイッチ（不図示）等により、検査対象となる配管の埋設深度に合わせて使用する周波数を選択することができるように構成されている。なお、図示しないが、受信アンテナ１８の回路側、例えは後述する検波復調器等にも同様な切替えスイッチが備えられ、受信する信号によって切替えを行う。また、本実施形態では、使用する周波数帯域を上記のように４００ＭＨｚと３００ＭＨｚとしたが、これは本発明を実施するのに好適な条件の一つであり、地中からの反射波を得られるような周波数帯域であれば、他の周波数を用いることもできる。
【００１５】
前記高速スイッチ１４及び前記高速スイッチ２０は共に、信号（電磁波信号）の送受信タイミングによってスイッチのＯＮ・ＯＦＦを行うタイミング制御回路２６に接続されている。前記タイミング制御回路２６では、検査対象となる配管の埋設深度と、地中の比誘電率とより、検査対象の配管付近からの反射波が地表に到達するまでの時間が計算される。これにより、信号を地中に放射する際に、高速スイッチ１４をＯＮにする。信号を放射後すぐに、若しくは規定時間放射した後に、高速スイッチ１４をＯＦＦにする。その後、上述のようにして算出された反射波の地表到達時間に合わせて受信アンテナ１８側の高速スイッチ２０をＯＮにする。高速スイッチ２０は、スイッチをＯＮにした後すぐに、若しくは規定時間経過した後にＯＦＦにされる。このとき、各高速スイッチ１４、２０のＯＮ状態が、互いに重ならないように制御する。なお、上記各スイッチのＯＮ・ＯＦＦは実際には、信号の放射から反射波の到達までの極わずかな時間に成されることであり、このようなタイミングで、信号の放射と受信が繰り返されることで、目的深度以外からの反射波をカットしつつ必要とする深度からの反射波を得ることが可能となる。図３に、実施形態と同様な送受信波の制御を行った場合と行わなかった場合の反射波の様子を示す。なお、図３に示す波形は、送信アンテナ１６の近傍において、金属棒を任意に動かした時のものであり、図３（Ａ）には前記高速スイッチ１４、２０による送受信波の制御を行わない場合の波形を示し、図３（Ｂ）には同制御を行った場合の波形を示す。高速スイッチ１４、２０による送受信波制御を行うことにより、送信アンテナ１６近傍の反射成分が小さくなることがわかる。
【００１６】
前記高速スイッチ２０と、前記検波復調器２４との間には、増幅器２２が備えられており、受信アンテナ１８で受信した微弱な反射波を増幅させる。受信アンテナ１８で受信する電磁波（反射波）は、目的深度からの微弱な反射波のみであり、地表面付近で反射された比較的強い反射波等はカットされていることから、受信した電磁波を比較的大きな増幅率で増幅したとしても、増幅器が飽和状態となってしまう虞がない。
【００１７】
前記検波復調器２４には、帯域フィルタが備えられており、受信した反射波から時間的に変化しない不動成分を除去する。このため、当該検波復調器２４には、前記ＲＦ発振器１０によって発信された電磁波のサンプル信号が入力される。サンプル信号の入力は、前記ＲＦ発振器１０と、前記高速スイッチ１４との間に備えられた方向性結合器１２によって成される。方向性結合器１２は、ＲＦ発振器１０によって発信された信号を２通りの信号に分け、一方を送信アンテナ１６側へ出力し、他方を検波復調器２４側へ出力するよう構成されている。なお、検波復調器２４側へ出力された信号は、ハイブリッド回路１３を介して、ＲＥＡＬ信号と、９０°の位相遅れがあるＩＭＡＧＩＮＡＲＹ信号とに分けられて検波復調器２４側へ入力するようにしても良い。
前記信号処理表示器２８は、検波復調器２４によって検出した信号をオシロスコープやパソコン等のモニタ上に出力する。
【００１８】
上記のような構成の漏水検出装置では、まず、タイミング制御回路２６によって、検査対象となる配管が埋設されている深度に応じた反射波の地表到達時間を算出する。反射波の地表到達時間（遅延時間）ｔは、数式１によれば良い。
【数１】
2005221409.tif 000003
ここで、Ｌは送信アンテナ１６から検査対象物を介して受信アンテナ１８に到る電磁波の進行距離（ｍ）を示し、Ｃ'は地中を伝搬する電磁波の速度（ｍ／ｓ）を示す。Ｌ、Ｃ'はそれぞれ数式１、数式２で示すことができる。
【数２】
2005221409.tif 000004
【数３】
2005221409.tif 000005
上式において、Ｗは送信アンテナ１６と受信アンテナ１８との距離（ｍ）であり、ｄは地表面から目的深度までの垂直深さ（ｍ）であり、Ｃ0は電磁波の真空中の伝搬速度（ｍ／ｓ）であり、εrは地中の比誘電率である。
【００１９】
次にＲＦ発振器１０によって生成される４００ＭＨｚと３００ＭＨｚの周波数の電磁波のうち使用する周波数を選択し、選択した周波数を受信側回路でも選択するように検波復調器２４に信号を送る。
【００２０】
ＲＦ発振器１０によって生成された電磁波は、方向性結合器１２と高速スイッチ１４とを介して送信アンテナ１６から地表面に放射される。ここで、方向性結合器１２では、放射される電磁波と同等のサンプル信号が検波復調器２４へ出力される。地中に放射された電磁波は、目的深度の配管、若しくは配管付近の配管からの漏水が広がっている地層の境界面で反射し、地表面へ到達する。受信アンテナ１８側には、送信アンテナ１６から放射された電磁波が目的深度から地表面へ反射してくるまでの時間に合わせてＯＮになる高速スイッチ２０が備えられているため、目的深度からの反射波を効率的に受信することができる。
【００２１】
受信された反射波（微弱信号）は、増幅器２２を介して増幅され、検波復調器２４へ入力される。検波復調器２４へ入力された信号は、時間的に変化の無い静的成分を除去されて、時間経過と共に変化する信号成分（ドップラー周波数）のみが取り出される。
【００２２】
このような処理を経た信号は、信号処理表示器２８へ入力され、オシロスコープやパソコン等のモニタにその波形が表示される。なお、信号の復調および波形の表示に関する詳細は、既知の技術によれば良い。深度３ｍに埋設された配管を検査した際の時間的に変化する信号の波形を図４に示す。なお、図４中（Ａ）は漏水の無い場合の波形であり、（Ｂ）は漏水のある場合の波形である。（Ｂ）の波形は時間と共に継続的に反射波が変化していることが見受けられるのに対し、（Ａ）の波形は外乱等による変化であるために、反射波の変化が断続的であることが見受けられる。
【００２３】
上記実施例では、特に３ｍという比較的深度の深い箇所に埋設された配管（配水本管）についての漏水を検出する旨を記載したが、配管の埋設深度に応じて反射波の到達時間を算出し、高速スイッチ１４、２０の制御タイミングを変えることによって、比較的深度の浅い箇所に埋設された給水管（深度１．２ｍ）等についても漏水検出を行うことができる。図５に深さ１．２ｍに埋設された配管を検査した場合の波形を示す。なお、図５中（Ａ）は漏水が無い場合を示し、（Ｂ）は漏水がある場合を示す。（Ａ）においては、高速スイッチ１４、２０の制御によって目的深度以外の反射波をカットしていることから、外乱波が殆ど検出されていない事がわかる。一方、（Ｂ）においては、毎分１リットル程度の漏水であるが、確実に検知していることがわかる。
【００２４】
また、上記実施形態では、送受信のアンテナ形状について特に規定しなかったが、それぞれのアンテナをアレー型とすることにより、微弱な反射波をより効率的に受信することができる。アンテナの受信性能を向上させる方法としては、アンテナ面積を大きくし、送信電力を向上させることも考えられる。しかし、このような方法によりアンテナ性能の向上を図った場合、アンテナの横方向へ伝搬する不要電波も大きくなることから、高深度に埋設された配管を検査するのに適した方法とは言えない。これに対し、アンテナのアレー化による方法は、前方向（地中方向）へ伝搬する電波が大きくなり、横方向へ伝搬する不要電波が相対的に小さくなるため、本実施形態のアンテナ形態として好適である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、実施形態において、漏水検出についてのみ記載したが、地中の埋設物等を非破壊で探査する分野においても、本発明を利用することができると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る漏水検出装置の使用状態を示すフィールド断面図である。
【図２】本発明の漏水検出装置に係る実施形態のブロック図である。
【図３】深度約３ｍに埋設された配管を検査した場合の波形を示す図であり、（Ａ）は高速スイッチの制御を行わないものであり、（Ｂ）は高速スイッチの制御を行ったものである。
【図４】深度約３ｍに埋設された配管における漏水の有無を検出した波形であり、（Ａ）は漏水が無い波形であり、（Ｂ）は漏水がある波形である。
【図５】深度約１．２ｍに埋設された配管からの漏水の有無を検出した波形であり、（Ａ）は漏水が無い波形であり、（Ｂ）は毎分１リットル程度の漏水がある場合の波形である。
【符号の説明】
【００２７】
１０………ＲＦ発振器、１２………方向性結合器、１３………ハイブリッド回路、１４………高速スイッチ、１６………送信アンテナ、１８………受信アンテナ、２０………高速スイッチ、２２………増幅器、２４………検波復調器、２６………タイミング制御回路、２８………信号処理表示器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005221409.tif 000009
【図５】
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