(57)【要約】【課題】水道配管網や都市ガス供給配管網における流向や流量を遠隔監視することができ、さらには、これらの配管網における制御バルブを遠隔制御することができるようにする。【解決手段】水道配管網１ａ〜１ｊと、複数の通信端末装置４ａ〜４ｄ，３０と、複数の通信端末装置のそれぞれに接続され、通信端末装置から出力される電気信号を信号処理し、信号処理した電気信号を振動送信素子７ａ〜７ｅにより音波に変換して水道配管網内に充満した流体を通じて送信し、水道配管網内に充満した流体を通じて受信した音波を振動受信素子６ａ〜６ｅにより電気信号に変換し、その電気信号を信号処理して通信端末装置に入力する信号送受信ユニット５ａ〜５ｅとを備える。【選択図】図２
2005020296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体輸送配管網内に充満している流体を媒体として音波により通信端末装置間において通信を行うシステムであって、
流体輸送配管網と、
複数の通信端末装置と、
前記複数の通信端末装置のそれぞれに接続され、前記通信端末装置から出力される電気信号を信号処理し、前記信号処理した電気信号を振動送信素子により音波に変換して前記流体輸送配管網内に充満した流体を通じて送信し、前記流体輸送配管網内に充満した流体を通じて受信した音波を振動受信素子により電気信号に変換し、その電気信号を信号処理して前記通信端末装置に入力する信号送受信ユニットと、を備えていることを特徴とする流体輸送配管網を利用した通信システム。
【請求項２】
前記信号送受信ユニットまたは前記信号送受信ユニットに接続された前記通信端末装置は、各々を識別する固有の符号を付与されており、前記固有の符号は、前記信号送受信ユニット間において伝送される信号に含まれるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の流体輸送配管網を利用した通信システム。
【請求項３】
前記流体輸送配管網は、相互間において流体の輸送は妨げられないが、音波の伝播が妨げられる複数の通信可能エリアに分割されており、さらに、
前記複数の通信可能エリアのそれぞれの流体輸送管内に配置され、音波を受信して電気信号に変換するエリア間通信用受信素子、および電気信号を音波に変換して送信するエリア間通信用送信素子の少なくとも１つの対と、
隣接する前記通信可能エリア毎に配置されるとともに、前記隣接する通信可能エリアのそれぞれの前記エリア間通信用受信素子および前記エリア間通信用送信素子の対に電気的に接続され、一の前記通信可能エリアのエリア間通信用受信素子から受けた電気信号が前記一の通信可能エリアから他の前記通信可能エリアへの通信に関係するものであると判定したとき、その電気信号を信号処理し、対応する電気信号を隣接する他の通信可能エリアのエリア間通信用送信素子に伝送する中継装置と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体輸送配管網を利用した通信システム。
【請求項４】
前記流体輸送配管網は、相互間において流体の輸送は妨げられないが、音波の伝播が妨げられる複数の通信可能エリアに分割されており、さらに、
前記複数の通信可能エリアのそれぞれの流体輸送管内に配置され、音波を受信して電気信号に変換するエリア間通信用受信素子、および電気信号を音波に変換して送信するエリア間通信用送信素子の少なくとも１つの対と、
前記複数の通信可能エリアのすべての前記エリア間通信用受信素子および前記エリア間通信用送信素子の対に電気的に接続され、発信側の通信可能エリアのエリア間通信用受信素子から受けた電気信号を信号処理し、対応する電気信号を着信側の通信可能エリアのエリア間通信用送信素子に伝送する通信制御装置と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体輸送配管網を利用した通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体輸送配管網に充満している流体を媒体として音による通信を行うためのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水道配管網や都市ガス供給配管網においては、複数の幹線および各幹線から分岐する支線が複雑に交錯している。そして、管路の接続点や分岐点には制御バルブが設けられ、この制御バルブが調節されることによって、配管中における流れの向きおよび流量が調節され、水道水や都市ガスの供給制御がなされている。
【０００３】
しかしながら、配管は大部分が地中にあり、よって、通信手段、通信用電源の確保が難しく、配管中を流れる水道水や都市ガスの流れの向きや流量を測定するためのセンサーを設けることができず、また、電動制御バルブを設けることもできない。このため、配管中の流向および流量を正確に把握することができず、バルブのこのような調整作業は、専ら人手によって経験およびカンに頼ってなされている。
こうして、従来の水道配管網や都市ガス供給配管網におけるバルブの調節作業は、多数の人手を要してコストが高くつき、しかも、この従来の作業によっては、精度の高い調節を実現することができず、しばしば、調節ミスによる事故が生じている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、水道配管網や都市ガス供給配管網における流向や流量を遠隔監視することができ、さらには、これらの配管網における制御バルブを遠隔制御することができるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、流体輸送配管網内に充満している流体を媒体として音波により通信端末装置間において通信を行うシステムであって、流体輸送配管網と、複数の通信端末装置と、前記複数の通信端末装置のそれぞれに接続され、前記通信端末装置から出力される電気信号を信号処理し、前記信号処理した電気信号を振動送信素子により音波に変換して前記流体輸送配管網内に充満した流体を通じて送信し、前記流体輸送配管網内に充満した流体を通じて受信した音波を振動受信素子により電気信号に変換し、その電気信号を信号処理して前記通信端末装置に入力する信号送受信ユニットと、を備えていることを特徴とする流体輸送配管網を利用した通信システムが提供される。
【０００６】
本発明の好ましい実施例によれば、前記信号送受信ユニットまたは前記信号送受信ユニットに接続された前記通信端末装置は、各々を識別する固有の符号を付与されており、前記固有の符号は、前記信号送受信ユニット間において伝送される信号に含まれるようになっている。
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記流体輸送配管網は、相互間において流体の輸送は妨げられないが、音波の伝播が妨げられる複数の通信可能エリアに分割されており、さらに、前記複数の通信可能エリアのそれぞれの流体輸送管内に配置され、音波を受信して電気信号に変換するエリア間通信用受信素子、および電気信号を音波に変換して送信するエリア間通信用送信素子の少なくとも１つの対と、隣接する前記通信可能エリア毎に配置されるとともに、前記隣接する通信可能エリアのそれぞれの前記エリア間通信用受信素子および前記エリア間通信用送信素子の対に電気的に接続され、一の前記通信可能エリアのエリア間通信用受信素子から受けた電気信号が前記一の通信可能エリアから他の前記通信可能エリアへの通信に関係するものであると判定したとき、その電気信号を信号処理し、対応する電気信号を隣接する他の通信可能エリアのエリア間通信用送信素子に伝送する中継装置と、を備えている。
【０００７】
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記流体輸送配管網は、相互間において流体の輸送は妨げられないが、音波の伝播が妨げられる複数の通信可能エリアに分割されており、さらに、前記複数の通信可能エリアのそれぞれの流体輸送管内に配置され、音波を受信して電気信号に変換するエリア間通信用受信素子、および電気信号を音波に変換して送信するエリア間通信用送信素子の少なくとも１つの対と、前記複数の通信可能エリアのすべての前記エリア間通信用受信素子および前記エリア間通信用送信素子の対に電気的に接続され、発信側の通信可能エリアのエリア間通信用受信素子から受けた電気信号を信号処理し、対応する電気信号を着信側の通信可能エリアのエリア間通信用送信素子に伝送する通信制御装置と、を備えている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記エリア間通信用受信素子は振動受信素子からなり、前記エリア間通信用送信素子は振動発信素子からなっている。
【０００８】
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記流体輸送配管網を構成する流体輸送管内に配置されて、前記流体輸送管内の流体の流れのエネルギーによって発電を行う発電ユニットを少なくとも１つ備えており、前記信号送受信ユニット、並びに前記エリア間通信用送信素子および前記エリア間通信用受信素子は、前記発電ユニットから電力の供給を受けるようになっている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記信号送受信ユニットは、前記流体輸送管内において前記振動発信素子から、前記流体輸送管の長さ方向に沿って、前記流体輸送配管網内を伝送される音波の波長の１／４に相当する間隔をあけて配置された第２の振動発信素子を有し、前記振動発信素子および前記第２の振動発信素子は、互いに振動位相が１／４波長ずれて振動するようになっている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記信号送受信ユニットは、前記流体輸送管内において前記振動受信素子から、前記流体輸送管の長さ方向に沿って、前記流体輸送配管網内を伝送される音波の波長の１／４に相当する間隔をあけて配置された第２の振動受信素子を有し、前記振動受信素子および前記第２の振動受信素子は、互いに振動位相が１／４波長ずれて振動するようになっている。
【０００９】
流体輸送管の直径が音波の波長に比べて十分に小さい場合には、信号送受信ユニットから送出される音波は、実質上流体輸送管の長さ方向に沿って両側に確実に伝播していくが、流体輸送管の直径が音波の波長に比べて十分に大きい場合には、信号送受信ユニットから流体輸送管の長さ方向を横切る方向に発出した音波の成分が、流体輸送管の内壁によって反射された後、信号送受信ユニットから流体輸送管の長さ方向に沿って発出された音波の成分と干渉を起こす可能性がある。これを防止するため、流体輸送管の直径が音波の波長の１／４より大きくなる場合には、流体輸送管の内部に、音波の波長の１／４より小さい直径の音波伝播制限管を配置し、この音波伝播制限管内に信号送受信ユニットの振動発信素子および振動受信素子を配置することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による流体輸送配管網を利用した通信システムの構成を概略的に示した図である。この実施例では、流体輸送配管網は水道配管網１からなっている。図１に示されるように水道配管網１は、相互間において送水は妨げられないが、音波の伝播が妨げられる複数の通信可能エリア１ａ〜１ｊに分割されている。図１中、Ｘは水道水供給の制御を行うセンターであり、２は浄水場であり、３は制御バルブである。
【００１１】
図２は、図１の領域Ａの概略的な拡大図である。図２を参照して、各通信可能エリア１ａ〜１ｊの水道管内には、通信端末装置４ａ〜４ｄとして、水道管中の水道水の流向および流量を測定する測定装置が配置され、センターＸ内には、通信端末装置３０として、各通信可能エリア１ａ〜１ｊの通信端末装置（測定装置）４ａ〜４ｄによって測定されたデータを集積するためのコンピュータが配置されている。通信端末装置４ａ〜４ｄ、３０には、それぞれ、通信端末装置４ａ〜４ｄ、３０から出力される電気信号を信号処理し、信号処理した電気信号を振動送信素子７ａ〜７ｅにより音波に変換して水道配管網（通信可能エリア）内に充満した水道水を通じて送信し、水道配管網（通信可能エリア）内に充満した水道水を通じて受信した音波を振動受信素子６ａ〜６ｅにより電気信号に変換し、変換した電気信号が自己に関するものであると判定したとき、その電気信号を信号処理して通信端末装置４ａ〜４ｄ、３０に入力する信号送受信ユニット５ａ〜５ｅが接続される。
各信号送受信ユニット５ａ〜５ｅは、振動受信素子６ａ〜６ｅおよび振動送信素子７ａ〜７ｅを少なくとも一対、この実施例では一対有している。
信号送受信ユニット５ａ〜５ｅ、またはこれら信号送受信ユニット５ａ〜５ｅに接続された通信端末装置４ａ〜４ｄ、３０には、各々を識別する固有の符号が付与されている。そして、信号送受信ユニット５ａ〜５ｅ間において伝送される信号にはこの固有の符号が含まれるようになっている。
【００１２】
さらに、本発明の通信システムは、図示されないが、通信端末装置（測定装置）４ａ〜４ｄと、それに接続された信号送受信ユニット５ａ〜５ｄとの対毎に、水道管内に配置されて、水道管内の水道水の流れのエネルギーによって発電を行う発電ユニットを備えており、通信端末装置（測定装置）４ａ〜４ｄおよび信号送受信ユニット５ａ〜５ｄの各対は、関係する発電ユニットから電力の供給を受けるようになっている。
【００１３】
水道管の直径が音波の波長に比べて十分に小さい場合には、信号送受信ユニット５ａ〜５ｅから送出される音波は、実質上水道管の長さ方向に沿って両側に確実に伝播し、音波の指向性が維持されるが、水道管の直径が音波の波長に比べて十分に大きい場合には、信号送受信ユニット５ａ〜５ｅから水道管の長さ方向を横切る方向に発出した音波の成分が、水道管の内壁によって反射された後、信号送受信ユニット５ａ〜５ｅから水道管の長さ方向に沿って伝播する音波の成分と干渉を起こす可能性がある。これを防止すべく、水道管の直径が音波の波長λに比べて十分に大きいとき、とりわけ、水道管の直径が音波の波長λの１／４より大きいときは、図３に示されるように、水道管２５の内部に、音波の波長λの１／４より小さい直径Ｄの音波伝播制限管２４を配置し、この音波伝播制限管２４内に信号送受信ユニット２１の振動発信素子２２および振動受信素子２３を配置することが好ましい。
【００１４】
また、各通信可能エリア１ａ〜１ｊの水道管内には、音波を受信して電気信号に変換するエリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａ、および電気信号を音波に変換して送信するエリア間通信用送信素子８ｂ〜１９ｂの少なくとも１つの対、この実施例では１つの対が配置される。エリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａは、振動受信素子からなり、エリア間通信用送信素子８ｂ〜１９ｂは、振動発信素子からなっている。
【００１５】
さらに、隣接する通信可能エリア１ａ〜１ｊ毎に中継装置２０ａ〜２０ｄが配置され、隣接する通信可能エリア１ａ〜１ｊのそれぞれのエリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａおよびエリア間通信用送信素子８ｂ〜１９ｂの対が中継装置２０ａ〜２０ｄに電気的に接続される。中継装置２０ａ〜２０ｄは、伝送される信号に含まれる固有の符号に基づき、一の通信可能エリアのエリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａから受けた電気信号が当該一の通信可能エリアから他の通信可能エリアへの通信に関係するものであると判定したとき、その電気信号を信号処理し、対応する電気信号を隣接する他の通信可能エリアのエリア間通信用送信素子８ｂ〜１９ｂに伝送するようになっている。
【００１６】
本発明の通信システムは、図示はされないが、中継装置２０ａ〜２０ｄ毎に、水道管内に配置されて、水道管内の流体の流れのエネルギーによって発電を行う発電ユニットを備えており、各中継装置２０ａ〜２０ｄは、それに接続されたエリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａおよびエリア間通信送信素子８ｂ〜１９ｂとともに、関係する発電ユニットから電力の供給を受けるようになっている。
【００１７】
こうして、例えば、通信可能エリア１ｂにおいて、通信端末装置（測定装置）４ａから出力された流向および流量の測定データは、関係する信号送受信ユニット５ａに入力され、振動発信素子６ａから音波としてセンターＸに発信される。この場合、センターＸは通信端末装置（測定装置）４ａと同一の通信可能エリア１ｂにあるので、信号送受信ユニット５ａから発信された音波は、センターＸの信号送受信ユニット５ｅの振動受信素子７ｅによって受信され、電気信号に変換される。信号送受信ユニット５ｅは、伝送される信号に含まれる固有の符号に基づき、その電気信号が自己に関するものかどうかを判定する。この例では、信号送受信ユニット５ｅは、その電気信号は自己に関するものと判定し、信号処理して通信端末装置３０に入力する。そして、通信端末装置（測定装置）４ａの測定データが通信端末装置（コンピュータ）３０に集められる。
【００１８】
また、例えば、通信可能エリア１ｃにおいて、通信端末装置（測定装置）４ｄから出力された流向および流量の測定データは、関係する信号送受信ユニット５ｄに入力され、振動発信素子６ｄから音波としてセンターＸに発信される。この場合、センターＸは通信端末装置（測定装置）４ｄと異なる通信可能エリア１ｂにあるので、信号送受信ユニット５ｄから発信された音波は、隣接する通信可能エリア間を中継されながら通信可能エリア１ｂまで伝送された後、センターＸの信号送受信ユニット５ｅの振動受信素子７ｅによって受信される。この音波の中継は次のようにしてなされる。
【００１９】
すなわち、振動発信素子６ｄから発信された音波は、その振動発信素子６ｄを起点として水道管の両方向に伝播していく。一の方向に伝播した音波は、エリア間通信用受信素子９ａによって受信されて電気信号に変換され、中継装置２０ａに入力される。他の方向に伝播した音波は、エリア間通信用受信素子１９ａによって受信されて電気信号に変換され、中継装置２０ｄに入力される。中継装置２０ａは、伝送された信号に含まれる固有の符号に基づき、入力された電気信号が一の通信可能エリア（通信可能エリア１ｃ）から他の通信可能エリア（通信可能エリア１ｂ）への通信に関係するものであると判定し、その電気信号を信号処理し、対応する電気信号を隣接する他の通信可能エリア（通信可能エリア１ａ、１ｂ）のエリア間通信用送信素子８ｂ、１０ｂに伝送する。また、中継装置２０ｄも、伝送された信号に含まれる固有の符号に基づき、入力された電気信号が一の通信可能エリア（通信可能エリア１ｃ）から他の通信可能エリア（通信可能エリア１ｂ）への通信に関係するものであると判定し、その電気信号を信号処理し、対応する電気信号を隣接する他の通信可能エリア（通信可能エリア１ｂ）のエリア間通信用送信素子１７ｂ、１８ｂに伝送する。そして、各エリア間通信用送信素子８ｂ、１０ｂ、１７ｂ、１８ｂから隣接する他の通信可能エリア１ａ、１ｂ、１ｄ、１ｆに音波が伝送され、それによって、通信端末装置（測定装置）４ｄから送信されたデータは、中継装置２０ａ、２０ｄによって隣接する通信可能エリア１ａ、１ｂ、１ｄ、１ｆに伝送される。順次中継された音波は、最終的に通信可能エリア１ｂに到達し、センターＸの信号送受信ユニット５ｅの振動受信素子７ｅによって受信され、電気信号に変換され、信号処理された後、通信端末装置３０に入力される。そして、通信端末装置（測定装置）４ａの測定データが通信端末装置（コンピュータ）３０に集められる。
【００２０】
この実施例では、通信端末装置（測定装置）４ａ〜４ｄに付随する信号送受信ユニット５ａ〜５ｄの振動受信素子６ａ〜６ｄおよび振動送信素子７ａ〜７ｄと、中継装置２０ａ〜２０ｄに付随するエリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａおよびエリア間通信用送信素子８ｂ〜１９ｂについては、用途毎に別個の素子が使用されているが、各々の設置位置によっては機能を共有することが可能である。
【００２１】
このように、本発明による通信システムによれば、水道配管網内に充満している水道水を媒体として音波により通信端末装置間において通信を行うことができるので、水道配管網内の適当な場所に測定装置（通信端末装置）を配置し、それらの測定装置による流向および流量に関する測定データを、水道配管網内に充満する水道水を通じて伝送し、センターのコンピュータ（通信端末装置）に集めることができる。しかも、この場合、各測定装置（通信端末装置）およびそれに接続された信号送受信ユニット、並びに、各中継装置並びにそれに接続されたエリア間通信用受信ユニットおよびエリア間通信用送信ユニットは、水道水の流れを利用する発電ユニットから電力供給を受けるようになっているので、通信用電源を容易に確保することができる。
すなわち、本発明による通信システムによれば、配管の大部分が地中にある水道配管網においても、通信手段および通信用電源を容易に確保することができ、よって、配管中の適所に測定装置を設け、水道配管網における流向および流量を遠隔監視することができる。したがって、水道配管網における制御バルブの調整作業を正確かつ低コストで行うことが可能となる。
【００２２】
発電ユニットの発生する電力は、流体の流量に影響されるので、複数の電力供給手段と組み合わせることが望ましい。例えば、一次電池と二次電池を組み合わせ、発電ユニットの余剰電力を二次電池に蓄えるようにして、消費電力を十分に賄えるようにする。
発電ユニットとしては、公知のプロペラと電磁モータ型発電機との組み合わせが考えられるが、軸受等の耐久性の問題と、プロペラ等が破損して配管内に流出する問題とを考慮すれば、可動部のない構造のものが好ましい。
このような要求を満たす発電ユニットまたは発電方法として、配管内に流体の流れに対して不連続となる構造を設け、流体が蛇行し、あるいは渦を巻き、配管内に圧力の変化を生ぜしめ、圧力変化の発生する位置に圧電素子を設置し、電力を得る方法が考えられる。
【００２３】
さらには、この実施例において、各制御バルブとして電動制御バルブを用い、各電動制御バルブに本発明の信号送受信ユニットを接続し、センターのコンピュータから電動制御バルブに対する制御信号を音波によって伝送する構成とすれば、流向および流量の測定データの遠隔監視の結果に基づいて、各制御バルブを自動制御することもできる。
【００２４】
この実施例では、信号送受信ユニットの振動発信素子から送信される音波は、その振動発信素子を起点として水道管の両側に伝播していく。
そして、振動発信素子から音波を水道管の一方向にのみ送信し、他方向への音波の伝播を回避したい場合には、信号送受信ユニットを、図４（Ａ）に示されるように構成することが好ましい。図４（Ａ）を参照して、この構成においては、信号送受信ユニットは、一対の振動発信素子Ａ１、Ａ２を備え、これらの振動発信素子Ａ１、Ａ２は、水道管Ｎの長さ方向に沿って、伝送される水中音の波長λの１／４に相当する間隔をあけて配置される。さらに、振動発信素子Ａ２は、振動発信素子Ａ１に対して振動位相が１／４波長ずれて同じ強度で振動するようになっている。
この場合、図４（Ｂ）を参照して、振動発信素子Ａ１からＹ方向に伝播する振動、つまり音波Ｃ１は、１／４波長に相当する間隔のために、１／４波長分遅れて振動発信素子Ａ２の位置に到達したとき、振動発信素子Ａ２から発生する振動Ｃ２と同位相となり、音波Ｗは強められ、Ｙ方向に伝播していく。一方、振動発信素子Ａ２からＸ方向に伝播する振動、つまり音波Ｃ２は、１／４波長に相当する間隔のために、振動発信素子Ａ１の位置に到達したとき、振動発信素子Ａ１から発生する振動Ｃ１に対して２／４波長分、すなわち１８０°の位相のずれを生じ、振動発信素子Ａ１から発生する振動と打ち消し合う。その結果、振動発信素子Ａ１、Ａ２（信号送受信ユニット）からＸ方向に伝播する音波の送出を抑制することができる。
【００２５】
また、信号送受信ユニットの振動受信素子の受信感度に方向性を持たせたい場合には、信号送受信ユニットを、図５（Ａ）に示されるように構成することが好ましい。図５（Ａ）を参照して、この構成においては、信号送受信ユニットは、一対の振動受信素子Ｂ１、Ｂ２を備え、これらの振動受信素子Ｂ１、Ｂ２は、水道管Ｎの長さ方向に沿って、伝送される音波の波長λの１／４に相当する間隔をあけて配置される。さらに、振動受信素子Ｂ１による受信信号は、１／４波長遅延回路５０によって１／４波長遅延された後、加算回路５１によって振動受信素子Ｂ２による受信信号に加算されるようになっている。
この場合、Ｙ方向に伝播する音波Ｗは、１／４波長に相当する間隔のために、振動受信素子Ｂ２の位置には振動受信素子Ｂ１の位置より１／４波長分遅れて到着するが、振動受信素子Ｂ１の受信信号は遅延回路５０によって１／４波長遅延されるので、２つの振動受信素子Ｂ１、Ｂ２の受信信号は、互いに同位相で加算回路５１によって加算され、増幅されて出力される。一方、Ｘ方向に伝播する音波は、振動受信素子Ｂ１の位置に、振動受信素子Ｂ２の位置より１／４波長遅れて到達するので、振動受信素子Ｂ１の受信信号は、振動受信素子Ｂ２の受信信号より１／４波長分遅れる。しかし、振動受信素子Ｂ１の受信信号は、遅延回路５０によって１／４波長遅延されるので、振動受信素子Ｂ１の受信信号は、振動受信素子Ｂ２の受信信号より２／４波長分、すなわち１８０°の位相のずれを伴って振動受信素子Ｂ２の受信信号に加算され、それによって、振動受信素子Ｂ１、Ｂ２の受信信号は互いに打ち消し合う。その結果、Ｘ方向に伝播する音波に対する受信感動を抑制することができる。
【００２６】
また、伝播する音波を、信号送受信ユニットより後方に伝播させたくない場合には、信号送受信ユニットを図５（Ｂ）に示されるように構成することが好ましい。図５（Ｂ）を参照して、この構成においては、信号送受信ユニットは、振動受信素子Ｂ１、Ｂ２の対と、振動発信素子Ａ３、Ａ４の対を備えている。振動受信素子Ｂ１、Ｂ２の対および振動発信素子Ａ３、Ａ４の対は、互いに、伝送される音波の波長λの１／４に相当する間隔をあけて配置されるとともに、各対を形成する素子同士も、音波の波長λの１／４に相当する間隔をあけて配置される。さらには、振動受信素子Ｂ１の受信信号が、反転回路５２によって１８０°位相をずらされた後、振動送信素子Ａ３から発信され、振動受信素子Ｂ２の受信信号が、反転回路５３によって１８０°位相をずらされた後、振動発信素子Ａ４から発信されるようになっている。振動発信素子Ａ３、Ａ４から送信される音波の出力は、振動受信素子Ｂ１、Ｂ２によって受信される音波の１／２のレベルになるように設定される。
この構成によれば、振動発信素子Ａ３、Ａ４は、Ｙ方向にのみ音波を発信し、その強度は、Ｙ方向に伝播して振動受信素子Ｂ１、Ｂ２に到着する音波Ｗと同じで、位相は逆である。したがって、振動発信素子Ａ３、Ａ４が発信する音波は、Ｙ方向に伝播する音波Ｗと互いに打ち消し合う。その結果、Ｙ方向の音波Ｗの信号送受信ユニットからＹ方向への伝播が抑制される。
【００２７】
水道水中を音波が伝播する速度は、一秒間に約１５００ｍであるが、これは温度等の変化に伴い変動する。この場合に、信号送受信ユニットの振動発信素子や振動受信素子の設置間隔が正確に１／４波長分でなくなると、指向性や、指定方向以外への信号の漏れが発生する等、性能が低下する。
これを防止するために、次のような方策をとることができる。
（１）実際の空間的な間隔に合わせて、振動受信素子や振動発信素子の設置間隔を調整する。例えば、温度変化により伝播速度が早くなり、１／４波長が長くなって設置間隔を長くする必要が生じたとき、機械的に間隔を変化させ得るようにする。温度センサーとその出力に応じて動作するアクチュエータを使用して設置間隔を長くする。あるいは、水道水の年間温度範囲を考慮して、バイメタル等の温度に応じた形状変化を利用して設置間隔を調節することも可能である。
（２）実際の空間的な間隔に合わせて、遅延回路の遅延時間を調節する。
振動子や圧電素子等の設置間隔が固定されているとき、伝播速度から見て相対的に設置間隔が短くなったときは、遅延回路のタイミングを早くして、その設置間隔の伝播時間に相当する遅延時間に調節することにより、方向性あるいは指向性を持たせることができる。
（３）図６（Ａ）に示されるように、１／４波長分の距離をとって配置される一対の振動受信素子（または一対の振動発信素子）の一方を、１／４波長に相当する間隔より小さい間隔をあけて配置された一対の振動受信素子（または一対の振動発信素子）Ｂ２ａ、Ｂ２ｂによって置き換え、これら２個の振動受信素子Ｂ２ａ、Ｂ２ｂ（または一対の振動発信素子）の受信信号（または電気信号）を合成して元の１個の振動受信素子Ｂ２の信号レベルが得られるように調整するとともに、これら２個の振動受信素子Ｂ２ａ、Ｂ２ｂの位相関係を調整することによって元の１個の振動受信素子Ｂ２と等価に作用させることで、音波の伝播速度の変動に対処する。この信号レベルおよび位相関係の調整は、図６（Ｂ）に示されるように、調整範囲の位相差を有する２個の信号をベクトル合成することにより実現される。なお、図６（Ａ）中、５４は遅延回路である。
【００２８】
図２の実施例では、異なる通信可能エリア間における通信は、隣接する通信可能エリア毎に配置された中継装置を介して中継されるようになっているので、発信側の通信端末装置と着信側の通信端末装置が互いに隣接する通信可能エリア内に存在しない場合には、発信されたデータは、中間の複数の通信可能エリアを通過した後、着信側の通信端末装置に受信される。したがって、この実施例では、通信効率はあまりよくない。
【００２９】
図２の実施例において通信効率を向上させるため、図７に示されるような変形例とすることができる。図７の実施例は、通信可能エリア間における通信を制御する構成が図２の実施例の場合と相違するだけである。したがって、図２と同一の構成要素については同一の番号を付し説明を省略する。
図７を参照して、この実施例によれば、隣接する通信可能エリア毎に中継装置２０ａ〜２０ｄが配置される代わりに、単一の通信制御装置３１が配置され、通信可能エリア１ａ〜１ｊのすべてのエリア間通信用受信素子８ａ〜１９ａおよびエリア間通信用送信素子８ｂ〜１９ｂの対に電気的に接続される。この通信制御装置３１は、発信側の通信可能エリアのエリア間通信用受信素子から受けた電気信号を信号処理し、対応する電気信号を着信側の通信可能エリアのエリア間通信用送信素子に伝送する。この実施例によれば、異なる通信可能エリア間における通信に際し、発信側の通信端末装置から送信されたデータは、通信制御装置３１を介して、着信側の通信端末装置が属する通信可能エリアに直接伝送されるので、図２の場合の実施例よりも通信効率が格段によくなる。
【００３０】
上述の実施例は、本発明を水道配管網に対して適用したものであるが、本発明の構成は、この実施例に限定されるものではなく、本発明を都市ガス供給配管網に対しても適用することができる。この場合にも同様の効果が得られる。
また別の適用例として、化学プラントあるいは装置内の流体を移送する配管を用いて、流体の送端と受端、あるいは配管の２箇所に設置した音波と電気信号の変換ユニットを介して、監視、計測、制御信号の授受が可能になる。
すなわち、流体を移送する手段によって、同時に該流体を媒体とする通信手段を得ることができ、監視、計測、制御信号のための電気配線を省略できることによる技術的、経済的効果は計り知れない。
さらに別の適用例として、飲食店において、配管により多数の客席にビール等の飲料を供給し、客席毎に配置された蛇口に流量センサーを設置し、飲料の流量情報を配管を介して集めるようにすれば、客席毎の販売量を特別な信号配線なしで把握することができ、客席毎の料金計算を自動化する等の合理化が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、流体輸送配管網中の必要な箇所における流向や流量の測定データを、当該流体輸送配管網を利用して伝送し、集めることができるので、配管の大部分が地中にある水道配管網や都市ガス供給配管網においても、通信手段および通信用電源を容易に確保することができ、よって、配管中の適所に測定装置を設け、水道配管網における流向および流量を遠隔監視することができる。したがって、水道配管網における制御バルブの調整作業を正確かつ低コストで行うことが可能となる。さらには、制御バルブを電動制御バルブとすれば、配管網中のバルブを遠隔制御することによって、配管網中の流向および流量を自動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例による流体輸送配管網を利用した通信システムの構成を概略的に説明した図である。
【図２】図１の通信システムの領域Ａのより詳細な構成を示した図である。
【図３】信号送受信ユニットの変形例を示した概略図である。
【図４】信号送受信ユニットの別の変形例を示した図であり、（Ａ）は信号送受信ユニットから送信される音波に方向性をもたせるようにした変形例を示し、（Ｂ）は一対の振動送信素子から送信される音波が、互いに強め合いまたは打ち消し合う状況を示した図である。
【図５】信号送受信ユニットの別の変形例を示した概略図であり、（Ａ）は受信感度に方向性をもたせるようにした変形例を示し、（Ｂ）は送受信ユニットに到達する音波をそれより先に伝播させないようにした変形例を示している。
【図６】信号送受信ユニットの別の変形例を示した図であり、（Ａ）は水温の変動による音波の伝播速度の変動を補償するようにした変形例を示し、（Ｂ）は各素子の信号レベルおよび位相関係の調整の方法を説明するベクトル合成図である。
【図７】図２の実施例の変形例の構成を概略的に示した図である。
【符号の説明】
１  水道配管網
１ａ〜１ｊ  通信可能エリア
２  浄水場
３  制御バルブ
４ａ〜４ｄ  通信端末装置（測定装置）
５ａ〜５ｅ  信号送受信ユニット
６ａ〜６ｅ  振動受信素子
７ａ〜７ｅ  振動送信素子
８ａ〜１９ａ  エリア間通信用受信素子
８ｂ〜１９ｂ  エリア間通信用送信素子
２０ａ〜２０ｄ  中継装置
３０  通信端末装置
Ｘ  センター
【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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