(57)【要約】【課題】地中に埋設されたガス配管の開口破損位置の探知性能を向上する。【解決手段】埋設配管１０内部に音波を伝播させ、該埋設配管１０内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管１０に生じた開口破損箇所１１の位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行う。ここで、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号や周波数を時間変化させた信号を使用することができる。【選択図】図３
2013044612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、
配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行うことを特徴とする埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項２】
前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用することを特徴とする請求項１に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項３】
前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用することを特徴とする請求項１に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項４】
前記周波数を時間変化させた信号が、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返したものであることを特徴とする請求項３に記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項５】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、
配管内部に伝播させる音波として、周波数が特定の範囲において均一となる音波を使用することを特徴とする埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項６】
複数の位置の受信音波の位相差から音波の伝播方向を特定し、音圧分布と併せて破損位置を推定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の埋設配管破損位置の検出方法。
【請求項７】
埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出装置であって、
符号となるパターンを有する音波を送信する手段と、
地表面に配置される複数の受信センサと、
送信音と受信音の相互相関処理手段と、
受信した音波と併せて測定点の位置情報を記録する手段と、
既知の間隔で配置された受信センサ間の位相差から音波の伝播方向を導出する手段と、
計測位置、音圧および伝播方向を図示する手段と、
を具備していることを特徴とする埋設配管破損位置の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋設配管破損位置の検出方法及び装置に係り、特に、地中に埋設したガス配管に発生した開口破損位置を、配管を掘り出すことなく地上での探査により検出することが可能な埋設配管破損位置の検出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震などにより地中に埋設した配管に発生した開口破損位置を、配管を掘り出すことなく地上から探査することは、迅速に復旧する上で非常に重要である。特に、メインラインの太い配管でなく、各家庭内への配管における末端のソケットは外れ易いので、その必要性が高い。
【０００３】
従来、配管の一種であるガス配管の開口破損位置を検出する場合は、ガス配管網の特定部位を区画し、この区間のガス配管内のみに窒素ガス等によりガス圧を掛けて、ゲージ圧が低下するかどうかを判別しながら、区画を順次狭くして、漏洩位置を推定していた。
【０００４】
また、効率的な管路検査方法として、地中に埋設された都市ガス配管のように、被覆層（土）により隠蔽されたガス配管の開口端部で音を発生させて、ガス配管内に音波を伝播させ、ガス配管内を伝播する音波を被覆層外の複数の位置で受信して、受信される音量の空間的な分布を求め、求められる受信音量の分布から、ガス配管の位置または、ガス配管に発生している開口破損位置を推定する方法が特許文献１で提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示す計測方法では、土壌を伝播するため音波は著しく低下すること、計測に使用する数百Ｈｚ程度の音波と近似した周波数の音波（高周波音は土を通らない）が周辺環境に存在することから、配管に伝播させた音波を抽出することが難しい。
【０００６】
そこで、高い音量を得るために、特許文献１の技術において、検査作業前に、異なる周波数を配管内に伝播させて、音量が最大となる周波数を求めて計測に使用する方法、もしくは、配管径と音速に基づいて決まる共鳴周波数を計測に使用する方法が特許文献２で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２７１３７０号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２２８０号公報
【特許文献３】特開平６−２９４７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の方法は、配管内に伝播させる音量を増幅させるための手段であるため、その効果は限定的である。即ち、実用上では、配管形状（内径や長さ）、埋設環境、開口破損形状（開口サイズ）や位置などの諸条件により、適正な周波数が変化するため、事前の周波数調整は、調整位置の最適値にすぎず、開口破損形状や位置の変化には対応できない。共鳴周波数に関しても、配管の分岐や径の変化、開口破損形状や位置の変化に対応できない。
【０００９】
また、計測データの評価では、実際に配管内を伝播した音を周辺環境の音から抽出する必要があるが、送信した音波が選択した単一の周波数の場合、周囲の音から分離、抽出する精度にも限界がある。
【００１０】
一方、本発明に類似するものとして、特許文献３には、地層の物理特性の音響波を用いた非破壊測定に際して、擬似ランダムコードに従って発振源を励起し、受信器で発振信号との相関を取ることによって、他の雑音と識別することが提案されているが、そのままでは埋設配管の破損位置の検出に用いることができなかった。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、埋設配管破損位置の検出に際して、様々な配管条件、埋設環境、開口破損状況に対応可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波に符号となるパターンを使用し、受信した音と相互相関処理を行うことにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
ここで、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用することができる。
【００１４】
又、前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用することができる。
【００１５】
又、前記周波数を時間変化させた信号を、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返したものとすることができる。
【００１６】
本発明は、又、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出方法であって、配管内部に伝播させる音波として、周波数が特定の範囲において均一となる音波を使用することにより、前記課題を解決したものである。
【００１７】
ここで、複数の位置の受信音波の位相差から音波の伝播方向を特定し、音圧分布と併せて破損位置を推定することができる。
【００１８】
本発明は、又、埋設配管内部に音波を伝播させ、該埋設配管内部を伝播する音波を地上の複数の位置で受信し、音波の受信状況から配管に生じた開口破損位置を推定する埋設配管破損位置の検出装置であって、符号となるパターンを有する音波を送信する手段と、地表面に配置される複数の受信センサと、送信音と受信音の相互相関処理手段と、受信した音波と併せて測定点の位置情報を記録する手段と、既知の間隔で配置された受信センサ間の位相差から音波の伝播方向を導出する手段と、計測位置、音圧および伝播方向を図示する手段と、を具備していることを特徴とする埋設配管破損位置の検出装置により、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、符号となるパターンを有する音波を配管内部に伝播させ、受信した音波と送信音波の相互相関処理を行うことにより、実際に管内を伝播した音波を抽出する精度が向上する。
【００２０】
特に、前記符号となるパターンとして、擬似ランダム信号を使用した場合、擬似ランダム信号は、周辺環境に存在しないパターンであり、相関処理による抽出精度が、単一周波数の音波と比べて向上する。
【００２１】
又、前記符号となるパターンとして、周波数を時間変化させた信号を使用した場合、この周波数の時間変化が周辺環境の音との識別性を向上させる。さらに、この手法は正弦波が基になるため、例えばスピーカから送信する際、出力が得られ易い。ここで、周波数を特定の範囲で連続的に変化させるパターンを繰り返すことができる。
【００２２】
又、管径、土壌、開口破損形状などの要素によって、有効な周波数が異なるため、単一周波数の音波では満足な受信信号が得られないことが多いが、本発明により、特定の範囲で均一な周波数を使用することにより、事前の周波数調整を行うことなく、計測を行うことができる。例えば、擬似ランダム信号では、特定の範囲で均一な周波数を有する音波を発生できるパターンがあり、１種類の音波を用いるだけで、諸条件による周波数特性の変化に対応できる。また、周波数の時間変化では、特定の範囲で周波数変化させた１セットを１度の計測として利用すれば、変化させた範囲全ての周波数で計測したことになる。
【００２３】
更に、複数の受信手段を予め定めた位置に配し、受信信号の位相を確認することで、各受信手段への音波の到達時間差を計測し、音波の到来方向を算出することにより、開口破損箇所の特定が容易になる。
【００２４】
以上のように、本発明では、管内に送信する音波に符号となるパターンを有する信号を利用することで、計測に利用する音波の分離、抽出精度が向上し、破損箇所の探知性能が高くなる。
【００２５】
また、管内に送信する音波として、周波数特性が特定の範囲で均一になる音波、もしくは、周波数を特定の範囲で連続的に変化させる音波を用いることによって、配管条件毎に適正な周波数を調整する作業を省略することができ、破損箇所の様々な開口形状にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示す図
【図２】前記実施形態で用いられている受信センサの一例を示す、下方から見た斜視図
【図３】同じく信号処理系統を示すブロック図
【図４】（Ａ）本発明の一例及び（Ｂ）従来例における送信音波形を比較して示す図
【図５】正弦波を送信した従来の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図６】Ｍ系列（位相変調）を送信した本発明の一例の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図７】同じく相互相関処理データの他の例を示す図
【図８】ホワイトノイズを送信した本発明の他の例の場合の相互相関処理データ例を示す図
【図９】各種送信音波形の周波数スペクトルを比較して示す図
【図１０】本発明による周波数スイープの例を示す図
【図１１】同じく評価画面の一例を示す図
【図１２】本発明の第２実施形態の全体構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１には、本発明の第１実施形態に係る検査装置を用いて地中に埋設された配管の開口破損位置を探査している状態を示す。本実施形態では、検査対象とする埋設配管１０につながる立て管（例えばガスメータ管）１２の開口端に、ガスメータの代わりに送信装置（例えばスピーカ）２０を設置し、送信用波形発生器２２で発生した信号で送信装置２０を駆動して、立て管１２を介して埋設配管１０内に所定の波形を有する音波を送信する。その後、埋設配管上に設置した複数（図では３台）の受信センサ（例えば振動計）３１、３２、３３で、開口破損箇所１１から漏れ出た音波による振動を検出する。そして、受信センサ３１、３２、３３の設置位置、受信した信号の音圧や位相を受信／分析器４０で記録し、分析することにより開口破損位置の特定を行う。
【００２９】
前記送信用波形発生器２２としては、周波数が調整可能な、いわゆる波形発生器の他、波形が固定されている場合には、デジタルオーディオプレーヤを使用することもできる。
【００３０】
前記受信センサ３１〜３３としては、例えば加速度ピックアップでなる振動計を用いることができる。この振動計は、予め配管図で確認した配管１０の直上に設置することができる。なお、振動計の設置面（底面）は、路面の凹凸の影響を避けるため、平面構造でなく、図２に例示する如く、３点支持の突起３１ａを有した構造とすることが望ましい。
【００３１】
本実施形態の信号処理系統を図３に示す。受信センサ３１、３２、３３からの信号はデータ収録部４２に入力され、その波形や位置情報が記録される。データ収録部４２の出力は、相互相関処理部４４に送られ、送信用波形発生器２２との相互相関がとられる。次いで振幅値検出部４６で振幅が検出されると共に、伝播方向算出部４８で伝播方向が算出され、振幅値分布および伝播方向表示部５０で表示される。振動及び伝播方向の算出は、受信センサ３１〜３３の位置の違いに起因して生じる位相差を、音響分野でいうアクティブインテンシティとして捉え、このアクティブインテンシティの大きさ及び極性から開口破損箇所１１の位置を示すベクトル（大きさ及び方向）を得ることにより行うことができる（特開平１１−２４８５９１号公報参照）。
【００３２】
以下、配管内に送信する音波として、擬似ランダム信号を用いる方法を説明する。擬似ランダム信号を音波に適用する方法として、振幅、位相、周波数を変調する方法があり、いずれでも良い。
【００３３】
図４に、（Ａ）本発明により位相を変調した擬似ランダム信号による送信波形と、（Ｂ）比較のため単一周波数の送信波形を示す。地上で受信した信号は、微弱になり周辺環境の音と合成されてしまうが、送信信号と相関処理することにより、配管内を伝播した音波を高精度で抽出することができる。ここで、図４（Ｂ）に示したような単一周波数の正弦波を用いた場合には、一波長分のシフトでピークが得られるので、図５（４００Ｈｚの例）に示す如く、相関後も連続波のような表示になってしまう。
【００３４】
これに対して、図４（Ａ）に示したような、例えばＭ系列による位相変調を行った擬似ランダム信号を用いた場合には、図６（４００Ｈｚの例）に示す如く、相関ピークを得ることができる。なお、図６においてはＭ系列の符号が短いため、相関ピークが複数回表示されている。別の実験で、同じ４００ＨｚのＭ系列信号（位相変調）を受信した（Ａ）生の波形と（Ｂ）相関処理した後の波形の例を図７に示す。
【００３５】
なおホワイトノイズであっても、Ｍ系列パターンでオンオフしてホワイトノイズを発生している波形発生器の出力であれば、図８（Ｍ系列の符号が長い例）に示す如く、ピークは一箇所となるため、本発明で用いることができる。
【００３６】
図９に、（Ａ）正弦波４００Ｈｚ、（Ｂ）Ｍ系列（位相変調）、（Ｃ）ホワイトノイズの送信音波形のパワースペクトルを比較して示す。
【００３７】
次に、配管内に送信する音波として、周波数を時間変化させてスイープした信号を用いる方法を説明する。特定範囲で周波数を連続的に変化させる処理を繰り返した音波を送信音として用いる。周波数を時間変化させる１パターンを１つの符号と考え、受信信号と相関処理することにより、配管内を伝播した音波を高精度で抽出することができる。周波数を１００〜１０００Ｈｚでスイープした後の平均値を相関処理した例を図１０に示す。
【００３８】
また、配管の諸条件や開口破損形状によって、計測に有効な周波数が変化する傾向があることから、単一周波数では無く、特定の範囲において均一な周波数成分を有する送信音を用いることが有効となる。送信音として前記擬似ランダム信号を用いる場合は、特定の範囲で周波数特性が均一となる信号を選択する。一方、周波数時間変化信号を用いる場合は、変化させる範囲全ての周波数で計測することになるため、同様な効果が得られる。
【００３９】
開口破損位置を特定する方法として、受信信号の音圧を利用する場合は、計測点における音圧の推移から破損位置を特定する。一方、受信信号の位相を利用する場合は、予め定めた間隔で配置した複数の受信手段で受信した信号の位相差から音波の到来方向を算出する。
【００４０】
以下、図１に基づいて本発明の手順を説明する。まず調査対象とする管路の一部、例えば、ガスメータ設置箇所のように地上部に出ている立て管１２に、音波を送信する送信装置２０、例えばスピーカを取り付ける。スピーカから発生させる音波は、予めプログラミングした擬似ランダム信号、もしくは、周波数時間変化を特定の変化幅で繰り返す信号に基づくものとする。なお、擬似ランダム信号では、その周波数成分が１００〜１０００Ｈｚの帯域において均一となる信号を用いることが好ましく、周波数時間変化を用いる場合は、周波数変化の幅を１００〜１０００Ｈｚとすることが好ましい。
【００４１】
受信センサ３１〜３３として用いる振動計は、予め配管図で確認した配管の直上に設置する。
【００４２】
受信した信号は、図３に示したように、データ収録部４２で、振動計の設置位置情報と共に記録し、相互相関処理部４４で送信信号と相互相関処理を行い、送信音波成分を抽出した後、振幅値検出部４６及び伝播方向算出部４８で信号振幅値および複数配置した振動計間の位相差から音波の伝播方向を算出する。これらのデータは、例えば、振幅値分布および伝播方向表示部５０で配管図上に音圧分布および伝播方向を図示し、開口破損箇所１１を特定する。
【００４３】
データ表示画面例を図１１に示す。評価に用いるデータは、各計測点における受信した音の強さ（音圧）と音波の伝播方向である。単純に音圧の差から破損箇所を推定することもできるが、音波の伝播方向を併せて評価することで、評価が容易になり精度の向上を図ることができる。
【００４４】
音圧の変化は、破損の位置や大きさに伴うものに限らず、土壌、舗装状態、受信センサの設置状態などによっても生じると考えられる。このため、音圧変化と異なるパラメータである音波の伝播方向を併用することは、有効な手段である。
【００４５】
また、計測時に音波の伝播方向を確認することにより、任意に計測箇所を追加する場合の指標とすることや、埋設管位置のずれを確認することができる。
【００４６】
振動計としては、加速度ピックアップの他、レーザドップラー振動計を用いることもできる。
【００４７】
振動計の代わりにマイクロフォンを用いた本発明の第２実施形態を図１２に示す。
【００４８】
本実施形態によれば、受信センサとしての単一のマイクロフォン６２を、オペレータ６０が、移動可能とした受信／分析器６４と共に移動しながらの測定が可能である。
【００４９】
なお、前記実施形態においては、いずれも本発明が、ガス配管の開口破損箇所の検出に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、他の埋設配管の開口破損箇所の検出にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…埋設配管
１１…開口破損箇所
１２…立て管（ガスメータ管）
２０…送信装置（スピーカ）
２２…送信用波形発生器
３１、３２、３３…受信センサ（振動計）
４０、６４…受信／分析器
４２…データ収録部
４４…相互相関処理部
４６…振幅値検出部
４８…伝播方向算出部
５０…振幅値分布および伝播方向表示部
６０…オペレータ
６２…マイクロフォン
【図１】
2013044612.tif 000003
【図２】
2013044612.tif 000004
【図３】
2013044612.tif 000005
【図４】
2013044612.tif 000006
【図７】
2013044612.tif 000007
【図１２】
2013044612.tif 000008
【図５】
2013044612.tif 000009
【図６】
2013044612.tif 000010
【図８】
2013044612.tif 000011
【図９】
2013044612.tif 000012
【図１０】
2013044612.tif 000013
【図１１】
2013044612.tif 000014