(57)【要約】【課題】  検知対象の変更や配管を伝搬する振動の変化などに容易に対応することができ、かつ高い精度で漏洩検知を行うことができる漏洩検知方法および漏洩検知装置を提供することを目的とする。【解決手段】  内部空間の固有振動数が調整された筐体および前記筐体の内部空間内に配置された検知部を用いた配管の漏洩検知方法であって、前記内部空間の固有振動数を、配管から流体が漏洩している時に前記配管において発生する振動に共鳴するように調整し、前記検知部を用いて、前記内部空間において発生した固有振動を検知して振動情報を出力し、前記出力された振動情報に基づいて前記配管から流体が漏洩しているか否かを判定する漏洩検知方法。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる配管の漏洩検知装置であって、
前記流体が漏洩している時に前記配管において発生する振動に共鳴するように内部空間の固有振動数が調整された筐体と、
前記筐体の内部空間内に配置され、前記漏洩時に配管において発生する振動および前記内部空間において発生した固有振動を検知して振動情報を出力する検知部と、
前記出力された振動情報に基づいて前記配管から流体が漏洩しているか否かを判定する判定部と、
を備える漏洩検知装置。
【請求項２】
前記配管に付設され、前記配管において流体の漏洩に起因する振動が発生している時に固有振動数で振動数する構造体をさらに備え、
前記筐体の内部空間は、前記構造体の振動に共鳴するように内部空間の固有振動数が調整される、
請求項１に記載の漏洩検知装置。
【請求項３】
前記筐体の内部空間の容積を調整することによって、前記内部空間の固有振動数を前記配管において発生する振動に共鳴するように調整する、請求項１または請求項２に記載の漏洩検知装置。
【請求項４】
前記筐体の内部空間内に所定の媒体を充填することによって、前記内部空間の固有振動数を前記配管において発生する振動に共鳴するように調整する、請求項１または２に記載の漏洩検知装置
【請求項５】
内部空間の固有振動数が調整された筐体および前記筐体の内部空間内に配置された検知部を用いた配管の漏洩検知方法であって、
前記内部空間の固有振動数を、配管から流体が漏洩している時に前記配管において発生する振動に共鳴するように調整し、
前記検知部を用いて、前記内部空間において発生した固有振動を検知して振動情報を出力し、
前記出力された振動情報に基づいて前記配管から流体が漏洩しているか否かを判定する、漏洩検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏洩検知方法および漏洩検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代社会では、上下水道網や、ガス、石油などの高圧化学パイプライン、高速鉄道、長大橋、超高層建築、大型旅客機、自動車などの設備が構築され、豊かな社会の基盤となっている。これらが、予期せぬ震災などの自然災害や、寿命劣化によって損壊し重大事故に至れば、社会への影響は多大であり、経済的損失は大きい。設備に用いられる部材は、使用時間に応じて損傷、摩耗、ガタツキなどの劣化が進み、やがて損壊などの機能不全に至る。そのため、設備の安心、安全を確保するために、科学、工学、社会学などの学術的領域を超えた技術開発に多大な努力が払われている。なかでも、低コストかつ操作が簡便な検査技術である非破壊検査技術の発展は、設備の劣化や損壊による重大事故の防止を図るうえで、重要になっている。非破壊検査技術を用いた検査法は、上下水道網における漏水や、ガス管のガス漏れなどの各種配管の漏洩検知によく用いられる。
【０００３】
この非破壊検査法は、配管や配管と接する箇所（例えば、配管が埋設されている箇所）に近い地表面およびマンホールなどに振動センサを設置し、この振動センサに伝搬する振動の中から、配管埋設時に見られなかった振動（配管の漏洩に起因する振動）を検知することで、配管の漏洩を検出する検査法である。この非破壊検査法については、これまで、その検査精度を向上させる技術が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、漏水を検知する漏洩音検出装置において、その検出部と台座部とを軟性材料よりなるメカニカル共振部材を介して連結させ、外来雑音の削除と、低周波数成分における感度を増大させることで、漏水探知の効率化を実現する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２８１５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の漏洩音検出装置は、検出部と台座部とを軟性材料よりなるメカニカル共振部材を介して連結させることで、検知対象の振動の低周波数成分における感度を増大させる。そのため、検知対象を変更する場合や、配管を伝搬する伝搬音のスペクトラムが変化した場合には、その変更や変化に応じてメカニカル共振部材を再選定し、現行の漏洩音検出装置のメカニカル共振部材と付け替える、若しくは、再選定したメカニカル共振部材を採用した漏洩検出装置と、現行の漏洩検知装置とを置き換える必要がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、検知対象の変更や、配管を伝搬する振動の変化などに容易に対応することができ、かつ高い精度で漏洩検知を行うことができる漏洩検知方法および漏洩検知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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る漏洩検知装置は、内部に流体が流れる配管の漏洩検知装置であって、前記流体が漏洩している時に前記配管において発生する振動に共鳴するように内部空間の固有振動数が調整された筐体と、前記筐体の内部空間内に配置され、前記漏洩時に配管において発生する振動および前記内部空間において発生した固有振動を検知して振動情報を出力する検知部と、前記出力された振動情報に基づいて前記配管から流体が漏洩しているか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る漏洩検知装置における漏洩検知方法は、内部空間の固有振動数が調整された筐体および前記筐体の内部空間内に配置された検知部を用いた配管の漏洩検知方法であって、前記内部空間の固有振動数を、配管から流体が漏洩している時に前記配管において発生する振動に共鳴するように調整し、前記検知部を用いて、前記内部空間において発生した固有振動を検知して振動情報を出力し、前記出力された振動情報に基づいて前記配管から流体が漏洩しているか否かを判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、検知対象の変更や配管を伝搬する振動の変化などに容易に対応することができ、かつ高い精度で漏洩検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る漏洩検知装置１００の構成図の一例である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る漏洩検知装置１００をインフラ設備へ設置した状態の一例である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る周波数調整レバー１０４による共鳴機構１０３の内部空間の高さ調整の一例である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る漏洩検知装置１００の各構成部の設置および設定工程の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る漏洩検知装置１００の漏洩検知工程の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る漏洩検知装置１００をインフラ設備へ設置した状態の一例である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る漏洩検知装置３００の構成図の一例である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る漏洩検知装置３００の漏洩検知工程の一例を示すフローチャートである。
【図９】検証実験における比較手法の構成図の一例である。
【図１０】検証実験における本発明手法の構成図の一例である。
【図１１】検証実験における比較手法および本発明手法の実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る漏洩検知装置１００の構成図を図１に、漏洩検知装置１００をインフラ設備に設置したときの設置図を図２に示す。ここでいうインフラ設備とは、ガスや石油などの高圧化学パイプライン、上下水道網などのことである。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る漏洩検知装置１００は、検知部１０１と、構造物１０２と、共鳴機構１０３と、周波数調整レバー１０４と、算出部１０５と、有線１０６と、を備える。また、図２に示すように、本実施形態に係る漏洩検知装置１００は、流体１０８が中を流動する配管１０７に配置され、配管１０７に漏洩孔１０９が空いた場合にこれを検知する。
【００１４】
検知部１０１は、配管１０７または流体１０８の状態に起因し発生した振動を、構造物１０２を介して検知する。そして、検知した振動が共鳴機構１０３内に発生する後述する音波によって加振されると、それを電気信号に変換し振動情報として、有線１０６を通じて算出部１０５に出力する。なお、検知部１０１には、圧電型加速度センサ、動電型加速度センサ、静電容量型加速度センサ、光学式速度センサ、動ひずみセンサなどが用いられる。
【００１５】
構造物１０２は、配管１０７に付設するように設置され、配管１０７または流体１０８の状態に起因し発生した振動が配管１０７から伝搬してくると、固有の振動数で定常振動し、その振動を検知部１０１に伝える。また、構造物１０２は上記のように固有の振動数で定常振動する際、自身の周囲の媒質を振動させ、共鳴機構１０３の内部に音波を発生させる。なお、本実施形態では、構造物１０２が振動させる周囲の媒質は空気である。
【００１６】
共鳴機構１０３は、検知部１０１を囲うように設置され、構造物１０２の振動によって機構内に音波が発生した場合、その音波を共鳴、増幅させる。これは、共鳴機構１０３の共鳴周波数が、周波数調整レバー１０４によって後述する漏洩振動帯域と一致されているためである。共鳴機構１０３は、上記増幅された音波を機構内の媒質を通じて検知部１０１に伝搬し、検知部１０１が検知した振動を加振する。なお、本実施形態では、共鳴機構１０３の機構内の媒質は空気である。
【００１７】
周波数調整レバー１０４は、図３に示すように共鳴機構１０３の内部空間の高さを調整し、共鳴機構１０３の共鳴周波数と、後述する算出部１０５で算出した漏洩振動帯域とを一致させる。上記のように共鳴機構１０３の内部空間の高さを調整し、共鳴機構１０３の共鳴周波数を漏洩振動帯域と一致させることで、構造物１０２の振動によって共鳴機構１０３内に生じる音波は共鳴、増幅される。なお、共鳴機構１０３の内部空間の高さ調整に関する詳細な説明は後述する。
【００１８】
算出部１０５は、検知部１０１と有線１０６を介して接続され、検知部１０１から出力された振動情報を周波数変換し解析することで、配管１０７からの流体１０８の漏洩を検出する。流体１０８が配管１０７から漏洩している場合、流体１０８が配管１０７から漏洩してない正常時に比べ、構造物１０２の固有振動数に対応する特定範囲の振動周波数成分が、大きな振幅を示す。算出部１０５は、この特性を利用して配管１０７での流体１０８の漏洩を検出する。また、算出部１０５は、共鳴機構１０３の内部空間の高さの調整のため、配管１０７を伝搬する振動に基づき漏洩振動帯域を算出する。具体的には、疑似的に漏洩を起こし、検知部１０１に振動を検知させ、この検知した振動の時間波形を周波数変換し周波数スペクトルを求め、求めた周波数スペクトルに基づき算出する。なお、漏洩振動帯域は、構造物１０２の口径、材質、構造から算出することも、実験的に算出することも可能である。
【００１９】
有線１０６は、検知部１０１と算出部１０５を接続させる通信ケーブルであって、検出部１１から出力された振動情報を算出部１０５に伝搬する。
【００２０】
配管１０７は、流体１０８を輸送するものであって、自身または流体１０８の状態に起因した振動が発生した場合、その振動が構造物１０２に伝搬するための媒質としての役割を担う。なお、配管１０７は、地中や建築物の壁、柱に埋設されていても、建築物の屋根裏や地下に設置されていてもよい。
【００２１】
流体１０８は、配管１０７の中を流れるガスや石油、水といった流体である。
【００２２】
漏洩孔１０９は、配管１０７に生じる穴や亀裂であって、配管１０７から流体１０８を漏洩させる。
【００２３】
次に、図４を参照しながら、本実施形態に係る漏洩検知装置１００の各構成部の設置および設定工程について説明する。なお、この工程は、漏洩検知装置１００が漏洩検知を開始する前に行われる。
【００２４】
検知部１０１は、配管１０７または流体１０８の状態に起因し発生した振動を検知できるように、構造物１０２及び／又は配管１０７に任意の数だけ設置される（Ｓ１０１）。なお、検知部１０１の設置には、磁石や専門治具、接着剤などを用いることが考えられるが、その方法は特に限定されない。また、検知部１０１は、設置箇所に常設され常時振動を検知してもよいし、所定期間設置され間欠的に振動を検知してもよい。
【００２５】
共鳴機構１０３は、検知部１０１を囲うように設置される（Ｓ１０２）。なお、共鳴機構１０３は、検知部１０１の周囲を密閉するように設置されるのが好ましい。密閉するためには、共鳴機構１０３に合わせた専用の治具等を用いることが考えられるが、その方法は特に限定されない。また、共鳴機構１０３の形状は立方体もしくは円柱が好ましいが、特に限定されない。
【００２６】
算出部１０５は、検知部１０１と接続され、共鳴機構１０３の内部空間の高さの調整のため、配管１０７を伝搬する振動に基づき漏洩振動帯域を算出する（Ｓ１０３）。具体的には、疑似的に漏洩を起こし、検知部１０１に振動を検知させ、この検知した振動の時間波形をフーリエ変換等で周波数変換することで周波数スペクトルを求め、求めた周波数スペクトルに基づき算出する。
【００２７】
周波数調整レバー１０４は、構造物１０２の振動によって共鳴機構１０３内に発生する音波を増幅させるため、共鳴機構１０３の共鳴周波数が漏洩振動帯域と一致するように、共鳴機構１０３の高さを調整する（Ｓ１０４）。ここで、Ｓ１０４についてｃ＝ｆλの式に基づいて考える。ｃは空気中の音速であり約３４０ｍ／ｓの定数であるため、共鳴機構１０３の内部空間の高さを変更し、共鳴機構１０３の高さ方向の波長を制御することで、共鳴機構１０３の共鳴周波数ｆと漏洩振動帯域とを一致させることができる。
【００２８】
Ｓ１０４が終了した時点で、漏洩検知装置１００は、漏洩検知を行うための事前準備が完了する。なお、漏洩の検知を行う際には、外部からの外乱振動の影響を防止するために、例えば、マンホールの蓋を閉じる等の工夫を行うことが好ましい。
【００２９】
次に、図５を参照しながら、本実施形態に係る漏洩検知装置１００の漏洩検知の動作例を説明する。
【００３０】
構造物１０２は、配管１０７から振動が伝搬してくると、固有の振動数で定常振動し、振動を検知部１０１に伝える。また、構造物１０２は上記のように固有の振動数で定常振動する際、自身の周囲の媒質を振動させ、共鳴機構１０３内に音波を発生させる（Ｓ２０１）。
【００３１】
Ｓ２０１で共鳴機構１０３内に発生した音波は、自身の周波数と共鳴機構１０３の共鳴周波数が一致するため共鳴し、増幅される（Ｓ２０２）。
【００３２】
Ｓ２０２で増幅された音波は、共鳴機構１０３内の媒質を介して検知部１０１に伝搬され、検知部１０１が検知した振動を加振する（Ｓ２０３）。
【００３３】
検知部１０１は、Ｓ２０３において、検知した振動が加振されると、それを電気信号に変換し振動情報として、有線１０６を介して算出部１０５に出力する（Ｓ２０４）。
【００３４】
算出部１０５は、検知部１０１から出力された振動情報を周波数変換し解析することで、流体１０８が配管１０７で漏洩しているか否かを判定する（Ｓ２０５）。
【００３５】
以上のように、本発明に係る漏洩検知装置１００は、周波数調整レバー１０４によって共鳴機構１０３の共振周波数を、漏洩振動帯域と一致するように調整する。そして、検知部１０１を囲むように上記共振周波数を調整した共鳴機構１０３を設置することで、検知部１０１が検知する振動を加振する。
【００３６】
従って、本発明の第１の実施形態によれば、周波数調整レバー１０４によって共鳴機構１０３の共振周波数を容易に調整することができるため、検知対象の変更や伝搬振動の変化などに容易に対応することが可能になる。
【００３７】
また、本発明の第１の実施形態によれば、漏洩周波数帯域と一致するように共鳴周波数が調整された共鳴機構１４が、検知部１０１を囲うように設置されるため、漏洩が微量であることや漏洩の発生場所が遠方であることなどが原因で、検知部１０１に伝搬する振動が微小な場合であっても、検知部１０１が検知する振動が加振されるので、高い精度で漏洩の検知を行うことが可能になる。
【００３８】
なお、本実施形態における漏洩検知装置１００では、周波数調整レバー１０４によってその内部空間の高さを変えられる共鳴機構１０３を用いたが、これに限定されない。例えば、高さの異なる共鳴機構を複数用意し、伝搬される振動に合わせて、適宜変更することも可能である。
【００３９】
また、本実施形態における共鳴機構１０３において、その固有振動数と振動周波数帯域が一致し、共鳴機構１０３自身が共振することで、検知部１０１が検知する振動にノイズ等が乗ってしまう場合がある。その場合、共鳴機構１０３の固有振動数が既知であれば、後段処理によりノイズ等を除去することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態における周波数調整レバー１０４は、共鳴機構１０３の高さを変化させ、共鳴機構１０３の共鳴周波数を調整したが、これに限定されない。例えば、共鳴機構１０３の横幅を変化させ、共鳴周波数を調整してもよい。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る漏洩検知装置１００をインフラ設備に設置したときの設置図を図６に示す。本実施形態の構成は、漏洩検知装置１００において、周波数調整レバー１０４の代わりに媒質注入口２０１を共鳴機構１０３の上部に取り付ける以外、上記第１の実施形態の構成と同じである。なお、上記第１の実施形態と同一の構成および機能を有する部分については、説明を省略する。
【００４２】
媒質注入口２０１は、共鳴機構１０３の上部に設けられ、共鳴機構１０３の内部に媒質を注入するために用いられる。注入する媒質は、酸素や水素、窒素などの気体であっても良いし、水や塩化ナトリウム水溶液などの液体であっても良い。
【００４３】
上記のように媒質注入口２０１を設け、共鳴機構１０３内の媒質を変更できるようにしたことで、共鳴機構１０３内で発生する音波の周波数を調整することが可能になる。ｃ＝ｆλの式に基づいて考えると、共鳴機構１０３内に発生する音波の波長λは不変であるため、共鳴機構１０３内の媒質を変更し音速ｃを変えることで、音波の周波数ｆを調整可能である。
【００４４】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る漏洩検知装置１００は、共鳴機構１０３内に発生する音波の周波数が、共鳴機構１０３の共鳴周波数と一致するように、共鳴機構１０３内の媒質を変更する。従って、本発明の第２の実施形態によれば、漏洩検知装置１００が、共鳴機構１０３の高さを制御できず、共鳴機構１０３の共鳴周波数を調整できない場所、例えば狭いマンホール内などに設置された場合であっても、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
なお、上記第１の実施形態および第２の実施形態における漏洩検知装置１００では、検知部１０１と算出部１０５の接続に有線１０６を用いたが、これに限定されない。例えば、無線を用いて接続させることも可能である。
【００４６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る漏洩検知装置３００の構成図を図７に示す。本実施形態に係る漏洩検知装置３００は、図７に示すように、筐体３０１と、検知部３０２と、判定部３０３と、を備える。
【００４７】
筐体３０１は、流体が漏洩している時に配管において発生する振動に共鳴するように、内部空間の固有振動数が調整された筐体であって、流体が配管から漏洩した際には、配管において発生した振動に共鳴し、振動する（以下、固有振動と記載する。）。
【００４８】
検知部３０２は、筐体３０１の内部空間内に配置され、流体が配管から漏洩している時に配管で発生する振動と、筐体の内部空間で発生した固有振動を検知して、振動情報を出力する。
【００４９】
判定部３０３は、検知部３０２から出力された振動情報に基づいて配管から流体が漏洩しているか否かを判定する。
【００５０】
次に図８を参照しながら、本実施形態に係る漏洩検知装置３００の漏洩検知の動作例を説明する。
【００５１】
流体が配管から漏洩すると、筐体３０１は、自身の内部空間において固有振動が発生する（Ｓ３０１）。
【００５２】
検知部３０２は、流体の漏洩に起因し配管で発生した振動および、Ｓ３０１において筐体の内部空間で発生した固有振動を検知し、振動情報を判定部３０３に出力する（Ｓ３０２）。
【００５３】
判定部３０３は、検出部３０２から出力された振動情報に基づき、流体が配管から漏洩しているか否かを判定する（Ｓ３０３）。
【００５４】
本実施形態に係る漏洩検知装置においては、筐体の内部空間の固有振動数を、流体が漏洩している時に配管に発生する振動に共鳴するように調整することから、検知対象の変更や配管を伝搬する振動の変化などに容易に対応することができる。そして、流体の漏洩が発生した時には、配管で発生する振動に、筐体の固有振動が加振されることから、高い精度で漏洩検知を行うことができる。
【００５５】
なお、上記第１の実施形態と第２の実施形態における漏洩検知装置１００及び、第３の実施形態における漏洩検知装置３００は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリに記憶されたプログラム（漏洩装置１０の出荷段階からメモリ内に記憶されているプログラムのほか、ＣＤ等の記憶媒体やインターネット上のサーバ等からダウンロードされたプログラムも含む）、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェイスなど、ハードウェアとソフトウェアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
【００５６】
（検証実験）
次に、第１の実施形態（図２）および第２の実施形態（図６）で説明したように、共鳴機構１０３を検知部１０１を囲むように設置した場合、漏洩検知装置１００の漏洩検知の精度が向上するか否かを検証した検証実験について説明する。
【００５７】
本検証実験は、具体的には、図９に示すように共鳴機構１０３を設置しない場合（以下、比較手法とする。）と、図１０に示すように共鳴機構１０３を検知部１０１を囲むように設置した場合（以下、本発明手法とする。）とにおいて、算出部１０５で得られる配管１０７を伝搬する振動の周波数スペクトルを比較することで、本発明の効果を検証する。なお、本発明手法の共鳴機構１０３の共鳴周波数と、配管１０７を伝搬する振動の振動周波数帯域は一致している。
【００５８】
また、本検証実験は、単口消火栓に圧電型振動センサ（検知部１０１に相当）を設置し、配管１０７には直径１０００ｍｍの鋼管を、流体１０８には水を用い、漏洩孔１０９は消火栓の設置位置（漏洩検知装置１００の設置位置に相当）から１００ｍ離れた場所で発生した直径２ｍｍの孔であるという条件下で行った。
【００５９】
図１１に、上記２つの手法を用いて漏洩検知を行った際の、算出部１０５で得られた振動の周波数スペクトルを示す。なお、図１１中の周波数スペクトル４０１は比較手法で得られた周波数スペクトル、周波数スペクトル４０２は本発明手法で得られた周波数スペクトルを表している。
【００６０】
図１１より、本発明手法の方が、比較手法に比べ、振動の周波数スペクトルを効果的に強調し、精度よく漏洩検知を行えることが分かる。
【００６１】
以上のことから、図２および図６のように、共鳴機構１０３を検知部１０１を囲むように設置し、構造物１０２の振動を加振するような構成とすることで、漏洩検知装置１００の漏洩検知の精度を向上することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１００  漏洩検知装置
１０１  検知部
１０２  構造物
１０３  共鳴機構
１０４  周波数調整レバー
１０５  算出部
１０６  有線
１０７  配管
１０８  流体
１０９  漏洩孔
２０１  媒質注入口
３００  漏洩検知装置
３０１  筐体
３０２  検知部
３０３  判定部
４０１  比較手法で得られた周波数スペクトル
４０２  本発明手法で得られた周波数スペクトル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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