(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波からなる送信信号を地中に放射する送信アンテナと、この送信アンテナが放射した前記送信信号の反射波を受ける受信アンテナとを備え、前記受信アンテナが受けた前記反射波に基づいて、地中埋設管からの漏水の有無を検知する漏水検出装置において、
前記送信アンテナが放射した前記送信信号と同一周波数の参照信号が参照信号発生器から入力するとともに、前記受信アンテナから受信信号が入力し、前記受信信号と前記参照信号とを混合して前記送信信号と同じ位相の信号成分を除去し、前記送信信号と位相の異なるＩＦ信号を復調信号として出力する復調器と、
この復調器の出力した前記復調信号が増幅されて入力し、直流信号成分と高周波ノイズを除去して復調信号のうち漏水部の流動により生じたドップラー周波数に対応する成分を透過される帯域フィルタと、
を有することを特徴とする漏水検出装置。
【請求項２】
前記帯域フィルタは、通過帯域が０．５Ｈｚ〜１ｋＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の漏水検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用して地中に埋設した水道管からの漏水を検出する漏水検出装置に係り、特に漏水部における流動により生じたドップラー効果に伴うドップラー周波数を検波して漏水の有無を検知する漏水検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に埋設した水道管からの漏水を検出する場合、地表面にマイクロホンを押し当て、水道管から漏れ出る水の音をマイクロホンによって拡大して聞き取るようにしていた。しかし、このマイクロホンによって水の漏れ出る音を聞き取る方法は、漏水の有無を判断するのに熟練を要することや、道路を通る車両の騒音や振動が障害となることなどから、検出確度が必ずしも高くなかった。そこで、本願出願人は、単一周波数の電磁波を地中に放射してその反射波を受信し、受信した反射波から漏水部の流動によるドップラー周波数を検波し、地中の水道管からの漏水の有無を検知する装置を開発した（特開平９−５２００号公報）。図４は、従来の電磁波を用いた漏水検出装置のブロック図である。
【０００３】
図４において、漏水検出装置１０は、地中に電磁波である送信信号を放射する送信アンテナ１２と、送信アンテナ１２から放射された送信信号の反射波を受ける受信アンテナ１４とを有している。送信アンテナ１２は、高周波送信信号を生成する発振器などからなる信号発生器１６に接続してあり、信号発生器１６が出力した送信信号を地中に放射する。
【０００４】
一方、受信アンテナ１４には、受信アンテナ１４が受信した送信信号の反射波である反射信号を増幅する高周波増幅器(ＲＦ増幅器)１８が接続してあり、ＲＦ増幅器１８の出力側にＲＦ増幅器１８の出力信号を受信信号として入力する復調器２０が接続してある。また、復調器２０には、位相シフタ２２を介して参照信号発生器２４の出力する参照信号が入力するようになっている。参照信号発生器２４は、信号発生器１６が接続されていて、信号発生器１６の出力した送信信号の一部が入力し、送信信号と同じ周波数の信号を参照信号として出力する。
【０００５】
復調器２０は、受信アンテナ１４が受けた反射信号（受信信号）と位相シフタ２２を介して入力する参照信号とを混合し、受信信号から送信信号の成分(送信信号と同じ位相の信号成分)を除去し、送信信号に対する位相ずれに応じた復調信号(中間周波(ＩＦ)信号)をローパスフィルタ２６と増幅器２８とに出力する。ローパスフィルタ２６は、地中の埋設管や空洞などの固定的なものからの信号成分(送信信号に対する一定の位相ずれ成分、すなわち直流成分)を透過し、オシロスコープ３０に出力して表示する。また、増幅器２８は、復調器２０の出力した復調信号を増幅して出力する。そして、図示しない作業者は、位相シフタ２２のツマミを介して位相シフタ２２の出力を調整し、復調器２０の出力信号のうち、埋設管や空洞などの固定的なものから反射された信号成分が零となるように、すなわちローパスフィルタ２６の出力が零となるようにする。
【０００６】
すなわち、地中に電磁波を放射して地中埋設管からの漏水を検出する場合、送受信アンテナ間の結合信号(図５に示した地表面３２で反射されて送信アンテナ１２から受信アンテナ１４に直接入射する電磁は３４や、地中３６を通って直接受信アンテナ１４に入る電磁波３８)、地中３６に存在する配管４０などの人工的なもの、および地中３６に生じた空洞４２や図示しない岩石、地層(地質)の変化部などの自然界に存在するものなどの埋設物からの位相の変化しない固定的な反射信号を除去し、漏水部４４による信号のみを選択的に抽出する。
【０００７】
これにより、復調器２０は、漏水部４４の流動によるドップラー周波数に基づく信号だけを出力し、この信号が増幅器２８によって増幅される。このように電磁波を利用にして漏水部からのドップラー効果によるドップラー周波数を検波することにより、埋設した水道管から漏水しているか否かを作業者の熟練度や、道路を通る車両の影響などを受けることなく検出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のドップラー周波数を検波する漏水検出装置は、上記したように、作業者が位相シフタ２２のツマミを調整して復調器２０の出力したＩＦ信号から固定的な反射信号（直流信号成分）を取り除くようにしているため、（１）電圧比較器および位相シフタ２２が必要となって回路が複雑となること、(２)アンテナの設置状態が変わったときには、その都度位相シフタ２２を調整する必要があること、(３)発振周波数(送信信号の周波数)および位相シフタ２２の特性が温度によってドリフトするため、時間の経過によって微調整が必要となること、(４)そのために、アンテナ間結合信号や埋設物などの固定的なものから反射信号などの強い直流信号成分を充分に取り除くことができず、微弱な漏水信号を得るために増幅器２８の増幅率を大きくすると、増幅器２８の出力が飽和するために増幅率を大きくすることができず、Ｓ／Ｎ比を大きく取れないこと、などの問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、漏水部において生じた微弱なドップラー周波数の信号を容易に検波できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、回路の簡素化が図れ、操作性を改善することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る漏水検出装置は、電磁波からなる送信信号を地中に放射する送信アンテナと、この送信アンテナが放射した前記送信信号の反射波を受ける受信アンテナとを備え、前記受信アンテナが受けた前記反射波に基づいて、地中埋設管からの漏水の有無を検知する漏水検出装置において、前記送信アンテナが放射した前記送信信号と同一周波数の参照信号が参照信号発生器から入力するとともに、前記受信アンテナから受信信号が入力し、前記受信信号と前記参照信号とを混合して前記送信信号と同じ位相の信号成分を除去し、前記送信信号と位相の異なるＩＦ信号を復調信号として出力する復調器と、この復調器の出力した前記復調信号が増幅されて入力し、直流信号成分と高周波ノイズを除去して復調信号のうち漏水部の流動により生じたドップラー周波数に対応する成分を透過される帯域フィルタと、を有する構成にしてある。帯域フィルタは、帯域周波数が０．５Ｈｚ〜１ｋＨｚのものを用いることができる。
【００１１】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、復調器の出力側に帯域フィルタを設け、復調器が出力する復調信号のうち、漏水部の流動によるドップラー効果によって生じたドップラー周波数に対応する成分を透過するようにしたことにより、ドップラー周波数の検波を容易、確実に行うことができる。しかも、従来のように復調器に与える参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がなく、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡素にすることができる。そして、参照信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナの設置状態が変わったり、温度変化により発信周波数がドリフトしたとしても、装置を搬入した場所において直ちに漏水検出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタを透過した信号を増幅する最終段階での増幅率を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００１２】
なお、地中に存在する配管からの漏水を検出する場合、地中における電磁波の減衰が大きいため、使用する周波数(送信信号の周波数)は一般に空中探査用レーダより使用する周波数が低く、また漏水部における水や土砂の動きの速度も小さいため、ドップラー周波数も小さくなり、帯域周波数は、直流成分を除去できる０．５Ｈｚ以上であって、１ｋＨｚ以下でよく、望ましくは０．５〜１００Ｈｚがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る漏水検出装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、前記従来技術において説明した部分に対応する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る漏水検出装置のブロック図である。図１において、漏水検出装置５０は、位相シフタが省かれていて、復調器２０に参照信号発生器２４が直接接続してあり、信号発生器１６の出力する送信信号と同じ周波数の参照信号が参照信号発生器２４から復調器２０に位相調整されることなく直接入力するようになっている。そして、復調器２０の出力側には、ローノイズのプリアンプ５２が接続してあり、このプリアンプ５２の出力側に帯域フィルタ５４が設けてある。この帯域フィルタ５４は、実施の形態の場合、オペアンプを用いたいわゆるアクティブフィルタであって、復調器２０が出力した復調信号(ＩＦ信号)のうち、地中の漏水部における水や水と土砂との混合物の動きにより生じたがドップラー周波数に対応した成分を透過させるもので、帯域周波数が実施の形態の場合、０．５〜１ｋＨｚとなっている。さらに、帯域フィルタ５４の出力側には、増幅器５６が接続してあって、帯域フィルタ５４を透過した信号を増幅できるようにしてある。そして、増幅器５６の出力は、図示しない漏水判別器や表示装置、メータなどの表示器、記録装置などに出力され、漏水の有無の判別に用いられる。
【００１５】
このように構成した実施の形態においては、信号発生器１６が送信信号を生成して出力し、その一部が送信アンテナ１２を介して地中に放射され、一部が参照信号発生器２４に与えられる。送信アンテナ１２から放射された送信信号は、地中に存在する配管や空洞などの異物や地中の水道管からの水漏れ部から反射され、反射信号として受信アンテナ１４に到達する。受信アンテナ１４が受けた反射信号(反射波)は、ＲＦ増幅器１８によって１０4 倍程度増幅され、受信信号として復調器２０に入力される。
【００１６】
一方、参照信号発生器２４は、信号発生器１６から入力した信号を参照信号として、すなわち送信信号と同一周波数の参照信号を復調器２０に入力する。復調器２０は、入力された受信信号と参照信号とを混合して送信信号と同じ位相の信号成分を除去し、送信信号と位相の異なるＩＦ信号を復調信号としてプリアンプ５２を介して帯域フィルタ５４に入力する。帯域フィルタ５４は、プリアンプ５２によって１０倍程度増幅された復調信号のうち、地中の配管や空洞などからの反射に基づく直流信号成分と各種の高周波ノイズとを除去し、漏水に固有な現象を示す周波数、すなわち漏水部における水(または水と土砂との混合物)の流動によるドップラー周波数に対応した周波数に対応する０．５Ｈｚ〜１ｋＨｚの信号成分のみを通過させて出力する。そして、帯域フィルタ５４を透過した信号は、増幅器５６によって１０4 倍程度増幅され、表示レベル(数ボルト)の電圧にされて表示器などに送られる。
【００１７】
このように、実施の形態においては、位相シフタによって復調器２０に与える参照信号の位相を調整することなしに、復調器２０が出力した復調信号から漏水に基づくドップラー周波数に対応した成分を透過させる帯域フィルタ５４を復調器２０の出力側に設けたことにより、漏水によるドップラー周波数を容易、確実に検出することができ、地中に埋設した水道管からの漏水の有無を高精度で容易に判別することができる。
【００１８】
しかも、従来のように復調器２０に与える参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がないため、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡素にすることができる。また、参照信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナ１２、１４の設置状態が変わったり、温度変化により信号発生器１６が出力する送信信号の発信周波数がドリフトしたとしても、漏水検出装置５０を搬入した場所において直ちに漏水検出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタ５４を透過した信号を増幅する増幅器５６の増幅率を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００１９】
【実施例】
試験地の深さ１．２ｍの位置に水道管を埋設し、指定されたアスファルト舗装の工事仕様に基づいて埋め戻し、アスファルト舗装を施したのち、埋設した水道管から毎分５リットルの漏水を生じさせ、この漏水を実施形態に係る漏水検出装置５０を用いて検出する実験を行った。漏水検出装置５０の作動周波数、すなわち信号発生器１６が出力する送信信号の周波数を４００ＭＨｚにして漏水の検出を行ったところ、容易に漏水を検出することができた。
【００２０】
図２は、このときの漏水部からの反射信号の周波数分析を行った結果を示したものであり、横軸が帯域フィルタ５４を透過した信号の周波数(ドップラー周波数)を示し(単位はＨｚ)、縦軸が計器の信号振幅（単位ｍＶ）を示している。図から明らかなように、漏水部からの反射信号に含まれているドップラー周波数は、作動周波数が４００ＭＨｚの場合、１０Ｈｚ以下が主成分であって、２〜５Ｈｚの成分が卓越していることがわかる。そして、この結果から、漏水部における水（または水と土砂との混合物）の動き(流動)の速さは、ほぼ０．１〜０．２ｍ／ｓｅｃであることがわかる。
すなわち、ドップラー周波数ｆd は、周知のように次式によって求めることができる。
【数１】
ｆd ＝｛（２×ｖr ）／（Ｃ／ε21/2）｝×ｆ
ただし、数式１においてｖr は水（または水と土砂の混合物）の速度であり、Ｃは電磁波の真空中における伝播速度、ε2は地中の誘電率、ｆは送信信号の周波数である。
【００２１】
そこで、水の速度ｖr ＝０．１ｍ／ｓｅｃと仮定し、大気の誘電率を真空と同じ１としたときの電磁波の速度Ｃ＝３×１０8 ｍ／ｓｅｃ、ε2＝８１、ｆ＝４００ＭＨｚとすると、ドップラー周は数ｆd は、
【数２】
0004094121.tif 000002
となる。そして、水の速度が０．２ｍ／ｓｅｃと仮定すれば、ｆd ＝４．８Ｈｚとなる。
【００２２】
図３は、作動周波数に対するドップラー周波数の値を上記の数式１により求めたもので、横軸に作動周波数を単位ＭＨｚでとり、縦軸にドップラー周波数を単位Ｈｚで表している。そして、◆印は水の速度が０．１ｍ／ｓｅｃ、■印は水の速度が０．２ｍ／ｓｅｃ、×印は水の速度が０．４ｍ／ｓｅｃ、○印は水の速度が０．５ｍ／ｓｅｃと仮定した場合である。ただし、水で飽和した地中の誘電率を８１としている。
【００２３】
この図３から、作動周波数が４００ＭＨｚの場合、水道管から漏れ出た水の速度が０．５ｍ／ｓｅｃのときであっても、計算上のドップラー周波数は１２Ｈｚであり、図２を考慮すると、帯域フィルタ５４の帯域周波数を０．５〜５０Ｈｚ程度に設定すればよく、作動周波数を６００ＭＨｚとした場合、帯域フィルタ５４の帯域周波数を０．５〜１００Ｈｚ程度の設定すればよいことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、復調器の出力側に帯域フィルタを設け、復調器が出力する復調信号のうち、漏水部の流動によるドップラー効果によって生じたドップラー周波数に対応する成分を透過するようにしたことにより、ドップラー周波数の検波を容易、確実に行うことができる。しかも、従来のように復調器に与える参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がなく、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡素にすることができる。そして、参照信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナの設置状態が変わったり、温度変化により発信周波数がドリフトしたとしても、直ちに漏水検出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタを透過した信号を増幅する最終段階での増幅率を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００２５】
なお、地中に存在する配管からの漏水を検出する場合、地中における電磁波の減衰が大きいため、使用する周波数(送信信号の周波数)は一般に１ＧＨｚ以下であり、また漏水部における水や土砂の動きの速度も小さいため、ドップラー周波数も小さくなり、帯域周波数の帯域幅は、直流成分を除去できる０．５Ｈｚ以上であって、１ｋＨｚ以下でよい。帯域周波数をこのように設定すればノイズの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る漏水検出装置のブロック図である。
【図２】実施の形態に係る漏水検出装置により検波した漏水部からの反射信号の周波数分析結果を示す図である。
【図３】漏水検出装置の作動周波数に対するドップラー周波数の関係を示す図である。
【図４】従来の漏水検出装置のブロック図である。
【図５】電磁波を用いて漏水を検出する原理の説明図である。
【符号の説明】
１０、５０    漏水検出装置
１２          送信アンテナ
１４          受信アンテナ
１６          信号発生器
２０          復調器
２４          参照信号発生器
５４          帯域フィルタ
【図１】
0004094121.tif 000003
【図２】
0004094121.tif 000004
【図３】
0004094121.tif 000005
【図４】
0004094121.tif 000006
【図５】
0004094121.tif 000007