(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消火栓の吐出口に嵌合可能なプラットホームと、
前記プラットホーム上に戴置されるスピーカとセンサーと、を含む非破壊検査装置であって、
前記スピーカは系を振動し、
前記センサーは検査対象の共振周波数を検出することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の非破壊検査装置において、
前記スピーカの出力に基づき前記センサーが前記共振周波数を検出することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の非破壊検査装置において、
前記検査対象を水道管とすることを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１に記載の非破壊検査装置において、
更に初回検査時の共振周波数を記録する記録する記録部を含むことを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の非破壊検査装置において、
前記初回検査時の共振周波数と前記センサで計測した共振周波数を対比する制御部を含むことを特徴とする非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、老朽化した配管の検査方法、特に非破壊検査に関わる。
【背景技術】
【０００２】
過去に敷設済みの水道管の老朽化が近年の問題となっている。従来は、水道管の漏水が実際に起こってから発覚し、水道管理者はその漏水に対応する、というのが一般的である。
【０００３】
また、そのような対処療法的な対応だけでなく、非破壊検査を行うことも考慮されている。配管の面内曲げ変形振動モードを用いる方法（高田、井上、篠田；日本機械学会論文集８４巻（２０１８）８６１号：以下非特許文献１）が提案されている。この文献によれば、配管の局所的な腐食に伴い、水道管を均一な円筒とみなした場合の平均配管圧が減少することが指摘される。そして、非特許文献１記載の方法は、水道管の厚さに比例する面内曲げ変形振動モードの固有振動数を計測することで配管の腐食による老朽状況を定量化できる、と言うものである。非特許文献１記載の方法では、面内曲げ変形振動モードの固有振動数が可聴周波数帯域に存在することから、安価な検査が実施可能であるとされている。
【０００４】
また、振動による水道管の非破壊検査は特開２０１９−１６４６１３（特許文献１）にも開示されている。この先行技術文献では、インパルスハンマーと加速度ピックアップを用いたフィールドテスト結果が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】公開特許公報特開２０１９−１６４６１３
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】高田、井上、篠田；日本機械学会論文集８４巻（２０１８）８６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、漏水が起こってからの対応では計画的な作業は困難である。
また非特許文献１記載の発明では埋設済みの水道管には適用できない。水道管を叩くことが困難だからである。また、打音検査に近い方法ではインパルスハンマーによる加振を人手で行わなければならず、属人性が高い。さらには、作業に要する時間が掛かるという課題もある。
【０００８】
逆にインパルスハンマーを用いずに非特許文献１記載の発明を実現しようとすると、動電型加振器を利用する方法が考えられる。しかし、動電型加振器は機材そのものが高価であること、機材が重量物となってしまうこと、パワーアンプが必要で機材構成が複雑になること、等の課題が発生する。
【０００９】
また特許文献１記載の方法は、水道管の漏水が発生した後でないと老朽が判別できない。この発明は漏水個所から発生する音で判定を行うためである。
【００１０】
本発明の目的は、埋設済みの水道管に適用可能な非破壊検査の方法を提供することにある。
【００１１】
具体的には、地下式消火栓の所定の箇所から検査用のスピーカを鳴らすことで行う非破壊検査の手法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に関わる代表的な非破壊検査装置は、消火栓の吐出口に嵌合可能なプラットホームと、プラットホーム上に戴置されるスピーカとセンサーと、を含み、スピーカは系を振動し、センサーは共振周波数を検出することを特徴とする非破壊検査装置。
【００１３】
この非破壊検査装置において、検査対象を水道管の厚みとすることを特徴としても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、すでに埋設されている水道管に対して非破壊検査を行うことが可能になる。これにより、地表から６０ｃｍ〜３０ｃｍ下に埋まっている水道管を掘り出すことなく漏水確認が可能となり、結果水道網の安価な維持が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に関する非破壊検査方法で地下に埋設された水道管の老朽状況を確認する際の地下式消火栓周辺を表す図である。
【図２】本発明に関わる検査装置装着時の吐出口周辺を表す図である。
【図３】本発明に関わる非破壊検査方法で用いるシステム（非破壊検査システム）の概観を表すシステム構成図である。
【図４】非破壊検査システムを使用するまでの手順についてのフローチャートである。
【図５】本発明の１回あたりの計測手順についてのフローチャートである。
【図６】正常な管と老朽化した管の共振周波数を計測し比較した結果を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図で説明する。
本発明では、配管の加振に音響用途向けの振動スピーカを利用する点に特徴がある。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に関する非破壊検査方法で地下に埋設された水道管の老朽状況を確認する際の地下式消火栓周辺を表す図である。
【００１８】
図１の地下式消火栓周辺は、水道管１００、消火栓１１０、格納ピット１２０、消火栓蓋１３０を含んで構成される。また消火栓１１０は、消火栓バルブ１１１、吐出口１１２を含んで構成される。
【００１９】
水道管１００は、非破壊検査の検査対象となる水道管である。金属管でも樹脂管でも計測対象たりうるし、場合によってはその他の素材であっても適用可能である。
【００２０】
消火栓１１０は、火災が発生したときの消防水利としての役割を果たすことを目的として設置された消火栓である。本明細書においては、地下式消火栓を想定している。しかし、基準を多少変更すれば地上式消火栓にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２１】
格納ピット１２０は、消火栓１１０を格納するために道路等に設けられた凹部である。必要があれば、格納ピット１２０に排水口などを設けても良い。
【００２２】
消火栓バルブ１１１は、図示しないキーハンドルを差し込んで該バルブを回すことで放水が可能になる水用のバルブである。
【００２３】
吐出口１１２は、ホースをつなげて消火活動を行うための水の吐出口である。通常時は消火栓バルブ１１１を閉じているため吐出口１１２から水が漏れることはない。
【００２４】
吐出口１１２には、外周にネジが切られておりこのネジにホースをねじ込むことで吐出時の水圧に耐える設計になっている。本発明ではこのネジにねじ込むことで所望の装置（具体的にはプラットホーム２０１）を取り付ける。
【００２５】
消火栓蓋１３０は、格納ピット１２０をふさぐための蓋である。
【００２６】
図２は、本発明に関わる検査装置２００装着時の吐出口１１２周辺を表す図である。
【００２７】
本発明に関わる検査装置２００は、プラットホーム２０１、スピーカ２０２、空気抜きバルブ２０３、センサー２０４を含んで構成される。
【００２８】
プラットホーム２０１は、スピーカ２０２等を戴置するためのプラットホームである。プラットホーム２０１下面には吐出口１１２外周に切られたネジに嵌め合わせるため内向きにネジが切られている。設計者は、このネジを嵌め合わせることで消火栓バルブ１１１を開いた時に水が漏れない様に設計すべきである。
【００２９】
スピーカ２０２は、計測対象である水道管１００に計測用の音響を出力する為の振動スピーカ及びその周辺部品である。本明細書においてスピーカ２０２は、振動スピーカ２０２ａ、軸力発生治具２０２ｂ、軸力調整機構２０２ｃを含んで構成される。
【００３０】
振動スピーカ２０２ａは、音響用途の導電型スピーカである。振動スピーカは安価で市販されているもので良い。
【００３１】
軸力発生治具２０２ｂは、振動スピーカ２０２ａの励振方向に軸力を与える治具である。軸力を与える具体的な方法として、平行平板により振動スピーカ２０２ａを挟み込みボルト締めで固定する方法があるが、それに拘るモノではない。
【００３２】
軸力調整機構２０２ｃは、軸力発生治具２０２ｂの軸力を調整するとともに、振動スピーカ２０２ａと軸力発生治具２０２ｂとで構成される振動系の共振周波数を調整する機能を持つ。具体的な調整機能として、軸力発生治具２０２ｂがボルト締めで構成される場合の締め付けトルク調整レンチなどが挙げられるが、それに拘るモノではない。
【００３３】
空気抜きバルブ２０３は、吐出口１１２に溜まった空気を抜くための空気抜き用のバルブである。プラットホーム２０１の取り付け時、あるいは消火栓バルブ１１１の開放時にプラットホーム２０１と吐出口１１２の接合部に空気が溜まる。この空気をそのままにしてスピーカ２０２を出力しても、適正な測定結果が得られない可能性がある。よって、空気抜きバルブ２０３を開放することで溜まった空気を外部に吐出することが可能なように設計されるべきである。
【００３４】
センサー２０４は、スピーカ２０２から出力された音の反射音を聞くための振動検測部である。フィルターを通じてシャットアウト可能なように設計することでスピーカ２０２からの直接的な音は除外できるが、それはセンサー２０４で拾った音を加工することで実現するため、本図において確認することはできない。
【００３５】
図３は、本発明に関わる非破壊検査方法で用いるシステム（非破壊検査システム３００）の概観を表すシステム構成図である。
【００３６】
本発明に関わる非破壊検査システム３００は、振動スピーカ制御部３０１と、共振周波数検出ユニット３０２、記憶部３０４を含んで構成される。
【００３７】
振動スピーカ制御部３０１は、スピーカ２０２の振動スピーカ２０２ａを制御するためのコントローラである。振動スピーカ制御部３０１は音源ファイル生成部３０１ａと音源再生部３０１ｂ、通信部３０１ｃを含んで構成される。
【００３８】
音源ファイル生成部３０１ａは、計測対象である水道管１００の共振周波数成分を含む音声ファイルを生成する。
【００３９】
音源再生部３０１ｂは、音源ファイル生成部３０１ａで生成された音声ファイルを振動スピーカ２０２ａから再生するための制御部である。
【００４０】
通信部３０１ｃは、音源再生部３０１ｂで再生された音声ファイルの信号を振動スピーカ２０２ａに伝送する為の通信部である。具体的にはＵＳＢによる有線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線通信が例示される。
【００４１】
共振周波数検出ユニット３０２は、センサー２０４で計測された振動信号から水道管１００の共振周波数を抽出する検出器である。
【００４２】
記憶部３０４は、抽出した共振周波数を記憶する為のＨＤＤ、不揮発性メモリなどである。
【００４３】
次に非破壊検査システム３００を使用するまでの手順について図４を用いて説明する。図４は、非破壊検査システム３００を使用するまでの手順についてのフローチャートである。
【００４４】
まずオペレータは消火栓蓋１３０を開け、消火栓１１０にアクセスする（ステップS１００１）。
【００４５】
次にオペレータは、プラットホーム２０１を吐出口１１２にきちんとねじ込み（ステップＳ１００２）、消火栓バルブ１１１開放時に吐出口１１２から水が吐出され漏水することを防ぐ。
【００４６】
プラットホーム２０１の設置が完了したら、オペレータは消火栓バルブ１１１を開放する（ステップＳ１００３）。これにより、プラットホーム２０１近傍にまで水位が上がる。
【００４７】
一定時間経過後十分に水位があがったとオペレータが判断したら、オペレータは空気抜きバルブ２０３を開放する（ステップＳ１００４）。この状態で一定時間水を吐出することで（ステップＳ１００５）、プラットホーム２０１近傍に残った空気を排出する。これにより、複数回測定した時の条件を均一に保つことができる。
【００４８】
オペレータが十分に空気を排出できたと判断した際に、オペレータは空気抜きバルブ２０３を閉塞する（ステップＳ１００６）。その後、消火栓バルブ１１１も閉塞する（ステップＳ１００７）。
【００４９】
その後オペレータはプラットホーム２０１上のスピーカ２０２及びセンサー２０４に非破壊検査システム３００を取り付ける（ステップＳ１００８）。この際、オペレータは周辺に漏れた水分を極力除去すべきなのは言うまでもない。
【００５０】
以上の様に、オペレータが計測環境を整えることで複数回計測した際の計測条件を一定に保ち計測毎の比較を有意足らしめる。
【００５１】
次に上記図４で整えた環境でどのように測定するかを説明する。
図５は、本発明の１回あたりの計測手順についてのフローチャートである。
【００５２】
基本的には、スピーカ２０２側の処理とセンサー２０４側の処理が別個独立に処理がされることになるが、最初にスピーカ２０２を起動させなければ意味が無いのは言うまでもない。よってオペレータは振動スピーカ制御部３０１を操作して、音源ファイルを再生する（ステップＳ２００１）。その後、オペレータはセンサー２０４側の処理を起動する。もちろん効率を無視すればオペレータはセンサー２０４側の処理を最初に起動しても良い。
【００５３】
オペレータが音源ファイルを再生することで、スピーカ２０２は系を加振する（ステップＳ２００２）。ここで「系」とは、消火栓及び水道管を指す。設置の都合で消火栓も加振しているが診断に必要な情報は水道管の加振のみで得ることが可能である。
【００５４】
音源ファイルが再生されれば、その後はスピーカ２０２から検査の終了までずっと出力される。
【００５５】
一方、センサー２０４側は音源ファイルの再生開始後にオペレータにより起動される。そして、センサー２０４による振動検測が開始される（ステップＳ２００３）。検測結果はアナログ情報として共振周波数検出ユニット３０２に入力され、不要な情報、例えばスピーカ２０２から直接伝わる振動等、を除去した後、共振周波数検出ユニット３０２がアナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行う（ステップＳ２００４）。
【００５６】
その後、共振周波数検出ユニット３０２は検出対象である共振周波数を検出し、記憶部２０４に記録する（ステップＳ２００５）。
【００５７】
共振周波数を検出し、記憶部２０４に記録すれば一回の計測が完了する。この後オペレータは非破壊検査システム３００を取り外すなど、現状の復帰を図ることになる。
【００５８】
次に記憶部２０４に記録された共振周波数の取り扱いについて説明する。
図５でも述べた通り、オペレータによる測定１回につき共振周波数が１つ記憶部に記録される。この記録された共振周波数データを記録時間順に並べてみる。
【００５９】
水道管は老朽化すると正常品に比べ平均管厚が薄くなる。このため，その共振周波数が低くなる。従って、正常品の周波数から一定以上共振周波数が低くなると、オペレータは交換準備を行う必要があると判断することが可能になる。
【００６０】
図６は、正常な管と老朽化した管の共振周波数を計測し比較した結果を表すグラフである。横軸が周波数、縦軸が振幅を意味する。また、実測の結果得られた曲線は自己周波数応答関数と言う。なお、この図は自己周波数応答関数を測定し、記録しているが本来は共振周波数を記録するだけで良い。またグラフ真ん中の縦線は１０００Ｈｚを意味する。
【００６１】
グラフの上方（＝振幅の高い側）の「山」の箇所が共振周波数になる。図６では８００Ｈｚ〜９００Ｈｚ近傍にその「山」が存在するため、この８００Ｈｚ〜９００Ｈｚが存在する。共振周波数検出ユニット３０２はこの頂点の周波数を記録する。
【００６２】
そして、図では正常品の共振周波数よりも老朽品のそれの方が低いことが読み取れる。この低下の割合によりオペレータは管厚を推定し、交換を判断するのである。
【００６３】
なお本明細書では計測地点から片側２０ｍ、前後４０ｍの計測を想定している。しかし、これはスピーカ２０２や計測対象である管の種類（送水管、配水管、給水管など）やスピーカ２０２の出力である程度の幅があるのは言うまでもない。
【００６４】
このように本明細書記載の発明の非破壊検査方法を用いることで、地下式消火栓の消火栓１１０を用いることで、埋設箇所の掘り出しを行うことなく測定を行うことが可能になる。
【００６５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【００６６】
例えば、上記では記憶部３０４に対して共振周波数のみ記録していた。しかし、共振周波数検出ユニット３０２が記憶部３０４に対して自己周波数応答関数を記録しても良い。
【００６７】
また、上記ではオペレータが判断を行っていた。しかし、「共振周波数が測定開始時の一定の値を切る」と言ったことは定量的な判断である。よって図示しないコンピュータなどで記憶部３０４に蓄積された共振周波数を時系列で分析し自動的に交換の判断を行うことも考慮すべきであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、水道管の管厚が薄くなることを検査する目的で考えられたものであるが、必ずしもその用途に限定されるものではない。例えば、パイプラインの厚さの確認などにも適用可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６９】
１００：水道管、
１１０：消火栓、
１１１：消火栓バルブ、
１１２：吐出口、
１２０：格納ピット、
１３０：消火栓蓋、
２００：検査装置、
２０１：プラットホーム、
２０２：スピーカ、
２０３：空気抜きバルブ、
２０４：センサー、
３００：非破壊検査システム、
３０１：振動スピーカ制御部、
３０２：共振周波数検出ユニット、
３０４：記憶部。
【要約】
【課題】本発明の目的は、埋設済みの水道管に適用可能な非破壊検査の方法を提供する。
【解決手段】地下式消火栓１００の消火栓１１０の吐出口１１２に設置可能なプラットホーム２０１上にスピーカ２０２とセンサー２０４を設置する。１回の検査でスピーカから出力される音響により「系」が加振され、その検出された共振周波数をセンサー２０４が検出する。検査環境にばらつきが無ければ時間の経過に伴い管厚が薄くなっていくので検出された共振周波数を時間軸に並べると時間が経過した後のものほど共振周波数が低くなる。この周波数を見て一定範囲の水道管の掘り出し等を計画する。
【選択図】図６【図１】
0006829534.tif 000002
【図２】
0006829534.tif 000003
【図３】
0006829534.tif 000004
【図４】
0006829534.tif 000005
【図５】
0006829534.tif 000006
【図６】
0006829534.tif 000007