DE69305190T2

DE69305190T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionserkennung einer anormalen Stelle einer erdverlegten Rohrleitung

Info

Publication number: DE69305190T2
Application number: DE69305190T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Enamito; Kohji Kanemura; Yoshiyuki Sato; Takehiko Suzuki; Shozo Taniguchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1993-01-15
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2013-01-16
Also published as: EP0552044A2; DE69305190D1; KR960000996B1; KR930016769A; US5544074A; EP0552044A3; EP0552044B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Erfassen der Position einer anormalen Stelle, wie beispielsweise eines Sprunges oder Risses, in einem unter der Bodenoberfläche vergrabenen Rohr.
Ein Rohr, wie beispielsweise ein Metallrohr, wird verwendet, um den Durchgang eines Fluids, wie beispielsweise ein Gas, Öl, Chemikalien, Trinkwasser, oder einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Abwasser, zu erlauben. Wenn eine anormale Stelle, wie beispielsweise ein Riß in dieser Art eines Rohres auftritt, dann leckt Fluid an deren Stellen, um so eine Verschwendung von wertvollen Ressourcen zu verursachen. Es ist unter dem Gesichtspunkt der wirkungsvollen Ausnutzung der Ressourcen vorteilhaft, eine derartige Fluidleckstelle oder Fluidleckstellen zu erfassen und zu reparieren. Einige Rohre sind unter der Bodenoberfläche vergraben oder verlegt, und es ist daher schwierig, eine derartige Stelle oder Stellen von der Oberfläche des Bodens aus zu lokalisieren.
Dieses Problem wird unten näher im Zusammenhang mit der Erfassung einer Stelle eines Lecks im Boden von Wasser erläutert, das durch ein Wasserbedienungsrohr oder beispielsweise eine Hauptleitung läuft. Gewöhnlich ist das Wasserbedienungsrohr unter der Bodenoberfläche vergraben oder verlegt, und wenn Risse oder gebrochene Stellen in dem Wasserrohr aufgrund von gelöster Verschraubung usw. mit der Zeit auftreten, tritt Wasser aus derartigen Stellen aus dem Wasserrohr aus. Wasser, das als Leckwasser aus dem Wasserrohr in das Erdreich durchgedrungen oder ausgetreten ist, erreicht oft insgesamt eine gewaltige Menge. In der trockenen Jahreszeit ist der Mangel an Wasser in jüngster Zeit ein schwieriges soziales Problem. Es ist daher sehr wichtig, unter dem Gesichtspunkt der Gewinnung von Wasserressourcen das Lecken von Wasser auf einem möglichst niedrigen Pegel zu halten.
Die Erfassung einer Wasserleckstelle wurde so bisher durch einen erfahrenen Bediener an beispielsweise einer mit einem Hahn oder Ventil versehenen Stelle auf dem Wasserrohr durch Abhören der Natur des Wasserschalles durchgeführt. Da dies den Sinn eines genauen Gehörs oder Erfahrung erfordert, ist es übliche Praxis, eine solche Erfassung um Mitternacht vorzunehmen, wenn wenig externes Geräusch, wie beispielsweise Schwingungen, die von auf der Straße fahrenden Automobilen herrühren, vorliegt.
Wenn das Lecken von Wasser aus dem Wasserrohr identifiziert wird, bewegt sich der Bediener längs des Wasserrohres, während er ein akustisches Mikrophon hält, um die lauteste Wasserlecktonstelle zu lokalisieren. Wenn diese Stelle lokalisiert ist, dann gräbt der Bediener die wahrscheinlichste Fläche des Bodens auf, um zu sehen, ob Wasser aus dem Wasserrohr leckt oder nicht. Auf diese Weise werden notwendige Reparaturen vorgenommen, wenn das Was ser dort leckt.
Das heißt, die Erfassung einer Wasserleckstelle wird so bei Mitternacht durch die gesammelte Erfahrung eines erfahrenen Bedieners vorgenommen, was die eingeschlossene Betriebswirksamkeit stark vermindert. Es ist auch schwierig, diese Wasserleckstelle zu lokalisieren.
Die Verwendung von Korrelationstechniken zum Lokalisieren eines Fluidlecks in einem Rohr ist bekannt aus Technisches Messen TM, Band 55, Nr. 7-8, 1988, Seiten 279-285, H. Schwarze: "Rechnergestütztes Meßsystem zur automatisierten Rohmetzüberwachung und Lecksuche".
Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, die das oben genannte Problem lösen können und die sofort die Lage einer anormalen Stelle in einem Rohr, das im Boden vergraben ist, erfassen oder lokalisieren können, ohne sich auf die Gehörschärfe eines menschlichen Wesens zu beziehen.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch das folgende Verfahren gelöst werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie diese beansprucht ist, umfaßt ein Verfahren zum Erfassen der Position einer anormalen Stelle eines vergrabenen Rohres die folgenden Schritte:
(a) Erfassen eines Signales, das aus der Nähe der anormalen Stelle auf einem Rohr, das unter einem Bodenpegel vergraben ist, erzeugt ist, als ein Bezugssignal,
(b) Erfassen von diesen Schwingungssignalen, die in dem Signal enthalten sind, das von der Nähe der anormalen Stelle bei einer Vielzahl von Lagen auf dem Bodenpegel erzeugt ist,
(c) Berechnen aufgrund der Schwingungssignale, die von dem Schwingungssignal-Erfassungsschritt erhalten sind, einer Schwingungsamplitude in einer vorbestimmten Richtung, die durch eine gerade Linie definiert ist, welche wenigstens zwei der Vielzahl von Lagen miteinander verbindet,
(d) Berechnen einer Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Schwingungssignales, das durch den Schwingungssignalschritt erhalten ist,
(e) Berechnen einer Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsenergie-Ausbreitungs geschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung,
(f) Berechnen der Schwingungsintensität in der vorbestimmten Richtung aufgrund der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude in der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung, und
(g) Abschätzen der Richtung der anormalen Stelle auf dem Rohr, das unter dem Bodenpegel vergraben ist, auf der Grundlage der Schwingungsintensität.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie diese beansprucht ist, umfaßt ein Gerät zum Erfassen der Position einer anormalen Stelle:
(a) eine Einrichtung, um als ein Bezugssignal ein Signal zu erfassen, das von der Nähe der anormalen Stelle auf einem Rohr erzeugt ist, das unter einem Bodenpegel vergraben ist,
(b) eine Einrichtung zum Erfassen von denjenigen Schwingungssignalen, die in dem Signal enthalten sind, das von der Nähe der anormalen Stelle bei einer Vielzahl von Lagen auf dem Bodenpegel erzeugt ist,
(c) eine Einrichtung, um aufgrund der Schwingungssignale, die von der Schwingungssignal-Erfassungseinrichtung erhalten sind, eine Schwingungsamplitude in einer vorbestimmten Richtung zu berechnen, die durch eine gerade Linie definiert ist, welche wenigstens zwei der Vielzahl von Lagen miteinander verbindet,
(d) eine Einrichtung zum Berechnen einer Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Schwingungssignales, das durch die Schwingungssignal-Erfassungseinrichtung erhalten ist,
(e) eine Einrichtung zum Berechnen einer Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsamplitude in der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung,
(f) eine Einrichtung zum Berechnen der Schwingungsinten sität in der vorbestimmten Richtung aufgrund der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude in der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung, und
(g) eine Einrichtung, um als Vektordaten die Schwingungsintensitäten auszugeben, um so Vektordaten zu erhalten, die die Richtung der anormalen Stelle auf dem vergrabenen Rohr darstellen.
Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochene Darstellung, die ein Fluidleckstelle-Erfassungsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die das Erfassungsgerät von Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Einzelheit des in Fig. 1 dargestellten Erfassungsgerätes zeigt,
Fig. 4 ist eine Darstellung, die die Zusammensetzung von Vektoren in dem Erfassungsgerät von Fig. 1 zeigt,
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Fluidleckstellen-Erfassungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das eine Einzelheit eines Fluidflußstellen-Erfassungsgerätes zeigt, das für Erläuterungszwecke dargeboten ist,
Fig. 7 und 8 sind Graphen, die Ausbreitungszeit-Differenzdaten des Gerätes zeigen, das für Erläuterungszwecke dargeboten ist,
Fig. 9 ist eine Darstellung, die teilweise weggebrochen ein Fluidleckstellen-Erfassungsgerät gemäß einem anderen Gerät zeigt, das für die Erleichterung des Verständnisses dargeboten ist,
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Einzelheit des in Fig. 9 dargestellten Erfassungsgerätes zeigt,
Fig. 11 ist eine Variante des in Fig. 9 gezeigten Erfassungsgerätes, und
Fig. 12 ist eine Darstellung, die eine Vorrichtung zum zwangsweisen Erzeugen von Schwingungen oder Vibrationen zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden als angewandt auf ein Verfahren und ein Gerät zum Erfassen von beispielsweise einer Wasserleckstelle bei einem Wasserbedienungsrohr oder einer Hauptleitung erläutert. Eine Anordnung, wie diese in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird auf ein erstes Ausführungsbeispiel, wie dieses in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, und auf ein zweites Ausführungsbeispiel, wie dieses in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, angewandt.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Ventil oder Hahn 21 an einem vorbestimmten Platz auf einem Wasserbedienungsrohr 20, das unter einer Bodenoberfläche 10 vergraben ist, befestigt und auf der Bodenoberfläche 10 freigelegt. Eine Wasserleckstelle 22 ist in dem Wasserrohr 20 vorhanden.
Ein Wasserlecksignaldetektor 30 ist auf der freiliegenden Oberfläche des Rohres 20 bei der Bodenoberfläche in der Nachbarschaft des Ventiles 21 vorgesehen, um eine Schwingung (Wasserlecksignal) zu erfassen, die durch ein Lecken von Wasser verursacht ist. Für den Signaldetektor 30 kann ein Beschleunigungssensor zum Erfassen eines Beschleunigungssignales, das sich beispielsweise von der Oberfläche des Wasserrohres 20 ausbreitet, und ein Drucksensor zum Erfassen einer Änderung im Wasserdruck im Wasserrohr 20 verwendet werden. In diesem Fall ist zu bemerken, daß der Wasserlecksignaldetektor 30 direkt auf dem Wasserrohr 20 oder an einer Stelle sehr nahe bei dem Wasserrohr 20 gelegen ist und es daher möglich ist, sofort lediglich ein Signal herauszugreifen, das eng dem Wasserlecksignal zugeordnet ist.
Drei Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 sind auf der Bodenoberfläche 10 angeordnet, um eine Schwingung (Schwingungssignal) zu erfassen, das auf der Bodenoberfläche 10 abgegriffen ist. Die verwendeten Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 können aus einem Beschleunigungssensor gemacht sein. Diejenigen Schwingungssignale die durch die Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 herausgegriffen sind, enthalten jene Schwingungen, die durch Wasserlecken aus dem Rohr 20 verursacht sind. Die Detektoren 40, 41 und 42 liegen an Spitzen eines rechtwinkligen Dreieckes auf im wesentlichen der gleichen flachen Ebene wie diejenige der Bodenoberfläche wie dies beispielsweise in Fig. 2 in einem Koordinatensystem gezeigt ist, bei dem eine X-Achse in eine Richtung einer geraden Linie eingestellt ist, die die Detektoren 40 und 42 zusammen verbindet, und eine Y-Achse in eine gerade Linie eingestellt ist, die die Detektoren 40 und 41 verbindet, das heißt, die X-Achse ist in der Richtung eingestellt, die die ersten und zweiten Spitzen des rechtwinkligen Dreieckes zusammen verbindet, und die Y-Achse ist in der Richtung eingestellt, die die ersten und dritten Spitzen zusammen verbindet.
Das Wasserlecksignal und die Schwingungssignale, die durch den Wasserleckdetektor und die Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 abgegriffen sind, werden in einen Gerätekörper 50-1 in dem ersten Ausführungsbeispiel 50-1 eingespeist.
Der Gerätekörper 50-1 kann die Schwingungsamplituden und Geschwindigkeiten, Kreuzkorrelationsfunktionen, Schwingungsintensitäten und sich ergebende Vektordaten berechnen, und er kann einen Datenausgang erzeugen. Das heißt, der Gerätekörper 50-1 berechnet die Schwingungsamplituden und Geschwindigkeiten unter den Ausgangssignalen der Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 mittels der Ausgangssignale der Detektoren 40, 41 und 42, die Kreuzkorrelationsfunktionen der Schwingungsamplituden und Geschwindigkeiten mittels der Ausgangssignale der Schwingungsamplituden und der Geschwindigkeit und des Ausgangssignales des Detektors 30 und die Schwingungsintensität für jede Kreuzkorrelationsfunktion, findet sich ergebende Vektordaten, die die Position der Wasserleckstelle 22 darstellen, mittels der Schwingungsintensität, zeigt die sich ergebenden Vektordaten als Bilddaten an und gibt eine Hartkopie aus.
Das Verfahren zum Erfassen der Wasserleckstelle durch das Erfassungsgerät wird unten erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, daß dieses Verfahren durch Signalverarbeitung hauptsächlich in dem Gerätekörper 50-1 ausgeführt wird.
Bevor das vorliegende Verfahren erläutert wird, wird im folgenden der Fall beschrieben, bei dem die Schwingungsintensität lediglich durch die Schwingungsamplitude und Geschwindigkeit, nicht mittels der Kreuzkorrelationsfunktion, berechnet wird. In dem Fall, in dem Wasser in der Stelle 22 auf dem Rohr leckt, wird ein Wasserlecksignal durch den Detektor 30 erfaßt und in den Gerätekörper 50-1 eingegeben. In ähnlicher Weise erfassen die drei Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 entsprechende Schwingungssignale von dem Wasserrohr 20, und die Schwingungssignale werden in den Gerätekörper 50-1 eingespeist, wo eine X-Achsrichtung-(X-Kanal-)Signalkomponente und eine Y-Achsrichtung-(Y-Kanal-)Signalkomponente einer getrennten Signalverarbeitung unterworfen werden.
Für die X-Kanal-Signalverarbeitung werden die Näherungsdaten einer Ausbreitungsgeschwindigkeit I_,x(t) der X-Achsen-Schwingungsenergie durch die Raumdifferenzberechnung der Schwingungsamplitude, wie unten erläutert, berechnet, welche längs der X-Achsrichtung raum-differenziert ist.
I-,x(t) = y3(t) - y2(t) ... (1)
mit
y2(t): Schwingungsamplitude des Signales, das durch den Signaldetektor 40 erfaßt ist, und
y3(t): Schwingungsamplitude des Signales, das durch den Signaldetektor 42 erfaßt ist.
Die X-Achsrichtung-Schwingungsenergie -Wx wird gefunden durch Multiplizieren der Ausbreitungsgeschwindigkeit I-,x(t), der X-Kanal-Schwingungsenergie, die durch eine Gleichung (1) angegeben ist, mit einem Signal, das durch die Zeitdifferentiation der Schwingungsamplitude des Signales erhalten ist, das durch den Signaldetektor 40 erfaßt ist und dann durch Integrieren des sich ergebenden Produktes über der Zeit t. In diesem Fall enthält die oben erwähnte Schwingungsenergie nicht nur denjenigen Wasserleckton, der von dem Wasserrohr 20 ausgeht und auch diejenigen Schwingungskomponenten wie solche, welche von einem sich bewegenden Fahrzeug oder Fahrzeugen und von einem Verteilungstransformator, der auf dem Boden oder auf einem Mast auf dem Boden angebracht ist, ausgehen. In der Rechenverarbeitung zum Berechnen der oben erwähnten Schwingungsintensität aufgrund lediglich der Schwingungsamplitude und Geschwindigkeit ohne Verwendung jeglicher Kreuzkorrelation ist es daher nicht möglich, genau die Wasserleckstelle zu erfassen. Das Verfahren und das Gerät der vorliegenden Erfindung, die unten erläutert werden, sind vorteilhaft gegenüber denjenigen, die unmittelbar oben angegeben sind.
Nunmehr werden das Verfahren und das Gerät der vorliegenden Erfindung erläutert, gemäß denen die Schwingungsenergie berechnet wird, inden die Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude und Geschwindigkeit benutzt wird. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, ein Wasserlecksignal herauszugreifen, das sich auf dem Wasserrohr 20 ausbreitet, und die Richtung zu prüfen, in der sich das Signal ausbreitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diesen zeitsequentiellen Signalen, die einer statistischen Verarbeitung unterworfen sind, eine Kreuzkorrelationsverarbeitung zwischen einem Wasserlecksignal y&sub1;(t), das von dem Wasserrohr 20 ausgeht, wie dieses durch den Wasserlecksignaldetektor 30 erfaßt ist, und der Schwingungsamplitude y&sub2; eines durch den Schwingungssignaldetektor 40 erfaßten Signales ausgeführt. Indern so vorgegangen wird, wird eine Kreuzkorrelationsfunktion Z+,x,y(τ) gefunden.
Z+,x,y(τ) = dtyl(t)y2(t+τ) ... (2)
Wie durch die unten angegebene Gleichung (3) angezeigt ist, wird eine Kreuzkorrelationsverarbeitung zwischen dem Wasserlecksignal y&sub1;(t), das von dem Wasserrohr 20 kommt, wie dieses durch den Wasserleckdetektor 30 erfaßt ist, und der Ausbreitungsgeschwindigkeit I-,x(t) der Schwingungsenergie zu dem X-Kanal durchgeführt. Eine Kreuzkorrelationsfunktion Z-,x,y(τ) wird gefunden, indem so vorgegangen wird.
Z-,x,y(τ) = dtyl(t)I-,x(t-τ) ... (3)
Diejenigen Kreuzkorrelationsfunktionen, die durch die Gleichungen (2) und (3) erhalten sind, sind eng auf das Wasserlecksignal bezogen, das von der Oberfläche des Wasserrohres 20 kommt und das Signal kann von einem Rauschsignal differenziert bzw. unterschieden werden, das von laufenden Fahrzeugen auf der Bodenoberfläche 10 usw. herrührt. Von den so aus den Gleichungen (2) und (3) erhaltenen Kreuzkorrelationsfunktionen ist es möglich, die X- Kanal-Schwingungsintensität Wx auf den Bodenpegel 10 zu erfassen, wie dies durch die Gleichung (4) unten angegeben ist.
Wx = dτ(d/dτ Z+,x,y(τ))Z-,x,y(τ) ... (4)
Für den Y-Kanalfall kann andererseits die Y-Kanal-Schwingungsintensität Wy auf der Bodenoberfläche 10 wie folgt erfaßt werden:
Wy = dτ(d/dτ Z+,x,y(τ)) Z-,x,y(τ) ... (5)
wobei Z+,y,y(τ) durch die Kreuzkorrelation des Wasserlecksignales Y&sub1;(t) entsprechend der Schwingungsenergie, die sich längs der Y-Achsrichtung ausbreitet, und der Schwingungsamplitude y&sub2;(t) dargestellt ist.
Z+,y,y(τ) = dty&sub1;(t)y&sub2;(t+τ) ... (6)
wobei Z-,y,y(τ) durch eine Kreuzkorrelationsfunktion des Wasserlecksignales y&sub1;(t) und die Ausbreitungsgeschwindigkeit I-,y(t) der Schwingungsenergie in dem Y-Kanal dargestellt ist.
Z-,y,y(τ) = dty&sub1;(t)I-,y(t+τ) ... (7)
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit I-,y(t) der Y-Achs-Schwingungsenergie kann durch die Raumdifferenzberechnung der Schwingungsamplitude angenähert werden, wie dies durch eine Gleichung (8) unten angegeben ist, welche längs der Y-Achse raumdifferenziert ist.
I-,y(t) = y&sub4;(t) - Y&sub2;(t) ... (8)
mit y&sub2;(t): Schwingungsamplitude eines durch den Signaldetektor 40 erfaßten Signales, und
y&sub4;(t): Schwingungsamplitude des durch den Schwingungs signaldetektor 41 erfaßten Signales.
Auf diese Weise werden die X- und Y-Achsrichtung- Schwingungsintensitäten Wx und Wy durch das vorliegende Verfahren und Gerät gefunden, und daher ist es, wie in Fig. 4 gezeigt ist, durch vektorielle Zusammensetzung möglich, durch einen sich ergebenden Vektor W in Fig. 4 zu bestimmen, in welcher Richtung das Wasserlecksignal, das von einer Wasserklappenstelle auf dem Wasserrohr 20 ausgeht, kommt. Durch eine derartige Messung an zahlreichen Plätzen über der Bodenoberfläche ist es möglich, die Wasserleckstelle 22 auf dem Rohr 20 zu lokalisieren, das unter der Bodenoberfläche vergraben ist.
Das Gerät der vorliegenden Erfindung wird nunmehr im folgenden in Einzelheiten erläutert.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt das vorliegende Gerät einen Wasserlecksignaldetektor 30 und Schwingungsdetektoren 40, 41 und 42 sowie einen Gerätekörper 50-1. Der Gerätekörper 50-1 umfaßt einen Signalaufgreifabschnitt 51, einen Vorverarbeitungsabschnitt 52, einen Digitalverarbeitungsabschnitt 53, einen Speicher 54, einen Vektorzusammensetzer 55, eine Anzeigeeinheit 56 und eine Hartkopie-Ausgabeeinheit 57. Der Digitalverarbeitungsabschnitt 53 umfaßt einen Geschwindigkeitsrechner 53A, einen Amplitudenrechner 538, einen Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 53C und einen Schwingungsintensitätsrechner 53D.
Mit den ersten, zweiten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42, die auf den jeweiligen Spitzen einer rechtwinkligen Dreieckebene angeordnet sind, welche auf der Bodenoberfläche 10 und dem Wasserleckdetektor 30 definiert ist, der direkt auf dem Wasserrohr 20 gelegen ist, werden die Ausgänge dieser Signale 40, 41 und 42 sowie 30 durch den Signalaufgreifabschnitt 51 zu dem Gerätekörper 50-1 gesammelt. Diese Ausgangssignale werden verstärkt und A/D-umgesetzt in dem Vorverarbeitungsabschnitt 52 sowie zu dem Digitalverarbeitungsabschnitt 53 gesandt.
Der Amplitudenrechner 538 in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 53 berechnet aufgrund der ersten bis dritten Schwingungssignale der ersten bis dritten Schwingungsdetektoren 40, 41 und 42 eine X-Achsrichtung-Schwingungsamplitude, die die ersten und zweiten Spitzen des rechtwinkligen Dreieckes zusammen verbindet, und eine Y- Achsrichtung-Schwingungsamplitude, die die ersten und dritten Spitzen des rechtwinkligen Dreieckes miteinander verbindet.
Der Geschwindigkeitsrechner 53A in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 53 berechnet die X- und Y-Achsrichtungsgeschwindigkeiten aufgrund der ersten, zweiten und dritten Schwingungssignale von den ersten, zweiten und dritten Schwingungsdetektoren 40, 41 und 42.
Der Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 53C in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 53 berechnet eine Kreuzkorrelationsfunktion der X-Achsrichtung-Schwingungsamplitude aufgrund des Wasserlecksignales und der X-Achsrichtung- Schwingungsamplitude und eine Kreuzkorrelationsfunktion der Y-Achsrichtung-Schwingungsamplitude aufgrund des Wasserlecksignales und der Y-Achsrichtung-Schwingungsamplitude.
Der Schwingungsintensitätsrechner 53D in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 53 berechnet die X-Achsrichtung- Schwingungsintensität aufgrund einer Kreuzkorrelationsfunktion der X-Achsrichtung-Schwingungsamplitude und eine X-Achsrichtungsgeschwindigkeit und die Y-Achsrichtung Schwingungsintensität aufgrund einer Kreuzkorrelationsfunktion der Y-Achsrichtung-Schwingungsamplitude und der Y-Achsrichtungsgeschwindigkeit.
Der Geschwindigkeitsrechner 53A, der Amplitudenrechner 53B, der Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 53C und der Schwingungsintensitätsrechner 53D in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 53 bewahren Daten in dem Speicher 54, wie erforderlich, und greifen unter Verstärkung auf die reservierten Daten zu, um eine vorbestimmte Verarbeitung auszuführen.
Um sich ergebende Vektordaten zu erhalten, die die Position der Wasserleckstelle 22 auf dem Rohr darstellen, setzt der Vektorzusammensetzer 55 vektoriell die X- und Y-Achsrichtung-Schwingungsintensitäten zusammen. Die Anzeigeeinheit 56 und der Hartkopie-Ausgabeabschnitt 57 zeigen sich ergebende Vektordaten als Bilddaten an und geben diese als eine Hart-(Papier-)Kopie aus.
Das vorliegende Erfassungsverfahren kann durch diese Schritte 101 und 108 erzielt werden, wie diese in Fig. 5 gezeigt sind.
Das heißt, ein Schritt 101 erfaßt mit der Verwendung des Wasserlecksignaldetektors ein Wasserlecksignal, das auf dem Leck in den Boden von einem durch das Wasserrohr strömenden Fluid erzeugt ist, wobei das Rohr unter dem Bodenpegel vergraben ist. Ein Schritt 102 erfaßt zunächst erste, zweite und dritte Schwingungssignale, die durch die ersten, zweiten und dritten Detektoren 40, 41 und 42 erfaßt sind, welche an den jeweiligen Spitzen der rechtwinkligen Dreieckebene angeordnet sind, die auf der Bodenoberfläche definiert ist.
Ein Schritt 103 berechnet aufgrund der ersten, zweiten und dritten Schwingungssignale, die durch den Schwingungssignal-Erfassungsschritt 102 erhalten sind, die X- Achsrichtung-Schwingungsamplitude, die die ersten und zweiten Spitzen des rechtwinkligen Dreieckes verbindet, und die Y-Achsrichtung-Schwingungsamplitude, die die ersten und dritten Spitzen des definierten rechtwinkligen Dreieckes verbinden.
Ein Schritt 104 berechnet die X- und Y-Achsrichtungsgeschwindigkeiten aufgrund der von Schritt 102 erhaltenen ersten, zweiten und dritten Schwingungssignale.
Ein Schritt 105 berechnet eine Kreuzkorrelationsfunktion der X-Achsrichtung-Schwingungsamplitude aufgrund des Wasserlecksignales und eine X-Achsrichtung-Schwingungsamplitude sowie eine Kreuzkorrelationsfunktion der Y-Achsrichtung-Schwingungsamplitude aufgrund des Wasserlecksignales und der Y-Achsrichtung-Schwingungsamplitude.
Ein Schritt 106 berechnet die X-Achsrichtung-Schwingungsintensität aufgrund der X-Achsrichtungsgeschwindigkeit und einer Kreuzkorrelationsfunktion der X-Achsrichtung- Schwingungsamplitude und die Y-Achsrichtung-Schwingungsintensität aufgrund der Y-Achsrichtungsgeschwindigkeit und einer Kreuzkorrelationsfunktion der Y-Achsrichtung- Schwingungsamplitude.
Ein Schritt 107 setzt vektoriell die X- und Y-Achsrichtung-Schwingungsintensitäten zusammen, um sich ergebende Vektordaten zu erhalten, die die Richtung der Wasserleckstelle darstellen. Ein Schritt 108 gibt die sich ergebenden Vektordaten aus.
Obwohl die Amplitudensignaldetektoren 40, 41 und 42 zum Erfassen von Schwingungen auf der Bodenoberfläche 10 so erläutert sind, als wären die Detektoren 41 und 42 in einer Schnittbeziehung mit dem Detektor 40 als einem Bezugsmaß angeordnet, brauchen sie hierauf nicht begrenzt zu sein. Durch Rechenverarbeitung durch den Gerätekörper kann eine Wasserleckstelle 22 auf dem Wasserrohr 20, das unter der Bodenoberfläche verlegt ist, lokalisiert werden, wenn diese Detektoren richtig angeordnet sind.
Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel die Wasserleckstelle 22 auf dem Wasserrohr 20 lokalisiert ist, indem drei Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 verwendet werden, die jeweils an einer entsprechenden Spitze der rechtwinkligen Dreieckkonfiguration angeordnet sind, ist es möglich, falls die Position des unter dem Bodenpegel vergrabenen Wasserrohres 20 anfänglich bekannt ist, selbst in dem Fall, in welchem zwei Signaldetektoren längs des Wasserrohres 20 unter dem Bodenpegel 10 angeordnet sind, Schwingungsintensitäten in der Laufrichtung des Wasserrohres 20 durch die gleiche Signalverarbeitung, wie oben angegeben, zu berechnen, die entsprechenden Schwingungsintensitäten als Vektordaten auszugeben und die Wasserleckstelle 22 auf dem Wasserrohr 20 zu lokalisieren. Das heißt, durch Berechnen von diesen Schwingungsintensitäten an einer Vielzahl von Plätzen längs des Wasserrohres 20 ist es möglich, die Wasserleckstelle 22 abzuschätzen, wobei die Vektordatenrichtungen im wesentlichen um 180º verschoben sind.
Es ist nicht ein notwendiges Erfordernis, daß die Wasserlecksignaldetektoren direkt auf dem Wasserrohr 20 angeordnet sind. Wenn diejenigen Sensoren verwendet werden, die eine Signalbeziehung zu Wasserlecksignalen mit hoher Genauigkeit erfassen können, können anstelle einer direkten Anordnung auf dem Wasserrohr 20 diese Sensoren als eine Detektoreinrichtung auf der Bodenoberfläche angeordnet sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, einen D.S.P. (Digitalsignalprozessor) und einen Hilfsspeicher als den Gerätekörper 50-1 zu verwenden. Indem so vorgegangen wird, kann eine Hochgeschwindigkeitsrechen verarbeitung durch die oben im Zusammenhang mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschriebene Signalverarbeitung durchgeführt werden, um so ein rasches Erfassen einer Wasserleckstelle zu ermöglichen.
Eine beispielhafte Anordnung, die nicht durch die Patentansprüche gedeckt ist, wird im folgenden anhand der Fig. 6 erläutert. Die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele beruhen auf der Intensitätsmethode, die die Korrelationsverarbeitung verwendet. Die Korrelationsverarbeitung des ersten Ausführungsbeispiels dient zum Rauschausschluß, während andererseits die Korrelationsverarbeitung des zweiten Ausführungsbeispiels zum Rauschausschluß dient, um eine Ausbreitungszeitdifferenz zu finden.
Das zweite Ausführungsbeispiel umfaßt einen Wasserlecksignaldetektor 30 und Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 wie in dem, in den Fig. 1 und 2 gezeigten vorangehenden Ausführungsbeispiel Die jeweiligen Ausgänge dieser Detektoren 30 und 40, 41 und 42 sind in einem Gerätekörper 50-2 des zweiten Ausführungsbeispiels eingegeben.
Der Gerätekörper 50-2 berechnet eine Kreuzkorrelationsfunktion Z1(τ), Z2(τ) und Z3(τ) mittels der Ausgangssignale der Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 und des Ausgangssignales des Wassersignaldetektors 30, berechnet aufgrund der Kreuzkorrelationsfunktionen Z1(τ), Z2(τ) und Z3(τ), Signalausbreitungszeitdifferenzen Δτx und Δτy für jeweilige Kanäle, findet sich ergebende Vektordaten, die die Richtung der Position der Wasserleckstelle 22 darstellen, durch die Signalausbreitungszeitdifferenzen Δτx und Δτy und zeigt die sich ergebenden Vektordaten als Bilddaten an und gibt eine Hartkopie aus. Der Gerätekörper 50-2 wird im folgenden in Einzelheiten erläutert. Das heißt, der Gerätekörper 50-2 umfaßt einen Signalaufnahmeabschnitt 51, einen Vorverarbeitungsabschnitt 52, einen Digitalverarbeitungsabschnitt 58, einen Speicher 54, einen Vektorzusammensetzer 55, eine Anzeigeeinheit 56 und einen Hartkopie-Ausgabeabschnitt 57. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Anordnung von lediglich dem Digitalverarbeitungsabschnitt 58.
Der Digitalverarbeitungsabschnitt 58 umfaßt einen Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 58A und einen Signalausbreitungszeitdifferenzrechner 58B.
Mit den ersten, zweiten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42, die auf den jeweiligen Spitzen eines rechtwinkligen Dreieckes angeordnet sind, das auf der Bodenoberfläche 10 definiert ist, und dem direkt auf dem Wasserrohr 20 angeordneten Detektor 30 werden diese Ausgangssignale der Detektoren 40, 41 und 42 sowie 30 mittels des Signalaufnahmeabschnittes 51 herausgegriffen und bei dem Gerätekörper 50-2 gesammelt. Diese so herausgegriffenen Ausgangssignale werden zu dem Vorverarbeitungsabschnitt 52 gesandt, wo sie verstärkt und A/D-umgesetzt werden. Das A/D-umgesetzte Signal wird zu dem Digitalverarbeitungsabschnitt 58 gesandt.
Der Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 58A in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 58 berechnet eine Kreuzkorrelationsfunktion aufgrund von diesen Schwingungsamplituden y&sub2;(t), y&sub3;(t) und y&sub4;(t) und dieses Wasserlecksignales y&sub1;(t), das von dem Wasserlecksignaldetektor 30 erhalten ist, wobei diese Schwingungsamplituden auf ersten, zweiten und dritten Schwingungssignalen beruhen, die von den ersten, zweiten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 erhalten sind. Das heißt, der Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 58A führt eine Kreuzkorrelationsverarbeitung zwischen dem Wasserlecksignal y&sub1;(t) und der Schwingungsamplitude y&sub2;(t) durch, die von dem Schwingungssignaldetektor 40 erhalten sind, um eine Kreuzkorrelationsfunktion z&sub1;(τ) zu finden, wie diese unten angegeben ist:
Z&sub1;(τ) = y&sub1;(t) y&sub2;(1+τ)dt
In ähnlicher Weise wird auch eine Kreuzkorrelationsverarbeitung zwischen dem Wasserlecksignal y&sub1;(t) und den Schwingungsamplitudensignalen y&sub3;(t) und y&sub4;(t) ausgeführt, die von den Schwingungssignaldetektoren 41 und 42 erhalten sind.
Z&sub2;(τ) = y&sub1;(t) y&sub3;(1+τ)dt
Z&sub3;(τ) = y&sub1;(t) y&sub4;(1+τ)dt
Dann findet der Signalausbreitungszeitdifferenzrechner 58B in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 58, wie dies in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, eine Zeit τ&sub1; max, wenn die Kreuzkorrelationsfunktion Z&sub1;(τ) ist. In ähnlicher Weise findet der Rechner 58B Zeiten τ&sub2; max und τ&sub3; max, wenn Z&sub2;(τ) und Z&sub3;(τ) maximal sind.
Da die Zeit τmax eine Zeit bezeichnet, bei der sich das Wasserlecksignal zu dem Detektor auf der Bodenoberfläche ausbreitet werden, wenn Δτx eine Zeit darstellt, zu der sich das Wasserlecksignal zwischen den X-Kanal-Schwingungssignaldetektoren 40 und 42 ausbreitet, und Δτy eine Zeit darstellt, zu der sich das Wasserlecksignal zwischen den Y-Kanal-Schwingungssignaldetektoren 40 und 41 ausbreitet, dann die folgenden Gleichungen mit τ&sub1; max als Bezugsmaß erhalten, wobei darauf hinzuweisen ist, daß Δτx eine Ausbreitungszeitdifferenz darstellt.
Δτx = τ&sub2;max - τ&sub1;max
Δτy = τ&sub3;max - τ&sub1;max
Um sich ergebende Vektordaten zu erhalten, die die Position der Wasserleckstelle 22 darstellen, setzt der Vektorzusammensetzer 55 vektoriell die X-Achsrichtung-Ausbreitungszeitdifferenz Δτx und die Y-Achsrichtung-Ausbreitungszeitdifferenz Δτy in dem gleichen Fall zusammen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
Der Anzeigeabschnitt 56 zeigt die sich ergebenden Vektordaten als Bilddaten an, und der Hartkopie-Ausgabeabschnitt 57 liefert eine Hart-(Papier-)Kopie.
Der Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 58A und der Signalausbreitungszeitdifferenzrechner 58B in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 58 reservieren Daten im Speicher 54 falls notwendig, und einen Verstärkungszugriff zu den reservierten Daten, um eine vorbestimmte Verarbeitung auszuführen.
Eine andere beispielhafte Anordnung, die nicht durch die Patentansprüche gedeckt ist, wird unten anhand der Fig. 9 bis 11 erläutert. Das dritte Ausführungsbeispiel lokalisiert eine Schwingungsguelle durch die Korrelationsmethode. In diesem Ausführungsbeispiel sind Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 nahe Ventilen 21a, 21b und 21c auf einem Wasserrohr angeordnet. Die jeweiligen Ausgangssignale der Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 sind in einen Gerätekörper 50-3 in dem dritten Ausführungsbeispiel eingespeist. Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, bedeutet L&sub1; einen Abstand zwischen dem Schwingungssignaldetektor 40 und dem Schwingungssignaldetektor 41, und L&sub2; bedeutet einen Abstand zwischen dem Schwingungssignaldetektor 41 und dem Schwingungssignaldetektor 42. In dem in Fig. 9 gezeigten Fall wird eine Wasserleckstelle 22 zwischen die Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 gelegt. In der in Fig. 9 gezeigten Anordnung ist die Wasserleckstelle 22 zwischen den Schwingungssignaldetektoren 40 und 41 gelegen, und in der in Fig. 10 dargestellten Anordnung ist die Wasserleckstelle 22 zwischen den Schwingungssignaldetektoren 41 und 42 gelegen. In der in Fig. 9 gezeigten Anordnung kann die Wasserleckstelle 22 lokalisiert werden, indern ein Abstand Pa1 von dem Schwingungssignaldetektor 40 berechnet wird, während in der in Fig. 10 dargestellten Anordnung die Wasserleckstelle 22 lokalisiert wird, indem ein Abstand Pa2 von dem Schwingungssignaldetektor 40 berechnet wird.
Das Wasserleckstellenerfassungsgerät des dritten Ausführungsbeispiels umfaßt diese Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 und den Gerätekörper 50-3. Der Gerätekörper 50-3 umfaßt einen Signalaufnahmeabschnitt 51, einen Vorverarbeitungsabschnitt 52, einen Digitalverarbeitungsabschnitt 59, einen Speicher 54, einen Anzeigeabschnitt 56 und einen Hartkopie-Ausgabeabschnitt 57. Die Digitalverarbeitungseinheit 59 umfaßt einen Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 59A, einen Ausbreitungszeit-Differenzrechner 59B und einen Wasserleckstellendetektor 59C. Diese Schwingungsamplituden y&sub1;(t), y&sub3;(t) und y&sub4;(t) von den ersten, zweiten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 werden durch den Signalaufnahmeabschnitt 51 herausgegriffen und als Ausgangsdatengrößen von dort zu dem Gerätekörper 50-3 gesandt. Diese Datengrößen werden verstärkt und A/D-umgesetzt bei dem Vorverarbeitungsabschnitt 52 und dann zu dem Digitalverarbeitungsabschnitt 59 gesandt.
Der Kreuzkorrelationsfunktionsrechner 59A in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 59 berechnet aufgrund von diesen Schwingungsamplituden y&sub1;(t), y&sub3;(t) und y&sub4;(t) die Kreuzkorrelationsfunktionen der jeweiligen Kanalschwingungsamplituden. Hier sollen die Kanäle ein Aufnahmesystem (erster Kanal) für einen Pfad zwischen den ersten und zweiten Schwingungssignaldetektoren 40 und 41 und ein Aufnahmesystern (zweiter Kanal) für einen Pfad zwischen den ersten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40 und 42 bedeuten.
Der Ausbreitungszeitdifferenzrechner 59B in dem Digitalverarbeitungsabschnitt 59 berechnet eine Schwingungsausbreitungszeitdifferenz aufgrund der Kreuzkorrelationsfunktion. Der Rechner 59C berechnet aufgrund der Schwingungsausbreitungszeitdifferenz Positionsdaten Pa1 (Pa2), die die Position oder Stelle darstellen, wo Wasser leckt. Der Anzeigeabschnitt 56 zeigt die Positionsdaten als Bilddaten an, und der Hartkopie-Ausgabeabschnitt 57 liefert diese als eine Hart-(Papier-)Kopie.
Der Betrieb des Digitalverarbeitungsabschnittes 59 wird im folgenden in Einzelheiten erläutert.
Das heißt, die bei den ersten, zweiten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 gemessenen Schwingungssignale werden durch diese Ausbreitungszeiten a/C, (L&sub1;-a)/C bzw. (L&sub2;+L&sub2;-a)/C im Vergleich mit der Schwingung verzögert, die bei der Wasserleckstelle 22 auftritt, wobei darauf hinzuweisen ist, daß hier C die Ausbreitungsgeschwindigkeit bedeutet und als eine Konstante längs des Wasserrohrpfades gegeben ist.
Mit einer Änderung in der Schwingungszeit der Schwingungsquelle die durch S(t) dargestellt ist, und ohne Beachtung der Dämpfung der Schwingung auf dem Ausbreitungspfad, sind die Schwingungsamplituden y&sub2;(t), y&sub3;(t) und y&sub4;(t) wie folgt gegeben:
y&sub2;(t) = S(t-a/C) ... (9)
y&sub3; = S(t-(L&sub1;-a)/C ... (10)
y&sub4;(t) = S(t-(L&sub1;+L&sub2;-a)/C) ... (11)
Damit wird die Kreuzkorrelationsfunktion φ&sub1;&sub2;(t) zu:
Hier bedeutet φss(τ) eine Autokorrelationsfunktion.
Daher ist die Zeit τ = τ&sub1;&sub2; entsprechend dem Maximalwert von φ&sub1;&sub2;(τ) gegeben:
Maxφ&sub1;&sub2;(τ) = φ&sub1;&sub2;(τ/2) = φss(0) ... (13)
τ12 = (2a-L&sub1;)/C ... (14)
Das heißt, die Zeit entsprechend dem Maximalwert der Kreuzkorrelationsfunktion auf der Wasserleckschwingung, wie durch die ersten und zweiten Schwingungssignaldetektoren 40 und 41 gemessen, entspricht der Ausbreitungszeitdifferenz τ&sub1;&sub2; bei dem ersten Kanal.
In ähnlicher Weise ist die Ausbreitungszeitdifferenz τ&sub1;&sub3; zwischen den ersten und dritten Schwingungssignaldetektoren 40 und 42 wie folgt gegeben.
τ&sub1;&sub3; = (2a-L&sub1;-L&sub2;) /C ... (15)
Wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit C aus den Gleichungen (14) und (15) eliminiert wird, dann ist die Wasserleckposition wie folgt gegeben:
a = L&sub2;/&sub2;+L&sub2; τ&sub1;&sub2;/2(τ&sub1;&sub2;-τ&sub1;&sub3;) ... (16)
Selbst in der in Fig. 10 gezeigten Anordnung wird die Wasserleckposition a durch die Messung von τ&sub1;&sub2;, τ&sub1;&sub3; gefunden.
a = (L&sub1;+L&sub2;)/2+(L&sub1; τ&sub1;&sub3;)/(2τ&sub1;&sub2;) ... (17)
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit C von diesen unbekannten Werten in den Gleichungen (14) und (15) kann gefunden werden, indem die Werte τ&sub1;&sub2; und τ&sub1;&sub3; in die Gleichungen (14) und (15) eingesetzt werden.
Wenn die Ausbreitungszeitdifferenz so von den zwei Kreuzkorrelationsfunktionen gemessen wird, kann die Wasserleckposition lokalisiert werden, da der Abstand zwischen den zugeordneten Schwingungssignaldetektoren bekannt ist.
Selbst in dem Fall, in welchem die Ausbreitungsgeschwindigkeit unbekannt ist, kann die Wasserleckstelle lokalisiert werden, ohne anfänglich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Wasserlecksignales zu messen. Es ist auch möglich, die Ausbreitungsgeschwindigkeit zu finden.
In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen ist der Wasserlecksignaldetektor 30 auf dem Wasserrohr 20 angeordnet und erfaßt das Schwingungssignal oder Druckänderungssignal, nahe zugeordnet zu der Wasserleckstelle als ein Bezugssignal direkt oder indirekt von dem Wasserrohr 20. Es ist daher schwierig oder unmöglich, das Bezugssignal in dem Fall zu erfassen, in welchem wenig Lecken von Wasser oder eine Abnormalität, die kein Lecken von Wasser einschließt, vorliegt. In derartigen Fällen ist es vorteilhaft, das in Fig. 12 gezeigte Gerät zu verwenden. Wie in Fig. 12 dargestellt ist, ist ein zwangsweiser Schwingungsgenerator 60 vorgesehen, der hauptsächlich aus einem Prüfroboter besteht, der innerhalb und längs des Wasserrohres 20 beweglich ist. Der Zwangsschwingungsgenerator 60 umfaßt diesen Prüfroboter 61, der vorzugsweise vorwärts und rückwärts innerhalb des Wasserrohres beweglich ist, einen Hammer 63, der zwangsweise auf das Wasserrohr 20 schlagen kann, und einen Kraftgenerator 62 zum Erregen des Hammers 63. Der Prüfroboter 61 führt einen Ultraschallsensor, einen Infrarotsensor und einen Detektor, wie beispielsweise eine Klein-CCD-Kamera, um jegliche Abnormalität in dem Wasserrohr 20 zu erfassen. In einem Fall, in welchem irgendeine Wasserleckstelle 22, wie beispielsweise ein kleiner Riß, in dem Wasserrohr 20 durch den Prüfroboter 61 erfaßt wird, wird durch den Hammer 63 innerhalb des Wasserrohres in einem Bereich nahe der abnormalen Stelle auf das Rohr geschlagen. Es ist somit möglich, ein Signal, wie beispielsweise ein zufälliges Signal, von dem geschlagenen Wasserrohr erzeugen zu lassen. Ein derartiges Signal ist für eine Kreuzkorrelationsverarbeitung geeignet und kann als das oben erwähnte Signal verwendet werden. Es kann somit möglich sein, durch den Wasserleckdetektor 30 ein derartiges zufälliges Signal als ein Bezugssignal durch das Wasserrohr 20 zu erfassen. Der Gerätekörper 50-1 (50-2) kann von einem derartigen Typ sein, daß ein durch den Hammer 63 erzeugtes Ansteuersignal direkt als ein Bezugssignal mit dem Kraftgenerator 62 herausgegriffen werden kann. Mit einem derartigen Ansteuersignal als einem Bezugssignal ist es möglich, den Rauschabstand des Bezugssignales stark zu erhöhen. Somit kann die Wasserleckstelle genau selbst in dem Fall erfaßt werden, in welchem es schwierig oder unmöglich ist, das Bezugssignal zu erfassen. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den Leckwassersignaldetektor 30 vorzusehen.
Durch Erzeugen eines zufälligen Signales, das zu einer Kreuzkorrelationsverarbeitung durch den Zwangsschwingungsgenerator 60 geeignet ist, können die Schwingungssignaldetektoren 40, 41 und 42 auch Schwingungen erfassen, die das zufällige Signal enthalten, das für eine Kreuzkorrelationsverarbeitung geeignet ist. Es ist daher möglich, ein hohes Rauschabstand-Signal von jedem der Detektoren 30, 40, 41 und 42 zu erhalten und die Position der abnormalen Stelle sehr genau zu erfassen. Tatsächlich ist ein von dem Zwangsschwingungsgenerator 60 erzeugtes Signal nicht auf das zufällige Signal begrenzt.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf die Erfassung einer abnormalen Stelle, wie beispielsweise einer Wasserleckstelle auf dem Wasserrohr sondern auch auf andere Defekte angewandt werden. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, jegliche Defekte an einer Leckstelle auf dem Gasrohr und Ölrohr als einem Fluidführungsrohr zu erfassen. Weiterhin ermöglicht die Verwendung des Zwangsschwingungsgenerators 60 die Erfassung einer anormalen Stelle, die nicht durch das Leck des Fluids begleitet ist. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann selbst auf die Erfassung von solchen defekten auf dem Rohr angewandt werden, die nicht durch einen Fluß eines Fluids begleitet sind.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen der Position einer anormalen Stelle auf einem Rohr, das unter einem Bodenpegel vergraben ist, umfassend die Schritte:

(a) (101) Erhalten eines Bezugssignales durch Erfassen des Lecksignales infolge der anormalen Stelle auf oder nahe zu dem Rohr,

(b) (102) Erfassen von den Schwingungssignalen, die in dem Signal enthalten sind, das durch die anormale Stelle verursacht ist, an einer Vielzahl von Plätzen auf dem Bodenpegel,

(c) (103) Berechnen einer Schwingungsamplitude aufgrund der Schwingungssignale, die von dem Schwingungssignal-Erfassungsschritt (102) erhalten sind, in einer vorbestimmten Richtung, die durch eine gerade Linie definiert ist, welche wenigstens zwei der Vielzahl von Plätzen miteinander verbindet,

(d) (104) Berechnen einer Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Schwingungssignales, das durch den Schwingungssignal-Erfassungsschritt (102) erhalten ist,

(e) (105) Berechnen einer Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit der vorbestimmten Richtung,

(f) (106) Berechnen der Schwingungsintensität der vorbestimmten Richtung aufgrund der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit der vorbestimmten Richtung, und

(g) (107, 108) Abschätzen der Richtung der anormalen Stelle auf dem unter dem Bodenpegel vergrabenen Rohr aufgrund der Schwingungsintensität.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungssignal-Erfassungsschritt (102) ein Definieren von zwei Plätzen entlang der Laufrichtung des Rohres als die Vielzahl von Plätzen auf dem Bodenpegel umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungssignal-Erfassungsschritt (102) ein Erfassen des Schwingungssignales an einer entsprechenden Spitze eines vorbestimmten Polygons als jedem der Vielzahl von Plätzen umfaßt,

der Schwingungsamplitude-Rechenschritt (103) ein Berechnen der jeweiligen Richtungsschwingungsamplituden umfaßt, die durch eine Vielzahl von geraden Linien definiert sind, welche diese zugeordneten Spitzen des Polygons miteinander verbinden,

der Geschwindigkeitsrechenschritt (104) ein Berechnen der Schwingungs energie -Ausbreitungsgeschwindigkeiten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt,

der Kreuzkorrelationsfunktions -Rechenschritt (105) ein Berechnen einer Kreuzkorrelationsfunktion von den Schwingungsamplituden in der Vielzahl von Richtungen und einer Kreuzkorrelationsfunktion von denjenigen Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeiten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt,

der Schwingungsintensität-Rechenschritt (106) ein Berechnen von den Intensitäten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt, und

der Erfassungsschritt (107, 108) für die anormale Stelle weiterhin ein vektorielles Zusammensetzen der Schwingungsintensitäten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt, wobei die anormale Stelle auf dem Rohr aufgrund sich ergebender Vektordaten abgeschätzt wird, die durch den Vektorzusammensetzschritt (107) erhalten sind.

4. Gerät zum Erfassen der Position einer anormalen Stelle auf einem Rohr (20), das unter einem Bodenpegel vergraben ist, umfassend:

(a) eine Einrichtung (30) zum Erhalten eines Bezugssignales durch Erfassen eines Lecksignales, das durch die anormale Stelle verursacht ist, gelegen auf oder nahe zu dem Rohr,

(b) eine Einrichtung (40, 41, 42) zum Erfassen von den Schwingungssignalen, die in dem Signal erhalten sind, das durch die anormale Stelle an einer Vielzahl von Plätzen auf dem Bodenpegel verursacht ist,

(c) eine Einrichtung (53b), um aufgrund der Schwingungssignale, die von der Schwingungssignal- Erfassungseinrichtung (40, 41, 42) erhalten sind, eine Schwingungsamplitude in einer vorbestimmten Richtung zu berechnen, die durch eine gerade Linie definiert ist, welche wenigstens zwei der Vielzahl von Plätzen miteinander verbindet,

(d) eine Einrichtung (53A) zum Berechnen einer Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit in der vorbestimmten Richtung aufgrund des Schwingungssignales, das durch die Schwingungssignal-Erfassungseinrichtung erhalten ist,

(e) eine Einrichtung (530) zum Berechnen einer Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit der vorbestimmten Richtung aufgrund des Bezugssignales und der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit der vorbestimmten Richtung,

(f) eine Einrichtung (53D) zum Berechnen der Schwingungsintensität der vorbestimmten Richtung aufgrund der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsamplitude der vorbestimmten Richtung und der Kreuzkorrelationsfunktion der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeit der vorbestimmten Richtung, und

(g) eine Einrichtung (55, 56, 57), um als Vektordaten die Schwingungsintensitäten auszugeben, um Vektordaten zu erhalten, die die Richtung der anormalen Stelle auf dem vergrabenen Rohr (20) darstellen.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungssignal-Erfassungseinrichtung (40, 41, 42) an zwei Plätzen als der Vielzahl von Plätzen auf dem Bodenpegel längs der Laufrichtung des Rohres (20) angeordnet ist.

6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Schwingungssignal-Erfassungseinrichtung (40, 41, 42) ein Erfassen des Schwingungssignales an einer entsprechenden Spitze eines vorbestimmten Polygons als jedem der Vielzahl von Plätzen umfaßt,

die Schwingungsamplituden-Recheneinrichtung (53B) ein Berechnen der jeweiligen Richtungsschwingungsamplituden umfaßt, die durch eine Vielzahl von geraden Linien definiert sind, welche diese zugeordneten Spitzen des Polygons verbinden,

die Geschwindigkeitsrecheneinrichtung (53A) ein Berechnen der Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeiten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt,

die Kreuzkorrelationsfunktionsrecheneinrichtung (530) ein Berechnen einer Kreuzkorrelationsfunktion von diesen Schwingungsamplituden in der Vielzahl von Richtungen und einer Kreuzkorrelationsfunktion von diesen Schwingungsenergie-Ausbreitungsgeschwindigkeiten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt,

die Schwingungsintensität-Recheneinrichtung (53D) ein Berechnen von diesen Intensitäten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt, und

die Ausgabeeinrichtung (55, 56, 57) weiterhin eine Einrichtung (55) zum vektoriellen Zusammensetzen der Schwingungsintensitaten in der Vielzahl von Richtungen umfaßt, wobei die sich ergebenden Vektordaten, die von der vektoriellen Zusammensetzeinrichtung erhalten sind, als ein Ausgangssignal ausgegeben sind.

7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignal-Erfassungseinrichtung (30) auf demjenigen freiliegenden Rohrteil bezüglich der Bodenoberfläche plaziert ist.

8. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignal-Erfassungseinrichtung (30) aus einem Beschleunigungssensor besteht.

9. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignal-Erfassungseinrichtung (30) aus einem Drucksensor besteht, um einen Druck des Fluids zu erfassen.

10. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch weiterhin eine Einrichtung (60) zum zwangsweisen Schlagen des Rohres.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlageinrichtung (60) eine Einrichtung (61), die in dem Rohr läuft, und eine Schlageinheit (62, 63), die auf der Laufeinrichtung befestigt ist, umfaßt,

12. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungssignal-Erfassungseinrichtung (40, 41, 42) erste, zweite und dritte Schwingungssignal- Erfassungseinrichtungen (40, 41, 42) umfaßt, die auf den entsprechenden Spitzen einer gegebenen rechtwinkligen Dreieckkonfiguration gelegen sind, die auf der Bodenoberfläche definiert ist.