JP2000291846A - 流体輸送管の欠陥部探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地中埋設管の欠陥箇所を容易に且つ正確に探査
する手段の開発。 【解決手段】流体輸送管の内面の管軸方向に複数個の音
波受波器を設置し、これら音波受波器により該流体輸送
管の欠陥箇所から発生する流体音を受波してこれらの電
気信号を処理することにより、該欠陥箇所の位置を求め
ることを特徴とする流体輸送管の欠陥部探査方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地下埋設管など
の内部に流体を充満した流体輸送管において該管の流体
漏洩位置を探査する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地中埋設管などに発生する腐食や
接合部のはずれなどの欠陥探査には、通常次のような方
法が行われていた。 １．地表面にセンサを置く方法として、欠陥から発生す
る音を受波したり、あるいは地表面から電磁波、音波を
送波し埋設管からの反射波を受波して行う方法。 ２．管の中に赤外線センサや超音波センサを搭載したマ
イクロロボットを通し遠隔操作で管内を移動探索する方
法。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では以下の問題点がある。欠陥個所から発生する音
は、地中を伝わる際、土に備わる大きな損失で減衰す
る。したがって地表面で欠陥からの音は受波しにくい。
又欠陥個所が小さい場合、電磁波や音波を地中に送波知
ても、該欠陥個所から反射される信号が弱く（あるいは
欠陥個所周りを波が回折してしまうので反射信号が無
く）、地表面で欠陥からの反射波を受波しにくい。更に
地表面にセンサを置く方法も管の中にマイクロロボット
を通す方法も、移動しながら欠陥を探査しなければなら
ないので、作業時間が掛かるなどの問題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
除くため、音波受波器アレイを地中に埋設される接合管
内に固定実装して、流体輸送管内欠陥個所から発生する
流体音（広帯域音）を該受波器アレイで受波し、これら
管を包含した広範囲な領域の音源分布の像を再生（ビー
ムフォーミングと呼ぶ）して欠陥個所を同定するように
したものである。

【０００５】即ち本発明は、内面の管軸方向に複数個の
音波受波器を固定し、該受波器を高分子モールド材で被
覆して内径面を該高分子モールド材で形成したことを特
徴とする欠陥部探査接合管であり、この際音波受波器か
らの電気信号を処理する信号処理装置をＬＳＩチップ化
して管体に一体固定するのは有効である。

【０００６】また本発明の流体輸送管の欠陥部探査装置
は、内径を高分子モールド材を用いて接続しようとする
流体輸送管の内径と等しくした上記欠陥部探査接合管
を、該流体輸送管同士の連結箇所間に介在させて接合し
たことを特徴とするものである。

【０００７】さらに本発明の流体輸送管の欠陥部探査方
法は、流体輸送管の内面の管軸方向に複数個の音波受波
器を設置し、これら音波受波器により該流体輸送管の欠
陥箇所から発生する流体音を受波してこれらの電気信号
を処理することにより、該欠陥箇所の位置を求めること
を特徴とするものである。

【０００８】本発明によると、流体音は管内の流体中を
伝播するので損失が小さく、効率よく流体音が受波でき
る。又欠陥位置から相当長い距離に受波器アレイが置か
れ流体音が周りの背景雑音に埋もれるような場合でも、
受波器アレイの受波器数を増やしアレイゲインを上げれ
ば、Ｓ／Ｎ比が向上される。このようにして流体音は受
波器アレイで受波できる。又受波器アレイの受波器数を
増やすことにより、アレイ開校が広くなりビームフォー
ミングにおけるビーム幅を狭くできるので、像の方向感
度（指向性）が高められる。すなわち欠陥個所以外の方
向の土などからの反射雑音や地上から発生する車両など
の雑音の影響を取り除くことができる。更に流体音を広
帯域で周波数分析し、それらのすべてのスペクトルデー
タごとにビームフォーミングし、それぞれの再生像をコ
ヒーレント加算する方法を用いる。これにより、再生像
の距離分解能が向上する。

【０００９】又、受波器アレイの表面は流体抵抗を抑え
るため接続管の内壁と同じ曲率面で成形するようにし，
受波器は薄板状の有機圧電材受波器（Mark B.Moffett e
tal,'Aρｃhydrophone,'Journal of Acoustical Societ
y of America,80,[2],(August 1986),p375-381）を用い
ることにする。そして，フローノイズを受波面の積分効
果で抑えるようにした。したがって本発明を用いること
により，遠距離に存在するピンホールも安定に効率よく
探査できるのである。

【００１０】

【作用】高圧を持った流体が流れている管内において，
欠陥個所があれば，そこから高圧流体が地中に噴出し欠
陥部に広帯域な流体音が発生する。該流体音は一つは管
外の地中へ伝搬し地中に備わる損失で減衰する。一方管
内では，欠陥を挟んで管軸方向両側へ流体音が伝わる。
管内を伝わってきた広帯域流体音は受波器アレイで受波
される。受波器アレイで受波された受波データを用い管
軸方向のあらかじめ定めた複数の点にビームフォーミン
グし像再生する。再生像強度の最大点を欠陥位置と同定
する。

【００１１】（像再生の原理）図１は，本発明の像再生
処理を示すブロック図であり，1_１,1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎ
は接合管内で軸方向に平行に並べた受波器アレイであ
る。但し，Ｎは受波器アレイの受波器数である。2_１,2
_２,..,2_Ｎ−１,2_Ｎは受波器1_１,1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎに
付く前置増幅器，3_１,3_２,..,3_Ｎ−１,3_Ｎは前置増幅器
に付くＡ／Ｄ変換器,4 _１,4_２,..,4_Ｎ−１,4_ＮはＡ／Ｄ
変換器に付く帯域フィルタ，5_１,5_２,..,5_{Ｎ− １},5_Ｎは
帯域フィルタに付く時系列データサンプラ，6_１,
6_２,..,6_Ｎ−１,6_Ｎは時系列データサンプラに付くフー
リエ変換器6の入力線，7は，6のフーリエ変換器に付く
ビームフォーミング手段であり，それぞれフーリエ変換
器6から出力線7 _１,7_２,..,7_Ｎ−１,7_Ｎが出てビームフ
ォ−ミング手段につながっている。8は7のビームフォー
ミング手段に付く像再生手段，9は流体音を発生する欠
陥部（ここではピンホールと呼ぶ），10_ｉｊは像再生ポ
イント座標（ｙ_ｉ，ｚ_ｊ），（但し，ｉ＝１，．．，
Ｉ，ｊ＝１，．．，Ｊ）である。又5_Ｎから指令を送る
端子5 _Ｎ'が出て，フーリエ変換器6につながっている。
フーリエ変換器6から指令を送る端子6_Ｎ'が出てビーム
フォーミング手段につながっている。

【００１２】受波器アレイの各受波器（ｎ＝１，．．，
Ｎ）でピンホールから発生した音波が受波される。各受
波器で受波された音圧は電圧に変換され，それぞれ各受
波器に付いた前置増幅器，Ａ／Ｄ変換器，帯域フィルタ
を通して，時系列データサンプラに送られる。時系列デ
ータサンプラでは，5_１,5_２,..,5_Ｎ−１,5_Ｎは全て同期
が取られ各受波器について送られてきた時系列データ
が，定められたサンプル時間間隔で，定められたサンプ
ルポイント数（これをＭ個とする）サンプルされる。更
に，後に像を平均するため定められた時間ラグを与え，
定められた回数，同様なサンプル処理が行われる。これ
らのサンプルデータの集合をｋ，（ｋ＝１，．．，Ｋ，
ここでＫは集合総数である。）とする。サンプルデータ
の集合ｋでサンプルポイントｍ，（ｍ＝１，．．，Ｍ）
におけるサンプル値をｐ_ｍ ^ｋとする。全てのサンプルデ
ータを取り終わると，それぞれ5_１,5_２,..,5_Ｎ−１,5_Ｎ
についた集合総数Ｋとサンプルポイント数Ｍとサンプル
値ｐ_ｍ ^ｋ，（ｍ＝１，．．，Ｍ，ｋ＝１，．．Ｋ）の値
が順に6_１,6_２,..,6_Ｎ−１,6_Ｎのフーリエ変換器に送ら
れストアされる。そして指令が5_Ｎ'よりフーリエ変換器
6に送られる。

【００１３】フーリエ変換器では，送られてきた指令を
受け取るとストアされているそれぞれ6_１,6_２,..,6
_Ｎ−１,6_Ｎについてのサンプル値ｐ_ｍ ^ｋ，（ｍ＝
１，．．，Ｍ，ｋ＝１，．．Ｋ）が時間でフーリエ変換
され，周波数ｆι，（但しιは，周波数ポイント番号）
に関するスペクトル成分Ｐι^ｋ，（ι＝１，．．，Ｌ，
但し，Ｌは周波数ポイント数，ｋ＝１，．．，Ｋ）を生
成する。全てのフーリエ変換が終了すると，それぞれ6
_１,6_２,..,6_Ｎ−１,6_Ｎについての周波数ｆι，（但し
ιは，周波数ポイント番号）に関するスペクトル成分Ｐ
ι^ｋ，（ι＝１，．．，Ｌ，ｋ＝１，．．，Ｋ）が，7
_１,7_２,..,7_Ｎ−１,7_Ｎを通じて順にビームフォーミン
グ手段に送られ記憶される。そして,指令が6_Ｎ'よりビ
ームフォーミング手段に送られる。

【００１４】ビームフォーミング手段では，6_Ｎ'より送
られた指令を受け取ると，あらかじめ記憶されている１
０_ｉｊの再生ポイント座標（ｙ_ｉ，ｚ_ｊ），（ｉ＝
１，．．，Ｉ，ｊ＝１，．．，Ｊ）と，サンプルデータ
集合ｋ，（ｋ＝１，．．，Ｋ）のそれぞれについての前
記スペクトル成分Ｐι^ｋ，（ι＝１，．．，Ｌ）を用い
て再生ポイント座標の全てにビームフォーミングが行わ
れ，再生ポイント座標における音像（複素数値）が算出
される。（詳細は下記「ビームフォーミング手段」の項
目に示す。）そして，該音像が像再生手段８に送られ
る。

【００１５】像再生手段では，送られてきた再生ポイン
ト座標における音像の絶対値が取られ像強度としての画
像が生成される。（詳細は下記「像再生手段」の項目に
示す。）なお受波器アレイ1_１,1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎの接
合管内実装構造は下記実施例に示す。

【００１６】（ビームフォーミング手段）図２にビーム
フォーミング手段の詳細を示す。1_１,1_２,..,1_Ｎ−１,1
_Ｎはそれぞれの受波器について，前記フーリエ変換手段
の出力線7_１,7_２,..,7_Ｎ−１,7_Ｎから送られてきた周波
数ポイント数Ｌ，サンプル集合総数Ｋ，周波数ｆι，及
びスペクトル成分Ｐι^ｋ，（ι＝１，．．，Ｌ，ｋ＝
１，．．，Ｋ）の入力端子，2_１,2_２,..,2_Ｎ−１,2_Ｎは
それぞれ，入力端子1_１,1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎについた周
波数ポイント数Ｌ，周波数ｆι，（ι＝１，．．，
Ｌ）,サンプル集合総数Ｋ，及びスペクトル成分Ｐ
ι^ｋ，（ι＝１，．．，Ｌ，ｋ＝１，．．，Ｋ）を記憶
するメモリ，３は予め設定されている像再生ポイント座
標（Ｙ_ｉ，Ｚ_ｊ），（ｉ＝１，．．Ｉ，ｊ＝１，．．
Ｊ，但し，Ｉは受波器アレイのアレイ軸方向の再生ポイ
ント総数，Ｊは受波器アレイのアレイ軸を含む断面の再
生ポイント総数）のメモリ，４は像再生ポイント座標に
おける音像（複素数値）を算出するため各受波器のデー
タに位相と振幅の補償をするフォーカシング手段， ５
は音像をコヒ−レントに加算し記憶する像加算メモリで
ある。1_Ｎ'はフーリエ変換器から前記6_Ｎ'を通じて送ら
れてくる指令の入力端子であり，７のコントローラに接
続される。７のコントローラは2_１,2_２,..,2_Ｎ−１,2_Ｎ
のメモリに接続される。像加算メモリはコントローラに
接続される。６は算出された音像加算値を前記像再生手
段に送るための出力端子である。４のフォーカシング手
段では，サンプルデータ集合ｋ，（ｋ＝１，．．，Ｋ）
における座標再生ポイント（Ｙ_ｉ，Ｚ_ｊ），（ｉ＝
１，．．，Ｉ，ｊ＝１，．．Ｊ）での音像変数Ｓ_ｉｊ ^ｋ
がメモリに割り当てられている。又５の像加算メモリで
は，サンプルデータ集合ｋ，（ｋ＝１，．．，Ｋ）にお
ける座標再生ポイント（Ｙ_ｉ，Ｚ_ｊ），（ｉ＝
１，．．，Ｉ，ｊ＝１，．．Ｊ）での加算像変数σ_ｉｊ
^ｋがメモリに割り当てられ，全て初期値０として記憶さ
れている。

【００１７】先ず，1_Ｎ'の端子から前記フーリエ変換手
段より送られてきた指令を受け取ると，７のコントロー
ラが働き，サンプルデータ集合ｋ＝１が選択され，サン
プルデータ集合ｋ＝１における処理が行われる。コント
ローラ７よりメモリに指令が送られサンプルデータ集合
ｋ＝１で周波数ポイントι＝１のそれぞれメモリ
2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル成分Ｐ_１ ^１と周波数
ｆ₁が抽出される。そして，抽出された値が順にフォー
カシング手段４に送られる。フォーカシング手段では，
像再生ポイントメモリに指令が送られ像再生ポイントＹ
_ｉ＝Ｙ_１，Ｚ_ｊ＝Ｚ_１のデータがアクセスされる。それ
ぞれメモリ2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル成分Ｐ_１
^１と周波数ｆ_１と像再生ポイントを用いて像再生ポイン
トにフォーカシングが行われ音像Ｓ_１１ ^１が算出され像
加算メモリに送られる。像加算メモリでは，加算像σ
_１１ ^１にＳ_１１ ^１が加算され加算された加算像σ_１１ ^１
が記憶される。像加算メモリから指令がフォーカシング
手段４に送られ，ｉ，ｊの値を更新し，像再生ポイント
メモリに指令が送られ，更新された像再生ポイント座標
Ｙ_ｉ，Ｚ_ｊの値がアクセスされる。スペクトル成分Ｐ_１
^１と像再生ポイント座標（ｙ _ｉ，ｚ_ｊ）を用いてフォー
カシングが行われ音像Ｓ_ｉｊ ^１が算出され像加算メモリ
に送られる。像加算メモリでは，加算像σ_ｉｊ ^１にＳ
_ｉｊ ^１が加算され加算された加算像σ_ｉｊ ^１が記憶され
る。この処理がｉ＝1,..,I,j=1,..Jについて行われる。

【００１８】次に，像加算メモリから指令が７のコント
ローラに送られる。７のコントローラでは，周波数ポイ
ントι＝２に対する周波数ｆ_２とメモリ2_１,..,2_Ｎにつ
いてのスペクトル成分Ｐ_２ ^１が抽出される。抽出された
周波数ｆ_２とメモリ2_１,..,2 _Ｎについてのスペクトル成
分Ｐ_２ ^１はそれぞれ順にフォーカシング手段に送られ
る。フォーカシング手段では，像再生ポイントメモリに
指令が送られ像再生ポイントＹ_ｉ＝Ｙ_１，Ｚ_ｊ＝Ｚ_１の
データがアクセスされる。それぞれメモリ2_１,..,2_Ｎに
ついてのスペクトル成分Ｐ_２ ^１と像再生ポイント
（ｙ_ｉ，ｚ_ｊ）を用いて像再生ポイントにフォーカシン
グが行われ音像Ｓ_１１ ^１が算出され像加算メモリに送ら
れる。像加算メモリでは，加算像σ_１１ ^１にＳ_１１ ^１が
加算され加算された加算像σ_１１ ^１が記憶される。像加
算メモリから指令がフォーカシング手段４に送られ，
ｉ，ｊの値を更新し，像再生ポイントメモリに指令が送
られ，更新された像再生ポイント座標（Ｙ_ｉ，Ｚ_ｊ）の
値がアクセスされる。周波数ｆ_２とメモリ2_１,..,2_Ｎに
ついてのスペクトル成分Ｐ_２ ^１と像再生ポイントを用い
てフォーカシングが行われ，音像Ｓ_ｉｊ ^１が算出され像
加算メモリに送られる。像加算メモリでは，加算像σ
_ｉｊ ^１にＳ_ｉｊ ^１が加算され加算された加算像σ_ｉｊ ^１
が記憶される。この処理がｉ＝1,..,I,j=1,..Jについて
行われる。

【００１９】この後，周波数ポイントをι＝３，．．，
Ｌと更新しながら同様な処理が行われる。以上の処理が
サンプルデータ集合ｋ＝１における処理である。サンプ
ルデータ集合ｋ＝１についての処理が終わると， 次に
像加算メモリから指令がコントローラ7に送られ，サン
プルデータ集合ｋ＝２への更新が行われる。コントロー
ラ７からメモリ2_１,2_２,..,2_Ｎ−１,2_Ｎに指令が送ら
れ，サンプルデータ集合ｋ＝２，周波数ポイントι＝１
のそれぞれメモリ2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル成
分Ｐ_１ ^２と周波数ｆ_１が抽出される。抽出されたそれぞ
れメモリ2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル成分Ｐ_１ ^２
と周波数ｆ_１は，それぞれ順にフォーカシング手段に送
られる。フォーカシング手段では，像再生ポイント座標
メモリに指令が送られ像再生ポイントＹ_ｉ＝Ｙ_１，Ｚ_ｊ
＝Ｚ_１のデータがアクセスされる。周波数ポイントι＝
１のそれぞれメモリ2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル
成分Ｐ_１ ^２と像再生ポイントを用いて像再生ポイントに
フォーカシングが行われ音像Ｓ_１１ ^２が算出され像加算
メモリに送られる。像加算メモリでは，加算像σ_１１ ^２
にＳ_１１ ^２が加算され加算された加算像σ_１１ ^２が記憶
される。像加算メモリから指令がフォーカシング手段に
送られ，ｉ，ｊの値を更新し，像再生ポイントメモリに
指令が送られ，更新された像再生ポイント座標Ｙ_ｉ，Ｚ
_ｊの値がアクセスされる。周波数ポイントι＝１のそれ
ぞれメモリ2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル成分Ｐ_１
^２と像再生ポイント（ｙ_ｉ，ｚ_ｊ）を用いてフォーカシ
ングが行われ音像Ｓ_ｉｊ ^２が算出され像加算メモリに送
られる。像加算メモリでは，加算像σ_ｉｊ ^２にＳ_ｉｊ ^２
が加算され加算された加算像σ_ｉｊ ^２が記憶される。こ
の処理がｉ＝1,..,I,j=1,..Jについて行われる。

【００２０】次に，像加算メモリから指令がコントロー
ラ７に送られる。コントローラ７では周波数ポイントι
＝２のそれぞれメモリ2_１,..,2_Ｎ についてのスペクト
ル成分Ｐ_２ ^２と周波数ｆ_２が抽出される。そして抽出さ
れたそれぞれメモリ2_１,..,2 _Ｎ についてのスペクトル
成分Ｐ_２ ^２と周波数ｆ_２はそれぞれ順にフォーカシング
手段に送られる。フォーカシング手段では，像再生ポイ
ントメモリに指令が送られ像再生ポイントＹ_ｉ＝Ｙ_１，
Ｚ_ｊ＝Ｚ_１のデータがアクセスされる。それぞれメモリ
2_１,..,2_Ｎ についてのスペクトル成分Ｐ_２ ^２と周波数
ｆ_２と像再生ポイントを用いて像再生ポイントにフォー
カシングが行われ音像Ｓ_１１ ^２が算出され像加算メモリ
に送られる。像加算メモリでは，加算像σ_１１ ^２にＳ
_１１ ^２が加算され加算された加算像σ_１１ ^２が記憶され
る。像加算メモリから指令がフォーカシング手段に送ら
れ，ｉ，ｊの値を更新し，像再生ポイントメモリに指令
が送られ，更新された像再生ポイント座標Ｙ_ｉ，Ｚ_ｊの
値がアクセスされる。そして，それぞれメモリ2_１,..,2
_Ｎ についてのスペクトル成分Ｐ_２ ^２と周波数ｆ_２と像
再生ポイントを用いてフォーカシングが行われ音像Ｓ
_ｉｊ ^２が算出され像加算メモリに送られる。像加算メモ
リでは，加算像σ_ｉｊ ^２にＳ_ｉｊ ^２が加算され加算され
た加算像σ_ｉｊ ^２が記憶される。この処理がｉ＝1,..,
I,j=1,..Jについて行われる。これらの処理が，周波数
ポイントι＝１，．．，Ｌについて行われる。この後，
周波数ポイントをι＝３，．．，Ｌと更新しながら同様
な処理が行われる。以上の処理がサンプルデータ集合ｋ
＝２における処理である。

【００２１】そして，サンプルデータｋ＝１，及びサン
プルデータｋ＝２の処理と同様にしてサンプルデータ集
合ｋ＝Ｋまでの処理が繰り返される。全てのサンプルデ
ータ集合に対する処理が終了すると，端子６を通じて，
記憶された加算像σ_ｉｊ ^k,(i=1,..,I,j=1,..,J,k=1,..
K)が前記像再生手段へと送られ記憶される。

【００２２】(フォーカシング手段)図３にフォーカシン
グ手段のブロック図を示す。1_１,1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎは
前記スペクトル成分Ｐι^ｋ，（ι＝１，．．，Ｌ，ｋ＝
１，．．，Ｋ）と周波数ｆι，（ι＝１，．．，Ｌ）の
入力される入力端子，2_１,2_２はそれぞれ前記再生ポイ
ント座標メモリへアクセスされる出力端子，入力端子，
3_１,3_２,..,3_Ｎ−１,3 _Ｎは，それぞれ入力端子1_１,
1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎから入力されるスペクトル成分Ｐι
^ｋに，位相及び振幅の補償を行う位相・振幅補償器，４
はスペクトル成分Ｐι^ｋに位相・振幅の補償されたデー
タを加算する加算器，５は加算されたデータの出力端子
である。尚位相・振幅補償器には予め管内の流体の音速
ｃと，それぞれの位相振幅補償器3_n,(n=1,..,N)のつい
ている前記受波器の位置座標(Y,Z)=（a _ｎ，b_ｎ）,(n=
1,..,N)が記憶されている。

【００２３】入力端子１_１から指令が出力端子２_１に送
られ前記像再生ポイント座標メモリへアクセスされる。
アクセスされた再生ポイント座標（ｙ_ｉ，ｚ_ｊ）が入力
端子２_２に入力され，位相・振幅補償器3_１,3_２,..,3
_Ｎ−１,3_Ｎに送られストアされる。一方，入力端子1_１,
1_２,..,1_Ｎ−１,1_Ｎからそれぞれスペクトル成分Ｐι^ｋ
と周波数ｆιが入力され位相・振幅補償器3_１,3_２,..,3
_Ｎ−１,3_Ｎに送られストアされる。

【００２４】位相・振幅補償器３ｎ,(n=1,..,N)では，
記憶されている受波器の位置座標（ａ_ｎ，ｂ_ｎ）と，入
力端子2_２から入力された再生ポイント座標（ｙ_ｉ，ｚ
_ｊ）を用いて，先ず振幅補償量ｒ_ｎ ^ｉｊの計算 ｒ_ｎ ^ｉｊ＝｛(y_ｉ−a_ｎ)^２+(z_ｊ−b_ｎ)^２｝^１／２ が行われる。次に，記憶されている音速ｃ，入力端子１
_ｎから入力され記憶されている周波数ｆι，スペクトル
成分Ｐι^ｋを用いて，及び該振幅補償量ｒ_ｎ ^ｉｊを用い
て位相補償量φ_ｎ ^ｉｊの計算， φ_ｎ ^ｉｊ＝ｅｘｐ（ｆι／ｃ・ｒ_ｎ ^ｉｊ） が行われストアされる。そして算出された，振幅補償量
ｒ_ｎ ^ｉｊ，位相補償量φ _ｎ ^ｉｊと，スペクトル成分Ｐι
^ｋの積算 Ｐ’ι^ｋ＝Ｐι^ｋ・ｒ_ｎ ^ｉｊ・φ_ｎ ^ｉｊ が行われ，加算器４へとそのデータが送られ加算され，
記憶される。これらの処理が，全ての位相・振幅補償器
(3_１,3_２,..,3_Ｎ−１,3_Ｎ)で行われる。そして加算器４
から加算されたデータＰ’’ι^ｋが出力端子５を通じ
て，前記像加算メモリへ送られる。

【００２５】（像再生手段）図４に像再生手段のブロッ
ク図を示す。１は入力端子，２は音像メモリ，３は音像
強度算出器，４は強度自乗演算器，５は自乗平均算出
器，６は音像強度ノーマライザである。入力端子１に前
記音像加算メモリから送られてきた音像σ_ｉｊ ^ｋ，（ｉ
＝1,..,I,j=1,..J,ｋ=1,..K)が入力され，２の音像メモ
リに記録される。２の音像メモリから音像強度算出器３
に音像データσ_ｉｊ ^ｋ，（ｉ＝1,..,I,j=1,..J,K=1,..
K)が送られる。音像強度算出器では，サンプルデータ集
合ｋ，（ｋ＝１，．．，Ｋ）毎に，像再生ポイントｙ_ｉ
＝１，．．，Ｉ，Ｚ_ｊ＝１，．．，Ｊについて,音像デ
ータσ_ｉｊ ^ｋの絶対値を取る処理が行われ，音像強度｜
σ_ｉｊ ^ｋ｜が算出される。そして４の強度自乗演算器に
送られる。４の強度自乗演算器では，サンプルデータ集
合ｋ，（ｋ＝１，．．，Ｋ）毎に，像再生ポイントｙ_ｉ
＝１，．．，Ｉ，Ｚ_ｊ＝１，．．，Ｊについて,音像強
度｜σ_ｉｊ ^ｋ｜の自乗｜σ_ｉｊ ^ｋ｜ ^２を計算する処理が
行われる。そして５の自乗平均算出器に送られる。自乗
平均算出器では，送られてきた音像強度の自乗値｜σ
_ｉｊ ^ｋ｜^２を用いて，像再生ポイントｙ_ｉ＝１，．．，
Ｉ，Ｚ_ｊ＝１，．．，Ｊについて,平均[σ_ｉｊ]

【数１】 を演算する処理が行われる。音像強度自乗平均値が算出
されると，６の音像強度ノーマライザに送られる。音像
強度ノーマライザでは，音像強度自乗平均値[σ _ｉｊ]の
最大値を検出する処理が行われ，該最大値で全ての音像
強度が規格化される。そして規格化された像が出力され
る。

【００２６】

【実施例】図５は，本発明における受波器アレイシステ
ムを実装した接合管の構造図である。１は接合管，２は
受波器アレイ，３は圧電ゴムやＰＶＤＦ（polyvinylide
nefluoride）等の有機圧電材受波器，４はウレタンゴム
などの高分子モールド材である。５は有機圧電材受波器
の上下面から引き出された電線である。６はビームフォ
ーミング処理を行う信号処理装置である。また図６は，
図５の高分子材でモールドされた受波器アレイの一部を
切り出した斜視図である。

【００２７】高分子モールド材表面に作用する音圧は高
分子モールド材を透過して有機圧電材受波器膜表面に到
来する。そして有機圧電材受波器膜表面に到来した音波
の音圧に比例した電圧が有機圧電材受波器の電極方向に
誘起される。本高分子モールド材は接合管壁の曲面に沿
って曲げて実装できるので，流体面と管壁間に起伏が生
じない。したがって流体に対し抵抗が生じない。又有機
圧電材受波器の表面は面積を持っているので，管壁に発
生するフローノイズが表面で平均される。一方，埋設管
から伝搬してくるインコヒ-レントな音波は受波され
る。したがって，ノイズに強い。

【００２８】次に本発明における，効果を確かめるため
数値計算モデルを作り数値計算した例を以下に示す。

【００２９】（解析モデルの説明）図７に地中に埋設さ
れた高水圧管とピンホールと受波器アレイの説明図を示
す。直交座標Ｘ，Ｙ，ＺをＺ軸が高水圧管中心軸と一致
するようにとり，原点にピンホール音源モデルとして点
音源を置く。又Ｚ軸上に直線受波器アレイを設ける。受
波器数をＪとし，受波器位置をｚ_ｊ，（ｊ＝１，．．，
Ｊ）とする。Ｚ軸は図のように地表面からｄの深さにあ
るとする。また一番内側の管内媒質を領域１，鉄管を領
域２，外側の土砂を領域３と分ける。領域１の半径をａ
_１，領域２と領域３の境界の半径をａ_２とおく。

【００３０】（数値計算例）ピンホ−ル音源の直接波
（正確には，管内水中を伝搬する音波と管壁を伝わる弾
性波による固体音の両方を管内受波器アレイで受波す
る。これらを数値計算において厳密に考慮するが，ここ
ではこれらの波を併せて簡単に直接波と呼ぶこととす
る。）のみを受波するような（１）受波器アレイ−ピン
ホール間距離の短い場合（距離０ｍ，距離５ｍ）と，ピ
ンホール音源の直接波と地表面からの反射弾性波に基づ
く音波を受波するような（２）受波器アレイ−ピンホー
ル間距離の長い場合（距離５０ｍ，距離５００ｍ）につ
いて，本提案手法を用い像再生した。

【００３１】表１に計算条件を示す。領域１と領域２は
無損失とし，領域３では内部損失を考慮した。領域３の
損失は，縦波速度損失比と横波速度損失比で与えそれぞ
れ等しいとした。そして，損失比（βとおく）は，損失
速度（速度の虚数部）を構造減衰で仮定し，１ＫＨＺの
Ｑ値を用い換算式（Ｒ.Ｄ.ＤooLitle and H.Uberall,"S
ound Scattering by Elastic Cylindrical Shells,"J.A
coust.Soc.Am.39,272-275(1966)） 1/Q=βV/(πf_０) （但し，V:縦波伝搬速度，f_０:規準の周波数(1KHz)）か
ら求めた。尚実験的に土砂のＱ値の範囲が１KHzにおい
て５〜２０と知られている。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の領域３の縦波速度を用いて上式に代
入すると，Ｑ値５，２０に対する損失比βはそれぞれ
０．４１９，０．１０５となる。ここでは，損失比を
０．４１９に選んだ。領域ｉ，（ｉ＝１，２，３）にお
けるポアソン比σ_ｉは，縦波の速度C_Ｌ，ｉと横波の速
度C_Ｓ，ｉを用いた周知の関係式

【数２】 から算出した。ピンホール音源は広帯域なホワイト信号
を有するものとし，再生で使用する周波数f_iを１ＫＨｚ
から２．９４ＫＨｚの範囲で，不等間隔サンプリングす
ることとし表のように選定した。鉄管は，一般管路用大
口径，高圧耐性のものを選び，内半径４００ｍｍ，肉厚
７ｍｍとした（日本水道協会編，「水道施設耐震法指針
・解説−１９９７年版」,１．耐震設計の基本方針，
１．７ 安全性の照査，３．５送・配水管路及び付属施
設，３．５．２管種，Ｖ水道施設の震害例）。又管埋設
深度は１０ｍとした。

【００３４】（１）受波器アレイ−ピンホール間距離の
短い場合の像再生 受波器アレイ中心から０ｍの距離にピンホールがある
場合 受波器アレイ開口３．０６ｍ（受波器数２０）の場合の
像再生結果を図８に示す。再生像は，地表面を含めた−
６ｍ≦ｙ≦１０ｍ，−８ｍ≦ｚ≦８ｍの範囲について示
した。再生像表示に際し，像の強度を１２階調に分け，
強度０を白とし，白から黒へと濃さを変えた濃淡画像で
表示した。画素一つの分解能は２０ｃｍである。正確な
再生像が得られるならば，ＹＺ座標原点のピンホール位
置で一番濃い像が得られる。像再生結果から，ピンホー
ルの再生位置は，距離方向（Ｚ軸方向とする）に２０ｃ
ｍのずれ，方位方向（Ｙ軸方向とする）に２０ｃｍのず
れとなり，ほぼ正確な位置にピンホールが同定されてい
る。

【００３５】受波器アレイ中心から５ｍの距離にピン
ホールがある場合 受波器アレイ開口３．０６ｍ（受波器数２０）の場合の
像再生結果を図９に示す。像再生結果からほぼ良好なピ
ンホール位置が同定されている。

【００３６】（２）受波器アレイ−ピンホール間距離の
長い場合の像再生 受波器アレイ中心から５０ｍの距離にピンホールが
ある場合 受波器アレイ開口３．０６ｍ（受波器数２０）の場合の
像再生結果を図１０に示す。像再生結果から，方位方向
についてブロードな再生像となっていることが判る。こ
れは受波器アレイメインビーム指向幅が広いためであ
る。（方位方向については，受波器アレイメインビーム
角度と受波器アレイピンホール間距離の積で決まる方位
内で分解能の得られないことが知られている。）又地表
面からの反射波による弱いノイズ像が斑模様となって現
れている。しかし，ピンホールが管内に位置することに
着目すれば距離が同定できるのでピンホール位置が判
る。

【００３７】 受波器アレイ中心から５００ｍの距離
にピンホールがある場合 受波器アレイ開口７．６５ｍ（受波器数５０）の場合の
像再生結果を図１１に示す。像再生結果では，ピンホー
ルの位置するＺ＝０ｍの帯状の線が強調され，前後に一
つづつ弱い帯状の干渉像が現れている。しかし，これら
の帯状の干渉像とピンホールの位置する帯状の像の強度
の差は大きく，ピンホールの存在する距離は判別可能で
ある。

【００３８】

【発明の効果】１）本高分子モールド材は接合管壁に曲
面に沿って曲げて実装できるので，流体面と管壁間に起
伏が生じない。したがって流体に対し抵抗が生じない。
又有機圧電材受波器面は面積を持っているので，管壁に
発生する時間相関の無いフローノイズが表面で平均され
る。一方，欠陥部から発生した流体音は，インコヒーレ
ントな音波でありキャンセルされず受波される。したが
って，ノイズに強い。 ２）受波器アレイは，埋設管と埋設管の間を繋ぐ接合管
の中に実装されるので，埋設管と独立したユニットとし
て使用できる。したがって交換が可能である。 ３）ビームフォーミング手段をそのまま利用した高分解
能化手法（R.A.Wagstaffand J.I.Berrou,'A fast and s
imple nonlinear technique for highresolution beamf
orming analysis,' Jounal of Acoustical Society ofA
merica,[75],4,p1133-1141,(1984)）を適用すると，受
波器アレイの素子数を減らして，つまり受波器アレイ開
口を小さくして，高分解能な再生像を得ることができ
る。 ４）有機圧電材受波器は，軽いので実装した接合管の重
量が増えない。 ５）有機圧電材受波器は,薄肉の板状なのでモールドし
た状態で，接合管壁に薄く埋め込ませることが可能であ
る。 ６）本提案における信号処理装置においては，前置増幅
器，Ａ／Ｄ変換器，帯域フィルタ，時系列データサンプ
ラ，フーリエ変換器，ビームフォーミング手段は全て，
ＬＳＩチップなどにインストールすることができ，すな
わち基板に小さく収められるので，接合管部に取り付け
ることができる，つまりコンパクトにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の像再生処理の原理を示すブロック図で
ある。

【図２】ビームフォーミング手段を説明するブロック図
である。

【図３】フォーカシング手段を説明するブロック図であ
る。

【図４】像再生手段を説明するブロック図である。

【図５】本発明の探査接合管内に実装した受波器アレイ
を示す説明図である。

【図６】高分子モールド材で被覆された受波器アレイの
一部を示す拡大図である。

【図７】本発明の実施例で使用した高水圧管と受波器ア
レイを示す説明図である。

【図８】本発明実施例において受波器アレイとピンホー
ル間の距離Ｚ＝０ｍの場合の再生像を示す測定図であ
る。

【図９】本発明実施例において受波器アレイとピンホー
ル間の距離Ｚ＝５ｍの場合の再生像を示す測定図であ
る。

【図１０】本発明実施例において受波器アレイとピンホ
ール間の距離Ｚ＝５０ｍの場合の再生像を示す測定図で
ある。

【図１１】本発明実施例において受波器アレイとピンホ
ール間の距離Ｚ＝５００ｍの場合の再生像を示す測定図
である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面の管軸方向に複数個の音波受波器を固
   定し、該受波器を高分子モールド材で被覆して内径面を
   該高分子モールド材で形成したことを特徴とする欠陥部
   探査接合管。
2. 【請求項２】音波受波器からの電気信号を処理する信号
   処理装置をＬＳＩチップ化して管体に一体固定した請求
   項１記載の欠陥部探査接合管。
3. 【請求項３】内径を高分子モールド材を用いて接続しよ
   うとする流体輸送管の内径と等しくした請求項１又は２
   記載の欠陥部探査接合管を、該流体輸送管同士の連結箇
   所間に介在させて接合したことを特徴とする流体輸送管
   の欠陥部探査装置。
4. 【請求項４】流体輸送管の内面の管軸方向に複数個の音
   波受波器を設置し、これら音波受波器により該流体輸送
   管の欠陥箇所から発生する流体音を受波してこれらの電
   気信号を処理することにより、該欠陥箇所の位置を求め
   ることを特徴とする流体輸送管の欠陥部探査方法。