JP2001108563A

JP2001108563A - 異常箇所検出装置

Info

Publication number: JP2001108563A
Application number: JP28412399A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Kameyama; 俊平亀山; Tomonori Kimura; 友則木村; Shuzo Wadaka; 修三和高
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-05
Also published as: JP3639160B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導管からの雑音中に含まれる漏洩音を短い検
査時間で検出する異常箇所検出装置を提供する。【解決手段】被検査管に発生する漏洩音を受信する３
つの超音波センサを備えると共に、これらセンサからの
受信信号を処理する信号処理部に、ｆを受信信号の周波
数、３つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサ
の受信信号から求めたコヒーレンシィをγ（ｆ）、積分
区間の下限値と上限値をｆ_s’とｆ_e’とし、予め決めら
れた周波数帯域幅をＷとして、コヒーレンシィの絶対値
の積分値が最大になるときの積分区間の上限値ｆ_s’と
下限値ｆ_e’を上限周波数ｆ_sと下限周波数ｆ_eとし、上
限周波数ｆ_sと下限周波数ｆ_eとの間の周波数範囲では
１、その他は０となる周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバンド
パスフィルタを含む前処理部と、前処理された信号から
相互相関関数を演算する相関処理部とを備えた。

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、水、油、あるい
はその他の液体またはガス等の気体を通す被検査管例え
ば導管の異常箇所を検出する異常箇所検出装置に関する
もので、特に、導管の複数箇所において異常箇所からの
漏洩音を受信し、受信信号の相互相関関数の計算に基づ
いて異常箇所の位置を検出する方式を採用した異常箇所
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の異常箇所検出装置として
は、例えば特開平５−８７６６９号公報に開示されてい
るように、２つのセンサで受信した受信信号に前処理を
施す異常箇所検出装置が知られている。図１２は上述し
た異常箇所検出装置を示す構成図である。図１２におい
て、１は導管、２は異常箇所、３ａおよび３ｂは超音波
センサ、４は音圧測定器、５は相関器である。

【０００３】上述した異常箇所検出装置においては、導
管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生
じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音
とともに、上記導管１を伝搬して２つの超音波センサ３
ａおよび３ｂで受信される。受信信号は、雑音を除去す
るため、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタ
によりフィルタリングされる。その後、音圧測定器４を
経て相関器５により相互相関関数が計算され、相互相関
関数がピークをとる時間と、上記漏洩音が導管１を伝搬
する伝搬速度とに基づいて異常箇所２の位置を特定す
る。

【０００４】また、その他の従来の異常箇所検出装置と
して、例えば特開平１１−１４４９２号公報に開示され
ているような、２つのセンサで受信した受信信号に前処
理を施す異常箇所検出装置が知られている。図１３は上
述した異常箇所検出装置を示す構成図である。図１３に
おいて、図１２に示す従来例と同一部分は同一符号を付
してその説明は省略する。

【０００５】図１３に示す異常個所検出装置において
は、導管１に異常箇所２が存在すると、そこに漏洩が生
じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音
とともに上記導管１を伝搬して２つの超音波センサ３ａ
および３ｂで受信され、次のようにして異常箇所が特定
される。

【０００６】まず、２つの超音波センサ３ａおよび３ｂ
で挟まれた導管１上の区間を検査区間とし、検査区間上
のある範囲を検査範囲とする。２つの受信信号は、複数
の異なる周波数帯域を持つバンドパスフィルタによりフ
ィルタリングされ、それぞれのバンドパスフィルタによ
りフィルタリングされた２つの受信信号から、各周波数
帯域毎に相互相関係数を求める。

【０００７】次に、上記各周波数帯域毎の相互相関係数
において、上記検査範囲に相当する遅延時間の範囲の部
分が抽出される。抽出された上記各周波数帯域毎の相互
相関係数において、その値の最大値がある閾値以上にな
る周波数帯域が求められ、この周波数帯域を持つバンド
パスフィルタが選択される。

【０００８】さらに、２つの超音波センサ３ａおよび３
ｂの少なくとも１つについて、上記選択されたバンドパ
スフィルタによりフィルタリングされた受信信号を合成
する。上記検査範囲における漏洩箇所の有無は、上記合
成された受信信号の時間的な連続性、振幅強度および合
成波形を得る過程における周波数帯域の加算数から行
う。以上の処理を、上記検査区間上のすべての検査範囲
について施すことにより、上記検査区間上における漏洩
箇所２の有無および位置の特定を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来で
は、導管１の２箇所で超音波信号を受信し、２つの受信
信号に前処理し、次に、前処理した信号に対し相関処理
を施すことから、異常箇所２の位置を特定する技術が知
られている。

【００１０】このように、相関処理の前処理にバンドパ
スフィルタを用いることにより、漏洩音および雑音の周
波数スペクトルが既知である場合には、雑音を効率良く
除去することができる。また、導管１を伝搬する超音波
は、周波数により伝播速度が異なる、すなわち速度分散
を持つので、受信信号において全ての周波数帯域を考慮
するには、速度分散の影響を考慮する必要があるが、バ
ンドパスフィルタを用いてある限られた周波数帯域のみ
を考慮することから、速度分散の影響を抑制することが
できる。

【００１１】しかしながら、漏洩音の周波数帯域は、異
常箇所の大きさや形状および導管１中を流れる媒質にか
かる圧力により変化するので、予め漏洩音の周波数帯域
を正確に予測することはできない。したがって、特開平
５−８７６６９号公報に開示された異常箇所検出装置の
ように、相関処理の前処理として、予めその帯域が定め
られたバンドパスフィルタでフィルタリングしても、予
め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であると
は限らない。また、予め定めた周波数帯域が漏洩音の持
つ周波数帯域であったとしても、雑音も上記周波数帯域
を持つ場合もある。

【００１２】以上のことから、予めその帯域が定められ
たバンドパスフィルタのみでは、雑音を除去するには不
十分である。したがって、上記バンドパスフィルタによ
り抽出した信号に対して相関処理を行うことから、異常
箇所の位置の特定を行っても、その特定精度には問題が
ある。

【００１３】また、特開平１１−１４４９２号公報に開
示された異常箇所検出装置においては、複数の異なる周
波数帯域を持つバンドパスフィルタを用いて受信信号を
フィルタリングし、各周波数帯域毎に相互相関係数を逐
次計算し、各相互相関係数の最大値の大きさから採用す
るバンドパスフィルタの周波数帯域を選択している。ま
た、上記選択されたバンドパスフィルタによりフィルタ
リングされた受信信号を合成し、上記合成された受信信
号の時間的な連続性、振幅強度および合成波形を得る過
程における周波数帯域の加算数から、漏洩箇所の有無を
特定している。

【００１４】なお、導管１からの漏洩音は、移動するこ
とのない一定位置の発信源からの信号であるという特徴
を持つ。このような信号が支配的な周波数帯域において
は、相互相関係数の最大値は大きいと考えられる。つま
り、上述のようにバンドパスフィルタを選択することに
よって、一定位置の発信源からの信号が支配的な周波数
帯域を持つバンドパスフィルタを選択することができ
る。つまり、漏洩音の周波数帯域が未知であっても、漏
洩音が支配的な周波数帯域を持つバンドパスフィルタを
選択することができる。

【００１５】また、導管からの漏洩音は、時間的に連続
的な信号であるという特徴も併せ持つ。したがって、上
記合成された受信信号の時間的な連続性から、合成され
た信号が漏洩音であるかどうかを特定できる。

【００１６】以上のことから、特開平１１−１４４９２
号公報に開示された異常箇所検出装置においては、一定
位置の発信源からの時間的に連続的な信号である漏洩音
を、受信信号から効率良く抽出し、漏洩箇所の有無およ
び位置の特定精度を上げることを意図したものである。

【００１７】しかしながら、特開平１１−１４４９２号
公報に開示された異常箇所検出装置においては、複数の
異なる周波数帯域を持つバンドパスフィルタを用いて受
信信号をフィルタリングし、各周波数帯域毎に相互相関
係数を逐次計算するために、膨大な計算時間を要する。
計算時間が膨大になるということは、例えば、水道管の
漏水検査等において、検査時間が膨大になるということ
を意味する。

【００１８】このように、従来の異常箇所検出装置にお
ける相関処理の前処理の方法は、異常箇所からの漏洩音
の特徴を考慮したものでないか、もしくは、膨大な計算
時間のかかるものであった。したがって、例えば水道管
の漏水検査等の異常箇所の検出において、実用に値する
ものではなかった。

【００１９】この発明は上述した点に鑑みてなされたも
ので、異常箇所からの漏洩音の特徴と、導管の異常箇所
の検査の際にしばしば問題となるような雑音の特徴とを
考慮した前処理を施し、その後に相関処理を行い、導管
における異常箇所の存在の有無と異常箇所の位置の特定
の確度や精度を向上すると共に、短い検査時間での異常
箇所の検出を可能とする異常箇所検出装置を提供するも
のである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る異常箇所
検出装置は、被検査管に異常箇所が存在することにより
発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサを
備えると共に、これらの超音波センサによる漏洩音の受
信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信
号処理部に、ｆを受信信号の周波数、上記３つの超音波
センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信
号から求めたコヒーレンシィをγ（ｆ）、積分区間の下
限値をｆ_s’、積分区間の上限値をｆ_e’とし、予め決め
られた周波数帯域幅をＷとして、

【００２１】

【数５】

【００２２】の値が最大になるときの積分区間の下限値
ｆ_s’と上限値ｆ_e’を下限周波数ｆ_sと上限周波数ｆ_eと
し、

【００２３】

【数６】

【００２４】で表わされる周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバ
ンドパスフィルタを含む前処理部と、上記前処理部によ
り前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処
理部とを備えたことを特徴とするものである。

【００２５】また、上記信号処理部は、上記相関処理部
により演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに
予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相
関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたこ
とを特徴とするものである。

【００２６】また、上記後処理部は、上記平均化された
相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある
閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを
特徴とするものである。

【００２７】また、上記後処理部は、３つの超音波セン
サの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号に
ついての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピー
クになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの
超音波センサの片方のセンサと上記２つの超音波センサ
以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上
記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時
間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常
箇所の位置を特定することを特徴とするものである。

【００２８】また、上記後処理部は、異常箇所が存在す
る場合としない場合の予備実験から得られる統計データ
に基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピ
ーク値に関する閾値を決定することを特徴とするもので
ある。

【００２９】また、他の発明に係る異常箇所検出装置
は、被検査管に異常箇所が存在することにより発生する
漏洩音を受信するための２つの超音波センサを備えると
共に、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそ
れぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部
に、ｆを受信信号の周波数、上記２つのセンサで受信し
た受信信号から求めたコヒーレンシィをγ（ｆ）、積分
区間の下限値をｆ_s’、積分区間の上限値をｆ_e’とし、
予め決められた周波数帯域幅をＷとして、

【００３０】

【数７】

【００３１】の値が最大になるときの積分区間の下限値
ｆ_s’と上限値ｆ_e’を下限周波数ｆ_sと上限周波数ｆ_eと
し、

【００３２】

【数８】

【００３３】で表わされる周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバ
ンドパスフィルタを含む前処理部と、上記前処理部によ
り前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処
理部とを備えたことを特徴とするものである。

【００３４】また、上記信号処理部は、上記相関処理部
において演算された相互相関関数の包絡線を求め、さら
に予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互
相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えた
ことを特徴とするものである。

【００３５】また、上記後処理部は、上記平均化された
相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある
閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを
特徴とするものである。

【００３６】また、上記後処理部は、２つの超音波セン
サで受信した受信信号についての上記平均化された相互
相関関数の包絡線がピークになる時間と、被検査管を漏
洩音が伝搬するときの伝播速度と、上記２つの超音波セ
ンサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定すること
を特徴とするものである。

【００３７】さらに、上記後処理部は、異常箇所が存在
する場合としない場合の予備実験から得られる統計デー
タに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線の
ピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするもの
である。

【００３８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る異常箇所検出装置について図１ないし図１
１を参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の形
態１に係る異常箇所検出装置を示す構成図である。図１
において、１は水、油、あるいはその他の液体またはガ
ス等気体を通す被検査管としての導管、２は上記導管１
の異常箇所、６は地中である。

【００３９】また、図１に示す異常箇所検出装置は、異
常箇所２が存在することにより発生する漏洩音を受信す
るための超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃと、受信装
置７とを備えている。

【００４０】図１においては、上記導管１が上記地中６
に埋もれている場合について示しているが、上記導管１
は、そのすべての部分もしくはその一部分が上記地中６
より上に存在していても構わない。また、図１におい
て、上記異常箇所２は１箇所である場合について述べて
いるが、上記異常箇所２は１箇所でなくても、複数箇所
でも構わない。

【００４１】また、図１において、Ｌ１は超音波センサ
３ａと超音波センサ３ｂの間の導管１に沿った距離、Ｌ
２は超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間の導管１
に沿った距離であり、ｘは超音波センサ３ａから異常箇
所２までの導管１に沿った距離である。

【００４２】なお、図１において、導管１の中の水、
油、あるいはその他の液体またはガス等の気体は、流れ
ていても、流れていなくても構わない。また、流れてい
る場合には、流れの方向はどちら向きでも構わない。

【００４３】超音波は、人間の耳に聞こえない程度に高
い周波数の音波や弾性波を指す言葉として使われるが、
この発明では、周波数は特に規定しないものとする。す
なわち、この発明における「超音波」という文言には、
人間の耳で聞こえる周波数の上限の限界よりも高い周波
数の音波や弾性波に限らず、この上限よりも低い周波数
の音波や弾性波も含めた波という意味を含んでおり、無
論、人間の耳で聞こえる周波数の下限の限界よりも低い
周波数の音波や弾性波という意味も含む。

【００４４】また、図１においては、超音波センサ３
ａ、３ｂおよび３ｃが導管１に当てて置かれている場合
を示しているが、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３
ｃは、上記導管１の３箇所において漏洩音を受信するこ
とが目的であり、この目的が達成できるならば、上記超
音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１に直接
接触していなくても構わない。また、この目的が達成で
きるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃ
は、上記導管１の内部に配置されても構わない。

【００４５】ここで、異常箇所２と、超音波センサ３
ａ、３ｂおよび３ｃとの位置関係について説明する。３
つの超音波センサの内、２つの超音波センサ、例えば、
図１における超音波センサ３ｂと３ｃとの間は、地表上
に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視に
より判断できる領域等、異常箇所２がないことが既知で
ある領域である。異常箇所２は、３つの超音波センサの
内、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサ、例え
ば図１における超音波センサ３ａと、上記２つの超音波
センサの内、上記２つの超音波センサ以外の超音波セン
サに近い方の超音波センサ、例えば図１における超音波
センサ３ｂとの間に位置している。

【００４６】図１において、受信装置７は、受信部７１
と、信号処理部７２と、報知手段としての表示部７３
と、制御部７４とを含む。超音波センサ３ａ、３ｂおよ
び３ｃは、各受信部７１にそれぞれ接続され、各受信部
７１は信号処理部７２に接続され、信号処理部７２は表
示部７３に接続されている。

【００４７】制御部７４は、各受信部７１、信号処理部
７２および表示部７３に接続されており、検査を行うた
めの情報やコマンドが入力され、また、受信部７１、信
号処理部７２および表示部７３に対し、これらの動作を
制御するための制御信号や、検査の進行状況の情報に関
する信号を逐次送受信して、これらの機能を司る。

【００４８】また、受信部７１は、図示はしないが、受
信信号を増幅するためのアンプと、Ａ／Ｄ変換部とを含
む。信号処理部７２は、受信信号をフィルタリングする
ための前処理部７２ａと、超音波センサ３ａ、３ｂおよ
び３ｃで受信した３つの受信信号の内の２つの信号の相
互相関関数を計算するための相関処理部７２ｂと、相互
相関関数に包絡線検波等の処理を行うための後処理部７
２ｃとを含む。前処理部７２ａは、相関処理部７２ｂに
接続されており、相関処理部７２ｂは、後処理部７２ｃ
に接続されている。また、上記信号処理部７２は、図示
はしていないが、内部にメモリを有する。そのメモリに
演算処理された種々の結果が適宜記憶される。

【００４９】また、信号処理部７２における前処理部７
２ａは、下限周波数をｆ_sとし、上限周波数をｆ_eとし
て、式（１）で表わされる周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバ
ンドパスフィルタを含んでいる。

【００５０】

【数９】

【００５１】なお、後述するが、漏洩音が導管１を伝搬
するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３
ａ、３ｂおよび３ｃの３つの内、２つの超音波センサの
間が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないこ
とが目視により判断できる領域等、異常箇所２がないこ
とが既知である領域内にある２つの超音波センサの内の
一つ、例えば図１における超音波センサ３ｃを取り除い
ても、異常箇所２の有無、異常箇所２の位置の特定を行
うことができる。このような場合であれば、超音波セン
サ３ａ、３ｂおよび３ｃの内の一つを取り除くことによ
り、検査を容易にし、検査システムを廉価にできるとい
う効果がある。

【００５２】ここで、漏洩音の特徴および雑音の特徴に
ついて説明する。漏洩音には、一定位置の発信源からの
時間的に連続な信号であるという特徴がある。一方、例
えば水道管の漏水検査において、しばしば受信される自
動車の走行音、一時的な水道使用音等の雑音は、移動す
る発信源からの信号であるか、もしくは、時間的に不連
続的な信号であるかの、少なくともどちらかの特徴を持
つ。

【００５３】次に、図１に示した異常箇所検出装置の動
作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
まず、制御部７４に、超音波センサ３ａと超音波センサ
３ｂの離間距離、超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃ
の離間距離、１回の受信で取り込むデータの時間長さ、
１回の受信で取り込んだデータを時間軸上で分割する分
割数Ｎ、後述する異常箇所２の位置の特定精度を安定さ
せるための、データ取り込みの繰り返し回数Ｍ、上記バ
ンドパスフィルタの帯域幅Ｗおよび漏洩の有無を判断す
るための予め決められた閾値が入力される（ステップＳ
１）。

【００５４】また、上記１回の受信で取り込むデータの
時間長さおよび上記データ取込みの繰り返し回数Ｍは、
許容される検査の安定性および検査にかかる許容時間に
より設定され、上記１回の受信で取り込むデータの長さ
を大きくし、上記データ取り込みの繰り返し回数Ｍを多
くすることにより、検査の安定性を増加させることがで
きる。また、許容される検査時間が短ければ、上記取り
込むデータの長さを小さくし、上記データ取り込みの繰
り返し回数Ｍを少なくすればよい。

【００５５】また、制御部７４においては、検査を行っ
た日付け、検査を行った時間、超音波センサ３ａ、３ｂ
および３ｃの種類やシリアルナンバー、検査を行った導
管１の地図上の位置等の情報の内、すべての情報あるい
は上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を入
力できるようにし、入力した情報を表示部７３に表示で
きるようにする。また、上記入力した情報を、記録、保
管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常
箇所２の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ
作用効果を奏する。さらに、ある一定期間後の定期検査
の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。ま
た、ある一定期間を過ぎて、再度の検査を行う際に、検
査データの再現性の確認や、経時変化の調査に役立てる
こともできる。

【００５６】次に、検査者により、検査開始のタイミン
グが入力される。上記タイミングの入力は、スイッチの
オン・オフにより行われても良いし、例えば検査者の音
声や検査者が手を叩いた音をマイクで拾うことにより行
われても良い。また、制御部７４に、タイマを備えるこ
とにより、上記タイミングが入力されてからある時間が
経過した時点で検査が開始されるようにしてもよい。

【００５７】図１において、導管１に異常箇所２が存在
すると、上記異常箇所２から漏洩が生じ、それに伴って
漏洩音が発生する。発生した漏洩音は、導管１を伝搬し
て超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで雑音とともに受
信される。

【００５８】次に、制御部７４から、超音波センサ３
ａ、３ｂおよび３ｃでの受信を開始するための信号を受
信部７１に送信し、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃ
で受信した受信信号を受信部７１に取り込む（ステップ
Ｓ２）。受信部７１において、受信信号は、増幅された
後にＡ／Ｄ変換され、信号処理部７２に含まれる前処理
部７２ａに送られる。

【００５９】前処理部７２ａにおいて、３つの受信信号
は、時間軸上で予め決められた個数であるＮ個に各々分
割される。分割されたＮ個のデータそれぞれがフーリエ
変換され、Ｎ個のデータそれぞれについての周波数スペ
クトルが計算される。

【００６０】超音波センサ３ａで受信した信号に関し
て、１回の受信で取り込むデータの時間長さをＴとし、
上記Ｎ個に分割されたデータの第ｎ番目のデータにおい
て、ある周波数ｆの成分における上記周波数スペクトル
の絶対値をＡ_n、その位相をφ_a _n、共役複素数を表わす
記号を＊として、式（２）で表わされるパワースペクト
ルＣ_aa（ｆ）が計算される。

【００６１】

【数１０】

【００６２】また、超音波センサ３ｂで受信した信号に
関して、上記Ｎ個に分割されたデータの第ｎ番目のデー
タにおいて、ある周波数ｆの成分における上記周波数ス
ペクトルの絶対値をＢ_n、その位相をφ_bnとして、式
（３）で表わされるパワースペクトルＣ_bb（ｆ）が計算
される。

【００６３】

【数１１】

【００６４】また、超音波センサ３ｃで受信した信号に
関して、上記Ｎ個に分割されたデータの第ｎ番目のデー
タにおいて、ある周波数ｆの成分における上記周波数ス
ペクトルの絶対値をＣ_n、その位相をφ_cnとして、式
（４）で表わされるパワースペクトルＣ_cc（ｆ）が計算
される（ステップＳ３）。

【００６５】

【数１２】

【００６６】次に、２つの超音波センサ間の領域が地表
上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視
により判断できる領域等、異常箇所２がないことが既知
である領域内にある２つの超音波センサ３ｂ、３ｃの内
の一つと、前記２つの超音波センサとは異なる他の一つ
の超音波センサ３ａとの組み合わせ、例えば図１におけ
る超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂの組み合わせが
選択される。

【００６７】さらに、２つの超音波センサ３ｂ、３ｃ間
の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がな
いことが目視により判断できる領域等、異常箇所２がな
いことが既知である領域内にある２つの超音波センサの
内、上記の超音波センサの組み合わせにおいて選択され
なかった超音波センサ３ｃと、２つの超音波センサの間
の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がな
いことが目視により判断できる領域等、異常箇所２がな
いことが既知である領域内にある２つの超音波センサの
他の一つの組み合わせ、例えば図１における超音波セン
サ３ａと超音波センサ３ｃの組み合わせが選択される
（ステップＳ４）。

【００６８】ここで、上記２つの超音波センサの組み合
わせ、超音波センサ３ａと３ｂの組み合わせと、超音波
センサ３ａと３ｃの組み合わせの内、超音波センサ３ａ
と３ｂの組み合わせについての信号処理方法について説
明する。２つの超音波センサ３ａおよび３ｂで受信した
受信信号のクロススペクトルＣ _ab（ｆ）が式（５）で計
算され（ステップＳ５）、クロススペクトルＣ_ab（ｆ）
は、式（１）に示す周波数特性を有するバンドパスフィ
ルタによってフィルタリングされる。

【００６９】

【数１３】

【００７０】ここで、バンドパスフィルタの下限周波数
ｆ_sおよび上限周波数ｆ_eの決定方法について述べる。ま
ず、式（２）で表されるパワースペクトルＣ_aa（ｆ）、
式（３）で表されるパワースペクトルＣ_bb（ｆ）、式
（５）で表されるクロススペクトルＣ_ab（ｆ）から、式
（６）に示すコヒーレンシィγ（ｆ）が計算される（ス
テップＳ６）。

【００７１】

【数１４】

【００７２】ここで、コヒーレンシィγ（ｆ）の性質に
ついて以下に説明する。式（６）で表わされるコヒーレ
ンシィγ（ｆ）は、式（６）に式（２）、式（３）およ
び式（５）を代入することから分かるように、式（７）
の条件が成立すると、その絶対値が１となる値であり、
式（７）の条件が成立しなければ、その絶対値が１以下
となる関数である。なお、Ａとφ_aは超音波センサ３ａ
で受信される受信信号の周波数スペクトルの振幅と位相
を示し、同様に、Ｂとφ_bは超音波センサ３ｂで受信さ
れる受信信号の周波数スペクトルの振幅と位相（添字は
時間データ）を示す。

【００７３】

【数１５】

【００７４】式（７）の条件が成立するということは、
上記周波数ｆにおいて、２つの超音波センサ３ａおよび
３ｂで受信される受信信号の周波数スペクトルの振幅比
と位相差とが時間軸上で分割されたＮ個のデータ間で一
定であるということを意味している。これは、上記周波
数ｆの成分は、一定位置の発信源からの時間的に連続的
な信号であるということを意味する。つまり、この周波
数ｆの信号においては、漏洩音が含まれているというこ
とを意味する。

【００７５】また、式（７）の条件が成立しないという
ことは、上記周波数ｆにおいて、２つの超音波センサ３
ａおよび３ｂで受信される受信信号の周波数スペクトル
の振幅比と位相差とが時間軸上で分割されたＮ個のデー
タ間で一定でないということを意味している。つまり、
この周波数ｆの信号は、移動する発信源からの信号であ
るか、時間的に不連続的な信号であるかの、少なくとも
どちらかの性質を持つ信号であるということを意味す
る。さらに、上記周波数ｆの成分には、漏洩音の他に、
自動車の走行音、水道使用音や管内流水音等の雑音も含
まれているということを意味する。

【００７６】また、ある周波数ｆにおいて、漏洩音のよ
うな、一定位置の発信源からの時間的に連続的な信号が
支配的であれば、式（７）は近似的には成立し、コヒー
レンシィγ（ｆ）の絶対値は近似的に１となるが、自動
車の走行音、水道使用音や管内流水音といった雑音等の
移動する発信源からの信号であるか、時間的に不連続的
な信号であるかの少なくともどちらかの性質を持つ信号
が支配的になるにつれ、式（７）は近似的にも成立しな
くなり、コヒーレンシィγ（ｆ）の絶対値はそれに応じ
て小さい値をとる。

【００７７】以上述べたように、式（６）に示すコヒー
レンシィγ（ｆ）は、上記周波数ｆにおいて、２つの超
音波センサ、ここでは、超音波センサ３ａおよび３ｂで
受信される受信信号の周波数スペクトルの各周波数成分
において、漏洩音のような一定位置の発信源からの時間
的に連続的な信号と、自動車の走行音、水道使用音や管
内流水音といった雑音等の移動する発信源からの信号で
あるか、時間的に不連続的な信号であるかの少なくとも
どちらかの性質を持つ信号とのレベル比を反映した関数
である。

【００７８】次に、コヒーレンシィの絶対値｜γ（ｆ）
｜を、予め決められた周波数帯域幅Ｗを積分区間の幅と
し、積分区間の幅を一定に保ちながら積分区間を変化さ
せ、コヒーレンシィの絶対値の値を式（８）に従って計
算する。

【００７９】

【数１６】

【００８０】そして、式（８）の値が最大となるときの
積分区間の下限値と上限値を、式（１）の周波数特性を
持つバンドパスフィルタの下限周波数ｆ_sと上限周波数
ｆ_eに決定する（ステップＳ７）。

【００８１】上述したように、コヒーレンシィγ（ｆ）
は、上記周波数ｆにおいて、２つの超音波センサ、ここ
では、超音波センサ３ａおよび３ｂで受信される受信信
号の周波数スペクトルの各周波数成分において、漏洩音
のような一定位置の発信源からの時間的に連続的な信号
と、自動車の走行音、水道使用音や管内流水音といった
雑音等の移動する発信源からの信号であるか、時間的に
不連続的な信号であるかの少なくともどちらかの性質を
持つ信号とのレベル比を反映した関数であるので、以上
のようにして、バンドパスフィルタの下限周波数ｆ_sと
上限周波数ｆ_eを決定すれば、バンドパスフィルタの周
波数帯域を、漏洩音と雑音のＳＮ比が最大になるように
決定することができる。

【００８２】以上のように、バンドパスフィルタの周波
数帯域を決定すれば、漏洩音の周波数帯域が未知な場合
であっても、漏洩音と雑音の性質を十分に考慮し、バン
ドパスフィルタの周波数帯域を漏洩音と雑音のＳＮ比が
最大になるように決定することができる。また、有限の
周波数帯域幅Ｗを持つフィルタを用いているので、漏洩
音が導管を伝搬する上での速度分散の影響を抑制するこ
とができる。

【００８３】また、以上述べた相関処理の前処理におい
ては、コヒーレンシィγ（ｆ）の値をもとに簡単な式
（８）を用いてバンドパスフィルタの周波数帯域を決定
しているので、複数の周波数帯域の異なるバンドパスフ
ィルタを予め用意して各周波数帯域毎の相互相関係を逐
次求め、相互相関係数の最大値の大小によりバンドパス
フィルタの周波数帯域を決定するような特開平１１−１
４４９２号公報に示された前処理と比較して、計算時間
を圧倒的に少なくするできる。このため、計算時間を少
なくすることができれば、例えば水道管の漏水検査等に
おける異常箇所の検出に有する時間を少なくすることが
でき、実用上有効であることは言うまでもない。以上、
前処理の効果について述べた。

【００８４】次に、クロススペクトルＣ_ab（ｆ）をフィ
ルタリングしてクロススペクトルＣ'（ｆ）を得た（ス
テップＳ８）後、フィルタリングしたクロススペクトル
Ｃ'（ｆ）は相関処理部７２ｂに送られ、逆フーリエ変
換されて、式（９）に示す相互相関関数φ（τ）が計算
される（ステップＳ９）。なお、τは超音波センサ３ａ
での受信時間に対する遅延時間を示す。そして、相関処
理部７２ｂで計算された相互相関関数φ（τ）の計算結
果は、後処理部７２ｃに出力される。

【００８５】

【数１７】

【００８６】次に、後処理部７２ｃの動作について説明
する。後処理部７２ｃにおいて、上記相互相関関数φ
（τ）は包絡線検波される（ステップＳ１０）。上記包
絡線はその都度内蔵するメモリに保存される。それと同
時に、包絡線をメモリに保存した回数をカウントする。
この回数は、制御部７４から受信部７１に対してデータ
を取り込むための制御信号を送信した回数と同じであ
る。もし、包絡線をメモリに保存した回数が、予め決め
られたデータ取り込みの繰り返し回数Ｍより小さい値で
あれば、後処理部７２ｃから制御部７４に、再度データ
の取り込みを行うことを要求する信号を送信する。それ
に従い、制御部７４からは、受信部７１にデータを取り
込むための制御信号を送信する。

【００８７】以上述べた繰り返しを、上記包絡線をメモ
リに保存した回数が、予め決められたデータ取り込みの
繰り返し回数Ｍと等しくなるまで行う。上記包絡線をメ
モリに保存した回数が、予め決められたデータ取り込み
の繰り返し回数Ｍと等しくなったら、この繰り返しを終
了する（ステップＳ１１）。

【００８８】次に、メモリに保存された上記包絡線は平
均化された後、平均化された包絡線のピーク値Ａ_abと、
上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波セ
ンサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τ_abが求められ
る（ステップＳ１２）。

【００８９】以上述べた信号処理は、超音波センサ３ａ
および超音波センサ３ｂの組み合わせに関して行われた
が、超音波センサ３ａおよび３ｂの組み合わせに関して
行われるのと平行して、超音波センサ３ａおよび超音波
センサ３ｃの組み合わせに関しても行われる。

【００９０】これにより、超音波センサ３ａおよび超音
波センサ３ｃの組み合わせに関しても、上記平均化され
た相互相関関数φ（τ）の包絡線のピーク値Ａ_acと、上
記平均化された包絡線がピークになるときの超音波セン
サ３ａでの受信時間に対する遅延時間τ_acが得られる。

【００９１】次に、超音波センサ３ａおよび超音波セン
サ３ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピー
ク値Ａ_abと、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃ
の間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａ
_acの内、いずれか一方、もしくは両方の値が、予め決め
られた異常箇所２の有無を判定するための閾値に比べて
大か小かを判定する。これにより、異常箇所２の有無が
判定される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。

【００９２】異常箇所２の有無を判定するための上記閾
値は、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの間の
平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａ_abに関
する閾値であっても、また、超音波センサ３ａおよび超
音波センサ３ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡
線のピーク値Ａ_acに関する閾値であってもよい。また、
上記閾値は、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂ
の間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａ
_abと、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの間の
平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａ_acとの
積や、和に関する閾値であっても構わない。

【００９３】また、異常箇所２の有無を判定するための
上記閾値は、平均化された相互相関関数の包絡線のピー
ク値に関する閾値でなくても、受信信号のレベルに関す
る閾値であっても良いし、その周波数スペクトルの絶対
値に関する閾値、フィルタリングされたクロススペクト
ルＣ’（ｆ）の絶対値に関する閾値であってもよい。そ
の場合は、前処理部７２の段階で異常箇所２の有無が判
定される。

【００９４】また、異常箇所２の有無に関する判定は、
これら全ての閾値の内、いずれか一つによって判定して
もよいし、２つあるいは３つ以上の情報を組み合わせて
判定してもよい。

【００９５】上記閾値は、予備実験により決められてい
る。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実
質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係
る異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所
検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得
られた統計データから、異常箇所２の有無を判定するた
めの上記閾値データが予め決められている。

【００９６】また、上記閾値は、異常箇所２の有無の判
定だけでなく、異常箇所２の形状やサイズをクラス分け
するためのものであってもよい。この場合、上記予備実
験は、異常箇所２の形状やサイズに関してクラス分けさ
れる各場合について、この実施の形態１に係る異常箇所
検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を
用いて行われる。

【００９７】なお、上記の大小関係に関する情報の内、
より多くの情報を組み合わせて異常箇所の有無の判定を
行えば、より確度の高い判定を行うことができる効果が
得られる。特に、各判定結果について異なる重み付けを
行って重み付け多数決の論理を使って判定すれば、上記
の３つの判定結果がバラバラの判定結果になったとき、
より確度の高い判定結果を得ることができる。重み付け
多数決の判定に使う重みの係数については、上述したも
のと同様の予備実験から決めれば、判定の確度はさらに
高くできる。

【００９８】異常箇所２があると判定された場合、超音
波センサ３ａと３ｂとの間の離間距離と、超音波センサ
３ｂと超音波センサ３ｃとの間の離間距離と、超音波セ
ンサ３ａと３ｂとの間の平均化された相互相関関数の包
絡線がピークになるときの、超音波センサ３ａでの受信
時間に対する遅延時間τ_abと、超音波センサ３ａと３ｃ
との間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークに
なるときの、超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅
延時間τ_acとから、超音波センサ３ａから異常箇所２ま
でのの導管１に沿った距離ｘが式（１０）により特定さ
れる。

【００９９】

【数１８】

【０１００】なお、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝
搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂおよび
３ｃの内、２つの超音波センサの間が地表上に露出して
いて、その間に異常箇所がないことが目視により判断で
きる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域
内にある２つの超音波センサの内の一つ、例えば図１に
おける超音波センサ３ｃを取り除いても、異常箇所２の
有無、異常箇所２の位置の特定を行うことができる。例
えば、超音波センサ３ｃを取り除いた場合、超音波セン
サ３ａから異常箇所２までの距離ｘは、漏洩音が導管１
を伝搬するときの伝搬速度をｖとし、式（１１）で与え
られる。これにより、検査を容易にし、検査システムを
廉価にできるという効果がある。

【０１０１】

【数１９】

【０１０２】このように求められた、異常箇所２の有無
および特定された異常箇所２の位置は、表示部７３に出
力される（ステップＳ１５）。表示部７３では、異常箇
所２の有無および特定された異常箇所２の位置を表示す
る。これらの情報は、単に表示するだけでなく、検査結
果の記録として、記録、保管しておけば、異常箇所の発
生傾向に関するデータベースの構築に役立つだけでな
く、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして
役立つ作用効果を奏する。

【０１０３】また、表示部７３には、上述したように、
異常箇所２の有無に関する情報が入力される。この情報
は２値の情報である。したがって、これを光のオン・オ
フや、表示のほかに警報音のオン・オフなど、検査者の
五感に反応する形式で検査者に報知できるように表示部
以外に他の報知手段を設けて伝えるようにしても良い。
また、検査にかかる許容時間が多い場合には、異常箇所
２の有無や、異常箇所２の位置の特定に関する判断を、
検査者が平均化された包絡線を目で見て判断しても良
い。このような場合には、言うまでもないが、表示部２
において異常箇所２の有無や特定した漏水箇所の表示を
行う機能を取り除いても構わない。これにより、装置が
低廉化できる作用効果が得られることは言うまでもな
い。

【０１０４】また、表示部７３において、平均化された
包絡線、平均化された包絡線のピーク値、平均化された
包絡線がピークになる時間、超音波センサ３ａ、３ｂお
よび３ｃで得られた受信信号波形、上記受信信号の周波
数スペクトル、上記受信信号から求めたコヒーレンシィ
などの内、すべての情報、あるいは上記の情報の内のい
ずれか１つあるいは２つ以上を表示し、これらの情報を
さらに記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばか
りでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの
構築に役立つ。さらに、ある一定期間後の定期検査の際
の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、あ
る一定期間を過ぎて、再度の検査を行う際に、検査デー
タの再現性の確認や、経時変化の調査に役立てることも
できる。

【０１０５】次に、以上述べた異常箇所２の位置の特定
方法に関して、その効果を確認した実験結果を図３から
図１１を用いて示す。図３は、上記実験の実験系を示す
ものであり、８は消火栓、９はレコーダー、１０は計算
機である。また、導管１は、ここでは水道管であり、超
音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間は、導管１が地
上に出ていて異常箇所２が存在しないことが目視により
判断できる領域である。また、超音波センサ３ａと超音
波センサ３ｂの間の導管１に沿った離間距離Ｌ１は１
９．８ｍであり、超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃ
の間の導管１に沿った離間距離Ｌ２は１０ｍである。ま
た、超音波センサ３ａから異常箇所２までの導管１に沿
った離間距離ｘを実測したところ、この値は９ｍであっ
た。

【０１０６】図３において、３つの超音波センサ３ａ、
３ｂおよび３ｃで、異常箇所２からの漏洩音を受信し、
レコーダー９に受信信号を記録した。レコーダー９で受
信した受信信号は、計算機１０に取り込み、計算機上
で、図１に示す前処理部７２ａ、相関処理部７２ｂ、後
処理部７２ｃにおける処理と同じ処理を行い、異常箇所
２の位置を特定した。なお、漏洩音の周波数帯域は未知
であるとし、１回の受信で取り込むデータの時間長さを
１秒とし、１回の受信で取りこんだデータを時間軸上で
分割する分割数Ｎを１２とし、データ取り込みの繰り返
し回数Ｍを１０とし、バンドパスフィルタの帯域幅Ｗは
３ＫＨｚとした。

【０１０７】図４〜図１１は、図３の実験系において、
超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで得られた受信信号
波形、受信信号の周波数スペクトルの絶対値、受信信号
のパワースペクトルの絶対値、上記３つの超音波センサ
の内の２つの超音波センサで受信した受信信号から求め
たクロススペクトルの絶対値、コヒーレンシィの絶対
値、相互相関関数、相互相関関数の包絡線および平均化
された相互相関関数の包絡線を示す図である。

【０１０８】図４〜図１１における受信信号波形、受信
信号の周波数スペクトルの絶対値、受信信号のパワース
ペクトルの絶対値、上記３つの超音波センサの内の２つ
の超音波センサで受信した受信信号から求めたクロスス
ペクトルの絶対値、コヒーレンシィの絶対値、相互相関
関数、相互相関関数の包絡線および平均化された相互相
関関数の包絡線の値は、図を見易くするために、適当な
値を１として規格化し、相対振幅として示されている。

【０１０９】図４は、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３
ｃで１回の受信で受信した受信信号波形である。図４
（ａ）は超音波センサ３ａで受信した受信信号波形であ
り、図４（ｂ）は超音波センサ３ｂで受信した受信信号
波形であり、図４（ｃ）は超音波センサ３ｃで受信した
受信信号波形である。

【０１１０】図５は、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３
ｃで１回の受信で受信した受信信号を時間軸上でＮ個に
分割し、Ｎ個に分割したその１個目のデータに関して求
めた周波数スペクトルの絶対値であり、図５（ａ）は超
音波センサ３ａで１回の受信で受信した受信信号に関す
るものであり、図５（ｂ）は超音波センサ３ｂで１回の
受信で受信した受信信号に関するものであり、図５
（ｃ）は超音波センサ３ｃで１回の受信で受信した受信
信号に関するものである。

【０１１１】図６は、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３
ｃで受信した受信信号の周波数スペクトルと、式（８）
〜式（１０）とを用いて求めたパワースペクトルの絶対
値である。図６（ａ）は、超音波センサ３ａで受信した
受信信号から求めたパワースペクトルの絶対値であり、
図６（ｂ）は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号か
ら求めたパワースペクトルの絶対値であり、図６（ｃ）
は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号から求めたパ
ワースペクトルの絶対値である。

【０１１２】図７は、超音波センサ３ａと超音波３ｂの
組み合わせおよび超音波センサ３ａおよび３ｃの組み合
わせに関するクロススペクトルの絶対値であり、図７
（ａ）は、超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂの組み
合わせから求めたクロススペクトルの絶対値、図７
（ｂ）は、超音波センサ３ａと超音波センサ３ｃの組み
合わせから求めたクロススペクトルの絶対値である。

【０１１３】図８は、超音波センサ３ａと超音波３ｂの
組み合わせおよび超音波センサ３ａおよび３ｃの組み合
わせに関するコヒーレンシィの絶対値｜γ（ｆ）｜であ
り、図８（ａ）は、超音波センサ３ａと超音波センサ３
ｂの組み合わせから求めたコヒーレンシィの絶対値、図
８（ｂ）は、超音波センサ３ａと超音波センサ３ｃの組
み合わせから求めたコヒーレンシィの絶対値である。な
お、図８のコヒーレンシィをもとに式（８）を用いて求
めたバンドパスフィルタの下限周波数ｆ_sと上限周波数
ｆ_eは、超音波センサ３ａと３ｂとの組み合わせについ
ては、下限周波数ｆ_sが２．３ＫＨｚで、上限周波数ｆ_e
が５．３ＫＨｚとなり、超音波センサ３ａと３ｃの組み
合わせに関しても、下限周波数ｆ_sが２．３ＫＨｚで、
上限周波数ｆ_eが５．３ＫＨｚとなった。

【０１１４】図８と式（８）を用いて求めた下限周波数
ｆ_sと上限周波数ｆ_eのバンドパスフィルタを用いてクロ
ススペクトルをフィルタリングし、フィルタリングされ
たクロススペクトルを逆フーリエ変換して求めた相互相
関関数を図９に示す。図９（ａ）は超音波センサ３ａと
超音波センサ３ｂの組み合わせに関するもの、図９
（ｂ）は超音波センサ３ａと超音波センサ３ｃの組み合
わせに関するものである。

【０１１５】図９の相互相関関数を包絡線検波して求め
た包絡線を図１０に示す。図１０（ａ）は超音波センサ
３ａと超音波センサ３ｂの組み合わせに関するもの、図
１０（ｂ）は超音波センサ３ａと超音波センサ３ｃの組
み合わせに関するものである。

【０１１６】図１０（ａ）において、包絡線がピークに
なるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延
時間τ_abは０．７５ｍｓ、図１０（ｂ）において、包絡
線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間
に対する遅延時間τ_acは６．２９ｍｓである。これらの
遅延時間から、図３における異常箇所２の位置を式（１
６）により特定すると、異常箇所２の超音波センサ３ａ
からの導管１に沿った距離ｘは９．２０ｍとなった。し
たがって、誤差０．２０ｍで異常箇所２の検出を行うこ
とができた。

【０１１７】図１０の包絡線を求める過程を予め決めら
れたデータ取り込みの繰り返し回数Ｍだけ繰り返し、そ
れらを平均化して求めた平均化された包絡線を図１１に
示す。図１１（ａ）は超音波センサ３ａと超音波センサ
３ｂの組み合わせに関するもの、図１１（ｂ）は超音波
センサ３ａと超音波センサ３ｃの組み合わせに関するも
のである。

【０１１８】図１１（ａ）において、平均化された包絡
線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間
に対する遅延時間τ_abは０．７９ｍｓ、図１１（ｂ）に
おいて、平均化された包絡線がピークになるときの超音
波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τ_acは６．
２１ｍｓである。これらの遅延時間から、図３における
異常箇所２の位置を式（１６）により特定すると、異常
箇所２の超音波センサ３ａからの導管１に沿った距離ｘ
は９．１７ｍとなった。したがって、誤差０．１７ｍで
異常箇所２の検出を行うことができた。

【０１１９】このように、式（１）の周波数特性を持つ
フィルタを用いてクロススペクトルをフィルタリングす
ることにより、異常箇所２の位置を精度良く特定するこ
とができた。また、予め決められた繰り返し回数Ｍだけ
受信を繰り返し、包絡線を平均化することにより、特定
精度がさらに向上する効果が見られた。

【０１２０】以上の実験結果から、この発明の実施の形
態１における信号処理部７２の前処理部７２ａにおける
信号処理により、導管の異常箇所を精度良く特定できる
ことが実験的にも確認された。さらに、後処理部７２ｃ
における信号処理により、導管の異常箇所の特定を安定
して行えることが実験的にも確認された。

【０１２１】また、以上述べた実験結果から、この発明
の実施の形態１における信号処理法により、漏洩音の周
波数帯域が未知な場合であっても、異常箇所２の位置を
精度良く特定できることが実験的にも確認された。

【０１２２】この発明の実施の形態１においては、従来
とは異なり、相関処理の前処理に、式（１）の周波数特
性を持つフィルタを持ち合わせているので、漏洩音の周
波数帯域が未知な場合であっても異常箇所２の位置を精
度良く特定することができる。

【０１２３】さらに、相互相関関数の包絡線を、複数回
の繰り返し測定から平均化するという平均化処理をさら
に行うことによって、漏洩音や雑音がランダムで周期性
のない信号であるという問題を克服することができ、異
常箇所２の位置の特定を安定して行うことができる。

【０１２４】以上のように、上記実施の形態によれば、
異常箇所からの漏洩音の特徴と、被検査管の異常箇所の
検査の際にしばしば問題となるような雑音の特徴とを十
分に考慮した前処理を施し、その後に相関処理を行い、
さらに後処理を行うようにすることにより、雑音中に含
まれる被検査管からの漏洩音の周波数帯域が未知であ
り、且つ、導管の異常箇所の検査においてしばしば問題
となるような雑音が存在するような場合であっても漏洩
音を効率良く抽出し、被検査管に存在する異常箇所の存
在の有無と位置を精度良く特定することができる。

【０１２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被検
査管に発生する漏洩音を受信する３つの超音波センサを
備えると共に、これらセンサからの受信信号を処理する
信号処理部に、ｆを受信信号の周波数、３つの超音波セ
ンサの内、ある２つの超音波センサの受信信号から求め
たコヒーレンシィをγ（ｆ）、積分区間の下限値と上限
値をｆ_s’とｆ_e’とし、予め決められた周波数帯域幅を
Ｗとして、コヒーレンシィの絶対値の積分値が最大にな
るときの積分区間の上限値ｆ_s’と下限値ｆ_e’を上限周
波数ｆ_sと下限周波数ｆ_eとし、上限周波数ｆ_sと下限周
波数ｆ_eとの間の周波数範囲では１、その他は０となる
周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバンドパスフィルタを含む前
処理部と、前処理された信号から相互相関関数を演算す
る相関処理部とを備えたので、バンドパスフィルタの周
波数帯域を決定すれば、漏洩音の周波数帯域が未知な場
合であっても、漏洩音と雑音の性質を十分に考慮し、バ
ンドパスフィルタの周波数帯域を漏洩音と雑音のＳＮ比
が最大になるように決定することができ、有限の周波数
帯域幅Ｗを持つフィルタを用いているので、漏洩音が導
管を伝搬する上での速度分散の影響を抑制することがで
きる。また、複数の周波数帯域の異なるバンドパスフィ
ルタを予め用意して各周波数帯域毎の相互相関係を逐次
求め、相互相関係数の最大値の大小によりバンドパスフ
ィルタの周波数帯域を決定するような前処理と比較し
て、計算時間を圧倒的に少なくするできる。このため、
計算時間を少なくすることができ、異常箇所の検出に有
する時間を少なくすることができる。

【０１２６】また、上記信号処理部は、上記相関処理部
により演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに
予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相
関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたの
で、漏洩音を効率良く抽出し、被検査管に存在する異常
箇所の存在の有無と位置を精度良く特定することができ
る。

【０１２７】また、上記後処理部は、上記平均化された
相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある
閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することに
より、被検査管に存在する異常箇所の存在の有無と位置
を精度良く特定することができる。

【０１２８】また、上記後処理部は、３つの超音波セン
サの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号に
ついての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピー
クになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの
超音波センサの片方のセンサと上記２つの超音波センサ
以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上
記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時
間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常
箇所の位置を特定することにより、被検査管に存在する
異常箇所の存在の有無と位置を精度良く特定することが
できる。

【０１２９】また、上記後処理部は、異常箇所が存在す
る場合としない場合の予備実験から得られる統計データ
に基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピ
ーク値に関する閾値を決定することにより、被検査管に
存在する異常箇所の存在の有無と位置を精度良く特定す
ることができる。

【０１３０】さらに、超音波センサとして３つのうち１
つを取り除いて２つの超音波センサだけ用いてもよく、
検査を容易にし、検査システムを廉価にできるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による異常箇所検出
装置の構成を示す模式図である。

【図２】この発明の実施の形態１における信号処理方
法を説明するための説明図である。

【図３】この発明の実施の形態１における信号処理方
法の効果を説明するための説明図である。

【図４】この発明の実施の形態１における信号処理方
法の効果を説明するための説明図である。

【図５】この発明の実施の形態１における信号処理方
法の効果を説明するための説明図である。

【図６】この発明の実施の形態１における信号処理方
法を説明するための説明図である。

【図７】この発明の実施の形態１における信号処理方
法の効果を説明するための説明図である。

【図８】この発明の実施の形態１における信号処理方
法の効果を説明するための説明図である。

【図９】この発明の実施の形態１における信号処理方
法の効果を説明するための説明図である。

【図１０】この発明の実施の形態１における信号処理
方法を説明するための説明図である。

【図１１】この発明の実施の形態１における信号処理
方法の効果を説明するための説明図である。

【図１２】従来例に係る異常箇所検出装置を説明する
ための構成図である。

【図１３】従来例に係る異常箇所検出装置を説明する
ための構成図である。

【符号の説明】

１導管、２漏洩箇所、３ａ超音波センサ、３ｂ
超音波センサ、３ｃ超音波センサ、４音圧測定器、
５相関器、６地中、７受信装置、７１受信部、
７２信号処理部、７２ａ前処理部、７２ｂ相関処理
部、７２ｃ後処理部、７３表示部、７４制御部、
８消火栓、９レコーダー、１０計算機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和高修三東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G067 BB11 DD13 EE03 EE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査管に異常箇所が存在することによ
り発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサ
を備えると共に、これらの超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞ
れ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、ｆを受信信号の周波数、上記３つの超音波センサの内、
ある２つの超音波センサで受信した受信信号から求めた
コヒーレンシィをγ（ｆ）、積分区間の下限値を
ｆ_s’、積分区間の上限値をｆ_e’とし、予め決められた
周波数帯域幅をＷとして、【数１】の値が最大になるときの積分区間の下限値ｆ_s’と上限
値ｆ_e’を下限周波数ｆ_sと上限周波数ｆ_eとし、【数２】で表わされる周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバンドパスフィ
ルタを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数
を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とする異常
箇所検出装置。
【請求項２】上記信号処理部は、上記相関処理部によ
り演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め
決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関
数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを
特徴とする請求項１に記載の異常箇所検出装置。
【請求項３】上記後処理部は、上記平均化された相互
相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値
との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴
とする請求項２に記載の異常箇所検出装置。
【請求項４】上記後処理部は、３つの超音波センサの
内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号につい
ての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークに
なる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの超音
波センサの片方のセンサと上記２つの超音波センサ以外
の超音波センサとで受信した受信信号についての上記平
均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間
と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常箇
所の位置を特定することを特徴とする請求項２または３
に記載の異常箇所検出装置。
【請求項５】上記後処理部は、異常箇所が存在する場
合としない場合の予備実験から得られる統計データに基
づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク
値に関する閾値を決定することを特徴とする請求項２な
いし４のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
【請求項６】被検査管に異常箇所が存在することによ
り発生する漏洩音を受信するための２つの超音波センサ
を備えると共に、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ
受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、ｆを受信信号の周波数、上記２つのセンサで受信した受
信信号から求めたコヒーレンシィをγ（ｆ）、積分区間
の下限値をｆ_s’、積分区間の上限値をｆ_e’とし、予め
決められた周波数帯域幅をＷとして、【数３】の値が最大になるときの積分区間の下限値ｆ_s’と上限
値ｆ_e’を下限周波数ｆ_sと上限周波数ｆ_eとし、【数４】で表わされる周波数特性Ｈ（ｆ）を持つバンドパスフィ
ルタを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数
を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とする異常
箇所検出装置。
【請求項７】上記信号処理部は、上記相関処理部にお
いて演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予
め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関
関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたこと
を特徴とする請求項６に記載の異常箇所検出装置。
【請求項８】上記後処理部は、上記平均化された相互
相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値
との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴
とする請求項７記載の異常箇所検出装置。
【請求項９】上記後処理部は、２つの超音波センサで
受信した受信信号についての上記平均化された相互相関
関数の包絡線がピークになる時間と、被検査管を漏洩音
が伝搬するときの伝播速度と、上記２つの超音波センサ
の各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特
徴とする請求項７または８に記載の異常箇所検出装置。
【請求項１０】上記後処理部は、異常箇所が存在する
場合としない場合の予備実験から得られる統計データに
基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピー
ク値に関する閾値を決定することを特徴とする請求項７
ないし９のいずれかに記載の異常箇所検出装置。