JP2006275890A

JP2006275890A - 音響式配管調査システムおよびそれを用いた配管調査方法

Info

Publication number: JP2006275890A
Application number: JP2005097818A
Authority: JP
Inventors: 義明 ▲真▼壁; Yoshiaki Makabe; Takeshi Araya; 猛荒谷; Eiji Okamura; 栄二岡村
Original assignee: Hitachi Hybrid Network Co Ltd
Current assignee: Hitachi Information Technology Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】音響式配管調査システムにおいて、配管路状態の分析精度を向上することができると共に、その分析処理を簡単なものとすること。
【解決手段】音響式配管調査システム１は、調査対象となる配管１の配管路に音波を入射する発音部２と、入射した音波の反射波を観測するセンサ部３と、センサ部３にて得られた反射波信号を分析する分析部４とを備える。発音部２はタイムストレッチドパルス音波を配管路に入射するものである。分析部４はセンサ部で得られた反射波信号を分析して配管１の状態を調査するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響式配管調査システムおよびそれを用いた配管調査方法に係り、特に配管路に入射した音波の反射波を観測して分析することにより配管路状態を調査する音響式配管調査システムおよびそれを用いた配管調査方法に好適なものである。

一般に、地中や地上あるいは建物内部等にはガスや上下水道用の配管を始めとして、電力ケーブルや各種通信ケーブルを収容するための配管が多数埋設あるいは敷設されている。これら配管は物理・化学的影響により経時的に次第に劣化される傾向にあるものとなっている。したがって、それら配管に対しては、定期的点検あるいは必要に応じて随時の点検により、その内部状態を調査し、必要に応じ随時適当な補修が施される。また、設計通りに配管が敷設されているか否かの確認をするために、内部状態を調査することも行なわれている。これらのような配管路の内部状態を調査するための音響式配管調査システムが検討されている。

従来の音響式配管調査システムは、例えば図５に示すようなモノサイクル正弦波の音波を配管路に入射する発音部と、入射した音波の反射波を観測するセンサ部と、センサ部にて得られた反射波信号を分析する分析部とを備えて構成されている。

かかる従来技術に関連するものとしては、特開昭６１−２０２１５８号公報（特許文献１）及び特開平８−１３４９９号公報（特許文献２）などが挙げられる。

特開昭６１−２０２１５８号公報特開平８−１３４９９号公報

従来技術の音響式配管調査システムでは、配管路への入射信号として図５に示すような音波を利用しているので、その周波数特性は非一様であり、エントロピー（情報量）が小さい。また、配管路へ入射された音波は配管路伝播中に減衰し易く、保有する情報量が低下し、入射した音波の反射波に基づいて配管路状態を分析できる精度が著しく低下してしまうため、分析処理が極めて煩雑となるという問題点を有していた。また、従来技術の音響式配管調査システムは、音のエネルギーが小さいものであるため、配管路に騒音源及び振動源などを有する耐環境性が悪い場所で用いた場合に、明瞭な応答波形が得られず、分析精度が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、配管路状態の分析精度を向上することができると共に、その分析処理を簡単なものとすることができる音響式配管調査システムおよびそれを用いた配管調査方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、調査対象となる配管路に音波を入射する発音部と、入射した音波の反射波を観測するセンサ部と、センサ部にて得られた反射波信号を分析する分析部とを備える音響式配管調査システムにおいて、前記発音部はタイムストレッチドパルス音波を前記配管路に入射するものであり、前記分析部は前記センサ部で得られた反射波信号を分析して配管路状態を調査する構成としたものである。

係る本発明のより好ましい具体例は次の通りである。
（１）前記発音部はスピーカー構成されて前記配管の一端開口部に取り付けられたものであり、前記センサ部はマイクで構成されて前記スピーカーに近接して取り付けられたものであること。
（２）前記分析部は反射波信号を離散化するＡ／Ｄ変換部と、フーリエ変換、逆フーリエ変換および重畳演算を行なう演算部と、分析結果を表示する表示部とを備えるものであること。
（３）前記演算部は、前記センサ部で得られた反射波信号をＡ／Ｄ変換した後にフーリエ変換し、このフーリエ変換した信号とフーリエ変換された反転タイムストレッチドパルスとを積算し、この積算された値を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する機能を備えるものであること。
（４）前記（３）において、前記演算部は、算出されたインパルス応答のスパイク状波形の発生時間を測定し、これに基づいて反射点位置を算出するものであること。

また、前記目的を達成するために、本発明の音響式配管調査システムを用いた配管調査方法は、調査対象となる配管路の開口部に設けられた発音部より配管路にタイムストレッチドパルス音波を入射し、入射したタイムストレッチドパルス音波の反射波を前記発音部に近接して設けられたセンサ部で観測し、前記センサ部で観測して得られた反射波信号を分析部により分析して配管路状態を調査することである。

係る本発明のより好ましい具体例は次の通りである。
（１）前記センサ部で観測して得られた反射波信号を反射波信号をＡ／Ｄ変換した後にフーリエ変換し、このフーリエ変換した信号とフーリエ変換された反転タイムストレッチドパルスとを積算し、この積算された値を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出すること。
（２）前記（２）において、前記センサ部で観測して得られた反射波信号を反射波信号をＡ／Ｄ変換した後にフーリエ変換し、このフーリエ変換した信号とフーリエ変換された反転タイムストレッチドパルスとを積算し、この積算された値を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出すること。

本発明によれば、配管路状態の分析精度を向上することができると共に、その分析処理を簡単なものとすることができる音響式配管調査システムおよびそれを用いた配管調査方法を得ることができる。

以下、本発明の一実施例の音響式配管調査システムを、図を用いて説明する。

まず、本実施例の音響式配管調査システムの全体構成に関して図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例の音響式配管調査システムの構成図、図２は図１の発音部から出力されるタイムストレッチドパルス音波の波形図である。

音響式配管調査システム１０は、図１に示すように、調査対象となる配管１の配管路に音波を入射する発音部２と、入射した音波の反射波を観測するセンサ部３と、センサ部３にて得られた反射波信号を分析する分析部４とを備えて構成されている。

鋼管などで構成される配管１は、各種継手を介して複数組合された状態として様々に接続され、その内部が途中で分岐管に分岐接続されたり、エルボ管に接続されたりしている。本実施例の音響式配管調査システム１０は、これらの継手状態や分岐状態やエルボ状態の存否は勿論のこと、その配管内部での異物や配管自体の折損の有無などの配管路状態を音波により識別しようとするものである。

発音部２は、スピーカーなどで構成され、配管１の一端開口部に取り付けられており、配管路内に音波を入射するように構成されている。なお、発音部２は配管１の一端開口部を塞いで、配管路の奥方向に音波を効率よく入射するように取り付けられている。この発音部２は、図２に示すようなタイムストレッチドパルス音波を発するように構成されている。このタイムストレッチドパルス音波は、周波数特性が一様であり、大きな音エネルギーを有しているので、配管路伝播中に大きく減衰することなく、十分な情報量を有して配管路を伝播される。換言すれば、タイムストレッチドパルス音波は、所定の時間幅を有し、周波数成分が時間軸上で分散された音波であり、突発的なノイズによる影響を受けにくい利点がある。

センサ部３は、マイクロフォンなどで構成され、配管路１の一端開口部の近傍に取り付けられており、入射したタイムストレッチドパルス音波の反射波を配管路内で受信するように構成されている。

分析部４は、センサ部３で得られた反射波信号を離散化するＡ／Ｄ変換部５と、フーリエ変換、逆フーリエ変換および積算を行なう演算部６と、分析結果を表示する表示部７とを備えて構成されている。分析部４においては、反射波信号をフーリエ変換し、時間軸を反転したタイムストレッチドパルスと重畳し、これを逆フーリエ変換する。

次に、音響式配管調査システム１０の動作例に関して図３Ａ、図３Ｂ及び図４を参照しながら説明する。図３Ａは図１の音響式配管調査システムの動作フロー図、図３Ｂは図３Ａに対応する構成図、図１の分析部で分析されたインパルス応答形図である。なお、図３Ｂは図３Ａのステップ３１までの構成を示すと共に、対応するステップの符号を合わせて表示してある。

調査が開始されると、まず、タイムストレッチドパルス発生器によりタイムストレッチドパルスが作成される（ステップ２１）。このタイムストレッチドパルスは、Ｄ／Ａ変換器によりＤ／Ａ変換され（ステップ２２）、アンプで増幅された後（ステップ２３）、発音部２より配管１内に音波として入射される（ステップ２４）。

配管１内で反射された音波は、センサ部３により観測されて分析部４に取り込まれる（ステップ２５）。この観測信号は、アンプにより増幅された後に、Ａ／Ｄ変換部５によりＡ／Ｄ変換される（ステップ２６）。Ａ／Ｄ変換された観測信号はフーリエ変換される（ステップ２２）。

一方、ステップ２１で発生されたタイムストレッチドパルスは、時間軸反転される（ステップ２８）。この反転されたタイムストレッチドパルスはフーリエ変換される（ステップ２９）。

次いで、フーリエ変換された観測信号と反転タイムストレッチドパルスとは積算される（ステップ３０）。この計算された値は逆フーリエ変換される（ステップ３１）。これにより、例えば、図４に示すようなインパルス応答（スパイク状波形）が得られるので、そのスパイク状波形の発生時間を測定する（ステップ３２）。

ここで得られたインパルス応答はピークがスパイク状に発生しているため、その発生時間ｔが明確である。この発生時間ｔにおいて反射波が到来したと判定する（ステップ３３）。この発生時間ｔと音速を乗算し、１／２にすることにより、反射波の発生位置（反射点位置）を算出する（ステップ３４）。この反射位置を表示部７に表示することにより（ステップ３５）、配管路状態を容易に確認することができる。以上により、調査が終了される。

本実施例では、入射信号としてタイムストレッチドパルスを利用することで、エントロピー（情報量）が大きく、インパルス応答を明瞭化できるので、反射位置の推定が容易となる。

また、入射されるタイムストレッチドパルス音波は、周波数特性が一様であり、大きな音エネルギーを有しているので、配管路伝播中に大きな減衰をすることなく、十分な情報量を有して配管路を伝播される。このため、配管路へ入射されたパルス音波は配管路伝播中に大きく減衰することなく、保有する情報量が十分に保持し、入射したタイムストレッチドパルス音波の反射波に基づいて配管路状態を精度よく分析できると共に、分析処理が極めて簡便にとなる。また、大きな音エネルギーを有しているので、配管路に騒音源及び振動源などを有する耐環境性が悪い場所で用いた場合でも、明瞭なインパルス応答を得ることができ、精度のよい分析が行なえるものである。

本発明の一実施例の音響式配管調査システムの構成図である。図１の発音部から出力されるタイムストレッチドパルス音波の波形図である。図１の音響式配管調査システムの動作フロー図である。図３Ａに対応する構成図である。図１の分析部で分析されたインパルス応答のスパイク状波形図である。従来技術の音響式配管調査システムの発音部から出力されるパルス音波の波形図である。

符号の説明

１…配管、２…発音部、３…センサ部、４…分析部、５…Ａ／Ｄ変換部、６…演算部、７…表示部。

Claims

調査対象となる配管路に音波を入射する発音部と、入射した音波の反射波を観測するセンサ部と、前記センサ部にて得られた反射波信号を分析する分析部とを備える音響式配管調査システムにおいて、
前記発音部はタイムストレッチドパルス音波を前記配管路に入射するものであり、
前記分析部は前記センサ部で得られた反射波信号を分析して配管路状態を調査するものである
ことを特徴とする音響式配管調査システム。
請求項１に記載された音響式配管調査システムにおいて、前記発音部はスピーカー構成されて前記配管の一端開口部に取り付けられたものであり、前記センサ部はマイクで構成されて前記スピーカーに近接して取り付けられたものであることを特徴とする音響式配管調査システム。
請求項１または２に記載された音響式配管調査システムにおいて、前記分析部は反射波信号を離散化するＡ／Ｄ変換部と、フーリエ変換、逆フーリエ変換および重畳演算を行なう演算部と、分析結果を表示する表示部とを備えるものであることを特徴とする音響式配管調査システム。
請求項３に記載された音響式配管調査システムにおいて、前記演算部は、前記センサ部で得られた反射波信号をＡ／Ｄ変換した後にフーリエ変換し、このフーリエ変換した信号とフーリエ変換された反転タイムストレッチドパルスとを積算し、この積算された値を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出する機能を備えるものであることを特徴とする音響式配管調査システム。
請求項４に記載された音響式配管調査システムにおいて、前記演算部は、算出されたインパルス応答のスパイク状波形の発生時間を測定し、これに基づいて反射点位置を算出するものであることを特徴とする音響式配管調査システム。
調査対象となる配管路の開口部に設けられた発音部より配管路にタイムストレッチドパルス音波を入射し、
入射したタイムストレッチドパルス音波の反射波を前記発音部に近接して設けられたセンサ部で観測し、
前記センサ部で観測して得られた反射波信号を分析部により分析して配管路状態を調査する
ことを特徴とする音響式配管調査システムを用いた配管調査方法。
請求項６に記載された音響式配管調査システムを用いた配管調査方法において、前記センサ部で観測して得られた反射波信号を反射波信号をＡ／Ｄ変換した後にフーリエ変換し、このフーリエ変換した信号とフーリエ変換された反転タイムストレッチドパルスとを積算し、この積算された値を逆フーリエ変換してインパルス応答を算出することを特徴とする音響式配管調査システムを用いた配管調査方法。
請求項７に記載された音響式配管調査システムを用いた配管調査方法において、算出されたインパルス応答のスパイク状波形の発生時間を測定し、これに基づいて反射点位置を算出し、その反射点位置を表示部に表示することを特徴とする音響式配管調査システムを用いた配管調査方法。