JP2511105B2 - 漏水位置検出装置 - Google Patents

漏水位置検出装置

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JP2511105B2 JP10409488A JP10409488A JP2511105B2 JP 2511105 B2 JP2511105 B2 JP 2511105B2 JP 10409488 A JP10409488 A JP 10409488A JP 10409488 A JP10409488 A JP 10409488A JP 2511105 B2 JP2511105 B2 JP 2511105B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、水道管の水漏れ位置などを検出する漏水位
置検出装置に関する。
(従来の技術) 浄水場、または配水池から需要家まで配水される途中
の配水管および給水管の漏水量は、現配水量の十数%に
もなっている。これによる損失を金額に換算すると、1m
3当りの上水価格を100円として1年当り約2,000億円に
も達する。
そして、このような漏水分を補うために新規に水源を
開発するには、更に莫大な資金を必要とする。したがっ
て、漏水の発生を速やかに知り、漏水量を抑制すること
が急務とされている。
しかし大部分の漏水は、地中で発生するため、これを
地上から発見することは困難である。
従来、実用に供されている代表的な地下漏水検出方法
に音聴棒による方法がある。これは、管路が埋設されて
いる地上に音聴棒を当てたり、ボーリングした穴に音聴
棒を差し込んで、音聴棒の一端を埋設管路に直接、接触
させたり、あるいは消火栓、量水器などの地上へ露出し
ている部分に音聴棒を接触させて、この音聴棒から伝わ
る振動音を機械的、または電気的に増幅し、これによっ
て得られた音をヘッドホーンを通して調査員が聞くこと
により漏水の有無を判定する方法である。
しかしこの方法では、漏水音と、その他の雑音とを区
別するための熟練技術を要する。
また、このような技術を有する調査員が全市街地を巡
回するためには、膨大な労力と、時間とを要するため、
漏水個所の発見が遅々として進まないなどの問題があ
る。
このため、漏水発見の自動化を目指して近年、相関式
漏水装置が開発されている。
これは、2箇所の消火栓に振動センタを取付け、これ
らによって検出された振動の相互相関をとることによっ
て、漏水位置を決定しようとするものである。しかし、
これには、つぎに述べるような問題がある。
第1に、調査区間の管路が長い(100〜50m)ため、管
路の分岐、管の材質、管の長さなどを正確に掌握するの
が難しく、このため漏水位置の推定精度をある程度まで
しか、向上させることができない。
第2に、2つのセンサ間において管路の分岐がある場
合、分岐管については、別途調査しなければならない。
第3に、熟練技術を要さないが、市内を巡回点検する
必要があるため、漏水の早期発見には限界がある。
一方、現在の漏水件数は、給水管の埋設深さが配水管
より浅いこと等により、配水管からの分岐箇所を含め、
その約90%が需要家に引き込まれる給水管で占められて
いる。そこで、漏水検出装置を各需要家の給水管に固定
設置することによって、需要家周辺の漏水を早期発見す
ることができる。
このような漏水検出装置は、本発明者らの研究によっ
て既に開発されている。
すなわち、雑音源である水道の水使用者音は、水を使
用する時にのみ、雑音を発生することが自明であり、そ
の他の外部雑音源も連続して発生することは極めて少な
い。この基本的現象の違いを利用して漏水と、漏水以外
の原因による信号を区別するものである。
この種の装置としては、例えば、特開昭60−209117号
公報に示されたものが知られている。
この装置は、センサによって漏水音、および雑音、ま
たは漏水による振動および雑音による振動を電気信号に
変換した後、波形整形回路によって、前記センサの出力
を増幅したり、周波数によるフィルタリングを行なった
り、波高値による弁別などを行なったりして、漏水信号
として有意な信号を例えば、高レベルに、また有意でな
い信号を低レベルに波形整形する。この後、信号継続時
間積分回路によって、前記波形整形回路から出力される
高レベル信号を積分して時間積分信号を生成する。そし
て、漏水判定回路によって前記信号継続時間積分回路か
ら出力される時間積分信号の値と、判定基準値とを比較
し、前記時間積分信号の値が前記判定基準値より大きい
ときにのみ、漏水有の判定信号を出力する。
(発明が解決しようとする課題) ところが、センサ取付け位置での漏水による振動の振
幅は、漏水位置までの距離と、漏水の規模とによって影
響を受けるので、時間積分信号の大きさだけから漏水の
有無を判定する従来の方法では、漏水の規模と、漏水位
置までの距離とを別々に推定することが困難であった。
本発明の目的は、給水用の小管に漏水が生じた場合、
小管から分岐した給水管にて検出される漏水時の平均周
波数を用いて、この検出点から漏水位置までの距離を推
定することができる漏水位置検出装置を提供することに
ある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の漏水位置検出装置は、小管Cおよびこの小管
Cから分岐された少なくとも2本の給水管A,Bからな
り、上記各給水管A,Bにそれぞれ漏水検出用のセンサー
を設けた給水系統における漏水位置を検出するもので、
前記各センサーが検出した漏水には伴う振動の平均周波
数FA,FBを求める平均周波数検出部と、前記各給水管A,B
の、前記センサー設置位置から前記小管Cとの対応する
分岐箇所までの既知の管路長LA,LB、前記小管Cの前記
各分岐箇所相互間の既知の管路長LC、前記各管C,A,Bに
ついての管種毎の既知の周波数減衰定数KC,KA,KBがそれ
ぞれ設定可能な設定部と、前記小管Cに漏水が発生した
場合、漏水箇所に生じる未知の振動周波数F及び漏水箇
所から前記各給水管A,Bとの分岐点までの未知の管路長L
C1,LC2と、既知の前記管種毎の周波数減衰定数KC,KA,KB
及び既知の前記管路長LA,LBとを用いて、前記検出され
た各平均周波数FA,FBを求めるアルゴリズム FA=F−LC1・KC−FA・KA, FB=F−LC2・KC−FB・KB, が設定され、このアルゴリズムに前記求められた平均周
波数FA,FB、既知の管路長LC,LA,LB、周波数減衰定数KC,
KA,KBをそれぞれ当てはめ、未知の振動周波数Fを消去
する演算を行うことにより前記センサー設置位置から漏
水箇所までの距離を求める漏水位置検出部とを備えたこ
とを特徴とする。
(作用) 上記の構成において、漏水が発生して、水道管が振動
すれば、これが水道管の周波数減衰特性と、伝達距離と
に応じて減衰しながら各検出器に伝わる。そして、これ
ら各検知器によって得られた各振動信号の周波数と、予
め設定されている前記水道管の周波数減衰特性データ
と、前記水道管各部の長さデータとに基づいて漏水位置
が容易に算出される。
(実施例) まずこの発明を具体的に説明する前に、この発明の動
作原理について簡単に説明する。
給水管などにおいて、漏水が発生すると、この部分か
ら流出する水などによってこの部分が振動し、これが給
水管を伝わって四方に伝達される。
そして、このときの振動特性を調べた結果、第4図に
示す如く漏水部分からの距離と、伝達された振動の周波
数との間にかなりの相関関係があることが分かった。つ
まり、漏水部分で発生した振動は、給水管固有の周波数
減衰特性にしたがって減衰しながら給水管各部に伝達さ
れる。
しかしこのとき、この振動の高周波成分と、低周波成
分との伝達量を比べると、伝達距離に対応して高周波成
分側の伝達量が小さくなり、そのスペクトラムピークが
低周波数側に移行する。
したがって給水管各部において、振動を測定し、これ
らのスペクトラムピークを抽出すれば、これらのスペク
トラムピークと、前記給水管の周波数減衰特性とから、
これらの点から漏水部分までの距離を知ることができ
る。
例えば、第5図に示す如く図示しない配水管から分岐
され、給水管の一部を構成する小管101に、需要家に引
込まれる末端部分の給水管102a,102bが接続されている
場合において、小管101の一点LPで漏水が発生し、ここ
で周波数F振動が発生すれば、これが小管101→給水管1
02aなる経路で、この給水管102aの一点PAへ伝達され
る。
このとき、次式によって示される周波数FAで、この部
分PAが振動する。
FA=F−LC1・KC−LA・KA ……(1) 但し、LC1:漏水発生地点LPから小管101と、給水管102
aとの接続点までの距離。
KC:小管101の周波数減衰定数。
LA:小管101と、給水管102aとの接続点から点PAまでの距
離。
KA:給水管102aの周波数減衰定数。
また小管101の一点LPで漏水が発生すれば、小管101→
給水管102bなる経路で、この給水管102bの一点PBへ振動
が伝達され、次式によって示される周波数FBで、この部
分PBが振動する。
FB=F−LC2・KC−LB・KB ……(2) 但し、LC2:漏水発生地点LPから小管101と、給水管102
bとの接続点までの距離。
KC:小管101の周波数減衰定数。
LB:小管101と、給水管102bとの接続点から点PBまでの距
離。
KB:給水管102bの周波数減衰定数。
そして、これら(1)式と、(2)式とから周波数F
を消去して処理すると、次式が得られる。
そしてここで、 LC0=LC1+LC2 ……(4) 但し、LC0:小管101と、給水管102aとの接続点から小
管101と、給水管102bとの接続点までの距離。
とおき、この(4)式を、前記(3)式に代入すれば、
次式が得られる。
この(5)式から明らかなように、各管路長LA,LB,L
C0と、各管種の周波数限定定数KA,KB,KCとが予め分かっ
ていれば、各点PA,PBで得られた振動の周波数FA,FBから
点PAと、漏水発生地点LPとの距離(LA+LC1)を求める
ことができる。
第1図は本発明による漏水検出装置の一実施例を示す
ブロック図である。
これらの図に示す漏水検出装置は、小管1から分岐し
た給水管2aに取付けられ漏水検出器3aと、前記小管1か
ら分岐した給水管2bに取付けられる漏水検出器3bと、こ
れら各漏水検出器3a,3bの出力に基づいて漏水点位置を
算出する漏水点算出装置4とを備えており、小管1や、
各給水管2a,2bの一部が漏水したとき、各漏水検出器3a,
3bの出力に基づいて漏水点算出装置4がこれを検知し
て、漏水部分の位置を算出し、これを表示する。
漏水検出器3aは、第2図に示す如くセンサ5と、波形
整形部6と、信号継続時間積分部7と、漏水判定部8
と、表示部9と、平均周波数検出部10とを備えており、
前記給水管2aの振動に基づいて漏水が発生しているかど
うかを判定して、この判定結果を表示する。また、漏水
が発生したとき、この漏水に起因する振動の平均周波数
を検知して、これを漏水点算出装置4に供給する。
センサ5は、前記配水管2aや、この給水管2aに付属す
る機器に取付けられており、この給水管2aが振動したと
き、第3図(a)に示す如くこの振動に対応した振動信
号S1を発生して、これを波形整形部6に供給する。
波形整形部6は、前記振動信号S1を増幅する増幅回路
と、この増幅回路から出力される振動信号の絶対値を算
出する絶対値回路と、この絶対値回路から出力される絶
対値信号を予め決められた閾値で2値化する2値化回路
とを備えており、前記センサ5から供給される振動信号
S1の値が所定値以上であるとき、これを検知して第3図
(b)に示すような振動信号S2を生成し、これを信号継
続時間積分器7と、平均周波数検出部10とに供給する。
信号継続時間積分部7は、第3図(c)に示す如く予
め設定されている期間中(例えば、最も、雑音が小さく
なる午前零時から午前4時までの間)に測定有効信号S3
を発生するタイミング生成回路と、このタイミング生成
回路から前記測定有効信号S3が出力され、かつ前記振動
信号S2が供給されている間、計時動作を行なう計時回路
とを備えており、予め決められている測定開始時刻から
測定終了時刻までの間、測定有効信号S3を発生して、こ
れを漏水判定器8と、平均周波数検出部10とに供給す
る。
また、前記測定有効信号S3を発生し、かつ前記振動信
号S2が供給されている間、計時動作を行ないながら、こ
れを積算し、この後、前記測定有効信号S3を発生を停止
したとき、第3図(d)に示す如くそれまでに得られた
積算結果を信号持続時間データD1として漏水判定部8に
供給する。
漏水判定部8は、前記測定有効信号S3の供給が停止さ
れたとき、前記信号持続時間データD1を取込むととも
に、この信号持続時間データD1の値Tと、予め設定され
ている設定値C1とを比較し、T>C1のとき、詰まり設定
値C1によって示される時間以上、センサ5に所定値以上
の振動が加えられているとき、漏水と判断して、漏水検
知信号S4を発生し、これを表示部8に供給する。
表示部9は、液晶表示器や、LED表示器などを備えて
おり、前記漏水判定部8から漏水検知信号S4が供給され
たときや、前記平均周波数検出部10から平均周波数デー
タD2が供給されたときに、これらの値を表示する。
また平均周波数検出部10は、前記信号継続時間積分部
7から測定有効信号S3が供給されている間、前記波形整
形部6から出力される振動信号S2を取込むとともに、こ
の振動信号S2の周波数を計数する。
そして第3図(e)に示す如く前記測定有効信号S3が
供給されなくなったとき、この測定有効信号S3が供給さ
れている間に測定された周波数を平均化してスペクトラ
ムピークを算出し、これを平均周波数データD2として、
前記表示部9と、漏水点算出装置4とに供給する。
また漏水検出器3bは、前記漏水検出器3aと同様に、セ
ンサ5と、波形整形部6と、信号継続時間積分部7と、
漏水判定部8と、表示部9と、平均周波数検出部10とを
備えており、前記給水管2bの振動に基づいて漏水が発生
しているかどうかを判定して、この判定結果を表示す
る。また、漏水が発生したとき、この漏水に起因する振
動のスペクトラムピークを算出して、これを平均周波数
データD3として、第3図(f)に示す如く漏水算出装置
4に供給する。
漏水点算出装置4は、管種設定部11と、管路長設定部
12と、漏水位置算出部13と、漏水位置表示部14とを備え
ており、前記漏水検出器3a,3bの出力に基づいて、漏水
位置を算出し、これを表示する。
管種設定部11は、DIPスイッチなどのデータ設定スイ
ッチを備えており、操作員などによって前記データ設定
スイッチが操作されて、前記小管1や、給水管2a,2bの
管種データが設定されたとき、これを漏水位置算出部13
に供給する。
また管路長設定部12は、前記管種設定器11と同様に、
DIPスイッチなどのデータ設定スイッチを備えており、
操作員等の前記データ設定スイッチが操作されて前記小
管1や、給水管2a,2bの管路長データLA,LB,LC0が設定さ
れたとき、これを漏水位置算出部13に供給する。
漏水位置算出部13は、前記漏水検出部3a,3bから平均
周波数データD2,D3が供給されたとき、これらの平均周
波数データD2,D3によって示される周波数FA,FBと、前記
管路長設定器12から供給される各管路長LA,LB,LC0と、
前記管種設定器11から供給される各管種データに対応す
る周波数減衰定数KA,KB,KCとに基づいて前記(5)式に
示す演算を行なって漏水検出器3aが取付けられている点
PAから漏水発生地点LPまでの距離(LA+LC1)を算出
し、これを漏水位置表示部14に供給する。
漏水位置表示部14は、液晶表示器や、LED表示器など
を備えており、前記漏水位置算出部13から距離(LA+L
C1)が供給されたとき、これを漏水検出器3aが取付けら
れている点PAから漏水発生地点LPまでの距離として表示
する。
このようにこの実施例においては、漏水に起因して発
生した振動が小管1や、給水管2a,2bを伝わるとき、そ
の伝達距離に対応してそのスペクトラムピークが低周波
側に移行する点に着目して漏水検出器3aが取付けられて
いる点PAから漏水発生地点LPまでの距離(LA+LC1)を
算出して表示するようにしたので、漏水が発生したと
き、その位置を容易に知ることができる。
また、上述した実施例においては、2台の漏水検出器
3a,3bを用いているが、これを3台以上にするようにし
ても良い。
この場合、各漏水検出器で漏水が検出されたとき、こ
れら各漏水検出器によって得られた信号持続時間データ
のうち、値が大きいものを2つ選択して、この選択した
2つの漏水検出器から出力される平均周波数データを用
いるようにすれば、上述した実施例と同様にして漏水位
置を容易に検知することができる。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、給水用の小管に漏水が
生じた場合、この小管にから分岐した各給水管に設置さ
れた漏水検出用のセンサーによって、漏水による振動の
平均周波数をそれぞれ検出することにより、このセンサ
ー設置位置から管種の異なる小管に発生した漏水箇所ま
での距離を推定して、その位置を容易に知ることができ
るので、漏水箇所を早期に修復させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による漏水位置検出装置の一実施例を示
すブロック図、第2図は同実施例の回路構成例を示すブ
ロック図、第3図は同実施例の動作例を示すタイミング
チャート、第4図は同実施例の動作原理を説明するため
の図、第5図は同実施例の動作原理を説明するための模
式図である。 1……水道管(小管)、 2a,2b……水道管(給水管)、 3a,3b……検知器(漏水検出器)、 4……演算部(漏水点算出装置)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】小管Cおよびこの小管Cから分岐された少
    なくとも2本の給水管A,Bからなり、上記各給水管A,Bに
    それぞれ漏水検出用のセンサーを設けた給水系統におけ
    る漏水位置を検出する漏水位置検出装置において、 前記各センサーが検出した漏水には伴う振動の平均周波
    数FA,FBを求める平均周波数検出部と、 前記各給水管A,Bの、前記センサー設置位置から前記小
    管Cとの対応する分岐箇所までの既知の管路長LA,LB
    前記小管Cの前記各分岐箇所相互間の既知の管路長LC
    前記各管C,A,Bについての管種毎の既知の周波数減衰定
    数KC,KA,KBがそれぞれ設定可能な設定部と、 前記小管Cに漏水が発生した場合、漏水箇所に生じる未
    知の振動周波数F及び漏水箇所から前記各給水管A,Bと
    の分岐点までの未知の管路長LC1,LC2と、既知の前記管
    種毎の周波数減衰定数KC,KA,KB及び既知の前記管路長
    LA,LBとを用いて、前記検出された各平均周波数FA,FB
    求めるアルゴリズム FA=F−LC1・KC−FA・KA, FB=F−LC2・KC−FB・KB, が設定され、このアルゴリズムに前記求められた平均周
    波数FA,FB、既知の管路長LC,LA,LB、周波数減衰定数KC,
    KA,KBをそれぞれ当てはめ、未知の振動周波数Fを消去
    する演算を行うことにより前記センサー設置位置から漏
    水箇所までの距離を求める漏水位置検出部と、 を備えたことを特徴とする漏水位置検出装置。
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JPH023933B2 (ja)

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