JP2878804B2 - 配管の異常監視装置 - Google Patents

配管の異常監視装置

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JP2878804B2 JP2214148A JP21414890A JP2878804B2 JP 2878804 B2 JP2878804 B2 JP 2878804B2 JP 2214148 A JP2214148 A JP 2214148A JP 21414890 A JP21414890 A JP 21414890A JP 2878804 B2 JP2878804 B2 JP 2878804B2
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    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
    • G01M3/243—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations for pipes

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、配設された配管の損傷や漏洩等の異常発生
を監視する配管の異常監視装置に係わり、特に、配管の
複数箇所に音波を検出する検出器を配設して、異常発生
および発生位置を遠隔地から迅速にかつ正確に検出でき
る配管の異常監視装置に関する。
［従来の技術］ 道路等に配管が埋設されている場合は、この配管を埋
設した業者のみならず、種々の業者が土木工事を実施す
るので、埋設されている配管が直接掘削機械等で衝撃を
受けたり、直接に衝撃を受けなくとも、近傍位置で工事
を実施すると振動が印加される。したがって、配管は損
傷を受ける確率が高くなる。よって、配管を使用する業
者にとっては、配管の損傷を即座に検出して早急に対策
を講ずることが重大事故を未然に防止する上で非常に重
要である。
しかし、地中に埋設されたり、ビルの壁間に敷設され
たり、または保安要員が簡単に点検できない場所に配設
されている配管に例えば外力が印加して、配管が損傷を
受けたり、管壁等が腐食して内部流体が漏洩する等の異
常が発生した場合にはその異常発生や異常発生位置を特
定する作業は、一旦配管を配設した後においては非常に
繁雑なものとなる。
したがって、例えば、第10図に示すように、配設する
前に予め配管１に光ファイバー２を螺旋状に巻装して、
この光ファイバー２の一方端に発光素子３を取付け、他
方端に受光素子４および時間微分回路5,警報回路６等を
備えた地中埋設物異常監視システムが提唱されている
（特開昭60−49199号）。
このシステムにおいて、埋設された配管１に外力によ
る横圧力Ｐが印加された場合には、配管１に巻装された
光ファイバー２に微小曲げ変形が生じる。その結果、光
ファイバー２全体の伝送損失が大きくなる。そして、受
光素子４で検出した光信号を時間微分回路５で微分する
と、その伝送損失の変化を検出することができる。よっ
て、配管１の異常発生を検出できる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第10図に示す光ファイバー２を配管１
に巻装するようにした地中埋設物異常監視システムにお
いてもまだ次のような問題があった。
すなわち、このシステムでは、新しく配管を埋設する
場合には、光ファイバー２を巻装したのち配管１を該当
箇所に埋設すればよいが、既に埋設されている配管１に
このシステムを適用する場合には、光ファイバー２を取
付けるために配管の周囲を掘削する必要があり、工事費
が増大して実際的でない。
また、地震，局部的な地盤沈下または隆起等によっ
て、配管１がある範囲をもって変形する状況に対しては
有効であるが、掘削機等の局部的な衝撃，損傷に対して
は、光ファイバー２が図示するように螺旋状に巻装され
ているので、必ずしも衝撃，損傷位置が光ファイバー２
の巻装位置と合致しない。したがって、異常発生を確実
に検出できるとは限らない。よって、異常監視システム
としては高度な信頼性を確保できない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、配管の複数箇所に異常発生にに起因する音波を検出
する検出器を配設することによって、たとえ既に配設さ
れている配管であっても異常発生および発生位置を遠隔
地から簡単に，迅速に，かつ正確に検出できる配管の異
常監視装置を提供することを目的とする。
さらに、上記目的に加えて、音波波形を検出すること
によって、異常の種類も簡単に把握できる配管の異常監
視装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、内部に流体が通流する配管の軸方向の複数
位置に所定距離をあけて配設され、この配管に発生した
異常の発生位置から流体を媒体として伝播される音波を
検出する複数の検出器と、少なくともこの検出器相互間
の音波検出タイミング差および検出器相互間の距離から
異常の発生位置を算出する異常発生位置算出手段とを備
えた配管の異常監視装置に適用される。
そして、上記課題を解消するために、第１の発明の配
管における配管の異常監視視装置においては、各検出器
をそれぞれ配管の軸方向に微小間隔をあけて配設された
一対の音波センサで構成し、かつ異常発生位置算出手段
として、各検出器の各一対の音波センサ相互間の音波検
出タイミング差から各検出器の配設位置における各音速
を算出する音速算出手段と、この音速算出手段にて算出
された各音速と検出器相互間の距離と検出器相互間の音
波検出タイミング差とから、各検出器の配設位置から異
常発生位置までの各距離を算出する距離算出手段を設け
ている。
第２の発明は、代表的な複数種類の異常に起因する異
常音波波形を記憶する異常波形記憶部と、各検出器で検
出された音波に含まれる管内の流体が発生する雑音成分
を除去するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィ
ルタで雑音成分が除去された音波の波形および異常波形
記憶部から読出した各異常音波波形を同一画面に表示す
る表示装置と備えている。
第３の発明は、第２の発明において、バンドパスフィ
ルタの通過周波数帯域を200Hz乃至500Hzに設定してい
る。
第４の発明は、第２の発明において、バンドパスフィ
ルタを通過周波数帯域が異なる複数の単位バンドパスフ
ィルタで構成し、この各単位バンドパスフィルタから出
力された各音波の波形を表示装置に選択的に表示するよ
うにしている。
第５の発明は、第１の発明において、各検出器で検出
された音波に含まれる管内の流体が発生する雑音成分を
除去するバンドパスフィルタを設け、かつ、異常発生位
置算出手段における音波検出タイミング差を少くもバン
ドパスフィルタを介して得られた各音波で検出するよう
にしている。
第６の発明は、第５の発明において、バンドパスフィ
ルタを通過周波数帯域が異なる複数の単位バンドパスフ
ィルタで構成し、かつ異常発生位置算出手段において、
各単位バンドパスフィルタから出力された各音波のうち
のS/Nの高い音波を選択し、この選択した各音波におけ
る検出器相互間の音波検出タイミング差および検出器相
互間の距離から異常発生位置を算出するようにしてい
る。
そして、第７の発明の配管の異常監視装置において
は、配管の軸方向の複数位置に所定距離をあけて配設さ
れ、異常の発生位置から流体を媒体として伝播される音
波を検出する複数の検出器と、この各検出器で検出され
た音波に含まれる管内の流体が発生する雑音成分を除去
するバンドパスフィルタと、少くもこのバンドパスフィ
ルタを介して得られた検出器相互間の音波検出タイミン
グ差および検出器相互間の距離から異常の発生位置を算
出する異常発生位置算出手段と、代表的な複数種類の異
常に起因する音波波形を記憶する異常波形記憶部と、バ
ンドパスフィルタで雑音成分が除去された音波の波形お
よび異常波形記憶部から読出した異常音波波形を表示す
る表示装置とを備えたものである。
［作 用］ このように構成された配管の異常監視装置であれば、
例えば配管の軸方向のある位置で異常が発生すると、異
常発生に伴って音波が発生する。その音波は管内を両方
向に伝播する。したがって、例えば配管の両端近傍に各
検出器を備えると、その各検出器で異常音が検出され
る。検出器相互間の距離は既知であるので、音の伝播速
度を一定と仮定すると、検出器における異常音の音波検
出タイミング差から異常の発生位置を特定できる。例え
ば、全く等しいタイミングで音波を検出すると、異常発
生位置は検出器相互間の中間位置である。
さらに、各検出器をそれぞれ微小間隔をあけて配設し
た一対の音波センサで構成しているので、この音波セン
サ相互間の音波検出タイミング差から該検出器配設位置
における音速が算出される。
一般に、管内を伝播する音波の速度は、管内を通流す
る流体の通流方向に応じて変化する。すなわち、同一方
向へ伝播する場合は音速が高くなり、逆方向へ伝播する
場合は低くなる。したがって、この各検出器配設位置の
各音速を用いて、各検出器配設位置から異常発生位置ま
での各距離で示される異常発生位置をより正確に算出で
きる。
さらに、管内を通流る流体の流速は時間的に変化する
ために音速も時間的に変化する。また、流体の成分比率
などによっても音速は変化する。例えば、都市ガスなど
ではカロリー調整などのために成分比率を変化させる。
このように、音速が時間的に変化する場合でも、一対の
音波センサによって異常発生時の音速が正確に得られる
ために、正確な異常発生位置を算出することが可能とな
る。
また、一対の音波センサを用いる事により、一対の音
波センサのうちの先に異常音波を検出した音波センサ側
の方向で異常が発生したと判断できるので、異常発生位
置の算出がより正確になる。
第２の発明においては、代表的な複数種類の異常に起
因する異常音波波形が予め記憶されており、各検出器で
検出された音波の波形の雑音成分をバンドパスフィルタ
で除去したのち、表示装置に同時に表示することによ
り、操作者は簡単に異常種類を判定できる。
第３の発明においては、バンドパスフィルタの通過周
波数帯域が200〜500Hzに設定されている。これは、200H
z未満であると、流体の雑音（暗騒音）が信号受信の妨
げとなる一方で、500Hzより大きいと、伝播減衰が大き
過ぎて信号が出現せず、しかも、装置等からの雑音によ
り、さらにS/Nが低下するからである。
第４の発明においては、バンドパスフィルタでもっ
て、検出された音波波形における通過周波数帯域を任意
に選択できるようにしている。すなわち、この音波波形
と異常音波波形とを比較する場合に、この音波波形を最
も特徴的な波形で表示できるので、該当音波波形がどの
異常種類であるかをより容易に判断できる。
第５の発明においては、バンドパスフィルタでもって
雑音成分を除去したのちの各音波を用いて検出器相互間
の音波検出タイミング差を求めているので、異常発生位
置の算出精度が向上する。
第６の発明においては、第６の発明の作用に加えて、
バンドパスフィルタの各単位バンドパスフィルタから出
力される各音波のうちのS/Nの高い音波を選択して、こ
の選択された音波から検出器相互間の音波検出タイミン
グ差を求めているので、異常発生位置の算出精度がさら
に向上する。
第７の発明においては、バンドパスフィルタを異常発
生位置算出と異常種類判定との両方に使用しているの
で、この異常監視装置で得られる異常発生位置および異
常種類の検出精度を大幅に向上できる。
［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第２図は実施例の配管の異常監視装置の概略構成を示
す模式図である。なお、実施例装置においては、地中に
埋設された配管に適用した場合を示す。
地中10に埋設されている配管11内には例えばガス等の
流体12が例えば矢印Ａ方向に通流している。そして、配
管11内に軸方向に距離Ｌだけ離間して音波を検出する一
対の検出器13,14が配設されている。一方の検出器13
は、第１図に示すように、軸方向に距離l3だけ離間配置
された一対の音波センサ13a,13bで構成されている。同
様に、他方の検出器14も軸方向に距離l3だけ離間配置さ
れた一対の音波センサ14a,14bで構成されている。な
お、音波センサ相互間の距離l3は検出器13,14相互間の
距離Ｌに比較して非常に小さい値である。
なお、配管11内に配設された音波センサの代りに、管
壁上に振動センサを同じように設置しても、音波によっ
て管壁が振動するために同様に各音波を検出できる。
各音波センサ13a,13bで検出された音波信号は検出器1
3の音波信号ａとして信号合成回路15へ入力される。ま
た、各音波センサ14a,14bで検出された音波信号ｂも前
記信号合成回路15へ入力される。この信号合成回路15は
各検出器13,14から出力された各音波信号a,bを新たな音
波信号に波形合成する。したがって、この信号合成回路
15から出力される音波信号には各検出器13,14の各音波
センサ13a,13b,14a,14bにて検出された４個の音波波形
が含まれる。
信号合成回路15から出力された音波信号は増幅器16で
増幅される。増幅器16で増幅された音波信号ｃは次のバ
ンドパスフィルタ17へ入力される。このバンドパスフィ
ルタ17は、入力された音波信号ｃを周波数制限を加えず
にそのまま通過させる無制御回路17aと、通過周波数帯
域がそれぞれ異なる値に設定された９個の単位バンドパ
スフィルタ（以下単位BPFと略記する）17bとで構成され
ている。各単位BPF17aの各通過周波数帯域の中心周波数
は、例えば、160Hz,200Hz,250Hz,315Hz,400Hz,500Hz,63
0Hz,800Hz,1kHzのように、160Hzから1kHzの間で1/3オク
ターブバンド周波数毎に設定されている。
このバンドパスフィルタ17は、増幅器16から出力され
た音波信号ｃに含まれる配管11内を通流する流体12の通
流動作や流体12の調圧器の動作に付随して発生する暗騒
音に起因する周波数成分を除去する機能を有する。
第３図は、実際に周期的な振動衝撃が配管11に印加さ
れた場合において、異常発生位置から5km離れた位置に
配設された検出器13,14にて検出された音波信号を示す
波形図である。すなわち、第３図（ａ）には、増幅器16
から出力されバンドパスフィルタ17へ入力する前の音波
信号ｃが表示されており、また、第３図（ｂ）には、バ
ンドパスフィルタ17の通過周波数帯域が200〜500Hzで中
心周波数が250Hzに設定された単位BPF17bから出力され
た音波信号ｄが表示されている。図示するように、入力
前の音波信号ｃには振動衝撃による音波波形に流体12の
暗騒音の雑音波形が重畳しているが、出力された音波信
号ｄには流体12の暗騒音の雑音成分が含まれず、振動衝
撃による音波波形のみが残ることが理解できる。すなわ
ち、一般に地中に埋設された配管に損傷を与える可能性
のある土木工事に使用される建設機械の種類はあらかじ
め知られており、それらの機械を使用して配管11に振動
衝撃が印加された場合に、その振動衝撃によって発生し
て配管内を伝播する音波の性質はおよそ推定できる。そ
して、この音波の周波数は前述した約200〜500Hzであ
る。したがって、受信した音波の各周波数成分のうちこ
の周波数帯域のみを通過させて、他の雑音成分を除去す
ることが可能である。よって、S/Nが大幅に向上する。
さらに、通過周波数をまったく制限しない無制御回路
17aの出力音波波形と、通過周波数が前述したように設
定された各単位BPF17bの各出力音波波形との比較を第４
図に示す。
配管11内を伝播する音波の減衰特性は、伝播距離や周
波数によって異なるため、最適なS/Nを得るためのバン
ドパスフィルタ17全体の通過周波数を一義的に決定する
ことは困難であるが、通過周波数帯域が異なる複数の単
位BPF17bを設け、その中から最適の単位BPF17bを選択す
ることによって、異常に起因する音波を伝播距離にかか
わらず確実に検出することができる。
例えば、前述したように地中に埋設されたガスが通流
する配管においては、通過周波数帯域は200〜500Hzが最
適であるが、例えば野外の石油パイプライン等の場合
は、配管11に直接衝撃が印加される場合もあるので、最
適通過周波数帯域は200Hz〜2kHzと広くなる。
バンドパスフィルタ17の無制御回路17aおよび各単位B
PF17bから出力された各音波信号ｄは、例えばマイクロ
コンピュータで構成されたデータ処理部18へ入力され
る。このデータ処理部18は入力した音波信号ｄに対して
各種のデータ処理を施して、異常が発生したか否か、ま
た異常発生の場合は異常発生位置を算出する機能を有す
る。
データ処理部18は、必要に応じて、検出された音波信
号ｄおよび異常発生の有無，異常発生位置，および操作
員が判定した異常種類を例えばCRT表示管を用いた表示
装置19へ表示すると共に、データ伝送装置20を介して中
央監視装置21へ送信する。中央監視装置21は異常発生情
報を受信すると、異常発生を異常発生位置および異常種
類と共に警報装置22を介して監視者に警告する。
このデータ処理部18は第５図に示すように構成されて
いる。前記バンドパスフィルタ17の無制御回路17aおよ
び各単位BPF17bから入力された各音波信号ｄはそれぞれ
LOG（対数）変換器23でデシベル値（dB）に変換された
後、それぞれA/D変換器24でもって、一定周波数でサン
プリングされて、デジタルの音波信号ｅに変換される。
デジタルの各音波信号ｅはマルチプレクサ回路25へ入力
される。このマルチプレクサ回路25は、同一タイミング
で入力されるデジタルの各音波信号ｅを時分割で取込ん
でバスライン25へ送出する。
バスライン25には、各種演算処理を行うCPU（中央処
理装置）26、制御プログラム等の各種固定データを記憶
するROM27、代表的な複数種類の異常音波波形を記憶す
る例えばROM等で構成された異常波形記憶部28、異常発
生位置算出に伴う各種可変データを一時記憶するRAM2
9、マルチプレクサ回路25を介して読取った前記各音波
信号ｄの音波波形を一時記憶する読取波形メモリ30が接
続されている。さらに、このバスライン25には、音波信
号ｅの読取り時間間隔TMを制御するタイマ回路31、操作
者が各種操作指令を入力するためのキーボード32からキ
ー信号が入力されるキーボード回路33、前記データ伝送
装置20へ各種送信データを送信するためのI/Oインタフ
ェース34、前記表示装置19へ各種表示データを送出する
ためのI/Oインタフェース35等が接続されている。
前記異常波形記憶部28内には例えは第６図に示すよう
な代表的な各異常音波波形が記憶されている。すなわ
ち、第６図（ａ）は、配管11が埋設されている道路をパ
ワーショベル（Back hoe）で周期的に掘削した場合に、
検出器13,14で検出された音波波形を示す。また、同図
（ｂ）は、同じく配管11が埋設されている道路を削岩機
（Vibratory hammer）でもって連続的に掘削した場合
に、検出器13,14で検出された音波波形を示す。また、
異常の種類としては、前述したパワーショベルや削岩機
等の建設機械等に起因する異常の他に、配管11の壁管が
損傷して流体が漏洩する場合等がある。このように、異
常種類によって現れる音波波形が異なる。
次に、掘削機の先端36が配管11の位置Ｂに接触して、
配管11の外表面に単一の衝撃が印加された場合における
異常発生検出と異常発生位置Ｂを算出する手順を第１図
を用いて説明する。
配管11の外表面に衝撃が印加されると配管11内に流体
12を媒体とする音波37が発生する。この音波37は各検出
機13,14方向へ伝播する。流体12が方向Ａへ通流する場
合は、検出器14方向へ伝播する時の音速（伝播速度）V1
は、検出器13方向へ伝播する時の音速（伝播速度）V2よ
り大きい。
音速V1は、検出器14の各音波センサ14a,14bが音波37
を検出する時間差をΔT14とすると、音波センサ14a,14b
の間隔はl3であるので、 V1＝l3/ΔT14 …（１） となる。同様に、音速V2は検出器13の各音波センサ13a,
13bが音波37を検出する時間差をΔT13とすると、 V2＝l3/ΔT13 …（２） となる。
また、各検出器14,13における各音波37の検出タイミ
ングをt1,t2とすると、実際に測定可能な値である検出
器相互間の音波検出タイミング差ΔＴは（３）式とな
る。
ΔＴ＝t1−t2 …（３） （３）式では、音波検出タイミング差ΔＴは検出器13
が検出器14より先に音波37を検出した場合に正値とな
る。すると、簡単な考察でもって、異常発生位置Ｂと各
検出器14,13までの距離l1,l2は（４）（５）式で求ま
る。
l1＝V1（Ｌ＋ΔＴ・V2）／（V1＋V2） …（４） l2＝V2（Ｌ−ΔＴ・V1）／（V1＋V2） …（５） よって、異常発生位置Ｂは（４）（５）式をデータ処
理装置18にて演算すれば求まる。
そして、前記データ処理部18のCPU26は、タイマ回路3
1から読取り時間間隔TM毎の時間割込信号が入力される
毎に、第７図の流れ図に従って、異常発生の有無，異常
発生位置，異常種類の判定支援処理を実行するようにプ
ログラム構成されている。
タイマ回路31から時間割込信号が入力されると、Ｓ
（ステップ）１にて、バンドパスフィルタ17の無制御回
路17aおよび各単位BPF17bから出力され、各LOG変換回路
24で対数変換され、さらに各A/D変換器24でA/D変換され
たデジタルの各音波信号ｅを、波形解析に必要とする予
め定められた時間Ｔ分だけマルチプレクサ回路25を介し
て読込む。そして、S2にて、読込んだ各音波信号ｅの音
波波形を読取波形メモリ30へ一旦格納する。
S3にて、読取波形メモリ30に記憶された各音波波形の
S/Nを、例えば自己相関関数を求める等の統計的手法を
用いて評価する。S4にて、評価された最高のS/Nに対応
する音波波形の各時間位置における信号レベルｈを読出
す。
そして、S5にて読出した最高のS/Nに対応する音波波
形を表示装置19に表示する。さらに、各時間位置におけ
る信号レベルｈの最大値を検索する。そして、S6にて、
検出された信号レベルｈの最大値が予め定められた限界
値を越えていなければ、この音波波形に異常が認められ
ないと判断して、S7にて表示装置19に異常無しのメッセ
ージを表示する。
また、信号レベルｈの最大値が限界値を越えると、異
常が発生したと判断する。そして、S8へ進み、第１図に
示すように、各検出器13,14に対応する音波波形a1,b1内
の、各音波センサ13a,13b,14a,14bにて検出された衝撃
異常に起因する音波に対応する４個の時間位置を検出す
る。
S9にて、検出された４個の時間位置から、各音波セン
サ相互間の音波検出タイミング差ΔT13,ΔT14、および
検出器相互間の音波検出タイミング差ΔＴを算出する。
しかして、S10にて、前記（４）（５）式を用いて異常
発生位置Ｂと各検出器14,13までの距離l1,l2を算出す
る。
異常発生位置Ｂの位置算出処理が終了すると、S11に
て、異常波形記憶部28内に記憶されている第６図に示し
た各異常音波波形を読出して表示装置19に表示する。次
に、S12にて、読取波形メモリ30内に記憶されている各
音波波形のうち、バンドパスフィルタ17の周波数制限を
加えない無制御回路17aから出力された音波信号ｄに対
応する音波波形を読出して、第８図に示すように、表示
装置19へ前記各異状音波波形と共に表示する。なお、こ
の場合、表示された各音波波形相互間の比較をやり易く
するために、同一時間幅で、かつ距離l1,l2算出時より
も時間幅を短縮して表示する。
S13にて、キーボード32からキーボード回路33を介し
て、スキップキー信号が入力されると、操作者が次の単
位BPF17bを選択したと判断する。そして、S14にて、現
在表示装置19に表示されている無制御回路17aまたは単
位BPF17bの音波波形を消して、次に通過周波数が高い方
の単位BPF17bに対応する音波波形を読取波形メモリ30か
ら読出して表示装置19へ表示する。
スキップキーがキー入力されなくて、S15にて、同じ
くキーボード32にて異常種類を指定するキー操作が実行
されると、S16にて、異常発生の情報と、異常発生位置
を示す各距離l1,l2と、異常種類とをデータ伝送装置20
を介して中央監視装置21へ送信する。
なお、異常種類指定は該当異常が判断できなかった場
合には、その他の異常種類としてキー入力される。
このように構成された配管の異常監視装置によれば、
第１図の表示装置19内に示すように、バンドパスフィル
タ17の無制限回路17aおよび各単位BPF17bにて雑音成分
が除去された後の最良のS/Nを有する音波信号ｄにおけ
る各検出器13,14から出力された各音波信号a,bに対応す
る音波波形a1,b1の間隔で示される検出器相互間の音波
検出タイミング差ΔＴおよび各検出器14,13における各
音波センサ14a,14b、13a,13bにおける各音波センサ相互
間の音波検出タイミング差ΔT14,ΔT13を測定してい
る。そして、この各値から各検出器14,13の配設位置に
おける各音速V1,V2を算出し、この音速V1,V2を用いて異
常発生位置Ｂを特定する最終的な各距離l1,l2を算出し
ている。
なお、異常が発生していない状態においては、各検出
器13,14にて検出された音波信号a,bには異常発生に起因
する音波37の音波信号が含まれずに、流体12の暗騒音の
雑音成分のみが含まれる。この雑音成分の信号レベルは
低いが、さらに、バンドパスフィルタ17にてその雑音成
分が除去され、データ処理部18に入力される音波信号ｄ
の信号レベルは限界値以下となる。よって、データ処理
部18は異常発生なしと判断する。
このような配管の異常監視装置であれば、各音速V1,V
2は流体12の通流方向、通流速度，成分変化，流量変化
によって時々事刻々と変化しているが、音速も同時に測
定しているので、異常発生位置Ｂの算出精度を大幅に向
上できる。
また、前述したように、異常発生に起因する音波波形
の周波数成分は異常の種類によって大きく変化する。し
かし、パンドパスフィルタ17を無制限回路17aおよび複
数の単位GPF17bで構成して、最良のS/Nを有する音波波
形をその都度選択するようにしているので、異常発生の
種類にかかわらず、常時最良の状態で異常発生の有無と
異常発生位置を把握できる。
このように、異常が発生すると、即座に異常発生とそ
の異常発生位置Ｂが把握できる。よって、従来の光ファ
イバーを利用したシステムに比較して、異常発生の検出
精度が大幅に向上できると共に、異常発生位置も正確に
求まるので、装置全体の信頼性を大幅に向上できる。
また、検出器13,14は最低限、配管11における両端の
２箇所に配設すればよいので、たとえ地中10に既に埋設
済みの配管11であったとしても、従来システムのように
配管11全長に亘って掘削する必要がない。よって、この
異常監視装置を据付けるための工事費用を節減できる。
なお、配管11の損傷に起因して発生する振動は配管11
の管厚部分を直接伝播するが、この振動のエネルギは配
管外部の土砂や防食用のコーティング等の拘束の影響を
受け、減衰が大きく検出可能な距離が異常発生位置から
比較的短い距離でなければならず、遠隔地からの検出は
困難である。
しかし、流体中を伝播する音波のエネルギは直接配管
外部の土砂等の影響を受けない利点があり、特に数Hz〜
数kHz程度の周波数帯は減衰しにくい特性を有し、か
つ、流体圧力が高いほど異常発生音は大きくなり、伝播
特性は向上することが判明している。よって、より長距
離の音波の伝搬が可能となる。よって、検出器13,14の
設置間距離Ｌを長く設定でき、少ない検出器13,14でよ
り長い配管11の異常監視を実現できる。
また、前述したように、異常が発生した場合に、この
異常の種類に応じて、配管11内を伝播する音波37の波形
が大きく異なる。したがって、代表的な異常音波波形を
異常波形記憶部28に予め記憶し、この各異常音波波形を
検出器13,14から入力した音波信号の波形と共に表示装
置19と同時に表示することによって、操作者はこれらの
音波波形を比較対照とすることによって、検出された音
波波形がどの異常音波波形に該当するかが簡単に推定で
きる。よって、異常の種類を容易に判断できる。
さらに、１回の比較で異常種類が判断できなかった場
合は、スキップキーをキー操作することによって、次の
通過周波数に対応する単位BPF17bを通過した音波波形を
表示させることが可能である。よって、最良のS/N、す
なわち最も特徴的な音波波形が表示された状態で、前記
各異常音波波形と比較対照できる。その結果、異常の種
類を迅速にかつ確実に把握できる。
第９図は本発明の他の実施例に係わる配管の異常監視
装置の概略構成を示す模式図である。なお、第１図及び
第２図の実施例と同一部分には同一符号を付して詳細説
明を省略する。
すなわち、一般に、石油，ガスなどの配管距離は数10
0kmに達するので、配管11に配設された複数の検出器を
専用の信号線で接続するためには、配管11に沿って新た
に信号線を敷設する必要があるので、多大の費用が必要
になる。そこで、各検出器13,14どうしを信号線で接続
することなく、異常検出機能を各検出器近傍13,14に配
設された端末装置41,42に持たせて、異常発生位置Ｂの
算出と異常種類の判断処理を、各端末装置41,42と無線
通信または他のデータ通信で接続された中央監視装置43
で行うようにしている。
そして、この実施例においては、検出器13を構成する
一対の音波センサ13a,13bにて検出された音波信号a1,a2
は信号合成されずに個別に端末装置41内の各増幅器16で
増幅されたのち各バンドパスフィルタ17へ入力される。
各バンドパスフィルタ17は第５図に示したバンドパスフ
ィルタ17と同一構成を有している。そして、各バンドパ
スフィルタ17の無制限回路17aと各単位BPF17bから出力
された各音波信号ｄは次のデータ処理部44へ入力され
る。データ処理部44には表示装置19が接続されている。
そして、データ処理部44は一種のマイクロコンピュータ
で構成されており、第５図のデータ処理部18と同様に、
各バンドパスフィルタ17から入力された周波数制限を加
えない各音波信号ｄと周波数制限を加えた各音波信号ｄ
に対して各種のデータ処理を実行して、異常が発生した
か否か、異常が発生した場合には、異常発生検出時刻
（検出タイミング）t1を測定し、各音波センサ13a,13b
相互間の異常検出時間差ΔT13から音速V1を前述した手
順で算出する。そして、算出した各データt1,V1および
各バンドパスフィルタ17から出力された各音波信号ｄの
各音波波形をデータ伝送装置45を介して中央監視装置43
へ送信する。なお、異常発生無しの場合は中央監視装置
43へなにも送信しない。
一方、他方の検出器14を構成する一対の音波センサ14
a,14bにて検出された音波信号b1,b2は同じく個別に端末
装置42内の各増幅器16で増幅されたのち各バンドパスフ
ィルタ17へ入力される。各バンドパスフィルタ17から出
力された各音波信号ｄは次のデータ処理部46へ入力され
る。データ処理部46には表示装置19が接続されている。
データ処理部46は、各バンドバスフィルタ17から入力さ
れた各音波信号ｄに対して各種のデータ処理を実行して
異常が発生したか否か、異常が発生した場合には、異常
発生検出時刻（検出タイミング）t2を測定し、各音波セ
ンサ14a,14b相互間の異常検出時間差ΔT14から音速V2を
前述した手順で算出する。そして、算出した各データ
t2,V2および各バンドパスフィルタ17から出力された各
音波信号ｄの各音波波形をデータ伝送装置47を介して中
央監視装置43へ送信する。なお、異常発生無しの場合は
中央監視装置43へなにも送信しない。
また、各端末装置41,42における各表示装置19は必ず
しも必要なく、省略することが可能である。
中央監視装置43は一種のマイクロコンピュータで構成
されており、表示装置48および警報装置49を有してい
る。そして、各端末装置41,42から前述した各データt1,
t2,V1,V2および各音波波形が入力すると、まず各データ
t1,t2,V1,V2から前述した（３）（４）（５）式を用い
て異常発生位置Ｂまでの各距離l1,l2を算出する。そし
て、異常発生と異常発生位置Ｂの情報を警報装置49に送
出して、監視員に告知させる。
また、中央監視装置43内には、第５図の異常波形記憶
部28と同一構成の代表的な複数種類の異常音波波形を記
憶する異常波形記憶部が形成されてる。そして、各端末
装置41,42から受信したバンドパスフィルタ17でそれぞ
れ周波数制限された、又は周波数制限されていない各音
波信号ｄの各音波波形と異常波形記憶部から読出した既
知種類の異常音波波形を表示装置48に表示する。そし
て、警報装置49にて異常発生を知った監視員に異常種類
の判定を促す。
このように構成された配管の異常監視装置であれば、
各検出器13,14の配設位置には各端末装置41,42のみが配
設されており、各端末装置41,42で得られた各音波信号
ｄの各音波波形および異常発生位置Ｂを特定するために
必要な各データが中央監視装置43へ例えば無線で送信さ
れる。そして、異常種類等の判定業務は中央監視装置43
で実行すればよいので、中央監視装置43のみに監視員が
常駐すればよく、各端末装置41,42に常駐する必要がな
い。
さらに、この実施例においては、各検出器13,14を構
成する各一対の音波センサ13a,13b,14a,14bにて検出さ
れた音波信号a1,a2,b1,b2は各データ処理部44,46までそ
れぞれ独立した信号処理回路を経由するので、前述した
実施例とは異なり、それぞれ独立した音波信号ｄが得ら
れる。この得られた２つの音波信号ｄを比較することに
よって、異常検出時間差ΔT13,ΔT14が得られる。すな
わち、第１図の実施例のように音波信号を合成していな
いので、たとえ連続的に異常が発生して各音波センサ13
a,13b,14a,14b相互間における検出タイミング差が小さ
くなったとしても波形が重なる事はないので、確実に異
常検出時間差ΔT13,ΔT14を検出できる。このことは、
各音波センサ13a,13bおよび14a,14bの設置間隔l3を短く
設定できる。
さらに、各音波センサ13a,13b,14a,14bにて検出され
た音波信号a1〜b2が独立してデータ処理部44,46へ入力
されるので、いずれの音波センサが先に異常音波を検出
したかがより容易に判断できる。すなわち、異常発生位
置Ｂの方向がより容易に判断できる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。実施例装置においては、バンドパスフィルタ17
を無制限回路17aとそれぞれ通過周波数帯域の中心周波
数が異なる９個のBPF17bとで構成したが、振動衝撃によ
って発生して配管内を伝播する音波の周波数にほぼ対応
する200〜500Hzの通過周波数帯域を有する１個のバンド
パスフィルタのみで構成してもよい。また、このように
通過周波数帯域を制限することによって、200Hz未満に
おける流体の雑音（暗騒音）が信号受信の妨げとなる事
を防止できる。また、500Hzより大きいと伝播減衰が大
き過ぎて信号が出現せず、しかも装置等からの雑音によ
りS/Nが低下する懸念を未然に防止できる。
さらに、実施例においては、検出器13,14を配管11内
へ配設したが、配管11内を伝播する音波によって壁管が
加振されるため、配管11の外表面に配設してもよい。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明の配管の異常監視装置によ
れば、配管の複数箇所に異常発生に起因する音波を検出
する検出器を配設して、異常発生および音波の検出タイ
ミング差から異常発生位置を算出している。したがっ
て、たとえ既に配設されている配管であっても、簡単な
据付工事でもって異常発生および発生位置を遠隔地から
簡単に迅速にかつ正確に検出でき、よって装置全体の信
頼性を大幅に向上できる。
さらに、代表的な異常種類毎の異常音波波形を予め記
憶しているので、音波波形を比較対照でき、異常の種類
も簡単に把握できる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第８図は本発明の一実施例に係わる配管の異
常監視装置を示すものであり、第１図は動作原理を示す
図、第２図は全体を示す模式図、第３図および第４図は
バンドパスフィルタの特性を示す図、第５図はデータ処
理部の概略構成を示すブロック図、第６図は異常音波波
形を示す図、第７図はデータ処理部の動作を示す流れ
図、第８図は表示装置の表示内容を示す図であり、第９
図は本発明の他の実施例に係わる配管の異常監視装置の
概略構成を示すブロック図、第10図は従来の異常監視シ
ステムを示す図である。 10……地中、11……配管、12……流体、13,14……検出
器、13a,13b,14a,14b……音波センサ、15……信号合成
回路、16……増幅器、17……バンドパスフィルタ、17a
……無制限回路、17b……単位BPF、18,44,46……データ
処理部、19,48……表示装置、20,45,47……データ伝送
装置、26……CPU、28……異常波形記憶部、30……読取
波形メモリ、41,42……端末装置、43……中央監視装
置、Ｂ……異常発生位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中町 華都雄 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 服部 一男 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 高梨 洋治 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 安田 優 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 石川 昌巳 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 村田 好康 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−205229（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−105932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−2990（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01M 3/24

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部に流体が通流する配管の軸方向の複数
    位置に所定距離をあけて配設され、この配管に発生した
    異常の発生位置から前記流体を媒体として伝播される音
    波を検出する複数の検出器と、少なくともこの検出器相
    互間の音波検出タイミング差および検出器相互間の距離
    から前記異常の発生位置を算出する異常発生位置算出手
    段とを備えた配管の異常監視装置において、 前記各検出器はそれぞれ配管の軸方向に微小間隔をあけ
    て配設された一対の音波センサで構成され、 前記異常発生位置算出手段は、前記各検出器の各一対の
    音波センサ相互間の音波検出タイミング差から前記各検
    出器の配設位置における各音速を算出する音速算出手段
    と、この音速算出手段にて算出された各音速と前記検出
    器相互間の距離と前記検出器相互間の音波検出タイミン
    グ差とから、前記各検出器の配設位置から異常発生位置
    までの各距離を算出する距離算出手段とで構成された ことを特徴とする配管の異常監視装置。
  2. 【請求項２】内部に流体が通流する配管の軸方向の複数
    位置に所定距離をあけて配設され、この配管に発生した
    異常の発生位置から前記流体を媒体として伝播される音
    波を検出する複数の検出器と、少なくともこの検出器相
    互間の音波検出タイミング差および検出器相互間の距離
    から前記異常の発生位置を算出する異常発生位置算出手
    段とを備えた配管の異常監視装置において、 代表的な複数種類の異常に起因する異常音波波形を記憶
    する異常波形記憶部と、 前記各検出器で検出された音波に含まれる前記管内の流
    体が発生する雑音成分を除去するバンドパスフィルタ
    と、 このバンドパスフィルタで雑音成分が除去された音波の
    波形および前記異常波形記憶部から読出した各異常音波
    波形を同一画面に表示する表示装置と を備えたことを特徴とする配管の異常監視装置。
  3. 【請求項３】前記バンドパスフィルタは通過周波数帯域
    が200Hz乃至500Hzに設定されていることを特徴とする請
    求項２記載の配管の異常監視装置。
  4. 【請求項４】前記バンドパスフィルタは通過周波数帯域
    が異なる複数の単位バンドパスフィルタで構成され、こ
    の各単位バンドパスフィルタから出力された各音波の波
    形を前記表示装置に選択的に表示することを特徴とする
    請求項２記載の配管の異常監視装置。
  5. 【請求項５】前記各検出器で検出された音波に含まれる
    前記管内の流体が発生する雑音成分を除去するバンドパ
    スフィルタを有し、 前記異常発生位置算出手段における音波検出タイミング
    差は、少くも前記バンドパスフィルタを介して得られた
    各音波で検出される ことを特徴とする請求項１の配管の異常監視装置。
  6. 【請求項６】前記バンドパスフィルタは通過周波数帯域
    が異なる複数の単位バンドパスフィルタで構成され、 前記異常発生位置算出手段は、前記各単位バンドパスフ
    ィルタから出力された各音波のうちのS/Nの高い音波を
    選択し、この選択した各音波における検出器相互間の音
    波検出タイミング差および検出器相互間の距離から異常
    発生位置を算出する ことを特徴とする請求項５記載の配管の異常監視装置。
  7. 【請求項７】内部に流体が通流する配管に発生した異常
    を検知する配管の異常監視装置において、 前記配管の軸方向の複数位置に所定距離をあけて配設さ
    れ、前記異常の発生位置から前記流体を媒体として伝播
    される音波を検出する複数の検出器と、 この各検出器で検出された音波に含まれる前記管内の流
    体が発生する雑音成分を除去するバンドパスフィルタ
    と、 少くもこのバンドパスフィルタを介して得られた検出器
    相互間の音波検出タイミング差および検出器相互間の距
    離から前記異常の発生位置を算出する異常発生位置算出
    手段と、 代表的な複数種類の異常に起因する音波波形を記憶する
    異常波形記憶部と、 前記バンドパスフィルタで雑音成分が除去された音波の
    波形および前記異常波形記憶部から読出した異常音波波
    形を表示する表示装置と を備えたことを特徴とする配管の異常監視装置。
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