JP3384197B2 - 管路内部形状推定方法 - Google Patents
管路内部形状推定方法Info
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- JP3384197B2 JP3384197B2 JP18372595A JP18372595A JP3384197B2 JP 3384197 B2 JP3384197 B2 JP 3384197B2 JP 18372595 A JP18372595 A JP 18372595A JP 18372595 A JP18372595 A JP 18372595A JP 3384197 B2 JP3384197 B2 JP 3384197B2
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- Japan
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- pipeline
- sound wave
- conduit
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種管路、特に地
下に埋設された地下通信ケーブル用管路或いは上下水道
管等の内部の形状を簡便に計測する方法に関するもので
ある。
下に埋設された地下通信ケーブル用管路或いは上下水道
管等の内部の形状を簡便に計測する方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の音波の反射を利用した管路内部検
査方法は、管路端に設置した送信機から音波を入射し、
同じ管路端に設置した受信機で受信した反射音波を直接
ディスプレイに表示し、表示された反射波形の形状から
オペレータが管路内部状態を判断する方法であった。
査方法は、管路端に設置した送信機から音波を入射し、
同じ管路端に設置した受信機で受信した反射音波を直接
ディスプレイに表示し、表示された反射波形の形状から
オペレータが管路内部状態を判断する方法であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、音波を入射し管路内部の物体からの反射音波
を得るまでの時間から、管路に異物が入って閉塞された
り或いは破断した場合のように極端な形状変化が生じた
点の位置は定量的に測定できるが、管路内部の小さいく
ぼみ或いは亀裂の状態を判断するには、ディスプレイに
表示された反射音波波形から情報を読み取るオペレータ
にかなりの熟練を要するという欠点があった。本発明の
目的は、管路内部の形状を簡便に計測する方法を提供す
ることにある。
方法では、音波を入射し管路内部の物体からの反射音波
を得るまでの時間から、管路に異物が入って閉塞された
り或いは破断した場合のように極端な形状変化が生じた
点の位置は定量的に測定できるが、管路内部の小さいく
ぼみ或いは亀裂の状態を判断するには、ディスプレイに
表示された反射音波波形から情報を読み取るオペレータ
にかなりの熟練を要するという欠点があった。本発明の
目的は、管路内部の形状を簡便に計測する方法を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題は、次に列挙す
る本発明の新規な特徴的構成手法及び手段を採用するこ
とにより解決される。本発明の第１の特徴は、管路端か
ら管路内に音波を送信し、この送信波形と該管路端に反
射して来る反射波形とからこの管路端における音波のイ
ンパルス応答波形を求める過程と、該インパルス応答波
形の形状から管路の断面積変化位置と反射率とを求める
過程と、該反射率と管路内断面積変化との関係式に基づ
いて断面積変化を求める過程とから、管路断面積変化位
置と管路断面積変化とを推定することである。
る本発明の新規な特徴的構成手法及び手段を採用するこ
とにより解決される。本発明の第１の特徴は、管路端か
ら管路内に音波を送信し、この送信波形と該管路端に反
射して来る反射波形とからこの管路端における音波のイ
ンパルス応答波形を求める過程と、該インパルス応答波
形の形状から管路の断面積変化位置と反射率とを求める
過程と、該反射率と管路内断面積変化との関係式に基づ
いて断面積変化を求める過程とから、管路断面積変化位
置と管路断面積変化とを推定することである。
【０００５】本発明の第２の特徴は、管路端に設置され
管路内に音波を送信する送信機と、管路端に設置され管
路内からの音波を受信する受信機と、管路内の断面積変
化位置と断面積変化とを推定する演算を行う演算部と、
この演算部により推定される断面積変化位置と断面積変
化とを用いて管路長さ方向の断面形状を図示する表示部
とを具備することである。
管路内に音波を送信する送信機と、管路端に設置され管
路内からの音波を受信する受信機と、管路内の断面積変
化位置と断面積変化とを推定する演算を行う演算部と、
この演算部により推定される断面積変化位置と断面積変
化とを用いて管路長さ方向の断面形状を図示する表示部
とを具備することである。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明においては、実際の入射音
波と反射音波との関係をインパルス応答として獲得し、
そのインパルス応答から求めた反射波に関する反射率か
ら管路内部断面積の変化を推定する。更に、本発明の装
置は、推定した管路内部の断面の変化の様子を表示する
機能を有する。
波と反射音波との関係をインパルス応答として獲得し、
そのインパルス応答から求めた反射波に関する反射率か
ら管路内部断面積の変化を推定する。更に、本発明の装
置は、推定した管路内部の断面の変化の様子を表示する
機能を有する。
【０００７】本発明の実施形態を示す図１においては、
スピーカー１から入射した音波はマイクロホン２がある
点Ｐ0 を通過し、管路21の一端かランダムアクセス管路
に入り、管路内反射物体である凹み101 、付着物102 、
接続部103 の位置Ｐ1 、Ｐ2、Ｐ3 及び管路端位置Ｐ4
から音波を反射し再びマイクロホン２により測定され
る。マイクロホン２の位置Ｐ0 と管路内反射物体及び管
路端の位置Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 及びＰ4 との距離はＬ1 、
Ｌ2 、Ｌ3 及びＬ4 として図示されている。
スピーカー１から入射した音波はマイクロホン２がある
点Ｐ0 を通過し、管路21の一端かランダムアクセス管路
に入り、管路内反射物体である凹み101 、付着物102 、
接続部103 の位置Ｐ1 、Ｐ2、Ｐ3 及び管路端位置Ｐ4
から音波を反射し再びマイクロホン２により測定され
る。マイクロホン２の位置Ｐ0 と管路内反射物体及び管
路端の位置Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 及びＰ4 との距離はＬ1 、
Ｌ2 、Ｌ3 及びＬ4 として図示されている。
【０００８】このときマイクロホン２により測定される
音波の波形は図２のようになる。図２には、マイクロホ
ン２の位置Ｐ0 、管路内反射物体位置Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3
及び管路端位置Ｐ4 に対応した音波の波形をそれぞれＲ
0 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 及びＲ 4 で表している。マイクロ
ホン２を通過する音波Ｒ0 と管路内反射物体及び管路端
からの音波Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 及びＲ4 との時間差は
Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及びＴ4として図示されている。
音波の波形は図２のようになる。図２には、マイクロホ
ン２の位置Ｐ0 、管路内反射物体位置Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3
及び管路端位置Ｐ4 に対応した音波の波形をそれぞれＲ
0 、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 及びＲ 4 で表している。マイクロ
ホン２を通過する音波Ｒ0 と管路内反射物体及び管路端
からの音波Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 及びＲ4 との時間差は
Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 及びＴ4として図示されている。
【０００９】マイクロホン２の位置Ｐ0 と管路内反射物
体及び管路端の位置Ｐi （ｉ＝１、２、３、４）との距
離Ｌi （ｉ＝１、２、３、４）は、音速ｖと時間差Ｔi
（ｉ＝１、２、３、４）から以下のように求められる。 Ｌi ＝ｖ×Ｔi ／２ （ｉ＝１、２、３、４） （１）
体及び管路端の位置Ｐi （ｉ＝１、２、３、４）との距
離Ｌi （ｉ＝１、２、３、４）は、音速ｖと時間差Ｔi
（ｉ＝１、２、３、４）から以下のように求められる。 Ｌi ＝ｖ×Ｔi ／２ （ｉ＝１、２、３、４） （１）
【００１０】但し、気体の音速は圧力に殆ど無関係で絶
対温度の平方根に比例して増加することから、音速ｖは
温度センサー３によって測定される管路内部温度ｔによ
り次式を用いて算出する。
対温度の平方根に比例して増加することから、音速ｖは
温度センサー３によって測定される管路内部温度ｔによ
り次式を用いて算出する。
【数１】
なお、地下に埋設された管路について本発明を適用する
場合は、気象庁が発表する地中温度を日時及び地域を指
定して利用することができる。
場合は、気象庁が発表する地中温度を日時及び地域を指
定して利用することができる。
【００１１】前記の測定に際しては、管路内部からの反
射波形は管路内部断面変化及び入射音波波形に対応して
一意に定まる。従って、逆に入射音波データと反射音波
データとの関係を求めることにより、管路内部断面変
化、即ち管路内部形状を推定することができる。その方
法の一例を次に説明する。
射波形は管路内部断面変化及び入射音波波形に対応して
一意に定まる。従って、逆に入射音波データと反射音波
データとの関係を求めることにより、管路内部断面変
化、即ち管路内部形状を推定することができる。その方
法の一例を次に説明する。
【００１２】図３（ａ）のような断面積がＳi 、Ｓi+1
及びＳi+2 のように離散的に変化する管路に入射波とし
て振幅が１である単位インパルスを入射する場合を考え
ると、管路内部を伝わる音波が平面波であると過程すれ
ば、反射率ｒi は次式のように決定される。 ｒi ＝（Ｓi −Ｓi+1 ）／（Ｓi ＋Ｓi+1 ） （３）
及びＳi+2 のように離散的に変化する管路に入射波とし
て振幅が１である単位インパルスを入射する場合を考え
ると、管路内部を伝わる音波が平面波であると過程すれ
ば、反射率ｒi は次式のように決定される。 ｒi ＝（Ｓi −Ｓi+1 ）／（Ｓi ＋Ｓi+1 ） （３）
【００１３】有限時間内の離散時間システムにおけるイ
ンパルス応答 ｈ＝［ｈ0,ｈ1,……］T は図３（ｂ）のようになる。平面波の伝播理論によれ
ば、ｈi は ｈi ＝ｒi ｈi+m ＝（１−ｒi 2 ）ｒi+1 m （−ｒi ）m-1
（ｍ≧１） のように求めることができる。
ンパルス応答 ｈ＝［ｈ0,ｈ1,……］T は図３（ｂ）のようになる。平面波の伝播理論によれ
ば、ｈi は ｈi ＝ｒi ｈi+m ＝（１−ｒi 2 ）ｒi+1 m （−ｒi ）m-1
（ｍ≧１） のように求めることができる。
【００１４】ここで反射率の定義式（３）により
−１≦ｒi ≦１
であるから、｜ｒi ｜が１より充分小さい数εにより
｜ｒi ｜≦ε
であると仮定すると、
｜ｈi+m ｜＝｜（１−ｒi 2 ）ｒi+1 m （−ｒi ）m-1 ｜
≦｜ｒi+1 m ｜・｜（−ｒi ）m-1 ｜
≦｜ｒi+1 m ｜・｜−ｒi ｜m-1
≦ε2m-1 （４）
となり、ｈi+2 以降のインパルス応答の絶対値はｈi 及
びｈi+1 と比べて無視できるくらいの小さい値になる。
びｈi+1 と比べて無視できるくらいの小さい値になる。
【００１５】そこで、インパルスｈi の絶対値の最大値
を Ｈ＝ｍａｘ｛｜ｈi ｜｝ とするとき推定反射率ｒi ’を以下のように決定する。 ｒi ’＝ｆ（ｈi ） （５）
を Ｈ＝ｍａｘ｛｜ｈi ｜｝ とするとき推定反射率ｒi ’を以下のように決定する。 ｒi ’＝ｆ（ｈi ） （５）
【数２】
α＝Ｈη
但し、η（０≦η≦１）はしきい値αの割合を決定する
定数である。この様子は図３（ｃ）に示すとおりであ
る。この推定反射率ｒi ’と反射率の定義式（３）とか
ら推定断面積Ｓi+1 ’を次式によって推定できる。 Ｓi+1 ’＝Ｓi ’（１−ｒi ’）／（１＋ｒi ’） （６） この様子は図３（ｄ）に示すとおりである。
定数である。この様子は図３（ｃ）に示すとおりであ
る。この推定反射率ｒi ’と反射率の定義式（３）とか
ら推定断面積Ｓi+1 ’を次式によって推定できる。 Ｓi+1 ’＝Ｓi ’（１−ｒi ’）／（１＋ｒi ’） （６） この様子は図３（ｄ）に示すとおりである。
【００１６】図４は管路内部断面変化を推定するときの
フローチャートを示す。メモリーレジスタ30に格納され
た入射音波データ31と反射音波データ32とからインパル
ス応答計算工程33によりインパルス応答ｈを計算する。
次いで式（５）の計算を行う推定反射率計算工程34によ
り推定反射率 ｒ’＝［ｒ0', ｒ1', ……］T を計算する。
フローチャートを示す。メモリーレジスタ30に格納され
た入射音波データ31と反射音波データ32とからインパル
ス応答計算工程33によりインパルス応答ｈを計算する。
次いで式（５）の計算を行う推定反射率計算工程34によ
り推定反射率 ｒ’＝［ｒ0', ｒ1', ……］T を計算する。
【００１７】最後に断面変化推定工程35において式
（６）により断面変化を推定し、断面変化表示用メモリ
ーレジスタ36にＳi ’を格納する。以上により、反射波
到達時間から管路内部の位置計測を行い、また、反射波
形から管路内部形状を推定することが可能になる。
（６）により断面変化を推定し、断面変化表示用メモリ
ーレジスタ36にＳi ’を格納する。以上により、反射波
到達時間から管路内部の位置計測を行い、また、反射波
形から管路内部形状を推定することが可能になる。
【００１８】次に、図５は本発明の管路内部形状推定装
置の実施形態の一例を示す。図５においては、演算処理
部Ａのメモリーレジスタ７に格納されたスピーカー駆動
信号データのディジタル値に基づいてディジタル部Ｂの
ディジタル・アナログ変換器５がこれを電圧値に変換
し、これによりアナログ部Ｃのスピーカー駆動増幅器４
を通してプローブ部Ｄのスピーカー１が駆動され、この
スピーカー１が管路内部への入射音波を発生する。
置の実施形態の一例を示す。図５においては、演算処理
部Ａのメモリーレジスタ７に格納されたスピーカー駆動
信号データのディジタル値に基づいてディジタル部Ｂの
ディジタル・アナログ変換器５がこれを電圧値に変換
し、これによりアナログ部Ｃのスピーカー駆動増幅器４
を通してプローブ部Ｄのスピーカー１が駆動され、この
スピーカー１が管路内部への入射音波を発生する。
【００１９】ここで、マイクロホン２をスピーカー１の
前に直角に配置し、スピーカー１から発射された入射音
波を、管路内部からの反射音波と同レベルの波形として
受信し、これらの波形をメモリーレジスタ７に格納す
る。マイクロホン２が受信する反射音波は、時間的に増
幅率を変化させるゲインコントローラ６により制御され
るマイクロホン増幅器4'によって増幅された後、アナロ
グ・ディジタル変換器5'によってディジタル値に変換さ
れ、演算処理部Ａにあるメモリーレジスタ７に格納され
る。また、同時に、温度センサー３が管路内部の気温を
測定し、この測定値は温度センサー増幅器4"によって増
幅された後、アナログ・ディジタル変換器5"によりディ
ジタル値に変換され、演算処理部Ａにあるメモリーレジ
スタ７に格納される。
前に直角に配置し、スピーカー１から発射された入射音
波を、管路内部からの反射音波と同レベルの波形として
受信し、これらの波形をメモリーレジスタ７に格納す
る。マイクロホン２が受信する反射音波は、時間的に増
幅率を変化させるゲインコントローラ６により制御され
るマイクロホン増幅器4'によって増幅された後、アナロ
グ・ディジタル変換器5'によってディジタル値に変換さ
れ、演算処理部Ａにあるメモリーレジスタ７に格納され
る。また、同時に、温度センサー３が管路内部の気温を
測定し、この測定値は温度センサー増幅器4"によって増
幅された後、アナログ・ディジタル変換器5"によりディ
ジタル値に変換され、演算処理部Ａにあるメモリーレジ
スタ７に格納される。
【００２０】メモリーレジスタ７に格納された入射音
波、反射音波及び管路内部温度データは、演算処理部Ａ
のＣＰＵ８によって処理され、反射音波の断面変化の推
定結果及び位置計測結果が表示用メモリーレジスタ11に
格納され、その後表示部Ｅのディスプレイ９に表示され
る。測定開始、終了及び解析操作は、ディスプレイ９に
示される手順に沿って操作部Ｆの操作スイッチ10によっ
て行う。
波、反射音波及び管路内部温度データは、演算処理部Ａ
のＣＰＵ８によって処理され、反射音波の断面変化の推
定結果及び位置計測結果が表示用メモリーレジスタ11に
格納され、その後表示部Ｅのディスプレイ９に表示され
る。測定開始、終了及び解析操作は、ディスプレイ９に
示される手順に沿って操作部Ｆの操作スイッチ10によっ
て行う。
【００２１】
【実施例】図６は本発明によって管路内部形状を推定し
た結果の一例を示す。図６（ａ）に示す波形を有する音
波を管路内部に入射したところ、図６（ｂ）、（ｃ）及
び（ｄ）の左端に示すような管路内部の異常部位からの
反射音波波形が得られた。これらの反射音波データと入
射音波データとから本発明により推定した結果、図６
（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の中央に示す図形が得られ
た。これらの結果から推定される管路の状態は、図６
（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の右端に示すような形状であ
る。
た結果の一例を示す。図６（ａ）に示す波形を有する音
波を管路内部に入射したところ、図６（ｂ）、（ｃ）及
び（ｄ）の左端に示すような管路内部の異常部位からの
反射音波波形が得られた。これらの反射音波データと入
射音波データとから本発明により推定した結果、図６
（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の中央に示す図形が得られ
た。これらの結果から推定される管路の状態は、図６
（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の右端に示すような形状であ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
反射波到達時間から管路内部の位置計測を行い、また、
反射波形から管路内部形状を推定することが可能になっ
た。これにより、従来のようにオペレータの専門的な知
識が不要になった。また、多大な時間をかけて判定して
いた管路の内部検査の判断を、短時間に客観的且つ的確
に行うことが可能になった。
反射波到達時間から管路内部の位置計測を行い、また、
反射波形から管路内部形状を推定することが可能になっ
た。これにより、従来のようにオペレータの専門的な知
識が不要になった。また、多大な時間をかけて判定して
いた管路の内部検査の判断を、短時間に客観的且つ的確
に行うことが可能になった。
【図１】本発明の実施形態を示す図である。
【図２】マイクロホン２により測定される音波の波形を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明により管路内部の断面変化を推定する過
程を説明する図である。
程を説明する図である。
【図４】管路内部断面変化を推定するときのフローチャ
ートである。
ートである。
【図５】本発明の管路内部形状推定装置の実施形態の一
例を示す図である。
例を示す図である。
【図６】本発明によって管路内部形状を推定した結果の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
１ スピーカー
２ マイクロホン
３ 温度センサー
４ スピーカー駆動増幅器
４’ マイクロホン増幅器
４” 温度センサー増幅器
５ ディジタル・アナログ変換器
５’ アナログ・ディジタル変換器
５” アナログ・ディジタル変換器
６ ゲインコントローラ
７ メモリーレジスタ
８ ＣＰＵ
９ ディスプレイ
１０ 操作スイッチ
１１ 表示用メモリーレジスタ
２１ 管路
３０ メモリーレジスタ
３１ 入射音波データ
３２ 反射音波データ
３３ インパルス応答計算工程
３４ 推定反射率計算工程
３５ 断面変化推定工程
３６ 断面変化表示用メモリーレジスタ
１０１ 管路内部の凹み
１０２ 管路内部の付着物
１０３ 管路内部の接続部
Ａ 演算処理部
Ｂ ディジタル部
Ｃ アナログ部
Ｄ プローブ部
Ｅ 表示部
Ｆ 操作部
Ｌ1 〜Ｌ4 距離
Ｐ0 〜Ｐ4 管路内部位置
Ｒ0 〜Ｒ4 音波の波形
Ｔ1 〜Ｔ4 時間差
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−88719（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−146366（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−55391（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 17/00 - 17/08
G01N 29/00 - 29/28
G01S 1/72 - 1/82
G01S 3/80 - 3/86
G01S 5/18 - 5/30
G01S 7/52 - 7/64
G01S 15/00 - 15/96
Claims (2)
- 【請求項１】 管路端から管路内に音波を送信し、この
送信波形と該管路端に反射して来る反射波形とからこの
管路端における音波のインパルス応答波形を求める過程
と、該インパルス応答波形の形状から管路の断面積変化
位置と反射率とを求める過程と、該反射率と管路内断面
積変化との関係式に基づいて断面積変化を求める過程と
から、管路断面積変化位置と管路断面積変化とを推定す
ることを特徴とする管路内部形状推定方法。 - 【請求項２】 しきい値を設定し、このしきい値以下の
インパルス応答を無視することを特徴とする請求項１に
記載の管路内部形状推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18372595A JP3384197B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 管路内部形状推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18372595A JP3384197B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 管路内部形状推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933239A JPH0933239A (ja) | 1997-02-07 |
| JP3384197B2 true JP3384197B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=16140879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18372595A Expired - Fee Related JP3384197B2 (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | 管路内部形状推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3384197B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5024901B2 (ja) * | 2005-07-29 | 2012-09-12 | アコースティックアイ エルティディー． | チューブ状システムの非破壊検査方法 |
| GB2519142B (en) * | 2013-10-11 | 2016-09-28 | Univ Manchester | Signal processing system and method |
-
1995
- 1995-07-20 JP JP18372595A patent/JP3384197B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0933239A (ja) | 1997-02-07 |
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