JP3639160B2 - 異常箇所検出装置 - Google Patents
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Description
【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３ａ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３ｂ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ｆs’、積分区間の上限値をｆe’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ｆs’と上限値ｆe’を下限周波数ｆsと上限周波数ｆe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ｆs’、積分区間の上限値をｆe’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ｆs’と上限値ｆe’を下限周波数ｆsと上限周波数ｆe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１１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、Ｌ２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３ａ、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３ｃ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３ａ、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７２ｃ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７２ａは、下限周波数をｆsとし、上限周波数をｆe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３ａ、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Ｓ１）。
【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３ａ、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Ａn、その位相をφan、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Ｃaa（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Ｂn、その位相をφbnとして、式（３）で表わされるパワースペクトルＣbb（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Ｃn、その位相をφcnとして、式（４）で表わされるパワースペクトルＣcc（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Ｃab（ｆ）が式（５）で計算され（ステップＳ５）、クロススペクトルＣab（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ｆsおよび上限周波数ｆe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Ｃaa（ｆ）、式（３）で表されるパワースペクトルＣbb（ｆ）、式（５）で表されるクロススペクトルＣab（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φa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φb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ｆsと上限周波数ｆe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ｆsと上限周波数ｆe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１１−１４４９２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Ｃab（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Ａab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τab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Ａac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τac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Ａab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Ａac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Ａab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Ａac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Ａab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Ａac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τab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τac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１９．８ｍ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３ｃ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３ｃ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３ｃ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３ｂ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ｆsと上限周波数ｆe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ｆsが２．３ＫＨｚで、上限周波数ｆe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ｆsが２．３ＫＨｚで、上限周波数ｆe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ｆsと上限周波数ｆe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τab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τac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（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９．２０ｍ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τab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τac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ｆs’とｆe’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ｆs’と下限値ｆe’を上限周波数ｆsと下限周波数ｆeとし、上限周波数ｆsと下限周波数ｆe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。
【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３ａ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３ｂ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ｆs’、積分区間の上限値をｆe’とし、予め決められた周波数帯域幅をＷとして、
【００２１】
【数５】
の値が最大になるときの積分区間の下限値ｆs’と上限値ｆe’を下限周波数ｆsと上限周波数ｆeとし、
【００２３】
【数６】
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ｆs’、積分区間の上限値をｆe’とし、予め決められた周波数帯域幅をＷとして、
【００３０】
【数７】
の値が最大になるときの積分区間の下限値ｆs’と上限値ｆe’を下限周波数ｆsと上限周波数ｆeとし、
【００３２】
【数８】
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１１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、Ｌ２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３ａ、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３ｃ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３ａ、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７２ｃ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７２ａは、下限周波数をｆsとし、上限周波数をｆe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】
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３ａ、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Ｓ１）。
【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３ａ、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Ａn、その位相をφan、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Ｃaa（ｆ）が計算される。
【００６１】
【数１０】
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Ｂn、その位相をφbnとして、式（３）で表わされるパワースペクトルＣbb（ｆ）が計算される。
【００６３】
【数１１】
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Ｃn、その位相をφcnとして、式（４）で表わされるパワースペクトルＣcc（ｆ）が計算される（ステップＳ３）。
【００６５】
【数１２】
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Ｃab（ｆ）が式（５）で計算され（ステップＳ５）、クロススペクトルＣab（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】
ここで、バンドパスフィルタの下限周波数ｆsおよび上限周波数ｆe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Ｃaa（ｆ）、式（３）で表されるパワースペクトルＣbb（ｆ）、式（５）で表されるクロススペクトルＣab（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】
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φa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φb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】
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】
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ｆsと上限周波数ｆe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ｆsと上限周波数ｆe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１１−１４４９２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Ｃab（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】
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Ａab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τab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Ａac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τac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Ａab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Ａac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Ａab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Ａac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Ａab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Ａac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τab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τac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】
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】
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１９．８ｍ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３ｃ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３ｃ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３ｃ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３ｂ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ｆsと上限周波数ｆe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ｆsが２．３ＫＨｚで、上限周波数ｆe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ｆsが２．３ＫＨｚで、上限周波数ｆe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ｆsと上限周波数ｆe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τab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τac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（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９．２０ｍ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τab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τac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ｆs’とｆe’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ｆs’と下限値ｆe’を上限周波数ｆsと下限周波数ｆeとし、上限周波数ｆsと下限周波数ｆe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。
Claims (10)
- 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ｆs’、積分区間の上限値をｆe’とし、予め決められた周波数帯域幅をＷとして、
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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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ｆs’、積分区間の上限値をｆe’とし、予め決められた周波数帯域幅をＷとして、
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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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