JP4094121B2

JP4094121B2 - Water leakage detection device

Info

Publication number: JP4094121B2
Application number: JP15641698A
Authority: JP
Inventors: 恒夫宮本; 正司松木; 透佐野; 拓也田崎; 俊二棚村; 富士男岡; 康成森; 弘隆大橋; 英幸藤田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Tokyo Metropolitan Government; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Tokyo Metropolitan Government; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: JPH11352001A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用して地中に埋設した水道管からの漏水を検出する漏水検出装置に係り、特に漏水部における流動により生じたドップラー効果に伴うドップラー周波数を検波して漏水の有無を検知する漏水検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に埋設した水道管からの漏水を検出する場合、地表面にマイクロホンを押し当て、水道管から漏れ出る水の音をマイクロホンによって拡大して聞き取るようにしていた。しかし、このマイクロホンによって水の漏れ出る音を聞き取る方法は、漏水の有無を判断するのに熟練を要することや、道路を通る車両の騒音や振動が障害となることなどから、検出確度が必ずしも高くなかった。そこで、本願出願人は、単一周波数の電磁波を地中に放射してその反射波を受信し、受信した反射波から漏水部の流動によるドップラー周波数を検波し、地中の水道管からの漏水の有無を検知する装置を開発した（特開平９−５２００号公報）。図４は、従来の電磁波を用いた漏水検出装置のブロック図である。
【０００３】
図４において、漏水検出装置１０は、地中に電磁波である送信信号を放射する送信アンテナ１２と、送信アンテナ１２から放射された送信信号の反射波を受ける受信アンテナ１４とを有している。送信アンテナ１２は、高周波送信信号を生成する発振器などからなる信号発生器１６に接続してあり、信号発生器１６が出力した送信信号を地中に放射する。
【０００４】
一方、受信アンテナ１４には、受信アンテナ１４が受信した送信信号の反射波である反射信号を増幅する高周波増幅器(ＲＦ増幅器)１８が接続してあり、ＲＦ増幅器１８の出力側にＲＦ増幅器１８の出力信号を受信信号として入力する復調器２０が接続してある。また、復調器２０には、位相シフタ２２を介して参照信号発生器２４の出力する参照信号が入力するようになっている。参照信号発生器２４は、信号発生器１６が接続されていて、信号発生器１６の出力した送信信号の一部が入力し、送信信号と同じ周波数の信号を参照信号として出力する。
【０００５】
復調器２０は、受信アンテナ１４が受けた反射信号（受信信号）と位相シフタ２２を介して入力する参照信号とを混合し、受信信号から送信信号の成分(送信信号と同じ位相の信号成分)を除去し、送信信号に対する位相ずれに応じた復調信号(中間周波(ＩＦ)信号)をローパスフィルタ２６と増幅器２８とに出力する。ローパスフィルタ２６は、地中の埋設管や空洞などの固定的なものからの信号成分(送信信号に対する一定の位相ずれ成分、すなわち直流成分)を透過し、オシロスコープ３０に出力して表示する。また、増幅器２８は、復調器２０の出力した復調信号を増幅して出力する。そして、図示しない作業者は、位相シフタ２２のツマミを介して位相シフタ２２の出力を調整し、復調器２０の出力信号のうち、埋設管や空洞などの固定的なものから反射された信号成分が零となるように、すなわちローパスフィルタ２６の出力が零となるようにする。
【０００６】
すなわち、地中に電磁波を放射して地中埋設管からの漏水を検出する場合、送受信アンテナ間の結合信号(図５に示した地表面３２で反射されて送信アンテナ１２から受信アンテナ１４に直接入射する電磁は３４や、地中３６を通って直接受信アンテナ１４に入る電磁波３８)、地中３６に存在する配管４０などの人工的なもの、および地中３６に生じた空洞４２や図示しない岩石、地層(地質)の変化部などの自然界に存在するものなどの埋設物からの位相の変化しない固定的な反射信号を除去し、漏水部４４による信号のみを選択的に抽出する。
【０００７】
これにより、復調器２０は、漏水部４４の流動によるドップラー周波数に基づく信号だけを出力し、この信号が増幅器２８によって増幅される。このように電磁波を利用にして漏水部からのドップラー効果によるドップラー周波数を検波することにより、埋設した水道管から漏水しているか否かを作業者の熟練度や、道路を通る車両の影響などを受けることなく検出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のドップラー周波数を検波する漏水検出装置は、上記したように、作業者が位相シフタ２２のツマミを調整して復調器２０の出力したＩＦ信号から固定的な反射信号（直流信号成分）を取り除くようにしているため、（１）電圧比較器および位相シフタ２２が必要となって回路が複雑となること、(２)アンテナの設置状態が変わったときには、その都度位相シフタ２２を調整する必要があること、(３)発振周波数(送信信号の周波数)および位相シフタ２２の特性が温度によってドリフトするため、時間の経過によって微調整が必要となること、(４)そのために、アンテナ間結合信号や埋設物などの固定的なものから反射信号などの強い直流信号成分を充分に取り除くことができず、微弱な漏水信号を得るために増幅器２８の増幅率を大きくすると、増幅器２８の出力が飽和するために増幅率を大きくすることができず、Ｓ／Ｎ比を大きく取れないこと、などの問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、漏水部において生じた微弱なドップラー周波数の信号を容易に検波できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、回路の簡素化が図れ、操作性を改善することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る漏水検出装置は、電磁波からなる送信信号を地中に放射する送信アンテナと、この送信アンテナが放射した前記送信信号の反射波を受ける受信アンテナとを備え、前記受信アンテナが受けた前記反射波に基づいて、地中埋設管からの漏水の有無を検知する漏水検出装置において、前記送信アンテナが放射した前記送信信号と同一周波数の参照信号が参照信号発生器から入力するとともに、前記受信アンテナから受信信号が入力し、前記受信信号と前記参照信号とを混合して前記送信信号と同じ位相の信号成分を除去し、前記送信信号と位相の異なるＩＦ信号を復調信号として出力する復調器と、この復調器の出力した前記復調信号が増幅されて入力し、直流信号成分と高周波ノイズを除去して復調信号のうち漏水部の流動により生じたドップラー周波数に対応する成分を透過される帯域フィルタと、を有する構成にしてある。帯域フィルタは、帯域周波数が０．５Ｈｚ〜１ｋＨｚのものを用いることができる。
【００１１】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、復調器の出力側に帯域フィルタを設け、復調器が出力する復調信号のうち、漏水部の流動によるドップラー効果によって生じたドップラー周波数に対応する成分を透過するようにしたことにより、ドップラー周波数の検波を容易、確実に行うことができる。しかも、従来のように復調器に与える参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がなく、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡素にすることができる。そして、参照信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナの設置状態が変わったり、温度変化により発信周波数がドリフトしたとしても、装置を搬入した場所において直ちに漏水検出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタを透過した信号を増幅する最終段階での増幅率を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００１２】
なお、地中に存在する配管からの漏水を検出する場合、地中における電磁波の減衰が大きいため、使用する周波数(送信信号の周波数)は一般に空中探査用レーダより使用する周波数が低く、また漏水部における水や土砂の動きの速度も小さいため、ドップラー周波数も小さくなり、帯域周波数は、直流成分を除去できる０．５Ｈｚ以上であって、１ｋＨｚ以下でよく、望ましくは０．５〜１００Ｈｚがよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る漏水検出装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。なお、前記従来技術において説明した部分に対応する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る漏水検出装置のブロック図である。図１において、漏水検出装置５０は、位相シフタが省かれていて、復調器２０に参照信号発生器２４が直接接続してあり、信号発生器１６の出力する送信信号と同じ周波数の参照信号が参照信号発生器２４から復調器２０に位相調整されることなく直接入力するようになっている。そして、復調器２０の出力側には、ローノイズのプリアンプ５２が接続してあり、このプリアンプ５２の出力側に帯域フィルタ５４が設けてある。この帯域フィルタ５４は、実施の形態の場合、オペアンプを用いたいわゆるアクティブフィルタであって、復調器２０が出力した復調信号(ＩＦ信号)のうち、地中の漏水部における水や水と土砂との混合物の動きにより生じたがドップラー周波数に対応した成分を透過させるもので、帯域周波数が実施の形態の場合、０．５〜１ｋＨｚとなっている。さらに、帯域フィルタ５４の出力側には、増幅器５６が接続してあって、帯域フィルタ５４を透過した信号を増幅できるようにしてある。そして、増幅器５６の出力は、図示しない漏水判別器や表示装置、メータなどの表示器、記録装置などに出力され、漏水の有無の判別に用いられる。
【００１５】
このように構成した実施の形態においては、信号発生器１６が送信信号を生成して出力し、その一部が送信アンテナ１２を介して地中に放射され、一部が参照信号発生器２４に与えられる。送信アンテナ１２から放射された送信信号は、地中に存在する配管や空洞などの異物や地中の水道管からの水漏れ部から反射され、反射信号として受信アンテナ１４に到達する。受信アンテナ１４が受けた反射信号(反射波)は、ＲＦ増幅器１８によって１０⁴倍程度増幅され、受信信号として復調器２０に入力される。
【００１６】
一方、参照信号発生器２４は、信号発生器１６から入力した信号を参照信号として、すなわち送信信号と同一周波数の参照信号を復調器２０に入力する。復調器２０は、入力された受信信号と参照信号とを混合して送信信号と同じ位相の信号成分を除去し、送信信号と位相の異なるＩＦ信号を復調信号としてプリアンプ５２を介して帯域フィルタ５４に入力する。帯域フィルタ５４は、プリアンプ５２によって１０倍程度増幅された復調信号のうち、地中の配管や空洞などからの反射に基づく直流信号成分と各種の高周波ノイズとを除去し、漏水に固有な現象を示す周波数、すなわち漏水部における水(または水と土砂との混合物)の流動によるドップラー周波数に対応した周波数に対応する０．５Ｈｚ〜１ｋＨｚの信号成分のみを通過させて出力する。そして、帯域フィルタ５４を透過した信号は、増幅器５６によって１０⁴倍程度増幅され、表示レベル(数ボルト)の電圧にされて表示器などに送られる。
【００１７】
このように、実施の形態においては、位相シフタによって復調器２０に与える参照信号の位相を調整することなしに、復調器２０が出力した復調信号から漏水に基づくドップラー周波数に対応した成分を透過させる帯域フィルタ５４を復調器２０の出力側に設けたことにより、漏水によるドップラー周波数を容易、確実に検出することができ、地中に埋設した水道管からの漏水の有無を高精度で容易に判別することができる。
【００１８】
しかも、従来のように復調器２０に与える参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がないため、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡素にすることができる。また、参照信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナ１２、１４の設置状態が変わったり、温度変化により信号発生器１６が出力する送信信号の発信周波数がドリフトしたとしても、漏水検出装置５０を搬入した場所において直ちに漏水検出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタ５４を透過した信号を増幅する増幅器５６の増幅率を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００１９】
【実施例】
試験地の深さ１．２ｍの位置に水道管を埋設し、指定されたアスファルト舗装の工事仕様に基づいて埋め戻し、アスファルト舗装を施したのち、埋設した水道管から毎分５リットルの漏水を生じさせ、この漏水を実施形態に係る漏水検出装置５０を用いて検出する実験を行った。漏水検出装置５０の作動周波数、すなわち信号発生器１６が出力する送信信号の周波数を４００ＭＨｚにして漏水の検出を行ったところ、容易に漏水を検出することができた。
【００２０】
図２は、このときの漏水部からの反射信号の周波数分析を行った結果を示したものであり、横軸が帯域フィルタ５４を透過した信号の周波数(ドップラー周波数)を示し(単位はＨｚ)、縦軸が計器の信号振幅（単位ｍＶ）を示している。図から明らかなように、漏水部からの反射信号に含まれているドップラー周波数は、作動周波数が４００ＭＨｚの場合、１０Ｈｚ以下が主成分であって、２〜５Ｈｚの成分が卓越していることがわかる。そして、この結果から、漏水部における水（または水と土砂との混合物）の動き(流動)の速さは、ほぼ０．１〜０．２ｍ／ｓｅｃであることがわかる。
すなわち、ドップラー周波数ｆ_dは、周知のように次式によって求めることができる。
【数１】
ｆ_d＝｛（２×ｖ_r）／（Ｃ／ε₂ ^1/2）｝×ｆ
ただし、数式１においてｖ_rは水（または水と土砂の混合物）の速度であり、Ｃは電磁波の真空中における伝播速度、ε₂は地中の誘電率、ｆは送信信号の周波数である。
【００２１】
そこで、水の速度ｖ_r＝０．１ｍ／ｓｅｃと仮定し、大気の誘電率を真空と同じ１としたときの電磁波の速度Ｃ＝３×１０⁸ｍ／ｓｅｃ、ε₂＝８１、ｆ＝４００ＭＨｚとすると、ドップラー周は数ｆ_dは、
【数２】

となる。そして、水の速度が０．２ｍ／ｓｅｃと仮定すれば、ｆ_d＝４．８Ｈｚとなる。
【００２２】
図３は、作動周波数に対するドップラー周波数の値を上記の数式１により求めたもので、横軸に作動周波数を単位ＭＨｚでとり、縦軸にドップラー周波数を単位Ｈｚで表している。そして、◆印は水の速度が０．１ｍ／ｓｅｃ、■印は水の速度が０．２ｍ／ｓｅｃ、×印は水の速度が０．４ｍ／ｓｅｃ、○印は水の速度が０．５ｍ／ｓｅｃと仮定した場合である。ただし、水で飽和した地中の誘電率を８１としている。
【００２３】
この図３から、作動周波数が４００ＭＨｚの場合、水道管から漏れ出た水の速度が０．５ｍ／ｓｅｃのときであっても、計算上のドップラー周波数は１２Ｈｚであり、図２を考慮すると、帯域フィルタ５４の帯域周波数を０．５〜５０Ｈｚ程度に設定すればよく、作動周波数を６００ＭＨｚとした場合、帯域フィルタ５４の帯域周波数を０．５〜１００Ｈｚ程度の設定すればよいことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、復調器の出力側に帯域フィルタを設け、復調器が出力する復調信号のうち、漏水部の流動によるドップラー効果によって生じたドップラー周波数に対応する成分を透過するようにしたことにより、ドップラー周波数の検波を容易、確実に行うことができる。しかも、従来のように復調器に与える参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がなく、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡素にすることができる。そして、参照信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナの設置状態が変わったり、温度変化により発信周波数がドリフトしたとしても、直ちに漏水検出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタを透過した信号を増幅する最終段階での増幅率を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００２５】
なお、地中に存在する配管からの漏水を検出する場合、地中における電磁波の減衰が大きいため、使用する周波数(送信信号の周波数)は一般に１ＧＨｚ以下であり、また漏水部における水や土砂の動きの速度も小さいため、ドップラー周波数も小さくなり、帯域周波数の帯域幅は、直流成分を除去できる０．５Ｈｚ以上であって、１ｋＨｚ以下でよい。帯域周波数をこのように設定すればノイズの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る漏水検出装置のブロック図である。
【図２】実施の形態に係る漏水検出装置により検波した漏水部からの反射信号の周波数分析結果を示す図である。
【図３】漏水検出装置の作動周波数に対するドップラー周波数の関係を示す図である。
【図４】従来の漏水検出装置のブロック図である。
【図５】電磁波を用いて漏水を検出する原理の説明図である。
【符号の説明】
１０、５０漏水検出装置
１２送信アンテナ
１４受信アンテナ
１６信号発生器
２０復調器
２４参照信号発生器
５４帯域フィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water leakage detection device that detects leakage from a water pipe buried underground using electromagnetic waves, and in particular, detects Doppler frequency associated with the Doppler effect caused by flow in the water leakage portion to detect the presence or absence of water leakage. The present invention relates to a leak detection device to be detected.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when water leakage from a water pipe buried in the ground is detected, a microphone is pressed against the ground surface, and the sound of water leaking from the water pipe is expanded and heard. However, this method of listening to the sound of water leaking with a microphone requires high skill to judge the presence or absence of water leakage, and the noise and vibration of vehicles traveling on the road are obstructions. There wasn't. Therefore, the applicant of the present application radiates electromagnetic waves having a single frequency into the ground, receives the reflected waves, detects the Doppler frequency due to the flow of the leaked portion from the received reflected waves, and leaks water from underground water pipes. An apparatus for detecting the presence or absence of the above has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 9-5200). FIG. 4 is a block diagram of a conventional water leakage detection apparatus using electromagnetic waves.
[0003]
In FIG. 4, the water leakage detection device 10 includes a transmission antenna 12 that radiates a transmission signal that is an electromagnetic wave in the ground, and a reception antenna 14 that receives a reflected wave of the transmission signal radiated from the transmission antenna 12. The transmission antenna 12 is connected to a signal generator 16 including an oscillator that generates a high-frequency transmission signal, and radiates the transmission signal output from the signal generator 16 into the ground.
[0004]
On the other hand, a high frequency amplifier (RF amplifier) 18 that amplifies a reflected signal that is a reflected wave of a transmission signal received by the receiving antenna 14 is connected to the receiving antenna 14, and the RF amplifier 18 is connected to the output side of the RF amplifier 18. A demodulator 20 for inputting an output signal as a received signal is connected. Further, the reference signal output from the reference signal generator 24 is input to the demodulator 20 via the phase shifter 22. The reference signal generator 24 is connected to the signal generator 16, receives a part of the transmission signal output from the signal generator 16, and outputs a signal having the same frequency as the transmission signal as a reference signal.
[0005]
The demodulator 20 mixes the reflected signal (received signal) received by the receiving antenna 14 with the reference signal input via the phase shifter 22 and transmits the component of the transmitted signal (the signal component having the same phase as the transmitted signal) from the received signal. And a demodulated signal (intermediate frequency (IF) signal) corresponding to the phase shift with respect to the transmission signal is output to the low-pass filter 26 and the amplifier 28. The low-pass filter 26 transmits a signal component (a constant phase shift component with respect to the transmission signal, that is, a direct current component) from a fixed object such as a buried pipe or a hollow in the ground, and outputs the signal component to the oscilloscope 30 for display. The amplifier 28 amplifies and outputs the demodulated signal output from the demodulator 20. Then, an operator (not shown) adjusts the output of the phase shifter 22 via the knob of the phase shifter 22, and the signal component reflected from a fixed one such as a buried pipe or a cavity among the output signals of the demodulator 20. So that the output of the low-pass filter 26 becomes zero.
[0006]
That is, when detecting leakage from the underground pipe by radiating electromagnetic waves into the ground, the coupling signal between the transmitting and receiving antennas (reflected by the ground surface 32 shown in FIG. 5 and directly transmitted from the transmitting antenna 12 to the receiving antenna 14). Incident electromagnetic waves 34, electromagnetic waves 38 that directly enter the receiving antenna 14 through the ground 36), artificial things such as piping 40 existing in the ground 36, and cavities 42 generated in the ground 36, not shown A fixed reflected signal whose phase does not change is removed from a buried object such as a rock and a changed part of a geological layer (geology) and the like, and only a signal from the water leakage part 44 is selectively extracted.
[0007]
As a result, the demodulator 20 outputs only a signal based on the Doppler frequency due to the flow of the water leakage part 44, and this signal is amplified by the amplifier 28. In this way, by detecting the Doppler frequency due to the Doppler effect from the water leakage part using electromagnetic waves, it is possible to determine the level of skill of the operator and the influence of the vehicle passing through the road, etc. It can detect without receiving.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional water leakage detection device that detects the Doppler frequency, the operator adjusts the knob of the phase shifter 22 and adjusts the fixed reflected signal (DC signal component) from the IF signal output from the demodulator 20 as described above. (1) The voltage comparator and the phase shifter 22 are necessary, and the circuit becomes complicated. (2) When the antenna installation state changes, the phase shifter 22 is adjusted each time. (3) Oscillation frequency (transmission signal frequency) and the characteristics of the phase shifter 22 drift with temperature, so fine adjustment is necessary over time. (4) Inter-antenna coupling In order to obtain a weak leak signal, it is not possible to sufficiently remove a strong DC signal component such as a reflected signal from a fixed object such as a signal or an embedded object. When the increase can not output of the amplifier 28 to increase the amplification factor to saturate, it can not take a large S / N ratio, there are problems such as.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the prior art, and has an object to make it possible to easily detect a weak Doppler frequency signal generated in a water leakage portion.
Another object of the present invention is to simplify the circuit and improve operability.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a water leakage detection apparatus according to the present invention includes a transmission antenna that radiates a transmission signal composed of electromagnetic waves into the ground, and a reception antenna that receives a reflected wave of the transmission signal radiated from the transmission antenna. And a reference signal having the same frequency as that of the transmission signal radiated by the transmission antenna is detected in the water leakage detection device that detects the presence or absence of water leakage from the underground pipe based on the reflected wave received by the reception antenna. Input from the signal generator and received from the receiving antenna , mix the received signal and the reference signal to remove signal components having the same phase as the transmitted signal, and have a phase different from that of the transmitted signal a demodulator for outputting the IF signal as a demodulated signal, the demodulator output to said demodulated signal is amplified input, demodulates by removing the DC signal component and high frequency noise It is a configuration having a bandpass filter which is transmitting the component corresponding to the Doppler frequency caused by the flow of the leakage portion of the item. A band filter having a band frequency of 0.5 Hz to 1 kHz can be used.
[0011]
[Action]
In the present invention configured as described above, a bandpass filter is provided on the output side of the demodulator so that a component corresponding to the Doppler frequency generated by the Doppler effect caused by the flow of the water leakage portion is transmitted through the demodulated signal output from the demodulator. By doing so, the Doppler frequency can be detected easily and reliably. In addition, it is not necessary to adjust the phase of the reference signal applied to the demodulator with a phase shifter as in the prior art, and a voltage comparator and a phase shifter are not required, and the circuit can be simplified. And since there is no need to adjust the phase of the reference signal, even if the installation state of the antenna changes or the transmission frequency drifts due to temperature change, it is possible to immediately perform the water leakage detection work at the place where the device was carried in, Maintenance-free and operability is dramatically improved. Further, since the amplification factor at the final stage of amplifying the signal transmitted through the bandpass filter can be increased, the S / N ratio can be increased.
[0012]
When detecting water leakage from piping existing in the ground, the attenuation of electromagnetic waves in the ground is large, so the frequency used (frequency of the transmission signal) is generally lower than that used for aerial exploration radars. Since the speed of movement of water and earth and sand in the part is also small, the Doppler frequency is also small, and the band frequency is 0.5 Hz or more and 1 kHz or less, preferably 0.5 to 100 Hz, from which the DC component can be removed. .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a water leakage detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, about the part corresponding to the part demonstrated in the said prior art, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0014]
FIG. 1 is a block diagram of a water leakage detection device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the water leakage detection device 50 has a phase shifter omitted, a reference signal generator 24 is directly connected to the demodulator 20, and a reference signal having the same frequency as the transmission signal output from the signal generator 16 is received. The signal is directly input from the reference signal generator 24 to the demodulator 20 without being phase-adjusted. A low-noise preamplifier 52 is connected to the output side of the demodulator 20, and a band-pass filter 54 is provided on the output side of the preamplifier 52. In the case of the embodiment, this band filter 54 is a so-called active filter using an operational amplifier, and among the demodulated signal (IF signal) output from the demodulator 20, water, water and earth and sand in the underground water leakage portion The component corresponding to the Doppler frequency is transmitted, and in the case of the embodiment, the band frequency is 0.5 to 1 kHz. Further, an amplifier 56 is connected to the output side of the band filter 54 so that a signal transmitted through the band filter 54 can be amplified. The output of the amplifier 56 is output to a water leak discriminator, a display device, a display device such as a meter, a recording device, etc. (not shown), and is used for discriminating the presence or absence of water leak.
[0015]
In the embodiment configured as described above, the signal generator 16 generates and outputs a transmission signal, a part of which is radiated into the ground via the transmission antenna 12, and a part thereof is transmitted to the reference signal generator 24. Given. The transmission signal radiated from the transmission antenna 12 is reflected from foreign matters such as pipes and cavities existing in the ground and water leakage from underground water pipes, and reaches the reception antenna 14 as a reflected signal. Reflected signal receiving antenna 14 receives (reflected wave) is amplified about ¹⁰⁴ times by an RF amplifier 18, is inputted to the demodulator 20 as a received signal.
[0016]
On the other hand, the reference signal generator 24 inputs the signal input from the signal generator 16 to the demodulator 20 as a reference signal, that is, a reference signal having the same frequency as the transmission signal. The demodulator 20 mixes the input reception signal and the reference signal to remove signal components having the same phase as the transmission signal, and uses an IF signal having a phase different from that of the transmission signal as a demodulated signal via the preamplifier 52 and the bandpass filter 54. To enter. The band-pass filter 54 removes DC signal components and various high-frequency noises based on reflections from underground pipes and cavities from the demodulated signal amplified about 10 times by the preamplifier 52, and eliminates a phenomenon peculiar to water leakage. Only the signal component of 0.5 Hz to 1 kHz corresponding to the frequency corresponding to the frequency shown, that is, the Doppler frequency due to the flow of water (or a mixture of water and earth and sand) in the water leakage portion, is passed and output. Then, the transmitted signal band filter 54 is amplified about ¹⁰⁴ times by the amplifier 56 and sent to the like are to display the voltage of the display level (a few volts).
[0017]
Thus, in the embodiment, the component corresponding to the Doppler frequency based on water leakage is transmitted from the demodulated signal output from the demodulator 20 without adjusting the phase of the reference signal applied to the demodulator 20 by the phase shifter. By providing the band filter 54 on the output side of the demodulator 20, the Doppler frequency due to water leakage can be detected easily and reliably, and the presence or absence of water leakage from a water pipe buried in the ground can be easily determined with high accuracy. can do.
[0018]
Moreover, since it is not necessary to adjust the phase of the reference signal applied to the demodulator 20 with a phase shifter as in the prior art, a voltage comparator and a phase shifter are not required, and the circuit can be simplified. In addition, since it is not necessary to adjust the phase of the reference signal, even if the installation state of the

antennas

12 and 14 changes or the transmission frequency of the transmission signal output from the signal generator 16 drifts due to a temperature change, the water leakage detection device Water leakage detection work can be performed immediately at the place where the 50 is carried in, and maintenance becomes free and the operability is dramatically improved. In addition, since the amplification factor of the amplifier 56 that amplifies the signal transmitted through the band filter 54 can be increased, the S / N ratio can be increased.
[0019]
【Example】
A water pipe is buried at a depth of 1.2m in the test site, backfilled based on the specified asphalt pavement construction specifications, and after asphalt pavement, 5 liters of water leaks from the buried water pipe per minute. An experiment was conducted to detect this water leakage using the water leakage detection device 50 according to the embodiment. When water leakage was detected by setting the operating frequency of the water leakage detection device 50, that is, the frequency of the transmission signal output from the signal generator 16 to 400 MHz, it was possible to easily detect water leakage.
[0020]
FIG. 2 shows the result of frequency analysis of the reflected signal from the water leakage part at this time, and the horizontal axis indicates the frequency (Doppler frequency) of the signal transmitted through the band filter 54 (unit: Hz). The vertical axis indicates the signal amplitude (unit: mV) of the instrument. As is clear from the figure, the Doppler frequency included in the reflected signal from the water leakage part is that the main component is 10 Hz or less and the component of 2 to 5 Hz is dominant when the operating frequency is 400 MHz. Recognize. From this result, it can be seen that the speed of movement (flow) of water (or a mixture of water and earth and sand) in the leakage portion is approximately 0.1 to 0.2 m / sec.
That is, the Doppler frequency f _d can be obtained by the following equation as is well known.
[Expression 1]
f _d = {(2 × v _r ) / (C / ε ₂ ^1/2 )} × f
In Equation 1, v _r is the velocity of water (or a mixture of water and earth and sand), C is the propagation velocity of electromagnetic waves in vacuum, ε ₂ is the dielectric constant in the ground, and f is the frequency of the transmission signal.
[0021]
Therefore, assuming that the velocity of water v _r = 0.1 m / sec and the atmospheric permittivity is set to 1 which is the same as vacuum, the velocity of electromagnetic waves C = 3 × 10 ⁸ m / sec, ε ₂ = 81, f = When 400MHz, Doppler Zhou number f _d,
[Expression 2]

It becomes. If the water speed is assumed to be 0.2 m / sec, f _d = 4.8 Hz.
[0022]
In FIG. 3, the value of the Doppler frequency with respect to the operating frequency is obtained by the above Equation 1, and the horizontal axis represents the operating frequency in the unit of MHz, and the vertical axis represents the Doppler frequency in the unit of Hz. And, the ♦ mark indicates the water speed of 0.1 m / sec, the ■ mark indicates the water speed of 0.2 m / sec, the X mark indicates the water speed is 0.4 m / sec, and the ◯ mark indicates that the water speed is 0.00 m / sec. This is a case where 5 m / sec is assumed. However, the dielectric constant in the ground saturated with water is 81.
[0023]
From FIG. 3, when the operating frequency is 400 MHz, the calculated Doppler frequency is 12 Hz even when the speed of water leaking from the water pipe is 0.5 m / sec. It can be seen that the band frequency of the band filter 54 may be set to about 0.5 to 50 Hz, and when the operating frequency is 600 MHz, the band frequency of the band filter 54 may be set to about 0.5 to 100 Hz.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the band filter is provided on the output side of the demodulator, and the component corresponding to the Doppler frequency generated by the Doppler effect due to the flow of the water leakage part in the demodulated signal output from the demodulator. By detecting the Doppler frequency, it is possible to easily and reliably detect the Doppler frequency. In addition, it is not necessary to adjust the phase of the reference signal applied to the demodulator with a phase shifter as in the prior art, and a voltage comparator and a phase shifter are not required, and the circuit can be simplified. And since there is no need to adjust the phase of the reference signal, even if the antenna installation state changes or the transmission frequency drifts due to temperature changes, water leakage detection work can be performed immediately and operation becomes maintenance-free. Sexually improves. In addition, since the amplification factor at the final stage of amplifying the signal transmitted through the bandpass filter can be increased, the S / N ratio can be increased.
[0025]
In addition, when detecting water leakage from piping existing in the ground, since the electromagnetic wave attenuation in the ground is large, the frequency used (frequency of the transmission signal) is generally 1 GHz or less, and water and earth and sand in the water leakage section are also used. Since the speed of movement is also small, the Doppler frequency is also small, and the bandwidth of the band frequency is 0.5 Hz or more and 1 kHz or less that can remove the DC component. Noise can be reduced by setting the band frequency in this way.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a water leakage detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a frequency analysis result of a reflected signal from a water leakage portion detected by a water leakage detection device according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship of the Doppler frequency to the operating frequency of the water leakage detection device.
FIG. 4 is a block diagram of a conventional water leakage detection device.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of detecting water leakage using electromagnetic waves.
[Explanation of symbols]
10, 50 Water leakage detection device 12 Transmitting antenna 14 Receiving antenna 16 Signal generator 20 Demodulator 24 Reference signal generator 54 Bandpass filter

Claims

A transmission antenna that radiates a transmission signal composed of electromagnetic waves to the ground, and a reception antenna that receives a reflected wave of the transmission signal radiated by the transmission antenna, based on the reflected wave received by the reception antenna, In the water leakage detection device that detects the presence or absence of water leakage from the buried pipe,
A reference signal having the same frequency as that of the transmission signal radiated from the transmission antenna is input from a reference signal generator, a reception signal is input from the reception antenna, and the transmission signal is mixed with the reception signal and the reference signal. A demodulator that removes a signal component having the same phase as the output signal and outputs an IF signal having a phase different from that of the transmission signal as a demodulated signal ;
The demodulated signal output from the demodulator is amplified and input, a direct-current signal component and high frequency noise are removed, and a bandpass filter that transmits a component corresponding to the Doppler frequency generated by the flow of the water leaking portion of the demodulated signal; ,
A water leakage detection device characterized by comprising:

The water leak detection device according to claim 1, wherein the band filter has a pass band of 0.5 Hz to 1 kHz.