JP4172241B2

JP4172241B2 - Piping leakage position detection method and apparatus

Info

Publication number: JP4172241B2
Application number: JP2002290353A
Authority: JP
Inventors: 和久壁矢; 知充野村; 豊鈴川; 和成石野; 匡平石田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: JP2004125628A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を輸送する地中埋設配管網から流体が漏洩した位置を検知する配管網の漏洩検知に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
水道管、ガス管などの地中埋設配管網における漏洩を早期に検知し、漏洩位置を特定して、その漏洩の継続を阻止することは、省資源あるいは重大災害防止の観点から極めて重要である。
【０００３】
例えば、上水道における漏水を検知する方法としては、従来、音聴棒を用いる方法が一般的に使われてきた。これは作業者が音聴棒の一端を埋設された水道管に押し当てたり、消火栓など地上に露出している部分に接触させたりして、音聴棒から伝わる振動音を聞き取り、その音から漏水の有無を判断する方法である。しかし、この方法では作業者の感覚を主体に漏水の判断を行うため能率が悪く、また漏水個所を精度良く特定できないという問題があった。さらに、漏水音と他の雑音との区別が難しいため、熟練技術を要したり、雑音の少ない深夜の作業を強いられたりする問題もあった。
【０００４】
これらの問題を解決するため、最近では振動センサを用いて配管を伝播してきた漏水音を検出し、その情報にある信号処理を施すことで、漏水の有無および発生位置を特定する方法が提案されており、漏水検知システムとして商品化もされている。
【０００５】
図２は、上記の振動センサを用いて漏水音を検出し、その情報に信号処理を施すことで、漏水の有無および発生位置を特定する方法を説明する図である。
【０００６】
配管１上の距離Ｌだけ離れた２点に振動センサ２ａと２ｂを設置する。もしも漏水位置４で漏水が起こると漏水音が発生し、配管１を伝播して、振動センサ２ａおよび２ｂで検出することができる。一般に漏水音は不規則な変化を示す雑音なので、振動センサ２ａおよび２ｂで検出される信号の相互相関関数を求めれば、漏水位置４から振動センサ２ａおよび２ｂに漏水音が到達するまでの時間差Δｔを算出することができる。漏水音の伝播速度をνとし、振動センサ２ａへの到達の方が早い（振動センサ２ａの方が漏水位置４に近い）とすると、振動センサ２ｂから漏水位置４までの距離Ｌ_bは振動センサ２ａから漏水位置４までの距離Ｌ_aよりもνΔｔだけ長いことになる。したがって、距離Ｌ_aは次の（１）、（２）式により求めることができる。
【０００７】
【数１】

【０００８】
【数２】

【０００９】
しかしながら、現実の配管網では、多くの場合、漏水音以外の様々な雑音も混入するため、相互相関関数処理によって得られるピークが明瞭でないことが多い。それゆえ、図４に示すような、振動センサ２ａと２ｂからの信号を相互相関関数処理８によって相互相関関数処理する方法では、到達時間差Δｔの正確な導出が困難となり、漏水位置４の特定ができないという問題があった。
【００１０】
これに対し、相互相関関数処理の前処理として、振動センサによる検出信号にある特定の周波数特性を持ったバンドパスフィルタを通すことで、漏水音以外の雑音を除去し、漏水位置特定の可能性を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２１０９９９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなバンドパスフィルタによる雑音除去法は、漏水音と除去したい雑音との周波数帯域が異なる場合には有効だが、漏水音と除去したい雑音との周波数帯域が重なる場合には無力となる。
【００１３】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたもので、水道管やガス管など流体を輸送する地中埋設配管網からの漏洩の位置を、配管に沿って設置した複数の振動センサにより検出した漏洩音の信号の相互相関関数処理によって特定する方法において、振動センサに漏洩音以外の雑音が混入する場合にも、その雑音を確実に除去することで、漏洩の有無および漏洩位置の特定を精度良く行うことができる配管の漏洩位置検知方法および装置を提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、まず本発明者らは振動センサに混入する漏洩音以外の雑音について調査することにした。調査は工場地域に埋設された水道管を対象に行った。
【００１５】
意図的に漏水を発生させ、振動センサが捉える漏水音とそれ以外の雑音との大小関係や周波数帯域などを調べたところ、様々な設備から発生する雑音が漏水音のレベルよりも遥かに大きく、さらにその周波数帯が漏水音の周波数帯と重なる場合がかなり多いことが分かった。この場合は従来の相互相関関数法による漏水位置の特定ができないのはもちろんのこと、漏水有無の判断すら困難であった。さらに雑音の伝播経路を確かめるために、地盤にも振動センサを設置し、詳細調査を実施した。その結果、雑音の大部分は地盤を通じて配管にも伝播していることが分かった。そして、配管に設置した振動センサが捉えた信号と地盤に設置した振動センサが捉えた信号とのコヒーレンス（関連度関数）を算出してみると、雑音成分についてはコヒーレンスが大きな値をとり、配管で捉えた信号と地盤で捉えた信号との関連が強いが、漏水音についてはコヒーレンスが非常に小さく、関連がほとんどないことが分かった。これは様々な設備から発生する雑音は地盤にも配管にも伝播し、どちらに設置した振動センサでも捉えることができるが、漏水音は地盤を伝播しにくく、地盤に設置した振動センサでは十分に捉えられていないことを示している。
【００１６】
本発明者らは、この現象を利用して雑音を除去することを思いついた。具体的には、適応デジタルフィルタを用いたノイズキャンセラにより雑音を除去しようとするもので、最小二乗法アルゴリズム（ＬＳＭアルゴリズム）を用いた以下のステップ１〜４（（３）〜（５）式）による方法を適用することができる。
【００１７】
ステップ１：適応デジタルフィルタ畳み込み演算
【００１８】
【数３】

【００１９】
ステップ２：誤差の計算
【００２０】
【数４】

【００２１】
ステップ３：適応デジタルフィルタ係数の逐次更新（ＬＳＭアルゴリズム）
【００２２】
【数５】

【００２３】
ステップ４：更新された適応デジタルフィルタを用いて再びステップ１へ
ここで
ｄ：配管に設置した配管設置振動センサの信号（目標信号）
ｘ：地盤に設置した地盤設置振動センサの信号（入力信号）
Ｗ：適応デジタルフィルタ係数
Ｎ：適応デジタルフィルタのタップ数
μ：ステップサイズパラメータ
ｙ：適応デジタルフィルタ出力信号
ε：誤差信号
である。
【００２４】
一般に適応デジタルフィルタ係数Ｗの逐次更新が進んで収束に近づくと、誤差信号εは小さくなっていく。つまりｙがｄに近づいていく。しかし近づいていくのはｄの中でｘと相関のある成分だけなので、仮にｄが漏水音の成分ｓおよびこれと相関のない雑音成分ｎ₀とからなっている（ｄ＝ｓ＋ｎ₀）とし、ｘはｎ₀と相関のある雑音成分ｎ₁のみからなっている（ｘ＝ｎ₁）とすると、ｙはｎ₀にどんどん近づいていくことになる。すると結果的にε＝ｄ−ｙ＝（ｓ＋ｎ₀）−ｎ₀＝ｓとなり、雑音成分が除去された漏水音成分だけを抽出できるのである。
【００２５】
なお、ステップサイズパラメータμは大きいほど収束速度が高まるが、大きくしすぎると発散することがあるので、適切な値に設定する必要がある。
【００２６】
以上より、前記の課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
【００２７】
［１］流体を輸送する地中埋設配管網から流体が漏洩した位置を、振動センサによって検出された漏洩音の信号を用いて検知する漏洩位置検知方法であって、配管の一部に間隔をおいて複数の配管設置振動センサを設置し、地盤の振動を測定するために、漏洩音と相関のある成分が検知されない地表または地中に１個以上の地盤設置振動センサを設置し、前記配管設置振動センサが捉えた信号中に含まれる漏洩音以外の雑音を、前記地盤設置振動センサが捉えた信号を用いて適応デジタルフィルタによって除去し、得られた複数の漏洩音の信号間の相互相関関数処理によって、漏洩音の信号が前記複数の配管設置振動センサのそれぞれに到達する時間の差を算出し、その時間差から漏洩位置を特定することを特徴とする配管の漏洩位置検知方法。
【００２９】
［２］流体を輸送する地中埋設配管網から流体が漏洩した位置を、振動センサによって検出された漏洩音の信号を用いて検知するための漏洩位置検知装置であって、配管の一部に間隔をおいて設置した複数の配管設置振動センサと、地盤の振動を測定するために、漏洩音と相関のある成分が検知されない地表または地中に設置した１個以上の地盤設置振動センサと、前記配管設置振動センサが捉えた信号中に含まれる漏洩音以外の雑音を、前記地盤設置振動センサが捉えた信号を用いて適応デジタルフィルタによって除去する雑音除去手段と、得られた複数の漏洩音の信号間の相互相関関数処理によって、漏洩音の信号が前記複数の配管設置振動センサのそれぞれに到達する時間の差を算出し、その時間差から漏洩位置を特定する漏洩位置特定手段とを有することを特徴とする配管の漏洩位置検知装置。
【００３１】
なお、上記［１］、［２］において、「配管の一部に」というのは、配管そのものだけでなく、消火栓などの配管と直結した部分も含んでいる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態として、本発明に係る漏洩位置検知装置を地中埋設水道配管網に適用した場合について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態における振動センサの設置を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【００３４】
図１において、配管１の一部に間隔をおいて２つの配管設置振動センサ２ａと２ｂが設置されている。地中埋設水道配管の場合、地中の配管に直接振動センサを設置するのは困難な場合もあるが、図１のように、通常は消火栓など配管１と直結した部分が、ある間隔をおいて地上に露出しているので、その部分に配管設置振動センサ２ａ、２ｂを設置すれば良い。
【００３５】
また、配管設置振動センサ２ａ、２ｂとは別に、地盤上には地盤設置振動センサ３が設置されている。地盤の振動は、地表の材質（土かアスファルトかなど）によって測定しやすさが異なるが、図１４のような地盤設置振動センサ用設置杭５を用意し、この杭に地盤設置振動センサ３をしっかりと設置することで、測定しやすくなり、良好なデータを取ることができる。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態に係る漏洩位置検知装置のシステム構成を示している。
【００３７】
図３において、本発明の一実施形態に係る漏洩位置検知装置は、２個の配管設置振動センサ２ａ、２ｂと、１個の地盤設置振動センサ３と、適応デジタルフィルタ６ａからなるノイズキャンセラ７ａと、適応デジタルフィルタ６ｂからなるノイズキャンセラ７ｂと、相互相関関数演算装置８とから構成されている。
【００３８】
そして、配管設置振動センサ２ａからの信号と地盤設置振動センサ３からの信号は、適応デジタルフィルタ６ａからなるノイズキャンセラ７ａで前述のＬＳＭアルゴリズムにより処理され、配管設置振動センサ２ａの信号から漏洩音以外の雑音が取り除かれる。同様に、配管設置振動センサ２ｂからの信号と地盤設置振動センサ３からの信号は、適応デジタルフィルタ６ｂからなるノイズキャンセラ７ｂで前述のＬＳＭアルゴリズムにより処理され、配管設置振動センサ２ｂの信号から漏洩音以外の雑音が取り除かれる。その後、漏洩音以外の雑音が取り除かれた配管設置振動センサ２ａの信号と配管設置振動センサ２ｂの信号に対して相互相関関数演算装置８によって相互相関関数演算が施され、漏水位置４から配管設置振動センサ２ａおよび２ｂに漏水音が到達するまでの時間差Δｔが算出され、漏洩位置が特定される。
【００３９】
このように、この実施形態においては、地盤設置振動センサ３からの信号を用いて、適応デジタルフィルタ６ａ、６ｂからなるノイズキャンセラ７ａ、７ｂによって、漏洩音以外の雑音を除去してから相互相関関数演算を施すので、漏洩の有無および漏洩位置の特定を精度良く行うことができる。
【００４０】
【実施例】
本発明の実施形態に係る漏洩位置検知方法と従来の漏洩位置検知方法とを比較することで、本発明の優位性を説明する。
【００４１】
図５は、回転機械からの振動の影響が非常に大きい環境下において、図４に示す従来の雑音除去機能を備えていないシステムで漏水位置検知を試みた際に、配管設置振動センサ２ａおよび２ｂが捉えた配管１の振動の時刻歴波形である。回転機械からの周期性雑音が支配的であるため、漏洩音による不規則振動は完全に埋もれてしまっている。したがって、これらの信号の相互相関関数を計算しても、図６のようなものしか得られず、漏洩音の伝播時間差を求めることはできない。
【００４２】
図１１は図５の時刻歴波形を周波数解析したものであるが、グラフの中央部分に見られる漏洩音の不規則振動成分に比べ、回転機械からの周期性雑音成分が大きいことが分かる。さらに、周期性雑音成分の一部は漏洩音の不規則成分と周波数帯が重なっているため、前述の特許文献１に示されているようなバンドパスフィルタによる除去でも困難である。
【００４３】
これに対し、図７は図３に示す本発明の一実施形態の漏洩位置検知装置を用いて、配管設置振動センサ２ａおよび２ｂが捉えた信号からノイズキャンセラ７ａ、７ｂによって回転機械の周期性雑音を除去した配管１の振動の時刻歴波形である。これらを周波数解析したものが図１２であるが、回転機械からの周期性雑音成分はほぼ完全に除去されていることが分かる。したがって、図７の時刻歴波形の相互相関関数を計算すると、図８のように漏洩音の伝播時間差Δｔを明確に求めることができる。
【００４４】
ちなみに、図９は回転機械が停止している（周期性雑音が無い）状態において、配管設置振動センサ２ａおよび２ｂが捉えた配管１の振動の時刻歴波形で、図１０はそれらの相互相関関数である。この相互相関関数から求まる漏洩音の伝播時間差Δｔは図８から求めたものと等しく、ノイズキャンセラ７ａ、７ｂによる回転機械の周期性雑音除去が良好に行われていることを示している。
【００４５】
また、図１３は図９の時刻歴波形を周波数分析したものだが、図１２がこの図１３に近いことからも本発明の漏洩位置検知方法の優位性が分かる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、水道管やガス管など流体を輸送する地中埋設配管網からの漏洩の位置を、振動センサにより検出された漏洩音の信号を用いて相互相関関数演算によって特定するに際して、地盤に設置した振動センサからの信号を用いて、配管に設置した振動センサの信号から漏洩音以外の雑音を確実に除去してから相互相関関数演算を施すので、周囲に雑音を発生する設備や機械が存在し、漏洩音がその雑音に埋もれてしまうような場合でも、漏洩の有無および漏洩位置の特定を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における振動センサの配置を示す図である。
【図２】相互相関関数を用いた漏洩位置検知の方法を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す図である。
【図４】従来の漏洩位置検知方法を示す図である。
【図５】回転機械の周期性雑音に埋もれた漏洩音振動の時刻歴波形を示す図である。
【図６】図５の時刻歴波形から求めた相互相関関数を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態におけるノイズキャンセラを用いて、図５の時刻歴波形から回転機械の周期性雑音を除去した時刻歴波形を示す図である。
【図８】図７の時刻歴波形から求めた相互相関関数を示す図である。
【図９】回転機械が停止して周期性雑音の無い漏洩音振動の時刻歴波形を示す図である。
【図１０】図９の時刻歴波形から求めた相互相関関数を示す図である。
【図１１】図５の時刻歴波形を周波数分析したパワースペクトラムを示す図である。
【図１２】図７の時刻歴波形を周波数分析したパワースペクトラムを示す図である。
【図１３】図９の時刻歴波形を周波数分析したパワースペクトラムを示す図である。
【図１４】地盤振動センサ用設置杭の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：配管
２ａ、２ｂ：配管設置振動センサ
３：地盤設置振動センサ
４：漏洩位置
５：地盤設置振動センサ用設置杭
６ａ、６ｂ：適応デジタルフィルタ
７ａ、７ｂ：ノイズキャンセラ
８：相互相関関数演算装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to detection of leakage in a piping network that detects a position at which fluid leaks from an underground piping network that transports fluid.
[0002]
[Prior art]
It is extremely important from the viewpoint of saving resources and preventing serious disasters to detect leaks in underground pipe networks such as water pipes and gas pipes at an early stage, identify the leak location, and prevent the leak from continuing. .
[0003]
For example, as a method for detecting water leakage in a water supply, a method using a sound stick has been generally used. This is because the worker listens to the vibration sound transmitted from the sound stick by pressing one end of the sound stick on the buried water pipe or bringing it into contact with an exposed part such as a fire hydrant. This is a method for judging the presence or absence of water leakage. However, this method has a problem in that the efficiency of the leakage is poor because it is determined mainly by the operator's senses, and the location of the leakage cannot be accurately identified. Furthermore, since it is difficult to distinguish between the leaked sound and other noises, there are problems that require skilled skills and are forced to work late at night with less noise.
[0004]
In order to solve these problems, recently, there has been proposed a method for identifying the presence and location of water leakage by detecting the water leakage sound propagating through the pipe using a vibration sensor and applying signal processing in the information. It is also commercialized as a leak detection system.
[0005]
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of identifying the presence / absence of water leakage and the occurrence position by detecting a water leakage sound using the vibration sensor and performing signal processing on the information.
[0006]
The

vibration sensors

2a and 2b are installed at two points on the pipe 1 separated by a distance L. If water leakage occurs at the water leakage position 4, a water leakage sound is generated and propagates through the pipe 1 and can be detected by the

vibration sensors

2a and 2b. In general, since the water leakage sound is an irregular noise, the time difference Δt from when the water leakage position 4 arrives at the

vibration sensors

2a and 2b from the water leakage position 4 can be obtained by obtaining the cross-correlation function of the signals detected by the

vibration sensors

2a and 2b. Can be calculated. If the propagation speed of water leakage sound is ν and the vibration sensor 2a arrives faster (the vibration sensor 2a is closer to the water leakage position 4), the distance L _b from the vibration sensor 2b to the water leakage position 4 is the vibration sensor. νΔt becomes longer by than the distance L _a from 2a to water leakage position 4. Accordingly, the distance L _a is the following (1) can be obtained by equation (2).
[0007]
[Expression 1]

[0008]
[Expression 2]

[0009]
However, in an actual piping network, in many cases, various noises other than the water leakage sound are also mixed, so that the peak obtained by the cross-correlation function process is often not clear. Therefore, in the method of cross-correlation function processing of the signals from the

vibration sensors

2a and 2b as shown in FIG. 4 by the cross-correlation function processing 8, it is difficult to accurately derive the arrival time difference Δt. There was a problem that I could not.
[0010]
On the other hand, as a pre-processing of cross-correlation function processing, noise other than water leakage sound can be removed by passing a bandpass filter with a specific frequency characteristic in the detection signal from the vibration sensor, and the possibility of specifying the water leakage position Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-210999
[Problems to be solved by the invention]
However, such a noise removal method using a bandpass filter is effective when the frequency band of the leaked sound and the noise to be removed is different, but is ineffective when the frequency band of the leaked sound and the noise to be removed overlap. .
[0013]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the leakage detected from a plurality of vibration sensors installed along the piping is used to detect the position of leakage from underground underground piping networks that transport fluids such as water pipes and gas pipes. In the method of identifying by cross-correlation function processing of sound signals, even when noise other than leaked sound is mixed in the vibration sensor, the presence or absence of leak and the position of leak are accurately identified by removing the noise reliably. It is an object of the present invention to provide a pipe leakage position detection method and apparatus that can be performed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors first investigated noise other than leaked sound mixed in the vibration sensor. The survey was conducted on water pipes buried in the factory area.
[0015]
When we intentionally generated water leakage and investigated the magnitude relationship and frequency band between the water leakage sound captured by the vibration sensor and other noises, the noise generated from various facilities was much larger than the level of water leakage sound. Furthermore, it was found that the frequency band overlaps with the frequency band of water leakage sound. In this case, it is difficult to determine the location of water leakage as well as the location of water leakage by the conventional cross-correlation function method. Furthermore, in order to confirm the propagation path of the noise, a vibration sensor was also installed on the ground and a detailed investigation was conducted. As a result, it was found that most of the noise propagated to the piping through the ground. Then, when calculating the coherence (relevance function) between the signal captured by the vibration sensor installed in the pipe and the signal captured by the vibration sensor installed in the ground, the coherence of the noise component is large, It was found that there was a strong relationship between the signal captured at the ground and the signal captured at the ground, but the leaked sound had very little coherence and almost no relationship. This is because noise generated by various equipment propagates to the ground and piping, and can be detected by vibration sensors installed on either side, but water leakage sound is difficult to propagate on the ground, and vibration sensors installed on the ground are sufficient. It shows that it is not caught.
[0016]
The present inventors have come up with the idea of removing noise using this phenomenon. Specifically, noise is removed by a noise canceller using an adaptive digital filter, and the following steps 1 to 4 (equations (3) to (5)) using a least square algorithm (LSM algorithm) are used. The method can be applied.
[0017]
Step 1: Adaptive digital filter convolution operation
[Equation 3]

[0019]
Step 2: Error calculation
[Expression 4]

[0021]
Step 3: Sequential update of adaptive digital filter coefficients (LSM algorithm)
[0022]
[Equation 5]

[0023]
Step 4: Go back to Step 1 again using the updated adaptive digital filter, where d: Signal of the vibration sensor installed on the pipe (target signal)
x: Ground installation vibration sensor signal (input signal) installed on the ground
W: adaptive digital filter coefficient N: number of taps of adaptive digital filter μ: step size parameter y: adaptive digital filter output signal ε: error signal
[0024]
In general, as the successive updating of the adaptive digital filter coefficient W proceeds and approaches convergence, the error signal ε decreases. That is, y approaches d. However, since only the component correlated with x in d is approaching, it is assumed that d is composed of a leaked sound component s and a noise component n ₀ uncorrelated with this (d = s + n ₀ ), Assuming that x is composed of only noise component n ₁ correlated with n ₀ (x = n ₁ ), y will be closer to n ₀ . As a result, ε = d−y = (s + n ₀ ) −n ₀ = s, and only the water leakage sound component from which the noise component has been removed can be extracted.
[0025]
The larger the step size parameter μ, the higher the convergence speed. However, if the step size parameter μ is too large, it may diverge, so it must be set to an appropriate value.
[0026]
As mentioned above, in order to solve the above-mentioned subject, the present invention is constituted as follows.
[0027]
[1] A leakage position detection method for detecting a position where a fluid leaks from an underground piping network that transports fluid using a leaking sound signal detected by a vibration sensor, with a gap in a part of the piping. In order to measure the vibration of the ground by installing a plurality of pipe-installed vibration sensors, one or more ground-installed vibration sensors are installed on the ground surface or in the ground where a component correlated with the leakage sound is not detected. Noise other than the leakage sound included in the signal captured by the installation vibration sensor is removed by an adaptive digital filter using the signal captured by the ground installation vibration sensor, and the cross-correlation between the signals of the plurality of leakage sounds obtained A method for detecting a leakage position of a pipe characterized by calculating a difference in time at which a leakage sound signal reaches each of the plurality of pipe installation vibration sensors by function processing and identifying the leakage position from the time difference. .
[0029]
[2] A leakage position detection device for detecting a position where a fluid leaks from an underground piping network that transports fluid using a signal of a leakage sound detected by a vibration sensor. A plurality of pipe-installed vibration sensors installed at intervals, and one or more ground-installed vibration sensors installed on the ground surface or in the ground where a component correlated with leakage sound is not detected in order to measure the vibration of the ground; Noise removal means for removing noise other than the leakage sound included in the signal captured by the piping installation vibration sensor by an adaptive digital filter using the signal captured by the ground installation vibration sensor, and a plurality of obtained leakage sounds By calculating the cross-correlation function between the signals, the difference in time for the leaked sound signal to reach each of the plurality of pipe-installed vibration sensors is calculated, and the leak position characteristic for identifying the leak position from the time difference is calculated. Leakage position detecting apparatus of the pipe, characterized in that it comprises a means.
[0031]
In the above [1] and [2] , “part of piping” includes not only the piping itself but also a portion directly connected to piping such as a fire hydrant.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As one embodiment of the present invention, a case where the leakage position detection device according to the present invention is applied to an underground underground water piping network will be described.
[0033]
FIG. 1 is a diagram illustrating installation of a vibration sensor according to an embodiment of the present invention. (A) is a top view, (b) is sectional drawing.
[0034]
In FIG. 1, two piping

installation vibration sensors

2a and 2b are installed in a part of the piping 1 at intervals. In the case of underground underground water pipes, it may be difficult to install vibration sensors directly in underground pipes. However, as shown in Fig. 1, the part directly connected to pipe 1 such as a fire hydrant usually has a certain interval. Since it is exposed to the ground, the pipe

installation vibration sensors

2a and 2b may be installed in that portion.
[0035]
In addition to the piping

installation vibration sensors

2a and 2b, a ground installation vibration sensor 3 is installed on the ground. The vibration of the ground depends on the material of the ground surface (such as soil or asphalt), but the ground installation vibration sensor installation pile 5 as shown in FIG. 14 is prepared, and the ground installation vibration sensor 3 is attached to this pile. By installing firmly, it becomes easy to measure and good data can be taken.
[0036]
FIG. 3 shows a system configuration of the leakage position detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0037]
In FIG. 3, the leakage position detection apparatus according to an embodiment of the present invention includes two pipe

installation vibration sensors

2a and 2b, one ground installation vibration sensor 3, and a noise canceller 7a including an adaptive digital filter 6a. It comprises a noise canceller 7b comprising an adaptive digital filter 6b and a cross-correlation function calculation device 8.
[0038]
The signal from the pipe installation vibration sensor 2a and the signal from the ground installation vibration sensor 3 are processed by the above-described LSM algorithm by the noise canceller 7a including the adaptive digital filter 6a. Noise is removed. Similarly, the signal from the pipe installation vibration sensor 2b and the signal from the ground installation vibration sensor 3 are processed by the above-described LSM algorithm by the noise canceller 7b including the adaptive digital filter 6b, and other than the leakage sound from the signal from the pipe installation vibration sensor 2b. Noise is removed. Thereafter, the cross-correlation function calculation device 8 performs cross-correlation function calculation on the signal of the pipe installation vibration sensor 2a and the signal of the pipe installation vibration sensor 2b from which noise other than the leakage sound has been removed. A time difference Δt until the water leakage sound reaches the

vibration sensors

2a and 2b is calculated, and the leakage position is specified.
[0039]
As described above, in this embodiment, the cross correlation function calculation is performed after removing noises other than the leaked sound by the noise cancellers 7a and 7b including the adaptive

digital filters

6a and 6b using the signal from the ground installation vibration sensor 3. Therefore, the presence / absence of leakage and the position of leakage can be specified with high accuracy.
[0040]
【Example】
The superiority of the present invention will be described by comparing the leakage position detection method according to the embodiment of the present invention and the conventional leakage position detection method.
[0041]
FIG. 5 shows pipe

installation vibration sensors

2a and 2b when an attempt is made to detect a water leakage position in a system that does not have the conventional noise removal function shown in FIG. 4 in an environment where the influence of vibration from a rotating machine is very large. Is a time history waveform of vibration of the pipe 1 captured by Since the periodic noise from the rotating machine is dominant, the irregular vibration due to the leaked sound is completely buried. Therefore, even if the cross-correlation function of these signals is calculated, only the one shown in FIG. 6 can be obtained, and the propagation time difference of the leaked sound cannot be obtained.
[0042]
FIG. 11 shows the frequency analysis of the time history waveform of FIG. 5, and it can be seen that the periodic noise component from the rotating machine is larger than the irregular vibration component of the leaked sound seen in the center portion of the graph. Further, since a part of the periodic noise component overlaps the irregular component of the leaked sound and the frequency band, it is difficult to remove the periodic noise component by the band-pass filter as disclosed in Patent Document 1 described above.
[0043]
On the other hand, FIG. 7 shows the periodic noise of the rotating machine by the noise cancellers 7a and 7b from the signals captured by the pipe

installation vibration sensors

2a and 2b, using the leakage position detecting device of the embodiment of the present invention shown in FIG. It is the time history waveform of the vibration of the removed piping 1. FIG. 12 shows a frequency analysis of these, and it can be seen that the periodic noise component from the rotating machine is almost completely removed. Therefore, when the cross-correlation function of the time history waveform of FIG. 7 is calculated, the propagation time difference Δt of the leaked sound can be clearly obtained as shown in FIG.
[0044]
9 shows a time history waveform of vibration of the pipe 1 captured by the pipe

installation vibration sensors

2a and 2b in a state where the rotating machine is stopped (no periodic noise), and FIG. 10 shows their cross-correlation functions. It is. The propagation time difference Δt of the leaked sound obtained from this cross-correlation function is the same as that obtained from FIG. 8, indicating that the periodic noise removal of the rotating machine by the noise cancellers 7a and 7b is performed well.
[0045]
FIG. 13 shows the frequency analysis of the time history waveform of FIG. 9, and the fact that FIG. 12 is close to FIG. 13 also shows the superiority of the leak position detection method of the present invention.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, when specifying the position of leakage from an underground underground piping network that transports fluid such as water pipes and gas pipes by the cross-correlation function calculation using the signal of the leakage sound detected by the vibration sensor, Using the signal from the vibration sensor installed on the ground, the cross-correlation function is calculated after reliably removing noise other than leakage sound from the vibration sensor signal installed on the pipe. Even when there is a machine and the leaked sound is buried in the noise, the presence / absence of the leak and the position of the leak can be accurately identified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an arrangement of vibration sensors according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a leakage position detection method using a cross-correlation function.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional leakage position detection method.
FIG. 5 is a diagram showing a time history waveform of leakage sound vibration buried in periodic noise of a rotary machine.
6 is a diagram showing a cross-correlation function obtained from the time history waveform of FIG.
7 is a diagram showing a time history waveform obtained by removing periodic noise of a rotating machine from the time history waveform of FIG. 5 using the noise canceller according to the embodiment of the present invention.
8 is a diagram showing a cross-correlation function obtained from the time history waveform of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a time history waveform of leaked sound vibration with no periodic noise when the rotating machine stops.
10 is a diagram showing a cross-correlation function obtained from the time history waveform of FIG.
11 is a diagram showing a power spectrum obtained by frequency analysis of the time history waveform of FIG.
12 is a diagram showing a power spectrum obtained by frequency analysis of the time history waveform of FIG.
13 is a diagram showing a power spectrum obtained by frequency analysis of the time history waveform of FIG. 9. FIG.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a ground vibration sensor installation pile.
[Explanation of symbols]
1: Piping 2a, 2b: Piping installation vibration sensor 3: Ground installation vibration sensor 4: Leakage position 5: Ground pile vibration

sensor installation piles

6a, 6b: Adaptive digital filters 7a, 7b: Noise canceller 8: Cross correlation function computing device

Claims

A leak position detection method for detecting a position where a fluid leaks from an underground pipe network that transports fluid using a leak sound signal detected by a vibration sensor, and a plurality of pipes are spaced at intervals. In order to measure the vibration of the ground by installing a pipe installation vibration sensor, one or more ground installation vibration sensors are installed on the ground surface or in the ground where a component having a correlation with the leakage sound is not detected. Noise other than the leaked sound contained in the signal captured by the sensor is removed by an adaptive digital filter using the signal captured by the ground vibration sensor, and a cross-correlation function process between the signals of the obtained multiple leaked sounds is performed. A pipe leak position detection method comprising: calculating a difference in time at which a leak sound signal reaches each of the plurality of pipe installation vibration sensors, and specifying a leak position from the time difference.

A leakage position detection device for detecting a position where a fluid leaks from an underground piping network that transports fluid using a leakage sound signal detected by a vibration sensor. A plurality of pipe installation vibration sensors installed on the ground, one or more ground installation vibration sensors installed on the ground surface or in the ground where a component correlated with leakage sound is not detected in order to measure the vibration of the ground, and the pipe installation Between noise removal means for removing noise other than leakage sound contained in the signal captured by the vibration sensor by an adaptive digital filter using the signal captured by the ground installation vibration sensor, and a plurality of obtained leakage sound signals Leakage position specifying means for calculating the difference in time for the leaked sound signal to reach each of the plurality of pipe installation vibration sensors by the cross-correlation function processing and specifying the leak position from the time difference Leakage position detecting apparatus of the pipe, characterized in that it comprises a.