JP4252222B2 - 管種判別装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、地中埋設管等の管部材の種類を判別する管種判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新築した家屋等に例えばガス管、水道管を導く場合、埋設管が埋まっている部分を掘削して露出させ、この露出した部分に引込み管を接続して家屋等に引き込んでいる。一般に、道路等には、燃料用ガス（都市ガス）を供給するためのガス用埋設管と、水道水を供給するための水道用埋設管が埋設されており、ガス管（又は水道管）を引き込む場合、ガス用埋設管（又は水道用埋設管）を露出させて引込み管を接続する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、埋設管を露出させてもその外観からはガス用埋設管であるのか、水道用埋設管であるのか判別することが難しく、配管マップが存在して埋設管の管種が記載されている場合、この配管マップを利用して埋設管の管種を判別することができるが、配管マップに未記載の場合、非破壊で管種を判別することが難しく、そのために、引込み管を接続するための施工工事に時間を要し、施工工事が遅れるという問題があった。
【０００４】
また、このような埋設管に関し、施工工事を効率良く行うために、埋設管の管種を非破壊で容易に判別することができる装置の実現が望まれているとともに、埋設管の一種のガス埋設管においては、溜まった水によって埋設管が閉塞されないように、管内の水の溜まり量を非破壊で容易に検知することができる装置の実現が望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、管部材の管種を非破壊で容易に判別することができる管種判別装置を提供することである。
【０００６】
本発明は、調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は、前記管部材を通してその管下底面から反射される反射電磁波を処理し、前記送信アンテナから送信された後前記管下底面にて反射されて前記受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、前記管種判定手段は電磁波の前記伝搬時間に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置である。
【０００７】
本発明に従えば、送信アンテナから電磁波が送信され、受信アンテナは管部材、例えば埋設管からの反射電磁波を受信し、信号演算処理手段は受信アンテナからの受信信号を処理する。そして、管種判定手段は、信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材を通してその管下底面から反射された反射電磁波を処理して、送信アンテナからの電磁波がこの管下底面に反射された後に受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、管種判定手段は演算した伝搬時間を利用して管種を判定する。ガス用埋設管では管部材内を燃料用ガスが流れるのに対し、水道用埋設管では管部材内を水道水が流れる。電磁波の伝搬速度は管部材内を流れる媒質の比誘電率εに大きく関係し、媒質が水（例えば水道用埋設管）である場合と媒質が燃料用ガス、例えば都市ガス、ＬＰガス（例えばガス用埋設管）である場合とでは、水の比誘電率εｗが８１（εｗ＝８１）であるのに対し燃料用ガスの比誘電率εｇは約１（εｇ≒１）であるので、電磁波の伝搬速度は媒質が燃料用ガスである場合の方が水である場合よりも約９倍速くなり、従って燃料用ガスである場合の方が電磁波の伝搬時間は約１／９となる。このようなことから、管部材の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間を演算し、この伝搬時間に基づいて管部材の管種を判別する、例えばガス用埋設管か水道用埋設管であるかを判別することができる。
【０００９】
また、本発明は、調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は前記管部材の管上底面から反射される反射電磁波を処理し、前記管種判定手段は前記反射電磁波の位相に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置である。
本発明に従えば、信号演算処理手段は送信アンテナから送信された後受信アンテナにて受信された受信信号を処理し、管種判定手段は信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は演算処理した電磁波の位相に基づいて管種を判定する。一般的に、反射電磁波の位相は、反射する二層間の境界面における比誘電率の変化状態に関係し、比誘電率が大きな媒質を通して伝搬して比誘電率が小さい媒質との境界面にて反射した場合、電磁波の位相は同位相となるのに対し、比誘電率が小さな媒質を通して伝搬して比誘電率が大きい媒質との境界面にて反射した場合、電磁波の位相は反転して逆位相となる。例えば、埋設管がポリエチレン（比誘電率εｐ＝２．３）から形成され、調べる埋設管が例えば水道用埋設管である場合、流れる媒質が水（比誘電率εｗ＝８１）であるので、管部材の管上底面の境界面においては、送信アンテナからの電磁波は比誘電率の小さいポリエチレン製の管部材の壁部を通して比誘電率の大きい水との境界面にて反射されるようになり、従って、電磁波の位相は反転して逆位相となる。これに対して、例えば、埋設管がポリエチレンから形成され、調べる埋設管が例えばガス用埋設管である場合、流れる媒質が燃料用ガス、例えば都市ガス、ＬＰガス（比誘電率εｇ≒１）であるので、管部材の管上底面の境界面においては、送信アンテナからの電磁波は比誘電率の大きいポリエチレン製の管部材の壁部を通して比誘電率の小さい燃料用ガスとの境界面にて反射されるようになり、従って、電磁波の位相は反転せず同位相となる。このように、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、その処理信号の位相に基づいて管部材の管種を判別する、例えばガス用埋設管か水道用埋設管であるかを判別することができる。
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う管種判別装置の実施形態について説明する。
管種判別装置の第１の実施形態
まず、図１〜図３を参照して、本発明に従う管種判別装置の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の管種判別装置を簡略的に示す図であり、図２は、図１の管種判別装置を簡略的に示すブロック図であり、図３（ａ）及び（ｂ）は、管部材によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【００１６】
図１及び図２において、第１の実施形態の管種判別装置は装置本体２とアンテナユニット４とから構成され、装置本体２とアンテナユニット４とが伝送コード５を介して接続されている。アンテナユニット４は送信アンテナ６及び受信アンテナ８から構成され、送信アンテナ６からは電磁波が例えば埋設管１０に向けて発信され、受信アンテナ８は例えば埋設管１０からの反射電磁波を受信する。例えば、調べるべき管部材としての埋設管１０の管種を判別する際、図１に示すように、アンテナユニット４は判別すべき埋設管１０の外面に接触するように位置付けられる。尚、送信アンテナ６及び受信アンテナ８は、実施形態のように別個のアンテナから構成してもよいが、送信及び受信の兼用アンテナから構成するようにしてもよい。
【００１７】
装置本体２は、送信信号生成手段１２、信号演算処理手段１４、管種判定手段１６及び表示手段１８を備えている。送信信号生成手段１２は所定パルスの送信信号を生成し、生成された送信信号が伝送コード５を通して送信アンテナ６に送給される。また、信号演算処理手段１４は、受信アンテナ８から伝送コード５を通して送られてきた受信信号を所要の通りに演算処理し、管種判定手段１６はこの処理信号に基づいて後述する如くして管種を判別する。表示手段１８は例えば液晶表示装置又はＣＲＴから構成され、信号演算処理手段１４により演算処理された信号波形を表示するとともに、埋設管１０の管種を表示する。装置本体２は、更に、メモリ２０を備え、信号演算処理手段１４により演算処理された信号が記憶される。
【００１８】
次に、この管種判別装置を用いた管種判別、この実施形態ではガス用埋設管及び水道用埋設管の判別について説明する。例えば、埋設管１０の管種を判別する場合、図１に示すように、掘削して埋設管１０の一部を地中から露出させ、埋設管１０の露出部に管種判別装置のアンテナユニット４を接触させて所定の位置関係に保持し、このような状態にて管種の判別を行う。
【００１９】
管種の判別時には、送信信号生成手段１２が送信信号を生成し、この送信信号が送信アンテナ６に送られ、この送信信号に基づく電磁波が送信アンテナ６から埋設管１０の露出部に向けて送信される。
送信アンテナ６から送信された電磁波は、電磁波が伝搬される媒質の境界面にて反射される。埋設管１０が非金属である合成樹脂、例えばポリエチレンから形成され、この埋設管１０に燃料用ガス、例えば都市ガス、ＬＰガスが流れる場合（換言すると、ガス用埋設管である場合）、まず、図３（ａ）に示すように、電磁波が伝搬される埋設管１０（ポリエチレン）と燃料用ガスとの境界面Ｐ１（即ち、埋設管１０の内周面におけるアンテナユニット４と壁面を隔てて対向する部位であって、この部位をこの明細書を通して「管上底面」と称する）にて反射し、次に、図３（ｂ）に示すように、電磁波が伝搬する燃料用ガスと埋設管１０（ポリエチレン）との境界面Ｐ２（即ち、埋設管１０の内周面におけるアンテナユニット４と壁面及び流路を隔てて対向するとともに、上記管上底面と対向する部位であって、この部位をこの明細書を通して「管下底面」と称する）にて反射する。
【００２０】
また、埋設管１０が合成樹脂、例えばポリエチレンから形成され、この埋設管１０に水道水が流れる場合（換言すると、水道用埋設管である場合）、上述したと同様に、まず、図３（ａ）に示すように、電磁波が伝搬される埋設管１０（ポリエチレン）と水道水との境界面Ｐ１（即ち、埋設管１０の管上底面）にて反射し、次に、図３（ｂ）に示すように、電磁波が伝搬する水道水と埋設管１０（ポリエチレン）との境界面Ｐ２（即ち、埋設管１０の管下底面）にて反射する。
【００２１】
埋設管１０の管上底面Ｐ１及び管下底面Ｐ２にて反射された反射電磁波は、アンテナユニット４の受信アンテナ８に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段１４に送給され、この信号演算処理手段１４にて所要の通りに演算処理され、演算処理された処理信号がメモリ２０に記憶される。この処理信号は管種判定手段１６に送給され、管種判定手段１６はこの処理信号に基づいて管種を判別する。
【００２２】
この第１の実施形態では、埋設管１０の管下底面Ｐ２にて反射された反射電磁波の伝搬時間（送信アンテナ６から送信された後、管下底面Ｐ２にて反射して受信アンテナ８に受信されるまでの時間）を利用し、管種の判別が次のように行われる。
埋設管１０の管上底面Ｐ１からの反射電磁波の第１伝搬時間Ｔ１は、
Ｔ１＝２ｄ／Ｖｐ
ｄ：埋設管１０の肉厚 Ｖｐ：埋設管１０中の電磁波伝搬速度となり、埋設管１０の材質により異なるが、埋設管１０が例えばポリエチレンから形成されている場合、ガス用埋設管であっても水道用埋設管であっても実質上等しい時間となる。
【００２３】
また、埋設管１０がガス用埋設管である場合に、埋設管１０の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２ｇは、
Ｔ２ｇ＝Ｔ１＋２Ｄ／Ｖｇ
Ｔ１：第１伝搬時間 Ｄ：埋設管１０の内径
Ｖｇ：ガス中の電磁波伝搬速度［Ｖｇ＝Ｃ／（εｇ）１／２］
Ｃ：３．０×１０８ｍ／ｓｅｃ
εｇ：燃料用ガスの比誘電率（空気とほぼ等しく、εｇ≒１）
となる。
【００２４】
埋設管１０が水道用埋設管である場合に、埋設管１０の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２ｗは、
Ｔ２ｗ＝Ｔ１＋２Ｄ／Ｖｗ
Ｔ１：第１伝搬時間 Ｄ：埋設管１０の内径
Ｖｗ：水中の電磁波伝搬速度［Ｖｗ＝Ｃ／（εｗ）１／２］
Ｃ：３．０×１０８ｍ／ｓｅｃ
εｗ：水の比誘電率（εｗ＝８１）
となる。
【００２５】
この第２伝搬時間Ｔ２に着目すると、水の比誘電率εｗが燃料用ガスの比誘電率εｇの約８１倍であるので、電磁波の水中の伝搬速度Ｖｗは電磁波の燃料用ガス中の伝搬速度Ｖｇの約１／９となり、従って、埋設管１０の肉厚ｄがその内径Ｄに比べて充分に小さい（ｄ≪Ｄ）と、水道用埋設管１０である場合における第２伝搬時間Ｔ２ｗは、ガス用埋設管１０である場合における第２伝搬時間Ｔ２ｇの約９倍長くなる。
【００２６】
管種判定手段１６は、信号演算処理手段１４の処理信号、特に埋設管１０の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２を利用し、この第２伝搬時間Ｔ２に基づいて管種を判別し、この第２伝搬時間Ｔ２が比較的長いときには水道用埋設管と判定し、比較的短いときにはガス用埋設管と判定する。この管種判定手段１６による判定は、例えば、各種内径のガス用及び水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗを予めメモリ（図示せず）に記憶し、調べる埋設管１０の内径（例えば外径から推測する）に対応するガス用及び水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗを読み出し、これら第２伝搬時間Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗと信号演算処理手段１４により演算された第２伝搬時間Ｔ２とを対比することによって行うことができ、演算した第２伝搬時間Ｔ２がガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇ（又は水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｗ）とほぼ等しいと、この管種判定手段１６はガス用埋設管（又は水道用埋設管）と判定する。
【００２７】
管種判定手段１６による判定結果は、判定信号として表示手段１８に送給され、表示手段１８は判定信号の内容を表示する。従って、作業者は、装置本体２の表示手段１８に表示された内容を見ることによって、露出させた埋設管１０の種類（この場合、ガス用埋設管であるか水道用埋設管であるか）を非破壊で知ることができる。
【００２８】
管種判別装置の第２の実施形態
次に、図４を参照して、本発明に従う管種判別装置の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態の管種判別装置を簡略的に示すブロック図である。尚、以下の説明において、図１及び図２に示す第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
図４において、この第２の実施形態においては、装置本体２Ａに水道管表示ランプ３２及びガス管表示ランプ３４が設けられ、これらランプ３２，３４が点灯することによって、調べるべき管部材としての埋設管１０の種類を表示するように構成されている。この第２の実施形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
【００３０】
この第２の実施形態においても、送信アンテナ６から送信された後埋設管１０によって反射された反射電磁波が、受信アンテナ８に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段１４に送給され、この信号演算処理手段１４にて所要の通りに演算処理され、演算処理された処理信号がメモリ２０に記憶される。この処理信号は管種判定手段１６Ａに送給され、管種判定手段１６Ａはこの処理信号に基づいて上述した通りにして管種を判別する。この管種判定手段１６Ａは、調べるべき埋設管１０がガス用埋設管であると判定したときにはガス管信号を生成し、このガス管信号をガス管表示ランプ３４に送給し、ガス管表示ランプ３４が点灯する。一方、調べるべき埋設管１０が水道用埋設管であると判定したときには、管種判定手段１６Ａは水道管信号を生成し、この水道管信号を水道管表示ランプ３２に送給し、水道管表示ランプ３２が点灯する。このように判定した管種のランプ３２，３４が点灯するので、作業者は点灯したランプ３２，３４を見ることによって、管種を容易に知ることができる。
【００３１】
液溜まり検知装置を備えた管種判別装置の第３の実施形態
次いで、図５〜図７を参照して、本発明に従う管種判別装置の第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態の管種判別装置を簡略的に示すブロック図であり、図６は、管部材内に溜まった液の表面によって反射される反射電磁波を説明するための説明図であり、図７は、図５の管種判別装置による管種判別及び液溜まり検知の動作流れを示すフローチャートである。
【００３２】
図５において、この第３の実施形態においては、管種判定手段１６Ｂは、埋設管１０内に溜まった液、例えば水の溜まり量を検知するための溜まり検知手段４２を含んでいる。この管種判定手段１６Ｂに関連して、更に、入力手段４４及びメモリ４６が設けられる。入力手段４４は例えばテンキー等から構成され、この入力手段４４を操作することによって、例えば、調べるべき埋設管１０の外径等が入力される。また、メモリ４６には、各種の数値、例えば各種外径の埋設管１０に対応する第１伝搬時間Ｔ１（管部材の管上底面からの反射電磁波の伝搬時間）、それらの埋設管１０に対応する、液が存在しないときの第２伝搬時間Ｔ２ｇ（ガス用埋設管の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間）及び液が存在するときの第２伝搬時間Ｔ２ｗ（水道用埋設管の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間）等が予め記憶されており、入力手段４４によって埋設管１０の外径を入力操作すると、入力した外径の埋設管に対応するこれら第１及び第２伝搬時間Ｔ１，Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗがこのメモリ４６から読み出される。この第３の実施形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
【００３３】
この第３の実施形態においても、送信アンテナ６から送信された後埋設管１０によって反射された反射電磁波が、受信アンテナ８に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段１４に送給され、この信号演算処理手段１４にて所要の通りに演算処理された後に管種判定手段１６Ｂに送給され、管種判定手段１６Ｂはこの処理信号を利用して、例えば図７に示すフローチャートに沿って埋設管１０の管種を判定するとともに、埋設管１０内に溜まった水を検知する。
【００３４】
図５とともに図７を参照して、管種判定手段１６Ｂは、まず、メモリ４６から対応する３つの伝搬時間、即ち第１及び第２伝搬時間Ｔ１，Ｔ２ｇ、Ｔ２ｗを読み出す（ステップＳ１）。埋設管１０の管種を調べるに際し、この埋設管１０の外径を測定し、その外径の大きさを入力手段４４によって入力する。ステップＳ１では、この入力した外径に対応する第１及び第２伝搬時間Ｔ１，Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗが読み出される。
【００３５】
信号演算処理手段１４は、埋設管１０の管上底面Ｐ１からの反射電磁波の次の反射電磁波を処理してその伝搬時間を演算し、管種判定手段１６Ｂは、この反射電磁波の伝搬時間を利用して管種及び液の溜まりを検知する。埋設管１０がガス用埋設管である場合、管内は燃料用ガスが満たされており、従って、電磁波は管上底面Ｐ１にて反射し、次に燃料用ガスを通って管下底面Ｐ２にて反射し、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波は管下底面Ｐ２からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、上述したように比較的短い時間となる。また、埋設管１０が水道用埋設管である場合、管内は水道水が満たされており、従って、電磁波は管上底面Ｐ１にて反射し、次に水道水を通って管下底面Ｐ２にて反射し、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波も管下底面Ｐ２からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、上述したように比較的長い時間となる。これに対して、埋設管１０がガス用埋設管であって管内部に液、例えば地下水、雨水等の水が溜まっていると、図６に示すように、埋設管１０の底部に水が存在しており、従って、電磁波は管上底面Ｐ１にて反射し、次に燃料用ガスを通って管内に溜まった水の表面Ｐ３にて反射し、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波は水表面Ｐ３からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、管上底面Ｐ１からの反射電磁波の第１伝搬時間Ｔ１よりも長く、ガス用埋設管の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２ｇよりも短く、管内部に溜まった水が多いと液面が高くなって上記第１伝搬時間Ｔ１に近づき、反対に管内に溜まった水が少ないと液面が低くなって第２伝搬時間Ｔ２ｇに近づく。
【００３６】
上述したようなことから、ステップＳ２において、管種判定手段１６Ｂは、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波（以下、「処理電磁波」と称する）の伝搬時間とガス埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇとを対比してほぼ一致するか否かを判断し、ほぼ一致する場合には、ガス用埋設管であって、管内に水が溜まっていないと判定し（ステップＳ３）、表示手段１８は、例えば「ガス用埋設管」と水溜まり高さ「０」、即ち水溜まりなしを表示する。
【００３７】
処理電磁波の伝搬時間が第２伝搬時間Ｔ２ｇとほぼ一致しない場合、次に、ステップＳ５に移り、管種判定手段１６Ｂは、この処理電磁波の伝搬時間と水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｗとを対比してほぼ一致するか否かを判断し、ほぼ一致する場合には、水道用埋設管と判定し（ステップＳ６）、表示手段１８は、例えば「水道用埋設管」と表示する。
【００３８】
処理電磁波の伝搬時間が第２伝搬時間Ｔ２ｗともほぼ一致しない場合、ステップＳ８に移り、この伝搬時間が第１伝搬時間Ｔ１とガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇとの間であるか否かが判断される。そして、この範囲に含まれていると、管種判定手段１６Ｂは、ガス用埋設管であって、管内に水が溜まっていると判定し（ステップＳ９）、管種判定手段１６Ｂの溜まり検知手段４２によって水の溜まり量の演算が行われる（ステップＳ１０）。例えば、第１伝搬時間Ｔ１とガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇから、水が存在しないときの管内の電磁波の伝搬時間を演算し、また第１伝搬時間Ｔ１と処理電磁波の伝搬時間から、水が溜まっているときの管内の電磁波の伝搬時間を演算し、これら二つの電磁波の伝搬時間の比を求めることによって、埋設管内の燃料用ガス層の高さＨを算出し、埋設管の内径とガス層の高さＨとの差を演算して管内の水高さ、即ち水の溜まり量を算出することができ、このようにして管内の水溜まり量を非破壊で検知することができる。このようにして演算して求められた水溜まり量（高さ）は、「ガス用埋設管」の管種ととともに表示手段１８に表示される。
【００３９】
一方、処理電磁波の伝搬時間が第１伝搬時間Ｔ１とガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇとの間の範囲に含まれていないと、ステップＳ１２に移り、管種判定手段１６Ｂは測定異常と判定し、異常信号を生成し（ステップＳ１３）、この異常信号に基づいて表示手段１８は測定異常が発生したことを表示する。
以上の通りであるので、この第３の実施形態では、埋設管を破壊することなく、その管種を判定することができるとともに、管内に溜まった液量を検知することができる。
【００４０】
上述した形態の管種判別装置では、上述した記載から容易に理解される如く、管部材の内部に燃料用ガスが流れているガス用埋設管のみならず、使用していない水道用埋設管又はガス用埋設管であって、内部に空気等の気体が存在するものもガス用埋設管と判定するようになり、また管部材の内部に水道水が流れている水道用埋設管のみならず、使用していない水道用埋設管又はガス用埋設管であって、内部に地下水、雨水等が満たされているものも水道用埋設管と判定される。
【００４１】
実施例
上述した管種判別装置の効果を確認するために、次の通りの実験を行った。まず、ポリエチレン製管部材に燃料用ガスとしての都市ガスを充填し、充填した管部材の外表面に管種判別装置のアンテナユニットを接触させて送信アンテナから電磁波を発信し、この埋設管からの反射電磁波を受信アンテナで受信し、装置本体の信号演算処理手段にて演算処理した。管部材の外径は１６５ｍｍ、その肉厚は９．８ｍｍであった。また、送信アンテナから中心周波数約１ＭＨｚの電磁波を発信させた。
【００４２】
都市ガスを充填させた管部材における反射電磁波の受信信号を信号処理演算手段によって演算処理して図８（ａ）で示す通りの信号波形を得た。
また、同様のポリエチレン製管部材に水道水を満たし、都市ガスの場合と同様に、水道水を満たした管部材の外表面に管種判別装置のアンテナユニットを接触させて送信アンテナから電磁波を発信し、この埋設管からの反射電磁波を受信アンテナで受信し、装置本体の信号演算処理手段にて演算処理した。
【００４３】
水道水を満たした管部材における反射電磁波の受信信号を信号処理演算手段によって演算処理して図８（ｂ）で示す通りの信号波形を得た。
図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら図８（ａ）及び（ｂ）の実験結果を説明すると、図８（ａ）及び（ｂ）の信号波形の第１番目の波形部Ｗａ１、Ｗｂ１は、管部材の管上底面Ｐ１からの反射電磁波である。管上底面Ｐ１からの反射電磁波は、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまで、管部材（ポリエチレン）を通して伝送されるので、管内に都市ガス充填した場合も管内に水道水を充填した場合も伝搬時間はほとんど変わらないことが判る。
【００４４】
図８（ａ）及び（ｂ）の信号波形の第１番目の波形部Ｗａ１、Ｗｂ１において位相が反転しているが、これは次の理由による。一般に、電磁波は、電磁波が伝搬される媒質の境界面にて反射し、比誘電率が大きい媒質を通して伝搬して比誘電率の小さい媒質との境界面にて反射すると位相は反転しないが、これとは反対に、比誘電率が小さい媒質を通して伝搬して比誘電率の大きい媒質との境界面で反射すると位相が反転する。管部材の管上底面に着目すると、都市ガスが充填されている場合、電磁波は管部材（ポリエチレン：比誘電率εｐ＝２．３）を伝搬して都市ガス（比誘電率εｇ≒１）との境界面で反射するので、その位相は反転しないが、水道水が満たされている場合、電磁波は管部材（ポリエチレン：比誘電率εｐ＝２．３）を伝搬して水道水（比誘電率εｗ＝８１）との境界面で反射するので、その位相は反転する。尚、この位相の反転を利用して管種を判別することも可能である。
【００４５】
図８（ａ）の信号波形の第２番目の波形部Ｗａ２は、管部材の管下底面Ｐ２からの反射電磁波である。管部材の管下底面Ｐ２からの反射電磁波は、管内の都市ガスを通して伝搬されるので、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間が比較的短く、この実験では１．１７ｎｓｅｃ（１．１７×１０−９秒）であった。水道水を満たした管部材では、この管下底面からの反射電磁波は、図８（ｂ）の信号波形の第１１番目の波形部Ｗｂ１１である。水道水を満たした管部材では、反射電磁波は管内の水道水を通して伝搬されるので、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間が比較的長く、この実験では１０．４６ｎｓｅｃであった。図８（ａ）及び（ｂ）の結果においてこれら伝搬時間が相違するのは、管部材内の媒質の比誘電率が相違するためであり、都市ガスの比誘電率εｇが約１であるのに対し、水道水の比誘電率εｗが８１であり、これら比誘電率の違いによって水道水を満たした管部材では、管下底面Ｐ２からの反射電磁波の伝搬時間が、都市ガスを充填した管部材における対応する伝搬時間の約９倍となっており、このことを利用して管種の判別を行うことが可能であることが実験的にも確認できた。
【００４６】
以上、本発明に従う管種判別装置の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
例えば、上述した実施形態では、地中に埋設された埋設管の種類の判別に適用して説明したが、調べるべき管部材は地中に埋設されている必要はなく、露出配管されている管部材の管種を判別する場合にも同様に適用することができる。
【００４７】
また、上述した実施形態では、地中埋設管の表面にアンテナユニットを接触させて管種を判別しているが、埋設管を外部に露出させることなく、例えば地表面のアンテナユニットから電磁波を送信するとともに、地中埋設管からの反射電磁波をこのアンテナユニットにて受信するようにしてもよく、更には、地中埋設物を検知するその他のレーダ装置にこのような管種判別装置を搭載するようにしてもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、管部材の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間を利用して管種の判別を行っているが、図８（ａ）及び（ｂ）を用いた説明から理解されるように、管部材の管上底面からの反射電磁波の位相に基づいても管種を非破壊で判別することができる。調べる非金属の管部材（例えばポリエチレン製埋設管）が例えばガス用埋設管か水道用埋設管である場合、管上底面からの反射電磁波の位相が同位相であるとガス用埋設管と判定することができ、管上底面からの反射電磁波の位相が逆位相に反転すると水道用埋設管と判定することができる。
【００４９】
また、上述した実施形態では、管部材としてのガス用埋設管と水道用埋設管の判定に適用して説明したが、本発明はこれら埋設管の判定のみならず、その他の管部材の、例えばオイル等の液体を流す管部材の管種の判定等にも広く用いることができる。
【００５０】
本発明の請求項１の管種判別装置によれば、信号演算処理手段は管部材からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材の管下底面からの反射電磁波を処理して、送信アンテナからの電磁波がこの管下底面に反射された後に受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、管種判定手段は演算した伝搬時間を利用して管種を判定するので、管種を容易に且つ非破壊で判定することができる。
【００５１】
また、本発明の請求項２の管種判別装置によれば、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は演算処理した電磁波の位相に基づいて管種を判定するので、管種を容易に且つ非破壊で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う管種判別装置の第１の実施形態を簡略的に示す図である。
【図２】図１の管種判別装置を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、管部材によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【図４】本発明に従う管種判別装置の第２の実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図５】本発明に従う管種判別装置の第３の実施形態簡略的に示すブロック図でありる。
【図６】管部材内に溜まった液の表面によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【図７】図５の管種判別装置による管種判別及び液溜まり検知の動作流れを示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、管種判別装置を用いて管種を判別するときの反射電磁波の信号波形を示す図である。
【符号の説明】
２ 装置本体
４ アンテナユニット
６ 送信アンテナ
８ 受信アンテナ
１０ 埋設管
１２ 送信信号生成手段
１４ 信号演算処理手段
１６，１６Ａ，１６Ｂ 管種判定手段
４２ 溜まり検知手段
本発明は、地中埋設管等の管部材の種類を判別する管種判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新築した家屋等に例えばガス管、水道管を導く場合、埋設管が埋まっている部分を掘削して露出させ、この露出した部分に引込み管を接続して家屋等に引き込んでいる。一般に、道路等には、燃料用ガス（都市ガス）を供給するためのガス用埋設管と、水道水を供給するための水道用埋設管が埋設されており、ガス管（又は水道管）を引き込む場合、ガス用埋設管（又は水道用埋設管）を露出させて引込み管を接続する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、埋設管を露出させてもその外観からはガス用埋設管であるのか、水道用埋設管であるのか判別することが難しく、配管マップが存在して埋設管の管種が記載されている場合、この配管マップを利用して埋設管の管種を判別することができるが、配管マップに未記載の場合、非破壊で管種を判別することが難しく、そのために、引込み管を接続するための施工工事に時間を要し、施工工事が遅れるという問題があった。
【０００４】
また、このような埋設管に関し、施工工事を効率良く行うために、埋設管の管種を非破壊で容易に判別することができる装置の実現が望まれているとともに、埋設管の一種のガス埋設管においては、溜まった水によって埋設管が閉塞されないように、管内の水の溜まり量を非破壊で容易に検知することができる装置の実現が望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、管部材の管種を非破壊で容易に判別することができる管種判別装置を提供することである。
【０００６】
本発明は、調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は、前記管部材を通してその管下底面から反射される反射電磁波を処理し、前記送信アンテナから送信された後前記管下底面にて反射されて前記受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、前記管種判定手段は電磁波の前記伝搬時間に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置である。
【０００７】
本発明に従えば、送信アンテナから電磁波が送信され、受信アンテナは管部材、例えば埋設管からの反射電磁波を受信し、信号演算処理手段は受信アンテナからの受信信号を処理する。そして、管種判定手段は、信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材を通してその管下底面から反射された反射電磁波を処理して、送信アンテナからの電磁波がこの管下底面に反射された後に受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、管種判定手段は演算した伝搬時間を利用して管種を判定する。ガス用埋設管では管部材内を燃料用ガスが流れるのに対し、水道用埋設管では管部材内を水道水が流れる。電磁波の伝搬速度は管部材内を流れる媒質の比誘電率εに大きく関係し、媒質が水（例えば水道用埋設管）である場合と媒質が燃料用ガス、例えば都市ガス、ＬＰガス（例えばガス用埋設管）である場合とでは、水の比誘電率εｗが８１（εｗ＝８１）であるのに対し燃料用ガスの比誘電率εｇは約１（εｇ≒１）であるので、電磁波の伝搬速度は媒質が燃料用ガスである場合の方が水である場合よりも約９倍速くなり、従って燃料用ガスである場合の方が電磁波の伝搬時間は約１／９となる。このようなことから、管部材の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間を演算し、この伝搬時間に基づいて管部材の管種を判別する、例えばガス用埋設管か水道用埋設管であるかを判別することができる。
【０００９】
また、本発明は、調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は前記管部材の管上底面から反射される反射電磁波を処理し、前記管種判定手段は前記反射電磁波の位相に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置である。
本発明に従えば、信号演算処理手段は送信アンテナから送信された後受信アンテナにて受信された受信信号を処理し、管種判定手段は信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は演算処理した電磁波の位相に基づいて管種を判定する。一般的に、反射電磁波の位相は、反射する二層間の境界面における比誘電率の変化状態に関係し、比誘電率が大きな媒質を通して伝搬して比誘電率が小さい媒質との境界面にて反射した場合、電磁波の位相は同位相となるのに対し、比誘電率が小さな媒質を通して伝搬して比誘電率が大きい媒質との境界面にて反射した場合、電磁波の位相は反転して逆位相となる。例えば、埋設管がポリエチレン（比誘電率εｐ＝２．３）から形成され、調べる埋設管が例えば水道用埋設管である場合、流れる媒質が水（比誘電率εｗ＝８１）であるので、管部材の管上底面の境界面においては、送信アンテナからの電磁波は比誘電率の小さいポリエチレン製の管部材の壁部を通して比誘電率の大きい水との境界面にて反射されるようになり、従って、電磁波の位相は反転して逆位相となる。これに対して、例えば、埋設管がポリエチレンから形成され、調べる埋設管が例えばガス用埋設管である場合、流れる媒質が燃料用ガス、例えば都市ガス、ＬＰガス（比誘電率εｇ≒１）であるので、管部材の管上底面の境界面においては、送信アンテナからの電磁波は比誘電率の大きいポリエチレン製の管部材の壁部を通して比誘電率の小さい燃料用ガスとの境界面にて反射されるようになり、従って、電磁波の位相は反転せず同位相となる。このように、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、その処理信号の位相に基づいて管部材の管種を判別する、例えばガス用埋設管か水道用埋設管であるかを判別することができる。
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う管種判別装置の実施形態について説明する。
管種判別装置の第１の実施形態
まず、図１〜図３を参照して、本発明に従う管種判別装置の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の管種判別装置を簡略的に示す図であり、図２は、図１の管種判別装置を簡略的に示すブロック図であり、図３（ａ）及び（ｂ）は、管部材によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【００１６】
図１及び図２において、第１の実施形態の管種判別装置は装置本体２とアンテナユニット４とから構成され、装置本体２とアンテナユニット４とが伝送コード５を介して接続されている。アンテナユニット４は送信アンテナ６及び受信アンテナ８から構成され、送信アンテナ６からは電磁波が例えば埋設管１０に向けて発信され、受信アンテナ８は例えば埋設管１０からの反射電磁波を受信する。例えば、調べるべき管部材としての埋設管１０の管種を判別する際、図１に示すように、アンテナユニット４は判別すべき埋設管１０の外面に接触するように位置付けられる。尚、送信アンテナ６及び受信アンテナ８は、実施形態のように別個のアンテナから構成してもよいが、送信及び受信の兼用アンテナから構成するようにしてもよい。
【００１７】
装置本体２は、送信信号生成手段１２、信号演算処理手段１４、管種判定手段１６及び表示手段１８を備えている。送信信号生成手段１２は所定パルスの送信信号を生成し、生成された送信信号が伝送コード５を通して送信アンテナ６に送給される。また、信号演算処理手段１４は、受信アンテナ８から伝送コード５を通して送られてきた受信信号を所要の通りに演算処理し、管種判定手段１６はこの処理信号に基づいて後述する如くして管種を判別する。表示手段１８は例えば液晶表示装置又はＣＲＴから構成され、信号演算処理手段１４により演算処理された信号波形を表示するとともに、埋設管１０の管種を表示する。装置本体２は、更に、メモリ２０を備え、信号演算処理手段１４により演算処理された信号が記憶される。
【００１８】
次に、この管種判別装置を用いた管種判別、この実施形態ではガス用埋設管及び水道用埋設管の判別について説明する。例えば、埋設管１０の管種を判別する場合、図１に示すように、掘削して埋設管１０の一部を地中から露出させ、埋設管１０の露出部に管種判別装置のアンテナユニット４を接触させて所定の位置関係に保持し、このような状態にて管種の判別を行う。
【００１９】
管種の判別時には、送信信号生成手段１２が送信信号を生成し、この送信信号が送信アンテナ６に送られ、この送信信号に基づく電磁波が送信アンテナ６から埋設管１０の露出部に向けて送信される。
送信アンテナ６から送信された電磁波は、電磁波が伝搬される媒質の境界面にて反射される。埋設管１０が非金属である合成樹脂、例えばポリエチレンから形成され、この埋設管１０に燃料用ガス、例えば都市ガス、ＬＰガスが流れる場合（換言すると、ガス用埋設管である場合）、まず、図３（ａ）に示すように、電磁波が伝搬される埋設管１０（ポリエチレン）と燃料用ガスとの境界面Ｐ１（即ち、埋設管１０の内周面におけるアンテナユニット４と壁面を隔てて対向する部位であって、この部位をこの明細書を通して「管上底面」と称する）にて反射し、次に、図３（ｂ）に示すように、電磁波が伝搬する燃料用ガスと埋設管１０（ポリエチレン）との境界面Ｐ２（即ち、埋設管１０の内周面におけるアンテナユニット４と壁面及び流路を隔てて対向するとともに、上記管上底面と対向する部位であって、この部位をこの明細書を通して「管下底面」と称する）にて反射する。
【００２０】
また、埋設管１０が合成樹脂、例えばポリエチレンから形成され、この埋設管１０に水道水が流れる場合（換言すると、水道用埋設管である場合）、上述したと同様に、まず、図３（ａ）に示すように、電磁波が伝搬される埋設管１０（ポリエチレン）と水道水との境界面Ｐ１（即ち、埋設管１０の管上底面）にて反射し、次に、図３（ｂ）に示すように、電磁波が伝搬する水道水と埋設管１０（ポリエチレン）との境界面Ｐ２（即ち、埋設管１０の管下底面）にて反射する。
【００２１】
埋設管１０の管上底面Ｐ１及び管下底面Ｐ２にて反射された反射電磁波は、アンテナユニット４の受信アンテナ８に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段１４に送給され、この信号演算処理手段１４にて所要の通りに演算処理され、演算処理された処理信号がメモリ２０に記憶される。この処理信号は管種判定手段１６に送給され、管種判定手段１６はこの処理信号に基づいて管種を判別する。
【００２２】
この第１の実施形態では、埋設管１０の管下底面Ｐ２にて反射された反射電磁波の伝搬時間（送信アンテナ６から送信された後、管下底面Ｐ２にて反射して受信アンテナ８に受信されるまでの時間）を利用し、管種の判別が次のように行われる。
埋設管１０の管上底面Ｐ１からの反射電磁波の第１伝搬時間Ｔ１は、
Ｔ１＝２ｄ／Ｖｐ
ｄ：埋設管１０の肉厚 Ｖｐ：埋設管１０中の電磁波伝搬速度となり、埋設管１０の材質により異なるが、埋設管１０が例えばポリエチレンから形成されている場合、ガス用埋設管であっても水道用埋設管であっても実質上等しい時間となる。
【００２３】
また、埋設管１０がガス用埋設管である場合に、埋設管１０の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２ｇは、
Ｔ２ｇ＝Ｔ１＋２Ｄ／Ｖｇ
Ｔ１：第１伝搬時間 Ｄ：埋設管１０の内径
Ｖｇ：ガス中の電磁波伝搬速度［Ｖｇ＝Ｃ／（εｇ）１／２］
Ｃ：３．０×１０８ｍ／ｓｅｃ
εｇ：燃料用ガスの比誘電率（空気とほぼ等しく、εｇ≒１）
となる。
【００２４】
埋設管１０が水道用埋設管である場合に、埋設管１０の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２ｗは、
Ｔ２ｗ＝Ｔ１＋２Ｄ／Ｖｗ
Ｔ１：第１伝搬時間 Ｄ：埋設管１０の内径
Ｖｗ：水中の電磁波伝搬速度［Ｖｗ＝Ｃ／（εｗ）１／２］
Ｃ：３．０×１０８ｍ／ｓｅｃ
εｗ：水の比誘電率（εｗ＝８１）
となる。
【００２５】
この第２伝搬時間Ｔ２に着目すると、水の比誘電率εｗが燃料用ガスの比誘電率εｇの約８１倍であるので、電磁波の水中の伝搬速度Ｖｗは電磁波の燃料用ガス中の伝搬速度Ｖｇの約１／９となり、従って、埋設管１０の肉厚ｄがその内径Ｄに比べて充分に小さい（ｄ≪Ｄ）と、水道用埋設管１０である場合における第２伝搬時間Ｔ２ｗは、ガス用埋設管１０である場合における第２伝搬時間Ｔ２ｇの約９倍長くなる。
【００２６】
管種判定手段１６は、信号演算処理手段１４の処理信号、特に埋設管１０の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２を利用し、この第２伝搬時間Ｔ２に基づいて管種を判別し、この第２伝搬時間Ｔ２が比較的長いときには水道用埋設管と判定し、比較的短いときにはガス用埋設管と判定する。この管種判定手段１６による判定は、例えば、各種内径のガス用及び水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗを予めメモリ（図示せず）に記憶し、調べる埋設管１０の内径（例えば外径から推測する）に対応するガス用及び水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗを読み出し、これら第２伝搬時間Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗと信号演算処理手段１４により演算された第２伝搬時間Ｔ２とを対比することによって行うことができ、演算した第２伝搬時間Ｔ２がガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇ（又は水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｗ）とほぼ等しいと、この管種判定手段１６はガス用埋設管（又は水道用埋設管）と判定する。
【００２７】
管種判定手段１６による判定結果は、判定信号として表示手段１８に送給され、表示手段１８は判定信号の内容を表示する。従って、作業者は、装置本体２の表示手段１８に表示された内容を見ることによって、露出させた埋設管１０の種類（この場合、ガス用埋設管であるか水道用埋設管であるか）を非破壊で知ることができる。
【００２８】
管種判別装置の第２の実施形態
次に、図４を参照して、本発明に従う管種判別装置の第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態の管種判別装置を簡略的に示すブロック図である。尚、以下の説明において、図１及び図２に示す第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【００２９】
図４において、この第２の実施形態においては、装置本体２Ａに水道管表示ランプ３２及びガス管表示ランプ３４が設けられ、これらランプ３２，３４が点灯することによって、調べるべき管部材としての埋設管１０の種類を表示するように構成されている。この第２の実施形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
【００３０】
この第２の実施形態においても、送信アンテナ６から送信された後埋設管１０によって反射された反射電磁波が、受信アンテナ８に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段１４に送給され、この信号演算処理手段１４にて所要の通りに演算処理され、演算処理された処理信号がメモリ２０に記憶される。この処理信号は管種判定手段１６Ａに送給され、管種判定手段１６Ａはこの処理信号に基づいて上述した通りにして管種を判別する。この管種判定手段１６Ａは、調べるべき埋設管１０がガス用埋設管であると判定したときにはガス管信号を生成し、このガス管信号をガス管表示ランプ３４に送給し、ガス管表示ランプ３４が点灯する。一方、調べるべき埋設管１０が水道用埋設管であると判定したときには、管種判定手段１６Ａは水道管信号を生成し、この水道管信号を水道管表示ランプ３２に送給し、水道管表示ランプ３２が点灯する。このように判定した管種のランプ３２，３４が点灯するので、作業者は点灯したランプ３２，３４を見ることによって、管種を容易に知ることができる。
【００３１】
液溜まり検知装置を備えた管種判別装置の第３の実施形態
次いで、図５〜図７を参照して、本発明に従う管種判別装置の第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態の管種判別装置を簡略的に示すブロック図であり、図６は、管部材内に溜まった液の表面によって反射される反射電磁波を説明するための説明図であり、図７は、図５の管種判別装置による管種判別及び液溜まり検知の動作流れを示すフローチャートである。
【００３２】
図５において、この第３の実施形態においては、管種判定手段１６Ｂは、埋設管１０内に溜まった液、例えば水の溜まり量を検知するための溜まり検知手段４２を含んでいる。この管種判定手段１６Ｂに関連して、更に、入力手段４４及びメモリ４６が設けられる。入力手段４４は例えばテンキー等から構成され、この入力手段４４を操作することによって、例えば、調べるべき埋設管１０の外径等が入力される。また、メモリ４６には、各種の数値、例えば各種外径の埋設管１０に対応する第１伝搬時間Ｔ１（管部材の管上底面からの反射電磁波の伝搬時間）、それらの埋設管１０に対応する、液が存在しないときの第２伝搬時間Ｔ２ｇ（ガス用埋設管の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間）及び液が存在するときの第２伝搬時間Ｔ２ｗ（水道用埋設管の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間）等が予め記憶されており、入力手段４４によって埋設管１０の外径を入力操作すると、入力した外径の埋設管に対応するこれら第１及び第２伝搬時間Ｔ１，Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗがこのメモリ４６から読み出される。この第３の実施形態のその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。
【００３３】
この第３の実施形態においても、送信アンテナ６から送信された後埋設管１０によって反射された反射電磁波が、受信アンテナ８に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段１４に送給され、この信号演算処理手段１４にて所要の通りに演算処理された後に管種判定手段１６Ｂに送給され、管種判定手段１６Ｂはこの処理信号を利用して、例えば図７に示すフローチャートに沿って埋設管１０の管種を判定するとともに、埋設管１０内に溜まった水を検知する。
【００３４】
図５とともに図７を参照して、管種判定手段１６Ｂは、まず、メモリ４６から対応する３つの伝搬時間、即ち第１及び第２伝搬時間Ｔ１，Ｔ２ｇ、Ｔ２ｗを読み出す（ステップＳ１）。埋設管１０の管種を調べるに際し、この埋設管１０の外径を測定し、その外径の大きさを入力手段４４によって入力する。ステップＳ１では、この入力した外径に対応する第１及び第２伝搬時間Ｔ１，Ｔ２ｇ，Ｔ２ｗが読み出される。
【００３５】
信号演算処理手段１４は、埋設管１０の管上底面Ｐ１からの反射電磁波の次の反射電磁波を処理してその伝搬時間を演算し、管種判定手段１６Ｂは、この反射電磁波の伝搬時間を利用して管種及び液の溜まりを検知する。埋設管１０がガス用埋設管である場合、管内は燃料用ガスが満たされており、従って、電磁波は管上底面Ｐ１にて反射し、次に燃料用ガスを通って管下底面Ｐ２にて反射し、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波は管下底面Ｐ２からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、上述したように比較的短い時間となる。また、埋設管１０が水道用埋設管である場合、管内は水道水が満たされており、従って、電磁波は管上底面Ｐ１にて反射し、次に水道水を通って管下底面Ｐ２にて反射し、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波も管下底面Ｐ２からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、上述したように比較的長い時間となる。これに対して、埋設管１０がガス用埋設管であって管内部に液、例えば地下水、雨水等の水が溜まっていると、図６に示すように、埋設管１０の底部に水が存在しており、従って、電磁波は管上底面Ｐ１にて反射し、次に燃料用ガスを通って管内に溜まった水の表面Ｐ３にて反射し、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波は水表面Ｐ３からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、管上底面Ｐ１からの反射電磁波の第１伝搬時間Ｔ１よりも長く、ガス用埋設管の管下底面Ｐ２からの反射電磁波の第２伝搬時間Ｔ２ｇよりも短く、管内部に溜まった水が多いと液面が高くなって上記第１伝搬時間Ｔ１に近づき、反対に管内に溜まった水が少ないと液面が低くなって第２伝搬時間Ｔ２ｇに近づく。
【００３６】
上述したようなことから、ステップＳ２において、管種判定手段１６Ｂは、管上底面Ｐ１の次の反射電磁波（以下、「処理電磁波」と称する）の伝搬時間とガス埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇとを対比してほぼ一致するか否かを判断し、ほぼ一致する場合には、ガス用埋設管であって、管内に水が溜まっていないと判定し（ステップＳ３）、表示手段１８は、例えば「ガス用埋設管」と水溜まり高さ「０」、即ち水溜まりなしを表示する。
【００３７】
処理電磁波の伝搬時間が第２伝搬時間Ｔ２ｇとほぼ一致しない場合、次に、ステップＳ５に移り、管種判定手段１６Ｂは、この処理電磁波の伝搬時間と水道用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｗとを対比してほぼ一致するか否かを判断し、ほぼ一致する場合には、水道用埋設管と判定し（ステップＳ６）、表示手段１８は、例えば「水道用埋設管」と表示する。
【００３８】
処理電磁波の伝搬時間が第２伝搬時間Ｔ２ｗともほぼ一致しない場合、ステップＳ８に移り、この伝搬時間が第１伝搬時間Ｔ１とガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇとの間であるか否かが判断される。そして、この範囲に含まれていると、管種判定手段１６Ｂは、ガス用埋設管であって、管内に水が溜まっていると判定し（ステップＳ９）、管種判定手段１６Ｂの溜まり検知手段４２によって水の溜まり量の演算が行われる（ステップＳ１０）。例えば、第１伝搬時間Ｔ１とガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇから、水が存在しないときの管内の電磁波の伝搬時間を演算し、また第１伝搬時間Ｔ１と処理電磁波の伝搬時間から、水が溜まっているときの管内の電磁波の伝搬時間を演算し、これら二つの電磁波の伝搬時間の比を求めることによって、埋設管内の燃料用ガス層の高さＨを算出し、埋設管の内径とガス層の高さＨとの差を演算して管内の水高さ、即ち水の溜まり量を算出することができ、このようにして管内の水溜まり量を非破壊で検知することができる。このようにして演算して求められた水溜まり量（高さ）は、「ガス用埋設管」の管種ととともに表示手段１８に表示される。
【００３９】
一方、処理電磁波の伝搬時間が第１伝搬時間Ｔ１とガス用埋設管の第２伝搬時間Ｔ２ｇとの間の範囲に含まれていないと、ステップＳ１２に移り、管種判定手段１６Ｂは測定異常と判定し、異常信号を生成し（ステップＳ１３）、この異常信号に基づいて表示手段１８は測定異常が発生したことを表示する。
以上の通りであるので、この第３の実施形態では、埋設管を破壊することなく、その管種を判定することができるとともに、管内に溜まった液量を検知することができる。
【００４０】
上述した形態の管種判別装置では、上述した記載から容易に理解される如く、管部材の内部に燃料用ガスが流れているガス用埋設管のみならず、使用していない水道用埋設管又はガス用埋設管であって、内部に空気等の気体が存在するものもガス用埋設管と判定するようになり、また管部材の内部に水道水が流れている水道用埋設管のみならず、使用していない水道用埋設管又はガス用埋設管であって、内部に地下水、雨水等が満たされているものも水道用埋設管と判定される。
【００４１】
実施例
上述した管種判別装置の効果を確認するために、次の通りの実験を行った。まず、ポリエチレン製管部材に燃料用ガスとしての都市ガスを充填し、充填した管部材の外表面に管種判別装置のアンテナユニットを接触させて送信アンテナから電磁波を発信し、この埋設管からの反射電磁波を受信アンテナで受信し、装置本体の信号演算処理手段にて演算処理した。管部材の外径は１６５ｍｍ、その肉厚は９．８ｍｍであった。また、送信アンテナから中心周波数約１ＭＨｚの電磁波を発信させた。
【００４２】
都市ガスを充填させた管部材における反射電磁波の受信信号を信号処理演算手段によって演算処理して図８（ａ）で示す通りの信号波形を得た。
また、同様のポリエチレン製管部材に水道水を満たし、都市ガスの場合と同様に、水道水を満たした管部材の外表面に管種判別装置のアンテナユニットを接触させて送信アンテナから電磁波を発信し、この埋設管からの反射電磁波を受信アンテナで受信し、装置本体の信号演算処理手段にて演算処理した。
【００４３】
水道水を満たした管部材における反射電磁波の受信信号を信号処理演算手段によって演算処理して図８（ｂ）で示す通りの信号波形を得た。
図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら図８（ａ）及び（ｂ）の実験結果を説明すると、図８（ａ）及び（ｂ）の信号波形の第１番目の波形部Ｗａ１、Ｗｂ１は、管部材の管上底面Ｐ１からの反射電磁波である。管上底面Ｐ１からの反射電磁波は、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまで、管部材（ポリエチレン）を通して伝送されるので、管内に都市ガス充填した場合も管内に水道水を充填した場合も伝搬時間はほとんど変わらないことが判る。
【００４４】
図８（ａ）及び（ｂ）の信号波形の第１番目の波形部Ｗａ１、Ｗｂ１において位相が反転しているが、これは次の理由による。一般に、電磁波は、電磁波が伝搬される媒質の境界面にて反射し、比誘電率が大きい媒質を通して伝搬して比誘電率の小さい媒質との境界面にて反射すると位相は反転しないが、これとは反対に、比誘電率が小さい媒質を通して伝搬して比誘電率の大きい媒質との境界面で反射すると位相が反転する。管部材の管上底面に着目すると、都市ガスが充填されている場合、電磁波は管部材（ポリエチレン：比誘電率εｐ＝２．３）を伝搬して都市ガス（比誘電率εｇ≒１）との境界面で反射するので、その位相は反転しないが、水道水が満たされている場合、電磁波は管部材（ポリエチレン：比誘電率εｐ＝２．３）を伝搬して水道水（比誘電率εｗ＝８１）との境界面で反射するので、その位相は反転する。尚、この位相の反転を利用して管種を判別することも可能である。
【００４５】
図８（ａ）の信号波形の第２番目の波形部Ｗａ２は、管部材の管下底面Ｐ２からの反射電磁波である。管部材の管下底面Ｐ２からの反射電磁波は、管内の都市ガスを通して伝搬されるので、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間が比較的短く、この実験では１．１７ｎｓｅｃ（１．１７×１０−９秒）であった。水道水を満たした管部材では、この管下底面からの反射電磁波は、図８（ｂ）の信号波形の第１１番目の波形部Ｗｂ１１である。水道水を満たした管部材では、反射電磁波は管内の水道水を通して伝搬されるので、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間が比較的長く、この実験では１０．４６ｎｓｅｃであった。図８（ａ）及び（ｂ）の結果においてこれら伝搬時間が相違するのは、管部材内の媒質の比誘電率が相違するためであり、都市ガスの比誘電率εｇが約１であるのに対し、水道水の比誘電率εｗが８１であり、これら比誘電率の違いによって水道水を満たした管部材では、管下底面Ｐ２からの反射電磁波の伝搬時間が、都市ガスを充填した管部材における対応する伝搬時間の約９倍となっており、このことを利用して管種の判別を行うことが可能であることが実験的にも確認できた。
【００４６】
以上、本発明に従う管種判別装置の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
例えば、上述した実施形態では、地中に埋設された埋設管の種類の判別に適用して説明したが、調べるべき管部材は地中に埋設されている必要はなく、露出配管されている管部材の管種を判別する場合にも同様に適用することができる。
【００４７】
また、上述した実施形態では、地中埋設管の表面にアンテナユニットを接触させて管種を判別しているが、埋設管を外部に露出させることなく、例えば地表面のアンテナユニットから電磁波を送信するとともに、地中埋設管からの反射電磁波をこのアンテナユニットにて受信するようにしてもよく、更には、地中埋設物を検知するその他のレーダ装置にこのような管種判別装置を搭載するようにしてもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、管部材の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間を利用して管種の判別を行っているが、図８（ａ）及び（ｂ）を用いた説明から理解されるように、管部材の管上底面からの反射電磁波の位相に基づいても管種を非破壊で判別することができる。調べる非金属の管部材（例えばポリエチレン製埋設管）が例えばガス用埋設管か水道用埋設管である場合、管上底面からの反射電磁波の位相が同位相であるとガス用埋設管と判定することができ、管上底面からの反射電磁波の位相が逆位相に反転すると水道用埋設管と判定することができる。
【００４９】
また、上述した実施形態では、管部材としてのガス用埋設管と水道用埋設管の判定に適用して説明したが、本発明はこれら埋設管の判定のみならず、その他の管部材の、例えばオイル等の液体を流す管部材の管種の判定等にも広く用いることができる。
【００５０】
本発明の請求項１の管種判別装置によれば、信号演算処理手段は管部材からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材の管下底面からの反射電磁波を処理して、送信アンテナからの電磁波がこの管下底面に反射された後に受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、管種判定手段は演算した伝搬時間を利用して管種を判定するので、管種を容易に且つ非破壊で判定することができる。
【００５１】
また、本発明の請求項２の管種判別装置によれば、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は演算処理した電磁波の位相に基づいて管種を判定するので、管種を容易に且つ非破壊で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う管種判別装置の第１の実施形態を簡略的に示す図である。
【図２】図１の管種判別装置を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、管部材によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【図４】本発明に従う管種判別装置の第２の実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図５】本発明に従う管種判別装置の第３の実施形態簡略的に示すブロック図でありる。
【図６】管部材内に溜まった液の表面によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【図７】図５の管種判別装置による管種判別及び液溜まり検知の動作流れを示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、管種判別装置を用いて管種を判別するときの反射電磁波の信号波形を示す図である。
【符号の説明】
２ 装置本体
４ アンテナユニット
６ 送信アンテナ
８ 受信アンテナ
１０ 埋設管
１２ 送信信号生成手段
１４ 信号演算処理手段
１６，１６Ａ，１６Ｂ 管種判定手段
４２ 溜まり検知手段
Claims (2)
- 調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は、前記管部材を通してその管下底面から反射される反射電磁波を処理し、前記送信アンテナから送信された後前記管下底面にて反射されて前記受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、前記管種判定手段は電磁波の前記伝搬時間に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置。
- 調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は前記管部材の管上底面から反射される反射電磁波を処理し、前記管種判定手段は前記反射電磁波の位相に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置。
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