JP4972359B2

JP4972359B2 - 漏水判定装置、漏水判定方法

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Publication number: JP4972359B2
Application number: JP2006208088A
Authority: JP
Inventors: 哲須山
Original assignee: Tsurumi Seiki Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Seiki Co Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008032619A

Description

本発明は、漏水を判定する装置及び方法に関し、特に、漏水により生じる音又は振動を測定し、測定した音又は振動に基づき漏水の有無を判定する装置及び方法に関する。

従来より、水道管などの漏水の有無を調べる際には、漏水の生じている可能性のある箇所の近傍において、水道管より生じる音又は振動を測定し、音又は振動の大小に基づき、漏水の有無を判定していた。（例えば、特許文献１参照）
特開平１１−１８０６９２号公報

このような検査は比較的に静かな深夜に行われるものの、機械音などの暗騒音の影響がある場合や、漏水音が小さい場合には、漏水の有無の判定精度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、漏水音が小さく暗騒音が存在するような場合でも、精度良く漏水の有無を判定することのできる漏水判定方法及び装置を提供することである。

本発明の漏水判定装置は、水道管に漏水が生じているか否かを判定する装置であって、
前記水道管に生じる振動に応じて変化する物理量に応じた測定信号を出力する物理量センサと、互いに異なる複数の時期において前記物理量センサから出力された所定レベル以上の測定信号について周波数分析し、前記各時期に対応するスペクトルを得る周波数分析手段と、前記周波数分析手段により得られた各時期のスペクトルを比較し、その比較結果に基づき漏水の有無を判定する漏水判定手段と、を備え、前記漏水判定手段は、前記各時期のスペクトルのうち何れか一つのスペクトルを基準スペクトルとし、前記基準スペクトルと、前記各時期のスペクトルの基準スペクトル以外のスペクトルとの一致度を求め、前記求めた一致度が所定の度合いより大きい場合には、漏水有りと判定することを特徴とする。

また、前記漏水判定手段は、前記基準スペクトルと、前記各時期のスペクトルの基準スペクトル以外のスペクトルとの複数の所定の周波数における差の絶対値を加算して、スペクトル差の総和を算出し、前記算出したスペクトル差の総和が所定の値以下の場合には、一致度が大きいとしてもよい。

また、前記各時期の測定信号の振幅の大きさを評価する振幅評価手段を備え、前記漏水判定手段は、前記スペクトルの比較結果と、前記評価した振幅の大きさと、に基づき漏水の有無を判定してもよい。

また、本発明の漏水判定方法は、水道管に漏水が生じているか否かを判定する方法であって、前記水道管に生じる振動に応じて変化する物理量を測定する測定ステップと、互いに異なる複数の時期において前記測定した所定レベル以上の物理量について周波数分析し、前記各時期に対応するスペクトルを求める周波数分析ステップと、前記求めた各時期のスペクトルを比較し、その比較結果に基づき漏水の有無を判定するする漏水判定ステップとを備え、前記漏水判定ステップでは、前記各時期のスペクトルのうち何れか一つのスペクトルを基準スペクトルとし、前記基準スペクトルと、前記各時期のスペクトルの基準スペクトル以外のスペクトルとの一致度を求め、前記求めた一致度が所定の度合いより大きい場合には、漏水有りと判定することを特徴とする。

また、本発明の漏水判定方法は、水道管に漏水が生じているか否かを判定する方法であって、所定期間内の互いに異なる複数の時期において前記水道管に生じる振動に応じて変化する物理量を測定するステップと、前記各時期において測定された物理量について、レベルが所定の値以上であるか否かを判定するステップと、前記レベルが所定の値以上である場合には、前記物理量を周波数分析してスペクトルを求めるステップと、前記求めたスペクトルが複数ある場合には、何れか一のスペクトルを基準スペクトルとし、前記基準スペクトル以外のスペクトルと前記基準スペクトルとの一致度を求めるステップと、前記求めた一致度が所定の度合い以上となる回数が所定の基準回数以上の場合には、漏水が発生している可能性を示す漏水判定レベルを増大させるステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、漏水より生じる振動又は音のスペクトルに基づき漏水の有無を判定するため、暗騒音がある場合や漏水音が小さい場合でも精度良く漏水の有無を判定することができる。

以下、本発明の水道管の漏洩判定装置の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
従来技術の欄に記載したように、従来は水道管の漏水の有無を漏水により生じる音又は振動を測定し、音又は振動の大きさが所定の値を超えたか否かに基づき判定を行っていた。しかしながら、このような方法では、漏水の発生位置が遠方にあって、測定される音又は振動が小さいような場合や、暗騒音が大きい場合には、判定の精度が低下するという問題がある。

ところで、暗騒音の周波数特性は騒音源が変化するなどの理由により変化しやすいが、漏水により生じる音や振動の特性は変化しにくいと考えられる。そこで、発明者らは、漏水の有無を精度良く判定する方法を考案するため、漏水の生じている水道管における振動を複数回測定し、その周波数特性を比較する試験を行ったので、その試験について以下に詳述する。

本試験では、漏水の生じている水道管について２箇所（測定点１、２とする）と、漏水の生じていない水道管について１箇所（測定点３とする）とに加速度センサを取付け、水道管に生じる振動を３０秒間ずつ２回測定した。そして、加速度センサにより測定された振動をＦＦＴにより周波数分析し、その周波数分析結果を示すスペクトルを比較した。

図１及び図２は、夫々、漏水の発生している水道管の測定点１及び測定点２における測定信号のスペクトルを示すグラフである。各図において、（Ａ）及び（Ｂ）は、夫々、各測定点における１回目及び２回目の測定についてのスペクトルを示す。また、図３は、漏水の発生していない水道管の測定点３における測定信号のスペクトルを示すグラフである。図１及び図２と図３とを比較すると、図１及び図２に示す漏水の発生している水道管についてのスペクトルは、測定点１（図１）では６．５［ｋＨｚ］以下の周波数帯域で、測定点２（図２）では４．５［ｋＨｚ］以下の周波数帯域で、漏水のない水道管（図３）よりも振動レベルが大きいことがわかる。また、図３に示す漏水の生じていない水道管のスペクトルは、５００［Ｈｚ］以下の周波数帯域の振動レベルが大きく、漏水が生じていなくても５００［Ｈｚ］以下の周波数帯域の暗騒音が生じていることがわかる。
また、図１及び図２において１回目（Ａ）と２回目（Ｂ）とを比較すると、１回目と２回目とで周波数特性は非常によく一致していることがわかる。

以上のことから、漏水の発生している水道管の振動はスペクトルに再現性があり、かつ、４．５〜６．５［ｋＨｚ］以下の周波数帯域において、漏水が生じていない場合に比べて振動レベルが高いことがわかった。

上述の実験結果をふまえて本実施形態の漏水判定装置１０は以下のような構成とした。
図４は、本実施形態の漏水判定装置１０の構成を示す図である。本実施形態の漏水判定装置１０は、主配管より分岐して各家庭に水道水を供給する分岐管に取付けられて用いられる。図４に示すように、漏水判定装置１０は、加速度センサ１１と、チャージアンプ１２と、低域ＣＵＴフィルタ１３と、増幅器１４と、Ａ／Ｄコンバータ１５と、電源制御部１６と、電源１７と、ＭＰＵ１８と、タイマー１９と、漏水表示器２０と、を備える。

タイマー１９には、複数の起動時刻及び一日の起動回数が設定されており、起動時刻になると、ＭＰＵ１８に起動指令信号を送信する。起動時刻としては、例えば、５分間間隔など一定の間隔で起動するように設定されている。
ＭＰＵ１８は、タイマー１９より起動指令信号の入力を受付けると、電源制御部１６に電源制御信号を送信する。

電源制御部１６には、リチウム電池などからなる電源１７が接続されており、ＭＰＵ１８から電源制御信号を受信すると、加速度センサ１１、チャージアンプ１２、低域ＣＵＴフィルタ１３、及び増幅器１４に電力を供給する。
加速度センサ１１は、上記した分岐管に取付けられており、電源制御部１６より電力を供給されると、分岐管に生じる振動を検知し、振動に応じた電荷信号を出力する。

チャージアンプ１２は、加速度センサ１１から出力された電荷信号を電圧信号に変換する。これによりチャージアンプ１２から出力された測定信号は、振動に応じた電圧信号となる。
低域ＣＵＴフィルタ１３は、チャージアンプ１２より出力された測定信号の、例えば、５００［Ｈｚ］以下の低域成分を除去する。これにより、主に暗騒音が原因である５００［Ｈｚ］以下の周波数成分を除去し、漏水により生じる振動の周波数成分を抽出することができる。

増幅器１４は、低域ＣＵＴフィルタ１３より出力されたフィルタ処理済みの測定信号を増幅処理する。
Ａ／Ｄコンバータ１５は、ＭＰＵ１８よりサンプリング周波数及び測定時間長さ（あるいは、測定サンプル数）の指定を含む測定信号要求信号を受信すると、増幅器１４により増幅処理された測定信号の指定された測定時間長さの部分について、指定されたサンプリング周波数によりＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された測定信号をＭＰＵ１８に送信する。このようにして、ＭＰＵ１８には、１日の間の異なる複数の時期に、加速度センサにより測定された加速度信号を示すデジタル信号が入力される。

次に、図５に示すフローチャートを参照してＭＰＵ１８が実行する処理を説明する。なお、図５は、ＭＰＵ１８が毎日実行する処理の流れを示している。
ＭＰＵ１８は、ステップ１００においてタイマー１９より起動指令信号を受信すると、ステップ１１０において、電源制御部１６に電源制御信号を送信する。上述の通り、電源制御部１６は、ＭＰＵ１８から電源制御信号を受信すると、加速度センサ１１、チャージアンプ１２、低域ＣＵＴフィルタ１３、及び増幅器１４に電力を供給する。

次に、ＭＰＵ１８は、ステップ１２０において、Ａ／Ｄコンバータ１５に測定信号要求信号を送信する。Ａ／Ｄコンバータ１５は、測定信号要求信号を受信すると、測定信号要求信号により指定されたサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換した、指定された測定時間長さ（あるいは測定サンプル数）の測定信号をＭＰＵ１８に送信する。

次に、ＭＰＵ１８は、ステップ１３０において、Ａ／Ｄ変換された測定信号の入力を受付け、ステップ１４０において、入力された測定信号のレベルが所定の値以上であるか否かを判定する。入力された測定信号のレベルが所定の値以上である場合には（ステップ１４０でＹＥＳ）、暗騒音が大きいか、あるいは漏水が発生していると判定できる。そこで、ステップ１５０において測定信号をＦＦＴして、スペクトルを算出する。なお、本実施形態ではステップ１４０における信号レベルの判定は、信号のパワーに基づいて行ってもよいし、振幅の最大値や実効値に基づいて行ってもよい。

次に、ステップ１６０において、ＭＰＵ１８は算出されたスペクトルを記録する。
ＭＰＵ１８は、ステップ１６０におけるスペクトルの記録回数をカウントしており、ステップ１７０において、この記録回数が予め設定された回数に達したか否かに基づいて今回記録したスペクトルが今日の最後の測定信号のスペクトルであるか否かを判定する。この記録したスペクトルが一日の最後の測定信号のスペクトルである場合（ステップ１７０でＹＥＳ）には、後述するステップ１８０以降の処理を行う。また、一日の最後の測定信号のスペクトルではない場合（ステップ１７０でＮＯ）には、再び、ステップ１００でタイマー１９より起動指令信号を受信するまで待機する。

ステップ１７０でＹＥＳ判定された場合は、１日分の測定を終了したことになる。この場合、複数のスペクトルが記録されていれば（つまり、複数の測定信号が一定値以上の振幅を有していれば）（ステップ１８０でＹＥＳ）、何れか一つのスペクトルを基準スペクトルＰ_０（ｆ）とし、その他の各スペクトルＰ（ｆ）について、次式（１）で表される複数の所定の周波数ｆ_１、…、ｆ_ｎにおける基準スペクトルＰ_０（ｆ）とその他の各スペクトルＰ（ｆ）の差の絶対値の合計（以下、スペクトル差絶対値和という）を算出する。

ＭＰＵ１８には、予め設定されたスペクトル差絶対値和の判定基準となる基準値が記録されている。ＭＰＵ１８は、ステップ１９０において、上記の式（１）により算出されたスペクトル差絶対値和と基準値とを比較する。その結果、スペクトル差絶対値和が基準値未満である場合には、Ｐ_０（ｆ）とＰ（ｆ）とが一致すると判定し、ステップ２００において一致回数を１だけ増加させる。また、スペクトル差絶対値和が基準値以上である場合には、Ｐ_０（ｆ）とＰ（ｆ）とは一致していないと判定する。このように、ステップ１９０及びステップ２００を基準スペクトル以外の全てのスペクトルに対して行うことで、一日の測定で得られたスペクトルの一致回数Ｃを求めることができる。

また、ＭＰＵ１８には、漏水の疑いの有無を判定する基準となる一致回数の基準値（以下、基準回数Ｃ_０という）が記録されている。ＭＰＵ１８は、ステップ２１０において、一致回数Ｃと基準回数Ｃ_０とを比較する。その結果、一致回数Ｃが、基準回数Ｃ_０以上となる場合には、（ステップ２１０でＹＥＳ）、漏水の虞があるため、ステップ２２０において漏水判定レベルを１だけ増加させる。

一方、ステップ１８０において複数のスペクトルが記録されていない場合（ステップ１８０でＮＯ）、及び、ステップ２１０で一致回数Ｃが、基準回数未満Ｃ_０の場合（ステップ２１０でＮＯ）には、ステップ２４０で漏水判定レベルを０に引き下げる。なお、これに限らず、漏水判定レベルを１／２にするなどにより引き下げてもよい。
このように、周波数特性に基づき漏水の有無を判定するため、暗騒音が大きい場合や、漏水音が小さい場合でも、精度良く判定を行うことができる。

次に、ステップ２３０において、漏水表示器２０により、例えば、上記算出した漏水判定レベルが３〜５の場合には黄色の表示を、漏水判定レベルが６以上の場合には赤色の表示を行わせる。検査員は定期的にこの漏水表示器２０の表示を調べ、漏水判定レベルが高い場合には、その近傍で漏水が発生している可能性が高いと判断し、近傍の水道管について詳細な漏水の有無の調査を行う。これにより、確実に水道管における漏水の発生を発見することができる。

以上説明したように本実施形態の漏水判定装置１０によれば、漏水音が小さい場合や、暗騒音が存在するような場合でも、漏水音のスペクトルは再現性を有するため、漏水音を複数回測定し、その周波数特性が一致するか否かに基づき漏水の有無を判定することにより、精度良く漏水の有無を判定することができる。

なお、上記の実施形態では、水道管に生じる振動を測定し、測定された振動に基づき、漏水の有無を判定する構成としたが、これに限らず、例えば音などの水道管に生じる振動に応じて変化する物理量であればよい。
また、本実施形態では、測定信号の低域ＣＵＴフィルタで５００Ｈｚ以下を除去する構成としたが、これに限らず、フィルタにより除去する周波数は、暗騒音を効率よく除去できるよう適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、１日に複数回、水道管に生じる振動を測定する構成としたが、これに限らず、測定する回数などは適宜設定すればよい。
また、本実施形態では、ステップ１９０において、基準スペクトルと、その他のスペクトルとの各周波数における差の絶対値を加算したスペクトル差絶対値和に基づき、一致するか否かを評価する構成としたが、これに限らず、両者の相関関数を算出するなどの方法により両者が一致するか否かを評価してもよい。

測定点１における測定信号を周波数分析した結果を示すグラフであり、各図において、（Ａ）及び（Ｂ）は、夫々１回目の測定及び２回目の測定の結果を示す。測定点２における測定信号を周波数分析した結果を示すグラフであり、各図において、（Ａ）及び（Ｂ）は、夫々１回目の測定及び２回目の測定の結果を示す。漏水の発生していない水道管の測定点３における測定信号を周波数分析した結果を示すグラフである。本実施形態の漏水判定装置の構成を示す図である。ＭＰＵにおける１日の処理の流れを示す図である。

符号の説明

１０漏水判定装置１１加速度センサ
１２チャージアンプ１３低域ＣＵＴフィルタ
１４増幅器１５Ａ／Ｄコンバータ
１６電源制御部１７電源
１８ＭＰＵ１９タイマー
２０漏水表示器

Claims

水道管に漏水が生じているか否かを判定する装置であって、
前記水道管に生じる振動に応じて変化する物理量に応じた測定信号を出力する物理量センサと、
互いに異なる複数の時期において前記物理量センサから出力された所定レベル以上の測定信号について周波数分析し、前記各時期に対応するスペクトルを得る周波数分析手段と、
前記周波数分析手段により得られた各時期のスペクトルを比較し、その比較結果に基づき漏水の有無を判定する漏水判定手段と、を備え、
前記漏水判定手段は、前記各時期のスペクトルのうち何れか一つのスペクトルを基準スペクトルとし、前記基準スペクトルと、前記各時期のスペクトルの基準スペクトル以外のスペクトルとの一致度を求め、前記求めた一致度が所定の度合いより大きい場合には、漏水有りと判定することを特徴とする漏水判定装置。
請求項１記載の漏水判定装置であって、
前記漏水判定手段は、
前記基準スペクトルと、前記各時期のスペクトルの基準スペクトル以外のスペクトルとの複数の所定の周波数における差の絶対値を加算して、スペクトル差の総和を算出し、
前記算出したスペクトル差の総和が所定の値以下の場合には、一致度が前記所定の度合いより大きいとすることを特徴とする漏水判定装置。
請求項１又は２に記載の漏水判定装置であって、
前記各時期の測定信号のレベルを評価するレベル評価手段を備え、
前記漏水判定手段は、前記スペクトルの比較結果と、前記評価した信号レベルと、に基づき漏水の有無を判定することを特徴とする漏水判定装置。
水道管に漏水が生じているか否かを判定する方法であって、
前記水道管に生じる振動に応じて変化する物理量を測定する測定ステップと、
互いに異なる複数の時期において前記測定した所定レベル以上の物理量について周波数分析し、前記各時期に対応するスペクトルを求める周波数分析ステップと、
前記求めた各時期のスペクトルを比較し、その比較結果に基づき漏水の有無を判定するする漏水判定ステップとを備え、
前記漏水判定ステップでは、前記各時期のスペクトルのうち何れか一つのスペクトルを基準スペクトルとし、前記基準スペクトルと、前記各時期のスペクトルの基準スペクトル以外のスペクトルとの一致度を求め、前記求めた一致度が所定の度合いより大きい場合には、漏水有りと判定することを特徴とする漏水判定方法。
水道管に漏水が生じているか否かを判定する方法であって、
所定期間内の互いに異なる複数の時期において前記水道管に生じる振動に応じて変化する物理量を測定するステップと、
前記レベルが所定の値以上である場合には、前記物理量を周波数分析してスペクトルを求めるステップと、
前記求めたスペクトルが複数ある場合には、何れか一のスペクトルを基準スペクトルとし、前記基準スペクトル以外のスペクトルと前記基準スペクトルとの一致度を求めるステップと、
前記求めた一致度が所定の度合い以上となる回数が所定の基準回数以上の場合には、漏水が発生している可能性を示す漏水判定レベルを増大させるステップと、を備えることを特徴とする漏水判定方法。