JPH0472537A

JPH0472537A - 配管の異常監視装置

Info

Publication number: JPH0472537A
Application number: JP2214148A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Mori; 森　邦弘; Masumi Okada; 岡田　真澄; Shingo Nagashima; 長島　伸吾; Katsuo Nakamachi; 中町　華都雄; Kazuo Hattori; 服部　一男; Yoji Takanashi; 高梨　洋治; Masaru Yasuda; 優安田; Masami Ishikawa; 昌巳石川; Yoshiyasu Murata; 村田　好康
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1990-08-13
Publication date: 1992-03-06
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: EP0444200A1; EP0444200B1; CA2066578A1; WO1991004477A1; US5333501A; CA2066578C; JP2878804B2; EP0444200A4

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、配設された配管の損傷や漏洩等の異常発生を
監視する配管の異常監視装置に係わり、特に、配管の複
数箇所に音波を検出する検出器を配設して、異常発生お
よび発生位置を遠隔地から迅速にかつ正確に検出できる
配管の異常監視装置に関する。

［従来の技術］道路等に配管が埋設されている場合は、この配管を埋設
した業者のみならず、種々の業者か土木工事を実施する
ので、埋設されている配管か直接掘削機械等で衝撃を受
けたり、直接に衝撃を受けなくとも、近傍位置で工事を
実施すると振動か印加される。したがって、配管は損傷
を受ける確率か高くなる。よって、配管を使用する業者
にとっては、配管の損傷を即座に検出して早急に対策を
講することが重大事故を未然に防止する上で非常に重要
である。

しかし、池中に埋設されたり、ビルの壁間に敷設された
り、または保安要員か簡単に点検できない場所に配設さ
れている配管に例えば外力が印加して、配管か損傷を受
けたり、管壁等が腐食して内部流体か漏洩する等の異常
か発生した場合にはその異常発生や異常発生位置を特定
する作業は、−旦配管を配設した後においては非常に繁
雑なものとなる。

したかって、例えば、第１０図に示すように、配設する
前に予め配管１に光ファイバー２を螺旋状に巻装して、
この光ファイバー２の一方端に発光素子３を取付け、他
方端に受光素子４および時間微分回路５．警報回路６等
を備えた地中埋設物異常監視システムか提唱されている
（特開昭６０−４９１９９号）。

このシステムにおいて、埋設された配管工に外力による
横圧力Ｐか印加された場合には、配管１に巻装された光
ファイバー２に微小曲げ変形が生じる。その結果、光フ
アイバ−２全体の伝送損失が大きくなる。そして、受光
素子４て検出した光。

信号を時間微分回路うで微分すると、その伝送損失の変
化を検出することができる。よって、配管１の異常発生
を検出できる。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、第１０図に示す光ファイバー２を配管１
に巻装するようにした地中埋設物異常監視システムにお
いてもまだ次のような問題があった。

すなわち、このシステムでは、新しく配管を埋設する場
合には、光ファイバー２を巻装したのち配管１を該当箇
所に埋設すればよいか、既に埋設されている配管１にこ
のシステムを適用する場合には、光ファイバー２を取付
けるために配管の周囲を掘削する必要があり、工事費か
増大して実際的でない。

また、地震１局部的な地盤沈下または隆起等によって、
配管１かある範囲をもって変形する状況に対しては有効
であるが、掘削機等の局部的な衝撃、損傷に対しては、
光ファイバー２が図示するように螺旋状に巻装されてい
るので、必ずしも衝撃、損傷位置が光ファイバー２の巻
装位置と合致しない。したがって、異常発生を確実に検
出できるとは限らない。よって、異常監視システムとし
ては高度な信頼性を確保できない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
配管の複数箇所に異常発生にに起因する音波を検出する
検出器を配設することによって、たとえ既に配設されて
いる配管であっても異常発生および発生位置を遠隔地か
ら簡単に、迅速にかつ正確に検出できる配管の異常監視
装置を提供することを目的とする。

さらに、上記目的に加えて、音波波形を検出することに
よって、異常の種類も簡単に把握できる配管の異常監視
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決する−ための手段］上記課題を解消するために本発明は、内部に流体が通流
する配管に発生した異常を検知する配管の異常監視装置
において、配管の軸方向の複数位置に所定距離をあけて配設され、
異常の発生位置から流体を媒体として伝播される音波を
検出する複数の検出器と、少なくともこの検出器相互間
の音波検出タイミング差および検出器相互間の距離から
異常発生位置を算出する異常発生位置算出手段とを備え
たものである。

また、第２の発明においては、上記発明において、各検
出器をそれぞれ配管の軸方向に微小間隔をあけて配設さ
れた一対の音波センサで構成し、かつ異常発生位置算出
手段として、各検出器の各一対の音波センサ相互間の音
波検出タイミング差から各検出器の配設位置における各
音速を算出する音速算出手段と、この音速算出手段にて
算出された各音速と検出器相互間の距離と検出器相互間
の音波検出タイミング差とから、各検出器の配設位置か
ら異常発生位置までの各距離を算出する距離算出手段を
設けている。

第３の発明は、第１の発明に加えて、代表的な複数種類
の異常に起因する異常音波波形を記憶する異常波形記憶
部と、各検出器で検出された音波に含まれる管内の流体
が発生する雑音成分を除去するバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタで雑音成分が除去された音波の
波形および異常波形記憶部から読出した各異常音波波形
を同一画面に表示する表示装置と備えている。

第４の発明は、第３の発明において、バンドパスフィル
タの通過周波数帯域を２００Ｈｚ乃至５００Ｈｚに設定
している。

第５の発明は、第３の発明において、バンドパスフィル
タを通過周波数帯域か異なる複数の単位バンドパスフィ
ルタで構成し、この各単位バンドパスフィルタから出力
された各音波の波形を表示装置に選択的に表示するよう
にしている。

第６の発明は、第１の発明において、各検出器で検出さ
れた音波に含まれる管内の流体が発生する雑音成分を除
去するバンドパスフィルタを設け、かつ異常発生位置算
出手段は、少くもこのバンドパスフィルタを介して得ら
れた各音波における検出器相互間の音波検出タイミング
差および検出器相互間の距離から異常発生位置を算出す
るようにしている。

第７の発明は、第６の発明において、バンドパスフィル
タを通過周波数帯域が異なる複数の単位バンドパスフィ
ルタで構成し、かつ異常発生位置算出手段において、各
単位バンドパスフィルタから出力された各音波のうちの
Ｓ／Ｎの高い音波を選択し、この選択した各音波におけ
る検出器相互間の音波検出タイミング差および検出器相
互間の距離から異常発生位置を算出するようにしていて
る。

そして、第８の発明の配管の異常監視装置においては、
配管の軸方向の複数位置に所定距離をあけて配設され、
異常の発生位置から流体を媒体として伝播される音波を
検出する複数の検出器と、この各検出器で検出された音
波に含まれる管内の流体か発生する雑音成分を除去する
バンドパスフィルタと、少くもこのバンドパスフィルタ
を介して得られた検出器相互間の音波検出タイミング差
および検出器相互間の距離から異常の発生位置を算出す
る異常発生位置算出手段と、代表的な複数種類の異常に
起因する音波波形を記憶する異常波形記憶部と、バンド
パスフィルタで雑音成分が除去された音波の波形および
異常波形記憶部から読出した異常音波波形を表示する表
示装置とを備えたものである。

［作　用］このように構成された配管の異常監視装置であれば、例
えば配管の軸方向のある位置で異常が発生すると、異常
発生に伴って音波が発生する。その音波は管内を両方向
に伝播する。したがって、例えば配管の両端近傍に各検
出器を備えると、その各検出器で異常音か検出される。

検出器相互間の距離は既知であるので、音の伝播速度を
一定と仮定すると、検出器における異常音の音波検出タ
イミング差から異常の発生位置を特定できる。例えば、
全く等しいタイミングで音波を検出すると、異常発生位
置は検出器相互間の中間位置である。

また、第２の発明においては、各検出器をそれぞれ微小
間隔をあけて配設した一対の音波センサて構成している
ので、この音波センサ相互間の音波検出タイミング差か
ら該検出器配設位置における音速が算出される。

一般に、管内を伝播する音波の速度は、管内を通流する
流体の通流方向に応じて変化する。すなわち、同一方向
へ伝播する場合は音速が高くなり、逆方向へ伝播する場
合は低くなる。したがって、この各検出器配設位置の各
音速を用いて、各検出器配設位置から異常発生位置まで
の各距離で示される異常発生位置をより正確に算出でき
る。

さらに、管内を通流る流体の流速は時間的に変化するた
めに音速も時間的に変化する。また、流体の成分比率な
どによっても音速は変化する。例えば、都市ガスなどで
はカロリー調整などのために成分比率を変化させる。こ
のように、音速が時間的に変化する場合でも、一対の音
波センサによって異常発生時の音速が正確に得られるた
めに、正確な異常発生位置を算出することが可能となる
。

また、一対の音波センサを用いる事により、対の音波セ
ンサのうちの先に異常音波を検出した音波センサ側の方
向で異常か発生したと判断できるので、異常発生位置の
算出かより正確になる。

第３の発明においては、代表的な複数種類の異常に起因
する異常音波波形が予め記憶されており、各検出器で検
出された音波の波形の雑音成分をバンドパスフィルタで
除去したのち、表示装置に同時に表示することにより、
操作者は筒車に異常種類を判定できる。

第４の発明においては、バンドパスフィルタの通過周波
数帯域が２００〜５００）１ｚに設定されている。

これは、２００Ｈｚ未満であると、流体の雑音（暗騒音
）か信号受信の妨げとなる一方で、５００Ｈｚより大き
いと、伝播減衰が大き過ぎて信号か出現せず、しかも、
ｇ置等からの雑音により、さらにＳ／Ｎが低下するから
である。

第５の発明においては、バンドパスフィルタでもって、
検出された音波波形における通過周波数帯域を任意に選
択できるようにしている。すなわち、この音波波形と異
常音波波形とを比較する場合に、この音波波形を最も特
徴的な波形で表示できるので、該当音波波形かどの異常
種類であるかをより容易に判断できる。

第６の発明においては、バンドパスフィルタでもって雑
音成分を除去したのちの各音波を用いて検出器相互間の
音波検出タイミング差を求めているので、異常発生位置
の算出精度が向上する。

第７の発明においては、第６の発明の作用に加えて、バ
ンドパスフィルタの各単位バンドパスフィルタから出力
される各音波のうちのＳ／Ｎの高い音波を選択して、こ
の選択された音波から検出器相互間の音波検出タイミン
グ差を求めているので、異常発生位置の算出精度がさら
に向上する。

第８の発明においては、バンドパスフィルタを異常発生
位置算出と異常種類判定との両方に使用しているので、
この異常監視装置で得られる異常発生位置および異常種
類の検出精度を大幅に向上できる。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の配管の異常監視装置の概略構成を示す
模式図である。なお、実施例装置においては、地中に埋
設された配管に適用した場合を示す。

地中１０に埋設されている配管１１内には例えばガス等
の流体１２か例えば矢印Ａ方向に通流している。そして
、配管１１内に軸方向に距離りだけ離間して音波を検出
する一対の検出器１３゜１４が配設されている。一方の
検出器１３は、第１図に示すように、軸方向に距離ｇ、
だけ離間配置された一対の音波センサ１３ａ、１３ｂて
構成されている。同様に、他方の検出器１４も軸方向に
距離ｇ３たけ離間配置された一対の音波センサ１４ａ、
１４ｂで構成されている。なお、音波センサ相互間の距
離ｇ３は検出器１３．１４相互間の距離りに比較して非
常に小さい値である。

なお、配管１１内に配設された音波センサの代りに、管
壁上に振動センサを同じように設置しても、音波によっ
て管壁が振動するために同様に各音波を検出できる。

各音波センサ１３ａ、１３ｂで検出された音波信号は検
出器１３の音波信号ａとして信号合成回路１５へ入力さ
れる。また、各音波センサ１４ａ。

１４ｂで検出された音波信号すも前記信号合成回路１５
へ入力される。この信号合成回路１５は各検出器１３．
１４から出力された各音波信号ａ。

ｂを新たな音波信号に波形合成する。したがって、この
信号合成回路１５から出力される音波信号には各検出器
１３．１４の各音波センサ１３ａ。

１３ｂ、１４ａ、１４ｂにて検出された４個の音波波形
が含まれる。

信号合成回路１５から出力された音波信号は増幅器１６
で増幅される。増幅器１６で増幅された音波信号Ｃは次
のバンドパスフィルタ１７へ入力される。このバンドパ
スフィルタ１７は、入力された音波信号Ｃを周波数制限
を加えずにそのまま通過させる無制御回路１７ａと、通
過周波数帯域がそれぞれ異なる値に設定された９個の単
位バンドパスフィルタ（以下単位ＢＰＦと略記する）１
７ｂとで構成されている。各単位ＢＰＦ１７ａの各通過
周波数帯域の中心周波数は、例えば、１６０Ｈｚ、２０
０Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３１５Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００
Ｈｚ、６３０Ｈｚ。

８００Ｈｚ、　１ｋＨｚのように、１６０　Ｈｚから１
ｋＨｚの間で１７３オクタ一ブバンド周波数毎に設定さ
れている。

このバンドパスフィルタ１７は、増幅器１６から出力さ
れた音波信号Ｃに含まれる配管１１内を通流する流体１
２の通流動作や流体１２の調圧器の動作に付随して発生
する暗騒音に起因する周波数成分を除去する機能を有す
る。

第３図は、実際に周期的な振動衝撃が配管１１に印加さ
れた場合において、異常発生位置から５ｋｍ離れた位置
に配設された検出器１３．１４にて検出された音波信号
を示す波形図である。すなわち、第３図（ａ）には、増
幅器１６から出力されバンドパスフィルタ１７へ入力す
る前の音波信号Ｃか表示されており、また、第３図（ｂ
）には、バンドパスフィルタ１７の通過周波数帯域が２
００〜５００Ｈｚで中心周波数か２５０　Ｈｚに設定さ
れた単位ＢＰＦ１７ｂから出力された音波信号ｄが表示
されている。図示するように、入力前の音波信号Ｃには
振動衝撃による音波波形に流体１２の暗騒音の雑音波形
が重畳しているが、出力された音波信号ｄには流体１２
の暗騒音の雑音成分が含まれず、振動衝撃による音波波
形のみか残ることが理解できる。すなわち、一般に地中
に埋設された配管に損傷を与える可能性のある土木工事
に使用される建設機械の種類はあらかじめ知られており
、それらの機械を使用して配管工１に振動衝撃が印加さ
れた場合に、その振動衝撃によって発生して配管内を伝
播する音波の性質はおよそ推定できる。

そして、この音波の周波数は前述した約２００〜５００
１（Ｚである。したかって、受信した音波の各周波数成
分のうちこの周波数帯域のみを通過させて、他の雑音成
分を除去することが可能である。よって、Ｓ／Ｎか大幅
に向上する。

さらに、通過周波数をまったく制限しない無制御回路１
７ａの出力音波波形と、通過周波数か前述したように設
定された各単位ＢＰＦ１７ｂの各出力音波波形との比較
を第４図に示す。

配管１１内を伝播する音波の減衰特性は、伝播距離や周
波数によって異なるため、最適なＳ／Ｎを得るためのバ
ンドパスフィルタ１７全体の通過周波数を一義的に決定
することは困難であるが、通過周波数帯域が異なる複数
の単位ＢＰＦ１７ｂを設け、その中から最適の単位ＢＰ
Ｆ１７ｂを選択することによって、異常に起因する音波
を伝播距離にかかわらず確実に検出することができる。

例えば、前述したように地中に埋設されたガスが通流す
る配管においては、通過周波数帯域は２００〜５００　
Ｈｚが最適であるか、例えば野外の石油パイプライン等
の場合は、配管１１に直接衝撃が印加される場合もある
ので、最適通過周波数帯域は２００Ｈｚ〜２ｋＨｚと広
くなる。

バンドパスフィルタ１７の無制御回路１．７　ａおよび
各単位ＢＰＦ１７ｂから出力された各音波信号ｄは、例
えばマイクロコンピュータで構成されたデータ処理部１
８へ入力される。このデータ処理部１８は入力した音波
信号ｄに対して各種のデータ処理を施して、異常が発生
したか否か、また異常発生の場合は異常発生位置を算出
する機能を有する。

データ処理部１８は、必要に応じて、検出された音波信
号ｄおよび異常発生の有無、異常発生位置、および操作
員が判定した異常種類を例えばＣＲＴ表示管を用いた表
示装置１９へ表示すると共に、データ伝送装置２０を介
して中央監視装置２１へ送信する。中央監視装置２１は
異常発生情報を受信すると、異常発生を異常発生位置お
よび異常種類と共に警報装置２２を介して監視者に警告
する。

このデータ処理部１８は第５図に示すように構成されて
いる。前記バンドパスフィルタ１７の無制御回路１７ａ
および各単位ＢＰＦ１７ｂから入力された各音波信号ｄ
はそれぞれＬＯＧ　（対数）変換器２３てデシベル値（
ｄ　Ｂ）に変換された後、それぞれＡ／Ｄ変換器２４て
もって、一定周波数でサンプリングされて、デジタルの
音波信号ｅに変換される。デジタルの各音波信号ｅはマ
ルチプレクサ回路２５へ入力される。このマルチプレク
サ回路２５は、同一タイミングで人力されるデジタルの
各音波信号ｅを時分割で取込んてパスライン２５へ送出
する。

パスライン２５には、各種演算処理を行うＣＰＵ　（中
央処理装置）２６、制御プログラム等の各種固定データ
を記憶するＲＯＭ２７、代表的な複数種類の異常音波波
形を記憶する例えばＲＯＰｖｌ等で構成された異常波形
記憶部２８、異常発生位置算出に伴う各種可変データを
一時記憶するＲ　Ａ　Ｍ　２９、マルチプレクサ回路２
５を介して読取った前記各音波信号ｄの音波波形を一時
記憶する読取波形メモリ３０か接続されている。さらに
、このパスライン２５には、音波信号ｅの読取り時間間
隔ＴＭを制御するタイマ回路３１、操作者が各種操作指
令を入力するためのキーボード３２からキー信号が入力
されるキーボード回路３３、前記データ伝送装置２０へ
各種送信データを送出するためのＩ１０インタフェース
３４、前記表示装置１つへ各種表示データを送出するた
めのＩ１０インタフェース３５等が接続されている。

前記異常波形記憶部２８内には例えは第６図に示すよう
な代表的な各異常音波波形が記憶されている。すなわち
、第６図（ａ）は、配管１１が埋設されている道路をパ
ワーショベル（Ｂａｃｋ　ｈｏｅ）で周期的に掘削した
場合に、検出器１３．１４で検出された音波波形を示す
。また、同図（ｂ）は、同じく配管１１が埋設されてい
る道路を削岩機Ｎ’ｊｂｒａｔｏｒｙ　ｈａ＋＋ａ＋ｅ
ｒ）でもって連続的に掘削した場合に、検出器１３．１
４で検出された音波波形を示す。また、異常の種類とし
ては、前述したパワーショベルや削岩機等の建設機械等
に起因する異常の他に、配管１１の管壁が損傷して流体
が漏洩する場合等がある。このように、異常種類によっ
て現れる音波波形が異なる。

次に、掘削機の先端３６が配管１１の位置Ｂに接触して
、配管１１の外表面に単一の衝撃が印加された場合にお
ける異常発生検出と異常発生位置Ｂを算出する手順を第
１図を用いて説明する。

配管１１の外表面に衝撃が印加されると配管１１内に流
体１２を媒体とする音波３７が発生する。この音波３７
は各検出器１３．１４方向へ伝播する。流体１２が方向
Ａへ通流する場合は、検出器１４方向へ伝播する時の音
速（伝播速度）■、は、検出器１３方向へ伝播する時の
音速（伝播速度）Ｖ２より大きい。

音速ｖ１は、検出器１４の各音波センサ１４ａ。

１４ｂが音波３７を検出する時間差をΔＴ１４とすると
、音波センサ１４ａ、１４ｂの間隔はρ、であるので、Ｖｌ−ＩＩ　３　／ΔＴ１４　　　　　　　　　・・・
（１）となる。同様に、音速■２は検出器１３の各音波
センサ１３ａ、１３ｂが音波３７を検出する時間差をΔ
ＴＩ３とすると、Ｖ２−ｆｌ　３　／ΔＴ１３　　　　　　　　　・・・
（２）となる。

また、各検出器１４．１３における各音波３７の検出タ
イミングをｔｌ＋　　ｔ２とすると、実際に測定可能な
値である検出器相互間の音波検出タイミング差ΔＴは（
３）式となる。

ΔＴｓｗｔ、−ｔ２　　　　　　　　　　・・・（３）
（３）式では、音波検出タイミング差ΔＴは検出器１３
が検出器１４より先に音波３７を検出した場合に正値と
なる。すると、簡単な考察でもって、異常発生位置Ｂと
各検出器１４．１３までの距離ｆ１．．ＩＩ２は（４）
　（５）式で求まる。

１）＋＝Ｖ＋（Ｌ＋ΔＴ・Ｖ２　）　／　（Ｖ　１＋　
Ｖ２　）・・・（４）１　２　−Ｖ２　　（Ｌ−ΔＴ−Ｖ、）／　　（Ｖｌ　
＋Ｖ２　　）・・・（５）よって、異常発生位置Ｂは（４）（５）式をデータ処理
装置１８にて演算すれば求まる。

そして、前記データ処理部１８のＣＰＵ２６は、タイマ
回路３１から読取り時間間隔ＴＭ毎の時間割込信号が入
力される毎に、第７図の流れ図に従って、異常発生の有
無、異常発生位置、異常種類の判定支援処理を実行する
ようにプログラム、構成されている。

タイマ回路３１から時間割込信号が入力されると、Ｓ（
ステップ）１にて、バンドパスフィルタ１７の無制御回
路１７ａおよび各単位ＢＰＦ１７ｂから出力され、各Ｌ
ＯＧ変換回路２４で対数変換され、さらに各Ａ／Ｄ変換
器２４でＡ／Ｄ変換されたデジタルの各音波信号ｅを、
波形解析に必要とする予め定められた時間Ｔ分だけマル
チプレクサ回路２５を介して読込む。そして、Ｓ２にて
、読込んだ各音波信号ｅの音波波形を読取波形メモリ３
０へ一旦格納する。

Ｓ３にて、読取波形メモリ３０に記憶された各音波波形
のＳ／Ｎを、例えば自己相関関数を求める等の統計的手
法を用いて評価する。Ｓ４にて、評価された最高のＳ／
Ｎに対応する音波波形の各時間位置における信号レベル
ｈを読出す。

そして、Ｓ５にて読出した最高のＳ／Ｈに対応する音波
波形を表示装置１９に表示する。さらに、各時間位置に
おける信号レベルｈの最大値を検索する。そして、Ｓ６
にて、検出された信号レベルｈの最大値が予め定められ
た限界値を越えていなければ、この音波波形に異常が認
められないと判断して、Ｓ７にて表示装置１９に異常無
しのメツセージを表示する。

また、信号レベルｈの最大値が限界値を越えると、異常
が発生したと判断する。そして、Ｓ８へ進み、第１図に
示すように、各検出器１３．１４に対応する音波波形ａ
、　　ｂ、内の、各音波センサ１３ａ、１３ｂ、１４ａ
、１４ｂにて検出された衝撃異常に起因する音波に対応
する４個の時間位置を検出する。

Ｓ９にて、検出された４個の時間位置から、各音波セン
サ相互間の音波検出タイミング差ΔＴ１３゜ΔＴ１４、
および検出器相互間の音波検出タイミング差ΔＴを算出
する。しかして、５１０にて、前記（４）（５）式を用
いて異常発生位置Ｂと各検出器１４．１３までの距Ｍρ
１１ｇ２を算出する。

異常発生位置Ｂの位置算出処理が終了すると、Ｓｌｌに
て、異常波形記憶部２８内に記憶されている第６図に示
した各異状音波波形を読出して表示装置１９に表示する
。次に、Ｓ１２にて、読取波形メモリ３０内に記憶され
ている各音波波形のうち、バンドパスフィルタ１７の周
波数制限を加えない無制御回路１７ａから出力された音
波信号ｄに対応する音波波形を読出して、第８図に示す
ように、表示装置１９へ前記各異状音波波形と共に表示
する。なお、この場合、表示された各音波波形相互間の
比較をやり易くするために、同一時間幅で、かつ距ＭＥ
　、　、ρ２算出時よりも時間幅を短縮して表示する。

８１３にて、キーボード３２からキーボード回路３３を
介して、スキップキー信号が入力されると、操作者が次
の単位ＢＰＦ１７ｂを選択したと判断する。そして、５
１４にて、現在表示装置１９に表示されている無制御回
路１７ａまたは単位ＢＰＦ１７ｂの音波波形を消して、
次に通過周波数か高い方の単位ＢＰＦ１７ｂに対応する
音波波形を読取波形メモリ３０から読出して表示装置１
９へ表示する。

スキップキーがキー人力されなくて、Ｓ１５にて、同じ
くキーボード３２にて異常種類を指定するキー操作が実
行されると、５１６にて、異常発生の情報と、異常発生
位置を示す各距離ｇ１ｇ２と、異常種類とをデータ伝送
装置２０を介して中央監視装置２１へ送信する。

なお、異常種類指定は該当異常が判断できなかった場合
は、その他の異常種類としてキー人力される。

このように構成された配管の異常監視装置によれば、第
１図の表示装置１９内に示すように、バンドパスフィル
タ１７の無制限回路１７ａおよび各単位ＢＰＦ１７ｂに
て雑音成分か除去された後の最良のＳ／Ｎを有する音波
信号ｄにおける各検出器１３．１４から出力された各音
波信号ａ、　　ｂに対応する音波波形ａｌ　＋　　ｂｌ
の間隔で示される検出器相互間の音波検出タイミング差
ΔＴおよび各検出器１４．１３における各音波センサ１
４ａ。

１４ｂ、１３ａ、１３ｂにおける各音波センサ相互間の
音波検出タイミング差ΔＴ、４．ΔＴ１．を測定してい
る。そして、この６値から各検出器１４１３の配設位置
における各音速Ｖ、、Ｖ２を算出し、この音速Ｖ、、Ｖ
２を用いて異常発生位置Ｂを特定する最終的な各距離Ω
１．Ω２を算出している。

なお、異常が発生していない状態においては、各検出器
１３．１４にて検出された音波信号ａ。

ｂには異常発生に起因する音波３７の音波信号が含まれ
ずに、流体１２の暗騒音の雑音成分のみが含まれる。こ
の雑音成分の信号レベルは低いが、サラに、バンドパス
フィルタ１７にてその雑音成分が除去され、データ処理
部１８に入力される音波信号ｄの信号レベルは限界値以
下となる。よって、データ処理部１８は異常発生なしと
判断する。

このような配管の異常監視装置であれば、各音速Ｖ、、
Ｖ２は流体１２の通流方向、通流速度。

成分変化、流量変化によって時々事刻々と変化している
が、音速も同時に測定しているので、異常発生位置Ｂの
算出精度を大幅に向上できる。

また、前述したように、異常発生に起因する音波波形の
周波数成分は異常の種類によって大きく変化する。しか
し、バンドパスフィルタ１７を無制限回路１７ａおよび
複数の単位ＧＰＦ１７１）で構成して、最良のＳ／Ｎを
有する音波波形をその都度選択するようにしているので
、異常発生の種類にかかわらず、常時最良の状態で異常
発生の有無と異常発生位置を把握できる。

このように、異常が発生すると、即座に異常発生とその
異常発生位置Ｂが把握できる。よって、従来の光ファイ
バーを利用したシステムに比較して、異常発生の検出精
度か大幅に向上できると共に、異常発生位置も正確に求
まるので、装置全体の信頼性を大幅に向上できる。

また、検出器１３．１４は最低限、配管１１における両
端の２箇所に配設すればよいので、たとえ地中１０に既
に埋設済みの配管１１であったとしても、従来システム
のように配管１１全長に亘って掘削する必要かなｔ）。

よって、この異常監視装置を据付けるための工事費用を
節減できる。

なお、配管１１の損傷に起因して発生する振動は配管工
１の管厚部分を直接伝播するが、この振動のエネルギは
配管外部の土砂や防食用のコーティング等の拘束の影響
を受け、減衰が大きく検出可能な距離が異常発生位置か
ら比較的短い距離でなければならず、遠隔地からの検出
は困難である。

しかし、流体中を伝播する音波のエネルギは直接配管外
部の土砂等の影響を受けない利点があり、特に数）１ｚ
〜数ｋＨｚ程度の周波数帯は減衰しにくい特性を有し、
かつ、流体圧力が高いほど異常発生音は大きくなり、伝
播特性は向上するこことが判明している。よって、より
長距離の音波の伝搬が可能となる。よって、検出器１３
．１４の設置間距離りを長く設定でき、少ない検出器１
３．１４でより長い配管１１の異常監視を実現できる。

また、前述したように、異常が発生した場合に、この異
常の種類に応じて、配管１１内を伝播する音波３７の波
形が大きく異なる。したかって、代表的な異常音波波形
を異常波形記憶部２８に予め記憶し、この各異常音波波
形を検出器１３．１４から入力した音波信号の波形と共
に表示装置１９に同時に表示することによって、操作者
はこれらの音波波形を比較対照することによって、検出
された音波波形がどの異常音波波形に該当するかが簡単
に推定できる。よって、異常の種類を容易に判断できる
。

さらに、−回の比較で異常種類か判断できなかった場合
は、スキップキーをキー操作することによって、次の通
過周波数に対応する単位ＢＰＦ１７ｂを通過した音波波
形を表示させることが可能である。よって、最良のＳ／
Ｎ、すなわち最も特徴的な音波波形が表示された状態で
、前記各異常音波波形と比較対照できる。その結果、異
常の種類を迅速にかつ確実に把握できる。

第９図は本発明の他の実施例に係わる配管の異常監視装
置の概略構成を示す模式図である。なお、第１図及び第
２図の実施例と同一部分には同一符号を付して詳細説明
を省略する。

すなわち、一般に、石油、ガスなどの配管距離は数１１
００ｋに達するので、配管１１に配設された複数の検出
器を専用の信号線で接続するためには、配管１１に沿っ
て新たに信号線を敷設する必要があるので、多大の費用
が必要になる。そこで、各検出器１３．１４どうしを信
号線で接続することなく、異常検出機能を各検出器近傍
１３．１４に配設された端末装置４１．４２に持たせて
、異常発生位置Ｂの算出と異常種類の判断処理を、各端
末袋ｆｔ４１．４２と無線通信または他のデータ通信で
接続された中央監視装置４３で行うようにしている。

そして、この実施例においては、検出器１３を構成する
一対の音波センサ１３ａ、１３ｂにて検出された音波信
号ａ＋＋２２は信号合成されずに個別に端末装置４１内
の各増幅器１６て増幅されたのち各バンドパスフィルタ
１７へ入力される。

各バンドパスフィルタ１７は第５図に示したバンドパス
フィルタ１７と同一構成を有している。そして、各バン
ドパスフィルタ１７の無制限回路１７ａと各単位ＢＰＦ
１７ｂから出力された各音波信号ｄは次のデータ処理部
４４へ人力される−。

データ処理部４４には表示装置１９が接続されている。

そして、データ処理部４４は一種のマイクロコンピュー
タで構成されており、第５図のデータ処理部１８と同様
に、各バンドパスフィルタ１７から入力された周波数制
限を加えない各音波信号ｄと周波数制限を加えた各音波
信号ｄに対して各種のデータ処理を実行して、異常が発
生したか否か、異常が発生した場合には、異常発生検出
時刻（検出タイミング）１＋を測定し、各音波センサ１
３ａ、１３ｂ相互間の異常検出時間差ΔＴ１．から音速
Ｖ１を前述した手順で算出する。

そして、算出した各データｔ、、Ｖ、および各バンドパ
スフィルタ１７から出力された各音波信号ｄの各音波波
形をデータ伝送装置４５を介して中央監視装置４３へ送
信する。なお、異常発生無しの場合は中央監視装置４３
へなにも送信しない。

一方、他方の検出器１４を構成する一対の音波センサ１
４ａ、１４ｂにて検出された音波信号す、、ｂ２は同じ
く個別に端末装置４２内の各増幅器１６で増幅されたの
ち各バンドパスフィルタ１７へ人力される。各バンドパ
スフィルタ１７から出力された各音波信号ｄは次のデー
タ処理部４６へ入力される。データ処理部４６には表示
装置１つが接続されている。データ処理部４６は、各バ
ンドパスフィルタ１７から入力された各音波信号ｄに対
して各種のデータ処理を実行して、異常が発生したか否
か、異常か発生した場合には、異常発生検出時刻（検出
タイミング）ｔ２を測定し、各音波センサ１４ａ、１．
４ｂ相互間の異常検出時間差ΔＴ１４から音速Ｖ２を前
述した手順で算出する。そして、算出した各データｔ２
．Ｖ２および各バンドパスフィルタ１７から出力された
各音波信号ｄの各音波波形をデータ伝送装置４７を介し
て中央監視装置４３へ送信する。なお、異常発生無しの
場合は中央監視装置４３へなにも送信しない。

また、各端末装置４１．４２における各表示装置１９は
必ずしも必要なく、省略することが可能である。

中央監視装置４３は一種のマイクロコンピュータで構成
されており、表示装置４８および警報装置４９を有して
いる。そして、各端末装置４１゜４２から前述した各デ
ータｔｌ＝　　２＋　Ｖ１■２および各音波波形か入力
すると、まず各データｔｌ　＋　　ｔ２　＋　　Ｖｌ　
＋　　Ｖ２から前述した（３）　（４）（５）式を用い
て異常発生位置Ｂまての各距離Ω、。

ｐ２を算出する。そして、異常発生と異常発生位置Ｂの
情報を警報装置４９に送出して、監視員に告知させる。

また、中央監視装置４３内には、第５図の異常波形記憶
部２８と同一構成の代表的な複数種類の異常音波波形を
記憶する異常波形記憶部が形成されてる。そして、各端
末装置４１．４２から受信したバンドパスフィルタ１７
でそれぞれ周波数制限された、又は周波数制限されてい
ない各音波信号ｄの各音波波形と異常波形記憶部から読
出した既知種類の異常音波波形を表示装置４８に表示す
る。そして、警報装置４９にて異常発生を知った監視員
に異常種類の判定を促す。

このように構成された配管の異常監視装置であれば、各
検出器１３．１４の配設位置には各端末装置４１．４２
のみが配設されており、各端末装置４１４２て得られた
各音波信号ｄの各音波波形および異常発生位置Ｂを特定
するために必要な各データか中央監視装置４３へ例えば
無線で送信される。そして、異常種類等の判定業務は中
央監視装置４３で実行すればよいので、中央監視装置４
３のみに監視員が常駐すればよく、各端末装置４１．４
２に常駐する必要がない。

さらに、この実施例においては、各検出器１３゜１４を
構成する各一対の音波センサ１３ａ。

１３ｂ、１４ａ、１４ｂにて検出された音波信号ａＩ　
＋　　ａ２　ｒ　　ｂｒ　ｒ　　ｂ２は各データ処理部
４４゜４６までそれぞれ独立した信号処理回路を経由す
るので、前述した実施例とは異なり、それぞれ独立した
音波信号ｄか得られる。この得られた２つの音波信号ｄ
を比較することによって、異常検出時間差ΔＴ１３．Δ
Ｔ１４か得られる。すなわち、第１図の実施例のように
音波信号を合成していないので、たとえ連続的に異常か
発生して各音波センサ１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ
相互間における検出タイミング差が小さくなったしても
波形が重なる事はないので、確実に異常検出時間差ΔＴ
１３．ΔＴ１４を検出できる。このことは、各音波セン
サ１３ａ、１３ｂおよび１４ａ、１４ｂの設置間隔ｇ３
を短く設定できる。

さらに、各音波センサ１３ａ、１３ｂ、１４ａ。

１４ｂにて検出された音波信号ａ、〜ｂ２が独立してデ
ータ処理部４４．４６へ入力されるので、いずれの音波
センサか先に異常音波を検出したかがより容易に判断で
きる。すなわち、異常発生位置Ｂの方向かより容易に判
断できる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例装置においては、バンドパスフィルタ１７
を無制限回路１７ａとそれぞれ通過周波数帯域の中心周
波数が異なる９個のＢＰＦ１７ｂとで構成したが、振動
衝撃によって発生して配管内を伝播する音波の周波数に
ほぼ対応する２００〜５００Ｈｚの通過周波数帯域を有
する１個のバンドパスフィルタのみで構成してもよい。

また、このように通過周波数帯域を制限することによっ
て、２ＤＯＨｚ未満における流体の雑音（暗騒音）か信
号受信の妨げとなる事を防止できる。また、５００Ｈｚ
より大きいと伝播減衰か大き過ぎて信号が出現せず、し
かも装置等からの雑音によりＳ／Ｎが低下する懸念を未
然に防止できる。

さらに、実施例においては、検出器１３．１４を配管ｌ
ｌ内へ配設したが、配管１１内を伝播する音波によって
管壁が加振されるため、配管１１の外表面に配設しても
よい。

［発明の効果］以上説明したように本発明の配管の異常監視装置によれ
ば、配管の複数箇所に異常発生に起因する音波を検出す
る検出器を配設して、異常発生および音波の検出タイミ
ング差から異常発生位置を算出している。したがって、
たとえ既に配設されている配管であっても、簡単な据付
工事でもって異常発生および発生位置を遠隔地から簡単
に迅速にかつ正確に検出でき、よって装置全体の信頼性
を大幅に向上できる。

さらに、代表的な異常種類毎の異常音波波形を予め記憶
しているので、音波波形を比較対照でき、異常の種類も
簡単に把握できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の一実施例に係わる配管の異
常監視装置を示すものであり、第１図は動作原理を示す
図、第２図は全体を示す模式図、第３図および第４図は
バンドパスフィルタの特性を示す図、第５図はデータ処
理部の概略構成を示すブロック図、第６図は異常音波波
形を示す図、第７図はデータ処理部の動作を示す流れ図
、第８図は表示装置の表示内容を示す図であり、第９図
は本発明の他の実施例に係わる配管の異常監視装置の概
略構成を示すブロック図、第１０図は従来の異常監視シ
ステムを示す図である。１０・・・地中、１１・・・配管、１２・・・流体、１
３゜１４−＝検出器、１３ａ、１３ｂ、１４ａ。１４ｂ・・・音波センサ、１５・・・信号合成回路、１
６・・・、幅器、１７・・バンドパスフィルタ、１７ａ
・・・無制限回路、１７ｂ・・・単位ＢＰＦ。１８．４４．４６・・・データ処理部、１９゜４８・・
・表示装置、２０，４５．４７・・・データ伝送装置、
２６・・・ＣＰＵ、２８・・・異常波形記憶部、３０・
・・読取波形メモリ、４１．４２・・・端末装置、４３
・・・中央監視装置、Ｂ・・・異常発生位置。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ｄＢｌ時間第図 □時間ａ）Ｏｍｓ −一一一一時間第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に流体が通流する配管に発生した異常を検知
する配管の異常監視装置において、前記配管の軸方向の複数位置に所定距離をあけて配設さ
れ、前記異常の発生位置から前記流体を媒体として伝播
される音波を検出する複数の検出器と、少なくともこの
検出器相互間の音波検出タイミング差および検出器相互
間の距離から前記異常の発生位置を算出する異常発生位
置算出手段とを備えた配管の異常監視装置。
（２）前記各検出器はそれぞれ配管の軸方向に微小間隔
をあけて配設された一対の音波センサで構成され、前記異常発生位置算出手段は、前記各検出器の各一対の
音波センサ相互間の音波検出タイミング差から前記各検
出器の配設位置における各音速を算出する音速算出手段
と、この音速算出手段にて算出された各音速と前記検出
器相互間の距離と前記検出器相互間の音波検出タイミン
グ差とから、前記各検出器の配設位置から異常発生位置
までの各距離を算出する距離算出手段とで構成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の配管の異常監視装置。
（３）代表的な複数種類の異常に起因する異常音波波形
を記憶する異常波形記憶部と、前記各検出器で検出され
た音波に含まれる前記管内の流体が発生する雑音成分を
除去するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィル
タで雑音成分が除去された音波の波形および前記異常波
形記憶部から読出した各異常音波波形を同一画面に表示
する表示装置と備えたことを特徴とする請求項１記載の
配管の異常監視装置。
（４）前記バンドパスフィルタは通過周波数帯域が２０
０Ｈｚ乃至５００Ｈｚに設定されていることを特徴とす
る請求項３記載の配管の異常監視装置。
（５）前記バンドパスフィルタは通過周波数帯域が異な
る複数の単位バンドパスフィルタで構成され、この各単
位バンドパスフィルタから出力された各音波の波形を前
記表示装置に選択的に表示することを特徴とする請求項
３記載の配管の異常監視装置。
（６）前記各検出器で検出された音波に含まれる前記管
内の流体が発生する雑音成分を除去するバンドパスフィ
ルタを有し、前記異常発生位置算出手段は、少くもこの
バンドパスフィルタを介して得られた各音波における検
出器相互間の音波検出タイミング差および検出器相互間
の距離から異常発生位置を算出することを特徴とする請
求項１記載の配管の異常監視装置。
（７）前記バンドパスフィルタは通過周波数帯域が異な
る複数の単位バンドパスフィルタで構成され、前記異常
発生位置算出手段は、前記各単位バンドパスフィルタか
ら出力された各音波のうちのＳ／Ｎの高い音波を選択し
、この選択した各音波における検出器相互間の音波検出
タイミング差および検出器相互間の距離から異常発生位
置を算出することを特徴とする請求項６記載の配管の異
常監視装置。
（８）内部に流体が通流する配管に発生した異常を検知
する配管の異常監視装置において、前記配管の軸方向の複数位置に所定距離をあけて配設さ
れ、前記異常の発生位置から前記流体を媒体として伝播
される音波を検出する複数の検出器と、この各検出器で
検出された音波に含まれる前記管内の流体が発生する雑
音成分を除去するバンドパスフィルタと、少くもこのバ
ンドパスフィルタを介して得られた検出器相互間の音波
検出タイミング差および検出器相互間の距離から前記異
常の発生位置を算出する異常発生位置算出手段と、代表
的な複数種類の異常に起因する音波波形を記憶する異常
波形記憶部と、前記バンドパスフィルタで雑音成分が除
去された音波の波形および前記異常波形記憶部から読出
した異常音波波形を表示する表示装置とを備えた配管の
異常監視装置。