JPH0575064B2

JPH0575064B2 -

Info

Publication number: JPH0575064B2
Application number: JP60251501A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kyokudan
Original assignee: ITO KENSETSU KK
Current assignee: ITO KENSETSU KK
Priority date: 1985-11-09
Filing date: 1985-11-09
Publication date: 1993-10-19
Also published as: JPS62112055A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、埋設管の種類の判別方法および装置
に関する。

（従来の技術）ガス管交換等の工事現場において、管の種類つ
まりガス管あるいは水道管かが不明の埋設管に遭
遇することがある。

これは、ガス管と水道管との径、材質が同じで
あつたためであるが、工事の進行上、その埋設管
がガス管か水道管かを迅速にしかも正確に判別す
る必要がある。

一般に、埋設管の種類の判別は熟練した技術者
がハンマーで埋設管を叩き、埋設管の打撃音を注
意して聞くことにより、埋設管の種類を判別して
いる。

（発明が解決しようとする問題点）人間の主観による判断では、周囲の環境や心身
の状態によつて左右され易く信頼性に問題があ
る。

また、例えば実公昭52−46545号公報または特
開昭58−223714号公報に記載されているように、
容器の外部から容器内部の液体の有無を超音波を
用いて検知する方法がある。この超音波による方
法とは、液体を収納した容器の壁に向けて一定の
角度で調音波を入射し、入射された超音波の反射
波を容器壁面から検出し、この検出された超音波
の強度から容器内の液体を検知できるというもの
であり、これを応用して埋設管の種類を判別する
ことができると考えられる。

しかし、工事現場での埋設管は数十年間以上地
中に埋設されている場合が多いので管の外側表面
は、局部的に腐食あるいは損傷などがあるため、
滑かな面に緊密に設置しなければならない超音波
の送受信部センサの当接が極めて困難であるこ
と、水道管内面には水中に溶けている物質の付着
および腐食の進行により甚しい凹凸があることや
外側表面の腐食等によつて超音波は送信、受信の
両方に吸収拡散効果を受けるので、超音波の反射
波の減衰強度の高精度測定が困難であること、工
事現場という環境は掘削内部の土質が地下水によ
り汚泥化し測定作業が悪条件下になりやすいこと
や施工機械の振動の影響などの種々の阻害要因の
ため、超音波による埋設管の種類の判別装置は実
用化されていない。

従つて、現在でも建設工事関係者にとつては、
工事施工中に管種不明の埋設管に遭遇した場合
は、工事を中断して、所定の手続きを踏み許可を
得て埋設管の種類を調べるまで数日間待機しなけ
ればならないので、その都度多くの人員と多大な
時間および経費を無駄に要するという問題があ
る。

本発明は、上述のような点に鑑みなされたもの
で、埋設管の種類を正確かつ容易に判別すること
ができる埋設管の種類の判定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。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明の埋設管の種類の判別方法は、複数種の
衝打棒５のうち選択された衝打棒５により埋設管
１を衝打して埋設管１の腐食状態および埋設状態
に応じた振動を発生させ、その埋設管１に生じる
減衰振動を検出し、検出した減衰振動中から単位
時間毎の減衰振動を一定時間ずつ時間軸上でずら
しながら取出し、各時間単位毎の減衰振動の高速
フーリエ変換分析および減衰率のパターン分析の
結果から埋設管１の種類を判別するものである。

本発明の埋設管の種類の判別装置は、複数種の
衝打棒５のうち選択された衝打棒５により埋設管
１を衝打して埋設管１の腐食状態および埋設状態
に応じた振動を発生させる衝打装置３と、その埋
設管１に生じる減衰振動を検出する衝撃振動検出
センサ６と、検出した減衰振動中から単位時間毎
の減衰振動を一定時間ずつ時間軸上でずらして取
出し、各単位時間毎の減衰振動の高速フーリエ変
換分析および減衰率のパターン分析をする演算装
置１０と、この演算装置１０による分析結果から
埋設管１の種類を判別する分析装置１１とを備え
たものである。

（作用）本発明では、複数種の衝打棒５のうち選択され
た衝打棒５により埋設管１を衝打して埋設管１の
腐食状態および埋設状態に応じた振動を発生さ
せ、その埋設管１に発生した減衰振動をそれぞれ
検出する。検出した減衰振動中から単位時間毎の
減衰振動を一定時間ずつ時間軸上でずらして取出
し、各単位時間毎の減衰振動の高速フーリエ変換
分析および減衰率のパターン分析をする。

この高速フーリエ変換分析によれば、時間軸上
にずらした各単位時間毎の減衰振動の固有振動数
を求め、埋設管１の内容物の振動吸収係数の差に
よる固有振動数の特性を分析する。また、減衰率
のパターン分析によれば、埋設管１の内容物の振
動吸収係数の差による固有振動数の減衰率を分析
する。

そして、これらの分析結果から、内容物の異な
る埋設管の種類を判別する。

（実施例）以下、本発明の一実施例の構成を図面を参照し
て説明する。

第１図および第２図において、１はガスあるい
は水道の埋設管で、この埋設管１は地中２の数十
cmから数ｍの深さに埋設されており、管交換等の
工事時において埋設管１の種類を判別する際に、
埋設管１の管長が約4d以上（ｄ＝埋設管１の管
径）露出するように掘削される。

３は埋設管１に衝撃振動を発生させる衝打装置
で、この衝打装置３は、露出された埋設管１の中
央上面に配置される筒状のガイド体４と、このガ
イド体４内に移動自在な衝打棒５とから構成さ
れ、ガイド体４に沿つて衝打棒５を落下させるこ
とにより、衝打棒５が埋設管１を衝打して、埋設
管１に衝撃振動を発生させる。

６は埋設管１の振動を検出する圧電形加速度変
換器からなる衝撃振動検出センサで、上記衝打棒
５の衝打位置の約90度の横位置A₁あるいは約180
度の真下位置A₂（A₁とA₂とは工事現場の埋設管
１の埋設状況により選択する）と、衝打位置の真
下から管径ｄだけずれた位置Ｂとに、２個のセン
サ６，６がそれぞれ接着して取付けられる。

上記センサ６，６は、第３図に示すように、増
幅器７に接続されており、センサ６，６で検出さ
れた振動が増幅器７で増幅されてフイルタ回路８
を通過され、AD変換回路９でデジタル変換され
て演算装置１０に入力される。

この演算装置１０は、入力された振動波形を数
百ミリ秒間にわたつて記録し、次に、その記録の
中から単位時間長さ（例えば０〜4msec）の振動
波形を呼出して高速フーリエ変換（以後FFTと
呼ぶ）分析および減衰率のパターン分析を行な
い、分析装置１１に出力する。この分析装置１１
による分析動作は、上記記録の中から呼出す単位
時間長さを一定時間ずつずらして（例えば４〜
44msecというように4msecずつずらす）、記録し
た振動波形の全域にわたつて行なう。

分析装置１１は、演算装置１０からの出力を分
析して埋設管１の種類を判別するもので、この分
析装置１１には、判別しようとする管、例えばガ
ス管あるいは水道管等の各種類の埋設管１の
FFT分析値および減衰率のパターン分析値等が
予め記憶設定されている。

また、分析装置１１による分析結果は、出力装
置１２から、例えばプリント、光電表示等により
表示される。

次に、演算装置１０、分析装置１１により、振
動波形のFFT分析および減衰率のパターン分析
をして埋設管１の種類を判別する有効性について
説明する。

地中２に埋設されている埋設管１に衝打棒５の
衝打によつて起こされる振動は極めて複雑である
が、衝撃による振動波形は次式のフーリエ級数で
表わすことができ、ｆ（ｔ）＝a_p／２＋Σ（a_ocos nωt＋b_osin nωt）この式をフーリエ分析することにより、どんな
複雑な振動でも、様々な振幅と振動数をもつ多数
の正弦曲線、余弦曲線をそれぞれ重合せた結果と
して表わせることが分つており、これらの各単振
動は、合成された固有振動数を示している。そし
て、振動は一般に、数個の主要な固有振動数で構
成されているから、振動の波形分析は、この数個
の固有振動数に着目すればよい。

また、埋設管１内の内容物がガスかあるいは水
かにより、埋設管１の振動の減衰速度が違つてく
る。これは、振動エネルギがある物体から他の物
体に移るときに、減衰という現象が起きるため
で、例えば２つの物体の境界により振動エネルギ
の部分反射が起こるが、このとき振動エネルギの
どれだけの部分が反射されるかは２つの物質の密
度の比に依存する。振動エネルギが鉄などのよう
な固体から空気中へ出ようとする場合には、振動
エネルギはほとんど完全に反射されるが、鉄から
水の中へ進入する振動エネルギは87％は反射し、
空気に比べて反射される率は小さい。従つて、埋
設管１に一定値の振動エネルギを与えた場合、埋
設管１内の物体がガスであれば埋設管１の振動は
長時間継続し、水であれば埋設管１の振動は水に
吸収されて短時間で減衰するので、埋設管１の内
容物の振動吸収係数の差による固有振動数の減衰
率に着目すればよい。

なお、衝打による埋設管１の振動は、FFT分
析によつて分つているように、多数の単振動が複
合されたものであるが、あらゆる単振動成分が均
等に水に吸収され減衰するわけでなく、埋設管１
内の水の固有振動数と関連がある固有振動数が顕
著に減衰する。

次に、第４図ないし第１８図に示す、ガス管と
水道管の振動のFFT分析および減衰率のパター
ン分析をした実験結果に基づいて、ガス管か水道
管かの判別について説明する。なお、ガス管の実
験結果を第４図ないし第１１図に示し、水道管の
実験結果を第１２図ないし第１７図に示し、その
各図中のＡは振動波形の時間軸変化を表わし、Ｂ
は、FFT分析による固有振動数を示している。

第４図（ガス管）および第１２図（水道管）に
は、衝打された直後を示し、この状態からは、振
動波形、振動波形の減衰速度、固有振動数等を比
較しても、ガス管か水道管かを判別するのは非常
に困難である。すなわち、振動波形のFFT分析
により得られる固有振動数は、ガス管、水道管と
も、約0.5，1.5，3.0KHzにピークが現われるため
判別することができない。

第７図（ガス管）および第１５図（水道管）に
は、衝打直後の振動波形を除外して12msec経過
した後の波形を示し、この状態からは、ガス管の
場合、3KHzに最大固有振動数が現われ、また、
水道管の場合、0.5KHzに最大固有振動数が現わ
れ、これらの最大固有振動数の相違により、埋設
管１がガス管か水道管かの判別が容易にできる。

また、ガス管では、第１１図に示すように、衝
打後3.0KHzの固有振動数が長時間継続するのに
対して、水道管では、第１５図に示すように、
3.0KHzの固有振動数は管内の水に吸収されてガ
ス管に比べて短時間で消滅しており、0.5KHzの
固有振動数だけになつている。また、ガス管では
衝打による振動波形は120msec経過しても継続す
るのに対して、水道管では約30msecで振動波形
は消滅している。

さらに、第１８図に、このFFT分析により得
た固有振動数0.5KHzおよび3.0KHzの時間変化を
ガス管（破線にて示す）と水道管（実線にて示
す）について示し、水道管の振動波形の分析時間
帯を４〜52msecまでに限定すると、振動が水に
吸収される割合は3.0KHzの方が大きいことが分
かる。すなわち、同じ時間帯における0.5KHzで
の固有振動数の大きさは、ガス管10に対して水道
管６の割合となつており、約40％吸収されている
ことになり、また、3.0KHzでの固有振動数の大
きさは、ガス管10に対して水道管１の割合となつ
ており約90％が吸収される。従つて、この減衰率
のパターンの比較から、埋設管１がガス管か水道
管かを容易に判別することができる。

以上のように、掘削し露出させた埋設管１に衝
打装置３によつて衝撃振動を発生させ、減衰して
いく埋設管１の振動をセンサ６，６で検出し、こ
の減衰振動を演算装置１０でFFT分析および減
衰率のパターン分析を行なつて分析装置１１に出
力し、この分析装置１１で分析結果から埋設管１
の種類を判別し、その判別結果を出力装置１２か
ら表示することによつて、埋設管１の種類すなわ
ちガス管か水道管かが判別される。

また、衝打棒５によつて埋設管１に生じる振動
には、埋設管１の材質、管壁の腐食等による影
響、埋設管１の周囲の土壌の拘束状態の違いによ
る影響などが作用するが、材質、重量等の異なつ
た数種類の衝打棒５を用意して、この複数種の衝
打棒５の中から選択的に使い分けることにより、
埋設管１の腐食状態および埋設状態に応じた振動
を発生させ、その減衰振動を検出して分析すれ
ば、上記影響をほぼ除去することができる。

また、上記実施例では、衝撃振動検出センサ６
に圧電形加速度変換器を使用していたが、埋設管
１の状況によつては圧電形加速度変換器の代わり
にコンデンサーマイクロホンを使用することがで
き、このマイクロホンの使用により、埋設管１へ
の接着が不要であることから測定点を自由に選
べ、圧電形加速変換器と増幅器８が不要になるこ
とから安価で小型になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、衝打棒により埋設管を衝打し
て発生した減衰振動を検出し、検出した減衰振動
中から単位時間毎の減衰振動を一定時間ずつ時間
軸上でずらして取出し、各単位時間毎の減衰振動
の固有振動数を求めて埋設管の内容物の振動吸収
係数の差による固有振動数の特性を分析する高速
フーリエ変換分析を行なうとともに、埋設管の内
容物の振動吸収係数の差による固有振動数の減衰
率を分析する減衰率のパターン分析を行なうこと
により、内容物の異なる埋設管の種類を正確かつ
容易に判別することができる。

しかも、衝打棒によつて埋設管に生じる振動に
は、埋設管の材質、管壁の腐食等による影響、埋
設管の周囲の土壌の拘束状態の違いによる影響等
が作用するが、材質、重量等の異なつた数種類の
衝打棒を用意して、この複数種の衝打棒の中から
選択的に使い分けることにより、埋設管の腐食状
態および埋設状態に応じた振動を発生させ、その
減衰振動を検出して分析すれば、上記影響をほぼ
除去でき、埋設管の種類を正確に判別することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す
衝打装置とセンサの位置関係の説明図、第３図は
ブロツク図、第４図ないし第１８図それぞれ実験
結果を示す説明図である。１……埋設管、３……衝打装置、５……衝打
棒、６……衝撃振動検出センサ、１０……演算装
置、１１……分析装置。

Claims

【特許請求の範囲】１複数種の衝打棒のうち選択された衝打棒によ
り埋設管を衝打して埋設管の腐食状態および埋設
状態に応じた振動を発生させ、その埋設管に生じる減衰振動を検出し、検出した減衰振動中から単位時間毎の減衰振動
を一定時間ずつ時間軸上でずらして取出し、各単位時間毎の減衰振動の高速フーリエ変換分
析および減衰率のパターン分析の結果から埋設管
の種類を判別することを特徴とする埋設管の種類の判別方法。２複数種の衝打棒のうち選択された衝打棒によ
り埋設管を衝打して埋設管の腐食状態および埋設
状態に応じた振動を発生させる衝打装置と、その埋設管に生じる減衰振動を検出する衝撃振
動検出センサと、検出した減衰振動中から単位時間毎の減衰振動
を一定時間ずつ時間軸上でずらして取出し、各単
位時間毎の減衰振動の高速フーリエ変換分析およ
び減衰率のパターン分析をする演算装置と、この演算装置による分析結果から埋設管の種類
を判別する分析装置とを備えたことを特徴とする埋設管の種類の判別装
置。