JPH0688719A - 音波を利用した管内状況検査方法 - Google Patents
音波を利用した管内状況検査方法Info
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- JPH0688719A JPH0688719A JP23983392A JP23983392A JPH0688719A JP H0688719 A JPH0688719 A JP H0688719A JP 23983392 A JP23983392 A JP 23983392A JP 23983392 A JP23983392 A JP 23983392A JP H0688719 A JPH0688719 A JP H0688719A
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- pipe
- sound wave
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/048—Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver
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- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 音波を利用した管内状況検査方法に関し、曲
がりを持つような管についても管内空断面積を定量的に
測定することができることを目的とする。 【構成】 両端が開放された管１の一方端部から所定の
音波信号を入力し、他方端部にてその音波信号を受信
し、いずれか一方の端部の開口断面積Ａを計測し、前記
受信した音波信号からサンプリングしたサンプル値より
異なる時間の自己相関係数ｖiを求め、その自己相関係
数ｖiに基づき線形予測係数αiを利用して反射係数ｋi
を求め、その反射係数ｋiと、前記計測した開口断面積
の値Ａとの間に成立する漸化式に基づいて、前記管の軸
方向各位置における管内空断面積を求めていくことを特
徴とする。
がりを持つような管についても管内空断面積を定量的に
測定することができることを目的とする。 【構成】 両端が開放された管１の一方端部から所定の
音波信号を入力し、他方端部にてその音波信号を受信
し、いずれか一方の端部の開口断面積Ａを計測し、前記
受信した音波信号からサンプリングしたサンプル値より
異なる時間の自己相関係数ｖiを求め、その自己相関係
数ｖiに基づき線形予測係数αiを利用して反射係数ｋi
を求め、その反射係数ｋiと、前記計測した開口断面積
の値Ａとの間に成立する漸化式に基づいて、前記管の軸
方向各位置における管内空断面積を求めていくことを特
徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、管の内部状況を調査す
る方法に関し、より詳しくは音波を利用した管内状況検
査方法に関するものである。
る方法に関し、より詳しくは音波を利用した管内状況検
査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、音波を利用して管内の状況を調査
する方法としては、特開昭６１―２９７５７号公報に記
載の反射音波を利用した管内状況調査方法がある。この
調査方法は、管の一端に音波送信子および音波受信子を
設置し、その音波送信子より音波パルスを管内に照射
し、管内空断面積が変化する箇所で反射した反射波を音
波受信子で測定することにより、管内の状況を調査する
ものである。
する方法としては、特開昭６１―２９７５７号公報に記
載の反射音波を利用した管内状況調査方法がある。この
調査方法は、管の一端に音波送信子および音波受信子を
設置し、その音波送信子より音波パルスを管内に照射
し、管内空断面積が変化する箇所で反射した反射波を音
波受信子で測定することにより、管内の状況を調査する
ものである。
【０００３】この調査方法によれば、照射音波を発して
から反射波が戻ってくるまでの経過時間を計測すること
により管内空断面積の変化している位置を知ることがで
き、また、照射音波と反射波の位相を比較することによ
り、その反射位置において、管内空断面積がその前後の
管内空断面積より大きくなっているか、あるいは小さく
なっているかを知ることができ、さらに、反射波の振幅
を測定することにより、管内空断面積の変化量を推定す
ることができる。
から反射波が戻ってくるまでの経過時間を計測すること
により管内空断面積の変化している位置を知ることがで
き、また、照射音波と反射波の位相を比較することによ
り、その反射位置において、管内空断面積がその前後の
管内空断面積より大きくなっているか、あるいは小さく
なっているかを知ることができ、さらに、反射波の振幅
を測定することにより、管内空断面積の変化量を推定す
ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の調査方法では、反射波を測定する方法であるた
め、管内空断面積に特に変化のない場合でも、反射波が
戻ってくる曲がりを持つ管には適用できず、被測定対象
となる管が直管のみに限定されてしまい、実用性に乏し
いという課題があった。また、管内空断面積が変化する
位置については実質的に知ることができるものの、管軸
方向について管内空断面積の連続的変化を定量的に推定
することができないという課題があった。
た従来の調査方法では、反射波を測定する方法であるた
め、管内空断面積に特に変化のない場合でも、反射波が
戻ってくる曲がりを持つ管には適用できず、被測定対象
となる管が直管のみに限定されてしまい、実用性に乏し
いという課題があった。また、管内空断面積が変化する
位置については実質的に知ることができるものの、管軸
方向について管内空断面積の連続的変化を定量的に推定
することができないという課題があった。
【０００５】本発明は以上のような従来の音波を利用し
た管内状況調査方法の課題を考慮し、曲がりを持つよう
な管についても管内空断面積を定量的に測定することの
できる、音波を利用した管内状況検査方法を提供するこ
とを目的とする。
た管内状況調査方法の課題を考慮し、曲がりを持つよう
な管についても管内空断面積を定量的に測定することの
できる、音波を利用した管内状況検査方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、両端が開放さ
れた管の一方端部から所定の音波信号を入力し、他方端
部にてその音波信号を受信し、いずれか一方の端部の開
口断面積Ａを計測し、前記受信した音波信号からサンプ
リングしたサンプルｘi値より異なる時間の自己相関係
数ｖiを求め、その自己相関係数ｖiに基づき線形予測係
数αiを利用して偏相関係数ｋi´を求め、さらにその偏
相関係数ｋi´を、前記管内の音波に関する反射係数ｋi
とみなし、その反射係数ｋiと、前記計測した開口断面
積の値Ａとの間に成立する漸化式に基づいて、前記管の
軸方向各位置における管内空断面積を求めていくことを
特徴とする音波を利用した管内状況検査方法である。
れた管の一方端部から所定の音波信号を入力し、他方端
部にてその音波信号を受信し、いずれか一方の端部の開
口断面積Ａを計測し、前記受信した音波信号からサンプ
リングしたサンプルｘi値より異なる時間の自己相関係
数ｖiを求め、その自己相関係数ｖiに基づき線形予測係
数αiを利用して偏相関係数ｋi´を求め、さらにその偏
相関係数ｋi´を、前記管内の音波に関する反射係数ｋi
とみなし、その反射係数ｋiと、前記計測した開口断面
積の値Ａとの間に成立する漸化式に基づいて、前記管の
軸方向各位置における管内空断面積を求めていくことを
特徴とする音波を利用した管内状況検査方法である。
【０００７】
【作用】本発明では、両端が開放された被測定管の一方
端部より所定の音波信号を入力すると、他方端部にてそ
の管内を通過してきた音波信号が受信され、受信された
音波信号の波形からサンプル値が抽出され、自己相関係
数ｖiが算出され、その自己相関係数ｖiに基づき、線形
予測係数αiを利用して偏相関係数ｋi´が算出され、そ
の偏相関係数ｋi´を反射係数ｋiとみなし、さらにその
反射係数ｋiと、予め計測されている開口断面積Ａとが
漸化式に代入されることにより、ｉ番目の位置に対応す
る管内空断面積が順次算出され、それにより、管内空断
面積の管軸方向の分布が測定できる。
端部より所定の音波信号を入力すると、他方端部にてそ
の管内を通過してきた音波信号が受信され、受信された
音波信号の波形からサンプル値が抽出され、自己相関係
数ｖiが算出され、その自己相関係数ｖiに基づき、線形
予測係数αiを利用して偏相関係数ｋi´が算出され、そ
の偏相関係数ｋi´を反射係数ｋiとみなし、さらにその
反射係数ｋiと、予め計測されている開口断面積Ａとが
漸化式に代入されることにより、ｉ番目の位置に対応す
る管内空断面積が順次算出され、それにより、管内空断
面積の管軸方向の分布が測定できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【０００９】図１は、本発明に係る音波を利用した管内
状況検査方法を実施するための装置の構成図である。同
図において、１は被測定物としての両端が開放されたガ
ス導管である。この管１の一方端部には、管１内に所定
の音波信号を入力するためのスピーカ２が取り付けられ
ており、そのスピーカ２は、信号線３を介して接続され
ている音発生機４によって駆動され、音波信号を管１内
に入射する。なお、この実施例では音波信号用の音源と
してインパルス音あるいはホワイトノイズを使用し、予
め決定しておく。
状況検査方法を実施するための装置の構成図である。同
図において、１は被測定物としての両端が開放されたガ
ス導管である。この管１の一方端部には、管１内に所定
の音波信号を入力するためのスピーカ２が取り付けられ
ており、そのスピーカ２は、信号線３を介して接続され
ている音発生機４によって駆動され、音波信号を管１内
に入射する。なお、この実施例では音波信号用の音源と
してインパルス音あるいはホワイトノイズを使用し、予
め決定しておく。
【００１０】また、管１の他方端部には、管１内を通過
した音波信号を受信するためのレシーバ５が取り付けら
れており、そのレシーバ５にて受信した音波信号は信号
線６を介してデータ処理機７へ送られる。データ処理機
７は、音波信号の波形ｘ（ｔ）からサンプル値
｛ｘn｝，ｎ＝０，１，…，Ｎ−１を抽出し、抽出した
サンプル値を、後述するフローチャートに従ってデータ
処理する。そして、その処理結果を、管１の軸方向位置
に対応した管内空断面積の分布図として印刷する。な
お、８は管１内に生じた錆などの異物である。
した音波信号を受信するためのレシーバ５が取り付けら
れており、そのレシーバ５にて受信した音波信号は信号
線６を介してデータ処理機７へ送られる。データ処理機
７は、音波信号の波形ｘ（ｔ）からサンプル値
｛ｘn｝，ｎ＝０，１，…，Ｎ−１を抽出し、抽出した
サンプル値を、後述するフローチャートに従ってデータ
処理する。そして、その処理結果を、管１の軸方向位置
に対応した管内空断面積の分布図として印刷する。な
お、８は管１内に生じた錆などの異物である。
【００１１】上記データ処理機７におけるデータ処理の
概略は、以下の手順に従って行われる。すなわち、
（１）レシーバ５にて受信した音波信号の波形からサン
プル値を取り出す。（２）波形における異なる時間の自
己相関係数ｖiを算出する。（３）その自己相関係数ｖi
に基づき線形予測係数αiを利用して偏相関係数ｋi´を
算出する。（４）その偏相関係数ｋi´を反射係数ｋiと
し、管１のどちらか一方の開口断面積の値Ａ（予め計測
しておく）との間に成立する漸化式に基づいて、管１の
軸方向各位置における管内空断面積分布を算出する。
概略は、以下の手順に従って行われる。すなわち、
（１）レシーバ５にて受信した音波信号の波形からサン
プル値を取り出す。（２）波形における異なる時間の自
己相関係数ｖiを算出する。（３）その自己相関係数ｖi
に基づき線形予測係数αiを利用して偏相関係数ｋi´を
算出する。（４）その偏相関係数ｋi´を反射係数ｋiと
し、管１のどちらか一方の開口断面積の値Ａ（予め計測
しておく）との間に成立する漸化式に基づいて、管１の
軸方向各位置における管内空断面積分布を算出する。
【００１２】以下、上記した（１）〜（４）の各データ
処理を詳細に説明する。なお、説明に際しては図２及び
図３に示す原理図を参照する。
処理を詳細に説明する。なお、説明に際しては図２及び
図３に示す原理図を参照する。
【００１３】図２は任意の管の内径近似を示す模式図で
ある。同図においてＡ（ｘ）は、管内の距離ｘの位置に
おける断面積を示しており、現実には断面積Ａ（ｘ）
は、連続的に変化するものであるが、計算の便宜上、Ａ
（ｘ）の形を長さΔの微長直円筒の接続で近似したもの
が図３である。
ある。同図においてＡ（ｘ）は、管内の距離ｘの位置に
おける断面積を示しており、現実には断面積Ａ（ｘ）
は、連続的に変化するものであるが、計算の便宜上、Ａ
（ｘ）の形を長さΔの微長直円筒の接続で近似したもの
が図３である。
【００１４】図３のように表現した場合、ｉ番目に位置
する断面積Ａ(ｉ)は、反射係数ｋiによって漸化式で次
のように表される。
する断面積Ａ(ｉ)は、反射係数ｋiによって漸化式で次
のように表される。
【００１５】
【数５】
【００１６】従って、管の末端のＡpまたはＡ0の値だけ
を知れば、反射係数ｋiを算出することによってｉ番目
の位置における断面積Ａi（ｉ＝０，１，２，…ｐ−
１）を得ることができる。なお、末端の断面積Ａ0ある
いはＡpは、予め実測によって知るものとする。ここに
ｐは、微長直円筒による管軸方向の分割数である。
を知れば、反射係数ｋiを算出することによってｉ番目
の位置における断面積Ａi（ｉ＝０，１，２，…ｐ−
１）を得ることができる。なお、末端の断面積Ａ0ある
いはＡpは、予め実測によって知るものとする。ここに
ｐは、微長直円筒による管軸方向の分割数である。
【００１７】本実施例は、この考え方を被測定物である
ガス導管に応用したものであり、図４〜図６は、実際の
管に適用した場合の測定系のイメージ，計算結果のイメ
ージ，レシーバで得られた波形ｘ（ｔ）の例をそれぞれ
示している。
ガス導管に応用したものであり、図４〜図６は、実際の
管に適用した場合の測定系のイメージ，計算結果のイメ
ージ，レシーバで得られた波形ｘ（ｔ）の例をそれぞれ
示している。
【００１８】図６において、波形ｘ（ｔ）のサンプル値
｛ｘn｝，ｎ＝０，…，Ｎ−１が与えられたとき、自己
相関係数ｖiは次のように定義される。
｛ｘn｝，ｎ＝０，…，Ｎ−１が与えられたとき、自己
相関係数ｖiは次のように定義される。
【００１９】
【数６】
【００２０】また、線形予測係数をαi，ｉ＝１，２，
…，ｎとした場合、サンプル値ｘnは、次のように表さ
れる。
…，ｎとした場合、サンプル値ｘnは、次のように表さ
れる。
【００２１】
【数７】
【００２２】以上のように定義した場合、線形予測係数
αiは、次の方程式の解で与えられる。
αiは、次の方程式の解で与えられる。
【００２３】
【数８】
【００２４】このとき、偏相関係数ｋi´が、その線形
予測係数αiを得る際に付随的に算出される（後述する
フローチャートを参照）。
予測係数αiを得る際に付随的に算出される（後述する
フローチャートを参照）。
【００２５】その偏相関係数ｋi´を反射係数ｋiとみな
し、漸化式に代入することにより、波形ｘ（ｔ）のサン
プル値より管内径の面積Ａiが次々と求まることにな
る。
し、漸化式に代入することにより、波形ｘ（ｔ）のサン
プル値より管内径の面積Ａiが次々と求まることにな
る。
【００２６】次に、データ処理機７内部で行う具体的な
アルゴリズムを図７に示すフローチャートに従って説明
する。
アルゴリズムを図７に示すフローチャートに従って説明
する。
【００２７】まず、サンプル値ｘnが与えられると、自
己相関係数ｖiの算出を行い（ステップ２０）、初期値
の設定を行う（ステップ２１）。次にｎを“０”に設定
し（ステップ２２）、ｋn+1，ｕn+1を算出し（ステップ
２３）、次いで線形予測係数αiを算出し（ステップ２
４）、ｎがｐ−１になったかどうかを判断し（ステップ
２５）、ｙｅｓであればデータ処理の開始に戻り、ｎｏ
であればｗn+1を算出し（ステップ２６）、ｎを１イン
クリメントして（ステップ２７）ステップ２３に戻る。
そして上記ステップ２３〜２７の処理を繰り返し実行す
ることにより、偏相関係数ｋi´が求められる。この偏
相関係数ｋi´を反射係数ｋiとみなし、その反射係数ｋ
iとＡ0またはＡpとを漸化式にあてはめながら算出する
ことにより、管内の空断面積Ａiが軸方向に順次求めら
れることになる。
己相関係数ｖiの算出を行い（ステップ２０）、初期値
の設定を行う（ステップ２１）。次にｎを“０”に設定
し（ステップ２２）、ｋn+1，ｕn+1を算出し（ステップ
２３）、次いで線形予測係数αiを算出し（ステップ２
４）、ｎがｐ−１になったかどうかを判断し（ステップ
２５）、ｙｅｓであればデータ処理の開始に戻り、ｎｏ
であればｗn+1を算出し（ステップ２６）、ｎを１イン
クリメントして（ステップ２７）ステップ２３に戻る。
そして上記ステップ２３〜２７の処理を繰り返し実行す
ることにより、偏相関係数ｋi´が求められる。この偏
相関係数ｋi´を反射係数ｋiとみなし、その反射係数ｋ
iとＡ0またはＡpとを漸化式にあてはめながら算出する
ことにより、管内の空断面積Ａiが軸方向に順次求めら
れることになる。
【００２８】なお、本発明が適用される管は、上記実施
例ではガス導管であったが、被測定物としての管はこれ
に限らず、両端が開放されていれば電気配管，流体用配
管等、どのような用途に用いられる管であってもよい。
例ではガス導管であったが、被測定物としての管はこれ
に限らず、両端が開放されていれば電気配管，流体用配
管等、どのような用途に用いられる管であってもよい。
【００２９】また、管は直管である必要はなく、曲管で
あっても、また蛇行している管であってもよい。
あっても、また蛇行している管であってもよい。
【００３０】また、本発明の音波は、ホワイトノイズに
限らず、インパルス音源を使用することができるが、周
波数領域においてそのエネルギー密度分布がほぼ一定で
あるようなものが好ましい。
限らず、インパルス音源を使用することができるが、周
波数領域においてそのエネルギー密度分布がほぼ一定で
あるようなものが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の音波を利用した管内状況検査方法によれば、管
軸方向に対応する管内空断面積を定量的に推定すること
ができ、従って単に、管内空断面積の測定にとどまら
ず、継ぎ手，異物，へこみの位置検知などの管内空断面
積の変化状況を、管が埋設されたままの状態で定量的に
検査することができる。
本発明の音波を利用した管内状況検査方法によれば、管
軸方向に対応する管内空断面積を定量的に推定すること
ができ、従って単に、管内空断面積の測定にとどまら
ず、継ぎ手，異物，へこみの位置検知などの管内空断面
積の変化状況を、管が埋設されたままの状態で定量的に
検査することができる。
【図１】本発明の一実施例に使用する装置の構成図であ
る。
る。
【図２】同実施例における管内空断面積の算出を説明す
るための原理図である。
るための原理図である。
【図３】同実施例における管内空断面積の算出を説明す
るための原理図である。
るための原理図である。
【図４】同実施例における測定系のイメージを示す説明
図である。
図である。
【図５】同実施例における計算結果のイメージを示す説
明図である。
明図である。
【図６】同実施例におけるレシーバで得られた波形例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図７】同実施例のデータ処理を示すフローチャートで
ある。
ある。
１ 管 ２ スピーカ ３ 信号線 ４ 音発生機 ５ レシーバ ６ 信号線 ７ データ処理機 ８ 異物
Claims (2)
- 【請求項１】 両端が開放された管の一方端部から所定
の音波信号を入力し、他方端部にてその音波信号を受信
し、いずれか一方の端部の開口断面積Ａを計測し、前記
受信した音波信号からサンプリングしたサンプルｘi値
より異なる時間の自己相関係数ｖiを求め、その自己相
関係数ｖiに基づき線形予測係数αiを利用して偏相関係
数ｋi´を求め、さらにその偏相関係数ｋi´を、前記管
内の音波に関する反射係数ｋiとみなし、その反射係数
ｋiと、前記計測した開口断面積の値Ａとの間に成立す
る漸化式に基づいて、前記管の軸方向各位置における管
内空断面積を求めていくことを特徴とする音波を利用し
た管内状況検査方法。 - 【請求項２】 前記自己相関係数ｖiは、 【数１】 （ここに、Ｎは受信波形からのサンプリング数）で表さ
れ、そして、線形予測係数をαi（ｉ＝１，２，…，
ｎ）とすると、サンプル値ｘnは、 【数２】 で表され、その線形予測係数αiは、方程式 【数３】 の解であり、前記偏相関係数ｋi´は、αiを求める過程
で算出され、前記漸化式は、 【数４】 （ここで、ｐは微長直円筒による管軸方向の分割数）で
あることを特徴とする請求項１記載の管内状況検査方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23983392A JPH0754245B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 音波を利用した管内状況検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23983392A JPH0754245B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 音波を利用した管内状況検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0688719A true JPH0688719A (ja) | 1994-03-29 |
| JPH0754245B2 JPH0754245B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=17050539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23983392A Expired - Lifetime JPH0754245B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 音波を利用した管内状況検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754245B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019190950A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 日本製鉄株式会社 | 触媒層のコーキング量の測定方法 |
| CN112798688A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-14 | 大连理工大学 | 一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法 |
| CN116817808A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 东北电力大学 | 一种基于空气耦合Lamb波的光伏板隐裂长度检测系统 |
-
1992
- 1992-09-08 JP JP23983392A patent/JPH0754245B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019190950A (ja) * | 2018-04-23 | 2019-10-31 | 日本製鉄株式会社 | 触媒層のコーキング量の測定方法 |
| CN112798688A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-14 | 大连理工大学 | 一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法 |
| CN112798688B (zh) * | 2021-01-08 | 2022-02-11 | 大连理工大学 | 一种提高材料损伤临界折射纵波检测灵敏度的方法 |
| CN116817808A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 东北电力大学 | 一种基于空气耦合Lamb波的光伏板隐裂长度检测系统 |
| CN116817808B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-07 | 东北电力大学 | 一种基于空气耦合Lamb波的光伏板隐裂长度检测系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0754245B2 (ja) | 1995-06-07 |
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