JPH0777478A

JPH0777478A - 配管の漏洩位置検出方法および検出装置

Info

Publication number: JPH0777478A
Application number: JP16733391A
Authority: JP
Inventors: Yoshijirou Watanabe; 嘉二郎渡邊
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1995-03-20
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH087107B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、配管の漏洩位置検出方法および検
出装置に関し、測定区間の一端で微少漏洩位置を簡単に
測定できる配管の漏洩位置検出方法を実現するととも
に、構成の簡単な漏洩位置検出装置を提供することを目
的とする。【構成】内部に流体を通す配管11の所定区間の両端を
閉止する閉止工程と、該閉止した配管11内を減圧又は加
圧し、配管11に存在する漏洩箇所21に流体の吸い込み又
は噴き出しによる音響ノイズを発生させるノイズ発生工
程と、該ノイズ発生工程で発生した音響ノイズを前記所
定区間の一端側で測定し、該測定情報の自己相関関数に
基づいて漏洩位置を算出する算出工程と、を含むように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配管の漏洩位置検出方
法および検出装置に関し、例えば流体輸送用パイプライ
ンの漏洩位置を検出する方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】配管を使用した流体輸送システムにおい
ては、その使用期間が長期にわたると漏洩（以下、リー
クともいう）の問題が発生するため、この漏洩を検出す
る方法および装置が必要である。この種の検出方法およ
び検出装置としては、例えば上流側と下流側とでの流量
の収支を調べてリークの有無を検出するものが代表的で
あるが、この方法ではリーク位置を検出することができ
ない。そこで、従来、漏洩位置を検出するため、配管に
特殊流体を通してその流体を外部から直接検出する方
法、或は、ガスの漏洩部から発生する超音波を検出する
方法等が提案されていた。

【０００３】また、近時、計測自動制御学会論文集Vol.
23，No.2（昭和62年２月発行）に記載されているよう
な、音響法を利用した漏洩位置検出方法および装置が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配管か
ら漏れる特殊流体を直接検出したり、漏洩部から発生す
る超音波を検出したりして漏洩位置を検出するものにあ
っては、大規模な輸送システムの場合にその配管（パイ
プライン）に沿って移動しながら行う漏洩検出の作業に
かなりの時間と経費が必要になり、込み入った配管シス
テム等への適用は容易でなかった。

【０００５】また、前記音響法を利用した漏洩位置検出
方法および装置にあっても、比較的簡単な装置を用いて
高精度な漏洩位置検出ができるものの、非常に小さいピ
ンホール等の微少漏洩については位置検出ができなかっ
た。また、測定区間の両端にマイクロフォン等を設置し
なければならず、装置の構成に改善の余地があった。本
発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので
あり、測定区間の一端で簡単に微少漏洩位置を測定する
ことのできる配管の漏洩位置検出方法を実現するととも
に、構成の簡単な漏洩位置検出装置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】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明に係る配管の漏洩位置検出方法は、内
部に流体を通す配管の所定区間の両端を閉止する閉止工
程と、該閉止した配管内を減圧又は加圧し、配管に存在
する漏洩箇所に流体の吸い込み又は噴き出しによる音響
ノイズを発生させるノイズ発生工程と、該ノイズ発生工
程で発生した音響ノイズを前記所定区間の一端側で測定
し、該測定情報の自己相関関数に基づいて漏洩位置を算
出する算出工程と、を含むことを特徴とするものであ
る。

【０００７】また、請求項２記載の発明に係る配管の漏
洩位置検出装置は、内部に流体を通す配管の所定区間の
両端を閉止する閉止手段と、該閉止手段により閉止した
配管内を減圧又は加圧して該配管の内外に差圧を発生さ
せる差圧発生手段と、該配管の所定区間の一端側に設け
られ、該差圧により配管の漏洩箇所に発生する流体の吸
い込み又は噴き出しによる音響ノイズを測定する測定手
段と、該測定手段の測定情報の自己相関関数に基づき漏
洩位置を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とす
るものである。

【０００８】

【作用】本発明では、両端が閉止された所定区間の配管
内が減圧又は加圧されると、この所定区間内に存在する
漏洩箇所で流体の吸い込み又は噴き出しによる音響ノイ
ズが発生する。そして、この音響ノイズが前記所定区間
の一端側で測定され、その測定情報の自己相関関数に基
づいて漏洩位置が算出される。

【０００９】したがって、配管に沿って移動したりする
必要がなく、微少漏洩を測定区間の一端側で簡単に測定
することができる。さらに、外部からテストノイズを与
えたり測定区間の両端側に測定手段を設置したりする必
要がなくなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１〜図４は本発明に係る配管の漏洩位置検出
装置の一実施例を示すその概略構成図である。まず、そ
の構成を説明する。

【００１１】図１において、11は、その一端から他端に
向かって内部に流体を通す配管であり、配管11は図示し
ない流体輸送パイプラインの所定区間（漏洩箇所が存在
する可能性のある区間又はテストする区間）である。こ
の配管11は全長に亙って同一径の鋼管からなり、例えば
輸送する液体を出して空にした状態、或は、輸送する気
体が入ったままの状態で、蓋部材12、13（閉止手段）に
よって両端の開口を閉止されている。

【００１２】配管11の一端側には、パイプ11内の空気
（又は輸送する気体）を吸引するポンプ14が設けられて
いる。このポンプ14は、蓋部材12に形成された孔12ａを
通し配管11内を所定の負圧状態に減圧して、その内外に
差圧を発生させる差圧発生手段である。ポンプ14と配管
11を接続するダクト15には圧力計16が装着されるととも
に、弁17、18が装着されている。ポンプ14により配管11
内の内外に差圧を発生させるのは、配管11に存在するピ
ンホール21（漏洩箇所）に空気の吸い込みによる音響ノ
イズを発生させるためである（後述する）。

【００１３】31は、配管11の一端側の蓋部材12に固定さ
れたマイクロフォン（測定手段）であり、マイクロフォ
ン31の測定情報（音圧信号）はバンドパスフィルタ32を
通し、増幅器33により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器34を
介してコンピュータ35（算出手段）に取り込まれる。コ
ンピュータ35は、内部に図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ及び入出力インターフェイス回路を有しており、Ｒ
ＯＭ内に予め格納された所定の制御プログラムに従い、
マイクロフォン31からの音圧信号や所定の記憶データに
基づいて高速フーリエ変換、パワースペクトル計算、フ
ーリエ逆変換等を行い、マイクロフォン31からの音圧信
号の自己相関関数（詳細は後述する）からピンホール21
の位置を算出する。

【００１４】ここで、まずコンピュータ35による漏洩位
置算出の原理について説明する。配管11の内外に上述し
た所定の差圧を発生させるとき、ピンホール21の部分に
空気の吸い込み（乱流）により吸い込み音が発生する。
この吸い込み音は、広範なスペクトルを持つ音響ノイズ
（白色雑音）で、配管11内に定在波を発生させることに
なり、この定在波のモードと周波数は配管11の長さとピ
ンホール位置によって異なる。そこで、配管11を巨大な
管楽器と考え、ピンホール21の部分で発生する吸い込み
音の伝播状態に基づいて、ピンホール21の位置を算出す
る。

【００１５】具体的には、本実施例の場合、配管11は、
その両端が閉じ、枝管がなく、その全長に亙り断面積が
一定であるから、配管11を図２に示すような音響モデル
で表わすと、配管11内の音響波の伝播は、次式（１ａ）
（１ｂ）で表わす１次元波動方程式で記述できる。

【００１６】

【数１】

【００１７】また、配管11の両端が閉じているから、境
界条件は次式（１ｃ）で与えられる。

【００１８】

【数２】

【００１９】次に、式（１ｄ）のような音圧を考える
と、χの位置による音圧は式（２ａ）（２ｂ）で表わす
ことができ、

【００２０】

【数３】

【００２１】χ＝０となる配管11の測定端での音圧は、
次式（２ｃ）で表わすことができる。

【００２２】

【数４】

【００２３】また、前記吸い込み音が白色雑音となるこ
とから、次式（２ｄ）で表すような測定端での音圧ｐ₁
（０，ｔ）の理論上のパワースペクトルを得ることがで
きる。なお、同式中のＨ，τの条件は式（２ｅ）（２
ｆ）で与えられる。

【００２４】

【数５】

【００２５】そして、前式（２ｄ）のフーリエ逆変換に
より、次式（２ｇ）で表わす自己相関関数ｇ（τ）を導
くことができ（図３参照）、以下のアルゴリズムによ
り、関数ｇ（τ）のパルス発生時刻からピンホールの場
所を見い出すことができる。

【００２６】

【数６】

【００２７】［１］次式（３ａ）で表す音圧ｐ
₁（０，t）の自己相関関数を求めるとともに、最初の４
パルスおよびそれに対応するパルス発生時刻を観測す
る。

【００２８】

【数７】

【００２９】［２］０＜Ｋ₃のとき、Ｈ₃＝Ｋ₃、ｔ₃＝
τ₃＝２Ｌ／Ｃ₀となるから、配管長さＬは次式（３ｂ）
で表わされ、Ｌ＝Ｃ₀ｔ₃／２……（３ｂ）Ｋ₁＜Ｋ₂＜０のとき、Ｈ₁＝Ｋ₁，Ｈ₂＝Ｋ₂，ｔ₁＝τ₁＝
２（Ｌ - ι）／Ｃ₀、ｔ₂＝τ₂＝ι／Ｃ₀となるから
（ここで「ι」は各式中のピンホール位置（小文字のエ
ル）と同じ文字とする。以下、同じ。）、次式（３ｃ）
で表わすピンホール21の位置が得られる。

【００３０】

【数８】

【００３１】次に、上記構成の検出装置を用いた本発明
の漏洩位置検出方法の一実施例およびその作用について
説明する。まず、測定に先立って、予め配管11の両端を
蓋部材12、13によって閉止しておく。本実施例では、配
管11の全長を１０．２４ｍ、内径は５３．４ｍｍにす
る。この閉止したパイプ11内をポンプ14により例えば
０．５Kgf／cm²になるまで減圧し、配管11に存在するピ
ンホール21に空気の吸い込みによる音響ノイズを発生さ
せる。なお、この減圧時の配管11内の圧力は、前記音響
ノイズを所定音圧レベル以上に発生させ得るものであれ
で十分であり、その値はピンホールの大きさ等に応じて
適宜設定可能である。

【００３２】一方、ピンホール21で発生した音響ノイズ
を配管11の一端側内方に設けたマイクロフォン31によっ
て測定する。そして、このマイクロフォン31からの測定
情報に基づき、上述した原理による処理をコンピュータ
35に実行させ、マイクロフォン31の測定情報の自己相関
関数に基づいて漏洩位置を算出する。すなわち、前記自
己相関関数ｇ（τ）を導いて、そのパルス発生時刻から
それに符合するピンホール21の場所を見い出す。なお、
本実施例においては、マイクロフォン31のゲインは１Ｋ
Ｈｚで−６３ｄＢ（０dB＝１mV／μbar ）であり、バン
ドパスフィルタ32の上下のカットオフ周波数ｆ_L、ｆ_Hは
９６Ｈｚ、１ＫＨｚであり、Ａ／Ｄ変換器のサンプリン
グインターバルは２５０μsecである。

【００３３】図４は、測定結果の一例（音速Ｃ_o＝３４
１．５６ｍ／ｓ）を示す図である。同図において、縦軸
は音響ノイズｐ₁（０，ｔ）の自己相関関数ｇ（τ）、
横軸はシフト時間であり、２つの正方向のパルスと２つ
の負方向のパルスとが現れている。測定に用いた配管11
には、実際には直径１mmのピンホール21が、ι＝８．１
４ｍの位置に存在していた。

【００３４】図４において、時刻６０．５msの位置に立
つ４番目のパルスは、配管11の他端位置に対応し（２Ｌ
／Ｃ₀に等しい）、これから配管11の長さを算出する
と、１０．３３ｍとなる（誤差は＋０．０９ｍ）。１
２．５msの位置に立つ２番目のパルスは４７．７５msの
位置に立つ３番目のパルスより大きくなっており、この
１２．５ms（τ₁）は２（Ｌ- ι）／Ｃ₀に対応する。し
たがって、ピンホール21の測定端からの位置が算定で
き、ι＝８．１５ｍ（誤差は＋０．０１ｍ）となる。こ
の算出値は、実際のピンホール位置にきわめて近い値で
あり、漏洩位置が正確に検出されたことになる。

【００３５】図５は、配管11にピンホールが２つ存在す
る場合の測定結果の一例（音速Ｃ_o＝３４１．６２ｍ／
ｓ）を示す図で、複数組のデータの平均をとってｇ
（τ）を算出したものである。同図において、縦軸はｇ
（τ）、横軸はシフト時間であり、２つの正方向のパル
スと３つ（実際には４つ）の負方向のパルスとが現れて
いる。この測定に用いた配管11には、実際には直径０．
３mmの同径の２つのピンホール21が、ι₁＝５．００
ｍ、ι₂＝８．１４ｍの位置に存在していた。

【００３６】図５において、時刻６０．０msの位置に立
つ５番目のパルスは、配管11の他端位置に対応し、この
位置から配管長さを算出すると、１０．２６ｍとなる
（誤差は−０．０２ｍ）。さらに、シフト時間τ₁ ⁽¹⁾で
の発生パルスを２（Ｌ−ι₂）／Ｃoに符合させ、τ₁ ⁽²⁾
での発生パルスを２（Ｌ−ι₁）／Ｃoに符合させると、
２つのピンホール21の測定端からの位置が算定でき、そ
れぞれι₁＝５．０８ｍ、ι₂＝８．１１ｍとなる。これ
らの算出値は、実際のピンホール位置にきわめて近い値
であり、２つの漏洩位置が正確に検出されたことにな
る。

【００３７】このように本実施例の漏洩位置検出方法に
おいては、所定区間の配管11内が減圧され、この所定区
間内に存在する漏洩箇所で流体の吸い込みによる音響ノ
イズが発生するとき、この音響ノイズで発生する音響定
在波が配管11の一端側のマイクロフォン31で測定され、
その測定情報の自己相関関数ｇ（τ）に基づいて漏洩位
置が算出される。したがって、従来の漏洩検出法のよう
にパイプラインに沿って移動しながら測定作業する必要
がなく、測定区間の一端側だけで簡単に測定することが
できる。また、外部からテストノイズを与えたり、測定
区間の両端側に測定手段を設置したりする必要がなくな
り、漏洩位置検出装置全体の構成も簡素になる。

【００３８】なお、本実施例においては、配管11内を減
圧してその内外の差圧を発生させているが、配管11内を
加圧して差圧を発生させ、漏洩位置から外部に内部の気
体を噴き出させることによって前記音響ノイズを発生さ
せることもできる。また、蓋部材12、13に代えて適当な
弁等を使用することにより前記所定区間の両端を閉止す
ることもできる。さらに、配管の所定区間が全配管に亙
ってもよいことは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、配管沿いに移動するこ
となく、測定区間の一端側で微少漏洩位置を簡単に測定
可能なパイプの漏洩位置検出方法を実現することができ
る。また、外部からテストノイズを与えたり、測定区間
の両端側に測定手段を設置したりする必要をなくし、構
成の簡素な漏洩位置検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る配管の漏洩位置検出装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【図２】図１の配管を音響モデルで示した図である。

【図３】配管の一端で測定した音響ノイズの自己相関関
数を示す図である。

【図４】漏洩箇所が１つ存在する場合の測定結果の一例
を示す図である。

【図５】漏洩箇所が２つ存在する場合の測定結果の一例
を示す図である。

【符号の説明】

11 配管 12、13 蓋部材（閉止手段） 14 ポンプ（差圧発生手段） 21 ピンホール（漏洩箇所） 31 マイクロフォン（測定手段） 35 コンピュータ（算出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に流体を通す配管の所定区間の両端を
閉止する閉止工程と、該閉止した配管内を減圧又は加圧し、配管に存在する漏
洩箇所に流体の吸い込み又は噴き出しによる音響ノイズ
を発生させるノイズ発生工程と、該ノイズ発生工程で発生した音響ノイズを前記所定区間
の一端側で測定し、該測定情報の自己相関関数に基づい
て漏洩位置を算出する算出工程と、を含むことを特徴と
する配管の漏洩位置検出方法。
【請求項２】内部に流体を通す配管の所定区間の両端を
閉止する閉止手段と、該閉止手段により閉止した配管内を減圧又は加圧して該
配管の内外に差圧を発生させる差圧発生手段と、該配管の所定区間の一端側に設けられ、該差圧により配
管の漏洩箇所に発生する流体の吸い込み又は噴き出しに
よる音響ノイズを測定する測定手段と、該測定手段の測定情報の自己相関関数に基づき漏洩位置
を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする配管
の漏洩位置検出装置。