JPS61120035A - 埋設配管の異常検出方法 - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、埋設体たとえば地中に埋設された配管たとえ
ば水道管の埋設状態の異常の有無を検出する埋設配管の
異常検出方法に関する。

このような埋設状態の異常としては、たとえば、地中に
埋設された水道管の破損またはジヨイントの外れ、ある
いは、壁中に埋設されたガス管の結合部の結合離れ等が
挙げられる。

〔従来技術とその問題点〕

たとえば、地中に埋設された配管の埋設状態の異常の有
無の判別、たとえば地中に埋設された水道管の破損部分
またはジヨイントの外れ部分等から漏洩する漏水を検知
する必要がある。

配水池から送水される水道水は長い配管を経て各家庭お
よび工場等に到達する。その際に破損している配管、ジ
ヨイントの外れている配管等を通過する都度、各家庭お
よび工場への給水量が減少する。この利用者に利用され
ることなく消える水が漏水である。このような水の漏洩
個所（漏水個所）の調査、地下に埋設されている水道管
が古（なって破損したりあるいはジヨイントが弛（なっ
たりしたために、漏水が生じている個所を見付は出す作
業が必要になる。通常、水道管は配水管で１．２ｍ以上
、給水管で１．４５ｍ以上の深さに埋設されている。

これらの水道管が破損した場合、漏水が地表に噴出すれ
ば発見が容易である。ところが、大量の漏水は別として
、通常は地表には殆ど噴出せず、地表に浸透してしまい
探し出すことができない場合が極めて多い。

この漏水個所を発見するために、最も一般的に用いられ
ている方法は、漏水音を探す方法である。

この漏水音は漏水が生じた場合に噴出する水が土壁に当
たる衝撃音、漏水孔から管外に噴出する際に管壁を摩擦
する流水音等が合成されて、振動エネルギとして地表に
伝達される音である。ところで、この振動エネルギは土
中に吸収されたり他の物体により屈折・分散されて、大
幅に減衰されながら地上に到達する。従って、この微弱
にされた振動エネルギの漏水音を増幅して聞くことので
きる漏水音検地器が必要である。ところが一般に、漏水
音検知器は約１００Ｈ２ないし２ＫＨｚ程度までの漏水
音を検知し得るが、漏水音以外のたとえば自動車走行音
、トランス、水銀灯などの電気音、モータ、ポンプなど
の動力前、その他の擬似音（雑音）等々との判別が困難
であり、そのために可成りの経験を要する等の問題があ
った。

このために、地中に埋設された水道管内の流水に超音波
を付与し、この水道管の漏水個所に生じる流水の乱流に
よって乱される超音波の歪波を地表にて受信して、漏水
を検知する方法も提案されている（特開昭５７−６３３
０号公報参照）。この方法は漏水音を直接検知する前途
の方法と比較し、雑音による影響が除かれ検知性能が向
上するという利点を有するが、しかしながら歪波超音波
は乱流の非線形効果で発生するもので、そこから発生す
る歪波そのものは一般的に非線形係数できまるが、その
係数は小さく従って発生出力が小さいためにその判別が
困難であるという問題点を有する。

このような問題を解決するために、第９図に示すような
漏水検知方法が本件出願人により提案（特願昭５９−０
９３８９２）特願昭５ｌ−０９３８９３）された。すな
わち水道管１は地中２に埋設されており、パイプ（分岐
管）３は、この水道管１から分岐されて地表に露出し、
例えば消火栓４を装備している。　漏水個所検知装置５
は超音波音源、例えば振部子６、振動子駆動装置７、同
期信号検出器８、超音波マイク９および記録計１０等か
らなる。振動子６はパイプ３に設置され、振動子駆動装
置７により駆動されて、地中に埋設された水道管１およ
びこの水道管１内の水を超音波励振する。また超音波マ
イク９は地表に近接または密接して移動可能に設けられ
、水道管１より地中２を経て伝達される微弱な超音波を
受信する。

同期信号検出器８は、超音波マイク９にて受信する微弱
な超音波が検知信号ａとして入力され、振動子駆動装置
７の励振信号が同期信号すとして入力され、その検知信
号ａと同期信号すとを比較して、同期信号すの同期して
いる検知信号ａの信号成分のみを抽出することにより、
雑音除去を行い受信感度を高める。

ところが、水道管１および水道管内の水を超音波で励振
することにより、水道管１より放射される超音波振動が
地中を伝搬して地表に到達し、地表の振動が空気の振動
に変換され、さらに超音波マイク９の振動子を振動させ
、電気信号に変換される。この際、空気中では音波の減
衰が大きく、この振動子から電気信号への変換におおき
な消失を伴うおそれがある。さらに、水道管１の埋設深
さが深い程、減衰度が大きくなるから、できる限り高度
度な検知器（振動センサ）が望ましいという問題があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点を有効に
解決し、配管の埋設状態の異常の有無の判別を高感度に
検知し、その取扱が容易で、その検知性能が向上する埋
設配管の異常検出方法を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

このような目的を達成するために、本発明は、埋設体に
埋設された配管から分岐して前記埋設体から露出してい
る分岐管に設置された音波音源により前記配管を音波励
振すると共に、前記配管の埋設されている個所付近の埋
設体表面にマイクロ波装置からマイクロ波を照射し、こ
のマイクロ波の反射波に基づいて前記配管の埋設状態の
異常のを無を検出することを特徴とする。

本発明の一実施態様によれば、前記マイクロ波の反射波
に基づく信号（検知信号）は前記音波音源の励振信号に
同期して信号処理され、この同期処理された信号によっ
て前記配管の埋設状態の異常の有無が検出される。

なお、前記配管は地中に埋設されている配管または壁中
に埋設されている配管である。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づき、詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の概略構域図を示す。

図において第９図と同一の機能を有する部分には、同一
の符号が付されている。漏水個所検知装置１１は、超音
波音源（本実施例では振動子６および振動子駆動装置７
）、同期信号検出器１２）マイクロ波装置１３および記
録計１０等からなる。ここに、マイクロ波装置１３は、
地表に近接して移動可能に設けられ、水道管１の埋設さ
れている個所の地表面にマイクロ波を照射すると共に、
水道管１より地中２を経て伝播される地表面の微弱な超
音波振動によって変調されたマイクロ波の反射波を検知
する。なお、ａはマイクロ波装置１３のマイクロ波検出
信号で、ｂは振動子駆動装置７の励振信号と同期する同
期信号である。

次に、第２図は漏水個所検知装置の要部のブロフク図、
第３図はマイクロ波装置の概要図を示す。

第２図および第３図において第１図と同一の機能を有す
る部分には同一の符号が付されている。上述の如く、水
道管ｌおよび水道管１内の水は超音波音源によって超音
波励振されている。それゆえ、地表面は超音波振動して
いる。このとき、マイクロ波装置１３より地表面に連続
的なマイクロ波ｐを照射すると、超音波振動している地
表面によって変調を受けた反射マイクロ波がマイクロ波
装置１３に受イ＾される。マイクロ波装置１３は、第３
図に示すように、導波管１４、マイクロ波発振素子１５
、マイクロ波混合素子１６およびホーン１７から構成さ
れている。マイクロ波発振素子１５は導波管１４の内部
底側に配置されており、たとえばガンダイオード、イン
バットダイオード等から成って数１０ＧＨｚ程度のマイ
クロ波を発振する。また、マイクロ波混合素子１６は導
波管１４の開口部側に配置されており、たとえばミキサ
ダイオードからなる。しかして、マイクロ波発振素子１
５から放出されたマイクロ波ｐは一部分がマイクロ波混
合素子１６の入力波と成ると共に、残部がホーン１７を
介して地表面に照射される照射波と成る。従って、マイ
クロ波発振素子１５から放出されたマイクロ波ｐは単に
照射マイクロ波ｐと称することもある。そして、地表面
に照射された照射波は地表面での超音波振動により所謂
ドツプラーシフト変調されて、反射される。この反射波
（反射マイクロ波）ｑは同様にマイクロ波混合素子１６
に受信され、照射マイクロ波ｐと混合される。ところで
、マイクロ波混合素子１６の有する非線形特性により、
照射マイクロ波ｐと反射マイクロ波ｑとの混合波の中に
は、この２つのマイクロ波ｐ、ｑの周波数の差の振動周
波数が含まれる。このような差振動周波数を含む混合波
が電気信号に変換されてマイクロ波混合素子１６から出
力されるマイクロ波検知信号ａは第２図に示すようにフ
ィルタ１８を経て増幅器１９にて充分に増幅された後、
同期器２０により同期信号すと比較され、この同期信号
すに同期している信号成分のみが抽出されて検知信号Ｃ
となり、記録計１０に与えられて記録される。このとき
、地表には各種の振動が存在するが、同期信号すと同期
しないために全て除去される。なお、フィルタ１日、増
幅器１９および同期器２０によって同期信号検出器１２
が構成されている。

なお、地中の漏水の検知を検知信号の検知レベルに基づ
いて実施する場合とは、かかる同期信号検出器１２つま
り同期器２０は同期振動幅成分検出器として構成され、
同期信号すに同期している検知信号ａの振幅成分を抽出
する。一方、地中の漏水の検知を超音波励振信号（同期
信号）ｂとマイクロ波検知信号ａとの位相差（位相ずれ
）に基づいて実施する場合とは、かかる同期信号検出器
１２つまり同期器２０は同期位相検出器として構成され
、検知信号ａの位相と同期信号すの位相とを比較して、
同期信号に同期している検知信号ａの信号成分のみを抽
出して超音波励振信号すとマイクロ波検知信号ａとの位
相差を検知する。

次に、第４図および第５図は漏水検知を検知信号ａの検
知レベルに基づいて実施した場合の実験結果の一例を示
し、第４図は漏水の存在しない部分の検知パターン図、
第５図は漏水部の検知パターン図である。第３図および
第４図において、振動子６は振動子駆動装置７により騒
動されて連続正弦波の超音波励振を行い、地中２に埋設
された水道管１およびこの水道管１内の水に超音波を伝
達して水道管１から放射状に放出させる。このとき、水
道管１に漏水の存在しない場合（第４図）と、水道管１
に漏水個所（たとえば孔明き部）２１が存在しそのため
に水道管１の周囲に漏水部２２が形成されている場合（
第５図）とでは、水と土との音響特性の相違により、超
音波振動に起因する地表面の振動形態が異なり、それゆ
え漏水の存在しない部分の検知パターン線Ａ、と漏水部
の検知パターン線Ａ２との間に相違が生じる。検知パタ
ーン線Ａ１はほぼ正弦波形を示し、一方検知パターン線
Ａ２は漏水部２２の状況に応じた幅の平坦波形を示しそ
の検知レベルＨ２は検知パターン線Ａ＋　の検知レベル
Ｈ１よりも低く検知される。

このような検知レベルＨ２により、漏水部２０の存在有
無を判別できると共に、漏水の拡散状態を判別できる。

その場合に、敷設水道管１と関係の無い他の配管が存在
していても、その判別は可能である。すなわち、漏水部
検出はマイクロ波装置９を水道管１に沿って走査するこ
とにより行われるが、その走査に基づく記録計１０の記
録状態を監視していると、第６図に示すように、検知レ
ベルＨについて、漏水部２２の存在していない個所の検
知レベルＨ１とａｚＫ部２２の存在している個所の検知
レベルＨ２との間にレベル差が生じる。

従って、レベルの低くなった個所においては水道管１に
直角に走査してみたりし、その検知パターン状態を監視
し、漏水存在有無を判別する。

次に、第７図は漏水検知を超音波励振信号とマイクロ波
検知信号ａとの位相差（位相ずれ）に基づいて実施した
場合の実験結果の例を示し、（Ａ）はマイクロ波装置の
走査説明図、（Ｂ）および（Ｃ）は記録された波形図で
ある。同期信号検出器１２は同期位相検出器として構成
され、検知信号ａの位相と同期信号すの位相とを比較し
て同期信号に同期している検知信号ａの信号成分のみを
抽出して、励振信号と検知信号との位相差（位相ずれ）
Φを検知する。数多くの研究と実験との結果、漏水部２
２と漏水のない部分とでは、水と土との音響特性の相違
により、漏水部２２における超音波の励振波と地表を振
動させる伝播波との位相差（位相ずれ）は、漏水のない
部分における超音波の励振波とかかる伝播波との位相差
（位相ずれ）と異なり、非常に大きくなることが判明し
た。

この理由としては、漏水が存在する個所では漏水が存在
しない個所に比べて超音波伝播の媒質が異なるので、超
音波の伝播速度が速くそのために位相回転が大きくなり
、その結果超音波の励振波と伝播波との位相差が大きく
なるものと考えられる。

そして、それにより漏水が存在する個所の地表面振動と
、漏水が存在しない個所の地表面振動とが異なり、この
相違がマイクロ波の反射波ｑの強度変化あるいは位相変
化として現れる。第７図の例ではこのマイクロ波の反射
波ｑの位相変化を同期位相検出器として構成された同期
信号検出器１２によって検出する。

しかして、第７図（Ａ）において走査線Ｓ１に沿って漏
水が存在しない個所にてマイクロ波装置１３を移動させ
ると、同図（Ｂ）に示す如き励振信号すとかかる伝播波
による超音波振動に基づいて変調された検知信号ａとの
位相差Φ曲線が得られる。ここで、同図（Ｂ）において
、位相差Φ曲線のピーク値とこのピーク点から距離！離
れた位置での位相差値との差（相対位相差量）をφ１と
する。同様に、同図（Ａ）において走査線Ｓ２に沿って
漏水が存在する個所（漏水部１７）にてマイクロ波装置
１３を移動させると、同図（Ｃ）に示す如く励振信号す
とかかる伝播波による超音波振動に基づいて変調された
検知信号ａとの位相差Φ曲線が得られる。ここで同図（
Ｃ）において、位相差Φ曲線のピーク値とこのピーク点
から距離Ｅ離れた位置での位相差値との差（相対位相差
量）をφ２とする。しかして、相対位相差量φ１とφ２
とを比較すると明らかであるように、漏水が存在する個
所（漏水部２２）における相対位相差量φ３は、漏水が
存在しない個所における相対相違差量φ、に比べて極め
て大きな値を有する。それゆえ、例えば第８図に示す如
く水道管１に沿って走査線にのようにマイクロ波装置を
移動させると、漏水が存在しない個所では第７図（Ｂ）
の如き位相差φ曲線が得られているが、漏水が存在する
個所では第７図（Ｃ）の如き位相差Φ曲線となるので、
従って位相差Φ曲線におけるピーク値とこのピーク点か
ら距離！離れた位置での位相差値との差（相対位相差量
）を常時監視することにより、かかる相対位相差量が橿
めて大きな値を示す位置に、漏水部２２が存在すると判
定する。このようにして、超音波の励振信号す伝播波に
よる超音波振動に基づいて変調された検知信号ａとの位
相差Φに基づいて水道管の漏水を容易に検知することが
できる。なお、位相差Φは実際には電圧信号に変換され
て記録計１０に表示される。

なお、以上の説明においては、水道管の漏水検知方法に
ついて述べたが、水道管の周りに存在する空洞も同様に
検知可能である。さらに、建物のコンクリート壁内に埋
設されているガス管の接続部の不良（たとえば、ガス管
が完全に分離されている等）をも検知可能である。

また、以上の説明においては音波として超音波の使用に
ついて述べるも、低周波音波を使用しても所期の目的を
達成できることが実験の結果確認されている。

〔発明の効果〕 以上に説明するように、本発明によれば、埋設体に埋設
された配管から分岐して前記埋設体から露出している分
岐管に設置された音波音源により前記配管を音波励振す
ると共に、前記配管の埋設されている個所付近の埋設体
表面にマイクロ波装置からマイクロ波を照射し、このマ
イクロ波の反射波に基づいて前記配管の埋設状態の異常
の有無を検出するようにしたので、高感度の振動センサ
として実現され、埋設状態の異常の有無の判別が適確と
なり、その取扱が容易で、検知性能が向上する等の効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は漏水
個所検知装置の要部ブロック図、第３図はマイクロ波装
置の概要図、第４図、第５図および第６図は本発明につ
いて説明するための一つの実験結果を示す検知パターン
図、第７図は本発明について説明するための概略図で、
同図（Ａ）はマイクロ波装置による走査の説明図、同図
（Ｂ）および（Ｃ）は記録されたそれぞれの異なる波形
図、第８図はマイクロ波装置の走査方法の一説明図、第
９図は従来の漏水個所検知装置の概略構成図である。 ■−水道管、１１−・−漏水個所検知装置、１２−同期
信号検出器、１３−マイクロ波装置、１５−・−マイク
ロ波発振素子、１６−マイクロ波混合素子、２０−・−
同期器。 第　　１　　図 第　　３　図 第２図 第　　６　図 第７図 ］ 第　　Ｑ　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）埋設体に埋設された配管から分岐して前記埋設体か
   ら露出している分岐管に設置された音波音源により前記
   配管を音波励振すると共に、前記配管の埋設されている
   個所付近の埋設体表面にマイクロ波装置からマイクロ波
   を照射し、このマイクロ波の反射波に基づいて前記配管
   の埋設状態の異常の有無を検出することを特徴とする埋
   設配管の異常検出方法。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の異常検出方法におい
   て、前記マイクロ波の反射波に基づく信号（検知信号）
   は前記音波音源の励振信号に同期して信号処理され、こ
   の同期処理された信号によって前記配管の埋設状態の異
   常の有無を検出することを特徴とする埋設配管の異常検
   出方法。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の異常検
   出方法において、埋設状態の判別は、マイクロ波の反射
   波の検知レベルに基づいてなされることを特徴とする埋
   設配管の異常検出方法。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の異常検
   出方法において、埋設状態の判別は、励振信号とそれに
   同期した検知信号との位相差に基づいてなされることを
   特徴とする埋設配管の異常検出方法。 ５）特許請求の範囲第１項ないし第４項に記載の異常検
   出方法において、前記配管は地中に埋設されている配管
   であることを特徴とする埋設配管の異常検出方法。 ６）特許請求の範囲第１項ないし第４項に記載の異常検
   出方法において、前記配管は壁中に埋設されている配管
   であることを特徴とする埋設配管の異常検出方法。