JP3573584B2

JP3573584B2 - Sonic pipeline inspection system

Info

Publication number: JP3573584B2
Application number: JP34595196A
Authority: JP
Inventors: 徹郎長沼
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10185884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音波を利用して埋設管等の管路内部を調査する音波式管路調査システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地中に埋設されているガス管や水道管等の管は、長期間の敷設により腐食が発生して劣化したり、外力で損傷する場合がある。そこで、管の内部を調査して補修等の作業により改修対策を採る事が必要となる。
従来、この種の管路内部の調査に用いられるシステムの一つに、カメラやファイバースコープ等の機器を管路内に挿入し、管路内の状態を直接視認できるようにしたシステムがある。
しかし、このような機器を挿入する方式では、管路内に挿入されるケーブル等の付帯設備および挿入作業が必要となり、調査のための作業や設備が大掛かりなものとなる虞があった。また、管路途中に折損箇所や分岐部等が存在していると、その箇所での機器類の誘導が難しく、これによって、管路全域における調査が正確に行えないという問題があった。
そこで、このような方式に代えて、管路末端部から音波を送出し、その音波の反射状況を観察する事で管路内の状況調査を管路両端あるいは片端から簡易的に行うシステムが提案されている（例えば、特開昭６１ー２９７５７号公報、特開昭６１ー２０２１５８号公報）。
上記公報には、管路末端部に発音手段および集音手段を配置し、発音手段から送出された音波が管路内に発生している断面積変化部で反射するのを検出し、断面積変化部までの位置を観察する事ができる技術が開示されている。このような技術は、管内での断面積変化部の検出ばかりでなく、反射音波の発生位置を観察することにより管内に設置されている継手部等の位置を調査する事も可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、音波を用いて管路内の調査を行う場合、発音手段であるスピーカへの出力信号として、１サイクルの正弦波をなす信号を出力しても、スピーカでの機械的な慣性による周波数特性からして、送出される音波は１サイクルの波形を有するものとならない。具体的には、図４（Ａ）に示すように、スピーカへの音波生成用電圧を１サイクルの正弦波で印加しても、図４（Ｂ）に示すように、スピーカからの音波の波形はスピーカの周波数特性によって１サイクルで収束せず、所謂、収束するまでの間にドリフトが発生した波形が得られる。
このため、反射音波は、１サイクルの正弦波をなす音波波形と異なることから反射音波として識別する際の分解能が低い。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来の音波式管路調査システムにおける問題に鑑み、管路内で反射する反射音波の識別のための分解能を低下させない音波の送出が行える音波式管路調査システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１記載の発明は、管路の一端より当該管路内にパルス状の音波を送出する発音手段、前記管路の一端において前記管路内で反射したパルス状の音波を集音する集音手段を用いて上記パルス状の音波が送出されてから集音されるまでの時間と音速値とから管路内部を調査する音波式管路調査システムにおいて、上記発音手段が出力側に接続され、入力側には管路口径選択手段および上記発音手段から送出される音波の周波数選択手段がそれぞれ接続されている制御部を備え、上記制御部は、所定の音波波形を得るために上記管路口径と上記音波の周波数とで設定された電圧波形を予め登録しておき、選択された管路口径と音波の周波数とから上記電圧波形を選択して出力することを特徴としている。
【００１０】
【作用】
請求項１記載の発明では、調査対象となる管路の口径および送出される音波の周波数を選択することで、その口径および周波数に対応する所定の音波波形が得られる電圧波形が抽出され、その電圧波形に対応した電圧制御が行われる。
【００１３】
【実施例】
以下、図示実施例により発明の詳細を説明する。
図１は、請求項１記載の発明の構成を説明するためのブロック図である。
図１において、音波式管路調査システムは、管路Ｓの端部の一つに配置された発音手段であるスピーカ１と、このスピーカ１から送出されて反射源からの反射音波を集音する集音手段であるマイクロフォン２と、スピーカ１が出力側に接続され、入力側にはマイクロフォン２が接続されている制御部３とを備えている。スピーカ１およびマイクロフォン２は、図示されないＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を含むＩ／Ｏインターフェースを介して制御部３に接続されている。
制御部３は、スピーカ１から送出されるパルス状の音波の生成に加えてマイクロフォン２による反射音波の受信タイミングを用いて管路Ｓ内での反射源までの距離を演算処理するマイクロコンピュータで構成されている。
【００１４】
制御部３には、その入力側に、管路口径入力キー４および音波の周波数入力キー５が接続されており、管路口径および周波数を入力するようになっている。
制御部３は、演算処理プログラムを始めとする各種基礎データを記憶している記憶部を有しており、この記憶部には、図２に示すように、調査対象となる管路Ｓの口径（図２中、符号Ｄで示す）と音波の周波数（図２中、符号ｆで示す）とをパラメータとして、１サイクルの正弦波からなる所定の音波波形が得られるようにスピーカ１に出力される電圧の波形が設定されている波形テーブル６が登録されている。
波形テーブル６は、調査に用いられる管路の口径と音波の周波数とを選択し、種々の電圧印加による音波の波形を予め観察して得られたものであり、音波の波形が１サイクルの正弦波として得られることが確認された時の電圧波形が登録されているものである。
本実施例は以上のような構成であるから、調査対象となる管路Ｓの口径および使用音波の周波数が管路口径入力キー４および周波数入力キー５によって入力されると、制御部３では、入力された管路口径および周波数をパラメータとして、所定の音波波形（１サイクルの音波波形）が得られる電圧波形を波形テーブル６から抽出し、その電圧波形をスピーカ１に対して出力する。
【００１５】
次に他の形態を説明する。これは、図１に示した構成のうちで、管路口径選択手段４が設けられていない点を除き図１に示した例と同様に、スピーカ１、マイクロフォン２、制御部３および周波数選択手段５が用いられる。本形態では、制御部３において、図２に示した波形テーブル６のパラメータのうちで、周波数のみを選択するようになっている。音波の周波数はスピーカ１に印加される電圧と相関関係にあるため、これが電圧波形選択のためのパラメータとされている。本形態では、周波数選択手段５により送出しようとする音波の周波数が入力されると、制御部３では、入力された周波数をパラメータとして、所定の音波波形（１サイクルの音波波形）が得られる電圧波形を波形テーブル６から抽出し、その電圧波形をスピーカ１に対して出力する。
【００１６】
次に更に他の形態を説明する。これは、送出されている音波波形を観察しながらその波形が所定の音波波形となるように電圧制御することを特徴としている。この特徴を得るための形態としては、図１に示した例と同様に、機能は異なるが、発音手段であるスピーカ１、集音手段であるマイクロフォン２、および制御部３とが用いられる。この場合、制御部３は、比較器としての機能を有するオペアンプ等の増幅器を備え、時間軸上でマイクロフォン２から得られる音波の受信信号の信号レベルと所定の音波波形に対応する信号レベルとを観察しながら出力電圧の波形を変更するようになっている。これでは、マイクロフォン２によって得られた音波波形と所定の音波波形とが整合するように出力電圧の波形が順次変更される。
【００１７】
これによれば、オペアンプを用いたアナログ制御であるので、目標対象である波形に対する整形処理がきわめて高速に行えるので、整形処理に対する応答時間を短くすることが可能になり、所謂、リアルタイムに制御処理が行える。
【００１８】
次に更に他の形態を説明する。これは、発音手段から送出された音波波形と所定の音波波形とを比較し、波形同士が一致するように発音手段への上記発音手段に出力される電圧を制御することを特徴としている。この特徴を得るための形態は、図１に示した例と同様に、機能は異なるが、発音手段であるスピーカ１、集音手段であるマイクロフォン２、および制御部３とが用いられる。この場合、制御部３は、比較器としての機能を有するオペアンプ等の増幅器を備え、時間軸上でマイクロフォン２から得られる音波の受信信号の信号レベルと所定の音波波形に対応する信号レベルとを比較し、その比較結果に応じて出力電圧の振幅を制御するようになっている。図３に示すように、送出された音波波形が図３（Ｃ）の右側に示す所定の音波波形に相当する１サイクルの正弦波と比較され、波形同士が一致するように出力電圧波形が変更される。
【００１９】
次に更に他の形態を説明する。これは、送出された音波の波形が所定の音波波形に一致するように電圧波形の変更を複数回繰り返すことを特徴としている。この特徴を得るための形態としては前述の形態と同様な構成が用いられる。ここでは、図３（Ｃ）に示したスピーカ１への出力電圧と音波波形との関係、つまり、音波波形が所定の１サイクルの正弦波として得られるようにスピーカ１への出力電圧を設定するために、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、出力電圧の制御が複数回繰り返される。
【００２０】
なお、上記形態において説明した偏差をなくす手法としては、一例として、時間軸上での波形同士の振幅差を割出し、振幅差に応じた電圧の出力を調整する比例制御やＰＩＤ制御が用いられる。
【００２１】
また、上記手法は、アナログ的手法であるが、デジタル信号処理することも可能である。この場合には、制御部３として、偏差およびその偏差に基づく出力電圧を演算処理可能なマイクロコンピュータが用いられ、スピーカ１およびマイクロフォン２は、制御部３の出力部および入力部に対して図示しないＤ／Ａ変換器およびＡ／Ｄ変換器を含むＩ／Ｏインターフェースを介して接続される。
制御部３では、マイクロフォン２からの出力信号を基にして、音波の受信信号の波形と所定の波形（１サイクルの正弦波）との偏差を求め、その偏差をなくすためにスピーカ１への出力電圧に対する電圧補正量を設定してスピーカ１に出力する。
なお、デジタル制御では、アナログ制御に比べて制御時間が長くなるが、この問題は通常用いられている標本化定理（サンプリング定理）を用いることで短時間処理を可能にすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、調査対象となる管路の口径および送出される音波の周波数を選択することで、その口径および周波数に対応する１サイクルの正弦波音波が得られる電圧波形が抽出され、その電圧波形に対応した電圧制御が行われる。これにより、反射音波として識別する際の分解能が低下するのを防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による音波式管路調査システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示した構成において用いられる波形テーブルを示す表図である
【図３】図１に示したシステムの構成による作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】管路での送出音波の波形と音波送出のために印可される電圧の波形とを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１発音手段であるスピーカ
２集音手段であるマイクロフォン
３制御部
４管路口径入力キー
５周波数入力キー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sound wave type pipeline inspection system for inspecting the inside of a pipeline such as a buried pipe using sound waves.
[0002]
[Prior art]
Pipes such as gas pipes and water pipes buried in the ground may deteriorate due to corrosion due to long-term laying, or may be damaged by external force. Therefore, it is necessary to investigate the inside of the pipes and take measures for repairs such as repairs.
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of systems used for investigation inside a pipeline of this type, there is a system in which a device such as a camera or a fiberscope is inserted into the pipeline so that the state in the pipeline can be directly visually recognized.
However, the method of inserting such equipment requires ancillary equipment such as a cable to be inserted into the pipeline and insertion work, which may require a large amount of work and equipment for investigation. In addition, if there is a broken point, a branch, or the like in the middle of the pipeline, it is difficult to guide the devices at the location, and there is a problem that the investigation over the entire pipeline cannot be performed accurately.
Therefore, instead of such a method, a system is proposed in which a sound wave is transmitted from the end of the pipe and the state of reflection of the sound wave is observed, so that the situation inside the pipe can be easily inspected from both ends or one end of the pipe. (Eg, JP-A-61-29757 and JP-A-61-202158).
In the above publication, a sound-generating means and a sound-collecting means are arranged at the end of a pipe, and a sound wave transmitted from the sound-generating means is detected to be reflected at a cross-sectional area changing portion generated in the pipe, and a cross-sectional area is detected. A technique capable of observing a position up to a changing portion is disclosed. Such a technique can not only detect a cross-sectional area change portion in a pipe, but also can investigate the position of a joint or the like installed in the pipe by observing a position where a reflected sound wave is generated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when conducting an investigation inside a pipeline using sound waves, even if a signal forming a one-cycle sine wave is output as an output signal to the speaker, which is a sound generating means, the frequency characteristic due to mechanical inertia in the speaker is obtained. Therefore, the transmitted sound wave does not have a waveform of one cycle. Specifically, as shown in FIG. 4 (A), even when a sound wave generation voltage is applied to the speaker as a one-cycle sine wave, the waveform of the sound wave from the speaker is increased as shown in FIG. 4 (B). Does not converge in one cycle due to the frequency characteristics of the loudspeaker, and a so-called drifted waveform is obtained until the convergence.
For this reason, since the reflected sound wave is different from a sound wave waveform that forms a one-cycle sine wave, the resolution when identifying the reflected sound wave is low.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sound wave type pipeline survey system capable of transmitting a sound wave without lowering the resolution for identifying reflected sound waves reflected in a pipeline in view of the above-mentioned problems in the conventional sound wave type pipeline survey system. Is to do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is a sound generating means for transmitting a pulsed sound wave from one end of a pipeline into the pipeline, and a pulse-like sound reflected in the pipeline at one end of the pipeline. In the sound wave type pipe line survey system for examining the inside of the pipe line from the time from when the above-mentioned pulsed sound wave is transmitted to when the sound is collected by using the sound collecting means that collects the sound wave, Means is connected to an output side, and an input side is provided with a control unit to which a pipe diameter selection unit and a frequency selection unit of a sound wave transmitted from the sound generation unit are connected, respectively, wherein the control unit has a predetermined sound wave waveform. In order to obtain, a voltage waveform set with the pipeline diameter and the frequency of the sound wave is registered in advance, and the voltage waveform is selected and output from the selected pipeline diameter and the frequency of the sound wave. Features.
[0010]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, by selecting the diameter of the pipeline to be investigated and the frequency of the transmitted sound wave, a voltage waveform from which a predetermined sound wave waveform corresponding to the diameter and the frequency is obtained is extracted. Voltage control corresponding to the voltage waveform is performed.
[0013]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to illustrated embodiments.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the first aspect of the present invention.
In FIG. 1, a sound wave type pipeline survey system includes a speaker 1 which is a sound generating means disposed at one end of a pipe S, and collects reflected sound waves transmitted from the speaker 1 and reflected from a reflection source. A microphone 2 serving as a sound collecting unit and a control unit 3 to which the speaker 1 is connected on the output side and the microphone 2 is connected on the input side are provided. The speaker 1 and the microphone 2 are connected to the control unit 3 via an I / O interface including an A / D converter and a D / A converter (not shown).
The control unit 3 is configured by a microcomputer that calculates the distance to the reflection source in the pipeline S using the reception timing of the reflected sound wave by the microphone 2 in addition to the generation of the pulsed sound wave transmitted from the speaker 1. Have been.
[0014]
On the input side of the control unit 3, a pipeline diameter input key 4 and a sound frequency input key 5 are connected, so that the pipeline diameter and the frequency are input.
The control unit 3 has a storage unit that stores various basic data including an arithmetic processing program, and the storage unit stores the diameter of the pipe S to be investigated as shown in FIG. (Indicated by reference symbol D in FIG. 2) and the frequency of the sound wave (indicated by reference character f in FIG. 2) are output to the speaker 1 so that a predetermined sound wave waveform consisting of one cycle of a sine wave is obtained. A waveform table 6 in which a voltage waveform is set is registered.
The waveform table 6 is obtained by selecting the diameter of the pipeline used for the investigation and the frequency of the sound wave and observing the waveform of the sound wave by applying various voltages in advance. The voltage waveform at the time when it is confirmed that the voltage is obtained as a wave is registered.
Since the present embodiment is configured as described above, when the diameter of the pipeline S to be investigated and the frequency of the used sound wave are input by the pipeline diameter input key 4 and the frequency input key 5, the control unit 3 Using the input pipe diameter and frequency as parameters, a voltage waveform that can obtain a predetermined sound waveform (one-cycle sound waveform) is extracted from the waveform table 6, and the voltage waveform is output to the speaker 1.
[0015]
Next, another embodiment will be described. This is the same as the example shown in FIG. 1 except that the pipe diameter selection means 4 is not provided in the configuration shown in FIG. 1, the speaker 1, the microphone 2, the control unit 3, and the frequency selection means. 5 is used. In the present embodiment , the controller 3 selects only the frequency from the parameters of the waveform table 6 shown in FIG. Since the frequency of the sound wave is correlated with the voltage applied to the speaker 1, this is used as a parameter for selecting a voltage waveform. In the present embodiment , when the frequency of the sound wave to be transmitted is input by the frequency selection unit 5, the control unit 3 uses the input frequency as a parameter to obtain a predetermined sound wave waveform (one cycle of sound wave waveform). The waveform is extracted from the waveform table 6, and the voltage waveform is output to the speaker 1.
[0016]
Next, still another embodiment will be described. This is characterized in that while observing the transmitted sound waveform, voltage control is performed so that the waveform becomes a predetermined sound waveform. As a form for obtaining this feature, as in the example shown in FIG. 1, the functions are different, but a speaker 1 that is a sound generator, a microphone 2 that is a sound collector, and a controller 3 are used. In this case, the control unit 3 includes an amplifier such as an operational amplifier having a function as a comparator, and controls the signal level of the sound wave reception signal obtained from the microphone 2 on the time axis and the signal level corresponding to a predetermined sound wave waveform. The waveform of the output voltage is changed while observing. In this case , the waveform of the output voltage is sequentially changed so that the sound wave waveform obtained by the microphone 2 matches a predetermined sound wave waveform.
[0017]
According to this , since analog control using an operational amplifier is performed, the shaping process for the target waveform can be performed at an extremely high speed, so that the response time to the shaping process can be shortened. Can be performed.
[0018]
Next, still another embodiment will be described. This is characterized in that a sound wave waveform transmitted from the sound generating means is compared with a predetermined sound wave waveform, and a voltage output to the sound generating means to the sound generating means is controlled so that the waveforms match each other. The form for obtaining this feature is different from that of the example shown in FIG. 1 in function, but uses a speaker 1 as a sound generator, a microphone 2 as a sound collector, and a control unit 3. In this case, the control unit 3, a signal level corresponding to the signal level and a predetermined acoustic waveform of an amplifier such as an operational amplifier, the received signal waves obtained from the microphone 2 on the time axis which functions as a comparator Are compared, and the amplitude of the output voltage is controlled according to the comparison result. As shown in FIG. 3, the transmitted sound wave waveform is compared with a one-cycle sine wave corresponding to a predetermined sound wave waveform shown on the right side of FIG. 3C, and the output voltage waveform is changed so that the waveforms match. Is done.
[0019]
Next, still another embodiment will be described. This is characterized in that the change of the voltage waveform is repeated a plurality of times so that the waveform of the transmitted sound wave matches the predetermined sound wave waveform. As a mode for obtaining this feature, a configuration similar to the above-described mode is used. Here, the relationship between the output voltage to the speaker 1 and the sound wave waveform shown in FIG. 3C, that is , the output voltage to the speaker 1 is set such that the sound wave waveform is obtained as a sine wave of a predetermined cycle. Therefore, as shown in FIGS. 3A and 3B, the control of the output voltage is repeated a plurality of times.
[0020]
As a method of eliminating the deviation described in the above embodiment , as an example, a proportional control or a PID control that finds an amplitude difference between waveforms on a time axis and adjusts a voltage output according to the amplitude difference is used. .
[0021]
Further, the above method is an analog method, but digital signal processing is also possible. In this case, a microcomputer capable of arithmetically processing a deviation and an output voltage based on the deviation is used as the control unit 3, and the speaker 1 and the microphone 2 are not shown with respect to the output unit and the input unit of the control unit 3. It is connected via an I / O interface including a D / A converter and an A / D converter.
The control unit 3 calculates a deviation between the waveform of the received sound wave and a predetermined waveform (one cycle of a sine wave) based on the output signal from the microphone 2, and outputs the deviation to the speaker 1 to eliminate the deviation. A voltage correction amount for the voltage is set and output to the speaker 1.
In digital control, control time is longer than in analog control. However, this problem can be processed in a short time by using a commonly used sampling theorem (sampling theorem).
[0022]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, by selecting the diameter of the pipeline to be investigated and the frequency of the sound wave to be transmitted, a voltage waveform from which one cycle of a sine wave sound wave corresponding to the diameter and the frequency is obtained is extracted. Then, voltage control corresponding to the voltage waveform is performed. As a result, it is possible to prevent the resolution at the time of identifying the reflected sound wave from being lowered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a sound wave type pipeline inspection system according to the present invention.
FIG. 2 is a table showing a waveform table used in the configuration shown in FIG. 1; FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the system shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a timing chart showing a waveform of a transmitted sound wave in a pipeline and a waveform of a voltage applied for transmitting the sound wave.
[Explanation of symbols]
1 Speaker as sounding means 2 Microphone as sound collecting means 3 Control unit 4 Pipe diameter input key 5 Frequency input key

Claims

管路の一端より当該管路内にパルス状の音波を送出する発音手段、前記管路の一端において前記管路内で反射したパルス状の音波を集音する集音手段を用いて上記パルス状の音波が送出されてから集音されるまでの時間と音速値とから管路内部を調査する音波式管路調査システムにおいて、
上記発音手段が出力側に接続され、入力側には管路口径選択手段および上記発音手段から送出される音波の周波数選択手段がそれぞれ接続されている制御部を備え、
上記制御部は、所定の音波波形を得るために上記管路口径と上記音波の周波数とで設定された電圧波形を予め登録しておき、選択された管路口径と音波の周波数とから上記電圧波形を選択して出力することを特徴とする音波式管路調査システム。The sound generating means for transmitting a pulsed sound wave from one end of the pipe into the pipe, and the pulse-shaped sound collecting means for collecting the pulsed sound wave reflected in the pipe at one end of the pipe. In a sound wave type pipe line survey system for investigating the inside of a pipe line from the time until the sound is collected after the sound wave is transmitted and the sound velocity value,
The sound generating means is connected to an output side, and the input side includes a control unit to which a pipe diameter selecting means and a frequency selecting means of a sound wave transmitted from the sound generating means are connected, respectively.
The control unit previously registers a voltage waveform set with the pipeline diameter and the frequency of the sound wave in order to obtain a predetermined sound waveform, and calculates the voltage based on the selected pipeline diameter and the frequency of the sound wave. A sonic pipeline inspection system characterized by selecting and outputting a waveform.