JP3630393B2 - 異常箇所検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水、油、あるいはその他の液体またはガス等の気体を通す被検査管としての例えば導管の異常箇所を検出する異常箇所検出装置に関するもので、特に導管の複数箇所において異常箇所からの漏洩音を受信し、受信信号の相互相関関数を計算することから異常箇所の位置を検出する方式を採用した異常箇所検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の異常箇所検出装置としては、特開平５−８７６６９号公報に開示されているように、２つのセンサで受信した受信信号に前処理および後処理を施す異常箇所検出装置が知られている。
図１０は上述した異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１０において、１は導管、２は異常箇所、３ａおよび３ｂは超音波センサ、４は音圧測定器、５は相関器である。
【０００３】
上述した異常箇所検出装置においては、導管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音とともに、上記導管１を伝搬して２つの超音波センサ３ａおよび３ｂで受信される。
受信信号は、雑音を除去するため、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタによりフィルタリングされる。その後、音圧測定器４を経て、相関器５にて相互相関関数が計算され、相互相関関数がピークをとる時間と、上記漏洩音が導管１を伝搬する伝搬速度とから、異常箇所２の位置を特定する。
【０００４】
その他の従来のこの種の異常箇所検出装置としては、特開平８−２２６８６５号公報に開示されているような、２つのセンサで受信した受信信号に前処理および後処理を施す異常箇所検出装置が知られている。
図１１は上述した異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１１において、図１０と同一部分は同一符号を付して示しその説明は省略する。新たな符号として、３ｃは超音波センサである。
【０００５】
上述した異常箇所検出装置においては、導管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音とともに、上記導管１を伝搬して３つの超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃで受信される。
受信信号における雑音を除去するため、受信信号は、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタ、および単一周波数を除去するフィルタによりフィルタリングされる。その後、超音波センサ３ａと３ｂで得られた信号を用いて、相関処理部にて相互相関関数が計算され、さらに後処理部において包絡線検波される。
【０００６】
この相互相関関数の包絡線がピークをとる時間と、２つの超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂとの間の距離とから、異常箇所の伝搬速度を求める。さらに、超音波センサ３ａと３ｃで得られた信号を用いて、相関処理部にて相互相関関数が計算され、さらに後処理部において包絡線検波される。この相互相関関数の包絡線がピークをとる時間と、上述の過程で求めた伝搬速度とから、異常箇所の伝搬速度を求める。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、導管の２箇所で超音波信号を受信し、２つの受信信号に前処理し、次に、前処理した信号を相関処理し、さらに後処理を施すことから、異常箇所２の位置を特定する技術が知られている。
【０００８】
しかしながら、漏洩音の周波数スペクトルは、異常箇所の大きさや形状、および導管中を流れる媒質にかかる圧力により変化するので、予め漏洩音の周波数帯域を正確に予測することはできない。したがって、相関処理の前処理として、予めその帯域が定められたバンドパスフィルタでフィルタリングしても、予め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であるとは限らない。また、予め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であったとしても、雑音も上記周波数帯域を持つ場合もある。
【０００９】
以上のことから、上記バンドパスフィルタのみでは、雑音を除去するには不十分である。したがって、上記バンドパスフィルタにより抽出した信号に対して相関処理を行うことから異常箇所の位置の特定を行ってもその特定精度には問題がある。
【００１０】
また、後処理として、相互相関関数の包絡線を計算し、包絡線がピークをとる時間から異常箇所の位置の特定を行っているが、例えば水道管からの漏水音等の導管からの漏洩音は一般的に周期性のないランダム信号であり、したがって、一つの限られた測定時間において、相互相関関数の包絡線がピークをとる時間から異常箇所２の位置の特定を行っても検査の安定性に乏しいという問題がある。
【００１１】
このように、従来の異常箇所検出装置における相関処理の前処理および後処理の方法は、漏洩音の周波数帯域が未知の場合には適用不可能であり、また、異常箇所からの漏洩音の特徴を十分に考慮したものではなかった。したがって、特に漏洩音の周波数帯域が未知の場合においては、異常箇所の有無の検出精度、および位置の特定精度には問題があった。
【００１２】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、導管の２箇所で異常箇所からの漏洩による漏洩音を受信し、従来とは異なり、漏洩音の周波数帯域が未知の場合にも適用可能で、且つ、異常箇所からの漏洩音の特徴と、導管の異常箇所の検査の際にしばしば問題となるような雑音の特徴とを十分に考慮した前処理を施し、その後に相関処理を行い、さらに後処理を行うことにより、導管における異常箇所の存在の有無と異常箇所の位置の特定の確度や精度を向上すると共に安定した検出を可能とする異常箇所検出装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る異常箇所検出装置は、被検査管に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサを備えると共に、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、漏洩音の受信信号をＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）する演算部、及びその演算結果をもとに周波数帯域が決められたバンドパスフィルタとを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記前処理部は、上記３つの超音波センサで受信した受信信号をＳＴＦＴし、上記３つの全ての超音波センサの内の１つあるいは２つの超音波センサを選択し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して受信時間の範囲で連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた帯域幅とから周波数帯域を設定し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して設定された周波数帯域の全てに共通な周波数帯域を上記バンドパスフィルタの周波数帯域とすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記前処理部は、受信時間の範囲で各周波数成分の振幅が予め決めた振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが予め決められた時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合に、周波数成分が連続的であると判定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記前処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記３つの超音波センサで受信した漏洩音の受信信号をＳＴＦＴした結果における上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値と、予め決められた上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さに関する閾値とを決定することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記信号処理部は、上記相関処理部で演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記後処理部は、３つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサの片方のセンサと、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とするものである。
【００２１】
また、他の発明に係る異常箇所検出装置は、被検査管に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための２つの超音波センサと、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号それぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、漏洩音の受信信号をＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）する演算部、及びその演算結果をもとに周波数帯域が決められたバンドパスフィルタとを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、上記前処理部は、上記２つの超音波センサで受信した受信信号をＳＴＦＴし、上記２つの超音波センサの内の１つあるいは２つの超音波センサを選択し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して受信時間の範囲で連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた帯域幅とから周波数帯域を設定し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して設定された周波数帯域の全てに共通な周波数帯域を上記バンドパスフィルタの周波数帯域とすることを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記前処理部は、受信時間の範囲で各周波数成分の振幅が予め決めた振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが予め決められた時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合に、周波数成分が連続的であると判定することを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記前処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記２つの超音波センサで受信した漏洩音の受信信号をＳＴＦＴした結果における上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値と、予め決められた上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さに関する閾値とを決定することを特徴とするものである。
【００２５】
また、上記信号処理部は、上記相関処理部で演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とするものである。
【００２７】
また、上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするものである。
【００２８】
さらに、上記後処理部は、２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、漏洩音が被検査管を伝搬するときの伝搬速度と、上記２つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置について図１から図８を参照しながら説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１において、１は水、油、あるいはその他の液体またはガス等気体を通す被検査管としての導管、２は上記導管１の異常箇所、６は地中である。
【００３０】
また、図１に示す異常箇所検出装置は、異常箇所２が存在することにより発生する漏洩音を受信するための超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃと、受信装置７とを備えている。
この図１においては、上記導管１が上記地中６に埋もれている場合について示しているが、上記導管１は、そのすべての部分もしくはその一部分が上記地中６より上に存在していても構わない。また、上記異常箇所２が１箇所である場合について述べているが、上記異常箇所２は１箇所でなくても、複数箇所でも構わない。
【００３１】
また、図１において、Ｌ１は超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂの間の導管１に沿った距離、Ｌ２は超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間の導管１に沿った距離であり、ｘは超音波センサ３ａから異常箇所２までの導管１に沿った距離である。
【００３２】
なお、図１において、導管１の中の水、油、あるいはその他の液体またはガス等の気体は、流れていても、流れていなくても構わない。また、流れている場合には、流れの方向はどちら向きでも構わない。
【００３３】
なお、超音波は、人間の耳に聞こえない程度に高い周波数の音波や弾性波を指す言葉として使われるが、この発明では、周波数は特に規定しないものとする。すなわち、この発明における「超音波」という文言には、人間の耳で聞こえる周波数の上限の限界よりも高い周波数の音波や弾性波に限らず、この上限よりも低い周波数の音波や弾性波も含めた波という意味を含んでおり、無論、人間の耳で聞こえる周波数の下限の限界よりも低い周波数の音波や弾性波という意味も含む。
【００３４】
また、図１においては、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃが導管１に当てて置かれている場合を示しているが、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１の３箇所において漏洩音を受信することが目的であり、この目的が達成できるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１に直接接触していなくても構わない。また、この目的が達成できるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１の内部に配置されても構わない。
【００３５】
ここで、異常箇所２と、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃとの位置関係について説明する。
３つの超音波センサの内の２つの超音波センサ、例えば図１における超音波センサ３ｂと３ｃとの間は、地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である。異常箇所２は、３つの超音波センサの内の上記２つの超音波センサ以外の超音波センサ、例えば図１における超音波センサ３ａと、上記２つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサに近い方の超音波センサ、例えば、図１における超音波センサ３ｂとの間に位置している。
【００３６】
図１において、受信装置７は、３つの受信部７１と、信号処理部７２と、報知手段としての表示部７３と、制御部７４とを含む。
超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、受信部７１に接続されている。受信部７１は信号処理部７２に接続されている。信号処理部７２は表示部７３に接続されている。
【００３７】
制御部７４は、受信部７１、信号処理部７２、および表示部７３に接続されており、検査を行うための情報やコマンドが入力され、また、受信部７１、信号処理部７２、および表示部７３に対し、これらの動作を制御するための制御信号や、検査の進行状況の情報に関する信号を、逐次送受信してこれらの制御を司る。
【００３８】
また、受信部７１は、図示はしないが、受信信号を増幅するためのアンプと、Ａ／Ｄ変換部とを含む。
信号処理部７２は、受信信号をフィルタリングするための前処理部７２ａと、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで受信した３つの受信信号の内の２つの信号の相互相関関数を計算するための相関処理部７２ｂと、相互相関関数に包絡線検波等の処理を行うための後処理部７２ｃとを含む。前処理部７２ａは、相関処理部７２ｂに接続されており、相関処理部７２ｂは、後処理部７２ｃに接続されている。また、上記信号処理部７２は、図示はしていないが、内部にメモリを有する。このメモリに演算処理された種々の結果が適宜記憶される。
【００３９】
また、信号処理部７２における前処理部７２ａは、図示はしないが、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号について、ＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を演算する演算装置と、その演算結果をもとに周波数帯域が決められ、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号において、上記周波数帯域の成分のみを通過させるバンドパスフィルタとを含んでいる。
【００４０】
なお、後述するが、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃの３つの内、２つの超音波センサの間が地表上に露出していてその間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つ、例えば、図１における超音波センサ３ｃを取り除いても、異常箇所２の有無、異常箇所２の位置の特定を行うことができる。このような場合であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃの内の一つを取り除くことにより、検査を容易にし、検査システムを廉価にできるという効果がある。
【００４１】
ここで、漏洩音の特徴、および雑音の特徴について説明する。
漏洩音には、時間的に連続な信号であるという特徴がある。一方、例えば水道管の漏水検査においてしばしば受信される自動車の走行音、一時的な水道使用音等の雑音は、時間的に不連続的な信号であるという特徴がある。
このように、漏洩音と雑音とは、信号の時間的な連続性にそれぞれ特徴を持つ。
【００４２】
次に、図１に示した異常箇所検出装置の動作について、図２〜図８を用いて説明する。
図２は、この発明の実施の形態１の異常箇所検出装置の動作を説明するフローチャートである。
図１において、導管１に異常箇所２が存在すると、上記異常箇所２から漏洩が生じ、それに伴って漏洩音が発生する。発生した漏洩音は、導管１を伝搬して超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで雑音とともに受信される。
【００４３】
まず、制御部７４に、バンドパスフィルタの周波数帯域幅、超音波センサ２ａと超音波センサ２ｂの離間距離、超音波センサ２ｂと超音波センサ２ｃの離間距離、１回の受信で取り込むデータの時間長さ、後述する異常箇所２の位置の特定精度を安定させるためのデータ取り込みの繰り返し回数Ｍ、および漏洩の有無を判断するための予め決められた閾値が入力される（ステップＳ１）。
【００４４】
また、上記１回の受信で取り込むデータの時間長さ、および上記データ取り込みの繰り返し回数Ｍは、許容される検査の安定性、および検査にかかる許容時間により設定され、上記１回の受信における受信時間、上記繰り返し回数を多くすることにより、検査の安定性を増加させることができる。また、許容される検査時間が短ければ、上記１回の受信における受信時間を小さくし、上記繰り返し回数Ｍを少なくすればよい。
【００４５】
また、制御部７４においては、検査を行った日付け、検査を行った時間、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃの種類やシリアルナンバー、検査を行った導管の地図上の位置等の情報の内、すべての情報、あるいは、上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を入力できるようにし、さらに入力した情報を表示部７３に表示できるようにし、さらに、上記入力した情報を、記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ。さらに、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、ある一定期間を過ぎて再度の検査を行う際に、検査データの再現性の確認や経時変化の調査に役立てることもできる。
【００４６】
次に、検査者により、検査開始のタイミングが入力される。上記タイミングの入力は、スイッチのオン・オフにより行われても良いし、例えば検査者の音声や検査者が手を叩いた音をマイクで拾うことにより行われても良い。また、制御部７４にタイマーを備えることにより、上記タイミングが入力されてからある時間が経過した時点で検査が開始されるようにしてもよい。
【００４７】
次に、制御部７４から超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃでの受信を開始するための信号を受信部７１に送信し、超音波センサ２ａ、２ｂおよび２ｃで受信した受信信号を受信部７１に取り込む（ステップＳ２）。受信部７１において、受信信号は増幅された後にＡ／Ｄ変換され、信号処理部７２に含まれる前処理部７２ａに送られ、前処理部７２ａにおいて、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで得られた３つの受信信号は、ＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）される（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、バンドパスフィルタの周波数帯域が決定される（ステップＳ４）。
上記バンドパスフィルタの周波数帯域の決め方について、図３から図７を用いて説明する。
図３は、超音波センサ３ａで受信した受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、および受信信号をＳＴＦＴした結果の例であり、図３（ａ）は、受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、図３（ｂ）は、受信信号をＳＴＦＴした結果である。図３（ｂ）において、縦軸は時間、横軸は周波数であり、各時間における周波数スペクトルの絶対値の振幅が輝度表示されている。
【００４９】
図４は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、および受信信号をＳＴＦＴした結果の例であり、図４（ａ）は、受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、図４（ｂ）は、受信信号をＳＴＦＴした結果である。
【００５０】
図５は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、および受信信号をＳＴＦＴした結果の例であり、図５（ａ）は、受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、図５（ｂ）は、受信信号をＳＴＦＴした結果である。
【００５１】
超音波センサ３ａで受信した受信信号について示している図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、例えば周波数ｆ２の成分のように、図３（ａ）の周波数スペクトルの絶対値において、大きな値を持っていても、図３（ｂ）のＳＴＦＴした結果において、時間に関して連続的でない周波数成分も存在する。
【００５２】
また、例えば周波数ｆ１の成分のように、図３（ａ）の周波数スペクトルの絶対値において、周波数ｆ２の成分ほど大きな値を持っていなくても、図３（ｂ）のＳＴＦＴした結果において、時間に関して連続的な周波数成分も存在する。
したがって、図３（ａ）の周波数スペクトルの絶対値からは、各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができない。
【００５３】
しかし、図３（ｂ）のＳＴＦＴした結果からは、受信信号の時間的な連続性を知ることができるので、漏洩音が時間に関して連続的な信号であり、雑音が時間に関して不連続な信号であるという特徴から各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができる。
【００５４】
例えば、図３（ｂ）からは、漏水音は連続的な信号であることから、周波数ｆ１の成分は漏洩音であるということが分かり、例えば水道管の漏水検査においてしばし問題となる自動車の走行音、一時的な水道使用音等の雑音は、時間的に不連続な信号であることから、周波数ｆ２の成分は雑音であるということが分かる。
【００５５】
以上のように、超音波センサ３ａで受信した受信信号について、各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができる。
同様に、超音波センサ３ｂ、および３ｃで受信した受信信号についても、各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができる。
【００５６】
３つの受信信号のＳＴＦＴの結果から、各受信信号の各周波数成分の連続性を判定し、３つの受信信号の内の１つ、あるいは、２つ以上の受信信号において連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、予め決められたバンドパスフィルタの周波数帯域幅により下限周波数と上限周波数が決定される。
これにより、漏洩音の周波数帯域が未知の場合であっても、漏洩音を効率良く抽出するためのバンドパスフィルタの周波数帯域を設定することができる。
【００５７】
連続性の判定は、３つの受信信号の内の１つの受信信号のみのＳＴＦＴの結果について判定してもよいが、２つ以上の受信信号のＳＴＦＴの結果について判定し、そのそれぞれにおいて、連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、その中心周波数と、予め決められた周波数帯域幅とで決められた周波数帯域を設定し、選択されたすべての受信信号のＳＴＦＴの結果に関して、設定された周波数帯域が比較され、その全てにおいて共通な周波数帯域を、バンドパスフィルタの周波数帯域とすれば、検査の安定性を高めるという効果がさらに生まれる。
【００５８】
ここで、各周波数成分の連続性の判定方法について説明する。
受信時間の範囲において、図２において輝度表示されている各周波数成分の振幅が、予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが、予め決められた上記時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合、この周波数成分は連続的であると判定される。
【００５９】
上記各周波数成分の振幅に関する閾値、各周波数成分の振幅が上記各周波数成分の振幅に関する閾値を越える時間に関する閾値、およびバンドパスフィルタの周波数帯域幅は、予備実験により決められている。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得られた統計データから、異常箇所２の有無を判定するための上記閾値データが予め決められている。
【００６０】
なお、連続性があると判定される周波数は一つでなくても２つ以上でも構わない。
また、上記各周波数成分の振幅に関する閾値は、振幅の絶対値に関するものでもよいし、受信時間の範囲における各周波数成分の絶対値の最大値に対する比であってもよい。
【００６１】
次に、上述したように、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果から各周波数成分の連続性を判定し、その結果をもとにバンドパスフィルタの周波数帯域を決定した結果について図６と図７を用いて説明する。
【００６２】
図６は、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に基づいて各周波数成分の連続性を判定した結果を示すものである。
図６（ａ）は、超音波センサ３ａで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に対して連続性の判定を行ったものであり、周波数ｆ１が連続性があると判定された周波数である。ここで、予め決められた周波数帯域幅から下限周波数をｆｓ１とし、上限周波数をｆｅ１とした周波数帯域が設定される。図６（ａ）において設定された周波数帯域をＢＦａとして同図に示す。
【００６３】
図６（ｂ）は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に対して連続性の判定を行ったものであり、周波数ｆ１、および周波数ｆ３が連続性があると判定された周波数である。ここで、予め決められた周波数帯域幅から、下限周波数をｆｓ１とし、上限周波数をｆｅ１とした周波数帯域と、下限周波数をｆｓ３とし、上限周波数をｆｅ３とした周波数帯域とが設定される。図６（ｂ）において設定された周波数帯域をＢＦｂとして同図に示す。
【００６４】
図６（ｃ）は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に対して連続性の判定を行ったものであり、周波数ｆ１および周波数ｆ４が連続性があると判定された周波数である。ここで、予め決められた周波数帯域幅から、下限周波数をｆｓ４とし、上限周波数をｆｅ４とした周波数帯域が設定される。図６（ｃ）において設定された周波数帯域をＢＦｃとして同図に示す。
【００６５】
次に、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に基づいて設定した周波数帯域ＢＦａ、ＢＦｂ、およびＢＦｃから、バンドパスフィルタの周波数帯域を求めた結果を図７に示す。
【００６６】
図７（ａ）は、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果から設定した周波数帯域ＢＦａ、ＢＦｂ、およびＢＦｃをそれぞれ示すものである。
図７（ｂ）は、図７（ａ）において、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果において設定された周波数帯域ＢＦａ、ＢＦｂ、およびＢＦｃの全てに共通な周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタの周波数帯域をＢＷとして示すものである。
【００６７】
このようにして、前処理部７２ａにおけるバンドパスフィルタの周波数帯域ＢＷが設定され、その周波数帯域ＢＷが決定されたバンドパスフィルタにより、受信信号がフィルタリングされる（ステップＳ５）。
【００６８】
次に、２つの超音波センサ３ｂ、３ｃの間の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つと、前記２つの超音波センサとは異なる他の一つの超音波センサ３ａとの組み合わせ、例えば図１における超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂの組み合わせが選択される（ステップＳ６）。
【００６９】
さらに、２つの超音波センサ３ｂ、３ｃの間の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内、上記の超音波センサの組み合わせにおいて選択されなかった超音波センサ３ｃと、２つの超音波センサの間の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサとは異なる他の一つの組み合わせ、例えば図１における超音波センサ３ａと超音波センサ３ｃの組み合わせが選択される（ステップＳ６）。
【００７０】
ここで、上記２つの超音波センサの組み合わせ、超音波センサ３ａと３ｂの組み合わせと、超音波センサ３ａと３ｃの組み合わせの内、超音波センサ３ａと３ｂの組み合わせについての信号処理方法について説明する。
【００７１】
フィルタリングされた受信信号は、相関処理部７２ｂに送られ、相互相関関数が計算され（ステップＳ７）、相関処理部７２ｂで計算された相互相関関数φ（τ）の計算結果は、後処理部７２ｃに出力される。
【００７２】
次に、後処理部７２ｃの動作について、図８を用いて説明する。
後処理部７２ｃにおいて、上記相互相関関数φ（τ）は包絡線検波される（ステップＳ８）。図８に示すように、上記相互相関関数φ（τ）は、図８に（ａ）示すように多数のピークを持つ関数であるが、包絡線検波されることにより、図８（ｂ）に示すように、少数のピークを持つ関数に変換される。
【００７３】
後処理部７２ｃにおいて、上記包絡線はその都度内部メモリに保存される。それと同時に、包絡線をメモリに保存した回数をカウントする。この回数は、制御部７４から受信部７１に対してデータを取り込むための制御信号を送信した回数と同じである。もし、包絡線をメモリに保存した回数が、予め決められた繰り返し回数Ｍより小さい値であれば、後処理部７２ｃから制御部７４に、再度データの取り込みを行うことを要求する信号を送信する。それに従い、制御部７４からは、受信部７１にデータを取り込むための制御信号を送信する。
【００７４】
以上述べた繰り返しを、上記包絡線をメモリに保存した回数が、予め決められた繰り返し回数Ｍと等しくなるまで行うことにより、包絡線を平均化する（ステップＳ９，Ｓ１０）。上記包絡線をメモリに保存した回数が予め決められた繰り返し回数Ｍと等しくなったら、この繰り返しを終了する。
【００７５】
次に、メモリに保存された上記包絡線は平均化された後、平均化された包絡線のピーク値Ａａｂと、上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｂが求められる。
図９は上記包絡線を平均化した結果を示す図であり、実線は平均化された包絡線、点線は平均化される前の包絡線である。
以上述べた信号処理は、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの組み合わせに関して行われる。
【００７６】
また、超音波センサ３ａおよび３ｂの組み合わせに関して行われるのと平行して、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの組み合わせに関しても行われる。これにより、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの組み合わせに関しても、上記平均化された相互相関関数φ（τ）の包絡線のピーク値Ａａｃと、上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｃが得られる。
【００７７】
次に、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂと、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃの内、いずれか一方、もしくは両方の値が予め決められた異常箇所２の有無を判定するための閾値に比べて大か小かを判定する。これにより、漏洩箇所、つまり異常箇所２の有無が判定される（ステップＳ１１）。
【００７８】
異常箇所２の有無を判定するための上記閾値は、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂに関する閾値であっても、また、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃに関する閾値であってもよい。また、上記閾値は、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂと、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃとの積や和に関する閾値であっても構わない。
【００７９】
また、異常箇所２の有無を判定するための上記閾値は、平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値でなくても、受信信号のレベルに関する閾値であっても良いし、その周波数スペクトルの絶対値に関する閾値、フィルタリングでれたクロススペクトルＣ（ｆ）の絶対値に関する閾値であってもよい。その場合は、前処理部７２の段階で異常箇所２の有無が判定される。
また、異常箇所２の有無に関する判定は、これら全ての閾値の内、いずれか一つによって判定してもよいし、２つあるいは、３つ以上の情報を組み合わせて判定してもよい。
【００８０】
上記閾値は、予備実験により決められている。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得られた統計データから異常箇所２の有無を判定するための上記閾値データが予め決められている。
【００８１】
また、上記閾値は、異常箇所２の有無の判定だけでなく、異常箇所２の形状やサイズをクラス分けするためのものであってもよい。この場合、上記予備実験は、異常箇所２の形状やサイズに関してクラス分けされる各場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。
【００８２】
なお、上記の大小関係に関する情報の内、より多くの情報を組み合わせて異常箇所の有無の判定を行えば、より確度の高い判定を行うことができる効果が得られる。特に、各判定結果について異なる重み付けを行って重み付け多数決の論理を使って判定すれば、上記の３つの判定結果がバラバラの判定結果になったとき、より確度の高い判定結果を得ることができる。重み付け多数決の判定に使う重みの係数については、上述したものと同様の予備実験からきめれば、判定の確度はさらに高くできる。
【００８３】
異常箇所２があると判定された場合、超音波センサ３ａと３ｂとの間の離間距離と、超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間の離間距離と、超音波センサ３ａと３ｂとの間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｂと、超音波センサ３ａと３ｃとの間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｃとから、超音波センサ３ａから異常箇所２までのの導管１に沿った距離ｘが式（１）により特定される。つまり、漏洩箇所の位置が特定される（ステップＳ１２）。
【００８４】
【数１】
【００８５】
なお、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃの３つの内、２つの超音波センサの間が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つ、例えば図１における超音波センサ３ｃを取り除いても、異常箇所２の有無、異常箇所２の位置の特定を行うことができる。例えば、超音波センサ３ｃを取り除いた場合、超音波センサ３ａから異常箇所２までの距離ｘは、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度をｖとし、式（２）で与えられる。これにより、検査を容易にし、検査システムを廉価にできるという効果がある。
【００８６】
【数２】
【００８７】
このように求められた、異常箇所２の有無、および特定された異常箇所２の位置は、表示部７３に出力される（ステップＳ１３）。
表示部７３では、異常箇所２の有無、および特定された異常箇所２の位置を表示する。これらの情報は、単に表示するだけでなく、検査結果の記録として記録、保管しておけば、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つだけでなく、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。
【００８８】
また、表示部７３には、上述したように、異常箇所２の有無に関する情報が入力された。この情報は２値の情報である。したがって、これを光のオン・オフや、表示のほかに警報音のオン・オフなど、検査者の五感に反応する形式で検査者に報知できるように表示部以外に他の報知手段を設けて伝えるようにしても良い。また、検査にかかる許容時間が多い場合には、異常箇所２の有無や、異常箇所２の位置の特定に関する判断を検査者が平均化された包絡線を目で見て判断しても良い。このような場合には言うまでもないが、表示部２において異常箇所２の有無や特定した漏水箇所の表示を行う機能を取り除いても構わない。これにより、装置が低廉化できる作用効果が得られることは言うまでもない。
【００８９】
また、表示部７３において、平均化された包絡線、平均化された包絡線のピーク値、平均化された包絡線がピークになる時間、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで得られた受信信号波形、上記受信信号の周波数スペクトルなどの内、すべての情報、あるいは上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を表示し、これらの情報を、さらに記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ、さらに、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、ある一定期間を過ぎて、再度の検査を行う際に、検査データの再現性の確認や、経時変化の調査に役立てることもできる。
【００９０】
この発明の実施の形態１においては、従来とは異なり、相関処理の前処理に、受信信号をＳＴＦＴした結果からその周波数帯域を決めたバンドパスフィルタを用いているので、従来とは異なり、漏洩音の周波数帯域が未知の場合であっても、バンドパスフィルタの帯域を漏洩音の周波数帯域に設定することができる。さらに、相互相関関数の包絡線を複数回の繰り返し測定から平均化するという平均化処理をさらに行うことによって、漏洩音や雑音がランダムで周期性のない信号であるという問題を克服することができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、漏洩音や雑音の特徴を考慮した信号処理を行うことから、被検査管に存在する異常箇所の有無の判定や、異常箇所の位置の特定を精度良く安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による漏洩箇所検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図１０】従来例に係わる漏洩箇所検出装置を説明するための構成図である。
【図１１】従来例に係わる漏洩箇所検出装置を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１ 導管、２ 漏洩箇所、３ａ 超音波センサ、３ｂ 超音波センサ、３ｃ 超音波センサ、４ 音圧測定器、５ 相関器、６ 地中、７ 受信装置、７１ 受信部、７２信号処理部、７２ａ 前処理部、７２ｂ 相関処理部、７２ｃ 後処理部、７３ 表示部、７４ 制御部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、水、油、あるいはその他の液体またはガス等の気体を通す被検査管としての例えば導管の異常箇所を検出する異常箇所検出装置に関するもので、特に導管の複数箇所において異常箇所からの漏洩音を受信し、受信信号の相互相関関数を計算することから異常箇所の位置を検出する方式を採用した異常箇所検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の異常箇所検出装置としては、特開平５−８７６６９号公報に開示されているように、２つのセンサで受信した受信信号に前処理および後処理を施す異常箇所検出装置が知られている。
図１０は上述した異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１０において、１は導管、２は異常箇所、３ａおよび３ｂは超音波センサ、４は音圧測定器、５は相関器である。
【０００３】
上述した異常箇所検出装置においては、導管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音とともに、上記導管１を伝搬して２つの超音波センサ３ａおよび３ｂで受信される。
受信信号は、雑音を除去するため、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタによりフィルタリングされる。その後、音圧測定器４を経て、相関器５にて相互相関関数が計算され、相互相関関数がピークをとる時間と、上記漏洩音が導管１を伝搬する伝搬速度とから、異常箇所２の位置を特定する。
【０００４】
その他の従来のこの種の異常箇所検出装置としては、特開平８−２２６８６５号公報に開示されているような、２つのセンサで受信した受信信号に前処理および後処理を施す異常箇所検出装置が知られている。
図１１は上述した異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１１において、図１０と同一部分は同一符号を付して示しその説明は省略する。新たな符号として、３ｃは超音波センサである。
【０００５】
上述した異常箇所検出装置においては、導管１に異常箇所２が存在すると、それにより漏洩が生じ、それに伴い漏洩音が発生する。上記漏洩音は、雑音とともに、上記導管１を伝搬して３つの超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃで受信される。
受信信号における雑音を除去するため、受信信号は、予め決められた帯域を持つバンドパスフィルタ、および単一周波数を除去するフィルタによりフィルタリングされる。その後、超音波センサ３ａと３ｂで得られた信号を用いて、相関処理部にて相互相関関数が計算され、さらに後処理部において包絡線検波される。
【０００６】
この相互相関関数の包絡線がピークをとる時間と、２つの超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂとの間の距離とから、異常箇所の伝搬速度を求める。さらに、超音波センサ３ａと３ｃで得られた信号を用いて、相関処理部にて相互相関関数が計算され、さらに後処理部において包絡線検波される。この相互相関関数の包絡線がピークをとる時間と、上述の過程で求めた伝搬速度とから、異常箇所の伝搬速度を求める。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、導管の２箇所で超音波信号を受信し、２つの受信信号に前処理し、次に、前処理した信号を相関処理し、さらに後処理を施すことから、異常箇所２の位置を特定する技術が知られている。
【０００８】
しかしながら、漏洩音の周波数スペクトルは、異常箇所の大きさや形状、および導管中を流れる媒質にかかる圧力により変化するので、予め漏洩音の周波数帯域を正確に予測することはできない。したがって、相関処理の前処理として、予めその帯域が定められたバンドパスフィルタでフィルタリングしても、予め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であるとは限らない。また、予め定めた周波数帯域が漏水音の持つ周波数帯域であったとしても、雑音も上記周波数帯域を持つ場合もある。
【０００９】
以上のことから、上記バンドパスフィルタのみでは、雑音を除去するには不十分である。したがって、上記バンドパスフィルタにより抽出した信号に対して相関処理を行うことから異常箇所の位置の特定を行ってもその特定精度には問題がある。
【００１０】
また、後処理として、相互相関関数の包絡線を計算し、包絡線がピークをとる時間から異常箇所の位置の特定を行っているが、例えば水道管からの漏水音等の導管からの漏洩音は一般的に周期性のないランダム信号であり、したがって、一つの限られた測定時間において、相互相関関数の包絡線がピークをとる時間から異常箇所２の位置の特定を行っても検査の安定性に乏しいという問題がある。
【００１１】
このように、従来の異常箇所検出装置における相関処理の前処理および後処理の方法は、漏洩音の周波数帯域が未知の場合には適用不可能であり、また、異常箇所からの漏洩音の特徴を十分に考慮したものではなかった。したがって、特に漏洩音の周波数帯域が未知の場合においては、異常箇所の有無の検出精度、および位置の特定精度には問題があった。
【００１２】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、導管の２箇所で異常箇所からの漏洩による漏洩音を受信し、従来とは異なり、漏洩音の周波数帯域が未知の場合にも適用可能で、且つ、異常箇所からの漏洩音の特徴と、導管の異常箇所の検査の際にしばしば問題となるような雑音の特徴とを十分に考慮した前処理を施し、その後に相関処理を行い、さらに後処理を行うことにより、導管における異常箇所の存在の有無と異常箇所の位置の特定の確度や精度を向上すると共に安定した検出を可能とする異常箇所検出装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る異常箇所検出装置は、被検査管に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサを備えると共に、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、漏洩音の受信信号をＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）する演算部、及びその演算結果をもとに周波数帯域が決められたバンドパスフィルタとを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記前処理部は、上記３つの超音波センサで受信した受信信号をＳＴＦＴし、上記３つの全ての超音波センサの内の１つあるいは２つの超音波センサを選択し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して受信時間の範囲で連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた帯域幅とから周波数帯域を設定し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して設定された周波数帯域の全てに共通な周波数帯域を上記バンドパスフィルタの周波数帯域とすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記前処理部は、受信時間の範囲で各周波数成分の振幅が予め決めた振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが予め決められた時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合に、周波数成分が連続的であると判定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記前処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記３つの超音波センサで受信した漏洩音の受信信号をＳＴＦＴした結果における上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値と、予め決められた上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さに関する閾値とを決定することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記信号処理部は、上記相関処理部で演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記後処理部は、３つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサの片方のセンサと、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とするものである。
【００２１】
また、他の発明に係る異常箇所検出装置は、被検査管に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための２つの超音波センサと、これら超音波センサによる漏洩音の受信信号それぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、漏洩音の受信信号をＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）する演算部、及びその演算結果をもとに周波数帯域が決められたバンドパスフィルタとを含む前処理部と、上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、上記前処理部は、上記２つの超音波センサで受信した受信信号をＳＴＦＴし、上記２つの超音波センサの内の１つあるいは２つの超音波センサを選択し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して受信時間の範囲で連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた帯域幅とから周波数帯域を設定し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して設定された周波数帯域の全てに共通な周波数帯域を上記バンドパスフィルタの周波数帯域とすることを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記前処理部は、受信時間の範囲で各周波数成分の振幅が予め決めた振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが予め決められた時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合に、周波数成分が連続的であると判定することを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記前処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記２つの超音波センサで受信した漏洩音の受信信号をＳＴＦＴした結果における上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値と、予め決められた上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さに関する閾値とを決定することを特徴とするものである。
【００２５】
また、上記信号処理部は、上記相関処理部で演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とするものである。
【００２７】
また、上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とするものである。
【００２８】
さらに、上記後処理部は、２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、漏洩音が被検査管を伝搬するときの伝搬速度と、上記２つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置について図１から図８を参照しながら説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る異常箇所検出装置を示す構成図である。
図１において、１は水、油、あるいはその他の液体またはガス等気体を通す被検査管としての導管、２は上記導管１の異常箇所、６は地中である。
【００３０】
また、図１に示す異常箇所検出装置は、異常箇所２が存在することにより発生する漏洩音を受信するための超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃと、受信装置７とを備えている。
この図１においては、上記導管１が上記地中６に埋もれている場合について示しているが、上記導管１は、そのすべての部分もしくはその一部分が上記地中６より上に存在していても構わない。また、上記異常箇所２が１箇所である場合について述べているが、上記異常箇所２は１箇所でなくても、複数箇所でも構わない。
【００３１】
また、図１において、Ｌ１は超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂの間の導管１に沿った距離、Ｌ２は超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間の導管１に沿った距離であり、ｘは超音波センサ３ａから異常箇所２までの導管１に沿った距離である。
【００３２】
なお、図１において、導管１の中の水、油、あるいはその他の液体またはガス等の気体は、流れていても、流れていなくても構わない。また、流れている場合には、流れの方向はどちら向きでも構わない。
【００３３】
なお、超音波は、人間の耳に聞こえない程度に高い周波数の音波や弾性波を指す言葉として使われるが、この発明では、周波数は特に規定しないものとする。すなわち、この発明における「超音波」という文言には、人間の耳で聞こえる周波数の上限の限界よりも高い周波数の音波や弾性波に限らず、この上限よりも低い周波数の音波や弾性波も含めた波という意味を含んでおり、無論、人間の耳で聞こえる周波数の下限の限界よりも低い周波数の音波や弾性波という意味も含む。
【００３４】
また、図１においては、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃが導管１に当てて置かれている場合を示しているが、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１の３箇所において漏洩音を受信することが目的であり、この目的が達成できるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１に直接接触していなくても構わない。また、この目的が達成できるならば、上記超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、上記導管１の内部に配置されても構わない。
【００３５】
ここで、異常箇所２と、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃとの位置関係について説明する。
３つの超音波センサの内の２つの超音波センサ、例えば図１における超音波センサ３ｂと３ｃとの間は、地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である。異常箇所２は、３つの超音波センサの内の上記２つの超音波センサ以外の超音波センサ、例えば図１における超音波センサ３ａと、上記２つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサに近い方の超音波センサ、例えば、図１における超音波センサ３ｂとの間に位置している。
【００３６】
図１において、受信装置７は、３つの受信部７１と、信号処理部７２と、報知手段としての表示部７３と、制御部７４とを含む。
超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃは、受信部７１に接続されている。受信部７１は信号処理部７２に接続されている。信号処理部７２は表示部７３に接続されている。
【００３７】
制御部７４は、受信部７１、信号処理部７２、および表示部７３に接続されており、検査を行うための情報やコマンドが入力され、また、受信部７１、信号処理部７２、および表示部７３に対し、これらの動作を制御するための制御信号や、検査の進行状況の情報に関する信号を、逐次送受信してこれらの制御を司る。
【００３８】
また、受信部７１は、図示はしないが、受信信号を増幅するためのアンプと、Ａ／Ｄ変換部とを含む。
信号処理部７２は、受信信号をフィルタリングするための前処理部７２ａと、超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで受信した３つの受信信号の内の２つの信号の相互相関関数を計算するための相関処理部７２ｂと、相互相関関数に包絡線検波等の処理を行うための後処理部７２ｃとを含む。前処理部７２ａは、相関処理部７２ｂに接続されており、相関処理部７２ｂは、後処理部７２ｃに接続されている。また、上記信号処理部７２は、図示はしていないが、内部にメモリを有する。このメモリに演算処理された種々の結果が適宜記憶される。
【００３９】
また、信号処理部７２における前処理部７２ａは、図示はしないが、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号について、ＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を演算する演算装置と、その演算結果をもとに周波数帯域が決められ、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号において、上記周波数帯域の成分のみを通過させるバンドパスフィルタとを含んでいる。
【００４０】
なお、後述するが、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃの３つの内、２つの超音波センサの間が地表上に露出していてその間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つ、例えば、図１における超音波センサ３ｃを取り除いても、異常箇所２の有無、異常箇所２の位置の特定を行うことができる。このような場合であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃの内の一つを取り除くことにより、検査を容易にし、検査システムを廉価にできるという効果がある。
【００４１】
ここで、漏洩音の特徴、および雑音の特徴について説明する。
漏洩音には、時間的に連続な信号であるという特徴がある。一方、例えば水道管の漏水検査においてしばしば受信される自動車の走行音、一時的な水道使用音等の雑音は、時間的に不連続的な信号であるという特徴がある。
このように、漏洩音と雑音とは、信号の時間的な連続性にそれぞれ特徴を持つ。
【００４２】
次に、図１に示した異常箇所検出装置の動作について、図２〜図８を用いて説明する。
図２は、この発明の実施の形態１の異常箇所検出装置の動作を説明するフローチャートである。
図１において、導管１に異常箇所２が存在すると、上記異常箇所２から漏洩が生じ、それに伴って漏洩音が発生する。発生した漏洩音は、導管１を伝搬して超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃで雑音とともに受信される。
【００４３】
まず、制御部７４に、バンドパスフィルタの周波数帯域幅、超音波センサ２ａと超音波センサ２ｂの離間距離、超音波センサ２ｂと超音波センサ２ｃの離間距離、１回の受信で取り込むデータの時間長さ、後述する異常箇所２の位置の特定精度を安定させるためのデータ取り込みの繰り返し回数Ｍ、および漏洩の有無を判断するための予め決められた閾値が入力される（ステップＳ１）。
【００４４】
また、上記１回の受信で取り込むデータの時間長さ、および上記データ取り込みの繰り返し回数Ｍは、許容される検査の安定性、および検査にかかる許容時間により設定され、上記１回の受信における受信時間、上記繰り返し回数を多くすることにより、検査の安定性を増加させることができる。また、許容される検査時間が短ければ、上記１回の受信における受信時間を小さくし、上記繰り返し回数Ｍを少なくすればよい。
【００４５】
また、制御部７４においては、検査を行った日付け、検査を行った時間、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃの種類やシリアルナンバー、検査を行った導管の地図上の位置等の情報の内、すべての情報、あるいは、上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を入力できるようにし、さらに入力した情報を表示部７３に表示できるようにし、さらに、上記入力した情報を、記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ。さらに、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、ある一定期間を過ぎて再度の検査を行う際に、検査データの再現性の確認や経時変化の調査に役立てることもできる。
【００４６】
次に、検査者により、検査開始のタイミングが入力される。上記タイミングの入力は、スイッチのオン・オフにより行われても良いし、例えば検査者の音声や検査者が手を叩いた音をマイクで拾うことにより行われても良い。また、制御部７４にタイマーを備えることにより、上記タイミングが入力されてからある時間が経過した時点で検査が開始されるようにしてもよい。
【００４７】
次に、制御部７４から超音波センサ３ａ、３ｂおよび３ｃでの受信を開始するための信号を受信部７１に送信し、超音波センサ２ａ、２ｂおよび２ｃで受信した受信信号を受信部７１に取り込む（ステップＳ２）。受信部７１において、受信信号は増幅された後にＡ／Ｄ変換され、信号処理部７２に含まれる前処理部７２ａに送られ、前処理部７２ａにおいて、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで得られた３つの受信信号は、ＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ−ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）される（ステップＳ３）。
【００４８】
次に、バンドパスフィルタの周波数帯域が決定される（ステップＳ４）。
上記バンドパスフィルタの周波数帯域の決め方について、図３から図７を用いて説明する。
図３は、超音波センサ３ａで受信した受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、および受信信号をＳＴＦＴした結果の例であり、図３（ａ）は、受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、図３（ｂ）は、受信信号をＳＴＦＴした結果である。図３（ｂ）において、縦軸は時間、横軸は周波数であり、各時間における周波数スペクトルの絶対値の振幅が輝度表示されている。
【００４９】
図４は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、および受信信号をＳＴＦＴした結果の例であり、図４（ａ）は、受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、図４（ｂ）は、受信信号をＳＴＦＴした結果である。
【００５０】
図５は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、および受信信号をＳＴＦＴした結果の例であり、図５（ａ）は、受信信号をフーリエ変換して求めた周波数スペクトルの絶対値、図５（ｂ）は、受信信号をＳＴＦＴした結果である。
【００５１】
超音波センサ３ａで受信した受信信号について示している図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、例えば周波数ｆ２の成分のように、図３（ａ）の周波数スペクトルの絶対値において、大きな値を持っていても、図３（ｂ）のＳＴＦＴした結果において、時間に関して連続的でない周波数成分も存在する。
【００５２】
また、例えば周波数ｆ１の成分のように、図３（ａ）の周波数スペクトルの絶対値において、周波数ｆ２の成分ほど大きな値を持っていなくても、図３（ｂ）のＳＴＦＴした結果において、時間に関して連続的な周波数成分も存在する。
したがって、図３（ａ）の周波数スペクトルの絶対値からは、各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができない。
【００５３】
しかし、図３（ｂ）のＳＴＦＴした結果からは、受信信号の時間的な連続性を知ることができるので、漏洩音が時間に関して連続的な信号であり、雑音が時間に関して不連続な信号であるという特徴から各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができる。
【００５４】
例えば、図３（ｂ）からは、漏水音は連続的な信号であることから、周波数ｆ１の成分は漏洩音であるということが分かり、例えば水道管の漏水検査においてしばし問題となる自動車の走行音、一時的な水道使用音等の雑音は、時間的に不連続な信号であることから、周波数ｆ２の成分は雑音であるということが分かる。
【００５５】
以上のように、超音波センサ３ａで受信した受信信号について、各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができる。
同様に、超音波センサ３ｂ、および３ｃで受信した受信信号についても、各周波数成分が漏洩音か雑音かを判定することができる。
【００５６】
３つの受信信号のＳＴＦＴの結果から、各受信信号の各周波数成分の連続性を判定し、３つの受信信号の内の１つ、あるいは、２つ以上の受信信号において連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、予め決められたバンドパスフィルタの周波数帯域幅により下限周波数と上限周波数が決定される。
これにより、漏洩音の周波数帯域が未知の場合であっても、漏洩音を効率良く抽出するためのバンドパスフィルタの周波数帯域を設定することができる。
【００５７】
連続性の判定は、３つの受信信号の内の１つの受信信号のみのＳＴＦＴの結果について判定してもよいが、２つ以上の受信信号のＳＴＦＴの結果について判定し、そのそれぞれにおいて、連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、その中心周波数と、予め決められた周波数帯域幅とで決められた周波数帯域を設定し、選択されたすべての受信信号のＳＴＦＴの結果に関して、設定された周波数帯域が比較され、その全てにおいて共通な周波数帯域を、バンドパスフィルタの周波数帯域とすれば、検査の安定性を高めるという効果がさらに生まれる。
【００５８】
ここで、各周波数成分の連続性の判定方法について説明する。
受信時間の範囲において、図２において輝度表示されている各周波数成分の振幅が、予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが、予め決められた上記時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合、この周波数成分は連続的であると判定される。
【００５９】
上記各周波数成分の振幅に関する閾値、各周波数成分の振幅が上記各周波数成分の振幅に関する閾値を越える時間に関する閾値、およびバンドパスフィルタの周波数帯域幅は、予備実験により決められている。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得られた統計データから、異常箇所２の有無を判定するための上記閾値データが予め決められている。
【００６０】
なお、連続性があると判定される周波数は一つでなくても２つ以上でも構わない。
また、上記各周波数成分の振幅に関する閾値は、振幅の絶対値に関するものでもよいし、受信時間の範囲における各周波数成分の絶対値の最大値に対する比であってもよい。
【００６１】
次に、上述したように、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果から各周波数成分の連続性を判定し、その結果をもとにバンドパスフィルタの周波数帯域を決定した結果について図６と図７を用いて説明する。
【００６２】
図６は、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に基づいて各周波数成分の連続性を判定した結果を示すものである。
図６（ａ）は、超音波センサ３ａで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に対して連続性の判定を行ったものであり、周波数ｆ１が連続性があると判定された周波数である。ここで、予め決められた周波数帯域幅から下限周波数をｆｓ１とし、上限周波数をｆｅ１とした周波数帯域が設定される。図６（ａ）において設定された周波数帯域をＢＦａとして同図に示す。
【００６３】
図６（ｂ）は、超音波センサ３ｂで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に対して連続性の判定を行ったものであり、周波数ｆ１、および周波数ｆ３が連続性があると判定された周波数である。ここで、予め決められた周波数帯域幅から、下限周波数をｆｓ１とし、上限周波数をｆｅ１とした周波数帯域と、下限周波数をｆｓ３とし、上限周波数をｆｅ３とした周波数帯域とが設定される。図６（ｂ）において設定された周波数帯域をＢＦｂとして同図に示す。
【００６４】
図６（ｃ）は、超音波センサ３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に対して連続性の判定を行ったものであり、周波数ｆ１および周波数ｆ４が連続性があると判定された周波数である。ここで、予め決められた周波数帯域幅から、下限周波数をｆｓ４とし、上限周波数をｆｅ４とした周波数帯域が設定される。図６（ｃ）において設定された周波数帯域をＢＦｃとして同図に示す。
【００６５】
次に、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果に基づいて設定した周波数帯域ＢＦａ、ＢＦｂ、およびＢＦｃから、バンドパスフィルタの周波数帯域を求めた結果を図７に示す。
【００６６】
図７（ａ）は、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果から設定した周波数帯域ＢＦａ、ＢＦｂ、およびＢＦｃをそれぞれ示すものである。
図７（ｂ）は、図７（ａ）において、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで受信した受信信号をＳＴＦＴした結果において設定された周波数帯域ＢＦａ、ＢＦｂ、およびＢＦｃの全てに共通な周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタの周波数帯域をＢＷとして示すものである。
【００６７】
このようにして、前処理部７２ａにおけるバンドパスフィルタの周波数帯域ＢＷが設定され、その周波数帯域ＢＷが決定されたバンドパスフィルタにより、受信信号がフィルタリングされる（ステップＳ５）。
【００６８】
次に、２つの超音波センサ３ｂ、３ｃの間の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つと、前記２つの超音波センサとは異なる他の一つの超音波センサ３ａとの組み合わせ、例えば図１における超音波センサ３ａと超音波センサ３ｂの組み合わせが選択される（ステップＳ６）。
【００６９】
さらに、２つの超音波センサ３ｂ、３ｃの間の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内、上記の超音波センサの組み合わせにおいて選択されなかった超音波センサ３ｃと、２つの超音波センサの間の領域が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサとは異なる他の一つの組み合わせ、例えば図１における超音波センサ３ａと超音波センサ３ｃの組み合わせが選択される（ステップＳ６）。
【００７０】
ここで、上記２つの超音波センサの組み合わせ、超音波センサ３ａと３ｂの組み合わせと、超音波センサ３ａと３ｃの組み合わせの内、超音波センサ３ａと３ｂの組み合わせについての信号処理方法について説明する。
【００７１】
フィルタリングされた受信信号は、相関処理部７２ｂに送られ、相互相関関数が計算され（ステップＳ７）、相関処理部７２ｂで計算された相互相関関数φ（τ）の計算結果は、後処理部７２ｃに出力される。
【００７２】
次に、後処理部７２ｃの動作について、図８を用いて説明する。
後処理部７２ｃにおいて、上記相互相関関数φ（τ）は包絡線検波される（ステップＳ８）。図８に示すように、上記相互相関関数φ（τ）は、図８に（ａ）示すように多数のピークを持つ関数であるが、包絡線検波されることにより、図８（ｂ）に示すように、少数のピークを持つ関数に変換される。
【００７３】
後処理部７２ｃにおいて、上記包絡線はその都度内部メモリに保存される。それと同時に、包絡線をメモリに保存した回数をカウントする。この回数は、制御部７４から受信部７１に対してデータを取り込むための制御信号を送信した回数と同じである。もし、包絡線をメモリに保存した回数が、予め決められた繰り返し回数Ｍより小さい値であれば、後処理部７２ｃから制御部７４に、再度データの取り込みを行うことを要求する信号を送信する。それに従い、制御部７４からは、受信部７１にデータを取り込むための制御信号を送信する。
【００７４】
以上述べた繰り返しを、上記包絡線をメモリに保存した回数が、予め決められた繰り返し回数Ｍと等しくなるまで行うことにより、包絡線を平均化する（ステップＳ９，Ｓ１０）。上記包絡線をメモリに保存した回数が予め決められた繰り返し回数Ｍと等しくなったら、この繰り返しを終了する。
【００７５】
次に、メモリに保存された上記包絡線は平均化された後、平均化された包絡線のピーク値Ａａｂと、上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｂが求められる。
図９は上記包絡線を平均化した結果を示す図であり、実線は平均化された包絡線、点線は平均化される前の包絡線である。
以上述べた信号処理は、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの組み合わせに関して行われる。
【００７６】
また、超音波センサ３ａおよび３ｂの組み合わせに関して行われるのと平行して、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの組み合わせに関しても行われる。これにより、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの組み合わせに関しても、上記平均化された相互相関関数φ（τ）の包絡線のピーク値Ａａｃと、上記平均化された包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｃが得られる。
【００７７】
次に、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂと、超音波センサ３ａおよび超音波センサ３ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃの内、いずれか一方、もしくは両方の値が予め決められた異常箇所２の有無を判定するための閾値に比べて大か小かを判定する。これにより、漏洩箇所、つまり異常箇所２の有無が判定される（ステップＳ１１）。
【００７８】
異常箇所２の有無を判定するための上記閾値は、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂに関する閾値であっても、また、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃに関する閾値であってもよい。また、上記閾値は、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｂの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｂと、超音波センサ２ａおよび超音波センサ２ｃの間の平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値Ａａｃとの積や和に関する閾値であっても構わない。
【００７９】
また、異常箇所２の有無を判定するための上記閾値は、平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値でなくても、受信信号のレベルに関する閾値であっても良いし、その周波数スペクトルの絶対値に関する閾値、フィルタリングでれたクロススペクトルＣ（ｆ）の絶対値に関する閾値であってもよい。その場合は、前処理部７２の段階で異常箇所２の有無が判定される。
また、異常箇所２の有無に関する判定は、これら全ての閾値の内、いずれか一つによって判定してもよいし、２つあるいは、３つ以上の情報を組み合わせて判定してもよい。
【００８０】
上記閾値は、予備実験により決められている。この予備実験は、異常箇所２が存在する場合と、実質上、存在しない場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。このような予備実験から得られた統計データから異常箇所２の有無を判定するための上記閾値データが予め決められている。
【００８１】
また、上記閾値は、異常箇所２の有無の判定だけでなく、異常箇所２の形状やサイズをクラス分けするためのものであってもよい。この場合、上記予備実験は、異常箇所２の形状やサイズに関してクラス分けされる各場合について、この実施の形態１に係わる異常箇所検出装置と同じか、または、同様の異常箇所検出装置を用いて行われる。
【００８２】
なお、上記の大小関係に関する情報の内、より多くの情報を組み合わせて異常箇所の有無の判定を行えば、より確度の高い判定を行うことができる効果が得られる。特に、各判定結果について異なる重み付けを行って重み付け多数決の論理を使って判定すれば、上記の３つの判定結果がバラバラの判定結果になったとき、より確度の高い判定結果を得ることができる。重み付け多数決の判定に使う重みの係数については、上述したものと同様の予備実験からきめれば、判定の確度はさらに高くできる。
【００８３】
異常箇所２があると判定された場合、超音波センサ３ａと３ｂとの間の離間距離と、超音波センサ３ｂと超音波センサ３ｃの間の離間距離と、超音波センサ３ａと３ｂとの間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｂと、超音波センサ３ａと３ｃとの間の平均化された相互相関関数の包絡線がピークになるときの超音波センサ３ａでの受信時間に対する遅延時間τａｃとから、超音波センサ３ａから異常箇所２までのの導管１に沿った距離ｘが式（１）により特定される。つまり、漏洩箇所の位置が特定される（ステップＳ１２）。
【００８４】
【数１】
なお、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度が既知であれば、超音波センサ３ａ、３ｂ、３ｃの３つの内、２つの超音波センサの間が地表上に露出していて、その間に異常箇所がないことが目視により判断できる領域等の、異常箇所２がないことが既知である領域である２つの超音波センサの内の一つ、例えば図１における超音波センサ３ｃを取り除いても、異常箇所２の有無、異常箇所２の位置の特定を行うことができる。例えば、超音波センサ３ｃを取り除いた場合、超音波センサ３ａから異常箇所２までの距離ｘは、漏洩音が導管１を伝搬するときの伝搬速度をｖとし、式（２）で与えられる。これにより、検査を容易にし、検査システムを廉価にできるという効果がある。
【００８６】
【数２】
このように求められた、異常箇所２の有無、および特定された異常箇所２の位置は、表示部７３に出力される（ステップＳ１３）。
表示部７３では、異常箇所２の有無、および特定された異常箇所２の位置を表示する。これらの情報は、単に表示するだけでなく、検査結果の記録として記録、保管しておけば、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つだけでなく、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。
【００８８】
また、表示部７３には、上述したように、異常箇所２の有無に関する情報が入力された。この情報は２値の情報である。したがって、これを光のオン・オフや、表示のほかに警報音のオン・オフなど、検査者の五感に反応する形式で検査者に報知できるように表示部以外に他の報知手段を設けて伝えるようにしても良い。また、検査にかかる許容時間が多い場合には、異常箇所２の有無や、異常箇所２の位置の特定に関する判断を検査者が平均化された包絡線を目で見て判断しても良い。このような場合には言うまでもないが、表示部２において異常箇所２の有無や特定した漏水箇所の表示を行う機能を取り除いても構わない。これにより、装置が低廉化できる作用効果が得られることは言うまでもない。
【００８９】
また、表示部７３において、平均化された包絡線、平均化された包絡線のピーク値、平均化された包絡線がピークになる時間、超音波センサ３ａ、３ｂ、および３ｃで得られた受信信号波形、上記受信信号の周波数スペクトルなどの内、すべての情報、あるいは上記の情報の内のいずれか１つあるいは２つ以上を表示し、これらの情報を、さらに記録、保管しておけば、検査の安定性が増すばかりでなく、異常箇所の発生傾向に関するデータベースの構築に役立つ、さらに、ある一定期間後の定期検査の際の参照データとして役立つ作用効果を奏する。また、ある一定期間を過ぎて、再度の検査を行う際に、検査データの再現性の確認や、経時変化の調査に役立てることもできる。
【００９０】
この発明の実施の形態１においては、従来とは異なり、相関処理の前処理に、受信信号をＳＴＦＴした結果からその周波数帯域を決めたバンドパスフィルタを用いているので、従来とは異なり、漏洩音の周波数帯域が未知の場合であっても、バンドパスフィルタの帯域を漏洩音の周波数帯域に設定することができる。さらに、相互相関関数の包絡線を複数回の繰り返し測定から平均化するという平均化処理をさらに行うことによって、漏洩音や雑音がランダムで周期性のない信号であるという問題を克服することができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、漏洩音や雑音の特徴を考慮した信号処理を行うことから、被検査管に存在する異常箇所の有無の判定や、異常箇所の位置の特定を精度良く安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による漏洩箇所検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１における信号処理方法を説明するための説明図である。
【図１０】従来例に係わる漏洩箇所検出装置を説明するための構成図である。
【図１１】従来例に係わる漏洩箇所検出装置を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１ 導管、２ 漏洩箇所、３ａ 超音波センサ、３ｂ 超音波センサ、３ｃ 超音波センサ、４ 音圧測定器、５ 相関器、６ 地中、７ 受信装置、７１ 受信部、７２信号処理部、７２ａ 前処理部、７２ｂ 相関処理部、７２ｃ 後処理部、７３ 表示部、７４ 制御部。
Claims (14)
- 被検査管に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための３つの超音波センサを備えると共に、
これら超音波センサによる漏洩音の受信信号をそれぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、
漏洩音の受信信号をＳＴＦＴ（Short-time Fourier Transform）する演算部、及びその演算結果をもとに周波数帯域が決められたバンドパスフィルタを含む前処理部と、
上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部と
を備え、
上記前処理部は、上記３つの超音波センサで受信した受信信号をＳＴＦＴし、上記３つの全ての超音波センサの内の１つあるいは２つの超音波センサを選択し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して受信時間の範囲で連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた帯域幅とから周波数帯域を設定し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して設定された周波数帯域の全てに共通な周波数帯域を上記バンドパスフィルタの周波数帯域とすることを特徴とする異常箇所検出装置。 - 上記前処理部は、受信時間の範囲で各周波数成分の振幅が予め決めた振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが予め決められた時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合に、周波数成分が連続的であると判定することを特徴とする請求項１に記載の異常箇所検出装置。
- 上記前処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記３つの超音波センサで受信した漏洩音の受信信号をＳＴＦＴした結果における上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値と、予め決められた上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さに関する閾値とを決定することを特徴とする請求項２に記載の異常箇所検出装置。
- 上記信号処理部は、上記相関処理部で演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
- 上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の異常箇所検出装置。
- 上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とする請求項５に記載の異常箇所検出装置。
- 上記後処理部は、３つの超音波センサの内、ある２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、３つの超音波センサの内、上記２つの超音波センサの片方のセンサと、上記２つの超音波センサ以外の超音波センサとで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、上記３つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
- 被検査管に異常箇所が存在することにより発生する漏洩音を受信するための２つの超音波センサと、
これら超音波センサによる漏洩音の受信信号それぞれ受信部を介して入力し信号処理する信号処理部に、
漏洩音の受信信号をＳＴＦＴ（Short-time Fourier Transform）する演算部、及びその演算結果をもとに周波数帯域が決められたバンドパスフィルタとを含む前処理部と、
上記前処理部により前処理された信号から相互相関関数を演算する相関処理部と
を備え、
上記前処理部は、上記２つの超音波センサで受信した受信信号をＳＴＦＴし、上記２つの超音波センサの内の１つあるいは２つの超音波センサを選択し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して受信時間の範囲で連続性があると判定された周波数を中心周波数とし、上記中心周波数と予め決められた帯域幅とから周波数帯域を設定し、選択された超音波センサで受信した受信信号のそれぞれに関して設定された周波数帯域の全てに共通な周波数帯域を上記バンドパスフィルタの周波数帯域とすることを特徴とする異常箇所検出装置。 - 上記前処理部は、受信時間の範囲で各周波数成分の振幅が予め決めた振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さが予め決められた時間の長さに関する閾値よりも大きくなる場合に、周波数成分が連続的であると判定することを特徴とする請求項８に記載の異常箇所検出装置。
- 上記前処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記２つの超音波センサで受信した漏洩音の受信信号をＳＴＦＴした結果における上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値と、予め決められた上記各周波数成分の振幅が予め決めた上記振幅に関する閾値を越える値をとる時間の長さに関する閾値とを決定することを特徴とする請求項９に記載の異常箇所検出装置。
- 上記信号処理部は、上記相関処理部で演算された相互相関関数の包絡線を求め、さらに予め決められた繰り返し回数だけ求められた上記相互相関関数の包絡線を平均化する後処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
- 上記後処理部は、上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値と予め決められたある閾値との大小関係から異常箇所の有無を判定することを特徴とする請求項１１に記載の異常箇所検出装置。
- 上記後処理部は、異常箇所が存在する場合としない場合の予備実験から得られる統計データに基づいて上記平均化された相互相関関数の包絡線のピーク値に関する閾値を決定することを特徴とする請求項１２に記載の異常箇所検出装置。
- 上記後処理部は、２つの超音波センサで受信した受信信号についての上記平均化された相互相関関数の包絡線がピークになる時間と、漏洩音が被検査管を伝搬するときの伝搬速度と、上記２つの超音波センサの各離間距離とから異常箇所の位置を特定することを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の異常箇所検出装置。
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