JPH0755931A

JPH0755931A - 管路内部状態計測方法および装置

Info

Publication number: JPH0755931A
Application number: JP5199557A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Manabe; 哲也真鍋; Shigeru Tomita; 茂冨田; Takeshi Tsujimura; 健辻村; Tetsuo Yabuta; 哲郎藪田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1993-08-11
Filing date: 1993-08-11
Publication date: 1995-03-03
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: JP3175878B2

Abstract

(57)【要約】【目的】管路内部の状態の計測調査の簡便化および省
力化を可能と、また、被測定管路が長くなった場合でも
管内物体および管端からの反射音波を測定することを可
能とする。【構成】管路の片側から管路内に音波を入射し、前記
入射音波の管路内物体および管端からの時間的に変化す
る反射音波を受信し、音波を入射してから管路内物体お
よび管端からの反射音波が得られるまでの時間を計測す
ることにより、管路内物体および管端の管路の片側から
の位置を計測する管路内部状態計測方法において、管路
内に入射した音波の波形に対する管路内物体および管端
からの反射音波の波形との関係から、管路内物体および
管端を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管路の片側から音波を
入射しその反射波を測定することにより、簡単に地下に
埋設された地下通信管路・上下水道管等の各種管路内部
状態を計測する管路内部状態計測方法および装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、地下通信管路の内部状態を直接的
に計測する方法としては、図８に示すパイプカメラを用
いる方法が知られている。

【０００３】図８において、３１はカメラ、３２は照明
装置、３３はケーブル、３５はモニタ装置、３４はケー
ブル巻取り装置、１０１はへこみ、１０２は異物、１０
３は継手、２００はオペレータである。

【０００４】図８の計測方法は、管内に小さなカメラ３
１および照明装置３２を挿入し、管路内部の状態をオペ
レータ２００が視覚的に観察して、管内の異物の有無、
管路の接続状況、偏平状況等を調査するものである。

【０００５】また、熱交換器用管路等の管路内部の状況
を間接的に計測する方法としては、図９に示す音波の反
射を利用する方法が知られている。

【０００６】図９において、１４１は送波器、１４２は
受波器、１４３はディスプレイ、１４５は蒸気パイプ、
１０２は異物、１０４は穴、２００はオペレータであ
る。

【０００７】図９の計測方法は、管端に設置した送波器
１４１から音波を入射し、受波器１４２で測定した反射
音波の時間的な変化をディスプレイ１４３に表示し、そ
の表示されたデータをオペレータ２００が解析するもの
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記パ
イプカメラを用いる計測方法は、管内部の状態を的確に
把握できるという利点があるものの、カメラ３１、照明
装置３２、モニタ装置３５、ケーブル３３およびケーブ
ル巻取り装置３４から構成される大がかりな装置であ
り、その運搬およびカメラの挿入には、かなりの作業人
員と作業時間を要するという欠点あった。

【０００９】また、前記音波の反射を利用する方法で
は、音波を入射し管内部の物体からの反射音波を得るま
での時間から、管内部の物体の管端からの位置を定量的
に測定できるものの、反射物体の種別を特定するにはデ
ィスプレイに表示された波形から情報を読み取る必要が
あり、オペレータ２００にかなりの熟練を要するという
欠点があった。

【００１０】さらに、図１０に示すように、スピーカ制
御信号と実際に管内に入射される音波波形とは音波発生
器の動特性の影響から異なる波形になってしまい、被測
定管路が長くなった場合、物体からの反射音波と外界か
らの雑音との区別が困難になり、反射物体の位置を計測
することさえできなくなるという欠点があった。

【００１１】本発明は、かかる従来の問題点を解消する
ためになされたものであって、本発明の目的は、管路内
部の状態の計測調査の簡便化および省力化を可能とし、
また、被測定管路が長くなった場合でも管内物体および
管端からの反射音波を測定することを可能とする技術を
提供することにある。

【００１２】本発明の前記目的並びにその他の目的及び
新規な構成は、本明細書の記載及び添付図面によって明
らかにする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の（１）の手段は、管路の片側から管路内に
音波を入射し、前記入射音波の管路内物体および管端か
らの時間的に変化する反射音波を受信し、音波を入射し
てから管路内物体および管端からの反射音波が得られる
までの時間を計測することにより、管路内物体および管
端の管路の片側からの位置を計測する管路内部状態計測
方法において、管路内に入射した音波の波形に対する管
路内物体および管端からの反射音波の波形との関係か
ら、管路内物体および管端を判別することを特徴とす
る。

【００１４】ことを特徴とする。

【００１５】また、前記（１）の手段において、スピー
カ駆動アンプへのスピーカ駆動信号と、該スピーカ駆動
信号により駆動されるスピーカから発する音波の管路内
へ実際に入射する入射波形と理想とする入射波形との誤
差とから得られる関係式を用いてスピーカ駆動信号を修
正することにより、任意な入射波形を生成することを特
徴とする。

【００１６】また、前記（１）に手段において、管路内
部の音波反射物体の種別および位置が既知な管路に入射
する音波の入射波形と、個々の反射物体からの反射波形
とを対にしてメモリレジスタに格納することにより、管
路内部の反射物体および管端に固有な反射音響ダイナミ
クスを獲得し、次いで、被測定管路内に音波を入射する
入射音波の波形と管路内部の反射物体および管端から得
られる反射音波の波形との関係と、メモリレジスタ内に
獲得した音波反射物体および管端の反射音響ダイナミク
スとを比較することにより、管路内部の反射物体および
管端の、種別および位置特定を行うことを特徴とする。

【００１７】前記目的を達成するために、本発明の
（２）の手段は、管路の片側から管路内に音波を入射
し、前記入射音波の管路内物体および管端からの時間的
に変化する反射音波を受信し、音波を入射してから管路
内物体および管端からの反射音波が得られるまでの時間
を計測することにより、管路内物体および管端の管路の
片側からの位置を計測する管路内部状態計測装置におい
て、音波を発生するスピーカと、該スピーカから発射さ
れた音波、および音波の管路内部および管端からの反射
音波を受信する、スピーカの前方に設置されたマイク
と、管路内部の温度を測定するセンサと、スピーカ駆動
信号を増幅するスピーカ駆動アンプと、マイクにおいて
受信した反射音波信号を増幅するマイクアンプと、温度
センサからのセンサ信号を増幅するセンサアンプと、ス
ピーカ駆動信号の生成、反射音波信号およびセンサ信号
の解析を行うＣＰＵと、スピーカ駆動信号および反射音
波信号を格納するメモリレジスタと、前記マイクアンプ
およびセンサアンプの出力信号をディジタル信号に変換
するＡＤ変換器と、ＣＰＵで生成されたスピーカ駆動信
号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、管路内部状
態の計測結果を表示する表示部と、管路内部状態計測装
置の操作を行うための操作部とを具備することを特徴と
する。

【００１８】

【作用】前記手段によれば、測定反射音波から管路内部
の物体および管端の種別と位置を解析演算処理するにあ
たり、反射音波と外界からの雑音との区別が可能である
ような入射音波を意図的に用いることができるので、被
測定管路が長くなった場合でも管内物体および管端から
の反射音波を測定することが可能となり、また、管路内
部の音響反射特性を事前に獲得することができるので、
管路長および管内物体の種別特定・位置計測が可能にな
り、これにより、管路内部の状態の計測調査の簡便化お
よび省力化が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２０】図１は、本発明による音響法を用いた管路
内部状態計測方法の実施例である地下通信管路の内部状
態計測方法の概略構成を示す図である。

【００２１】図１において、１はスピーカ、２はマイ
ク、３は温度センサ、２０，３０はマンホール、２１は
マンホール２０と３０を結ぶ地下通信管路、１０１はへ
こみ、１０２は異物、１０３は継手、Ｐｉ（ｉ＝０，
１，２，３）はマイク２、管内反射物体および管端位
置、ｌｉ（ｉ＝１，２，３）は管内物体および管端のマ
イク２からの位置である。

【００２２】図１において、スピーカ１から入射した音
波は、マイク２があるＰ０を通過し、管内反射物体Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３およびＰ４で反射され、再びマイク２に
おいて測定される。

【００２３】このとき、マイク２において測定される音
波の波形は、図２のようになる。

【００２４】図２は、図１における管路から得られる測
定波形を模擬的に示す図である。

【００２５】図２において、ｒｉ（ｉ＝０，１，２，
３）は、マイク２、管内反射物体および管端位置Ｐｉ
（ｉ＝０，１，２，３）から反射された音波の波形を示
している。

【００２６】そして、管内物体および管端のマイク２か
らの位置ｌｉ（ｉ＝１，２，３）は、音速Ｖと、マイク
２通過音波ｒ０と反射物体および管端から反射された音
波ｒｉ（ｉ＝１，２，３）との時間差ｔｉ（ｉ＝１，
２，３）を求めることにより、以下の式から求められ
る。

【００２７】

【数１】ｉ＝ｔｉ×Ｖ（ｉ＝１，２，３）／２（１）ここで、気体の音速は圧力にほとんど無関係で、絶対温
度の平方根に比例して増加することから、音速Ｖは温度
センサ３により測定した管内温度Ｔより次式を用いて算
出することができる。

【００２８】

【数２】

【００２９】本実施例によれば、管内に音波を入射し、
管路内部の物体からの反射音波を測定し、その反射音波
の時間的な遅延から反射物体の距離を、また、反射音波
の波形より管内物体の違いが認識できる。

【００３０】本実施例では、地下に埋設されたマンホー
ル２０と３０を結ぶ地下通信管路２１内部にへこみ１０
１、異物１０２、および継手１０３がある場合を示して
いるが、一般的な管路の場合でも同様に測定可能であ
る。

【００３１】第３図は、本発明による音響法を用いた管
路内部状態計測方法の実施例である地下通信管路の内部
状態計測方法における、管内へ入射する音波の波形を任
意に生成する手法を示すブロック図である。

【００３２】第３図は、この出願の特許請求の範囲第２
項に対応している。

【００３３】スピーカ制御信号用メモリレジスタからｋ
回目のスピーカ制御信号をｕ^kを取りだし、スピーカを
駆動し音波を発生させる。

【００３４】ただし、ｕは有限時間に得られる、離散時
間系列データを要素としたベクトルを表す。

【００３５】そのとき、マイクにより観測される入射波
形ｙ^kを一時的に入射波形用メモリレジスタに格納す
る。

【００３６】ただし、ｙは有限時間に得られる、離散時
間系列データを要素としたベクトルを表す。

【００３７】次に、目標波形ｙ_dと入射波形ｙ^kとを、そ
れぞれ目標入射波形用メモリレジスタおよび入射波形用
メモリレジスタから取りだし、それらの誤差ｅ^kを求
め、学習オペレータＬにより誤差修正量ｅ^k(mod)

【００３８】

【数３】

【００３９】を求める。

【００４０】ただし、Ｅ，ｅはベクトルを表し、Ｆ_Nは
離散フーリエ変換を行うＮ×Ｎ行列、Ｅ＝Ｆ_Nｅは誤差
ｅの離散フーリエ変換、Ｙｉ，Ｕｉはそれぞれｙ，ｕの
離散フーリエ変換のｉ番目の要素である。

【００４１】（４）式により、求めた誤差修正量ｅ^k(m
od)より制御信号を次式で更新する。

【００４２】

【数４】ｕ^k+1＝ｕ^k＋ｅ^k(mod) （７）最後に更新されたスピーカ制御信号ｕ^k+1をスピーカ制
御信号用メモリレジスタに格納する。

【００４３】ここで、初期スピーカ制御信号ｕ¹には目
標波形ｙｄを用いる。

【００４４】本実施例の入射波形成形方法を用いた場
合、および用いない場合のスピーカ制御信号と入射波形
の関係を図４に示す。

【００４５】第５図は、本発明による音響法を用いた管
路内部状態計測方法の実施例である地下通信管路の内部
状態計測方法における、管内物体および管端の音響反射
ダイナミクス獲得方法のフローチャートを示す図であ
る。

【００４６】第５図は、この出願の特許請求の範囲第３
項に対応している。

【００４７】管内物体および管端の音響反射ダイナミク
スの獲得には、実際に考えられる状況を再現した学習用
模擬管路Ｏｂｊ１，２‥‥ｎを用いて行う。

【００４８】まず初めに、予めメモリレジスタに格納し
ておいた色々なタイプの目標入射波形からランダムに目
標入射波形ｙ^p _dを選択し、ｙ^p _dを実現するスピーカ制御
信号ｕ^p _dを前述の任意波形生成方法により作成する。

【００４９】ただし、ｕ，ｙは、前記した如く有限時間
に得られる、離散時間系列データを要素としたベクトル
を表す。

【００５０】このスピーカ制御信号ｕ^p _dで音波を入射
し、学習用模擬管路Ｏｂｊ１，２‥‥ｎから得られる管
内物体の反射波形Ｒ^p _dを計測する。

【００５１】ただし、Ｒ^p _dは、ある目標波形ｙ^p _dに対す
る反射波ベクトルを表す。

【００５２】各学習用模擬管路Ｏｂｊ１，２‥‥ｎそれ
ぞれに対する、入射波形、反射波形（ｙ^p _d，Ｒ^p _d）をペ
アにして音響反射ダイナミクス用データベースＤＢ１，
ＤＢ２‥‥ＤＢｎに格納する。

【００５３】第６図は、本発明による音響法を用いた管
路内部状態計測方法の実施例である地下通信管路の内部
状態計測方法における、音響反射ダイナミクスに基づい
て反射物体および管端の認識を行う手法のフローチャー
トを示す図である。

【００５４】第６図は、第５図と同様に、この出願の特
許請求の範囲第３項に対応している。

【００５５】まず、目標入射波形ｙ^p _dを目標波形用メモ
リレジスタより選択し、ｙ^p _dを実現するスピーカ制御信
号ｕ^p _dを作成する。

【００５６】次に、このスピーカ制御信号ｕ^p _dによりス
ピーカを駆動し、そのときの管内からの反射音波を測定
する。この測定音波より管内物体および管端の反射音波
ｒ１，ｒ２‥‥ｒｑを抽出する。

【００５７】そして、入射波形ｙ^p _dと反射波形Ｒｉ（ｉ
＝１，２‥‥ｑ−１）をペア（ｙ^p _d，Ｒｉ）（ｉ＝１，
２‥‥ｑ−１）にして、学習用模擬管路より獲得したデ
ータベースＤＢ１，ＤＢ２‥‥ＤＢｎのペア（ｙⁱ _d，Ｒ
ⁱ _d）（ｉ＝１，２‥‥）と次式を用いて比較する。

【００５８】ただし、ｙ、Ｒは前記した如く、ベクトル
を表す。

【００５９】

【数５】Ｊ＝‖Ｒⁱ _dーＲｊ‖ （８）（ｉ，ｊ＝１，２‥‥）ここで、各測定ペア（ｙ^p _d，Ｒｉ）（ｉ＝１，２‥‥ｑ
−１）は、評価値Ｊを最小にするデータペア（ｙⁱ _d，Ｒ
ⁱ _d）（ｉ＝１，２‥‥）を含むデータベースに属するも
のとして、最終的に反射から反射物体を認識する。

【００６０】図７は、本発明による音響法を用いた管路
内部状態計測装置の実施例である地下通信管路の内部状
態計測装置の概略構成を示すブロック図である。

【００６１】図７において、１はスピーカ、２はマイ
ク、３は温度センサ、４１はスピーカ駆動アンプ、４２
はマイクアンプ、４３は温度センサアンプ、５１はディ
ジタル・アナログ変換器、５２，５３はアナログ・ディ
ジタル変換器、６は時変ゲインコントラーラ、７はメモ
リレジスタ、８はＣＰＵ、９はディスプレイ、１０は操
作スイッチである。メモリレジスタ７は、スピーカ制御
信号用メモリレジスタ、入射波形用メモリレジスタ、目
標入射波形用メモリレジスタを含んでいる。

【００６２】図７において、管内への音波を発生するた
めに、メモリレジスタ７に格納されたスピーカ駆動信号
データのディジタル値をディジタル・アナログ変換器５
１により所定のアナログ電圧値に変換し、スピーカ駆動
アンプ４１を通じてスピーカ１を駆動し、管内入射音波
を発生させる。

【００６３】マイク２をスピーカ１の前に直角に配置す
ることによりスピーカ１から発射された入射音波を、管
内からの反射音波と同レベルの波形として受信し、メモ
リレジスタ７に格納する。

【００６４】マイク２において受信する反射音波は、時
間的に増幅率を変化させる時変ゲインコントローラ６に
より制御されるマイクアンプ４２で増幅した後、アナロ
グ・ディジタル変換器５２によりディジタル値に変換さ
れ、演算処理部Ａにあるメモリレジスタ７に格納され
る。

【００６５】また、同時に管内の温度を温度センサ３に
おいて測定し、温度センサアンプ４３で増幅した後、ア
ナログ・ディジタル変換器５３によりディジタル値に変
換され、演算処理部Ａにあるメモリレジスタ７に格納さ
れる。

【００６６】メモリレジスタ７に格納された入射音波、
反射音波および管内温度データは、演算処理部ＡのＣＰ
Ｕ８により処理され反射音波の種別および位置計測結果
はディスプレイに表示される。

【００６７】測定開始・終了および解析操作はディスプ
レイ９に示される手順にそって操作スイッチ１０により
行う。

【００６８】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更死得ること
は言うまでもない。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定反射音波から管路内部の物体および管端の種別と位
置を解析演算処理するにあたり、反射音波と外界からの
雑音との区別が可能であるような入射音波を意図的に用
いることにより、被測定管路が長くなった場合でも管内
物体および管端からの反射音波を測定することが可能と
なる。

【００７０】また、管路内部の音響反射特性を事前に獲
得することにより、管路長および管内物体の種別特定・
位置計測が可能になる。

【００７１】これにより、管路内部の状態の計測調査の
簡便化および省力化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による音響法を用いた管路内部状態計
測方法の実施例である地下通信管路の内部状態計測方法
の概略構成を示す図である。

【図２】図１における管路から得られる測定波形を模
擬的に示す図である。

【図３】本発明による音響法を用いた管路内部状態計
測方法の実施例である地下通信管路の内部状態計測方法
における、管内へ入射する音波の波形を任意に生成する
手法を示すブロック図である。

【図４】図３の入射波形成形方法を用いた場合、およ
び用いない場合のスピーカ制御信号と入射波形の関係を
示す波形図である。

【図５】本発明による音響法を用いた管路内部状態計
測方法の実施例である地下通信管路の内部状態計測方法
における、管内物体および管端の音響反射ダイナミクス
獲得方法のフローチャートを示す図である。

【図６】本発明による音響法を用いた管路内部状態計
測方法の実施例である地下通信管路の内部状態計測方法
における、音響反射ダイナミクスに基づいて反射物体お
よび管端の認識を行う手法のフローチャートを示す図で
ある。

【図７】本発明による音響法を用いた管路内部状態計
測装置の実施例である地下通信管路の内部状態計測装置
の概略構成を示すブロック図である。

【図８】従来技術であるパイプカメラを用いた地下通
信管路の内部状態を直接的に計測する方法の概略構成を
示す図である。

【図９】従来技術である音響法を用いたパイプの内部
状態を検査する方法の概略構成を示す図である。

【図１０】スピーカ駆動アンプおよびスピーカダイナ
ミクスの影響により、スピーカ制御信号を実際の発生音
波波形が異なる様子を模擬的に示す図である。

【符号の説明】

１…スピーカ、２…マイク、３…温度センサ、４１…ス
ピーカ駆動アンプ、４２…マイクアンプ、４３…温度セ
ンサアンプ、５１…ディジタル・アナログ変換器、５
２，５３…アナログ・ディジタル変換器、６…時変ゲイ
ンコントラーラ、７…メモリレジスタ、８…ＣＰＵ、９
…ディスプレイ、１０…操作スイッチ、２０，３０…マ
ンホール、２１…地下通信ケーブル用管路、３１…カメ
ラ、３２…照明装置、３３…ケーブル、３４…ケーブル
巻取り装置、３５…モニタテレビ、１４１…送波器、１
４２…受波器、１４３…ディスプレイ、１４５…蒸気パ
イプ、１０１…へこみ、１０２…異物、１０３…継手、
１０４…穴、２００…オペレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藪田哲郎東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管路の片側から管路内に音波を入射し、
前記入射音波の管路内物体および管端からの時間的に変
化する反射音波を受信し、音波を入射してから管路内物
体および管端からの反射音波が得られるまでの時間を計
測することにより、管路内物体および管端の管路の片側
からの位置を計測する管路内部状態計測方法において、
管路内に入射した音波の波形に対する管路内物体および
管端からの反射音波の波形との関係から、管路内物体お
よび管端を判別することを特徴とする管路内部状態計測
方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、スピー
カ駆動アンプへのスピーカ駆動信号と、該スピーカ駆動
信号により駆動されるスピーカから発する音波の管路内
へ実際に入射する入射波形と理想とする入射波形との誤
差とから得られる関係式を用いてスピーカ駆動信号を修
正することにより、任意な入射波形を生成することを特
徴とする管路内部状態計測方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法において、管路内
部の音波反射物体の種別および位置が既知な管路に入射
する音波の入射波形と、個々の反射物体からの反射波形
とを対にしてメモリレジスタに格納することにより、管
路内部の反射物体および管端に固有な反射音響ダイナミ
クスを獲得し、次いで、被測定管路内に音波を入射する
入射音波の波形と管路内部の反射物体および管端から得
られる反射音波の波形との関係と、メモリレジスタ内に
獲得した音波反射物体および管端の反射音響ダイナミク
スとを比較することにより、管路内部の反射物体および
管端の、種別および位置特定を行うことを特徴とする管
路内部状態計測方法。
【請求項４】管路の片側から管路内に音波を入射し、
前記入射音波の管路内物体および管端からの時間的に変
化する反射音波を受信し、音波を入射してから管路内物
体および管端からの反射音波が得られるまでの時間を計
測することにより、管路内物体および管端の管路の片側
からの位置を計測する管路内部状態計測装置において、
音波を発生するスピーカと、該スピーカから発射された
音波、および音波の管路内部および管端からの反射音波
を受信する、スピーカの前方に設置されたマイクと、管
路内部の温度を測定するセンサと、スピーカ駆動信号を
増幅するスピーカ駆動アンプと、マイクにおいて受信し
た反射音波信号を増幅するマイクアンプと、温度センサ
からのセンサ信号を増幅するセンサアンプと、スピーカ
駆動信号の生成、反射音波信号およびセンサ信号の解析
を行うＣＰＵと、スピーカ駆動信号および反射音波信号
を格納するメモリレジスタと、前記マイクアンプおよび
センサアンプの出力信号をディジタル信号に変換するＡ
Ｄ変換器と、ＣＰＵで生成されたスピーカ駆動信号をア
ナログ信号に変換するＤＡ変換器と、管路内部状態の計
測結果を表示する表示部と、管路内部状態計測装置の操
作を行うための操作部とを具備することを特徴とする管
路内部状態計測装置。