JPH11352001A

JPH11352001A - 漏水検出装置

Info

Publication number: JPH11352001A
Application number: JP15641698A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Miyamoto; 恒夫宮本; Masaji Matsuki; 正司松木; Toru Sano; 透佐野; Takuya Tazaki; 拓也田崎; Shunji Tanamura; 俊二棚村; Fujio Oka; 富士男岡; Yasunari Mori; 康成森; Hirotaka Ohashi; 弘隆大橋; Hideyuki Fujita; 英幸藤田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Tokyo Metropolitan Government
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Tokyo Metropolitan Government
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 1999-12-24
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: JP4094121B2

Abstract

(57)【要約】【課題】漏水部において生じた微弱なドップラー周波
数の信号を容易に検波できるようにする。【解決手段】信号発生器１６の出力した送信信号は、
一部が送信アンテナ１２から地中に放射され、一部が参
照信号発生器２４に入力する。受信アンテナ１４は、送
信信号の地中からの反射信号を受けて復調器２０に受信
信号として入力する。復調器２０は、参照信号発生器２
４からの送信信号と同じ周波数の参照信号と受信アンテ
ナ１４からの受信信号とを混合し、送信信号の成分を除
去した復調信号をプリアンプ５２を介して帯域フィルタ
５４に入力する。帯域フィルタ５４は、地中の漏水部に
より生じたドップラー周波数に対応した成分の信号を透
過させて増幅器５６に入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波を利用して
地中に埋設した水道管からの漏水を検出する漏水検出装
置に係り、特に漏水部における流動により生じたドップ
ラー効果に伴うドップラー周波数を検波して漏水の有無
を検知する漏水検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地中に埋設した水道管からの漏水
を検出する場合、地表面にマイクロホンを押し当て、水
道管から漏れ出る水の音をマイクロホンによって拡大し
て聞き取るようにしていた。しかし、このマイクロホン
によって水の漏れ出る音を聞き取る方法は、漏水の有無
を判断するのに熟練を要することや、道路を通る車両の
騒音や振動が障害となることなどから、検出確度が必ず
しも高くなかった。そこで、本願出願人は、単一周波数
の電磁波を地中に放射してその反射波を受信し、受信し
た反射波から漏水部の流動によるドップラー周波数を検
波し、地中の水道管からの漏水の有無を検知する装置を
開発した（特開平９−５２００号公報）。図４は、従来
の電磁波を用いた漏水検出装置のブロック図である。

【０００３】図４において、漏水検出装置１０は、地中
に電磁波である送信信号を放射する送信アンテナ１２
と、送信アンテナ１２から放射された送信信号の反射波
を受ける受信アンテナ１４とを有している。送信アンテ
ナ１２は、高周波送信信号を生成する発振器などからな
る信号発生器１６に接続してあり、信号発生器１６が出
力した送信信号を地中に放射する。

【０００４】一方、受信アンテナ１４には、受信アンテ
ナ１４が受信した送信信号の反射波である反射信号を増
幅する高周波増幅器(ＲＦ増幅器)１８が接続してあり、
ＲＦ増幅器１８の出力側にＲＦ増幅器１８の出力信号を
受信信号として入力する復調器２０が接続してある。ま
た、復調器２０には、位相シフタ２２を介して参照信号
発生器２４の出力する参照信号が入力するようになって
いる。参照信号発生器２４は、信号発生器１６が接続さ
れていて、信号発生器１６の出力した送信信号の一部が
入力し、送信信号と同じ周波数の信号を参照信号として
出力する。

【０００５】復調器２０は、受信アンテナ１４が受けた
反射信号（受信信号）と位相シフタ２２を介して入力す
る参照信号とを混合し、受信信号から送信信号の成分
(送信信号と同じ位相の信号成分)を除去し、送信信号に
対する位相ずれに応じた復調信号(中間周波(ＩＦ)信号)
をローパスフィルタ２６と増幅器２８とに出力する。ロ
ーパスフィルタ２６は、地中の埋設管や空洞などの固定
的なものからの信号成分(送信信号に対する一定の位相
ずれ成分、すなわち直流成分)を透過し、オシロスコー
プ３０に出力して表示する。また、増幅器２８は、復調
器２０の出力した復調信号を増幅して出力する。そし
て、図示しない作業者は、位相シフタ２２のツマミを介
して位相シフタ２２の出力を調整し、復調器２０の出力
信号のうち、埋設管や空洞などの固定的なものから反射
された信号成分が零となるように、すなわちローパスフ
ィルタ２６の出力が零となるようにする。

【０００６】すなわち、地中に電磁波を放射して地中埋
設管からの漏水を検出する場合、送受信アンテナ間の結
合信号(図５に示した地表面３２で反射されて送信アン
テナ１２から受信アンテナ１４に直接入射する電磁は３
４や、地中３６を通って直接受信アンテナ１４に入る電
磁波３８)、地中３６に存在する配管４０などの人工的
なもの、および地中３６に生じた空洞４２や図示しない
岩石、地層(地質)の変化部などの自然界に存在するもの
などの埋設物からの位相の変化しない固定的な反射信号
を除去し、漏水部４４による信号のみを選択的に抽出す
る。

【０００７】これにより、復調器２０は、漏水部４４の
流動によるドップラー周波数に基づく信号だけを出力
し、この信号が増幅器２８によって増幅される。このよ
うに電磁波を利用にして漏水部からのドップラー効果に
よるドップラー周波数を検波することにより、埋設した
水道管から漏水しているか否かを作業者の熟練度や、道
路を通る車両の影響などを受けることなく検出すること
ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のドッ
プラー周波数を検波する漏水検出装置は、上記したよう
に、作業者が位相シフタ２２のツマミを調整して復調器
２０の出力したＩＦ信号から固定的な反射信号（直流信
号成分）を取り除くようにしているため、（１）電圧比
較器および位相シフタ２２が必要となって回路が複雑と
なること、(２)アンテナの設置状態が変わったときに
は、その都度位相シフタ２２を調整する必要があるこ
と、(３)発振周波数(送信信号の周波数)および位相シフ
タ２２の特性が温度によってドリフトするため、時間の
経過によって微調整が必要となること、(４)そのため
に、アンテナ間結合信号や埋設物などの固定的なものか
ら反射信号などの強い直流信号成分を充分に取り除くこ
とができず、微弱な漏水信号を得るために増幅器２８の
増幅率を大きくすると、増幅器２８の出力が飽和するた
めに増幅率を大きくすることができず、Ｓ／Ｎ比を大き
く取れないこと、などの問題がある。

【０００９】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、漏水部において生じた微弱なド
ップラー周波数の信号を容易に検波できるようにするこ
とを目的としている。また、本発明は、回路の簡素化が
図れ、操作性を改善することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る漏水検出装置は、電磁波からなる送
信信号を地中に放射する送信アンテナと、この送信アン
テナが放射した前記送信信号の反射波を受ける受信アン
テナとを備え、前記受信アンテナが受けた前記反射波に
基づいて、地中埋設管からの漏水の有無を検知する漏水
検出装置において、前記送信アンテナが放射した前記送
信信号と同一周波数の参照信号が参照信号発生器から入
力するとともに、前記受信アンテナから受信信号が入力
し、これらの信号から前記送信信号に対する位相ずれに
応じた復調信号を出力する復調器と、この復調器の出力
した前記復調信号が入力し、復調信号のうち漏水部の流
動により生じたドップラー周波数に対応する成分を透過
される帯域フィルタと、を有する構成にしてある。帯域
フィルタは、帯域周波数が０．５Ｈｚ〜１ｋＨｚのもの
を用いることができる。

【００１１】

【作用】上記のごとく構成した本発明は、復調器の出力
側に帯域フィルタを設け、復調器が出力する復調信号の
うち、漏水部の流動によるドップラー効果によって生じ
たドップラー周波数に対応する成分を透過するようにし
たことにより、ドップラー周波数の検波を容易、確実に
行うことができる。しかも、従来のように復調器に与え
る参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要が
なく、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を簡
素にすることができる。そして、参照信号の位相を調整
する必要がないところから、アンテナの設置状態が変わ
ったり、温度変化により発信周波数がドリフトしたとし
ても、装置を搬入した場所において直ちに漏水検出作業
を行うことができ、メンテナンスフリーとなって操作性
が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタを透過した信
号を増幅する最終段階での増幅率を大きくすることがで
きるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。

【００１２】なお、地中に存在する配管からの漏水を検
出する場合、地中における電磁波の減衰が大きいため、
使用する周波数(送信信号の周波数)は一般に空中探査用
レーダより使用する周波数が低く、また漏水部における
水や土砂の動きの速度も小さいため、ドップラー周波数
も小さくなり、帯域周波数は、直流成分を除去できる
０．５Ｈｚ以上であって、１ｋＨｚ以下でよく、望まし
くは０．５〜１００Ｈｚがよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る漏水検出装置の好ま
しい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
なお、前記従来技術において説明した部分に対応する部
分については、同一の符号を付してその説明を省略す
る。

【００１４】図１は、本発明の実施の形態に係る漏水検
出装置のブロック図である。図１において、漏水検出装
置５０は、位相シフタが省かれていて、復調器２０に参
照信号発生器２４が直接接続してあり、信号発生器１６
の出力する送信信号と同じ周波数の参照信号が参照信号
発生器２４から復調器２０に位相調整されることなく直
接入力するようになっている。そして、復調器２０の出
力側には、ローノイズのプリアンプ５２が接続してあ
り、このプリアンプ５２の出力側に帯域フィルタ５４が
設けてある。この帯域フィルタ５４は、実施の形態の場
合、オペアンプを用いたいわゆるアクティブフィルタで
あって、復調器２０が出力した復調信号(ＩＦ信号)のう
ち、地中の漏水部における水や水と土砂との混合物の動
きにより生じたがドップラー周波数に対応した成分を透
過させるもので、帯域周波数が実施の形態の場合、０．
５〜１ｋＨｚとなっている。さらに、帯域フィルタ５４
の出力側には、増幅器５６が接続してあって、帯域フィ
ルタ５４を透過した信号を増幅できるようにしてある。
そして、増幅器５６の出力は、図示しない漏水判別器や
表示装置、メータなどの表示器、記録装置などに出力さ
れ、漏水の有無の判別に用いられる。

【００１５】このように構成した実施の形態において
は、信号発生器１６が送信信号を生成して出力し、その
一部が送信アンテナ１２を介して地中に放射され、一部
が参照信号発生器２４に与えられる。送信アンテナ１２
から放射された送信信号は、地中に存在する配管や空洞
などの異物や地中の水道管からの水漏れ部から反射さ
れ、反射信号として受信アンテナ１４に到達する。受信
アンテナ１４が受けた反射信号(反射波)は、ＲＦ増幅器
１８によって１０⁴倍程度増幅され、受信信号として復
調器２０に入力される。

【００１６】一方、参照信号発生器２４は、信号発生器
１６から入力した信号を参照信号として、すなわち送信
信号と同一周波数の参照信号を復調器２０に入力する。
復調器２０は、入力された受信信号と参照信号とを混合
して送信信号と同じ位相の信号成分を除去し、送信信号
と位相の異なるＩＦ信号を復調信号としてプリアンプ５
２を介して帯域フィルタ５４に入力する。帯域フィルタ
５４は、プリアンプ５２によって１０倍程度増幅された
復調信号のうち、地中の配管や空洞などからの反射に基
づく直流信号成分と各種の高周波ノイズとを除去し、漏
水に固有な現象を示す周波数、すなわち漏水部における
水(または水と土砂との混合物)の流動によるドップラー
周波数に対応した周波数に対応する０．５Ｈｚ〜１ｋＨ
ｚの信号成分のみを通過させて出力する。そして、帯域
フィルタ５４を透過した信号は、増幅器５６によって１
０⁴倍程度増幅され、表示レベル(数ボルト)の電圧にさ
れて表示器などに送られる。

【００１７】このように、実施の形態においては、位相
シフタによって復調器２０に与える参照信号の位相を調
整することなしに、復調器２０が出力した復調信号から
漏水に基づくドップラー周波数に対応した成分を透過さ
せる帯域フィルタ５４を復調器２０の出力側に設けたこ
とにより、漏水によるドップラー周波数を容易、確実に
検出することができ、地中に埋設した水道管からの漏水
の有無を高精度で容易に判別することができる。

【００１８】しかも、従来のように復調器２０に与える
参照信号の位相を位相シフタによって調整する必要がな
いため、電圧比較器や位相シフタが不要となって回路を
簡素にすることができる。また、参照信号の位相を調整
する必要がないところから、アンテナ１２、１４の設置
状態が変わったり、温度変化により信号発生器１６が出
力する送信信号の発信周波数がドリフトしたとしても、
漏水検出装置５０を搬入した場所において直ちに漏水検
出作業を行うことができ、メンテナンスフリーとなって
操作性が飛躍的に向上する。また、帯域フィルタ５４を
透過した信号を増幅する増幅器５６の増幅率を大きくす
ることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ
る。

【００１９】

【実施例】試験地の深さ１．２ｍの位置に水道管を埋設
し、指定されたアスファルト舗装の工事仕様に基づいて
埋め戻し、アスファルト舗装を施したのち、埋設した水
道管から毎分５リットルの漏水を生じさせ、この漏水を
実施形態に係る漏水検出装置５０を用いて検出する実験
を行った。漏水検出装置５０の作動周波数、すなわち信
号発生器１６が出力する送信信号の周波数を４００ＭＨ
ｚにして漏水の検出を行ったところ、容易に漏水を検出
することができた。

【００２０】図２は、このときの漏水部からの反射信号
の周波数分析を行った結果を示したものであり、横軸が
帯域フィルタ５４を透過した信号の周波数(ドップラー
周波数)を示し(単位はＨｚ)、縦軸が計器の信号振幅
（単位ｍＶ）を示している。図から明らかなように、漏
水部からの反射信号に含まれているドップラー周波数
は、作動周波数が４００ＭＨｚの場合、１０Ｈｚ以下が
主成分であって、２〜５Ｈｚの成分が卓越していること
がわかる。そして、この結果から、漏水部における水
（または水と土砂との混合物）の動き(流動)の速さは、
ほぼ０．１〜０．２ｍ／ｓｅｃであることがわかる。す
なわち、ドップラー周波数ｆ_dは、周知のように次式に
よって求めることができる。

【数１】ｆ_d＝｛（２×ｖ_r）／（Ｃ／ε₂ ^1/2）｝×ｆただし、数式１においてｖ_rは水（または水と土砂の混
合物）の速度であり、Ｃは電磁波の真空中における伝播
速度、ε₂は地中の誘電率、ｆは送信信号の周波数であ
る。

【００２１】そこで、水の速度ｖ_r＝０．１ｍ／ｓｅｃ
と仮定し、大気の誘電率を真空と同じ１としたときの電
磁波の速度Ｃ＝３×１０⁸ｍ／ｓｅｃ、ε₂＝８１、ｆ
＝４００ＭＨｚとすると、ドップラー周は数ｆ_dは、

【数２】ｆ_d＝｛（２×０．１）／（３×１０⁸／８１^1/2）｝×４００×１０⁶ ＝０．２×９×４００×１０⁶／３×１０⁸ ＝２．４Ｈｚとなる。そして、水の速度が０．２ｍ／ｓｅｃと仮定す
れば、ｆ_d＝４．８Ｈｚとなる。

【００２２】図３は、作動周波数に対するドップラー周
波数の値を上記の数式１により求めたもので、横軸に作
動周波数を単位ＭＨｚでとり、縦軸にドップラー周波数
を単位Ｈｚで表している。そして、◆印は水の速度が
０．１ｍ／ｓｅｃ、■印は水の速度が０．２ｍ／ｓｅ
ｃ、×印は水の速度が０．４ｍ／ｓｅｃ、○印は水の速
度が０．５ｍ／ｓｅｃと仮定した場合である。ただし、
水で飽和した地中の誘電率を８１としている。

【００２３】この図３から、作動周波数が４００ＭＨｚ
の場合、水道管から漏れ出た水の速度が０．５ｍ／ｓｅ
ｃのときであっても、計算上のドップラー周波数は１２
Ｈｚであり、図２を考慮すると、帯域フィルタ５４の帯
域周波数を０．５〜５０Ｈｚ程度に設定すればよく、作
動周波数を６００ＭＨｚとした場合、帯域フィルタ５４
の帯域周波数を０．５〜１００Ｈｚ程度の設定すればよ
いことがわかる。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、復調器の出力側に帯域フィルタを設け、復調器が出
力する復調信号のうち、漏水部の流動によるドップラー
効果によって生じたドップラー周波数に対応する成分を
透過するようにしたことにより、ドップラー周波数の検
波を容易、確実に行うことができる。しかも、従来のよ
うに復調器に与える参照信号の位相を位相シフタによっ
て調整する必要がなく、電圧比較器や位相シフタが不要
となって回路を簡素にすることができる。そして、参照
信号の位相を調整する必要がないところから、アンテナ
の設置状態が変わったり、温度変化により発信周波数が
ドリフトしたとしても、直ちに漏水検出作業を行うこと
ができ、メンテナンスフリーとなって操作性が飛躍的に
向上する。また、帯域フィルタを透過した信号を増幅す
る最終段階での増幅率を大きくすることができるため、
Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。

【００２５】なお、地中に存在する配管からの漏水を検
出する場合、地中における電磁波の減衰が大きいため、
使用する周波数(送信信号の周波数)は一般に１ＧＨｚ以
下であり、また漏水部における水や土砂の動きの速度も
小さいため、ドップラー周波数も小さくなり、帯域周波
数の帯域幅は、直流成分を除去できる０．５Ｈｚ以上で
あって、１ｋＨｚ以下でよい。帯域周波数をこのように
設定すればノイズの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る漏水検出装置のブロ
ック図である。

【図２】実施の形態に係る漏水検出装置により検波した
漏水部からの反射信号の周波数分析結果を示す図であ
る。

【図３】漏水検出装置の作動周波数に対するドップラー
周波数の関係を示す図である。

【図４】従来の漏水検出装置のブロック図である。

【図５】電磁波を用いて漏水を検出する原理の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０、５０漏水検出装置１２送信アンテナ１４受信アンテナ１６信号発生器２０復調器２４参照信号発生器５４帯域フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田崎拓也神奈川県横浜市青葉区美しが丘１−12−１ (72)発明者棚村俊二東京都北区滝野川５−54−12−303 (72)発明者岡富士男岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者森康成岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者大橋弘隆東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者藤田英幸東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波からなる送信信号を地中に放射す
る送信アンテナと、この送信アンテナが放射した前記送
信信号の反射波を受ける受信アンテナとを備え、前記受
信アンテナが受けた前記反射波に基づいて、地中埋設管
からの漏水の有無を検知する漏水検出装置において、前記送信アンテナが放射した前記送信信号と同一周波数
の参照信号が参照信号発生器から入力するとともに、前
記受信アンテナから受信信号が入力し、これらの信号か
ら前記送信信号に対する位相ずれに応じた復調信号を出
力する復調器と、この復調器の出力した前記復調信号が入力し、復調信号
のうち漏水部の流動により生じたドップラー周波数に対
応する成分を透過される帯域フィルタと、を有することを特徴とする漏水検出装置。
【請求項２】前記帯域フィルタは、通過帯域が０．５
Ｈｚ〜１ｋＨｚであることを特徴とする請求項１に記載
の漏水検出装置。