JP4252222B2 - 管種判別装置 - Google Patents
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Description
本発明は、地中埋設管等の管部材の種類を判別する管種判別装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
新築した家屋等に例えばガス管、水道管を導く場合、埋設管が埋まっている部分を掘削して露出させ、この露出した部分に引込み管を接続して家屋等に引き込んでいる。一般に、道路等には、燃料用ガス(都市ガス)を供給するためのガス用埋設管と、水道水を供給するための水道用埋設管が埋設されており、ガス管(又は水道管)を引き込む場合、ガス用埋設管(又は水道用埋設管)を露出させて引込み管を接続する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、埋設管を露出させてもその外観からはガス用埋設管であるのか、水道用埋設管であるのか判別することが難しく、配管マップが存在して埋設管の管種が記載されている場合、この配管マップを利用して埋設管の管種を判別することができるが、配管マップに未記載の場合、非破壊で管種を判別することが難しく、そのために、引込み管を接続するための施工工事に時間を要し、施工工事が遅れるという問題があった。
【0004】
また、このような埋設管に関し、施工工事を効率良く行うために、埋設管の管種を非破壊で容易に判別することができる装置の実現が望まれているとともに、埋設管の一種のガス埋設管においては、溜まった水によって埋設管が閉塞されないように、管内の水の溜まり量を非破壊で容易に検知することができる装置の実現が望まれている。
【0005】
本発明の目的は、管部材の管種を非破壊で容易に判別することができる管種判別装置を提供することである。
【0006】
本発明は、調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は、前記管部材を通してその管下底面から反射される反射電磁波を処理し、前記送信アンテナから送信された後前記管下底面にて反射されて前記受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、前記管種判定手段は電磁波の前記伝搬時間に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置である。
【0007】
本発明に従えば、送信アンテナから電磁波が送信され、受信アンテナは管部材、例えば埋設管からの反射電磁波を受信し、信号演算処理手段は受信アンテナからの受信信号を処理する。そして、管種判定手段は、信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材を通してその管下底面から反射された反射電磁波を処理して、送信アンテナからの電磁波がこの管下底面に反射された後に受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、管種判定手段は演算した伝搬時間を利用して管種を判定する。ガス用埋設管では管部材内を燃料用ガスが流れるのに対し、水道用埋設管では管部材内を水道水が流れる。電磁波の伝搬速度は管部材内を流れる媒質の比誘電率εに大きく関係し、媒質が水(例えば水道用埋設管)である場合と媒質が燃料用ガス、例えば都市ガス、LPガス(例えばガス用埋設管)である場合とでは、水の比誘電率εwが81(εw=81)であるのに対し燃料用ガスの比誘電率εgは約1(εg≒1)であるので、電磁波の伝搬速度は媒質が燃料用ガスである場合の方が水である場合よりも約9倍速くなり、従って燃料用ガスである場合の方が電磁波の伝搬時間は約1/9となる。このようなことから、管部材の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間を演算し、この伝搬時間に基づいて管部材の管種を判別する、例えばガス用埋設管か水道用埋設管であるかを判別することができる。
【0009】
また、本発明は、調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は前記管部材の管上底面から反射される反射電磁波を処理し、前記管種判定手段は前記反射電磁波の位相に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置である。
本発明に従えば、信号演算処理手段は送信アンテナから送信された後受信アンテナにて受信された受信信号を処理し、管種判定手段は信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は演算処理した電磁波の位相に基づいて管種を判定する。一般的に、反射電磁波の位相は、反射する二層間の境界面における比誘電率の変化状態に関係し、比誘電率が大きな媒質を通して伝搬して比誘電率が小さい媒質との境界面にて反射した場合、電磁波の位相は同位相となるのに対し、比誘電率が小さな媒質を通して伝搬して比誘電率が大きい媒質との境界面にて反射した場合、電磁波の位相は反転して逆位相となる。例えば、埋設管がポリエチレン(比誘電率εp=2.3)から形成され、調べる埋設管が例えば水道用埋設管である場合、流れる媒質が水(比誘電率εw=81)であるので、管部材の管上底面の境界面においては、送信アンテナからの電磁波は比誘電率の小さいポリエチレン製の管部材の壁部を通して比誘電率の大きい水との境界面にて反射されるようになり、従って、電磁波の位相は反転して逆位相となる。これに対して、例えば、埋設管がポリエチレンから形成され、調べる埋設管が例えばガス用埋設管である場合、流れる媒質が燃料用ガス、例えば都市ガス、LPガス(比誘電率εg≒1)であるので、管部材の管上底面の境界面においては、送信アンテナからの電磁波は比誘電率の大きいポリエチレン製の管部材の壁部を通して比誘電率の小さい燃料用ガスとの境界面にて反射されるようになり、従って、電磁波の位相は反転せず同位相となる。このように、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、その処理信号の位相に基づいて管部材の管種を判別する、例えばガス用埋設管か水道用埋設管であるかを判別することができる。
【0015】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う管種判別装置の実施形態について説明する。
管種判別装置の第1の実施形態
まず、図1〜図3を参照して、本発明に従う管種判別装置の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の管種判別装置を簡略的に示す図であり、図2は、図1の管種判別装置を簡略的に示すブロック図であり、図3(a)及び(b)は、管部材によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【0016】
図1及び図2において、第1の実施形態の管種判別装置は装置本体2とアンテナユニット4とから構成され、装置本体2とアンテナユニット4とが伝送コード5を介して接続されている。アンテナユニット4は送信アンテナ6及び受信アンテナ8から構成され、送信アンテナ6からは電磁波が例えば埋設管10に向けて発信され、受信アンテナ8は例えば埋設管10からの反射電磁波を受信する。例えば、調べるべき管部材としての埋設管10の管種を判別する際、図1に示すように、アンテナユニット4は判別すべき埋設管10の外面に接触するように位置付けられる。尚、送信アンテナ6及び受信アンテナ8は、実施形態のように別個のアンテナから構成してもよいが、送信及び受信の兼用アンテナから構成するようにしてもよい。
【0017】
装置本体2は、送信信号生成手段12、信号演算処理手段14、管種判定手段16及び表示手段18を備えている。送信信号生成手段12は所定パルスの送信信号を生成し、生成された送信信号が伝送コード5を通して送信アンテナ6に送給される。また、信号演算処理手段14は、受信アンテナ8から伝送コード5を通して送られてきた受信信号を所要の通りに演算処理し、管種判定手段16はこの処理信号に基づいて後述する如くして管種を判別する。表示手段18は例えば液晶表示装置又はCRTから構成され、信号演算処理手段14により演算処理された信号波形を表示するとともに、埋設管10の管種を表示する。装置本体2は、更に、メモリ20を備え、信号演算処理手段14により演算処理された信号が記憶される。
【0018】
次に、この管種判別装置を用いた管種判別、この実施形態ではガス用埋設管及び水道用埋設管の判別について説明する。例えば、埋設管10の管種を判別する場合、図1に示すように、掘削して埋設管10の一部を地中から露出させ、埋設管10の露出部に管種判別装置のアンテナユニット4を接触させて所定の位置関係に保持し、このような状態にて管種の判別を行う。
【0019】
管種の判別時には、送信信号生成手段12が送信信号を生成し、この送信信号が送信アンテナ6に送られ、この送信信号に基づく電磁波が送信アンテナ6から埋設管10の露出部に向けて送信される。
送信アンテナ6から送信された電磁波は、電磁波が伝搬される媒質の境界面にて反射される。埋設管10が非金属である合成樹脂、例えばポリエチレンから形成され、この埋設管10に燃料用ガス、例えば都市ガス、LPガスが流れる場合(換言すると、ガス用埋設管である場合)、まず、図3(a)に示すように、電磁波が伝搬される埋設管10(ポリエチレン)と燃料用ガスとの境界面P1(即ち、埋設管10の内周面におけるアンテナユニット4と壁面を隔てて対向する部位であって、この部位をこの明細書を通して「管上底面」と称する)にて反射し、次に、図3(b)に示すように、電磁波が伝搬する燃料用ガスと埋設管10(ポリエチレン)との境界面P2(即ち、埋設管10の内周面におけるアンテナユニット4と壁面及び流路を隔てて対向するとともに、上記管上底面と対向する部位であって、この部位をこの明細書を通して「管下底面」と称する)にて反射する。
【0020】
また、埋設管10が合成樹脂、例えばポリエチレンから形成され、この埋設管10に水道水が流れる場合(換言すると、水道用埋設管である場合)、上述したと同様に、まず、図3(a)に示すように、電磁波が伝搬される埋設管10(ポリエチレン)と水道水との境界面P1(即ち、埋設管10の管上底面)にて反射し、次に、図3(b)に示すように、電磁波が伝搬する水道水と埋設管10(ポリエチレン)との境界面P2(即ち、埋設管10の管下底面)にて反射する。
【0021】
埋設管10の管上底面P1及び管下底面P2にて反射された反射電磁波は、アンテナユニット4の受信アンテナ8に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段14に送給され、この信号演算処理手段14にて所要の通りに演算処理され、演算処理された処理信号がメモリ20に記憶される。この処理信号は管種判定手段16に送給され、管種判定手段16はこの処理信号に基づいて管種を判別する。
【0022】
この第1の実施形態では、埋設管10の管下底面P2にて反射された反射電磁波の伝搬時間(送信アンテナ6から送信された後、管下底面P2にて反射して受信アンテナ8に受信されるまでの時間)を利用し、管種の判別が次のように行われる。
埋設管10の管上底面P1からの反射電磁波の第1伝搬時間T1は、
T1=2d/Vp
d:埋設管10の肉厚 Vp:埋設管10中の電磁波伝搬速度となり、埋設管10の材質により異なるが、埋設管10が例えばポリエチレンから形成されている場合、ガス用埋設管であっても水道用埋設管であっても実質上等しい時間となる。
【0023】
また、埋設管10がガス用埋設管である場合に、埋設管10の管下底面P2からの反射電磁波の第2伝搬時間T2gは、
T2g=T1+2D/Vg
T1:第1伝搬時間 D:埋設管10の内径
Vg:ガス中の電磁波伝搬速度[Vg=C/(εg)1/2]
C:3.0×108m/sec
εg:燃料用ガスの比誘電率(空気とほぼ等しく、εg≒1)
となる。
【0024】
埋設管10が水道用埋設管である場合に、埋設管10の管下底面P2からの反射電磁波の第2伝搬時間T2wは、
T2w=T1+2D/Vw
T1:第1伝搬時間 D:埋設管10の内径
Vw:水中の電磁波伝搬速度[Vw=C/(εw)1/2]
C:3.0×108m/sec
εw:水の比誘電率(εw=81)
となる。
【0025】
この第2伝搬時間T2に着目すると、水の比誘電率εwが燃料用ガスの比誘電率εgの約81倍であるので、電磁波の水中の伝搬速度Vwは電磁波の燃料用ガス中の伝搬速度Vgの約1/9となり、従って、埋設管10の肉厚dがその内径Dに比べて充分に小さい(d≪D)と、水道用埋設管10である場合における第2伝搬時間T2wは、ガス用埋設管10である場合における第2伝搬時間T2gの約9倍長くなる。
【0026】
管種判定手段16は、信号演算処理手段14の処理信号、特に埋設管10の管下底面P2からの反射電磁波の第2伝搬時間T2を利用し、この第2伝搬時間T2に基づいて管種を判別し、この第2伝搬時間T2が比較的長いときには水道用埋設管と判定し、比較的短いときにはガス用埋設管と判定する。この管種判定手段16による判定は、例えば、各種内径のガス用及び水道用埋設管の第2伝搬時間T2g,T2wを予めメモリ(図示せず)に記憶し、調べる埋設管10の内径(例えば外径から推測する)に対応するガス用及び水道用埋設管の第2伝搬時間T2g,T2wを読み出し、これら第2伝搬時間T2g,T2wと信号演算処理手段14により演算された第2伝搬時間T2とを対比することによって行うことができ、演算した第2伝搬時間T2がガス用埋設管の第2伝搬時間T2g(又は水道用埋設管の第2伝搬時間T2w)とほぼ等しいと、この管種判定手段16はガス用埋設管(又は水道用埋設管)と判定する。
【0027】
管種判定手段16による判定結果は、判定信号として表示手段18に送給され、表示手段18は判定信号の内容を表示する。従って、作業者は、装置本体2の表示手段18に表示された内容を見ることによって、露出させた埋設管10の種類(この場合、ガス用埋設管であるか水道用埋設管であるか)を非破壊で知ることができる。
【0028】
管種判別装置の第2の実施形態
次に、図4を参照して、本発明に従う管種判別装置の第2の実施形態について説明する。図4は、第2の実施形態の管種判別装置を簡略的に示すブロック図である。尚、以下の説明において、図1及び図2に示す第1の実施形態と実質上同一の部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【0029】
図4において、この第2の実施形態においては、装置本体2Aに水道管表示ランプ32及びガス管表示ランプ34が設けられ、これらランプ32,34が点灯することによって、調べるべき管部材としての埋設管10の種類を表示するように構成されている。この第2の実施形態のその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。
【0030】
この第2の実施形態においても、送信アンテナ6から送信された後埋設管10によって反射された反射電磁波が、受信アンテナ8に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段14に送給され、この信号演算処理手段14にて所要の通りに演算処理され、演算処理された処理信号がメモリ20に記憶される。この処理信号は管種判定手段16Aに送給され、管種判定手段16Aはこの処理信号に基づいて上述した通りにして管種を判別する。この管種判定手段16Aは、調べるべき埋設管10がガス用埋設管であると判定したときにはガス管信号を生成し、このガス管信号をガス管表示ランプ34に送給し、ガス管表示ランプ34が点灯する。一方、調べるべき埋設管10が水道用埋設管であると判定したときには、管種判定手段16Aは水道管信号を生成し、この水道管信号を水道管表示ランプ32に送給し、水道管表示ランプ32が点灯する。このように判定した管種のランプ32,34が点灯するので、作業者は点灯したランプ32,34を見ることによって、管種を容易に知ることができる。
【0031】
液溜まり検知装置を備えた管種判別装置の第3の実施形態
次いで、図5〜図7を参照して、本発明に従う管種判別装置の第3の実施形態について説明する。図5は、第3の実施形態の管種判別装置を簡略的に示すブロック図であり、図6は、管部材内に溜まった液の表面によって反射される反射電磁波を説明するための説明図であり、図7は、図5の管種判別装置による管種判別及び液溜まり検知の動作流れを示すフローチャートである。
【0032】
図5において、この第3の実施形態においては、管種判定手段16Bは、埋設管10内に溜まった液、例えば水の溜まり量を検知するための溜まり検知手段42を含んでいる。この管種判定手段16Bに関連して、更に、入力手段44及びメモリ46が設けられる。入力手段44は例えばテンキー等から構成され、この入力手段44を操作することによって、例えば、調べるべき埋設管10の外径等が入力される。また、メモリ46には、各種の数値、例えば各種外径の埋設管10に対応する第1伝搬時間T1(管部材の管上底面からの反射電磁波の伝搬時間)、それらの埋設管10に対応する、液が存在しないときの第2伝搬時間T2g(ガス用埋設管の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間)及び液が存在するときの第2伝搬時間T2w(水道用埋設管の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間)等が予め記憶されており、入力手段44によって埋設管10の外径を入力操作すると、入力した外径の埋設管に対応するこれら第1及び第2伝搬時間T1,T2g,T2wがこのメモリ46から読み出される。この第3の実施形態のその他の構成は、上述した第1の実施形態と実質上同一である。
【0033】
この第3の実施形態においても、送信アンテナ6から送信された後埋設管10によって反射された反射電磁波が、受信アンテナ8に受信され、受信された受信信号が信号演算処理手段14に送給され、この信号演算処理手段14にて所要の通りに演算処理された後に管種判定手段16Bに送給され、管種判定手段16Bはこの処理信号を利用して、例えば図7に示すフローチャートに沿って埋設管10の管種を判定するとともに、埋設管10内に溜まった水を検知する。
【0034】
図5とともに図7を参照して、管種判定手段16Bは、まず、メモリ46から対応する3つの伝搬時間、即ち第1及び第2伝搬時間T1,T2g、T2wを読み出す(ステップS1)。埋設管10の管種を調べるに際し、この埋設管10の外径を測定し、その外径の大きさを入力手段44によって入力する。ステップS1では、この入力した外径に対応する第1及び第2伝搬時間T1,T2g,T2wが読み出される。
【0035】
信号演算処理手段14は、埋設管10の管上底面P1からの反射電磁波の次の反射電磁波を処理してその伝搬時間を演算し、管種判定手段16Bは、この反射電磁波の伝搬時間を利用して管種及び液の溜まりを検知する。埋設管10がガス用埋設管である場合、管内は燃料用ガスが満たされており、従って、電磁波は管上底面P1にて反射し、次に燃料用ガスを通って管下底面P2にて反射し、管上底面P1の次の反射電磁波は管下底面P2からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、上述したように比較的短い時間となる。また、埋設管10が水道用埋設管である場合、管内は水道水が満たされており、従って、電磁波は管上底面P1にて反射し、次に水道水を通って管下底面P2にて反射し、管上底面P1の次の反射電磁波も管下底面P2からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、上述したように比較的長い時間となる。これに対して、埋設管10がガス用埋設管であって管内部に液、例えば地下水、雨水等の水が溜まっていると、図6に示すように、埋設管10の底部に水が存在しており、従って、電磁波は管上底面P1にて反射し、次に燃料用ガスを通って管内に溜まった水の表面P3にて反射し、管上底面P1の次の反射電磁波は水表面P3からのものとなり、この次の反射電磁波の伝搬時間は、管上底面P1からの反射電磁波の第1伝搬時間T1よりも長く、ガス用埋設管の管下底面P2からの反射電磁波の第2伝搬時間T2gよりも短く、管内部に溜まった水が多いと液面が高くなって上記第1伝搬時間T1に近づき、反対に管内に溜まった水が少ないと液面が低くなって第2伝搬時間T2gに近づく。
【0036】
上述したようなことから、ステップS2において、管種判定手段16Bは、管上底面P1の次の反射電磁波(以下、「処理電磁波」と称する)の伝搬時間とガス埋設管の第2伝搬時間T2gとを対比してほぼ一致するか否かを判断し、ほぼ一致する場合には、ガス用埋設管であって、管内に水が溜まっていないと判定し(ステップS3)、表示手段18は、例えば「ガス用埋設管」と水溜まり高さ「0」、即ち水溜まりなしを表示する。
【0037】
処理電磁波の伝搬時間が第2伝搬時間T2gとほぼ一致しない場合、次に、ステップS5に移り、管種判定手段16Bは、この処理電磁波の伝搬時間と水道用埋設管の第2伝搬時間T2wとを対比してほぼ一致するか否かを判断し、ほぼ一致する場合には、水道用埋設管と判定し(ステップS6)、表示手段18は、例えば「水道用埋設管」と表示する。
【0038】
処理電磁波の伝搬時間が第2伝搬時間T2wともほぼ一致しない場合、ステップS8に移り、この伝搬時間が第1伝搬時間T1とガス用埋設管の第2伝搬時間T2gとの間であるか否かが判断される。そして、この範囲に含まれていると、管種判定手段16Bは、ガス用埋設管であって、管内に水が溜まっていると判定し(ステップS9)、管種判定手段16Bの溜まり検知手段42によって水の溜まり量の演算が行われる(ステップS10)。例えば、第1伝搬時間T1とガス用埋設管の第2伝搬時間T2gから、水が存在しないときの管内の電磁波の伝搬時間を演算し、また第1伝搬時間T1と処理電磁波の伝搬時間から、水が溜まっているときの管内の電磁波の伝搬時間を演算し、これら二つの電磁波の伝搬時間の比を求めることによって、埋設管内の燃料用ガス層の高さHを算出し、埋設管の内径とガス層の高さHとの差を演算して管内の水高さ、即ち水の溜まり量を算出することができ、このようにして管内の水溜まり量を非破壊で検知することができる。このようにして演算して求められた水溜まり量(高さ)は、「ガス用埋設管」の管種ととともに表示手段18に表示される。
【0039】
一方、処理電磁波の伝搬時間が第1伝搬時間T1とガス用埋設管の第2伝搬時間T2gとの間の範囲に含まれていないと、ステップS12に移り、管種判定手段16Bは測定異常と判定し、異常信号を生成し(ステップS13)、この異常信号に基づいて表示手段18は測定異常が発生したことを表示する。
以上の通りであるので、この第3の実施形態では、埋設管を破壊することなく、その管種を判定することができるとともに、管内に溜まった液量を検知することができる。
【0040】
上述した形態の管種判別装置では、上述した記載から容易に理解される如く、管部材の内部に燃料用ガスが流れているガス用埋設管のみならず、使用していない水道用埋設管又はガス用埋設管であって、内部に空気等の気体が存在するものもガス用埋設管と判定するようになり、また管部材の内部に水道水が流れている水道用埋設管のみならず、使用していない水道用埋設管又はガス用埋設管であって、内部に地下水、雨水等が満たされているものも水道用埋設管と判定される。
【0041】
実施例
上述した管種判別装置の効果を確認するために、次の通りの実験を行った。まず、ポリエチレン製管部材に燃料用ガスとしての都市ガスを充填し、充填した管部材の外表面に管種判別装置のアンテナユニットを接触させて送信アンテナから電磁波を発信し、この埋設管からの反射電磁波を受信アンテナで受信し、装置本体の信号演算処理手段にて演算処理した。管部材の外径は165mm、その肉厚は9.8mmであった。また、送信アンテナから中心周波数約1MHzの電磁波を発信させた。
【0042】
都市ガスを充填させた管部材における反射電磁波の受信信号を信号処理演算手段によって演算処理して図8(a)で示す通りの信号波形を得た。
また、同様のポリエチレン製管部材に水道水を満たし、都市ガスの場合と同様に、水道水を満たした管部材の外表面に管種判別装置のアンテナユニットを接触させて送信アンテナから電磁波を発信し、この埋設管からの反射電磁波を受信アンテナで受信し、装置本体の信号演算処理手段にて演算処理した。
【0043】
水道水を満たした管部材における反射電磁波の受信信号を信号処理演算手段によって演算処理して図8(b)で示す通りの信号波形を得た。
図3(a)及び(b)を参照しながら図8(a)及び(b)の実験結果を説明すると、図8(a)及び(b)の信号波形の第1番目の波形部Wa1、Wb1は、管部材の管上底面P1からの反射電磁波である。管上底面P1からの反射電磁波は、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまで、管部材(ポリエチレン)を通して伝送されるので、管内に都市ガス充填した場合も管内に水道水を充填した場合も伝搬時間はほとんど変わらないことが判る。
【0044】
図8(a)及び(b)の信号波形の第1番目の波形部Wa1、Wb1において位相が反転しているが、これは次の理由による。一般に、電磁波は、電磁波が伝搬される媒質の境界面にて反射し、比誘電率が大きい媒質を通して伝搬して比誘電率の小さい媒質との境界面にて反射すると位相は反転しないが、これとは反対に、比誘電率が小さい媒質を通して伝搬して比誘電率の大きい媒質との境界面で反射すると位相が反転する。管部材の管上底面に着目すると、都市ガスが充填されている場合、電磁波は管部材(ポリエチレン:比誘電率εp=2.3)を伝搬して都市ガス(比誘電率εg≒1)との境界面で反射するので、その位相は反転しないが、水道水が満たされている場合、電磁波は管部材(ポリエチレン:比誘電率εp=2.3)を伝搬して水道水(比誘電率εw=81)との境界面で反射するので、その位相は反転する。尚、この位相の反転を利用して管種を判別することも可能である。
【0045】
図8(a)の信号波形の第2番目の波形部Wa2は、管部材の管下底面P2からの反射電磁波である。管部材の管下底面P2からの反射電磁波は、管内の都市ガスを通して伝搬されるので、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間が比較的短く、この実験では1.17nsec(1.17×10−9秒)であった。水道水を満たした管部材では、この管下底面からの反射電磁波は、図8(b)の信号波形の第11番目の波形部Wb11である。水道水を満たした管部材では、反射電磁波は管内の水道水を通して伝搬されるので、送信アンテナから送信された後受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間が比較的長く、この実験では10.46nsecであった。図8(a)及び(b)の結果においてこれら伝搬時間が相違するのは、管部材内の媒質の比誘電率が相違するためであり、都市ガスの比誘電率εgが約1であるのに対し、水道水の比誘電率εwが81であり、これら比誘電率の違いによって水道水を満たした管部材では、管下底面P2からの反射電磁波の伝搬時間が、都市ガスを充填した管部材における対応する伝搬時間の約9倍となっており、このことを利用して管種の判別を行うことが可能であることが実験的にも確認できた。
【0046】
以上、本発明に従う管種判別装置の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
例えば、上述した実施形態では、地中に埋設された埋設管の種類の判別に適用して説明したが、調べるべき管部材は地中に埋設されている必要はなく、露出配管されている管部材の管種を判別する場合にも同様に適用することができる。
【0047】
また、上述した実施形態では、地中埋設管の表面にアンテナユニットを接触させて管種を判別しているが、埋設管を外部に露出させることなく、例えば地表面のアンテナユニットから電磁波を送信するとともに、地中埋設管からの反射電磁波をこのアンテナユニットにて受信するようにしてもよく、更には、地中埋設物を検知するその他のレーダ装置にこのような管種判別装置を搭載するようにしてもよい。
【0048】
また、上述した実施形態では、管部材の管下底面からの反射電磁波の伝搬時間を利用して管種の判別を行っているが、図8(a)及び(b)を用いた説明から理解されるように、管部材の管上底面からの反射電磁波の位相に基づいても管種を非破壊で判別することができる。調べる非金属の管部材(例えばポリエチレン製埋設管)が例えばガス用埋設管か水道用埋設管である場合、管上底面からの反射電磁波の位相が同位相であるとガス用埋設管と判定することができ、管上底面からの反射電磁波の位相が逆位相に反転すると水道用埋設管と判定することができる。
【0049】
また、上述した実施形態では、管部材としてのガス用埋設管と水道用埋設管の判定に適用して説明したが、本発明はこれら埋設管の判定のみならず、その他の管部材の、例えばオイル等の液体を流す管部材の管種の判定等にも広く用いることができる。
【0050】
本発明の請求項1の管種判別装置によれば、信号演算処理手段は管部材からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は信号処理手段からの処理信号を利用して管種を判定するので、非破壊で管種を判別することができる。また、信号演算手段は、管部材の管下底面からの反射電磁波を処理して、送信アンテナからの電磁波がこの管下底面に反射された後に受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、管種判定手段は演算した伝搬時間を利用して管種を判定するので、管種を容易に且つ非破壊で判定することができる。
【0051】
また、本発明の請求項2の管種判別装置によれば、管部材の管上底面からの反射電磁波を処理し、管種判定手段は演算処理した電磁波の位相に基づいて管種を判定するので、管種を容易に且つ非破壊で判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う管種判別装置の第1の実施形態を簡略的に示す図である。
【図2】図1の管種判別装置を簡略的に示すブロック図である。
【図3】図3(a)及び(b)は、それぞれ、管部材によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【図4】本発明に従う管種判別装置の第2の実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図5】本発明に従う管種判別装置の第3の実施形態簡略的に示すブロック図でありる。
【図6】管部材内に溜まった液の表面によって反射される反射電磁波を説明するための説明図である。
【図7】図5の管種判別装置による管種判別及び液溜まり検知の動作流れを示すフローチャートである。
【図8】図8(a)及び(b)は、それぞれ、管種判別装置を用いて管種を判別するときの反射電磁波の信号波形を示す図である。
【符号の説明】
2 装置本体
4 アンテナユニット
6 送信アンテナ
8 受信アンテナ
10 埋設管
12 送信信号生成手段
14 信号演算処理手段
16,16A,16B 管種判定手段
42 溜まり検知手段
Claims (2)
- 調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は、前記管部材を通してその管下底面から反射される反射電磁波を処理し、前記送信アンテナから送信された後前記管下底面にて反射されて前記受信アンテナに受信されるまでの伝搬時間を演算し、前記管種判定手段は電磁波の前記伝搬時間に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置。
- 調べるべき管部材に向けて電磁波を発信する送信アンテナと、前記管部材からの反射電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナの受信信号を所要の通りに処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処理手段の処理信号を利用して前記管部材の管種を非破壊で判定する管種判定手段と、を具備し、前記信号演算処理手段は前記管部材の管上底面から反射される反射電磁波を処理し、前記管種判定手段は前記反射電磁波の位相に基づいて管種を非破壊で判定することを特徴とする管種判別装置。
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