JPH10122845A - 管検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 音響信号により管内に発生した異常の原因を
識別することの可能な管検査装置を提供すること。 【解決手段】 管Ｔの一端Ｔ１に、音響信号の送信子１
４と管内で反射した音響信号の受信子１５とを取り付け
る。この受信子１５により受信された音響信号を表示す
るための表示手段５と、ハイパスフィルター７とを設
け、パーソナルコンピュータ３及びＣＲＴ装置４よりな
る表示手段５により前記フィルター７通過及び未通過の
信号を対比させて表示する。また、受信された音響信号
の特徴部を選択して周波数スペクトルを求めるＦＦＴ手
段２７と、既知の管状況においてサンプリングされた音
響信号の周波数スペクトルを蓄積するメモリ手段２５と
を設け、前記ＦＦＴ手段の信号を前記メモリ手段２５の
信号と順次対比させてＣＲＴ装置４に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管における異物
の係止や異物による配管の封鎖等を検査するための管検
査装置に関するものである。さらに詳しくは、管の一端
に取付可能な音響信号の送信子と、同じく管の一端に取
付可能で管内で反射した音響信号の受信子と、この受信
子により受信された音響信号を表示するための表示手段
とを備えた管検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のごとく、例えばプラント等におけ
る配管は、液体、気体、粉体、粒状体、液体と粉体・粒
状体の混合物等を燃料や原材料として流通させる。この
ような配管に異物が係止したり異物により配管が封鎖し
た場合、配管の流通に支障を来すので、異物を除去する
ために異物の係止位置等を特定する必要がある。

【０００３】しかし、プラント内等で複雑に入り組んだ
不透明な配管を打診などにより検査し、異物の位置を特
定する作業は非常に困難を極める。また、例えば反応塔
や圧力容器等に収納されるような外部から隔離された配
管は、事実上打診等により検査することはできない。

【０００４】一方、打診等によらない音響信号を用いた
管検査の手法としては、例えば、特公平７−１１６８号
（特開昭６１−２９７５７号）公報に記載の如く、音響
パルスにより、管内の状況を検査する方法が提唱されて
いる。同公報によれば、照射波と管内でも反射波との位
相を比較することにより、反射波発生位置で管内空断面
積が大きくなっているのか小さくなっているのかを判定
している。

【０００５】しかし、同じ管内空断面積の増大・減少で
も、異物の係止、配管の潰れ、水又は粒状体の侵入等の
原因が異なることで、その対策も全く異なったものとな
る。したがって、上記公報に記載の如き従来技術では、
管内の異常は認識できるものの、その異常の原因を特定
できず、管補修等の対策を講じるための情報としては不
十分であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術の実状
に鑑みて、本発明は、音響信号により管内に発生した異
常の原因を識別することの可能な管検査装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る管検査装置の特徴は、管の一端に取付
可能な音響信号の送信子と、同じく管の一端に取付可能
で管内で反射した音響信号の受信子と、この受信子によ
り受信された音響信号を表示するための表示手段とを備
えた構成において、受信された音響信号から一部の周波
数をカットするフィルターを設け、前記表示手段により
前記フィルター通過及び未通過の信号を対比させて表示
することにある。

【０００８】発明者らの実験によれば、管直交断面に対
する占有面積の小さな異物として例えば板状体を管長手
方向に向けて管内に係止した場合における反射信号は、
他の原因による反射信号に比較して、低域側周波数の信
号成分が少ないことが判明した。よって、この低域側周
波数の信号を「一部の周波数」としてカット（除去）す
るか、又は、この低域側周波数より周波数の高い信号を
「一部の周波数」としてカットするフィルターを構成
し、当該フィルター「通過及び未通過の信号」を比較す
ることで、反射波の原因が管直交断面に対する占有面積
の小さな異物によるものか否かを判別できる。

【０００９】前記フィルターを構成するに当たっては、
フィルターが受信された音響信号から少なくとも低域側
周波数を前記一部の周波数としてカットすることが望ま
しい。当該構成によれば、フィルター通過後も管直交断
面に対する占有面積の小さな異物に起因する信号が残
り、その判定が容易となるからである。

【００１０】また、本発明に係る管検査装置の他の特徴
は、管の一端に取付可能な音響信号の送信子と、同じく
管の一端に取付可能で管内で反射した音響信号の受信子
と、この受信子により受信された音響信号を表示するた
めの表示手段とを備えた構成において、受信された音響
信号の特徴部を選択して周波数スペクトルを求める周波
数スペクトル解析手段と、既知の管状況においてサンプ
リングされた音響信号の周波数スペクトルを蓄積する既
知信号蓄積手段とを設け、前記周波数スペクトル解析手
段の信号を前記既知信号蓄積手段の信号と順次対比させ
て表示可能に構成したことにある。

【００１１】発明者らの実験によれば、後述するよう
に、水・スラッジによる管閉塞、管端開放、管の潰れ、
板状体等の異物の管内係止に起因する反射信号の周波数
スペクトルにはそれぞれ顕著な特徴のあることが確認さ
れた。よって、ハードディスク等で構成したメモリ手段
による既知信号蓄積手段に既知の原因による周波数スペ
クトルを蓄積し、これらの周波数スペクトルとサンプリ
ング信号の周波数スペクトルとを比較することで、管内
状況を把握できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施形態について説明する。本実施形態及び以下の
実施例では、直径３０ｍｍ程度の鋼管を、検査対象であ
る管Ｔとしている。本実施形態において、管Ｔにおける
一端Ｔ１から他端Ｔ２までの管全長は５ｍである。ま
た、管の途中に変形部を設ける場合には、管の長手方向
における略中央に設ける。一方、管直交断面における占
有面積の少ない異物の例であるコイン等の厚さ数ｍｍ程
度の板状体Ｗを、管長手方向に向けて管Ｔ内に係止させ
る場合には、この一端Ｔ１から板状体Ｗまでの距離は
３．５ｍとしている。管Ｔの他端Ｔ２を水又はスラッジ
で閉塞する場合は、管Ｔを直立させ、水又はスラッジの
入った容器に他端Ｔ２を浸漬させる。

【００１３】本発明に係る管検査装置１は、大略、管の
一端Ｔ１側に取り付けるセンサヘッド２と、パーソナル
コンピューター３及びＣＲＴ装置４よりなる表示手段５
と、発信器６と、フィルター７とを備えている。パーソ
ナルコンピューター３は、汎用品にソフトウェアを組み
込むことによって、以下の各種機能を実現するように構
成してある。

【００１４】先のセンサヘッド２では、ケース１０の内
部に設けた開口部を有する仕切り板１１に送信子たるス
ピーカー１４を支持してある。また、スピーカー１４の
中心部近傍の仕切り板１１から音響信号の送信側に向か
って突出する支持具に、受信子たるマイクロフォン１５
を設けてある。スピーカー１４としては、例えば、汎用
オーディオ機器のトゥイターを用いることができ、ま
た、マイクロフォン１５には汎用のコンデンサマイクロ
フォンを用いることが可能である。ケース１０は、その
前面側に設けられたノズル部に樹脂製の接続チューブ１
２を嵌合させ、この接続チューブをさらに管Ｔの一端Ｔ
１に差し込んで取り付けてある。もちろん、この接続チ
ューブ１２は、適宜、環境に応じて長くすることも可能
である。スピーカー１４から管Ｔ内に発信された音響信
号は、変形部、板状体Ｗ及び管の他端Ｔ２等で反射さ
れ、この反射信号がマイクロフォン１５により受信され
る。

【００１５】先のパーソナルコンピューター３は、操作
部２１の操作により、ドライバ２２を介して発振器６を
駆動させる。発振器６は、例えば、中心周波数１０ｋＨ
ｚ程度の方形波を生成するものであり、この方形波は送
信アンプ６ａにより増幅されスピーカー１４を駆動させ
る。一方、マイクロフォン１５により受信され且つ受信
アンプ７ａにより増幅された反射音響信号は、フィルタ
ー７を通過するか又は未通過の状態で更にＡ／Ｄコンバ
ータ２４を介してメモリチップ又はハードディスク等の
メモリ手段２５に蓄積される。受信音響信号をフィルタ
ー７の通過によりフィルタリングさせるか未通過の状態
でメモリ手段２５に蓄積させるかは、操作部２１を介し
てフィルタを制御することで、適宜選択が可能である。
本実施形態及び以下の実施例では、フィルター７を１０
ｋＨｚ以下の信号のみ通過させるローパスフィルターと
６ｋＨｚ以上の信号を通過させるハイパスフィルターと
により構成してある。これらハイパスフィルター及びロ
ーパスフィルターのしきい値となる周波数は操作部２１
の操作により又はフィルターの直接操作で適宜変更可能
に構成しても良い。後述する試験結果から明らかとなる
ように、板状体Ｗの管内係止は、他の信号に比較して６
ｋＨｚ未満の低域側周波数成分が少ないことから、６ｋ
Ｈｚ未満の信号をローカットすることで、他の管内状況
との区別をすることが容易となる。また、１０ｋＨｚ以
上の高域側周波数をカットするのは、高周波ノイズを除
去するためであり、高周波ノイズが少ない場合はローパ
スフィルターを省略できる。メモリ手段２５に蓄積され
た信号は、処理手段２８により処理された後、例えば、
図２（ａ１）〜（ａ３）及び図３（ａ１），（ａ２）に
示す如き態様で同時にＣＲＴ装置４に表示される。ま
た、フィルター７を通過してフィルタリングされた信号
は、同様に処理手段２８及びＣＲＴ装置４を介して図２
（ｂ１）〜（ｂ３）及び図３（ｂ１），（ｂ２）の如き
態様で表示される。そして、これら図２（ａ１）〜（ａ
３）及び図３（ａ１），（ａ２）のグラフと、図２（ｂ
１）〜（ｂ３）及び図３（ｂ１），（ｂ２）のグラフと
を、ＣＲＴ装置４に同時に表示することによって、フィ
ルター７通過及び未通過の信号を対比させて表示する。

【００１６】フィルター７を未通過の状態でメモリ手段
２５に蓄積された音響信号は、操作部２１の操作により
その特徴部を選択でき、音響信号のうち選択された特徴
部は高速フーリエ変換を行うＦＦＴ手段２７によりその
周波数スペクトルを求められる。特徴部の選択は、ドラ
イバ２２の作動に連動するタイマ２６により一端Ｔ１か
らの特徴部の距離を時間に換算することにより行われ
る。このＦＦＴ手段２７及び処理手段２８により処理さ
れた周波数スペクトルのグラフは、例えば、図４及び図
５の如き態様でＣＲＴ装置４に表示される。また、メモ
リ手段２５の一部を構成するハードディスク等は、図４
に示す音響信号の特徴部の信号のうち、既知の管内状況
においてそれぞれサンプリングされた音響信号の周波数
スペクトルを蓄積している。そして、ＣＲＴ装置４に検
査対象となる音響信号の周波数スペクトルとメモリ手段
２５のハードディスク等に蓄積された既知信号とを順次
対比させることにより、管内状況を推定することができ
るように構成してある。

【００１７】

【実施例】図２（ａ１）〜（ａ３）に、上述の如く構成
した管試験装置のＣＲＴ装置に表示される上記フィルタ
ー７未通過の音響信号の受信波形を示す。図２（ａ１）
は管他端Ｔ２を開放した健全管の場合であり、基準時間
ｔａにおける信号Ｓａはスピーカー１４での発信音を示
し、この時間ｔａが距離の基準となる。また、開放端信
号Ｓ１の時間ｔ１と基準時間ｔａとの差が他端Ｔ２まで
の距離を表す代表値となる。図２（ａ２）の信号Ｓ２は
管Ｔの他端Ｔ２を水に浸漬して管Ｔを水により閉塞した
場合に相当し、図２（ａ３）の信号Ｓ３は管Ｔの他端Ｔ
２をスラッジで閉塞した場合に相当する。一方、図２
（ｂ１）〜（ｂ３）の信号Ｓ１’〜Ｓ３’は、健全管並
びに水閉塞及びスラッジ閉塞の信号Ｓ１〜Ｓ３を上述の
フィルター７を通過させて６ｋＨｚ未満の信号及び１０
ｋＨｚより大きな信号をカットした信号をそれぞれ示
す。フィルター７通過前後の信号をＣＲＴ装置に対比さ
せて表示すると、両者の差の大きいことが明らかとな
る。

【００１８】図３（ａ１），（ａ２）における信号Ｓ４
〜Ｓ６は、同様に上記ＣＲＴ装置に表示される信号であ
って、図１に示す如く管に板状体Ｗをその平面が管の長
手方向に向く姿勢で係止させた場合、及び、同じく管に
板状体Ｗを係止させると共にその手前で管Ｔを直径の半
分に押し潰した場合のそれぞれにおける上記フィルター
７未通過の信号に該当する。

【００１９】一方、図３（ｂ１），（ｂ２）における信
号Ｓ４’〜Ｓ６’は、上記ＣＲＴ装置に表示される信号
であって、上記信号Ｓ４〜Ｓ６をフィルター７に通過さ
せた後のものをそれぞれ示す。板状体Ｗに起因するフィ
ルター通過後の信号Ｓ４’，Ｓ５’は、フィルター通過
前の信号Ｓ４，Ｓ５に比較してあまり大幅に減衰しな
い。一方、板状体Ｗ以外の原因によるフィルター通過後
の信号Ｓ１’〜Ｓ３’，Ｓ６’は、フィルター通過前の
信号Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ６に比較して大幅に減衰している。
かかる差異は、板状体Ｗによる反射信号は、管内面積の
小さな板状体Ｗが６ｋＨｚ未満の低周波数の信号を反射
し難いことに起因する。よって、同じ反射源に基づく音
響信号についてフィルター７通過前後の信号強度を比較
することで、管内の異常が板状体Ｗに起因するものであ
るか否かを判別することが可能となる。

【００２０】図４（ａ）〜（ｄ）に示す周波数スペクト
ルのグラフは、上記図２及び図３における信号Ｓ１〜Ｓ
３、Ｓ６を上記ＦＦＴ手段により周波数解析し、ＣＲＴ
装置に表示したものである。一方、図４（ｅ）に示す周
波数スペクトルのグラフは、管の直径長にわたって板状
体Ｗを係止させた状態での板状体Ｗの受信反射信号Ｓ
４，Ｓ５を上記ＦＦＴ手段により周波数解析したもので
ある。

【００２１】これら図４において（ａ）〜（ｄ）と
（ｅ）との比較により、板状体Ｗに起因する反射信号
は、他の原因による反射信号に比較して周波数スペクト
ル全体における５ｋＨｚ未満の信号成分が相対的に小さ
いことが判明した。この状態を換言すれば、５ｋＨｚ前
後における周波数スペクトルの包絡線Ｅ１，Ｅ２のう
ち、図４（ａ）〜（ｄ）に示す包絡線Ｅ１は全体的に右
下がりになっているのに対し、図４（ｅ）に示す板状体
係止等の包絡線Ｅ２は比較的平坦となっていることを意
味する。よって、５ｋＨｚ未満の信号、望ましくは６ｋ
Ｈｚ未満の信号を上述のフィルター７でローカットした
状態とそのままの状態とを比較することで、板状体Ｗに
よる管内異常を上述の如く判別できることとなる。

【００２２】図４（ａ）の他端Ｔ２開放及び同（ｃ）の
他端Ｔ２のスラッジ閉塞のグループと、同（ｂ）の水閉
塞及び同（ｄ）の管変形のグループとを比較すると、後
者の方が前者よりも１０ｋＨｚより大きな高周波成分が
多いことがわかる。前者では高周波成分が散乱又は吸収
され易いことに起因すると推察される。また、同（ａ）
と同（ｃ）とを比較すると、高周波成分はスラッジに吸
収され易いとしても、開放端よりも反射され易いことが
判明した。さらに、同（ｂ）と同（ｄ）とを比較する
と、水閉塞の場合の方が、管変形による場合よりも高周
波成分をよりフラットに反射し得ることが判明した。す
なわち、種々の原因による反射信号は、その周波数スペ
クトルに原因毎の特徴があり、パターン認識によって各
原因を特定し得ることが確認された。

【００２３】図５は、管直径長にわたって管内部に係止
した板状体Ｗの厚みとフィルター７通過前後の信号にお
ける減衰差との相関を示すグラフである。すなわち、図
３の信号Ｓ４，Ｓ４’の電圧をそれぞれＶ４，Ｖ４’と
すると、減衰差とは、数式２０log(Ｖ4／Ｖ4')[dB]によ
り表現できる。同グラフより、板状体Ｗが厚くなる程、
換言すれば、管直交断面に占める板状体Ｗの面積が増大
する程、フィルター通過前後の信号における減衰差も大
きくなっていることが確認された。よって、フィルター
通過前後の信号の減衰差に基づいて、管内異物の管断面
に占める大凡の大きさを推定することが可能といえる。

【００２４】最後に、本発明のさらに他の実施の形態の
可能性について説明する。上記実施形態及び実施例で
は、プラントにおける直径３０ｍｍ程度の鋼管を検査対
象としたが、本管検査装置は、プラント等以外の種々の
直径の配管にも適用可能である。勿論、本発明では、鋳
鉄、ステンレス鋼、鉛管のほか、ゴム管や樹脂管をも検
査対象とすることができる。また、識別し得る管内状況
としては上記スラッジ・水閉塞や板状体係止等に限られ
ない。管断面方向に対する占有面積の小さな異物の一例
として、板状体を例示したが、この種の異物としては、
例えば、管内部に成長する氷柱や、管内に係止させた針
金等も該当する。

【００２５】上記実施形態では、しきい値の一例たる６
ｋＨｚ未満の信号をローカットするフィルターを通過さ
せた信号を未通過の信号と比較し、信号の減衰率が小さ
な場合には板状体Ｗが係止するような管断面方向に対す
る占有面積の小さな異物であると判定した。しかし、同
しきい値以上の信号をハイカットするフィルターを通過
させた信号を未通過の信号と比較し、信号の減衰率が大
きな場合には管断面方向に対する占有面積の小さな異物
であると判定するように構成してもよい。但し、フィル
ター７通過前後の信号が双方とも確認し易いという点か
ら、上述のローカットを行うハイパスフィルターを用い
る構成が優れている。本発明におけるローカットはパイ
パスと同義であり、ハイカットはローパスと同義であ
る。なお、上記実施形態では、しきい値として６ｋＨｚ
を例示したが、最適なしきい値はもちろんこれに限定さ
れるものではない。

【００２６】上記実施例では、閉塞等の原因となる物質
により、例えば１０ｋＨｚ以上の高域側信号成分の分布
に特徴のあることが見いだされた。よって、例えばしき
い値１０ｋＨｚ程度のローパスフィルター通過前後の信
号の減衰差により、閉塞等の原因となる物質を推定する
ように構成してもよい。

【００２７】フィルター通過及び未通過の信号を対比さ
せて表示するには、これら双方の信号を上述の如く同時
に表示する他、これら双方の信号の差分のみを表示させ
るように構成することも可能である。また、本発明にい
う表示装置とは、ディスプレイ装置のみならず、信号の
強度が一定値を越える場合又は越えない場合に点灯する
発光ダイオード等により構成してもよく、例えば、フィ
ルター通過及び未通過の信号の差分が一定値に満たない
場合に発光ダイオード等の点灯で上述の如き板状体等が
係止している旨を表示するように構成してもよい。差分
のみを表示させる場合には、先のＦＦＴ手段２７を使用
せず、タイマ２６により同一の反射源に基づく信号のみ
を選択させてもよい。

【００２８】上記実施形態では、音響信号の送信子と受
信子とをそれぞれ別体のスピーカーとマイクロフォンと
で構成したが、これら送信子と受信子とは同一のデバイ
スにより構成してもよい。例えば、単一のスピーカーを
送受信子として設け、ボイスコイルにパルス電圧を加え
ると共に、受信音響信号パルスに起因してボイルコイル
両端に生じる電圧を解析するように構成してもよい。

【００２９】

【発明の効果】このように、上記本発明の特徴によれ
ば、フィルター通過又は未通過の信号を対比させること
で、反射信号の原因が管直交断面に対する占有面積の小
さな異物であるか否かを簡単且つ迅速に判定・識別でき
るようになった。その結果、管に係止する異物等の管直
交断面に対する広がりから異物等の大凡の形状等を推定
できるようになった。

【００３０】また、上記本発明の他の特徴によれば、各
管内異常に対応させて記憶させた周波数スペクトルと、
サンプリングされた周波数スペクトルとの比較により、
種々の管内異常の種類を識別することが可能となった。
その結果、管を露出させることなく管内の異常原因を的
確に把握できて、管内の異物除去や管補修に当たり万全
な対策を講じ得るようになった

【００３１】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定さ
れるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる管検査装置の概略を示す論理ブ
ロック図である。

【図２】管に対する音響パルス信号の発信後の受信信号
の時間に対する強度変化を示すグラフであって（ａ１）
〜（ａ３）はフィルタ未通過、（ｂ１）〜（ｂ３）はフ
ィルタ通過後の信号をそれぞれ示すグラフである。

【図３】図２と同趣旨のグラフであって、（ａ１），
（ｂ１）は板状体を係止させた場合、（ａ２），（ｂ
２）はさらに管を変形させた場合に相当する。

【図４】一部の反射信号の周波数スペクトルを示すグラ
フであり、（ａ）は開放端、（ｂ）は水閉塞、（ｃ）は
スラッジ閉塞、（ｄ）は管変形、（ｅ）は板状体の係止
にそれぞれ起因するものである。

【図５】板状体Ｗの厚みとフィルター７通過前後の信号
における減衰差との相関を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 検査装置 ２ センサヘッド ３ パーソナルコンピューター ４ ＣＲＴ装置 ５ 表示手段 ６ 発振器 ７ フィルター ６ａ送信アンプ ７ａ受信アンプ １０ ケース １１ 仕切り板 １１ａ支持体 １２ 接続チューブ １４ スピーカー（送信子） １５ マイクロフォン（受信子） ２１ 操作部 ２２ ドライバ ２４ Ａ／Ｄコンバータ ２５ メモリ手段 ２６ タイマ ２７ ＦＦＴ手段 ２８ 処理手段 Ｔ 管 Ｔ１一端 Ｔ２他端 Ｗ 板状体。.。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 啓一 大阪市西区北堀江１丁目18番14号 非破壊 検査株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管（Ｔ）の一端（Ｔ１）に取付可能な音
   響信号の送信子（１４）と、同じく管（Ｔ）の一端（Ｔ
   １）に取付可能で管内で反射した音響信号の受信子（１
   ５）と、この受信子（１５）により受信された音響信号
   を表示するための表示手段（５）とを備えた管検査装置
   であって、受信された音響信号から一部の周波数をカッ
   トするフィルター（７）を設け、前記表示手段（５）に
   より前記フィルター（７）通過及び未通過の信号を対比
   させて表示する管検査装置。
2. 【請求項２】 前記フィルター（７）が受信された音響
   信号から少なくとも低域側周波数を前記一部の周波数と
   してカットするものである請求項１に記載の管検査装
   置。
3. 【請求項３】 管（Ｔ）の一端（Ｔ１）に取付可能な音
   響信号の送信子（１４）と、同じく管（Ｔ）の一端（Ｔ
   １）に取付可能で管内で反射した音響信号の受信子（１
   ５）と、この受信子（１５）により受信された音響信号
   を表示するための表示手段（５）とを備えた管検査装置
   であって、受信された音響信号の特徴部を選択して周波
   数スペクトルを求める周波数スペクトル解析手段（２
   ７）と、既知の管状況においてサンプリングされた音響
   信号の周波数スペクトルを蓄積する既知信号蓄積手段
   （２５）とを設け、前記周波数スペクトル解析手段の信
   号を前記既知信号蓄積手段の信号と順次対比させて表示
   可能に構成した管検査装置。