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JP2018066699A - Water pipeline degradation monitoring method and apparatus therefor - Google Patents

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JP2018066699A
JP2018066699A JP2016206851A JP2016206851A JP2018066699A JP 2018066699 A JP2018066699 A JP 2018066699A JP 2016206851 A JP2016206851 A JP 2016206851A JP 2016206851 A JP2016206851 A JP 2016206851A JP 2018066699 A JP2018066699 A JP 2018066699A
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Japan
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optical fiber
pipe
fiber sensor
water pipe
deterioration
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JP2016206851A
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Japanese (ja)
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小仲 正純
Masazumi Konaka
正純 小仲
皓一 森本
Koichi Morimoto
皓一 森本
下保 哲二
Tetsuji Shimoyasu
哲二 下保
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Kurimoto Ltd
Original Assignee
Kurimoto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a damage caused by rust or the like, of a buried water pipeline P by a novel technology.SOLUTION: A distribution measuring type optical fiber sensor 11 is attached on the inner peripheral surface of a buried water pipeline 2(1) and the sensor is coated with a pipe inside protection layer 13. In a state in which a balloon 17 is loaded inside the pipeline 2 through a branch pipe 16 and water is made to flow in the balloon to apply constant pressure, detection light (a) is projected into the optical fiber sensor and reflection light (b) thereof makes it possible to detect strain at a portion of the water pipeline on which the optical fiber sensor is attached. At this time, if a recess 3 derived from thickness loss due to rust on the outer surface of the pipeline is generated with age, the pipeline becomes thinner and stress by pressure is concentrated, thereby making strain large. Since constant pressure is applied, size and a position of strain can be accurately measured without an influence of change in water pressure of water supply which usually occurs. With this, the pipeline deterioration state can be directly monitored, so that deterioration at a portion of the pipeline P where a monitoring pipeline is buried can be seen and a pipeline near the portion is replaced.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

この発明は、水道管路の劣化監視方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to a deterioration monitoring method for water pipes and an apparatus therefor.

老朽化が進んだ膨大な延長の水道管路を計画的に更新するためには、更新の優先度を設定し、更新事業の平準化を図る必要があるが、管路更新を計画的に行うために必要な更新の基準年数には公的知見はない。
このため、一般的には、布設年度、管種、埋設環境といった属性データと漏水等の事故件数といった経験データから水道事業体が独自に更新基準年数を設定して更新計画を策定するといった予測的手法が用いられている。
しかしながら、上記予測的手法に基づき管路更新を行う場合、予測の精度によっては突発的な漏水事故の発生や適正寿命を迎える前の管路更新が行われることによる経済的損失が懸念される。
In order to systematically update an enormous length of aged water pipelines, it is necessary to set the priority of the update and level the renewal business. There is no official knowledge of the renewal base years required.
For this reason, in general, a predictive plan is that the water utility sets its own renewal reference years based on attribute data such as the laying year, pipe type and buried environment, and experience data such as the number of accidents such as water leakage. The method is used.
However, when performing pipeline renewal based on the above predictive technique, there is a concern about economic loss due to the occurrence of a sudden water leakage accident or renewal of the pipeline before reaching the appropriate life depending on the accuracy of the prediction.

一方で、管路の劣化状態を監視する技術として、管路の漏水音や振動を探知する技術や、スマートメーターによる水量常時監視による漏水監視の技術開発が進んでいるが、これらは漏水発生の有無を監視する技術であることから、データ蓄積による予測的手法の精度向上には活用できるが、上記の経済的損失を払拭することはできない。   On the other hand, as technologies for monitoring the deterioration state of pipelines, technology for detecting leakage noise and vibrations in pipelines and technology for leakage monitoring by constantly monitoring the amount of water using smart meters are being developed. Since it is a technology for monitoring the presence or absence, it can be used to improve the accuracy of predictive methods based on data accumulation, but the above-mentioned economic loss cannot be eliminated.

このような状況下、埋設水道管路の破損や損傷を、その配管にひずみゲージを固定し、配管の変形をそのひずみゲージの電気抵抗変化によって測定する技術がある(特許文献1、請求項1、図1等参照)。   Under such circumstances, there is a technique in which a strain gauge is fixed to the pipe for the breakage or damage of the buried water pipe, and the deformation of the pipe is measured by a change in electric resistance of the strain gauge (Patent Document 1, Claim 1). , See FIG.

特開平9−243310号公報JP-A-9-243310 特開平11−344390号公報JP-A-11-344390

老朽化した管路施設の劣化に伴う漏水事故に対する予防保全を行う上で、予測手法に頼る時間計画保全だけでは、突発的な漏水事故等を払拭することはできない。確実性の高い予防保全を実現するためには、時間計画保全だけでなく、管路施設の劣化状態を直接的に監視する状態監視保全の導入が求められる。特に、鉄系の水道管路においては、経年劣化に伴う錆の発生により管体強度が低下し、最終的には管体が破損し漏水事故につながる。言い換えると、管体強度の変化をモニタリングすることができれば、漏水事故を未然に防ぐことも可能となる。   In performing preventive maintenance against leakage accidents due to deterioration of aging pipeline facilities, it is not possible to eliminate sudden leakage accidents and the like only by time-planned maintenance that relies on prediction methods. In order to realize highly reliable preventive maintenance, it is necessary to introduce not only time-planned maintenance but also state monitoring maintenance that directly monitors the deterioration state of pipeline facilities. In particular, in iron-based water pipes, the strength of the pipe body decreases due to the occurrence of rust due to deterioration over time, and eventually the pipe body is damaged, leading to a water leakage accident. In other words, if a change in tube strength can be monitored, a water leakage accident can be prevented.

このような点から、上記ひずみゲージによる測定が考えられるが、その測定は、電気を使用するため、水道管においては、水に対する絶縁処理が必要となってその処理が煩雑である。
一方、配管の損傷を、その配管に固着した光ファイバセンサによって測定する技術がある(特許文献2、要約、図1等参照)。
From such a point, the measurement by the strain gauge can be considered. However, since the measurement uses electricity, the water pipe requires an insulation treatment for water, and the treatment is complicated.
On the other hand, there is a technique for measuring damage of a pipe with an optical fiber sensor fixed to the pipe (see Patent Document 2, Abstract, FIG. 1, etc.).

この発明は、以上の実状の下、埋設された水道管路の錆等による損傷を新規な技術によって測定することを課題とする。   This invention makes it a subject to measure the damage by the rust etc. of the buried water pipe line by the novel technique under the above actual condition.

上記課題を達成するため、この発明は、埋設水道管のひずみ測定技術において、光ファイバセンサの測定技術を適用することとしたのである。
この構成とすることによって、状態監視保全の導入が可能となり、時間計画保全のみによる維持管理で懸念される経済的損失を改善することができる。すなわち、予想外箇所からの突発的な漏水事故の発生に伴う復旧資材や復旧作業に係る損失や、適正寿命を迎える前に管路更新を行うことによる経済的損失をなくすことができる。
In order to achieve the above object, the present invention applies the measurement technique of the optical fiber sensor to the distortion measurement technique of the buried water pipe.
By adopting this configuration, it is possible to introduce state monitoring and maintenance, and it is possible to improve the economic loss that is a concern in maintenance management only by time-planned maintenance. That is, it is possible to eliminate the loss related to the restoration material and the restoration work accompanying the occurrence of a sudden water leakage accident from an unexpected location, and the economic loss due to the pipeline renewal before reaching the appropriate life.

また、管体の状態監視用センサとして分布計測型光ファイバセンサを用いることによって以下の効果(イ)〜(ハ)を得ることができる。
(イ)一般的なひずみゲージ等では、点的な計測しかできない。そのため、管(管体)の全体的な状態を漏れなく監視するためには膨大な枚数のひずみゲージが必要となり、その配線(ゲージのリード線)の捌きも非常に煩雑となる問題がある。しかし、分布計測型光ファイバセンサは、一本の光ファイバセンサで複数の点におけるひずみ計測が可能であり、光ファイバセンサの貼付方次第で管体ひずみを面的に計測することが可能となることから、発生箇所が不特定である発錆に伴う管体ひずみの変化を監視することが可能となるとともに、煩雑な配線作業が不要となる。
(ロ)水道管は一般的に道路下に埋設されており、掘削やメンテナンスが容易に行えない環境にあることから、管に設置するセンサには高寿命なものが望ましい。この発明は、一般的なひずみゲージに比べて非常に高寿命である光ファイバセンサを適用することにより、水道管のような埋設物の管理が可能となる。
(ハ)光ファイバセンサは、管体貼付部の一部が剥離したとしても、断線しない限り貼付状態が維持されている部分のひずみ計測が可能であることから、ひずみ計測が完全不能となるリスクが非常に小さく、耐用年数が高い水道管を長期間に亘り監視することが可能となる。
In addition, the following effects (A) to (C) can be obtained by using a distribution measurement type optical fiber sensor as the tube state monitoring sensor.
(B) A general strain gauge can only measure points. Therefore, in order to monitor the entire state of the tube (tube body) without omission, a huge number of strain gauges are required, and there is a problem that the wiring (gauge lead wires) is very complicated. However, the distributed measurement type optical fiber sensor can measure strain at a plurality of points with a single optical fiber sensor, and can measure the strain of the tube surface according to the method of applying the optical fiber sensor. As a result, it becomes possible to monitor changes in the tube strain due to rusting where the occurrence location is unspecified, and no complicated wiring work is required.
(B) Since the water pipe is generally buried under the road and is in an environment where excavation and maintenance cannot be easily performed, it is desirable that the sensor installed in the pipe has a long life. In the present invention, it is possible to manage a buried object such as a water pipe by applying an optical fiber sensor having a very long life compared to a general strain gauge.
(C) Even if a part of the tube sticking part peels off, the optical fiber sensor can measure strain in the part where the sticking state is maintained unless it is disconnected, so the risk of strain measurement becoming completely impossible It is possible to monitor a water pipe with a very small and long service life over a long period of time.

この発明に係る水道管の劣化監視装置の具体的な構成としては、埋設水道管の内周面、外周面又は内外周面に沿って添設された分布計測型光ファイバセンサと、その光ファイバセンサに検出用光を投入し、その反射光によって前記光ファイバセンサを添設した水道管部位のひずみを検出する測定器とからなり、その測定器によって、前記検出値に基づきその水道管部位の劣化度合いを測定する構成を採用することができる。   As a specific configuration of the deterioration monitoring device for water pipes according to the present invention, a distributed measurement type optical fiber sensor attached along the inner peripheral surface, outer peripheral surface or inner / outer peripheral surface of the buried water pipe, and the optical fiber thereof The sensor comprises a measuring device for injecting detection light, and detecting the distortion of the water pipe portion where the optical fiber sensor is attached by the reflected light. A configuration for measuring the degree of deterioration can be employed.

この構成において、上記光ファイバセンサは、上記埋設水道管の内周面に添設されて、管内面保護層によって被覆されている構成を採用することができる。通常、水道管、特に、上水道管はその内周面にモルタルライニングやエポキシ樹脂粉体塗装等の保護層を設けるため、その保護層で光ファイバセンサを被覆すれば、作業工程を増やすことなく、光ファイバセンサの耐久性を向上させることができる。   In this configuration, the optical fiber sensor may be configured to be attached to the inner peripheral surface of the buried water pipe and covered with a pipe inner surface protective layer. Usually, water pipes, especially water supply pipes, are provided with a protective layer such as mortar lining or epoxy resin powder coating on the inner peripheral surface, so if the optical fiber sensor is covered with the protective layer, without increasing the work process, The durability of the optical fiber sensor can be improved.

この劣化監視装置は、新設時に配管に設けたり、既設配管に設けたりすることができるが、埋設水道管に介設される監視用管を別途に用意し、その監視用管に上記光ファイバセンサを添設したり、又は前記光ファイバセンサを添設するとともに管内面保護層によって被覆したりすることができる。監視用管は、水道管路の新設時は勿論、既設水道管路においてもその管路に介設することができる。
このように、別途に、光ファイバセンサ付の監視用管とすれば、その監視用管は工場などにおいて大量生産することができて品質・コスト的に有利なものとすることができる。
This degradation monitoring device can be installed in the pipe when newly installed or can be installed in the existing pipe. However, a separate monitoring pipe is provided for the buried water pipe, and the optical fiber sensor is installed in the monitoring pipe. Or the optical fiber sensor can be attached and covered with a tube inner surface protective layer. The monitoring pipe can be inserted in the existing water pipe as well as in the new water pipe.
As described above, if a monitoring tube with an optical fiber sensor is separately provided, the monitoring tube can be mass-produced in a factory or the like, which can be advantageous in terms of quality and cost.

上記光ファイバセンサの添設態様は、管の損傷を測定し得れば、何れでも良いが、例えば、管の周全面に、波状又は螺旋状に添設した態様を採用することができる。
また、光ファイバセンサによる測定は、常時、連続して行ったり、間欠的に行ったりすることができるが、測定する水道管部位を加圧すれば、その部位のひずみが顕著に表れ、さらに、通常発生する水道の水圧変化の影響を受けることなく、加圧器による一定の圧力下で測定できるため、測定精度が向上する。その加圧測定は一定期間毎に行うことができる。
その加圧器としては、上記埋設水道管内又は監視用管内に、その分岐管からバルーンを装填し、そのバルーンに流体を流入させることによって上記加圧を行うもの等を採用することができる。
さらに、光ファイバセンサからの測定信号の取り出し手段としては、例えば、上記埋設水道管又は監視用管にその内部に連通する取り出し管を設け、その管から前記光ファイバセンサの端を管外部に導き出し、その導き出し端において、上記測定器により、検出用光の投入、及びその反射光の測定を行うようにすることができる。
The optical fiber sensor may be attached in any manner as long as damage to the tube can be measured. For example, an embodiment in which the optical fiber sensor is attached in a wave shape or a spiral shape on the entire circumference of the tube can be employed.
In addition, the measurement by the optical fiber sensor can be performed continuously or intermittently, but if the water pipe part to be measured is pressurized, the distortion of the part appears remarkably, Measurement accuracy is improved because measurement can be performed under a certain pressure by a pressurizer without being affected by a change in the water pressure of a normal water supply. The pressurization measurement can be performed at regular intervals.
As the pressurizer, it is possible to employ one that performs the above pressurization by loading a balloon from the branch pipe into the buried water pipe or the monitoring pipe and flowing a fluid into the balloon.
Further, as a means for taking out the measurement signal from the optical fiber sensor, for example, a take-out pipe communicating with the buried water pipe or the monitoring pipe is provided, and the end of the optical fiber sensor is led out of the pipe from the pipe. At the lead-out end, the measuring device can be used to input detection light and measure the reflected light.

この発明に係る水道管の劣化監視方法の具体的な構成としては、埋設水道管に内周面、外周面又は内外周面に沿って分布計測型光ファイバセンサを添設し、その光ファイバセンサに検出用光を投入し、その反射光によって前記光ファイバセンサを添設した水道管部位のひずみを検出し、その検出値に基づきその水道管部位の劣化度合いを測定する構成を採用することができる。   As a specific configuration of the water pipe deterioration monitoring method according to the present invention, a distribution measurement type optical fiber sensor is attached to the buried water pipe along the inner peripheral surface, outer peripheral surface or inner and outer peripheral surface, and the optical fiber sensor is provided. It is possible to adopt a configuration in which detection light is injected into the water pipe, the distortion of the water pipe portion where the optical fiber sensor is attached is detected by the reflected light, and the degree of deterioration of the water pipe portion is measured based on the detected value. it can.

この構成において、同様に、上記光ファイバセンサを、上記埋設水道管の内周面に添設するとともに管内面保護層によって被覆する手段を採用したり、埋設水道管に監視用管を介設し、その監視用管に、前記光ファイバセンサを添設する手段を採用し、又は、前記光ファイバセンサを添設するとともに管内面保護層によって被覆する手段を採用したりすることができる。
また、上記光ファイバセンサを埋設水道管又は監視用管の周全面に、波状又は螺旋状に添設する手段を採用したり、測定しようとする水道管部位を加圧したりする手段を採用できる。
その加圧は、上記管内に、バルーンを装填し、そのバルーンに流体を流入させる手段等を採用できる。
さらに、上記埋設水道管又は監視用管にその内部に連通する取り出し管を設け、その管から上記光ファイバセンサの端を管外部に導き出し、その導き出し端において、上記検出用光を投入、及びその反射光の測定を行ったりする手段を採用できる。
なお、上記光ファイバセンサを水道管の内周面に添設する等の各手段は、それぞれを一つ又はその任意の複数を適宜選択的に採用し得ることは勿論である。
In this configuration, similarly, means for attaching the optical fiber sensor to the inner peripheral surface of the buried water pipe and covering with the pipe inner surface protective layer is adopted, or a monitoring pipe is interposed in the buried water pipe. The means for attaching the optical fiber sensor to the monitoring pipe may be adopted, or the means for attaching the optical fiber sensor and covering the pipe with an inner surface protective layer may be adopted.
Further, means for attaching the optical fiber sensor to the entire surface of the buried water pipe or monitoring pipe in a wave shape or a spiral shape, or means for pressurizing the water pipe portion to be measured can be adopted.
For the pressurization, a means for loading a balloon into the tube and allowing a fluid to flow into the balloon can be employed.
In addition, the buried water pipe or the monitoring pipe is provided with a take-out pipe communicating with the inside thereof, and the end of the optical fiber sensor is led out of the pipe from the pipe, and the detection light is input at the lead-out end, and A means for measuring the reflected light can be employed.
Of course, each means such as attaching the optical fiber sensor to the inner peripheral surface of the water pipe can be selectively employed as appropriate.

この発明は、以上のように構成したので、鉄系等の水道管路における、錆の発生に伴う減肉等による管体ひずみ変化の探知を行うことができ、管路の劣化状態を監視することを可能とする。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to detect a change in strain of the pipe body due to thinning due to the occurrence of rust in a water pipe such as an iron system, and monitor the deterioration state of the pipe. Make it possible.

この発明に係る水道管路の劣化監視方法及びその装置の一実施形態の概略図Schematic of one embodiment of a method for monitoring deterioration of a water pipe line and its apparatus according to the present invention 同実施形態の要部を示し、(a)は概略斜視図、(b)は(a)の要部切断図The principal part of the embodiment is shown, (a) is a schematic perspective view, (b) is a principal part cutaway view of (a). 同実施形態の要部断面図Main part sectional drawing of the same embodiment 同実施形態のコネクタ部の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the connector part of the embodiment 同実施形態の光ファイバセンサの添設態様説明図Attached aspect explanatory drawing of the optical fiber sensor of the same embodiment 同実施形態の光ファイバセンサの管外への導出態様説明用概略断面図Schematic cross-sectional view for explaining how the optical fiber sensor of the same embodiment is led out of the tube 同実施形態における管路(水道管)の錆等によるひずみ状態図Strain state diagram due to rust etc. of pipe (water pipe) in the same embodiment 同実施形態の光ファイバセンサによる水道管部位のひずみ検出作用説明図Explanatory drawing of strain detection action of a water pipe part by the optical fiber sensor of the same embodiment 他の実施形態の概略図Schematic diagram of another embodiment

この発明に係る水道管路の劣化監視装置の一実施形態を図1〜図6に示し、この実施形態は上水道管路Pに係わる。この管路Pは、一の管(管体)1の受口1aに他の管1の挿し口1bを順々に差し込み嵌合することによって所要長さに形成されており、その管路Pの一部に、同様に、監視用管2をその受口2aと挿し口2bを介して介設している。この監視用管2にこの発明に係る劣化監視装置10が設けられている。   One embodiment of a deterioration monitoring apparatus for water pipes according to the present invention is shown in FIGS. 1 to 6, and this embodiment relates to a water supply pipe P. FIG. This pipe P is formed in a required length by sequentially inserting and fitting the insertion opening 1b of the other pipe 1 into the receiving opening 1a of one pipe (pipe body) 1. Similarly, a monitoring tube 2 is interposed in a part of the terminal 2 via the receiving port 2a and the insertion port 2b. The monitoring pipe 2 is provided with a deterioration monitoring device 10 according to the present invention.

劣化監視装置10は、分布計測型光ファイバセンサ11と、その光ファイバセンサ11に検出用光aを投入し、その反射光bによって前記光ファイバセンサ11を添設した水道管部位のひずみを検出する測定器12とからなる。   The degradation monitoring apparatus 10 introduces a distribution measurement type optical fiber sensor 11 and a detection light a into the optical fiber sensor 11 and detects distortion of a water pipe portion where the optical fiber sensor 11 is attached by the reflected light b. The measuring instrument 12

市販されている光ファイバセンサ11は、その構成要素であるガラス分子に微小な密度ムラがあり、このムラは光ファイバセンサ1本1本で異なる。また、密度ムラによる光の屈折率の違いにより、強くレイリー散乱する光の波長が異なる。この光ファイバセンサ11の各位置でのムラを固有指紋情報と言い、光ファイバセンサ11の状態が変わらない限りいつも同じ波長の反射光が生じる。このため、光ファイバセンサ11のある位置にひずみが発生すると、その位置だけ反射光の波長がずれる。そのひずむ前の反射光とひずんだ後の反射光を比較することで、どの位置がどのくらいひずんだのかを検出し得る。   The commercially available optical fiber sensor 11 has minute density unevenness in the glass molecules as its constituent elements, and this unevenness is different for each optical fiber sensor. In addition, the wavelength of light that is strongly Rayleigh scattered differs due to the difference in the refractive index of light due to density unevenness. The unevenness at each position of the optical fiber sensor 11 is called unique fingerprint information, and reflected light having the same wavelength is always generated unless the state of the optical fiber sensor 11 is changed. For this reason, when distortion occurs at a certain position of the optical fiber sensor 11, the wavelength of the reflected light is shifted by that position. By comparing the reflected light before the distortion and the reflected light after the distortion, it is possible to detect which position is distorted and how much.

測定器12は、市販の種々の物を採用し得るが、ひずみ・温度の分布計測型光ファイバセンサセンシング専用器を採用し、光ファイバセンサ11内の微小反射光「レイリー散乱光」をOFDR(Optical Frequency Domain Reflectometory)方式で検知することによりミリレベルの位置解像度で計測する。   Various commercially available products can be used as the measuring device 12, but a strain / temperature distribution measurement type optical fiber sensor sensing dedicated device is adopted, and the minute reflected light “Rayleigh scattered light” in the optical fiber sensor 11 is converted into OFDR ( Measurements are made with milli-level position resolution by detecting with the Optical Frequency Domain Reflectometory method.

ここで、レイリー散乱光は、光ファイバセンサ11内のレイリー散乱光という反射光を言い、通常、散乱とは光が粒子(空気の分子など)にぶつかった時に四方八方へ散らばることを言い、レイリー散乱は光の波長の1/10程度の小さい物質による光の散乱である。例えば、空が青く見えるのも、太陽光が大気の粒子によってレイリー散乱することが原因であって、光ファイバセンサ11も同様にガラス分子によってレイリー散乱光が発生する。   Here, Rayleigh scattered light means reflected light called Rayleigh scattered light in the optical fiber sensor 11, and normally, scattering means that light is scattered in all directions when it hits particles (such as air molecules). Scattering is the scattering of light by a substance as small as 1/10 of the wavelength of light. For example, the sky looks blue because the sunlight is Rayleigh scattered by atmospheric particles, and the optical fiber sensor 11 similarly generates Rayleigh scattered light by glass molecules.

すなわち、図8に示すように、波長可変レーザ光源12aから、周期的に波長が変化する光(1510〜1570nm)を光路に入射し、分光器12cで、センシング用として光ファイバセンサ11に向かう光(測定光)aと、直接検出器12bに向かう光(参照光)cに分光する。
つぎに、測定光(検出用光)aにより光ファイバセンサ11全体にわたって散乱光が発生し、反射光bとなる。反射光bは分光器12cを経て、検出器12bに向かい、分光器12cで測定光aと反射光bが合流し、検出器12bで干渉による光強度変化を求める。
その測定データをフーリエ変換し、光ファイバセンサ各位置での散乱光周波数を求め、事前に測定した、固有指紋情報における固有の周波数と測定で求めた周波数を比較しズレ(Δν)を求める。Δνの変化量は光ファイバセンサ11の材質と入射光の波長によって線形に決まるため、Δνからひずみ量を算出する。ひずみの位置(反射光bが反射した位置)は、光源12aから入射された光(測定光a、参照光c)において、検出器12bに届いた反射光bと検出器12bに直接届いた参照光cの時間差により算出する。
That is, as shown in FIG. 8, light (1510 to 1570 nm) whose wavelength is periodically changed enters the optical path from the wavelength tunable laser light source 12a, and is directed toward the optical fiber sensor 11 for sensing by the spectroscope 12c. (Measurement light) a is split into light and light (reference light) c that goes directly to the detector 12b.
Next, scattered light is generated over the entire optical fiber sensor 11 by the measurement light (detection light) a and becomes reflected light b. The reflected light b travels through the spectroscope 12c to the detector 12b, where the spectroscope 12c merges the measurement light a and the reflected light b, and the detector 12b obtains a change in light intensity due to interference.
The measurement data is subjected to Fourier transform, the scattered light frequency at each position of the optical fiber sensor is obtained, and the deviation (Δν) is obtained by comparing the unique frequency in the unique fingerprint information measured in advance with the frequency obtained by the measurement. Since the change amount of Δν is linearly determined by the material of the optical fiber sensor 11 and the wavelength of incident light, the strain amount is calculated from Δν. The position of the distortion (the position where the reflected light b is reflected) is the reflected light b that reaches the detector 12b and the reference that reaches the detector 12b directly in the light incident from the light source 12a (measurement light a and reference light c). Calculation is based on the time difference of light c.

光ファイバセンサ11は監視用管2の内面軸方向ほぼ全長に亘って添設(貼り付け)しても良いが、この実施形態においては、直部の大部分に添設した。
その光ファイバセンサ11の添設態様としては、分布計測型光ファイバセンサ11は一筆書きで配置するものが一般的であることから、管体2を全体的に計測することを考慮すると、図2(a)に示すような螺旋状の貼付パターンが考えられるが、図5に示す波状等も考えられる。その波状の場合、図5(a)に示すように、光ファイバセンサ11を1枚のシート11aに波状配置したものを予め用意し、そのシート11aを管体1に巻きつけるように貼り付けることにより、管体1の円周方向のひずみ計測を効果的に行うことが可能となる(図5(b)参照)。
The optical fiber sensor 11 may be attached (pasted) over almost the entire length of the inner surface of the monitoring tube 2 in the axial direction, but in this embodiment, it is attached to most of the straight part.
As an additional mode of the optical fiber sensor 11, the distribution measurement type optical fiber sensor 11 is generally arranged in a single stroke. Therefore, considering that the entire tube 2 is measured, FIG. Although the spiral sticking pattern as shown to (a) can be considered, the wave shape etc. which are shown in FIG. 5 are also considered. In the case of the corrugated shape, as shown in FIG. 5A, an optical fiber sensor 11 having a corrugated arrangement on one sheet 11a is prepared in advance, and the sheet 11a is pasted so as to be wound around the tubular body 1. Thus, it becomes possible to effectively measure the strain in the circumferential direction of the tube body 1 (see FIG. 5B).

管体1内面に貼り付けた光ファイバセンサ11は、図3に示すように、一般的な管内面塗装であるモルタルライニングやエポキシ樹脂粉体塗装等により保護層13を設けて保護する。
この管体1内面にエポキシ樹脂粉体塗装を施工する場合、管体1を加温(160〜230℃)する必要がある。光ファイバセンサ11は管体加温前に貼り付けて(添設して)おく必要があることから、光ファイバセンサ11の接着には高温タイプの接着材を使用する。また、管内面に貼り付ける事から、水質衛生上問題のない接着材が望ましい。
As shown in FIG. 3, the optical fiber sensor 11 attached to the inner surface of the tube body 1 is protected by providing a protective layer 13 by mortar lining, epoxy resin powder coating, or the like, which is a general tube inner surface coating.
When the epoxy resin powder coating is applied to the inner surface of the tube 1, the tube 1 needs to be heated (160 to 230 ° C.). Since the optical fiber sensor 11 needs to be attached (attached) before heating the tube, a high-temperature type adhesive is used for bonding the optical fiber sensor 11. Moreover, since it sticks on the inner surface of a pipe | tube, the adhesive material which does not have a problem on water sanitation is desirable.

また、光ファイバセンサ11の一端は、測定器12との接続用のコネクタ14が予め設置されているが、管体2を加温するときにはコネクタ14に加温の影響が加わらないよう保護する必要がある。その保護は、図4に示すように、断熱材14aと耐熱テープ14bによる方法が考えられる。なお、光ファイバセンサ11は、例えばポリイミドコーティングされた物を採用すれば、約300℃の範囲までの温度計測に使用できる。   In addition, a connector 14 for connection to the measuring instrument 12 is installed in advance at one end of the optical fiber sensor 11, but it is necessary to protect the connector 14 from being affected by heating when the tube body 2 is heated. There is. As the protection, a method using a heat insulating material 14a and a heat-resistant tape 14b can be considered as shown in FIG. The optical fiber sensor 11 can be used for temperature measurement up to a range of about 300 ° C., for example, if a polyimide-coated material is employed.

監視用管2の光ファイバセンサ11の一端に対応する位置には、図2、図6に示すように、サドル15b付き分水栓15を付設している。すなわち、サドル15b付き分水栓に接合している小口径管15内に光ファイバセンサ11を通過させ、小口径管(分水栓)15内の一部に通水断面を樹脂15a等で閉塞し、管内の水を止水している。
止水部に使用する樹脂15aは、2液性の硬化樹脂等が考えられる。この時、図6(a)に示すように、光ファイバセンサ11の取出し管(分水栓の小口径管15)が直線形状において樹脂15aによる止水が困難な場合は、同図(b)に示すように、S字の曲部を設けて樹脂15aによる止水部を形成する方法が考えられる。
As shown in FIGS. 2 and 6, a water faucet 15 with a saddle 15b is attached to a position corresponding to one end of the optical fiber sensor 11 of the monitoring tube 2. That is, the optical fiber sensor 11 is passed through the small-diameter pipe 15 joined to the water faucet with the saddle 15b, and the water passage section is partially blocked with a resin 15a or the like in the small-diameter pipe (water faucet) 15. The water in the pipe is stopped.
The resin 15a used for the water stop portion may be a two-component cured resin or the like. At this time, as shown in FIG. 6A, when the take-out pipe (small-diameter pipe 15 of the water faucet) of the optical fiber sensor 11 is linear, it is difficult to stop the water with the resin 15a. As shown in FIG. 5, a method of forming a water stop portion by the resin 15a by providing an S-shaped curved portion is conceivable.

この実施形態の劣化監視装置10は以上の構成であり、適宜な時期に、上記の測定器12の作用によって監視用管2の錆などによる損傷を測定する。例えば、図7(a)に示すように、健全状態であれば、管2には錆による凹部3は生じていないが、経年によって、同図(b)に示すように、監視用管2の外面に発生する錆に伴う減肉に由来する凹部3が生じると、管2の厚みが薄くなる。このため、水圧又は土圧による応力がその凹部3に集中してひずみが大きくなり、管2には、健全状態に比べて大きな応力(矢印)が生じる。
この応力は光ファイバセンサ11にも影響して光ファイバセンサ11がひずむ。このひずみは、上記測定器12の作用によってその程度及び位置が検出できる。すなわち、管2の劣化状況の直接的な監視が可能となる。このため、その監視用管2を埋設した管路Pの部位が劣化していることが分かり、その部位近くの管1及びその管1につながる管路を交換する。
The deterioration monitoring device 10 of this embodiment has the above-described configuration, and measures damage due to rust or the like of the monitoring tube 2 by the action of the measuring device 12 at an appropriate time. For example, as shown in FIG. 7 (a), if the pipe 2 is in a healthy state, the concave portion 3 due to rust does not occur. However, as shown in FIG. When the recessed part 3 resulting from the thinning accompanying the rust which generate | occur | produces on an outer surface arises, the thickness of the pipe | tube 2 will become thin. For this reason, the stress by water pressure or earth pressure concentrates on the recessed part 3, and distortion becomes large, and a big stress (arrow) arises in the pipe | tube 2 compared with a healthy state.
This stress also affects the optical fiber sensor 11 and the optical fiber sensor 11 is distorted. The degree and position of this strain can be detected by the action of the measuring instrument 12. That is, it is possible to directly monitor the deterioration state of the pipe 2. For this reason, it turns out that the site | part of the pipe line P which embedded the monitoring pipe | tube 2 has deteriorated, and the pipe line connected to the pipe 1 near the site | part and the pipe 1 is replaced | exchanged.

このとき、図7においては、円周方向ひずみの場合のひずみ変化のイメージを示しているが、健全状態と劣化状態でひずみの変化を捉えることができれば、ひずみの方向は特に指定しない。
また、管1又は管2の肉厚ごとのひずみの値を計測し、そのチャートを作成しておくことにより、監視用管2から得られるひずみの値から、管1の肉厚が監視でき、漏水危険性の評価を行うことが可能となる。
At this time, FIG. 7 shows an image of the strain change in the case of the circumferential strain, but if the strain change can be captured in the healthy state and the deteriorated state, the direction of the strain is not particularly specified.
Moreover, the thickness of the tube 1 can be monitored from the strain value obtained from the monitoring tube 2 by measuring the strain value for each thickness of the tube 1 or the tube 2 and preparing the chart. It is possible to evaluate the risk of water leakage.

また、測定部位を積極的に加圧して上記ひずみを測定するようにすることができる。例えば、図9に示すように、管路Pの分岐管(フランジ付きT字管)16から、バルーン17を測定部位に装填し、そのバルーン17にポンプ18から流体を供給して膨張させることによって、水圧や土圧に相当する圧力(同図の矢印)を管2に加えることができる。このとき、供給する流体は、管2内に水圧が作用している事を踏まえると、水等の非圧縮性流体が適当であり、水道管を想定した場合、例えば水道水のような水質衛生上問題のない流体を用いることが望ましい。また、ポンプ18あるいはポンプ18の近傍に圧力計19を設置し、供給する流体圧力を管理することにより、バルーン17による管2への負荷荷重を管理することができる。
このように、管2に別途の一定の荷重を与えてその負荷荷重に対するひずみを計測することでより精度の高い計測が可能となる。
Further, the strain can be measured by positively pressurizing the measurement site. For example, as shown in FIG. 9, by loading a balloon 17 into a measurement site from a branch pipe (flange T-shaped pipe) 16 in a pipe P, and supplying the fluid to the balloon 17 from a pump 18 and inflating it. A pressure corresponding to water pressure or earth pressure (arrow in the figure) can be applied to the pipe 2. At this time, the fluid to be supplied is an incompressible fluid such as water in view of the fact that water pressure is acting in the pipe 2, and when assuming a water pipe, for example, water quality sanitation such as tap water. It is desirable to use a fluid that does not cause any problems. Further, by installing a pressure gauge 19 near the pump 18 or in the vicinity of the pump 18 and managing the fluid pressure to be supplied, the load applied to the tube 2 by the balloon 17 can be managed.
As described above, it is possible to measure with higher accuracy by applying a separate constant load to the tube 2 and measuring the strain with respect to the load.

上記各実施形態は管2の内面に光ファイバセンサ11を添設したが、管2の外周面に光ファイバセンサ11を添設することもできる。この場合、管2を埋設することから光ファイバセンサ11を周辺土壌に対し保護する必要がある。このため、例えば、管2外面に、耐久性・耐侯性の高いシリコン系樹脂や、埋設物の目地詰め等に用いられるポリウレタン系樹脂等の保護層を被覆することが考えられる。また、管外周面に光ファイバセンサ11を納めるための溝を形成し、溝内に光ファイバセンサ11を貼付け、溝内をシーリング剤等で充填する方法等が考えられる。溝内を充填する材料には、上記と同様、耐久性・耐侯性の高いシリコン系樹脂や、埋設物の目地詰め等に用いられるポリウレタン系樹脂等が考えられる。溝は螺旋状等が考えられる(図2(a)、図5(b)参照)。
また、管2の内外周面の一方のみならず、必要に応じて内外の両周面に光ファイバセンサ11を添設することもできる。
In each of the above embodiments, the optical fiber sensor 11 is attached to the inner surface of the tube 2, but the optical fiber sensor 11 can be attached to the outer peripheral surface of the tube 2. In this case, since the pipe 2 is buried, it is necessary to protect the optical fiber sensor 11 from the surrounding soil. For this reason, for example, it is conceivable to coat the outer surface of the pipe 2 with a protective layer such as a silicone resin having high durability and weather resistance, or a polyurethane resin used for filling joints of buried objects. Further, a method of forming a groove for accommodating the optical fiber sensor 11 on the outer peripheral surface of the tube, sticking the optical fiber sensor 11 in the groove, and filling the groove with a sealing agent or the like can be considered. As the material for filling the groove, a silicone resin having high durability and weathering resistance, a polyurethane resin used for filling a buried object, and the like can be considered. The groove may have a spiral shape or the like (see FIGS. 2A and 5B).
Further, the optical fiber sensor 11 can be attached not only to one of the inner and outer peripheral surfaces of the tube 2 but also to both the inner and outer peripheral surfaces as required.

監視用管2を別途に設けることなく、水道管路Pを構成する管1にこの劣化監視装置10を設けても良いことは勿論である。
また、この発明は、上水道管路に限らず、下水道管路に採用し得ることは言うまでもない。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Of course, the deterioration monitoring device 10 may be provided in the pipe 1 constituting the water pipe P without providing the monitoring pipe 2 separately.
Moreover, it cannot be overemphasized that this invention can be employ | adopted not only to a waterworks pipe line but to a sewer pipe line.
Thus, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

P 水道管路
a 検出用光(測定光)
b 反射光
c 参照光
1 管(管体)
2 監視用管
3 凹部(錆による損傷)
11 分布計測型光ファイバセンサ
12 測定器
13 管内面保護層
14 コネクタ
15 取り出し管
16 分岐管(鍔付T字管)
17 バルーン
18 ポンプ
19 圧力計
P Water pipe a Detection light (measurement light)
b Reflected light c Reference light 1 Tube (tube)
2 Monitoring tube 3 Recess (Damage due to rust)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Distribution measurement type optical fiber sensor 12 Measuring device 13 Pipe inner surface protective layer 14 Connector 15 Extraction pipe 16 Branch pipe (T-shaped pipe with a flange)
17 Balloon 18 Pump 19 Pressure gauge

Claims (9)

埋設水道管(1)の内周面、外周面又は内外周面に沿って添設された分布計測型光ファイバセンサ(11)と、その光ファイバセンサ(11)に検出用光(a)を投入し、その反射光(b)によって前記光ファイバセンサ(11)を添設した水道管部位のひずみを検出する測定器(12)とからなり、その測定器(12)によって、前記検出値に基づき前記水道管部位の劣化度合いを測定する水道管の劣化監視装置。   A distributed measurement type optical fiber sensor (11) attached along the inner peripheral surface, outer peripheral surface or inner / outer peripheral surface of the buried water pipe (1), and detection light (a) to the optical fiber sensor (11). And a measuring device (12) for detecting the distortion of the water pipe portion to which the optical fiber sensor (11) is attached by the reflected light (b), and the detected value is obtained by the measuring device (12). A water pipe deterioration monitoring device for measuring the degree of deterioration of the water pipe portion based on the above. 上記光ファイバセンサ(11)が、上記埋設水道管(1)の内周面に添設されて、管内面保護層(13)によって被覆されている請求項1に記載の水道管の劣化監視装置。   The water pipe deterioration monitoring device according to claim 1, wherein the optical fiber sensor (11) is attached to the inner peripheral surface of the buried water pipe (1) and is covered with a pipe inner surface protective layer (13). . 埋設水道管(1)に監視用管(2)が介設され、その監視用管(2)に、上記光ファイバセンサ(11)が添設され、又は前記光ファイバセンサ(11)が添設されているとともに管内面保護層(13)によって被覆された請求項1又は2に記載の水道管の劣化監視装置。   A monitoring pipe (2) is provided in the buried water pipe (1), and the optical fiber sensor (11) is attached to the monitoring pipe (2), or the optical fiber sensor (11) is attached. The deterioration monitoring device for a water pipe according to claim 1 or 2, which is covered with a pipe inner surface protective layer (13). 上記光ファイバセンサ(11)を埋設水道管(1)又は監視用管(2)の周全面に、波状又は螺旋状に添設した請求項1乃至3のいずれか一つに記載の水道管の劣化監視装置。   The water pipe according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical fiber sensor (11) is attached in a wave shape or a spiral shape to the entire circumference of the buried water pipe (1) or the monitoring pipe (2). Deterioration monitoring device. 測定する水道管部位を加圧する加圧器を有する請求項1乃至4のいずれか一つに記載の水道管の劣化監視装置。   The deterioration monitoring device for a water pipe according to any one of claims 1 to 4, further comprising a pressurizer for pressurizing a water pipe portion to be measured. 上記加圧器は、上記埋設水道管(1)内又は監視用管(2)内に、その分岐管(16)からバルーン(17)を装填し、そのバルーン(17)に流体を流入させることによって上記加圧を行うものである請求項5に記載の水道管の劣化監視装置。   The pressurizer loads the balloon (17) from the branch pipe (16) into the buried water pipe (1) or the monitoring pipe (2), and flows the fluid into the balloon (17). 6. The water pipe deterioration monitoring device according to claim 5, wherein the pressurization is performed. 上記埋設水道管(1)又は監視用管(2)にその内部に連通する取り出し管(15)を設け、その取り出し管(15)から上記光ファイバセンサ(11)の端を管外部に導き出し、その導き出し端において、上記測定器(12)により、検出用光(a)の投入、及びその反射光(b)の測定を行う請求項1乃至6のいずれか一つに記載の水道管の劣化監視装置。   The buried pipe (1) or the monitoring pipe (2) is provided with a take-out pipe (15) communicating with the inside, and the end of the optical fiber sensor (11) is led out of the take-out pipe (15) to the outside of the pipe, The deterioration of the water pipe according to any one of claims 1 to 6, wherein at the leading end, the measuring device (12) is used to input the detection light (a) and to measure the reflected light (b). Monitoring device. 埋設水道管(1)に内周面、外周面又は内外周面に沿って分布計測型光ファイバセンサ(11)を添設し、その光ファイバセンサ(11)に検出用光(a)を投入し、その反射光(b)によって前記光ファイバセンサ(11)を添設した水道管部位のひずみを検出し、その検出値に基づき前記水道管部位の劣化度合いを測定する水道管の劣化監視方法。   A distribution measurement type optical fiber sensor (11) is attached to the buried water pipe (1) along the inner peripheral surface, outer peripheral surface or inner and outer peripheral surface, and detection light (a) is input to the optical fiber sensor (11). Then, the water pipe deterioration monitoring method for detecting the distortion of the water pipe portion where the optical fiber sensor (11) is attached by the reflected light (b) and measuring the degree of deterioration of the water pipe portion based on the detected value. . 測定する水道管部位を加圧する請求項8に記載の水道管の劣化監視方法。   The method for monitoring deterioration of a water pipe according to claim 8, wherein the water pipe part to be measured is pressurized.
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