CN106104306B - 埋地金属的探测方法及探测装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种埋地金属的探测方法及探测装置，其能够在水平和竖直方向上探测埋在地下的金属管、通信电缆以及电力电缆等的特殊点。[解决方案]分别设置在能够探测到XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的方向上的多个磁性传感器，并且探测埋地金属的感应磁场。执行这些磁场分量的同步检波，并且计算出3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位，执行图像处理并将其输出至显示器。通过图像数据计算特殊点的位置，辨别出所述特殊点处于上越状态、下越状态或分叉状态。

Description

埋地金属的探测方法及探测装置

技术领域

本发明涉及一种埋地金属的探测方法及探测装置，用于探测具有一定长度和导电性的金属，通常为埋在地下或混凝土中的金属管或电缆等。本发明尤其涉及这样一种埋地金属的探测方法及探测装置，其可探测埋在地下的金属管或通信电缆等在水平方向和竖直方向上弯曲或分叉的特殊点。

背景技术

通常，例如输水管道、煤气管道以及排水管道等许多的金属管道或者例如通信电缆和电力电缆等的电缆多数埋在地下(除了这些常规示例部分，下文中仅统称为埋地金属)。埋地金属不仅仅是沿着水平方向和竖直方向直线埋设，必要时，埋地金属会埋设成在水平方向或竖直方向上弯曲、分叉、复杂地相互交叉或辐辏的状态。

因此，由于在地下设有许多的埋地金属，由于必须要预防其他企业的施工事故以及有效地维护管理自家企业的埋地金属，提出了不需要挖掘而探测地下的埋地金属的正上方位置和埋设深度的技术。典型现有技术中，存在地下雷达以及称为探管仪的电磁诱导式管路探测器。

地下雷达的探测原理是通过在地下发射电波、接收来自埋在地下的金属管的反射波、进行信号处理以及图像化而对地下金属管进行探测。由于电波是从物理性质发生改变的面反射回来的，因此例如金属管、非金属管以及洞穴等地下结构也可由该方法探测出来。

另一方面，如图6(a)-图(c)所示，非专利文献1所示的电磁诱导式管路探测器(商标名称：探管仪)的探测原理如下所述。如果使交流电流通过埋在地下50的金属管51，那么将会以金属管51为中心产生同心圆状的磁场(磁场H)(参照图6(b))。地面上的接收器的磁性传感器52a对该磁场H进行探测，计算出该磁场H并且还计算出感应电压。可从感应电压为最大值的位置处探测出金属管51的位置(图6(c))。金属管51的埋设深度也可通过该感应电压计算得到。因此，探测的目标限于具有导电性的金属管。

因此，探管仪由发射器和接收器构成，发射器使电流通过金属管，接收器具有磁性传感器，所述磁性传感器可检测出电流流过时生成的磁场H。此外，从发送器发送电流使其通过金属管的方法有两种，直接法和感应法。

如图7中所示，在直接法中，发送器53连接到金属管51的暴露在地面上的一部分上，或者发送器53通过导线54连接到埋设于地下50的金属管51上，并且发送电流。此外，构造成从金属管51流入大地50的泄漏电流可通过接地线55返回发送器53。

另一方面，如图8中所示，在感应法中，从安装在地面上的发送器53a向地下50发射电波以产生磁场，以非接触的方式通过电磁诱导使电流通过地下50的金属管51。由产生的感应电流生成的磁场由具有位于地面上的磁性传感器53a的接收器53来接收，并且通过该磁场分量的振幅来探测所埋设的金属管的位置、埋设深度等。

如图7中所示，在直接法中，由于电流仅流经作为探测对象的金属管，所生成的磁场H的值也会变大，并且相比于感应法，探测精度良好。然而，在直接法中，由于发射器必须直接连接到金属管上，因此很难应用到没有在地面上的裸露部分的金属管上。

另一方面，如图9所示，首先使交流电流流经棒状埋地金属体61，通过探测线圈62探测出由此产生的磁场H的变化，在探测棒状埋地金属体61的埋设位置以及深度的方法中，采用至少两种埋地探测测量方法，基于所得到的测量结果而对探测测量值进行修正，上述内容构成了专利文献1的发明。

以下进行说明。如图9所示，在与探测线圈62相隔竖直距离y的位置处，直线状地埋设有足够长的线状埋地金属体61，在所述线状埋地金属体61中通过电流Isin(ωt)。于是，在于该线状埋地金属体61的正上方附近设置有平行于地表的探测线圈62的情况下，由探测线圈62诱导的电动势E_h通常由下述方程式(1)表示：

E_h＝k{(y)/(x²+y²)}Iωsin(ωt).....(1)

其中，x为从线状埋地金属体61的正上方到探测线圈62的水平距离，并且k为由探测线圈62所决定的常数。由上述方程式(1)可知，电动势E_h在线状埋地金属体61的正上方的位置处变为最大值，并且该数值与流经线状埋地金属体61的电流成正比，且与竖直深度y成反比。

那么，作为测量线状埋地金属体61的埋设深度y的方法，当探测线圈62从线状埋地金属体61的正上方位置(x＝0)处沿水平方向移动时，由探测线圈62所诱导的感应电动势E₀由下述方程式(2)表示，其仅仅需要将x＝0代入到上述方程式(1)中。

E₀＝k{(1/y)}Iωsin(ωt).....(2)

随后，在从线状埋地金属体61的正上方位置(x＝0)开始沿水平方向(x方向)仅仅移动距离x之后，求出由探测线圈62所诱导的电动势E_y等于由上述方程式(2)所表示的电动势E₀的二分之一的点，此处距线状埋地金属体61的正上方位置(x＝0)的水平位移距离x与埋设深度y相等。因此，可通过测量探测线圈62所移动的水平位移距离x而计算出线状埋地金属体61的埋设深度y。

作为测量线状埋地金属体61的埋设深度y的其他方法，在离散地探测到深度测量信号、并且去除掉预定时间内的最大值和最小值之后，计算剩下的其他探测数值的平均值，并且将其作为所求之深度测量值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP 2006-284386A

非专利文献

非专利文献1：(日本)国内杂志《配管·装置·プラント技術》Vol.31，No.6，第4-6页，标题《埋設探査技術の現状》，长岛伸吾著。

发明内容

本发明所解决的技术问题

在非专利文献1中，前提是埋地的金属管是无限长的且为直线状的物体，因此，当埋地金属管是有限长的并且存在弯曲部分或分叉部分时，或者当埋地金属管和其他埋地金属管等在地下相交或辐辏时，在其他埋地金属管的影响下，出现了第二感应磁场和第三感应磁场，这就是出现测量误差的原因，造成无法准确测量出目标埋地金属管的位置。

与上述的非专利文献1提出的方法同样地，相同发明人的专利文献1提出的线状埋地金属体探测方法中，前提是埋设金属体61是无限长的并且为直线状的物体，因此当导致测量误差的原因存在时，即当埋地金属体61为有限长或存在弯曲部分和分叉部分时，或者当埋地金属体61在地下相交或辐辏时，尽管通过选用两种埋地深度测量方法抑制了由于其他埋地金属体的影响而生成的感应磁场，从而减少了产生测量误差的原因，但这尚不足够。

此外，在埋地金属体61中存在弯曲部分或分叉部分这样的特殊点时，在这些特殊点中，由于埋地金属体61的中轴线改变了，磁场H的方向也随之改变了，由于埋地金属体61的位置是由合成磁场的磁场分量的振幅判断的，则会存在如下问题：无法判断出该特殊点的状态是向上朝向地面方向(沿y方向)的上越状态，还是沿y方向向下的下越状态，或是处于分叉状态等。

如果埋地金属体61为通信电缆、电力电缆等，那么通过这些电缆的各种电流会生成磁场，而这会导致测量误差。

本发明为了解决上述问题，提出了一种埋地金属的探测方法及其探测装置，在探测出地下的埋地金属的位置和特殊点(弯曲部分或分叉部分)的同时，还可以区分出这些特殊点在竖直方向上是向上的上越状态，或者是向下的下越状态，或是分叉状态。

解决该技术问题的手段

本发明的权利要求1涉及一种埋地金属的探测方法，通过发射器使交流电流经过埋地金属，由接收器的磁性传感器检测出流经埋地金属的交流电流所产生的磁场，在以此方式探测埋地金属的埋地金属的探测方法中，所述接收器包括：分别设置在能够探测到XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的方向上的多个磁性传感器、对由磁性传感器分别探测到的3轴方向上的磁场分量进行检波的检波器、具有对3轴方向上的磁场分量的各个振幅和各个相位进行信号处理的功能的CPU、以及显示所述CPU的信号处理结果的显示器，分别计算出磁场在XYZ轴的3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位，

通过各个振幅计算特殊点的位置，同时通过各个相位确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态。

基于本发明的权利要求1的技术方案，在根据本发明的权利要求2的技术方案中，检波器将来自用于使交流电流经过埋地金属的发射器的发射信号作为参照信号进行同步检波，分别计算磁场在XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的各个相位。

基于本发明的权利要求1至2中任一项的技术方案，根据本发明的权利要求3的技术方案中，CPU分别对3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位进行图像处理，从而分别生成关于XYZ轴的磁场分量的图像数据，同时这些图像数据输出到所述显示器，通过这些图像数据来计算特殊点的位置，同时确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态。

基于本发明的权利要求1至3中任一项的技术方案，根据本发明的权利要求4的技术方案中，接收器具有第二磁性传感器，所述第二磁性传感器与设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上的磁性传感器相隔一定距离而设置，并且设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上，所述检波器对由所述第二磁性传感器探测到的X轴方向的第二磁场分量进行检波，所述CPU分别计算X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位，通过所计算出的X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位、以及X轴方向的磁场分量的振幅和相位而计算出所述特殊点的深度，所述显示器显示所述特殊点的深度。

本发明的权利要求5涉及一种埋地金属的探测装置，其通过发射器使交流电流经过埋地金属，由接收器的磁性传感器探测出由经过所述埋地金属的交流电流所生成的磁场，在用于探测埋地金属的埋地金属的探测装置中，所述接收器包括：分别设置在能够探测到XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的方向上的多个磁性传感器、对由磁性传感器分别探测到的3轴方向上的磁场分量进行检波的检波器、具有对3轴方向上的磁场分量的各个振幅和各个相位进行信号处理的功能的CPU、以及显示所述CPU的信号处理结果的显示器，所述CPU的信号处理功能至少包括：分别计算磁场的XYZ轴的3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位的功能、通过各个振幅计算特殊点的位置的功能、能够通过各个相位确定所述特殊点处于上越状态、下越状态还是分叉状态的功能。

基于本发明的权利要求5的技术方案，根据本发明的权利要求6的技术方案中，检波器具有如下功能：将来自用于使交流电流经过埋地金属的发射器的发射信号作为参照信号进行同步检波，分别计算磁场在XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的各个相位。

基于本发明的权利要求5至6中任一项的技术方案，根据本发明的权利要求7的技术方案中，CPU具有如下功能：分别对3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位进行图像处理，从而分别生成关于XYZ轴的磁场分量的图像数据的功能、将这些图像数据输出到所述显示器的功能、以及能够通过这些图像数据来计算特殊点的位置，同时确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态的功能。

基于本发明的权利要求5至7中任一项的技术方案，根据本发明的权利要求8的技术方案中，接收器具有第二磁性传感器，所述第二磁性传感器与设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上的磁性传感器相隔一定距离而设置，并且设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上，所述检波器具有对由所述第二磁性传感器所探测到的X轴方向的第二磁场分量进行检波的功能，所述CPU具有分别计算X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位的功能，还具有通过所计算出的X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位、以及X轴方向的磁场分量的振幅和相位而计算出所述特殊点的深度的功能，所述显示器具有显示所述特殊点的深度的功能。

发明的效果

通过根据本发明的权利要求1和权利要求5的上述技术方案，能够准确地找到特殊点的位置，还可以分辨出特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态。

基于本发明的权利要求1和权利要求5的技术方案，根据本发明的权利要求2和权利要求6的上述技术方案具有与本发明的权利要求1和权利要求5的技术方案相同的效果。

基于权利要求1至权利要求2中任一项的技术方案或权利要求5至权利要求6中任一项的技术方案，本发明的权利要求3和权利要求7的如上所述的技术方案具有与本发明的权利要求1至权利要求2的技术方案以及权利要求5和权利要求6的技术方案相同的效果。另外，由于其可清楚地表示出特殊点的位置和特殊点处于上越状态、下越状态还是分叉状态，对特殊点位置的判断和区分变得更容易。

基于权利要求1至权利要求3中的任一项的技术方案或权利要求5至权利要求7中的任一项的技术方案，本发明的权利要求4和权利要求8的如上所述的技术方案具有与本发明的权利要求1至权利要求3的技术方案以及权利要求5至权利要求7的技术方案相同的效果。此外，可测量特殊点的深度。

附图说明

图1显示了本发明的实施例，其为根据本发明的埋地金属的探测装置1的接收器2的框图。

图2显示了本发明的实施例，其显示了利用根据本发明的埋地金属的探测装置1测量出埋地管路处于上越状态的部分时的磁场分布，(a)显示了X轴方向的磁场分量的分布，(b)显示了Y轴方向的磁场分量的分布，以及(c)显示了Z轴方向的磁场分量的分布。

图3显示了本发明的实施例，其显示了利用根据本发明的埋地金属的探测装置1测量出埋地管路处于下越状态的部分时的磁场分布，(a)显示了X轴方向的磁场分量的分布，(b)显示了Y轴方向的磁场分量的分布，以及(c)显示了Z轴方向的磁场分量的分布。

图4显示了本发明的实施例，其显示了利用根据本发明的埋地金属的探测装置1测量出埋地管路处于分叉状态的部分时的磁场分布，(a)显示了X轴方向的磁场分量的分布，(b)显示了Y轴方向的磁场分量的分布，以及(c)显示了Z轴方向的磁场分量的分布。

图5显示了本发明的实施例，并且(a)至(c)分别显示了关于X轴、Y轴和Z轴的分量的各个相位的曲线图，(a)为在Y＝0.58的情况下的上越状态的相位变化，(b)为在Y＝0.8的情况下的下越状态的相位变化，(c)为分叉状态的相位变化。

图6显示了现有技术中的例子，并且为显示了电磁诱导式管路探测器(探管仪)的探测原理的模拟图。

图7显示了现有技术中的例子，并且为显示了电磁诱导式管路探测器(探管仪)的采用直接法的电流传送方法的模拟图。

图8显示了现有技术中的例子，并且为显示了电磁诱导式管路探测器(探管仪)的采用感应法的电流传送方法的模拟图。

图9显示了现有技术中的例子，并且为相同发明人先前提出的埋地金属物探测装置的模拟图。

具体实施方式

在埋地金属的探测方法中，通过发射器使交流电流经过埋地金属，由接收器的磁性传感器检测出流经埋地金属的交流电流所产生的磁场，在以此方式探测埋地金属的埋地金属的探测方法中，所述接收器包括：分别设置在能够探测到XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的方向上的多个磁性传感器、对由磁性传感器分别探测到的3轴方向上的磁场分量进行检波的检波器、具有对3轴方向上的磁场分量的各个振幅和各个相位进行信号处理的功能的CPU、以及显示所述CPU的信号处理结果的显示器，将来自用于使交流电流经过埋地金属的发射器的发射信号作为参照信号进行同步检波，分别计算磁场在XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的各个相位，对3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位进行图像处理，从而分别生成关于XYZ轴的磁场分量的图像数据，同时这些图像数据输出到所述显示器，通过这些图像数据来计算特殊点的位置，同时确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态。

实施例1

基于图1至图4对本发明的实施例进行详细说明。图1至图4显示了本发明的实施例，并且图1为根据本发明的埋地金属的探测装置1的接收器2的框图。图2显示了利用埋地金属的探测装置1测量出埋地管路处于上越状态的部分时的磁场分布。图3显示了利用埋地金属的探测装置1测量出埋地管路处于下越状态的部分时的磁场分布。图4显示了利用埋地金属的探测装置1测量出埋地管路处于分叉状态的部分时的磁场分布。在图2至图4中，分别为(a)显示了X轴方向的磁场分量(以下描述为X轴分量)的磁场分布，(b)显示了Y轴方向的磁场分量(以下描述为Y轴分量)的磁场分布，以及(c)显示了Z轴方向的磁场分量(以下描述为Z轴分量)的磁场分布。图5(a)至图5(c)分别显示了关于X轴、Y轴和Z轴的分量的各个相位的曲线图，图5(a)为在Y＝0.58的情况下的上越状态的相位变化，图5(b)为Y＝0.8的情况下的下越状态的相位变化，图5(c)为Y＝0的情况下的分叉状态的相位变化。

在图1中，埋地金属的探测装置1由发射器(图中未示出)和接收器2构成，发射器使得交流电流经过埋地管路(以下描述为埋地金属)，所述埋地管路例如埋在地下的输水管道、煤气管道、排水管道、通信缆线以及电力缆线等，接收器通过探测由发射器在埋地金属中诱导出来的磁场来探测特殊点。

接收器2由磁性传感器3(3a、3b、3c、3d)、I/V转换器4(4a、4b、4c、4d)、第一放大器5(5a、5b、5c、5d)、带通滤波器6(6a、6b、6c、6d)、第二放大器7(7a、7b、7c、7d)、光接收器11、滤波器12、相位调节器13、方波转换器14、检波器21(21a、21b、21c、21d)、低通滤波器22(22a、22b、22c、22d)、直流放大器23(23a、23b、23c、23d)、A/D转换器24(24a、24b、24c、24d)、CPU31、显示器32以及开关33构成。

磁性传感器3(3a、3b、3c、3d)为线圈，可由流经线圈的电流探测出线圈中生成的感应电动势。为了更容易地在三维空间中捕捉埋地金属的感应磁场从而探测特殊点，磁性传感器3包括在能够探测出X轴分量的方向上设置有线圈的磁性传感器3a、类似的用于Y轴分量探测的磁性传感器3b以及用于Z轴分量探测的磁性传感器3c。在本实施例中，为了测量特殊点的深度，还设置有用于X轴分量探测的第二磁性传感器3d，所述用于X轴分量探测的第二磁性传感器3d与磁性传感器3a的线圈相隔一定距离地设置，并且在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上设置有线圈。为了测量埋地金属的深度，有必要在相隔一定距离的两点处测量X轴的振幅。此处，X轴可以为埋地金属的正交方向、即与埋地金属中的电流方向正交的方向，且为平行于地面的方向；Y轴可以为埋地金属的平行方向、即埋地金属中的电流方向，并且为平行于地面的方向；Z轴可以为垂直于地面的方向。

在本实施例中，检波器21为模拟开关。为了执行稍后描述的同步检波，在接收器2中，从磁性传感器3到A/D转换器24的各个轴(X轴、Y轴、Z轴)的接收电路构造为使振幅特性、频率特性以及相位特性是相等的。

然后，将详细描述利用埋地金属的探测装置1搜索特殊点时的操作步骤。

首先，在图1中，通过来自发射器的发射信号使得交流电流通过埋地金属。此时，在埋地金属的一部分裸露在地面上的情况中，可使用直接法，即直接将发射器的输出连接到该裸露部分，从而使交流电流经过埋地金属。但是，在埋地金属完全没有在地面上裸露的情况中，可使用感应法，即由设置在地面上的发射器生成交流磁场，以非接触方式通过电磁感应向地下的埋地金属发送交流电流。本实施例说明了通过感应法使交流电流经过埋地金属的情况。

接收器2通过磁性传感器3(3a、3b、3c、3d)分别针对各个轴向的各个磁场分量探测由经过埋地金属的交流电流所生成的磁场，并且将来自用于使交流电流经过埋地金属的发射器的发射信号作为参照信号输入，从而执行同步检波。通过同步检波，接收器2的CPU 32计算由埋地金属产生的各个轴向的磁场分量的振幅和相位，通过所计算出的各个轴向的磁场分量的振幅和相位，计算得出磁场分布和埋地金属的深度并输出至显示器33。基于已输出至显示器33的由埋地金属所产生的各个轴向的磁场分量的磁场分布以及埋地金属的深度，探测特殊点。

这里，示例性详细说明了由埋地金属生成的磁场的X轴分量。通过来自发射器的发射信号使得交流电流经过埋地金属，所述交流电流造成的埋地金属的感应磁场在设置于X轴方向上的磁性传感器3a的线圈中感应出感应电动势。根据该感应电动势，经过磁性传感器3a的线圈中的电流由I/V转换器4a转换成电压，然后由第一放大器5a放大，之后利用带通滤波器6a去除不需要的频率成分，再由第二放大器7a再次放大。

另一方面，在本实施例中，来自发射器的发射信号作为参照信号通过光缆(图中未示出)输入到光接收器11中。该参照信号由滤波器12去除噪声成分，利用相位调节器13进行相位调节，并且利用方波转换器14将其转换成方波。进行相位调节是因为实施同步检波时需要整合输入信号和参照信号的相位，在感应法和直接法中，流经埋地金属的电流的相位相差90度，并且相位是根据埋地金属的阻抗变化的。

根据在方波转换器14中转换成方波的参照信号切换检波器21a的模拟开关，对由第二放大器7a放大的X轴分量的信号进行检波，并且利用低通滤波器22a去除高调波分量，并提取信号。所提取的X轴分量的信号由直流放大器23a放大之后，利用A/D转换器24a转换成数字信号，并且输入到CPU 31中。CPU31执行X轴分量的信号的信号处理，并计算得出X轴分量的振幅和相位。由所计算出的X轴分量的振幅和相位计算得出X轴分量的磁场分布，并且输出到显示器32。

Y轴分量与X轴分量类似，通过来自发射器的发射信号使得交流电流经过埋地金属，所述交流电流造成的埋地金属的感应磁场在设置于Y轴方向上的磁性传感器3b的线圈中感应出感应电动势。根据该感应电动势，经过磁性传感器3b的线圈中的电流由I/V转换器4b转换成电压，然后由第一放大器5b放大，之后利用带通滤波器6b去除不需要的频率成分，再由第二放大器7b再次放大。根据在方波转换器14中转换成方波的参照信号，由检波器21b对该Y轴分量的信号进行检波，然后利用低通滤波器22b去除高调波成分，并提取信号。所提取的Y轴分量的信号由直流放大器23b放大之后，利用A/D转换器24b转换成数字信号，并且输入到CPU 31中。CPU31执行Y轴分量的信号的信号处理，并计算得出Y轴分量的振幅和相位。由所计算出的Y轴分量的振幅和相位计算得出Y轴分量的磁场分布，并且输出到显示器32。

Z轴分量的情况也类似，埋地金属的感应磁场在设置于Z轴方向上的磁性传感器3c的线圈中感应出感应电动势。根据该感应电动势，流过磁性传感器3c的线圈中的电流由I/V转换器4c转换成电压，然后由第一放大器5c放大，之后利用带通滤波器6c去除不需要的频率成分，再由第二放大器7c再次放大。根据转换成方波的参照信号，由检波器21c对该Z轴分量的信号进行检波，然后利用低通滤波器22c去除高次谐波成分，并提取信号。所提取的Z轴分量的信号由直流放大器23c放大之后，利用A/D转换器24c转换成数字信号，并且输入到CPU 31中。CPU31执行Z轴分量的信号的信号处理，并计算得出Z轴分量的振幅和相位，由所计算出的Z轴分量的振幅和相位计算得出Z轴分量的磁场分布，并且输出到显示器32。

第二X轴分量的情况也基本类似，埋地金属的感应磁场在用于X轴分量探测的第二磁性传感器3d的线圈中感应出感应电动势，所述用于X轴分量探测的第二磁性传感器3d与磁性传感器3a的线圈相隔一定距离而设置，并且在能够探测到X轴方向的磁场的方向上设置有线圈。根据该感应电动势，流过磁性传感器3d的线圈中的电流由I/V转换器4d转换成电压，然后由第一放大器5d放大，之后利用带通滤波器6d去除不需要的频率成分，再由第二放大器7d再次放大。根据转换成方波的参照信号，由检波器21d对该第二X轴分量的信号进行检波，然后利用低通滤波器22d去除高次谐波成分，并提取信号。所提取的第二X轴方向分量的信号由直流放大器23d放大之后，利用A/D转换器24d转换成数字信号，并且输入到CPU 31中。CPU31执行第二X轴分量的信号和X轴分量的信号的信号处理，并计算得出特殊点的深度，并且输出到显示器32。

在本实施例中，参照信号是由光缆传输的，但不以此为限，例如，参照信号也可通过无线电进行传输。在本实施例中，通过以方波形式的参照信号来切换检波器21的模拟开关，从而实现同步检波，但不以此为限。例如，检波器21可用作模拟乘法器，而不是模拟开关，并且省略了方波转换器14的构成，并且可通过检波器21的乘法器来对正弦波的参照信号进行积算。

在本实施例中，为了测量深度，有必要在相隔一定距离的两个点处测量X轴的振幅，尽管接收器2中从磁性感应器3到A/D转换器24的系统作为四个系统：X轴方向的两个系统、还有Y轴方向的系统以及Z轴方向的系统，但不限于此。还可构造成在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向各自平均具有一个系统的总共三个系统。

接下来，发明人使用根据本发明的埋地金属的探测装置1进行了探测特殊点的实验。埋地管路的形状分为三种情况：(1)上越状态；(2)下越状态；(3)分叉状态，基于这三种情况进行实验。

首先，说明了用于实验的埋地金属的形状。埋地金属为构造成足够长的直线型的埋地管路，其埋在地面以下1米的深度。在本实施例中，埋地管路作为示例进行描述。

(1)上越状态

埋地管路的中央部分形成特殊点。上越状态的特殊点的部分形成为从埋地管路开始向上0.5m，并且深度为0.5m，长度为1m。埋地管路的除了特殊点之外的部分的长度左右各1,000,000m。使埋地管路的除了特殊点之外的部分的长度为上述数值的原因在于可在计算时将其看作是无限长。下述(2)下越状态和(3)分叉状态的情况下同样适用。

(2)下越状态

与上述(1)上越状态的情况类似，埋地管路的中央部分形成特殊点。下越状态的特殊点的部分形成为从埋地管路开始向下0.5m，并且深度为1.5m，长度为1m。埋地管路的除了特殊点以外的部分的长度是左右各1,000,000m。

(3)分叉状态

与上述(1)上越状态和(2)下越状态的情况类似，埋地管路的中央部分形成特殊点。分叉状态的特殊点形成为在与埋地管路相同深度处分叉，并且长度为10m。埋地管路的除了特殊点以外的部分的长度是左右各1,000m。

然后，参照图2至图5对实验结果进行说明。发明人利用根据本发明的埋地金属的探测装置对上述(1)至(3)的具有特殊点的埋地管路进行实验，并对特殊点进行探测。图2至图4显示了作为实验结果的各个轴的磁场分量的磁场分布。图5(a)至图5(c)分别为各个轴的磁场分量的各个相位的曲线图，(a)显示了上越状态的相位变化，(b)显示了下越状态的相位变化，并且(c)显示了分叉状态的相位变化。

(1)上越状态

在图2中，纵轴与横轴显示了距离埋地管路中央的距离，即显示了距离上越状态的特殊点的部分的中心的距离，纵轴为X轴方向(m)的距离，横轴为Y轴方向(m)的距离。图2中，(a)为X轴分量的磁场分布，(b)为Y轴分量的磁场分布，(c)为Z轴分量的磁场分布。

在图2(a)至图2(c)的任一图中，上越状态的特殊点的部分的中心位置可在某种程度上进行判断，尤其是图2(b)中的Y轴分量的磁场分布中的磁场图案是非常有特点的，并且清楚地显示了特殊点的中心位置，Y轴分量的峰值的位置坐标为X＝±0.42，Y＝±0.58。在上越状态下，相比于埋地管路正上方的X轴，峰值水平变为0.14，并且在稍后描述的下越状态下，其为0.035。

从图2(a)可看出，磁场变强的部分的长度为距中心约±0.5m，即约1m，并且可大概推测出上越状态的部分的长度。

(2)下越状态

在图3中，基本类似于上越状态的情况，纵轴与横轴显示了距离埋地管路中央的距离，即显示了距离下越状态的特殊点的部分的中心的距离，纵轴为X轴方向(m)的距离，横轴为Y轴方向(m)的距离。图3中，(a)为X轴分量的磁场分布，(b)为Y轴分量的磁场分布，(c)为Z轴分量的磁场分布。

在图3(a)至图3(c)的任一图中，下越状态的特殊点的部分的中心位置可在某种程度上进行判断，尤其是图3(b)中的Y轴分量的磁场分布中的磁场图案是非常有特点的，并且清楚地显示了特殊点的中心位置，Y轴分量的峰值的位置坐标为X＝±0.71，Y＝±0.80。

从图3(a)可看出，磁场变弱的部分的长度为距中心约±0.5m，即约1m，并且可大概推测出下越状态的部分的长度。

这里，将图2与图3所示的(1)上越状态和(2)下越状态的结果相比较，产生了兴趣点。如果对每幅图(图2和图3)的(a)中的X轴分量的磁场分布进行比较，那么在上越状态的情况下，特殊点周围的磁场较强，而在下越状态的情况下，相反地，特殊点周围的磁场较弱。基于这样的现象，通过X轴分量的磁场分布，在某种程度上可以判断特殊点处于上越状态还是下越状态。另外的兴趣点为Y轴分量的磁场分布。如果对每幅图(图2和图3)的(b)中的Y轴分量的磁场分布进行比较，磁场分布中的磁场图案非常相似，但是其在上越状态和下越状态为相位相反的点。因此，在Y轴分量的磁场分布中，通过在X轴的基础上检查Y轴的相位，可区分特殊点是在上越状态还是在下越状态。

(3)分叉状态

如图4所示，基本类似于上越状态和下越状态的情况，纵轴与横轴显示了距离埋地管路中央的距离，即显示了距离分叉状态的特殊点的中心的距离，纵轴为X轴方向(m)的距离，横轴为Y轴方向(m)的距离。图4中，(a)为X轴分量的磁场分布，(b)为Y轴分量的磁场分布，(c)为Z轴分量的磁场分布。

在图4(a)至图4(c)的任一图中，分叉状态的特殊点的中心位置或分叉状态的埋地管路的方向可在某种程度上进行判断，尤其是图4(b)中的Y轴分量的磁场分布中的磁场图案是非常有特点的，并且清楚地显示了特殊点的中心位置以及分叉状态的埋地管路的方向。在图4(c)中，磁场的Y轴分量在埋地管路的左侧和右侧不会变化。

工业实用性

本发明可探测埋地金属，例如埋在地下的输水管道、煤气管道以及排水管道的多种金属管或者通信线缆和电力线缆等。本发明还可广泛地应用于对建筑物的钢条、钢架等进行探测，以及对埋在地下多年的炸弹等进行探测。

附图标记列表

1 埋地金属的探测装置

2 接收器

3(3a、3b、3c、3d) 磁性传感器

21(21a、21b、21c、21d) 检波器

31 CPU

32 显示器

Claims (6)

1.一种埋地金属的探测方法，其特征在于，通过发射器使交流电流经过埋地金属，由接收器的磁性传感器检测出流经所述埋地金属的交流电流所产生的磁场，在以此方式探测所述埋地金属的埋地金属的探测方法中，

所述接收器包括：分别设置在能够探测到XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的方向上的多个磁性传感器、对由所述磁性传感器分别探测到的所述3轴方向上的磁场分量进行检波的检波器、具有对所述3轴方向上的磁场分量的各个振幅和各个相位进行信号处理的功能的CPU、以及显示所述CPU的信号处理结果的显示器，

分别计算出磁场在XYZ轴的3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位，

通过各个振幅计算特殊点的位置，

同时通过各个相位确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态，

所述CPU对所述3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位进行图像处理，从而分别生成关于XYZ轴的磁场分量的图像数据，同时这些图像数据输出到所述显示器，

通过所述图像数据来计算特殊点的位置，同时确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态。

2.根据权利要求1所述的埋地金属的探测方法，其特征在于，所述检波器将来自用于使交流电流经过所述埋地金属的发射器的发射信号作为参照信号进行同步检波，分别计算磁场在XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的各个相位。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的埋地金属的探测方法，其特征在于，所述接收器具有第二磁性传感器，所述第二磁性传感器与设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上的磁性传感器相隔一定距离而设置，并且设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上，

所述检波器对由所述第二磁性传感器探测到的X轴方向的第二磁场分量进行检波，

所述CPU分别计算X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位，通过所计算出的X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位、以及X轴方向的磁场分量的振幅和相位而计算出所述特殊点的深度，

所述显示器显示所述特殊点的深度。

4.一种埋地金属的探测装置，其特征在于，通过发射器使交流电流经过埋地金属，由接收器的磁性传感器探测出由经过所述埋地金属的交流电流所生成的磁场，在用于探测所述埋地金属的埋地金属的探测装置中，

所述接收器包括：分别设置在能够探测到XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的方向上的多个磁性传感器、对由所述磁性传感器分别探测到的所述3轴方向上的磁场分量进行检波的检波器、具有对所述3轴方向上的磁场分量的各个振幅和各个相位进行信号处理的功能的CPU、以及显示所述CPU的信号处理结果的显示器，

所述CPU的信号处理功能至少包括：分别计算磁场的XYZ轴的3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位的功能、通过各个振幅计算特殊点的位置的功能、能够通过各个相位确定所述特殊点处于上越状态、下越状态还是分叉状态的功能，

所述CPU具有如下功能：对所述3轴方向的磁场分量的各个振幅和各个相位进行图像处理，从而分别生成关于XYZ轴的磁场分量的图像数据的功能、将这些图像数据输出到所述显示器的功能、

以及具有能够通过所述图像数据来计算特殊点的位置，同时确定所述特殊点是处于上越状态、下越状态还是分叉状态的功能。

5.根据权利要求4所述的埋地金属的探测装置，其特征在于，所述检波器具有如下功能：将来自用于使交流电流经过所述埋地金属的发射器的发射信号作为参照信号进行同步检波，分别计算磁场在XYZ轴的3轴方向上的磁场分量的各个相位。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的埋地金属的探测装置，其特征在于，所述接收器具有第二磁性传感器，所述第二磁性传感器与设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上的磁性传感器相隔一定距离而设置，并且设置在能够探测到X轴方向的磁场分量的方向上，

所述检波器具有对由所述第二磁性传感器所探测到的X轴方向的第二磁场分量进行检波的功能，

所述CPU具有分别计算X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位的功能，还具有通过所计算出的X轴方向的第二磁场分量的振幅和相位、以及X轴方向的磁场分量的振幅和相位而计算出所述特殊点的深度的功能，

所述显示器具有显示所述特殊点的深度的功能。