JP2002048875A - 埋設位置検出システムおよびそのための受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次電磁波の影響を防止しつつ、埋設管路の
位置検出を正確に行うこと。 【解決手段】 管路２の中に単線のケーブル５を配置
し、ケーブル５に交流電流を流すことによって電磁波を
輻射させる。地上側ＡＲで受信した受信電磁波のうち、
送信電磁波の生成の基礎となった基準信号と直交する位
相成分は、金属体４１ａ、４２ｂなどからの２次電磁波
３２に相当する。センサ２１で受信した受信電磁波から
基準信号と同相の成分を抽出すると、これは実質的に１
次電磁波３１だけに対応したものとなる。このようにし
て１次電磁波３１の成分だけを抽出し、それが水平成分
だけを持つ位置を探すことにによって、２次電磁波３２
の影響を受けずに管路２の直上位置を正確に知ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、送電線や通信線
などを収容して地下に埋設されている管路の存在位置を
地上側から検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下施設を建設あるいは保守するにあた
っては、作業上の事故を防止するために、地下に埋設さ
れている送電線や通信線の管路、それに上下水道などの
種々のライフライン管路の存在位置を地上側から検出す
る必要がある。そのような検出技術のひとつとして、管
路の内部に心線などの電磁波輻射手段を配置し、それか
ら輻射された電磁波を地上側で受信して、管路の位置を
推定する電磁法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、管路付近に
は種々の金属体（たとえば地上のガードレール、地下に
伸びたの金属支柱など）が存在する場合も多い。する
と、電磁波輻射手段から輻射した電磁波はこれらの金属
体で電磁反射し、２次電磁波となって地上側の受信手段
に到達する。この金属体は検出対象の管路とは別の位置
にあるため、管路内から直接に受信手段に到達する１次
電磁波とは強度の空間分布が異なっている。このため、
１次電磁波と２次電磁波との混合電磁波から位置検出を
行うと、管路の検出にかなりの誤差が生じてしまう。

【０００４】

【発明の目的】この発明は、従来技術における上記の問
題の克服を意図しており、２次電磁波の影響を除去して
埋設管路の位置を正確に検出できる技術を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、地中に埋設された管路の位置を
検出する埋設位置検出システムであって、(a)所定の基
準信号に同期した送信電磁波を前記管路の埋設位置から
輻射させる送信装置と、(b)前記送信電磁波に応じた受
信電磁波を地上側で受信して、前記管路の埋設位置を検
出する受信装置とを備え、前記受信装置が、(b-1)前記
基準信号を用いて、前記受信電磁波の中から、前記送信
電磁波の位相と同相の成分を抽出する同相成分抽出手段
と、(b-2)前記同相の成分に基づいて前記管路の埋設位
置を指示する指示信号を生成する信号処理手段とを備え
ることを特徴とする。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１のシステムに
おいて、前記同相成分抽出手段が、前記基準信号に基づ
いて、前記受信電磁波から、前記送信電磁波の位相と直
交する直交位相成分を抽出する手段を備え、前記受信電
磁波から前記直交位相成分を除去することによって、前
記指示信号を得ることを特徴とする。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２のシステムにおいて、前記受信装置においては、対向
配置されたコイル対の出力差として前記受信電磁波を検
出することを特徴とする。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３のいずれかのシステムにおいて、前記送信電磁波が、
前記管路の長手方向に沿って前記管路の中に挿通された
導電線から輻射されることを特徴とする。

【０００９】請求項５の発明は、地中に埋設された管路
の内部に電磁波輻射手段を配置し、前記電磁波輻射手段
からの送信電磁波を地上側で受信して前記管路の位置を
検出する受信装置であって、(a)前記送信電磁波に応じ
た受信電磁波を地上側で受信する受信手段と、(b)前記
送信電磁波の生成の基礎となった基準信号に基づいて、
前記受信電磁波の中から、前記送信電磁波の位相と同相
の成分を抽出する同相成分抽出手段と、(c)前記同相の
成分に基づいて前記管路の埋設位置を指示する指示信号
を生成する信号処理手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】請求項６の発明は、請求項５の受信装置に
おいて、前記同相成分抽出手段が、前記基準信号に基づ
いて、前記受信電磁波から、前記送信電磁波の位相と直
交する直交位相成分を抽出する手段を備え、前記受信電
磁波から前記直交位相成分を除去することによって、前
記指示信号を得ることを特徴とする。

【００１１】請求項７の発明は、請求項５または請求項
６の受信装置において、対向配置されたコイル対の出力
差として前記受信電磁波を検出することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】［システムの概要］図１は、この
発明の埋設位置検出システム１のシステム構成図であ
り、図２はその平面図である。このシステム１は、地下
ＧＲに埋設されている管路２の水平面方向の存在位置を
検出するためのものであり、センサ２１を図２中の位置
Ｐa、Ｐb、Ｐc、Ｐ0、Ｐd、Ｐe、Ｐfなどの種々の場所
に移動させつつ電磁波の検出を行ったとき、後述する原
理によって管路２の直上に相当する位置Ｐ0を特定する
ことができるようになっている。なお、これらの各図に
はＸ0−Ｙ0−Ｚ0直交座標系が定義されており、Ｚ0方向
が地表ＳＦに対する鉛直方向である。Ｘ0、Ｙ0のそれぞ
れの方向軸のとりかたは任意であるが、ここでは管路２
が伸びる方向をＸ0方向とし、このＸ0方向に直交する方
向をＹ0方向として定義する。

【００１３】具体的構成において、このシステム１は、
地上側に移動自在に配置された送信装置１０と受信装置
２０とを備えている。送信装置１０からマンホール３を
通して、検出対象となる管路２内に単線ケーブル５を挿
通する。このケーブル５は導線（心線）を絶縁被覆して
形成されている。このケーブル５を管路２の長手方向に
沿って延伸させ、別のマンホール４から地上に導出させ
る。そして、このケーブル５の端部を任意の接地点５ａ
で接地する。また、送信装置１０はその近傍の接地点１
０ａで接地されている。

【００１４】送信装置１０は、後述する回路によって数
ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの交流信号を発生し、この交流信号
をケーブル５に供給する。ケーブル５内の導線は単線で
あり、ケーブル５を通った交流電流はから接地点５ａへ
と流れ、大地を経由して他方の接地点１０ａから送信装
置１０に戻る。

【００１５】このような構成においては、ケーブル５か
らほぼ同心円状（立体的に言えば同心円筒状）に１次電
磁波３１が輻射され、この１次電磁波３１は管路２およ
び地中ＧＲを通って地表ＳＦを貫き、地上側ＡＲへと伝
播する。なお、この明細書においては「地上側」という
用語を、地上および空中の双方を含む用語として使用し
ている。

【００１６】１次電磁波３１の一部は、地中ＧＲにある
金属体４１ａ（たとえば金属支柱）や、地上側ＡＲにあ
る金属体４１ｂ（たとえばガードレール）で反射され、
２次電磁波３２としてこれらの金属体から再輻射され
る。

【００１７】一方、地上側ＡＲには受信装置２０の本体
２０Ａを移動自在に配置する。管路２がどの位置にある
かはこの時点では地上側ＡＲではまだわからないため、
受信装置本体２０Ａは管路２の推定存在位置付近に適宜
に配置される。この受信装置２０には電磁センサ２１が
接続されている。このセンサ２１は図３のように、水平
面内において所定の間隔を隔てて十字形に水平配置され
た４つのコイル２１ａ〜２１ｄを備えている。１方向に
対向配置して整列している２つのコイル２１ａ、２１ｂ
が伸びる方向をＸ方向とし、他の２つのコイル２１ｃ、
２１ｄの対向配置が伸びる方向をＹ方向として定義す
る。センサ２１は可搬であって、その向きも自由に変更
できるようになっている。このため、Ｘ、Ｙはセンサ２
１の内部における相対的座標系としての意味を持つだけ
であって、偶然にＸ＝Ｘ0、Ｙ＝Ｙ0になっている場合の
ほかは、Ｘ、Ｙ方向はそれぞれ絶対座標系におけるＸ
0、Ｙ0方向と一致しない。ただし、コイル２１ａ〜２１
ｄの配置面を常に水平とした状態でセンサ２１を使用す
るため、Ｘ−Ｙ平面とＸ0−Ｙ0平面とは平行であり、２
次元Ｘ−Ｙ座標系は２次元Ｘ0−Ｙ0座標系を面内回転し
たものに相当する。

【００１８】４つのコイル２１ａ〜２１ｄのうち、対向
配置した２つのコイル２１ａ、２１ｂはＸ方向に磁場成
分を持つ電磁波に応答して誘起起電力を発生し、また、
これと直交する方向に対向配置したコイル２１ｃ、２１
ｄはＹ方向に磁場成分を持つ電磁波に応答して誘起起電
力を発生する。このセンサ２１が検出する電磁波は、こ
のセンサ２１のその時点での存在位置における１次電磁
波３１と２次電磁波３２との合成電磁波３０（図１参
照）である。

【００１９】より厳密には、２次電磁波３２がさらに別
の金属体で反射されて、３次電磁波、４次電磁波のよう
な高次の電磁波も存在するが、これらの強度は２次電磁
波と比較してかなり小さいため、２次電磁波３２までの
影響を考慮するだけでよい。

【００２０】以上のような概略構成を有するこのシステ
ム１においては、センサ２１を地上側ＡＲにおいて、管
路を検出すべきエリア内の任意の経路（たとえば図２の
経路ＰＴａ，ＰＴｂ）に沿ってマニュアルで移動させ
る。受信装置本体２０Ａは、後述する原理および具体的
構成によって２次電磁波３２の影響を補償し、実質的に
１次電磁波３１だけを抽出できるようになっている。そ
の抽出処理においては、送信装置１０からの交流信号に
よってケーブル５から送信している送信電磁波（１次電
磁波）３１の位相の情報が必要である。そこで、１次電
磁波３１の生成の基礎となった基準信号を、そのような
位相情報を含む信号として受信装置２０に伝送する目的
で、送信装置１０と受信装置本体２０Ａとの間に有線の
信号経路１２を確立している。

【００２１】そして、このシステム１では、受信装置本
体２０Ａのモニタ表示を監視しつつセンサ２１を移動さ
せ、後述するような特定の電磁波受信状態（水平方向の
みに磁場成分を持つ状態）になった位置を見いだせば、
そのセンサ２１の位置の直下に管路２が存在しているこ
とがわかる。そして、管路２の存在位置が確認されて所
要の工事や保守が完了すると、接地点５ａ、１０ａでの
接地接続を解き、ケーブル５を管路２から引き上げて収
容する。

【００２２】［２次電磁波除去の原理］送信装置１０や
受信装置２０などの内部構成を説明する前に、このシス
テム１において、受信電磁波３０から２次電磁波３２を
除去して１次電磁波３１だけを抽出する原理について説
明する。そこでは、まず最初に２次電磁波がない場合の
位置検出の原理を述べ、２次電磁波３２の除去の原理は
その後に述べる。

【００２３】［（Ａ）２次電磁波がない場合］図４は、
管路２の付近に金属体がない場合の電磁波の伝播状況を
示す図であり、管路２内のケーブル５から１次電磁波３
１が輻射され、その一部がセンサ２１に到達している。
センサ２１の存在位置としては、管路２の直上位置Ｐ0
と、それからずれた位置Ｐ1との２つの位置が想定され
ている。また、図５は図４の部分拡大図であり、センサ
２１に含まれる２つのコイル２１ｃ、２１ｄがＹ0方向
に整列している場合を例としている。

【００２４】管路２内のケーブル５はほぼ直線状に伸び
ているから、このケーブル５からの電磁波の輻射条件は
ほぼ線対称であり、そこから輻射される１次電磁波３１
の磁場成分は、ケーブル５を中心とする同心円状（立体
的に見れば同心円筒状）である。したがって、センサ２
１の姿勢を水平にしておけば、このセンサ２１がケーブ
ル５の直上位置Ｐ0にあるときには、図５(a)に示すよう
に２つのコイル２１ｃ、２１ｄを通るそれぞれ磁束の方
向と大きさとがほぼ同じになるとともに、それらの磁束
の時間的変化も同じになる。これら２つのコイル２１
ｃ、２１ｄの巻回方向が同じである場合は、これらのコ
イル２１ｃ、２１ｄのそれぞれの誘起起電力Ｖ(y+)、Ｖ
(y-)の差Ｖyは、 Ｖy ＝ Ｖ(y+)−Ｖ(y-) ＝ ０ …（式１） となる。ただし、コイル２１ｃ、２１ｄの巻回方向が逆
であれば、それらの出力信号の和が実質的な差になる。

【００２５】一方、センサ２１が管路２の直上からそれ
た位置Ｐ1にある場合には、一方のコイル２１ｃを通る
磁束と他方を通る磁束２１ｄとはその大きさも時間的変
化量も異なる。図４および図５(b)の例で言えば、コイ
ル２１ｄはコイル２１ｃよりもケーブル５に近いため
に、そこを通る磁束Φdはコイル２１ｃを通る磁束Φcよ
りも大きい。また、かつコイル２１ｄとその位置での磁
場ベクトルとの方向余弦ｃｏｓθdは、コイル２１ｃと
その位置での磁場ベクトルとの方向余弦ｃｏｓθcより
も大きい。

【００２６】つまり、送信装置２０による送信角周波数
をωとしたとき、 ただし、Ａ0 ＝ ケーブル電流値や電磁波伝搬路の透磁
率、コイル断面積その他を含む定数で、コイル２１ａ〜
２１ｄに共通の値、Ｒc ＝ ケーブル５からコイル２１
ｃまでの直線距離、Ｒd ＝ ケーブル５からコイル２１
ｄまでの直線距離、φ0＝初期位相であるが、 Ｒc ＞ Ｒd …（式３） ｃｏｓθc ＜ ｃｏｓθd …（式４） であるから、絶対値をAbs（…）の記号で表現したと
き、 Abs（Ｈc） ＜ Abs（Ｈd） …（式５） となり、かつこれらの磁束Φc、Φdの時間微分としての
コイル起電力Ｖ(y+)、Ｖ(y-)も、 Abs（Ｖ(y+)）＜ Abs（Ｖ(y-)）…（式６） を満足する。

【００２７】すなわち、センサ２１が管路２の直上から
ずれるとコイル２１ｃ、２１ｄの誘起起電力Ｖ(y+)、Ｖ
(y-)にずれが生じることになる。このため、コイル２１
を水平移動させたとき、コイル２１ｃ、２１ｄの誘起起
電力Ｖ(y+)、Ｖ(y-)が同じになる位置が管路２の直上位
置であることがわかる。

【００２８】図４および図５の例では、コイル２１ｃ、
２１ｄがＹ0方向に整列している場合を考えたが、一般
にはそのようにはなっていない。しかしながら、センサ
２１がケーブル５の直上にある場合には、コイル２１
ｃ、２１ｄの向きがＹ0方向からずれていても、図６に
示すように磁場ベクトルＨをこれらコイル２１ｃ、２１
ｄに射影した成分Ｈyの大きさは同じになるから、やは
りこれらのコイル２１ｃ、２１ｄの誘起起電力は同じに
なる。他方の対のコイル２１ａ、２１ｂについても同様
に、それらの誘起起電力Ｖ(x+)、Ｖ(x-)は、管路２の直
上でその絶対値が互いに同じになる一方、管路２の直上
からずれるとこれらの誘起起電力Ｖ(x+)、Ｖ(x-)の大き
さが互いに異なることになる。

【００２９】このため、２次元磁場系の状況を必要十分
に表現可能な４つのコイル２１ａ〜２１ｄの十字形配列
によって、センサ２１が管路２の直上にあるかどうかを
検出可能である。

【００３０】［（Ｂ）２次電磁波がある場合］次に図７
のように金属体４１（図１に示す地中の金属体４１ａと
地上側の金属体４１ｂとの総称）が管路２の比較的近傍
に存在し、それによって２次電磁波３２が発生する場合
を考える。この場合、２次電磁波３２は金属体４１を中
心にして輻射されるため、管路２の直上ではその磁場ベ
クトルが水平方向になっておらす、合成電磁波３０にお
いても管路２の直上でその磁場ベクトルが水平方向にな
っていない。このため、合成電磁波３０をそのまま使用
して、センサ２１のコイル対２１ａ、２１ｂ（２１ｃ、
２１ｄ）のそれぞれ出力が相互に同じ大きさになるとい
う条件で管路２の位置を検出すると誤差が生じる。そこ
で、センサ２１の検出信号から２次電磁波３２を除去す
ることが必要である。

【００３１】ところで、この２次電磁波３２は１次電磁
波３１の電磁反射によって生じるが、その電磁的メカニ
ズムは、(1)１次電磁波３１によって金属体４１に表面
電流が生じ、(2)その表面電流に応じた２次電磁波３２
が生成される、というプロセスである。そして、金属体
４１の表面電流は１次電磁波３１の磁場成分の時間微分
（にマイナスの符号をつけたもの）によってもたらされ
るものであるから、２次電磁波３２の位相は１次電磁波
３１の位相よりも−９０度だけずれることになる。この
ため、合成電磁波３０において、電磁波の送信の基礎と
なった基準信号と同相の成分は１次電磁波３１であり、
位相において基準信号と直交している成分は２次電磁波
３２に相当する。

【００３２】図１６において、管路２が伸びる方向に対
し位置 ＰA → ＰB → Ｐ0 の経路に沿って移動したと
きや、ＰC → ＰD → Ｐ0 の経路に沿って移動したとき
の、送信電磁波の波形と受信電磁波（センサ２１ｃ、２
１ｄの出力差）の波形とを、２次電磁波がない場合に検
出した結果を示したものが図１７であり、破線が送信電
磁波の磁場波形を、実線が受信電磁波の磁場波形を示し
ている。この図１７からわかるように、２次電磁波がな
い場合には、管路２の直上Ｐ0で受信電磁波はその絶対
値がほぼゼロになる。

【００３３】これに対して２次電磁波があると、図１８
のように管路２の直上（位置Ｐ0）でも受信電磁波がゼ
ロにならず、送信電磁波に対して位相が−９０度ずれた
２次電磁波の影響が残る。

【００３４】そこで、この実施形態のシステム１は、セ
ンサ２１で受信した合成電磁波３０のうちから、送信電
磁波に対して位相が−９０度ずれた成分を受信電磁波の
出力信号から除去することによって、２次電磁波３２の
影響を除去し、実質的に１次電磁波３１だけを抽出した
信号を得るように構成されている。

【００３５】この原理をより定量的に表現すると、合成
電磁波３０の磁場成分によるセンサ２１の出力は、１次
電磁波３１の磁場成分による信号成分Ｖ1と、２次電磁
波３２の磁場成分による信号成分Ｖ2とのベクトル加算
合成： Ｖ ＝ Ｖ1 ＋ Ｖ2 …（式７） であるが、(1)成分Ｖ1とＶ2とは直交し、(2)成分Ｖ1は
送信電磁波の生成の基礎となった基準信号の単位ベクト
ルＶ0と同相であり、(3)成分Ｖ2は基準信号の単位ベク
トルＶ0と直交状態にある。

【００３６】このため、基準信号の１周期以上の時間平
均演算を記号＜…＞(t)で示し、基準信号ベクトルＶ0と
−９０度位相がずれた単位ベクトルをＶ(*)とすると、
１次電磁波成分Ｖ1は、基準信号の単位ベクトルＶ0と同
相の成分を抽出して、 Ｖ1 ＝ ＜Ｖ・Ｖ0＞(t) …（式８） のように求めるかことができる。

【００３７】また、合成電磁波Ｖのうち基準信号の単位
ベクトルＶ0と直交する成分として、 Ｖ2 ＝ ＜Ｖ・Ｖ(*)＞(t) …（式９） のように２次電磁波成分Ｖ2を求め、この成分Ｖ2を合成
成分Ｖから減算して、 Ｖ1 ＝ Ｖ− Ｖ2 …（式１０） のように１次電磁波成分Ｖ1を得るように構成すること
もできる。

【００３８】このような原理を実現する具体的装置構成
は以下に述べる通りである。

【００３９】［送信装置の詳細］図８は送信装置１０の
内部構成を示すブロック図である。この送信装置１０は
水晶基準発振器１０２を備えており、水晶基準発振器１
０２は水晶振動子の発振正弦波を逓減するとともに振幅
を規格化した基準信号ｆ0を矩形波ドライブ回路１０３
に与えて、所定の周波数の矩形波信号を得る。高圧電流
発生器１０５で発生した高圧電流はパワー出力スイッチ
１０４に与えられるが、上記矩形波信号によってパワー
出力スイッチ１０４を周期的にＯＮ／ＯＦＦすることに
よって高圧電流の交流信号を出力する。この交流信号は
ケーブル５と接地点１０ａの接地電極間に与えられる。
ケーブル５の端部は、図１において説明したように、管
路２を出た任意の接地点５ａにおいて接地される。これ
によってケーブル５と大地とを介して交流電流が流れ、
ケーブル５の心線から電磁波が輻射される。

【００４０】これらの各回路に電源を供給するためにバ
ッテリ１０６が接続されており、このバッテリ１０６の
直流出力をＤＣ／ＡＣコンバータ１０７によって交流電
力として、各回路の電源部１０８を介して各部の回路に
供給する。

【００４１】また、水晶基準発振器１０２の出力である
基準信号ｆ0は出力ドライブ回路１０１にも与えられて
おり、送信電磁波の生成の基礎となった基準信号ｆ0
は、信号経路１２（図１）を介して受信装置２０側にも
与えられる。

【００４２】［受信装置の詳細］ ［（Ａ）第１の例］図９は受信装置２０の構成の第１の
例を示すブロック図である。この図のうち、ブロックを
２重に示している部分は、図３のＸ方向コイル対（２１
ａ、２１ｂ）およびＹ方向コイル対（２１ｃ、２１ｄ）
に対応して２つのチャンネルが並列的に存在する。以下
では、一方のＹ方向コイル対（２１ｃ、２１ｄ）だけに
着目してそれに対応する単一のチャンネルについてのみ
説明するが、他方のチャンネルについても同様である。

【００４３】この受信装置２０は、混合電磁波３０の検
出信号Ｖから１次電磁波３１の成分Ｖ1だけを抽出する
にあたって位相検波を行う。すなわち、混合電磁波Ｖの
検出信号のうち送信電磁波３１の基礎となった基準信号
ｆ0に対して−９０度だけ位相がずれている成分を取り
出し、その成分を利用して１次電磁波３１の成分Ｖ1だ
けを抽出する。

【００４４】ただし、既述したように、この実施形態で
はセンサ２１についてＸ方向およびＹ方向のそれぞれに
つき対向するコイル対（２１ａ、２１ｂ）（２１ｃ、２
１ｄｂ）を配置してそれぞれの対のコイルの出力が同一
になる位置を特定することにより、管路２の直上位置を
検出するという原理を利用している。したがってセンサ
２１のコイルのそれぞれについての出力信号の差に着目
する。

【００４５】そこでまず、受信装置２０のゲイン調整回
路２０１には、センサ２１のＹ方向コイル対（２１ｃ、
２１ｄ）でそれぞれ得られた誘起起電力Ｖ(Y+）および
Ｖ(Y-）の差の信号Ｖy： Ｖy ＝ Ｖ(y+）−Ｖ(y-） …（式１１） が入力される。それぞれのコイル２１ｃ、２１ｄの出力
をそれぞれ個別に位相検波してからそれらの差を求めて
もよいが、この実施形態のように先にコイル２１ｃ、２
１ｄの出力差Ｖyを求めておくことによって、管路２の
直上位置が出力「０」となるようなレベルシフトを先に
実行し、以後の増幅や各処理におけるダイナミックレン
ジを有効に利用できる。

【００４６】調整されたゲインを持つゲイン調整回路２
０１によって信号Ｖ(ｙ)は増幅され、それがハイパスフ
ィルタ２０２を通ることによって、商用周波数の雑音な
どが除去される。そしてこの信号Ｖyは同調増幅回路２
０３によって増幅される。

【００４７】この信号Ｖyは、混合電磁波３０によって
誘起された起電力に相当する信号Ｖ（＝Ｖ1＋Ｖ2）をコ
イル２１ｃ、２１ｄの差について表現した信号である。
したがって、１次電磁波成分Ｖ1および２次電磁波Ｖ2の
それぞれのＹ成分をＶ1y、Ｖ2yと書くと、 Ｖy ＝ Ｖ1y＋Ｖ2y …（式１２） となっている。

【００４８】一方、送信装置１０から信号経路１２を介
して基準波入力回路２０６に入力した基準信号ｆ0は、
位相調整回路２０７で位相の不均一が補償されるととも
に規格化されて、コンパレータ２０８において所定の閾
値信号と比較され、それによって矩形信号Ｆ0に変換さ
れる。他方のコンパレータ２０９に入力された信号Ｖy
もまた所定の閾値信号によって矩形信号Ｆyに変換され
る。これらの矩形信号Ｆy、Ｆ0は−９０度位相相検波回
路２１０に与えられる。−９０度位相検波回路２１０で
は、基準信号Ｆ0の位相を９０度遅延させ、その遅延基
準信号を信号Ｆyと掛け合わせて時間積分することによ
って、信号Ｆyのうち基準信号Ｆ0よりも−９０度だけ位
相がずれた成分を抽出する。

【００４９】したがって、信号Ｆy、Ｆ0がそれぞれ信号
Ｖ、Ｖ0に対応していることを考慮すると、−９０度位
相検波回路２１０では、 Ｖ2y ＝ ＜Ｆy・Ｆ(*)＞(t) ＝ ＜Ｖy・ｆ(*)＞(t)…（式１３） の処理を行っていることと等価になる。ただし、Ｆ
(*)、f(*)はそれぞれ信号Ｆ0、ｆ(*)から−９０度だけ
位相がずれた信号である。

【００５０】このようにして得られた信号Ｖy、Ｖ2yは
それぞれローパスフィルタ２０５、２１１においてそれ
らの高周波ノイズを除去され、０〜±５ボルトのダイナ
ミックレンジを持つ信号としてボードコンピュータ２１
３に入力される。

【００５１】既述したように、これらの処理は２つのコ
イル対（２１ａ、２１ｂ）（２１ｃ、２１ｄ）のそれぞ
れについて並列的に実行される。したがって、ボードコ
ンピュータ２１３には、Ｙ成分についての信号Ｖy、Ｖ2
yのほかに、Ｘ成分についてこれらに対応する信号Ｖx、
Ｖ2xも入力される。ただし、 Ｖx ＝ Ｖ(x+）−Ｖ(x-） ＝ Ｖ1x ＋ Ｖ2x …（式１４） の関係にあり、Ｖ1x、Ｖ2xはそれぞれ１次電磁波および
２次電磁波のＸ成分、Ｖxは合成電磁波のＸ成分、Ｖ(x
+）、Ｖ(x-）はそれぞれコイル２１ａ、２１ｂの出力信
号、である。

【００５２】ボードコンピュータ２１３は、コントロー
ルロム２１２にあらかじめ格納されているプログラムに
従って、Ｘ成分およびＹ成分のそれぞれにつき、混合電
磁波成分から２次電磁波成分を減算する処理、すなわち Ｖ1x＝ Ｖx − Ｖ1x Ｖ1y＝ Ｖy − Ｖ1y…（式１５） を行い、それによって１次電磁波による検出信号のＸ成
分Ｖ1x、およびＹ成分Ｖ1yの値を得る。そして、これら
の１次電磁波成分Ｖ1x、Ｖ1yの値をモニタ３００にグラ
フィック表示する（表示態様の詳細は後述）。このグラ
フィック表示を視認しつつセンサ２１を移動させていっ
たとき、１次電磁波成分Ｖ1x、Ｖ1yの値がゼロと表示さ
れるような位置が、管路２の直上位置である。

【００５３】なお、図９において、各回路に電源を供給
するためにバッテリ２２１が使用されており、このバッ
テリ２２１の直流出力をＤＣ／ＡＣコンバータ２２２に
よって交流電力として、各回路の電源部２２３を介して
各部の回路に供給される。

【００５４】［（Ｂ）第２の例］図１０は、受信装置２
０の他の構成例を示す図である。この構成においては、
Ｙ方向のコイル差分信号Ｖyと基準信号Ｖ0とが積分回路
２３０に入力される。積分回路２３０においては、これ
らの信号Ｖy、ｆ0の積を時間積分して、 ＜Ｖy・ｆ0＞(t) …（式１６） を求める。

【００５５】ここにおいて、信号Ｖyは１次電磁波成分
Ｖ1yと２次電磁波成分Ｖ2yとの和であり、かつ１次電磁
波成分Ｖ1yは基準信号ｆ0と同相である一方、２次電磁
波成分Ｖ2yは基準信号ｆ0と位相が−９０度ずれている
から、 ＜Ｖy・ｆ0＞(t) ＝＜（Ｖ1y＋Ｖ2y）・ｆ0＞(t) ＝＜Ｖ1y・ｆ0＞(t) ＋ ＜Ｖ2y・ｆ0＞(t) ＝＜Ｖ1y・ｆ0＞(t) ＝Ｖ1y …（式１７） となり、積分回路２３０の出力信号は１次電磁波成分Ｖ
1yとなる。この１次電磁波成分Ｖ1yはローパスフィルタ
２３１において高周波ノイズが除去され、ボードコンピ
ュータ２１３に入る。Ｘ方向成分Ｖxからの１次電磁波
成分Ｖ1xの抽出についても同様である。

【００５６】［表示例］図１１はモニタ３００の表示面
を含む受信装置本体２０Ａの上面パネルを示す図であ
る。このパネルの一端側には、バッテリからの電源供給
を受けるための電源端子２５７のほか、電源スイッチ２
５８などが配置されている。また、他端側には、基準信
号ｆ0を入力するための端子２５１，受信周波数の切替
端子２５２、接地端子１５３，およびセンサ２１からの
受信信号を受ける端子２５４などが配置されている。レ
スポンス切替スイッチ２５５およびゲイン調整ダイヤル
２５６は、内部回路の応答性やゲインを調整するための
ものである。

【００５７】モニタ３００は、数値表示部３１０および
グラフィック表示部３２０の組合せとなっている。数値
表示部３１０では、１次電磁波３１のＸ成分のコイル差
分信号Ｖxと、Ｙ成分のコイル差分信号Ｖyとの値が、正
負につき８ビット（２５６段階）をダイナミックレンジ
として数値表示されている。また、コイル差分信号Ｖ
y、Ｖxの逆正接の値（ａｒｃｔａｎ（Ｖy／Ｖx））が、
角度Ａとして表示される。この角度は、磁場の水平成分
の方向とセンサ２１の現在の向きとの関係を与える。

【００５８】一方、グラフィック表示部３２０には、図
１２に拡大図として示すように、ＸＹの両座標軸によっ
て規定される２次元座標面が表示されている。そして、
この座標面には、コイル差分信号Ｖx、Ｖｙの値を成分
とする点（Ｖx、Ｖy）が輝点としてスポット表示され
る。図示例では点Ｑ1に輝点が表示されている。そし
て、センサ２１を水平移動させていくと、この輝点の位
置も変化する。

【００５９】管路２の直上では（Ｖx、Ｖy）＝（０，
０）となるから、輝点は原点Ｑ0に一致する。逆に、管
路２の直上から離れると輝点は原点Ｑ0から離れてい
く。したがって、このグラフィック表示を視認しつつ輝
点が原点Ｑ0に近づくようにセンサ２１を移動させ、輝
点が原点Ｑ0に一致したら、その位置が管路２の直上位
置である。ここにおいて、Ｘ−Ｙ座標系はセンサ２１に
固定された相対座標系であり、土地の固定されたＸ0−
Ｙ0絶対座標系とは異なるため、センサ２１の向きを変
化させるとモニタ３００の表示方向も変化するが、この
装置は管路２の直上位置を知ることが主な役割であり、
そのようにして特定された管路２の直上位置が地図上の
どの地点であるかは別の手段で知ればよい。たとえばＧ
ＰＳなどを組み合わせれば、絶対座標系での表示も可能
である。グラフィック表示部３２０において輝点の位置
を連続的に表示させたい場合には、ＣＲＴやＬＣＤなど
の可変表示ディスプレイを使用することができる。

【００６０】ところで、このようなモニタ３００の構成
において、センサ２１のＹ方向が大地のＹ0方向に一致
している場合につき、たとえば図２のＰＴａ，ＰＴｂに
沿ってセンサ２１を動かすと、この実施形態のシステム
では２次電磁波３２の影響が除去されているため、グラ
フィック表示部３２０上の輝点の軌跡は図１３に示すよ
うになる。その一方で、仮に２次電磁波３２を除去して
いない場合には、２次電磁波３２の影響によって、管路
２の直上をセンサ２１が通っても輝点の軌跡は図１４に
示すように原点Ｑ0をそれてしまう。

【００６１】図１５はモニタの他のグラフィック表示の
例を示している。この例では２次元座標面の原点Ｑ0
と、それから放射状に伸びる複数の点（図示例では８
点）にＬＥＤが固定配置されており、Ｘ成分のコイル差
分信号Ｖyの値と、Ｙ成分のコイル差分信号Ｖyの値との
組合せの座標点（Ｖx，Ｖy）に最も近いＬＥＤが点灯す
るようになっている。

【００６２】このように、この実施形態のシステムで
は、２次電磁波３２が送信電磁波（およびその生成の基
礎となる基準信号）に対して位相が直交していることを
利用して受信電磁波から２次電磁波を除去し、１次電磁
波だけを抽出してそれに基づく位置判定を行っているた
め、金属体４１などの影響を受けずに正確な管路位置の
検出を行うことができる。

【００６３】［変形例］ ◎上記実施形態では−９０度の位相ずれ成分を除去して
いるが、−９０度に対して１８０×Ｎ（Ｎは整数）だけ
すれた位相も、送信電磁波に対して位相が直交している
という点で−９０度の位相ずれと等価である。

【００６４】◎管路２からの電磁波の輻射に直線上のケ
ーブルを使用せず、管路２の中にコイル上向きにして配
置してもよい。この場合には、輻射源は点状であるか
ら、管路２の中でそのコイルを置いた特定の位置、たと
えば図１の座標軸で言えば、Ｙ＝０だけでなくＸ＝Ｘ0
（Ｘはコイルを置いた位置のＸ座標点）まで特定でき
る。

【００６５】◎管路２そのものが金属製の場合には管路
２自身に交流電流を流して電磁波を輻射してもよい。

【００６６】◎送信電磁波の位相情報は、送信装置から
基準信号を受け取る方式のほか、たとえば通信衛星など
からの基準電波を得られるような地域では、送信装置と
受信装置との双方をその基準電波に同期させれば、送信
電磁波の位相をその基準電波から知ることができる。こ
の場合の「基準信号」は衛星からの基準電波である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
７の発明によれば、受信電磁波の中から、送信電磁波の
生成の基礎となった基準信号と同相の成分を抽出し、そ
の同相成分に基づいて管路の位置判定を行うことによっ
て、２次電磁波の影響を除去しつつ埋設管路の位置を正
確に検出できる。

【００６８】特に、請求項３および請求項７の発明にお
いては、対向配置したコイル対の差信号に基づいて位置
検出を行うため、管路の直上では１次電磁波成分の差信
号がゼロになることから、信号処理のダイナミックレン
ジを有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態である管路の埋設位置検出
システムの実施形態の概要図である。

【図２】図１のシステムの平面配置図である。

【図３】センサ２１の構成図である。

【図４】センサ２１による受信電磁場の検出原理を示す
図である。

【図５】図４の拡大図である。

【図６】センサ２１による受信電磁場の検出原理を示す
図である。

【図７】センサ２１による受信電磁場の検出原理を示す
図である。

【図８】送信装置１０のブロック図である。

【図９】受信装置２０のブロック図である。

【図１０】受信装置２０の他の例を示すブロック図であ
る。

【図１１】受信装置２０のパネルの外観図である。

【図１２】受信装置２０のグラフィック表示部の説明図
である。

【図１３】受信装置２０のグラフィック表示部の説明図
である。

【図１４】受信装置２０のグラフィック表示部の説明図
である。

【図１５】モニタの他のグラフィック表示の例を示す図
である。

【図１６】埋設位置検出の経路例を示す図である。

【図１７】２次電磁波がない場合の受信電磁波の例を示
す図である。

【図１８】２次電磁波がある場合の受信電磁波の例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 管路の埋設位置検出システム ２ 管路 ５ ケーブル １０ 送信装置 ２０ 受信装置 ２１ センサ ２１ａ〜２１ｄ 対向配置したコイル対の組 ３１ １次電磁波 ３２ ２次電磁波 ３０ 合成電磁波（受信電磁波） ４１、４１ａ、４１ｂ 金属体 ｆ0 基準信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594194701 有限会社千葉電子研究所 千葉県佐倉市宮前１丁目13番４号 (72)発明者 楠 建一郎 千葉県我孫子市我孫子1646 財団法人電力 中央研究所 我孫子研究所内 (72)発明者 家村 正三 兵庫県尼崎市若王子３丁目11番20号 関西 電力株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 高屋 正 千葉県松戸市小金362−４ 松戸北小金パ ークホームズ216 (72)発明者 東 義則 千葉県佐倉市宮前１−13−４

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地中に埋設された管路の位置を検出する
   埋設位置検出システムであって、 (a) 所定の基準信号に同期した送信電磁波を前記管路の
   埋設位置から輻射させる送信装置と、 (b) 前記送信電磁波に応じた受信電磁波を地上側で受信
   して、前記管路の埋設位置を検出する受信装置と、を備
   え、前記受信装置が、 (b-1) 前記基準信号を用いて、前記受信電磁波の中か
   ら、前記送信電磁波の位相と同相の成分を抽出する同相
   成分抽出手段と、 (b-2) 前記同相の成分に基づいて前記管路の埋設位置を
   指示する指示信号を生成する信号処理手段と、を備える
   ことを特徴とする埋設位置検出システム。
2. 【請求項２】 請求項１のシステムにおいて、 前記同相成分抽出手段が、 前記基準信号に基づいて、前記受信電磁波から、前記送
   信電磁波の位相と直交する直交位相成分を抽出する手
   段、を備え、 前記受信電磁波から前記直交位相成分を除去することに
   よって、前記指示信号を得ることを特徴とする埋設位置
   検出システム。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のシステムにお
   いて、 前記受信装置においては、対向配置されたコイル対の出
   力差として前記受信電磁波を検出することを特徴とする
   埋設位置検出システム。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかのシ
   ステムにおいて、 前記送信電磁波が、前記管路の長手方向に沿って前記管
   路の中に挿通された導電線から輻射されることを特徴と
   する埋設位置検出システム。
5. 【請求項５】 地中に埋設された管路の内部に電磁波輻
   射手段を配置し、前記電磁波輻射手段からの送信電磁波
   を地上側で受信して前記管路の位置を検出する受信装置
   であって、 (a) 前記送信電磁波に応じた受信電磁波を地上側で受信
   する受信手段と、 (b) 前記送信電磁波の生成の基礎となった基準信号に基
   づいて、前記受信電磁波の中から、前記送信電磁波の位
   相と同相の成分を抽出する同相成分抽出手段と、 (c) 前記同相の成分に基づいて前記管路の埋設位置を指
   示する指示信号を生成する信号処理手段と、を備えるこ
   とを特徴とする受信装置。
6. 【請求項６】 請求項５の受信装置において、 前記同相成分抽出手段が、 前記基準信号に基づいて、前記受信電磁波から、前記送
   信電磁波の位相と直交する直交位相成分を抽出する手
   段、を備え、 前記受信電磁波から前記直交位相成分を除去することに
   よって、前記指示信号を得ることを特徴とする受信装
   置。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６の受信装置にお
   いて、 対向配置されたコイル対の出力差として前記受信電磁波
   を検出することを特徴とする受信装置。