JP2002510394A - 隠蔽導線の位置特定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 隠蔽導線の位置特定方法が、磁界が最大となる方向を持つ磁界を発生させることによって実行される。磁界は、該方向が導線の方向に向けられるまで回転させられる。このような態様で、該方向が導線の方向に向けられたとき最大値をとる信号が導線内に誘導される。導線内で、誘導された信号は、検出器に対しての導線の方向を決定するため配置された検出器を使用して検出される。検出器は、誘導された信号が最大値をとる時点を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】 隠蔽導線の位置特定 発明の背景 発明の分野 この発明は、地下ケーブルまたはパイプなどの隠蔽導線の位置特定に関する。従来技術の概要 直埋ケーブルなどに認識可能な信号を印加し、遠隔地において、信号によって ケーブルに発生された磁界を検出することで、直埋ケーブルなどの経路を検出す る（すなわち、位置特定する）ことは、公知である。このような技術は、きわめ てよく知られており、広く使用されているが、いずれも、何らかの時点でケーブ ルに信号を印加するためにケーブルにアクセスすることに依存している。しかし 、このようにケーブルにアクセスすることは、特に、位置特定を行なう人がケー ブルを所有する公益企業の雇用者でない場合などは、必ずしも可能ではないがも しれない。もちろん、交流本線電流を搬送する電気ケーブル自体，磁界を発生す るであろうし、これを検出することは可能であるが、このようにして１つのケー ブルから発生された磁界と、他のケーブルから発生された磁界とを区別すること は不可能である。したがって、特定のケーブルを位置特定する方策としては、通 常、本線の電流を使用することはできない。 特定の場所で交流磁界が発生されると、それによってケーブルに電流が誘導さ れ、電流がケーブル内に発生させる磁界のために、遠隔地でケーブルを検出でき る。よって、ケーブルに直接アクセスせずとも、ケーブルに電流を誘導し、その 後、ケーブルを検出することができる。しかし、誘導源の範囲内には、多くのケ ーブルまたは金属パイプが存在することがしばしばあり、これらすべてにおいて 同時に信号が発生されることになり、どのケーブルまたはパイブが検出されてい るのかを特定することは、遠隔地での検出によっては不可能である。したがって 、特定のケーブルまたは金属パイプの経路を辿ることは不可能である。簡単にす るため、以下の説明では、隠蔽導線を指すため、「ケーブル」という語を使用す る。しかし、この発明は、ケーブルの検出に限定されるものではなく、金属パイ プま たは他の隠蔽導線の検出も包含する。発明の概要 この発明は、回転する誘導電磁界は、電磁界の回転に依存して、異なった時点 において異なったケーブルにピーク信号を誘導するという認識から生まれた。さ らに、一対の垂直コイルなどの適切な検出器を使用して、磁界の原点（origin） を検出できる。したがって、もし、好ましい検出方向を、誘導電磁界の回転と同 期して回転させれば、一群のケーブルの中から１つのケーブルを特定することが できる。 単一のコイルを回転させることで回転する誘導電磁界を発生させることができ るが、少なくとも一対の交差したコイルを使用して、そこへの電流を直角に（in quadrature）変えることが好ましい。これをさらに発展させると、２対の交差コ イルを使用して、各対のうち平行なコイルを隣接させ、逆並列に（anti-paralle l）磁界を発生させる。このような配置の場合には、平行なコイルからの磁界が 一方向においては互いに相殺し合い、他方向においては互いに強め合う。もし、 この時、検出器コイルが、磁界が相殺し合う方向に位置付けられていれば、トラ ンスミッタ（すなわち、誘導電磁界を発生させるコイル）からレシーバ（誘導さ れた電流を検出するコイル）への直接の結合はないであろう。 上の説明は、単一の回転誘導電磁界が存在する場合を考えている。この場合で も、回転点から見て異なった位置にあるケーブルを区別することは可能だが、磁 界の回転点から同じ方向だが，異なった距離だけ離れているケーブルを区別する ことはできない。 しかし、もし２つの誘導電磁界源が使用されるならば、２つの電磁界を回転さ せることができ、２つの電磁界の最大が一致する点が、２つの電磁界源の間隔お よび最大の方向からわかる。電磁界の一方または両方を回転させることで、一致 点を移動させることができる。こうして、（電磁界の一方または両方を回転させ ることで）一致最大点に、回転軸と垂直な区域を精密に描かせる（map-out）こ とができる（電磁界は平行軸に関して回転するものと仮定する）。もし、ケーブ ルが最大一致点に位置するならば、最大値が区域を精密に描いた結果、対応する 信号がそのケーブルに誘導されるであろう。こうして、誘導電磁界源に対しての ケーブルの位置に関係なく、異なった時点に異なったケーブルに信号を誘導する ことができる。回転電磁界が動くとき、これらは、格子を描くものと考えること ができ、それによって、格子内の所与のケーブルの位置が特定できる。 実際には、誘導電磁界を規定するためにコイルが使用される場合、このような 電磁界の最小のほうが最大よりもより鋭角的に規定される。したがって、誘導電 磁界の最大（複数の最大）の位置での誘導を観察することで、一旦ケーブルの位 置がまず特定されたなら、続いては、最小を調べることが好ましい。これによっ て、すでに検出されたケーブルの位置をより精密に特定することが可能になるか らである。 実際には、ケーブルの交流電流は、それが本線電流であっても、交流電流の主 周波数だけでなく、他の周波数も示す。すべてのケーブルが本線電流を搬送して いる場合でも、ケーブルごとに周波数スペクトルが異なることがわかっている。 最も一般的な変動は、ケーブルが周波数ギャップ（frequency gap）を示し、こ の周波数ギャップがすべてのケーブルについて必ずしも同一ではない、というも のである。 ケーブル上の電流の周波数スペクトルは、ケーブル内の電流によって発生され る磁界に、対応するスペクトルを発生させる。したがって、各ケーブルから垂直 磁界のスペクトルを得、周波数のギャップなどスペクトルの異常を調べることで 、ケーブルを特定することができる。このやり方は、上に説明したケーブルの位 置特定のやり方と組み合わせて使用してもよいが、この発明の独立した局面であ る。図面の簡単な説明 この発明の実施例を、添付の図面を参照して、例として詳細に説明する。 図１は、この発明の基本原理を示す概略図である。 図２は、この発明を具体化する導線位置特定デバイスの主要な構成要素の概略 図である。 図３は、この発明の他の実施例の基本原理を示す図である。詳細な説明 まず、図１を参照し、一対の交差した（すなわち、直交した）コイル１０を考 える。コイルに交流電流が印加されると、磁界が発生する。コイル１０内の電流 を適当に調整することで、磁界の強さが最大の方向になるよう配置できる。さて 、コイル１０が矢印１１の方向に回転すると仮定しよう。この場合、強さが最大 である方向もまた回転するであろう。したがって、コイルの回転においてある時 点で、強さが最大の方向が、地表面１３の下に埋設された地下ケーブルのひとつ １２に向けられることになろう。他のケーブル１４との結合は、これよりも少な いであろう。しかし、もし、コイル１０が回転するのなら、最大の結合は、ケー ブル１２から他のケーブル１４へと連続的に移るであろう。 上の説明では、コイル１０が矢印１１の方向に回転すると仮定している。しか し、コイル１０への電流を直角方向に変化させると、コイル１０を物理的に運動 させなくとも、磁界の強さが最大の方向を回転させられ得る。ケーブル１２、１ ４への連続的最大結合の効果も同様に生じるであろう。 さて、先に説明したように回転する誘導電磁界によって誘導されたケーブル１ ２、１４内の電流によって磁界を検出するために、コイル１０を使用すると仮定 する。誘導電磁界の最大がケーブル１２と整列したとき、ケーブル１２内に誘導 される電流が最大となるであろう。もし、誘導電磁界を発生させるコイル（トラ ンスミッタコイル）とケーブル１２、１４内の磁界を検出するコイル（レシーバ コイル）との間に固定的な関係があれば、レシーバコイルは、ケーブル１２から の磁界を検出するであろうし、コイル１０が交差しているという事実のため、レ シーバコイルは、この磁界の方向を特定できるであろう。したがって、最大誘導 電磁界の方向と検出方向とを同期させ、両者を回転させることによって、ケーブ ル１２、１４を各々別個に特定できる。 もちろん、誘導電磁界は、鋭角的な最大を持たないため、最大がケーブル１２ に向けられているときでも、電流が他のケーブル１４に誘導されるであろう。し たがって、検出器において、これらのケーブル１４からいくつかの信号が検出さ れるであろう。しかし、これらの信号は、誘導電磁界の最大が対応するケーブル １４に向けられているときよりも著しく小さいであろうから、誘導がいつ最大に 対応し、いつ対応していないのか、認知可能であり、やはり、明確に適切なケー ブル１２、１４を特定することができる。 図２は、このようなやり方を達成するための実施例を示す。図２中、トランス ミッタコイル２０は、２対の平行コイル２１、２２を含み、２対のコイルが垂直 になっている。各対のコイルには、コイル２１〜２４の矢印で示されるように、 逆方向に印加される電流が流れる。この理由は、この場合、各対のコイルによっ て発生される磁界が、コイル２１〜２４によって規定される平面内における方向 に向け互いに強め合うことになるが、この平面に垂直な方向では互いに打ち消し あうからである。したがって、検出器コイル３０においては、コイル２１からの 磁界は、コイル２２からの磁界によって打ち消されるであろうし、コイル２３か らの磁界は、コイル２４からの磁界によって打ち消されるであろう。したがって 、トランスミッタコイル２０とレシーバコイル３０との間には直接の結合はない であろう。 図２のデバイスは、次に、ケーブルが位置特定されるであろう区域の上に位置 付けられる。トランスミッタコイル２１〜２４による磁界は、ここで、物理的に コイル２１〜２４を回転させるか、上に説明したようにその中の電流を直角に変 化させることで、回転させられ、それによって、図１を参照して上に説明したよ うにデバイスの下のケーブルに電流が誘導されるであろう。こうして誘導された 電流によって発生された磁界は、検出器コイル３０によって検出可能である。 図１および図２を参照して説明された実施例の問題点のひとつは、トランスミ ッタコイルから見て同一の方向にある２つのケーブルを区別することができない という点である。これら２つのコイルに誘導される電流の大きさは、トランスミ ッタコイルからこれらへの距離が異なるため、異なっているだろうが、これらの コイルに最大が誘導されるのは、同時であろう。図３に示す配置は、この問題の 克服を目指し、トランスミッタコイル４０、４１の２組を置き、その各々が図１ を参照して説明したように回転可能な磁界を発生させるものを提案している。図 ３は、トランスミッタコイル４０、４１の組が各々、図１のように交差したコイ ル対を含む配置を示しているが、図２に示すトランスミッタコイル２１〜２４の 配置も、各トランスミッタ４０、４１について使用し得る。 各コイル４０、４１は、常に、磁界の最大強さの線に対応する、コイルから延 びる線を有し、これらの線が平行な場合を除いて、これらの線は、ある地点で交 差するであろう。各垂直面に対して適当な角度で磁界を回転させることで、交差 点を変えることができる。もし、磁界の強さが最大となる角度φ₁およびφ₂が分 かっており、コイル４０、４１の距離（separation）が分かっていれば、交差の 地点を決定できる。もし、交差点がケーブルと一致すれば、両界によってケーブ ルに信号が誘導され、これを上に説明したように検出できる。 トランスミッタコイル４０、４１の２組からの各磁界の最大が一致する地点は ，常にひとつだけであろう。磁界が回転させられるに伴い、この点は、トランス ミッタコイル４０、４１の組が上に位置付けられた表面１３の下を動くであろう 。その結果、トランスミッタコイル４０、４１の組の下で最大の交差点が格子４ ２を走査する（scan out）と考えることができる。したがって、異なった時点 において、地面１３下のケーブル４３に信号を誘導することができる。特定のケ ーブルを検出するためある区域を同様に走査する、トランスミッタコイル４０、 ４１の組に対応する検出器コイルの同様の組を使用できる。 実際には、トランスミッタコイル４０、４１の周波数Ｆ₁およびＦ₂が異なって いることが好ましい。 この場合、格子４２内の各位置について伝達関数に対して周波数をプロットし 得、これによって、異なった種類のケーブルを特定できよう。 このような配置では、トランスミッタコイルとレシーバコイルとの整列を正確 に維持せねばならない。もし、これらが物理的に相互接続されていなければ（そ して、トランスミッタコイルとレシーバコイルとの最適間隔では、相互接続が妨 げられるか、少なくともデバイスが過度に扱いにくくなるならば）、光学システ ムなど、何らかの他の位置付けシステムが必要である。 先の議論では、ケーブルが誘導電磁界の最大（または、図３の実施例の場合の 最大）と整列したとき、ケーブルが検出される。しかし、最大は、鋭角的ではな く、そのため、位置特定の精度は高くない。磁界の最小は、これよりはるかに鋭 角的であるが、このような最小は、誘導を発生させないため、始めの位置特定に 使用することはできない。しかし、もし、ケーブルがまず、最大を観察すること で、予備的に位置特定され、次にこのようにして特定された各ケーブルの大まか な位置が、結合のない磁界の位置を検出するため、磁界の最小を使用して調べら れるのであれば、ケーブルの位置のより正確な決定が可能である。 上に説明したように、交流電流を運ぶケーブルは、周波数スペクトルを伴う磁 界を発生し、このスペクトルがギャップなどの異常を持つかもしれず、この異常 が、たとえば検出器コイル３０およびコイル３０内で発生される信号を処理する ための適当なプロセッサなどによって特定され得る。異なるケーブルごとにスペ クトルのギャップを調べることで、さらに、こうしたギャップに関して異なった ケーブルを特定し、それによってケーブルの経路を特定することが可能である。 このような特定は、磁界のスペクトルのギャップに依存するため、かつ、二つの ケーブルが同一のギャップを有するということも不可能ではないため、完全に信 頼可能ではない。しかし、多くの場合、ギャップなどのこのようなスペクトル異 常の観察は、特に、ケーブルのある大まかな区域が既に位置特定されており、す でに特定されているケーブルのスペクトルギャップにのみ基づいての位置特定を 使用してケーブルの経路をたどることができる場合など、十分に信頼可能である 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．隠蔽導線を位置特定する方法であって、 磁界が最大となる方向を有する磁界を発生するステップと、 前記方向が導線の方向を向くまで、磁界を回転させ、それによって前記方向が 導線の方向を向くとき最大値となる信号を導線内に誘導するステップとを含み、 前記方法はさらに、 検出器に対しての導線の方向を決定するため配置された検出器で、導線内に誘 導された信号を検出するステップを含み、該検出器は、前記誘導された信号が最 大値となるときを検出する、隠蔽導線を位置特定する方法。 ２．磁界を発生させるための少なくとも１つの手段を有し、発生させるための該 手段は、磁界を回転させるため回転させられる、請求項１に記載の隠蔽導線を位 置特定する方法。 ３．前記検出器は、磁界の回転と同期して回転させられる、請求項１または２の いずれかに記載の隠蔽導線を位置特定する方法。 ４．磁界を発生させるための少なくとも１つの手段を有し、発生させるための該 手段は、異なった最大の方向を有する副磁界（sub-field）を発生させるよう配 置され、該副磁界は、合わせられて前記磁界を形成し、該副磁界は、磁界を回転 させるために変えられる、請求項１に記載の隠蔽導線を位置特定する方法。 ５．二つの発生させる手段があり、二つの発生させる該手段は、間隔を置いて位 置づけられ、それによって、前記磁界は、予め定められた地点において極大を有 し、該磁界は、予め定められた地点が導線と一致するまで回転させられる、請求 項２から４のいずれか一項に記載の隠蔽導線を位置特定する方法。 ６．二つの発生させる該手段は、異なった周波数で動作する、請求項５に記載の 隠蔽導線を位置特定する方法。 ７．該磁界は、磁界が最小値をとる第２の方向を有し、該磁界は、第２の方向が 導線の方向に向けられるまで回転させられ、該検出器は、引起こされた信号がい つ最小値をとるかを判定する、請求項１から６のいずれか一項に記載の隠蔽導線 を位置特定する方法。 ８．隠蔽導線を位置特定するための装置であって、 磁界が最大となる方向を有する磁界を発生させるための手段を含み、発生させ るための該手段は、前記方向を回転させ、それによって、前記方向が導線の方向 に向けられることを可能にするよう適合され、前記装置はさらに、 前記磁界によって導線内に誘導された信号を検出するための検出器とを含み、 該検出器は、検出器に対しての導線の方向を決定し、誘導された信号がいつ最大 をとるか検出するよう適合される、隠蔽導線を位置特定するための装置。