JP2011089902A - 埋設ケーブル探査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 限定された範囲の、比較的浅い深さに埋設されたケーブルを確実に探査することができる埋設ケーブル探査装置を提供する。
【解決手段】 その軸心が水平方向になるように配置した誘導コイル２と、この誘導コイル２に交流電流を流す発信器３と、その軸心が垂直方向になるようにし、所定間隔で互いに平行に配置した２本の検出コイル４ａ，４ｂと、この検出コイル４ａ，４ｂに流れた電流を検出する検出器５と、から埋設ケーブル探査装置１を構成する。そして、探査に使用する交流電圧の周波数を埋設ケーブル６の共振周波数ｆｅに設定することができるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、信号機や街路灯の電源ケーブル等の、比較的浅い深さに埋設されたケーブルを探査するための埋設ケーブル探査装置に関する。

従来、埋設されたケーブルを探査するために、主として、埋設金属管・ケーブル探査装置が使用されている。

埋設金属管・ケーブル探査装置は、探査の対象となる金属管やケーブルに送信器によって直接又は電磁誘導により探査用の電流を流し、その金属管やケーブルを流れる電流によって発生する磁界を受信器で捕捉、検出して、金属管やケーブルの位置及び埋設深さを探知するものである（例えば、特許文献１参照）。

又、埋設されたケーブルを探査するために、地中探査レーダーや金属探査装置も使用されている。

地中探査レーダーは、地上から地中に向けて電磁波を発射し、埋設物で反射してきた電磁波を捕捉、検出することによって埋設物の位置及び埋設深さを探知するものである。ここで、電磁波は電気的特性の異なる境界において反射するために、金属物のみならず、非金属物の探査も可能である（例えば、特許文献２参照）。

一方、金属探査装置は、サーチコイルに交流又はパルス状の電流を流すことによって、サーチコイル近傍に存在する金属物に渦電流を流し、この渦電流によって発生した磁界を捕捉、検出し、金属物の位置を探知するものである（例えば、特許文献３参照）。

特開平４−２６９６８８号公報 特開平１−１１３６８５号公報 特開平７−２１８６４５号公報

ところで、舗装路面で掘削工事を行なう場合には、掘削範囲外周の舗装路面を舗装カッターによって切断し、切断した舗装部分を剥がした後、その範囲の地中を掘削する。ここで、舗装カッターの切削深さは１００ｍｍ程度であるが、さらに、切断した舗装や砕石等による路盤部を建設機械等を用いて取り除く。これら機械による掘削深さは３００ｍｍ程度となり、この深さの範囲内にケーブル等の埋設物が存在した場合、その埋設物を損傷させる虞れがある。

このような事故を防止するためには、埋設物探査装置を使用して、舗装路面の切削箇所の地中に埋設物が存在するか否かを事前に探査することが重要である。しかし、従来使用されてきた埋設物探査装置では、限定された範囲の、比較的浅い深さに埋設されたケーブルを探査するには幾つかの不具合があった。

埋設金属管・ケーブル探査装置は、金属管又はケーブルの一端部に送信器を設置し、金属管又はケーブルの周囲に発生する磁界を受信器によって捕捉、検出し、金属管又はケーブルの埋設位置を探査する。

金属管等に直接電流を流す場合には、金属管等に付設されたバルブ、消火栓、メーター等の地表から確認できる付設物であって、切削箇所の周囲に存在するものの近傍に送信器を設置し、金属管等を流れる電流によって発生する磁界を受信器で捕捉、検出し、金属管等の埋設位置を追跡して、埋設物が切削範囲内の地中に存在しないことを確認しなければならない。

電磁誘導によって埋設金属管等に探査用の電流を流す場合には、埋設物の近傍の舗装路面に送信器を設置し、地表から確認できる付設物の近傍から埋設位置を追跡する必要がある。又、電磁誘導の場合には、街路灯の電源ケーブルのように、その一端部が地表に露出しているケーブルについては、探査に十分な電流を流すことができず、埋設物の探査ができない場合も起こりえる。

このように、埋設金属管・ケーブル探査装置を使用して特定範囲内に金属管やケーブルが存在するかどうかを確認する場合には、特定範囲の近傍に存在する全ての埋設物を探査し、その位置を確定する必要があるため、多くの労力と時間を必要とする、という問題があった。又、埋設物の状況によっては、そもそも探査できないという問題もあった。

一方、地中探査レーダーは、探査位置直下に埋設物が存在するか否かを探査することはできるが、地中探査レーダーの発射する電磁波は、電気的特性の異なる境界において反射するため、地表面において非常に強い反射を生じる。又、舗装路面及びその下方に埋設された砕石との境界においても反射を発生するため、地表直下又は舗装と砕石の境目にある埋設物からの反射波は、地表面での反射波や舗装路面と砕石との境界での反射波と混同され易く、識別が困難であると、という問題があった。

又、金属探査装置は、サーチコイル近傍に存在する金属物全てに渦電流を流して金属物を探査するため、地中探査レーダー同様、探査位置直下に埋設物が存在するか否か探査することができる。しかし、ガードレール等の金属構造物や、地表にある金属屑等も検出してしまい、目的とする埋設金属管・ケーブルとの識別に苦慮する、という問題があった。又、直径の細いケーブルでは十分な渦電流が流れないため、検出感度が不足する、という問題もあった。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために為されたものであって、その目的とするところは、限定された範囲の、比較的浅い深さに埋設されたケーブルを確実に探査することができる埋設ケーブル探査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の埋設ケーブル探査装置は、探査の対象となる埋設ケーブルに誘導コイルで電磁誘導により電流を流し、その埋設ケーブルを流れる電流によって発生する磁界を検出コイルで捕捉、検出して、埋設ケーブルの位置及び埋設深さを探知する埋設ケーブル探査装置であって、前記検出コイルとして、その軸方向が垂直となるように所定間隔で平行に配置し、互いに逆極性になるよう接続した２本の検出コイルを使用することを特徴とする。

ここで、前記誘導コイルと前記検出コイルとを基体上に設置して、一体化するのが好ましい。

又、探査に使用する電圧信号の周波数として、前記埋設ケーブルの共振周波数を設定できるようにしたことを特徴とする。そして、前記探査に使用する電圧信号の周波数は、可変できるようにする。

さらに、誘導コイルと発信器とを繋ぐケーブルと検出コイルと検出器とを繋ぐケーブルとの間の磁気結合、誘導コイルと検出コイルとの間の浮遊容量による結合等の迷結合の発生を防止するため、振幅調整器と位相調整器とから構成される、迷結合による信号の除去機構を装備するのが好ましい。

本発明の埋設ケーブル探査装置によれば、特定範囲の近傍に存在する全ての埋設物を探査し、その位置を確定することなく、又、それほど労力と時間を必要とすることなく、地中の浅い位置に埋設されているケーブル、又、直径の細いケーブルをも、確実に探知することができる。

本発明の埋設ケーブル探査装置の概略構成及び動作原理の説明図である。 ケーブルの二次磁界による検出コイルの出力を示す説明図である。 誘導コイルの磁界が検出コイルに及ぼす影響を示す説明図である。 迷結合による信号の除去機構の概略構成図である。

以下、本発明の埋設ケーブル探査装置について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の埋設ケーブル探査装置１は、図１に示すように、その軸心が水平方向になるように配置した誘導コイル２と、この誘導コイル２に交流電流を流す発信器３と、その軸心が垂直方向になるようにし、所定間隔で互いに平行に配置した２本の検出コイル４ａ，４ｂと、この検出コイル４ａ，４ｂに発生した電圧を検出する検出器５とから構成される。

地表に設置した埋設ケーブル探査装置１において、発信器３から所定周波数の交流電流を誘導コイル２に流すと、誘導コイル２の周囲には磁界Ｍ_２が発生する。そして、この磁界Ｍ_２中に、地中に埋設されたケーブル６が存在すると、ケーブル６には矢印方向に誘導電流が流れる。

誘導電流によって、ケーブル６の周囲には二次磁界Ｍ_６が発生し、検出コイル４ａ，４ｂには二次磁界Ｍ_６による誘導起電力が発生する。そして、検出コイル４ａ，４ｂに発生した誘導起電力を検出器５によって検出すれば、その出力電圧値によって、地中にケーブルが存在するか否か、又、その位置を判定することができる。

ここで、従来の埋設金属管・ケーブル探査装置は、その軸心が水平方向になるように検出コイルを配置していたから、誘導コイルの周囲に発生した磁界を検出コイルが直接検出してしまい、検出コイルが埋設ケーブルの周囲に発生した二次磁界を検出しているのか不明確になって、ケーブルの探知精度を低下させていた。
又、検出コイルを１本配置していただけであったから、外部からの磁気的な雑音を拾い易く、ケーブルの探知感度を低下させていた。

一方、本発明の埋設ケーブル探査装置１は、その軸心が垂直方向になるように検出コイル４ａ，４ｂを配置したから、誘導コイル２の周囲に発生した磁界Ｍ_２を検出コイル４ａ，４ｂが直接検出することはなく、検出コイル４ａ，４ｂが埋設ケーブル６の周囲に発生した二次磁界Ｍ_６のみを確実に検出できて、ケーブル６の探知精度を向上させることができる。
又、検出コイル４ａ，４ｂを２本配置したから、検出コイル４ａ，４ｂが埋設ケーブル６の周囲に発生した二次磁界Ｍ_６だけを確実に検出することができ、ケーブル６の探知感度を向上させることができる。

さらに詳細に説明すれば、図２に示すように、２本の検出コイル４ａ，４ｂは、互いに逆極性となるように接続されている。
埋設ケーブル６の周囲に発生する二次磁界Ｍ_６は、ケーブル６を中心とする同心円状に発生するが、検出コイル４ａ，４ｂの中間点がケーブル６の直上に位置した時には、検出コイル４ａと検出コイル４ｂとを通過する磁界Ｍ_６の縦軸成分はちょうど逆向きとなるため、逆極性に結線することによって、検出コイル４ａ，４ｂの出力の和を取り出ことができ、ケーブル６の探知感度を向上させることができるのである。

又、図３に示すように、誘導コイル２によって発生する磁界Ｍ_２の向きは誘導コイル２の軸方向となり、誘導コイル２と検出コイル４ａ，４ｂとが直交している限りでは、検出コイル４ａ，４ｂの出力に現れないが、誘導コイル２が僅かでも傾くと、検出コイル４ａ，４ｂの出力に現れてしまい、探査の障害となる。
しかし、誘導コイル２が傾いた場合でも、２本の検出コイル４ａ，４ｂを通過する磁界の向きは略等しいため、検出コイル４ａ，４ｂを逆極性に結線することによって、誘導コイル２によって発生する磁界Ｍ_２の影響をより防止することができ、ケーブル６の探知精度を向上させることができるのである。
又、外部からの磁気的な雑音も２本の検出コイル４ａ，４ｂを等しい角度で通過し、打ち消されることから、外部雑音にも強い。

このような理由によって、本発明の埋設ケーブル探査装置１によれば、特定範囲の近傍に存在する全ての埋設物を探査し、その位置を確定することなく、又、それほど労力と時間を必要とすることなく、地中の浅い位置に埋設されているケーブル、又、直径の細いケーブルをも、確実に探知することができる。

さらに、本発明の埋設ケーブル探査装置１では、誘導コイル２の周囲に発生した磁界Ｍ_２を検出コイル４ａ，４ｂが直接検出することはないから、誘導コイル２と検出コイル４ａ，４ｂとを１つの基体上に配置して、一体化してある。これによって、ケーブル６の探知精度をより向上させることができる。

本発明の埋設ケーブル探査装置１では、上記の如く、誘導コイル２と検出コイル４ａ，４ｂとを直交させることによって、誘導コイル２によって発生した磁界Ｍ_２が直接、検出コイル４ａ，４ｂによって検出されることを防止している。
しかし、このような構成のみでは、誘導コイル２と発信器３とを繋ぐケーブルと検出コイル４ａ，４ｂと検出器５とを繋ぐケーブルとの間の磁気結合、誘導コイル２と検出コイル４ａ，４ｂとの間の浮遊容量による結合等の迷結合の発生を防止することはできず、埋設ケーブルの検出感度を低下させる。

そこで、本発明の埋設ケーブル探査装置１では、このような迷結合による信号を除去するために、図２に示すような、迷結合による信号の除去機構１１を装備してある。
迷結合による信号の除去機構１１は、振幅調整器１２と位相調整器１３とから構成されている。ここで、振幅調整器１２は、可変抵抗１４から構成され、位相調整器１３は、抵抗１５及びコンデンサー１６とから構成される。

迷結合による信号の除去機構１１によれば、発信器３の出力の一部を取り出し、振幅調整器１２によって振幅を調整し、位相調整器１３によって位相を調整し、迷結合による信号と同振幅かつ逆位相の信号として、検出器５の入力端に加えることによって、迷結合による信号を相殺し、埋設ケーブルの検出感度の低下を防止できるようになっている。

尚、振幅調整器１２及び位相調整器１３の構成は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、振幅調整器１２を電圧により利得を可変できる増幅器から構成し、位相調整器１３を抵抗及びバリキャップダイオードから構成するようにしてもよい。このような構成によれば、ＣＰＵ等による自動調整が可能となり、下記に述べる探査周波数を切り換える時の再調整を迅速に行うことができる。
さらに、発信器３の出力の一部を取り出すには、発信器３の出力端から直接取り出すのみならず、誘導コイル２に巻かれた二次巻線から取り出すようにしてもよい。

又、従来の埋設金属管・ケーブル探査装置では、探査に使用する交流電圧の周波数として、数ｋＨｚから数百ｋＨｚの超長波乃至長波のものを使用していた。これによれば、埋設ケーブルを流れる電流は、ケーブルと大地とが為す静電容量によって、ケーブルの一端から地中に漏れ出し、地中を経てケーブルの他端に帰還するようになっており、探査に必要な電流が地中を介してケーブルに流れるようになっている。

しかし、ケーブルの長さが短い場合、ケーブルの一端部が地表に露出している場合、ケーブルの直径が細い場合、又、ケーブルが保護用の樹脂管に収容されている場合等においては、ケーブルと大地とが為す静電容量が小さく、そのインピーダンスが高くなることから、探査に必要な電流を地中を介してケーブルに流すことができず、そのため、ケーブルを探査することができなくなる。

ところで、ケーブルの長さが有限である場合、ケーブルは、その長さを半波長又は半波長の整数倍とする周波数を有する交流電圧によって共振する。
よって、ケーブルの長さをＬ（ｍ）とすると、空中における共振周波数ｆａ（ＭＨｚ）は、
ｆａ＝ｎ×１５０÷Ｌ （１）
となる。ここで、ｎは任意の整数である。

一方、地中の土塊のような、比誘電率が1以上の物質の中では、電磁波の波長は短くなり、ケーブルの周囲に存在する土塊等の物質の比誘電率をεとすると、地中における共振周波数ｆｅ（ＭＨｚ）は、
ｆｅ＝ｎ×１５０÷Ｌ÷ε^１／２ （２）
となる。
そして、探査に使用する交流電圧の周波数がこの共振周波数ｆｅである場合には、ケーブルを流れる電流は電磁波として空間に放射されるため、大地を経由した帰還路が無くとも、探査に必要な電流をケーブルに流すことができる。

そこで、本発明の埋設ケーブル探査装置１では、探査に使用する交流電圧の周波数として、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの短波帯の周波数を使用するようにした。
例えば、探査に使用する交流電圧の周波数を１０ＭＨｚとした場合には、空中での半波長は１５ｍであるが、埋設ケーブルについては、更に短い長さのケーブルまで探査することができる。

但し、実際の探査において、対象となるケーブル６の共振周波数ｆｅの値を知ることはできないので、本発明の埋設ケーブル探査装置１では、探査周波数を短い時間間隔で切り換えながら探査できようにして、探査周波数の上限で決定される、所定長さ以上のケーブル６を探査できるようにした。

本発明の埋設ケーブル探査装置１によれば、探査に使用する交流電圧の周波数を埋設ケーブルの共振周波数ｆｅに設定することができ、ケーブルの長さが短い場合、ケーブルの一端部が地表に露出している場合、ケーブルの直径が細い場合、又、ケーブルが保護用の樹脂間に収容されている場合等においても、ケーブルに電流を流すことができて、種々場合のケーブルを探査することができる。

１ 埋設ケーブル探査装置
２ 誘導コイル
３ 発信器
４ａ，４ｂ 検出コイル
５ 検出器
６ ケーブル
１１ 迷結合による信号の除去機構
１２ 振幅調整器
１３ 位相調整器

Claims (5)

1. 探査の対象となる埋設ケーブルに誘導コイルで電磁誘導により電流を流し、その埋設ケーブルを流れる電流によって発生する二次磁界を検出コイルで捕捉、検出して、埋設ケーブルの埋設深さを探知する埋設ケーブル探査装置であって、
   前記検出コイルとして、その軸方向が垂直となるように所定間隔で平行に配置し、互いに逆極性になるよう接続した２本の検出コイルを使用することを特徴とする埋設ケーブル探査装置。
2. 前記誘導コイルと前記検出コイルとを基体上に設置して、一体化したことを特徴とする請求項１に記載の埋設ケーブル探査装置。
3. 探査に使用する電圧信号の周波数として、前記埋設ケーブルの共振周波数を設定できるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の埋設ケーブル探査装置。
4. 前記探査に使用する電圧信号の周波数を可変できるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の埋設ケーブル探査装置。
5. 振幅調整器と位相調整器とから構成される、迷結合による信号の除去機構を装備したことを特徴とする請求項１乃至４に記載の埋設ケーブル探査装置。

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