JP2015096803A - マーカー探査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マーカーの埋設深度を測定することができると共に、マーカーの埋設位置の実際とのずれを極力小さくするようにしたマーカー探査装置を提供する。
【解決手段】マーカー６１からの応答信号をデジタル化した後、予め用意したデータテーブルを参照し、その応答信号の強さに対応する受信値に対応する深度Ｄを抽出して、マーカーの埋設深度を測定する。送信信号の発信と応答信号の受信を交互に複数回繰り返し、受信した応答信号をデジタル化して、得られたｎ個の受信信号から、受信値を算出する。デジタル信号処理によって得られたある地点における最新の受信値と、その地点より前の地点における前回の受信値と、表示値とから、予測値を算出して、表示装置に表示する。
【選択図】図５

Description

本発明は、地中に埋設された水道管、ガス管等の埋設物に直接連結し、又はその近傍に配置したマーカーを、地表面上において移動させつつ磁界を発生させることによって探査するマーカー探査装置に関する。

地中に埋設された水道管、ガス管等の埋設物の埋設位置を探知する方法として、図１及び図２に示すように、水道管、ガス管等の埋設物Ｐにマーカー６１を直接連結し、又はその近傍に配置しておき、地表面Ｇ上においてマーカー探査装置５１を移動させつつ磁界を発生させることによってマーカー６１の埋設位置を探査し、これによって水道管、ガス管等の埋設物Ｐの埋設位置を探知する方法が知られている。

ここで、図１及び図３に示すように、マーカー６１は、杭形状の筺体内にコイル及びコンデンサを組み合わせた共振回路を構成したものであり、マーカー探査装置５１は、円盤状の筺体内に送信コイル及び受信コイルを配設したアンテナ５２と、送信回路５４、受信回路５５、中央処理装置（ＣＰＵ）５６、表示装置５７、スピーカ５８を有する装置本体５３から構成したものである。

地表面Ｇ上においてマーカー探査装置５１を移動させつつ、中央処理装置５６からの指令によって、図４（イ）に示すように、送信回路５４がマーカー６１の共振周波数と同一周波数の送信信号を出力すると、アンテナ５２の送信コイルが励起され、共振周波数と同一周波数の交流磁界が発生する。
この一次磁界を地中に埋設したマーカー６１が捕捉すると、図４（ロ）に示すように、共振回路に誘導電流が流れ、この誘導電流によって、図４（ハ）に示すように、マーカー６１の周囲には同一周波数の二次磁界が発生する。

この二次磁界をアンテナ５２の受信コイルが捕捉すると、受信コイルには交流電流が流れるが、受信回路５５は送信停止後の信号のみを検出するため、図４（ニ）に示すように、受信回路５５からは送信信号を停止した後の応答信号が出力される。
この応答信号の強度を、表示装置５７によって信号レベル量を視認し、又は、スピーカ５８によって音声出力して聴取し、応答信号の強度が極大値を示す時、すなわち、信号レベル量、出力音声の音量が極大値を示す時のマーカー探査装置５１の位置をマーカー６１の埋設位置の直上地点と判断する。

このようなマーカー探査装置５１において、探査精度を向上させるためには、アンテナ５２の送信コイルの出力電圧を増大させ、一次交流磁界の強度を高めること、又、受信コイルの感度を高めることが必要であるが、受信コイルの観点から探査精度を向上させるようにしたマーカー探査装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたマーカー探査装置は、アンテナの受信コイルの外径を送信コイルの外径より大とすると共に、送信コイルの外径を受信コイルの外径の１／２より大とすることによって、送信コイルと受信コイルとの直接結合を抑制しつつ受信コイルの感度を高め、マーカーの探査精度を向上させるようにしたものである。

特開２００３−１０７１６６号公報

従来のマーカー探査装置は、何れも、マーカーの埋設位置、すなわち、水平方向位置を探査するものであって、埋設位置と同時にマーカーの埋設深度、すなわち、垂直方向位置を探査するものは存在しなかった。

又、埋設位置と同時にマーカーの埋設深度を探査できるようにすると、どうしても信号処理に要する時間が長くなるため、マーカー探査装置を移動することによる、マーカーの埋設位置の実際とのずれが大きくなってしまう問題がある。

本発明は、かかる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、従来のマーカー探査装置では為し得なかったマーカーの埋設深度を探査することができると共に、それによる信号処理時間が長くなるのを極力防止して、マーカーの埋設位置の実際とのずれを極力小さくするようにしたマーカー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、本発明のマーカー探査装置は、アンテナと装置本体とから構成したものであって、マーカーからの応答信号をデジタル化した後、予め用意したデータテーブルを参照し、その応答信号の強さに対応する受信値Ｃに対応する深度Ｄを抽出して、マーカーの埋設深度を探査するようにしたことを特徴とする。

送信信号を複数回発信すると共に、デジタル化した応答信号を複数回受信し、得られたｎ個の受信信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎから、下記数式１によって前記受信値Ｃを算出するのが好ましい。

又、前記データテーブルを複数種類用意してもよい。

本発明のマーカー探査装置は、又、デジタル信号処理によって得られたある地点における最新の受信値Ｃ２と、その地点より前の地点における前回の受信値Ｃ３と、表示値Ｃ１とから、下記数式２により予測値Ｃ０を算出して、表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。

マーカー探査装置によってマーカーの埋設位置を探査する原理を示す説明図である。 水道管、ガス管の近傍にマーカーを配置した状態を示す説明図である。 従来のマーカー探査装置の概略構成図である。 マーカー探査装置が送信信号を出力した場合の（イ）はアンテナコイルから送信される信号波形を示す図、（ロ）はマーカーの誘導電流波形を示す図、（ハ）はマーカーがあるときにアンテナコイルに流れる信号を示す図、（ニ）は受信回路からの出力信号波形を示す図である。 マーカー探査装置によってマーカーの埋設深度を探査する方法を示す説明図である。 本発明のマーカー探査装置の概略構成図である。 マーカーの埋設深度を探査する場合に実行する信号処理の方法を示す説明図である。 マーカーの埋設深度を測定する試験方法を示す説明図である。 マーカーの埋設深度を測定した結果を示すグラフである。 マーカー探査装置によってマーカーの埋設位置のズレを修正する方法を示す説明図である。 マーカーの埋設位置のズレを修正したシミュレーション結果を示す説明図である。 マーカーの埋設位置のズレを測定する試験方法を示す説明図である。 マーカーの埋設位置のズレを修正した試験結果を示す説明図である。

以下、本発明のマーカー探査装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

先ず、本発明のマーカー探査装置１１によって、図５に示すように、マーカー６１の埋設位置と同時にマーカー６１の埋設深度Ｄ１，Ｄ２を探査する方法について説明する。

本発明のマーカー探査装置１１は、図６に示すように、アンテナ１２と装置本体１３とから構成してある。

アンテナ１２は、図６に示すように、円盤状の筺体内に送信及び受信を兼用するコイルを配設してある。

装置本体１３は、図６に示すように、送信回路１４、受信回路１５、表示装置１７、表示用中央処理装置（ＣＰＵ）１８から構成してある。

送信回路１４は、制御用中央処理装置１６、信号増幅器１９を有しており、制御用中央処理装置１６が生成したマーカー６１の共振周波数と同一周波数の送信信号を信号増幅器１９によって電力増幅し、アンテナ１２に交流電流を流す。

これによって、コイルの周囲に一次磁界が発生し、所定時間、マーカー６１に送信信号が発信され、マーカー６１の共振回路に誘導電流が流れる。
尚、マーカー６１に送信信号を送信している間は、制御用中央処理装置１６によって後記信号切換回路２０のスイッチが遮断され、受信回路１５には応答信号は伝達されない。

マーカー６１の共振回路に誘導電流が流れると、マーカー６１の周囲に二次磁界が発生し、応答信号が発信され、アンテナ１２のコイルに交流電流が流れる。
尚、送信信号を停止した後も、マーカー６１の共振回路には誘導電流が流れるから、応答信号は減衰しつつも発信される。

受信回路１５は、図６に示すように、制御用中央処理装置１６、信号切換回路２０、信号増幅器２１、帯域フィルタ２２、Ａ／Ｄコンバータ２３を有している。
制御用中央処理装置１６によって信号切換回路２０のスイッチが受信回路１５と接続されると、コイルによって受信された応答信号は、信号増幅器２１によって電圧増幅され、帯域フィルタ２２によって所定周波数帯域以外の応答信号は除去され、その後、Ａ／Ｄコンバータ２３によってデジタル信号へと変換される。

デジタル化された応答信号は制御用中央処理装置１６に入力され、制御用中央処理装置１６によって応答信号の強さに対応した受信値Ｃが算出される。

この受信値Ｃを安定化するために、図７に示すように、制御用中央処理装置１６は送信信号の発信と応答信号の受信を交互に複数回繰り返し、受信した応答信号をデジタル化して、得られたｎ個の受信信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎから、下記数式１によって受信値Ｃを算出するようにしている。

埋設深度Ｄは、下記表１及び表２に示すように、この受信値Ｃに対応してデータテーブル化してあり、制御用中央処理装置１６においてこのデータテーブルを参照し、受信値Ｃに対応する深度Ｄを抽出するようになっている。
尚、データテーブルは２種類用意してあるが、さらに、複数種類用意してもよい。

このようにした求められた受信値Ｃ及び深度Ｄは、図６に示すように、制御用中央処理装置１６から表示用中央処理装置１８に転送され、表示用中央処理装置１８によって適宜形式に整理され、表示装置１７に表示される。

［試験例１］
図８に示すように、マーカー６１及びマーカー探査装置１１を設定し、マーカー６１の上端面とアンテナ１２の下端面との距離を変更することによって、マーカー探査装置１１によって抽出した深度Ｄを検証した。

その結果は、図９に示すようであり、本発明によれば、０〜１００ｃｍの範囲の深度Ｄを探査することができ、実際の深度との誤差は１０ｃｍ以下であることを検証することができた。

次に、本発明のマーカー探査装置１１によって、図１０に示すように、マーカー探査装置１１を移動することによる、マーカー６１の埋設位置の実際とのずれを修正する方法について説明する。

図１０に示すように、マーカー探査装置１１を速く移動させると、実際の埋設位置の直上地点Ｐ１とは少し離反した地点Ｐ２において、表示装置１７に応答信号波形の極大値が表示され、埋設位置の探査が困難になる場合がある。

そこで、本発明においては、この埋設位置の実際とのずれを修正するために、デジタル信号処理によって得られたある地点Ｐ２における最新の受信値Ｃ２と、地点Ｐ２より前の地点Ｐ１における前回の受信値Ｃ３と、表示値Ｃ１とから、外挿法によって下記数式２により予測値Ｃ０を算出して、表示装置１７に表示するようにした。

上記数式２により算出した予測値Ｃ０と最新の受信値Ｃ２とを対比したシミュレーション結果を経過時間を横軸として表示したものを図１１に示す。
これによれば、マーカー探査装置１１を速く移動させて探査した場合には、マーカー６１の埋設位置の直上地点Ｐ１に近づくと、予測値Ｃ０は最新の受信値Ｃ２よりも大きい値を表示し、埋設位置の直上地点Ｐ１から離れると、予測値Ｃ０は最新の受信値Ｃ２よりも小さい値を表示するがわかる。

よって、マーカー６１の実際の埋設位置の直上地点Ｐ１に近づいていること、及び直上地点Ｐ１から離れつつあることを早く認識することができ、これによって、埋設位置の探査をより確実なものとすることができる。

［試験例２］
図１２に示すように、マーカー６１及びマーカー探査装置１１を設定し、モータとロープによって台車を移動させることによって、マーカー６１の埋設位置のずれを修正するこができるか検証した。

その結果は、図１３に示すようであり、マーカー探査装置１１を速く移動させて探査した場合には、マーカー６１の埋設位置の直上地点Ｐ１に近づくと、予測値Ｃ０は最新の受信値Ｃ２よりも大きい値を表示し、埋設位置の直上地点Ｐ１から離れると、予測値Ｃ０は最新の受信値Ｃ２よりも小さい値を表示するが検証できた。

そして、外挿法を適用しない場合には、約４００ｍｓ毎に受信値Ｃ２が変化しているのに対して、外挿法を適用した場合には、約５０〜１００ｍｓ毎に予測値Ｃ０が変化しており、さらに、２００ｍｓ程度早く予測値Ｃ０が０となっているから、埋設位置の実際とのずれを十分に小さくできることがわかった。

以上のように、本発明のマーカー探査装置によれば、従来のマーカー探査装置では為し得なかったマーカーの埋設深度を探査することができると共に、それによる信号処理時間が長くなるのを極力防止して、マーカーの埋設位置の実際とのずれを極力小さくするようにすることができる。

１１ マーカー探査装置
１２ アンテナ
１３ 装置本体
６１ マーカー

Claims (4)

1. アンテナと装置本体とから構成したものであって、マーカーからの応答信号をデジタル化した後、予め用意したデータテーブルを参照し、その応答信号の強さに対応する受信値Ｃに対応する深度Ｄを抽出して、マーカーの埋設深度を測定するようにしたことを特徴とするマーカー探査装置。
2. 送信信号の発信と応答信号の受信を交互に複数回繰り返し、受信した応答信号をデジタル化して、得られたｎ個の受信信号Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎから、下記数式１によって前記受信値Ｃを算出することを特徴とする請求項１に記載のマーカー探査装置。
   

   
3. 前記データテーブルを複数種類用意したことを特徴とする請求項１又は２に記載のマーカー探査装置。
4. デジタル信号処理によって得られたある地点における最新の受信値Ｃ２と、その地点より前の地点における前回の受信値Ｃ３と、表示値Ｃ１とから、下記数式２により予測値Ｃ０を算出して、表示装置に表示するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のマーカー探査装置。
   

   

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