JP2015121409A - 埋設管検査装置及び埋設管検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中に埋設された管路の損傷を、容易かつ確実に検出することができる埋設管検査装置及び埋設管検査方法を提供する。【解決手段】地中へ交流磁界Ｈ１を印加する磁界発生器１４と１５原子磁力計とを地表１８に沿って移動させ、交流磁界Ｈ１により地中の埋設管１１に生じた渦電流Ｉに基づいて生じる二次磁界Ｈ２を原子磁力計１５のガラスセル３２で受け、二次磁界Ｈ２の強度に対応する電気信号を取出し、この原子磁力計１５から取出された電気信号の変化から埋設管１１の損傷の有無を判定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、地中に埋設された管路の損傷を検出する埋設管検査装置及び埋設管検査方法に関する。

地中には水道管やガス管など各種の管路が埋設されている。このような管路に亀裂などの損傷があると、水道管では漏水の原因となり、ガス管ではガス漏れの原因となる。これら漏水やガス漏れ等は、大きな損失を生じると共に安全上も好ましくなく、早期に検出する必要がある。しかし、地中に埋設されていることから、検査はもとより、その設置位置を正確に把握することも困難であった。

地中に埋設されている管路（以下、埋設管と呼ぶ)の設置位置を検出するものとして、埋設管に交流電流を流し、この交流電流が地表に作る磁場の平面分布を、地表側に設けた磁気センサにより測定することで、埋設管の地中における位置を測定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この地中埋設管探知技術では、埋設管に交流電流を流さなければならず、そのための施設が別途必要となる。また、磁気センサの空間分解能と感度が低いため、埋設管の位置や深さを測定できても、埋設管の損傷を検出することはできない。埋設管の損傷を検出するためには、特定した埋設位置を掘削して、埋設管を露出させなければならない。
従来、埋設管の損傷有無の検査は主に音響調査法であり、比較的騒音が少ない深夜に、熟練の技術者が音聴装置を携帯しながら調査していた。しかし、この音響調査法は技術者に大きな負担をかけると共に非効率的である。

このほか、埋設管内にセンサを挿入し、このセンサを埋設管で移動させることにより、埋設管の損傷を検出する埋設管検査技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この埋設管検査技術では、埋設管が例えば水道管の場合は給水を止めて埋設管内にセンサを挿入する必要があり、埋設管の運用に影響を与えてしまう。また、車道の真下に敷設されている埋設管の検査をする際は、交通の妨げになる場合がある。

特開平２−２１２８８号公報 特開２０１３−１０８８９３号公報

このように従来の埋設管検査技術では、制約条件が多く、容易かつ高精度に埋設管の破損有無を検査することが困難であった。

本発明が解決しようとする課題は、地中に埋設された管路の損傷を、容易かつ確実に検出することができる埋設管検査装置及び埋設管検査方法を提供すことにある。

本発明の実施の形態に係る埋設管検査装置は、地表に沿って移動可能な支持台と、この支持台に設けられ、地中へ交流磁界を印加する磁界発生器と、前記支持台に設けられ、レーザ光が照射されるガラスセル及びこのガラスセルを透過したレーザ光を受光する受光回路を有し、前記交流磁界により地中の埋設管に生じた渦電流に基づいて生じる二次磁界を前記ガラスセルで受け、この二次磁界の強度に対応する電気信号を前記受光回路から取出す原子磁力計と、この原子磁力計から取出された電気信号の変化から前記埋設管の損傷の有無を判定する処理装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係る埋設管検査装置の構成図である。 本発明の一実施の形態に用いる磁界発生器の構成図である。 本発明の一実施の形態に用いる原子磁力計の構成図である。 本発明の一実施の形態における渦電流と損傷箇所との関係を表す図である。 本発明の一実施の形態における二次磁界の変化と損傷箇所との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１はこの実施の形態に係る埋設管検査装置１０により地中の埋設管（以下、配水管として説明する）１１を検査している状態を示している。

図１において、埋設管検査装置１０は、支持台１３に磁界発生器１４、原子磁力計１５、処理装置１６を設けて構成される。支持台１３は地表１８に沿って移動可能に構成されて おり、この実施の形態では、地表面を走行する自動車などの車両に取り付けられている。

磁界発生器１４は支持台１３に設けられ、地中へ交流磁界Ｈ１を印加する。すなわち、地中の配水管１１に対して垂直に交流磁界Ｈ１を印加するように支持台１３に取り付けられている。この磁界発生器１４は、図２で示すように、ファンクションジェネレータ２１及びコイル２３を有し、このコイル２３により交流磁界Ｈ１を発生する。

ここで、配水管１１には、ダクタイル鋳鉄管が用いられており、交流磁界Ｈ１が印加されると、電磁誘導により配水管１１の表面上に図１で示すように渦電流 Ｉ が発生する。そして、アンペールの法則より、この渦電流Ｉから微弱な二次磁界Ｈ２が発生し、地表１８上に達する。

原子磁力計１５は、支持台１３に設けられ、上述した二次磁界Ｈ２を測定する。この原子磁力計１５は、図３で示すようにレーザ発振器３１、複数個（図の例では３個）一列に配設されたガラスセル３２、受光回路３３、及びロックインアンプ（増幅器）３４を有する。

レーザ発振器３１の出力側には複数の偏光ビームスプリッタ３５が直列に配置されており、レーザ発振器３１から発信されたレーザ光は、これら偏光ビームスプリッタ３５、ミラー３６、偏光板３７を介して対応するガラスセル３２に出力される。したがって、３個のガラスセル３２には、均一な波長及び強さのレーザ光が照射される。すなわち、このガラスセル３２は、前述した二次磁界Ｈ２のセンサとして用いられており、上述のように入射するレーザの波長と光パワーは等しくなければならない。そのため、１／２ 波長板と偏光ビームスプリッタ３５によって光パワーを調節している。なお、ガラスセル３５は、内部にカリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属と窒素等のバッファガスが封入されており、原子磁力計動作時は、セルを加熱し、内部をアルカリ金属蒸気で満たす必要がある。

受光回路３３は、ガラスセル３２を透過したレーザ光を受光し、ガラスセル３２で受けた二次磁界の強度に対応する電気信号を、増幅器３４を介して出力する。すなわち、原子磁力計１５は、磁界発生器１４から地中の配水管１１に印加された交流磁界Ｈ１により配水管１１に生じた渦電流Ｉに基づく二次磁界Ｈ２をガラスセル３２で受け、その強さに対応する電気出力を受光回路３３で取出し、増幅器３４を介して出力する。

処理装置１６は、原子磁力計１５から出力された電気信号の変化から、地中に埋設された配水管１１の損傷の有無及び位置を判定する。

上記構成において、埋設管検査装置１０が搭載された自動車などの車両を地表１８に沿って移動させ、磁界発生器１４から地中へ交流磁界Ｈ１を印加する。すなわち、地中の配水管１１に対して垂直に交流磁界Ｈ１を印加する。配水管１１は交流磁界Ｈ１が印加されると電磁誘導によって表面上に渦電流Ｉが発生する。そして、アンペールの法則より、この渦電流Ｉから微弱な二次磁界Ｈ２が発生する。この二次磁界Ｈ２は地表１８上に達し、車両に搭載された原子磁力計１５のガラスセル３２により、その強さが測定される。

複数のガラスセル３２には、均一な波長及び強さのレーザ光が照射されており、その透過レーザ光量は、二次磁界Ｈ２強さに対応して変化する。受光回路３３は、ガラスセル３２を透過したレーザ光を受光し、ガラスセル３２で受けた二次磁界Ｈ２の強度に対応する電気信号を、増幅器３４を介して出力する。

ここで、配水管１１に生じる渦電流Ｉは、配水管１１にひび割れ箇所、孔あき箇所、腐食箇所等の異常箇所があると、図４で示すように、これら異常個所４１を避けるように流れる。このため渦電流Ｉに粗密が生じ、渦電流から発生する二次磁界Ｈ２にも粗密が生じる。したがって、異常箇所では図５で示すように磁界分布が変化する。 この変化を処理装置１６によって捉えることにより、配水管１１の異常を検出する。すなわち、処理装置１６は、原子磁力計１５から出力された電気信号の変化から、地中に埋設された配水管１１の損傷の有無とその位置を判定する。

ここで、センサであるガラスセル３２の幅は１０５ｍｍ 程度でも十分である。すなわち、配水管１１に生じる異常個所（測定対象）４１の大きさは通常１０ｍｍ程度であり、前述のように複数個一列に配置することで、センサ自体は上述した大きさで充分である。このように、測定対象の大きさを考慮してセンサのサイズを決め、一列にセンサを並べて磁場分布を計測することで、異常箇所の検知が可能である。また、検出感度も、従来の磁気コイルを用いた磁気センサに比べて、周知のように１００万倍程度高感度であることから、地中に埋設された配水管１１の異常個所を的確に検出することができる。

また、処理装置１６に、現在位置に関する地図情報システムを設けておけば、損傷有りとの判定時、地図情報と対応させることで、埋設された管路１１のどの位置が損傷箇所かを特定することができる。すなわち、センサを一列に配置した原子磁力計１５を埋設管１１上で走査して磁場分布を測定し、測定データを、ＧＰＳなどを用いた地図情報システムと対応させることで、埋設管１１の異常箇所の検査が可能となる。

なお、処理装置１６に、埋設管１１の損傷有無判定に影響を与える既知のノイズ成分のデータ（予め測定しておいたデータを含む）を保持させておき、異常有無の判定時、原子磁力計１５からの出力データを、ノイズ成分データにより補正すれば、ノイズによる誤判定を防止して正確な異常検出を行うことができる。

例えば、磁界発生器１４のコイルから発生する磁界Ｈ１が原子磁力計１５の測定結果に影響する場合は、この影響の度合いを事前に捉えておき、原子磁力計１５の出力を補正することで上述した影響を排除できる。また、自動車や路面が原因の磁気的ノイズは、事前に自動車を埋設管１１上に走行させ、雑音データを測定しておき、検査時に補正を行うことで対処が可能である。そのほか、管路には通常つなぎ目や弁が設置されているが、それらは磁界の変化を事前にパターン化しておき、除去する、もしくは場所が既知であるなら無視する等で対応可能である。

この実施の形態では、埋設管検査装置１０を自動車に搭載しているので、この自動車を地中埋設管１１上に走行させて走査するのみで検査が可能であり、検査に要する時間を短縮できる。なお、埋設管１１が歩道の下に埋設されている場合は、手押し車等に搭載することで対応できる。

このように、この実施の形態に係る埋設管検査装置１０は、周囲の騒音状況に影響を受けず、定量的な評価が可能である。また、従来の探傷検査とは異なり、地上から検査が可能であり、埋設管に特別な設備を必要としない。さらに、従来の埋設管検査法では、一度に一本の管の検査しか行うことができないが、この実施の形態に係る埋設管検査装置１０では、センサを一列に並べることで、並べたセンサの長さの幅に収まる数の埋設管を一度に検査でき、効率的である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・埋設管検査装置
１１・・・埋設管
１３・・・支持台
１４・・・交流磁界発生器
１５・・・原子磁力計
１６・・・処理装置
１８・・・地表
３１・・・レーザ発振器
３２・・・ガラスセル
３３・・・受光回路
Ｈ１・・・交流磁界
Ｈ２・・・二次磁界

Claims (5)

1. 地表に沿って移動可能な支持台と、
   この支持台に設けられ、地中へ交流磁界を印加する磁界発生器と、
   前記支持台に設けられ、レーザ光が照射されるガラスセル及びこのガラスセルを透過したレーザ光を受光する受光回路を有し、前記交流磁界により地中の埋設管に生じた渦電流に基づいて生じる二次磁界を前記ガラスセルで受け、この二次磁界の強度に対応する電気信号を前記受光回路から取出す原子磁力計と、
   この原子磁力計から取出された電気信号の変化から前記埋設管の損傷の有無を判定する処理装置と、
   を備えたことを特徴とする埋設管検査装置。
2. 前記処理装置は、予め前記埋設管の損傷有無判定に影響を与えるノイズ成分のデータを保持し、前記原子磁力計からの出力データを、上記ノイズ成分データにより補正して前記埋設管の損傷有無判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の埋設管検査装置。
3. 前記処理装置は、地図情報システムを有し、前記埋設管に損傷があると判定したとき、地図情報と対応させて埋設管の損傷箇所を特定する機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の埋設管検査装置。
4. 前記支持台は地表面を走行する車両に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の埋設管検査装置。
5. 地中へ交流磁界を印加する磁界発生器と、レーザ光が照射されるガラスセル及びこのガラスセルを透過したレーザ光を受光する受光回路を有する原子磁力計とを、地表に沿って移動させる工程と、
   前記交流磁界により地中の埋設管に生じた渦電流に基づく二次磁界を前記原子磁力計のガラスセルで受け、この二次磁界の強度に対応する電気信号を前記受光回路から取出す工程と、
   この原子磁力計から取出された電気信号の変化から前記埋設管の損傷の有無を判定する工程と、
   を有することを特徴とする埋設管検査方法。

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