JP2015175786A - 埋設金属の探知方法及びその探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地中に埋設されている金属管や通信ケーブル、電力ケーブル等の水平方向及び垂直方向の特異点を探知出来る埋設金属の探知方法及びその探知装置を提供すること。
【解決手段】 ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にそれぞれ設置した複数の磁気センサにより、埋設金属に誘起した磁場の磁界を検出する。これらの磁界成分を同期検波し、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相を求めるとともに画像処理して表示器に出力する。これらの画像データから、特異点の位置を求めるとともに、特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地中やコンクリート等に埋設されている金属管やケーブル等のように、ある程度の長さを有するとともに、導電性を有する金属を探知するための埋設金属の探知方法及びその探知装置に関し、特に、地中に埋設されている金属管や通信ケーブル等の水平方向及び垂直方向に屈曲しあるいは分岐する特異点を探知することの出来る埋設金属等の探知方法及びその探知装置に関するものである。

通常、地中には、水道管やガス管、下水管等の多くの金属管、あるいは通信ケーブル、電力ケーブル等のケーブルが多数埋設されている（以下、従来例部分を除き、これらを総称して、単に、埋設金属と記す）。これらの埋設金属は、単純に水平方向及び垂直方向とも直線的に埋設されているのではなく、必要に応じて水平方向に、あるいは、垂直方向に屈曲され、あるいは分岐されて、互いに複雑に交差、輻輳した状態で埋設されている。

このように、地中には多くの埋設金属があるので、他企業の工事による事故防止及び自社の埋設金属の効率的な維持管理の必要性から、非掘削で、地中の埋設金属の真上の位置やその埋設深さを探知するための技術が提案されている。一般的な従来の技術としては、地中レーダと、通称、パイプロケータと呼ばれる電磁誘導式管路探知器がある。

地中レーダの探知原理は、電波を地中に放射し、地中に埋設されている金属管からの反射波を受信して、信号処理、映像化を行うことにより、地中の金属管の探知を行うものである。電波は物性が変化する面から反射するので、金属管、非金属管、空洞等の地中の構造物もこの方法で探知することが出来る。

一方、非特許文献１に示す電磁誘導式管路探知器（商品名：パイプロケータ）の探知原理は、図３０（ａ）〜（ｃ）に示すように、交流電流を地中５０に埋設されている金属管５１に流すと、この金属管５１を中心として同心円状の磁場（磁界Ｈとする）が発生する(図３０（ｂ）)。この磁界Ｈを地上にある受信機の磁気センサ５２ａで検出するとともに、その磁界Ｈを算出し、さらに、誘起電圧を算出する。この誘起電圧が最大となる位置から、金属管５１の位置を探知することが出来る(図３０（ｃ）)。又、この誘起電圧から金属管５１の埋設深さを算出している。従って、探知される対象物は、導電性を有する金属管に限定される。

このように、パイプロケータは、金属管に電流を流すための送信機と、電流が流れることにより発生した磁場の磁界Ｈを検出する磁気センサを備えた受信機とにより構成されている。さらに、送信機から金属管に電流を流す方法としては、直接法と誘導法の２種類がある。

直接法は、図３１に示すように、金属管５１が地上に露出している部分に送信機５３を接続し、あるいは、地中５０に埋設されている金属管５１にリード線５４を介して送信機５３を接続し、電流を流す方法である。なお、金属管５１から地中５０へ流れる漏洩電流は、アース５５を介して送信機５３に帰還するように構成されている。

又、誘導法は、図３２に示すように、地上に設置した送信機５３ａから地中５０に向けて電波を放射して磁場を発生させ、地中５０の金属管５１に非接触で電磁誘導による電流を流す方法で、発生した誘導電流による磁界を、地上にある磁気センサ５３ａを備えた受信機５３で受信し、その磁界成分の振幅から埋設されている金属管の位置及び埋設深度等を探知している。

一般に、図３１に示すように、直接法は、探知対象の金属管だけに電流を流せるので、発生する磁場の磁界Ｈの値も大きくなり、誘導法に比べて探知精度は良い。しかしながら、直接法は、送信機を金属管に直接接続しなければならないので、地上に露出部分がない金属管には適用しにくい。

一方、図３３に示すように、発明者等は、先に棒状埋設金属物体６１に交流電流を流し、これにより発生した磁場の磁界Ｈの変化を探査コイル６２によって検出し、棒状埋設金属物体６１の埋設位置及び深度を探査する方法として、少なくとも２つの埋設探査測定方法を採用し、それらによる測定結果に基づいて探査測定値を補正するようにした発明を出願した(特許文献１)。

以下、これについて説明する。図３３に示すように、探査コイル６２から垂直距離ｙの位置に、直線状に十分長い線状埋設金属物体６１が埋設されており、この線状埋設金属物体６１には、Ｉｓｉｎ（ωｔ）の電流が流れているとする。そこで、この線状埋設金属物体６１の直上付近に、地表と平行な探査コイル６２を配置した場合、探査コイル６２に誘起される起電力Ｅ_ｈは、一般に、下記式（１）で表される。

Ｅ_ｈ＝ｋ｛（ｙ）/（ｘ^２+ｙ^２）｝Ｉωｓｉｎ（ωｔ）・・・・・（１）
ここで、ｘは線状埋設金属物体６１の直上から探査コイル６２迄の水平距離、ｋは探査コイル６２により定まる定数である。上記式（１）から、起電力Ｅ_ｈは、線状埋設金属物体６１の直上位置で最大となり、その値は線状埋設金属物体６１を流れる電流に比例し、垂直深度ｙに反比例する。

そこで、線状埋設金属物体６１の埋設深度ｙを測定する方法としては、探査コイル６２を、線状埋設金属物体６１の直上位置（ｘ＝０）から水平方向に移動させた場合、探査コイル６２に誘起される起電力Ｅ_０は、上記式（１）に、ｘ＝０を代入すればよく、下記式（２）で表される。

Ｅ_０＝ｋ｛（１/ｙ）｝Ｉωｓｉｎ（ωｔ）・・・・・（２）

次いで、線状埋設金属物体６１の直上位置（ｘ＝０）から水平方向（ｘ方向）に距離ｘだけ移動させ、探査コイル６２に誘起される起電力Ｅ_ｙが、上記式（２）で表される起電力Ｅ_０の１/２になる点を求めると、線状埋設金属物体６１の直上位置（ｘ＝０）からの水平移動距離ｘは、埋設深度ｙに等しくなる。従って、探査コイル６２を移動させた水平移動距離ｘを測定することによって、線状埋設金属物体６１の埋設深度ｙを求めることが出来る。

又、線状埋設金属物体６１の埋設深度ｙを測定する他の方法としては、離散的に深度測定信号を検出し、所定時間内における最高値と最低値とを除去した後、残存するその他の検出値を平均して、求める深度測定値としている。

特開２００６−２８４３８６号公報

国内雑誌 「配管・装置・プラント技術」、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．６、ｐａｇｅ．４−６、タイトル「埋設探査技術の現状」長嶋伸吾著

非特許文献１に記載のものは、埋設された金属管が無限長で、且つ、直線状の物体であることを前提としたものであるため、埋設された金属管が有限長であり、且つ、屈曲部分や分岐部分が存在した場合、又、埋設された金属管と他の埋設された金属管等が地中で交差した状態や輻輳した状態の場合には、他の埋設された金属管による影響により、二次・三次誘導磁場が発生し、これが測定誤差の原因となり、目的とする埋設された金属管の位置を正確に測定することが出来ないという問題があった。

又、発明者等が出願した特許文献１に記載の線状埋設金属物体探査方法は、上記非特許文献１に記載のものと同様に、埋設金属物体６１が無限長で且つ直線状の物体であることを前提としたものであるが、測定誤差の原因となる埋設金属物体６１が有限長であり、且つ、屈曲部分や分岐部分が存在した場合、又、埋設金属物体６１が地中で交差した状態や輻輳した状態の場合でも２つの埋設深度測定方法を採用することにより、他の埋設金属物体による影響による誘導磁場の発生を抑制して、測定誤差の原因を低減しているが、必ずしも十分ではなかった。

その上、埋設金属物体６１に、特異点である屈曲部分や分岐部分が存在した場合、これらの特異点では、埋設金属物体６１の中心軸が変化するため、磁界Ｈの向きも変化することとなり、それらが合成された磁界成分の振幅で判断しているため、地表方向（ｙ方向）に上向いた上越し状態であるか、あるいはｙ方向に下向いた下越し状態であるか、あるいは分岐部分であるか等の特異点を判別することは出来ないという問題があった。

又、埋設金属物体６１が通信ケーブルや電力ケーブル等の場合には、これらのケーブルに流れている各種の電流による磁場が発生し、これが測定誤差の原因となっていた。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、地中の埋設金属の位置及び特異点（屈曲部分や分岐部分）を探知するとともに、その特異点が、垂直方向に上向いている上越し状態であるか、あるいは、下向いている下越し状態であるか、あるいは分岐部分であるかをも判別する事の出来る埋設金属の探知方法及びその探知装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、送信機から埋設金属に交流電流を流し、埋設金属に流れる交流電流により発生する磁界を受信機の磁気センサで検出することにより、埋設金属を探知する埋設金属の探知方法において、受信機は、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にそれぞれ設置した複数の磁気センサと、磁気センサによりそれぞれ検出した３軸方向の磁界成分の検波を行う検波器と、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相の信号処理を行う機能を有するＣＰＵと、このＣＰＵで信号処理した結果を表示する表示器とからなり、磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相をそれぞれ求め、
各振幅から、特異点の位置を求めるとともに、各位相から、特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別することを特徴とする埋設金属の探知方法である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、検波器は、埋設金属に交流電流を流すための送信機からの送信信号を参照信号として、同期検波することにより、磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各位相をそれぞれ求めるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１〜請求項２の何れかに記載の発明において、ＣＰＵは、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相を画像処理して、ＸＹＺ軸の磁界成分についてそれぞれ画像データを作成するとともに、これらの画像データを前記表示器に出力し、これらの画像データから、特異点の位置を求めるとともに、特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別するようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の発明において、受信機は、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した磁気センサから一定距離離して設置し、且つ、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した第２の磁気センサを有し、検波器は、第２の磁気センサにより検出した第２のＸ軸方向の磁界成分の検波を行い、ＣＰＵは、第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相をそれぞれ求めるとともに、この求めた第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相と、Ｘ軸方向の磁界成分の振幅及び位相とから特異点の深度を求め、表示器は、特異点の深度を表示するようにしたものである。

請求項５に係る発明は、送信機から埋設金属に交流電流を流し、埋設金属に流れる交流電流により発生する磁界を受信機の磁気センサで検出することにより、埋設金属を探知する埋設金属の探知装置において、受信機は、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にそれぞれ設置した複数の磁気センサと、磁気センサによりそれぞれ検出した３軸方向の磁界成分の検波を行う検波器と、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相の信号処理を行う機能を有するＣＰＵと、このＣＰＵで信号処理した結果を表示する表示器とからなり、ＣＰＵの信号処理機能は、少なくとも磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相をそれぞれ求める機能と、各振幅から、特異点の位置を求める機能と、各位相から、特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別可能とする機能を有することを特徴とする埋設金属の探知装置である。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の発明において、検波器は、埋設金属に交流電流を流すための送信機からの送信信号を参照信号として、同期検波することにより、磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各位相をそれぞれ求める機能を有するようにしたものである。

請求項７に係る発明は、請求項５〜請求項６の何れかに記載の発明において、ＣＰＵは、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相を画像処理して、ＸＹＺ軸の磁界成分についてそれぞれ画像データを作成する機能と、これらの画像データを表示器に出力する機能とを有し、これらの画像データから、特異点の位置を求めるとともに、特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別可能とする機能を有するようにしたものである。

請求項８に係る発明は、請求項５〜請求項７の何れかに記載の発明において、受信機は、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した磁気センサから一定距離離して設置し、且つ、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した第２の磁気センサを有し、検波器は、第２の磁気センサにより検出した第２のＸ軸方向の磁界成分の検波を行う機能を有し、ＣＰＵは、第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相をそれぞれ求める機能と、この求めた第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相と、Ｘ軸方向の磁界成分の振幅及び位相とから特異点の深度を求める機能とを有し、表示器は、特異点の深度を表示する機能を有するようにしたものである。

請求項１及び請求項５に係る発明は、上記のように構成したので、特異点の位置を特定することが出来るとともに、この特異点が上越し状態であるのか、あるいは、下越し状態であるのか、あるいは、分岐した状態であるのかを判別することが出来る。

請求項２及び請求項６に係る発明は、請求項１または請求項５に記載の発明において、上記のように構成したので、請求項１及び請求項５に記載の発明と同様な効果が得られる。

請求項３及び請求項７に係る発明は、請求項１〜請求項２の何れかまたは請求項５〜請求項６の何れかに記載の発明において、上記のように構成したので、請求項１〜請求項２及び請求項５〜請求項６に記載の発明と同様な効果が得られる。さらに、特異点の位置や、特異点が上越し状態であるのか、あるいは、下越し状態であるのか、あるいは、分岐した状態であるのかを一目瞭然に表示することが出来るので、特異点の位置の特定や判別がさらに容易となる。

請求項４及び請求項８に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れかまたは請求項５〜請求項７の何れかに記載の発明において、上記のように構成したので、請求項１〜請求項３及び請求項５〜請求項７に記載の発明と同様な効果がある。さらに、特異点の深度を測定可能である。

この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１の受信機２のブロック図である。 この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が上越し状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、（ａ）はＸ軸方向の磁界成分の分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分の分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分の分布を示す図である。 この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が下越し状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、（ａ）はＸ軸方向の磁界成分の分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分の分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分の分布を示す図である。 この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が分岐した状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、（ａ）はＸ軸方向の磁界成分の分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分の分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分の分布を示す図である。 この発明の実施例を示すもので、（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各位相について、それぞれグラフ化したもので、（ａ）は上越し状態で、Ｙ＝０．５８の場合、（ｂ）は下越し状態で、Ｙ＝０．８の場合、（ｃ）は分岐した状態の位相の変化を示す図である。 従来例を示すもので、電磁誘導式管路探知器（パイプロケータ）の探知原理を示す模式図である。 従来例を示すもので、電磁誘導式管路探知器（パイプロケータ）の直接法による電流の送信方法を示す模式図である。 従来例を示すもので、電磁誘導式管路探知器（パイプロケータ）の誘導法による電流の送信方法を示す模式図である。 従来例を示すもので、先に発明者の出願した埋設金属物体探査装置の模式図である。

送信機から埋設金属に交流電流を流し、埋設金属に流れる交流電流により発生する磁界を受信機の磁気センサで検出することにより、埋設金属を探知する埋設金属の探知方法において、受信機は、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にそれぞれ設置した複数の磁気センサと、磁気センサによりそれぞれ検出した３軸方向の磁界成分の検波を行う検波器と、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相の信号処理を行う機能を有するＣＰＵと、このＣＰＵで信号処理した結果を表示する表示器とからなり、埋設金属に交流電流を流すための送信機からの送信信号を参照信号として、同期検波することにより、磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各位相をそれぞれ求め、３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相を画像処理して、ＸＹＺ軸の磁界成分についてそれぞれ画像データを作成するとともに、これらの画像データを前記表示器に出力し、これらの画像データから、特異点の位置を求めるとともに、特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別することを特徴とする埋設金属の探知方法。

この発明の実施例を、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４は、この発明の実施例を示すもので、図１は、この発明による埋設金属の探知装置１の受信機２のブロック図である。図２は、埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が上越し状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図、図３は、埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が下越し状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、図４は、埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が分岐した状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図である。この図２〜図４において、それぞれ（ａ）はＸ軸方向の磁界成分（以下、Ｘ軸成分と記す。）の磁界分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分（以下、Ｙ軸成分と記す。）の磁界分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分（以下、Ｚ軸成分と記す。）の磁界分布を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各位相について、それぞれグラフ化したもので、（ａ）は上越し状態で、Ｙ＝０．５８の場合、（ｂ）は下越し状態で、Ｙ＝０．８の場合、（ｃ）は分岐した状態で、Ｙ＝０の場合の位相の変化を示す図である。

図１において、埋設金属の探知装置１は、地中に埋設された水道管やガス管、下水管、通信ケーブル、電力ケーブル等の金属製の埋設管路（以下、埋設金属と記す。）に交流電流を流すための送信機（図示せず）と、この送信機により埋設金属に誘導される磁場の磁界を検出して特異点の検出を行う受信機２とから構成されている。

この受信機２は、磁気センサ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）と、Ｉ／Ｖ変換器４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）と、第１の増幅器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、バンドパスフィルタ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）と、第２の増幅器７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）と、光受信機１１と、フィルター１２と、位相調整器１３と、方形波変換器１４と、検波器２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）と、ローパスフィルタ２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ）と、直流増幅器２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）と、Ａ／Ｄ変換器２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）と、ＣＰＵ３１と、表示器３２と、スイッチ３３とから構成されている。

磁気センサ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は、コイルであり、このコイルに発生する誘導起電力をコイルに流れる電流として検出する。また、磁気センサ３は、埋設金属に誘導される磁場の磁界を３次元的に捉えることにより特異点の検出を容易とするために、Ｘ軸成分を検出可能とする方向にコイルを設置した磁気センサ３ａと、同様にＹ軸成分検出用の磁気センサ３ｂ、Ｚ軸成分検出用の磁気センサ３ｃとから構成されている。さらに、この実施例では、特異点の深度を測定するために、磁気センサ３ａのコイルから一定距離離して設置し、且つ、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にコイルを設置した第２のＸ軸成分検出用の磁気センサ３ｄを設けている。これは、埋設金属の深度を測定するためには、一定距離離れた２点でＸ軸の振幅を測定する必要があるからである。ここで、Ｘ軸とは、埋設金属と直交方向、即ち、埋設金属に電流を流した方向と直交する方向で、且つ、地表と平行な方向をいい、Ｙ軸とは、埋設金属と平行方向、即ち、埋設金属に電流を流した方向で、且つ、地表と平行な方向をいい、Ｚ軸は、地表と垂直な方向をいう。

また、検波器２１は、この実施例では、アナログスイッチである。なお、受信機２における磁気センサ３からＡ／Ｄ変換器２４までの各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の受信回路は、後述する同期検波を行うために、その振幅特性、周波数特性及び位相特性が等しくなるように構成されている。

次に、埋設金属の探知装置１を用いて特異点を探索する際の作用動作について、詳細に説明する。

まず、図１において、送信機からの送信信号により埋設金属に交流電流を流す。このとき、埋設金属の一部が地面に露出しているような場合には、直接法により、即ち、この露出した部分に送信機の出力を直接接続して交流電流を流すようにしても良い。また、埋設金属が地面に全く露出していない場合には、誘導法により、即ち、地上に設置した送信機から交流磁場を発生させ、地中の埋設金属に対し、電磁誘導により非接触で交流電流を流すようにしても良い。なお、この実施例では、誘導法により埋設金属に交流電流を流した場合について説明している。

受信機２は、埋設金属に流れている交流電流により発生した磁界を、磁気センサ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）により、各軸の磁界成分毎に検出するとともに、埋設金属に交流電流を流すための送信機からの送信信号を、参照信号として入力して、同期検波を行う。この同期検波により、受信機２のＣＰＵ３２は、埋設金属から発生した各軸の磁界成分の振幅や位相を求めるとともに、このようにして求めた各軸の磁界成分の振幅や位相から、その磁界分布や埋設金属の深度を求めて表示器３３に出力される。この表示器３３に出力された埋設金属から発生した各軸の磁界成分の磁界分布や埋設金属の深度をもとに、特異点の探索を行う。

ここで、埋設金属から発生した磁界のＸ軸成分を例にとって詳細に説明する。送信機からの送信信号により埋設金属に交流電流を流し、この交流電流により埋設金属に誘導される磁場の磁界は、Ｘ軸方向に設置した磁気センサ３ａのコイルに誘導起電力を誘起する。この誘導起電力により、磁気センサ３ａのコイルに流れる電流は、Ｉ／Ｖ変換器４ａで電圧に変換され、第１の増幅器５ａで増幅された後、バンドパスフィルタ６ａで不要な周波数成分が除去され、第２の増幅器７ａで再度増幅される。

一方、送信機からの送信信号は、この実施例では光ケーブル（図示せず）を介して、光受信機１１へ参照信号として入力される。この参照信号は、フィルター１２により雑音成分が除去され、位相調整器１３により位相調整が行われ、方形波変換器１４により方形波に変換される。位相調整を行うのは、同期検波では入力信号と参照信号の位相を合わせておく必要があるためで、誘導法と直接法では埋設金属に流れる電流の位相が９０°異なり、また、埋設金属のインピーダンスにより位相が変化するためである。

第２の増幅器７ａで増幅されたＸ軸成分の信号は、検波器２１ａのアナログスイッチを方形波変換器１４において方形波に変換された参照信号によって切り替えることで検波され、ローパスフィルタ２２ａで高調波成分を除去して信号が抽出される。この抽出されたＸ軸成分の信号は、直流増幅器２３ａで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２４ａでデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１は、Ｘ軸成分の信号の信号処理を行い、Ｘ軸成分の振幅や位相が求められる。このようにして求められたＸ軸成分の振幅や位相からＸ軸成分の磁界分布が求められて表示器３２に出力される。

Ｙ軸成分についても、Ｘ軸成分と同様に、送信機からの送信信号により埋設金属に交流電流を流し、この交流電流により埋設金属に誘導される磁場の磁界は、Ｙ軸方向に設置した磁気センサ３ｂのコイルに誘導起電力を誘起する。この誘導起電力により、磁気センサ３ｂのコイルに流れる電流は、Ｉ／Ｖ変換器４ｂで電圧に変換され、第１の増幅器５ｂで増幅された後、バンドパスフィルタ６ｂで不要な周波数成分が除去され、第２の増幅器７ｂで再度増幅される。このＹ軸成分の信号は、方形波変換器１４により方形波に変換された参照信号により、検波器２１ｂで検波され、次いで、ローパスフィルタ２２ｂで高調波成分が除去され、信号が抽出される。この抽出されたＹ軸成分の信号は、直流増幅器２３ｂで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２４ｂでデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１は、Ｙ軸成分の信号の信号処理を行い、Ｙ軸成分の振幅や位相が求められる。このようにして求められたＹ軸成分の振幅や位相からＹ軸成分の磁界分布が求められ、表示器３２に出力される。

Ｚ軸成分についても同様に、埋設金属に誘導される磁場の磁界は、Ｚ軸方向に設置した磁気センサ３ｃのコイルに誘導起電力を誘起する。この誘導起電力により、磁気センサ３ｃのコイルに流れる電流は、Ｉ／Ｖ変換器４ｃで電圧に変換され、第１の増幅器５ｃで増幅された後、バンドパスフィルタ６ｃで不要な周波数成分が除去され、第２の増幅器７ｃで再度増幅される。このＺ軸成分の信号は、方形波に変換された参照信号により、検波器２１ｃで検波され、ローパスフィルタ２２ｃで高調波成分が除去されて、信号が抽出される。この抽出されたＺ軸成分の信号は、直流増幅器２３ｃで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２４ｃでデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸成分の信号の信号処理を行い、Ｚ軸成分の振幅や位相が求められ、このようにして求められたＺ軸成分の振幅や位相からＺ軸成分の磁界分布が求められて表示器３２に出力される。

第２のＸ軸成分についてもほぼ同様に、埋設金属に誘導される磁場の磁界は、磁気センサ３ａのコイルから一定距離離して設置し、且つ、Ｘ軸方向の磁界を検出可能とする方向にコイルを設置した第２のＸ軸成分検出用の磁気センサ３ｄのコイルに誘導起電力を誘起する。この誘導起電力により、磁気センサ３ｄのコイルに流れる電流は、Ｉ／Ｖ変換器４ｄで電圧に変換され、第１の増幅器５ｄで増幅された後、バンドパスフィルタ６ｄで不要な周波数成分が除去され、第２の増幅器７ｄで再度増幅される。この第２のＸ軸成分の信号は、方形波に変換された参照信号により、検波器２１ｄで検波され、ローパスフィルタ２２ｄで高調波成分が除去されて、信号が抽出される。この抽出された第２のＸ軸方向の成分の信号は、直流増幅器２３ｄで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２４ｄでデジタル信号に変化されて、ＣＰＵ３１に取り込まれる。ＣＰＵ３１は、第２のＸ軸成分の信号とＸ軸成分の信号の信号処理を行い、特異点の深度が求められ、表示器３２に出力される。

なお、この実施例では、参照信号を光ケーブルにより伝送しているが、これに限定されるものではなく、例えば無線で伝送するようにしても良い。また、この実施例では、同期検波は、検波器２１のアナログスイッチを方形波の参照信号で切り替えることで実現しているが、これに限定されるものではない。検波器２１を、アナログスイッチではなくアナログ乗算器とし、且つ、方形波変換器１４の構成を省いて、正弦波の参照信号を検波器２１の乗算器で積算するようにしても良い。

また、この実施例では、深度を測定するために、一定距離離れた２点でＸ軸の振幅を測定する必要があるため、受信機２における磁気センサ３からＡ／Ｄ変換器２４までの系統を、Ｘ軸方向については２系統とし、さらにＹ軸方向、Ｚ軸方向の系統を加えて、４系統としているが、これに限定されるものではない。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向についてそれぞれ１系統ずつの３系統として構成しても良い。

次に、発明者等は、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて、特異点を探知するための実験を行った。埋設管路の形状は、（１）上越し状態、（２）下越し状態、（３）分岐した状態の場合について実験を行った。

まず、実験を行った埋設金属の形状について説明する。埋設金属は、十分に長い直線状に形成された埋設管路で、地表から１［ｍ］の深さに埋設されている。なお、この実施例では、この埋設管路を例にとって記載する。

（１）上越し状態
埋設管路の中央部分が特異点となるように形成する。さらに、特異点である上越し状態である部分は、埋設管路から０．５［ｍ］立ち上がっており、深さが０．５［ｍ］、長さが１［ｍ］となるように形成されている。埋設管路における特異点以外の部分の長さは、左右それぞれ１，０００，０００［ｍ］とした。なお、特異点以外の部分の長さをこの値にしたのは、計算上無限長とするためである。下記（２）下越し状態及び（３）下越し状態の場合も同様である。
（２）下越し状態
上記（１）上越し状態の場合と同様に、埋設管路の中央部分が特異点となるように形成する。さらに、特異点である下越し状態である部分は、埋設管路から０．５［ｍ］立ち下がっており、深さが１．５［ｍ］、長さが１［ｍ］となるように形成されている。埋設管路における特異点以外の部分の長さは、左右それぞれ１，０００，０００［ｍ］となっている。
（３）分岐した状態
上記（１）上越し状態や（２）下越し状態の場合と同様に、埋設管路の中央部分が特異点となるように形成する。さらに、特異点である分岐した状態は、埋設管路と同じ深さで分岐しており、長さが１０［ｍ］となるように形成されている。埋設管路における特異点以外の部分の長さは、左右それぞれ１，０００［ｍ］となっている。

次に、図２〜図５を用いて実験結果について説明する。発明者等は、上記（１）〜（３）のような特異点を有する埋設管路に対して、この発明による埋設金属の探知装置を用いて実験を行い、特異点の探知を行った。図２〜図４は、その際の実験結果である各軸の磁界成分の磁界分布を示している。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、各軸の磁界成分の各位相について、それぞれグラフ化したもので、（ａ）は上越し状態、（ｂ）は下越し状態、（ｃ）は分岐した状態の位相の変化を示している。

（１）上越し状態
図２において、縦軸及び横軸は、埋設管路の中央、即ち、特異点である上越し状態である部分の中心からの距離を示し、縦軸はＸ軸方向［ｍ］、横軸はＹ軸方向［ｍ］の距離である。さらに、図２において、（ａ）はＸ軸成分の磁界分布、（ｂ）はＹ軸成分の磁界分布、（ｃ）はＺ軸成分の磁界分布である。

図２（ａ）〜（ｃ）の何れの図においても、特異点である上越し状態である部分の中心の位置がある程度判別可能であるが、特に、図２（ｂ）のＹ軸成分の磁界分布における磁界パターンが非常に特徴的で、特異点の中心の位置が一目瞭然に表示されており、Ｙ軸成分がピークとなる座標の位置は、Ｘ＝±０．４２、Ｙ＝±０．５８となる。又、ピークのレベルは、埋設管路直上のＸ軸と比較すると、上越し状態では、０．１４程度となり、後述する下越し状態では、０．０３５程度である。

また、図２（ａ）から、磁界が強くなっている部分の長さが、中心から約±０．５［ｍ］、即ち、約１［ｍ］となっているのが分るため、上越し状態である部分の長さがおよそ推定可能である。

（２）下越し状態
上越し状態とほぼ同様に、図３において、縦軸及び横軸は、埋設管路の中央、即ち、特異点である下越し状態である部分の中心からの距離を示し、縦軸はＸ軸方向［ｍ］、横軸はＹ軸方向［ｍ］の距離である。さらに、図３において、（ａ）はＸ軸成分の磁界分布、（ｂ）はＹ軸成分の磁界分布、（ｃ）はＺ軸成分の磁界分布である。

図３（ａ）〜（ｃ）の何れの図においても、特異点である下越し状態である部分の中心の位置がある程度判別可能であるが、特に、図２（ｂ）のＹ軸成分の磁界分布における磁界パターンが非常に特徴的で、特異点の中心の位置が一目瞭然に表示されており、Ｙ軸成分がピークとなる座標の位置は、Ｘ＝±０．７１、Ｙ＝±０．８０となる。

また、図３（ａ）から、磁界が弱くなっている部分の長さが、中心から約±０．５［ｍ］、即ち、約１［ｍ］であることが分るため、下越し状態である部分の長さは概略推定可能である。

ここで、（１）上越し状態と（２）下越し状態の結果である図２及び図３を比較すると興味深い点がある。それぞれの図の（ａ）Ｘ軸成分の磁界分布を比較すると、上越し状態の場合は、特異点の周囲は磁界が強くなっているのに対し、下越し状態の場合は、逆に弱くなっている。このような事象から、Ｘ軸成分の磁界分布により、特異点が上越し状態であるか下越し状態であるかをある程度判別可能である。さらに、興味深い点は、Ｙ軸成分の磁界分布である。それぞれの図の（ｂ）Ｙ軸成分の磁界分布を比較すると、磁界分布における磁界のパターンは非常に似ているが、上越し状態と下越し状態とでは逆位相となっている点である。従って、Ｙ軸成分の磁界分布において、Ｘ軸を基準にＹ軸の位相を調べることで、特異点が上越し状態であるか下越し状態であるかを判別可能である。

（３）分岐した状態
上越し状態や下越し状態とほぼ同様に、図４に示すように、縦軸及び横軸は、埋設管路の中央、即ち、特異点である分岐した状態の中心からの距離を示し、縦軸はＸ軸方向［ｍ］、横軸はＹ軸方向［ｍ］の距離である。さらに、図４おいて、（ａ）はＸ軸成分の磁界分布、（ｂ）はＹ軸成分の磁界分布、（ｃ）はＺ軸成分の磁界分布である。

図４（ａ）〜（ｃ）の何れの図においても、特異点である分岐した状態の中心の位置や、分岐した状態の埋設管路の向きがある程度判別可能であるが、特に、図２（ｂ）のＹ軸成分の磁界分布における磁界パターンが非常に特徴的で、特異点の中心の位置や分岐した状態の埋設管路の向きが一目瞭然に表示されている。また、図５（ｃ）において、磁界のＹ軸成分は、埋設管路の左右では変化しない。

この発明は、地中に埋設されている水道管やガス管、下水管等の多くの金属管、あるいは通信ケーブル、電力ケーブル等の埋設金属を探知することが出来るだけではなく、建屋の鉄筋・鉄骨の探知等、又、地中に長年埋設されている爆弾等の探知にも幅広く利用可能である。

１ 埋設金属の探知装置
２ 受信機
３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ） 磁気センサ
２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ） 検波器
３１ ＣＰＵ
３２ 表示器

この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１の受信機２のブロック図である。 この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が上越し状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、（ａ）はＸ軸方向の磁界成分の分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分の分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分の分布を示す図である。 この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が下越し状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、（ａ）はＸ軸方向の磁界成分の分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分の分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分の分布を示す図である。 この発明の実施例を示すもので、この発明による埋設金属の探知装置１を用いて埋設管路が分岐した状態である部分を測定した際の磁界分布を示す図で、（ａ）はＸ軸方向の磁界成分の分布、（ｂ）はＹ軸方向の磁界成分の分布、（ｃ）はＺ軸方向の磁界成分の分布を示す図である。 この発明の実施例を示すもので、（ａ）〜（ｃ）は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分の各位相について、それぞれグラフ化したもので、（ａ）は上越し状態で、Ｙ＝０．５８の場合、（ｂ）は下越し状態で、Ｙ＝０．８の場合、（ｃ）は分岐した状態の位相の変化を示す図である。 従来例を示すもので、電磁誘導式管路探知器（パイプロケータ）の探知原理を示す模式図である。 従来例を示すもので、電磁誘導式管路探知器（パイプロケータ）の直接法による電流の送信方法を示す模式図である。 従来例を示すもので、電磁誘導式管路探知器（パイプロケータ）の誘導法による電流の送信方法を示す模式図である。 従来例を示すもので、先に発明者の出願した埋設金属物体探査装置の模式図である。

一方、非特許文献１に示す電磁誘導式管路探知器（商品名：パイプロケータ）の探知原理は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、交流電流を地中５０に埋設されている金属管５１に流すと、この金属管５１を中心として同心円状の磁場（磁界Ｈとする）が発生する(図６（ｂ）)。この磁界Ｈを地上にある受信機の磁気センサ５２ａで検出するとともに、その磁界Ｈを算出し、さらに、誘起電圧を算出する。この誘起電圧が最大となる位置から、金属管５１の位置を探知することが出来る(図６（ｃ）)。又、この誘起電圧から金属管５１の埋設深さを算出している。従って、探知される対象物は、導電性を有する金属管に限定される。

直接法は、図７に示すように、金属管５１が地上に露出している部分に送信機５３を接続し、あるいは、地中５０に埋設されている金属管５１にリード線５４を介して送信機５３を接続し、電流を流す方法である。なお、金属管５１から地中５０へ流れる漏洩電流は、アース５５を介して送信機５３に帰還するように構成されている。

又、誘導法は、図８に示すように、地上に設置した送信機５３ａから地中５０に向けて電波を放射して磁場を発生させ、地中５０の金属管５１に非接触で電磁誘導による電流を流す方法で、発生した誘導電流による磁界を、地上にある磁気センサ５３ａを備えた受信機５３で受信し、その磁界成分の振幅から埋設されている金属管の位置及び埋設深度等を探知している。

一般に、図７に示すように、直接法は、探知対象の金属管だけに電流を流せるので、発生する磁場の磁界Ｈの値も大きくなり、誘導法に比べて探知精度は良い。しかしながら、直接法は、送信機を金属管に直接接続しなければならないので、地上に露出部分がない金属管には適用しにくい。

一方、図９に示すように、発明者等は、先に棒状埋設金属物体６１に交流電流を流し、これにより発生した磁場の磁界Ｈの変化を探査コイル６２によって検出し、棒状埋設金属物体６１の埋設位置及び深度を探査する方法として、少なくとも２つの埋設探査測定方法を採用し、それらによる測定結果に基づいて探査測定値を補正するようにした発明を出願した(特許文献１)。

以下、これについて説明する。図９に示すように、探査コイル６２から垂直距離ｙの位置に、直線状に十分長い線状埋設金属物体６１が埋設されており、この線状埋設金属物体６１には、Ｉｓｉｎ（ωｔ）の電流が流れているとする。そこで、この線状埋設金属物体６１の直上付近に、地表と平行な探査コイル６２を配置した場合、探査コイル６２に誘起される起電力Ｅ_ｈは、一般に、下記式（１）で表される。

Claims (8)

1. 送信機から埋設金属に交流電流を流し、前記埋設金属に流れる交流電流により発生する磁界を受信機の磁気センサで検出することにより、前記埋設金属を探知する埋設金属の探知方法において、
   前記受信機は、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にそれぞれ設置した複数の磁気センサと、前記磁気センサによりそれぞれ検出した前記３軸方向の磁界成分の検波を行う検波器と、前記３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相の信号処理を行う機能を有するＣＰＵと、このＣＰＵで信号処理した結果を表示する表示器とからなり、
   前記磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相をそれぞれ求め、
   各振幅から、特異点の位置を求めるとともに、
   各位相から、前記特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別すること
   を特徴とする埋設金属の探知方法。
2. 前記検波器は、前記埋設金属に交流電流を流すための送信機からの送信信号を参照信号として、同期検波することにより、前記磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各位相をそれぞれ求めること
   を特徴とする請求項１に記載の埋設金属の探知方法。
3. 前記ＣＰＵは、前記３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相を画像処理して、ＸＹＺ軸の磁界成分についてそれぞれ画像データを作成するとともに、これらの画像データを前記表示器に出力し、
   これらの前記画像データから、特異点の位置を求めるとともに、前記特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別すること
   を特徴とする請求項１〜請求項２の何れかに記載の埋設金属の探知方法。
4. 前記受信機は、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した磁気センサから一定距離離して設置し、且つ、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した第２の磁気センサを有し、
   前記検波器は、前記第２の磁気センサにより検出した第２のＸ軸方向の磁界成分の検波を行い、
   前記ＣＰＵは、第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相をそれぞれ求めるとともに、この求めた第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相と、Ｘ軸方向の磁界成分の振幅及び位相とから前記特異点の深度を求め、
   前記表示器は、前記特異点の深度を表示すること
   を特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の埋設金属の探知方法。
5. 送信機から埋設金属に交流電流を流し、前記埋設金属に流れる交流電流により発生する磁界を受信機の磁気センサで検出することにより、前記埋設金属を探知する埋設金属の探知装置において、
   前記受信機は、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分を検出可能とする方向にそれぞれ設置した複数の磁気センサと、前記磁気センサによりそれぞれ検出した前記３軸方向の磁界成分の検波を行う検波器と、前記３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相の信号処理を行う機能を有するＣＰＵと、このＣＰＵで信号処理した結果を表示する表示器とからなり、
   前記ＣＰＵの信号処理機能は、少なくとも前記磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相をそれぞれ求める機能と、各振幅から、特異点の位置を求める機能と、各位相から、前記特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別可能とする機能を有すること
   を特徴とする埋設金属の探知装置。
6. 前記検波器は、前記埋設金属に交流電流を流すための送信機からの送信信号を参照信号として、同期検波することにより、前記磁界から、ＸＹＺ軸の３軸方向の磁界成分の各位相をそれぞれ求める機能を有すること
   を特徴とする請求項５に記載の埋設金属の探知装置。
7. 前記ＣＰＵは、前記３軸方向の磁界成分の各振幅及び各位相を画像処理して、ＸＹＺ軸の磁界成分についてそれぞれ画像データを作成する機能と、これらの画像データを前記表示器に出力する機能とを有し、
   これらの前記画像データから、特異点の位置を求めるとともに、前記特異点が、上越し状態であるか下越し状態であるか分岐した状態であるかを判別可能とする機能を有すること
   を特徴とする請求項５〜請求項６の何れかに記載の埋設金属の探知装置。
8. 前記受信機は、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した磁気センサから一定距離離して設置し、且つ、Ｘ軸方向の磁界成分を検出可能とする方向に設置した第２の磁気センサを有し、
   前記検波器は、前記第２の磁気センサにより検出した第２のＸ軸方向の磁界成分の検波を行う機能を有し、
   前記ＣＰＵは、第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相をそれぞれ求める機能と、この求めた第２のＸ軸方向の磁界成分の振幅及び位相と、Ｘ軸方向の磁界成分の振幅及び位相とから前記特異点の深度を求める機能とを有し、
   前記表示器は、前記特異点の深度を表示する機能を有すること
   を特徴とする請求項５〜請求項７の何れかに記載の埋設金属の探知装置。