JP2016191626A - 同期検波法を用いた埋設金属の探知方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線を利用して同期信号を送信するとともに、送信信号の周波数帯域に制限がある場合であっても、この周波数帯域以上の周波数の参照信号を利用して同期検波を行うことの出来る埋設金属の探知方法及びその装置を提供すること。【解決手段】同期検波法を用いた埋設金属の探知方法において、送信側装置は、周波数ｆの基準信号を生成し、これをｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換し、この送信信号を埋設金属に送信し、基準信号をｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換し、この同期信号を無線で送信側装置から送信する。受信側装置でこの同期信号を受信し、ｍ逓倍して基準信号に変換する。この変換した基準信号をｎ分周して周波数ｆ/ｎの参照信号に変換する。一方、埋設金属に流れる交流電流による磁界を検出して、参照信号により同期検波する。【選択図】図１

Description

この発明は、同期検波法を用いた埋設金属の探知方法及びその装置に関し、特に、無線を利用して同期信号を送信するとともに、送信信号の周波数帯域に制限がある場合であっても、この周波数帯域以上の周波数の参照信号を利用して同期検波を行うことの出来る埋設金属の探知方法及びその装置に関するものである。

通常、地中等には、ガス管や水道管、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。又、ビル等の建造物の柱や壁等にも多くの金属性の埋設物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。又、地中、建造物を総称して地中等と記す）。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、地中等には多くの埋設金属が敷設されているので、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、地中等の埋設金属の真上の位置やその埋設深度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、電波を地中等に放射し、地中等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、地中等の金属管の探知を行うものである。電波は電気的特性が変化する面から反射するので、金属管、非金属管、空洞等の地中等の構造物もこの方法で探知することが出来る。

電磁誘導法によるパイプロケータの従来型の例としては、非特許文献１に示す電磁誘導式管路探知器（通称：プロケータ）がある。このパイプロケータの探知原理は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、交流電流を地中等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５（ｂ）参照)。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５（ｃ）参照)。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又は金属線に限定される。

このように、パイプロケータは、金属管５１に電流を流すための送信機５３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５２ａを備えた受信機とにより構成されている。さらに、送信機５３から金属管５１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６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、地中等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から地中等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７に示すように、地上に設置した送信機５３ａから地中等５０に向けて電波を放射して磁場を発生させ、地中等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５２ａを備えた受信機で受信し、その磁界成分の振幅から埋設されている金属管５１の位置及び埋設深度等を探知している。

一般に、図６に示すように、直接法は、探知対象の金属管５１だけに交流電流を流せるので、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５３を金属管５１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。

又、上記した電磁誘導型の探査装置（パイプロケータ）では、探知用の交流電流（送信信号）の周波数は、埋設物の種類や埋設状況により異なる。例えば、ケーブルでは、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ、ガス管や水道管等では、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの周波数が一般的に使用されている。

又、探知対象となっている埋設管に、探知用の送信信号を流すと、埋設管に流れる交流電流によりその近辺に輻湊して埋設されている他の管（輻湊管）にも誘導電流が流れるが、探知対象の埋設管と輻湊管では、流れる電流の方向は反対となる。従って、探知対象の埋設管を正しく追跡しているか否かを判別するためには、電流方向に関する情報を把握することが有効である。

例えば、図８に示すように、ガス管６０と水道管６１が輻湊して埋設されているとともに、この両管が給湯器６２で接続されている場合、送信器６３から入力され、ガス管と水道管に流れる探知用の交流信号の電流方向は、互いに逆方向となる。従って、ガス管６０と水道管６１に流れる交流電流の流れる方向がわかれば、どちらの管が探知対象であるか否かを判別することが出来る。

探知対象に流れる電流方向を判別する方法としては、探知用の信号としてＣＤ波（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｆｌｏｗ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を用いる方法と、同期検波を用いる方法がある。

ＣＤ波を用いたものとしては、非特許文献２に示す電磁誘導法による連続的な地下埋設物探査技術として、地下埋設物の位置を地表面から非堀削で連続的に確認できるケーブルエクスプローラ（商品名）７３と、計測に必要な信号を発信する発振器７２とから構成されているシステムがある。

これは、図９及び図１０に示すように、地中７０に埋設されている地下埋設物７１の位置を計測する場合、地下埋設物７１に、直接、発振器７２を接続して電流を流すことにより発生する磁界を地上で探知し、地下埋設物７１の埋設深度を計測する地下埋設物探査装置７５と、この地下埋設物７１の平面位置情報（緯度、経度）を、高精度で取得することが出来るＧＰＳ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ・・・を利用して位置情報を取得することの出来るＲＴＫ―ＧＰＳ（Real Time Kinematic Global Positioning System：リアルタイムキネマティックＧＰＳ）７４を連動させることにより、地下埋設物７１の位置情報を、三次元で連続的に取得することが出来るように構成されている。

ケーブルエクスプローラ７３は、移動機能を有する台車上に、地下埋設物探査装置７５、台車の位置情報を取得するＧＰＳ−ＲＫＴ７４、台車の移動方向を算出する光ジャイロ７６、台車の移動距離を算出するオドメータ７７、各装置が取得した情報を格納、処理するパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと記す）７８とにより構成されている。なお、７９は計測結果等を表示する表示器である。

地下埋設物探査装置７５は、地下埋設物７１に流れる交流電流により発生する磁界を受信し、この磁界強度により位置情報を算出している。又、平面位置情報は、台車中心より地下埋設物７１が移動方向に対して左右方向を＋−で表示される。深度情報は、地表面から地下埋設物７１の中心迄の距離が表示される。

一方、同期検波を用いる方法としては、特許文献１に示すものがある。これは、特許文献１の図１１に示すように、発振器８０、受信器８１及びアース手段８２を備えたロケータを用いて、導電性を有する埋設管またはロケーティングワイヤ等で導電性を持たせた埋設管等８３の露出部の1点とアース手段８２とに、発振器８０の出力を接続して大地を帰路とした一部分布定数回路を含む閉回路を構成するとともに、その埋設管８３に流れる電流により誘導される磁界を、受信器８１に接続した検出器８４を走査あるいは操作することにより検出して、埋設管等８３を探知する一点法で実施している。

これは、検出器８４と表示手段８５とを備えた受信器８１に、さらに、位相を検波する位相検波手段８６を設け、この位相検波手段８６により受信情報を取り込み、この受信情報に基づいて埋設管等８３の地上対応位置Ｐ１と、埋設深さＤとを求めるように構成されている。

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 国内雑誌 技術解説 地上から探査調査の非開削技術 [電磁誘導法による連続的な地下埋設物探査技術「ケーブルエクスプローラ」について] Ｎｏ−Ｄｉｇ Ｔｏｄａｙ Ｎｏ．５８（２００７、１）ｐａｇｅ．１−６、

特開２００１−１１６８５０号公報

非特許文献２に記載のものは、探知用に流す交流電流（送信信号）としてＣＤ波を用いている。しかしながら、探知対象である埋設管は、一種の伝送線路であるため信号の減衰特性や位相特性は周波数に依存する。従って、周波数の低い低周波帯域では、この方法（ＣＤ波法）を使用することが出来るが、周波数が高くなると、２つの異なる周波数をもつ交流信号を用いるので、図１２及び図１３に示すように、両交流信号が干渉しあい、波形歪みが生じる。従って、探知対象の埋設管を流れる交流信号の電流方向を識別することが出来ないという問題があった。

このように、ＣＤ波法で使用可能な周波数帯域は、数ｋＨｚ程度迄の低周波帯域に限定されるため、探知対象の埋設管の敷設長が長く、且つ、導電率の高い通信ケーブル等を探知する場合には、大きな問題とはならない。しかしながら、探知対象の埋設管の敷設長が比較的短い場合や、導電率の低いガス管や水道管のような場合には、探知性能が著しく低下するという問題があった。

即ち、非特許文献２に記載のものは、埋設されている金属管が無限長で、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等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。

そのため、現時点では、５００Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲でしか利用されておらず、使用可能な周波数帯域が低いという問題はあるが、探知対象は通信ケーブルであるため、導電率が高い。その上、水道管やガス管のように、継ぎ手部分において交流電流の流れを阻害するようなパッキング等は使用されていない。従って、ケーブルに流す交流電流の周波数としては、低い周波数帯域でも十分探知することが出来る。しかしながら、交流電流の周波数が高くなると、位相が変化し、ケーブルを探知出来ないという問題も発生する。

一方、特許文献１に記載のものは、同期検波法を用いたもので、同期検波法における参照信号の伝送方法としては有線で伝送しているので、ＣＤ波による方法と異なり、伝送される参照信号の周波数には、制限がないという効果はある。しかしながら、パイプロケータの送受信間の距離は、数百ｍ〜１ｋｍに及ぶこともあり、その上、受信器側は絶えず移動しなければならない。そのため、送受信間に参照信号の伝送用のケーブルを敷設して、有線で探知用の交流信号を伝送することは実用的ではないという問題があった。

ここで、特許文献１に記載のものは、同期検波法における参照信号の伝送方法として、“有線又は無線”との記載があるが、図面中（特許文献１の図１参照）に一箇所記載あるのみで、具体的な記述は全くない。しかしながら、特許文献１に記載のものについて、同期検波法における参照信号を無線で伝送した場合について考察する。

参照信号を無線で伝送した場合、電波法による制限があるため、伝送可能な周波数帯域は、通常、音声帯域迄である。狭帯域FM無線を利用した場合では、300Ｈｚ〜3000Hz程度である。そのため、周波数帯域が限定され、上記ＣＤ波による方法の場合と同様に、探知対象の埋設管の敷設長が比較的短い場合や、導電率の低いガス管や水道管のような埋設金属管等の場合には、探知性能が著しく低下するという問題が発生する。

このように、無線による参照信号の伝送に使用出来る周波数帯域は、上記のように、300Ｈｚ〜3000Hzに限定されるため、探知用の送信信号の周波数も上限が３ｋＨｚに限定されるという問題があった。この周波数帯域では、探知対象の埋設物やケーブル等の敷設長が比較的短い場合や、導電率の低い埋設金属管等の場合には、探知性能が著しく低下するという問題があった。

特に、金属管を探知する場合、埋設管の継ぎ手に可撓性を持たせるために挿入されているパッキングを介して探知用の送信信号を流すことになる。従って、送信信号の周波数が低い場合には、パッキングにより絶縁されて、埋設管には電流が流れなくなり、探知することが出来なかったが、送信信号の周波数が高い場合には、静電容量により埋設管に電流（送信信号）が流れる。そのため、各種の埋設管を幅広く探知するためには、探知用の送信信号としては、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度の高い周波数帯域を利用したいとの要望が多かった。

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、同期検波法を用いたパイプロケータで、参照信号を無線で送信するとともに、無線通信で利用できる周波数帯域以上の周波数の参照信号を利用することの出来る同期検波法を用いた埋設金属の探知方法及びその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、埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信するとともに、同期検波するための同期信号を送信する送信側装置と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、埋設金属の位置及び埋設深度を求める受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知方法において、送信側装置は、周波数ｆの基準信号を生成し、この基準信号をｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換し、この送信信号を、埋設金属に送信し、基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換し、この同期信号を、無線で送信側装置から送信し、同期信号を、受信側装置で受信し、この受信した同期信号をｍ逓倍して、基準信号に変換し、この変換した基準信号をｎ分周して、周波数ｆ/ｎの参照信号に変換し、記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出して、参照信号により同期検波するようにしたものである。

請求項２に係る発明は、埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信する送信側装置と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、埋設金属の位置及び埋設深度を求める手段を有する受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知装置において、送信側装置は、周波数ｆの基準信号を生成する基準発振器と、基準信号の周波数ｆを、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換する第１の分周器と、基準信号の周波数ｆを、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換する第２の分周器と、第１の分周器で変換した送信信号を、埋設金属に送信する第１の送信器と、第２の分周器で変換した同期信号を無線で送信する第２の送信器とを有し、受信側装置は、同期信号を受信する第２の受信器と、この同期信号をｍ逓倍して、基準信号に変換する逓倍器と、この基準信号の周波数ｆを、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの参照信号に変換する第３の分周器と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出する磁気センサと、この磁気センサにより検出した信号を、参照信号により同期検波する手段とを有するものである。

請求項３に係る発明は、埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信するとともに、同期検波するための同期信号を送信する送信側装置と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、埋設金属の位置及び埋設深度を求める受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知方法において、受信側装置は、周波数ｆの基準信号を生成し、この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ／ｎの参照信号に変換し、基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ／ｍの同期信号に変換し、この同期信号を、無線で受信側装置から送信し、送信側装置は、同期信号を受信し、この受信した同期信号を、ｍ逓倍して基準信号に変換し、この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換し、この送信信号を、埋設金属に送信し、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出して、参照信号により同期検波するようにしたものである。

請求項４に係る発明は、埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信する送信側装置と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、埋設金属の位置と埋設深度を求める手段を有する受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知装置において、受信側装置は、周波数ｆの基準信号を生成する基準発振器と、この基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換する第２の分周器と、この同期信号を、無線で送信する第２の送信器と、基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの参照信号に変換する第１の分周器と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出する磁気センサと、この磁気センサにより検出した信号を、参照信号により同期検波する手段とを有し、送信側装置は、同期信号を受信する第２の受信器と、この同期信号をｍ逓倍して、基準信号に変換する逓倍器と、この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ／ｎの送信信号に変換する第３の分周器と、この第３の分周器で変換した送信信号を、埋設金属に送信する第１の送信器とを有するものである。

請求項１及び請求項２に係る発明は、上記のように構成したので、探知対象の埋設金属に流す送信信号の周波数を高い周波数帯域で使用することが出来るので、探知距離を長くすることが出来る。又、同期検波用の参照信号を無線で送信しているので、従来のように、送信点と受信点とを接続するケーブルが不必要となり、受信点の移動が容易である。さらに、この発明の技術分野では、無線送信の周波数帯域には制限があるが、この制限帯域以上の周波数の参照信号を利用して同期検波することが出来る探知方法及びその装置を提供することが出来る。
又、探知対象の埋設金属の敷設長が比較的短い場合や、埋設金属が導電率の低いガス管や水道管のような場合であっても、従来のように、探知性能が著しく低下することはない。さらに、埋設金属を流れる送信信号（探知用の交流電流）は、従来の送信信号の周波数より高い周波数の基準信号（ｆ）を用い、その周波数ｆを、ｎ分周あるいはｍ分周しているので、分周比ｆ/ｎあるいは分周比ｆ/ｍを制御すれば、減衰特性や位相特性を最適な値に設定することが出来る。

請求項３及び請求項４に係る発明は、上記のように構成したので、上記請求項１及び請求項３と同様な効果がある。さらに、基準発振器を受信側装置に配置したので、送信側装置の負荷を軽減することが出来る。

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の送信側装置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の受信側装置３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３１の送信側装置３２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３１の受信側装置３３のブロック図である。 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）の直接法による交流信号の電流を伝送する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）の誘導法による交流信号の電流を伝送する方法を示す模式図である。 従来例を示すもので、地中に埋設されている埋設管の流れる電流方向を説明するための説明図である。 従来例を示すもので、ケーブルエクスプローラのシステム構成図である。 従来例を示すもので、ケーブルエクスプローラに搭載されている地下埋設物探査装置のシステム構成図である。 従来例を示すもので、地中埋設管の探知方法を実施する時に用いる探知装置の一例を示す説明図である。 従来例を示すもので、ＣＤ波による送信信号及び二次誘導による波形図である。 従来例を示すもので、ＣＤ波による送信信号及び二次誘導による波形図で、波形歪みが生じた場合の波形図である。

埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信するとともに、同期検波するための同期信号を出力する送信側装置と、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、埋設金属の位置及び埋設深度を求める受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知方法において、送信側装置は、周波数ｆの基準信号を生成し、この基準信号をｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換し、この送信信号を、埋設金属に送信し、基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換し、この同期信号を、無線で送信側装置から送信し、同期信号を、受信側装置で受信し、この受信した同期信号をｍ逓倍して、基準信号に変換し、この変換した基準信号をｎ分周して、周波数ｆ/ｎの参照信号に変換し、埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出して、参照信号により同期検波することを特徴とする同期検波法を用いた埋設金属の探知方法。

この発明の第１の実施例を、図１〜図２に基づいて詳細に説明する。
図１〜図２は、この発明の第１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の送信側装置２のブロック図、図２は埋設金属の探知装置１の受信側装置３のブロック図である。なお、この実施例１では、後述する基準発振器５が、送信側装置２の構成要素となっている場合の実施例である。

図１〜図２に示すように、埋設金属の探知装置１は、地中に埋設されている水道管やガス管、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。）に送信信号（探知用の交流電流）を流すための送信側装置２と、この送信側装置２により埋設金属に誘導される磁場の磁界を検出する磁気センサ１０を備えた受信側装置３により構成されている。

図１に示すように、送信側装置２は、第１の送信器４、第２の分周器８及び第２の送信器９により構成されている。第１の送信器４は、基準発振器５、第１の分周器６及び第１の増幅器７により構成されている。

また、図２に示すように、受信側装置３は、第２の受信器１４、逓倍器１５、第３の分周器１６、位相調整器１７、表示器１８、磁気センサ１０及び第１の受信器１１により構成されている。第１の受信器１１は、第２の増幅器１２と、検波器１３により構成されている。

送信側装置２では、埋設金属に送信信号（探知用の交流電流）を流すとともに、受信側装置３へ同期信号を送信する。埋設金属に流す送信信号（探知用の交流電流）は、後述する周波数ｆの基準信号（以下、基準信号（ｆ）と記す）をｎ分周して、周波数ｆ／ｎの送信信号（以下、送信信号（ｆ／ｎ）と記す）として、第１の送信器４により埋設金属へ送信される。又、同期検波のための同期信号は、基準信号（ｆ）を、ｍ分周して周波数ｆ／ｍの同期信号（以下、同期信号（ｆ/ｍ）と記す）を、第２の送信器９により受信側装置３へ送信するように構成されている。

受信側装置３では、第２の送信器９から無線で送信された同期信号（ｆ／ｍ）を、第２の受信器１４で受信して、第１の送信器４から埋設金属へ送信された送信信号（ｆ／ｎ）により発生した磁界を磁気センサ１０で検出し、第１の受信器１１で同期検波することにより、埋設金属の位置や埋設金属へ送信された送信信号の電流方向を探知するように構成されている。

基準発振器５は、埋設金属へ送信する送信信号（ｆ／ｎ）や、受信側装置３へ送信する同期信号（ｆ／ｍ）の基準となる基準信号（ｆ）を生成する。なお、この実施例では水晶発振器を用いている。

第１の送信器４は、直接法の場合、即ち、埋設金属の一部が地面に露出しているような場合には、この露出した埋設金属部分に直接接続して送信信号（ｆ／ｎ）を送信するための手段（プローブなど。図示せず）を備えている。又、誘導法の場合、即ち、埋設金属が地面に全く露出していない場合には、地中の埋設金属に対し、交流磁場を発生させて電磁誘導により非接触で送信信号（探知用の交流電流）を流すための手段を備えている。

逓倍器１５は、この実施例では、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）を用いた同期発振器を使用している。このように、逓倍器１５を構成することにより、逓倍数ｍを大きくとることが可能である。なお、逓倍器１５は、単純にアナログ乗算器を多段に接続したものであっても良い。

第１の分周器６、第２の分周器８及び第３の分周器１６は、この実施例では、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）を用いた分周器を使用している。このように、分周器（第１の分周器６、第２の分周器８、第３の分周器１６）を構成することにより、使用可能な周波数の自由度を増すことが可能である。なお、第１の分周器６、第２の分周器８及び第３の分周器１６は、フリップ・フロップを組み合わせて構成した分周器でも良い。

第２の送信器９は、送信アンテナを備え、第２の受信器１４は、受信アンテナを備えている。同期信号（ｆ／ｍ）は、第２の送信器９から第２の受信器１４へ無線で送信されている。

磁気センサ１０は、埋設金属に送信された送信信号（探知用の交流信号）により発生した磁界を検出するコイルと、この検出された磁界により誘導された誘導起電力を、電流から電圧に変換するＩ／Ｖ変換器と、不要な周波数成分を除去するバンドパスフィルタとから構成されている。

次に、埋設金属の探知装置１を用いて埋設金属を探知する際の作用動作について、図１〜図２に基づいて詳細に説明する。

図１において、埋設金属に送信する送信信号や、同期検波のための同期信号の基準となる基準信号（ｆ）は、基準発振器５で生成される。この基準信号（ｆ）は、第１の分周器６によりｎ分周され、埋設金属に送信するための送信信号（ｆ／ｎ）に変換されるとともに、第２の分周器８でｍ分周されて、受信側装置３へ送信される同期信号（ｆ／ｍ）に変換される。

同期信号（ｆ／ｍ）は、第２の送信器９により、無線で受信側装置３へ送信される。このとき、無線で送信可能な周波数帯域は、従来例でも記載したように、通常の狭帯域のＦＭ無線で送信する場合には、概ね３００［Ｈｚ］〜３［ｋＨｚ］とする必要があるため、同期信号（ｆ／ｍ）の周波数ｆ/ｍも、この制限を満たすように、基準発振器５で生成する基準信号（ｆ）や第２の分周器８の分周比ｍを適宜選定する必要がある。

この受信側装置３へ送信された同期信号（ｆ／ｍ）は、第２の受信器１４で受信され、逓倍器１５によりｍ逓倍されて基準信号（ｆ）に変換される。この基準信号（ｆ）は、第３の分周器１６によりｎ分周され、さらに、位相調整器１７により位相調整されて、周波数ｆ／ｎの参照信号（以下、参照信号（ｆ／ｎ）と記す）に変換される。

なお、位相調整を行うのは、同期検波では、検波器１３に入力される磁気センサ１０で検出した信号と参照信号（ｆ／ｎ）の位相を一致さ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へ送信された送信信号の電流の位相が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とともに、同期信号（ｆ／ｍ）を無線で送信する際にも位相の遅れや進みが生じるためである。

一方で、送信信号（ｆ／ｎ）は、第１の増幅器７により送信信号（ｆ／ｎ）の出力を増幅して、直接法または誘導法により、埋設金属へ送信される。この埋設金属へ送信された送信信号（ｆ／ｎ）により、埋設金属に誘導される磁場の磁界は、磁気センサ１０で検出される。

図１には図示していないが、この磁気センサ１０で検出された磁界により磁気センサ１０の検出コイルに誘起された誘導起電力を、Ｉ／Ｖ変換して電圧に変換した後に、バンドパスフィルタで不要な周波数成分を除去している。さらに、第２の増幅器１２で増幅した後、検波器１３に入力し、この検波器１３において、参照信号（ｆ／ｎ）を用いて同期検波される。

この同期検波により、埋設金属に送信された送信信号（探知用の交流電流）により発生した磁界の振幅や位相を求めるとともに、このようにして求めた磁界の振幅や位相から、その磁界分布や埋設金属の埋設深度、埋設金属に送信された送信信号（ｆ／ｎ）の電流の向きが求められ、表示器１８に出力される。

この表示器１８に出力された埋設金属から発生した磁界の磁界分布や埋設金属の深度、埋設金属に送信された送信信号（ｆ／ｎ）の電流の向き等をもとにして、埋設金属の位置や埋設深度の探索を行うとともに、受信側装置３で探索している対象（埋設金属）が、探知対象の埋設金属なのか、探知対象ではない輻輳した埋設金属なのかを判別することが可能である。

また、上記したように、無線で送信される同期信号（ｆ／ｍ）は、その周波数を概ね３００［Ｈｚ］〜３［ｋＨｚ］にしなければならないとの制限があるのに対し、埋設金属に送信する送信信号（ｆ／ｎ）には、そのような制限がない。従って、この周波数帯域の制限以上の周波数の送信信号（ｆ／ｎ）を埋設金属に送信する必要がある場合には、第１の分周器６及び第３の分周器１６の分周比ｎ＜第２の分周器８の分周比ｍと設定することにより、周波数帯域に制限のある同期信号（ｆ／ｍ）以上の周波数の参照信号（ｆ／ｎ）を得ることが可能である。

さらに、第１の分周器６及び第３の分周器１６の分周比ｎを変更することで、埋設金属の探知に用いる送信信号（ｆ／ｎ）の周波数を容易に変更することが可能である。

この発明の第２の実施例を、図３〜図４に基づいて詳細に説明する。
図３〜図４は、この発明の第２の実施例を示すもので、図３はこの発明による埋設金属の探知装置３１の送信側装置３２のブロック図、図４は埋設金属の探知装置３１の受信側装置３３のブロック図である。この実施例２では、基準発振器５が、受信側装置３３の構成要素となっている場合の実施例である。なお、第１の実施例と同じ部分については、同一名称、同一番号を用い、その説明を省略する。

図３〜図４に示すように、埋設金属の探知装置３１は、実施例１の場合と同様に、埋設金属に送信信号（探知用の交流電流）を流すための送信側装置３２と、この送信側装置３２により埋設金属に誘導される磁場の磁界を検出する磁気センサ１０を備えた受信側装置３３とにより構成されている。

図３に示すように、送信側装置３２は、第２の受信器４４、逓倍器４５及び第１の送信器３４により構成されている。第１の送信器３４は、第３の分周器４６及び第１の増幅器３７により構成されている。

また、図４に示すように、受信側装置３３は、基準発振器５、第２の分周器３８、第２の送信器３９、第１の分周器３６、位相調整器１７、表示器１８、磁気センサ１０及び第１の受信器１１により構成されている。この第１の受信器１１は、第２の増幅器１２と、検波器１３により構成されている。

受信側装置３３では、送信側装置３２へ無線で同期信号を送信するとともに、送信側装置３２から埋設金属へ流された送信信号（探知用の交流電流）により、埋設金属に発生した磁界を、磁気センサ１０で検出し、第１の受信器１１で同期検波することにより、埋設金属の位置や埋設金属へ送信された送信信号の電流方向を探知するように構成されている。

送信側装置３２では、受信側装置３３から無線で送信され、これを無線で受信した同期信号（ｆ／ｍ）を、送信信号（ｆ／ｎ）に変換し、この送信信号（ｆ／ｎ）を第１の送信器３４により埋設金属へ送信することにより、埋設金属に交流電流を流すように構成されている。

第１の送信器３４は、実施例１における第１の送信器４と同様に、直接法及び誘導法の両方に対応した埋設金属に交流電流を流すための手段を備えている。

逓倍器４５は、実施例１における逓倍器１５と同様に、ＰＬＬ（Phase Lock Loop）を用いた同期発振器を使用している。又、第１の分周器３６、第２の分周器３８及び第３の分周器４６は、実施例１の場合と同様に、ＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）を用いた分周器を使用している。

第２の送信器３９は、送信アンテナを備え、第２の受信器４４は、受信アンテナを備えている。同期信号（ｆ／ｍ）は、第２の送信器３９から第２の受信器４４へ無線で送信されている。

次に、埋設金属の探知装置３１を用いて埋設金属を探知する際の作用動作について、図３〜図４に基づいて詳細に説明する。

図４において、実施例１の場合と同様に、基準発振器５で基準信号（ｆ）を生成する。この基準信号（ｆ）は、第１の分周器３６でｎ分周され、さらに位相調整器１７により位相調整されて、参照信号（ｆ／ｎ）に変換されるとともに、第２の分周器３８でｍ分周されて、送信側装置３２へ送信される同期信号（ｆ／ｍ）に変換される。

同期信号（ｆ／ｍ）は、第２の送信器３９により、無線で送信側装置３２へ送信される。このとき、実施例１の場合と同様に、無線で送信可能な周波数帯域に制限があるため、同期信号（ｆ／ｍ）の周波数も、この制限を満たすように、基準発振器５で生成する基準信号（ｆ）や第２の分周器３８の分周比ｍを適宜選定する必要がある。

この送信側装置３２へ送信された同期信号（ｆ／ｍ）は、第２の受信器４４で受信され、逓倍器４５によりｍ逓倍されて基準信号（ｆ）と同じ周波数ｆの信号に変換される。この信号は、さらに第３の分周器４６によりｎ分周されて、送信信号（ｆ／ｎ）に変換される。

この送信信号（ｆ／ｎ）は、第１の増幅器３７により送信信号（ｆ/ｎ）の出力を増幅して、直接法または誘導法により、埋設金属へ送信される。この埋設金属に送信された送信信号（ｆ／ｎ）により、埋設金属に誘導される磁場の磁界は、磁気センサ１０により検出される。

磁気センサ１０で検出された磁界は、実施例１の場合と同様に、Ｉ／Ｖ変換や不要な周波数成分の除去を行い、第２の増幅器１２で増幅した後、検波器１３に入力し、この検波器１３において、参照信号（ｆ／ｎ）を用いて同期検波される。

この同期検波により、埋設金属に発生した磁場の磁界分布や埋設金属の深度、埋設金属へ送信された送信信号（ｆ／ｎ）の電流の向きが求められ、表示器１８に出力される。この表示器１８に出力された埋設金属に発生した磁場の磁界分布や埋設金属の深度、埋設金属に送信された送信信号（ｆ／ｎ）の電流の向き等をもとにして、埋設金属の位置や埋設深度の探知を行うとともに、受信側装置３３で探知している対象（埋設金属）が、探知対象の埋設金属なのか、探知対象ではない輻輳した埋設金属なのかを判別することが可能である。

また、実施例１の場合と同様に、第１の分周器３６及び第３の分周器４６の分周比ｎ＜第２の分周器３８の分周比ｍと設定することにより、周波数帯域に制限のある同期信号（ｆ／ｍ）以上の周波数の参照信号（ｆ／ｎ）を得ることが可能であるとともに、第１の分周器３６及び第３の分周器４６の分周比ｎを変更することで、埋設金属の探知に用いる送信信号（ｆ／ｎ）の周波数を容易に変更することが可能である。又、この実施例及び上記実施例１においても同様であるが、分周比ｎ及び分周比ｍは可変にしても良い。

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・鉄骨の探知等の探知にも幅広く利用可能である。

１、３１ 埋設金属の探知装置
２、３２ 送信側装置
３、３３ 受信側装置
４、９、３４ 送信器
５ 基準発振器
６、８、１６、３６、３８、４６ 分周器
１０ 磁気センサ
１１、１４、４４ 受信器
１５、４５ 逓倍器
１８ 表示器

Claims (4)

1. 埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信するとともに、同期検波するための同期信号を送信する送信側装置と、前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、前記埋設金属の位置及び埋設深度を求める受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知方法において、
   前記送信側装置は、
   周波数ｆの基準信号を生成し、
   この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換し、
   この送信信号を、前記埋設金属に送信し、
   前記基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換し、
   この同期信号を、無線で前記送信側装置から送信し、
   前記同期信号を、前記受信側装置で受信し、
   この受信した同期信号をｍ逓倍して、前記基準信号に変換し、
   この変換した基準信号をｎ分周して、周波数ｆ/ｎの参照信号に変換し、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出して、前記参照信号により同期検波すること
   を特徴とする同期検波法を用いた埋設金属の探知方法。
2. 埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信する送信側装置と、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、前記埋設金属の位置及び埋設深度を求める手段を有する受信側装置を備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知装置において、
   前記送信側装置は、
   周波数ｆの基準信号を生成する基準発振器と、
   前記基準信号の周波数ｆを、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換する第１の分周器と、
   前記基準信号の周波数ｆを、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換する第２の分周器と、
   前記第１の分周器で変換した送信信号を、前記埋設金属に送信する第１の送信器と、
   前記第２の分周器で変換した同期信号を無線で送信する第２の送信器とを有し、
   前記受信側装置は、
   前記同期信号を受信する第２の受信器と、
   この同期信号をｍ逓倍して、前記基準信号に変換する逓倍器と、
   この基準信号の周波数ｆを、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの参照信号に変換する第３の分周器と、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出する磁気センサと、
   この磁気センサにより検出した信号を、前記参照信号により同期検波する手段と、
   を有することを特徴とする同期検波法を用いた埋設金属の探知装置
3. 埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信するとともに、同期検波するための同期信号を送信する送信側装置と、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、前記埋設金属の位置及び埋設深度を求める受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知方法において、
   前記受信側装置は、
   周波数ｆの基準信号を生成し、
   この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ／ｎの参照信号に変換し、
   前記基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ／ｍの同期信号に変換し、
   この同期信号を、無線で前記受信側装置から送信し、
   前記送信側装置は、
   前記同期信号を受信し、
   この受信した同期信号を、ｍ逓倍して前記基準信号に変換し、
   この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの送信信号に変換し、
   この送信信号を、前記埋設金属に送信し、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出して、前記参照信号により同期検波すること
   を特徴とする同期検波法を用いた埋設金属の探知方法。
4. 埋設金属に、探知用の送信信号（交流電流）を送信する送信側装置と、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を、磁気センサで検出して振幅及び位相の信号処理を行い、前記埋設金属の位置と埋設深度を求める手段を有する受信側装置とを備えた同期検波法を用いた埋設金属の探知装置において、
   前記受信側装置は、
   周波数ｆの基準信号を生成する基準発振器と、
   この基準信号を、ｍ分周して周波数ｆ/ｍの同期信号に変換する第２の分周器と、
   この同期信号を、無線で送信する第２の送信器と、
   前記基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ/ｎの参照信号に変換する第１の分周器と、
   前記埋設金属に流れる送信信号により発生する磁界を検出する磁気センサと、
   この磁気センサにより検出した信号を、前記参照信号により同期検波する手段と、
   を有し、
   前記送信側装置は、
   前記同期信号を受信する第２の受信器と、
   この同期信号をｍ逓倍して、前記基準信号に変換する逓倍器と、
   この基準信号を、ｎ分周して周波数ｆ／ｎの送信信号に変換する第３の分周器と、
   この第３の分周器で変換した送信信号を、前記埋設金属に送信する第１の送信器と、
   を有することを特徴とする同期検波法を用いた埋設金属の探知装置