JP2660955B2 - 漏水発生位置検出装置 - Google Patents

漏水発生位置検出装置

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JP2660955B2
JP2660955B2 JP29969393A JP29969393A JP2660955B2 JP 2660955 B2 JP2660955 B2 JP 2660955B2 JP 29969393 A JP29969393 A JP 29969393A JP 29969393 A JP29969393 A JP 29969393A JP 2660955 B2 JP2660955 B2 JP 2660955B2
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斉 新井
健 荒井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、合成樹脂または合成ゴ
ムなどの遮水シートを敷設して造成される管理型終末処
分場における漏水発生位置検出測定方式に関する。
【0002】
【従来の技術】遮水シートを用いた人工的な管理型終末
処分場においては、遮水シートに裂け目などの損傷が生
じて処分場内の汚染液が漏水することがある。漏水が発
生すると地下水汚染や公害問題が発生するため、定期的
に遮水シートの点検を行い、遮水シートに損傷が生じれ
ば漏水箇所を検出して適当な補修を行う必要がある。こ
のような遮水シートの漏水発生位置を検出する従来の方
式としては、遮水シートの上側に複数のワイヤー状電極
群を設置すると共に、遮水シートの下側にも複数のワイ
ヤ状電極群を配置し、上下2つの選択切換回路を用い
て、両ワイヤー状電極間に電圧を順次印加し、それによ
って損傷部を通る電流を検出してワイヤー毎に位相検波
を行い、順次得られる検波出力値の差分を求め、この差
分値の極性が反転する位置を以て漏水発生位置の座標と
する方式がある。[特願平3−233696号の明細書
(特開平5−52699号公報)]。なおこの従来発明
の3人の発明者はすべて本願発明の発明者の内に含まれ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の漏水発生
位置検出装置による測定方式は、電流電極と電圧電極が
同じ電極となっているので、電極面に形成される電気二
重層が低周波の場合には誤差の原因となっている。
【0004】図5はこの問題となる電気二重層を説明す
るための等価回路図であり、rは遮水シートの損傷部の
土壌の呈する抵抗、Cは遮水シートの容量、Rp とCp
は電極面に形成される二重層の抵抗と容量、V0 は印加
交流電圧、12は交流電源、21は電流計をそれぞれ示
している。以下各記号の数値の一例を挙げると、遮水シ
ートの容量Cは比較的大きいので100ファラッド程
度、Rp は100オーム程度、Cp は10ファラッド程
度であり、測定の精度を上げるためには周波数を差支え
ない限り低くした方が良い。周波数は通常は20Hz程
度である。しかし周波数を低くすると容量Cp の抵抗が
高くなり、抵抗Rp がそのまま抵抗として働き、測定の
誤差の原因となっている。
【0005】従って本発明は、遮水シートの損傷の位置
を精度良く検出する装置を提供しようとするものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、遮水シートの漏水部の土壌を通る電流
を電圧印加用電極から検出する代わりに、この漏洩電流
によって決まる近傍の土壌内の電位を、両隣りの電極か
ら直接電圧として取り出して検出するようにしたもので
ある。
【0007】すなわち本発明によれば、遮水シートを敷
設して造成された管理型終末処分場において使用される
装置であって、前記遮水シートの上側に少なくとも4本
のワイヤ状電極を並べた上側ワイヤ状電極群と、前記遮
水シートの下側に少なくとも4本のワイヤ状電極を前記
上側ワイヤ状電極群に交差して並べた下側ワイヤ状電極
群と、交流電圧を発生する交流電源とを備えた漏水発生
位置検出方式において、2本の線の間の電位差を測定す
る電位差測定回路と、前記上側ワイヤ状電極のうち連続
した3本のワイヤ状電極を順次選択し、該選択した3本
のワイヤ電極のうち中央の電極には前記発生した交流電
圧を加え、両側の電極には前記2本の線を別々に接続
し、前記下側ワイヤ状電極群が順次選択される時は前記
上側ワイヤ状電極群の全部を前記交流電源の回路アース
に接続する上側電極切換回路と、前記下側ワイヤ状電極
のうち連続した3本のワイヤ状電極を順次選択し、該選
択した3本のワイヤ電極のうち中央の電極には前記発生
した交流電圧を加え、両側の電極には前記2本の線を別
々に接続し、前記上側ワイヤ状電極群が順次選択される
時は上記ワイヤ状電極群の全部を前記交流電源の回路ア
ースに接続する下側電極切換回路と、前記電位差測定回
路の出力を前記交流電圧に同期した位相で検波し電位差
検波出力値を発する位相検波回路と、前記位相検波回路
の出力する前記上側選択切換回路を経由する電極間電位
差検波出力値から第1の一連の電位差検波出力値を求
め、該位相検波回路の出力する前記下側選択切換回路を
経由する電極間電位差検波出力値から第2の一連の電位
差検波出力値を求める演算手段とを備え、前記第1の一
連の電位差検波出力値に極性の反転があった場合その反
転した位置を以てその方向における漏水発生位置の座標
とし、前記第2の一連の電位差検波出力値に極性の反転
があった場合その反転した位置をもってその方向におけ
る漏水発生位置の座標とし、前記得られた2つの座標で
決まる位置を以て前記遮水シートの漏水発生位置とする
ことを特徴とする漏水発生位置検出装置が得られる。
【0008】
【実施例】図1は本発明による漏水発生位置検出方式の
一実施例の構成を示す図である。この実施例において、
遮水シート11の上側(内側)にはワイヤ状電極A1
10、(全体をいうときはAという)下側(外側)には
これらと直交するワイヤ状電極B1 〜B10(全体をいう
ときはBという)が配置されている。交流電源12の出
力は電流増幅器13で電力増幅され、その出力の一方は
上部電極切換回路15を介して遮水シート上側のワイヤ
状電極Aに印加され、出力の他方は下部電極選択切換回
路16を介して遮水シート下側のワイヤ状電極Bに印加
される。電位差測定回路14は通電電極として選択され
た電極(A4 とする)の両隣に位置する電極(A3 ,A
5 )間の電位差を測定するように接続されている。電位
差測定回路14の出力は位相検波回路17において交流
電源12の出力位相に同期した位相検波が行われる。位
相検波された電位差検波出力値は、A/Dコンバータ1
8を介してコンピュータ19に取り込まれる。一方電力
増幅器13の回路アースすなわち交流電源の回路アース
は、上部電極切換回路15および下部電極選択切換回路
16を介して電極Aの全部及び電極Bの全部のどちらか
に接続されるようになっている。
【0009】図2は上記の装置における選択された3本
の電極と、、電位差検出回路14及び位相検波回路の接
続を示す図であり、選択された3本の電極において中心
電極が通電電極A4 として選択され、その両側の電極が
電位差測定電極A3 ,A5 として接続されている。通電
電極の左側に遮水シートの損傷20がある場合と、図と
は逆に右側に損傷がある場合では、電位差検出回路14
に出力される交流電圧の位相に極性反転の変化が生じる
ことになるため、位相検波を行うことでこの変化を求め
ることが可能となる。
【0010】測定は、まず下部選択切り換え回路により
遮水シート11下側(外側)のワイヤ状電極Bをすべて
通電状態とし、上部選択切換回路15により、遮水シー
ト上側(内側)のワイヤ状電極3本(図ではA3
4 ,A5 )を順次選択して、通電と電位差測定を行
う。遮水シート11に裂け目などの損傷が無い場合は遮
水シートの上下電極間に流れる電流は遮水シートの容量
成分を流れる電流となる。電位差測定回路14の出力信
号位相は、交流電源とは90°異なるために、位相検波
を行えば出力は相対的に小さい値となり、順次選択され
るワイヤ状電極においてもほぼ同等の値が出力されるこ
とになり、電極選択による出力変動は極めて少ないこと
になる。一方、遮水シート11に損傷が生じていると、
損傷箇所は電流が流れ易いことから、通電電極が損傷位
置に近い場合には、3本の選択電極の通電電極A4 を中
心として左右どちらか一方にに損傷位置がある場合には
電位差検出回路14の出力には相対的に大きな電位差が
生じ、損傷の位置によって位相検波出力電圧の極性が+
から−あるいはその逆方向へ変化することになる。従っ
て、電極選択切り換えにより位相検波出力の極性変化点
が遮水シートの損傷位置の電極と直交方向1次元座標を
示すことになる。
【0011】次に、上部選択切換回路15により上側ワ
イヤ状電極の全ての電極Aを通電状態とし、下部選択切
換回路16により下側ワイヤ状電極3本を順次選択して
通電と電位差測定を行う。遮水シート11に裂け目など
の損傷が無い場合は遮水シートの上下電極間に流れる電
流は遮水シートの容量成分を流れる電流となる。電位差
検出回路14の出力信号位相は交流電源とは90°異な
るために、位相検波を行えば出力は相対的に小さい値と
なり、順次選択されるワイヤ状電極においてもほぼ同等
の値が出力されることになり、電極選択による出力変動
は極めて少ないことになる。一方、遮水シート11に損
傷が生じていると、先の説明と同様に、損傷箇所は電流
が流れ易いことから、通電電極が損傷位置に近い場合に
は、3本の選択電極の通電電極を中心として左右どちら
か一方に損傷位置がある場合には差動回路の出力には相
対的に大きな電位差が生じ、損傷の位置によって位相検
波出力電圧の極性が+から−あるいはその逆方向へ変化
することになる。従って、電極選択切り換えにより位相
検波出力の極性変化点が遮水シートの損傷位置の電極と
直交方向の1次元座標を示すことになる。
【0012】図3は電極配置と遮水シートの損傷を示す
とともに、位相検波回路17の出力をA/Dコンバータ
18を介してコンピュータ19に取り込み作図を行った
結果を示す図である。遮水シート上側電極A3 とA4
間に遮水シートの損傷箇所20があることから、位相検
波回路17の位相検波出力が負極性から正極性に変化し
ている。同様に遮水シート下側電極B5 とB6 の間に遮
水シートの損傷があることから、位相検波回路17の位
相検波出力が負極性から正極性に変化を示している。以
上の2つの変化から損傷箇所の位置が求まることにな
る。
【0013】図4は以上説明した測定における測定点近
傍の電界の状況を等価回路で示した図である。但し電極
3 ,A4 ,A5 等は一般的にAn-1 ,An ,An+1
してある。またIは電流を示し、Rは近傍の土壌の呈す
る抵抗を示し、ほかの記号は図5の場合と同じである。
なおこの場合各電極の電極面には図5の従来の場合と同
じ電気二重層が形成されているが、電圧の取り出しが電
圧印加電極Aの電極二重層の内部にあり、測定に影響を
与えないので図示してない。従ってこの回路において電
流と電圧の関係は下記の式(1) 及び(2) となる。
【0014】 (I1 +I2 )R+I1 r=V0 (1) (I1 +I2 )R+I2 (R+1/jwC)=V0 (2) 上の2つの式からI2 を求めると I2 =V0 /{2R(R/r+1)−R2 /r+(1+R/r)/jωC} (3) となる。この(3) 式のI2 にjωCを掛けてVn-1 を求
め、得られた式のrを無限大にして損傷が無い方のV
n+1 を求めると、 Vn-1 =V0 /{(1+R/r)+jωCR(2+R/r)} (4) Vn+1 =V0 /(1+jω2CR) (5) となる。ここで差電圧Vn+1 −Vn-1 を計算するのに、
印加電圧の周波数ωを低く設定して電流の位相変化を小
さくすると、分子は両分母の差として求められて(R/
r)(1+jωCR)=R/rとなり、分母は両分母の
積であるが、周波数を小さくする上にR/rは1に比較
して相当小さいので(Rは10〜20オーム、rはこれ
より普通は数百オーム程度)、分母は1に近くなる。す
なわち近似的に Vn+1 −Vn-1 =V0 R/r (6) として表される。すなわち、電圧差Vn+1 −Vn-1 がr
にほぼ反比例することを意味する。なお式(6) を印加電
圧に同期した位相で電流位相検波をすると、位相検波回
路17の出力は式(6) と同じくV0 R/rとなる。
【0015】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に於いては、管理型終末処分場の遮水シートの上と下に
互いに直交するワイヤ状電極を設置し、上下どちらか一
方のワイヤ状電極を全て短絡し、他方の連続した電極3
本を順次選択してその中心電極から通電を行い、通電電
極両側の電極を用いて電位差測定を行いその出力を交流
電源に同期した位相で位相検波することにより、遮水シ
ートに損傷がある場合には位相検波回路に出力電圧の極
性が反転することから遮水シートに生じた損傷箇所を短
時間で正確に知ることが出来る。また本発明では遮水シ
ートの近傍に測定電極を配置することから、処分場内で
処理される廃棄物の種類による電気的特性の違いや埋設
される廃棄物の深さが検出精度に影響しないという効果
もある。したがって、経済的に得られる効果が大きいだ
けでなく、早期に且つ感度良く漏水発生位置が検出で
き、環境破壊を最小限に抑えられる等得られる効果は大
きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による漏水発生位置検出方式の一
実施例の構成を示す図である。
【図2】図2は本発明の実施例における測定部分の電極
及び測定回路の主要部分の接続例を示す図である。
【図3】図3は電極配置と遮水シートの損傷箇所を示す
とともに、位相検波回路17の出力をA/Dコンバータ
18を介してコンピュータ19に取り込み作図を行った
結果を示す図である。
【図4】図4は以上説明した測定における測定点近傍の
電界の状況を等価回路で示した図である。
【図5】図5は従来の装置における問題点を説明するた
めの等価回路図である。
【符号の説明】
11 遮水シート 12 交流電源 13 電力増幅回路 14 電位差測定回路 15 上側電極切替回路 16 下側電極切替回路 17 位相検波回路 18 A/Dコンバータ 19 コンピュータ 20 損傷箇所 21 電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 健 埼玉県志木市館2丁目3番5号507 (72)発明者 古川 雅宣 埼玉県所沢市北所沢町2240番地8号202 (56)参考文献 特開 平4−136730(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 遮水シートを敷設して造成された管理型
    終末処分場において使用される装置であって、前記遮水
    シートの上側に少なくとも4本のワイヤ状電極を並べた
    上側ワイヤ状電極群と、前記遮水シートの下側に少なく
    とも4本のワイヤ状電極を前記上側ワイヤ状電極群に交
    差して並べた下側ワイヤ状電極群と、交流電圧を発生す
    る交流電源とを備えた漏水発生位置検出方式において、 2本の線の間の電位差を測定する電位差測定回路と、 前記上側ワイヤ状電極のうち連続した3本のワイヤ状電
    極を順次選択し、該選択した3本のワイヤ電極のうち中
    央の電極には前記発生した交流電圧を加え、両側の電極
    には前記2本の線を別々に接続し、前記下側ワイヤ状電
    極群が順次選択される時は前記上側ワイヤ状電極群の全
    部を前記交流電源の回路アースに接続する上側電極切換
    回路と、 前記下側ワイヤ状電極のうち連続した3本のワイヤ状電
    極を順次選択し、該選択した3本のワイヤ電極のうち中
    央の電極には前記発生した交流電圧を加え、両側の電極
    には前記2本の線を別々に接続し、前記上側ワイヤ状電
    極群が順次選択される時は上記ワイヤ状電極群の全部を
    前記交流電源の回路アースに接続する下側電極切換回路
    と、 前記電位差測定回路の出力を前記交流電圧に同期した位
    相で検波し電位差検波出力値を発する位相検波回路と、 前記位相検波回路の出力する前記上側選択切換回路を経
    由する電極間電位差検波出力値から第1の一連の電位差
    検波出力値を求め、該位相検波回路の出力する前記下側
    選択切換回路を経由する電極間電位差検波出力値から第
    2の一連の電位差検波出力値を求める演算手段とを備
    え、 前記第1の一連の電位差検波出力値に極性の反転があっ
    た場合その反転した位置を以てその方向における漏水発
    生位置の座標とし、前記第2の一連の電位差検波出力値
    に極性の反転があった場合その反転した位置を以てその
    方向における漏水発生位置の座標とし、前記得られた2
    つの座標で決まる位置を以て前記遮水シートの漏水発生
    位置とすることを特徴とする漏水発生位置検出装置。
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