JP2888970B2 - 導体追跡システム - Google Patents

導体追跡システム

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JP2888970B2
JP2888970B2 JP2503200A JP50320090A JP2888970B2 JP 2888970 B2 JP2888970 B2 JP 2888970B2 JP 2503200 A JP2503200 A JP 2503200A JP 50320090 A JP50320090 A JP 50320090A JP 2888970 B2 JP2888970 B2 JP 2888970B2
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conductor
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    • G01V3/02—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current
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  • Measuring Phase Differences (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 この発明は導体、たとえばパイプまたはケーブルのル
ートを追跡する方法に関し、さらにそのための装置に関
する。ケーブルには電気ケーブル、光ファイバケーブル
（導電性外装が導電性径路を与える）を含む。実際、こ
の発明はいずれの金属性パイプまたはダクトにも適用可
能である。信号を金属性導体に誘導すること、その信号
の伝搬を遠く離れた点で検出すること、導体の位置また
は導体の故障を検出することは既に周知である。この技
術は、特定的にではあるか排他的にではなく、導体（電
気ケーブルのような）が接近不可能な、つまりたとえば
地下に隠れているところで適用可能である。
先行技術の概要 多くの技術が導体に沿って伝搬する信号を分析するた
めに開発され、さまざまな技術が、これらの信号を遠く
で検出するために確立されてきた。一般に、供給中の交
流によって生じる電界は導体の近くに置かれたアンテナ
を使って抽出することが可能であり、さまざまな点で検
出された信号の相対的な大きさは導体の位置についての
情報を伝える。１つの特定的な構成は１以上の水平コイ
ルを使用し、検出された信号は、そのコイルが導体の真
上および導体に直交するとき最大になる。この信号の送
信された信号に対する位相はある点で一定であり、その
値は回路の電気特性によって決定される。
発明の概要 しかしながら、かかる検出の理論の多くは単一の導体
があることに基づいて決定されてきた。実務において、
かかる導体は通常は集団である。そこで問題は、送信機
が１つの導体だけに電流を誘導することを確実にするこ
とは可能であるが、それにもかかわらず、長さに沿って
導体の間に容量結合または直接接続さえ起こりそうであ
り、それゆえに電流もまた、他の導体で発生する。一見
したところでは、これらの他は電流はずっと低い振幅で
なければならないが、実際は受信アンテナによって磁束
から誘導された検出信号は、各導体間で実質的に異なら
ないかもしれない。信号の検出は導体から離れた点から
行われなければならないことを心に留めると、検出器と
導体との間の距離は検出された信号の大きさにおいて重
要な要因になるかもしれない。たとえば、もし電流が実
際に印加される導体が電流が容量的に送信された他の導
体より検出器から多少遠ければ、後者の導体からの信号
は電流が印加された導体の信号に匹敵する大きさである
かもしれない。結果として、２つの区別をつけることは
不可能であり、したがって測定は無効である。
この発明は周波数および位相に関連した少なくとも２
つの成分を含む送信のための信号電流に印加することに
よってこの問題を解決することを求める。周波数関係は
直接調波に基づくものであり、一方の成分は他方の整数
（通常は偶数の整数）倍数である。代替的に、一方の成
分は他の成分の周波数の副調波をその周波数と結付ける
ことによって生出されることもある。
信号が容量的に他の導体に送信される場合に、２つの
信号の位相関係は反転する。したがって、ある点で決定
された信号の位相を他の点での信号の位相と比較するこ
とによって、信号が実際に与えられた導体を決定するこ
とが可能になる。信号が決定される点の１つは送信点で
あり、その結果絶対値が使用される。代替的に、ケーブ
ルまたはパイプに沿うある点で測定し、第１の測定を基
準として他の点で再び測定することは可能であり、第１
の点と第２の点との間の位相の差を調査することが可能
であり、つまりこれは相対的な測定である。これの利点
は、検出された信号と送信された信号との比較はケーブ
ルに沿って信号の無視できる位相ずれがあることに依存
するということである。しかしながら、特に高周波数の
場合に、この位相ずれはパイプまたはケーブルの抵抗お
よびキャパシタンス効果のために無視することができな
いので、したがって相対的なシステムを使用しなければ
ならない。
位置関係を調査するために、いくつかの異なった分析
方法が使用される。成分の一方が他方の直接調波である
場合、その他方は周波数によって逓倍され、２つの成分
は比較される。代替的に、直接調波にとっても、周波数
プラスまたはマイナス副調波である成分にとっても適用
可能であるが、２つの成分はともに逓合することが可能
である。副調波の数が奇数の場合、直接倍数が使用され
る。調波または副調波の数が偶数の場合、成分の積を任
意の奇数の整数または調波もしくは副調波の数である整
数で逓倍することが必要である。
図面の簡単な説明 この発明の実施例は例によって添付の図面を参照して
詳細に説明され、図面において、 図１はケーブルシステムの一般的な概略図を示し、 図２および図３はケーブル上の信号を示す。
図４および図５は幹線電力を運ぶケーブルから放射状
に広がる調波を示し、 図６および図７はそれぞれ奇数および偶数の副調波を
含む処理信号を示し、 図８および図９はそれぞれ偶数および奇数の副調波を
含む配列のための送信機のブロック図であり、 図10および図11はそれぞれ偶数および奇数の副調波を
含む配列のための受信機のブロック図である。
詳細な説明 図１を参照して、送信機10は波形11を導体12に印加す
る。単一の正弦波として例示されているが、この発明の
第１の実施例の波形は予め定められた位相の複数個の波
形調波に対応する。実際に、最も単純には、それは波形
およびその波形の第１の調波として取扱われる。信号は
導体12に沿って伝搬され、適当な検出器（アンテナ）13
によって検出される。この検出器13は接近不可能な導体
に与えられた信号の検出について既知の準備の原理に基
づいて動作可能である。
しかしながら、上述のように、線12は他の導体、たと
えば線14に容量的に結合可能であり、信号11はその線14
に送信される。容量結合は17で示される。しかしなが
ら、15で例示されるように、位相は反転し、これは線14
上の信号を検出する検出器16によって検出された信号は
検出器13によって検出された信号と異なることを意味す
る。したがって、信号位相の知識があれば、容量結合に
かかわらず、送信機10が信号を与える線を区別すること
は可能になる。
図１はまた送信機10は電気接地を与えるために接地支
柱18に接続されることも示し、これは矢印19によって示
された戻り径路を容量結合17を介して通過する信号に与
える効果を有する。
この第１の実施例の方法の好ましい配列において、位
相と周波数の双方ロックされた２つの信号は同時に与え
られ、一方は他方の偶数の整数倍数である。受信機で、
偶数の整数信号で低い方の周波数を逓倍することは同じ
周波数の２つの信号を生出す。周波数逓倍によって生じ
た信号は両方の線上で送信機に対して固定された位相ず
れを有し、一方高いほうの周波数信号は検出器が一方の
線から他方の線へ移動するにつれて180度変化する位相
ずれを有する。
受信されている信号はそれに対して課された180度の
位相ずれを有するので、その信号の周波数の偶数の整数
倍数は同じ位相にとどまるようであり、これは４で逓倍
される信号の特定の信号として図２に示される。
したがって、図２は第１の周波数で送信機10によって
発生された第１の信号である第１の曲線Ａと第１の信号
の４倍の第２の周波数で送信機10によって発生された第
２の信号である第２の曲線Ｂとを示し、信号は第１の導
体（たとえば線12）に与えられる。もし電磁界が第１の
導体と容量的に結合されている第２の導体（たとえば線
14）で検出されれば、それらの２つの信号からの電磁界
は、各々位相で180度変化している。しかしながも、も
し低周波数電界信号（図２の曲線Ｃ）が４倍に逓倍され
れば（図２の曲線Ｄ）、それは曲線Ｂに対応する第２の
信号と位相が同じである。したがって逓倍の後、１つは
位相が同じで、かつ１つは位相が異なる。信号がそれら
が与えられている同じ導体上で検出される場合には、位
相が同じままでなければならない。したがって、検出さ
れている電界が信号が与えられている導体中のものか他
の導体中のものかを明白に決定することが可能である。
検出器13によって受信された信号が電気的手段を使用
して周波数逓倍される場合、位相のいかなる変化もまた
同じ倍数によって逓倍される。そこで実務の実施例にお
いて、２の係数の最小逓倍が好まれる。
この手段によって受信機で２つの信号の位相は電流が
印加される導体と大地戻り電流を運ぶ導体とを識別する
ために比較される。これは４倍離れた周波数にある信号
の特定の場合として図３に示される。
図３において、曲線Ｅは発生器10によって与えられた
高周波数検出信号に対応し、もし検出が信号が与えられ
ている導体上であれば、高周波数信号にも対応する。他
の導体上での高周波信号は曲線Ｆで示され、これは曲線
Ｅと180度場所がずれている。低い周波数信号を（４に
よって）逓倍した信号（曲線Ｇ）は、信号がもともと与
えられる導体と容量的にそれに結合される導体との双方
に対して同一である。したがって曲線ＥとＧおよび曲線
ＦとＧとの間には異なった位相関係がある。
この発明の第１の実施例において、２つの信号の周波
数は少なくとも２つの係数によって必然的に分割され
る。しかしながら、これには高い方の周波数の容量性洩
れ電流が低い方の周波数の洩れ電流の少なくとも２倍で
あるという不利な点を有する。これによって２つの信号
は線に沿って異なった減衰率を経験する。したがってこ
の発明の第１の実施例の動作範囲は高い方の周波数によ
って制限される。周波数が高ければ高いほど、パイプま
たはケーブルに沿う信号減衰は大きくなり、かつ信号を
追跡できる範囲は短くなる。この発明の第１の実施例の
他の不利な点は、検出されるべき導体が幹線電力を運ぶ
ケーブルであるときまたは幹線電力を運ぶケーブルに近
いとき、図４および図５で示されるように個別調波によ
って干渉される可能性があるということである。受信機
のパスバンドにとってはこれらの周波数を回避すること
が必要であり、さもなければ干渉が起こる。周波数がこ
の発明の第１の実施例で必要な少なくとも２の係数によ
って距離をおいて設けられる場合は、双方が干渉電力ス
ペクトルの線を回避する１対の周波数を選択することが
困難になる。
したがって、この発明の第２の実施例に従って、２つ
の信号間の周波数関係は副調波に基づく。そこで、一方
の信号の周波数がF1であると仮定すれば、他方の信号の
周波数は： （F1＋F1/n）または（F1−F1/n） 受信機では、これらの２つの周波数は別々に検出さ
れ、それらの間の周波数差（F1/n）が計算される。この
信号の位相は２つの最初の周波数の間の位相の差に依存
する。この位相差の調査によって、第１の実施例のよう
に、信号が実際に与えられた導体を決定することが可能
である、なぜならもし検出されるものが他の線への容量
結合によって送信された信号であれば、位相反転がある
からである。
この発明の第１の実施例において、２つの受信された
信号を処理する方法は単純な逓倍に基づく。しかしなが
ら、この発明の第２の実施例において、代替的な技術が
使用される。再び、しかしながら、これはもし双方の周
波数が、送信された信号が容量結合によって送られた導
体上でのように180度変化すれば、計算された信号の位
相（つまり上に導かれた周波数F1/nでの信号）は同じ位
相で元の周波数F1と比較される。もし整数ｎが奇数であ
れば、計算された周波数F1/nは信号周波数F1を同期式に
復調するための基準として使用される。これは図６に示
され、図６において周波数F1/nで計算された信号は
（ａ）で示され、この信号された信号は（ｂ）で示され
た同期の逓倍器信号を発生するために使用される。
（ｃ）で示される元の信号を（ｂ）で示される信号で逓
倍することによって、（ｄ）で示された信号が生出さ
れ、この信号は正味の直流電圧を有する。信号（ｃ）が
180度位相を変化するとき、（ａ）での信号は変化しな
いままであり、そこで負の直流電圧を与えることが観察
される。したがって正味の直流電圧の検出によって、調
査されている導体が元の信号が直接与えられる導体か、
信号が容量結合によって送信された導体かを検出するこ
とが可能である。
副調波数ｎが偶数のとき、少し異なった分析方法が使
用される。再び、差信号（F1/n）が計算され、これは図
７の（ａ）で示される。しかしながら、同期逓倍器をた
だちに発生する変わりに、計算された信号はｎによって
逓倍され（この場合は４）、（ｂ）で示される信号を生
出す。そこで元の周波数信号（ｃで示される）は（ｂ）
で示される信号を使用して同期式に復調される。この結
果は再び、（ｄ）で既知の正味の直流電圧となり、この
直流電圧の符号は導体が元の信号が与えられたものか、
または信号が容量結合によって送信されたものかを決定
する。これは、信号（ｃ）が180度位相を変えるとき
に、信号（ａ）は変わらないままである（したがって信
号（ｂ）は変わらないままである）からであり、その結
果積の符号は異なる。
この処理方法はこの発明の第１の実施例で生出された
信号にも適用されることに注目すべきである。
図８は副調波数ｎが偶数のときに使用するための送信
機のブロック図である。発振器20の出力は２つの分周器
21、22に送信され、これらの分周器はそれぞれF1および
F1/nで信号を生出す。これらは次に結合器22を介して線
に送信され、この結合器は信号F1および（F1＋F1/n）ま
たは（F1−F1/n）を生出す。副調波数ｎが奇数の場合、
しかしながら、図９で示される回路が使用され、この回
路において発振器30の出力はまず分周器31によって分周
されて周波数F1で信号を生出し、その信号は直接にでも
他の分周器33を介してでも結合器32に送信され、このさ
らなる分周器は副調波を生出す。
図８および図９で示される回路に関連して使用される
受信機はそれぞれ図10および図11で示される。各々の場
合に、回路はフィルタ配列40、50を有し、それらは送信
機によって生出された線上でこれらの信号に調整され
る。もしこれらのフィルタ40、50の出力が各々の場合に
位相ロックループ（PLL）41、51に送信されれば、位相
ロックループ41、51は図６および図７を参照して説明さ
れた同期式復調を実行する。したがって、ｎが偶数のと
き、図10で示されるように、計算された信号F1/nが逓倍
器42によって逓倍される回路が使用され、この逓倍器は
図11の位相ロックループでは必要ではない。
この発明の第２の実施例で、２つの信号の周波数は第
１の実施例よりずっと近い。したがって、ケーブル上で
送信されている幹線信号の干渉電力スペクトルにおける
線を回避するためにこれら２つの周波数を選択すること
により容易になる。
上述の説明において、信号はパイプまたはケーブルの
終端点から送信されると仮定される。しかしながらこの
ことは必要ではなく、測定がケーブルに沿うある点で行
なわれかつシステムの位相「０」をその点に設定する相
対的なシステムを使用することが可能である。そこでケ
ーブルまたはパイプに沿って距離をおいて設けられた点
を調査することによって、位相の変化が上に説明された
のと類似の方法で決定され得る。これは線自体によって
信号に与えられた位相充電がある場合に役に立つ。
この原則はパイプおよびケーブル調査技術に適用さ
れ、過密地域で特定の導体のルートを解明しようとする
ときオペレータに付加的な役に立つ情報を提供する、な
ぜなら従来の位置探査装置では、導体の各々を介する応
答は同一になり得るからであり、この発明のシステムを
使うことによって２つの明確に同一と見なし得る応答が
入手される。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−227088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−481（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01V 3/00 - 3/17

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導体を追跡する方法であって、 ある点で交流信号を前記導体に与えるステップと、 第２の点で前記導体中の信号によって生み出された電磁
    場を検出するステップとを含み、 前記導体中の前記信号によって生み出された前記電磁場
    は前記第２の点から離れた第３の点において検出され、 前記交流信号は、周波数および位相において関連する連
    続的に現れる正弦波状の第１および第２の成分を有し、
    それによって前記電磁場は第１および第２の電磁場成分
    を有し、さらに、 前記第２の点と前記第３の点との間での前記第１および
    前記第２の電磁場成分の位相差の変化が測定される過程
    において、予め定められた位相関係が測定されると前記
    第２の点から前記第３の点までの前記導体の存在が追跡
    されるとともに、前記位相関係における変化が検出され
    ると、前記第２の点からは、前記導体とは異なった導体
    が追跡されていることを示すことを特徴とする、導体を
    追跡する方法。
  2. 【請求項２】前記第１および前記第２の点は同一であ
    る、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記第２および前記第３の点は前記第１の
    点から離れている、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記第１の成分の周波数は前記第２の成分
    の周波数の整数倍数である、請求項１、２または３記載
    の方法。
  5. 【請求項５】前記整数倍数は偶数の倍数である、請求項
    ４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記信号の前記第２の成分に対応する前記
    第２の電磁場成分の周波数は、位相差の前記変化の前記
    測定の前に前記整数倍数の整数倍だけ逓倍される、請求
    項４または請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記第１の成分の周波数は、ｎを整数とす
    るとき、 （１＋1/n）および（１−1/n）からなるグループの中か
    ら選択された係数で前記第２の成分の周波数を逓倍する
    ことにより決定される、請求項１ないし３のいずれかに
    記載の方法。
  8. 【請求項８】導体を追跡するための装置であって、 交流信号を導体（12）に第１の点で与えるための発生手
    段（10）と、 前記導体（12）での信号によって生み出された電磁場を
    検出するための検出手段とを含み、 前記発生手段（10）は、周波数および位相において関連
    した第１および第２の成分を有する交流信号を与えるよ
    うに配置され、それによって第１および第２の電磁場成
    分を有する電磁場を発生し、 前記検出手段は２つの点（12）で前記信号によって生み
    出された第１および第２の電磁場成分を測定するように
    配置され、かつそれら２つの点の間の第１および第２の
    電磁場成分の位相差における変化を測定するための決定
    手段をさらに含み、 予め定められた位相関係が測定されることは、前記導体
    の存在を第２の点から第３の点へと追跡することに対応
    し、前記位相関係の変化が測定されることは前記第２の
    点から前記導体とは異なる導体を追跡することに対応す
    ることを特徴とする、導体を追跡するための装置。
  9. 【請求項９】前記発生手段は前記信号の前記第１の成分
    を発生し、かつ前記第１の成分の逓倍によって前記信号
    の前記第２の成分を誘導するように構成される、請求項
    ８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記検出手段は、前記決定手段による位
    相の変化の前記測定の前に、予め定められた倍数によっ
    て前記電磁場の前記第２の成分の周波数を逓倍するよう
    に構成される、請求項８または９記載の装置。
JP2503200A 1989-02-13 1990-02-12 導体追跡システム Expired - Lifetime JP2888970B2 (ja)

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GB898903218A GB8903218D0 (en) 1989-02-13 1989-02-13 Pipe and cable tracing system
GB8903218.9 1989-02-13
GB8925357.9 1989-11-09
GB898925357A GB8925357D0 (en) 1989-02-13 1989-11-09 Pipe and cable tracing system

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GB (1) GB2245370A (ja)
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