JP3007109B2

JP3007109B2 - 管路外周の探査装置

Info

Publication number: JP3007109B2
Application number: JP2029705A
Authority: JP
Inventors: 勲藤森; 勝利酒井; 喬西野
Original assignee: 勝利酒井; 株式会社イセキ開発工機
Priority date: 1990-02-13
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH03235084A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は既設管路の外周にある他の管路等の障害物を
探査するための探査装置に関するものである。

＜従来の技術＞現在、地中には下水道管，上水道管，ガス管等各種の
管が埋設され、夫々管路を構成している。これ等の管路
にあっては、流通能力の増大を目的とした改修工事が行
われる。特に、管路が下水道管である場合、掘進機によ
って既設の管路を破壊しつつ新たな管路を敷設する置換
式工法を採用することが有利である。

置換式工法によって新たな管路を敷設するに際し、既
設管路の周囲には上水道管路やガス管路或いは電線管路
等種々の管路が敷設されている虞がある。このため、予
め改修すべき管路の外周の状況を探査して他の管路等の
障害物の有無、及びこれ等の位置を調査することが有効
である。

このように、地中に埋設された管路や障害物を探査す
る方法としては、パルスレーダーを用いて地表から地中
に向けて電磁波を送信し、反射波を受信することによっ
て地中の管路や障害物を探査する方法がある。

＜発明が解決しようとする課題＞然し、上記探査方法では電磁波が地表から1m〜2mの深
度までしか届かないため、3m〜4mの深度に敷設されてい
る既設管路の周囲を探査することが出来ず、また例え探
査し得たとしても、上下方向に並列して管路が敷設され
ている場合、下方に位置する管路を探査することが出来
ない等の問題がある。

本発明の目的は、管路の敷設深度に係わらず、この管
路の外周を探査することが出来る探査装置を提供するこ
とにある。

＜課題を解決するための手段＞本件発明者は既設管路の置換工法の開発推進と共に上
記課題を解決するために、この工法を実施すべき管路の
外周の探査方法について種々の実験を行った結果、管路の外周にある障害物を探査する場合、この管路の
内部から外周に向けて電磁波を送信すると共に、この電
磁波の反射を受信することによって障害物の探査を実施
することが最も効果的である。

アンテナの進行方向に直交或いは交叉して敷設された
他の管路、及び障害物は探査することが可能である。

アンテナの進行方向に平行に敷設された他の管路及び
障害物は探査することが困難である。

電磁波の波長が長い程探査深度は増加するが、分解能
が劣る。

探査距離を500mmとし、探査対象物をφ100mmの管路と
して設定した場合、電磁波の周波数は700MHz程度が適し
ている。

との結論を得た。

このため、本発明に係る管路外周の探査装置は、管路
の内部に配設され該管路の長手方向に移動可能に構成さ
れた台車と、前記管路の軸方向と平行に配設され且つ前
記台車に管路の円周方向に回動可能に設けられたアンテ
ナと、前記管路の軸方向と直交する方向に配設され且つ
台車に管路の円周方向に回動可能に設けられたアンテナ
と、前記各アンテナを管路の内壁に押圧するための押圧
手段と、電磁波の送受信手段と、受信した電磁波の信号
を処理する信号処理手段と、を有し、前記各アンテナの
表面は管路の内径と略等しい径を持った円弧状に形成さ
れて構成されるものである。

前記探査装置に於いて、アンテナの管路の中心側に位
置する面に電磁波吸収体を設けることが好ましい。

＜作用＞上記手段によれば、管路の内部に配設した台車に管の
軸方向と平行に設けたアンテナと、管の軸方向と直交方
向に設けたアンテナとを夫々回動可能に、且つ管路の内
壁に密着して設け、夫々のアンテナから電磁波を送受信
しつつ台車を管路の長手方向に移動させると共に、受信
した信号を処理することで、改修すべき管路から所定の
範囲にある該管路と平行に敷設された他の管路、或いは
交叉して敷設された他の管路、更に空洞又はその他の障
害物等を探査することが出来る。

またアンテナを押圧手段によって管路の内壁に押圧し
て密着させることで、電磁波の空中伝播を防止すること
が出来る。このため、アンテナを小型化することが出来
る。

また前記アンテナの表面を管の内径と略等しい径を持
った円弧状に形成することで、アンテナの管路の内壁に
対する密着性を向上させることが出来る。これにより、
電磁波の伝播速度を低下させアンテナの形状を小型化す
ることが出来る。

＜実施例＞以下上記手段を適用した管路外周の探査装置の一実施
例について図により説明する。

第１図は探査装置の模式説明図、第２図は台車の側面
説明図、第３図（Ａ）は台車の正面説明図、同図
（Ｂ），（Ｃ）はアンテナの説明図、第４図はブロック
図である。

先ず本発明に係る探査装置の全体構成を簡単に説明す
る。

探査装置は管路Ａ内に配設された台車１と、地上に設
けられた制御盤２とによって構成されている。台車１と
制御盤２とは、信号ケーブル，油圧ホース等複数のケー
ブル類及びホース類により構成されるケーブル３によっ
て接続されている。ケーブル３はケーブルドラム3aに巻
き取られることで台車１の移動に伴う弛みの発生を防止
している。また台車１は地上に設けたウインチ４にワイ
ヤ５によって接続されており、ウインチ４を操作するこ
とで第１図に於ける矢印ａ方向に移動される。また台車
１には直交する指向性を有すると共に所定の角度間隔を
保持して２つのアンテナ6,7が設けられている。これ等
のアンテナ6,7は同一速度で同一方向に回転し得るよう
に構成されている。

従って、台車１を矢印ａ方向に移送しつつ、アンテナ
6,7から電磁波を送受信することによって、管路Ａの外
周所定範囲にある他の管路或いは障害物を探査すること
が可能である。

次に台車１及びアンテナ6,7の構成について説明す
る。

台車１は車体1aと車輪1bとによって構成されている。
そして車体1aの進行方向前方側にフック1cが設けられて
おり、このフック1cにワイヤ５を係止することで地上に
配置されたウインチ４と接続されている。また車体1aの
後方側にアンテナ6,7が回転可能に搭載されている。

車体1aの内部には台車１の矢印ａ方向への移動量を検
出するためのセンサー８が設けられている。このセンサ
ー８は車輪1bの回転を検出してパルス信号を発生する例
えばロータリーエンコーダーを用いることが可能であ
る。またセンサー８は必ずしも車体1bに設けなくとも良
く、ワイヤ５にローラを接触させて配置し、このローラ
の回転を検出するように構成しても良い。

台車１の中心軸は管路Ａの軸と一致していることが好
ましい。このため、台車１は管路Ａの内径に応じて車輪
1bの間隔，径等を設定して構成することが好ましい。ま
た車体1aの周囲に、例えば120度間隔でブラケットを設
け、このブラケットの先端に圧縮スプリングを介してフ
リーローラを配置することで台車１の中心軸を管路Ａの
軸と一致させるよう構成することも可能である。

また本実施例では台車１をワイヤ５を介してウインチ
４によって牽引するよう構成しているが、車体1bに駆動
モーターを設けることによって自走式台車として構成す
ることも可能である。

車体1bの内部にはアンテナ6,7を回転するためのモー
ター９が設けられている。モーター９としては電動モー
ター，油圧モーター，エアモーター等のモーターを用い
ることが可能である。また車体1bの後方側には台車１の
中心軸と一致した軸上に、アンテナ6,7を設けた回転軸1
0が設けられている。この回転軸10の車体1b内部に位置
する端部にはギヤ10aが固着されており、このギヤ10bに
モーター９のギヤ9aが噛合している。またギヤ10aには
回転軸10の回転角度を検出するためのセンサー11に固着
したギヤ11aが噛合している。前記センサー11としては
ロータリーエンコーダー等のセンサーを用いることが可
能である。

従って、モーター９を駆動して回転軸10を回転させる
ことでアンテナ6,7を回転させると共に、センサー11に
よってアンテナ6,7の回転角度、即ち管路Ａの円周方向
に対するアンテナ6,7の位置を検出し得るように構成し
ている。

回転軸10の車体1bの外部に位置する端部には、ホルダ
ー12が固着されている。ホルダー12には所定の角度間隔
を持ってアンテナ6,7の取付ホルダー12a,12bが設けられ
ている。本実施例では取付ホルダー12a,12bの角度間隔
を90度で設定している。また本実施例ではアンテナ6,7
を同一円周上に配設しているが、各アンテナ6,7を台車
１の進行方向にずらして配設しても良い。

取付ホルダー12a,12bには夫々アンテナ6,7を固着した
ブラケット13,14の軸13a,14aが軸方向に摺動可能に且つ
回転不能に嵌合されている。取付ホルダー12a,12bとブ
ラケット13,14との間には、夫々バネ15が設けられてお
り、このバネ15によってブラケット13,14は管路Ａの内
壁方向に付勢されている。

ブラケット13,14の表面、即ち管路Ａに対向する面に
は、夫々アンテナ6,7が取付けられている。またブラケ
ット13,14の裏面には夫々電磁波吸収体16が固着されて
いる。

アンテナ6,7は第３図（Ｂ），（Ｃ）に示すように蝶
形の半波長自己相似型アンテナとして構成されている。
アンテナ６は管路Ａの軸方向に平行に、即ち管路Ａの長
手方向に沿って設けられており、アンテナ７は軸方向と
直交方向に、即ち管路Ａの円周方向に沿って設けられて
いる。

またアンテナ6,7の管路Ａの内壁と対向する面は夫々
管路Ａの内径と略等しい径を有する円弧状に形成されて
いる。従って、アンテナ6,7はバネ15によって常に管路
Ａの内壁に押圧されて密着しており、内壁との間に空隙
が発生しないよう構成されている。

ここで、アンテナ6,7の寸法について説明する。電磁
波の地中での伝播速度をｖとすると、ｖ＝Ｃ×1/Er^1/2 C:空中に於ける電磁波の伝播速度 Er:土の比誘電率である。

また地下水位より地上側に於ける地中の比誘電率は２
〜６程度であるので、この値を４として周波数700MHzの
電磁波に整合するアンテナを設計すると50mm×100mmと
なる。

この寸法は電磁波の空中伝播を考慮した場合の半分の
大きさであり、面積は1/4となる。このようにアンテナ
6,7を管路Ａの内壁に密着させることで電磁波の空中伝
播を防止することによって、アンテナ6,7を小型化する
ことが可能となる。このため、管路Ａが内径250mm程度
の小径管であっても台車１をこの管路Ａの内部から外周
を探査することが可能となる。

また管路が鉄筋を配設したヒューム管で構成されてい
る場合、この鉄筋の配設間隔がアンテナの寸法に対し小
さい場合には、アンテナから送信された電磁波が鉄筋に
よって反射されるため、管路の外周を探査し得ないこと
がある。然し、アンテナを小型化することによって配設
された鉄筋と間から電磁波を送受信することが可能とな
り、このため、ヒューム管によって構成した管路外周の
探査精度を向上させることが可能となる。

上記の如く、アンテナ6,7は管路Ａの内壁と密着した
状態で回転するように構成されているため、アンテナ6,
7の表面は摩擦によって傷み易い。このためアンテナ6,7
の管路Ａと当接する面を土の比誘電率と略等しい性質を
持った例えばセラミックス，プラスチック等によって被
覆することが好ましい。

次にアンテナ6,7によって電磁波を送受信するための
送受信手段、及び障害物から反射した電磁波を受信して
信号処理するための信号処理手段の構成について第４図
により説明する。

図に於いて、21は制御部及び信号処理部であり、パル
ス発生回路22に信号を伝達して所定の電磁波を発生させ
ると共に受信した信号を処理して管路Ａの外周にある障
害物を認識するものである。パルス発生回路22に於いて
発生した電磁波は送受信回路23を経てアンテナ6,7から
送信される。また障害物によって反射した電磁波はアン
テナ6,7によって受信され、送受信回路23を経てサンプ
リング回路24に伝送され、この回路24から信号処理部21
に伝送される。信号処理部21では受信信号を所定のプロ
グラムに従って処理し、受信信号によって障害物の有無
を認識する。信号処理部21に於いて処理された信号は記
録部25及び表示部26に伝送され、記録部25に於いて所定
の方法で記録されると共に表示部26に於いて表示され
る。

前記各回路は地上に設けた制御盤２に設けられてい
る。

次に上記の如く構成した探査装置によって管路Ａの外
周を探査する場合について説明する。

先ず台車１をマンホールB,Cから管路Ａの内部に配置
する。そしてウインチ４を駆動して台車１を矢印ａ方向
に移動させつつアンテナ6,7から電磁波を送受信する。
このとき、台車１の移動距離は車体1bに設けたセンサー
８によって検出され、またアンテナ6,7の管路Ａの円周
方向に対する位置はセンサー11によって検出される。

アンテナ6,7によって受信した電磁波は信号処理部21
によって処理され制御盤２に設けた表示部26に表示され
る。また管路Ａの外周に他の管路等の障害物が発見され
た場合には、センサー8,11によって検出した管路Ａに於
ける台車１の位置及び管路Ａの円周に対するアンテナ6,
7の位置等の情報によって、発見された障害物の管路Ａ
に対する位置及び方向を知ることが可能となる。

＜発明の効果＞以上詳細に説明したように、本発明に係る管路外周の
探査装置にあっては、電磁波を送受信するアンテナを直
交する２方向に配置することによって、管路と平行に敷
設された他の管路及び管路と交叉して敷設された他の管
路等の障害物を探査することが出来る。

またアンテナを管路の内壁に押圧することで電磁波の
空中伝播を防止することによって、アンテナを小型化す
ることが出来る。このため、管路の内径が小さい場合に
も該管路の内部から外周の探査を行うことが出来る。ま
たアンテナを小型化することによって、管路が鉄筋を有
するヒューム管で構成されている場合であっても外周の
探査精度を向上させることが出来る。

アンテナの管路の内壁と対向する面を、管路の内径と
略等しい径を持った円弧状に形成することで、アンテナ
と管路の内壁との密着性を向上させることが出来、この
ため、電磁波の空中伝播をより防止することが出来る等
の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は探査装置の模式説明図、第２図は台車の側面説
明図、第３図（Ａ）は台車の正面説明図、同図（Ｂ），
（Ｃ）はアンテナの説明図、第４図はブロック図であ
る。Ａは管路、B,Cはマンホール、１は台車、1aは車体、1b
は車輪、２は制御盤、３はケーブル、４はウインチ、５
はワイヤ、6,7はアンテナ、8,11はセンサー、９はモー
ター、10は回転軸、12,12a,12bはホルダー、13,14はブ
ラケット、15はバネ、16は電磁波吸収体、21は制御部信
号処理部、22はパルス発生回路、23は送受信切替回路、
24はサンプリング回路、25は記録部、26は表示部であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−280286（ＪＰ，Ａ) 特開平１−155290（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】管路の内部に配設され該管路の長手方向に
移動可能に構成された台車と、前記管路の軸方向と平行
に配設され且つ前記台車に管路の円周方向に回動可能に
設けられたアンテナと、前記管路の軸方向と直交する方
向に配設され且つ台車に管路の円周方向に回動可能に設
けられたアンテナと、前記各アンテナを管路の内壁に押
圧するための押圧手段と、電磁波の送受信手段と、受信
した電磁波の信号を処理する信号処理手段と、を有し、
前記各アンテナの表面は管路の内径と略等しい径を持っ
た円弧状に形成されていることを特徴とした管路外周の
探査装置。
【請求項２】前記アンテナの管路の中心側に位置する面
に電磁波吸収体を設けたことを特徴とした請求項１記載
の管路外周の探査装置。