JP3180707B2 - 埋設鋼管の塗膜損傷位置検出方法及び装置 - Google Patents

埋設鋼管の塗膜損傷位置検出方法及び装置

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JP3180707B2
JP3180707B2 JP05710297A JP5710297A JP3180707B2 JP 3180707 B2 JP3180707 B2 JP 3180707B2 JP 05710297 A JP05710297 A JP 05710297A JP 5710297 A JP5710297 A JP 5710297A JP 3180707 B2 JP3180707 B2 JP 3180707B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、埋設された塗覆装
鋼管の塗膜損傷位置を、地上にて非接触で検出する方法
及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、地中に埋設される鋼管には、腐
食を防止するために塗覆装がその周囲に施されている。
しかしながら、何らかの原因によりこの塗膜が損傷する
と、その損傷部位から腐食が進行し、やがて鋼管に腐食
孔が生じるようになる。このため、埋設鋼管の保全上、
塗膜損傷の有無とその位置を早期に発見することが重要
である。
【0003】これに応えるものとして、従来から種々の
塗膜検出方法が提案されている。これらのうち、作業
性、測定精度の面から優れているものとして、電位差法
が周知である。
【0004】図6にこの方法を示す。図6において、1
は埋設鋼管、2は交流電源、3は電力増幅器、4は接地
電極、5は埋設鋼管1の塗膜損傷部、6は探査機、6
a、6bは探査機の車輪電極、7はフィルタ、8は電位
差検出器である。
【0005】埋設鋼管1と接地電極4の間に、交流電源
2から電力増幅器3を介して電圧を印加し、電流を通じ
る。この状態で探査機6を、埋設鋼管の管軸方向に沿っ
て地表面上を移動させる。探査機6には、その前後方向
に1対の車輪電極6a、6bが設けられており、それぞ
れが接触している地面の電位を検出する。これらの電位
の差は、フィルタ7を介して電圧検出器8で検出され
る。
【0006】埋設鋼管1の塗膜に塗膜損傷部5がある場
合には、印加電圧に応じて塗膜損傷部5より電流が流入
し、付近の土壌中に電位勾配を作る。この電位勾配の方
向は、塗膜損傷部5の真上の位置を境にして逆転する。
よって、探査機6を埋設鋼管の管軸方向に沿って走行さ
せ、走行距離を横軸に、車輪電極6a、6bの間の電位
差を縦軸にとってグラフを作ると、塗膜損傷部5の真上
でS字型のカーブを描く。よって、このS字型のカーブ
の中央の位置(ゼロクロス点)を検出することにより、
塗膜損傷部5の位置を地上から非接触で検出することが
できる。
【0007】図7は、この方法による塗膜損傷部の検出
結果を示す図である。対象とした埋設鋼管は、管径10
0A、管長10mのPLP導管であり、約0.9 mの深さ
に埋設されたものである。塗膜損傷のサイズは、5mm×
4mmのものであった。探査機の車輪電極の間隔は1mで
あり、塗膜損傷部への流入電流は10mA(440Hz)
である。電位差の検出は、アスファルト舗装上で散水処
理をして行った。
【0008】図7において横軸は探査機の移動距離、縦
軸は探査機の車輪電極間の電位差である。図7におい
て、電位差は左半分では正であり、右半分では負であ
る。これは、左半分の位置と右半分の位置では電位勾配
の方向が逆転していることを示す。そして、前述したよ
うに、図7におけるS時カーブの中心、即ち電位差がゼ
ロクロスする位置を、塗膜損傷位置の真上であると判定
することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記周
知の電位差法には、以下のような問題点があった。即
ち、実際の塗膜損傷の検出は探査機をアスファルト上に
走らせて行うため、接地抵抗が大きく、車輪電極間の電
位差として検出される検出信号は微弱なものとならざる
を得ない。一方、地中には迷走電流が流れており、この
ため、土壌が固有電位を有している。これが車輪電極間
の電位差を測定するときのノイズとなる。また、商用周
波数による誘導電流が電位差検出値に重畳され、これも
ノイズとなる。これらのノイズはフィルタ処理によりあ
る程度は除去されるものの、もともとの信号のS/N比
が小さいため、完全に除去することはできない。このた
め、塗膜損傷部を精度良く確実に検知することは困難で
ある。
【0010】さらに、検出感度が低いために、損傷部
流入電流を大きくする必要があり、このため電源部の小
型化ができない、測定可能な信号を得るためには接地
抵抗を小さくする必要があり、このため散水処理が必要
となって作業量が増える、測定できる程度の大きさの
検出信号を得るためには、車輪電極間の距離を大きくと
る必要があるので、探査機の小型化ができない、等の問
題点があり、探査作業のコスト低減ができない。
【0011】図7に示したデータは、前述したように塗
膜損傷部への流入電流が10mAの場合のものである
が、この場合でもS/N比は2以下であり、検出感度が
十分とはいえない。流入電流が10mA以下の場合にお
いては、S字状のパターンがはっきりとは現れないの
で、塗膜損傷位置の検出は極めて困難となる。
【0012】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、信号のS/N比を向上させ、塗膜
損傷位置を精度良く、確実に検出する方法、及びこの方
法を実施するのに好適な装置を提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、埋設鋼
管に印加する交流電圧に、ランダム信号又は擬似ランダ
ム信号を使用し、相互相関処理を行うことにより、ノイ
ズ成分を除去しS/N比を改善するものである。
【0014】即ち、前記課題は、埋設鋼管と大地の間に
交流電圧を印加することにより当該埋設鋼管に交流電圧
を流し、この電流により地上に発生する電位分布を、管
軸方向に沿った位置にある2点間の電位差を、当該2点
を移動させながら順次検出することにより測定し、その
電位分布の変化から当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検知
する方法において、埋設鋼管に印加する交流電圧にラン
ダム信号又は擬似ランダム信号を用い、前記埋設鋼管に
印加する交流電圧の波形と、前記2点間の電位差の検出
波形との間で相互相関処理を行い、そのピーク値を前記
2点間の電位差の代表値とし、当該代表値より電位分布
を求め、求めた電位分布の変化から当該埋設管の塗膜損
傷位置を検出することを特徴とする埋設鋼管の塗膜損傷
位置検出方法(請求項1)により解決される。
【0015】ここに、擬似ランダム信号とは、長期間に
おいては繰返し周期がありランダム性は失われている
が、周期内においてはランダム性が保たれているような
信号をいう。
【0016】印加電圧の波形と検出信号の波形の相互相
関をとった場合、その相互相関の計算中、たとえば検出
信号をシフトして掛算を行う過程において、印加電圧と
シフトされた検出信号が同じパターンとなって同期のと
れた位置に相互相関のピークが現れる。印加電圧とパタ
ーンの異なるノイズは、相互相関をとることによって打
ち消されてしまい、ピーク値にはほとんど影響を与えな
い。印加電圧はランダム信号又は擬似ランダム信号であ
るので、印可電圧に基づかないノイズが印可電圧のパタ
ーンと同じパターンになることはない。
【0017】よって、前記請求項1に記載の方法によれ
ば、印加電圧に起因する検出信号のみが車輪電極間の電
位差の代表値として検出されることになるので、S/N
比が大きく改善される。この代表値を用いて電位分布を
求め、その電位分布の変化から前記従来の方法と同じ方
法で塗膜損傷位置を検出することにすれば、塗膜損傷位
置を精度良く、確実に検出できる。
【0018】印加電圧波形に擬似ランダム信号を用いる
場合には、埋設鋼管に印加する交流電圧とは独立に生成
された、当該交流電圧と同じパターンの信号を参照信号
として用いることができる(請求項2)。この場合、交
流電圧と参照信号とは、パターンが同じであれば良く、
必ずしも同期がとれている必要はない。この場合、パタ
ーンが同じということは、繰り返し周波数も一致してい
ることを意味する。
【0019】擬似ランダム信号は、繰り返し周期を有す
るので、この周期に対応する有限の期間に亘って相互相
関をとれば、たとえば検出信号をシフトさせる場合に
は、必ずあるシフト量において参照信号とシフトされた
検出信号が同期がとれ、相互相関信号にピークが現れる
ことが保証される。よって、交流電圧と参照信号の同期
をとる必要が無いので、通電装置と検出装置を独立のも
のとすることができ、装置の簡略化ができる。
【0020】擬似ランダム信号としてM系列信号を用い
ることにすれば(請求項3)、M系列信号はシフトレジ
スタと簡単な論理回路のみで構成できるので、経済的で
ある。
【0021】また、前記請求項1に記載する方法を実施
するのに好適な装置としては、ランダム信号又は擬似ラ
ンダム信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力
に比例した電圧を発生し、埋設鋼管と大地の間に通電す
る電力増幅器と、地表面を埋設鋼管の管軸方向に沿って
走行し、埋設鋼管の管軸方向に隔離して配置された複数
の車輪電極を有する探査機と、前記複数の車輪電極の間
の電位差を測定する電圧測定器と、前記信号発生器の出
力波形と前記電圧測定器の出力波形の相互相関を演算し
そのピーク値を出力する相関処理装置と、当該相関処理
装置の出力の変化から当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検
出する手段とを有してなる埋設鋼管の塗膜損傷位置検出
装置(請求項4)が考えられる。
【0022】信号発生器より発生されたランダム信号又
は擬似ランダム信号は、電力増幅器により増幅され、電
力増幅器の電圧が埋設鋼管と大地の間に印加される。塗
膜損傷があると損傷部に電流が流入し、その結果、大地
表面に電位勾配が発生する。この電位勾配を探査機の車
輪電極間の電位差を測定する電圧測定器で測定する。そ
して、相関処理装置で、信号発生器の出力波形と電圧測
定器の出力波形との相互相関を演算し、そのピーク値を
検出することにより、前述したようにノイズ成分を低減
することができる。
【0023】この相関装置の出力の変化から埋設鋼管の
塗膜損傷位置を検出する手段は、従来技術のものと変わ
ることが無く公知のものが使用できる。たとえば、電位
差がゼロクロスする点を検出する回路による方法、電位
差に閾値を設け、電位差の絶対値がこの閾値を超えた後
でゼロクロスする点を検出する回路による方法、正の電
位差が最大値を示す点と負の電位差が最大値を示す点と
の中点を検出する回路等を、適宜選択して使用すればよ
い。
【0024】請求項2の方法を実施するのに好適な装置
としては、擬似ランダム信号を発生する第1の信号発生
器と、第1の信号発生器の出力に比例した電圧を発生
し、埋設鋼管と大地の間に通電する電力増幅器と、地表
面を埋設鋼管の管軸方向に沿って走行し、埋設鋼管の管
軸方向に隔離して配置された複数の車輪電極を有する探
査機と、前記複数の車輪電極の間の電位差を測定する電
圧測定器と、第1の信号発生器と同じパターンの波形を
出力する第2の信号発生器と、第2の信号発生器の出力
波形と前記電圧測定器の出力波形の相互相関を演算しそ
のピーク値を出力する相関処理装置と、当該相関処理装
置の出力の変化から当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検出
する手段とを有してなる埋設鋼管の塗膜損傷位置検出装
置(請求項5)が考えられる。
【0025】この場合においては、相関処理装置に使用
される参照信号が、第1の信号発生器からのものではな
く、これと同じパターンの擬似ランダム信号を発生する
第2の信号発生器からのものである点のみが前述の請求
項4に記載のものと異なっている。前述したように、擬
似ランダム信号を用いる場合には、参照信号は、埋設鋼
管と大地の間に印加された電圧波形に同期している必要
はなく、パターンさえ同じであれば請求項4に記載のも
のと同じ効果が得られる。
【0026】請求項4又は請求項5に記載のの装置にお
いて、それぞれの信号発生器の発生する出力波形が、M
系列信号であるようにすれば(請求項6)、前述した理
由によって回路構成を簡単にすることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図1は、本発明の実施の態様の例を示
す図である。図1において、1は埋設鋼管、2は交流電
源、3は電力増幅器、4は接地電極、5は埋設鋼管1の
塗膜損傷部、6は探査機、6a、6bは探査機の車輪電
極、10はM系列信号発生器、11はM系列参照信号発
生器、12は相関処理部、13はパーソナルコンピュー
タ演算部である。
【0028】本実施の形態においては、埋設鋼管1に印
加する擬似ランダム信号としてM系列信号を用いる。M
系列信号は、図2に示すようなフィードバックループを
持つシフトレジスタによって発生させることが可能であ
る。図2に示す6段のシフトレススタによって得られる
符号長は、26 −1=63である。
【0029】図3にM系列信号の信号波形とその自己相
関信号波形の例を示す。図3において、横軸は時間、縦
軸は信号の大きさ、τaはシフトレジスタに与えられる
クロックの周期である。
【0030】M系列信号は、周期性のある擬似ランダム
信号であり、ここでは符号長63の周期性を持つことか
ら、自己相関をとると図3(b)に示すようなピークを
周期的に持つ。このことから、他の信号との相互相関を
とれば、当該M系列信号とパターンの一致する信号のみ
が高いピーク値を有する相互相関値を持つことがわか
る。本実施の態様においては、この性質を利用してノイ
ズ信号の低減を図るものである。
【0031】図1において、M系列信号発生器10から
のM系列信号は、電力増幅器3で増幅されて、埋設鋼管
1と設置電極4の間に電圧として印加される。この状態
で探査機6を、埋設鋼管の管軸方向に沿って地表面上を
移動させる。探査機6には、その前後方向に1対の車輪
電極6a、6bが設けられており、それぞれが接触して
いる地面の電位を検出する。これらの電位の差をとり、
図示されていないA/D変換器でディジタル値に変換し
た後、パーソナルコンピュータ演算部13に取り込む。
パーソナルコンピュータ演算部13には、M系列参照信
号発生器11が設けられている。このM系列参照信号発
生器11は、M系列信号発生器10とは電気的に独立し
ているが、同じパルスパターンのM系列信号を発生する
ようにされている。
【0032】パーソナルコンピュータ演算部13中の相
関処理部12は、このM系列参照信号発生器11よりの
参照信号と、A/D変換された車輪電極6a、6b間の
電位差信号(検出信号)との相互相関演算を行う。即
ち、検出信号をf(t)、参照信号をg(t)とする
と、相互相関演算結果は以下のように示される。
【0033】
【数1】 ここに、Tは繰り返し周期である。
【0034】検出信号f(t)にはM系信号成分が含ま
れ、参照信号g(t)はこれと同じパターンのM系列信
号であるので、相互相関演算結果は、参照信号と同じ周
期のピーク値を有する。図4に相互相関演算結果の一例
を示す。図4において、横軸は(1)式におけるτ、縦
軸は(1)式におけるΦfg(τ)を示す。このピーク値
を検出して検出信号の代表値とすることにより、ノイズ
信号を抑制した高精度の電位差検出ができる。そして、
この代表値を用いて処理を行うことにより、塗膜検出位
置を高精度で確実に検出できる。
【0035】埋設鋼管1の塗膜に塗膜損傷部5がある場
合には、印加電圧に応じて塗膜損傷部5より電流が流入
し、付近の土壌中に電位勾配を作る。この電位勾配の方
向は、塗膜損傷部5の真上の位置を境にして逆転する。
よって、探査機6を埋設鋼管の管軸方向に沿って走行さ
せ、走行距離を横軸に、車輪電極6a、6bの間の電位
差の代表値を縦軸にとってグラフを作ると、塗膜損傷部
5の真上でS字型のカーブを描く。よって、このS字型
のカーブの中央の位置を検出することにより、塗膜損傷
部5の位置を地上から非接触で検出することができる。
【0036】この処理方法は、従来技術と同じである
が、本発明においては、電位差検出においてノイズ成分
が抑制されているので、高精度で高感度な検出が可能と
なっている。この処理方法を行うには、従来公知である
回路を使用すればよい。たとえば、電位差がゼロクロス
する点を検出する回路による方法、電位差に閾値を設
け、電位差の絶対値がこの閾値を超えた後でゼロクロス
する点を検出する回路による方法、正の電位差が最大値
を示す点と負の電位差が最大値を示す点との中点を検出
する回路による方法等がある。
【0037】図5に、上記方法による相互相関ピーク値
(電位差の代表値)と探査機の移動距離との関係を示
す。対象とした埋設鋼管は、管径100A、管長10m
のPLP導管であり、約0.9 mの深さに埋設されたもの
である。塗膜損傷のサイズは、5mm×4mmのものであっ
た。探査機の車輪電極の間隔は1mであった。これら
は、従来技術において示した条件と同じである。塗膜損
傷部への流入電流は1mA(440Hz)であり、従来技
術で示した条件の1/10である。M系列信号の発生に使
用するシフトレジスタは7段とし、符号長127のM系
列信号を用いた。電位差の検出は、アスファルト舗装上
で散水処理をして行った。
【0038】図5と図7とを比較するとわかるように、
本発明にかかる図5においては、塗膜損傷部への流入電
流が従来法の1/10であるにもかかわらず、電位差の代
表値はきれいなS字型カーブとを呈しており、このS字
型カーブのゼロクロス位置より、塗膜損傷位置を正確に
知ることができる。よって、本発明の方法は、従来法に
比して10倍以上の検出感度を有することがわかる。
【0039】なお、本実施の形態においては、パルス状
のM系列信号を用いたが、正弦波等、他のM系列信号を
用いてもよい。
【0040】また、本実施の形態では、M系列信号をパ
ーソナルコンピュータを用いて作成しているが、外部発
生器からA/D変換器等を介して取り込んでもよい。相
互相関処理もパーソナルコンピュータで行う代わりに、
電子回路を用いて行ってもよい。
【0041】本実施の形態では、M系列信号発生器10
とM系列参照信号発生器11を独立させている。このこ
とにより、埋設鋼管1に電圧を印可する装置と、信号を
検出して処理を行う装置を独立させることができ、最も
好ましいのであるが、もちろん、M系列信号発生器10
の信号をそのまま、あるいは遅延させて参照信号として
使用することもできる。この場合には、擬似ランダム信
号のみでなく、ランダム信号を印加電圧信号、参照信号
として使用することができる。
【0042】
【発明の効果】本発明においては、、埋設鋼管に印加す
る交流電圧に、ランダム信号又は擬似ランダム信号を使
用し、相互相関処理をおこなうことにより、ノイズ成分
を除去してS/N比を改善しているので、埋設鋼管の塗
膜損傷位置を高感度で精度よく、確実に検出することが
できる。また、検出感度が良くなったため、印加電源能
力の低減、探査面への散水処理の省略、車輪電極間距離
の縮小化による探査機の小型化が可能になり、システム
を安価なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の態様の例を示す図である。
【図2】M系列信号発生用シフトレジスタの例を示す図
である。
【図3】M系列信号波形とその自己相関信号波形の例を
示す図である。
【図4】本発明による参照信号と検出信号との相互相関
波形の例を示す図である。
【図5】本発明による相互相関ピーク値(電位差の代表
値)と、探査機の移移動距離との関係を示す図である。
【図6】従来技術における塗膜損傷検出方法の概要を示
す図である。
【図7】従来技術における塗膜損傷部の検出結果を示す
図である。
【符号の説明】
1 埋設鋼管 2 交流電源 3 電力増幅器 4 接地電極 5 塗膜損傷部 6 探査機 6a、6b 車輪電極 7 フィルタ 8 電位差検出器 10 M系列信号発生器 11 M系列参照信号発生器 12 相関処理部 13 パーソナルコンピュータ演算部

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 埋設鋼管と大地の間に交流電圧を印加す
    ることにより当該埋設鋼管に交流電圧を流し、この電流
    により地上に発生する電位分布を、管軸方向に沿った位
    置にある2点間の電位差を、当該2点を移動させながら
    順次検出することにより測定し、その電位分布の変化か
    ら当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検知する方法におい
    て、埋設鋼管に印加する交流電圧にランダム信号又は擬
    似ランダム信号を用い、前記埋設鋼管に印加する交流電
    圧から取出した参照信号と、前記2点間の電位差の検出
    波形との間で相互相関処理を行い、そのピーク値を前記
    2点間の電位差の代表値とし、当該代表値より電位分布
    を求め、求めた電位分布の変化から当該埋設管の塗膜損
    傷位置を検出することを特徴とする埋設鋼管の塗膜損傷
    位置検出方法。
  2. 【請求項2】 埋設鋼管と大地の間に交流電圧を印加す
    ることにより当該埋設鋼管に交流電圧を流し、この電流
    により地上に発生する電位分布を、管軸方向に沿った位
    置にある2点間の電位差を、当該2点を移動させながら
    順次検出することにより測定し、その電位分布の変化か
    ら当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検知する方法におい
    て、埋設鋼管に印加する交流電圧に擬似ランダム信号を
    用い、埋設鋼管に印加する交流電圧とは独立に生成され
    た、当該交流電圧と同じパターンの参照信号と、前記2
    点間の電位差の検出波形との間で相互相関処理を行い、
    そのピーク値を前記2点間の電位差の代表値とし、当該
    代表値より電位分布を求め、求めた電位分布の変化から
    当該埋設管の塗膜損傷位置を検出することを特徴とする
    埋設鋼管の塗膜損傷位置検出方法。
  3. 【請求項3】 擬似ランダム信号がM系列信号であるこ
    とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の埋設鋼管
    の塗膜損傷位置検出方法。
  4. 【請求項4】 ランダム信号又は擬似ランダム信号を発
    生する信号発生器と、信号発生器の出力に比例した電圧
    を発生し、埋設鋼管と大地の間に通電する電力増幅器
    と、地表面を埋設鋼管の管軸方向に沿って走行し、埋設
    鋼管の管軸方向に隔離して配置された複数の車輪電極を
    有する探査機と、前記複数の車輪電極の間の電位差を測
    定する電圧測定器と、前記信号発生器の出力波形と前記
    電圧測定器の出力波形の相互相関を演算しそのピーク値
    を出力する相関処理装置と、当該相関処理装置の出力の
    変化から当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検出する手段と
    を有してなる埋設鋼管の塗膜損傷位置検出装置。
  5. 【請求項5】 擬似ランダム信号を発生する第1の信号
    発生器と、第1の信号発生器の出力に比例した電圧を発
    生し、埋設鋼管と大地の間に通電する電力増幅器と、地
    表面を埋設鋼管の管軸方向に沿って走行し、埋設鋼管の
    管軸方向に隔離して配置された複数の車輪電極を有する
    探査機と、前記複数の車輪電極の間の電位差を測定する
    電圧測定器と、第1の信号発生器と同じパターンの波形
    を出力する第2の信号発生器と、第2の信号発生器の出
    力波形と前記電圧測定器の出力波形の相互相関を演算し
    そのピーク値を出力する相関処理装置と、当該相関処理
    装置の出力の変化から当該埋設鋼管の塗膜損傷位置を検
    出する手段とを有してなる埋設鋼管の塗膜損傷位置検出
    装置。
  6. 【請求項6】 信号発生器の発生する出力波形が、M系
    列信号であることを特徴とする請求項4又は請求項5に
    記載の塗膜損傷位置検出装置。
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