JP3201949U

JP3201949U - 磁性物の探知装置並びに磁気センサー

Info

Publication number: JP3201949U
Application number: JP2015004156U
Authority: JP
Inventors: 益市豊田; 邦博高橋; 健雄兼次; 勝芳賀; 博毅前堂
Original assignee: 株式会社沖縄中央エンジニアリング; 有限会社南西技術; 有限会社スキルエンジニアリング; 有限会社読探技研; 有限会社ジテック
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: JP2015111109A

Abstract

【課題】強磁性体（鋼矢板、Ｈ型鋼、鋼管杭、ＰＣ杭等）の付近における磁性体（おもに不発弾）を探査するデジタル方式磁気探査であり、３個のプローブ（検知コイル）で多成分の磁気データをデジタル処理化し解析を行う磁気探査装置を提供する。【解決手段】一軸差動方式磁気センサーＡは３個のコイル（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が同一線上に設置されており、個々の磁気データを接続ケーブルにて増幅制御装置（管制装置）Ｂへ送り、Ｂにて差動データを作成し、Ａ／Ｄ変換機Ｄに送られてデジタル信号化される。さらに、このデジタル信号をＰＣ上で解析処理システムを利用し、磁気記録を作成する。記録作成後、波形の振幅、周期、形状等を処理する事で、磁性体の大きさ、位置（深度）を判定（解析）する。【選択図】図１

Description

本考案は、強磁性体（Ｈ型鋼、矢板、鋼管杭等）の付近に埋没している不発弾等の磁性物を探知する方法とこの方法に用いる磁気センサーに関する。

強磁性体付近で水平探査を実施する場合には、大型センサーを用いて測線間隔0.5m〜1mで磁気センサーを移動させることで、鉛直探査の場合には、ボーリング機械にて非磁性ケーシングで１ｍ毎削孔しながら垂直にセンサーを挿入し、アナログ記録装置にて取得する。
しかし強磁性体付近（構造物から約3m以内）では構造物の磁束密度が強大になり、アナログ記録装置ではオーバースケールしてしまい、不発弾等の磁性物は探知不能となる。現存する強磁性体近傍の磁気探査方法は、３軸差動方式磁気センサーを使用した特許文献１と特許文献２の探査方法やローカットフィルター方式である特許文献３が開示されている。

上記の特許文献１による探査方法は、鉛直探査方法であり、3 軸センサーを鉛直方向に移動して探査するもので、探査範囲に応じ数ｍ毎に掘削孔を掘削する必要があり、さらに掘削孔毎に磁気センサーを移動させて磁気データを測定しなければならないという手間や、測定するにあたり磁気センサー独自のケーシングチューブを探査孔毎に設置する必要があり手間は元より、多大な作業時間を要するとともに構造物端部について解析が困難だとされている。

また、特許文献３による探査方法は、強磁性体から１ｍ程度離れた箇所での探査にて弱磁性体（爆弾等）を検出可能だが、その強磁性体の磁束密度が密な箇所（鋼材等の端部）では、磁束の細かさや磁力線の方向等の影響を受け、近・遠の判別が困難になると思われ、また、強磁性体より1m程度と限られた範囲での手法となっており、施工現場に併せた対応が出来かねない。さらに、2m強以上離れた箇所での探査では、検知した弱磁性体（爆弾等）の結果が弱く、一定の知識を有した者であっても、センサーの移動によって得たノイズとも捉えかねない。

特許文献４は前記２種の方法の発展型で水平探査にも応用できる装置になっている。さらに仮想的（ソフト上）に差動間隔を変更し磁気データを作成することもできる。しかしながら検知コイル固定式と違い仮想的に作動間隔を変更するとノイズが発生する。ノイズ処理の為にフィルター処理すると磁性体の磁束が減衰したりして解析計算に間違った値が算
出されてしまう。

特開2004-347533 公報特開平８-334570 公報特開2011-133308 公報特許5165808 公報

本考案の技術的課題は、上記の問題を解決するためになされたものであり、水平探査及び鉛直探査による磁気センサーを用いて、強磁性体の付近（端部を含む）でも爆弾・砲弾等の弱磁性体の探査が可能となる磁気探査システム及び磁気探査の判定方法並びに好適な磁気センサーを提供するものである。

請求項１は、非磁性の単一の長い支持体に一端コイル( S1) と他端コイル( S3) とを離して設け、前記両コイルの間に中間コイル( S2) を非対称の位置に設けて、それぞれのコイルが示す磁気データを検出すると共に、コイル( S1) −( S2) に極短差動検知部（３）の磁気データ、コイル( S2) −( S3) に短差動検知部（２）の磁気データ、コイル( S1) −( S3) に通常差動検知部（１）の磁気データからなる信号を検出可能な多成分検出磁気センサーを備えてなる磁気探査装置である。

請求項２は、前記の磁気センサーに加えて、( S1) ・( S2) ・( S3) 個々のコイルの磁気データを検出すると共に前記の各コイル間データも検出して、接続ケーブルを介して、差動データを作成する増幅制御装置（Ｂ）に送り、多成分磁気データをＡ／Ｄ変換器でデジタル信号化し、その信号をコンピュータ上で解析処理できる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の磁気探査装置である。

請求項３は、前記の磁気探査装置を用いて、水平磁気探査又は鉛直磁気探査を行える構成とし、強磁性体の付近における弱磁性体を検出できることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気探査装置である。

請求項１の記載のように、非磁性の単一の支持体に一端コイルと他端コイルとを離して設け、前記両コイルの間に中間コイルを非対称に設けてなる磁気センサーを用いた磁気探査装置であるから、最多で各コイル及び各コイル間の多成分の磁気データを検出可能とし、処理することで、強磁性体の付近（端部を含む）でも爆弾・砲弾等の弱磁性体の探査を容易に可能である。

請求項２の記載によると、前記のように最多で各コイル及び各コイル間の多成分の磁気データを検出可能であり、(段落[００２２]に、最多で各コイル及び各コイル間の多成分の磁気データを検出可能とし、と明記してある）特に、強磁性体の持つ磁束を検出することで、周期の長い波形（鋼材等の強磁性体）のなかに短い周期の波形（局地磁性物）を検知することで異常物の有無を判断することができる。従って、強磁性体付近で水平又は鉛直探査を実施するにあたり、不発弾等の局部的な磁気反応を検出することが可能となり、従来の磁気センサーでは探査が困難であった鋼材側面までの磁気探査が容易にできるようになった。さらに、Ｈ型鋼、矢板、鋼管杭等の構造物の上端、下端での磁性物も検出できるようになった。

請求項３の記載のように、前記の磁気探査装置を用いて、水平磁気探査又は鉛直磁気探査を行えるので、強磁性体の付近における弱磁性体を検出でき、段落「0016」に記載のように、非磁性の保護パイプやレールを使用して軌道確保したり、保護パイプにより、掘削孔の孔壁保護の役割を果たす事及び、センサーの動揺を抑えてスムーズに移動して、滑らかな磁気データを取得できる。従って、鋼材のような強磁性体の付近における爆弾や砲弾のような弱磁性体をも検出して、爆弾や砲弾などを発見することが可能となる。

本考案による多成分差動センサーを示す概略図である。磁気データ（検知コイル先端のみの波形）によるＨ型鋼の磁気波形記録である。差動検知部よるＨ型鋼の磁気波形記録（通常型磁気センサー）である。差動検知部２によるＨ型鋼の磁気波形記録である。差動検知部３による磁気波形記録である。Ｈ型鋼付近に磁性体を設置した状態での磁気データの磁気波形記録である。Ｈ型鋼付近に磁性体を設置した状態での差動検知部３による磁気波形記録である。Ｈ型鋼の磁力線と各地点の磁束を表示した図で、（１）は斜視図、（２）は断面図である。図８（２）の上端だけを拡大して示した図である。従来のセンサー波形と本考案で検知コイル間隔を極小にしたセンサー波形を示す図である。なお矢板でなくＨ型鋼を図示し、各データもＨ型鋼に関するものである。

強磁性体としてＨ型鋼や矢板などの鋼材が有る場合の本考案の実施の形態を添付図を参照して説明する。図１は、本考案による磁気センサーＡの実施形態を示す概略図であり、白抜きの矢印はセンサーの移動方向である。一軸差動方式の磁気センサーＡは、S1,S2,S3の３個のコイルが同一線上に設置された状態で、非磁性の支持体４に支持されている。個々の磁気データは、接続ケーブルにて増幅制御装置（管制装置）Ｂへ送り、Ｂにて差動データを作成し、Ａ／Ｄ変換機Ｄに送られてデジタル信号化される。さらに、このデジタル信号をPCＥ上で解析処理システムを利用し、磁気記録を作成する。磁気記録作成後、波形の振幅、周期、形状等を処理する事で、目的とする磁性体例えば不発弾の大きさ、位置（深度）を判定（解析）する。

図２は、Ｈ形鋼などの鋼材５より例えば0.7m離れた地点での磁気波形であり、センサーＡの軌道確保の目的で、非磁性の保護パイプ及びレールを使用し、センサーを移動させた時の動揺を抑え、磁気データ及び多成分の磁気データ取得を行う。
施工方法で主なものとして、水平磁気探査と鉛直磁気探査の作業方法がある。水平磁気探査は、地面に近い位置で水平方向すなわち地面と平行にセンサーＡを移動するが、その時センサーＡが動揺した場合は、データ取得時に滑らかな磁気データの取得ができない。そのため、センサーＡが水平移動する時に軌道確保の目的で、非磁性の保護パイプやレールを使用する。
鉛直磁気探査の場合は、1m切に加工された保護パイプを使用する。ある一定深度毎に下方の安全確認が必要となる為、保護パイプを継ぎ足しながら、削孔と磁気データ取得を繰り返し行い、所定深度までの下方安全確認を行った後、連続的な磁気データの取得を行う。その際にも保護パイプにより、掘削孔の孔壁保護の役割を果たす事及び、センサーＡの動揺を抑えてスムーズに移動ができるため、滑らかな磁気データが取得できる。

図３は差動検知部１の差動データである。図４は差動検知部２の差動データ記録、図５は差動検知部３の差動データである。図６、図７については、Ｈ型鋼５の上端付近に磁性物（砲弾、爆弾等）６を設置した状態での磁気データと差動検知部３のデータである。

図２を参照すると、Ｈ型鋼５の磁気データ波形はＨ型鋼５上端からＨ型鋼５中心部にかけて徐々に増幅して中心部で最大振幅になり、次いで下端にむけて徐々に下降する波形が確認できる。長大物の殆どがこのような山形の波形で検出される。
図３の差動検知部１のデータについては、通常の磁気探査で使用する機械の差動データで、二こぶの頂端がオーバースケールする状態であり、他の磁性物が近くにあっても判断がつかない。しかし、図４の差動検知部２のデータでは、Ｈ型鋼５の上端と下端ではＨ型鋼の影響が小さくなっていることが分かる。図５の差動検出部３のデータでは、Ｈ型鋼５の波形が緩やかになっており、他の磁性物があれば判断できるまでしなやかな波形となっている。なお、図１０は、仮想的に検知コイル間隔を変えた場合の磁気測定データシュミレーションで、従来のセンサーで検出した波形Ｗより本考案で検出コイル間隔を極小にして検出した波形ｗは緩やかである。

図６の波形は、Ｈ型鋼５の上端に磁性物６を設置した状態の磁気データを表す。この磁気データを見ると、Ｈ型鋼５の緩やかな波形に被さるように磁性物（砲弾・爆弾等）６の波形が顕著に見られる。図７は差動検知部３の記録で、磁性物６の波形の解析が容易に出来るほどに顕著な波形となっている。

次に、図１のシステムは、デジタル処理し作画された状態の磁気波形をPCＥ画面上で異常物の波形の周期や幅、高さ、位置等をクリックすることで、表計算ソフトに自動転送し、磁気量計算を自動で行うシステムである。磁気記録データについては、市販の印刷装置で各用紙に作画も可能である。また、電子媒体へ保存することを前提とした拡張子で納める（DWG 、DXF 、SXF 、グラフィックあるいはPDF ）ことによりデータ管理、閲覧等を容易にできるシステムである。

いま、検知コイル間隔変更による磁気測定データシュミレーションを述べる。以降に本考案に係るシュミレーションで、差動磁気センサーの検知コイルの間隔を変えることで、Ｈ型鋼５の影響がどのように変化するかを図１０及び表１によって説明する。
まず、図８はＨ型鋼の磁力線と各地点の磁束を表示した図で、（１）は斜視図である。（２）は断面図で、その上端だけを拡大して示したのが図９である。表１には、検知コイル間隔極小センサーの極短差動検知部と通常センサーの磁束と差分データ値を示す。添付の図10の磁気記録は両センサーの差分値をグラフ化したもので、通常センサーでは、Ｈ型鋼の上端及び下端ではスケールアウト（オーバースケール）しているが、極小センサーでは全体を通して滑らかになっていることが分かる。
この現象は、検知コイルＳ1 とＳ2 の差分値が±１μＴ以内で推移していることから、Ｈ型鋼５の影響を感じさせない磁気記録となっている。検知コイルの間隔を広げれば差分値が大きくなるし、逆に検知コイル間隔を短くすれば差分値が小さくなる。
ただし、検知コイル間隔を極端に短くすると、局部的な磁性物（鋼材以外の異常物）の磁束も小さくなり、解析が困難になることがある。本考案では、Ｈ型鋼５の影響をなくし且つ磁性物の磁気反応を検出できるような検知コイル間隔にしている。

以上のように、非磁性の単一の支持体に一端コイルと他端コイルとを離して設け、前記両コイルの間に中間コイルを非対称に設けてなる磁気センサーを用いて、最多で各コイル及び各コイル間の多成分の磁気データを検出可能とし、処理することで、強磁性体の付近（端部を含む）でも爆弾・砲弾等の弱磁性体の探査を容易に可能とする。

Ｓ1 一端コイル
Ｓ2 中間コイル
Ｓ3 他端コイル
S １〜S ３通常差動検知部１
S ２〜S ３短差動検知部２
S １〜S ２極短差動検知部３
Ａ磁気センサー
Ｂ増幅制御装置（管制装置）
ＤＡ／Ｄ変換機
Ｅ PC
４非磁性の支持体
５Ｈ型鋼や矢板などの鋼材
６砲弾、爆弾等の磁性物

Claims

非磁性の単一の長い支持体に一端コイル( S1) と他端コイル( S3) とを離して設け、前記両コイルの間に中間コイル( S2) を非対称の位置に設けて、それぞれのコイルが示す磁気データを検出すると共に、コイル( S1) −( S2) に極短差動検知部（３）の磁気データ、コイル( S2) −( S3) に短差動検知部（２）の磁気データ、コイル( S1) −( S3) に通常差動検知部（１）の磁気データからなる信号を検出可能な多成分検出磁気センサーを備えてなる磁気探査装置。
前記の磁気センサーに加えて、( S1) ・( S2) ・( S3) 個々のコイルの磁気データを検出すると共に前記の各コイル間データも検出して、接続ケーブルを介して、差動データを作成する増幅制御装置（Ｂ）に送り、多成分磁気データをＡ／Ｄ変換器でデジタル信号化し、その信号をコンピュータ上で解析処理できる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の磁気探査装置。
前記の磁気探査装置を用いて、水平磁気探査又は鉛直磁気探査を行える構成とし、強磁性体の付近における弱磁性体を検出できることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気探査装置。