JP4044303B2 - ２種類の周波数信号を用いた埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に埋設した金属管の外面に施された防食被覆の損傷位置を地表面から検出する方法に関するものであって、隣接して存在する調査対象外の埋設物等の干渉を除いて正確に調査対象の埋設管の被覆損傷位置を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地中に埋設されている鋼管等の金属管は、外面にアスフアルト等の瀝青質或いは、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の塗覆装が施されて腐食を防止している。
上記防食被覆が何等かの原因により損傷を受け、その金属面が土壌等の電解質に直接接触すると、その部分が腐食する。特に、損傷部が酸素濃淡差などのある環境や、電鉄の迷走電流の影響を受ける環境に存在すると金属管は異常に速い速度で腐食し腐食孔を生じるおそれがある。
【０００３】
このような地中埋設管の防食被覆を完全な状態で維持することは腐食事故を防止する上で極めて重要であり、しばしば、防食被覆の損傷を地表面から検出し、掘削して補修する等の処置が地中埋設管に施される。
埋設金属管の防食被覆損傷位置を検出する従来例として、特公平７−５２１６６により提案されている「埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法」がある。
【０００４】
この従来技術は第７図、第８図に示すように、外面に防食被覆１を施して地中に埋設した金属管２の被覆損傷部３と、地盤４に埋設した対極５との間に測定信号発信器６から信号電流を通じ、前記金属管２の直上の地表面を移動する受信装置９における２個の車輪電極１０により地表面の電位差を検出し、信号電流成分と同じ成分の信号を抽出して、その電位差の振幅、および位相の極性の変化を測定して埋設金属の塗覆装損傷部３がつくりだす特有の波形を検知し損傷を検出する埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法である。
前記受信装置９には参照信号発信器１６を備え、車輪電極１０で検出した信号を入力するロックインアンプ１５においてノイズを除去して増幅し、表示装置１４にて表示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法は、測定信号発信器６を１ヶ所に設置し、金属管２に信号電流を通電して金属管２の直上の地表面を移動する受信装置９で電位差を測定する手段で行っていた。しかし、この従来法による金属管２の被覆損傷位置測定において、隣接して導電性の埋設物（例えば電柱および電線や他の埋設パイプライン等）が存在すると、これらの埋設物に信号電流が流出入する干渉現象が起こる。この導電性埋設物からの干渉現象は、受信装置９において、あたかも測定対象とする埋設金属管２の損傷として検出され誤検出の原因となるという課題があった。
【０００６】
この誤検出排除対策として従来技術においては、調査対象区間の一端に測定信号発生器６を設置して受信装置９を金属管２の直上の地表面を移動させて電位差を測定した後、測定信号発生器６を調査対象区間の他端に移設して通電点を変え、受信装置９を再度移動させて測定して得られた電位差、位相の信号から逆位相となるものを干渉信号として排除することによって、測定対象金属管２の真の被覆損傷位置３と判別し、誤検出を防いでいた。
従って、１箇所の測定において調査対象金属管２の直上の地表面を２回、受信装置９を移動しなければならず作業効率の低下とコストの増加を招いていた。
【０００７】
本発明は、上述の問題点を解決して作業効率を高め、コスト低減を図り、しかも被覆損傷位置を正確に知ることができる埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法を提供することを目的にしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、外面に防食被覆１を施して地中に埋設した金属管２の被覆損傷部３と、地盤４に埋設した対極５との間に測定信号発信器６から信号電流を通じ、前記金属管２の直上の地表面を移動する受信装置９における車輪電極１０により地表面の電位差を検出し、信号電流成分と同じ成分の信号を抽出して、その振幅、および位相の極性の変化を測定して埋設金属の塗覆装損傷がつくりだす特有の波形を検知し損傷を検出する埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法において、測定信号発信器６，８を調査区間の両端に設置し、各測定信号発信器６，８から２種類の異なった搬送周波数の信号電流を調査対象とする埋設金属管２およびそれぞれの埋設対極５，７間に同時に通電し、２台の受信器１２，１３を備えた受信装置９を金属管の直上の地表面に沿って１回移動させることにより前記２種類の搬送周波数と同じ周波数成分のそれぞれの地表面電位差および位相変化の各信号を検出し、検出した２種類の周波数成分の各信号を比較していずれも同極性となる場合に調査対象埋設金属管２の被覆損傷部３として判別することを特徴とする埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法である。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、さらに、前記２種類の搬送周波数と同じ周波数成分のそれぞれの地表面電位差を受信器１２，１３で検出し、積算して得られる地表面電位差の積算波形２９の形状について受信器１２、１３いずれも同極性となるピーク位置を調査対象埋設金属管２の被覆損傷部３として判別することを特徴とする請求項１記載の２種類の周波数信号を用いた埋設金属管の防食被覆損傷位置検出装置である。
【００１０】
さらに、第３の発明は、第１または第２の発明における２種類の搬送周波数と同じ周波数成分のそれぞれの地表面電位差、位相変化の検出信号および地表面電位差を積算して得られた積算波形の形状について受信器１２、１３いずれも同極性となるピーク位置の全てを比較して調査対象埋設金属管２の被覆損傷部３を判別することを特徴とする２種類の周波数信号を用いた埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法である。
【００１１】
すなわち、本発明の埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法は、従来行っていた測定信号の通電点を変えて受信装置９を２回移動させる測定作業を１回で行うため、２種類の異なった搬送周波数からなる測定信号電流を調査対象範囲の両端の通電点に同時に印加する。そして、金属管２の直上の地表面を移動する２台の受信器１２，１３を備えた受信装置９で受信した２種類の周波数の電位差、位相変化、積算波形等の演算結果と、別途車輪電極１０の回転から測定する移動距離を表示器１４に表示してオペレーターがリアルタイムに損傷信号か干渉信号かを判別可能とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次にこの発明に係る埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法の具体的な実施例について、図によって詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の実施例において用いる防食被覆損傷位置検出装置を示すものであって、鋼管からなる金属管２の外面に防食被覆１を施して構成した防食被覆金属管１１が地中に埋設され、調査区間の両端の地盤４に埋設した対極５及び対極７がそれぞれ周波数の異なる第１測定信号発信器６と第２測定信号発信器８を介して金属管２に接続され、さらに金属管２の直上の地表面にはその金属管２の長手方向に間隔をおいて配置された導電性ゴムからなる車輪電極１０を２つ備えている受信装置９が配置されている。この受信装置９は金属管２の直上の地表面を移動させて金属管２の被覆損傷部３から発する電位差の信号を検出する。
【００１３】
受信装置９は、第１測定信号発生器６からの信号を受信するための第１受信器１２と第２測定信号発生器８からの信号を受信するための第２受信器１３の２つの受信器と、車輪電極１０からの回転信号を受信し距離を演算する距離計測回路１９および表示装置１４からなる。第１受信器１２は、ロックインアンプ１５と、参照信号発信器１６を備え、各車輪電極１０はロックインアンプ１５の入力部に接続され、また第１参照信号発信器１６の出力部はロックインアンプ１５の参照信号入力部に接続されている。
【００１４】
また、第２受信器１３も第１受信器１２と同様に、ロックインアンプ１７と、参照信号発信器１８を備え、各車輪電極１０はロックインアンプ１７の入力部に接続され、また第２参照信号発信器１８の出力部はロックインアンプ１７の参照信号入力部に接続されている。
【００１５】
そして、第１受信器１２と第２受信器１３の出力信号は、平衡記録計等の表示装置１４に接続されている。
距離計測回路１９は、車輪電極１０に取り付けられたエンコーダー等の回転信号発生器により検出した回転量を移動距離に変換し、その結果は表示装置１４に表示されるようになっている。
【００１６】
この発明において、第１測定信号発振器６と第２測定信号発生器８で用いる周波数は、数十から７５０Ｈｚの周波数の範囲から選択した異なった周波数を用いる。但し、商用周波数である５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの逓倍の周波数を使用するとノイズが重畳するため、この周波数の使用は避ける必要がある。また、測定信号発振器と受信器の性能にもよるが、使用する２つの周波数の差があまり小さいと、他方の周波数の信号を検出してしまうことがあるため使用する２つの周波数は数十Ｈｚ以上離しておく必要がある。例えば一例として第１測定信号発振器６の周波数を２２０Ｈｚとし、第２測定信号発生器８の周波数を３２０Ｈｚにすると好ましい結果が得られる。
【００１７】
また、被覆損傷部３の位置を知る手段として位相変化を利用しているため、第１測定信号発信器６の出力周波数と第１参照信号発信器１６の出力周波数、および第２測定信号発信器８の出力周波数と第２参照信号発信器１８の出力周波数とは極く近似していなければならない。実用的な測定信号発信器と参照信号の相対的位相変化の許容程度は、受信装置９の移動速度や被覆損傷部の確認時間を考慮して、（１８０度／時間）より小さい範囲とする。
【００１８】
なお、調査対象区間の金属管２の両端に周波数の異なる第１測定信号発信器６と第２測定信号発信器８を接続して信号電流を流すと、一方の測定信号発信器（６又は８）から他方の測定信号発信器（８又は６）に信号が流れ込み、信号の干渉による信号精度の劣化、あるいは信号の逆流による発信器の破損を生じる恐れがある。
図６（ａ）はその対策として、第１測定信号発信器６および第２測定信号発信器８のそれぞれにおいて金属管２との接続回路の途中に、ノッチフィルタ３２を設置した保護回路を示す。
【００１９】
ノッチフィルタ３２の通過可能周波数を当該測定信号発信器と同じにしておけば測定信号発信器自身が発信する周波数以外（他方の測定信号発信器）の信号流入を防ぐことができる。
これにより、周波数の異なる２つ以上の測定信号発信器６，８が存在しても測定信号発信器同士の干渉および逆流を防ぎつつ、異なった周波数の計測信号を同時に通電可能にすることができる。
【００２０】
なお、ノッチフィルタ３２に代替して、図６（ｂ）に示すように接地抵抗と同等の抵抗器３３を介在させて発信器の見かけ上のインピーダンスを増加させて通電することにしてもよい。
【００２１】
以上説明した金属管の防食被覆損傷位置検出装置を用いて、本発明に係る調査対象金属管の防食被覆損傷位置を検出する方法を説明する。
【００２２】
まず、第１測定信号発信器６及び第２測定信号発信器８を用いてそれぞれ金属管２と対極５及び対極７との間に２種類の異なった交流信号電流を通じる。そして、金属管２上の地表面に沿って車輪電極１０を移動させると車輪電極１０は第１測定信号発信器６および第２測定信号発信器８よりそれぞれ地表面の車輪電極１０間の電位差を検出し、その検出信号を第１受信器１２及び第２受信器１３の検出信号入力部に入力する。なお、第１受信器１２内の第１参照信号発信器１６は第１測定信号発信器６の発信周波数に、第２受信器１３内の第２参照信号発信器１８の周波数は、第２測定信号発信器８の発信周波数にあわせておく。
【００２３】
一方、第１参照信号発信器１６及び第２参照信号発信器１８から発信されるそれぞれの参照信号は第１測定信号発生器６及び第２測定信号発生器８のロックインアンプ１５，１７の参照信号入力部に入力される。
【００２４】
第１受信器１２において参照信号で処理された出力信号は、表示装置１４に入力され、この表示装置１４においてさらに信号処理されて図３に示すように、振幅Ａの波形２１［図３（ａ）］、Acosφの波形２２［図３（ｂ）］、Asinφの波形２３［図３（ｃ）］および位相φの波形２５［図３（ｄ）］が表示される。
なお、図３において、横軸は被覆損傷部からの距離を示し、また図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）における縦軸２０は電位差を示し、さらに（ｄ）における縦軸２４は位相の大きさを示す。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｄ）の各波形のうち、振幅Ａの波形２１を示す（ａ）においては、電位の極小位置が被覆損傷部の位置であり、Acosφの波形２２を示す（ｂ）およびAsinφの波形２３を示す（ｃ）においては、電位の正負の変換位置が被覆損傷部の位置である。また位相φの波形２５を示す（ｄ）においては、位相の反転位置が被覆損傷部の位置であるので、各波形から被覆損傷部の位置を確認することができる。
【００２６】
表示装置１４には、第２受信器１３からも同様の信号が入力され、第１受信器１２のものと合わせて２種類の周波数からなる振幅Ａ、Acosφ、Asinφおよび位相φの波形が同時に表示される。
【００２７】
図４は測定対象の金属管に隣接して誤検出の原因となる導電性埋設物２６が存在する場合において、第１受信器１２と第２受信器１３が検出した信号を処理した波形を示したものである。
【００２８】
第１測定信号発生器６を用いて対極５から地盤４に流れた信号は、被覆損傷部３から金属管２に流入し、再び第１測定信号発生器６に戻る。金属管２に隣接して導電性埋設物２６が存在する場合、対極５から地盤４に流れた信号は、導電性埋設物２６の低接地部２７に流入し、再び他の低接地部２８から地盤４に流出し、金属管２の被覆損傷部３を経由して第１測定信号発生器６に戻る。このとき受信装置９の表示装置１４に表示される調査対象金属管２の被覆損傷部３の振幅Ａの波形２１と、導電性埋設物２６の低接地部２７および低接地部２８の振幅Ａの干渉波形２１ａは、図４（ａ）に示すように酷似しているため、これのみでは判別できない。
【００２９】
一方、位相φの波形２５の変化の様子を見ると、図４（ｄ）に示すように第１受信器１２と第２受信器１３では金属管２の被覆損傷部３において位相φの波形２５は同じ極性で反転する。しかしながら、導電性埋設物２６の低接地部２７および低接地部２８では、第１受信器１２と第２受信器１３は異なった極性で位相φの波形２５ａが反転するため、これから干渉現象であるとの判別ができる。
【００３０】
ただし、位相反転信号２５はノイズを受け易いため、振幅波形２１と組合わせて判断した方がよい。
すなわち、第１受信器１２と第２受信器１３の位相２４が同じ極性で反転し、且つ振幅Ａの波形２１が極小となる位置が調査対象金属管２の真の被覆損傷位置３である。
【００３１】
なお、図示していないが、調査対象金属管２の被覆損傷部３のAcosφ、Asinφの波形と、導電性埋設物２６の低接地部２７および低接地部２８のAcosφ、Asinφの干渉波形からも真の被覆損傷部の判別を行う事ができる。この場合、第１受信器１２と第２受信器１３では金属管２の被覆損傷部３においてAcosφ、Asinφは同じ極性で変化する。しかしながら、導電性埋設物２６の低接地部２７および低接地部２８では、第１受信器１２と第２受信器１３は異なった極性でAcosφ、Asinφが変化するため、これから干渉現象であるとの判別ができる。但し、Acosφ、Asinφの信号波形の変化の程度はあまり顕著に表れないので注意して判別する必要がある。
【００３２】
図３（ｅ）および図４（ｅ）は、第２の発明に係るもので、第１受信器１２と第２受信器１３が検出した信号を積算処理した波形２９を示す図である。図３（ｅ）および図４（ｅ）において、横軸は被覆損傷部からの距離を示し、縦軸は電位差を示す。この積算波形２９は図５の積算フローで得られる。すなわち、第１受信器１２および第２受信器１３にて、前記のように車輪電極１０で検出した電位差信号を演算したAsinφ（又はAcosφ）の結果を積算回路３０に入力し、積算結果を表示装置１４に出力する。
【００３３】
図４（ｅ）に示す積算波形２９において、任意の計測地点からAsinφの積算を開始させることにより得られる波形２９の形状は、測定対象の金属管２の被覆損傷部３では第１受信器１２、第２受信器１３のいずれも同極性で山形に変化し、ピーク点が被覆損傷部３の位置を示す。一方、被覆損傷部３と隣接した導電性埋設物２６による干渉波形２９ａは、第１受信器１２と第２受信器１３では異なった極性にピークを示す。従って、第１受信器１２と第２受信器１３の積算波形２９の極性の一致、不一致から防食被覆損傷と干渉を判別することが可能である。この第２の発明の方法の場合は、Ｓ／Ｎ比が優れており、判別が困難な小さな被覆損傷（信号のレベルが小さく被覆損傷部の波形がノイズに埋もれてしまう場合）をも容易に検知することができる特徴がある。
【００３４】
なお、積算波形２９においては、長距離に渡って積算すると防食被覆に損傷がない場所において、損傷部以外から生じる被覆材の絶縁抵抗値に起因する計測対象外の誤差電位を積算したある傾きを持って直線的に変化する波形が被覆損傷部により発生する波形に重畳することにより、表示装置１４において被覆損傷部を判別し難くなるだけでなく、演算を続けるとともに積算波形２９は表示範囲から外れてしまうこともある。通常これを避けるために図５に示すように積算回路３０にオフセット設定器３１を接続し、防食被覆に損傷が無い状態のAsinφの値に相当するオフセット値を設定し、Asinφからオフセット値を減じて積算することにより、積算波形２９の傾きをほぼ０となるようにするのが望ましい。その結果、表示装置１４上では被覆損傷部によって発生する積算波形２９のみを表示させることが可能となり、測定感度を高めることができ積算波形２９のピーク点からの損傷位置の判別が正確、且つ容易となる。
【００３５】
この発明による方法は、地中埋設管に限らず、地中埋設ケーブルおよびケーブル保護管の防食被覆の損傷位置を高精度でかつ高能率で検出することにも利用できる。さらに車輪電極を飽和カロメル電極あるいは鉄電極などの照合電極に置き換えることにより、河川、港湾等に施設されている鋼管杭、鋼矢板などの構造物に施された塗装やポリエチレンなどの損傷位置を検出することができる。また車輪電極を磁気センサーに置き換えることにより磁界方式による損傷位置検出や導管のロケーターとして利用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、測定信号として２種類の異なった周波数を有する信号を用いそれぞれの信号を発生する測定信号発信器を調査区間の両端から調査対象とする埋設金属管およびそれぞれの埋設対極間に同時に通電し、車輪電極を備えた受信装置を金属管の直上の地表面に沿って１回移動させる。そして、前記２種類の信号周波数と同じ周波数成分の地表面電位差を検出して、地表面電位差および位相変化を単独または総合的に比較して調査対象金属管の被覆損傷信号か隣接する調査対象外の埋設物の干渉信号かを判別するものである。したがって、調査作業効率が高くコスト削減を図ることができるとともに調査対象金属管の被覆損傷位置を正確に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる防食被覆損傷位置検出装置の実施例の構成図である。
【図２】図１の防食被覆損傷位置検出装置における信号の流れを示すブロック図である。
【図３】図２の表示装置に表示される波形図である。
【図４】本発明における第１受信器および第２受信器の防食被覆損傷波形と干渉波形とを示す図である。
【図５】第２の発明における積算回路の例を示す図である。
【図６】（ａ）は発信装置にノッチフィルタを挿入した実施例を示す図であり、（ｂ）は発信装置に抵抗器を挿入した実施例を示す図である。
【図７】従来の防食被覆損傷位置検出装置を示す図である。
【図８】図７の信号の流れを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 防食被覆
２ 金属管
３ 被覆損傷部
４ 地盤
５ 第１測定信号発信器の対極
６ 第１測定信号発信器
７ 第２測定信号発信器の対極
８ 第２測定信号発信器
９ 受信装置
１０ 車輪電極
１１ 被覆防食金属管
１２ 第１受信器
１３ 第２受信器
１４ 表示装置
１５ ロックインアンプ
１６ 第１受信器の第１参照信号発信器
１７ ロックインアンプ
１８ 第２受信器の第２参照信号発信器
１９ 距離計測回路
２０ 縦軸（電位差）
２１ 波形（振幅Ａ）
２１ａ 干渉波形（振幅Ａ）
２２ 波形（Acosφ）
２３ 波形（Asinφ）
２４ 縦軸（位相差）
２５ 波形（位相φ）
２５ａ 干渉波形（位相φ）
２６ 導電性埋設物
２７，２８ 導電性埋設物の低接地部
２９ 波形（積算波形）
２９ 干渉波形（積算波形）
３０ 積算回路
３１ オフセット設定器
３２ ノッチフィルタ
３３ 抵抗器

Claims (3)

1. 外面に防食被覆１を施して地中に埋設した金属管２の被覆損傷部３と、地盤４に埋設した対極５との間に測定信号発信器６から信号電流を通じ、前記金属管２の直上の地表面を移動する受信装置９における車輪電極１０により地表面の電位差を検出し、信号電流成分と同じ成分の信号を抽出して、その振幅、および位相の極性の変化を測定して埋設金属の塗覆装損傷がつくりだす特有の波形を検知し損傷を検出する埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法において、測定信号発信器６，８を調査区間の両端に設置し、各測定信号発信器６，８から２種類の異なった搬送周波数の信号電流を調査対象とする埋設金属管２およびそれぞれの埋設対極５，７間に同時に通電し、２台の受信器１２，１３を備えた受信装置９を金属管の直上の地表面に沿って１回移動させることにより前記２種類の搬送周波数と同じ周波数成分のそれぞれの地表面電位差および位相変化の各信号を検出し、検出した２種類の周波数成分の各信号を比較していずれも同極性となる場合に調査対象埋設金属管２の被覆損傷部３として判別することを特徴とする埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法。
2. 前記２種類の搬送周波数と同じ周波数成分のそれぞれの地表面電位差を受信器１２，１３で検出し、積算して得られる地表面電位差の積算波形２９の形状について受信器１２、１３いずれも同極性となるピーク位置を調査対象埋設金属管２の被覆損傷部３として判別することを特徴とする請求項１記載の２種類の周波数信号を用いた埋設金属管の防食被覆損傷位置検出装置。
3. 請求項１または請求項２における２種類の搬送周波数と同じ周波数成分のそれぞれの地表面電位差、位相変化の検出信号および地表面電位差を積算して得られた積算波形の形状について受信器１２、１３いずれも同極性となるピーク位置の全てを比較して調査対象埋設金属管２の被覆損傷部３を判別することを特徴とする２種類の周波数信号を用いた埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法。

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