JP5273714B2 - 金属埋設深さ測定システム及び測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、物体の内部に埋設されている金属の埋設深さを測定するための、金属埋設深さ測定システム及び測定方法に関する。

従来、様々な目的で金属探知が行われている。例えば、建屋の壁面や床面を構成するコンクリートの内部に埋設された鉄筋や金属配管の探知、空港やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）室の如き特殊領域に対する金属の出入りを監視するための探知、あるいは、食品への金属の混入を監視するための探知があり、このような金属探知を行うために、様々な原理を用いた金属探知装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、主としてキャパシタンスの変化を検出することで、金属を検知する非破壊検査システムが開示されている。この装置は、第１電極体、第２電極体、及びこれらの電極体に接続された測定器を備えて構成されており、第１電極体と第２電極体を建築構造物の壁面に沿って移動させつつ、測定器にて測定された第１電極体と第２電極体の間のアドミッタンスの変化を見ることで、金属を検知することができる。

あるいは、特許文献２には、埋設された金属から反射された電磁波を、磁気センサを用いて電磁誘導によって検知することにより、埋設金属の位置を検知することができる画像表示処理システムが開示されている。

特開２００７−２１８８８８号公報 特開平４−３８４９４号公報

しかしながら、これら従来のシステムは、キャパシタンスや電磁波を直接の検出対象とし、この検出対象の検出出力の変換に基づいて金属を検知するものであり、金属検知の精度が、この検出対象の検出精度に大きく依存する。例えば、コンクリートに埋設された金属を磁気センサを用いて検出する場合、コンクリートの表面に沿って１つの磁気センサを移動させつつ、当該磁気センサからの検出出力を監視し、当該検出出力が最大となった位置を金属の直上位置と判定すると共に、この検出出力に基づいて埋設深さを算定していた。

この場合、直上位置については、各位置に磁気センサを配置した場合の検出出力を相互に比較することによる相対的な判定によって特定できるため、比較的正確に特定することができる。しかしながら、埋設深さについては、直上位置における磁気センサの検出出力に基づく絶対的な数値となるため、磁気センサによる電磁波の検出精度によって大きく左右されたり、コンクリートの内部組成が磁気センサの検出出力に与える影響を受ける等、高精度で測定を行うことが困難であった。

この発明は、このような従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、金属の埋設深さを簡易に高精度で測定することができる、金属埋設深さ測定システム及び測定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の金属埋設深さ測定システムは、物体の内部に埋設されている金属の埋設深さを測定する金属埋設深さ測定システムであって、前記金属を検出する金属検出手段と、前記金属検出手段の検出結果に基づいて、前記金属の埋設深さを算定する算定手段と、前記算定手段にて算定された前記金属の埋設深さを出力する出力手段を備え、前記算定手段は、前記物体の表面に沿って前記金属検出手段を走査することにより、前記物体の表面上における前記金属の真上位置である表面真上位置が特定されると共に、前記表面真上位置から任意の第１距離だけ離れた位置において前記物体の表面に任意の角度で交差する傾斜面に沿って前記金属検出手段を走査することにより、前記傾斜面上における前記金属の真上位置である傾斜面真上位置が特定された場合において、前記第１距離、前記物体の表面と前記傾斜面が交差する位置から前記傾斜面真上位置までの距離である第２距離、及び前記角度に基づいて、前記金属の埋設深さを算定することを特徴とする。

請求項２に記載の金属埋設深さ測定システムは、請求項１に記載の金属埋設深さ測定システムにおいて、前記算定手段は、前記金属の埋設深さの算定を、ｄ＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２／ｓｉｎθ）（ただし、ｄは前記金属の埋設深さ、ｘ１は前記第１距離、ｘ２は前記第２距離、θは前記角度）により行うことを特徴とする。

請求項３に記載の金属埋設深さ測定システムは、請求項２に記載の金属埋設深さ測定システムにおいて、前記算定手段は、前記θ≪１の場合に、前記金属の埋設深さの算定を、ｄ＝（ｘ１−ｘ２）／θにより行うことを特徴とする。

請求項４に記載の金属埋設深さ測定システムは、請求項２に記載の金属埋設深さ測定システムにおいて、前記算定手段は、前記θ≪１の場合であって、前記物体の表面に対して前記θだけ傾けた前記金属検出手段を当該表面上で走査させることで前記ｘ２がゼロとなる場合に、前記金属の埋設深さの算定を、ｄ＝ｘ１／θにより行うことを特徴とする。

請求項５に記載の金属埋設深さ測定システムは、請求項１から４のいずれか一項に記載の金属埋設深さ測定システムにおいて、前記金属検出手段は、前記物体の表面上に配置されるもので、検出方向が前記物体の表面に直交する方向になるように配置される第１検出ユニットと、前記第１検出ユニットに対して前記第１距離だけ離れた位置に配置されるもので、検出方向が前記傾斜面に直交する方向になるように配置される第２検出ユニットと、前記物体の表面に対する前記傾斜面の角度を変更する角度変更手段と、前記第１検出ユニット、前記第２検出ユニット、及び前記角度変更手段を一体に連携する連携手段とを備えることを特徴とする。

請求項６に記載の金属埋設深さ測定方法は、物体の内部に埋設されている金属の埋設深さを測定する金属埋設深さ測定方法であって、前記物体の表面に沿って金属検出手段を走査することにより、前記物体の表面上における前記金属の真上位置である表面真上位置を特定する第１工程と、前記表面真上位置から任意の第１距離だけ離れた位置において前記物体の表面に任意の角度で交差する傾斜面に沿って前記金属検出手段を走査することにより、前記傾斜面上における前記金属の真上位置である傾斜面真上位置を特定する第２工程と、前記第１距離、前記物体の表面と前記傾斜面が交差する位置から前記傾斜面真上位置までの距離である第２距離、及び前記角度に基づいて、前記金属の埋設深さを算定する第３工程とを含むことを特徴とする。

請求項７に記載の金属埋設深さ測定方法は、請求項６に記載の金属埋設深さ測定方法において、前記第３工程において、前記金属の埋設深さの算定を、ｄ＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２／ｓｉｎθ）（ただし、ｄは前記金属の埋設深さ、ｘ１は前記第１距離、ｘ２は前記第２距離、θは前記角度）により行うことを特徴とする。

請求項８に記載の金属埋設深さ測定方法は、請求項７に記載の金属埋設深さ測定方法において、前記第３工程において、前記θ≪１の場合に、前記金属の埋設深さの算定を、ｄ＝（ｘ１−ｘ２）／θにより行うことを特徴とする。

請求項９に記載の金属埋設深さ測定方法は、請求項７に記載の金属埋設深さ測定方法において、前記第２工程において、前記物体の表面に対して前記θだけ傾けた前記金属検出手段を当該表面上で走査させることで前記ｘ２をゼロとし、前記第３工程において、前記θ≪１の場合に、前記金属の埋設深さの算定を、ｄ＝ｘ１／θにより行うことを特徴とする。

請求項１に係る金属埋設深さ測定システム又は請求項６に記載の金属埋設深さ測定方法によれば、表面真上位置及び傾斜面真上位置については金属検出手段の検出精度に大きく依存することなく正確に特定でき、さらにこれら表面真上位置及び傾斜面真上位置に基づく幾何学的な関係によって金属の埋設深さを算定できるので、金属の埋設深さを高精度で容易に測定できる。また、表面真上位置と埋設深さが特定できることから、金属の位置が特定できる。
また、請求項１に係る金属埋設深さ測定システム又は請求項６に記載の金属埋設深さ測定方法によれば、従来は測定が困難であった同一位置で深さが異なるダブル配筋や近接した配筋についても、表面真上位置及び傾斜面真上位置に基づく幾何学的な関係によって算定できる。

また、請求項２に係る金属埋設深さ測定システム又は請求項７に記載の金属埋設深さ測定方法によれば、この算定式を用いることで、幾何学的な関係によって金属の埋設深さを高精度で容易に測定できる。

また、請求項３に係る金属埋設深さ測定システム又は請求項８に記載の金属埋設深さ測定方法によれば、によれば、θ≪１の場合に、一層簡易な算定式を用いて、金属の埋設深さを高精度で容易に測定できる。

また、請求項４に係る金属埋設深さ測定システム又は請求項９に記載の金属埋設深さ測定方法によれば、θ≪１の場合であってｘ２がゼロの場合に、一層簡易な算定式を用いて、金属の埋設深さを高精度で容易に測定できる。

また、請求項５に係る金属埋設深さ測定システムによれば、連携手段を介して第１検出ユニット、第２検出ユニット、及び角度変更手段を一体に保持したまま移動させ、角度変更手段を介して傾斜面の角度を変更させることで、金属の埋設深さを測定できるので、１台の検出ユニットを複数位置に移動させて測定を行う場合に比べて、一層容易に測定を行うことができる。

以下に添付図面を参照して、各発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の各々の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る金属埋設深さ測定システム及び測定方法は、物体の内部に埋設されている金属の埋設深さを測定するためのものである。

各実施の形態に共通の特徴の一つは、金属を検出する金属検出手段と、この金属検出手段の検出結果に基づいて、金属の埋設深さを算定する算定手段と、この算定手段にて算定された金属の埋設深さを出力する出力手段を備え、算定手段は、物体の表面に沿って金属検出手段を走査することにより、表面真上位置が特定されると共に、表面真上位置から任意の距離だけ離れた位置において物体の表面に任意の角度で交差する傾斜面に沿って金属検出手段を走査することにより、傾斜面真上位置が特定された場合において、距離、物体の表面と傾斜面が交差する位置から傾斜面真上位置までの距離、及び角度に基づいて、金属の埋設深さを算定することにある。すなわち、従来と同様に金属検出手段による金属検出を行うが、この検出結果に基づいて直接的に埋設深さを算定するのではなく、表面真上位置や傾斜面真上位置が特定された際の各部の距離や角度に基づいて幾何学的に埋設深さを算定するため、金属検出手段の検出精度への依存度を低減でき、金属の埋設深さを簡易に高精度で測定することができる。

ここで、金属が埋設される物体（以下、必要に応じて「埋設体」と称する）の種類は特記する事項を除いて任意であり、例えば、土、木材、あるいはコンクリートを挙げることができる。測定対象となる金属の種類は特記する事項を除いて任意であり、例えば、金属配管、鉄筋、その他の任意の金属含有物体を含む。以下では、コンクリートの内部に埋設された鉄筋を測定する場合について説明する。

「埋設深さ」とは、埋設体の表面から金属に至る直線であって、埋設体の表面に対して直交する垂線上における、埋設体の表面と金属との距離（すなわち埋設体の表面から金属に至る最短距離）である。「表面真上位置」とは、金属の真上位置（埋設体の表面に対して直交する垂線上の位置であって、金属を通過する垂線が埋設体の表面と交差する位置）である。「傾斜面真上位置」とは、表面真上位置から任意の距離（ゼロを含む）だけ離れた位置において埋設体の表面に任意の角度で交差する傾斜面を想定した場合に、この傾斜面上における金属の真上位置（傾斜面の表面に対して直交する垂線上の位置であって、金属を通過する垂線が傾斜面の表面と交差する位置）である。

なお、各実施の形態において使用される金属検出手段の検出原理や具体的構造は任意であり、表面真上位置及び傾斜面真上位置を特定できる限りにおいて、任意の手段を用いることができる。以下では、コイルを用いて磁場を発生させ、この磁場における磁束が金属によって受ける変化をピックアップコイルで検出することで、金属を検出するセンサを用いた例を説明する。

〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、各実施の形態に係る金属埋設深さ測定システム及び測定方法の具体的内容について説明する。

〔実施の形態１〕
まず、実施の形態１について説明する。この実施の形態１は、物体の表面から離れた位置に傾斜面を形成して測定を行う形態である。

（金属埋設深さ測定システムの構成）
図１は実施の形態１に係る金属埋設深さ測定システムを埋設体と共に示す模式図、図２は図１の測定ユニットの平面図である。実施の形態１における埋設体１は、鉄筋１ａが埋設されたコンクリート１ｂである。金属埋設深さ測定システム２は、測定ユニット１０、発振器２０、アンプ３０、ロックインアンプ４０、及び測定結果出力装置５０を備えて構成されている（図１においては、埋設体１及び測定ユニット１０を縦断面図として示し、それ以外の構成要素を斜視図として示す。なお、縦断面とはコイルの中心軸方向に沿った切断面による断面を意味する。また、各図に示す各コイルの縦断面では、各コイルを構成する銅線を簡略化して示す）。

測定ユニット１０は、埋設体１に近接配置されるもので、特許請求の範囲における金属検出手段に対応する。この測定ユニット１０は、測定子１１、内側コイル１２、及び外側コイル１３を備えて構成されている。

測定子１１は、測定点Ｐの磁場を測定するもので、円筒状の測定子本体１１ａの先端近傍位置にピックアップコイル１１ｂを巻き付けて構成されており、このピックアップコイル１１ｂを通過する磁束の変化によって当該ピックアップコイル１１ｂに起電力が発生し、当該磁束の変化に応じた電流が当該ピックアップコイル１１ｂから出力される。このピックアップコイル１１ｂの中心軸上の中央位置が測定点Ｐとなる。

内側コイル１２は、測定点Ｐに第１の磁場を発生させるもので、銅線を円筒状に巻き付けることで形成されており、この内側コイル１２にアンプ３０から出力された電流を流すことで、内側コイル１２の軸方向に沿った第１の磁場が形成される。

外側コイル１３は、測定点Ｐに対して第２の磁場を発生させるもので、銅線を円筒状に巻き付けることで形成されており、この外側コイル１３にアンプ３０から出力された電流を流すことで、外側コイル１３の軸方向に沿った第２の磁場が形成される。

これら測定子１１、内側コイル１２、及び外側コイル１３の相互関係について説明する。測定子１１のピックアップコイル１１ｂは、内側コイル１２の内部であって、内側コイル１２と同心状となる位置に配置されている。また、外側コイル１３は、内側コイル１２と同心状となる位置であって、当該内側コイル１２を外側から囲繞する位置に配置されている。ここで、内側コイル１２と外側コイル１３とは相互に差動接続されているため、内側コイル１２の端部と外側コイル１３の端部とにアンプ３０から出力された電流を流すことで、内側コイル１２による第１の磁場と外側コイル１３による第２の磁場とは相互に逆方向となる。また、内側コイル１２の直径及び銅線の巻数と外側コイル１３の直径及び銅線の巻数とは、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとがピックアップコイル１１ｂの測定点Ｐの位置で相互に同一になるように決定されている。具体的には、内側コイル１２の直径と外側コイル１３の直径との比が、内側コイル１２の銅線の巻数と外側コイル１３の銅線の巻数との比に等しくなるように、これら内側コイル１２及び外側コイル１３が形成されている。このように、第１の磁場と第２の磁場とを相互に逆方向としたこと、及び、第１の磁場の強さと第２の磁場の強さとを相互に同一としたことから、これら第１の磁場と第２の磁場との測定点Ｐにおける合成磁場は略ゼロになる。

図１において、発振器２０は、所定周波数（例えば１ＫＨｚから数ＭＨｚ）の電流を出力する基準電流源である。

アンプ３０は、発振器２０から出力された電流を増幅して、内側コイル１２の端部と外側コイル１３の端部とに出力する。

ロックインアンプ４０には、測定子１１のピックアップコイル１１ｂから出力される電流が測定信号として入力されると共に、発振器２０から出力された電流が参照信号として入力される。このロックインアンプ４０では、測定子１１のピックアップコイル１１ｂから出力される電流のうち、発振器２０から出力された電流と等しい周波数成分の電圧値を検出することにより、雑音中の微少信号を検出する。この電圧値は、ロックインアンプ４０の表示部に例えば電圧出力、位相差、あるいはグラフ形式で表示される。なお、ロックインアンプ４０と、測定子１１や発振器２０との間に、ロックインアンプ４０の上限周波数を拡張するための周波数変換器（ロックインアンプ周波数エクステンダ）を配置してもよい。

測定結果出力装置５０は、金属検出手段の検出結果に基づいて、鉄筋１ａの埋設深さを算定すると共に、当該算定された鉄筋１ａの埋設深さを出力するコンピュータである。図３は測定結果出力装置５０の構成を機能概念的に示すブロック図である。この測定結果出力装置５０は、各種の情報を入力するための入力部５１と、各種の情報を出力するための出力部５２と、各種の情報を記憶するための記憶部５３と、これら各部を制御する制御部５４を備えて構成されている。入力部５１は、例えばキーボードの如き入力手段にて構成され、出力部５２は、例えばモニタやプリンタの如き出力手段にて構成され、記憶部５３は、ＨＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）やフラッシュメモリの如き記憶媒体にて構成される。

制御部５４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、このＣＰＵ上で解釈実行されるプログラムにて構成される。この制御部５４は、機能概念的に、埋設深さ算定部５４ａを備える。埋設深さ算定部５４ａは、ロックインアンプ４０からの出力、あるいは入力部５１からの入力情報に基づいて、後述する各種の算定式に応じた埋設深さの算定を行う算定手段である。この埋設深さ算定部５４ａは、例えば、本実施の形態に係る金属探知方法をコンピュータとしての測定結果出力装置５０に実行させるための金属探知プログラムを、任意のネットワークや記憶媒体を介して測定結果出力装置５０にインストールすることにより構成される。

（金属埋設深さ測定方法及び金属埋設深さ測定プログラム）
次に、このように構成された金属埋設深さ測定システム２を用いて行われる金属埋設深さ測定方法と、測定結果出力装置５０によって実行される金属埋設深さ測定プログラムについて説明する。

最初に、測定ユニット１０の測定子１１の位置調整（出力のゼロ点調整）を行う。具体的には、金属埋設深さ測定システム２の周囲に金属がない状態で、発振器２０を起動して電流を流し、ロックインアンプ４０の出力（電圧値）がゼロになるように、内側コイル１２及び外側コイル１３に対する測定子１１の位置を調整する。

次に、埋設体１の表面に沿って測定ユニット１０を走査することにより、埋設体１の表面上における鉄筋１ａの真上位置である表面真上位置を特定する（第１工程）。図４は第１工程における検出状態を概念的に示す図である。具体的には、埋設体１の表面上に走査線（鉄筋１ａに直交する直線であって、鉄筋１ａの真上位置を通過すると想定される直線）を仮想的に設定し、この走査線の任意の初期位置に測定ユニット１０を配置し、この測定ユニット１０を１度だけ走査線に沿って連続的に移動させつつ、ロックインアンプ４０の出力を見ることで、この出力が最大となる位置を見つける。あるいは、測定ユニット１０の連続的な移動が困難である場合には、走査線上における離散的な複数位置（例えば最低３位置、好ましくは１０位置以上）に測定ユニット１０を順次移動させ、各位置においてロックインアンプ４０の出力を見ることで、この出力が最大となる位置を見つける。この場合、ロックインアンプ４０のオフセット調整により、電圧出力をゼロにすればさらに精度を向上させることができる。例えば、図４に示すように、埋設体１の表面上の位置Ｐ１〜Ｐ３で測定を行うことで、ロックインアンプ４０の出力に基づいて図示のような出力波形が得られた場合において、この出力波形において出力値が最大となる位置が位置Ｐ２であった場合には、当該位置Ｐ２が表面真上位置である。

そして、測定を終えた走査線に対して平行な他の走査線を設定し、上記と同様の手順を繰り返し、当該他の走査線の各位置の中で、ロックインアンプ４０の出力が最大となる位置を見つける。このように、埋設体１の表面の全域に順次走査線を設定し、各走査線上においてロックインアンプ４０の出力が最大となる位置を見つけ、さらに、各走査線上における出力最大位置の相互間で、ロックインアンプ４０の出力が最大を見つける。この位置が、埋設体１の表面上において鉄筋１ａに最も近い位置であり、表面真上位置であることが判る。ただし、鉄筋１ａのように、埋設深さがほぼ一定である金属を探知する場合には、１本の走査線のみを走査すればよい。

なお、鉄筋１ａの位置がある程度事前に判っている場合には、この位置の周辺のみに限定して上記測定を行ってもよく、また、走査線の設定間隔や各走査線上における測定ユニット１０の移動間隔は任意であり、測定ユニット１０による金属検出時の分解能、鉄筋１ａの線径、所望の精度、及び作業量を考慮して決定することができる（後述する第２工程においても同じ）。ただし、１本の走査線上における出力の最大値を正確に特定するためには、最大値近傍では移動間隔を狭めることが好ましい。なお、金属検出手段の構成や検出原理によっては、鉄筋１ａに最も近い位置での出力が最小又はゼロになるため、上記説明における「出力が最大となる位置」を「出力が最小又はゼロとなる位置」に読み替えた方法となる（後述する第２工程においても同じ）。

次に、表面真上位置から任意の距離だけ離れた位置において埋設体１の表面に任意の角度で交差する傾斜面に沿って測定ユニット１０を走査することにより、傾斜面上における鉄筋１ａの真上位置である傾斜面真上位置を特定する（第２工程）。図５は第２工程における測定作業を説明するための説明図、図６は第２工程における検出状態を概念的に示す図である。具体的には、埋設体１の表面上に傾斜面を形成するための平板を配置し、この平板の表面（傾斜面）を、第１工程における埋設体１の表面と見立てて第１工程と同様の手順を行うことで、傾斜面真上位置を特定する。例えば、図６に示すように、傾斜面上の位置Ｐ４〜Ｐ６で測定を行い、ロックインアンプ４０の出力が最大となる位置Ｐ５が、傾斜面真上位置である。なお、傾斜面の具体的な形成方法は任意であり、例えば、平板に代えて、埋設体１の表面上に載置される底面と、この底面に上記任意の角度で交差する傾斜面とを有する、角錐形状の測定台を用いてもよい。これら平板や測定台は、測定ユニット１０による鉄筋１ａの検出に悪影響を与えないよう、非磁性材料（例えばアクリル）にて形成することが好ましい。また、角度の異なる複数の測定台を用意しておき、必要に応じてこれらを相互に入れ替えることで、角度を変えるようにしてもよい。

その後、１）表面真上位置から埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置までの距離（第１距離）、２）埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置から傾斜面真上位置までの距離（第２距離）、及び３）埋設体１の表面に対する傾斜面の角度を、任意の方法で測定し、当該測定した距離及び角度を、測定結果出力装置５０に入力部５１を介して入力する。そして、入力部５１を介した所定方法で鉄筋１ａの埋設深さ（以下「埋設深さｄ」）の算定を指示すると、金属埋設深さ測定プログラムが起動され、当該埋設深さの算定が埋設深さ算定部５４ａにより行われ、当該算定された埋設深さが出力部５２を介して表示出力や印刷出力される（第３工程）。

図７は埋設深さの算定原理を示す図である。この図７において、位置Ｏは第１工程で特定した表面真上位置、位置Ｏ’は第２工程で特定した傾斜面真上位置を示す。また、この図７では、位置Ｏを原点とし、埋設体１の表面に沿った方向をＸ軸、Ｘ軸に直交する方向をＺ軸とした平面と、位置Ｏ’を原点とし、傾斜面に沿った方向をＸ’軸、Ｘ’軸に直交する方向をＺ’軸とした平面を示す。この図７における幾何学的関係から明らかなように、以下の式（１）が成り立ち、この式（１）から式（２）が導かれる。なお、以下の各式においては、鉄筋１ａの埋設深さを「ｄ」、表面真上位置から、埋設体１と傾斜面が交差する位置までの距離を「ｘ１」、埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置から、傾斜面真上位置までの距離を「ｘ２」、埋設体１の表面に対する傾斜面の角度を「θ」とそれぞれ略記する。
ｘ１＝ｘ２・ｃｏｓθ＋ｄ・ｔａｎθ＋ｘ２・ｓｉｎθ・ｔａｎθ ・・・式（１）
ｄ＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２／ｓｉｎθ） ・・・式（２）

なお、θ（ラジアン）が１より十分に小さい時（θ≪１）の場合には（ｓｉｎθ≒ｔａｎθ≒θと近似できる場合であり、例えば、ｓｉｎθとｔａｎθを１％以下の誤差で近似できるθ＜０．３の場合。以下同じ）、上記式（２）は以下の式（３）となる。この条件は、埋設深さが比較的深い場合に適用できる。例えば、埋設深さ算定部５４ａは、入力されたθを記憶部５３に予め設定された閾値と比較することによりθ≪１であるか否かを判定し、θ≪１である場合には、式（２）に代えて式（３）を用いて算定を行う。
ｄ＝（ｘ１−ｘ２）／θ ・・・式（３）

本方法では、このように表面真上位置と埋設深さが特定できることから、鉄筋１ａの３次元上の位置も正確に特定できる。さらに、測定対象である金属が、埋設体１の表面方向に沿って複数存在する場合や、異形状（縦長、横長、方形状等）の場合でも、その位置を特定することができる。このためには、例えば、第１工程では、埋設体１の表面を複数回走査し、ロックインアンプ４０の出力に基づいて、２次元平面での位置及び形状の推定を行う。次に、第２工程では、傾斜面上を走査し、金属が存在する埋設深さ（この場合には連続する複数位置の各々の深さ）を特定する。これら第１工程や第２工程における走査では、金属が大きい場合、ロックインアンプ４０の出力は１つのピークでなく、広がりをもったピーク（台形のような形）になる。そして、第１工程での推定した位置及び形状と、第２工程で特定した埋設深さから、金属の３次元上の位置及び形状を特定できる。

なお、埋設体１の表面上に障害物等があり、表面真上位置における測定ができない場合には、埋設体１の表面上における表面真上位置からずれた位置に図７の位置Ｏ’をもう１か所設定することで、公知の幾何学的関係により、埋設深さを算定することができる。

（金属埋設深さ測定方法−複数金属の埋設時）
これまでの説明では、埋設体１に鉄筋１ａが１本のみ埋設されている場合について説明したが、埋設体１の表面に対して直交する垂線上に沿って複数本の鉄筋１ａ_１、１ａ_２が埋設されている場合であっても、各鉄筋１ａ_１、１ａ_２の埋設深さを測定できる。図８は複数の鉄筋１ａ_１、１ａ_２の埋設深さの算定原理を示す図である。

第１工程では、鉄筋１ａが１本のみの埋設されている場合と同様に、ロックインアンプ４０の出力が最大となる位置は、これら鉄筋１ａ_１、１ａ_２に共通の垂線上の位置であるため、第１工程と同様の手順により特定することができる。

第２工程では、傾斜面の表面に対して直交する垂線が鉄筋１ａ_１、１ａ_２と交わる２つの位置において、ロックインアンプ４０の出力が最大となるため、これら２つの位置を傾斜面真上位置として特定する。なお実際には、各位置におけるロックインアンプ４０の出力は、各位置における鉄筋１ａ_１の検出出力と鉄筋１ａ_２の検出出力との合成出力となり、位置における合成出力と位置における合成出力とは相互に異なり得るため、ロックインアンプ４０の出力が最大なる位置は厳密には一か所のみであるが、他の位置における出力との比較から、これら各位置をピークの検出位置として容易に特定することが可能である。

そして、第３工程では、１）表面真上位置から埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置までの距離、２）埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置から２つの傾斜面真上位置までの各々距離、及び３）埋設体１の表面に対する傾斜面の角度を、任意の方法で測定し、当該測定した距離及び角度を、測定結果出力装置５０に入力部５１を介して入力することで、埋設深さの算定が制御部５４により行われる。

図８において、位置Ｏは表面真上位置、位置Ｏ’は鉄筋１ａ_１に対する傾斜面真上位置、位置Ｏ”は鉄筋１ａ_２に対する傾斜面真上位置を示す。鉄筋１ａ_１の埋設深さを「ｄ１」、鉄筋１ａ_２の埋設深さを「ｄ２」、埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置を基準として、傾斜面真上位置までの距離を「ｘ２１」、傾斜面真上位置までの距離を「ｘ２２」と略記すると、上記式（２）から、以下の式（４）、（５）が導かれる。
ｄ１＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２１／ｓｉｎθ） ・・・式（４）
ｄ２＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２２／ｓｉｎθ） ・・・式（５）

なお、θ（ラジアン）が１より十分に小さい時（θ≪１）の場合、上記式（４）は以下の式（６）となり、上記式（５）は以下の式（７）となる。この条件は、埋設深さが比較的深い場合に適用できる。
ｄ１＝（ｘ１−ｘ２１）／θ ・・・式（６）
ｄ２＝（ｘ１−ｘ２２）／θ ・・・式（７）

（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、鉄筋１ａの埋設深さを高精度で容易に測定できる。すなわち、第１工程における表面真上位置特定や、第２工程における傾斜面真上位置の特定は、ロックインアンプ４０の出力を相互に比較することによる相対的な判定によって行うことができるため、出力のピークが特定できる程度のＳ／Ｎ比があればよく、測定磁界の強度情報は不要であるため、ロックインアンプ４０の検出精度に大きく左右されることなく、比較的正確に特定することができる。また、第３工程における埋設深さの算定は、幾何学的関係に基づく所定の算定式（２）によって行うことができるので、ロックインアンプ４０の検出精度に無関係に、容易かつ正確に行うことが可能となる。また、表面真上位置と埋設深さが特定できることから、鉄筋１ａの３次元上の位置も正確に特定できる。

また、実施の形態１によれば、式（２）のような算定式を用いることで、幾何学的な関係によって鉄筋１ａの埋設深さを高精度で容易に測定できる。特に、θ≪１の場合には、式（３）のような一層簡易な算定式を用いて、鉄筋１ａの埋設深さを高精度で容易に測定できる。

また、実施の形態１によれば、従来は測定が困難であった同一位置で深さが異なるダブル配筋や近接した配筋についても、式（４）及び式（５）のような算定式を用いることで、幾何学的な関係によって鉄筋１ａ_１、１ａ_２の埋設深さを高精度で容易に測定できる。特に、θ≪１の場合には、式（６）及び式（７）のような一層簡易な算定式を用いて、鉄筋１ａ_１、１ａ_２の埋設深さを高精度で容易に測定できる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、物体の表面上で傾斜面を形成して測定を行う形態である。ただし、実施の形態１と略同様の構成要素及び処理については、必要に応じて実施の形態１で用いたのと同一の符号又は名称を付して、その説明を省略する。

（金属埋設深さ測定システムの構成）
本実施の形態２に係る金属埋設深さ測定システム２は、実施の形態１と同様に構成できるため、その説明を省略する。ただし、測定結果出力装置５０の埋設深さ算定部５４ａによる金属埋設深さの算定方法は、実施の形態１と異なる。この算定方法については後述する。

（金属埋設深さ測定方法）
この実施の形態２に係る金属埋設深さ測定システム２を用いて行われる金属埋設深さ測定方法について説明する。

測定ユニット１０の測定子１１の位置調整を行った後、実施の形態１と同様に第１工程を行う。次いで、第２工程を行う。図９は第２工程における測定作業を説明するための説明図である。この第２工程では、表面真上位置から任意の距離だけ離れた位置において、埋設体１の表面上に測定ユニット１０を接触又は近接させたまま、この測定ユニット１０の測定軸を埋設体１の表面に対して非直交する方向に傾ける。すなわち、測定ユニット１０の測定軸に直交する面を埋設体１の表面に対して傾斜させることで傾斜面を形成し、この状態において、測定ユニット１０を１度だけ走査線に沿って連続的に移動させつつ、ロックインアンプ４０の出力を見ることで、この出力が最大となる位置を見つける。あるいは、測定ユニット１０の連続的な移動が困難である場合には、走査線上における離散的な複数位置に測定ユニット１０を順次移動させ、各位置においてロックインアンプ４０の出力を見ることで、この出力が最大となる位置を見つける。なお、傾斜面の具体的な形成方法は任意であり、例えば、埋設体１の表面上に載置される底面と、この底面に上記任意の角度で交差する傾斜面とを有する、角錐形状の小型の測定台を用いてもよい。

その後、第３工程では、実施の形態１と同様に各数値を測定し、当該測定した距離及び角度を、測定結果出力装置５０に入力すると、埋設深さ算定部５４ａによる鉄筋１ａの埋設深さの算定が行われる。ここで、測定ユニット１０を傾けることで形成した傾斜面と埋設体１の表面の相互の角度が、実施の形態１における角度θとなる。また、埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置から傾斜面真上位置までの距離は、本実施の形態２ではゼロになるため、この点においては、実施の形態１の各算定の特殊な場合として考えることができる（実施の形態１の傾斜面を測定ユニット１０の下面に設定したものと考えることができる）。

図１０は埋設深さの算定原理を示す図である。この図１０における幾何学的関係から明らかなように、上記式（２）におけるｘ２＝０となるため、以下の式（８）が成り立つことが判る。
ｄ＝（ｘ１／ｔａｎθ） ・・・式（８）

なお、θ（ラジアン）が１より十分に小さい時（θ≪１）の場合には、上記式（８）は以下の式（９）となる。この条件は、測定ユニット１０の大きさに比べて、埋設深さが比較的深い（大きい）場合に適用できる。
ｄ＝ｘ１／θ ・・・式（９）

（金属埋設深さ測定方法−複数金属の埋設時）
また、埋設体１の表面に対して直交する垂線上に並んで複数の鉄筋１ａ_１、１ａ_２が埋設されている場合には、ロックインアンプ４０の出力が最大なる位置は、鉄筋１ａ_１に対してはｘ１＝ｘ２１の位置となり、鉄筋１ａ_２に対してはｘ１＝ｘ２２の位置となるため、これらを上記式（４）（５）に代入することにより、以下の式（１０）、（１１）が導かれる。
ｄ１＝（ｘ２１／ｔａｎθ） ・・・式（１０）
ｄ２＝（ｘ２２／ｔａｎθ） ・・・式（１１）

なお、θ（ラジアン）が１より十分に小さい時（θ≪１）の場合には、上記式（１０）は以下の式（１２）となり、上記式（１１）は以下の式（１３）となる。この条件は、埋設深さが比較的深い場合に適用できる。
ｄ１＝ｘ２１／θ ・・・式（１２）
ｄ２＝ｘ２２／θ ・・・式（１３）

（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、実施の形態１の基本的効果に加えて、測定ユニット１０を埋設体１の表面から大きく離すことなく測定を行うことができ、測定ユニット１０と埋設体１の間に介在するスペースの悪影響を低減できると共に、測定ユニット１０による磁場を埋設体１に近距離から印加できるので、比較的低出力の測定ユニット１０を用いて高精度な測定を行うことが可能となる。

また、実施の形態２によれば、式（８）のような算定式を用いることで、幾何学的な関係によって鉄筋１ａの埋設深さを高精度で容易に測定できる。特に、θ≪１の場合には、式（９）のような一層簡易な算定式を用いて、鉄筋１ａの埋設深さを高精度で容易に測定できる。

また、実施の形態２によれば、従来は測定が困難であった同一位置で深さが異なるダブル配筋や近接した配筋についても、式（１０）及び式（１１）のような算定式を用いることで、幾何学的な関係によって鉄筋１ａ_１、１ａ_２の埋設深さを高精度で容易に測定できる。特に、θ≪１の場合には、式（１２）及び式（１３）のような一層簡易な算定式を用いて、鉄筋１ａ_１、１ａ_２の埋設深さを高精度で容易に測定できる。

〔実施の形態３〕
次に、実施の形態３について説明する。この実施の形態３は、物体の表面上で傾斜面の角度を変えながら測定を行う形態である。ただし、実施の形態２と略同様の構成要素及び処理については、必要に応じて実施の形態２で用いたのと同一の符号又は名称を付して、その説明を省略する。

（金属埋設深さ測定システムの構成）
図１１は実施の形態３に係る金属埋設深さ測定システム２を埋設体１と共に示す模式図である。この金属埋設深さ測定システム２は、一対の測定ユニット１０Ａ、１０Ｂ、発振器２０、アンプ３０、ロックインアンプ４０、及び測定結果出力装置５０を備えて構成されている。ただし、図１１では、発振器２０、アンプ３０、ロックインアンプ４０、及び測定結果出力装置５０と、これらに接続される配線を省略して示す。

一対の測定ユニット１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ実施の形態１の測定ユニット１０と同様に構成されるものであり、一方の測定ユニット１０Ａは、埋設体１の表面に対して測定軸が直交するように配置されるものであって、特許請求の範囲における第１検出ユニットに対応する、他方の測定ユニット１０Ｂは、埋設体１の表面に対して測定軸が傾斜するように配置されるものであって、特許請求の範囲における第２検出ユニットに対応する。

測定ユニット１０Ｂには、埋設体１の表面に対する傾斜面の角度を変更するための角度変更部６０が設けられている。この角度変更部６０は、特許請求の範囲における角度変更手段に対応するものであって、測定ユニット１０Ｂを、その測定軸に直交する軸であって、埋設体１の表面上における走査方向（ここでは図１０の左右方向）に直交する軸を中心に回転させるもので、例えば、測定子１１の端部（埋設体１の表面に接触又は近接される側と反対側の端部）に固定された回転軸と、この回転軸を回転させるために当該回転軸の一端部に設けられたハンドルと、この回転軸の回転角度を任意の位置で固定するために当該回転軸の側面に押圧接触されるストッパを備える（これら各部の図示は省略する）。

一対の測定ユニット１０Ａ、１０Ｂは、角度変更部６０と共に、少なくともその一部が共通の連携ステー７０によって固定されている。この連携ステー７０は、特許請求の範囲における連携手段に対応するものであり、これら一対の測定ユニット１０Ａ、１０Ｂ及び角度変更部６０を一体にユニット化し、一括して持ち運ぶことを可能とすることで、測定作業の容易化を図るものである。特に、一対の測定ユニット１０Ａ、１０Ｂは、相互に一定の距離を隔てて連携ステー７０に固定されており、この距離を維持しつつ、一対の測定ユニット１０Ａ、１０Ｂを同時に移動させることができる。

なお、発振器２０、アンプ３０、及びロックインアンプ４０は、測定ユニット１０Ａ、１０Ｂの各々の出力を見るためにそれぞれ２組設けてもよい。あるいは、公知の切り替え手段を用いて、測定ユニット１０Ａ、１０Ｂの任意の一方をアンプ３０やロックインアンプ４０に選択的に接続するようにしてもよい。測定結果出力装置５０は、実施の形態１と同様に構成できるが、埋設深さ算定部５４ａによる金属埋設深さの算定方法は、実施の形態１と異なる。この算定方法については後述する。

（金属埋設深さ測定方法）
この実施の形態３に係る金属埋設深さ測定システム２を用いて行われる金属埋設深さ測定方法について説明する。

測定ユニット１０Ａ、１０Ｂの測定子１１の位置調整をそれぞれ行った後、実施の形態１と同様に第１工程を行う。この第１工程では、埋設体１の表面に沿って測定ユニット１０Ａを走査することにより、埋設体１の表面上における鉄筋１ａの真上位置である表面真上位置を特定する。次いで、第２工程を行うが、この際には、埋設体１の表面上に測定ユニット１０Ｂを接触又は近接させたまま、角度変更部６０を操作して、この測定ユニット１０Ｂの測定軸を埋設体１の表面に対して非直交する方向に傾ける。すなわち、測定ユニット１０Ｂの測定軸に直交する面を埋設体１の表面に対して傾斜させることで傾斜面を形成し、この状態において、ロックインアンプ４０の出力を見る。そして、さらに角度変更部６０を操作して測定ユニット１０Ｂを同一位置において回転させ、ロックインアンプ４０の出力を見る。以降、同様の手順を繰り返し、測定ユニット１０Ｂを同一位置に配置したまま、ロックインアンプ４０の出力が最大となる測定ユニット１０Ｂの角度を見つける。

その後、第３工程では、実施の形態１と同様に各数値を測定し、当該測定した距離及び角度を、測定結果出力装置５０に入力すると、埋設深さ算定部５４ａによる鉄筋１ａの埋設深さの算定が行われる。ここで、ロックインアンプ４０の出力が最大となった時の測定ユニット１０Ｂの角度（測定ユニット１０Ｂを傾けることで形成した傾斜面と埋設体１の表面の相互の角度）が、実施の形態１における角度θとなる。また、表面真上位置から埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置までの距離は、連携ステー７０によって固定された測定ユニット１０Ａ、１０Ｂの相互間隔となる。さらに、埋設体１の表面と傾斜面が交差する位置から傾斜面真上位置までの距離は、本実施の形態３では、実施の形態２と同様にゼロになる。これらの点においては、実施の形態１の各算定の特殊な場合として考えることができる。

図１０と同様の幾何学的関係から明らかなように、上記式（２）におけるｘ２＝０となるため、実施の形態２と同様の算定式により、埋設深さを算定することができる。

（実施の形態３の効果）
このように実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果に加えて、測定ユニット１０Ａ、１０Ｂの相互間隔を固定することで、埋設深さの算定に必要な距離の測定や入力を省略でき、測定を一層簡易で間違いなく行うことが可能となる。さらに、測定ユニット１０Ｂを同一位置において回転させることで第２工程の作業を行うことができるので、直線上で走査させる場合に比べて、測定を一層簡易に行うことが可能となる。

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

（測定結果出力装置について）
各実施の形態では、測定結果出力装置５０を、発振器２０、アンプ３０、あるいはロックインアンプ４０から独立した装置として示したが、これらの全部又は一部の機能を統合して一つの装置に持たせることも可能である。

本発明の実施の形態１に係る金属埋設深さ測定システムを埋設体と共に示す模式図である。 図１の測定ユニットの平面図である。 測定結果出力装置の構成を機能概念的に示すブロック図である。 第１工程における検出状態を概念的に示す図である。 第２工程における測定作業を説明するための説明図である。 第２工程における検出状態を概念的に示す図である。 埋設深さの算定原理を示す図である。 複数の金属の埋設深さの算定原理を示す図である。 実施の形態２に係る第２工程における測定作業を説明するための説明図である。 埋設深さの算定原理を示す図である。 実施の形態３に係る金属埋設深さ測定システムを埋設体と共に示す模式図である。

符号の説明

１ 埋設体
１ａ、１ａ_１、１ａ_２ 鉄筋
１ｂ コンクリート
１ｃ ＣＤ管
２ 金属埋設深さ測定システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ 測定ユニット
１１ 測定子
１１ａ 測定子本体
１１ｂ ピックアップコイル
１２ 内側コイル
１３ 外側コイル
２０ 発振器
３０ アンプ
４０ ロックインアンプ
５０ 測定結果出力装置
５１ 入力部
５２ 出力部
５３ 記憶部
５４ 制御部
５４ａ 埋設深さ算定部
６０ 角度変更部
７０ 連携ステー

Claims (9)

1. 物体の内部に埋設されている金属の埋設深さを測定する金属埋設深さ測定システムであって、
   前記金属を検出する金属検出手段と、
   前記金属検出手段の検出結果に基づいて、前記金属の埋設深さを算定する算定手段と、
   前記算定手段にて算定された前記金属の埋設深さを出力する出力手段を備え、
   前記算定手段は、
   前記物体の表面に沿って前記金属検出手段を走査することにより、前記物体の表面上における前記金属の真上位置である表面真上位置が特定されると共に、
   前記表面真上位置から任意の第１距離だけ離れた位置において前記物体の表面に任意の角度で交差する傾斜面に沿って前記金属検出手段を走査することにより、前記傾斜面上における前記金属の真上位置である傾斜面真上位置が特定された場合において、
   前記第１距離、前記物体の表面と前記傾斜面が交差する位置から前記傾斜面真上位置までの距離である第２距離、及び前記角度に基づいて、前記金属の埋設深さを算定すること、
   を特徴とする金属埋設深さ測定システム。
2. 前記算定手段は、前記金属の埋設深さの算定を、
   ｄ＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２／ｓｉｎθ）
   （ただし、ｄは前記金属の埋設深さ、ｘ１は前記第１距離、ｘ２は前記第２距離、θは前記角度）により行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の金属埋設深さ測定システム。
3. 前記算定手段は、前記θ≪１の場合に、前記金属の埋設深さの算定を、
   ｄ＝（ｘ１−ｘ２）／θ
   により行うこと、
   を特徴とする請求項２に記載の金属埋設深さ測定システム。
4. 前記算定手段は、前記θ≪１の場合であって、前記物体の表面に対して前記θだけ傾けた前記金属検出手段を当該表面上で走査させることで前記ｘ２がゼロとなる場合に、前記金属の埋設深さの算定を、
   ｄ＝ｘ１／θ
   により行うこと、
   を特徴とする請求項２に記載の金属埋設深さ測定システム。
5. 前記金属検出手段は、
   前記物体の表面上に配置されるもので、検出方向が前記物体の表面に直交する方向になるように配置される第１検出ユニットと、
   前記第１検出ユニットに対して前記第１距離だけ離れた位置に配置されるもので、検出方向が前記傾斜面に直交する方向になるように配置される第２検出ユニットと、
   前記物体の表面に対する前記傾斜面の角度を変更する角度変更手段と、
   前記第１検出ユニット、前記第２検出ユニット、及び前記角度変更手段を一体に連携する連携手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の金属埋設深さ測定システム。
6. 物体の内部に埋設されている金属の埋設深さを測定する金属埋設深さ測定方法であって、
   前記物体の表面に沿って金属検出手段を走査することにより、前記物体の表面上における前記金属の真上位置である表面真上位置を特定する第１工程と、
   前記表面真上位置から任意の第１距離だけ離れた位置において前記物体の表面に任意の角度で交差する傾斜面に沿って前記金属検出手段を走査することにより、前記傾斜面上における前記金属の真上位置である傾斜面真上位置を特定する第２工程と、
   前記第１距離、前記物体の表面と前記傾斜面が交差する位置から前記傾斜面真上位置までの距離である第２距離、及び前記角度に基づいて、前記金属の埋設深さを算定する第３工程と、
   を含むことを特徴とする金属埋設深さ測定方法。
7. 前記第３工程において、前記金属の埋設深さの算定を、
   ｄ＝（ｘ１／ｔａｎθ）−（ｘ２／ｓｉｎθ）
   （ただし、ｄは前記金属の埋設深さ、ｘ１は前記第１距離、ｘ２は前記第２距離、θは前記角度）により行うこと、
   を特徴とする請求項６に記載の金属埋設深さ測定方法。
8. 前記第３工程において、前記θ≪１の場合に、前記金属の埋設深さの算定を、
   ｄ＝（ｘ１−ｘ２）／θ
   により行うこと、
   を特徴とする請求項７に記載の金属埋設深さ測定方法。
9. 前記第２工程において、前記物体の表面に対して前記θだけ傾けた前記金属検出手段を当該表面上で走査させることで前記ｘ２をゼロとし、
   前記第３工程において、前記θ≪１の場合に、前記金属の埋設深さの算定を、
   ｄ＝ｘ１／θ
   により行うこと、
   を特徴とする請求項７に記載の金属埋設深さ測定方法。

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