JPH03233392A - 金属物探知用電磁誘導センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属物探知用センサを一方向のみに移動させ
土あるいはコンクリート等の目視不可能なものの内部に
埋設されている金属管あるいは鉄筋、鉄骨等の金属物の
埋設位置、埋設方向、埋設深さおよび大きさを的確に探
知する金属物探知用電磁誘導セ／すに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、電磁誘導法を用いた金属物探知用センサとしては
、地下に埋設されている金属埋設管類を地上から探知す
る装置が知られている←特開昭４３−３５３２８号公報
）。第８図は従来の金属埋設管探知装置の構成を示す図
である。同図において、１は送信コイル、２は埋設位置
検知用の受信コイル、２′は埋設深さ検知用の受信コイ
ル、３は送信磁界、４は埋設された金属管からの誘導磁
界、５は埋設された金属管、６は土である。これらの装
置では、送信コイル１と受信コイル２，２′とを分離し
ておシ、壕ず、受信コイル２を矢印Ａ−Ａ’方向に水平
移動させて金属管５の埋設位置を検知し、その直上で受
信コイル２′を矢印Ｂ−Ｂ’方向に垂直移動させること
で埋設深さを検知する。

また　地中において埋設された金属管を探知するセンサ
として地下を掘削推進する土木機械の先端に取り付けら
れた地下埋設物探知装置が知られている（特澗昭４９−
１０２号公報）。第９図は従来の地下埋設物探知装置の
構成を示したものである。同図において、５Ａは土６内
に埋設されている地下埋設物、Ｉは土木掘削機械本体、
８は演算部、９，９′は永久磁石の磁極、１０は磁性体
、１１は受信回路である。なか、３′は永久磁石から送
出される磁界である。これらの装置では、土木掘削機械
本体７が矢印Ｃ方向に推進することにより、前方に埋設
されている金属管あるいは鉄筋の入ったコンクリート管
などの地下埋設物５Ａが常時−定に送出されている直流
磁界３′内に入った場合、磁極９．９′間の磁化力が変
化し、それぞれの磁極に巻かれたコイルに電圧が誘起し
、磁性体１０に誘導電流が流れることで地下埋設物５Ａ
の存在を検知する。

第１０図は電磁誘導法を用いた従来のセンサ回路を示し
たものである。同図において、１は送信コイル、２．２
’は受信コイル、１２は磁芯（コア）、１３は送信回路
、１４は受信回路である。同図（ａ）は、一般的な２次
式コイルで、送信コイル１に交流電流を流すことにより
、コア１２から送出される電磁界により受信コイル２に
誘起する電圧値及び位相差を測定し、金属物を探知する
回路である。

この方式では、送信コイル１及び受信コイル２が１つの
コア１２を共用しているため、受信コイル２に誘起する
電圧値が送信電圧値と同等の非常に大きい値となる。同
図６）は、２個の受信コイル２゜２′を使用し、差動接
続して受信電圧を相殺させ、位相差の変化のみを測定す
る回路である。この場合も前述と同様にコア１２を共用
しているが、受信電圧を２個の逆向きに巻かれた受信コ
イル２゜２′で相殺しているため、受信電圧値はＯとな
る。

この回路では、コア１２の軸方向に対する位相差は精度
良く測定できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第８図に示した金属埋設探知装置は、送
信磁界３の影響により金属埋設管５が発生させる誘導磁
界４を受信コイル２，２′が直接受信するもので、送信
磁界３の影響範囲内半径約２ｍ以内では送信磁界３が直
接受信コイル２，２′に影響を与えるため、測定誤差が
生じる。そのため、送信電圧を弱めあるいは停止させな
ければならない欠点があった。また、送信磁界３の影響
は目的とする埋設金属管５以外の金属障害物にもおよび
、各種の誘導磁界が発生するため、精度が良くない。

さらに水平位置測定や埋設深さ測定など測定目的により
受信コイル２，２′の移動方法をかえなければならない
欠点があった。

また、第９図に示した地下埋設物探知装置は、土木掘削
機械の先端部の材質、磁極９，９′の磁力及び間隔によ
って探知距離が制限され、土木掘削機械の大きさが内径
１０Ｃｒｎの場合は探知距離が１０□□□程度となって
し１う。また、この方法では、金属探知用センサの移動
が掘削推進という一方向だけであるため、金属管あるい
は金属障害物の有無だけしか検知できず、埋設位置、離
隔距離等の情報を得ることは不可能であるという欠点が
あった。

さらに第１０図に示した電磁誘導法を用いたセンサ回路
では、コア１２の軸方向に対する位相差は精度良く測定
できるが、軸方向に直交する方向からの位相差の測定の
精度を上げることができないという問題があった。

したがって従来の金属物探知センサでは、センサが受信
する電圧値だけをノくラメータとしていたため、金属物
の有無の判定を目的とする探知しかできず、金属物の埋
設位置、埋設方向、埋設深さ及び金属物の大きさを探知
することは不可能であった。また、金属物の探知には、
センサをいろいろな方向へ移動させなければならず、一
方向だけの移動で金属物を探知することは不可能であっ
た。

さらにセンサの外装材が金属材質の場合は、金属物の探
知が不可能であった。

〔課題を解決するための手段〕

このような課題を解決するために本発明は、交流電磁界
を探知前方に送信する送信コイルと、送信された電磁界
により埋設された金属物から誘起される誘導磁界を受信
する送信コイルの前方に該送信コイルのコアの軸方向と
直交して配置された少なくとも２個の受信コイルと、受
信コイルおよび送信コイルに励起される交流電圧ピーク
値と送受信電圧波形間の位相差および送信コイル、受信
コイルの移動距離に基づく受信電圧ピーク値と位相差の
変化量を検出する受信回路とを有して構成されている。

また、送信コイルおよび受信コイルを収納しかつ探知方
向前面のみが開放され、探知方向背面で送信コイルのコ
アと連結されたツボ型コアを有して構成されている。

〔作用〕

本発明においては、交流磁界を用いるため、送信出力お
よび送信周波数の調整が可能であシ、この電磁誘導セン
サが非磁性体金属に密封されてもその外部に磁界を送出
することかできる。筐た、受信コイルが送信磁界の影響
を受けにくくなるように送信コイルのコアと受信コイル
のコアとを分離させ、さらに送信された磁束が直接受信
コイルのコアに進入しないように直交させることにょシ
、受信コイルに誘起する電圧値を制御することができる
。また、２個以上の受信コイルもそれぞれのコアが直線
上に並ばないように並列に接続することにより、受信コ
イルのコアの軸方向以外から金属物が接近した場合でも
位相差の変化を測定できる。

〔実施例〕

第１図は、本発明による金属物探知用電磁誘導センサの
一実施例による構成を示す図である。同図において、１
Ａはンレノイド型送信コイル、２人。

２Ａ’は送信磁界の変化を受信するソレノイド型受信コ
イル、１２Ａは送信コイル１人のコア、１２八′は受信
コイル２Ａ　、　２Ａ’　　のコア、１３Ａは送信コイ
ル１人に交流電流を供給する送信回路、１４Ａは受信コ
イル２Ａ　、　２Ａ’　　に誘起する電圧を受信する受
信回路である。ここで、送信コイル１人は直径０．８鴎
のエナメル線を９５０回巻いてインダクタンスＬ　＝　
５１．６ｍＨとし、受信コイル２Ａ　、　２Ａ’は直径
０．１＋ｏ＋のエナメル線を５０００回巻いてインダク
タンスＬ＝３６０ｍＨとしている。また、第２図に斜視
図で示すように送信コイル１Ａのコア１２Ａは受信コイ
ル２Ａ　、　２Ａ’に与える送信磁界の影響を小さくす
るため、受信コイル２Ａ　、　２Ａ’　の前方１で延ば
して直交させて配置されている。さらに送信コイル１人
および受信コイル２Ａ、２Ａ’、は布入りベークライト
製のボビンに巻設されて釦シ、直接的にコア１２Ａ　、
　１２Ａ’には接触されていない。

なお、１３Ｂは送信コイル１人に第１図の送信回路１３
Ａから交流電流を伝送する送信ケーブル、１４Ｂ、１４
Ｂ’はそれぞれ受信コイル２Ａ　、　２Ａ’に誘起する
電圧を第１図の受信回路１４Ａへ伝送する受信ケーブル
である。

第３図は本発明に係わる送信コイルのコアの形状を示す
ものである。同図（ａ）は一般に用いられるンレノイド
型コイルで送信コイル１Ａのコア１２Ａは丸棒状に切シ
出されたフェライトコアである。

この形状のコイルは、コアの先端面から円錐状に磁界を
送出し、コイルの外側を包み込むようにもう一方のコア
先端面に向って進むことになる。渣た、同図（ｂ）はツ
ボ型コイルで送信コイル１Ａのコア１２Ａは前面のみが
開放されたツボ状の磁性体からなる外装コア１５の内面
底部中央から丸棒状の磁性体からなる中心コア１２Ａを
外装コア１５と平行して前面につき出した形状を有して
いる。

この形状のコイルでは、中心コア１２Ａの先端面から円
錐状に送出された磁界が外装コア１５の前面のリング状
断面部に向っであるいは外装コア１５から中心コア１２
Ａに向かって送出される。この場合、送信コイル１人の
外側を包み込むように進む磁界は外装コア１５内を通過
するため、見掛は上の送信磁界はツボ型コア断面から前
方に向けてのみ送出されていることになる。ソレノイド
型コイル訃よびツボ型コイルでは受信コイル２Ａ　、　
２Ａ’は、送信コイル１人の中心コア１２Ａを上下から
挾むように直交させている。この配置により、送信コイ
ル１人と受信コイル２Ａ　、　２Ａ’　とを一体化させ
、小型化させることができる。また、性能の許す限り受
信コイル２Ａ　、　２Ａ’を小型化し、３個以上の受信
コイルを中心コア１２Ａ上に配置することも可能である
。

次にこのように構成された金属物探知用電磁誘導センサ
（以下センサと称する）を用いた金属埋設管（φ７５箇
鋼管）の探知結果について説明する。ここで使用したセ
ンサは外形５５簡、長さ８０頷の円筒状のもので、送信
回路１３Ａには１μＦのコンデンサを並列接続し、周波
数ｆ　＝　７００Ｈｚ　で共振させて磁界を送出してい
る。また、第４図。

第５図１よび第６図はセンサと金属埋設管との間の距離
Ｌ−８０ｃｒｎの受信電圧ピーク値および位相差を基準
とした。

第４図は、空中におけるセンサと金属管との距離りの変
化に対する受信電圧値Ｖおよび位相差φの関係を示した
ものである。この場合、センサが金属管に正面から垂直
に接近していくと、距離が３０ｃｒｎ以上では受信電圧
値■および位相差φは基準値付近で変化し、約３０ｃｒ
ｎ以内に接近すると、受信電圧値Ｖおよび位相差φが減
少する。筐た、受信電圧値Ｖはそのばらつきが大きいが
、位相差φはばらつきが小さく、特に距離Ｌ　＝　２０
　ｃｍ以下での変化量が大きいので、位相差φを用いた
探知が可能である。

第５図は土中におけるセンサと金属管との距離りの変化
に対する受信電圧値Ｖ＞よび位相差φの関係を示したも
のである。ここで土壌には砂を用いている。土中におい
ては、センサが金属管に正面から垂直に接近していくと
、受信電圧値Ｖは距離Ｌ＝８０ｃｒｎからＬ＝２０ｃｒ
ｎ”ｔでの範囲で１１μＶ増加し、位相差も８度増加し
ている。しかもその変化量が大きく、ばらつきが小さい
ので、距離Ｌ−８０ｃｒｎ以下での探知が可能である。

ここで第４図と比較すると、距離りの減少にともなう受
信電圧値Ｖ　ｉ−よび位相差ψの増減が逆転しているが
、これは受信コイル２Ａ　、　２Ａ’が送信磁界の内部
にあるための空中と土中での傾向であり、金属管５＄−
よびセンサの外装材の接地抵抗が同等にある場合は距離
りの減少にともない、受信電圧値Ｖおよび位相差φは大
きく増加する。

第６図は土中でのセンサの前方８０Ｃｒｎ平方の領域に
金属管が存在する場合の等受信電圧値線および等位相差
線を描いたものである。なか、この場合、センサ２０は
非磁性体金属であるステンレス（ＳＵＳ３０４）外装材
３０内に密封され、磁界は外部に送出される。同図（ａ
）において、金属管にセンサが正面から接近するにつれ
て電圧値■が増加する。そして、距離Ｌ＝４０ｃｒｎ以
内に接近すると、等受信電圧値線の間隔が狭くなり、電
圧値の増加率が大きくなる。金属管がセンサ２０の進行
軸線上から左右に偏った位置にあシ、センサ２０が横を
すり抜けるように接近した場合も距離りの減少にともな
い、受信電圧値■は増加する。センサ２０と金属管との
間の距離Ｌ・−４０ｃｒｎ以内では、正面からの接近で
受信電圧値５μＶ以上に増加し、偏心距離Ｌ’＝２０ｃ
ｒｎでの接近では２μＶ増加し、その後、１μＶ減少す
る。偏心距離Ｌ′＝４０ｃｒｎになると、３μＶ増加し
て３μＶ減少する。同図の）では金属管とセンサ２０と
の間の距離りが減少するにつれて位相差φが小さくなる
。離間距離Ｌ＝４０ｍ以上では移動距離１０ｃｒｎにつ
き約１度、Ｌ＝４０ｍ以内では移動距離５ｃｒｎにつき
約１度ずつ小さくなる。筐た、位相差φは受信コイル２
Ａ、２Ａ’の相互位置によって左右対称にならない。以
上の結果から、センサ軸方向前方約４９　ｃｍ　、左右
それぞれ４０ｃｒｎの範囲において受信電圧値Ｖおよび
位相差の増加率、減少率から金属管の位置、方向の判定
が可能となる。

第７図は金属管の外径りをφ２５簡、φ５０鴫。

φ７５謹、φ１００＋ｏ＋を使用して金属管の外径りと
受信電圧値ｖおよび位相差φとの関係を示したものであ
る。ここで金属管とセンサとの間の距離をＬ　＝　４３
　ｃｍとしている。同図において、金属管の外径りの変
化により受信電圧値■および位相差φは外径りが約φ５
０＋ｍで最大となる。受信電圧値Ｖもしくは位相差φの
１つのパラメータではφ２５鶏とφ７５嘔との判別が難
しいが、それぞれの組み合わせにより、金属管の大きさ
（外径Ｄ）の探知が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による金属物探知用電磁誘導
センサによれば、地下を掘削推進する土木機械の先端部
に装着し、地下を推進することにより、先端部の移動に
よる受信電圧値および位相差の変化量から進行方向の前
方に存在する金属管。

金属障害物の位置、方向、距離および大きさが的確に探
知できるので、土木機械の先端部が前方の金属管、金属
障害物へ衝突する事故を未然に防止することができる。

また、この電磁誘導センサが小型であり、内径５５咽以
上のスペースがあれば装着可能であるので、かなり小さ
な機種の土木掘削機械にも適用することができる。同様
に既設の地下管路で金属管以外の管（ビニール管等）の
内部でこの電磁誘導センサを移動させることにより、地
下における金属管との交差位置および離隔距離が容易に
探知できるので、管路増設工事の際に試験掘りの必要が
なくなり、経済的となる。さらにコンクリート中の鉄筋
、鉄骨卦よび電気やガス管等の配管位置が的確に探知で
きるので、コンクリド構造物の穿孔工事の際に鉄筋や配
管の破損事故を未然に防止することができる。筐た、コ
ンクリートに限らず、一般家庭での水道、ガス管の引き
込み位置や壁内の配管の探知も可能となり、穿孔工事で
の安全性を確保することができる。また、本発明に係わ
る探知対称物として砂鉄分を含む土壌中に釦いて空洞が
存在した場合、砂鉄を含む土壌中で一様に送信される磁
界が空洞の有無によって変化することから、空洞の存在
を探知する技術への応用が期待できるなどの極めて優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金属物探知用電磁誘導センサの一
実施例による構成を示す図、第２図は第１図の具体的な
構成を示す斜視図、第３図は本発明に係わる送信コイル
のコアの形状を示す斜視図、第４図は空中に釦ける金属
管と電磁誘導センサとの距離りに対する受信電圧値■お
よび受信位相差φの関係を示す図、第５図は土中におけ
る金属管と電磁誘導センサとの距離りに対する受信電圧
Ｖおよび受信位相差φの関係を示す図、第６図０は土中
にかける電磁誘導センサの金属管探知範囲を受信電圧値
を用いて等受信電圧値線で表示した図、第６図（ｂ）は
土中における電磁誘導センサの金属管探知範囲を位相差
を用いて等位相差線で表示した図、第７図は土中におけ
る金属管の外径りと電磁誘導センサの受は電圧値■およ
び受信位相差φとの関係を示す図、第８図は従来のコイ
ルの直流磁界を用いた電磁誘導法適用の金属埋設管探知
装置の構成を示す図、第９図は従来の永久磁石の直流磁
界を用いた電磁誘導法適用の地下埋設物探知装置の構成
を示す図、第１０図は従来の交流磁界を用いた電磁誘導
法適用の非破壊検査用センサの構成を示す図である。 １人・・・・送信コイル、２Ａ、２Ａ’　　・・・・受
信コイル、１２Ａ　、　１２Ａ’　　・・・・コア、１
３Ａ・・・・送信回路、１３Ｂ　　・・・送信ケーブル
、１４Ａ・・・・受信回路、１４Ｂ、１４Ｂ’　・・・
・受信ケーブル、１５・・・・外装コア゛、２０・・・
・電磁誘導センサ、３０・・・・外装材。 第２図 第３図 第４図 Ｏ ０ ０ ０ ω ００ 金属清かうり 距龍 Ｌ（ｃｍ） 第５図 ０ ４０　　　　６０　　　８０　　　４００金属筐からつ
　踵１は　Ｌ（ｃｍ） 第７図 第８図 （山コ）、］

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電磁界を探知前方に送信する送信コイルと、
   前記送信コイルの前方に前記送信コイルのコアの軸方向
   と直交して配置されかつ前記送信された電磁界により埋
   設された金属物から誘起される誘導磁界を受信する受信
   コイルと、前記送信コイルおよび受信コイルに励起され
   る交流電圧ピーク値と送受信電圧波形間の位相差および
   前記送信コイル、受信コイルの移動距離に基づく受信電
   圧ピーク値と位相差の変化量を検出する受信回路とを備
   えたことを特徴とする金属物探知用電磁誘導センサ。
2. （２）請求項１記載の金属物探知用電磁誘導センサにお
   いて、送信コイルおよび受信コイルを収納しかつ探知方
   向前面のみが開放され探知方向背面で前記送信コイルの
   コアと連結されたツボ型コアを有することを特徴とした
   金属物探知用電磁誘導センサ。