JPH04503253A - 導体追跡システム - 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】 この発明は導体、たとえばパイプまたはケーブルのルートを追跡する方法に関し 、さらにそのための装置に関する。

ケーブルには電気ケーブル、光フアイバケーブル（導電性外装が導電性径路を与 える）を含む。実際、この発明はいずれの金属性パイプまたはダクトにも適用可 能である。信号を金属性導体に誘導すること、その信号の伝搬を遠く離れた点で 検出すること、導体の位置または導体の故障を検出することは既に周知である。

この技術は、特定的にではあるが排他的にではなく、導体（電気ケーブルのよう な）が接近不可能な、つまりたとえば地下に隠れているところで適用可能である 。

先行技術の概要 多くの技術が導体に沿って伝搬する信号を分析するために開発され、さまざまな 技術が、これらの信号を遠くで検出するために確立されてきた。一般に、供給中 の交流によって生じる電界は導体の近くに置かれたアンテナを使って抽出するこ とが可能であり、さまざまな点で検出された信号の相対的な大きさは導体の位置 についての情報を伝える。

１つの特定的な構成は１以上の水平コイルを使用し、検出された信号は、そのコ イルが導体の真上および導体に直交するとき最大になる。この信号の送信された 信号に対する位相はある点で一定であり、その値は回路の電気特性によって決定 される。

発明の概要 しかしながら、かかる検出の理論の多くは単一の導体があることに基づいて決定 されてきた。実務において、かかる導体は通常は集団である。そこで問題は、送 信機が１つの導体だけに電流を誘導することを確実にすることは可能であるが、 それにもかかわらず、長さに沿って導体の間に容量結合または直接接続さえ起こ りそうであり、それゆえに電流もまた、他の導体で発生する。−見したところで は、これらの他の電流はずっと低い振幅でなければならないが、実際は受信アン テナによって磁束から誘導された検出信号は、各導体間で実質的に異ならないか もしれない。信号の検出は導体から離れた点から行われなければならないことを 心に留めると、検出器と導体との間の距離は検出された信号の大きさにおいて重 要な要因になるかもしれない。たとえば、もし電流が実際に印加される導体が電 流が容量的に送信された他の導体より検出器から多少遠ければ、後者の導体から の信号は電流が印加された導体の信号に匹敵する大きさであるかもしれない。結 果として、２つの区別をつけることは不可能であり、したがって測定は無効であ る。

この発明は周波数および位相に関連した少なくとも２つの成分を含む送信のため の信号電流に印加することによってこの問題を解決することをめる。周波数関係 は直接調波に基づくものであり、一方の成分は他方の整数（通常は偶数の整数） 倍数である。代替的に、一方の成分は他の成分の周波数の副調波をその周波数と 結付けることによって土山されることもある。

信号が容量的に他の導体に過言される場合に、２つの信号の位相関係は反転する 。したがって、ある点で決定された信号の位相を他の点での信号の位相と比較す ることによって、信号が実際に与えられた導体を決定することが可能になる。信 号が決定される点の１つは送信点であり、その結果絶対値が使用される。代替的 に、ケーブルまたはパイプに沿うある点で測定し、第１の測定を基準として他の 点で再び測定することは可能であり、第１の点と第２の点との間の位相の差を調 査することが可能であり、つまりこれは相対的な測定である。これの利点は、検 出された信号と送信された信号との比較はケーブルに沿って信号の無視できる位 相ずれがあることに依存するということである。しかしながら、特に高周波数の 場合に、この位相ずれはパイプまたはケーブルの抵抗およびキャパシタンス効果 のために無視することができないので、したがって相対的なシステムを使用しな ければならない。

位相関係を調査するために、い（つかの異なった分析方法が使用される。成分の 一方が他方の直接調波である場合１、その他方は調波数によって逓倍され、２つ の成分は比較される。代替的に、直接調波にとっても、周波数プラスまたはマイ ナス副詞波である成分にとっても適用可能であるが、２つの成分はともに逓倍す ることが可能である。副詞波の数が奇数の場合、直接倍数が使用される。調波ま たは副詞波の数が偶数の場合、成分の積を任意の奇数の整数または調波もしくは 副詞波の数である整数で逓倍することが必要である。

図面の簡単な説明 この発明の実施例は例によって添付の図面を参照して詳細に説明され、図面にお いて、 図１はケーブルシステムの一般的な概略図を示し、図２および図３はケーブル上 の信号を示す。

図４および図５は幹線電力を運ぶケーブルから放射状に広がる調波を示し、 図６および図７はそれぞれ奇数および偶数の副詞波を含む処理信号を示し、 図８および図９はそれぞれ偶数および奇数の副詞波を含む配列のための送信機の ブロック図であり、図１０および図１１はそれぞれ偶数および奇数の副詞波を含 む配列のための受信機のブロック図である。

詳細な説明 図１を参照して、送信機１０は波形１１を導体１２に印加する。単一の正弦波と して例示されているが、この発明の東１の実施例の波形は予め定められた位相の 複数個の波形調波に対応する。実際に、最も単純には、それは波形およびその波 形の第１の調波として取扱われる。信号は導体１２に沿って伝搬され、適当な検 出器（アンテナ）１３によって検出される。この検出器１３は接近不可能な導体 に与えられた信号の検出について既知の標準の原理に基づいて動作可能である。

しかしながら、上述のように、！［１２は他の導体、たとえば線１４に容量的に 結合可能であり、信号１１はその線１４に送信される。容量結合は１７で示され る。しかしながら、１５で例示されるように、位相は反転し、これは線１４上の 信号を検出する検出器１６によって検出された信号は検出器１３によって検出さ れた信号と異なることを意味する。したがって、信号位相の知識があれば、容量 結合にかかわらず、送信機１０が信号を与える線を区別することは可能になる。

図１はまた送信機１０は電気接地を与えるために接地支柱１８に接続されること も示し、これは矢印１９によって示された戻り径路を容量結合１７を介して通過 する信号に与える効果を有する。

この第１の実施例の方法の好ましい配列において、位相と周波数の双方がロック された２つの信１号は同時に与えられ、一方は他方の偶数の整数倍数である。受 信機で、偶数の整数信号で低い方の周波数を逓倍することは同じ周波数の２つの 信号を生出す。周波数逓倍によって生じた信号は両方の線上で送信機に対して固 定された位相ずれを有し、一方高いほうの周波数信号は検出器が一方の線から他 方の線へ移動するにつれて１８０度変化する位相ずれを有する。

受信されている信号はそれに対して課された１８０度の位相ずれを有するので、 その信号の周波数の偶数の整数倍数は同じ位相にとどまるようであり、これは４ で逓倍される信号の特定の場合として図２に示される。

したがって、図２は第１の周波数で送信機１０によって発生された第１の信号で ある第１の曲線Ａと第１の４倍の第２の周波数で送信機１０によって発生された 第２の信号である第２の曲線Ｂとを示し、信号は第１の導体（たとえば線１２） に与えられる。もし電界が第１が容量的に結合されている第２の導体（たとえば 線１４）で検出されれば、それらの２つの信号からの電界は、各々平面で１８０ 度変化する。しかしながら、もし低周波数電界信号（図２の曲線Ｃ）が４で逓倍 されれば（図２の曲線Ｄ）、それは曲線已に対応する第２の信号と位相が同じで ある。したがって逓倍の後、１つは位相が同じで、かつ１つは位相が異なる。

信号がそれらが与えられている同じ導体上で検出される場合には、位相が同じま までなければならない。したがって、検出されている電界が信号が与えられてい る導体にあるか他の導体にあるかを明白に決定することが可能である。

検出器１３によって受信された信号が電気的手段を使用して周波数逓倍される場 合、位相のいかなる変化もまた同じ倍数によって逓倍される。そこで実務の実施 例において、２の係数の最小逓倍が好まれる。

この手段によって受信機での２つの信号の位相は電流が印加される導体と大地戻 り電流を運ぶ導体とを識別するために比較される。これは４倍離れた周波数にあ る信号の特定の場合として図３に示される。

図３において、曲線Ｅは発生器１０によって与えられた高周波数信号に対応し、 もし検出が信号が与えられている導体上であれば、高周波数検出信号にも対応す る。他の導体上での高周波数信号は曲線Ｆで示され、これは曲線Ｅと１８０度場 所がずれている。低い周波数信号の倍数（４による）は信号が与えられる導体と 容量的にそれに結合される導体（曲線Ｇ）との双方に対して同一である。したが って曲線ＥとＧおよび曲線ＦとＧとの間には異なった位相関係がある。

この発明の第１の実施例において、２つの信号の周波数は少なくとも２の係数に よって必然的に分割される。しかしながら、これには高い方の周波数の容量性洩 れ電流が低い方の周波数の洩れ電流の少なくとも２倍であるという不利な点を有 する。これによって２つの信号は線に沿って異なった減衰率を経験する。したが ってこの発明の第１の実施例の動作範囲は高い方の周波数によって制限される。

周波数が高ければ高いほど、パイプまたはケーブルに沿う信号減衰は大きくなり 、かつ信号を追跡できる範囲は短くなる。この発明の第１の実施例の他の不利な 点は、検出されるべき導体が幹線電力を運ぶケーブルである吐きまたは幹線電力 を運ぶケーブルに近いとき、図４および図５で示されるように個別調波によって 干渉される可能性があるということである。受信機のパスバンドにとってはこれ らの周波数を回避することが必要であり、さもなければ干渉が起こる。周波数が この発明の第１の実施例で必要な少なくとも２の係数によって距離をおいて設け られる場合は、双方が干渉型カスベクトルの線を回避する１対の周波数を選択す ることが困難になる。

したがって、この発明の第２の実施例に従って、２つの信号間の周波数関係は副 詞波に基づく。そこで、一方の信号の周波数がＦｌであると仮定すれば、他方の 信号の周波数は： （Ｆ　＋Ｆ　／ｎ）または（Ｆｌ−ＦＩ／ｎ）受信機では、これらの２つの周波 数は別々に検出され、それらの間の周波数差（Ｆ　１　／　ｎ　）が計算される 。この信号の位相は２つの最初の周波数の間の位相の差に依存する。

この位相差の調査によって、第１の実施例のように、信号が実際に与えられた導 体を決定することが可能である、なぜならもし検出されるものが他の線への容量 結合によって送信された信号であれば、位相反転があるからである。

この発明の第１の実施例において、２つの受信された信号を処理する方法は単純 な逓倍に基づく。しかしながら、この発明の第２の実施例において、代替的な技 術が使用される。再び、しかしながら、これはもし双方の周波数が、送信された 信号が容量結合によって送られた導体上でのように１８０度変化すれば、計算さ れた信号の位相（つまり上に導かれた周波数Ｆ　１／ｎでの信号）は同じ位相で 元の周波数Ｆ１と比較される。もし整数ｎが奇数であれば、計算された周波数Ｆ ／ｎは信号周波数Ｆ１を同期式に復調するための基準として使用される。これは 図６に示され、図６において周波数Ｆ　１　／　ｎで計算された信号は（ａ）で 示され、この計算された信号は（ｂ）で示された同期の逓倍器信号を発生するた めに使用される。（Ｃ）で示される元の信号を（ｂ）で示される信号で逓倍する ことによって、（ｄ）で示された信号が生出され、この信号は正味の直流電圧を 有する。信号（ｃ）が１８０度位相を変化するとき、（ａ）での信号は変化しな いままであり、そこで負の直流電圧を与えることが観察される。したがって正味 の直流電圧の検出によって、調査されている導体が元の信号が直接与えられる導 体か、信号が容量結合によって送信された導体かを検出することが可能である。

副詞波数ｎが偶数のとき、少し異なった分析方法が使用される。再び、差信号（ Ｆ１／ｎ）が計算され、これは図７の（ａ）で示される。しかしながら、同期逓 倍器をただちに発生する変わりに、計算された信号はｎによって逓倍され（この 場合は４）、（ｂ）で示される信号を生出す。

そこで元の周波数信号（Ｃで示される）は（ｂ）で示される信号を使用して同期 式に復調される。この結果は再び、（ｄ）で既知の正味の直流電圧となり、この 直流電圧の符号は導体が元の信号が与えられたものか、または信号が容量結合に よって送信されたものかを決定する。これは、信号（ｃ）が１８０度位相を変え るときに、信号（ａ）は変わらないままである（したがって信号（ｂ）は変わら ないままである）からであり、その結集積の符号は異なる。

この処理方法はこの発明の第１の実施例で生出された信号にも適用されることに 注目すべきである。

図８は副詞波数ｎが偶数のときに使用するための送信機のブロック図である。発 振器２０の出力は２つの分周器２１．２２に送信され、これらの分局器はそれぞ れＦｌおよびＦ　１／ｎで信号を生出す。これらは次に結合器２２を介して線に 送信され、この結合器は信号Ｆ　および（Ｆ１＋Ｆ　／ｎ）または（Ｆｌ−Ｆ１ ／ｎ）を生出す。副詞波数ｎが奇数の場合、しかしながら、図９で示される回路 が使用され、この回路において発振器３０の出力はまず分局器３１によって分周 されて周波数Ｆ１で信号を生出し、その信号は直接にでも他の分局器３３を介し てでも結合器３２に送信され、このさらなる分局器は副詞波を生出す。

図８および図９で示される回路に関連して使用される受信機はそれぞれ図１０お よび図１１で示される。各々の場合に、回路はフィルタ配列４０．５０を有し、 それらは送信機によって生出された線上でこれらの信号に調整される。

もしこれらのフィルタ４０．５０の出力が各々の場合に位相ロックループ（ＰＬ Ｌ）４１．５１に送信されれば、位相ロックループ４１．５１は図６および図７ を参照して説明された同期式復調を実行する。したがって、ｎが偶数のとき、図 １０で示されるように、計算された信号Ｆ　ｌ／　ｎが逓倍器４２によって逓倍 される回路が使用され、この逓倍器は図１１の位相ロックループでは必要ではな い。

この発明の第２の実施例で、２つの信号の周波数は第１の実施例よりずっと近い 。したがって、ケーブル上で送信されている幹線信号の干渉型カスベクトルにお ける線を回避するためにこれら２つの周波数を選択することはより容易になる。

上述の説明において、信号はパイプまたはケーブルの終端点から送信されると仮 定される。しかしながらこのことは必要ではなく、測定がケーブルに沿うある点 で行なわれかつシステムの位相「０」をその点に設定する相対的なシステムを使 用することが可能である。そこでケーブルまたはパイプに沿って距離をおいて設 けられた点を調査することによって、位相の変化が上に説明されたのと類似の方 法で決定され得る。これは線自体によって信号に与えられた位相充電がある場合 に役に立つ。

この原則はパイプおよびケーブル調査技術に適用され、過密地域で特定の導体の ルートを解明しようとするときオペレータに付加的な役に立つ情報を提供する、 なぜなら従来の位置探査装置では、導体の各々を介する応答は同一になり得るか らであり、この発明のシステムを使うことによって２つの明確に同一と見なし得 る応答が入手される。

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Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．導体を追跡する方法であって、 ある点で交流信号をその導体に与えることと、第２の点で導体の信号によって生 出された電界を検出することとを含み、 導体の信号によって生出された電界は第２の点から離れた第３の点で検出され、 交流信号はそれによって前記電界が第１および第２の電界成分を有する周波数お よび位相に関連した第１および第２の成分を有し、さらに 第２および第３の点の間の第１および第２の電界成分における位相差の変化が決 定されることを特徴とする、方法。
2. ２．前記第１および第２の点は同一である、請求項１に記載の方法。
3. ３．前記第２および第３の点は第１の点から離れている、請求項１に記載の方法 。
4. ４．前記第１の成分の周波数は前記成分の第２の周波数の整数倍数である、先行 する請求項のいずれかに記載の方法。
5. ５．前記整数倍数は偶数の倍数である、請求項４に記載の方法。
6. ６．前記第１および第２の電界成分の１つの周波数は前記信号の前記第２の成分 に対応し、かつ位相差における前記変化の前記決定の前に前記整数倍数の整数で ■倍される、請求項４または請求項５に記載の方法。
7. ７．前記成分の前記第１の周波数は （１＋１／ｎ）および（１−１／ｎ） を含み、ｎは整数である集団から選択された係数で前記成分の第２の周波数を■ 倍することによって決定される、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
8. ８．導体を追跡するための装置であって、交流信号を導体（１２）に第１の点で 与えるための発生手段（１０）と 導体（１２）上の信号によって生出された電界を検出するための検出手段とを含 み、 発生手段（１０）は振幅および位相に関連した第１および第２の成分を有する交 流信号を与えるように配列され、それによって第１および第２の電界成分を有す る電界を発生し、 検出手段は２つの点（１２）で信号によって生出された第１および第２の電界成 分を記録するように配列され、かっそれら２つの点の間の第１および第２の電界 成分の位相差における変化を決定するための決定手段を含むことを特徴とする、 装置。
9. ９．前記発生手段は前記信号の前記第１の成分を発生し、かつ■倍によってそれ から前記信号の前記第２の成分を誘導するように配列される、請求項８に記載の 方法。
10. １０．前記検出手段は前記決定手段による位相の変化の前記決定の前に、予め定 められた倍数によって前記電界の前記第２の成分の周波数を■倍するように配列 される、請求項７または請求項８に記載の装置。