JPH05232245A - 金属探知方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】極めて簡単な構成で、通電しなくとも広く金属
を検出でき、検出距離が長くかつ確実に検出できる方法
及びその装置を提供することを目的としたものである 【構成】非磁性体であって導電率の低い素材から成る本
体の先端部内にセンサコイルを設け、このセンサコイル
にパルス状の電流を印加し、この電流を切った際の反射
波形の過渡応答特性の変化により金属の存在の有無を検
知する方法とした。そして具体的には例えば、予め金属
がない場合の上記反射波が一定電圧になるまでの時間を
測定しておき、この時間を基準とし、実際に測定した反
射波が一定電圧になるまでの時間を測定してこれを基準
時間と比較して金属の存在の有無を検出するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は主に土中に埋設した金
属物の探知方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地中の金属埋設物を検知するには従来以
下のものがある。

【０００３】水平コイル式受信センサは被測定物を通電
させておき、上下二つのコイルに生ずる誘起電圧の大き
さが、上のコイルより下のコイルが大きい状態において
のみ検出するものである。またクロスコイル式受信セン
サは被検出物を通電させておき、上下の水平と垂直の組
合わせコイルに生ずる誘起電圧が最大と最小とで合致し
た際に検出するものである。また電磁誘導式センサは発
信コイルからの誘導磁界が被検出物体によって変化し、
受信コイルが不均衡となることによって検出するもので
ある。さらに差動コイル式近接センサは被検出物に生ず
るうず電流による磁束を検出コイルと比較コイルの差で
検出するものである。またさらに高周波発振式近接セン
サは高周波発振回路中の発振コイルのインピーダンス変
化によって発振を停止させて検出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記水平コイル式及び
クロスコイル式の受信センサは非金属管内の通電ケーブ
ルに対しては容易に検出することができるが、金属管内
の通電ケーブルに対しては金属管による電磁遮蔽が生ず
るため非金属管の場合と同一の感度レベルでは検出でき
ない。また水平コイル式受信センサはケーブルに対して
直上位置からの検出性能とケーブルより３００ｍｍ横に
離れた位置からの検出性能が、検出感度の設定位置によ
っては変わらず、３００ｍｍ横に離れたケーブルをも直
下にあるが如く検出してしまうおそれがある。

【０００５】また上記電磁誘導式センサはケーブルの通
電等には殆ど影響されず、金属管のみに限定しての検出
性能においては有効である。しかしながらこの電磁誘導
式センサは検出距離が短い。

【０００６】また上記差動コイル式および高周波発振式
センサは検出距離が短いうえ、パイプのように対象面が
弧状を有していたり曲面であったりした場合には、その
中心から外れる割合によって検出感度はより低下するな
ど不特定の条件下での性能は一定しない。また周囲に金
属がある場合の影響も大きく、検出距離の３倍以上の空
間を設ける必要がある。

【０００７】この発明はこれらの点に鑑みて為されたも
ので、極めて簡単な構成で、通電しなくとも広く金属を
検出でき、検出距離が長くかつ確実に検出できる方法及
びその装置を提供することを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１に示す如く、コイル
(イ)にパルス状の電流を印加すると、近接した金属板
(ロ)にうず電流が発生するが、この場合磁束を減らす方
向に系は働く。そして上記電流を切るとファラディ・ノ
イマンの法則により磁束を減らすまいと系は働き、図２
に示す如く、コイル(イ)の両端には逆起電力Ｖが発生す
る。その結果図３に示す如く瞬時に電圧は下がらない。
一方金属板(ロ)が近接していないと上記逆起電力がうず
電流の発生しない分低くなり、それ故電圧は瞬時に下が
る。

【０００９】そこでこの発明はコイルにパルス状の電流
を印加した際の反射波の過渡応答特性波形の変化を観測
することにより金属の存在を検出するもので、その具体
的測定方法としては、上記波形がある一定電圧になるま
での時間を測定し、この時間の長さによって金属の有無
を識別するものである。

【００１０】そしてその具体的構成は、非磁性体であっ
て導電率の低い素材から成る本体の先端部内にセンサコ
イルを設け、このセンサコイルにパルス状の電流を印加
する送信回路及び受信回路を設け、また当該受信回路に
よる過渡応答特性波形の観測部を設けたものである。

【００１１】

【作用】請求項１項の発明では、予め測定した、金属が
存在していない場合の反射波形と実際測定した反射波と
を比較し、変化していれば金属が存在し、変化がなけれ
ば金属が存在しないことが分かる。

【００１２】請求項２項の発明は、金属が存在しない場
合の反射波形が一定電圧に成るまでの時間を予め測定し
てこれを基準時間とし、実際測定した出力波形による反
射波の一定電圧到達までの時間をこの基準時間と比較し
て長ければ金属が存在していることが分かり、そうでな
ければ金属は存在していないことが分かる。

【００１３】請求項３項の発明では、予め測定した、金
属が存在していない場合の反射波形と実際測定した反射
波とを観測部で比較し、変化していれば信号が出力さ
れ、金属が存在していることが分かる。また変化がなけ
れば信号は出力されず、金属が存在しないことが分か
る。

【００１４】また磁性体を検出する場合は、その物体と
コイルの間の距離及び物体の面積の減磁率との関数とし
てインピーダンス変化分が表われ、非磁性体を検出する
場合は印加される電流の角速度が非常に大きな要素であ
る事が考えられる。

【００１５】この発明のパルス方式はフーリェ展開をす
るとあらゆる周波数成分を含むことから、磁性体及び非
磁性体導体の両方を検出する必要のあるこの発明には非
常に有効な手段であることが立証された。

【００１６】また磁性体によるインピーダンスの変化は
そのまま波形の時定数の変化となって表われ、非磁性導
体による逆起電力は波形の電圧成分の変化となって表わ
れることから、パルス波を利用してスイッチング時間か
ら一定電圧になるまでの時間測定を行うことによって磁
性体、非磁性体の両方が検出できる事が理論的にも証明
される。

【００１７】

【実施例】以下この発明の実施例を図について説明す
る。

【００１８】まずこの発明の方法に使用する装置につい
て図４に基づいて説明すると、地中を回転掘削しながら
挿入する掘削装置の削孔棒先端部１は、パイプ２の先端
開口部に、パイプ継ぎ手３を螺着し、このパイプ継ぎ手
３に円柱状のＦＲＰ樹脂製の先端部４をノックピン５を
介して接続して設け、さらにこの先端部４の先端に、セ
ラミックスから成るヘッド部６をノックピン７を介して
固着したものである。

【００１９】またこのヘッド部６の先端面にはウルチム
等の超硬性の合成樹脂からなるチップ８を固着してい
る。またこれらのヘッド部６及び先端部４を貫通して上
記パイプ２内に通じる流水路９を軸方向に設け、切削地
盤に適宜の水を送る構成となっている。上記先端部４内
には上記流水路９の外周位置に、当該先端部４の軸方向
を中心として環状の金属探知用センサコイル１０を設け
ている。

【００２０】またこのセンサコイル１０の後方の先端部
４内にはＰモード及びＲモード検出のケーブル探知用セ
ンサコイル１１を設けている。これらの金属探知用セン
サコイル１０及びケーブル探知用センサコイル１１のリ
ード線は先端部４内を通ってパイプ２内に導出され、パ
イプ２内では配管継ぎ手１２に接続されたウレタンチュ
ーブ１３内に挿通されている。

【００２１】次ぎに上記センサコイル１０にパルス電流
を供給し、被検知物からの反射波を検出する送受信回路
１４を図５及び図６について説明する。

【００２２】送信回路は、クロックパルス発生回路１５
から、図６の(a)で示すクロックパルスを発生させ、こ
れをタイミング回路１６をへてドライブ回路１７に出力
し、このドライブ回路１７から上記金属探知用センサコ
イル１０に、図６の(b)で示すドライブパルスをかける
構成としている。なお図６の(c)の波形はパルス上の電
流を切った際の金属探知用センサコイル１０の両端波形
を示す。

【００２３】また受信回路は、上記金属探知用センサコ
イル１０から第１波形クリップ回路１８を介して金属接
近による変化部分以外の部分をクリップして第１受信ア
ンプ１９に入力して必要部分のみを増幅し、さらにこれ
と同様に第２クリップ波形回路２０を経てクリップして
第２受信アンプ２１に入力して目的とする金属接近によ
る波形変化部分のみを増幅し、この波形はコンパレータ
ー２２を通して、予め定めた基準電圧と比較され、ＯＮ
‐ＯＦＦ信号へと変換される構成となっている。

【００２４】このコンパレーター２２の動作は、金属探
知用センサコイル１０に印加されたパルスが ＯＦＦに
なると立ち下がり、金属探知用センサコイル１０の両端
の波形がマイナスから増加して、上記基準電圧を越える
所で立ち上がる。従って得られた出力波形は、ＯＦＦ部
分のパルス巾が金属探知用センサコイル１０の両端に表
われる金属接近による波形変化を時間に変換したものと
して、表現されている。

【００２５】そこでこのコンパレーター２２の出力信号
はゲート回路２３に出力し、このゲート回路２３で上記
コンパレーター２２の出力信号のＯＦＦ部分に相当す
る、上記クロックパルス回路１５から出力したクロック
パルスを出力する構成としている。

【００２６】そして図示は省略したが、その後この出力
されたクロックパルスの個数をカウンターでカウント
し、金属が存在しない場合の上記基準電圧までのクロッ
クパルスの個数をカウントして予め設定した基準カウン
ト数と比較し、基準カウント数より多ければ、金属あり
との信号を出力するものである。

【００２７】図６は図５の各箇所の波形を示し、(d)及
び(e)は第１受信アンプ１９の入力波形及び出力波形、
(f)及び(g)は第２受信アンプ２１の入力波形及び出力波
形、(h)及び(i)はコンパレーター２２の入力波形及び出
力波形をそれぞれ示すものである。

【００２８】なお上記実施例では削孔機にこの発明を設
けたが、これに限らず適宜のものにセンサコイルを設け
て、金属を探知できるものである。しかしながらいかな
る場合もセンサコイルの周囲は非磁性体であって導電率
の低い素材としなければならない。なぜならセンサコイ
ル周囲の素材が磁性体もしくは導電率の高い素材である
と、金属の検出は可能であるが、検出距離が短くなる。

【００２９】

【発明の効果】この発明の請求項１項及３項の方法及び
装置では、センサコイルにパルス状の電流を印加し、こ
の電流を切った際の反射波の過渡応答特性の変化により
金属の存在の有無を検知するため、構造が極めて簡単で
あり、予め金属の存在しない場合の反射波の波形を図形
化しておけば、極めて簡単にこれらを比較し、金属を容
易に検出することができる。また被検出物たる金属に通
電しなくとも、金属全般を検出でき、さらに検出距離が
長くかつ確実に検出できる利点を有する。

【００３０】また請求項２項の方法は上記利点に加え、
予め測定した、金属が存在しない場合の反射波が一定電
圧になるまでの時間を基準時間とし、実際の測定反射波
が一定電圧になるまでの時間を測定してこれを上記基準
電圧と比較することにより、金属の有無を検出するもの
で、金属検知がより確実となる。これはセンサコイルに
パルス状の電流を流してこれを切った際の反射波に対
し、一定時間後の電圧の値の変化で検出する方法もある
が、この発明のように一定電圧になるまでの時間の変化
で検出する方がＣＰＵ演算等において有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理を示すもので、コイルにパルス
状の電流を印加した際の金属板の状態を示す斜視図

【図２】この発明の原理を示すもので、コイルからパル
ス状の電流を切った際の金属板の状態を示す斜視図

【図３】この発明の原理を示すもので、金属板がある場
合とない場合の、コイルからパルス状の電流を切った際
の反射波の状態を示すグラフ図

【図４】この発明のセンサコイルを削孔棒先端部に付け
た状態を示す断面図

【図５】この発明の送受信部の概略構成図

【図６】この発明の送受信部の各部における波形を示す
タイミングチャート図

【符号の説明】

１ 削孔棒先端部 ２ パイプ ４ 先端部 ６ ヘッド部 ８ チップ １０ 金属探知用センサコイル １４ 送受信回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非磁性体であって導電率の低い素材から
   成る本体の先端部内にセンサコイルを設け、このセンサ
   コイルにパルス状の電流を印加し、この電流を切った際
   の反射波形の過渡応答特性の変化により金属の存在の有
   無を検知することを特徴とする、金属探知方法。
2. 【請求項２】 非磁性体であって導電率の低い素材から
   成る本体の先端部内にセンサコイルを設け、このセンサ
   コイルにパルス状の電流を印加し、この電流を切ってか
   ら反射波が一定電圧になるまでの時間を測定することに
   よって金属の存在の有無を検出することを特徴とする、
   金属探知方法。
3. 【請求項３】 非磁性体であって導電率の低い素材から
   成る本体の先端部内にセンサコイルを設け、このセンサ
   コイルにパルス状の電流を流す送信回路及び受信回路を
   設け、さらに当該受信回路による過渡応答特性波形の観
   測部を設けたことを特徴とする、金属探知装置。