JPH0536386U - 金属物探知用電磁誘導センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁誘導センサを用いて地中に埋設された金
属埋設物を正確に探知できるようにする。 【構成】 本考案の電磁誘導センサにおいては、金属埋
設物に磁界を誘導させる送信コイル１Ａ及びこの誘導さ
れた磁界を受信する受信コイル２Ａ，２Ａ’を備え、送
信コイル１Ａのコア１２Ａと受信コイル２Ａ，２Ａ’の
コア１２Ａ’とを分離させて受信コイル２Ａ，２Ａ’が
送信磁界の影響を受けにくくなるようにすると共に、受
信コイル２Ａ，２Ａ’のそれぞれのコア１２Ａ’が直線
上に並ばないように並列接続することにより、移動する
受信コイル２Ａ，２Ａ’のコア１２Ａ’の軸方向以外か
ら金属埋設物が接近した場合でも受信電圧の位相差の変
化が測定できるようにする。また、受信コイルを２個以
上設けて、移動するそれぞれの受信コイルの受信電圧と
位相差の変化量を受信コイル毎に独立して検出する。こ
の結果、検出された受信電圧のピーク値及び位相差の変
化量から埋設物の位置等が的確に探知できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、金属物探知用センサを一方向のみに移動させ土或いはコンクリート 等の目視不可能な媒体の内部に埋設されている金属管或いは鉄筋，鉄骨等の金属 物の埋設位置，埋設方向，埋設深度及び大きさ等を的確に探知する金属物探知用 電磁誘導センサに関する。

【０００２】

【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（例えば、特開昭４３− ３５３２８号公報）。図６は従来の金属物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’とを分離しており、まず、受信コイル２を矢印Ａ−Ａ’に水 平移動させて金属管５の埋設位置を検知し、その真上で受信コイル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。

【０００３】 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は、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（ 特開昭４９−１０２号公報）。図７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、７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。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或いは鉄筋の入ったコンクリート 管等の地下埋設物５Ａが常時一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に電流が流れることで地下埋設物５Ａの存在を検知する。

【０００４】 また、図８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、１２は磁心（コア）、１３は送信回路、１４は受信回路である。同 図の（ａ）は、一般的な２次コイルを示し、送信コイル１に交流電流を流すこと により、コア１２から電磁界を送出させこれにより受信コイル２へ誘起される電 圧値及び位相差を測定して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に誘起する電圧値が送信電圧値と同等の非常に高い値と なる。また、同図の（ｂ）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。この場合も上 記と同様にコア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０となる。この回路では、コ ア１２の軸方向に対する位相差が精度良く測定できる。

【０００５】 また、図９は、送信磁界の影響を少なくするため、受信コイル２Ａ，２Ａ’を 送信コイル１Ａのコア１２Ａ前方に直交に配置した電磁誘導センサである。これ により受信電圧及び位相差を測定することで、金属埋設物の有無の判断はより容 易となる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図６に示す金属埋設管探知装置は、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。このため、送信電圧を弱めるか或い 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等、測定目的により受信 コイル２，２’の移動方法を変えなければならない欠点があった。 また、図７に示す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１０ｃｍの場合は探知距離が１０ｃｍ程度となってしまう。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であるため、金属管或い 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、図８に示す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、軸方向と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欠点があった。 図９に示す電磁誘導法を用いたセンサ回路では、埋設物の有無の判断はよりし やすくなったが、受信電圧の変化が小さいため、埋設物を正確に探知できないと いう欠点があった。

【０００７】

【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、本考案は、交流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 界を受信し送信コイルと平行してコアの軸方向を前方に向けた少なくとも２個の 受信コイルと、受信コイル及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及びこれら送信コイル，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ものである。 また、送信コイル及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備えたものである。

【０００８】

【作用】

本考案においては、交流磁界を用いるため、送信出力及び送信周波数の調整が 可能であり、この結果、この電磁誘導センサが非磁性体金属に密封されても外部 へ磁界を送出することができる。また、送信コイルのコアと受信コイルのコアと が分離されているため、受信コイルが送信磁界の影響を受けにくくなる。さらに 、受信コイルをそれぞれのコアが直線上に並ばないように接続することで、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。また、受信コイルが２個以上設けたことにより、これら受信コイルの移動 に基づく受信電圧及び位相差の変化量がそれぞれ受信コイル毎に独立して検出で き、検出されたそれぞれの受信電圧のピーク値及び位相差から埋設物の位置が容 易に推定できる。

【０００９】

【実施例】

次に本考案について図面を参照して説明する。 図１は、本考案に係る金属物探知用電磁誘導センサの一実施例を示す構成図で ある。同図において、１Ａはソレノイド型送信コイル、２Ａ，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１Ａのコア、１ ２Ａ’は受信コイル２Ａ，２Ａ’のコア、１３Ａは送信コイル１Ａ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１Ａは直径０．８ｍｍのエナメル線を１０ ００回巻いてインダクタンスＬ≒５０ｍｍＨとし、受信コイル２Ａ，２Ａ’は直 径０．１ｍｍのエナメル線を５０００回巻いてインダクタンスＬ≒４７０ｍｍＨ としている。

【００１０】 また、図２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が小さくなるように、受信コイル２Ａ，２ Ａ’の前方まで延ばし、その延ばしたコアに平行して受信コイル２Ａ，２Ａ’が 配置されている。さらに、送信コイル１Ａ及び受信コイル２Ａ，２Ａ’は布入り ベークライト製のボビンに巻設されており直接的にコア１２Ａ，１２Ａ’には接 触させていない。なお、１３Ｂは送信コイル１Ａに図１に示す送信回路１３Ａか ら交流電流を伝送する送信ケーブル、１４Ｂ，１４Ｂ’はそれぞれ受信コイル２ Ａ，２Ａ’に誘起する電圧を図１の受信回路１４Ａへ伝送する受信ケーブルであ る。

【００１１】 次に、図３は、送信コイルのコアの形状を示す図である。同図の（ａ）は一般 的に用いられるソレノイド型のコイルで送信コイル１Ａのコア１２Ａは丸棒状に 切り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の先端面に 向かって進ことになる。また、同図の（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の内部 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１５Ａと平行し て前面に突きだした形状を有している。

【００１２】 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かって、或いは、外装コア１５から 中心コア１２Ａに向かって送出される。この場合、送信コイル１Ａ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、見かけ上の送信磁界はツ 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。

【００１３】 ソレノイド型コイル及びツボ型コイルでは受信コイル２Ａ、２Ａ’は、送信コ イル１Ａの中心コア１２Ａを上下から挟むように平行して配置されている。この 配置により、送信コイル１Ａ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、 ２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。

【００１４】 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、センサという ）を用いた金属埋設管（φ７５ｍｍ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８８ｍｍ，長さ５０ｍｍの円筒状のもので、周波数は数 十Ｈ_Z から数十ｋＨ_Z で共振させて磁界を送出している。また、図４，図５はセ ンサと金属埋設管との間の距離ｌ＝２０ｃｍの受信電圧ピーク値及び位相差を基 準としている。

【００１５】 即ち図４は、空中におけるセンサと金属管との距離ｌの変化に対する受信電圧 値ｖの関係を示したものである。従来の直交型コイルに比較して受信電圧ｖはよ り大きな変化を示している。この場合、センサが金属管に正面から接近してゆく と、距離が２０ｃｍ以上では受信電圧ｖは基準値付近で変化し、約２０ｃｍ以内 に接近すると、受信電圧ｖおよび位相差φの絶対値が大きな変化を示す。このよ うな形態のセンサでは位相差φよりもむしろ受信電圧値ｖの方が安定しており、 かつその変化量も大きい。図４に示したように、受信電圧値は従来の直交型のセ ンサより本考案の平行型センサの方がおよそ２０倍以上の結果を呈する。また、 特に埋設管との距離ｌが接近すればするほど変化量が大きくなるので探知が確実 となる。 また、推進速度は既知であるので、受信電圧値を距離（時間）で微分する演算 回路を付加することで、センサと埋設管との位置関係、即ち推進機と前方埋設管 との距離を知ることができる。

【００１６】 図５は、本考案を用いて前方金属物を探知する際の適切な発振周波数を示した ものである。同図は、センサと金属管とが接触した場合の一例を示している。こ の場合受信電圧ｖは１００Ｈ_Z から１ｋＨ_Z の範囲で大きな変化を示すため、本 センサの適用に際してはこの範囲の発振周波数を適用するのが効果的といえる。

【００１７】 このように、本考案のセンサでは交流磁界を用いているため、送信出力及び送 信周波数の調整が可能であり、この結果、この電磁誘導センサが非磁性体金属に 密封されても外部へ磁界を送出することができる。また、送信コイルのコアと受 信コイルのコアとが分離されているため、受信コイルが送信磁界の影響を受けに くくなる。さらに、受信コイルをそれぞれのコアが直線上に並ばないように接続 することで、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。また、受信コイルが複数設けられているので、これら各 受信コイルの移動距離に基づく受信電圧及び位相差の変化量がそれぞれ受信コイ ル毎に独立して検出でき、この結果検出された受信電圧のピーク値及び位相差の 変化量から埋設物の位置等が正確に探知できる。

【００１８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、地下を掘削推進する土木機械の先端部 にセンサを装着して地下を推進させることにより、先端部の移動に基づく受信電 圧値及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や金属障害物の位 置，方向，距離及び大きさが的確に探知でき、この結果土木機械の先端部が前方 の金属管や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 のセンサは小型化も可能であり、内径ｍｍ程度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製以外の管路（例えば、ビニール管）の内部でこのセンサ 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及び離隔距離が探知 できるので、管路増設工事の際に試験堀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，鉄骨及び電気やガス管等の配管位置が的確に探知で きるので、コンクリート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 防止できる。また、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位置探知も可能となり、穿孔工事での安全性を確保するこ とができる。また、本考案に関わる探知対象物として砂鉄分を含んだ土壌中にお 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 等、極めて優れた効果を奏する。 また、送信コイルと受信コイルとが直交する従来の電磁誘導センサより、受信 電圧及び位相差の変化量が大きいため、金属管の接近距離の手前からこれの探知 が行えると共に、測定回路の精度を上げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る金属物探知用電磁誘導センサの一
実施例を示す構成図である。

【図２】上記センサの斜視図である。

【図３】上記センサで用いられる送信コイルのコアの形
状を示す斜視図である。

【図４】空中における上記センサと金属管との距離に対
する受信電圧値，位相差の関係を示す図である。

【図５】上記センサに用いられる送信回路の発振周波数
と受信電圧値との関係を示す図である。

【図６】コイルの直流磁界を用い電磁誘導法を適用した
従来の金属埋設管探知装置の構成図である。

【図７】永久磁石の直流磁界を用い電磁誘導法を適用し
た従来の金属埋設管探知装置の構成図である。

【図８】交流磁界を用い電磁誘導法を適用した従来の非
破壊検査用センサの構成図である。

【図９】従来の送受信コイル直交型のソレノイド型セン
サの一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 送信コイル ２，２Ａ，２Ａ’ 受信コイル ３ 送信磁界 ４ 誘導磁界 ５ 埋設金属管 ６ 土 ７ 土木掘削機械本体 ８ 演算部 ９，９’ 永久磁石の磁極 １０ 磁性体 １１ 受信回路 １２，１２Ａ，１２Ａ’ コア １３，１３Ａ 送信回路 １３Ｂ 送信ケーブル １４，１４Ａ 受信回路 １４Ｂ，１４Ｂ’ 受信ケーブル １５ 外装コア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 増田 順一 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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この送信コイルのコア
   の軸方向と平行して配置されかつ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
   複数の受信コイルと、前記送信コイル及び受信コイルに
   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
   差及びこれら送信コイル，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と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. 【請求項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、 前記送信コイル及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備えたことを特徴とする金属
   物探知用電磁誘導センサ。