JPH0786533B2 - 地中埋設物の磁気的位置検知方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は埋設管等の地中埋設物の位置を磁気的に検知す
る方法、特に該地中埋設物に電磁誘導により電流を流
し、この誘導電流により発生する磁場を検知して地中埋
設物の位置を検知する方法に関するものである。

（従来の技術およびその問題点） ガス管、水道管等の導電性の地中埋設物の位置、即ち地
上対応位置と深さを検知する方法としては、通常は、手
軽で比較的検知精度が良いことから磁気的検知方法が多
く使用されている。そしてかかる磁気的検知方法では、
地中埋設物に交流電流を流し、この交流電流により周囲
に発生する磁場の分布から検知する方法が最も多く採用
されており、この場合、地中埋設物に交流電流を流す方
法としては、その一端に交流電流源を直接に接続して流
す直接法と、送信器からの電磁誘導によって流す誘導法
（あるいは間接法）とがある。

一般に直接法では、検知対象の地中埋設物のみに電流を
流すことができるので間接法に比べて検知精度が良いと
いう長所を有する反面、この地中埋設物に地上露出部が
ないと適用できないという短所を有する。一方、誘導法
では、地中埋設物に地上露出部がない場合にも適用でき
るという長所を有する反面、検知対象の地中埋設物以外
の他の導電性の地中埋設物が近接して存在する場合に
は、該他の地中埋設物にも誘導電流が流れるので、これ
らにより発生する磁場の分布状態は、単一の地中埋設物
に流れる電流によって発生する円筒状の磁場分布とは異
なってしまい、検知対象の地中埋設物の検知精度が悪化
するという短所がある。そこで、これを図に基づいて説
明する。

第６図（ａ）は検知対象の地中埋設物Ｏ以外の他の導電
性の地中埋設物が近接して存在しない場合に於いて、地
中埋設物Ｏに紙面の手前側から奥側方向に流れる誘導電
流によって発生する磁場Ｍの分布、即ち円筒状磁場分布
を模式的に表わしたもので、第７図（ａ）、（ｂ）は夫
々この磁場Ｍの水平方向、垂直方向成分の分布を、地中
埋設物Ｏの地上対応位置ｐを原点とする水平方向（ｘ方
向）距離に対して表わしたものである。この第７図
（ａ）、（ｂ）からわかるように、磁場Ｍの水平方向成
分は前記地上対応位置ｐ（ｘ＝０）に於いて最大値で、
ここから離れるにつれて低い値となる曲線状の分布とな
り、また垂直方向成分または該位置ｐに於いて零となる
曲線状の分布となる。そして、かかる曲線の傾きは地中
埋設物Ｏが深い程小さくなる。従って受信器により、こ
れらの成分を測定し、それらの大きさと、傾きとから地
中埋設物Ｏの地上対応位置ｐと深さを精度良く検知する
ことができるのである。

次に第６図（ｂ）は、検知対象の地中埋設物Ｏに近接し
て他の導電性の地中埋設物Ｏ′が存在し、この地中埋設
物Ｏ′にも地中埋設物Ｏと等しい誘導電流が流れている
とした場合に於いて発生する磁場Ｍ′の分布を模式的に
表わしたもので、また第８図（ａ）、（ｂ）は夫々この
磁場Ｍ′の水平方向、垂直方向成分の分布の一例を、検
知対象の地中埋設物Ｏの地上対応位置ｐを原点とする水
平方向（ｘ方向）距離に対して表わしたものである。か
かる図からわかるように、近接した地中埋設物Ｏ′に流
れる誘導電流に影響されて、磁場Ｍ′の分布は前述の円
筒状の磁場Ｍの分布から大きく歪んでしまう。例えば第
８図（ａ）、（ｂ）の分布に於いては、水平方向成分が
最大となる位置及び垂直成分が零となる位置は検知対象
の地中埋設物Ｏの地上対応ｐ位置からずれた位置ｐ′
（ｘ＝0.5）となり、従って前述の方法により位置検知
を行なうと、検知誤差を生じ、精度が悪い。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたもので、即ち、以
上のように、検知対象の地中埋設物に近接して、他の導
電性の地中埋設物が存在している場合に於いても、誘導
法を適用して高精度に検知対象の地中埋設物を検知し得
る方法を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 前述の目的を達成するために、本発明は、送信器から電
磁誘導によって導電性の地中埋設物に誘導電流を流し、
この誘導電流により該地中埋設物の周囲に発生する磁場
の分布を受信器により検知して該地中埋設物の位置を検
知する方法に於いて、前記送信器は、地中埋設物に対す
る磁束鎖交状態を可変に構成し、前記受信器により磁場
分布を測定して、これと所定の円筒状磁場分布のずれを
検知しながら前記磁束鎖交状態を変化させ、このずれを
最小とするように前記送信器を調節して、この時の測定
磁場分布により対象とする地中埋設物の位置を検知する
ことを要旨とするものである。

（作用） 次に本発明の作用を、基本概念を表わした第１図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図に於い
て符号１は地面、Ｏは検知対象の地中埋設物、Ｏ′は該
地中埋設物Ｏに近接している他の地中埋設物を示すもの
である。また符号２は送信器を示すもので、この送信器
２は後述する実施例に示すような各種の構成で地中埋設
物O,O′に対する磁束鎖交状態を可変に構成するのであ
るが、この図に於いては、仮想的に示すコイル３の軸ｌ
の向きを変えて磁束鎖交状態を可変とする構成として表
わしている。次に符号４は受信器を示すもので、この受
信器４は水平方向の各位置の磁場の大きさを測定して、
磁場分布を測定可能であれば後述する実施例に示すよう
な各種の構成で良いが、この図に於いては水平方向に移
動して各位置の磁場測定を行なう構成としている。しか
して、第１図（ａ）に示すようにコイル３の軸ｌが地中
埋設物O,O′の図中右側に在る場合、コイル３からの磁
束φは地中埋設物O,O′の両方に同方向に鎖交して、図
示の時点に於いては紙面の手前側から奥側方向に誘導電
流が流れ、そして磁場Ｍ′が発生する。図の状態に於い
ては地中埋設物Ｏに流れる誘導電流の方が大きいので磁
場Ｍ′の分布は歪んだ楕円筒状となり、前記筒状磁場分
布から大きくずれ、また図中上下方向の適宜の直線に対
して線対称ともならない。

次に第１図（ｂ）に示すようにコイル３の軸ｌが市中埋
設物O,O′間に在る場合、コイル３からの磁束φは、地
中埋設物O,O′に夫々逆方向に鎖交するので、図示の時
点に於いては、地中埋設物Ｏには紙面の手前側から奥側
方向に、また地中埋設物Ｏ′には逆方向に誘導電流が流
れる。従ってかかる誘導電流による磁場Ｍ′の分布はや
はり前記円筒状磁場分布から大きくずれる。

そこで次に第１図（ａ）の状態から第１図（ｂ）の状態
の方向に、または第１図（ｂ）の状態から第１図（ａ）
の状態の方向に磁束鎖交状態を変化させて、第１図
（ｃ）に示すようにコイル３の軸ｌを地中埋設物Ｏ′に
向けると、この磁束鎖交状態に於いては、地中埋設物
Ｏ′に誘導電流が生じず、地中埋設物Ｏにのみ紙面の手
前側から奥側方向の誘導電流が流れる。このため、地中
埋設物Ｏの周囲にのみ磁場Ｍが発生し、この磁場Ｍの分
布は前記円筒状磁場分布となる。そして、この円筒状磁
場分布から対象とする地中埋設物Ｏの地上対応位置ｐと
深さを精度良く検知し得ることは前述した通りである。

従って、受信器４により磁場分布を測定し、この測定磁
場分布と前記円筒状磁場分布のずれを検知しながら、前
記送信器２による地中埋設物O,O′に対する磁束鎖交状
態を変化させ、このずれを最小とするように前記送信器
２を調節し、即ち第１図（ｃ）のような状態として、こ
の時の測定磁場分布により、対象とする地中埋設物Ｏの
位置を精度良く検知し得るのである。

このように本発明に於いては、測定磁場分布と所定の円
筒状磁場分布のずれを検知する動作が必要であるが、か
かるずれの検知は次のような方法で容易に行なうことが
できる。

まず、その一つは、水平方向の各位置に於ける水平方向
磁場成分と垂直方向磁場成分の比が、位置に対して直線
的に変化するかどうか測定して検知する方法である。第
９図（ａ）は、第７図（ａ）、（ｂ）に夫々示した水平
方向磁場成分と垂直方向磁場成分の比の値を位置に対し
て表わしたものであり、また第９図（ｂ）は第８図
（ａ）、（ｂ）に関して、同様に比の値を位置に対して
表わしたものである。

かかる図からわかるように、円筒状磁場分布に於いて
は、前記比の値が位置に対して直線的に変化するのに対
して、この円筒状磁場分布からずれた磁場分布に於いて
は、図中点線で示した直線的変化からずれてしまう。

このことから、例えば前記受信器４により測定した測定
磁場分布の水平、垂直方向成分の比から最小二乗法等の
手法によって直線をあてはめ、近似した直接と測定値と
の残差の二乗和を以って円筒状磁場分布からずれに対応
する量とすることができ、かかるずれに対応する量を最
小とするように前記送信器２を制御することは容易であ
る。

次に、ずれを検知する他の方法としては、水平方向の各
位置に於ける水平方向または垂直方向磁場分布の絶対値
がある位置に対して線対象であるかどうかを測定して検
知する方法を適用することもできる。これは前述したよ
うに、第１図（ａ）の状態に於いては、磁場Ｍ′の分布
は歪んだ楕円筒状となり、図中上下方向の適宜の直線に
対して線対称とならないのに対して、円筒状に於いては
線対称となることを利用するものである。

（実施例） 次に本発明の実施例を説明する。

まず第２図は本発明に適用する送信器２及び受信器４の
一実施例の構成を模式的に表わしたものである。この実
施例は、送信器２に地表に対して垂直方向と水平方向に
軸を向けた一対のコイル3a,3bを設け、該一対のコイル3
a,3bに流す交流電流の大きさを夫々変化させることによ
り、地中埋設物に対する磁束鎖交状態を変化させるもの
である。符号5a,5bは電流の大きさを可変の可変交流電
流源で、この可変交流電源5a,5bは情報受信制御部６に
より制御する。

かかる構成に於いて、垂直方向に軸l₁を向けたコイル3a
からは第３図（ａ）に示すように磁場が発生し、また水
平方向に軸l₂を向けたコイル3bからは第３（ｂ）に示す
ように磁場が発生する。これら２つの磁場を重ね合わせ
ると、第３図（ｃ）に示すような合成磁場となり、かか
る合成磁場に於ける軸ｌは前記軸l₁（l₂）から角度θ傾
き、この角度θは各コイル3a,3bに流す電流を変えるこ
とにより変化させることができ、こうして前述したよう
に地中埋設物に対する磁束鎖交状態を変化させることが
できるのである。

次に受信器４には、磁場の大きさを測定するための磁気
センサ６と、この磁気センサ６の信号を処理し、測定磁
場分布と所定の円筒状磁場分布とのずれを検知し、これ
を情報送信部７に伝達すると共に、地中埋設物の位置を
算出する信号処理部８を設けている。情報送信部７は信
号処理部８からの信号を電波または光ファイバ等の媒体
９を介して送信器２の情報受信制御部６に送信するもの
である。実施例に於いては磁気センサ６は、水平方向の
複数位置に対応させた複数のセンサ部S₁,S₂,…,Snを設
けて、この複数のセンサ部により磁場分布を測定してい
るが、前述したように単一または少数のセンサ部を水平
方向に移動させて磁場分布を測定するようにすることも
できる。また、前述した各コイル3a,3bへの通電は連続
的に同時に行なう他、間欠的あるいは時分割で行なうこ
ともでき、この場合の所定の磁場分布の測定は受信器４
側で対応させることができる。

次に第４図は本発明に適用する送信器２の他の実施例を
示すものであり、この実施例に於いては、送信器２に、
水平方向の軸10の回りに回転可能なコイル３を設け、こ
のコイル３を回転させることにより前記軸ｌの向きを変
化させて地中埋設物に対する磁束鎖交状態を変化させる
ものである。このコイル３は、前記情報受信制御部６に
制御された回転装置11により行なうものである。尚、こ
の第４図に於ける受信器４の構成は第２図の構成と同様
であるため説明は省略する。

次に第５図は本発明に適用する送信器２の更に他の実施
例を示すものであり、この実施例に於いては、送信器２
に、地表に対して横方向に移動自在なコイル３を設け、
このコイル３を横方向に移動させることにより、前記軸
ｌを移動させ、こうして地中埋設物に対する磁束鎖交状
態を変化させるものである。図に於いてコイル３は、垂
直方向に軸を向けたコイルのみを示しているが、このコ
イル３としては前述の２実施例の構成を適用しても良い
ことは勿論である。図に於いて、コイル３は案内部材12
に沿って移動自在な基体13に設置し、この基体13を情報
受信制御部６に制御された移動装置14により移動するも
のである。

（発明の効果） 本発明は以上の通り、送信器から電磁誘導によって導電
性の地中埋設物に誘導電流を流し、この誘導電流により
該地中埋設物の周囲に発生する磁場の分布を受信器によ
り検知して、該地中埋設物の位置を検知する誘導法を適
用しながら、対象とする地中埋設物に近接する他の地中
埋設物の影響をなくすことにより、高精度に対象地中埋
設物の位置を検知することができ、従って、直接法では
困難であった、地上露出部の存在しない地中埋設物であ
っても高精度に位置検知を行なえるという効果がある。
かくして本発明はガス管や水道管等の保守、取換工事等
に於いて作業を効率化し、コストの低減、安全性の確保
を達成し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の基本概念を表
わした模式的説明図、第２図は本発明に適用する装置の
一実施例を模式的に表わした系統説明図、第３図
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は第２図の装置に於ける送信器
の動作を模式的に表わした説明図、第４図、第５図は本
発明に適用する装置の他の実施例を模式的に表わした系
統説明図、第６図（ａ）、（ｂ）は地中埋設物が単一の
場合、複数の場合に於ける磁場分布の模式的説明図、第
７図（ａ）、（ｂ）は第６図（ａ）の磁場分布の夫々水
平方向、垂直方向成分を水平方向位置に対応して表わし
た説明図、第８図（ａ）、（ｂ）は第６図（ｂ）の磁場
分布の夫々水平方向、垂直方向成分を水平方向位置に対
応して表わした説明図、第９図（ａ）、（ｂ）は、夫々
第７図、第８図に示した磁場分布の水平方向成分と垂直
方向成分の比の値を位置に対して表わした説明図であ
る。 符号O,O′……地中埋設物、M,M′……磁場、１……地
面、２……送信器、３……コイル、４……受信器、５…
…可変交流電流源、６……情報受信制御部、７……情報
送信部、８……信号処理部、９……媒体、10……軸、11
……回転装置、12……案内部材、13……基体、14……移
動装置。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−203081（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−162978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−262085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−313087（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信器から電磁誘導によって導電性の地中
   埋設物に誘導電流を流し、この誘導電流により該地中埋
   設物の周囲に発生する磁場の分布を受信器により検知し
   て該地中埋設物の位置を検知する方法に於いて、前記送
   信器は、地中埋設物に対する磁束鎖交状態を可変に構成
   し、前記受信器により磁場分布を測定して、これと所定
   の円筒状磁場分布のずれを検知しながら前記磁束鎖交状
   態を変化させ、このずれを最小とするように前記送信器
   を調節して、この時の測定磁場分布により対象とする地
   中埋設物の位置を検知することを特徴とする地中埋設物
   の磁気的位置検知方法
2. 【請求項２】送信器には、地表に通して垂直方向と水平
   方向に軸を向けた一対のコイルと夫々のコイルに電流を
   流す交流電流源を設け、該一対のコイルに流す交流電流
   の大きさを夫々変化させることにより、地中埋設物に対
   する磁束鎖交状態を変化させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の地中埋設物の磁気的位置検知方法
3. 【請求項３】送信器には、水平方向の軸の回わりに回転
   可能なコイルと該コイルに電流を流す交流電流源を設
   け、該コイルを回転させることにより、地中埋設物に対
   する磁束鎖交状態を変化させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の地中埋設物の磁気的位置検知方法
4. 【請求項４】送信器には、地表に沿って横方向に移動自
   在なコイルと該コイルに電流を流す交流電流源を設け、
   該コイルを横方向に移動させることにより、地中埋設物
   に対する磁束鎖交状態を変化させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の地中埋設物の磁気的位置検知
   方法
5. 【請求項５】測定磁場分布と所定の円筒状磁場分布のず
   れは、水平方向の各位置に於ける水平方向磁場成分と垂
   直方向磁場成分の比が、位置に対して直線的に変化する
   かどうかを測定して検知することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の地中埋設物の磁気的位置検知方法
6. 【請求項６】測定磁場分布と所定の円筒状磁場分布のず
   れは、水平方向の各位置に於ける水平方向または垂直方
   向磁場成分の絶対値が、ある位置に対して線対称である
   かどうかを測定して検知することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の地中埋設物の磁気的位置検知方法
7. 【請求項７】受信器は、地表に対して水平方向と垂直方
   向の磁場成分を検知する磁気センサと、その出力信号を
   処理する信号処理回路とから成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の地中埋設物の磁気的位置検知方
   法