JPH0833454B2 - 埋設物の探知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はガス管、水道管、電力ケーブル、電話ケーブ
ル又はワイヤ等の、地中に埋設された導電性を有する埋
設物の位置を探知するための装置に関するものである。

（従来の技術） 地中に埋設された電気伝導性を有する埋設管や埋設ケ
ーブル等の埋設物の位置、即ちその直上位置と埋設深さ
を探知するための従来の方法としては、通常は、手軽で
比較的探知精度が良く、しかもいろいろな場所に適用が
可能であることから磁気的探知方法が多く使用されてい
る。そしてかかる磁気的探知方法では、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界
の分布を受信器の磁気センサで検出することにより探知
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、地上の露出部に直
接に交流電流源を接続して流す直接送信法と、送信器で
発生させた送信磁界で電磁誘導により流す誘導送信法と
がある。第６図は誘導送信法の動作を模式的に示すもの
で、送信磁界と、地中埋設物に誘導された誘導電流によ
る磁界とは位相が90゜ずれている。本発明は後者の誘導
送信法に関するもので、この方法では地上露出部が必要
個所に存在しない地中埋設物にも適用し得るという利点
があるが、該地中埋設物に流れる誘導電流により発生す
る磁界のみを高精度に検出する必要がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら誘導送信法では、誘導電流により発生す
る磁界に加えて、送信器で発生させた送信磁界も受信器
の磁気センサに受信され易く、これらの重畳した磁界が
検出磁界として磁気センサにより検出されるので、磁気
センサにより受信される送信磁界は、検出磁界に於ける
SN比を低下させ、誘導電流により発生する磁界の検出精
度が悪化する。そして、この傾向は送信器と受信器の距
離が近くなる程顕著となる。即ち、第４図は、磁気セン
サが検出する磁界を送信磁界を基準としてベクトル表示
したもので、上述したとおり送信磁界によって地中埋設
物に誘導された誘導電流により発生する磁界は送信磁界
に対して90゜位相がずれている。従って、磁気センサ
は、この90゜位相がずれた磁界と送信磁界とが重畳され
た状態で磁界を検出するため、検出磁界は、この磁気セ
ンサで検出する送信磁界の強さ、即ち、送信コイルから
の距離に応じて、送信磁界に対して０゜〜90゜の位相差
を有する磁界となる。このため検出磁界に於けるSN比、
即ち、90゜位相がずれた磁界と送信磁界との比は、磁気
センサが送信コイルに近いほど小さくなり、従って送信
器の近くで磁気センサによる探知を行う必要がある場合
には、送信磁界が大きな誤差要因となっている。そして
送信磁界と、誘導電流により発生する磁界とは、上述し
たとおり位相が90゜ずれているが、周波数は当然同一で
あるので、通常のフィルタでは区別することができず、
その影響の除去は一般的には困難である。

このような影響を除去し得る装置して、送信器の送信
コイルと、受信器の磁気センサの磁気感度のある方向を
直交させるように配置したり、あるいは第５図に示すよ
うに、送信コイルａと直列に接続したキャンセルコイル
ｂを磁気センサｃの近傍に配置して、第４図に示すよう
に磁気センサｃ付近の送信磁界ｄを、キャンセルコイル
ｂで発生するキャンセル磁界ｅにより相殺することによ
り、磁気センサｃ付近の送信磁界ｄを部分的に零にする
装置が試みられている。

しかしながら、これらの方法では、送信コイルａと磁
気センサｃの相対位置を完全に固定することが必須条件
となり、これらを装置する送信器と受信器とが分離され
ている通常の探知装置に適用することはできない。ま
た、送信器と受信器を一体に構成したものでも、温度変
化や機械的な変形によって送信コイルａと磁気センサｃ
の相対位置が変化すると、キャンセル磁界ｅによっても
送信磁界ｄを完全に除去はできなくなる。

本発明は以上の課題を解決することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 以上の課題を解決するための本発明の構成を説明する
と、まず本発明の埋設物の探知装置は、地中に埋設され
た電気伝導性を有する埋設物に、送信器で発生させた送
信磁界で電磁誘導により誘導電流を流し、該誘導電流に
より発生する磁界を受信器で検出して前記地中埋設物を
探知する装置に於いて、前記送信器には、前記送信磁界
を発生させるための送信コイルと、該送信コイルに電流
を流すための交流電源と、前記送信コイルに流れる電流
を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出した
電流信号を前記受信器に伝送する伝送手段とを設けると
共に、前記受信器には、磁界を検出するための磁気セン
サと、該磁気センサにより検出した磁界信号と送信器か
ら伝送された前記電流信号を入力して、該電流信号と同
位相及び直交位相の磁界信号成分を抽出する直交検波型
ロックインアンプと、該直交検波型ロックインアンプに
より抽出した直交位相成分の出力手段と、該直交検波型
ロックインアンプにより抽出した前記同位相成分を利得
制御信号として利得を変化させながら送信器から伝送さ
れた前記電流信号を増幅する利得可変増幅手段と、該利
得可変増幅手段の出力電流を流し、前記磁気センサに対
して、前記送信磁界と逆位相の磁界を発生させるキャン
セルコイルとを設け、前記利得可変増幅手段は前記同位
相成分を零とするようにフィードバック動作させる構成
としたものである。

また、本発明では、他の構成として、地中に埋設され
た電気伝導性を有する埋設物に、送信器で発生させた送
信磁界で電磁誘導により誘導電流を流し、該誘導電流に
より発生する磁界を受信器で検出して前記地中埋設物を
探知する装置に於いて、前記送信器には、前記送信磁界
を発生させるための送信コイルと、該送信コイルに電流
を流すための交流電源と、前記送信コイルに流れる電流
を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で検出した
電流信号を前記受信器に伝送する伝送手段とを設けると
共に、前記受信器には磁界を検出するための磁気センサ
と、該磁気センサにより検出した磁界信号と送信器から
伝送された前記電流信号を入力して、該電流信号と同位
相及び直交位相の磁界信号成分を抽出する直交検波型ロ
ックインアンプと、該直交検波型ロックインアンプによ
り抽出した直交位相成分の出力手段と、前記電流信号の
位相を180゜ずらす位相手段と、該直交検波型ロックイ
ンアンプにより抽出した前記同位相成分を利得制御信号
として利得を変化させながら前記位相手段の出力を増幅
する利得可変増幅手段と、該利得可変増幅手段の出力電
流を流し、前記磁気センサに対して、前記送信磁界と逆
位相の磁界を発生させるキャンセルコイルとを設け、前
記利得可変増幅手段は前記同位相成分を零とするように
フィードバック動作させる構成としたものである。

以上の構成に於いて、伝送手段は、絶縁型伝送手段と
することが好ましい。

（作用） 以上の構成に於いて本発明の探知装置は、送信器の送
信コイルで発生させた送信磁界で電磁誘導により地中埋
設物に誘電電流を流し、この誘導電流により発生する磁
界を受信器の磁気センサで検出して、その結果から前記
地中埋設物の探知を行う。この際、本発明は受信器に於
いて、磁気センサにより検出した磁界信号と、送信器の
送信コイルに流れる電流に対応した電流信号を直交検波
型ロックインアンプに入力して、この直交検波型ロック
インアンプにより、誘導電流による磁界に対応する直交
位相成分を抽出し、これを出力手段により出力すると共
に、直交検波型ロックインアンプにより抽出した前記電
流信号と同位相の成分を利得制御信号として利得可変増
幅手段をフィードバック動作させて前記電流信号を増幅
し、前記同位相分を零とするようにキャンセルコイルに
流す出力電流を変化させて、前記送信磁界と逆位相のキ
ャンセル磁界を変化させる。

本発明はこのようにして、磁気センサにより検出され
る送信磁界と絶対値が等しく、逆位相、即ち位相が180
゜ずれたキャンセル磁界を加えて送信磁界と相殺する。
このため送信磁界の影響を除去することができ、送信磁
界と90゜位相のずれた誘導電流による磁界を、大きなSN
比で磁気センサにより検出することができる。このよう
に送信磁界のキャンセルは磁界の段階で行うので、磁気
センサやその他の構成要素には非常に高い精度や分解能
を必要とせずに、高精度の地中埋設物の探知を行うこと
ができる。

上記のキャンセル磁界は、前記電流信号と同位相の出
力電流をキャンセルコイルに流して発生させるように構
成しても良いし、該電流信号と逆位相の出力電流をキャ
ンセルコイルに流して発生させるように構成することも
でき、前者と後者はキャンセルコイルの巻き方向が逆と
なる。

（実施例） 次に本発明の実施例を図について説明する。

まず第１図及び第２図に於いて二点鎖線の左側に対応
する符号Ａは送信器を示し、二点鎖線の右側に対応する
符号Ｂは受信器を示している。

送信器Ａには送信磁界を発生させるための送信コイル
１と、該送信コイル１に電流を流すための交流電源２を
設けると共に、送信コイル１に電流検出手段としての直
流抵抗３を直列に接続し、この直流抵抗３の両端の電圧
により前記送信コイル１に流れる電流を検出する構成と
している。この直流抵抗３で検出した電流信号は、絶縁
型伝送手段であるトランス型の絶縁アンプ４を介して受
信器Ｂに伝送する構成としている。絶縁型伝送手段とし
ては、この他フォトカプラを用いて、光により伝送する
構成とすることができる。

符号５はコイル等の磁気センサであり、また符号６は
直交検波型ロックインアンプである。直交検波型ロック
インアンプ６は前記絶縁アンプ４を介して送信器Ａから
伝送された電流信号を参照信号として入力すると共に、
前記磁気センサ５からの検出磁界を検出信号として入力
して、前記電流信号と同位相及び直交位相成分を抽出す
る構成としている。即ち、直交検波型ロックインアンプ
６は、第３図に示すように、参照信号を二分し、一方側
を90゜の移相器９を経た後に第一の乗算器10aに入力す
ると共に、他方側はそのまま第二の乗算器10bに入力
し、そして検出信号をやはり二分して第一、第二の乗算
器10a,10bに入力して、夫々の乗算器10a,10bに於いて参
照信号と乗算を行い、夫々の乗算器10a,10bの乗算出力
をローパスフィルタ11a,11bを通して直流成分として取
りだす構成とすることにより、参照信号と同位相及び直
交位相の検出出力を得ることができる。尚、直交検波型
ロックインアンプの動作は周知であるので詳細な説明は
省略する。

そして、このロックインアンプ６の直交位相成分は、
誘導電流に起因する磁界成分であるのでレベルメータ等
の出力手段７により表示等の出力を行う構成としてい
る。尚、磁気センサ５と直交検波型ロックインアンプ６
間にはプリアンプ８を介装している。

次に符号12は利得可変増幅手段としての利得可変アン
プであり、該利得可変アンプ12は、その利得制御入力部
12bに前記直交検波型ロックインアンプ６の前記同位相
成分出力を入力する構成とすると共に、出力部12cを、
前記磁気センサ５の近傍の適所に設けたキャンセルコイ
ル13に接続して出力電流を流す構成としている。そして
第１図の構成に於いては、利得可変アンプ12の入力部12
aに前記電流信号を直接に入力する構成としており、一
方、第２図の構成に於いては、前記電流信号を180゜の
移相器14により移相させた後に利得可変アンプ12の入力
部12aに入力する構成としている。これらの第１図、第
２図のいずれの構成に於いても、キャンセルコイル13は
利得可変アンプ12の出力電流により、前記送信磁界と逆
位相のキャンセル磁界を発生させるように構成してお
り、従って前者と後者はキャンセルコイル13の巻き方向
を逆に構成している。そして前記利得可変アンプ12は、
前記同位相成分出力を零とするようにフィードバック動
作させるように構成している。

以上の構成に於いて、前述した地中埋設部の探知を行
う際、交流電源２から送信コイル１に流れている電流
は、直流抵抗３により検出され、絶縁アンプ４を介して
電流信号として受信器Ｂに伝送され、直交検波型ロック
インアンプ６の参照入力部6bに入力されると共に、その
まま又は180゜移相された状態に於いて利得可変アンプ1
2の入力部12aに入力される。

一方、磁気センサ５により検出した磁界は、プリアン
プ７により十分な大きさの信号に増幅されて直交検波型
ロックインアンプ６の検出入力部6aに入力され、該直交
検波型ロックインアンプ６により、前記電流信号を参照
信号として、それと同位相の成分と直交位相成分が抽出
される。そしてこの直交位相成分、即ち誘導電流による
磁界に対応する成分はレベルメータに表示する等、出力
手段７により表示等の出力を行って、所定の地中埋設物
の探知を行うことができる。

かかる際、直交検波型ロックインアンプ６の同位相成
分出力は利得可変アンプ12の利得制御入力部12bに入力
されて、そのレベルにより該利得可変アンプ12の利得を
変化させ、前記電流信号に対応する出力電流によりキャ
ンセルコイル13から前記送信磁界と逆位相のキャンセル
磁界を発生させ、そのフィードバック動作により前記同
位相成分出力を零とする。こうして、磁気センサ５の部
分に於いてキャンセル磁界により送信磁界をキャンセル
することにより、磁気センサ５に対する送信磁界の影響
を完全に除去することができる。

特に本発明では、上記したように送信磁界のキャンセ
ルを磁界の段階で行うので、この方法とは異なり例えば
磁気センサにより合成の磁界を検出した後に、この検出
磁界を送信磁界の同期信号等を用いて演算により送信磁
界のキャンセルを行う方法と比較して、磁気センサ５や
その他の構成要素に非常に高い精度や分解能を必要とせ
ず、高精度の探知を行うことができる。

また、前述した通り、送信器から受信器への電流信号
の伝送を、絶縁アンプ４等の絶縁型伝送手段を介して行
うようにして、これらの間の容量性結合等の電気的結合
を極めて小さくすれば、前述したキャンセル磁界を送信
磁界に対して正確に逆位相とすることができ、こうして
送信磁界の影響を完全に除去することにより、検出精度
をより高めることができる。

尚、本発明の探知装置は、通常の探知方法と同様に受
信器側を地中埋設物の探知対象部分の上方に於いて移動
させて探知する方法に適用し得るのは勿論の事、例えば
特願昭63年第125377号の願書に添付した明細書及び図面
に開示されているように、送信器側を前記探知対象部分
の上方に於いて移動させて探知する方法等にも適用し得
るのは勿論である。

（発明の効果） 本発明は以上の通り、誘導送信法を適用する地中埋設
物の探知装置に於いて、探知対象の地中埋設物に流れる
誘導電流による磁界の検出の誤差となる送信磁界を、受
信器の磁気センサの近傍に於いて、磁界の段階で自動的
にキャンセルしてSN比を格段に向上させることができる
ので、磁気センサやその他の構成要素に非常に高い精度
や分解能を必要とせずに、非常に高精度の探知を行える
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例の全体構成を表わした
系統説明図、第３図は直交検波型ロックインアンプの構
成を表わした系統説明図、第４図は検出磁界や、キャン
セル磁界による送信磁界のキャンセル動作を表わしたベ
クトル図、第５図は従来例の全体構成を表わした系統説
明図、第６図は誘導送信法の原理を表した説明図であ
る。 符号Ａ……送信器、Ｂ……受信器、１……送信コイル、
２……交流電源、３……直流抵抗（電流検出手段）、４
……絶縁アンプ（伝送手段）、５……磁気センサ、６…
…直交検波型ロックインアンプ、７……出力手段、８…
…プリアンプ、９……移相器、10a,10b……乗算器、11
a,11b……ローパスフィルタ、12……利得可変アンプ
（利得可変増幅手段）、13……キャンセルコイル、14…
…移相器（移送手段）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地中に埋設された電気伝導性を有する埋設
   物に、送信器で発生させた送信磁界で電磁誘導により誘
   導電流を流し、該誘導電流により発生する磁界を受信器
   で検出して前記地中埋設物を探知する装置に於いて、前
   記送信器には、前記送信磁界を発生させるための送信コ
   イルと、該送信コイルに電流を流すための交流電源と、
   前記送信コイルに流れる電流を検出する電流検出手段
   と、該電流検出手段で検出した電流信号を前記受信器に
   伝送する伝送手段とを設けると共に、前記受信器には、
   磁界を検出するための磁気センサと、該磁気センサによ
   り検出した磁界信号と送信器から伝送された前記電流信
   号を入力して、該電流信号と同位相及び直交位相の磁界
   信号成分を抽出する直交検波型ロックインアンプと、該
   直交検波型ロックインアンプにより抽出した直交位相成
   分の出力手段と、該直交検波型ロックインアンプにより
   抽出した前記同位相成分を利得制御信号として利得を変
   化させながら送信器から伝送された前記電流信号を増幅
   する利得可変増幅手段と、該利得可変増幅手段の出力電
   流を流し、前記磁気センサに対して、前記送信磁界と逆
   位相の磁界を発生させるキャンセルコイルとを設け、前
   記利得可変増幅手段は前記同位相成分を零とするように
   フィードバック動作させる構成としたことを特徴とする
   埋設物の探知装置。
2. 【請求項２】地中に埋設された電気伝導性を有する埋設
   物に、送信器で発生させた送信磁界で電磁誘導により誘
   導電流を流し、該誘導電流により発生する磁界を受信器
   で検出して前記地中埋設物を探知する装置に於いて、前
   記送信器には、前記送信磁界を発生させるための送信コ
   イルと、該送信コイルに電流を流すための交流電源と、
   前記送信コイルに流れる電流を検出する電流検出手段
   と、該電流検出手段で検出した電流信号を前記受信器に
   伝送する伝送手段とを設けると共に、前記受信器には磁
   界を検出するための磁気センサと、該磁気センサにより
   検出した磁界信号と送信器から伝送された前記電流信号
   を入力して、該電流信号と同位相及び直交位相の磁界信
   号成分を抽出する直交検波型ロックインアンプと、該直
   交検波型ロックインアンプにより抽出した直交位相成分
   の出力手段と、前記電流信号の位相を180゜ずらす移相
   手段と、該直交検波型ロックインアンプにより抽出した
   前記同位相成分を利得制御信号として利得を変化させな
   がら前記移送手段の出力を増幅する利得可変増幅手段
   と、該利得可変増幅手段の出力電流を流し、前記磁気セ
   ンサに対して、前記送信磁界と逆位相の磁界を発生させ
   るキャンセルコイルとを設け、前記利得可変増幅手段は
   前記同位相成分を零とするようにフィードバック動作さ
   せる構成としたことを特徴とする埋設物の探知装置。
3. 【請求項３】伝送手段は、絶縁型伝送手段であることを
   特徴とする請求項１又は２記載の埋設物の探知装置。