JPH09189772A - 金属物探知用電磁誘導センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流磁界の微弱な変化を検出して感度を向上
させる。 【解決手段】 送信用コイル１は、探知方向と直交する
方向に交流磁界を送信する。受信用コイル２ａ、２ｂ
は、コア４ａ、４ｂの軸方向が探知方向を向き、その中
間点がコア３の中央位置に一致するようにコア３の直近
に配置されている。金属物がない場合、コイル２ａ、２
ｂの励起電圧は０となり、探知方向に金属物がある場
合、コイル２ａ、２ｂに電圧が励起される。こうして、
微弱な変化を捉えることができる。また、コイル２ａ、
２ｂはコア３の直近に配置されているので、コイル２
ａ、２ｂで検出される交流磁界そのもののレベルを大き
くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属物探知用セン
サを一方向のみに移動させ、土あるいはコンクリート等
の内部に埋設されている地上から目視不可能な金属管あ
るいは鉄筋、鉄骨等の埋設位置や埋設方向等を的確に探
知する作業に供される金属物探知用電磁誘導センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、地中に埋設された金属管を探知す
るセンサとして、地下を掘削推進する土木機械の先端に
取り付けられる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６はこの地下埋設物探知
装置のブロック図であり、１０は土１１内に埋設されて
いる金属埋設物、１２は土木掘削機本体、１３は演算
部、１４ａ、１４ｂは永久磁石の磁極、１５は磁性体、
１６は受信回路、１７は磁極１４ａ、１４ｂが形成する
直流磁界である。

【０００３】この地下埋設物探知装置は土木掘削機１２
の先端に取り付けられていて、土木掘削機１２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
管あるいは鉄筋の入ったコンクリート管等の金属埋設物
１０が常時一定に送出されている直流磁界１７内に入っ
たとき、磁極１４ａ、１４ｂ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されて磁性体
１５に誘導電流が流れることを演算部１３が検知して、
金属埋設物１０の存在を検知するものである。しかし、
このような地下埋設物探知装置は、土木掘削機の先端部
の材質、磁極１４ａ、１４ｂ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１２の先端部の内径が１
０ｃｍ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、常時一定の直流磁界１７によ
って探索するので、土木掘削機１２が移動しないと探知
できないという問題があった。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため
に、電磁誘導法を用いた直交型の金属物探知用電磁誘導
センサが提案されている（特願平２−２８５３２号）。
図７はこの金属物探知用電磁誘導センサのブロック図、
図８はこのセンサの送信用コイル及び受信用コイルの外
観図である。２１は探知前方に交流磁界を送信する送信
用コイル、２２ａ、２２ｂは送信磁界の変化を受信する
受信用コイル、２３は送信用コイル２１のコア、２４
ａ、２４ｂは受信用コイル２２ａ、２２ｂのコア、２５
は送信用コイル２１に交流電流を供給する送信回路、２
６は受信用コイル２２ａ、２２ｂに誘起された電圧を受
信する受信回路、２７はコイル２１に送信回路２５から
交流電流を供給する送信用リード線、２８はコイル２２
ａ、２２ｂに誘起された電圧を受信回路２６へ伝送する
受信用リード線である。

【０００５】送信用コイル２１から送出された交流電磁
界は埋設された金属物により変化するので、この誘導電
磁界を送信用コイル２２ａ、２２ｂで検出して、受信電
圧を受信回路２６に与えることにより、金属管あるいは
金属障害物等の埋設物を検知することができる。このよ
うな金属物探知用電磁誘導センサにおいて、送信用コイ
ル２１のコア２３には、線が巻かれていない露出した前
突部が設けられていて、探知前方に突出するようになっ
ている。

【０００６】受信用コイル２２ａ、２２ｂは、送信用コ
イル２１の交流磁界の影響を除去するために、コア２３
の軸方向と直交する方向に設置されている。しかも、コ
イル２２ａ、２２ｂは、コア２３の上記前突部より後
方、つまり送信用コイル２１の交流磁界が前突部より弱
い位置に配置され、コイル２１の交流磁界の影響を極力
抑えられるようになっている。こうして、受信用コイル
２２ａ、２２ｂに与える送信用コイル２１の送信電磁界
の影響が小さくなり、更にコイル２２ａ、２２ｂを差動
接続することによってコイル２１からのダイレクトカッ
プリング、外部雑音等を相殺させて、より微弱な変化を
も捉えることができるように工夫されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
直交型の金属物探知用電磁誘導センサでは、受信用コイ
ルを探知方向と直交する方向に向けているので、受信用
コイルのコアの軸方向にある埋設金属物は検知しやすい
が、探知方向にある埋設金属物は検知しにくいという問
題点があった。また、受信用コイルを送信交流磁界の影
響が少ない位置に設置しているので、受信用コイルで検
出される交流磁界そのもののレベルが小さいために受信
電圧の変化が小さく、埋設金属物を十分に探知できなか
った。特に、探知前方に探知方向と直交する方向に延び
た金属管がある場合には、交流磁界の変化が微小となる
ため、検知しにくいという問題点があった。本発明は、
上記課題を解決するためになされたもので、交流磁界の
微弱な変化を検出して感度を向上させることができる金
属物探知用電磁誘導センサを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金属物探知用電
磁誘導センサは、コアの軸方向が探知方向と直交する向
きに配置された、直交方向に交流磁界を送信する送信用
コイルと、コアの軸方向が探知方向に配置された、送信
磁界により金属物から誘起される誘導磁界を受信する受
信用コイルと、受信用コイルに励起される交流電圧ピー
ク値を検出する受信回路とを備え、受信用コイルは、そ
の中間点が送信用コイルのコアの中央位置に一致するよ
うに、磁界が送出される送信用コイルのコアの端部の直
近に配置されたものである。このような構成により、金
属物がない場合には、受信用コイルの励起電圧は０とな
り、探知方向に金属物がある場合には、受信用コイルに
電圧が励起される。これにより、金属物による電圧変動
量の受信電圧値に対する比を大きくすることができるの
で、微弱な変化を捉えることができる。また、受信用コ
イルは送信用コイルのコアの端部の直近に配置されてい
るので、受信用コイルで検出される交流磁界そのものの
レベルを大きくすることができる。

【０００９】また、受信用コイルは、送信用コイルのコ
アの両端に各々１つずつ配置されたものであり、受信回
路は、２つの受信用コイルに励起される交流電圧ピーク
値の差を検出するものである。このような構成により、
金属物が下方にあるか上方にあるかによって、交流電圧
ピーク値の差の正負が異なるので、金属物が下方にある
か上方にあるかを判定することができる。

【００１０】また、受信回路は、受信用コイルに励起さ
れる交流電圧ピーク値の変化傾向を検出するものであ
る。このように交流電圧ピーク値の変化傾向を検出すれ
ば、変化傾向が徐々に大きくなる場合には埋設金属物に
近づきつつあり、変化傾向が０になれば埋設金属物の直
下又は直上にあり、変化傾向が徐々に小さくなる場合は
埋設金属物から遠ざかっていると判定できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

実施の形態の１．図１は本発明の第１の実施の形態を示
す金属物探知用電磁誘導センサのブロック図、図２はこ
のセンサの送信用コイル及び受信用コイルの外観図であ
る。１は交流磁界を送信する送信用コイル、２ａ、２ｂ
は送信磁界の変化を受信する受信用コイル、３は送信用
コイル１のコア、４ａ、４ｂは受信用コイル２ａ、２ｂ
のコア、５は送信用コイル１に交流電流を供給する送信
回路、６は受信用コイル２ａ、２ｂに誘起された電圧を
受信する受信回路、７は送信用コイル１に送信回路５か
ら交流電流を供給する送信用リード線、８ａ、８ｂは受
信用コイル２ａ、２ｂに誘起された電圧を受信回路６へ
伝送する受信用リード線である。

【００１２】送信用コイル１、受信用コイル２ａ、２ｂ
は、図示しない布入りベークライト製ボビンに巻かれて
おり、直接的にコア３、４ａ、４ｂには接触していな
い。本実施の形態の金属物探知用電磁誘導センサは、図
２に示すように、コア３の軸方向が探知方向と直交する
向きに送信用コイル１が配置される。そして、受信用コ
イル２ａ、２ｂは、送信用コイル１を間に挾み、かつコ
ア４ａ、４ｂの軸方向が探知方向を向くように配置され
る。

【００１３】さらに、受信用コイル２ａ、２ｂの中間点
が送信用コイル１のコア３の中央位置（図２一点鎖線）
に一致するように配置されている。この受信用コイル２
ａ、２ｂの中間点とは、コイル２ａ、２ｂの各々におい
て、その点から左の巻数がＴ／２（Ｔはコイル２ａ、２
ｂの巻数）、同じく右の巻数がＴ／２と等しくなる位置
のことである。

【００１４】このような配置により、送信用コイル１か
らの磁界はコア３の一方の端からコイル１の外側を包み
込むようにコア３のもう一方の端へ向かって送出され
る。埋設金属物がない場合には、受信用コイル２ａ、２
ｂの各々において、その中間点の左側と右側にそれぞれ
励起される電圧が互いに逆位相となって打ち消し合うた
め、送信用コイル１から送出される交流磁界の強度がい
くら強くても、コイル２ａ、２ｂの励起電圧は０とな
り、コイル１から送出される交流磁界の影響を受けな
い。

【００１５】そして、探知方向に埋設金属物がある場合
には、コイル２ａ、２ｂの各々において、その中間点よ
り探知前方側（図２左側）の磁束密度が金属物から誘起
される誘導磁界によって増加し、左側と右側のバランス
が崩れるので、受信用コイル２ａ、２ｂに電圧が励起さ
れる。こうして、受信用コイル２ａ、２ｂの通常の受信
電圧値が０に近いことから、埋設金属物による電圧変動
量の受信電圧値に対する比を大きくすることができるの
で、微弱な変化を捉えることができ、探知方向のセンサ
感度を従来より向上させることができる。

【００１６】また、受信用コイル２ａ、２ｂは、交流磁
界が送出される送信用コイル１のコア３の端部の直近に
配置されているので、コイル２ａ、２ｂで検出される交
流磁界そのもののレベルが大きく、埋設金属物以外の外
部磁界のノイズによる影響を少なくすることができ、セ
ンサ感度を向上させることができる。

【００１７】次に、このように構成された金属物探知用
電磁誘導センサを用いた金属管（外径１００ｍｍ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
外径９９ｍｍ、長さ５０ｍｍの円筒状のもので、送信用
コイル１は直径０．８ｍｍのエナメル線を１０００回巻
いてインダクタンスを５０ｍＨとし、受信用コイル２
ａ、２ｂはそれぞれ直径０．１ｍｍのエナメル線を５０
００回巻いてインダクタンスを４７０ｍＨとしている。

【００１８】また、送信回路５から周波数が数十Ｈｚ〜
数十ｋＨｚの交流電流を供給し、受信回路６は２つの受
信用コイル２ａ、２ｂに励起される交流電圧ピーク値の
差を検出している。図３は空中におけるセンサと金属管
との距離の変化に対する受信電圧値Ｖ（交流電圧ピーク
値の差）の変化を示したものであり、Ｖ１は本実施の形
態のセンサによる特性、Ｖ２は図７、８の従来のセンサ
による特性である。

【００１９】ここで、図４のように、金属管１０はセン
サの探知方向前方にあって、紙面と垂直方向に延びてい
るものとする。また、図３に示す距離は水平方向（図２
左右方向）の距離Ｌであって、金属管１０とセンサの間
に垂直方向（図２上下方向）の距離Ｄはないものとする
（よって、センサは図４のＳ０の位置にある）。図７、
８の従来のセンサと比較して、受信電圧Ｖは金属管１０
のより手前から大きな変化を示している。すなわち、受
信電圧値Ｖは従来のセンサよりも金属管１０のより手前
で探知可能であり、探知性能が向上していることが分か
る。

【００２０】なお、本実施の形態では、垂直距離Ｄ＝０
の場合について測定しているが、金属物がセンサの下方
にある場合には、下方の受信用コイル２ｂの励起電圧が
上方の受信用コイル２ａの励起電圧より大きくなり、反
対に金属物が上方にある場合には、受信用コイル２ａの
励起電圧が受信用コイル２ｂの励起電圧より大きくな
る。つまり、埋設金属物が下方にあるか上方にあるかに
よって、交流電圧ピーク値の差の正負が異なる。こうし
て、埋設金属物が下方にあるか上方にあるかを判定する
ことができる。

【００２１】実施の形態の２．また、本発明の他の実施
の形態として、上記実施の形態の１と同様の構成におい
て、２つの受信用コイル２ａ、２ｂに励起される交流電
圧ピーク値の差を受信回路で微分することにより、セン
サと埋設金属物との位置関係、すなわちセンサを先端部
に装着した土木機械と前方埋設管との距離を知ることが
できる。

【００２２】地下を掘削する土木機械の推進速度は既知
であるので、受信電圧値の変化傾向（つまり、受信電圧
値を時間又は距離で微分する）を求め、これを受信電圧
値の変化傾向と位置との関係を表すデータベースと比較
することにより、センサと埋設金属物との位置関係を知
ることができる。

【００２３】図５は実施の形態１のセンサによって測定
した、空中におけるセンサと金属管との距離の変化に対
する受信電圧値Ｖの変化を示したものであり、垂直距離
Ｄが０ｃｍ（つまり、センサは図４のＳ０の位置にあ
る）、５ｃｍ及び１５ｃｍ（センサは図４のＳ１の位置
にある）の場合の測定結果を示すものである。図５から
明らかなように、埋設金属物１０に近づくに従って受信
電圧値Ｖの変化傾向（微分値）が徐々に大きくなり、埋
設金属物１０の直下又は直上（Ｌ＝０ｃｍ）で変化傾向
が０となり、埋設金属物１０から遠ざかるに従って変化
傾向が徐々に小さくなる。また、垂直距離Ｄの違いによ
り、変化傾向が異なる。

【００２４】したがって、所定の垂直距離Ｄごとに（例
えば、０、５、１０ｃｍ・・・）に水平距離Ｌに対応し
た受信電圧値Ｖの変化量をデータベースにしておけば、
測定した受信電圧値Ｖの変化量と対比することにより、
位置関係（水平距離Ｌと垂直距離Ｄ）を求めることがで
きる。

【００２５】なお、実施の形態の１、２では、２つの受
信用コイルに励起される交流電圧ピーク値の差を用いて
いたが、受信用コイルを１つ用いて交流電圧ピーク値を
検出するようにしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、受信用コイルを、その
中間点が送信用コイルのコアの中央位置に一致するよう
に送信用コイルのコアの端部の直近に配置することによ
り、金属物による交流磁界の微弱な変動を捉えることが
できるので、センサの感度を向上させることができる。
また、受信用コイルのコアの軸方向を探知方向に向ける
ことにより、探知方向にある金属物を検知しにくいとい
う従来のセンサの問題点を解消することができる。ま
た、交流磁界を探知方向と直交する方向に送信するた
め、センサの側方の金属物も探知可能になり、金属物を
通過した後も識別可能となるので、より長い時間正確に
把握することができる。最近の土木工事においては、地
下設備が輻輳している関係で既存設備の極めて近傍に増
管するような技術が要求されるが、地下を掘削推進する
土木機械の先端部に本発明のセンサを装着すれば、先端
部の移動による交流電圧ピーク値の結果から推進方向に
存在する金属管や金属障害物との距離を確実に探知でき
る。また、このセンサは小型化も可能なので、かなり小
さな機種の土木掘削機にも適用することができる。

【００２７】また、受信用コイルを送信用コイルのコア
の両端に１つずつ配置して、２つの受信用コイルに励起
される交流電圧ピーク値の差を検出することにより、金
属物が下方にあるか上方にあるかを判定することがで
き、これまで困難だったセンサの斜め上方又は斜め下方
の探知も可能となる。

【００２８】また、受信回路で受信用コイルに励起され
る交流電圧ピーク値の変化傾向を検出することにより、
センサと金属物との距離の他に、その位置関係も検出す
ることができる。よって、既設の地下管路（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掘りの必要がなくな
り経済的である。さらに、既存管路の近傍にそれと平行
して管路等を新設する装置においては、推進方向前方に
存在する金属管等の探知と共に、既存管路等からのある
一定の離隔距離を確保しながら施工することが要求され
ることから、既存管路等をガイドラインとして利用し、
初めに得られた変化傾向と随時得られる変化傾向とを確
認しながら推進することにより、常に一定の離隔距離を
確保しながら施工することができる等優れた実用性、有
用性を具有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す金属物探知
用電磁誘導センサのブロック図である。

【図２】 図１の金属物探知用電磁誘導センサの送信用
コイル及び受信用コイルの外観図である。

【図３】 センサと金属管との距離の変化に対する受信
電圧値の変化を示す図である。

【図４】 センサと金属管との位置関係を示す図であ
る。

【図５】 センサと金属管との距離の変化に対する受信
電圧値の変化を示す図である。

【図６】 従来の地下埋設物探知装置のブロック図であ
る。

【図７】 従来の金属物探知用電磁誘導センサのブロッ
ク図である。

【図８】 図７の金属物探知用電磁誘導センサの送信用
コイル及び受信用コイルの外観図である。

【符号の説明】

１…送信用コイル、２ａ、２ｂ…受信用コイル、３、４
ａ、４ｂ…コア、５…送信回路、６…受信回路、７…送
信用リード線、８ａ、８ｂ…受信用リード線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤口 明 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアの軸方向が探知方向と直交する向き
   に配置された、前記直交方向に交流磁界を送信する送信
   用コイルと、 コアの軸方向が探知方向に配置された、前記送信磁界に
   より金属物から誘起される誘導磁界を受信する受信用コ
   イルと、 受信用コイルに励起される交流電圧ピーク値を検出する
   受信回路とを備え、 前記受信用コイルは、その中間点が送信用コイルのコア
   の中央位置に一致するように、磁界が送出される送信用
   コイルのコアの端部の直近に配置されたものであること
   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、 前記受信用コイルは、送信用コイルのコアの両端に各々
   １つずつ配置されたものであり、 前記受信回路は、２つの受信用コイルに励起される交流
   電圧ピーク値の差を検出するものであることを特徴とす
   る金属物探知用電磁誘導センサ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の金属物探知用電磁誘導セ
   ンサにおいて、 前記受信回路は、受信用コイルに励起される交流電圧ピ
   ーク値の変化傾向を検出するものであることを特徴とす
   る金属物探知用電磁誘導センサ。