JP6292998B2 - パイプロケーティング方法 - Google Patents

Description

本発明は、パイプロケーティング方法に関する。

従来、金属で形成された管材が地中に埋設された状態を調べるために、パイプロケーティング方法が用いられている。
この種のパイプロケーティング方法としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

パイプロケーティング方法を実施するためのパイプロケーティングシステムは、発生した磁界を捕捉する２つの探査コイル（コイル装置）と、捕捉した磁界を検出信号として出力する信号出力手段と、出力信号を演算処理するとともに、その結果を画面表示する探査装置本体とから構成される。
２つの探査コイルは、上下方向に２ｌ（エル）の間隔をもって平行に配設してある。
特許文献１のパイプロケーティング方法では、図７に示すように、地中、すなわち土Ｇ１の中に埋設された管材Ｔに発信器１００の一端を接続した、一般的に通電法と呼ばれる方法が用いられる。

２つの探査コイルの中間位置から垂直距離ｙの位置に、直線状に充分長い金属管（管材）が埋設されており、金属管には電流Ｉｓｉｎ（ωｔ）が流れているとする。この電流は、発信器１００の接地極から金属管に供給される。
この金属管の直上付近に、地表面に平行に２つの探査コイルを配置した場合、各探査コイルに発生する起電力ｅｌ，ｅｈは、次の式で与えられる。
ｅｌ＝ｋ（１／ｙ−ｌ）Ｉωｓｉｎ（ωｔ） ・・（１）
ｅｈ＝ｋ（１／ｙ＋ｌ）Ｉωｓｉｎ（ωｔ） ・・（２）
ここで、ｋは探査コイルによって定まる定数である。

（１）式及び（２）式を連立方程式として解くと、
ｙ＝（（ｅｌ＋ｅｈ）／（ｅｌ−ｅｈ））ｌ ・・（３）
となる。
（３）式から、探査コイルに発生する起電力ｅｌ、ｅｈを測定すれば、金属管の埋設深度ｙを測定することができる。この埋設深度ｙから金属管の外径の半分の値を引くこと等により、土被りを求めることができる。

パイプロケーティング方法としては、前述の通電法以外にも誘電法や２点法が知られている。
誘電法は、図８に示すように管材Ｔ上の地面に発信器１０１を設置し、発信器１０１が磁界を発生させることで管材Ｔに誘導電流を流す方法である。２点法は、図９に示すように管材Ｔの２点間に発信器１０２を接続し、管材Ｔと発信器１０２とで閉回路を形成して管材Ｔに電流を流す補法である。

実用新案登録第３１１２４９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、探査コイル同士が干渉するため、土被りを精度良く測定できない。
通電法では、コイル装置による測定点によって信号電流の強さ（誘導磁界の強さ）が異なったり、管材Ｔが、管材Ｔ以外の他の埋設物と接触している場合には測定誤差が大きくなったりするという問題がある。２点法は、供給管等の小規模（長さが数ｍ〜十数ｍ程度）への適用が主である。
誘電法では、通電法と同様の問題と発生すると信号電流が小さいことにより精度が低下する。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、管材の土被りを高精度に測定することができるパイプロケーティング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のパイプロケーティング方法は、金属で形成され地中に埋設された管材の土被りを測定するパイプロケーティング方法であって、前記管材の長手方向に間隔を空けた第一位置と第二位置との間に、分解能を有して交流電流の値を連続的な値として出力不能な電流供給装置により前記交流電流を供給し、抵抗値を連続的に変化可能な可変抵抗器を用いて前記交流電流の値を変化させ、前記交流電流の値を予め定められた所定の値であるＩにし、前記交流電流による磁界の変化により、地上に配置したコイル装置に生じる誘導起電力の値Ｅを測定し、地表面から前記コイル装置の中心までの距離をＬ、前記管材の外径をＤ、Ｋを定数をとしたときに、（４）式から前記土被りＺを求め、前記電流供給装置、前記交流電流の値を測定する電流測定装置、前記コイル装置、前記誘導起電力の値を測定する電圧測定装置を用いて、前記定数Ｋを実験により求めた後で、前記電流供給装置により前記交流電流を供給することを特徴としている。
Ｚ＝（Ｋ×Ｉ）／Ｅ−Ｌ−Ｄ／２ ・・（４）

この発明によれば、一般的に電流供給装置には分解能があり交流電流の値を連続的な値として出力できない。管材の第一位置と第二位置との間の抵抗値は、両位置間の長さや管材の材質等により異なる。このため、管材によらず管材の第一位置と第二位置との間に予め定められた例えば１．００Ａ（アンペア）等の所定の値である交流電流を流すことはできない。そこで、例えば交流電流の値が０．９９Ａである状態から可変抵抗器の抵抗値を連続的に変化させることで、管材に流れる交流電流の値を所定の値にすることができる。
測定ごとに管材に流れる交流電流の値が所定の値になることで、測定による交流電流の値の誤差が無くなり、（４）式における交流電流の値Ｉが一定となる。

また、上記のパイプロケーティング方法において、前記可変抵抗器を用いて前記交流電流の値を変化させるときには、前記抵抗値を小さくしながら前記交流電流の値を変化させることがより好ましい。
また、上記のパイプロケーティング方法において、前記交流電流の値は電流測定装置で測定され、前記所定の値は、前記電流測定装置の測定範囲における中央値以上、上限値以下の値であることがより好ましい。
この発明によれば、一般的に電流測定装置は日本工業規格に基づいて、１．０級や０．５級等の測定誤差を有している。すなわち、電流測定装置には測定範囲の±１．０％、±０．５％の測定誤差が許されている。電流測定装置の測定誤差に対する管材を流れる交流電流の値が大きくなることで、交流電流の値の誤差が小さくなる。

本発明において、請求項１に記載のパイプロケーティング方法によれば、（４）式における交流電流の値Ｉが一定となり、管材の土被りの測定が安定して土被りを高精度に測定することができる。

請求項２に記載のパイプロケーティング方法によれば、電流供給装置や電流測定装置に過大な交流電流が流れるのを防止し、電流供給装置や電流測定装置中の回路等が損傷するのを防ぐことができる。
請求項３に記載のパイプロケーティング方法によれば、管材の土被りをさらに高精度に測定することができる。

本発明の一実施形態のパイプロケーティングシステムのブロック図である。 本実施形態のパイプロケーティング方法を示すフローチャートである。 同パイプロケーティング方法における管材の周りに発生する磁界を説明する図である。 同パイプロケーティング方法で管材に対してセンサコイルを移動させる状態を説明する図である。 センサコイルの位置に対する誘導起電力の大きさを示す図である。 同パイプロケーティングシステムの構成の組み合わせを説明する図である。 従来の通電法によるパイプロケーティング方法を説明する図である。 従来の誘電法によるパイプロケーティング方法を説明する図である。 従来の２点法によるパイプロケーティング方法を説明する図である。

以下、本発明に係るパイプロケーティングシステムの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態のパイプロケーティングシステム１は、地中、すなわち土Ｇ１の中に埋設された管材Ｔの土被りＺ（ｍ）を測定するものである。
本パイプロケーティングシステム１は、管材Ｔに交流電流を供給する電流供給装置１０と、抵抗値（電気抵抗の値）を連続的に変化可能な可変抵抗器１５と、管材Ｔに流れる交流電流の値を測定する電流計（電流測定装置）２０と、地上に配置されたセンサコイル（コイル装置）２５と、センサコイル２５に生じる誘導起電力の値を測定する電圧計（電圧測定装置）３０とを備えている。

この例では、電流供給装置１０及び電流計２０は発信器２に内蔵され、電圧計３０は信号処理器３に内蔵されている。ただし、電流供給装置１０及び電流計２０が後述するリード線３５に直列に接続されるように構成してもよい。電圧計３０が後述するリード線３６に直接接続されるように構成してもよい。
管材Ｔは、例えば鉄鋼等の金属で形成されている。管材Ｔの外径をＤ（ｍ）とする。
管材Ｔには、管材Ｔの長手方向Ｘに間隔を空けて管状の引き上げ部Ｔ１、Ｔ２が設けられている。引き上げ部Ｔ１、Ｔ２は、管材Ｔと同一の材料で形成することができる。なお、引き上げ部Ｔ１、Ｔ２の形状は特に限定されず、管状でも線状でもよい。
引き上げ部Ｔ１の下端部は、管材Ｔの第一位置Ｐ１に接続されている。引き上げ部Ｔ２の下端部は、管材Ｔの第二位置Ｐ２に接続されている。引き上げ部Ｔ１、Ｔ２の上端部は、地表面Ｇ２に達している。

引き上げ部Ｔ１の上端部、引き上げ部Ｔ２の上端部には、リード線３５の端部がそれぞれ接続されている。
リード線３５上には、前述の可変抵抗器１５及び発信器２が直列に接続されている。
電流供給装置１０は、リード線３５における発信器２に接続されている部分間に、例えば０Ｖから６０Ｖまでの交流電圧による電位差を０．１Ｖ刻みで印加することができる。すなわち、電流供給装置１０の電圧出力の分解能は０．１Ｖである。
電流供給装置１０は、リード線３５に電位差を印加することで、引き上げ部Ｔ１、Ｔ２を介して管材Ｔの第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２との間に交流電流を供給する。

可変抵抗器１５は、公知の構成のものである。可変抵抗器１５は、例えば本体１５ａに対してダイヤル部１５ｂを回転させることで、本体１５ａに設けられた図示しない接点間の抵抗値を、第一抵抗値と、第一抵抗値よりも大きな第二抵抗値との間で連続的に変化させることができる。例えば、第一抵抗値は０Ω（オーム）であり、第二抵抗値は１０Ωである。
リード線３５は、この接点にそれぞれ接続されている。
ダイヤル部１５ｂを操作して可変抵抗器１５の抵抗値を変化させることで、管材Ｔを流れる交流電流の値を変化させることができる。

電流計２０は、例えば図示しない表示部を有している。電流計２０の分解能（測定精度）は例えば０．０１Ａ（１０ｍＡ（ミリアンペア））であり、電流計２０の表示部には、電流計２０で測定した交流電流の値が０．０１Ａ刻みで表示される。電流計２０には、日本工業規格に基づいた例えば０．５級等の測定誤差がある。電流計２０による交流電流の値の測定範囲は、例えば０Ａ以上１．５０Ａ以下である。以下での交流電流の値は、電流計２０の分解能に基づいた有効数字を考慮して記載する。
これら電流供給装置１０による交流電圧の印加範囲、可変抵抗器１５の第一、二抵抗値、及び電流計２０の測定範囲は、管材Ｔの材質や長さに応じて適宜設定されるもので、これらの範囲に限定されない。

センサコイル２５は、コイルの素線が螺線状に巻回されたものである。センサコイル２５は、管材Ｔを流れる交流電流による磁界の変化により、素線の両端部間に誘導起電力を生じる。
電圧計３０は、公知の構成のものである。センサコイル２５と信号処理器３とは、リード線３６で接続されている。

次に、以上のように構成されたパイプロケーティングシステム１を用いた本実施形態のパイプロケーティング方法について説明する。図２は、本実施形態のパイプロケーティング方法を示すフローチャートである。以下では、地表面Ｇ２が水平面に平行な場合で説明する。
なお、本パイプロケーティング方法を実施する前に、予め実験室等において管材Ｔを土Ｇ１の中に埋設して土被りＺが既知の状態で、後述する方法でパイプロケーティングシステム１に対応する後述する（５）式における定数Ｋを求めておく。以下では、予め定数Ｋを求めたときのパイプロケーティングシステム１の各構成を用いて測定を行う。

可変抵抗器１５のダイヤル部１５ｂを操作して、可変抵抗器１５の抵抗値を値の大きな第二抵抗値にしておくことが好ましい。
可変抵抗器１５で調整した後に管材Ｔに流す交流電流の値（所定の値）を、例えば１．００Ａと予め定めておく。この値は、例えば０Ａ以上１．５０Ａ以下である電流計２０の測定範囲における中央値（下限値と上限値との平均値、０．７５Ａ）以上、上限値（１．５０Ａ）以下の値であることが好ましい。

まず、ステップＳ１０において、発信器２の電流供給装置１０を操作して、リード線３５及び引き上げ部Ｔ１、Ｔ２を介して管材Ｔの第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２との間に交流電流を供給する。具体的には、管材Ｔの両位置Ｐ１、Ｐ２間に印加する電圧を０Ｖから、０．１Ｖ、０．２Ｖ、‥というように、０．１Ｖ刻みで段階的に増加させていく。これにともなって、管材Ｔを流れる交流電流の値は、段階的に増加していく。
このとき、図３に示すように、交流電流による磁界Ｆが管材Ｔの軸線Ｃ１と同軸に発生する。

ステップＳ１２において、可変抵抗器１５を用いて電流計２０で測定される管材Ｔを流れる交流電流の値Ｉ（Ａ）を変化させ、交流電流の値を前述の１．００Ａにする。可変抵抗器１５は抵抗値を連続的に変化させることができるため、ダイヤル部１５ｂを微調整することで、交流電流の値Ｉを確実に１．００Ａにすることができる。
このとき、可変抵抗器１５のダイヤル部１５ｂを操作して可変抵抗器１５の抵抗値を第二抵抗値から小さくしながら交流電流の値を変化させることが好ましい。管材Ｔ、すなわち電流供給装置１０や電流計２０を流れる交流電流の値が徐々に増加する。

図３に示すように、センサコイル２５を地上（地表面Ｇ２よりも上方）であって、センサコイル２５の軸線Ｃ２が水平面に対して平行になるように配置する。このとき、地表面Ｇ２からセンサコイル２５の中心までの鉛直方向の距離をＬとする。以下では、この距離Ｌを保持したまま、センサコイル２５を地表面Ｇ２に平行に移動させる。

ステップＳ１４において、管材Ｔを流れる交流電流による磁界の変化によりセンサコイル２５に生じる誘導起電力の値Ｅを電圧計３０で測定する。
磁界Ｆは管材Ｔの軸線Ｃ１に沿って形成されるため、管材Ｔの軸線Ｃ１とセンサコイル２５の軸線Ｃ２とが平行になるようにセンサコイル２５を配置してセンサコイル２５を軸線Ｃ１方向に移動させても、センサコイル２５に生じる誘導起電力の値Ｅに変化はない。
これに対して、図４に示す矢印Ａに平行に見た平面視において、管材Ｔの軸線Ｃ１とセンサコイル２５の軸線Ｃ２とが直交した状態でセンサコイル２５を軸線Ｃ２方向に移動させると、センサコイル２５に生じる誘導起電力の値Ｅは大きく変化する。
より具体的には、図５に示すように、管材Ｔの軸線Ｃ１の真上にセンサコイル２５があるときに誘導起電力の値Ｅが最も大きくなる。センサコイル２５が管材Ｔの軸線Ｃ１の真上から離間するにしたがって、誘導起電力の値Ｅが小さくなる。

このように、センサコイル２５の軸線Ｃ２の向きを変えてセンサコイル２５を移動させながら電圧計３０で誘導起電力の値Ｅを測定することで、平面視において管材Ｔが延びる方向が分かる。
なお、管材Ｔの軸線Ｃ１に沿った複数カ所で上記の工程を行うことで、地表面Ｇ２に対する管材Ｔの軸線Ｃ１の傾きが分かる。

センサコイル２５を移動させて誘導起電力の値Ｅが最も大きくなった位置の真下に管材Ｔが埋設されている。
ステップＳ１６において、この位置で測定された誘導起電力の値Ｅを用いて、（５）式から土被りＺを求める。
なお、（５）式は、前述の（４）式をより明確に示したものであり、（５）式と（４）式とは同一である。

なお、図１に位置Ｐ６で示すように管材Ｔが深く埋設されている場合には、センサコイル２５は位置Ｐ７で管材Ｔから発生した磁界を検出することになる。このとき、センサコイル２５が受ける磁界の強さは管材Ｔが浅く埋設されている場合よりも小さくなり、センサコイル２５に生じる誘導起電力の値Ｅも小さくなる。
このため、（５）式において誘導起電力の値Ｅが小さくなることで、土被りＺが長いことが分かる。

ここで、図６に示すパイプロケーティングシステム１の発信器２、センサコイル２５、及び信号処理器３の組み合わせについて説明する。
発信器２Ａは、発信器２と同様に構成され、電流供給装置１０、電流計２０と同様に構成された電流供給装置１０Ａ、電流計２０Ａを備えている。発信器２Ａは、例えば発信器２とはメーカー（製造業者）が異なるほぼ同一の構成のものである。
センサコイル２５Ａ、２５Ｂは、センサコイル２５と同様に構成されている。センサコイル２５Ａ、２５Ｂは、例えばセンサコイル２５とはメーカーが異なるほぼ同一の構成のものである。
信号処理器３Ａは、信号処理器３と同様に構成され、電圧計３０と同様に構成された電圧計３０Ａを備えている。信号処理器３Ａは、例えば信号処理器３とはメーカーが異なるほぼ同一の構成のものである。

本実施形態では、発信器２、センサコイル２５、及び信号処理器３を用いてパイプロケーティングシステム１を構成している。しかし、発信器２及び発信器２Ａのいずれか１つ、センサコイル２５、センサコイル２５Ａ及びセンサコイル２５Ｂのいずれか１つ、そして、信号処理器３及び信号処理器３Ａのいずれか１つを用いてパイプロケーティングシステムを構成しても、選択した構成を用いて予め定数Ｋを求めておく。これにより、メーカーが互いに異なる発信器、センサコイル、及び信号処理器を組み合わせても、組み合わせに応じて求めた定数Ｋを用いて（５）式から土被りＺを求めることで、本実施形態のパイプロケーティングシステム１と同様に使用することができる。

以上説明したように、電流供給装置１０には分解能があり交流電流の値を連続的な値として出力できない。管材Ｔの第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２との間の抵抗値は、両位置Ｐ１、Ｐ２間の長さや管材Ｔの材質等により異なる。このため、管材Ｔによらず、管材Ｔの第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２の間に予め定められた例えば１．００Ａの所定の値の交流電流を流すことはできない。
本実施形態のパイプロケーティング方法及びパイプロケーティングシステム１によれば、例えば交流電流の値が０．９９Ａである状態から可変抵抗器１５の抵抗値を連続的に変化させることで、管材Ｔに流れる交流電流の値を１．００Ａという所定の値にすることができる。
測定ごとに管材Ｔに流れる交流電流の値が所定の値になることで、測定による交流電流の値の誤差が無くなり、（５）式における交流電流の値Ｉが一定となる。したがって、管材Ｔの土被りＺの測定が安定し、土被りＺを高精度に測定することができる。

可変抵抗器１５の抵抗値を小さくしながら交流電流の値を変化させることで、電流供給装置１０や電流計２０を流れる交流電流の値が徐々に増加する。これにより、電流供給装置１０や電流計２０に過大な交流電流が流れるのを防止し、電流供給装置１０や電流計２０中の回路等が損傷するのを防ぐことができる。
可変抵抗器１５を用いて、管材Ｔを流れる交流電流の値を電流計２０による交流電流の値の測定範囲における中央値以上、上限値以下の値にする。電流計２０には例えば０．５級等の測定誤差がある。管材Ｔを流れる交流電流の値をこのように設定することで、電流計２０の測定誤差に対する管材Ｔを流れる交流電流の値が大きくなって交流電流の値の誤差が小さくなる。したがって、管材Ｔの土被りＺをさらに高精度に測定することができる。

管材Ｔの塗覆装の有無、管材Ｔの状態に関わらず、管材の長手方向において広範囲（数百ｍ〜１ｋｍ）での検査が可能となる。
管材Ｔ以外の埋設物と管材Ｔとがメタルタッチしている（金属製の部材同士が直接接続している）路線への適用が可能となる。
特に、前述のメタルタッチしている時の埋設位置（オフセット、土被り）の検出精度の向上が見込める。

ここで、例えば、管材Ｔが呼び径５０Ａの鋼管で、リード線３５として外径１．６ｍｍのものを用いた場合の抵抗値の例を説明する。
管材Ｔ及びリード線３５の抵抗値の合計は、第一位置Ｐ１と第二位置Ｐ２との間の距離が５００ｍの場合で５．３２４‥Ω、１０００ｍの場合で１０．６４８‥Ωであった。

なお、本実施形態では、パイプロケーティングシステム１が制御部を備え、制御部が自動的に土被りＺを求めるように構成してもよい。図示はしないが、制御部は演算素子やメモリ等を有している。制御部は、発信器２、信号処理器３、及び可変抵抗器１５に接続されている。可変抵抗器１５に駆動モータが備えられていて、制御部の指示に基づいてダイヤル部１５ｂが操作される。
パイプロケーティングシステム１の操作者は、入力手段から制御部に管材Ｔの外径Ｄ、地表面Ｇ２からセンサコイル２５の中心までの距離Ｌ、及び定数Ｋを入力する。これらの値は、制御部のメモリに記憶される。

このように構成された変形例のパイプロケーティングシステム１は以下のように作用する。
制御部は、電流計２０で測定される管材Ｔを流れる交流電流の値Ｉが例えば前述の１．００Ａになるようにダイヤル部１５ｂを操作する。電流計２０で測定した交流電流の値Ｉは、制御部に送信される。
操作者がセンサコイル２５を移動させつつ測定したセンサコイル２５に生じる誘導起電力の値Ｅは電圧計３０で測定される。電圧計３０で測定された誘導起電力の値Ｅは、制御部に送信される。制御部の演算素子は、メモリに記憶された外径Ｄ、距離Ｌ、定数Ｋ、及び、電流計２０、電圧計３０から送信された交流電流の値Ｉ、誘導起電力の値Ｅを用いて、前述の（５）式から土被りＺを求める。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、可変抵抗器１５で調整した後に管材Ｔに流す交流電流の値を１．００Ａとした。しかし、この値は電流計２０による交流電流の値の測定範囲に応じて例えば１．５０Ａや２．００Ａ等と適宜設定することができる。

１ パイプロケーティングシステム
１０、１０Ａ 電流供給装置
１５ 可変抵抗器
２０、２０Ａ 電流計（電流測定装置）
２５、２５Ａ、２５Ｂ センサコイル（コイル装置）
３０、３０Ａ 電圧計（電圧測定装置）
Ｐ１ 第一位置
Ｐ２ 第二位置
Ｔ 管材
Ｘ 長手方向
Ｚ 土被り

Claims (3)

1. 金属で形成され地中に埋設された管材の土被りを測定するパイプロケーティング方法であって、
   前記管材の長手方向に間隔を空けた第一位置と第二位置との間に、分解能を有して交流電流の値を連続的な値として出力不能な電流供給装置により前記交流電流を供給し、
   抵抗値を連続的に変化可能な可変抵抗器を用いて前記交流電流の値を変化させ、前記交流電流の値を予め定められた所定の値であるＩにし、
   前記交流電流による磁界の変化により、地上に配置したコイル装置に生じる誘導起電力の値Ｅを測定し、
   地表面から前記コイル装置の中心までの距離をＬ、前記管材の外径をＤ、Ｋを定数をとしたときに、（１）式から前記土被りＺを求め、
   前記電流供給装置、前記交流電流の値を測定する電流測定装置、前記コイル装置、前記誘導起電力の値を測定する電圧測定装置を用いて、前記定数Ｋを実験により求めた後で、前記電流供給装置により前記交流電流を供給することを特徴とするパイプロケーティング方法。
   Ｚ＝（Ｋ×Ｉ）／Ｅ−Ｌ−Ｄ／２ ・・（１）
2. 前記可変抵抗器を用いて前記交流電流の値を変化させるときには、前記抵抗値を小さくしながら前記交流電流の値を変化させることを特徴とする請求項１に記載のパイプロケーティング方法。
3. 前記交流電流の値は電流測定装置で測定され、
   前記所定の値は、前記電流測定装置による前記交流電流の値の測定範囲における中央値以上、上限値以下の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパイプロケーティング方法。

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