埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置
【課題】調査対象である金属管に発生した被覆損傷部位の位置を正確に知ることが可能な，埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を提供する。
【解決手段】本発明によれば，外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に交流信号電流を流し，金属管の直上の地表面における電位差を検出電極により検出し，電位差から前記交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，被覆損傷部の位置を検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および被覆損傷位置検出装置であって，金属管に誘導起電力発生手段を設け，前記交流信号電流に対応する周波数の電流を前記誘導起電力発生手段に流すことにより前記誘導起電力を前記金属管に発生させることを特徴とする被覆損傷位置検出方法および被覆損傷位置検出装置を提供することができる。
【解決手段】本発明によれば，外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に交流信号電流を流し，金属管の直上の地表面における電位差を検出電極により検出し，電位差から前記交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，被覆損傷部の位置を検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および被覆損傷位置検出装置であって，金属管に誘導起電力発生手段を設け，前記交流信号電流に対応する周波数の電流を前記誘導起電力発生手段に流すことにより前記誘導起電力を前記金属管に発生させることを特徴とする被覆損傷位置検出方法および被覆損傷位置検出装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，地中に埋設された金属管の外面に施された防食被覆の損傷位置を地表面から検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，地中に埋設されている鋼管等の金属管は，外面にアスファルト等の瀝青質あるいはポリエチレン等の熱可塑性樹脂の塗覆装が施されて，金属管の腐食を防止している。
【０００３】
上記の防食被覆が何らかの原因により損傷を受け，金属管の金属面が土壌等の電解質に直接接触すると，電解質に接触した部分が腐食する。特に，損傷部が酸素濃淡差などのある環境や，電鉄の迷走電流の影響を受ける環境に存在すると，金属管は，異常に速い速度で腐食し，腐食孔を生じる恐れがある。
【０００４】
このような地中埋設管の防食被覆を完全な状態で維持することは，腐食事故を防止する上で極めて重要であり，しばしば，防食被覆に損傷が生じていないかを地表面から検出し，損傷が生じていた場合には，金属管の埋設部を掘削して補修する等の処置が施される。
【０００５】
埋設金属管の防食被覆損傷位置を検出する方法として，例えば特許文献１に開示されている「埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法」がある。
【０００６】
上記の特許文献１に記載された従来技術は，図８および図９に示すように，外面に防食被覆１０を施して地中に埋設された金属管１２の被覆損傷部１４と，地盤１６に埋設した対極５０との間に，測定信号発振器５２から信号電流を流し，上記の金属管１２の直上の地表面を移動する受信装置６０における２個の車輪電極６２により地表面の電位差を検出し，信号電流成分と同一の周波数成分の信号を抽出して，その電位差の振幅および位相の極性の変化を測定して，埋設金属管１２の被覆損傷部１４が作り出す特有の波形を検知することで損傷を検出する，埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法である。
【０００７】
上記の特許文献１に記載された方法では，上記の受信装置６０において，車輪電極６２で検出した信号が入力される信号処理装置６４によって，検出した信号からノイズを除去しつつ信号の増幅を行い，表示装置６６に検出した波形の表示を行っている。
【０００８】
ここで，被覆損傷部を点電流源であると考えると，深さｚ０の場所に位置する被覆損傷部１４により地表面に生じる電位Ｖ０（Ｖ）は，無限遠方を基準とすると，以下の式１のように表される。
【０００９】
【数１】
【００１０】
ここで，ρは土壌比抵抗（Ω・ｍ）であり，Ｉは電流源から流出入する電流（Ａ）であり，ｘは被覆損傷部の直上からの水平方向の距離（ｍ）である。
【００１１】
２個の車輪電極６２を有する受信装置６０が検出する地表面の車輪電極６２間の電位差ｅは，以下の式２で表され，図８（ｂ）に示したように，被覆損傷部１４の直上Ｐ１で０となり，前後に極性の異なる２つのピークを有する分布を示す。ここで，以下の式２におけるａは，車輪間隔を表している。
【００１２】
【数２】
【００１３】
【特許文献１】特公平７−５２１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら，上記の特許文献１に記載の方法において，金属管１２の被覆損傷部１４が，埋設物１８と近接している場合に，受信装置６０による金属管１２の被覆損傷部１４の検出が極めて困難になるという問題があった。
【００１５】
すなわち，図１０に示すように，金属管１２の被覆損傷部１４と近接して，金属管１２と電気的に接続された接地抵抗の小さい導電性の埋設物１８（例えば建屋の基礎や橋梁等）が存在すると，受信装置６０で検出される信号が極めて小さくなるという現象が起こるという問題があった。
【００１６】
また，図１３（ａ）に示すように，調査対象となる金属管１２の他に，埋設物１８と電気的に接続されている防食被覆を有する他の金属管２０が存在し，Ｐ３地点において他の金属管２０における被覆損傷部２２が存在する場合に，受信装置６０を用いて波形の検出を行うと，他の金属管２０における被覆損傷部２２を，調査対象である金属管１２の被覆損傷部１４であると誤って判断してしまうという問題があった。
【００１７】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，調査対象である金属管に発生した被覆損傷部位の位置を正確に知ることが可能な，新規かつ改良された埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に交流信号電流を流し，金属管の直上の地表面における電位差を検出電極により検出し，上記電位差から交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，被覆損傷部の位置を検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法であって，前記交流信号電流に対応する周波数の電流を前記誘導起電力発生手段に流すことにより前記誘導起電力を前記金属管に発生させることを特徴とする埋設金属管の被覆損傷位置検出方法が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば，金属管に設けられた誘導起電力発生手段は，金属管に誘導起電力を発生させ，取り付けられた金属管に，交流信号電流を流す。防食被覆が損傷した部位がある場合には，被覆損傷部が作り出す地表面電位を観測することで，被覆損傷部の位置を明らかにすることができる。
【００２０】
金属管に電気的に接続された埋設物が存在する場合に，上記の誘導起電力発生手段を，埋設物と被覆損傷部との間に配設することが望ましい。かかる構成により，金属管に流れる交流信号電流の向きと，埋設物に流れる交流信号電流の向きとが常に逆方向となる。その結果，被覆損傷部の位置を正確に知ることができる。
【００２１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に生じた被覆損傷部の位置を検出する，埋設金属管の被覆損傷位置検出装置であって，誘導起電力を発生することで，金属管に交流信号電流を流す誘導起電力発生手段と，金属管の直上の地表面における電位差を検出する検出電極と，上記の電位差から交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，被覆損傷部の位置を検出する地表面電位解析手段と，を備える埋設金属管の被覆損傷位置検出装置が提供される。
【００２２】
かかる構成によれば，金属管に取り付けられた誘導起電力発生手段は，誘導起電力を発生することで金属管に誘導起電力に起因する交流信号電流を流し，検出電極は，金属管の直上の地表面における電位差を検出し，地表面電位解析手段は，検出電極が検出した電位差から交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出し，被覆損傷部の位置を明らかにする。かかる被覆損傷部位検出装置を用いることで，埋設金属管に生じた被覆損傷部の位置を，正確に知ることができる。
【００２３】
上記の誘導起電力発生手段は，変流器であり，変流器は，金属管が挿通される貫通孔が形成された電磁鋼板と，鋼板に巻き付けられている巻線と，巻線に交流信号電流に対応する周波数の電流を流す電源部とを備えてもよい。かかる構成によれば，貫通孔が形成された電磁鋼板に巻き付けられている巻線は，交流信号電流が流れることで鋼板に磁界を発生させ，貫通孔を貫通するように設けられる金属管に交流信号電流を流す。この変流器を使用することで，金属管に誘導起電力に起因する交流信号電流を流すことができる。
【００２４】
上記の電磁鋼板は，複数の電磁鋼板からなる層構造を有していても良い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば，調査対象である金属管に発生した被覆損傷部位の位置を正確に知ることが可能な，埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
本願発明者は，従来からの問題点１および問題点２を解決するにあたり，まず，それぞれの問題点について，詳細に検討を行った。その結果，以下に示すような知見を得ることができた。以下に，得られた知見について詳細に説明する。
【００２８】
（従来の問題点に対する検討）
図１０は，従来の埋設金属管の被覆損傷位置検出方法について説明するための模式図であり，図１１は，図１０に示した模式図における状況の等価回路である。
【００２９】
まず，図１１（ａ）について着目する。ここで，Ｅは発振器５２の印加電圧，Ｒ１は被覆損傷部１４の直上となるＰ１地点における被覆損傷部の接地抵抗，Ｒ２は埋設物１８の中心にあたるＰ２地点における埋設物１８の接地抵抗，ＲＥは対極５０の接地抵抗，Ｒｐは発振器５２から被覆損傷部１４までの金属管の抵抗，ＬＰは発振器５２から被覆損傷部１４までの金属管のインダクタンス，Ｉ１は被覆損傷部１４を流出入する信号電流，Ｉ２は埋設物１８を流出入する信号電流である。
【００３０】
ここで，ＲＰ，ＬＰは無視できるほど小さいとすると，被覆損傷部１４および埋設物１８を流れる電流Ｉ１，Ｉ２は，それぞれ以下に示した式３，式４で表される。
【００３１】
【数３】
【数４】
【００３２】
また，被覆損傷部１４の接地抵抗Ｒ１は，損傷の大きさＳと土壌抵抗率ρとで与えられ，その大きさは，近似的に以下に示す式５で与えられる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
例として，１０ｃｍ２の面積を持つ被覆損傷部１４の接地抵抗Ｒ１は，土壌抵抗率ρを日本の平均的な土壌抵抗率の範囲である１０〜５０Ω・ｍとすると，式５より，４００〜２０００Ωの値となる。
【００３５】
被覆損傷部１４の接地抵抗Ｒ１の値に比べて埋設物１８の接地抵抗Ｒ２の値が極めて小さい場合，すなわち，Ｒ１＞＞Ｒ２の場合には，Ｉ１＜＜Ｉ２となり，金属管１２内を流れる信号電流のほとんどが，埋設物１８から流出入することとなる。
【００３６】
埋設物１８から信号電流が大量に流出入すると，埋設物１８の周囲の大地の電位は，埋設物１８の電位近くまで上昇することとなる。埋設物１８を，半径ｒ，長さｌの棒状電極と考えた場合に，土壌抵抗率ρ（Ω・ｍ）を用いて，埋設物１８の接地抵抗Ｒ２は，以下の式６を用いて表される。
【００３７】
【数６】
ここで，
【数７】
である。
【００３８】
埋設物１８から信号電流が流出することによる大地電位ＶＳの分布は，埋設物１８の中心からの距離をｘ（ｍ），電流をＩ２（Ａ）とすると，以下の式８に示すように埋設物１８にてピークとなり，距離とともに減少する分布を示す。
【００３９】
【数８】
ここで，
【数９】
であり，電流Ｉ２（Ａ）は，金属管１２の対地電位ＶＰより，
【数１０】
となる。
【００４０】
金属管１２の被覆損傷部１４埋設物１８と近接していると，埋設物１８からの信号電流の流出入によって発生する大地電位ＶＳにより，被覆損傷部１４を流れる信号電流Ｉ１’は抑制される。このような被覆損傷部１４と埋設物１８が近接している場合の等価回路を，図１１（ｂ）に示す。
【００４１】
図１２に示すように，被覆損傷部１４周辺に大地電位ＶＳが存在すると，被覆損傷部１４における金属管１２と周囲の大地間の電位差ΔＶＰは，無限遠方の大地を基準としたときの被覆損傷部１４における金属管１２の対地電位ＶＰよりも小さい値となる。
【００４２】
【数１１】
【００４３】
そのため，金属管１２の被覆損傷部１４にて大地間に流出入する信号電流Ｉ１’は，以下の式１２のように，Ｉ１より更に減少することとなる。
【００４４】
【数１２】
【００４５】
例として，被覆損傷部１４の面積Ｓ＝１０ｃｍ２，土壌抵抗率ρ＝１０Ω・ｍ，埋設物１８を棒状電極とし半径ｒ＝１ｍ，長さｌ＝５ｍ，金属管１２の対地電位Ｖｐ＝１０Ｖとすると，Ｒ１＝４００Ω，Ｒ２＝０．７５Ω，Ｉ１＝０．０２５Ａ，Ｉ２＝１３．４２７Ａとなり，ｘ＝３ｍにおける大地電位ＶＳ＝５．５２Ｖとなるため，被覆損傷部１４における金属管１２と周囲の大地間の電位差ΔＶＰ＝４．４８Ｖ，金属管１２の被覆損傷部１４にて大地間に流出入する信号電流Ｉ１’＝０．０１１Ａとなる。従って，Ｉ１’はＩ１の半分以下に減少することとなる。
【００４６】
以上の検討から，本願発明者は，調査対象の金属管１２の近傍に埋設物１８が存在する場合には，被覆損傷部１４の接地抵抗が埋設物１８の接地抵抗に比べて著しく大きくなるため，被覆損傷部１４に流出入する信号電流が著しく抑制され，地表面で検出される信号が極めて小さくなるということを明らかにすることが出来た。
【００４７】
図１３（ｃ）は，図１３（ａ）の等価回路である。ここで，Ｒ３は他の金属管２０における被覆損傷部２２の接地抵抗，Ｉ３は他の金属管２０の被覆損傷部２２を流れる信号電流である。このとき，図１３（ｂ）に示すように，他の金属管２０における被覆損傷部２２の直上となるＰ３地点においても，調査対象となる金属管１２の被覆損傷部１４の直上となるＰ１地点と同様の電位分布が検出される。
【００４８】
この問題について検討したところ，図１３（ｃ）の等価回路から明らかなように，印加電圧Ｅである発振器５２と，金属管１２の被覆損傷部１４からなる回路ができる他に，印加電圧Ｅである発振器５２と，他の金属管２０の被覆損傷部２２からなる回路ができ，かつ，金属管１２の被覆損傷部１４を流出入する信号電流の向きと，他の金属管２０の被覆損傷部２２を流出入する信号電流の向きが一致するためであることが，明らかとなった。
【００４９】
上記で検討した問題点は，以下で詳細に説明する本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を用いることで，全て解決することが可能である。
【００５０】
（被覆損傷位置検出装置について）
以下に，図１〜図４を参照しながら，本発明の第１の実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出方法，および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置について，詳細に説明を行う。図１〜図４は，本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を説明するための模式図である。
【００５１】
本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出装置は，誘導起電力発生手段である変流器１１０と，地表面における電位差を検出して解析を行う受信装置１６０とを備える。
【００５２】
まず，変流器１１０について，詳細に説明する。変流器１１０は，誘導起電力を発生することで，防食被覆１００が施された鋼管からなる金属管１０２に，交流信号電流を流す役割を果たす。図２に，変流器１１０の一例である励磁コイルを示す。変流器１１０は，貫通孔１１１が形成された複数枚の略円形状の電磁鋼板が重ね合わされた層構造を有し，この電磁鋼板が鉄心１１２として機能する。層構造を有することにより，鉄心１１２の中に生じる渦状の電流と鉄心１１２の電気抵抗とに起因する，発熱によるエネルギーの損失（渦電流損）を小さくすることが可能である。変流器１１０を構成する電磁鋼板としては，例えばケイ素鋼板を用いることができる。鉄心１１２には，巻線１１４が何重にも巻き付けられており，巻線１１４の両端には，交流電圧を巻線１１４に印加することが可能な発信器１１６を取り付けることができる。巻線１１４は，例えば，エナメル線，ホルマール線または銅線などを使用することが可能である。
【００５３】
また，変流器１１０は，鉄心１１２を例えば円弧状に２つ以上に分割できる構造を有してもよい。鉄心１１２を円弧状に分割できる構造を有することにより，この円弧を組み合わせて金属管１０２を囲むように変流器１１０を設置することが可能となる。
【００５４】
変流器１１０の略中央に設けられた貫通孔１１１に，調査対象とする金属管１０２を通すことで，金属管１０２に交流信号電流を流すことができる。金属管１０２に交流信号電流が流れる理由については，以下で述べる。変流器１１０設けられる貫通孔の径の大きさは，調査対象とする金属管１０２の径の大きさに応じて，適宜設計することが可能である。
【００５５】
なお，図２においては，変流器１１０の形状は，略円形状であるが，鉄心１１２を構成する鋼板の形状は，円形状に限定されるわけではなく，例えば略四角形状であってもよい。また，変流器１１０に形成される貫通孔１１１の形状についても，略円形状に限定されるわけではなく，例えば略四角形状であってもよい。
【００５６】
巻線１１４の両端に発信器１１６が取り付けられ，巻線１１４に交流電圧が印加されると，巻線１１４に励磁電流が流れ，鉄心１１２の中に，円周方向に沿って磁束φが生じる。この磁束φが時間的に変化することにより，貫通孔１１１を貫いている金属管１０２に誘導起電力が発生する。誘導起電力が発生した金属管１０２が，その両端で被覆損傷や電気的に接続された接地物等で接地されていると，大地を帰路とする電流が流れることとなる。なお，巻線１１４に印加する交流電圧の大きさを調整することで，金属管に流れる交流信号電流の大きさや，交流信号電流の流れる金属管の長さ等を変化させることができる。
【００５７】
変流器１１０を用いて実際に金属管１０２の調査を行う場合には，図１に示したように，巻線１１４に測定信号発信器１５０を接続する。この測定信号発信器１５０は，例えば数十〜７５０Ｈｚの周波数の範囲から選択した周波数を，巻線１１４に印加することができる。ただし，商用周波数である５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの逓倍の周波数を使用した場合には，ノイズが重畳するため，この２種類の周波数の使用は避ける必要がある。実際の測定にあたっては，例えば２２０Ｈｚ〜３２０Ｈｚ程度の周波数を印加すると，好ましい結果を得ることができる。
【００５８】
従来の埋設金属管の被覆損傷位置検出方法では，調査対象である金属管に直接電圧を印加して電流を流していたが，本実施形態に係る被覆損傷位置検出装置では，直接金属管に電圧を印加して電流を流すことはせず，変流器１１０により誘導起電力を発生させることで，金属管に間接的に電流を流すことが特徴である。
【００５９】
続いて，受信装置１６０について，詳細に説明する。受信装置１６０は，図１に示したように，少なくとも２以上の車輪１６２を備え，地表面１０６を自在に移動できるように設計されている。この車輪１６２が，地表面１０６において電位差を測定する検出電極として機能する。図１，図３および図４では，車輪の個数は２個の場合を示しているが，２個以上の車輪を有していても良く，例えば４個の車輪を備えていても良い。この場合には，任意の２つの車輪を選択して，当該２つの車輪間の電位差を検出することができる。この車輪電極１６２は，例えば導電性ゴム等を用いて製造することが可能である。
【００６０】
また，受信装置１６０には，図３に示したように，車輪電極１６２が検出した地表面電位差を解析する地表面電位解析手段として，例えば信号処理装置１６４と，表示装置１６６と，距離計測回路１６８とが設けられている。
【００６１】
信号処理装置１６４は，２個の車輪電極１６２に接続されており，車輪電極１６２が検出した地表面電位差を解析して，埋設金属管１０２に生じた被覆損傷部１０４の位置を明らかにする処理を行い，解析結果を表示装置１６６に出力する装置である。表示装置１６６は，例えば受信装置１６０に設けられた平衡記録計等の機器であって，信号処理装置１６４が行った解析結果を表示する装置である。また，距離計測回路１６８は，車輪電極１６２に取り付けられたエンコーダ等の回転信号発生器により検出した車輪の回転量を，受信装置１６０の移動距離に換算して表示装置１６６に出力する回路である。
【００６２】
図４には，信号処理装置１６４として，例えばロックインアンプ１７０を用いた例を示す。ロックインアンプ１７０には，変流器１１０に接続される測定信号発信器１５０の出力周波数との相対的位相変化の程度が少なくとも１７０度／時間より小さく，測定信号発信器１５０と同一の周波数の信号を出力できる参照信号発信器１７２が，測定信号発信器１５０と独立して接続される。
【００６３】
ロックインアンプは，ロックインアンプに入力される信号の振幅と位相に関する情報を得ることができるものであり，入力信号から，ロックインアンプに別途入力される参照信号に同期するもののみを抽出・増幅することができる。本実施例においては，車輪電極１６２により地表面１０６における電位差を検出した検出信号と，変流器１１０に接続される測定信号発信器１５０と同一の周波数の信号を出力する参照信号発信器１７２からの信号とを，ロックインアンプ１７０に入力することで，検出信号に含まれる参照信号と同期しない信号の雑音信号を除去し，同期した信号のみを増幅して表示装置１６６へと出力することができる。この同期した信号の波形の変化から，金属管１０２に生じた被覆損傷部１０４の位置を，高い精度で検出することが可能となる。
【００６４】
なお，参照信号発信器１７２の代わりに，測定信号発信器１５０の出力信号をケーブルや無線等を用いてロックインアンプ１７０に入力することも可能である。
【００６５】
（被覆損傷位置検出方法について）
続いて，本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出方法について，詳細に説明する。本実施形態に係る被覆損傷位置検出方法は，上記で説明した，誘導起電力発生手段である変流器１１０と，検出電極兼地表面電位解析手段である受信装置１６０とを用いるものである。
【００６６】
まず，金属管１０２と，金属管１０２と埋設物１０８との電気的な接続点の間に，変流器１１０を取り付ける。変流器１１０に巻き付けられている巻線１１４に，測定信号発信器１５０を接続し，所定範囲の周波数を有する交流信号電流を流す。その結果，上記で説明したような原理から，発信器１１０の鉄心１１２に磁束が発生し，金属管１０２の管軸方向に，誘導起電力が発生する。
【００６７】
図１に図示した状況の等価回路を，図５（ａ）に示す。発生した誘導起電力の電圧をＥとすると，金属管１０２，被覆損傷部１０４および埋設物１０８は，図５（ａ）のような閉ループを作り，この閉ループには，同じ大きさの電流Ｉ＝Ｉ１＝Ｉ２が流れることとなり，被覆損傷部１０４（Ｐ１地点）を流れる電流の向きと，埋設物１０８（Ｐ２地点）を流れる電流の向きは，常に逆向きとなる。ここで，被覆損傷部１０４の接地抵抗をＲ１，埋設物１０８の接地抵抗をＲ２とすると，流れる電流Ｉは，以下の式１３のようになる。ただし，金属管１０２の抵抗ＲＰとインダクタンスＬＰは，無視できるほど小さいものとする。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
ここで，Ｒ１はＲ２に比べて，抵抗値が極めて大きい，すなわち，Ｒ１＞＞Ｒ２であるとする。このような場合は，埋設物１０８が，接地抵抗の小さな導電性の埋設物（例えば，被覆処理されていない金属）である場合に該当し，このときの電流値Ｉは，以下の式１４のようになる。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
式１４から明らかなように，信号電流Ｉの大きさは，被覆損傷部１０４の接地抵抗の大きさＲ１にのみ依存し，埋設物１０８から大量の電流が流出入するのを防止することができる。
【００７２】
被覆損傷部１０４と埋設物１０８とが近接している場合の等価回路を，図５（ｂ）に示す。被覆損傷部１０４と埋設物１０８とが近接している場合は，図６に示すように，埋設物１０８に流出入する信号電流は，被覆損傷部１０４に流出入する電流と極性が逆となるため，被覆損傷部１０４の直上（Ｐ１地点）における埋設物１０８に流出入する信号電流により発生する大地電位ＶＳの存在により，以下の式１５に示すようにΔＶＰはＶＰよりも大きな値を持つ。すなわち，式１６に示すように，被覆損傷部１０４に流出入する信号電流は，増加することになる。
【００７３】
【数１５】
【数１６】
【００７４】
例えば，被覆損傷部１０４の面積Ｓ＝１０ｃｍ２，土壌抵抗率ρ＝１０Ω・ｍとし，埋設物１０８を棒状電極とし半径ｒ＝１ｍ，長さｌ＝５ｍ，金属管１０２の対地電位ＶＰ＝１０Ｖとすると，Ｒ１＝４００Ω，Ｒ２＝０．７５Ω，Ｉ１＝Ｉ２＝０．０２４９Ａとなり，ｘ＝３ｍにおける大地電位ＶＳ＝−０．０１０Ｖとなる。その結果，被覆損傷部１０４における金属管１０２と周辺の大地間の電位差ΔＶＰ＝１０．０１Ｖ，金属管１０２の被覆損傷部１０４において大地間に流出入する信号電流Ｉ１’＝０．０２５０Ａとなり，Ｉ１より増加することとなる。
【００７５】
従って，被覆損傷部１０４を流出入する信号は，従来とは異なり，埋設物１０８によって増加することとなり，埋設物１０８に影響されることなく検出できるようになる。
【００７６】
また，図７（ａ）に示すように，調査対象となる金属管１０２の他に，埋設物１０８と電気的に接続されている防食被覆を有する他の金属管２００が存在する場合には，他の金属管２００の被覆損傷部２０２を流出入する信号電流は，埋設物１０８の存在のために極めて小さくなり，加えて，他の金属管２００の被覆損傷部２０２を流出入する信号電流の極性は，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４を流出入する信号電流と逆となる。このようになる理由を，図７（ｂ）に示す等価回路を用いて説明する。
【００７７】
他の金属管２００における被覆損傷部２０２の接地抵抗をＲ３とし，流出入する電流をＩ３とする。図７（ｂ）の等価回路から明らかなように，調査対象となる金属管１０２の被覆損傷部１０４を流出入する電流Ｉ１と，他の金属管２００における被覆損傷部２０２を流出入する電流Ｉ３や埋設物１０８を流出入する電流Ｉ２とは，常に逆向きとなる。また，Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３の関係が成立するが，Ｒ２＜＜Ｒ３の関係も成立するため，Ｉ２＜＜Ｉ３となる。
【００７８】
従って，図７（ｃ）に示すように，他の金属管２００における被覆損傷部２０２の直上となるＰ３地点での電位分布は，極めて小さいものとなり，かつ，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４の直上となるＰ１地点において検出される電位差分布と逆の極性を持つ分布が検出される。
【００７９】
このため，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４に起因するピークと，他の金属管２００の被覆損傷部２０２に起因するピークとを容易に判別することができ，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４から発生する信号のみを，精度良く検出することができる。
【００８０】
このように，本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出方法は，被覆損傷部に近接して金属管と電気的に接続された埋設物が存在する場合や，埋設物に他の金属管が電気的に接続されている場合であっても，調査対象とする金属管に生じた被覆損傷部の位置のみを，精度良く高能率で検出することが可能である。
【００８１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８２】
例えば，上述した実施形態においては，地中埋設管の場合について説明したが，地中埋設ケーブルや，ケーブル保護管など，導電性を有する材質を用いて製造された管の周囲に絶縁性の被覆を施したものに生じた被覆損傷部の位置を，高精度かつ高能率で検出することが可能である。
【００８３】
また，上述した実施形態においては，受信装置に設けられた２つの車輪電極間の電位差を検出する場合について説明したが，地表面に挿入接地された１つの検出電極を受信装置に接続し，受信装置に設けられた１つの検出電極と，上記の地表面に挿入接地された検出電極との間の電位差を，測定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る被覆損傷位置検出装置および被覆損傷位置検出方法を説明するための模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る変流器を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る受信装置を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る受信装置を説明するための模式図である。
【図５】図１に示した状況の等価回路である。
【図６】本発明の第１の実施形態において，被覆損傷部と接地抵抗の小さい埋設物が近接している場合を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態において，電気的に接続された他の金属管が存在する場合を説明するための模式図である。
【図８】従来の被覆損傷位置検出方法を説明するための模式図である。
【図９】従来の被覆損傷位置検出方法を説明するための模式図である。
【図１０】従来の被覆損傷位置検出方法において，被覆損傷部と接地抵抗の小さい埋設物が近接している場合を説明するための模式図である。
【図１１】図１０に示した状況の等価回路である。
【図１２】従来の被覆損傷位置検出方法において，被覆損傷部と接地抵抗の小さい埋設物が近接している場合を説明するための模式図である。
【図１３】従来の被覆損傷位置検出方法において，電気的に接続された他の金属管が存在する場合を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 防食被覆
１０２ 金属管
１０４ 被覆損傷部
１０６ 地表面
１０８ 埋設物
１１０ 変流器
１１１ 貫通孔
１１２ 鉄心
１１４ 巻線
１１６ 発信器
１５０ 測定信号発信器
１６０ 受信装置
１６２ 車輪電極
１６４ 信号処理装置
１６６ 表示装置
１６８ 距離測定回路
１７０ ロックインアンプ
１７２ 参照信号発信器
２００ 金属管
２０２ 被覆損傷部
【技術分野】
【０００１】
本発明は，地中に埋設された金属管の外面に施された防食被覆の損傷位置を地表面から検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，地中に埋設されている鋼管等の金属管は，外面にアスファルト等の瀝青質あるいはポリエチレン等の熱可塑性樹脂の塗覆装が施されて，金属管の腐食を防止している。
【０００３】
上記の防食被覆が何らかの原因により損傷を受け，金属管の金属面が土壌等の電解質に直接接触すると，電解質に接触した部分が腐食する。特に，損傷部が酸素濃淡差などのある環境や，電鉄の迷走電流の影響を受ける環境に存在すると，金属管は，異常に速い速度で腐食し，腐食孔を生じる恐れがある。
【０００４】
このような地中埋設管の防食被覆を完全な状態で維持することは，腐食事故を防止する上で極めて重要であり，しばしば，防食被覆に損傷が生じていないかを地表面から検出し，損傷が生じていた場合には，金属管の埋設部を掘削して補修する等の処置が施される。
【０００５】
埋設金属管の防食被覆損傷位置を検出する方法として，例えば特許文献１に開示されている「埋設金属管類の防食被覆損傷位置検出方法」がある。
【０００６】
上記の特許文献１に記載された従来技術は，図８および図９に示すように，外面に防食被覆１０を施して地中に埋設された金属管１２の被覆損傷部１４と，地盤１６に埋設した対極５０との間に，測定信号発振器５２から信号電流を流し，上記の金属管１２の直上の地表面を移動する受信装置６０における２個の車輪電極６２により地表面の電位差を検出し，信号電流成分と同一の周波数成分の信号を抽出して，その電位差の振幅および位相の極性の変化を測定して，埋設金属管１２の被覆損傷部１４が作り出す特有の波形を検知することで損傷を検出する，埋設金属管の防食被覆損傷位置検出方法である。
【０００７】
上記の特許文献１に記載された方法では，上記の受信装置６０において，車輪電極６２で検出した信号が入力される信号処理装置６４によって，検出した信号からノイズを除去しつつ信号の増幅を行い，表示装置６６に検出した波形の表示を行っている。
【０００８】
ここで，被覆損傷部を点電流源であると考えると，深さｚ０の場所に位置する被覆損傷部１４により地表面に生じる電位Ｖ０（Ｖ）は，無限遠方を基準とすると，以下の式１のように表される。
【０００９】
【数１】
【００１０】
ここで，ρは土壌比抵抗（Ω・ｍ）であり，Ｉは電流源から流出入する電流（Ａ）であり，ｘは被覆損傷部の直上からの水平方向の距離（ｍ）である。
【００１１】
２個の車輪電極６２を有する受信装置６０が検出する地表面の車輪電極６２間の電位差ｅは，以下の式２で表され，図８（ｂ）に示したように，被覆損傷部１４の直上Ｐ１で０となり，前後に極性の異なる２つのピークを有する分布を示す。ここで，以下の式２におけるａは，車輪間隔を表している。
【００１２】
【数２】
【００１３】
【特許文献１】特公平７−５２１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら，上記の特許文献１に記載の方法において，金属管１２の被覆損傷部１４が，埋設物１８と近接している場合に，受信装置６０による金属管１２の被覆損傷部１４の検出が極めて困難になるという問題があった。
【００１５】
すなわち，図１０に示すように，金属管１２の被覆損傷部１４と近接して，金属管１２と電気的に接続された接地抵抗の小さい導電性の埋設物１８（例えば建屋の基礎や橋梁等）が存在すると，受信装置６０で検出される信号が極めて小さくなるという現象が起こるという問題があった。
【００１６】
また，図１３（ａ）に示すように，調査対象となる金属管１２の他に，埋設物１８と電気的に接続されている防食被覆を有する他の金属管２０が存在し，Ｐ３地点において他の金属管２０における被覆損傷部２２が存在する場合に，受信装置６０を用いて波形の検出を行うと，他の金属管２０における被覆損傷部２２を，調査対象である金属管１２の被覆損傷部１４であると誤って判断してしまうという問題があった。
【００１７】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，調査対象である金属管に発生した被覆損傷部位の位置を正確に知ることが可能な，新規かつ改良された埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に交流信号電流を流し，金属管の直上の地表面における電位差を検出電極により検出し，上記電位差から交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，被覆損傷部の位置を検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法であって，前記交流信号電流に対応する周波数の電流を前記誘導起電力発生手段に流すことにより前記誘導起電力を前記金属管に発生させることを特徴とする埋設金属管の被覆損傷位置検出方法が提供される。
【００１９】
かかる構成によれば，金属管に設けられた誘導起電力発生手段は，金属管に誘導起電力を発生させ，取り付けられた金属管に，交流信号電流を流す。防食被覆が損傷した部位がある場合には，被覆損傷部が作り出す地表面電位を観測することで，被覆損傷部の位置を明らかにすることができる。
【００２０】
金属管に電気的に接続された埋設物が存在する場合に，上記の誘導起電力発生手段を，埋設物と被覆損傷部との間に配設することが望ましい。かかる構成により，金属管に流れる交流信号電流の向きと，埋設物に流れる交流信号電流の向きとが常に逆方向となる。その結果，被覆損傷部の位置を正確に知ることができる。
【００２１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に生じた被覆損傷部の位置を検出する，埋設金属管の被覆損傷位置検出装置であって，誘導起電力を発生することで，金属管に交流信号電流を流す誘導起電力発生手段と，金属管の直上の地表面における電位差を検出する検出電極と，上記の電位差から交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，被覆損傷部の位置を検出する地表面電位解析手段と，を備える埋設金属管の被覆損傷位置検出装置が提供される。
【００２２】
かかる構成によれば，金属管に取り付けられた誘導起電力発生手段は，誘導起電力を発生することで金属管に誘導起電力に起因する交流信号電流を流し，検出電極は，金属管の直上の地表面における電位差を検出し，地表面電位解析手段は，検出電極が検出した電位差から交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出し，被覆損傷部の位置を明らかにする。かかる被覆損傷部位検出装置を用いることで，埋設金属管に生じた被覆損傷部の位置を，正確に知ることができる。
【００２３】
上記の誘導起電力発生手段は，変流器であり，変流器は，金属管が挿通される貫通孔が形成された電磁鋼板と，鋼板に巻き付けられている巻線と，巻線に交流信号電流に対応する周波数の電流を流す電源部とを備えてもよい。かかる構成によれば，貫通孔が形成された電磁鋼板に巻き付けられている巻線は，交流信号電流が流れることで鋼板に磁界を発生させ，貫通孔を貫通するように設けられる金属管に交流信号電流を流す。この変流器を使用することで，金属管に誘導起電力に起因する交流信号電流を流すことができる。
【００２４】
上記の電磁鋼板は，複数の電磁鋼板からなる層構造を有していても良い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば，調査対象である金属管に発生した被覆損傷部位の位置を正確に知ることが可能な，埋設金属管の被覆損傷位置検出方法および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
本願発明者は，従来からの問題点１および問題点２を解決するにあたり，まず，それぞれの問題点について，詳細に検討を行った。その結果，以下に示すような知見を得ることができた。以下に，得られた知見について詳細に説明する。
【００２８】
（従来の問題点に対する検討）
図１０は，従来の埋設金属管の被覆損傷位置検出方法について説明するための模式図であり，図１１は，図１０に示した模式図における状況の等価回路である。
【００２９】
まず，図１１（ａ）について着目する。ここで，Ｅは発振器５２の印加電圧，Ｒ１は被覆損傷部１４の直上となるＰ１地点における被覆損傷部の接地抵抗，Ｒ２は埋設物１８の中心にあたるＰ２地点における埋設物１８の接地抵抗，ＲＥは対極５０の接地抵抗，Ｒｐは発振器５２から被覆損傷部１４までの金属管の抵抗，ＬＰは発振器５２から被覆損傷部１４までの金属管のインダクタンス，Ｉ１は被覆損傷部１４を流出入する信号電流，Ｉ２は埋設物１８を流出入する信号電流である。
【００３０】
ここで，ＲＰ，ＬＰは無視できるほど小さいとすると，被覆損傷部１４および埋設物１８を流れる電流Ｉ１，Ｉ２は，それぞれ以下に示した式３，式４で表される。
【００３１】
【数３】
【数４】
【００３２】
また，被覆損傷部１４の接地抵抗Ｒ１は，損傷の大きさＳと土壌抵抗率ρとで与えられ，その大きさは，近似的に以下に示す式５で与えられる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
例として，１０ｃｍ２の面積を持つ被覆損傷部１４の接地抵抗Ｒ１は，土壌抵抗率ρを日本の平均的な土壌抵抗率の範囲である１０〜５０Ω・ｍとすると，式５より，４００〜２０００Ωの値となる。
【００３５】
被覆損傷部１４の接地抵抗Ｒ１の値に比べて埋設物１８の接地抵抗Ｒ２の値が極めて小さい場合，すなわち，Ｒ１＞＞Ｒ２の場合には，Ｉ１＜＜Ｉ２となり，金属管１２内を流れる信号電流のほとんどが，埋設物１８から流出入することとなる。
【００３６】
埋設物１８から信号電流が大量に流出入すると，埋設物１８の周囲の大地の電位は，埋設物１８の電位近くまで上昇することとなる。埋設物１８を，半径ｒ，長さｌの棒状電極と考えた場合に，土壌抵抗率ρ（Ω・ｍ）を用いて，埋設物１８の接地抵抗Ｒ２は，以下の式６を用いて表される。
【００３７】
【数６】
ここで，
【数７】
である。
【００３８】
埋設物１８から信号電流が流出することによる大地電位ＶＳの分布は，埋設物１８の中心からの距離をｘ（ｍ），電流をＩ２（Ａ）とすると，以下の式８に示すように埋設物１８にてピークとなり，距離とともに減少する分布を示す。
【００３９】
【数８】
ここで，
【数９】
であり，電流Ｉ２（Ａ）は，金属管１２の対地電位ＶＰより，
【数１０】
となる。
【００４０】
金属管１２の被覆損傷部１４埋設物１８と近接していると，埋設物１８からの信号電流の流出入によって発生する大地電位ＶＳにより，被覆損傷部１４を流れる信号電流Ｉ１’は抑制される。このような被覆損傷部１４と埋設物１８が近接している場合の等価回路を，図１１（ｂ）に示す。
【００４１】
図１２に示すように，被覆損傷部１４周辺に大地電位ＶＳが存在すると，被覆損傷部１４における金属管１２と周囲の大地間の電位差ΔＶＰは，無限遠方の大地を基準としたときの被覆損傷部１４における金属管１２の対地電位ＶＰよりも小さい値となる。
【００４２】
【数１１】
【００４３】
そのため，金属管１２の被覆損傷部１４にて大地間に流出入する信号電流Ｉ１’は，以下の式１２のように，Ｉ１より更に減少することとなる。
【００４４】
【数１２】
【００４５】
例として，被覆損傷部１４の面積Ｓ＝１０ｃｍ２，土壌抵抗率ρ＝１０Ω・ｍ，埋設物１８を棒状電極とし半径ｒ＝１ｍ，長さｌ＝５ｍ，金属管１２の対地電位Ｖｐ＝１０Ｖとすると，Ｒ１＝４００Ω，Ｒ２＝０．７５Ω，Ｉ１＝０．０２５Ａ，Ｉ２＝１３．４２７Ａとなり，ｘ＝３ｍにおける大地電位ＶＳ＝５．５２Ｖとなるため，被覆損傷部１４における金属管１２と周囲の大地間の電位差ΔＶＰ＝４．４８Ｖ，金属管１２の被覆損傷部１４にて大地間に流出入する信号電流Ｉ１’＝０．０１１Ａとなる。従って，Ｉ１’はＩ１の半分以下に減少することとなる。
【００４６】
以上の検討から，本願発明者は，調査対象の金属管１２の近傍に埋設物１８が存在する場合には，被覆損傷部１４の接地抵抗が埋設物１８の接地抵抗に比べて著しく大きくなるため，被覆損傷部１４に流出入する信号電流が著しく抑制され，地表面で検出される信号が極めて小さくなるということを明らかにすることが出来た。
【００４７】
図１３（ｃ）は，図１３（ａ）の等価回路である。ここで，Ｒ３は他の金属管２０における被覆損傷部２２の接地抵抗，Ｉ３は他の金属管２０の被覆損傷部２２を流れる信号電流である。このとき，図１３（ｂ）に示すように，他の金属管２０における被覆損傷部２２の直上となるＰ３地点においても，調査対象となる金属管１２の被覆損傷部１４の直上となるＰ１地点と同様の電位分布が検出される。
【００４８】
この問題について検討したところ，図１３（ｃ）の等価回路から明らかなように，印加電圧Ｅである発振器５２と，金属管１２の被覆損傷部１４からなる回路ができる他に，印加電圧Ｅである発振器５２と，他の金属管２０の被覆損傷部２２からなる回路ができ，かつ，金属管１２の被覆損傷部１４を流出入する信号電流の向きと，他の金属管２０の被覆損傷部２２を流出入する信号電流の向きが一致するためであることが，明らかとなった。
【００４９】
上記で検討した問題点は，以下で詳細に説明する本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を用いることで，全て解決することが可能である。
【００５０】
（被覆損傷位置検出装置について）
以下に，図１〜図４を参照しながら，本発明の第１の実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出方法，および埋設金属管の被覆損傷位置検出装置について，詳細に説明を行う。図１〜図４は，本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出装置を説明するための模式図である。
【００５１】
本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出装置は，誘導起電力発生手段である変流器１１０と，地表面における電位差を検出して解析を行う受信装置１６０とを備える。
【００５２】
まず，変流器１１０について，詳細に説明する。変流器１１０は，誘導起電力を発生することで，防食被覆１００が施された鋼管からなる金属管１０２に，交流信号電流を流す役割を果たす。図２に，変流器１１０の一例である励磁コイルを示す。変流器１１０は，貫通孔１１１が形成された複数枚の略円形状の電磁鋼板が重ね合わされた層構造を有し，この電磁鋼板が鉄心１１２として機能する。層構造を有することにより，鉄心１１２の中に生じる渦状の電流と鉄心１１２の電気抵抗とに起因する，発熱によるエネルギーの損失（渦電流損）を小さくすることが可能である。変流器１１０を構成する電磁鋼板としては，例えばケイ素鋼板を用いることができる。鉄心１１２には，巻線１１４が何重にも巻き付けられており，巻線１１４の両端には，交流電圧を巻線１１４に印加することが可能な発信器１１６を取り付けることができる。巻線１１４は，例えば，エナメル線，ホルマール線または銅線などを使用することが可能である。
【００５３】
また，変流器１１０は，鉄心１１２を例えば円弧状に２つ以上に分割できる構造を有してもよい。鉄心１１２を円弧状に分割できる構造を有することにより，この円弧を組み合わせて金属管１０２を囲むように変流器１１０を設置することが可能となる。
【００５４】
変流器１１０の略中央に設けられた貫通孔１１１に，調査対象とする金属管１０２を通すことで，金属管１０２に交流信号電流を流すことができる。金属管１０２に交流信号電流が流れる理由については，以下で述べる。変流器１１０設けられる貫通孔の径の大きさは，調査対象とする金属管１０２の径の大きさに応じて，適宜設計することが可能である。
【００５５】
なお，図２においては，変流器１１０の形状は，略円形状であるが，鉄心１１２を構成する鋼板の形状は，円形状に限定されるわけではなく，例えば略四角形状であってもよい。また，変流器１１０に形成される貫通孔１１１の形状についても，略円形状に限定されるわけではなく，例えば略四角形状であってもよい。
【００５６】
巻線１１４の両端に発信器１１６が取り付けられ，巻線１１４に交流電圧が印加されると，巻線１１４に励磁電流が流れ，鉄心１１２の中に，円周方向に沿って磁束φが生じる。この磁束φが時間的に変化することにより，貫通孔１１１を貫いている金属管１０２に誘導起電力が発生する。誘導起電力が発生した金属管１０２が，その両端で被覆損傷や電気的に接続された接地物等で接地されていると，大地を帰路とする電流が流れることとなる。なお，巻線１１４に印加する交流電圧の大きさを調整することで，金属管に流れる交流信号電流の大きさや，交流信号電流の流れる金属管の長さ等を変化させることができる。
【００５７】
変流器１１０を用いて実際に金属管１０２の調査を行う場合には，図１に示したように，巻線１１４に測定信号発信器１５０を接続する。この測定信号発信器１５０は，例えば数十〜７５０Ｈｚの周波数の範囲から選択した周波数を，巻線１１４に印加することができる。ただし，商用周波数である５０Ｈｚおよび６０Ｈｚの逓倍の周波数を使用した場合には，ノイズが重畳するため，この２種類の周波数の使用は避ける必要がある。実際の測定にあたっては，例えば２２０Ｈｚ〜３２０Ｈｚ程度の周波数を印加すると，好ましい結果を得ることができる。
【００５８】
従来の埋設金属管の被覆損傷位置検出方法では，調査対象である金属管に直接電圧を印加して電流を流していたが，本実施形態に係る被覆損傷位置検出装置では，直接金属管に電圧を印加して電流を流すことはせず，変流器１１０により誘導起電力を発生させることで，金属管に間接的に電流を流すことが特徴である。
【００５９】
続いて，受信装置１６０について，詳細に説明する。受信装置１６０は，図１に示したように，少なくとも２以上の車輪１６２を備え，地表面１０６を自在に移動できるように設計されている。この車輪１６２が，地表面１０６において電位差を測定する検出電極として機能する。図１，図３および図４では，車輪の個数は２個の場合を示しているが，２個以上の車輪を有していても良く，例えば４個の車輪を備えていても良い。この場合には，任意の２つの車輪を選択して，当該２つの車輪間の電位差を検出することができる。この車輪電極１６２は，例えば導電性ゴム等を用いて製造することが可能である。
【００６０】
また，受信装置１６０には，図３に示したように，車輪電極１６２が検出した地表面電位差を解析する地表面電位解析手段として，例えば信号処理装置１６４と，表示装置１６６と，距離計測回路１６８とが設けられている。
【００６１】
信号処理装置１６４は，２個の車輪電極１６２に接続されており，車輪電極１６２が検出した地表面電位差を解析して，埋設金属管１０２に生じた被覆損傷部１０４の位置を明らかにする処理を行い，解析結果を表示装置１６６に出力する装置である。表示装置１６６は，例えば受信装置１６０に設けられた平衡記録計等の機器であって，信号処理装置１６４が行った解析結果を表示する装置である。また，距離計測回路１６８は，車輪電極１６２に取り付けられたエンコーダ等の回転信号発生器により検出した車輪の回転量を，受信装置１６０の移動距離に換算して表示装置１６６に出力する回路である。
【００６２】
図４には，信号処理装置１６４として，例えばロックインアンプ１７０を用いた例を示す。ロックインアンプ１７０には，変流器１１０に接続される測定信号発信器１５０の出力周波数との相対的位相変化の程度が少なくとも１７０度／時間より小さく，測定信号発信器１５０と同一の周波数の信号を出力できる参照信号発信器１７２が，測定信号発信器１５０と独立して接続される。
【００６３】
ロックインアンプは，ロックインアンプに入力される信号の振幅と位相に関する情報を得ることができるものであり，入力信号から，ロックインアンプに別途入力される参照信号に同期するもののみを抽出・増幅することができる。本実施例においては，車輪電極１６２により地表面１０６における電位差を検出した検出信号と，変流器１１０に接続される測定信号発信器１５０と同一の周波数の信号を出力する参照信号発信器１７２からの信号とを，ロックインアンプ１７０に入力することで，検出信号に含まれる参照信号と同期しない信号の雑音信号を除去し，同期した信号のみを増幅して表示装置１６６へと出力することができる。この同期した信号の波形の変化から，金属管１０２に生じた被覆損傷部１０４の位置を，高い精度で検出することが可能となる。
【００６４】
なお，参照信号発信器１７２の代わりに，測定信号発信器１５０の出力信号をケーブルや無線等を用いてロックインアンプ１７０に入力することも可能である。
【００６５】
（被覆損傷位置検出方法について）
続いて，本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出方法について，詳細に説明する。本実施形態に係る被覆損傷位置検出方法は，上記で説明した，誘導起電力発生手段である変流器１１０と，検出電極兼地表面電位解析手段である受信装置１６０とを用いるものである。
【００６６】
まず，金属管１０２と，金属管１０２と埋設物１０８との電気的な接続点の間に，変流器１１０を取り付ける。変流器１１０に巻き付けられている巻線１１４に，測定信号発信器１５０を接続し，所定範囲の周波数を有する交流信号電流を流す。その結果，上記で説明したような原理から，発信器１１０の鉄心１１２に磁束が発生し，金属管１０２の管軸方向に，誘導起電力が発生する。
【００６７】
図１に図示した状況の等価回路を，図５（ａ）に示す。発生した誘導起電力の電圧をＥとすると，金属管１０２，被覆損傷部１０４および埋設物１０８は，図５（ａ）のような閉ループを作り，この閉ループには，同じ大きさの電流Ｉ＝Ｉ１＝Ｉ２が流れることとなり，被覆損傷部１０４（Ｐ１地点）を流れる電流の向きと，埋設物１０８（Ｐ２地点）を流れる電流の向きは，常に逆向きとなる。ここで，被覆損傷部１０４の接地抵抗をＲ１，埋設物１０８の接地抵抗をＲ２とすると，流れる電流Ｉは，以下の式１３のようになる。ただし，金属管１０２の抵抗ＲＰとインダクタンスＬＰは，無視できるほど小さいものとする。
【００６８】
【数１３】
【００６９】
ここで，Ｒ１はＲ２に比べて，抵抗値が極めて大きい，すなわち，Ｒ１＞＞Ｒ２であるとする。このような場合は，埋設物１０８が，接地抵抗の小さな導電性の埋設物（例えば，被覆処理されていない金属）である場合に該当し，このときの電流値Ｉは，以下の式１４のようになる。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
式１４から明らかなように，信号電流Ｉの大きさは，被覆損傷部１０４の接地抵抗の大きさＲ１にのみ依存し，埋設物１０８から大量の電流が流出入するのを防止することができる。
【００７２】
被覆損傷部１０４と埋設物１０８とが近接している場合の等価回路を，図５（ｂ）に示す。被覆損傷部１０４と埋設物１０８とが近接している場合は，図６に示すように，埋設物１０８に流出入する信号電流は，被覆損傷部１０４に流出入する電流と極性が逆となるため，被覆損傷部１０４の直上（Ｐ１地点）における埋設物１０８に流出入する信号電流により発生する大地電位ＶＳの存在により，以下の式１５に示すようにΔＶＰはＶＰよりも大きな値を持つ。すなわち，式１６に示すように，被覆損傷部１０４に流出入する信号電流は，増加することになる。
【００７３】
【数１５】
【数１６】
【００７４】
例えば，被覆損傷部１０４の面積Ｓ＝１０ｃｍ２，土壌抵抗率ρ＝１０Ω・ｍとし，埋設物１０８を棒状電極とし半径ｒ＝１ｍ，長さｌ＝５ｍ，金属管１０２の対地電位ＶＰ＝１０Ｖとすると，Ｒ１＝４００Ω，Ｒ２＝０．７５Ω，Ｉ１＝Ｉ２＝０．０２４９Ａとなり，ｘ＝３ｍにおける大地電位ＶＳ＝−０．０１０Ｖとなる。その結果，被覆損傷部１０４における金属管１０２と周辺の大地間の電位差ΔＶＰ＝１０．０１Ｖ，金属管１０２の被覆損傷部１０４において大地間に流出入する信号電流Ｉ１’＝０．０２５０Ａとなり，Ｉ１より増加することとなる。
【００７５】
従って，被覆損傷部１０４を流出入する信号は，従来とは異なり，埋設物１０８によって増加することとなり，埋設物１０８に影響されることなく検出できるようになる。
【００７６】
また，図７（ａ）に示すように，調査対象となる金属管１０２の他に，埋設物１０８と電気的に接続されている防食被覆を有する他の金属管２００が存在する場合には，他の金属管２００の被覆損傷部２０２を流出入する信号電流は，埋設物１０８の存在のために極めて小さくなり，加えて，他の金属管２００の被覆損傷部２０２を流出入する信号電流の極性は，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４を流出入する信号電流と逆となる。このようになる理由を，図７（ｂ）に示す等価回路を用いて説明する。
【００７７】
他の金属管２００における被覆損傷部２０２の接地抵抗をＲ３とし，流出入する電流をＩ３とする。図７（ｂ）の等価回路から明らかなように，調査対象となる金属管１０２の被覆損傷部１０４を流出入する電流Ｉ１と，他の金属管２００における被覆損傷部２０２を流出入する電流Ｉ３や埋設物１０８を流出入する電流Ｉ２とは，常に逆向きとなる。また，Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３の関係が成立するが，Ｒ２＜＜Ｒ３の関係も成立するため，Ｉ２＜＜Ｉ３となる。
【００７８】
従って，図７（ｃ）に示すように，他の金属管２００における被覆損傷部２０２の直上となるＰ３地点での電位分布は，極めて小さいものとなり，かつ，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４の直上となるＰ１地点において検出される電位差分布と逆の極性を持つ分布が検出される。
【００７９】
このため，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４に起因するピークと，他の金属管２００の被覆損傷部２０２に起因するピークとを容易に判別することができ，調査対象である金属管１０２の被覆損傷部１０４から発生する信号のみを，精度良く検出することができる。
【００８０】
このように，本実施形態に係る埋設金属管の被覆損傷位置検出方法は，被覆損傷部に近接して金属管と電気的に接続された埋設物が存在する場合や，埋設物に他の金属管が電気的に接続されている場合であっても，調査対象とする金属管に生じた被覆損傷部の位置のみを，精度良く高能率で検出することが可能である。
【００８１】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８２】
例えば，上述した実施形態においては，地中埋設管の場合について説明したが，地中埋設ケーブルや，ケーブル保護管など，導電性を有する材質を用いて製造された管の周囲に絶縁性の被覆を施したものに生じた被覆損傷部の位置を，高精度かつ高能率で検出することが可能である。
【００８３】
また，上述した実施形態においては，受信装置に設けられた２つの車輪電極間の電位差を検出する場合について説明したが，地表面に挿入接地された１つの検出電極を受信装置に接続し，受信装置に設けられた１つの検出電極と，上記の地表面に挿入接地された検出電極との間の電位差を，測定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る被覆損傷位置検出装置および被覆損傷位置検出方法を説明するための模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る変流器を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る受信装置を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る受信装置を説明するための模式図である。
【図５】図１に示した状況の等価回路である。
【図６】本発明の第１の実施形態において，被覆損傷部と接地抵抗の小さい埋設物が近接している場合を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態において，電気的に接続された他の金属管が存在する場合を説明するための模式図である。
【図８】従来の被覆損傷位置検出方法を説明するための模式図である。
【図９】従来の被覆損傷位置検出方法を説明するための模式図である。
【図１０】従来の被覆損傷位置検出方法において，被覆損傷部と接地抵抗の小さい埋設物が近接している場合を説明するための模式図である。
【図１１】図１０に示した状況の等価回路である。
【図１２】従来の被覆損傷位置検出方法において，被覆損傷部と接地抵抗の小さい埋設物が近接している場合を説明するための模式図である。
【図１３】従来の被覆損傷位置検出方法において，電気的に接続された他の金属管が存在する場合を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００ 防食被覆
１０２ 金属管
１０４ 被覆損傷部
１０６ 地表面
１０８ 埋設物
１１０ 変流器
１１１ 貫通孔
１１２ 鉄心
１１４ 巻線
１１６ 発信器
１５０ 測定信号発信器
１６０ 受信装置
１６２ 車輪電極
１６４ 信号処理装置
１６６ 表示装置
１６８ 距離測定回路
１７０ ロックインアンプ
１７２ 参照信号発信器
２００ 金属管
２０２ 被覆損傷部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に交流信号電流を流し，前記金属管の直上の地表面における電位差を検出電極により検出し，前記電位差から前記交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，前記金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，前記被覆損傷部の位置を検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法であって：
前記金属管に誘導起電力発生手段を設け，前記交流信号電流に対応する周波数の電流を前記誘導起電力発生手段に流すことにより前記誘導起電力を前記金属管に発生させることを特徴とする，埋設金属管の被覆損傷位置検出方法。
【請求項２】
前記金属管に電気的に接続された埋設物が存在する場合に，前記誘導起電力発生手段を，前記埋設物と前記被覆損傷部との間に配設することを特徴とする，請求項１に記載の埋設金属管の被覆損傷位置検出方法。
【請求項３】
外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に生じた被覆損傷部の位置を検出する，埋設金属管の被覆損傷位置検出装置であって：
誘導起電力を発生することで，前記金属管に交流信号電流を流す誘導起電力発生手段と，
前記金属管の直上の地表面における電位差を検出する検出電極と，
前記電位差から前記交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，前記金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，前記被覆損傷部の位置を検出する地表面電位解析手段と，
を備えることを特徴とする，埋設金属管の被覆損傷位置検出装置。
【請求項４】
前記誘導起電力発生手段は，変流器であり，
前記変流器は，前記金属管を挿通するための貫通孔が形成された電磁鋼板と，前記鋼板に巻き付けられている巻線と，前記巻線に前記交流信号電流に対応する周波数の電流を流す電源部と，を備えることを特徴とする，請求項３に記載の埋設金属管の被覆損傷位置検出装置。
【請求項５】
前記電磁鋼板は，複数の電磁鋼板からなる層構造を有することを特徴とする，請求項４に記載の埋設金属管の被覆損傷位置検出装置。
【請求項１】
外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に交流信号電流を流し，前記金属管の直上の地表面における電位差を検出電極により検出し，前記電位差から前記交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，前記金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，前記被覆損傷部の位置を検出する埋設金属管の被覆損傷位置検出方法であって：
前記金属管に誘導起電力発生手段を設け，前記交流信号電流に対応する周波数の電流を前記誘導起電力発生手段に流すことにより前記誘導起電力を前記金属管に発生させることを特徴とする，埋設金属管の被覆損傷位置検出方法。
【請求項２】
前記金属管に電気的に接続された埋設物が存在する場合に，前記誘導起電力発生手段を，前記埋設物と前記被覆損傷部との間に配設することを特徴とする，請求項１に記載の埋設金属管の被覆損傷位置検出方法。
【請求項３】
外面に防食被覆が施されて地中に埋設された金属管に生じた被覆損傷部の位置を検出する，埋設金属管の被覆損傷位置検出装置であって：
誘導起電力を発生することで，前記金属管に交流信号電流を流す誘導起電力発生手段と，
前記金属管の直上の地表面における電位差を検出する検出電極と，
前記電位差から前記交流信号電流と同一の周波数成分の信号を抽出して，前記金属管の被覆損傷部が作り出す地表面電位を検出することで，前記被覆損傷部の位置を検出する地表面電位解析手段と，
を備えることを特徴とする，埋設金属管の被覆損傷位置検出装置。
【請求項４】
前記誘導起電力発生手段は，変流器であり，
前記変流器は，前記金属管を挿通するための貫通孔が形成された電磁鋼板と，前記鋼板に巻き付けられている巻線と，前記巻線に前記交流信号電流に対応する周波数の電流を流す電源部と，を備えることを特徴とする，請求項３に記載の埋設金属管の被覆損傷位置検出装置。
【請求項５】
前記電磁鋼板は，複数の電磁鋼板からなる層構造を有することを特徴とする，請求項４に記載の埋設金属管の被覆損傷位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−２７８９４６（Ｐ２００７−２７８９４６Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０７８７７（Ｐ２００６−１０７８７７）
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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