管内電流の計測方法
【課題】 迷走電流の影響を排除して、管内電流を高精度で測定できる方法を提供する。
【解決手段】 上記課題は、直流電源の一方を測定対象の鋼管に接続するとともに他方を接地し、その通電ラインにはＭ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設け、該鋼管の測定区間の両端にターミナルを接続してその間の電圧を測定する電圧計を設け、得られた電位差を相互相関処理することを特徴とする管内電流の計測方法によって解決される。
【解決手段】 上記課題は、直流電源の一方を測定対象の鋼管に接続するとともに他方を接地し、その通電ラインにはＭ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設け、該鋼管の測定区間の両端にターミナルを接続してその間の電圧を測定する電圧計を設け、得られた電位差を相互相関処理することを特徴とする管内電流の計測方法によって解決される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設された鋼管の被覆の損傷やメタルタッチを検知するために用いられる管内電流の計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された鋼管の被覆の損傷やメタルタッチを検知する方法としては、例えば、パイプラインにおける鞘管接触位置の推定方法がある（特許文献１）。
この方法は、接触を起こしていると推定される箇所を含む一定区間において、前記パイプラインに通電して、その一定区間の両端の電流及びその間の電圧を測定し、それを基に、接触位置を推定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１１０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法は、迷走電流が多い埋設環境下では正確な管内電流の計測が困難であった。
本発明の目的は、迷走電流の影響を排除して、管内電流を高精度で測定できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、計測に擬似ランダム信号を用い、検出信号を相互相関処理することによってＳ／Ｎ比を改善し、これによって、迷走電流影響下の管内電流の正確な計測が可能になることがわかった。
【０００６】
本発明は、このような知見によってなされたものであり、直流電源の一方を測定対象の鋼管に接続するとともに他方を接地し、その通電ラインにはＭ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設け、該鋼管の測定区間の両端にターミナルを接続してその間の電圧を測定する電圧計を設け、得られた電位差を相互相関処理することを特徴とする管内電流の計測方法に関するものである。
【０００７】
印加電圧の波形と検出信号の波形の相互相関処理を行った場合、その相互相関処理の演算中、例えば検出信号をシフトして掛算を行う過程において、印加電圧とシフトされた検出信号が同じパターンとなって同期のとれた位置に相互相関のピークが出現する。印加電圧とパターンの異なるノイズは、相互相関処理を行うことによって相殺されるため、ピーク値にほとんど影響を与えない。印加電圧に擬似ランダム信号を用いた場合、印加電圧に因らないノイズが印加電圧のパターンと同じパターンにはならないため、印加電圧に起因する検出信号のみが電位差の代表値として検出されることになり、Ｓ／Ｎ比が大きく改善される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、迷走電流の影響を排し、管内電流を高精度で計測して、鋼管の被覆の損傷やメタルタッチを正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】管内電流の測定原理を説明する図である。
【図２】実際に測定する方法を説明する図である。
【図３】図１において、Ｍ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設けた状態を示す図である。
【図４】Ｍ系列信号発生用シフトレジスタの例を示す図である。
【図５】Ｍ系列信号波形とその自己相関信号波形の例を示す図である。
【図６】本発明により得られた電位差及び通電電流の時系列チャート及びＭ系列相関関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の方法で測定される鋼管は、特に限定されないが、典型的なものは、ガスや石油を輸送する鋼管であって、表面には防食被覆が施されているものである。防食被覆の種類は特に制限されないが、例えばポリエチレン被膜である。
【００１１】
図１に示すように、本測定は、被覆鋼管〜大地間に測定電流を流し、ターミナル間に生じる電位差を計測することにより管内電流を計算し、電流の変化から損傷位置を測定するものである。ターミナルは埋設施工工事の段階で鋼管に直接接続され、鋼管に接続する際の直流電源の−極をターミナルに、＋極を大地に接続する。
【００１２】
ターミナル間の管内電流（Ｉ）はオームの法則から次式により求める。
【数１】
ここに、
Ｉ：ターミナル間を流れる管内電流（Ａ）
Ｖ：ターミナル間の電位差（Ｖ）
Ｒ０：単位ｍ当たりの管の導体抵抗（Ω／ｍ）
Ｌ：ターミナル間の距離（ｍ）
（注）管の導体抵抗は別途「管体導体抵抗算出式」あるいは実測により求める。
これに使用機材は、高感度記録計（ＥＰＲ）、電流計（又はシャント抵抗とＥＰＲ）、直流電源、インタラプタおよびクリップ付リード線である。
【００１３】
被覆損傷位置の推定は次のようにして行う。
図２に示すように、調査対象管にターミナルＴ０の位置から電流を流し、路線のターミナル間の電位（Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４）を順次測定する。
測定結果から（１）式により管内電流を求め、ターミナル間の管内電流及び中央のターミナル間電位差から計算により被覆損傷位置を推定する。以下に計算方法を示す。
【００１４】
図２より、被覆損傷位置をターミナルＴ２からＸ（ｍ）と仮定し、ターミナル間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４で計測された電位差を各々Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３とし、管路の長さをＬ１（ｍ）、Ｌ２（ｍ）、Ｌ３（ｍ）として、管の導体抵抗を１ｍ当りＲ０（Ω／ｍ）とすれば、
【００１５】
【数２】
よって、Ｘは（４）式より、
【数３】
この場合、Ｔ２〜Ｔ３間に損傷があると想定しているので、Ｔ３〜Ｔ４間に電位差が検出された場合は更に先のターミナル間の電位差を測定することが必要である。
【００１６】
本発明においては、図３に示すように、図１における直流電源の通電ラインに、Ｍ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設ける。このインタラプタは、陽極側、陰極側のいずれに設けても良い。得られた電位差を相関演算器により相互相関処理を行うのである。
【００１７】
Ｍ系列符号パターンとは、高感度な信号検出が可能なＭ系列信号によって発生する特有のパターンと周期を有する擬似ランダム信号による符号パターンである。擬似ランダム信号とは、長期間においては繰り返し周期がありランダム性は失われているが、周期内においてはランダム性が保たれているような信号をいう。
【００１８】
Ｍ系列信号は、図４に示すようなフィードバック回路を有するシフトレジスタによって容易に発生させることができる。図４に示す６段のシフトレジスタによって得られる符号長は、２６−１＝６３である。
【００１９】
図５に、Ｍ系列信号の信号波形（ａ）とその自己相関信号波形（ｂ）の例を示す。図５において、横軸は時間、縦軸は信号の大きさ、τaはＭ系列信号を生成するシフトレジスタに与えられるクロックの周期である。
【００２０】
Ｍ系列信号は、周期性のある擬似ランダム信号であり、シフトレジスタのビット数に対応する周期（ここでは符号長６３の周期性）を持つことから、自己相関をとると、図５（ｂ）に示すようなピーク値を周期的に持つ。このことから、他の信号との相互相関処理を行った場合、Ｍ系列信号とパターンの一致する信号のみが高いピーク値を有する相互相関値を持つことがわかる。この性質を利用すれば、ノイズ信号の低減を図ることが可能となる。
【００２１】
印加電圧の波形と検出信号の波形との相互相関処理を行った場合、その相互相関処理の演算中、例えば検出信号をシフトして掛算を行う過程において、印加電圧とシフトされた検出信号が同じパターンとなって同期のとれた位置に相互相関のピークが出現する。印加電圧とパターンの異なるノイズは、相互相関処理を行うことによって打ち消されてしまい、ピーク値にほとんど影響を与えない。印加電圧にＭ系列信号を用いた場合、印加電圧に基づかないノイズが印加電圧のパターンと同じパターンになることはない。したがって、印加電圧に起因する検出信号のみが電位差の代表値として検出されることになり、この代表値を用いてターミナル間の電位差（Ｖ）を求める。さらに、導体抵抗（Ｒ０）及びターミナル間距離（Ｌ）は既知であるから、前述の（１）式を用いればターミナル間を流れる管内電流（Ｉ）を求めることができる。
【００２２】
本発明では、擬似ランダム信号を用いているため、通電地点より離れた地点での計測も容易である。（１）式を用いて管内電流を求めることができれば、前述の（５）式により被覆損傷の位置を推定することができる。
【実施例１】
【００２３】
図２に示した配置により電位差及び通電電流を測定した。図６（ａ）〜（ｄ）に、Ｍ系列符号パターンにより通電オン／オフした場合に得られた時系列チャートを示す。ターミナルＴ０における通電電流チャートを図６（ａ）に、ターミナル間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３及びＴ３〜Ｔ４における電位差チャートを図６（ｂ）〜（ｄ）に示す。図６（ａ）〜（ｄ）の測定値を相互相関処理すると、図６（ｅ）〜（ｈ）となった。ターミナルＴ０における通電電流のＭ系列相関関数を図６（ｅ）に、ターミナル間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３及びＴ３〜Ｔ４における電位差のＭ系列相関関数を図６（ｆ）〜（ｈ）に示す。
【００２４】
図６（ｅ）〜（ｈ）における各ピーク値は、図６（ａ）〜（ｄ）より読み取ることのできる変化量と同一値であった。
このようにＭ系列符号パターンで信号変化を与え、相互相関処理を行うことにより、ノイズ信号の成分を除去してＳ／Ｎ比を改善することができ、その結果、ターミナル間の電位差、すなわち管内電流及び被覆損傷位置を精度よく求めることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、地中の鋼管の被膜の損傷やメタルタッチの位置を求めることができ、それにより、補修等の対策を講じることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設された鋼管の被覆の損傷やメタルタッチを検知するために用いられる管内電流の計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された鋼管の被覆の損傷やメタルタッチを検知する方法としては、例えば、パイプラインにおける鞘管接触位置の推定方法がある（特許文献１）。
この方法は、接触を起こしていると推定される箇所を含む一定区間において、前記パイプラインに通電して、その一定区間の両端の電流及びその間の電圧を測定し、それを基に、接触位置を推定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１１０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法は、迷走電流が多い埋設環境下では正確な管内電流の計測が困難であった。
本発明の目的は、迷走電流の影響を排除して、管内電流を高精度で測定できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、計測に擬似ランダム信号を用い、検出信号を相互相関処理することによってＳ／Ｎ比を改善し、これによって、迷走電流影響下の管内電流の正確な計測が可能になることがわかった。
【０００６】
本発明は、このような知見によってなされたものであり、直流電源の一方を測定対象の鋼管に接続するとともに他方を接地し、その通電ラインにはＭ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設け、該鋼管の測定区間の両端にターミナルを接続してその間の電圧を測定する電圧計を設け、得られた電位差を相互相関処理することを特徴とする管内電流の計測方法に関するものである。
【０００７】
印加電圧の波形と検出信号の波形の相互相関処理を行った場合、その相互相関処理の演算中、例えば検出信号をシフトして掛算を行う過程において、印加電圧とシフトされた検出信号が同じパターンとなって同期のとれた位置に相互相関のピークが出現する。印加電圧とパターンの異なるノイズは、相互相関処理を行うことによって相殺されるため、ピーク値にほとんど影響を与えない。印加電圧に擬似ランダム信号を用いた場合、印加電圧に因らないノイズが印加電圧のパターンと同じパターンにはならないため、印加電圧に起因する検出信号のみが電位差の代表値として検出されることになり、Ｓ／Ｎ比が大きく改善される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、迷走電流の影響を排し、管内電流を高精度で計測して、鋼管の被覆の損傷やメタルタッチを正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】管内電流の測定原理を説明する図である。
【図２】実際に測定する方法を説明する図である。
【図３】図１において、Ｍ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設けた状態を示す図である。
【図４】Ｍ系列信号発生用シフトレジスタの例を示す図である。
【図５】Ｍ系列信号波形とその自己相関信号波形の例を示す図である。
【図６】本発明により得られた電位差及び通電電流の時系列チャート及びＭ系列相関関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の方法で測定される鋼管は、特に限定されないが、典型的なものは、ガスや石油を輸送する鋼管であって、表面には防食被覆が施されているものである。防食被覆の種類は特に制限されないが、例えばポリエチレン被膜である。
【００１１】
図１に示すように、本測定は、被覆鋼管〜大地間に測定電流を流し、ターミナル間に生じる電位差を計測することにより管内電流を計算し、電流の変化から損傷位置を測定するものである。ターミナルは埋設施工工事の段階で鋼管に直接接続され、鋼管に接続する際の直流電源の−極をターミナルに、＋極を大地に接続する。
【００１２】
ターミナル間の管内電流（Ｉ）はオームの法則から次式により求める。
【数１】
ここに、
Ｉ：ターミナル間を流れる管内電流（Ａ）
Ｖ：ターミナル間の電位差（Ｖ）
Ｒ０：単位ｍ当たりの管の導体抵抗（Ω／ｍ）
Ｌ：ターミナル間の距離（ｍ）
（注）管の導体抵抗は別途「管体導体抵抗算出式」あるいは実測により求める。
これに使用機材は、高感度記録計（ＥＰＲ）、電流計（又はシャント抵抗とＥＰＲ）、直流電源、インタラプタおよびクリップ付リード線である。
【００１３】
被覆損傷位置の推定は次のようにして行う。
図２に示すように、調査対象管にターミナルＴ０の位置から電流を流し、路線のターミナル間の電位（Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４）を順次測定する。
測定結果から（１）式により管内電流を求め、ターミナル間の管内電流及び中央のターミナル間電位差から計算により被覆損傷位置を推定する。以下に計算方法を示す。
【００１４】
図２より、被覆損傷位置をターミナルＴ２からＸ（ｍ）と仮定し、ターミナル間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４で計測された電位差を各々Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３とし、管路の長さをＬ１（ｍ）、Ｌ２（ｍ）、Ｌ３（ｍ）として、管の導体抵抗を１ｍ当りＲ０（Ω／ｍ）とすれば、
【００１５】
【数２】
よって、Ｘは（４）式より、
【数３】
この場合、Ｔ２〜Ｔ３間に損傷があると想定しているので、Ｔ３〜Ｔ４間に電位差が検出された場合は更に先のターミナル間の電位差を測定することが必要である。
【００１６】
本発明においては、図３に示すように、図１における直流電源の通電ラインに、Ｍ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設ける。このインタラプタは、陽極側、陰極側のいずれに設けても良い。得られた電位差を相関演算器により相互相関処理を行うのである。
【００１７】
Ｍ系列符号パターンとは、高感度な信号検出が可能なＭ系列信号によって発生する特有のパターンと周期を有する擬似ランダム信号による符号パターンである。擬似ランダム信号とは、長期間においては繰り返し周期がありランダム性は失われているが、周期内においてはランダム性が保たれているような信号をいう。
【００１８】
Ｍ系列信号は、図４に示すようなフィードバック回路を有するシフトレジスタによって容易に発生させることができる。図４に示す６段のシフトレジスタによって得られる符号長は、２６−１＝６３である。
【００１９】
図５に、Ｍ系列信号の信号波形（ａ）とその自己相関信号波形（ｂ）の例を示す。図５において、横軸は時間、縦軸は信号の大きさ、τaはＭ系列信号を生成するシフトレジスタに与えられるクロックの周期である。
【００２０】
Ｍ系列信号は、周期性のある擬似ランダム信号であり、シフトレジスタのビット数に対応する周期（ここでは符号長６３の周期性）を持つことから、自己相関をとると、図５（ｂ）に示すようなピーク値を周期的に持つ。このことから、他の信号との相互相関処理を行った場合、Ｍ系列信号とパターンの一致する信号のみが高いピーク値を有する相互相関値を持つことがわかる。この性質を利用すれば、ノイズ信号の低減を図ることが可能となる。
【００２１】
印加電圧の波形と検出信号の波形との相互相関処理を行った場合、その相互相関処理の演算中、例えば検出信号をシフトして掛算を行う過程において、印加電圧とシフトされた検出信号が同じパターンとなって同期のとれた位置に相互相関のピークが出現する。印加電圧とパターンの異なるノイズは、相互相関処理を行うことによって打ち消されてしまい、ピーク値にほとんど影響を与えない。印加電圧にＭ系列信号を用いた場合、印加電圧に基づかないノイズが印加電圧のパターンと同じパターンになることはない。したがって、印加電圧に起因する検出信号のみが電位差の代表値として検出されることになり、この代表値を用いてターミナル間の電位差（Ｖ）を求める。さらに、導体抵抗（Ｒ０）及びターミナル間距離（Ｌ）は既知であるから、前述の（１）式を用いればターミナル間を流れる管内電流（Ｉ）を求めることができる。
【００２２】
本発明では、擬似ランダム信号を用いているため、通電地点より離れた地点での計測も容易である。（１）式を用いて管内電流を求めることができれば、前述の（５）式により被覆損傷の位置を推定することができる。
【実施例１】
【００２３】
図２に示した配置により電位差及び通電電流を測定した。図６（ａ）〜（ｄ）に、Ｍ系列符号パターンにより通電オン／オフした場合に得られた時系列チャートを示す。ターミナルＴ０における通電電流チャートを図６（ａ）に、ターミナル間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３及びＴ３〜Ｔ４における電位差チャートを図６（ｂ）〜（ｄ）に示す。図６（ａ）〜（ｄ）の測定値を相互相関処理すると、図６（ｅ）〜（ｈ）となった。ターミナルＴ０における通電電流のＭ系列相関関数を図６（ｅ）に、ターミナル間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３及びＴ３〜Ｔ４における電位差のＭ系列相関関数を図６（ｆ）〜（ｈ）に示す。
【００２４】
図６（ｅ）〜（ｈ）における各ピーク値は、図６（ａ）〜（ｄ）より読み取ることのできる変化量と同一値であった。
このようにＭ系列符号パターンで信号変化を与え、相互相関処理を行うことにより、ノイズ信号の成分を除去してＳ／Ｎ比を改善することができ、その結果、ターミナル間の電位差、すなわち管内電流及び被覆損傷位置を精度よく求めることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、地中の鋼管の被膜の損傷やメタルタッチの位置を求めることができ、それにより、補修等の対策を講じることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の一方を測定対象の鋼管に接続するとともに他方を接地し、その通電ラインにはＭ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設け、該鋼管の測定区間の両端にターミナルを接続してその間の電圧を測定する電圧計を設け、得られた電位差を相互相関処理することを特徴とする管内電流の計測方法
【請求項１】
直流電源の一方を測定対象の鋼管に接続するとともに他方を接地し、その通電ラインにはＭ系列符号パターンでオン／オフするインタラプタを設け、該鋼管の測定区間の両端にターミナルを接続してその間の電圧を測定する電圧計を設け、得られた電位差を相互相関処理することを特徴とする管内電流の計測方法
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２７１２０１（Ｐ２０１０−２７１２０１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３６５１（Ｐ２００９−１２３６５１）
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２２日（２００９．５．２２）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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