(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視信号発生装置と複数の地点情報検知装置及び中央処理装置を有し、
監視信号発生装置は、検知対象区間の両端を絶縁し、地中に埋設した被覆鋼管の基準位置に設けられ、地中に埋設した印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間にＭ系列信号を印加し、
複数の地点情報検知装置は、検知対象区間を適当な間隔をおいて設けた複数の検出地点にそれぞれ設けられ、監視信号発生装置で印加したＭ系列信号により被覆鋼管の対地電位を示す管対地電位信号を測定するとともに各検出地点により区画した計測区間毎に被覆鋼管の電位差を示す管対管電位信号を測定し、測定した管対地電位信号と管対管電位信号を、監視信号発生装置で印加したＭ系列信号と同一の参照信号で相関処理して管対地電位と管対管電位を検出し、検出した管対地電位と管対管電位を中央処理装置に送信し、
中央処理装置は送信された管対地電位あるいは管対管電位又は管対地電位と管対管電位の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定して損傷が発生した計測区間を検出し、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点の両側に隣接する検出地点に設けた地点情報検知装置で算出した管対管電位から演算した管内電流と、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点に設けた地点情報検知装置で算出した管対管電位と、損傷が発生した計測区間の距離及び被覆鋼管の管体の導電率から損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点から損傷が発生した位置までの距離を演算することを特徴とする地中埋設管の損傷監視装置。
【請求項２】
上記監視信号発生装置から印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電流を一定とし、中央処理装置は管対地電位とＭ系列信号の出力電流から接地抵抗を演算し、演算した接地抵抗の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定する請求項１記載の地中埋設管の損傷監視装置。
【請求項３】
上記監視信号発生装置から印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電圧を一定とし、中央処理装置は管対地電位と管対管電位及び被覆鋼管の管体の導電率から接地抵抗を演算し、演算した接地抵抗の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定する請求項１記載の地中埋設管の損傷監視装置。
【請求項４】
地中に埋設した被覆鋼管の検知対象区間の両端を絶縁し、被覆鋼管の基準位置に埋設した印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間にＭ系列信号を印加し、検知対象区間を適当な間隔をおいて区画した複数の検出地点で、印加したＭ系列信号により被覆鋼管の対地電位を示す管対地電位信号とともに各検出地点により区画した計測区間毎に被覆鋼管の電位差を示す管対管電位信号を測定し、
測定した管対地電位信号と管対管電位信号を印加したＭ系列信号と同一の参照信号で相関処理して管対地電位と管対管電位を検出し、検出した管対地電位あるいは管対管電位又は管対地電位と管対管電位の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定して損傷が発生した計測区間を検出し、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点の両側に隣接する検出地点で測定した管対管電位信号から算出した管対管電位から演算した管内電流と、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点で測定した管対管電位信号から算出した管対管電位と、損傷が発生した計測区間の距離及び被覆鋼管の管体の導電率から損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点から損傷が発生した位置までの距離を演算することを特徴とする地中埋設管の損傷監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に埋設された被覆鋼管の損傷監視装置及び損傷監視方法、特に、被覆鋼管の被覆の損傷の有無と、損傷が生じたときの損傷位置を迅速かつ確実に検知することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中に埋設された被覆鋼管は鋼自体の腐食を防ぐため、外面を被覆して土壌と絶縁している。この被覆鋼管の被覆が例えば土木工事等で掘削機械等に接触して傷が付くと、鋼自体が土壌と接触して腐食する可能性がある。この鋼自体に腐食が生じることを防止するため地中に埋設された被覆鋼管の被覆に対する損傷の状態を常時監視することが必要である。
【０００３】
この埋設された被覆鋼管の損傷の有無を監視する方法として、例えば特開平７−１２８２７２号公報に示すように、交流電源により被覆鋼管に設けた基準点から被覆鋼管に一定の信号電流を流し、被覆鋼管の異なる２地点において被覆鋼管の対地電位である管対地電位を測定し、各地点毎に、被覆鋼管の２地点間の距離より短い間隔をおいた２個所の電位差を利用し、電圧降下法により各地点毎に被覆鋼管に流れる電流を測定し、測定した２地点の管対地電位と電流値とにより被覆鋼管の２地点間の接地抵抗を演算し、この接地抵抗がある基準値より大きいときに、その２地点間の被覆に損傷があると判定している。そして被覆鋼管を管路に沿って多数の区間を設け、各区間毎に接地抵抗を求め、被覆鋼管に損傷が生じたときに、損傷が生じた区間を特定するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように被覆鋼管の各区間毎に接地抵抗を求めるとき、管対地電位は容易に測定できるが、各地点毎に被覆鋼管に流れる電流を、ある間隔をおいた２個所の電位差から求める場合、この電位差は２個所の間の管路の導体抵抗と管内電流の積であるから微小電圧である。一方、管路には信号電流を流さない状態で、この電位差より大きな電圧のノイズがある。この大きなノイズのなかで管路の２個所の間の信号電流による電位差を抽出するためにバンドフィルタを使用する必要があるが、一般的なバンドフィルタを使用した場合、管内電流を精度良く測定することは困難であった。
【０００５】
また、交流の信号電流を流した場合、被覆鋼管がインダクタンスとキャパシタンスを持ち、特に鋼と大地間の被覆によりキャパシタンスの影響が大きく、管内電流を正確に測定することは困難であった。また、管内電流が作る磁界を測定して管内電流を求める方法もあるが、この方法も測定精度が低いという短所がある。
【０００６】
また、被覆鋼管に直流の信号電流を流した場合、被覆鋼管には地中に設けた陽極を直流電源のプラス極に接続し、被覆鋼管の鋼にマイナス極を接続して防食電流を流して電気防食を行っているため、この防食電流が変化すると誤動作して、被覆鋼管に損傷がないにもかかわらず損傷が生じたと判定してしまうという短所がある。
【０００７】
この発明は係る短所を改善し、被覆鋼管の被覆の損傷の有無と、損傷が生じたときの損傷位置を迅速かつ確実に検知することができる被覆鋼管の損傷監視装置及び損傷監視方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る被覆鋼管の損傷監視装置は、監視信号発生装置と複数の地点情報検知装置及び中央処理装置を有し、監視信号発生装置は、検知対象区間の両端を絶縁し、地中に埋設した被覆鋼管の基準位置に設けられ、地中に埋設した印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間にＭ系列信号を印加し、複数の地点情報検知装置は、検知対象区間を適当な間隔をおいて設けた複数の検出地点にそれぞれ設けられ、監視信号発生装置で印加したＭ系列信号により被覆鋼管の対地電位を示す管対地電位信号を測定するとともに各検出地点により区画した計測区間毎に被覆鋼管の電位差を示す管対管電位信号を測定し、測定した管対地電位信号と管対管電位信号を、監視信号発生装置で印加したＭ系列信号と同一の参照信号で相関処理して管対地電位と管対管電位を検出し、検出した管対地電位と管対管電位を中央処理装置に送信し、中央処理装置は送信された管対地電位あるいは管対管電位又は管対地電位と管対管電位の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定して損傷が発生した計測区間を検出し、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点の両側に隣接する検出地点に設けた地点情報検知装置で算出した管対管電位から演算した管内電流と、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点に設けた地点情報検知装置で算出した管対管電位と、損傷が発生した計測区間の距離及び被覆鋼管の管体の導電率から損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点から損傷が発生した位置までの距離を演算することを特徴とする。
【０００９】
上記監視信号発生装置から印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電流を一定とし、中央処理装置は管対地電位とＭ系列信号の出力電流から接地抵抗を演算することにより、接地抵抗を精度良く演算し、演算した接地抵抗の変化から被覆鋼管の損傷の有無を確実に判定することができる。
【００１０】
また、監視信号発生装置から印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電圧を一定とし、中央処理装置は管対地電位と管対管電位及び被覆鋼管の管体の導電率から接地抵抗を演算し、演算した接地抵抗の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定するとともに検出した管対管電位の変化から被覆鋼管に損傷が発生した計測区間を特定しても良い。
【００１１】
この発明に係る地中埋設管の損傷監視方法は、地中に埋設した被覆鋼管の検知対象区間の両端を絶縁し、被覆鋼管の基準位置に埋設した印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間にＭ系列信号を印加し、検知対象区間を適当な間隔をおいて区画した複数の検出地点で、印加したＭ系列信号により被覆鋼管の対地電位を示す管対地電位信号とともに各検出地点により区画した計測区間毎に被覆鋼管の電位差を示す管対管電位信号を測定し、測定した管対地電位信号と管対管電位信号を印加したＭ系列信号と同一の参照信号で相関処理して管対地電位と管対管電位を検出し、検出した管対地電位あるいは管対管電位又は管対地電位と管対管電位の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定して損傷が発生した計測区間を検出し、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点の両側に隣接する検出地点で測定した管対管電位信号から算出した管対管電位から演算した管内電流と、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点で測定した管対管電位信号から算出した管対管電位と、損傷が発生した計測区間の距離及び被覆鋼管の管体の導電率から損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点から損傷が発生した位置までの距離を演算することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の被覆鋼管の損傷監視装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、損傷監視装置は地中に埋設された被覆鋼管1の損傷を監視するものであり、監視信号発生装置２と複数の地点情報検知装置３ａ〜３ｎ及び中央処理装置４を有する。被覆鋼管１の損傷を検知する検知対象区間は、両端が絶縁ジョイント５により電気的に絶縁され、適当な間隔をおいて設けた複数の検出地点Ｔａ〜Ｔｎにより複数の測定区間に分割されている。この検知対象区間の管路に沿って計測線６ａ〜６ｎが並行に布設され、各計測区間毎にターミナル７を立ち上げている。
【００１３】
監視信号発生装置２は、検知対象区間の基準位置ＰにＭ系列信号を印加するものであり、Ｍ系列信号発生器８と信号出力部９を有する。Ｍ系列信号発生器８は、複数個のシフトレジスタと線形演算回路で発生できる種々の符号系列の中で最大の周期を持つ符号系列であるＭ系列信号を発生する。信号出力部９は地中に埋設された印加電極１０と被覆鋼管1の基準位置Ｐの管体に接続され、Ｍ系列信号発生器８で発生したＭ系列信号を印加電極１０と基準位置Ｐの管体との間に印加する。
【００１４】
地点情報検知装置３ａ〜３ｎは、管対地電位信号検出部１１と管対管電位信号検出部１２と信号処理部１３及び送信機１４を有し、各検出地点Ｔａ〜Ｔｎに設けられている。管対地電位信号検出部１１は、地中に埋設された電極１５と各検出地点Ｔａ〜Ｔｎの管体に接続され、各検出地点Ｔａ〜Ｔｎにおいて被覆鋼管１の対地電位を示す管対地電位信号を測定する。管対管電位信号検出部１２は各計測区間毎に被覆鋼管１の電位差を示す信号を測定するものであり、例えば検出地点Ｔａに設けた管対管電位信号検出部１２は、検出地点Ｔａに接続された計測線６ａと、検出地点Ｔｂに接続された計測線６ｂに接続され、検出地点Ｔａと検出地点Ｔｂの間の被覆鋼管１の電位差を示す管対管電位信号を測定する。信号処理部１３は、図2に示すように、管対地電位信号と管対管電位信号の測定信号ｇ（ｔ）を入力してＭ系列信号発生器８から出力される参照信号ｆ（ｔ）により相関処理を行い測定信号ｇ（ｔ）のノイズを抑制し、管対地電位と管対管電位を検出する。送信機１４は検出した管対地電位と管対管電位を伝送路１６を介して中央処理装置４に送信する。
【００１５】
中央処理装置４は、図３のブロック図に示すように、接地抵抗演算部１７と損傷判定部１８及び損傷位置演算部１９を有する。接地抵抗演算部１７は入力した管対地電位と管対管電位から接地抵抗を演算して損傷判定部１８に出力する。損傷判定部１８は入力した接地抵抗の変化により被覆鋼管1の損傷が発生したかどうかを判定する。損傷位置演算部１９は損傷が発生した位置を演算する。
【００１６】
上記のように構成した損傷監視装置で被覆鋼管１の損傷が発生したかどうかを監視する時の動作を図４のフローチャートを参照して説明する。
【００１７】
基準位置Ｐに設けられた監視信号発生装置２は、Ｍ系列信号発生器８でＭ系列信号を発生し、発生したＭ系列信号を信号出力部９から印加電極１０と基準位置Ｐの被覆鋼管1の管体との間に印加する。各検出地点Ｔａ〜Ｔｎに設けられた地点情報検知装置３ａ〜３ｎの管対地電位信号検出部１１と管対管電位信号検出部１２はそれぞれ各区間毎に、監視信号発生装置２で印加しているＭ系列信号による管対地電位信号と管対管電位信号を測定して信号処理部１３に出力する（ステップＳ１）。信号処理部１３は入力した管対地電位信号と管対管電位信号の測定信号ｇ（ｔ）と、Ｍ系列信号発生器８で発生したＭ系列信号と同一の参照信号ｆ（ｔ）とにより相関関数を演算し、監視信号発生装置2で印加電極１０と基準位置Ｐの管体との間に印加して伝送したＭ系列信号にノイズが重畳した測定信号ｇ（ｔ）のノイズ成分を抑制し、管対地電位Ｅａ〜Ｅｎと管対管電位Ｖａ〜Ｖｎを検出する（ステップＳ２）。すなわち、管対地電位信号検出部１１と管対管電位信号検出部１２で測定した管対地電位信号と管対管電位信号は微小信号であり、ノイズ成分が信号成分より大きく通常のフィルタによって信号成分を弁別することは困難である。そこでＭ信号を印加し、Ｍ系列信号成分とノイズ成分を有する測定信号ｇ（ｔ）と印加したＭ系列信号と同一の参照信号ｆ（ｔ）との相関関数を演算することにより、測定信号ｇ（ｔ）に含まれる参照信号ｆ（ｔ）と相関がないノイズ成分を抑制し、参照信号ｆ（ｔ）と相関があるＭ系列信号成分だけを得ることにより、管対地電位Ｅａ〜Ｅｎと管対管電位Ｖａ〜Ｖｎを高精度に検出することができる。送信機１４は検出した管対地電位Ｅａ〜Ｅｎと管対管電位Ｖａ〜Ｖｎを各検出地点Ｔａ〜Ｔｎの地点情報とともに伝送路１６を介して中央処理装置4に送信する（ステップＳ３）。
【００１８】
中央処理装置４の接地抵抗演算部１７は送られた管対地電位Ｅａ〜Ｅｎと管対管電位Ｖａ〜Ｖｎを入力し、入力した管対管電位Ｖａ〜Ｖｎと被覆鋼管1の管体の１ｍ当たりの導体抵抗ρ及び隣接する検出地点間の距離Ｌａ〜Ｌｎから隣接する検出地点間に流れる管内電流Ｉａ〜Ｉｎを演算し（ステップＳ４）、管対地電位Ｅａ〜Ｅｎを演算した管内電流Ｉａ〜Ｉｎで除算して接地抵抗を算出する（ステップＳ５）。損傷判定部１８は演算した接地抵抗とあらかじめ定められている閾値とを比較し、接地抵抗が閾値より低下したときに被覆鋼管１の被覆に損傷が発生したと判定する（ステップＳ６）。すなわち、被覆鋼管1の被覆が損傷して鋼面が露出すると、露出した鋼面の大きさに反比例して、図５に示すように、接地抵抗が低下する。この接地抵抗があらかじめ定めた閾値ＴＨより低下したときに、被覆鋼管1に損傷が発生したと判断する。
【００１９】
この接地抵抗は、監視信号発生装置２で印加電極１０と基準位置Ｐの被覆鋼管1の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電流が一定の場合、被覆鋼管1の一部に損傷が発生すると、各検出地点Ｔａ〜Ｔｎの地点情報検知装置３ａ〜３ｎで測定した管対地電位信号から算出した管対地電位は、図６に示すように、全区間で低下する。この場合、接地抵抗は管対地電位とＭ系列信号の出力電流により定まり、全区間に渡って低下する。この接地抵抗の変化から被覆鋼管1に損傷が発生したことを検知することができる。
【００２０】
また、監視信号発生装置２で印加電極１０と基準位置Ｐの被覆鋼管1の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電圧が一定の場合、例えば、図７に示すように、検出地点Ｔｃと検出地点Ｔｄの間のｃ区間の被覆鋼管1に損傷が発生すると、この損傷が発生した地点で、図８に示すように管内電流が増加し、接地抵抗が低下するとともに、検出地点Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃで測定した管対管電圧信号から算出した管対管電位Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが増加する。したがって、この管対管電位の変化から、ｃ区間の被覆鋼管１に損傷が発生したことも検知することができる。
【００２１】
損傷位置演算部１９は損傷判定部１８で被覆鋼管１の被覆に損傷が発生したと判定すると、管内電流Ｉの増加した区間を検出する（ステップＳ７）。例えば、図７に示すように、検出地点Ｔｃと検出地点Ｔｄの間のｃ区間の被覆鋼管1に損傷が発生したことを検出すると、検出地点Ｔｃに隣接する検出地点Ｔｂと検出地点Ｔｄに設けた地点情報検知装置３ｂ，３ｄで算出した管対管電位Ｖｂ，Ｖｄから演算した管内電流Ｉｂ，Ｉｄと、地点情報検知装置３ｃで算出した管対管電位Ｖｃと、ｃ区間の距離Ｌｃ及び被覆鋼管1の管体の１ｍ当たりの導体抵抗ρから、検出地点Ｔｃから損傷が発生した位置までの距離Ｘを下記式で演算する（ステップＳ８）。
Ｘ＝（Ｖｃ−ρ・Ｉｄ・Ｌｃ）／ρ（Ｉｂ−Ｉｄ）
そして被覆鋼管１に損傷が発生したことと、検出地点Ｔｃの地点情報及び演算した検出地点Ｔｃからの距離Ｘを表示装置や警報装置に出力する（ステップＳ９）。このようにして被覆鋼管１の損傷が発生したことと損傷が発生した位置をリアルタイムで精度よく検知することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、地中に埋設した被覆鋼管の検知対象区間の両端を絶縁し、被覆鋼管の基準位置に埋設した印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間にＭ系列信号を印加し、検知対象区間を適当な間隔をおいて区画した複数の検出地点で、印加したＭ系列信号により被覆鋼管の対地電位を示す管対地電位信号とともに各検出地点により区画した計測区間毎に被覆鋼管の電位差を示す管対管電位信号を測定し、測定した管対地電位信号と管対管電位信号を印加したＭ系列信号と同一の参照信号で相関処理することにより、微小信号である管対地電位信号と管対管電位信号からノイズ成分を抑制して管対地電位と管対管電位を精度良く検出することができる。
【００２３】
この検出した管対地電位あるいは管対管電位又は管対地電位と管対管電位の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定することにより、被覆鋼管の損傷の有無をリアルタイムで正確に判定することができる。
【００２４】
また、印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電流を一定とし、検出した管対地電位とＭ系列信号の出力電流から接地抵抗を演算することにより、被覆鋼管の損傷の有無を判定する接地抵抗を簡単な処理で精度良く演算することができる。
【００２５】
さらに、印加電極と被覆鋼管の基準位置の管体との間に印加するＭ系列信号の出力電圧を一定とし、検出した管対地電位と管対管電位及び被覆鋼管の管体の導電率から接地抵抗を演算することにより、演算した接地抵抗の変化から被覆鋼管の損傷の有無を判定するとともに検出した管対管電位の変化から被覆鋼管に損傷が発生した計測区間を正確に特定することができる。
【００２６】
また、損傷が発生した計測区間の基準位置側の検出地点の両側に隣接する検出地点で測定した管対管電位信号から算出した管対管電位から演算した管内電流と、計測区間の基準位置側の検出地点で測定した管対管電位信号から算出した管対管電位と、損傷が発生した計測区間の距離及び被覆鋼管の管体の導電率から、計測区間の基準位置側の検出地点から損傷が発生した位置までの距離を演算することにより、損傷位置を精度良く特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の被覆鋼管の損傷監視装置の構成を示すブロック図である。
【図２】信号処理部の入出力信号を示すブロック図である。
【図３】中央処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】損傷監視処理を示すフローチャートである。
【図５】損傷の大きさに対する接地抵抗の変化特性図である。
【図６】Ｍ系列信号の出力電流が一定の場合に損傷が発生したときの管対地電位の変化特性図である。
【図７】損傷が発生した区間を示す模式図である。
【図８】Ｍ系列信号の出力電流が一定の場合に損傷が発生したときの管内電流の変化特性図である。
【符号の説明】
１；被覆鋼管、２；監視信号発生装置、３；地点情報検知装置、
４；中央処理装置、５；絶縁ジョイント、６；計測線、７；ターミナル、
８；Ｍ系列信号発生器、９；信号出力部、１０；印加電極、
１１；管対地電位信号受信部、１２；管対管電位信号検出部、
１３；信号処理部、１４；送信機、１５；電極、１６；伝送路、
１７；接地抵抗演算部、１８；損傷判定部、１９；損傷位置演算部、
Ｐ；基準位置、Ｔａ〜Ｔｎ；検出地点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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