(57)【要約】【課題】  防食被覆の損傷部が配管の軸方向に近接して複数存在する場合であっても、精度良く防食被覆の損傷部を検知し得る方法及び装置を提供する。【解決手段】  防食被覆検知装置１００は、地盤に埋設した対電極１８を具備し、地中に埋設され外面に防食被覆２０が施された金属製の配管１９と対電極との間に交流電流を通電する発信装置２３と、配管の直上における地表面を移動可能な車輪電極１を具備し、地表面の電位差を検出して、同期検波する受信装置１２とを備えている。受信装置は、損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルに基づいて、配管の直上における地表面の電位差信号の波形を演算し、これが前記同期検波した電位差信号波形に略合致するまで、仮定した損傷部の寸法及び位置に修正を施し、両信号波形が略合致した場合におけるシミュレーションモデルの各損傷部位置を損傷部検知結果として出力する。【選択図】    図１
2006038504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設され外面に防食被覆が施された金属製の配管に交流電流を通電し、前記配管の直上における地表面の電位差を検出して、当該検出した電位差信号を同期検波することにより、防食被覆の損傷部を検知する方法であって、
損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルに基づいて、前記配管の直上における地表面の電位差信号の波形を演算する第１ステップと、
前記同期検波した電位差信号波形に対する前記演算した電位差信号波形の偏差を算出する第２ステップと、
前記偏差が極小値であるか否かを判断する第３ステップと、
前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値でないと判断した場合、前記仮定した損傷部の寸法及び位置を修正し、当該修正後の損傷部の寸法及び位置に基づいて前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返す第４ステップと、
前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値であると判断した場合、当該偏差が極小値となった損傷部の位置を損傷部検知結果とする第５ステップとを含むことを特徴とする埋設配管の防食被覆損傷検知方法。
【請求項２】
地盤に埋設した対電極を具備し、地中に埋設され外面に防食被覆が施された金属製の配管と前記対電極との間に交流電流を通電する発信装置と、
前記配管の直上における地表面を移動可能な車輪電極を具備し、当該車輪電極によって地表面の電位差を検出して、当該検出した電位差信号を同期検波する受信装置とを備えた防食被覆の損傷を検知する装置であって、
前記受信装置は、
損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルに基づいて、前記配管の直上における地表面の電位差信号の波形を演算する第１ステップと、
前記同期検波した電位差信号波形に対する前記演算した電位差信号波形の偏差を算出する第２ステップと、
前記偏差が極小値であるか否かを判断する第３ステップと、
前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値でないと判断した場合、前記仮定した損傷部の寸法及び位置を修正し、当該修正後の損傷部の寸法及び位置に基づいて前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返す第４ステップと、
前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値であると判断した場合、当該偏差が極小値となった損傷部の位置を損傷部検知結果として出力する第５ステップとを実行することを特徴とする埋設配管の防食被覆損傷検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設され外面に防食被覆（塗装膜等）が施された金属製の配管（ガス管や水道管等）における防食被覆の損傷部を地表面から非開削で検知する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガス管や水道管など、地中に埋設される金属製の配管には、腐食を防止するべく、塗装膜等の防食被覆が施されているが、経年変化や工事ミスなどによって、防食被覆に損傷が生じる場合がある。特に、金属面にまで達するような防食被覆の損傷部を放置すれば、当該金属面が土壌等の電解質に接触することによって腐食が進行し、ガス漏れや水漏れ等の事故に通じるおそれがある一方、配管が設置された全ての地盤を掘削して損傷の有無を検査することは、極めて効率が悪いという問題がある。そこで、斯かる防食被覆の損傷部を地表面から非開削で検知する手法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、前記手法として、固定した発信器から配管に交流電流を通電し、防食被覆の損傷部から漏れる電流によって生じる地表面の電位差を、地表面を移動する受信装置に装着した車輪電極によって検出することにより、防食被覆の損傷位置を検知する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、地表面で検出し得る電位差は極めて微小であるため、ノイズを抑制して電位差を精度良く検出するには、埋設した配管に通電する交流電流信号を参照信号として、検出した電位差信号を同期検波（ロックイン）することが有効である。このため、前記特許文献１には、前記参照信号を得る方法として、前記交流電流信号と同一周波数の参照信号発信器を受信装置に搭載することが開示されている。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に開示された技術では、防食被覆の損傷部が配管の軸方向に沿って近接して複数存在する場合において、検知した損傷部の位置に誤差が生じたり、或いは、損傷部を検知できない事態が生じるおそれがあるという問題がある。以下、図面を参照してより具体的に説明する。
【０００６】
図５は、防食被覆の損傷部が配管の軸方向に近接して複数存在（損傷部Ａ及び損傷部Ｂ）する場合に得られる電位差信号波形を説明するための説明図である。ここで、図５（ａ）は損傷部Ａが単独で存在する場合の電位差信号波形を、（ｂ）は損傷部Ｂが単独で存在する場合の電位差信号波形を、（ｃ）は損損部の位置に誤差が生じたり、或いは、損傷部を検知できない事態が生じるおそれがある損傷部Ａ及びＢが共に存在する場合の電位差信号波形を、それぞれ示す。なお、図５（ａ）〜（ｃ）の横軸は地盤の所定の基準位置からの距離（配管の軸方向に沿った距離）を、図５（ａ）〜（ｃ）の縦軸は電位差を、それぞれ示す。
【０００７】
図５（ａ）に示すように、損傷部Ａが単独で存在する場合には、電位差信号波形の横軸との交点、すなわち電位差の正負の反転位置（ゼロクロス点）を損傷部Ａの位置（およそ距離２０ｍの位置）として検知することができる。同様にして、図５（ｂ）に示すように、損傷部Ｂが単独で存在する場合にも、電位差信号波形の横軸との交点、すなわち電位差の正負の反転位置を損傷部Ｂの位置（およそ距離２５ｍの位置）として検知することができる。しかしながら、図５（ｃ）に示すように、損傷部Ａ及びＢが共に存在する場合の電位差信号波形は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す波形が重畳された波形となり、損傷部Ａの位置と略等しい位置でのみ横軸と交差することになる。換言すれば、図５（ｃ）に示す電位差信号波形によれば、損傷部Ａの位置（厳密には損傷部Ａの位置と略等しい位置）を検知することができるものの、損傷部Ｂは検知できないことになってしまう。また、損傷部Ａと損傷部Ｂとの位置関係や、各損傷部Ａ、Ｂの寸法差等に起因した電位差信号波形の振幅差によっては、図５に例示した場合と異なり、損傷部Ｂの存在を検知すること自体は可能であるものの、検知した損傷部Ｂの位置に誤差が生じる場合もある。このように、防食被覆の損傷部が配管の軸方向に近接（図５の場合およそ５ｍ）して複数存在する場合には、それぞれ単独で存在する場合には検知することができる損傷部であっても検知できなかったり、或いは、検知した損傷部の位置に誤差が生じるおそれがあるという問題がある。
【０００８】
【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】
【０００９】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、防食被覆の損傷部が配管の軸方向に近接して複数存在する場合であっても、精度良く防食被覆の損傷部を検知し得る方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するべく、本発明は、地中に埋設され外面に防食被覆が施された金属製の配管に交流電流を通電し、前記配管の直上における地表面の電位差を検出して、当該検出した電位差信号を同期検波することにより、防食被覆の損傷部を検知する方法であって、損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルに基づいて、前記配管の直上における地表面の電位差信号の波形を演算する第１ステップと、前記同期検波した電位差信号波形に対する前記演算した電位差信号波形の偏差を算出する第２ステップと、前記偏差が極小値であるか否かを判断する第３ステップと、前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値でないと判断した場合、前記仮定した損傷部の寸法及び位置を修正し、当該修正後の損傷部の寸法及び位置に基づいて前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返す第４ステップと、前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値であると判断した場合、当該偏差が極小値となった損傷部の位置を損傷部検知結果とする第５ステップとを含むことを特徴とする埋設配管の防食被覆損傷検知方法を提供するものである。
【００１１】
斯かる発明によれば、地中に埋設され外面に防食被覆が施された金属製の配管に交流電流を通電し、前記配管の直上における地表面の電位差を検出して、当該検出した電位差信号を同期検波することにより、防食被覆の損傷部が検知される。ここで、防食被覆の損傷部が配管の軸方向に近接して複数存在する場合、前記同期検波した電位差信号波形は、各損傷部に起因した電位差信号波形が互いに影響し合った（各損傷部に起因した電位差信号波形が重畳された）波形となり、そのゼロクロス点が、各損傷部が単独で存在する場合に得られる各電位差信号波形のゼロクロス点からずれてしまう（或いは、ゼロクロス点の得られなくなる損傷部が生じる場合もある）。
【００１２】
本発明によれば、損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデル（例えば、有限要素法や境界要素法などの離散的な数値解析モデルの他、ポテンシャル分布を表す数式モデルなどを用いることができる）に基づいて、前記配管の直上における地表面の電位差信号の波形を演算し、前記同期検波した電位差信号波形に対する前記演算した電位差信号波形の偏差が極小値となるように前記仮定した損傷部の寸法及び位置を修正し、極小値となった場合の損傷部の位置が損傷部検知結果とされる。換言すれば、本発明は、実際に観察された地表面の電位差信号波形に略合致する電位差信号波形がシミュレーションモデルによって得られるまで、仮定した損傷部の寸法及び位置に修正を施し、両信号波形が略合致した場合におけるシミュレーションモデルの損傷部の位置を真の損傷部の位置とする方法である。従って、複数の損傷部が存在する場合であっても、各損傷部に起因した電位差信号波形の相互影響を考慮した方法となっているため、各損傷部を精度良く検知することが可能である。また、実際に観察された地表面の電位差信号波形の一部（例えば、ゼロクロス点近傍）ではなく、その波形全体に略合致するように、シミュレーションモデルで仮定した損傷部の寸法及び位置を修正する構成であるため、観察された電位差信号波形に局部的なノイズが生じていたとしても、その影響が乏しいという利点を有する。
【００１３】
シミュレーションモデルにおいて最初に仮定する損傷部の数は、例えば、実際に観察された地表面の電位差信号波形（同期検波した電位差信号波形）中に存在する波の数（電位差信号波形において極大値（又は極小値）を示す点の個数）とすれば良い。また、シミュレーションモデルにおいて最初に仮定する損傷部の寸法は、その大きさに従って当該損傷部から漏れる電流が大きくなることからして、例えば、前記電位差信号波形中に存在する各波の振幅の比に応じた値とすれば良い。また、シミュレーションモデルにおいて最初に仮定する損傷部の位置は、例えば、前記電位差信号波形中に存在する各波のゼロクロス点の位置とすれば良い。ただし、電位差信号波形中に存在する各波の内、ゼロクロス点が存在しない波（図５（ｃ）参照）については、変曲点と想定される点の近傍位置を最初に仮定する損傷部の位置とすれば良い。
【００１４】
なお、本発明は、地盤に埋設した対電極を具備し、地中に埋設され外面に防食被覆が施された金属製の配管と前記対電極との間に交流電流を通電する発信装置と、前記配管の直上における地表面を移動可能な車輪電極を具備し、当該車輪電極によって地表面の電位差を検出して、当該検出した電位差信号を同期検波する受信装置とを備えた防食被覆の損傷を検知する装置であって、前記受信装置は、損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルに基づいて、前記配管の直上における地表面の電位差信号の波形を演算する第１ステップと、前記同期検波した電位差信号波形に対する前記演算した電位差信号波形の偏差を算出する第２ステップと、前記偏差が極小値であるか否かを判断する第３ステップと、前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値でないと判断した場合、前記仮定した損傷部の寸法及び位置を修正し、当該修正後の損傷部の寸法及び位置に基づいて前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返す第４ステップと、前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値であると判断した場合、当該偏差が極小値となった損傷部の位置を損傷部検知結果として出力する第５ステップとを実行することを特徴とする埋設配管の防食被覆損傷検知装置としても提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルを用いることにより各損傷部に起因した電位差信号波形の相互影響を考慮した方法となっているため、複数の損傷部が存在する場合であっても、各損傷部を精度良く検知することが可能である。また、実際に観察された地表面の電位差信号波形の一部（例えば、ゼロクロス点近傍）ではなく、その波形全体に略合致するように、シミュレーションモデルで仮定した損傷部の寸法及び位置を修正する構成であるため、観察された電位差信号波形に局部的なノイズが生じていたとしても、その影響が乏しいという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る防食被覆損傷検知装置を示す概略構成図である。図１に示すように、防食被覆損傷検知装置（以下、適宜検知装置という）１００は、発信装置２３と、受信装置１３とを備え、地中に埋設され外面に防食被覆（塗装膜）２０が施された鋼管１９における塗膜損傷部を検知するものである。なお、本実施形態では、塗膜損傷部が鋼管１９の軸方向に沿って近接して３箇所存在（塗膜損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃ）するものとする。
【００１８】
発信装置２３は、地盤２２に埋設した対電極１８を具備し、鋼管１９と対電極１８との間に交流電流を通電するように構成されている。より具体的には、発信装置２３は、電力増幅器１７を具備し、当該電力増幅器１７に対電極１８及び鋼管１９が接続されることにより（電力増幅器１７と鋼管１９とは結線１５を介して接続される）、前記交流電流が通電することになる。ここで、本実施形態に係る発信装置２３は、発信器１４を具備し、当該発振器１４は、後述するように、磁場をコイルで感度良く検出するのに適した２００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度（本実施形態では約４４３Ｈｚ）の周波数を有する信号を出力し、電力増幅器１７に送信するように構成されている。これにより、電力増幅器１７は、前記周波数の交流電流を鋼管１９に通電することになる。なお、前記周波数範囲（２００Ｈｚ〜１ｋＨｚ）より低い周波数であると、後述するコイル２による磁場の検出感度が低くなる一方、逆に高い周波数であると鋼管１９での減衰が大きくなるため、前記範囲内の周波数に設定するのが好ましい。
【００１９】
一方、受信装置１３は、鋼管１９の直上における地表面に、当該鋼管１９の軸方向に沿って間隔を隔てて配置された導電性ゴムからなる２つの車輪電極１を具備し、これにより地表面上を移動可能とされている。受信装置１３は、車輪電極１によって地表面の電位差を検出し、当該検出した電位差信号を同期検波することにより塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃを検知する。また、受信装置１３は、前述したように、交流電流を鋼管１９に通電することによって生じる磁場を有効に検出する方向に配置（鋼管１９の周方向に沿って形成される磁束が略直交に貫通するような向きに配置）されたコイル（ループコイル）２を具備し、当該コイル２によって検出した磁場信号を前記同期検波における参照信号として用いるように構成されている。
【００２０】
本実施形態に係る受信装置１３は、検出した地表面の電位差信号を同期検波して塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃを検知するべく、前述した車輪電極１及びコイル２の他、バンドパスフィルタ３、第１交流増幅器４、第２交流増幅器２４、参照信号生成器２５、第１同期検波器５、第２同期検波器６、第１ローパスフィルタ７、第２ローパスフィルタ８、第１直流増幅器９、第２直流増幅器１０、演算器１１及び表示器１２を備えている。
【００２１】
次に、以上に説明した構成を有する検知装置１００によって、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃを検知する方法について説明する。
【００２２】
まず最初に、鋼管１９の直上の地表面に対して、当該地表面と車輪電極１との接触抵抗を小さくするべく、予め当該鋼管１９に沿って散水した後、発信装置２３によって、鋼管１９と対電極１８との間に前述した周波数の交流電流を通電すると共に、車輪電極１を鋼管１９に沿って移動させ、地表面の２点間（各車輪電極１の間）の電位差を検出する。検出された電位差信号は、受信器１３のバンドバスフィルタ３に入力され、当該バンドパスフィルタ３によって、高周波及び低周波の雑音が除去される。つまり、前記周波数成分を除く雑音成分が除去される。バンドパスフィルタ３の出力は、第１交流増幅器４で増幅された後、第１同期検波器５及び第２同期検波器６に入力され、後述する参照信号の位相に同期した成分が抽出される。ここで、第１同期検波器５及び第２同期検波器６は、それぞれ２信号の掛算器であるため、第１同期検波器５及び第２同期検波器６の出力信号には、参照信号の周波数成分が含まれることになる。そこで、第１ローパスフィルタ７及び第２ローパスフィルタ８によって、それぞれ第１同期検波器５及び第２同期検波器６の出力信号中の参照信号の周波数成分を除去し、準直流成分に変換する。準直流成分に変換された第１ローパスフィルタ７及び第２ローパスフィルタ８の出力信号は、それぞれ第１直流増幅器９及び第２直流増幅器１０に入力されて増幅された後、演算器１１によって所定の演算処理を施され、表示器１２に入力される。
【００２３】
一方、コイル２によって検出された磁場信号は、第２交流増幅器２４で増幅された後、参照信号生成器２５に入力され、当該参照信号生成器２５によって、０度及び９０度の位相を有する参照信号が作成される。作成された参照信号は、第１同期検波器５及び第２同期検波器６にそれぞれ入力され、同期検波に供される。このように、コイル２によって検出された磁場信号が、同期検波における参照信号とされるため、参照信号の周波数と、前記交流電流の周波数とを完全に同一にすることが可能である。
【００２４】
図２は、表示器１２において表示される信号波形例を模式的に示す図である。但し、図２に示す信号波形例は、説明の便宜上、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃのいずれかが単独で存在する場合、或いは、各損傷部が互いに影響を及ぼさない程度に離間して存在している場合の信号波形例を示す。ここで、図２（ａ）は振幅Ａ（演算器１１によって絶対値化処理を施された後の電位差信号）の波形を、（ｂ）はＡｃｏｓφの波形を、（ｃ）はＡｓｉｎφの波形を、（ｄ）は位相φの波形を、それぞれ示す。なお、図２（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ第１ローパスフィルタ７及び第２ローパスフィルタ８の出力信号波形を直接観測した場合と同等の波形である。また、図２の横軸は、塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）からの距離（縦軸との交点が塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）の直上に相当する）を、図２（ａ）〜（ｃ）の縦軸は電位差を、図２（ｄ）の縦軸は位相の大きさを、それぞれ示す。
【００２５】
表示器１２においては、図２（ａ）〜（ｄ）に示す波形が表示されるが、図２（ａ）においては、電位差の極小位置が塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）の位置を、図２（ｂ）及び（ｃ）においては、電位差の正負の反転位置（ゼロクロス点）が塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）の位置を、図２（ｄ）においては、位相の反転位置が塗膜損傷部２１（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）の位置を、それぞれ示すものであるため、各波形から塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）の位置を容易に検知することができる（波形を目視することによって検知することの他、極小位置や反転位置を検出する手段を別途設けるか、或いは、演算器１１に前記検出手段の機能を具備させることにより、自動的に検知することも可能である）。
【００２６】
以上に説明したように、塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）が単独で存在する場合、或いは、各損傷部が互いに影響を及ぼさない程度に離間して存在している場合には、上記各波形から塗膜損傷部２１Ａ（或いは２１Ｂ又は２１Ｃ）の位置を容易に検知することができる。しかし、本実施形態のように、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃが鋼管１９の軸方向に沿って近接して存在する場合には、各塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃに起因した電位差信号波形が重畳するため、検知した塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置に誤差が生じたり（特に小さな塗膜損傷部の位置に誤差を生じ易い）、或いは、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃのいずれかを検知できない（特に小さな塗膜損傷部を検知し難い）事態が生じるおそれがある。
【００２７】
そこで、本実施形態に係る受信装置１３の演算器１１は、塗膜損傷部の数、寸法及び位置を仮定したシミュレーションモデルに基づいて、鋼管１９の直上における地表面の電位差信号の波形を演算する第１ステップと、前記同期検波した電位差信号波形に対する前記演算した電位差信号波形の偏差を算出する第２ステップと、前記偏差が極小値であるか否かを判断する第３ステップと、前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値でないと判断した場合、前記仮定した塗膜損傷部の寸法及び位置を修正し、当該修正後の塗膜損傷部の寸法及び位置に基づいて前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返す第４ステップと、前記第３ステップにおいて、前記偏差が極小値であると判断した場合、当該偏差が極小値となった塗膜損傷部の位置を塗膜損傷部検知結果として出力する第５ステップとを含む処理を実行できるように構成されている。
【００２８】
以下、図３及び図４を適宜参照しつつ、演算器１１における上記処理内容について、より具体的に説明する。なお、図３は、本実施形態において観察される同期検波された電位差信号波形（図２（ｃ）に相当するＡｓｉｎφの波形）を模式的に示す図であり、図４は、演算器１１における処理内容を概略的に説明するためのフロー図である。
【００２９】
＜第１ステップ＞
前述のように、第１ステップでは、塗膜損傷部の数、寸法及び位置を仮定（図４のＳ１）したシミュレーションモデルに基づいて、鋼管１９の直上における地表面の電位差信号の波形を演算する（図４のＳ２）。本実施形態では、シミュレーションモデルとして、離散的な数値解析モデルである有限要素法モデル（３次元モデル）を用いている。
【００３０】
より具体的に説明すれば、先ず最初に、表示器１２に表示された図３に示す電位差信号波形Wをオペレータが目視し、波形W中に存在する波の数（電位差信号波形において極大値（又は極小値）を示す点の個数であり、本実施形態では３つ）を塗膜損傷部の数と仮定する（つまり、３つの塗膜損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃが存在すると仮定する）。次に、波形Ｗ中に存在する各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の振幅の比に対応する値を塗膜損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの寸法と仮定する。すなわち、塗膜損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの寸法の比が、波形Ｗ中に存在する各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の振幅の比と同じになるように、塗膜損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの寸法を仮定する。最後に、波形Ｗ中に存在する各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３のゼロクロス点（ゼロクロス点が存在しない場合には変曲点）Ａ’、Ｂ’及びＣ’を塗膜損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの位置（鋼管１９の軸方向の位置）と仮定する。上記のようにして仮定した塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの数、寸法及び位置は、所定の入力装置（図示せず）によって入力され、シミュレーションモデルの初期条件として演算器１１に記憶される（図４のＳ１）。
【００３１】
なお、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法及び位置の初期条件としては、上記のようにして仮定した値に限らず、適当な値を適宜設定することも可能である。また、本実施形態では、塗膜損傷部の数、寸法及び位置の初期条件を手動（オペレータによる波形Ｗの目視等）で設定する態様について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、波形Ｗにおいて極大値（又は極小値）を示す点の個数、波形Ｗ中に存在する各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の振幅（各波の極大値と極小値の差）比、並びに、波形Ｗ中に存在する各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３のゼロクロス点を算出する手順（プログラム）を予め演算器１１に記憶しておけば、自動的に設定することも可能である。
【００３２】
シミュレーションモデルの初期条件としては、上記した塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの数、寸法及び位置（鋼管１９の軸方向の位置）の他、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの鋼管軸方向と垂直な水平方向の位置及び鉛直方向の位置を与える必要がある。本実施形態では、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃが鋼管１９の縦断面の上部位置に存在すると仮定し、既知である鋼管１０の縦断面の上部位置を塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの前記水平方向の位置としている。また、既知である鋼管１９の埋設深さ（地表面と鋼管１０の縦断面の上部位置との距離）を塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの鉛直方向の位置としている。さらに、鋼管１９が埋設されている土壌の比抵抗も初期条件として与える必要があるが、本実施形態では、シミュレーションモデルの解析領域全体で一定の比抵抗を与えている。以上に説明した塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの鋼管軸方向と垂直な水平方向の位置、鉛直方向の位置及び土壌の比抵抗も、所定の入力装置（図示せず）によって入力され、シミュレーションモデルの初期条件として演算器１１に記憶される。
【００３３】
前述したように、本実施形態では、シミュレーションモデルとして、離散的な数値解析モデルである有限要素法のモデル（３次元モデル）を用いている。演算器１１は、前述したように初期条件として設定された塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの数及び位置に基づいて、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃに対応する要素を決定し、解析領域全体を要素分割する。より具体的に説明すれば、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃ周辺の解析領域については細かく要素分割し、これ以外の解析領域については粗く要素分割する。例えば、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃ周辺の解析領域（例えば、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃを含む領域であって、鋼管１９の軸方向に約２０ｍ、水平方向に約１０ｍ、鉛直方向に約２ｍの領域）については、一辺が約１０ｃｍの立方体に要素分割する一方、これ以外の解析領域については粗く要素分割し、解析領域全体を一辺が数１００ｍ程度の立方体にすることが考えられる。
【００３４】
そして、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃに対応する位置にある要素には、前述したように初期条件として設定された塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法に相当する値が電圧値（ポテンシャル値）として設定される。換言すれば、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの各要素の大きさは同じにする一方、各要素に初期値として与える電圧値を、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法に相当する値に設定する。また、解析領域の境界面（電位差信号波形の演算対象である地表面は除く５面）には電圧値０が設定される。さらに、解析領域の各要素には、前述したように初期条件として設定された土壌の比抵抗が設定される。
【００３５】
演算器１１は、以上に説明した有限要素法のモデルを用いて、鋼管１９直上における地表面の電位分布を計算した後、２つの車輪電極１の離間距離に相当する距離だけ離れた２点間の電位差を算出する。そして、前記電位差を算出する２点間の位置（２点間の距離は一定）を、実際に地表面で観察される電位差信号波形を得るために車輪電極１を鋼管１９の軸方向に移動させた距離（図３の場合には約２ｍ）と同等の距離だけ順次シフトすることにより、鋼管１９の直上における地表面の電位差信号の波形（計算値）を演算する（図４のＳ２）。
【００３６】
＜第２ステップ＞
前述のように、第２ステップでは、同期検波した電位差信号波形（実際に地表面で観察される電位差信号波形）に対する前記演算した電位差信号波形の偏差を算出する（図４のＳ３）。より具体的に説明すれば、本実施形態では、同期検波した電位差信号波形の縦軸の値（電位差）を観察値全体を表すベクトル量ｙｄとし、塗膜損傷部を含む有限要素法のモデルｆｍから演算して得られた電位差信号波形全体を表すベクトル量をｙｍ（ｆｍ）とした場合、下記の式（１）で定義される前記偏差であるεをｆｍの関数として算出する。
ε＝１／２×［ｙｍ（ｆｍ）−ｙｄ］２  ・・・（１）
【００３７】
＜第３ステップ＞
前述のように、第３ステップでは、算出した偏差εが極小値であるか否かを判断する（図４のＳ４、Ｓ５）。ここで、本実施形態では、後述するように、計算負荷を軽減するべく、先ず最初に塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を偏差εが極小値となるまで修正し（図４のＳ６）、その後、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置（鋼管１９の軸方向の位置）を偏差εが極小値となるまで修正する（図４のＳ７）構成を採用している。従って、偏差εが極小値であるか否かの判断も、先ず最初に塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法について極小値であるか否かの判断をし（図４のＳ４）、寸法について極小値となった後に、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置について極小値であるか否かを判断する（図４のＳ５）構成を採用している。なお、偏差εが極小値であるか否かの判断は、後述する繰り返し演算の過程で逐次算出される偏差εが収束した状態をもって判断する。すなわち、その前の計算で得られた偏差εとの差が一定の値以下となった状態をもって判断する。
【００３８】
＜第４ステップ＞
前述のように、第４ステップでは、偏差εが極小値でないと判断した場合、前記仮定した塗膜損傷部の寸法及び位置を修正し（図４のＳ６、Ｓ７）、当該修正後の塗膜損傷部の寸法及び位置に基づいて第１ステップ（図４のＳ２）及び第２ステップ（図４のＳ３）を繰り返す。
【００３９】
より具体的に説明すれば、先ず最初に塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を修正する（図４のＳ６）。ここで、本実施形態に係る寸法の修正方法としては、いわゆるニュートン法を採用している。有限要素モデルには、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）情報だけではなく、位置情報も含まれているが、本ステップでは、先ず寸法（電圧値）情報のみを修正する。修正前に設定されている塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を有する有限要素モデルをｆｉとし、修正後の塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を有する有限要素モデルをｆｉ＋１とした場合、以下の式（２）に従って有限要素モデルを修正する。
ｆｉ＋１＝ｆｉ＋λ・δｆｉ  ・・・（２）
ここで、δｆｉはｆｍの関数である偏差εのｆｍでの２階導関数及び１階導関数から算出される変分を意味する。式（２）におけるλは修正係数を意味し、δｆｉで得られた変分量に一定の係数を乗じた値をｆｉに加算して新しいモデルであるｆｉ＋１を構築する。また、式（２）の演算により、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法については同時に修正されることになる。
【００４０】
そして、修正後の塗膜損傷部の寸法（電圧値）を再度シミュレーションモデルに設定し（塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃに対応する要素に設定する電圧値を修正後の電圧値に変更する）、第１ステップ（図４のＳ２）及び第２ステップ（図４のＳ３）を繰り返す。斯かる繰り返し演算（図４のＳ６→Ｓ２→Ｓ３）は、前述した第３ステップ（図４のＳ４）において偏差εが極小値と判断されるまで繰り返される。
【００４１】
塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）について偏差εが極小値であると判断されれば、次に、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置（鋼管１９の軸方向位置）を修正する（図４のＳ７）。ここで、本実施形態に係る位置の修正方法にも、いわゆるニュートン法を採用している。有限要素モデルには、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）情報だけではなく、位置情報も含まれているが、ここでは寸法（電圧値）情報は固定として、位置情報のみを修正する。修正前に設定されている塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置を有する有限要素モデルをｆｉとし、修正後の塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を有する有限要素モデルをｆｉ＋１とした場合、以下の式（3）に従って有限要素モデルを修正する。
ｆｉ＋１＝ｆｉ＋λ・δｆｉ  ・・・（３）
ここで、δｆｉはｆｍの関数である偏差εのｆｍでの２階導関数及び１階導関数から算出される変分を意味する。式（３）におけるλは修正係数を意味し、δｆｉで得られた変分量に一定の係数を乗じた値をｆｉに加算して新しいモデルであるｆｉ＋１を構築する。また、式（３）の演算により、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置については同時に修正されることになる。
【００４２】
そして、修正後の塗膜損傷部の位置を再度シミュレーションモデルに設定し（塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃに対応する要素の位置を修正後の位置に変更する）、第１ステップ（図４のＳ２）及び第２ステップ（図４のＳ３）を繰り返す。斯かる繰り返し演算（図４のＳ７→Ｓ２→Ｓ３）は、前述した第３ステップ（図４のＳ５）において偏差εが極小値と判断されるまで繰り返される。
【００４３】
＜第５ステップ＞
前述のように、第５ステップでは、偏差εが極小値であると判断（図４のＳ５においてＹｅｓと判断）した場合、当該偏差εが極小値となった塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置を塗膜損傷部検知結果として出力する（図４のＳ８）。
【００４４】
以上に説明したように、本実施形態に係る防食被覆損傷検知装置１００は、実際に観察された地表面の電位差信号波形Ｗに略合致する（偏差εが極小値となる）電位差信号波形がシミュレーションモデルによって得られるまで、仮定した塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法及び位置に修正を施し、両信号波形が略合致した場合におけるシミュレーションモデルの塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置を真の塗膜損傷部の位置とする構成である。従って、各塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃに起因した電位差信号波形の相互影響を考慮した構成となっているため、複数の塗膜損傷部が存在する場合であっても、各塗膜損傷部を精度良く検知することが可能である。また、実際に観察された地表面の電位差信号波形Ｗの一部（例えば、ゼロクロス点近傍）ではなく、その波形全体に略合致するように、シミュレーションモデルで仮定した塗膜損傷部の寸法及び位置を修正する構成であるため、観察された電位差信号波形Ｗに局部的なノイズが生じていたとしても、その影響が乏しいという利点を有する。
【００４５】
なお、本実施形態では、先ず最初に塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を偏差εが極小値となるまで修正し（図４のＳ６）、その後、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置（鋼管１９の軸方向の位置）を偏差εが極小値となるまで修正する（図４のＳ７）構成を採用している。しかしながら、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置を修正することにより、先に偏差εの極小値が得られた塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの電圧値が必ずしも最適値（偏差εを極小値にする値）とならない場合もある。従って、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの位置を修正した後、偏差εが極小値であると判断（図４のS５）された場合、当該偏差εが予め定めた所定値以上であるか否かを判断するステップを設けることが好ましい。そして、所定値以上であった場合には、まだ偏差εが収束していないと判断し、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃの寸法（電圧値）を偏差εが極小値となるまで再度修正する（図４のＳ６）ように構成することが好ましい。
【００４６】
また、本実施形態では、塗膜損傷部２１Ａ〜２１Ｃが鋼管１９の軸方向に沿って近接して３箇所存在する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、２箇所、或いは、４箇所以上近接して存在する場合についても適用可能である。
【００４７】
さらに、本実施形態では、コイル２によって検出した磁場信号を同期検波における参照信号として用いる構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、従来のように、交流電流信号と同一周波数の参照信号発信器を受信装置１３に搭載する構成を採用してもよく、参照信号を得る方法に特に制限は無い。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする。
図１に示すように、鋼管１９の外面に施された塗装膜２０に模擬的な損傷部２１Ａ〜２１Ｃを施し、これを地中に埋設した。ここで、各損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの鋼管１９軸方向の位置Ａｒ、Ｂｒ、Ｃｒは、所定位置を基準として、それぞれＡｒ＝６２０ｃｍ、Ｂｒ＝９３０ｃｍ、Ｃｒ＝１５１０ｃｍとした。
【００４９】
そして、検知装置１００の車輪電極１を鋼管１９の直上に配設し、鋼管１９の軸方向に沿って移動させることにより、図３に示す電位差信号波形Ｗが観察された。なお、波形Ｗ中に存在する各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３のゼロクロス点Ａ’、Ｂ’及びＣ’の位置は、上記と同じ所定位置を基準として、それぞれＡ’＝６３０ｃｍ、Ｂ’＝８９０ｃｍ、Ｃ’＝１４８０ｃｍであった。従って、従来の防食被覆検知方法であれば、ゼロクロス点Ａ’、Ｂ’及びＣ’の位置が、それぞれ各損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの位置として検知されるため、損傷部２１Ａについては１０ｃｍ、損傷部２１Ｂについては４０ｃｍ、損傷部２１Ｃについては３０ｃｍの誤差が生じることになる。損傷部２１Ｂのように、４０ｃｍ以上の誤差が生じると、特に掘削開口が狭い場合には、損傷部を掘り当てることができない可能性が高い。
【００５０】
本実施例では、前述したように、演算器１１において図４に概略フローを示す処理を実行することにより、電位差信号波形Ｗに略合致する（両信号波形の偏差εが極小値となる）電位差信号波形がシミュレーションモデル（３次元有限要素法モデル）によって得られるまで、仮定した損傷部の寸法及び位置に修正を施し、両信号波形が略合致した場合におけるシミュレーションモデルの各損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの位置Ａ、Ｂ及びＣを算出した。
【００５１】
より具体的に説明すれば、本実施例では、３次元有限要素法モデルに設定する初期条件として、損傷部の数を３、各損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの寸法（電圧値）をそれぞれ１５０Ｖ、８０Ｖ及び１５０Ｖとした。また、観察された各波Ｗ１、Ｗ２及びＷ３のゼロクロス点Ａ’、Ｂ’及びＣ’の位置を、各損傷部２１Ａ、２１Ｂ及び２１Ｃの位置の初期条件として設定した。要素分割については、損傷部２１Ａ〜２１Ｃを含む領域であって、鋼管１９の軸方向に約２０ｍ、水平方向に約１０ｍ、鉛直方向に約２ｍの領域については、一辺が約１０ｃｍの立方体に要素分割する一方、これ以外の解析領域については粗く要素分割し、解析領域全体を一辺が数１００ｍ程度の立方体にした。
【００５２】
そして、図４に示すフローに従って、両信号波形の偏差εが極小値（さらには所定値未満に収束するまで）繰り返し演算を行った結果、シミュレーションモデルにおける各損傷部の位置Ａ、Ｂ及びＣ（図３参照）は、実際の位置Ａｒ、Ｂｒ、Ｃｒと一致することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る防食被覆損傷検知装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す表示器において表示される信号波形の例を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明において観察される同期検波された電位差信号波形の例を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図１に示す演算器における処理内容を概略的に説明するためのフロー図である。
【図５】図５は、防食被覆の損傷部が配管の軸方向に近接して複数存在する場合に得られる電位差信号波形を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・車輪電極
２・・・コイル
１３・・・受信装置
１４・・・基準発信器
１８・・・対電極
１９・・・鋼管（配管）
２０・・・塗装膜（防食被覆）
２１・・・塗膜損傷部
２３・・・発信装置
１００・・・防食被覆損傷検知装置
【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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