(57)【要約】磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器は、磁気特性図を検出するためのポータブルセンサ群を含んでいる。ポータブルセンサ群は、３つの傾斜センサを含み、３つの傾斜センサの各々は、磁気特性図の大きさと方向との両方を独立に測定するようになっており、当該傾斜センサの第一は鉛直方向の軸傾斜を測定し、当該傾斜センサの第二は鉛直方向の第一水平傾斜を測定し、当該傾斜センサの第三は鉛直方向の第二水平傾斜を測定する。
2004518946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器であって、
磁気特性図を検出するためのポータブルセンサ群であって、前記ポータブルセンサ群は３つの傾斜センサを有し、当該３つの傾斜センサの各々は磁気特性図の大きさと方向との両方を独立に測定するようになっており、前記傾斜センサの第一は鉛直方向における軸傾斜を測定し、前記傾斜センサの第二は鉛直方向における第一水平傾斜を測定し、前記傾斜センサの第三は鉛直方向における第二水平傾斜を測定する、というポータブルセンサ群と、
前記３つの傾斜センサの各々に接続された信号出力装置と、
を備えたことを特徴とする機器。
【請求項２】
前記３つの傾斜センサの各々は、一対のフラックスゲートセンサを有していることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記ポータブルセンサ群は、センサ棒の中に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項４】
前記３つの傾斜センサの各々は、センサ棒の一端部に設けられた第一フラックスゲートセンサと、センサ棒の他端部に設けられた第二フラックスゲートセンサと、を有している
ことを特徴とする請求項３に記載の機器。
【請求項５】
前記信号出力装置は、液晶棒グラフ表示部を含んでいること
を特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項６】
前記信号出力装置は、前記３つの傾斜センサの各々により検出された磁気特性図の大きさを表示する
ことを特徴とする請求項５に記載の機器。
【請求項７】
前記信号出力装置は、前記３つの傾斜センサの各々により検出された磁気特性図の方向を表示する
ことを特徴とする請求項５に記載の機器。
【請求項８】
測定および検出中に当該機器の位置を確認するための、前記信号出力装置に接続された地図作成手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１の機器。
【請求項９】
前記地図作成手段は、自動位置情報を提供するための赤外線三角測量信号を有している
ことを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記地図作成手段は、前記信号出力装置に接続されたグローバルポジショニングシステムを有している
ことを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１１】
データをデータ処理装置に送るための、前記信号出力装置に接続されたポートを更に備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項１２】
前記ポートは、前記信号出力装置に一体的に接続されたシリアルデータポートを備えている
ことを特徴とする請求項１１に記載の機器。
【請求項１３】
前記信号出力装置は、首かけひもに装着されている
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項１４】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器であって、
磁気特性図を検出するためのポータブルセンサ棒であって、前記センサ棒は３つの傾斜センサを有し、当該３つの傾斜センサの各々は磁気特性図の大きさと方向とを独立に測定するようになっており、
前記３つの傾斜センサは、前記センサ棒に沿って第一位置に設けられた第一フラックスゲートセンサと、前記センサ棒に沿って第二位置に設けられた第二フラックスゲートセンサと、を有し、
前記傾斜センサの第一は鉛直方向における軸傾斜を測定し、前記傾斜センサの第二は鉛直方向における水平傾斜を測定し、前記傾斜センサの第三は鉛直方向における第二水平傾斜を測定する、というポータブルセンサ棒と、
前記３つの傾斜センサの各々に電気的に接続された信号出力装置と、
を備えていることを特徴とする機器。
【請求項１５】
埋設された磁化プラスチック配管を探索領域内で発見するための方法であって、
鉛直方向の軸傾斜と、鉛直方向の第一水平傾斜と、鉛直方向の第二水平傾斜と、における磁気特性図の大きさと方向とを、３つの傾斜センサを有する機器を用いて測定する工程
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１６】
グリッドを有する探索領域において、測定値を収集する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記グリッド内の複数地点において、測定値を収集する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
プラスチック配管の位置を決定するために独自のグリッド座標から測定値を分析する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器であって、
磁気特性図を検出するためのポータブルセンサ棒であって、前記センサ棒は３つの傾斜センサを有し、当該３つの傾斜センサの各々は磁気特性図の大きさと方向とを独立に測定するようになっており、前記傾斜センサのＸ軸センサは前記ポータブルセンサ棒の軸に沿って配置され、前記傾斜センサのＹ軸センサは前記ポータブルセンサ棒の軸に対して横方向に配置され、前記傾斜センサのＺ軸センサは前記ポータブルセンサ棒の軸に対して前方向に配置されている、というポータブルセンサ棒と、
前記３つの傾斜センサの各々に接続された信号出力装置と、
を備えたことを特徴とする機器。
【請求項２０】
前記３つの傾斜センサの各々は、前記ポータブルセンサ棒の各端に配置された２つのフラックスゲートセンサを有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記信号出力装置は、当該信号出力装置が３つの傾斜センサにより生成される各信号を表す棒グラフを表示する、棒グラフモードを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【請求項２２】
前記信号出力装置は、当該信号出力装置が３つの傾斜センサのうちの２つにより生成される信号に基づいて測定された磁界ベクトルの方向を表す点を表示する、飛点モードを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【請求項２３】
前記信号出力装置に対して配置され、少なくとも二つの飛点モード間を切り替えるモード選択スイッチ
を更に備えたことを特徴とする請求項２２に記載の機器。
【請求項２４】
前記少なくとも２つの飛点モードは、前記点が前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサとにより生成される信号に基づいて配置される第一飛点モードと、前記点が前記Ｙ軸センサと前記Ｚ軸センサとにより生成される信号に基づいて配置される第二飛点モードと、を含んでいる
ことを特徴とする請求項２３に記載の機器。
【請求項２５】
前記第一飛点モードにおける前記点の大きさは、前記３つの傾斜センサにより生成される全磁場の大きさにより決定される
ことを特徴とする請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
前記第二飛点モードにおける前記点の大きさは、前記Ｘ軸センサにより生成される磁場の大きさにより決定される
ことを特徴とする請求項２４に記載の機器。
【請求項２７】
前記信号出力装置に対して配置され、飛点モードと棒グラフモードとの間を切り替えるためのモード選択スイッチ
を更に備えたことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の実施の形態】
本発明は、磁気特性図を有する地下の配管により生成された磁場の大きさと方向とを決めるための、３つの軸を有する磁気配管検知器に関する。
【０００２】
地球表面より下に埋設された配管は、定期的な保守点検および／または修理を必要とする。障害のある配管は、このような保守点検をうけるために、発見されて堀り出されなければならない。地下の配管を発見することは、特に地下の配管、ワイヤ、及び、他の埋設された物体の大きなネットワークを含む領域では、従来難しい仕事である。
【０００３】
一般的に、地下の配管経路は、金属、または、通例ポリエチレンやポリ塩化ビニルのようなプラスチック、のいずれかから構成される。プラスチックは、耐性があり安価で軽量で不活性であり製造しやすく据え付けやすいため、好適な配管材料である。しかしながら、プラスチック配管は、処理されていないと、従来の地下配管経路の発見方法では検出することができない。
【０００４】
プラスチック管は、検出可能な特徴をプラスチック中に加えて修理および／または保守点検のための検出を可能にすべく、処理され得る。Ｇｏｏｄｍａｎの米国特許第５、０３６、２１０号およびＧｏｏｄｍａｎの米国特許第５、３５４、５２１号は、管の押出成形の間にプラスチック管の壁内に磁気粒子を散布することにより、磁気的に検出可能なプラスチック管を作る方法である。’２１０特許と’５２１特許は、明瞭な磁気特性図が配管内の磁気粒子の所定部分の極性を変えることにより作られ得ることを教示している。
【０００５】
従来技術の磁気配管検知器は、対象配管付近にあるクラッターと呼ばれる他の埋設された磁気物体に対して区別する機能を有さない。配管検知器は、’２１０特許や’５２１特許により教示される配管により生成される特性図のような固有の配管特性図を有する配管を確認可能であるものが望まれる。クラッターに対する識別機能を有する配管検知器への必要性は、他の埋設された磁気物体と同じ磁気か時にはそれより弱い磁気であり得る埋設された磁気プラスチック配管により生じる。
【０００６】
従来技術の配管検知器は、通例１つの鉛直磁場センサを用いる。螺旋特性図のような配管経路の固有な磁気特性図を認識する際の、従来技術の配管検知器における１つの問題点は、特性図が例えば２０フィートというかなり長い波長を有し得ることである。これは、配管螺旋特性図が認識されるのに十分な情報をギャザリングする（集める）前に、ハンドヘルド検知器の操作者がかなりの距離を横断しなければならない、ということを意味する。これを解決する方法は、元データを取得した後で区域地図が表示できるように、メモリと処理手続きとを追加することである。
【０００７】
従来技術の検知器は、螺旋管の磁性の変化する方向が検出され得るように、磁気極性の検出を追加している。従来技術の検知器は、一軸磁気センサを含む。
【０００８】
Ｇｏｏｄｍａｎの米国特許第５、３２１、３６１号により教示される一つの従来技術の配管検知器は、大きさと同様に磁場方向を検出し表示する機能において、既存技術の性能を拡充するために開発された。当該検知器は、傾斜外形と鉛直位置とに配備された２つのフラックスゲートセンサを用いており、地球の普遍的な５０、０００ガンマの磁場での回転に検知器が反応しないように均衡を維持されている。当該検知器は、磁気物体の存在を示す音声発振器と、検出磁場が上か下かを示す計測器と、を備えていた。当該検知器の検出可能閾値は約５０ガンマであり、５％と７％のバリウムおよびストロンチウムプラスチック配管を５フィート下の深度まで検出できる。また当該検知器は、出力の大きさと極性との両方の出力信号に関する視覚化ＬＣＤ棒グラフ表示も含む。また当該検知器は、大きな大きさ変動を伴う信号に遭遇した時に重要な、典型的には磁気配管と大量の配管との両方が存在する時に重要な、範囲変更特徴をも含む。
【０００９】
本発明の１つの目的は、磁気的に検出可能なプラスチック配管または他の磁場源を、ある距離だけ離れて検出するための、新しい改善された磁気配管検知器を提供することである。
【００１０】
本発明の１つの目的は、地下の磁場の大きさと方向との両方を検出する機器を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、クラッターの存在にもかかわらず特定の磁気パターンを検出することができる磁気配管検知器を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、地球磁場に反応しない磁気配管検知器を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、関連データを取得した後に区域地図が表示できるように、メモリと処理手続きとを磁気配管検知器に追加することである。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の目的は、３軸センサ機能を有する磁気配管検知器により実現される。一般的に従来技術の配管検知器は、１つ、または、可能であれば２つ、の軸にセンサを含んでいる。３つの直交するセンサを使用することにより、表面磁場の大きさと方向との両方が測定可能になる。本質的に、螺旋配管磁性パターンは、その長さに沿った配管磁性の方向における変化が一定の大きさであるため、３つのセンサを用いることは、クラッターが存在するところで当該パターンを認識するための強化された機能を与える。遭遇するほとんどのクラッター信号は、磁性における大きさと方向との大きな変化を示す。一般的に１つの軸は、他の２つの軸がある程度不明瞭になっても、クラッターにより最小限に影響される。
【００１５】
本発明による配管検知器は、螺旋特性図のような固有の磁気配管経路の特性図を認識することもできる。本発明による多軸検知器のメモリ及び処理手続き機能のため、区域地図が元データの取得後に表示可能である。これにより、多軸配管検知器の操作者は、調査区域内における特定配管特性図を認定することができる。
【００１６】
本発明による多軸配管検知器は、ある領域上の磁場強度に関する地図を作成する機能を有する。これは、表面磁場の精密なパターン認識分析を行う実現性を与える。磁化プラスチック配管はしばしば明瞭な磁気特性図を生成するので、本発明による多軸配管検知器は、クラッターが存在するところで配管を認識することが潜在的にはるかによくできる。それは別個のセンサを使用しており、磁気配管特性図の即時地図を作成することができる。
【００１７】
本発明の当該および他の目的と特徴とは、図面と併せて以下の詳細の説明からよりよく理解されるであろう。
【００１８】
図１は、本発明の好適な一実施の形態による検知器の概略図である。
【００１９】
図２は、本発明の好適な一実施の形態による３つの傾斜センサの概略図である。
【００２０】
図３は、本発明の好適な一実施の形態による検知器の側面図である。
【００２１】
図４は、本発明の好適な一実施の形態による信号出力装置の正面図である。
【００２２】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、本発明の好適な一実施の形態による検知器により生成された一連のパターンを示す。
【００２３】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の好適な一実施の形態による検知器を用いてデータをギャザリングするために用いられる、低解像度グリッドと高解像度グリッドとをそれぞれ示す。
【００２４】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図をある距離だけ離れて測定及び検出するための検知器２０が、概略的に図１に示されている。ポータブルセンサ群３０が、磁気特性図を検出するための検知器２０内に配置されている。好ましくは、ポータブルセンサ群３０は３つの傾斜センサ４０、５０、６０を備えている。好ましくは、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々は、磁気特性図の大きさと方向との両方を独立に測定するようになっている。また、信号出力装置７０が、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々に接続されている。
【００２５】
明細書と請求項において用いられているが、傾斜センサとは、２つの別々の位置からの信号を収集するセンサである。従って、図１に示すように、Ｘ傾斜はＸ１とＸ２との差により測定され、Ｙ傾斜はＹ１とＹ２との差により測定され、Ｚ傾斜はＺ１とＺ２との差により測定される。図２に概略的に示すように、好ましくは、当該傾斜センサの第一４０は鉛直方向の軸傾斜を測定する。好ましくは、当該傾斜センサの第二５０は鉛直方向の第一水平傾斜を測定する。好ましくは、当該傾斜センサの第三６０は鉛直方向の第二水平傾斜を測定する。
【００２６】
本発明の好適な実施の形態によると、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々は、一対のフラックスゲートセンサ４５、５５、６５を備えている。図２に概略的に示すように、好ましくは、フラックスゲートセンサ４５、５５、６５の各対は、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々を形成するように互いに対して離れて間隔を維持している。本発明の好適な一実施の形態によると、当該傾斜センサのＸ軸センサ５０は棒２５の軸に沿って配置され、当該傾斜センサのＹ軸センサ４０は棒２５の軸に対して横に配置され、当該傾斜センサのＺ軸センサ６０は棒２５の軸に対して前に配置されている。
【００２７】
図１に示すように、本発明の包括的な実施の形態によると、ポータブルセンサ群３０は棒２５内に配置される。本発明の好適な本実施の形態によると、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々は、棒２５の一端部に設けられた第一フラックスゲートセンサ４５、５５、６５と、棒２５の他端部に設けられた第二フラックスゲートセンサ４５’、５５’、６５’と、を有している。
【００２８】
操作者が検知器２０を支持するのを補助するために、棒２５、信号出力装置７０、あるいは、他の特別に重いまたは扱いにくい検知器２０の構成部品が、ネックストラップ（首かけひも）に装着され得る。更に、操作者を楽にするように、取っ手２７が検知器２０に沿って配置され得る。
【００２９】
図３に示すように、本発明の好適な一実施の形態における検知器２０は、棒２５の底部にあるグラジオメータチューブ３５内に設けられた傾斜センサ４０、５０、６０を含み得る。本発明の好適な一実施の形態によると、グラジオメータチューブ３５は、約１２インチの長さであり、その結果、フラックスゲートセンサ４５、５５、６５及び４５’、５５’、６５’の各対の間で約１２インチの分離を生じている。操作者と地面とに対してのグラジオメータチューブ３５の正しい配置を容易にするために、グラジオメータチューブ３５は棒２５に対して回転可能に配置され得る。最大感度を保証するために、埋設された配管１０を探索する間、グラジオメータチューブ３５は地面近くに配置されるべきである。
【００３０】
好ましくは、検知器２０は、アルミニウム棒や管状ストックのような軽くて耐久性のある材料から製造される。検知器２０の主シャシは、断面が四角い支持チューブまたは棒２５と、当該支持チューブの一端に接続された円筒状電池区画と、他端から支持されるグラジオメータチューブ３５と、を備え得る。
【００３１】
好ましくは、グラジオメータチューブ３５は、磁場センサ信号を処理しそれらをデジタル化し好ましくは信号出力装置７０内に設けられた主プロセッサー回路基板に高速で伝達する３つの別々のプリント回路基板を含む。好ましくは、グラジオメータチューブ３５は水密性であり、グラジオメータ３５を検知器２０の主シャシに配線するために防水の４ピンコネクタが用いられ得る。
【００３２】
検知器２０は電池、例えば検知器２０の上部に搭載された６個の「Ｃ」セル電池、を用いて電力供給され得る。これは、電池ぶたをはずして、６個のセル電池を電池区画内に正極端子が区画内に面する状態で押し入れることにより達成され得る。
【００３３】
信号出力装置７０の詳細図が図４に示されている。調整ボタン（ｃｏｎｔｒｏｌｓ）とディスプレイ（ｄｉｓｐｌａｙ ）との特定の配置が示されているが、本発明により考えられる調整ボタンとディスプレイとの組合せは多数あり、ここに記載の調整ボタンの１つ以上を追加または削減することを含んでいる。信号出力装置７０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）８０と検知器調整ボタン７５とを含み得る。
【００３４】
図３、及び、より詳細に図４に示すように、信号出力装置７０は、好ましくは、ＬＣＤディスプレイ８０と、好適な一操作モードでは、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々により生成される出力信号の棒グラフと、を含む。好ましくは信号出力装置７０は、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々により検出される磁気特性図の大きさを表示する。更に、信号出力装置７０は、３つの傾斜センサ４０、５０、６０の各々により検出される磁気特性図の方向を表示する。
【００３５】
本発明の他の好適な実施の形態によると、測定および検出中に（配管検知器のような）検知器２０の位置を認定するために、地図作成手段９０が信号出力装置７０に接続される。地図作成手段９０は、自動位置情報を提供するための赤外線三角測量信号、あるいは、信号出力装置７０に接続されたグローバルポジショニングシステムを備え得る。
【００３６】
ポート８５は、デスクトップまたはラップトップのコンピュータのようなデータ処理装置にデータを送るために、信号出力装置７０に接続され得る。ポート８５は、信号出力装置に一体的に接続されるシリアルデータポートを備え得る。
【００３７】
傾斜センサ４０、５０、６０に関連する３つの出力が存在するため、これらの出力を表示するための従来の方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を表すために３つの棒グラフを用いてきた。当該表示モードは、必須ではないが、好ましくは検知器２０において実行される。しかし、データの視覚的解釈を改善するために、２つの「飛点」表示モードが検知器２０に組み込まれ得る。利用者は、図４に示す信号出力装置７０のモードスイッチ７７を押すことにより、棒グラフモードと１つ以上の飛点表示モードとの間で交互に選択することができる。
【００３８】
好ましくは、飛点表示モードは、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、測定磁界ベクトルの方向を表すために、丸い点を用いる。点の大きさは磁場の大きさを表す。第一飛点モードは、ＸおよびＹ磁気信号を用いて点を位置決めする。ＹはＬＣＤディスプレイ８０上の上／下軸を表し、ＸはＬＣＤディスプレイ８０上の左右軸を表す。飛点の大きさは、全磁界の大きさにより決められる。磁界の極性（陽または陰）は、塗りつぶされた点（＋磁界）あるいは塗りつぶされていない点（−磁界）のいずれかを用いて示され得る。第二飛点モードは、Ｘ軸のかわりに上下軸においてＺ軸を表示する。このモードでは、点の大きさはＸ軸信号の大きさによって決められる。
【００３９】
コンピュータマウス変動残光ディスプレイにおいて実行されるのとまさに同じ方法で、残光をその存在に加えることにより、メモリが飛点表示の中に組み込まれ得る。メモリ特徴は、それにより（例えば検知器を左右に揺らすことにより）拡張された空間に引き継がれる磁気信号の複数測定値が同時に見られるようにできるため、飛点法の重要な要素である。
【００４０】
飛点モードの方が棒グラフ出力よりも解釈しやすいことの重要な理由は、検知器２０が配管１０上を左右に動かされる時の点の特徴的な動きによる。例えば、検知器２０が埋設された配管１０に垂直に（かつその上を）左右に動かされると、飛点（第一飛点モード）は典型的には弧を描く。検知器２０が配管１０に沿って動かされると、その弧は残るが、それはディスプレイの上部で大きい状態からディスプレイの横で大きい状態へ、そして、ディスプレイの下部で大きい状態へ、と移行する。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、検知器２０が左右に揺らされる間に配管１０の長さが横切られた時に、埋設された配管１０上で出会う一連の典型的な飛点パターンを示している。
【００４１】
図４に示す好適な実施の形態によると、調整ボタン（ｃｏｎｔｒｏｌ ）の中に検知器２０の操作を補助する２つの押しボタンがある。「ＲＮＧＥ  ＵＰ」と「ＲＮＧＥ  ＤＮ」スイッチ７１、７３は、検知器２０の感度を増大および／または減少するのに用いられ得る。好ましくは、検知器２０が起動する時、（最大測定限界＝８０００ｎＴのような）最低感度に、典型的には探索を開始するのに良好な範囲内に、デフォルト（初期設定）する。「ＲＮＧＥ  ＵＰ」スイッチ７１を押下することにより、感度は２Ｘ、５Ｘ、および／または、１０Ｘのような増分で増大される。より高い感度は、深く埋設された配管１０を発見するのに有用である。
【００４２】
検知器の電力とスピーカーの音量は、図４に示すようなポテンショメータ７９により制御され得る。検知器２０が起動される時、メッセージサインがＬＣＤディスプレイ８０に表示され得る。初期化の後、検知器２０は飛点モード１にて動作を開始する。モードスイッチ７７は、表示モード間を切り替えるのに使用することができる。押下する毎に、検知器２０のモードを次の通り、つまり、飛点モード１、棒グラフモード、飛点モード２、に変更し得る。
【００４３】
零スイッチ７６により、検知器２０の出力を零にすることができる。これは、検知器２０が傾斜の低い領域に配置される時になされるべきである。典型的には、利用者が探索方向を変えると、センサ出力上に小さなオフセットが生じる。これはグラジオメータバランスが完全ではないという事実による。直線方向に探索する時は、探索が進行するにつれての傾斜センサ４０、５０、６０からの出力が穏やかな（すなわち変化しない）時に、検知器２０を零にすることがしばしば望まれる。これにより、非常に小さい異常さえをもより簡単に認識できるようになる。
【００４４】
本発明の好適な一実施の形態によると、信号出力装置７０上の軸つまみ８１は、ＬＣＤディスプレイ８０の回転位置をロック解除するのに使用できる。軸つまみ８１が引き抜かれた時、ＬＣＤディスプレイ８０は左右に回転可能である。これにより、ＬＣＤディスプレイ８０は、探索の間より簡単に見られることができる。ＬＣＤディスプレイ８０の９０°の回転により、検知器２０は平たい運搬ケースに簡単に収納できる。
【００４５】
磁界において検知器２０を使用すると、効果的な表示方法が飛点モード１であることがわかる。これは、典型例では、検知器２０の上／下（Ｘ）軸がＬＣＤディスプレイ８０上に左右軸として表示されるという事実による。埋設された配管１０により生成されるＸ軸磁界は水平磁界の強さの２倍であり、従って、当該磁界を軸として表示することが有用である。飛点モード２も興味深い表示を生じるが、水平（ＹとＺ）配管特性図のみを軸として表示するので、配管特性図をクラッターから分けるのには、飛点モード１に比べるとあまり効果的ではない。
【００４６】
上述のように、検知器２０内の電子機器は４つの別々のプリント回路基板を含み得る。好ましくは３つのプリント回路基板は、グラジオメータチューブ３５内に収容されており、１つは低磁力計信号を処理するプリント回路基板であり、１つは高磁力計信号を処理するプリント回路基板であり、１つは磁力計信号の減算、Ａ／Ｄ変換、および、グラジオメータチューブ３５からのシリアル伝送ができるプリント回路基板である。
【００４７】
高低の磁力計処理基板は同一であり得る。減算およびＡ／Ｄ変換プリント回路基板は、（例えばＡＴＭＥＬ  ＡＴＭＥＧＡ１０３プロセッサを用いて）好ましくはマイクロプロセッサ制御され、好ましくは信号出力装置７０に設けられた主システムマイクロプロセッサと高速シリアルリンクにより通信する。
【００４８】
上記に簡単に述べたように、ＬＣＤを搭載した主ＰＣ基板とグラジオメータチューブ３５との配線は、４つの導線と防水コネクタとを用いて達成され得る。本発明の好適な一実施の形態によると、コネクタのピンアウトは以下の通り、つまり、Ａ  ＋Ｖｉ、Ｂ  接地、Ｃ  シリアル出力、Ｄ  使用せず、である。
【００４９】
好ましくは、主システムプリント回路基板は信号出力装置７０内に設けられている。主システムプリント回路基板はグラジオメータチューブ３５からのシリアル伝送を受信し、磁気信号の飛点表示および棒グラフ表示を生成するために当該データを処理する。また、主システムプリント回路基板は、調整ボタン７５からの入力を監視し得て、当該調整ボタンが操作される時に調整ボタンのアルゴリズムを実行する。
【００５０】
システムソフトウエハは、１）グラジオメータマイクロコードと、２）主プロセッサコードと、を含む別々のパッケージを備え得る。本発明の好適な一実施の形態におけるグラジオメータコードと主プロセッサコードとはＣコンピュータ言語で書かれている。
【００５１】
本発明の好適な一実施の形態によると、ハンドヘルド三軸検出器２０の仕様は、磁気ノイズレベル：１００ｎＴ、グラジオメータバランス：１０００分の一、電力要件：６「Ｃ」電池、電流消費：１２０ｍＡ、電池の概算寿命：２４時間（連続稼動）、重量：６．５ｌｂｓ、大きさ：５５インチ長、ＬＣＤの大きさ：高さ３．５インチ×幅４．５インチ、雨天で稼動可能なように耐水、である。
【００５２】
埋設された配管を探索するための好適な方法は、安定して（つまり左右に揺らさず）検知器２０を持って、磁気異常を探して歩き回ることである。好ましくはグラジオメータチューブ３５は、測定信号を最大にするために、当該処理の間地面近くに維持される。異常が発見されると、好ましくは検知器２０は約３フィートの弧を描きながら左右に揺らされる。これにより、当該弧により覆われた空間上の磁気特性図が表示できる。埋設された異常が磁気配管の場合、飛点は滑らかな弧を描く。検知器２０の揺れ軸が回転するにつれ、弧は向きを変える。揺れ軸が配管に対して垂直の時、弧は左右に揺れる。この向きで配管に沿って歩くと、検知器２０が最大鉛直磁界の地点上に配置された時、弧の曲率が最大になる。
【００５３】
また、上述の即時のデータギャザリング分析とは別に、データは収集され、保存され、後に分析され得る。好ましくは、探索領域内にある埋設された磁化プラスチック配管を発見するための方法は、鉛直方向での軸傾斜と、鉛直方向での第一水平傾斜と、鉛直方向での第二水平傾斜と、における磁気特性図の大きさと方向とを、３つの傾斜センサ４０、５０、６０を有する検知器２０を用いて測定する工程を含む。好ましくは、測定値はグリッドを規定する探索領域内で収集されると共に、測定値はグリッド内の複数箇所で収集される。個別のグリッド座標からの測定値は、それから、配管１０の位置を決めるために、視覚的および／または電子的に分析される。
【００５４】
一般的に、より広い探索領域に対しては、配管位置データの干渉性は、より大きい配管信号ノイズ比をもたらす。一般的に、クラッターノイズは、かなり狭い探索区域上を除いて干渉性ではない。これは埋設された鉄配管に対してもあてはまっている。これらの配管により生成される主な磁気信号は、その永久磁性によるものである。この磁化は、通常大きさと方向とについてランダムであり、広い領域で合計すると、等しい陽性と陰性の特性図により打ち消しあう傾向にある。
【００５５】
選択された探索領域上のデータは、グリッドを設定して各グリッド地点でデータを収集することによりギャザリングされる。当該方法の結果、配管パターン認識アルゴリズムを利用可能にするための正確なデータが取得される。自動連続読取システムが当該方法には必要である。好ましくはナビゲーションシステムが検知器内に組み込まれている。ナビゲーションシステムにより、磁気配管データは探索領域における位置に自動的に結びつけられる。本発明の好適な一実施の形態では、Ｒ．Ｆ．または赤外線三角測量信号を用いたローカルナビゲーションシステムが、自動位置情報を提供するために用いられる。グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）も、１フィートよりもよい正確さで高速に位置情報を提供するために用いられ得る。
【００５６】
グリッドパターンモードを用いる時に使用される一般的な手順は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、関心のある探索領域上にグリッドパターンを配列することである。１または２フィート毎のグリッドパターンの交点は典型的な間隔を表す。グリッドを配列した後、検知器２０は体系的に各グリッド地点まで移動され、各地点において、操作者は検知器２０のボタンを押すこと等によりデータの記録を開始する。好ましくは、データは、線を横切り各グリッド地点において好ましくは１または２フィート毎にデータを記録することによってギャザリングされる。そして、操作者は、好ましくは更に１または２フィートだけ隣のグリッド地点に向けて横に動き、開始グリッド線に到達するまでデータギャザリング処理を再開する。操作者は、本発明の好適な一実施の形態における第二ボタンを押下することで信号を検知器２０に送信することにより、隣の新しい線の始まりを示す。
【００５７】
本発明の好適な一実施の形態では、グリッド配列は１から２フィートの間隔をおかれた約６−１０行から成る。各行に沿って、データは約１００フィートに対して２フィートの間隔でギャザリングされる。上述の方法でデータをギャザリングした後、収集データを検知器２０からパーソナルコンピュータにダウンロードするために、検知器２０はシリアルポートを介してパーソナルコンピュータに接続され得る。
【００５８】
検知器２０の性能を評価するために、いくつかのテストが行われた。そのままでは磁気のない領域に埋設された磁気プラスティック配管の磁気特性図を決めるために、配管テストが実施された。１００フィートの長さで７％のストロンチウムフェライトをドープされたプラスティック配管が、それぞれ、２フィート、３フィート、４フィート、５フィートの深度に埋設された。そして、グリッドが各深度の配管上に配列され、磁気特性図の精密測定がなされた。データはその後収集され得るが、それは、データ収集地点と、Ｘ、Ｙ、Ｚ磁場と、Ｘ、Ｙ、Ｚ傾斜信号と、からグリッド地点を認定することを含む。一般的に、Ｙ傾斜データは上方向データであり、Ｘ傾斜データは横方向データであり、Ｚデータはデータパスに沿った傾斜を表す。そして、配管特性図が展開され得る。
【００５９】
検知器２０をいくつかの異なる場所に持って行き測定グリッドを構築することにより、環境テストが行われた。データは、各グリッド交差線において取得された。グリッドは、典型的には１００フィート長の１２フィート幅であり、一般的に上述の磁気配管データグリッドに整合するようにとられた。当該方法でデータを取得することにより、配管データと様々な配管環境位置からのデータとの重ね合わせが可能であった。
【００６０】
カスタムソフトウエアが開発されない場合、ＭＡＴＨＣＡＤ（商標）のような標準描画プログラムが、検知器２０からギャザリングされた配管位置データを描画するために用いられ得る。これらのようなプログラムにより、かなり精細な描画が短期間に獲得できる。三次元描画ルーチンが、一般的に最良の結果を与える。
【００６１】
検知器２０のテストの間、既知の環境データがいくつかの位置でギャザリングされる。そして実際の配管データが環境データに重ねられ得る。このデータの合成を行う前に、個別のＸ、Ｙ、Ｚ配管と環境データとは、それらの間の既知の関係に従って、それら信号の位相をシフトすることにより合成され得る。
【００６２】
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸データを合成する方法は、配管方位に関して何らか知見があればより簡単になる。当該情報がない場合、様々な方向に対して配管方位の試行仮定を用いることにより、処理アルゴリズムがデータを合成する。例えば、０°（北）、４５°、９０°、１２０°、３３０°、３６０°に対する試行解が評価される。データを合成した後、配管の周期特性図が全試行解に対して探索される。最良の配管特性図相関を生成する解は、配管の存在だけでなく配管方位をも示す。
【００６３】
ある簡単な配管特性図の改良方法を試すために、合成データは孤立スパイクを取り除くように処理され得る。実際の配管から生じ得るには大きすぎるスパイクは取り除かれる。スパイクを取り除いた後、合成ノイズは減少され得る。そして合成配管データ加算処理をされた環境データは、重ねられて、明瞭な配管特性図に成り得る。
【００６４】
配管が更に埋設されるにつれて、その信号は小さくなり発見するのがより困難になる。例えば、５フィートの深度では、信号は２フィートの深度の時の約５倍小さい。
【００６５】
本発明の好適な実施の形態による検知器２０は、埋設された７％ストロンチウムフェライトプラスチック配管を少なくとも約６０％の回数において埋設深度３フィートに対して検出可能である。２フィートの埋設深度に対しては、同配管は少なくとも約８０％の回数で発見でき、一方、４フィートの埋設深度に対しては、同配管は少なくとも約４０％の回数で発見できる。
【００６６】
検知器２０に対するいくつかの改善の結果、より良好でより簡単な収集データとなり得る。操作者の疲労を和らげるために、検知器２０は軽量化され得る。様々な高さの操作者に用いられる時に検知器２０が地面付近に位置することを保証するために、長さを調整できるという特徴が検知器２０に組み込まれ得る。ソフトウエアは、追加の飛点モードを含むことにより改善され得る。保守性と記憶性能は、グラジオメータチューブ３５と信号出力装置とを棒２５から切断可能にすることにより改善され得る。電子回路設計は、スピーカードライブ回路を検知器２０の本体に設けられた小さく新しいＰＣ基板に移すことにより改善され得る。これにより、スピーカー音量とオン／オフ調整ボタンも本体に移され得ると共に、左利きと右利きとの利用者に同等に利用されることができる。電子回路の複雑さと電流消費とは、ＬＣＤモジュールとグラジオメータモジュールとの間でＴＴＬ通信レベルを用いることにより減じ得る。配管の深度を測定する機能が、検知器ソフトウエア内に組み込まれ得る。最後に、磁気配管だけではなく、トレイサーワイヤ、金属配管、傾斜掘りヘッド（ゾンデ伝送ではない、磁気ヘッドの検出）をも発見する機能を組み込むことによって、検知器２０はより「汎用的な」道具として設計され得る。
【００６７】
前記明細書においては、本発明はある好適な実施の形態に関して記載されており、多くの詳細が説明のために述べられてきたが、本発明は実施の形態を追加でき、ここに記載されたある程度の詳細は本発明の基本原理から離れることなくおおいに変更できることは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の好適な一実施の形態による検知器の概略図である。
【図２】
図２は、本発明の好適な一実施の形態による３つの傾斜センサの概略図である。
【図３】
図３は、本発明の好適な一実施の形態による検知器の側面図である。
【図４】
図４は、本発明の好適な一実施の形態による信号出力装置の正面図である。
【図５】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、本発明の好適な一実施の形態による検知器により生成された一連のパターンを示す。
【図６】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の好適な一実施の形態による検知器を用いてデータをギャザリングするために用いられる、低解像度グリッドと高解像度グリッドとをそれぞれ示す。
【国際公開パンフレット】
2004518946.tif 000003
2004518946.tif 000004
2004518946.tif 000005
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2004518946.tif 000025
2004518946.tif 000026
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518946.tif 000027
2004518946.tif 000028
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518946.tif 000029
2004518946.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月26日(2002.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器であって、
磁気特性図を検出するための一つのポータブルセンサ群であって、前記ポータブルセンサ群は３つの傾斜センサからなり、当該３つの傾斜センサの各々は磁気特性図の大きさと方向との両方を独立に測定するようになっており、前記傾斜センサの第一は鉛直方向における軸傾斜を測定し、前記傾斜センサの第二は鉛直方向における第一水平傾斜を測定し、前記傾斜センサの第三は鉛直方向における第二水平傾斜を測定する、というポータブルセンサ群と、
前記３つの傾斜センサの各々に接続された信号出力装置と、
を備えたことを特徴とする機器。
【請求項２】
前記３つの傾斜センサの各々は、一対のフラックスゲートセンサを有していることを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記ポータブルセンサ群は、センサ棒の中に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項４】
前記３つの傾斜センサの各々は、センサ棒の一端部に設けられた第一フラックスゲートセンサと、センサ棒の他端部に設けられた第二フラックスゲートセンサと、を有している
ことを特徴とする請求項３に記載の機器。
【請求項５】
前記信号出力装置は、液晶棒グラフ表示部を含んでいること
を特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項６】
前記信号出力装置は、前記３つの傾斜センサの各々により検出された磁気特性図の大きさを表示する
ことを特徴とする請求項５に記載の機器。
【請求項７】
前記信号出力装置は、前記３つの傾斜センサの各々により検出された磁気特性図の方向を表示する
ことを特徴とする請求項５に記載の機器。
【請求項８】
測定および検出中に当該機器の位置を確認するための、前記信号出力装置に接続された地図作成手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１の機器。
【請求項９】
前記地図作成手段は、自動位置情報を提供するための赤外線三角測量信号を有している
ことを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記地図作成手段は、前記信号出力装置に接続されたグローバルポジショニングシステムを有している
ことを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１１】
データをデータ処理装置に送るための、前記信号出力装置に接続されたポートを更に備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項１２】
前記ポートは、前記信号出力装置に一体的に接続されたシリアルデータポートを備えている
ことを特徴とする請求項１１に記載の機器。
【請求項１３】
前記信号出力装置は、首かけひもに装着されている
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項１４】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器であって、
磁気特性図を検出するためのポータブルセンサ棒であって、前記センサ棒は３つの傾斜センサからなる一つのセンサ群を有し、当該３つの傾斜センサの各々は磁気特性図の大きさと方向とを独立に測定するようになっており、
前記３つの傾斜センサは、前記センサ棒に沿って第一位置に設けられた第一フラックスゲートセンサと、前記センサ棒に沿って第二位置に設けられた第二フラックスゲートセンサと、を有し、
前記傾斜センサの第一は鉛直方向における軸傾斜を測定し、前記傾斜センサの第二は鉛直方向における水平傾斜を測定し、前記傾斜センサの第三は鉛直方向における第二水平傾斜を測定する、というポータブルセンサ棒と、
前記３つの傾斜センサの各々に電気的に接続された信号出力装置と、
を備えていることを特徴とする機器。
【請求項１５】
埋設された磁化プラスチック配管を探索領域内で発見するための方法であって、
鉛直方向の軸傾斜と、鉛直方向の第一水平傾斜と、鉛直方向の第二水平傾斜と、における磁気特性図の大きさと方向とを、３つの傾斜センサからなる一つのセンサ群を有する機器を用いて測定する工程
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１６】
グリッドを有する探索領域において、測定値を収集する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記グリッド内の複数地点において、測定値を収集する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
プラスチック配管の位置を決定するために独自のグリッド座標から測定値を分析する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
磁気的に検出可能な物体の磁気特性図を、ある距離だけ離れて測定及び検出するための機器であって、
磁気特性図を検出するためのポータブルセンサ棒であって、前記センサ棒は３つの傾斜センサを有し、当該３つの傾斜センサの各々は磁気特性図の大きさと方向とを独立に測定するようになっており、前記傾斜センサのＸ軸センサは前記ポータブルセンサ棒の軸に沿って配置され、前記傾斜センサのＹ軸センサは前記ポータブルセンサ棒の軸に対して横方向に配置され、前記傾斜センサのＺ軸センサは前記ポータブルセンサ棒の軸に対して前方向に配置されている、というポータブルセンサ棒と、
前記３つの傾斜センサの各々に接続された信号出力装置と、
を備えたことを特徴とする機器。
【請求項２０】
前記３つの傾斜センサの各々は、前記ポータブルセンサ棒の各端に配置された２つのフラックスゲートセンサを有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記信号出力装置は、当該信号出力装置が３つの傾斜センサにより生成される各信号を表す棒グラフを表示する、棒グラフモードを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【請求項２２】
前記信号出力装置は、当該信号出力装置が３つの傾斜センサのうちの２つにより生成される信号に基づいて測定された磁界ベクトルの方向を表す点を表示する、飛点モードを更に有している
ことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【請求項２３】
前記信号出力装置に対して配置され、少なくとも二つの飛点モード間を切り替えるモード選択スイッチ
を更に備えたことを特徴とする請求項２２に記載の機器。
【請求項２４】
前記少なくとも２つの飛点モードは、前記点が前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサとにより生成される信号に基づいて配置される第一飛点モードと、前記点が前記Ｙ軸センサと前記Ｚ軸センサとにより生成される信号に基づいて配置される第二飛点モードと、を含んでいる
ことを特徴とする請求項２３に記載の機器。
【請求項２５】
前記第一飛点モードにおける前記点の大きさは、前記３つの傾斜センサにより生成される全磁場の大きさにより決定される
ことを特徴とする請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
前記第二飛点モードにおける前記点の大きさは、前記Ｘ軸センサにより生成される磁場の大きさにより決定される
ことを特徴とする請求項２４に記載の機器。
【請求項２７】
前記信号出力装置に対して配置され、飛点モードと棒グラフモードとの間を切り替えるためのモード選択スイッチ
を更に備えたことを特徴とする請求項１９に記載の機器。
【国際調査報告】
2004518946.tif 000031
2004518946.tif 000032
2004518946.tif 000033