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三軸磁気探査
三軸センサーを使用した地下埋設物調査へ

2006年9月22日に、当社の三軸センサーによる磁気探査方法
及びその装置の特許を取得しました。
特許第3858003号

□■Topic■□

 これまでのHM-3510型三軸センサーに対して、"プローブ径を縮小""探知能力のUP"を施すことで、より危険物探査に適した、『HM-4700』型三軸センサーを開発しました。

カタログのダウンロード⇒

■三軸センサーとは?

三軸センサーとは、特定の一軸方向のみを検知する3つの磁気コイルを各軸が互いに直交するようにX方向,Y方向,Z方向に配置した磁気センサーです。
 現在、弊社で使用している2種類の三軸センサーは、鋼矢板や鋼管杭等の平面位置や根入れ深度の測定、及び従来測定不能とされていた、それら強磁性体付近の危険物探査が可能であることから実績を上げてまいりました。プローブ径が小型であり、
検知能力もより優れているため、より危険物探査向けに開発したMES-4700型と、より強磁場な環境での探査に適したHM-3510型があります。

●もちろん危険物探査にも使用できます。

■実験報告書のダウンロードはこちらから
 (3.2MB 38ページ)     

特願2003-146530
「磁気探査方法およびその装置」


■三軸磁気センサーの利点
@ A B
三方向の軸を有するため、一ヶ所の探査孔で磁性体の深度と平面位置を特定することができる センサーの有効測定範囲が広い
(±200.0μT)
移動方向の前後に三軸センサーを配置しており、その差分データを用いることで地磁気やその他磁場の影響を減少させることが出来る
●作業効率のUP
コストダウン
●鋼矢板・鋼管杭等,強磁性体
の近傍においても探査可能
■新型機(MES−4700)の主な改良点

■主な使用用途
鋼矢板や鋼管杭打設時の安全確認 ■鋼矢板や鋼管杭打設時の安全確認
・上下水道、ガス管、地中ケーブルその他構造物の位置確認

・爆弾等危険物の発見

・主に、既設鋼矢板,鋼管杭等の平面位置測定や根入れ深度測定  ※水深20m程度までは海中でも可能
■探査方法

 探査方法としては一軸型センサーを用いた鉛直磁気探査と大きく変わりませんが、異なる点としては、センサーが三方向に軸を有するため、探査中にセンサー自体の回転を防ぐため、ボーリング孔に塩化ビニル製パイプではなくアルミガイドパイプ(市販品:内径47mm)を使用します。

 まずステンレスケーシングパイプ(φ66mm)にて削孔し、その中にアルミガイドパイプを挿入後、ガイドに沿って三軸センサーをウィンチにより昇降させ磁気探査を行います。従来の一軸センサーと比較して、1つの探査孔で磁性体の平面位置を決定することが出来ます。

◆機器構成◆
@
ステンレスケーシングパイプ(削孔用)
E
電動ウィンチ
A
アルミガイドパイプ
F
三軸センサー本体部
B
三脚
G
コンピューター
C
滑車
H
発電機
D
三軸センサー
■従来の一軸型センサーとの比較
異常点の位置決定

 鉛直探査により異常物の位置を判明させるには、地表からの深度とその深度におけるセンサーからの距離(r)によります。ここでは一軸センサーと、三軸センサーの異常点の位置決定方法の大きな違いについて比較します。
従来の一軸磁気センサー
三軸磁気センサー

 ある探査孔(A地点)で異常点が検出されたとすると、その異常点は半径rAの水平面上に位置することになります。
 そこで、半径rAより少し離れた位置に探査孔Bを、さらにA,Bの解析結果を基に探査孔Cを設置し、センサーから異常点までの距離(rB,rC)を測定します。 
 その結果、異常点の位置は
rA,rB、rCを半径とする円の交点ということになります。

 まず、三軸センサーにはX軸,Y軸,Z軸があり、一軸センサーに,平面的にX軸,Y軸がプラスされた形となっています。
 そのため、ある探査孔で異常点が検出されたとすると、その位置はセンサーの
X軸からの角度(θ)と距離(r)により、平面位置を決定することができ、探査箇所は一箇所で済みます。

■出力データの違い


【従来の一軸型センサーの出力波形】

 従来の一軸型センサーは同一軸上に2個のセンサーを配置し、それぞれのセンサーが検出した磁界の強さの差分が波形として出力されます。

 出力波形としては1成分のみが取込まれ、この波形の変化を元に解析を行い『帯磁物までの距離、磁気量』を算出します。

結果としては、探査孔から算出された距離だけ離れた円周上に帯磁物が存在するとされ、上記したように方向を特定するためにはもう2箇所の探査が必要となります。


【三軸磁気センサーの出力波形】

 三軸センサーでは、X成分,Y成分,Z成分,全磁場成分を同時に計測できます。同一軸上に配置された2個のセンサーは同一方向に配置され、それぞれセンサーは独立しており信号は個別に入力されるため2種類の測定方法が可能です。

1個のセンサーのみを使用した測定
   各位置での地磁気を測定することができ、
鋼矢板,鋼管杭などの根入れや水平位置測定に有効です。
 この記録は1個のセンサーのみを使用しており、鋼管杭の根入れ測定を行ったものです。鋼矢板,鋼管杭による磁界は通常その上端,下端部分で大きく磁性が変化するため、深度18m付近に鋼管杭の下端が存在すると判断されます。

 鋼管杭の『距離、方向』については、X成分,Y成分,Z成分の相互関係により決定します。

2個のセンサーの差分データを使用した測定
    強磁性体(鋼矢板,鋼管杭など)の近辺で短尺な砲弾,爆弾などの
危険物探査
   を実施する際に有効
です。
 この波形は鋼矢板から1mの位置で深度3.3m付近に帯磁物を配置して磁気測定を行った記録ですが、的確に帯磁物を捉えています。

 これは、2個のセンサーの差分データを用いることにより鋼矢板による磁界の変化を相殺させ局所的な帯磁物のみの磁気反応を取り出すことで、帯磁物の距離,方向及び磁気量を決定します。

HM-3510 MES-4700
HM-3510に関しては、以前よりプローブ径が大型であるため、削孔箇所が多い危険物探査では、削孔に関する費用が問題視されてきましたが、これらを縮小できたことで、探査時に要する、『削孔費用』『削孔時間』を、大幅に軽減できるようになりました。

■三軸センサー(MES-4700)の仕様
検出方式
 フラックスゲート方式
分解能
0.03μT
効測定範囲
0〜±199.9μT
出力
±10V(9ch)
形状
φ40mm×1000mm
コイル間距離
50cm
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