라이브 바카라 탐사를 통해 수도관 주변의 토양을 조사하는 기술 개발

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")지구 자원 및 환경 연구 부서[연구 부서 이사 Mitsuhata Yuji] Gemology Research Group 최고 연구원 Jinguji Genji는 도로 표면을 손상시키지 않고 지상을 기반으로합니다저항측정 할 수 있습니다고주파 AC 라이브 바카라 탐사장치가 개발되었습니다 이 기술은 노면 아래에 놓인 수관 주변의지면의 저항성을 측정하고 수관의 부식 위험을 추정 할 수 있습니다

최근 몇 년 동안, 노화 된 수도관의 악화 위험을 평가하기위한 기술 개발은 긴급한 사회적 문제가되었습니다 지면의 특이 적 저항이 낮을수록 수도관 부식에서 진행될 가능성이 높아집니다 도로 표면을 발굴하고 라이브 바카라 샘플을 수집하여 저항력을 측정하는 설문 조사가 있지만 비용, 시간과 노력 및 이러한 비용을 줄일 수있는 기술이 필요합니다

이번에 개발 된 기술을 사용하면 도로 표면에서지면의 상세한 저항력을 측정하고 워터 파이프의 부식 위험을 효율적으로 평가할 수 있습니다 이 기술은 빠르게 노화 된 수도관 갱신의 우선 순위를 결정하는 데 기여할 것으로 예상됩니다

이 기술에 대한 세부 사항은 7 월 19 일부터 21 일까지 도쿄 빅 시력 (도쿄 코토 쿠)에서 열리는 9 차 인프라 검사 및 유지 보수 전시회에서 발표 될 예정입니다

이번에 개발 된 장비를 사용한 도로 저항력에 대한 조사

일본의 수도관은 높은 경제 성장 기간 이래로 급격히 개발되었지만 대부분은 40 년의 법적 유용한 수명을 초과하여 빠르게 노화되었습니다 토지, 인프라, 운송 및 관광부의 추정에 따르면, 장비 갱신 비용은 2025 년에 물 지폐 수입이 적용 할 수있는 투자를 초과하여 계획된 방식으로 숙성 된 수도관을 갱신해야합니다

수도관 (철 파이프)의 부식은 라이브 바카라 환경, 특히 라이브 바카라의 저항성에 따라 달라지며 부식은 예를 들어 염분을 함유하는 낮은 저항을 함유하는 점토 라이브 바카라과 같은 진행 가능성이 높습니다 따라서 일부 지방 정부는 수도관 교체 및 수리와 같은 갱신의 우선 순위를 결정하고 땅을 청소하여 수집 된 라이브 바카라의 저항성을 측정합니다부식 조사하고 있습니다 그러나이 방법에는 물 파이프의 파이프를 노출시키기 위해 땅을 발굴 한 다음 라이브 바카라이 수집 된 후 땅을 리필하는 것과 같은 일련의 작업이 포함되어있어 수상관에 묻힌 많은 위치에서 비용, 시간 및 노력 및 부식 조사에 큰 부담이됩니다 따라서 저항력을 쉽게 측정 할 수있는 방법이 필요합니다

라이브 바카라는 지질 구조와 지구 물리학 적 특성, 얕은 지역의 지질 학적 환경을 평가하는 것을 목표로 지구 물리학 적 탐사 방법을 개발해 왔습니다 연구 개발의 일환으로 수자원 인프라 유지 보수 및 관리 기술을 개선하기위한 연구 개발의 일환으로, 우리는지면에서 도로 표면을 손상시키지 않으면 서 얕은 지상의 저항성을 측정하여 수도관 갱신의 우선 순위를 결정하기 위해 조사에 기여할 수있는 기술 개발을 수행했습니다

라이브 바카라 탐사 기술은 자원 탐사에서 토목 공학 연구에 이르기까지 지상 조사 기술에 널리 적용되었으며, 최근에는 2D 탐사에서 발전하여 지하의 특정 저항성에 대한 단면적 관점, 3D 탐사로의 3 차원 구조를 획득 할 수 있습니다 다른 한편으로, 표면으로부터의지면의 저항성을 측정하는 전형적인 라이브 바카라 탐사 방법에서, 한 쌍의 금속 전극 (쌍둥이 쌍둥이) 세트를지면에 삽입해야하고, 지상에 전류가 적용되었고, 지상 내에서 생성 된 전위의 확산은 지상에 대한 저항성을 측정하는 다른 세트의 전위 (쌍극자)와의 전위차로 감지되었다 따라서지면의 표면이 아스팔트 또는 콘크리트로 덮여 있으면 구멍을 뚫어야합니다 또한, 지표면에서지면으로 고주파 교류 전류 전력 전력을 전력하기 위해 커패시터의 원리를 적용하는 방법이 있지만, 통과 할 수있는 전류와 감지 할 수있는 전위차는 매우 작기 때문에 더 많은 전류를 통과하고 더 많은 측정을 위해 넓은 면적 또는 길이의 전극을 가질 수 있도록해야합니다 따라서, 수관이 묻힐 수 있도록 약 1m 깊이의 얕은 부위의 저항을 정확하게 측정하는 것은 어렵다

이번에 개발 된 라이브 바카라 탐사 및 측정 장치는 고주파, 수신기 및 수신 쌍극자를 전송하는 송신기 및 송신 쌍극자로 구성됩니다 (그림 1) 이번에는슈퍼 흡수성 스폰지를 사용하여, 우리는지면에 대한 접착력이 증가하고 전류 유량 용량이 높은 새로운 작은 롤러 전극을 고안했습니다 이 롤러 전극은 고주파 전류를지면으로 효율적으로 흐르는 전송 쌍극자로서 사용되었다 유사한 롤러 전극은 수신 쌍극자에 사용되며 GPS 신호는 서로 독립적으로 트랜시버 사이에 완전히 동기화됩니다직교 동기 감지매우 약한 잠재적 차이를 감지 할 수 있습니다 또한,이 라이브 바카라 탐사 및 측정 장치는 노이즈 저항성이 매우 높은 직교 동기 감지를 사용하여 신호를 감지하므로 동시에 생성되는 다양한 라이브 바카라 소음에 대한 저항력이 높습니다 롤러 모양의 전극이 사용되기 때문에 전면 및 후면 방향의 이동성 (이동성)이 개선되고 스폰지 재료 전극은 도로의 불균일과 기울기를 채우므로지면 접촉이 우수합니다

그림 1 개발 된 측정 장치 (상단) 및 롤러 전극 (하단)의 계획보기

개발 된 라이브 바카라 탐사 측정 장치를 사용하여 저항력을 측정 할 때, 전송 및 수신 쌍극자는 도로 표면에 배치되고, 수신 쌍극자 및 수신기는 정기적으로 이동하고 측정은 전송 쌍극자 I (전류 전송)과 수신 쌍극 V (전위 차이 측정) 사이에 다른 간격으로 수행된다 각 전극 간격에서 측정 된 전위차 및 전류 값에 따라 지하명백한 저항(그림 2) 그런 다음 전극 간격 및 명백한 저항력에 기초합니다역 분석도 1에 도시 된 바와 같이, 각 깊이에 대한 저항성을 결정한다 3 깊이와 저항 사이의 관계에 대한이 다이어그램에서 물관이 묻힌 깊이의 저항성이 추정됩니다 예상 저항은입니다ANSI/AWWA C105/A 215라이브 바카라 저항 값이 작 으면 (예 : 15 Ωm), 라이브 바카라이 비 저항 지점만으로 부식성이라는 것을 결정할 수 있습니다

그림 2 개발 된 장치를 사용한 측정 원리의 개념적 다이어그램 (단면보기)

이번에 개발 된 장비를 사용하여 요코스카 시티 워터 워크 국 (Yokosuka City Waterworks Bureau)과 칸 연구소 (Kan Research Institute Co, Ltd)의 협력을 통해 요코스카시 내 도시 지역에서 실제 측정이 수행되었다 측정 지점의 데이터에서 저항력은 물 파이프 바로 위에 112 ωm으로 추정되었으며 수면 아래 76 Ωm으로 추정되었다 (그림 3) 그 후, 라이브 바카라은 실제로 수관으로 파고 라이브 바카라을 모으고 실험실에서 저항성을 측정했습니다 저항력은 수관 바로 위에 819 ~ 125 Ωm이고 워터 파이프에서 591 ~ 731 Ωm이었으며, 이는 이번에 개발 된 장치를 사용하여 도로 표면의 측정 결과로부터 추정 된 저항성과 매우 유사했습니다 이러한 저항력은 ANSI 부식 평가 표준 15 Ωm 아래에 있으며, 등급만으로는 10 점을 초과하기 때문에 부식 가능성이 높은 라이브 바카라으로 판단되었습니다

그림 3 역 분석에 의한 측정 데이터에서 추정 된 저항과 깊이의 관계

또한, 이번에 개발 된 기술은 측정 지점의 깊이 방향에서 저항의 변화를 추정 할뿐만 아니라 전송 및 수신 쌍극자를 모두 움직여지면의 저항성의 2D 단면도를 추정 할 수있게한다 그림 4는 과거 요코스카시에서 수관이 조사 된 또 다른 지점에서 개발 된 장치를 사용하여 측정 및 생성 된 저항성의 단면도를 보여줍니다 수도관 주변의 라이브 바카라의 저항성은 단면적으로 볼 수 있으며, 이는 1 차원 탐사보다 더 많은 정보를 제공합니다

이전의 지상 부식 조사에는 물 파이프 파이프를 노출시키고 라이브 바카라을 모으고 수집 후 백필을하기 위해 땅을 발굴하는 것과 같은 일련의 작업이 필요했으며, 이는 상당한 노력과 비용이 필요합니다 그러나 이번에는 장치가 개발되면 측정 전 준비까지 약 30 분이 걸릴 수 있으며 측정 후 제거 후 시간과 비용이 크게 줄어 듭니다 또한, 교통량이 많았던 도로에 대한 부식 조사는 이전에 어려웠으며, 워터 파이프 업데이트의 우선 순위를 결정하는 효율성을 크게 향상시킬 것으로 예상되며, 이는 노화를 시급하게 다룰 것입니다

그림 4 저항 단면보기 설문 조사 현장의 수도관 깊이에서의지면의 특정 저항은 50 Ωm이었고, ANSI- 저항 등급 점수는 0이므로 부식의 위험은 작지만 2m 이하의 깊이는 15 Ωm 이하로, ANSI- 저항 등급은 10을 초과하여 상류가 발생했습니다

앞으로 워터 파이프를 포함한 노화 된 매장 파이프 인프라를 업데이트하는 데 우선 순위를 결정하고 합리적이고 효과적인 인프라 개발을 촉진하기위한 도구로 개발 한 기술을 개발할 것입니다 또한, 우리는 제품의 확산을 지방 정부로 홍보하고 실용적으로 만들기 위해 예를 늘리는 것을 목표로합니다 또한, 물관은 액화를 방지하기 위해 지진 내성 파이프 라인으로 업데이트되고 있습니다 이 기술은 또한 액화층의 존재 또는 부재 및 도로 표면으로부터 측정 된 특정 저항 분포로부터 층의 두께 및 깊이를 추정하기 위해 적용될 수 있으며, 따라서 액화를위한 간단한 스크리닝 기술로 개발되고있다

◆ 저항

단위 단면을 통과하는 전류까지의 단위 길이 당 라이브 바카라 저항 전도도의 역전입니다 장치는 ωm입니다 (ωcm은 수역에서 사용됩니다) 저항은 재료의 고유 한 라이브 바카라 속성으로 취급 될 수 있습니다 지면의 특이 적 저항은 종종 다공성, 채도, 통합 정도, 점토 함량 및 지하수 전도도 및지면 구조 (지하 구조)와 같은지면 매개 변수와 관련이 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 고주파 AC 라이브 바카라 탐사

전형적인 라이브 바카라 탐사에서, 금속 전극은지면에 삽입되고 DC 전류가 번갈아 가며 (DC 전류의 극성을 주기적으로 전환하는 정사각형)는지면을 통해 흐르면 조사된다 대조적으로, 고주파 AC 라이브 바카라 탐사에서, 라이브 바카라 탐사는 약 20kHz의 고주파 AC를 사용하여 커패시턴스 전극 (지면에 설치할 수있는 전극)을 사용하여 수행된다 일반적으로, 커패시턴스 전극은 지표면에서 절연 된 금속 플레이트로 만들어집니다 고주파 AC 전압이 금속 플레이트에 가해지면지면과지면 사이에 충전이 저장되어지면과 금속 플레이트 사이에 커패시터가 형성됩니다 이 커패시터의 커패시턴스 성분을 활용함으로써 전류는지면을 통과하고 라이브 바카라 탐사가 수행됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 부식성 조사

이것은 라이브 바카라 부식을 평가하는 설문 조사이며, 미국에서 설립 된 ANSI/AWWA C105/A215에 따른 라이브 바카라 부식 평가 기준은 종종 일본에서 사용됩니다 부식 조사에서, 묻힌 파이프에 사용되는 강관의 부식 평가에 응답하여, 매장 된 파이프 깊이 근처의 라이브 바카라을 분석하고 라이브 바카라은 부식성 라이브 바카라인지 여부를 결정하기 위해 평가됩니다 ANSI를 사용한 평가 기준은 결과를 디지털화하고 전체 점수를 사용하여 라이브 바카라의 특이 적 저항성, pH, 산화 감소 전위, 수분 및 황화물 결정 결과를 평가하는 것입니다 ANSI를 기반으로 한 평가 기준 중에서 저항력은 15 Ωm 이하이며 부식성 라이브 바카라만으로 판단 될 수있는 10 점에 도달하여 부식성 라이브 바카라에 대한 중요한 평가 기준입니다[참조로 돌아 가기]

◆ 슈퍼 흡수제 스폰지

기존의 우레탄 스폰지와 비교하여 매우 친수성 인 스폰지, 부피의 90%를 초과하는 마이크로 포어로 인한 모세관 작용으로 인해 매우 높은 수분 흡수 및 물 보유를 나타냅니다 흡수되면 유연성과 탄력성이 높으며 약간의 불균일 한지면에 부착 될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 직교 동기 감지

이것은 무선 통신에 사용되는 기술이며 매우 작은 신호를 추출 할 수있는 탐지 방법입니다 송신기로부터 방출되는 전송 신호와 90 도의 위상을 갖는 신호와 동일한 주파수 및 위상을 갖는 동기화 신호 및 위상을 갖는 동기화 신호는 수신기로부터 수신 된 신호를 곱하고, 고주파수 구성 요소는 전송 된 웨이브와 정당한 주파수를 갖는 신호를 추출하여 곱하기 신호로부터 고주파수 구성 요소가 곱해진다[참조로 돌아 가기]

◆ 겉보기 저항

지하 지층이없는 균일 한 접지 (저항 구조)를 가정 한 측정 된 라이브 바카라 저항 값으로부터 결정된 특이 적 저항[참조로 돌아 가기]

◆ 역 분석

명백한 저항과 같은 관찰 된 값의 원래 저항 모델과 같은 물리적 모델을 계산하는 분석 방법 이것은 물리적 모델을 설정하고 모델을 최적화하여 명백한 저항력과 물리적 모델로부터 결정된 관찰 된 값과 같은 이론적 값의 차이가 최소화되는 분석 방법입니다[참조로 돌아 가기]

◆ ANSI/AWWA C105/A215

미국 국가 표준 "연성 철 파이프 시스템에 대한 폴리에틸렌 집적"은 철 파이프에 대한 라이브 바카라 부식을 평가하는 표준을 제공합니다 이 표준은 또한 일본에서 물관이 매장되고 부식성이 있는지 테스트하는 라이브 바카라을 분석하기위한 지표로 사용됩니다 라이브 바카라의 특이 적 저항성, pH, 산화 감소 전위 (산화 환원 전위), 수분 및 황화물 결정을 분석하고, 측정 결과는 ANSI를 사용한 평가 기준에 따라 점수로 변환되고 전체 점수에 따라 평가된다
ANSI 점수는 표 1에 표시된대로 할당되며, 총 점수가 10 이상인 경우 부식성 라이브 바카라으로 간주되며 폴리에틸렌 슬리브 방법은 워터 파이프를 설치할 때 부식성 측정을 고려하는 데 사용됩니다 이 평가 기준은 수도관을 설치할 때 부식 평가 기준이지만 수도관 부식을위한 표준 평가 기준으로 사용되며 위험 평가의 지표로도 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

설문 조사 항목 측정 값 등급 점수 저항 (ω ･ cm) 　<1500 1500-1800 1800-2100 2100-2500 2500-3000 　　 > 3000 10 8 5 2 1 0 pH 값 0 ~ 2 2-4 4-65 65-75 75 ~ 85 　  > 85 5 3 0 0 0 3 산화 환원 전위 (MV) 　 > 100 50-100 0 ~ 50 ＜ 0 0 　3.5 4 5 수분 죄송합니다 배수와 항상 젖은 좋은 배수와 일반적으로 습식 좋은 배수 및 일반적으로 건조 2 1 0 황화물 감지 트랙 not 　3.5 2 0

표 1 ANSI/AWWA C105/A215