JP2001124851A

JP2001124851A - 物体検出装置

Info

Publication number: JP2001124851A
Application number: JP30462699A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Nakauchi; 啓雅中内
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波増幅器及びサンプリングパルス発生器
に関連して回路構成を比較的簡単に且つ小型化すること
ができる物体検出装置を提供すること。【解決手段】送信アンテナ６と、受信アンテナ１０
と、受信アンテナ１０からの受信信号を増幅するための
高周波増幅器５２と、サンプリング信号を生成するため
のサンプリング信号発生器３０と、サンプリング信号に
基づいて受信信号をサンプリングするためのサンプリン
グ手段１４と、サンプリングされた信号を所要の通りに
演算処理するための信号演算処理手段３８とを具備する
物体検出装置。基準信号生成手段として機能する電圧制
御発振手段１８の制御電圧を利用して、サンプリング信
号発生器３０がサンプリング信号を生成するとともに、
高周波増幅器５２が受信信号を増幅する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波を利用し
て、埋設物等の物体の位置を検出する物体位置検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体としての地中埋設物（例えば、鉄
柱、ガス管、水道管等）を検出する物体検出装置が知ら
れている。このような物体検出装置として、本出願人
は、パルス状の信号を発生する発信器と、発信器からの
発信信号に基づいて電磁波を地中に送信する送信アンテ
ナと、地中埋設物からの反射電磁波を受信する受信アン
テナと、受信アンテナからの受信信号を所要の通りにサ
ンプリングするためのサンプリング手段と、サンプリン
グ手段によりサンプリングされたサンプリング信号を所
要の通りに演算処理して物体の位置を測定するための信
号演算処理手段とを備えたものを提案した。

【０００３】この提案した物体検出装置においては高周
波の電磁波が用いられ、受信アンテナが受信する受信信
号の信号レベルは小さく、それ故に、受信アンテナとサ
ンプリング手段との間に高周波増幅器が設けられ、受信
アンテナからの受信信号は高周波増幅器にて増幅された
後にサンプリング手段に送給される。また、サンプリン
グ手段に関連して、サンプリング信号生成するためのサ
ンプリング信号発生器が設けられ、サンプリング手段は
このサンプリング信号に基づいて高周波増幅器にて増幅
された受信信号をサンプリングする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この提案した物体検出
装置には、次の通りの解決すべき問題が存在する。一般
に、送信アンテナ及び受信アンテナから離れた位置にあ
る物体を検出するとき、その距離が大きくなるに伴って
受信アンテナの受信信号の信号レベルが小さくなる。そ
のために、この物体検出装置では、高周波増幅器は、各
測定サイクルにおいて時間の経過に伴って増幅率が大き
くなるように構成され、各測定サイクルにおいて時間の
経過に伴う信号レベルの低下を補正している。この増幅
率の変化波形（各測定サイクルにおいて経過時間と増幅
率との関係を示す波形）は、時間の経過に伴う受信信号
の信号レベルの低下の程度に応じて設定され、専用の増
幅用制御信号メモリに例えばマップとして記憶されてい
る。

【０００５】一方、サンプリング信号発生器は、高周波
増幅器にて増幅された受信信号を所要の通りにサンプリ
ングするために、所要の通りにサンプリングする毎に所
定期間遅れてサンプリング信号を生成するように構成さ
れ、このサンプリング信号の生成遅れ波形（各測定サイ
クルにおいて経過時間と遅れ時間との関係を示す波形）
は、各測定サイクルにおいて時間の経過に伴って比例的
に遅れてサンプリング信号が生成されるように設定さ
れ、専用のサンプリング用制御信号メモリに例えばマッ
プとして記憶されている。

【０００６】かくの通りに構成されているので、提案し
た物体検出装置では、増幅用制御信号メモリとサンプリ
ング用制御信号メモリの二つのメモリを必要とし、この
ことに関連して回路構成が比較的複雑に且つ大きくな
り、また製作コストが高価となる問題がある。

【０００７】また、サンプリング手段と信号演算処理手
段との間に、必要に応じてローパスフィルタ手段を設け
る場合があり、このようにローパスフィルタ手段を設け
る場合、ローパスフィルタ手段を制御するための専用の
制御用メモリが必要となり、制御用用メモリ数が更に増
えるとともに、回路構成が一層複雑になり、制作コスト
が更に上昇する。本発明の目的は、高周波増幅器及びサ
ンプリング信号発生器に関連して回路構成を比較的簡単
に且つ小型化することができる物体検出装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、検出する物体
に向けて電磁波を発信するための送信アンテナと、物体
から反射された電磁波を受信するための受信アンテナ
と、前記受信アンテナからの受信信号を増幅するための
高周波増幅器と、受信信号を所要の通りにサンプリング
するサンプリング信号を生成するためのサンプリング信
号発生器と、前記高周波増幅器にて増幅された受信信号
を前記サンプリング信号に基づいてサンプリングするた
めの前記サンプリング手段と、前記サンプリング手段に
よりサンプリングされた信号を所要の通りに演算処理し
て物体の位置を測定するための信号演算処理手段とを具
備し、前記サンプリング信号発生器及び前記高周波増幅
器に関連して、所定波形の基準信号を生成する基準信号
生成手段が設けられ、前記基準信号を利用して前記サン
プリング信号発生器が前記サンプリング信号を生成する
とともに、前記高周波増幅器が前記受信信号を増幅する
ことを特徴とする物体検出装置である。

【０００９】本発明に従えば、基準信号を生成する基準
信号生成手段が設けられ、サンプリング信号発生器はこ
の基準信号を利用してサンプリング信号を生成し、また
高周波増幅器はこの基準信号を利用して受信アンテナの
受信信号を増幅する。従って、基準信号生成手段を設け
るという簡単な構成でもってサンプリング信号を所要の
通りに生成することができ、また受信アンテナの受信信
号を所要の通りに増幅することができる。尚、この基準
信号生成手段は、例えば、経過時間と電圧との関係をマ
ップとして記憶する記憶手段等から構成することができ
る。

【００１０】また、本発明では、前記基準信号生成手段
と前記高周波増幅器との間に波形変更回路が設けられ、
前記基準信号生成手段からの前記基準信号は前記波形変
更回路によって波形変形された後に前記高周波増幅器に
送給され、前記サンプリング信号発生器は前記基準信号
生成手段からの前記基準信号に基づいて前記サンプリン
グ信号を生成し、前記高周波増幅器は、前記波形変更回
路にて波形変更された変更基準信号に基づいて前記受信
信号を増幅することを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、基準信号生成手段と高周
波増幅器との間に波形変更回路が設けられ、基準信号生
成手段からの基準信号は波形変更回路にて波形変更され
た後に高周波増幅器に送給される。このように構成した
とき、基準信号生成手段によって生成される基準信号は
所定のサンプリング信号を生成するのに適した信号であ
り、サンプリング信号発生器はこの基準信号に基づいて
サンプリング信号を生成しする。また、基準信号生成手
段からの基準信号は波形変更回路にて波形変更されて高
周波増幅器にて所定の増幅を行うのに適した信号とな
り、高周波増幅器は変更基準信号に基づいて受信信号を
増幅する。従って、高周波増幅器の前に波形変更回路を
設けるという簡単な構成でもって、基準信号を利用して
所定のサンプリング信号を生成することができるととも
に、高周波増幅器によって受信信号を所要の通りに増幅
することができる。

【００１２】また、本発明では、前記基準信号生成手段
と前記サンプリング信号発生器との間に波形変更回路が
設けられ、前記基準信号生成手段からの前記基準信号は
前記波形変更回路によって波形変形され、前記高周波増
幅器は前記基準信号生成手段からの前記基準信号に基づ
いて前記受信信号を増幅し、前記サンプリング信号発生
器は前記波形変更回路にて波形変更された変更基準信号
を利用してサンプリング信号を生成することを特徴とす
る。

【００１３】本発明に従えば、基準信号生成手段とサン
プリング信号発生器との間に波形変更回路が設けられ、
基準信号生成手段からの基準信号は波形変更回路にて波
形変更され、サンプリング信号を生成する際にこの波形
変更された変更基準信号が利用される。このように構成
したとき、基準信号生成手段によって生成される基準信
号は受信信号を増幅するのに適した信号であり、高周波
増幅器はこの基準信号に基づいて受信アンテナからの受
信信号を所要の通りに増幅する。また、基準信号生成手
段からの基準信号は波形変更回路にて波形変更されて所
定のサンプリング信号を生成するのに適した信号とな
り、サンプリング信号発生器は変更基準信号を利用して
サンプリング信号を生成する。従って、サンプリング信
号発生器の前に波形変更回路を設けるという簡単な構成
でもって、基準信号を利用して高周波増幅器によって受
信信号を所要の通りに増幅することができるとともに、
サンプリング信号発生器によって所定のサンプリング信
号を生成することができる。

【００１４】また、本発明では、前記基準信号生成手段
が生成する前記基準信号は、各測定サイクルにおいて時
間の経過に伴って電圧が大きくなり、前記高周波増幅器
は各測定サイクルにおいて時間の経過に伴って増幅率が
大きくなることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、基準信号生成手段によっ
て生成される基準信号は、各測定サイクルにおいて時間
の経過に伴って電圧が大きくなる信号であり、このよう
な基準信号を利用することによって高周波増幅器の増幅
率は時間の経過に伴って大きくなり、受信信号の信号レ
ベルが小さくなる範囲において大きな増幅率でもって受
信信号を増幅することができる。

【００１６】また、前記サンプリング手段と前記信号演
算処理手段との間には、前記サンプリング手段にてサン
プリングされた信号の周波数帯域の高い周波数域を減衰
させるためのローパスフィルタ手段が設けられ、前記ロ
ーパスフィルタ手段は各測定サイクルにおいて時間の経
過に伴ってその時定数が多くなる時定数変化手段を備え
ていることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、サンプリング手段と信号
処理手段との間にローパスフィルタ手段が設けられ、こ
のローパスフィルタ手段の時定数変化手段は各測定サイ
クルにおいて時間の経過に伴ってローパスフィルタ手段
の時定数を大きくするので、受信するまでの時間が長く
なるにつれて高周波帯より低い周波数帯のノイズ成分が
除去され、受信信号のＳＮ比を向上させて物体の測定を
一層高精度に測定することができる。

【００１８】更に、本発明では、前記基準信号生成手段
と前記ローパスフィルタ手段との間にローパスフィルタ
用波形変更回路が設けられ、前記基準信号生成手段から
の基準信号は前記ローパスフィルタ用波形変更回路によ
って波形変更された後に前記ローパスフィルタ手段に送
給され、前記ローパスフィルタ手段は波形変更された変
更基準信号に基づいて前記サンプリング手段にてサンプ
リングされた信号の周波数帯域の高い周波数を減衰する
ことを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、基準信号生成手段とロー
パスフィルタ手段との間にローパスフィルタ用波形変更
回路が設けられ、基準信号生成手段からの基準信号はこ
の波形変更回路によって波形変更された後にローパスフ
ィルタ手段に送給される。従って、この波形変更回路に
よって波形変更されることによってローパスフィルタ手
段によってノイズ成分を除去するに適した信号となり、
ローパスフィルタ手段はこの変更基準信号に基づいてノ
イズ成分を除去し、基準信号生成手段からの基準信号を
利用してローパスフィルタ手段によって所要の通りにノ
イズ成分を除去することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に従う物体検出装置の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の物体検出装置を簡略的に
示すブロック図であり、図２は、図１の物体検出装置に
おいて生成される各種信号を示すタイムチャートであ
り、図３（ａ）〜（ｄ）は、図１の物体検出装置のサン
プリング手段によるサンプリング様式を説明するための
図である。

【００２１】図１及び図２において、図示の物体検出装
置は、発振器２，送信パルス発生器４及び送信アンテナ
６を備えている。発振器２は、例えば水晶発振器から構
成され、所定周波数の発信信号Ｐ１を生成する。この発
振器２からの発信信号Ｐ１は、例えばサイン波でよい
（図２参照）。地中埋設物８、例えば鉄柱、埋設ガス
管、埋設水道管等を高速で、かつ高精度で検出するため
には、この発信信号Ｐ１の周波数を大きくする、例えば
１ＭＨｚ以上に設定するのが望ましい。

【００２２】発振器２からの発信信号Ｐ１は、送信パル
ス発生器４に送給され、送信パルス発生器４は、発信信
号Ｐ１がゼロから立上がって所定値Ｖ１になると送信パ
ルス信号Ｐ４を生成する（図示２参照）。従って、送信
パルス発生器４によって生成される送信パルス信号Ｐ４
は、上記発信信号Ｐ１の立上がりのゼロ点から時間Ｔ１
遅れて発生される。送信パルス信号Ｐ４は送信アンテナ
６に送給され、送信アンテナ６は、この送信パルス信号
Ｐ４に基づいて電磁波を地中埋設物８に向けて発射す
る。

【００２３】物体検出装置は、また、受信アンテナ１
０、サンプリング手段１４及びサンプリング信号生成手
段１６を備えている。受信アンテナ１０は、送信アンテ
ナ６から送信された後地中埋設物８によって反射された
電磁波を受信し、受信した受信信号Ｐ５がサンプリング
手段１４に送給される。受信アンテナ１０とサンプリン
グ手段１４との間には高周波増幅器５２が配設され、受
信アンテナ１０からの受信信号Ｐ５は高周波増幅器５２
によって増幅される。この高周波増幅器５２による増幅
については後述する。

【００２４】受信アンテナ１０の受信信号Ｐ５は、地中
埋設物８から反射された電磁波の受信信号であるので、
送信パルス信号Ｐ４よりも時間遅れの信号となり（図２
参照）、この遅れ時間Ｔ２は、送信アンテナ６及び受信
アンテナ１０と地中埋設物８との距離が大きいほど長く
なる。送信アンテナ６及び受信アンテナ１０は、ボータ
イ形アンテナから構成することができる。この実施形態
では、送信アンテナ６及び受信アンテナ１０を別個の専
用アンテナから構成しているが、一つのアンテナに作動
時間を区別することによって送信アンテナ及び受信アン
テナの双方の機能を持たせるように構成してもよい。

【００２５】発振器２からの発信信号Ｐ１はサンプリン
グ信号生成手段１６にも送給される。図示のサンプリン
グ信号生成手段１６は、電圧制御発振手段１８、可変移
相回路２０、パルス化回路２８及びサンプリング信号発
生器３０から構成されている。発振器２からの発信信号
Ｐ１は可変移相回路２０に送給される。電圧制御発振手
段１８はこの実施形態では基準信号生成手段として機能
し、可変移相回路２０に送給される電圧を制御し、可変
移相回路２０は電圧制御発振手段１８からの制御電圧に
基づいて上記発信信号Ｐ１の位相を可変とする。即ち、
可変移相回路２０は、電圧制御発振手段１８からの制御
電圧が例えば大きくなるに伴って上記発信信号の位相遅
れを大きくし（換言すると、遅延時間を長くする）、そ
の制御電圧が例えば小さくなるに伴って上記発信信号の
位相遅れを小さくする（換言すると、遅延時間を短くす
る）。このような可変移相回路２０は、例えば３０〜２
００ｐＦ程度のバリキャップを５個程度組み込んだ回路
から構成することができ、このような回路において電圧
制御発振手段１８の制御電圧を例えば０〜５Ｖ変化させ
ることによって、上記発信信号Ｐ１を例えば０〜６０×
１０^−９秒（０〜６０ｎｓ）遅れ方向に移相することが
できる。電圧制御発振手段１８及びこれに関連する構成
については後述する。この可変移相回路２０は、上述し
た通りにして移相信号Ｐ２（図２参照）を生成する。こ
の移相信号Ｐ２は、上記発信信号Ｐ１が所定値Ｖ１にな
った時点から移送信号Ｐ２が所定値Ｖ２になる時点まで
の間隔が所定時間Ｔとなるうように位相が遅れた信号と
なり、可変移相回路２０に供給される制御電圧を変化さ
せることによって、発信信号Ｐ１との位相遅れ時間が制
御される。可変移相回路２０からの移相信号Ｐ２はパル
ス化回路２８に送給され、このパルス化回路２８によっ
て、移相信号Ｐ２がパルス化される。パルス化された信
号は、その後、サンプリング信号発生器３０に送給さ
れ、サンプリング信号発生器３０は、この信号に基づい
てサンプリング信号Ｐ３（図２参照）を生成する。この
実施形態では、図２に示す通り、可変移相回路２０から
の移相信号Ｐ２の出力が所定値Ｖ２になると、サンプリ
ング信号発生器３０はサンプリング信号Ｐ３を生成す
る。即ち、サンプリング信号発生器３０は、移相信号Ｐ
２の立上がりのゼロ点から所定値Ｖ２になるとサンプリ
ング信号Ｐ３を生成し、このサンプリング信号Ｐ３をサ
ンプリング手段１４に送給する。サンプリング信号発生
器３０にて生成されるサンプリング信号Ｐ３は非常に短
く、このサンプリング信号Ｐ３が生成される期間がサン
プリング期間に対応し、サンプリング手段１４はこのサ
ンプリング期間に対応して受信信号Ｐ５をサンプリング
する。

【００２６】この実施形態では、測定サイクルＭ、即ち
一つの測定データを得る期間は、複数、例えば２５６の
サンプリング区間から構成され、複数のサンプリング区
間は例えば後述する数のサンプリング期間を有してい
る。そして、サンプリング信号発生器３０からのサンプ
リング信号Ｐ３は、各測定サイクルＭにおいてサンプリ
ング区間のサンプリングが終了する毎に基準サンプリン
グ間隔Ｗ１に所定加算時間（△Ｗ）を加えただけ長くず
れて発生される。尚、このサンプリング間隔は一つのサ
ンプリング区間内においては実質上等しく、変化するこ
とはない。

【００２７】この実施形態では、次の通りにして、サン
プリング手段１４によるサンプリングが行われる。図３
をも参照して、発振器２によって生成される発信信号Ｐ
１の周波数は、例えば２０ＭＨｚに設定され、その周期
は５０ｎｓである。この周期は基準サンプリング間隔Ｗ
１（Ｗ１＝５０ｎｓ）に対応する。このような場合、一
測定サイクルＭ（第１番目のサンプリング区間Ｓ１から
第２５６番目のサンプリング区間Ｓ２５６までの期間が
一測定サイクルとなる）の間、電圧制御発振手段１８は
後述するように電圧値がステップに上昇する制御電圧を
可変移相回路２０に送給し、この形態ではサンプリング
区間の数に対応して２５６段階に上昇している。このよ
うに可変移相回路２０に送給される制御電圧が上昇する
ので、可変移相回路２０は時間の経過に伴って位相が次
第に遅れた移相信号Ｐ２を生成する。制御電圧の第１番
目のステップの時間間隔は第１番目のサンプリング区間
Ｓ１の時間長さに対応し、移相信号Ｐ２に基づいてサン
プリング信号発生器３０は複数個、この実施形態では３
９０個のサンプリング信号Ｐ３を生成する。また、制御
電圧の第２（第３、第４・・・第２５６）番目のステッ
プの時間間隔は第２（第３、第４・・・第２５６）番目
のサンプリング区間Ｓ２（Ｓ３，Ｓ４・・・Ｓ２５６）
の時間長さに対応し、移相信号Ｐ２に基づいてサンプリ
ング信号発生器３０は複数個、この実施形態では３９０
個（５５２個、６７６個・・・６２５０個）のサンプリ
ング信号Ｐ３を生成する。各サンプリング区間における
サンプリング回数（ｔ）は、例えば、ｔ＝ａ×√ｎａ：係数（ａ＝３９０．６５とする）ｎ：サンプリング区間の番号数（ｎ番目のサンプリング
区間Ｓｎの番号数を「ｎ」とする）（但し、サンプリング区間数Ｎ＝２５６、また測定サイ
クルＭにおける高周波領域での受信波数Ｒ＝１０６９６
５３とする）を利用して設定される。上述したサンプリ
ング区間Ｓの数、各サンプリング区間におけるサンプリ
ング回数ｔ、また高周波領域での受信波数Ｒは一例であ
り、発信信号Ｐ１の発信周波数、測定サイクルの間隔等
によって適宜設定される。

【００２８】サンプリングされた信号Ｐ６（図２参照）
はサンプリング手段１４から下流側に送給される。図３
（ａ）の各信号は、高周波増幅器５２の出力信号を示
し、各信号の成分ａは、送信アンテナ６から直接的に受
信アンテナ１０に受信された直接波成分であり、それら
の成分ｂは、地中埋設物８から反射して受信アンテナ１
０に受信された反射波成分である。受信アンテナ１０か
らの受信信号は高周波増幅器５２にて増幅された後に図
３（ａ）に示す信号がサンプリング手段１４に送給され
る。

【００２９】物体検出装置は、サンプリングされた信号
を処理する信号演算処理手段３８を備え、サンプリング
手段１４と信号演算処理手段３８との間に、ローパスフ
ィルタ手段５４が介在されている。ローパスフィルタ手
段５４は、周波数の低い信号成分の通過を許容するが、
周波数の高いノイズ成分の通過を阻止し、これによって
ノイズ成分を除去する。このローパスフィルタ手段５４
については後述する。物体検出装置は、更に、信号演算
処理手段３８によって処理された地中埋設物８の位置を
表示するための表示手段４０を含んでいる。信号演算処
理手段３８はメモリ４２を有し、サンプリング手段１４
からの信号Ｐ６は一旦メモり４２に保存され、信号演算
処理手段３８は、測定サイクルＭの各サンプリング区間
にてサンプリングされた信号、この実施形態では第１
（第２、第３・・・）番目のサンプリング区間Ｓ１（Ｓ
２，Ｓ３・・・）においては３９０個（５５２個、６７
６個・・・）のサンプリング信号を平均化処理し、その
後各サンプリング区間の平均化した信号を所要の通りに
演算処理し、このような処理により形成された探知信号
Ｐ７は表示手段４０に送給され、探知信号Ｐ７に含まれ
た地中埋設物８の埋設位置の情報が表示手段４０に表示
され、この位置情報を見ることによって、地中埋設物の
埋設位置を容易に知ることができる。表示手段４０とし
て、ＣＲＴ（陰極線管）、液晶表示装置等を用いること
ができる。尚、この形態では、各サンプリング区間にて
サンプリングされた複数の信号をいわゆる平均化処理し
ているが、このような平均化処理に代えて積分化処理を
行うようにしてもよい。

【００３０】受信アンテナ１０からの受信信号Ｐ５のサ
ンプリングは、図３に示す通りに行われる。図３（ｂ）
に示すように、測定サイクルＭにおける第１番目のサン
プリング区間Ｓ１においては、電圧制御発振手段１８の
制御電圧が一定であるので移相信号Ｐ２の位相遅れはな
く、受信アンテナ１０からの受信信号Ｐ５は、発信器２
からの発信信号Ｐ１が所定値Ｖ１になった後所定遅延時
間Ｔ遅れた時点でサンプリング手段１４によりサンプリ
ングされ、そのサンプリング間隔は一定のＷ１であり、
サンプリングされた信号が信号処理手段３８のメモリ４
２に蓄えられる。この第１番目のサンプリング区間Ｓ１
では、サンプリング手段１４によるサンプリングが上述
したようにして３９０回繰り返し行われ、受信信号波形
の同一部分が３９０個サンプリングされる。次の第２番
目のサンプリング区間Ｓ２においては、電圧制御発振手
段１８からの制御電圧がステップ状に幾分上昇して一定
に保たれ、サンプリングの開始が第１番目のサンプリン
グ区間Ｓ１の最後のサンプリング（３９０番目のサンプ
リング）よりも所定時間ΔＴ（このΔＴは、サンプリン
グ区間が変わる際にサンプリング間隔が延長する所定加
算時間ΔＷに対応する）長くなり、受信アンテナ１０か
らの受信信号は、図３（ｃ）に示すように、第１番目の
サンプリング区間Ｓ１に続いて上記サンプリング間隔
（Ｗ＝Ｗ１＋ΔＷ）でもってサンプリングが開始され、
それ以降サンプリング間隔Ｗ１でもってサンプリングが
行われ、サンプリングされた信号がメモリ４２に蓄えら
れる。この第２番目のサンプリング区間Ｓ２では、サン
プリング手段１４によるサンプリングが上述したように
して５５２回繰り返し行われ、受信信号波形の同一部分
（第１番目のサンプリング区間Ｓ１でサンプリングした
部分に続く部分）が５５２個サンプリングされる。

【００３１】この様式においては、可変移相回路２０は
一つのサンプリング区間Ｓが終了する毎に発信信号Ｐ１
から順次所定加算時間△Ｗ（例えば０．０７ｎｓ）ずつ
遅れた移相信号Ｐ２を生成し、この移相信号Ｐ２に関連
してサンプリング信号発生器３０がサンプリング信号Ｐ
３を生成する。このようなサンプリング区間Ｓの数は２
５６あり、各サンプリング区間において受信信号のサン
プリングは設定された回数遂行される。これらのサンプ
リングされた信号はメモリ４２に蓄えられ、信号演算処
理手段３８はメモリ４２に蓄えられたサンプリング信号
をいわゆる平均化処理した後に所要のとおりに演算処理
して図３（ｄ）に示す探査信号Ｐ７を生成し、この探査
信号Ｐ７は例えば５０ｍｓ間隔に生成される。

【００３２】この物体検査装置では、上述したように、
各サンプリング区間において受信信号波形の同一部分を
複数回サンプリングし、各サンプリング区間におけるサ
ンプリング回数は時間の経過に伴って増加していくの
で、受信信号の信号レベルが小さい範囲ほどサンプリン
グ回数が多くなり、トータルのサンプリング回数を変え
ることなく信号レベルが小さい範囲ほどよりＳＮ比が向
上し、受信信号全体のＳＮ比を効果的に改善することが
できる。

【００３３】次に、図１とともに図４及び図５を参照し
て、基準信号生成手段として機能する電圧制御発振手段
１８及びそれに関連する構成について説明する。電圧制
御発振手段１８は、例えばＲＯＭから構成される制御信
号メモリ６０を有しており、このメモリ６０には図５
（ａ）に示すマップ、即ち各測定サイクルにおける経過
時間と電圧との関係が記憶され、かかる関係に基づいて
基準信号が生成される。この実施形態では、各測定サイ
クルにおいて時間の経過とともに電圧がステップ状に上
昇するように設定され、そのステップ数はサンプリング
区間に対応して２５６設けられており、電圧制御発振手
段１８はこのマップに基づいて各測定サイクルにおいて
時間の経過に伴って電圧値がステップ状に上昇する制御
電圧、即ち基準信号を生成し、この基準信号が可変移相
回路２０に送給される。従って、可変移相回路２０は、
上述したように、時間の経過に伴って発信信号の位相遅
れを大きくし、この位相遅れに関連してサンプリング信
号発生器３０はサンプリング信号を生成する。この実施
形態では、基準信号生成手段としての電圧制御発振手段
１８からの制御電圧（基準信号）が、波形変更回路６２
を通して高周波増幅器５２に送給され、高周波増幅器５
２は、波形変更回路６２によって波形変更された変更基
準信号に基づいて受信信号を増幅するように構成されて
いる。波形変更回路６２は例えば図４に示す積分回路６
３から構成され、電圧制御発振手段１８からの制御電圧
はライン６４を介して反転増幅器６５の反転入力端子
（−）に入力され、この反転増幅器６５からの出力がラ
イン６６を介して高周波増幅器５２に送給される。ライ
ン６４には抵抗Ｒが設けられ、反転増幅器６５の出力は
コンデンサＣを介してその反転入力端子（−）に戻さ
れ、また反転増幅器６５の非反転入力端子（＋）が接地
されている。波形変更回路６２としてこのような積分回
路６３を用いると、電圧制御発振手段１８からの制御電
圧、即ち図５（ａ）に示す波形の基準信号は、積分回路
６３にて積分処理されて図５（ｂ）に示す二次関数曲線
に沿うステップ状の波形信号に変更され、かく波形変更
された変更基準信号が高周波増幅器５２に送給される。

【００３４】変更基準信号は、各測定サイクルにおいて
時間の経過に伴って電圧値がほぼ二次関数的に上昇し、
かかる信号に基づいて高周波増幅器５２が受信アンテナ
１０からの受信信号を増幅する。即ち、各測定サイクル
の初期においては高周波増幅器５２に入力される電圧は
小さく、従ってその増幅率は小さいが、その終期におい
ては高周波増幅器５２に入力される電圧が大きくなり、
従ってその増幅率が大きくなる。各測定サイクルにおい
て、送信アンテナ６及び受信アンテナ１０と地中埋設物
８との距離が大きくなるほど時間を経過して検出するよ
うになり、それ故に、時間が経過するほど検出信号が小
さくなるが、上述したように高周波増幅器５２により増
幅することによって、小さい検出信号ほどより大きく増
幅されるようになり、このように増幅された信号をサン
プリング手段１４によりサンプリングした後に信号演算
処理手段３８により演算処理することによって、地中埋
設物８の位置を高精度に測定することができる。

【００３５】この物体検出装置は、次の通りの特徴を有
する。即ち、電圧制御発振手段１８からの制御電圧を利
用してサンプリング信号発生器３０がサンプリング信号
を生成するとともに、この制御電圧を利用して高周波増
幅器５２が受信アンテナ１０からの受信信号を増幅する
ので、比較的簡単な構成でもってサンプリング信号の生
成及び高周波増幅器５２による増幅を行うことができ
る。例えば、電圧制御発振手段１８に制御信号メモリ６
０を含ませ、このメモリ６０に各測定サイクルにおける
時間と電圧との関係を記憶させる（例えばマップとして
記憶させる）ことによって、単一のメモリ６０の記憶内
容に基づいて制御電圧を生成し、この電圧を利用して上
述した如くサンプリング信号の生成及び受信信号の増幅
を行うことができる。また、電圧制御発振手段１８と高
周波増幅器５２との間に波形変更回路６２を介在させる
ことによって、電圧制御発振手段１８からの制御電圧
（基準信号）が所望の増幅を行うに適した電圧波形に変
更され、この変更制御電圧（変更基準信号）に基づいて
受信信号を所望の通りに増幅することができる。

【００３６】この実施形態では、ローパスフィルタ手段
５４は図６に示す通りに構成され、基準信号生成手段と
しての電圧制御発信手段１８からの制御電圧がローパス
フィルタ用波形変更回路５６を介してこのローパスフィ
ルタ手段５４に送給されるように構成されている。図６
を参照して、図示のローパスフィルタ手段５４は抵抗Ｒ
とコンデンサＣを含む時定数回路７２を備え、この時定
数回路７２に関連して反転増幅器７４、非反転増幅器７
６及び時定数可変用増幅器７８が設けられている。反転
増幅器７４は時定数回路７２の入力側に配設され、その
出力端子が抵抗Ｒに接続されている。サンプリング手段
１４からの出力信号Ｐ６はライン４７を介して反転増幅
器７４の反転入力端子（−）に入力され、このライン４
７には抵抗Ｒ１が設けられている。また、反転増幅器７
４の出力信号は抵抗Ｒ２を介して反転入力端子（−）に
入力される。非反転増幅器７６は時定数回路７２の出力
側に配設され、時定数回路７２の抵抗Ｒからの信号が非
反転増幅器７６の非反転入力端子（＋）に入力される。
非反転増幅器７６の反転入力端子（−）は抵抗Ｒ３を介
して接地され、またこの反転入力端子（−）には非反転
増幅器７６の出力信号が抵抗Ｒ４を介して入力される。
この非反転増幅器７６からの出力信号はライン４９を介
して信号演算処理手段３８に送給される。かく接続され
ているので、反転増幅器７４の利得（ゲイン）Ａ１は、
Ａ１＝−ｒ２／ｒ１（ｒ１：抵抗Ｒ１の抵抗値、ｒ２：
抵抗Ｒ２の抵抗値）となり、また非反転増幅器７６の利
得（ゲイン）Ａ２は、Ａ２＝１＋ｒ４／ｒ３（ｒ３：抵
抗Ｒ３の抵抗値、ｒ４：抵抗Ｒ４の抵抗値）となる。

【００３７】このローパスフィルタ手段５４では、その
時定数を可変にするために、時定数変化手段を構成する
時定数可変用増幅器７８が次の通りに接続されている。
非反転増幅器７６の出力側がこの増幅器７８の入力端子
に接続され、非反転増幅器７６の出力信号が増幅器７８
の入力端子に入力される。この時定数可変用増幅器７８
の出力端子は時定数回路７２のコンデンサＣに接続さ
れ、またその電源接続端子はローパスフィルタ用波形変
更回路５６に接続され、この波形変更回路５６がライン
５８（図１参照）を介して基準信号生成手段として機能
する電圧制御発信手段１８に接続されている。従って、
電圧制御発信手段１８からの制御電圧がローパスフィル
タ用波形変更回路５６で波形変更された後に時定数可変
用増幅器７８の電源接続端子に利得電圧として供給され
る。

【００３８】このように時定数可変用増幅器７８を設け
ることによって、時定数回路７２のコンデンサＣと時定
数可変用増幅器７８とが可変コンデンサと等価的に機能
し、等価的な可変コンデンサの容量Ｃｅｑは、Ｃｅｑ＝
ｃ×｛１−Ａ２×（−Ａ）｝＝ｃ×（１＋Ａ２×Ａ）
（ｃ：コンデンサＣの容量）（但し、時定数可変用増幅
器６８は利得−Ａの反転増幅器とする）となり、このロ
ーパスフィルタ手段５４の時定数Ｔは、Ｔ＝Ｃｅｑ×ｒ
＝ｃ×ｒ×（１＋Ａ２×Ａ）（ｒ：抵抗Ｒの抵抗値）と
なる。このことから、このローパスフィルタ手段５４で
は、時定数可変用増幅器７８の利得を変化させる、換言
するとその利得電圧を制御することによってその時定数
を変えることができる。

【００３９】この実施形態では、電圧制御発振手段１８
からの制御電圧は、各測定サイクルにおいてローパスフ
ィルタ用波形変更回路５５６によって図７に示すように
波形変更され、かく波形変更された電圧波形が利得電圧
として時定数可変用増幅器７８の電源接続端子に入力さ
れ、これによって上記利得電圧と時定数可変用増幅器７
８の利得（ゲイン）とが、例えば図８（ａ）に示す関係
となり、入力される利得電圧が大きく（又は小さく）な
るとその利得も大きく（又は小さく）なり、一測定サイ
クルにおいて時間の経過に伴って２５６段階にステップ
状に上昇する。そして、このように制御することによっ
て、入力される利得電圧とローパスフィルタ手段５４の
時定数（ステップ数）とが、例えば図８（ｂ）に示すよ
うに変化し、上記利得電圧が大きくなるに伴ってローパ
スフィルタ手段５４の時定数（ステップ数）が大きくな
り、時定数も２５６段階にステップ状に上昇する。

【００４０】このローパスフィルタ手段５４では、各測
定サイクルにおいて時間の経過に伴ってその時定数が大
きくなるように構成され、電圧制御発振手段１８からの
制御電圧がローパスフィルタ用波形変更回路５６によっ
て図７に示すように波形変更された後に利得電圧として
時定数可変用増幅器７８に入力される。従って、各測定
サイクルの初期のサンプリング期間（換言すると、初期
のサンプリング区間）では利得電圧は低く、終期のサン
プリング期間（換言すると、終期のサンプリング区間）
に向けて時間の経過とともに利得電圧が高くなり、例え
ば１Ｖから１０Ｖの範囲で利得電圧が制御される。この
実施形態では、利得電圧が１〜１０Ｖの範囲で直線に沿
ったステップ状に増加するように波形変更しているが、
指数曲線又は対数曲線に沿ったステップ状に増加するよ
うに波形変更するようにしてもよい。

【００４１】各測定サイクルにおいて時定数可変用増幅
器７８の利得電圧をこのように制御すると、時定数可変
用増幅器７８の利得は図８（ａ）で示すようにステップ
状に変化し、これによってローパスフィルタ手段５４の
時定数（ステップ数）は図８（ｂ）で示すようにステッ
プ状に変化し、各測定サイクルの初期のサンプリング期
間（サンプリング区間）においては時定数が比較的小さ
く、従ってサンプリング手段１４にてサンプリングされ
た信号に含まれた高い周波数成分が除去される。この初
期のサンプリング期間では、送信アンテナ６から送信さ
れた後受信アンテナ１０に受信されるまでの期間が短
く、従って受信アンテナ１０の受信信号に含まれた検出
信号（埋設物８を検出する部分）の信号レベルは大き
く、高い周波数のノイズ成分を除去するのみでＳＮ比の
大きい信号を得ることができる。また、各測定サイクル
の終期のサンプリング期間（サンプリング区間）におい
ては時定数が比較的大きくなり、従ってサンプリングさ
れた信号に含まれた低い周波数成分までもが除去され
る。この後期のサンプリング期間では、受信アンテナ１
０に受信されるまでの期間が長く（換言すると、送信ア
ンテナ６及び受信アンテナ１０から離れた位置の埋設物
８を検出する）、従って受信信号に含まれた検出信号の
信号レベルは小さく、上述した如くして上記高周波より
低い周波数帯のノイズ成分を除去することによって、信
号レベルが小さくてもＳＮ比の大きい信号を得ることが
できる。

【００４２】上述したように構成されているので、各測
定サイクルの実質上全範囲においてサンプリングされた
信号Ｐ６はＳＮ比の大きい信号となり、従って信号演算
処理手段３８によってかかる信号を処理することによっ
て埋設物８の位置を一層高精度に測定することができ
る。特に、各測定サイクルにおいて時間の経過とともに
ローパスフィルタ手段５４の時定数が大きくなるように
制御しているので、受信信号の信号レベルが小さい範囲
にてＳＮ比を大きく改善することができ、高精度に且つ
効率よく埋設物８を測定することができる。加えて、電
圧制御発振手段１８からの制御電圧（基準信号）を利用
してローパスフィルタ手段５４の時定数を変えているの
で、ローパスフィルタ手段５４に関連する構成も簡単に
することができる。このとき、電圧制御発振手段１８と
ローパスフィルタ手段５４との間にローパスフィルタ用
波形変更回路５６を介在させているので、電圧制御発振
手段１８からの制御電圧が、時定数を所要の通りに変え
るに適した波形に変更され、この波形変更した制御電圧
が利得電圧として時定数可変用増幅器７８に送給される
のでローパスフィルタ手段５４の時定数を所要の通りに
変更することができる。以上、本発明に従う物体検出装
置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実
施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく
種々の変形乃至修正が可能である。

【００４３】例えば、図示の実施形態では、サンプリン
グ信号生成手段１６の一部を構成する電圧制御発振手段
１８を基準信号生成手段として機能させ、この電圧制御
発振手段１８と高周波増幅器５２との間に波形変更回路
６２を設けているが、このような構成に代えて、例えば
次のように構成しても同様の作用効果を達成することが
できる。即ち、高周波増幅器５２に関連して増幅電圧制
御手段を設け、この増幅電圧制御手段を基準信号生成手
段として機能させる。増幅電圧制御手段にはメモリを含
ませ、このメモリに例えば図５（ｂ）に示すマップ、即
ち測定サイクルにおける経過時間と電圧との関係を記憶
させ、このマップに基づく増幅制御電圧（基準信号）を
高周波増幅器５２に送給するようにする。また、増幅電
圧制御手段とサンプリング信号生成手段１６の可変移相
回路２０との間に波形変更回路、例えば微分回路を設
け、図５（ｂ）に示す波形の増幅制御電圧を波形変更回
路によって図５（ａ）に示す波形に変更し、かく波形変
更した制御電圧を可変移相回路２０に送給する。このよ
うに構成した場合にも、高周波増幅器５２及び可変移相
回路２０に上述した実施形態と同様の信号を送給するこ
とができ、高周波増幅器５２によって増幅制御電圧に基
づいて受信アンテナ１０からの受信信号を所要の通りに
増幅することができ、またサンプリングパルス発生器３
０によって波形変更回路にて波形変更された変更増幅制
御電圧を利用して所定のサンプリング信号を生成するこ
とができる。

【００４４】また、例えば、図示の実施形態では、物体
としての地中埋設物の位置を検出するものに適用して説
明したが、これに限定されず、建造物等に静止物体や自
動車等に移動物体の位置を検出する物体検出装置として
広く適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の請求項１の物体検出装置によれ
ば、サンプリング信号発生器は基準信号を利用してサン
プリング信号を生成し、また高周波増幅器は基準信号を
利用して受信アンテナの受信信号を増幅するので、基準
信号を生成する基準信号生成手段を設けるという簡単な
構成でもってサンプリング信号を所要の通りに生成する
ことができ、また受信アンテナの受信信号を所要の通り
に増幅することができる。

【００４６】また、本発明の請求項２の物体検出装置に
よれば、高周波増幅器の前に波形変更回路を設けるとい
う簡単な構成でもって、基準信号を利用して所定のサン
プリング信号を生成することができるとともに、高周波
増幅器によって受信信号を所要の通りに増幅することが
できる。

【００４７】また、本発明の請求項３の物体検出装置に
よれば、サンプリング信号発生器の前に波形変更回路を
設けるという簡単な構成でもって、基準信号を利用して
高周波増幅器によって受信信号を所要の通りに増幅する
ことができるとともに、サンプリング信号発生器によっ
て所定のサンプリング信号を生成することができる。ま
た、本発明の請求項４の物体検出装置によれば、高周波
増幅器の増幅率は時間の経過に伴って大きくなり、受信
信号の信号レベルが小さくなる範囲において大きな増幅
率でもって受信信号を増幅することができる。

【００４８】また、本発明の請求項５の物体検出装置に
よれば、ローパスフィルタ手段の時定数変化手段は各測
定サイクルにおいて時間の経過に伴ってローパスフィル
タ手段の時定数を大きくするので、受信するまでの時間
が長くなるにつれて高周波より低い周波数帯のノイズ成
分が除去され、受信信号のＳＮ比を向上させて物体の測
定を一層高精度に測定することができる。

【００４９】更に、本発明の請求項６の物体検出装置に
よれば、基準信号生成手段とローパスフィルタ手段との
間にローパスフィルタ用波形変更回路を設けるという簡
単な構成でもって、基準信号生成手段からの基準信号を
利用してローパスフィルタ手段によって所要の通りにノ
イズ成分を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う物体検出装置の一実施形態を簡略
的に示すブロック図である。

【図２】図１の物体検出装置において生成される各種信
号を示すタイムチャートである。

【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、図１の物体検出装
置のサンプリング手段によるサンプリング様式をそれぞ
れに説明するための図である。

【図４】図１の物体検出装置の波形変更回路を示す電気
回路図である。

【図５】図５（ａ）は、図１の物体検出装置における電
圧制御発振手段の制御電圧の波形を示す図であり、図５
（ｂ）は、その波形変更回路の出力である変更制御電圧
の波形を示す図である。

【図６】図１の物体検出装置のローパスフィルタ手段を
示す電気回路図である。

【図７】図６のローパスフィルタ手段の時定数可変用増
幅器における経過時間と利得電圧との関係を示す図であ
る。

【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、時定数可
変用増幅器における利得電圧との利得との関係を、また
ローパスフィルタ手段における利得電圧と時定数との関
係を示す図である。

【符号の説明】

２発振器４送信パルス発生器６送信アンテナ８地中埋設物１０受信アンテナ１４サンプリング手段１６サンプリング信号生成手段１８電圧制御発振手段２０可変移相回路３０サンプリング信号発生器３８信号演算処理手段５４ローパスフィルタ手段６０メモリ６２波形変更回路６３積分回路７２時定数回路７８時定数可変用増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出する物体に向けて電磁波を発信する
ための送信アンテナと、物体から反射された電磁波を受
信するための受信アンテナと、前記受信アンテナからの
受信信号を増幅するための高周波増幅器と、受信信号を
所要の通りにサンプリングするサンプリング信号を生成
するためのサンプリング信号発生器と、前記高周波増幅
器にて増幅された受信信号を前記サンプリング信号に基
づいてサンプリングするための前記サンプリング手段
と、前記サンプリング手段によりサンプリングされた信
号を所要の通りに演算処理して物体の位置を測定するた
めの信号演算処理手段とを具備し、前記サンプリング信号発生器及び前記高周波増幅器に関
連して、所定波形の基準信号を生成する基準信号生成手
段が設けられ、前記基準信号を利用して、前記サンプリ
ング信号発生器が前記サンプリング信号を生成するとと
もに、前記高周波増幅器が前記受信信号を増幅すること
を特徴とする物体検出装置。
【請求項２】前記基準信号生成手段と前記高周波増幅
器との間に波形変更回路が設けられ、前記基準信号生成
手段からの前記基準信号は前記波形変更回路によって波
形変形された後に前記高周波増幅器に送給され、前記サ
ンプリング信号発生器は前記基準信号生成手段からの前
記基準信号に基づいて前記サンプリング信号を生成し、
前記高周波増幅器は、前記波形変更回路にて波形変更さ
れた変更基準信号に基づいて前記受信信号を増幅するこ
とを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項３】前記基準信号生成手段と前記サンプリン
グ信号発生器との間に波形変更回路が設けられ、前記基
準信号生成手段からの前記基準信号は前記波形変更回路
によって波形変形され、前記高周波増幅器は前記基準信
号生成手段からの前記基準信号に基づいて前記受信信号
を増幅し、前記サンプリング信号発生器は前記波形変更
回路にて波形変更された変更基準信号を利用してサンプ
リング信号を生成することを特徴とする請求項１記載の
物体検出装置。
【請求項４】前記基準信号生成手段が生成する前記基
準信号は、各測定サイクルにおいて時間の経過に伴って
電圧が大きくなり、前記高周波増幅器は各測定サイクル
において時間の経過に伴って増幅率が大きくなることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の物体検出装
置。
【請求項５】前記サンプリング手段と前記信号演算処
理手段との間には、前記サンプリング手段にてサンプリ
ングされた信号の周波数帯域の高い周波数域を減衰させ
るためのローパスフィルタ手段が設けられ、前記ローパ
スフィルタ手段は各測定サイクルにおいて時間の経過に
伴ってその時定数が多くなる時定数変化手段を備えてい
ることを特徴とする請求項１記載の物体検出装置。
【請求項６】前記基準信号生成手段と前記ローパスフ
ィルタ手段との間にローパスフィルタ用波形変更回路が
設けられ、前記基準信号生成手段からの基準信号は前記
ローパスフィルタ用波形変更回路によって波形変更され
た後に前記ローパスフィルタ手段に送給され、前記ロー
パスフィルタ手段は波形変更された変更基準信号に基づ
いて前記サンプリング手段にてサンプリングされた信号
の周波数帯域の高い周波数を減衰することを特徴とする
請求項５記載の物体検出装置。