JP2001508178A

JP2001508178A - 地表下の対象物のマグネトメータおよびディエレクトロメータによる探知

Info

Publication number: JP2001508178A
Application number: JP53100598A
Authority: JP
Inventors: ゴールドファイン・ネイル・ジェー; スクリッカー・ダレル・イー; ザーン・マーカス; ライアン・ウェイン・ディー
Original assignee: ジェンテク・センサーズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 2001-06-19
Also published as: US6144206A; CA2275550C; CA2275550A1; AU6532898A; WO1998030921A3; EP0954760A2; WO1998030921A2

Abstract

(57)【要約】探知装置は、地表下に埋められた金属製地雷と他の対象物を、対象物の深さ、サイズ、形状および方向、さらに電気特性を探知することによって区別する。第１電極および第２電極を有する誘電体センサが、一実施形態において使用される。第１電極は、変化する電圧によって駆動されることによって、第２電極に対して大地を通じて変化する電界を作り出す。第２電極の電圧の振幅および位相が測定される。別の装置であるマグネトメータセンサは、地表下の金属を含む対象物を探知する。この装置は、地面に近い位置に配列された多数の平行で間隔をおいた線状導体セットを有する。導体素子を通じて、主空間波長を有する電磁界が地中に作り出される。作り出された磁界に対して、地中の対象物に生じた電磁応答が感知される。導体セットは、変化する数の個々の導体を有することができる。

Description

【発明の詳細な説明】地表下の対象物のマグネトメータおよびディエレクトロメータによる探知関連の出願本出願は、１９９７年１１月７日に出願された米国仮特許出願第６０／０６４，８０８号、１９９７年４月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／０４３，６９５号、および１９９７年１月６日に出願された米国仮特許出願第６０／０３４，５４１号にもとづいて優先権を主張するものであり、これらは、本願明細書の一部をなすものとしてここに引用する。政府の支援本発明は、陸軍局の連絡番号ＤＡＡＢ０７−９７−Ｃ−Ｊ００２により全体的、または部分的に支援されている。政府は、本発明に関して一定の権利を有する。発明の背景国連によれば、現在６０以上の国々において陸上地雷が１億個以上敷設されている。地雷自体は、大型の対戦車地雷から小型の対人地雷まで、および、全金属構造から主としてプラスチック製、木製のものさえにもわたる。誘爆機構は、直接圧迫から磁気センサへの起爆用電線(trip wire)および光ファイバにわたる。さらに、戦争および軍事行動中に数百万個の小爆弾がクラスタ爆弾ユニット（ＣＤＵ）として敷設された。これらの爆弾の多数が誤って爆発し、戦争の行われた地域の住民をその後も脅かし続けている。ほとんどが金属製であるため、爆発しない小爆弾は、既存の手持ち式の金属探知器により容易に探知することができる。しかし、現在の金属探知器は、１２インチ未満の深さに埋められることのあるそのままの小爆弾を、小爆弾の破片、または地表に近い榴散弾片、もしくは金属破片と区別することができない。米国陸軍は、現在、ＡＮ／ＰＳＳ−１２と呼ばれる地雷探知器を使用している。これは、金属製の地雷の中に渦電流を作り出して探知コイルのインピーダンスを変えることを利用する誘導タイプの探知器である。この探知器は、陸軍にとって役に立っているが、確実に探知されるには、地雷は、探知ヘッドの直下に位置し、かつ、特定の金属を含んでいなければならない。地中浸透レーダー、赤外線およびＸ線等の別の方法が、金属が少ない、または金属が使用されていない地雷を探知するという、困難な問題を解決するために研究されている。発明の概要本発明は、地表下に埋められた地雷、小爆弾および他の対象物を、対象物の深さ、サイズ、形状、方向および／または電気的特性を探知することによって区別できる探知装置と探知方法とに関する。金属製の対象物を探知して特徴づけるには、誘導性マグネトメータが最も適しているのに対し、非金属対象物を探知して特徴づけるには、容量性ディエレクトロメータが特に有効である。好ましいマグネトメータでは、多数の平行で間隔をおいた線状導体セットが地面に接近して配置される。導体セットを通じて、主空間波長を有する電磁界が、地中に作り出される。作り出された磁界に対して、地中の対象物から生じた電磁応答が感知される。好ましい実施形態の方法は、さらに、電磁応答を、空間波長に対するモデル化された応答に基づいて、対象物の一つ以上の特性の評価値に変換する工程を有する。好ましいマグネトメータの実施形態では、主空間波長は、少なくとも１２インチの長さを有する。装置は、さらに、地表に沿って走査させるように構成された剛性の高い導体素子支持構造を有する。好ましいマグネトメータでは、一次巻線は、電流により駆動される平行で間隔をおいた線状導体セットの直列接続を有する。平行導体セットにおける平行導体の数は、作られる磁界を形付けるために変化する。好ましい実施形態では、作られる磁界は、周期的な正弦波形状である。好ましい実施形態のセンサは、二次巻線のアレーである。二次巻線の少なくとも一つは、一次巻線の隣接する平行導体セット対の平行導体セット間に配置される。装置は、第１の一次巻線の第１の平行導体セットに垂直な第２の二次巻線アレーおよび一次巻線を有してもよい。ディエレクトロメータ装置の好ましい実施形態では、センサ面上で支えられた励起電極は変化する電圧で駆動され、感知電極はセンサ面によって支持される。センサ面の保護電極は、感知電極を取り囲み、感知電極とほぼ同一電圧である。ディエレクトロメータ装置の好ましい実施形態の一つにおいて、有害な干渉を遮断するために、遮蔽板がセンサ面の後方に、間隔をおいて配置される。また、保護板が、遮蔽板と保護電極との間に挿入される。浮遊電位の振幅と位相を測定するために、高インピーダンスバッファが感知電極に接続される。センサ面は、地雷探知のために少なくとも１平方フィートの面積を有するが、薄膜の硬化監視のような他の用途に対しては、より小さく使用することができる。ディエレクトロメータ装置の一つの好ましい実施形態では、感知電極は、励起電極から種々の距離を隔てて、１行(column)中に、多数の素子を有する。別の好ましい実施形態では、感知電極は、多数の素子の１列を有し、各素子は励起電極に対して等しい間隔を有する。素子を接続することで、隣接する素子の間の測定値の差分を利用して、誘電体特性における空間的に小さいが急峻な変化を検出し、センサから土壌の表面までの隔離の変化（絶対的な特性）が得られるようにする。図面の簡単な説明本発明の上記およびその他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照した下記の発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。添付の図面において、異なる図を通じて同一部品には同一符号が用いられている。図面の寸法は正確ではなく、本発明の原理を示すために誇張されている。図１は、曲折巻線マグネトメータ（ＭＷＭ）の概略図である。図２Ａは、ＭＷＭセンサを示す。図２Ｂは、Ａ₁フーリエ振幅に対応する主フーリエモードにより作り出された磁気ベクトルポテンシャルＡ_Zの“定常波”を示す。図３は、非導電性基板上の導電材料の曲折巻線マグネトメータセンサを示す。図４は、二次巻線ｘ₁〜ｘ₈のアレーと対応する感知領域Ａ_X1〜Ａ_X8を示す。図５は、二次巻線の直交アレーと対応する曲折一次巻線を示す。図６Ａは、浸透の深い一次巻線の概略図である。図６Ｂは、正弦波を形付けるための浸透の深い一次巻線の好ましい配線パターンである。図７Ａは、２波長、２方向のＭＷＭ探知器を示す。図７Ｂは、地雷の上方のセンサの断面を示す。図８Ａは、電流の方向が全て同一である導体セットを有するセンサの上面図である。図８Ｂは、導体セットと空間波長の断面図である。図９Ａおよび９Ｂは、（ａ）アルミニウム、および（ｂ）炭素鋼に対する導電率リフトオフ格子を示す。図１０Ａは、かみ合せ電極(interdigitated electrode)を有するディエレクトロメータ（ＩＤＥＤ）センサを示す。図１０Ｂは、ＩＤＥＤセンサの平面図である。図１１Ａおよび１１Ｂは、電極間隔が異なる２つのＩＤＥＤセンサであって、この間隔によって、テストされる物質への異なる深さを感知することを示す。図１１Ｃは、感知電極アレーを有するＩＤＥＤセンサを示す。図１２は、多層物質のＩＤＥＤ特徴付けを図示する。図１３は、単一感知電極ＩＤＥＤセンサを図示する。図１４は、センサ断面の同電位の線および電界の線を示す。図１５Ａは、複数の深さのために横に並んで位置する（１行中に位置する）複数の感知素子を有するセンサの断面図である。図１５Ｂは、一直線上に位置する（１列中に位置する）複数の感知素子を有するセンサの斜視図である。図１５Ｃは、保護板を有するセンサの断面図である。図１６は、検知駆動およびフィードバックセンサの概略図である。図１７Ａは、増加する深さに対して砂中に埋められたプラスチック地雷を用いた図１６のセンサの走査結果を示す。図１７Ｂは、異なった時点における走査結果を示す。図１７Ｃａは、地雷と岩石の走査を示す。図１７Ｃｂは、金属製の小爆弾の走査を示す。図１８は、同一平面内の同心状の電極により囲まれた円形状の中心電極、「雄牛の目」センサを図示する。図１９Ａは、地雷原を急速に突破するために道路用センサをヘリコプタにより配置する図である。図１９Ｂは、通路の地雷除去に適したテープ状に繰り出されるセンサを示す。図２０は、波長を機械的に調節可能なセンサを示す。図２１Ａは、地雷材料と土壌の比誘電率が、高周波数では収束し、低周波数では発散することを図示している。図２１Ｂは、導電率は土壌とプラスチック地雷材料に対しては周波数に依存し、高周波数では大きいことを図示する。図２２Ａは、センサのキャパシタンスの計算値は、乾いた砂の中に埋められたプラスチック層により変化（減少）することを図示する。図２２Ｂは、乾いた砂の中のシュミレートした金属地雷（層を構成する）からのセンサのキャパシタンスの計算値における変化（増大）を図示する。発明の詳細な説明本発明は、互いに補完的で、両フィールドが、共に配置可能で、支持可能である、２つの新しい感知能力(capability)に関する。第１の感知能力は、準静磁的な(magnetoquasistatic)誘導性センサであって、曲折巻線マグネトメータ（ＭＷＭ）と呼ばれる。第２の感知能力は、準静電的な(electroquasistatic)容量性センサであって、周期的な構造に対しては、かみ合わせ電極ディエレクトロメータ（ＩＤＥＤ）、または非周期的な構造に対しては、ディエレクトロメータと呼ばれる。これらのセンサは、それぞれ、後述のように地表下の対象物の深さ、材質、サイズおよび方向性を確定するための特定の能力を有する。２つのセンサを同時に使用することにより、さらなる能力が生じる。考慮される主な表面は、大気と大地との境界面であり、大地は、汚物、砂、岩、水分等の物質の一つ以上の混合体である。地表下の対象物は、一般には、地表から２フィート以内、特に１２インチ以内に位置する対象物である。曲折巻線マグネトメータ（ＭＷＭ）センサ最初に、曲折巻線マグネトメータ（ＭＷＭ）を用いる準静磁感知能力について説明する。ＭＷＭは、曲折する一次巻線と、図１に、一次巻線の両側に曲折して示すような、一つ以上の二次巻線とを備える。ＭＷＭは、基本的に、一次巻線が隣接物質を介して二次巻線と誘導結合するほぼ平面状のトランスである。一次巻線の両側で曲折する二次巻線は、並列に接続されることによって、静電結合を減じ、図２Ａに示すように対称性を維持する。巻線の空間波長は λで示される。電流ｉ₁が一次巻線に流され、電圧Ｖ₂が二次巻線の端子で測定される。ＭＷＭ巻線の形状は、図２Ｂに示すように、空間で周期的な磁界を作り出す。磁界の空間的な周期性は、ＭＷＭの最も重要な特性であり、その精度でモデル化され得ることの基本的な理由である。ＭＷＭ連続体モデルによって、探知される対象物の深さおよび材質を正確に判断することができる。ＭＷＭは、一次巻線の電流によって生じる磁気ベクトルポテンシャルが直角（ｘ、ｙ、ｚ）座標中の正弦波のフーリエ級数の和として正確にモデル化されるように、特別に作製されている。この特別作製は、本願明細書の一部をなすものとしてここに引用する１９９５年９月２６日発行の米国特許第５，４５３，６８９号、発明の名称「周期的な巻線構造を有するマグネトメータおよび物質特性評価」に詳細に記述されている。準静磁型では、ＭＷＭ−次巻線は、正弦波の“定常波”磁気ベクトルポテンシャルを作り出す。この定常波の空間波長は、ＭＷＭ一次巻線の形状によって決まり、入力電流の時間的な周波数とは無関係である。基本フーリエモード波長は、図２Ｂに示すように、ＭＷＭ一次巻線の物理的な空間波長に等しい。ＭＷＭセンサによって作り出される均一な定常波の場は、主要な爆破範囲(footprint)にわたりその形状を維持する。したがって、複数（即ち、４つ以上）の周期を有するＭＷＭに対しては、小爆弾のような地表下の対象物は、ＭＷＭ爆破範囲内のあらゆる位置（即ち、探知領域の端部から１／２波長よりも小さい）において、同一のＭＷＭ応答を生じる。ＭＷＭセンサは、幾つかの実施形態で製作される。これらのセンサは、複数周期、単一周期（即ち、正弦波の一周期のみが、場を形付ける一次巻線によって作り出される）、または周期の一部（例えば半周期）のいずれをも有することができる。本明細書の実施形態は、特定のサイズ範囲に対する好ましい実施形態に関して記載されるが、これらの記述は、特定のサイズを特定の実施形態に限定することを意味するものではない。センサの一実施形態は、図３に示す薄膜非導電性基板上に導電材料を蒸着し、それを選択的に除去することによって製作される。このプリントされた導電材料は、導線とみなされる。このセンサ構成方法によって、センサは、極めて薄くかつ極めて軽量となる。センサの別の実施形態では、所望のパターンにコイル巻きされた一連の導線が用いられる。本実施形態は、平方フィート以上の表面積を有するセンサに対して、好ましい実施形態である。好ましい実施形態では、センサは約３２インチ×２４インチであって、一次巻線は一周期のみである。１フィート以上のアレーの一実施形態では、二次巻線素子のアレーは、１インチオーダの表示の空間解像度を可能にする。これによれば、ＭＷＭの爆破範囲の下の個々の金属構成要素を効果的に地図に表すことによって、そのままの小爆弾を、小爆弾の破片、榴散弾片、または別の金属破片と区別することができる。また、このアレー構造は、長形コイル形状の複数巻（コイル）感知素子（二次巻線とも呼ばれる）の使用を可能にする。したがって、大きな波長駆動が、深い浸透を提供するために使用され、一方、複数の感知素子が、高い空間の解像度を提供するために用いられる。図４は、単一平面に限定された二次巻線のアレーを示す。このアレーにおける各巻線は、Ｘ₁からＸ₈の符号で示される（関係する一次巻線は、この図では示されていない）。理論的には、各二次巻線は、図４においてＡＸ１からＡＸ８として示された長形領域における導電材料のみを感知する。しかし、実際には、二次巻線素子は、これらの領域外に位置する対象物によっても、同様に、何らかの影響を受ける。したがって、探知される対象物の正確な画像を作成するためには、より複雑な計算が要求される。出力を大きくするために、巻線を積み重ねることができる。例えば、図４に示されたアレーは、層毎に繰り返すことができる。Ｘ₁のような図示された各コイルの出力は、次の下側コイルの入力に交差するので、ターンＸ₁の重なりは、スパイラルコイルを作り出す。アレーが正確にスパイラルコイルモデルに従うためには、コイル平面間の厚みは、アレーの波長に比較して小さくする。図５は、２つの二次巻線アレーの直交する組み合わせを示す。図に示された関係する曲折一次巻線に沿った、二次巻線のこれらのアレーは、小爆弾区別センサの一実施形態において、重ねられることによって、位置とサイズの探知メカニズムを提供する。地雷および小爆弾等の地表下の武器を探知するために、通常要求される浸透の深さは、地面から６から１２インチである。ＭＷＭの場の浸透深さに対する法則によれば、場の最大浸透は、センサ巻線平面から約１／２波長である。上記、および図５に示した直交する感知アレーを有する２４インチ×２４インチのＭＷＭは、６インチの波長を有し、その浸透深さは僅か３インチである。探知がさらに深くなることを要求される状況に対しては、図６Ａに概略的に示した深い浸透の可能な巻線を使用することができる。深い浸透の可能な巻線は、複数の平行な導体から成り、その半分は一次電流を一定の方向に流すのに対し、残りの半分は一次電流を反対方向に流す。各導体によって流される電流を制御することによって、この巻線のデザインは、特別の小爆弾タイプに対する好ましい実施形態において、３２インチの空間波長を有するＭＷＭ感知領域上の正弦波の磁界の単一周期を作り出すことができる。このデザインは、また、物理的な巻線寸法を変えることなく、電流方向を電気的に変えることによって、より短い波長励起、即ち１２インチの波長励起も可能にする。これによって、複数の空間波長励起の使用、および空間内（時間の代わりである）のスペクトル分析の実施を可能にするので、クラッタ（clutter、擾乱）抑制および探知確率が高められる。この複数波長呼出方式は、本願明細書の一部をなすものとしてここに引用する１９９１年５月１４日発行の米国特許第５，０１５，９５１号、発明の名称「複数波数磁気呼出を用いた物質の透磁率および導電率測定装置およびその方法」に詳細に記述されている。深く浸透する巻線は、表面から１６インチまでの深さ、即ち最大空間波長の１／２の深さに到る小爆弾の探知を可能にする。図４に示した６インチ波長ＭＷＭに関する上記の記載のように、二次巻線アレーは、６インチ波長ＭＷＭ一次、または深く浸透する一次巻線デザインをのいずれにも使用できる。二次巻線アレーは、より大型の感知素子を使用するよりも、高い空間解像度を可能にする。ハード配線接続またはスイッチ機構のいずれかを介して平行導体の接続を変えることによって、センサアレーの波長は、導体の半分が一定方向に、他の半分が反対方向に電流を流す図６Ａの最大値から、隣接する平行導体に交互に逆方向の電流を流す図２Ｂに示された最小値に変えることができる。複数のＭＷＭ空間波長の使用は、探知する対象物の深さ情報を提供する。例えば、６インチＭＷＭ一次が励起されると、３インチ以上の深さに位置する対象物は探知されない。したがって、１０インチの深さに埋められている小爆弾は、浸透度の深い一次巻線が励起される場合にのみ、探知される。これによって、地表近くの小さい金属片と、地表からは下方に離れた小爆弾とを区別する能力が得られる。深く浸透する一次巻線の正弦波を形付けるために好ましい配線パターンを、図６Ｂに示す。一次巻線は、電流を流すために、平行で間隔をおいた線状導体のセットの直列接続を有する。各導体セットは、少なくとも１本の導線を有する。各セットの平行導線の数は、１本から２本、さらに３本に増加し、次に中心線の前で、１本にまで減少する。セットの平行導線の数は、次に３本にまでに再び増大し、第２の半波長において、１本にまで減少する。センサの中心線の左側のこれらの導線には、図６Ｂで、電流を紙面上方に流す。右側の導線には、電流を紙面下方に流す。各セットの導線数の変化と電流の流れによって、センサのサイズに等しい単一波長を有する深く浸透する電磁波が作り出される。二次巻線のアレーは図６Ｂに示される。少なくとも一つの二次巻線が、一次巻線の各隣接する平行導体対の間に配置される。好ましい実施形態では、一次巻線と二次巻線の導線は絶縁された金属導体である。一実施形態の平行導線のセットは、等間隔である。別の実施形態では、導線の間隔も変えられて、作り出される磁界を形付ける。複数波長ＭＷＭセンサの構成が図７Ａに示される。図示のＭＷＭセンサ集合体は、２つの異なった巻線間隔（λ₁、λ₂）と、２つの異なった方向とを含む。ＭＷＭ巻線の間隔は、浸透深さを決めるので、深さのリアルタイム判定と、後述のアスペクト比の評価値が得られることになる。図７Ｂは、地雷の上方の図７Ａのセンサを図示する。図８Ａおよび８Ｂは、導線である複数の導体セットを有するセンサを示す。各導体セットは、同一数の導線を有する。各導体セット９０の電流は、同一方向に流れ、図８Ａでは紙面上方に、さらに図８Ｂでは紙面表から裏に流れる。この結果として、空間波長が本質的に無限大である中央感知領域内に、均一な場が生じる。空間波は主として上記では、正弦波形状を有するとした。しかし、場合によっては、のこぎり波、方形波、パルス波およびインパルス等の他の空間波が要求されることもあることが認められている。空間波の間隔も、変えることができる。波は、同様に、センサ上を進むにつれて、増大または減少することがある。ＭＷＭセンサは、ＡＣ電流によって駆動され、その応答はインピーダンス分析器によって測定される。好ましい実施形態では、回路ボードレベル、２５０ＫＨｚ〜２．５ＭＨｚ範囲を有するマルチ周波数インピーダンス計器が使用される。応答は連続体モデルと比較される。インピーダンスの位相および振幅に関するセンサ応答は、導電率および接近のような、物質特性または求められる条件に変換される。接近は、巻線平面と埋められた導電性を有する対象物の表面との間の平均距離である。さらに、物質特性の正確な判断を可能とするために、ＭＷＭモデルソフトウエアは、広範囲の実験を行なわずに、最大の感度と選択性（２つ以上の特性を別個に測定する能力）を提供する使用条件を特定する方法も取り入れる。使用条件の特定は、本願明細書の一部をなすものとしてここに引用する１９９１年５月１４日発行の米国特許第５，０１５，９５１号、発明の名称「複数波数磁気呼出を用いた物質の透磁率および導電率測定装置およびその方法」と、１９９６年８月２３日出願の米国特許出願第０８／７０２，２７６号、発明の名称「曲折巻線テスト回路」とに詳細に記述されている。対象物が探知されると、地表からの深さ、ならびに対象物のサイズと形状を、その後の手順の決定のために、確かめる必要がある。例えば、対象物がそのままの地雷、または小爆弾であると判明した時には、対象物をマークし、爆発を不能にし、または除去しなければならない。しかし、対象物が断片、または破片であると判明した時には、対象物は残しておいてもよい。区別に対する手がかりの一つは、サイズが未知の対象物の深さの判定である。例えば、地表近くの小さい金属対象物は、一つ以上の感知素子によって探知され、地表から深い大きな対象物も同様に探知される。したがって、これらの対象物の差異を出すには、深さの情報が必要である。モデルに基づくＭＷＭ格子測定アルゴリズムを用いると、個々の二次（感知）素子によって探知された金属対象物の深さを求めることができる。また、対象物のサイズと形状も、感知素子に対する対象物の接近に関する情報と、対称物を探知した感知素子の数および位置とを組み合わせることによって、求めることができる。追加的な情報も、各種の入力電流周波数における、各種の感知素子の方向に対する探知信号の振幅および位相によって提供される。この追加情報は、探知感度を高め、クラッタ抑制を改善するのに用いらる。ＭＷＭは、以下の方式の一部または全部を用いることによって、対象物の位置と特性を区別できる。これらの方式とは、（１）空間画像、（２）格子測定アルゴリズム、（３）空間および時間スペクトル分析、（４）走査または移動(rovin g)感知素子である。移動感知素子は、ＭＷＭ一次巻線に対１して、平行平面内または垂直平面内のいずれにも、方向づけることができる。空間イメージ方式は、空間解像のために二次巻線の直交するアレーを利用し、複数の指示の区別および分析を可能にする。アレー出力は、上記の分析を行なう論理モジュール上で処理され、後述するビジュアル出力ディスプレー、または操作者に対する音声信号を駆動するのに用いられる。ビジュアルディスプレーは、システム操作者に対するインターフェースを提供する。格子測定アルゴリズムは、複数の周波数、複数の空間波長、および複数のリフトオフ（ＭＷＭセンサを動かし、または移動感知素子を使用して）におけるインピーダンス測定データの積分を可能にする。この積分は、後述のアレー校正と結合して用いられる。この結果、多次元的なクラッタ抑制、ならびに確実で再現性および信頼性のある小爆弾識別能力を提供する小爆弾識別アルゴリズムが得られる。アルゴリズムは、記憶された測定値格子からのテーブル調査によって可能となるリアルタイム（高速）測定を提供する。測定値格子は、ＭＷＭの連続体モデルによって作成されるテーブルであって、好ましい実施形態では、グラフで表示される。測定値格子は、ＭＷＭインピーダンス振幅および位相測定値を、物質特性または材料接近に変換するのに用いられる。リアルタイムテーブル調査の手順は、本願明細書の一部をなすものとしてここに引用する１９９６年８月２３日出願の米国特許出願第０８／７０２，２７６号、発明の名称「曲折巻線に記載されている。格子測定値方式は、金属を含む各種のタイプの地雷および小爆弾、ならびに不発構造体(ordinance)を包含する各種の対象物の探知および識別を考慮している。測定値格子は、また、感知アレーの迅速な現場の校正のための独自の手段をも提供する。測定値格子を作成するために、物質の導電率（または他の求められている特性）が、校正標準、または文献からの値を用いて、最初に概算される。（この概算は、予測されるセンサ応答を生成するために、モデルを動作させるのに必要な一般的な領域を決定するために用いられるに過ぎない。）次に、ＭＷＭの連続体モデルが、位相および振幅に関する導電率および接近（リフトオフ）の選ばれた範囲を用いて、センサ応答を予測する。この格子タイプは、導電率の一定なラインに交差するリフトオフの一定な線から成る。これらの格子は、オフラインで生成され、次に現場において、リアルタイム（１秒の何分の一）測定能力を提供する。図９Ａおよび９Ｂは、アルミニウムと炭素鋼における測定値格子を示す。アルミニウムのリフトオフの線は、炭素鋼のリフトオフの線に対して、ほぼ直交することに留意すべきである。これは、鋼とアルミニウムの識別の極めて直接的な方式を提供する。センサのリフトオフを変え（即ち、地面に対して上げ下げする）、リフトオフの線の方向を観測するだけで良い。これによって、簡単でありながら、小爆弾の区別中に、捨てられたコンテナのようなアルミニウム物体および他の非鉄金属を考慮の対象外にするために有効なフィルタを提供ずる。システム操作者は、指示物の上でセンサヘッドを垂直に動かすだけでよく、ソフトウエアが、探知される対象物に対するリフトオフ応答を、オフラインで作成されて、そのままの小爆弾のために校正されて記憶されている（測定値格子の）リフトオフ応答と比較する。スペクトル分析方式は、感知された量に関してより多くの情報を提供するために、各種の励起周波数で幾つかの空間波長のＭＷＭを用いることを含む。各種のＭＷＭ空間波長および複数の入力電流時間周波数において得られた複数の格子からの追加情報は、感知された対象物の材質タイプ、サイズ、深さ、およびケース厚み、ならびに小爆弾または地雷の「特徴(signature)」をさらに限定および制限し、クラッタ抑制および小爆弾探知性能を高めるために使用することができる。走査センサまたは移動センサは、固定された一次巻線の場内で移動可能な二次巻線（または、ディエレクトロメータの場合は電極）を操作することを含む。この方式は、そのままの小爆弾を区別するのに必要な空間画像を提供するための複数の感知素子の使用に対する代わりの方式である。ＭＷＭデザインおよび使用の構成と、格子測定値方式とを組み合わせることによって、小爆弾区別問題の解決に対して、豊富な方針を提供できる。表１は、システム構成と、小爆弾区別およびクラッタ抑制をそれぞれ維持させて作り出された情報とを示す。破片でないそのままの小爆弾（サイズ、形状、深さおよび材質）を完全に特徴付けるために必要な４つの主要な項目のそれぞれは、少なくとも２つのシステムデザインまたは使用態様によって作り出される。表1．MWMアレーシステムによって作り出された小爆弾の区別の構成 ^*測定値格子を組み合わせた場合センサによって集められた情報は、ユーザに、迅速かつ有効に表示または開示される必要がある。その目標とするところは、データを処理し、結果を明確で操作者の解釈を最少にとどめる明瞭な方法で提示することである。これによって、ユーザまたは操作者にとって必要とされる訓練は、大幅に軽減される。センサアレー出力は、センサの直上に配置される。ディスプレーは、ＬＥＤ、ＬＣＤ、または他の表示装置である。ディスプレーは、２つの感知素子、すなわち直交するアレーの各々の素子によって駆動される。ＬＥＤに連携する感知アレ一素子の両方が金属対象物を検出すると、ＬＥＤが発光する。別の実施形態では、センサの真上に配置されるセンサの代わりに、ユーザの近くにディスプレーが配置される。ディエレクトロメータセンサ曲折巻線マグネトメータを用いる準静磁探知は、金属の位置、形状および方向を求めることができるのに対して、ＭＷＭセンサは、地中のプラスチック、または他の非導電性対象物を探知することができない。金属含有量の極めて少ない地雷が、多数存在する。ＭＷＭセンサが、この微量の金属を探知することができたとしても、探知された金属のサイズ、形状および方向が、センサのユーザにとって、金属が地雷の一部であるか否かを確かめるための鍵となるものではない。第２の感知能力であるディエレクトロメータ、即ち容量性センサは、後述するように、地表下のプラスチックを探知することができる。ディエレクトロメータ、即ち容量性センサは、材料の誘電体特性を感知する。材料の誘電体特性は、２つのパラメータ、即ち誘電率と導電率によって記述され得る。誘電率は、作り出された電界によって物質の中に生じる変位電流密度を表すのに対し、導電率は、導電電流密度を表す。物質の誘電体特性は、有意な変化を示し、物質の識別のための手段を提供し得る。物質の複素誘電率は、便宜上、ε^*=ε’−ｊε”であらわされる。但し、ε’は複素誘電率の実部であるのに対し、ε”は虚部である。実部は、物質の誘電率であるのに対し（ε’＝ε）、虚部（ε”＝σ／ω、但しσ＝導電率、ω＝電界の角周波数）は、物質の電力消費（損失）を記述する。物質の誘電体スペクトルは、周波数の関数としてあらわされた複素誘電率の表現である。誘電体スペクトルは、特定の状態における物質の独特な特徴を提供する。古典的なディエレクトロメータは、その誘電体スペクトルから物質の構造状態に関する情報を抽出する。複素振幅Ｖおよび角周波数ω＝２πｆの正弦波状に変化する電圧の印加によって、その振幅と位相が物質の複素誘電率ε^*に依存する複素振幅Ｉを有する端子電流が流れる。好ましい一実施形態では、容量性センサ１００は、米国特許第４，８１４，６９０号の「物質の導電率測定装置およびその方法」においてメルカ(Melchaer)等によって開示されたようなかみ合わせ電極ディエレクトロメータ（ＩＤＥＤ）センサである。ＩＤＥＤ１０２は、１対のかみ合わせ電極１０４および１０６を用いることによって、空間的に周期的な電界を作り出す。このような電極の代表的な配置を、図１０Ａに示す。電極は、絶縁基板を有して、求める物質に隣接し、基板の反対側の平面図を示す。２つの電極の一つ１０４は、正弦波状に変化する電圧Ｖ_Dによって駆動されるのに対し、他方の電極１０６は、高インピーダンスバッファに接続され、浮遊電位Ｖ_Sの振輻と位相を測定するのに用いられる。電極構造の周期性は、空間波長λ＝２ｐ／ｋによってあらわされ、上記のｋは波数と呼ばれる。ＩＤＥＤセンサの平面図を、図１０Ｂに示す。駆動電極、即ち励起電極１０４は、複数のフィンガ１０８を有する。他方の電極１０６、即ち高インピーダンスバッファに接続され、感知電極と呼ばれる電極は、複数のフィンガ１１０を有する。２つの電極のフィンガは、センサ面上でかみ合っているので、第１電極のフィンガと第２電極のフィンガは、センサ面に交互に沿う。ＩＤＥＤ構造の一つの本質的な利点は、作りだされた場の媒体への結合が、単一面から果たされることである。例えば、薄膜の誘電測定は、金属電極をサンプルの露出面に置くことなしに実行できる。センサの感度の深さは、電極の間隔によって決まる。図１０Ａのセンサの上の誘電体中の電気スカラーポテンシャルは、ラプラス方程式に従い、減衰のある線型誘電体を用いるカルテシアン幾何学では、解は次の形を有する。 Φ＝Φ_Oｅ^-KX〔Ａｓｉｎｋｙ＋Ｂｃｏｓｋｙ〕これは、ラプラス方程式の解の一般特性である。励起が空間内で周期的であれば、ポテンシャルは、空間的に周期的な励起の空間波長に等しい未知の誘電体の中への浸透深さを以って、直交方向に減衰する。ＩＤＥＤは、、電極の間隔の１／３〜１／２に及ぶ距離の範囲内（電極平面からの距離）の物質を感知することができる。したがって、異なる間隔を有するセンサは、図１１Ａおよび１１Ｂに示すように、同一の励起周波数で動作しても、テスト物質中の異なる深さを感知する。異質媒体に対して、誘電体特性の空間的なプロファイルが、複数の波長センサを用いて求められるのは、各波長は、異質誘電体中への特有の浸透深さを有するからである。ＩＤＥＤセンサからの測定信号の振幅および位相は、センサの形状とセンサに接近する物質の誘電体特性によって決まる。センサの形状と材料の誘電体特性は、センサの複素アドミタンス、即ち電流と、２つの電極の間の電圧との比を決定する。図１１Ｃは、アレーデザインを有するＩＤＥＤセンサ１１２を図示する。感知電極１１６は、複数の素子１１８から構成される。各素子は、地下の対象物の位置に配置するために選ばれ得る。アドミタンスは、Ｃ＝ε^*Ｅ_X／Φと限定される複素表面キャパシタンス密度Ｃから計算することができる。但し、Ｅ_Xはｘ方向の電界である。空間的に周期的なポテンシャルΦは、電極間の電圧から導かれる。感知電極の電流は、電極の全面積にわたって量ε^*Ｅを積分して求めることができる。したがって、物質構造に関する全情報は、表面キャパシタンス密度に含まれている。層の厚みが電極波長よりも極めて大きい単一の均一層が存在する場合、Ｃは、準静電界ケースにおけるマクスウエルの方程式をＣ＝ε^*ｋと解くことによって導くことができる。但し、ｋは空間周期性波数である。一つ以上の層が存在する場合、例えば、センサと土壌表面との間に空隙が存在する場合には、電極表面の表面キャパシタンス密度は、図１２に示すように、最上層から開始して、全物質の境界において順次Ｃを導くことによって計算される。各層に対して、上側の表面のＣが判明していると、Ｃは下の面に対して（マクスウエルの方程式からも）、ε^*および層の厚みｄの関数として解くことができる。この方式を用いて、センサと土壌表面との間の空気の層が考慮される。特性プロファイルに対する複数波長方式は、異なった空間波長を有するＩＤＥＤを用いる。これによって、構成物表面上の特定の位置の深さにおける複素誘電率変化を測定する。複数波長ＩＤＥＤの各センサ素子は、その特定素子の波長に比例する物質の深さに相当する測定値を作り出す。最短波長を有する素子は、表面に最も近い物質の誘電体性質に応答するのに対し、波長が長い素子程、それより下方の物質を、同様に感知する。したがって、物質の複素誘電率プロファイルは、複数波長ＩＤＥＤを用いて得られた測定値から求めることができる。これは、本願明細書の一部をなすものとしてここに引用する１９８９年３月２１日発行の米国特許第４，８１４，６９０号、発明の名称「導電物質測定装置およびその方法」に詳細に記述されている。電極に加えられる周波数と空間波長を個別に変える能力によって、物質の時間的および空間的周波数応答を測定することができる。時間的応答、または誘電体スペクトルは、励起周波数を変化させることによって得られ、空間的応答は、センサの空間波長を変えることによって得られる。時間的（ω）および空間的（ｋ）領域は、互いに無関係であるから、この技術は、ディエレクトロメトリーに対する「インポーズされたω−ｋ」方式と呼ばれる。この方式を単一波長構造を用いる古典的な技術と区別する構成の一つは、テストされる物質の異質性を、時間的周波数応答とは無関係に、知ることのできる事実である。これは、同一時間的周波数で可変空間波長測定を実施することによって果たすことができる。誘電体特性の空間的な分布は、物質の性質に関する仮定を行わずに、この様に求めることができる。この追加の自由度によって、誘電体特性の伝播的な性質を支配する物理的なメカニズムの評価を、制約なく判定することが可能となる。準静的であることは、励起する周波数が十分に小さいことを示すので、求める領域にわたる電磁波の伝播がほぼ瞬間的であり、したがって、電界または磁界のいずれかが主要な関心とされるマクスウエル方程式の簡略化された式をほぼ満足することを示す。このセンサの場合には、主要な関心は電界にあり、キャパシタンスと呼ばれるものは、これらの電界を通る電極の結合である。センサは，地雷のような誘電体特性が変化する物質を検出するためにこの結合を利用するので、容量に関連した用語が、センサを記述するために用いられる。かみ合わせディエレクトロメータ（ＩＤＥＤ）センサに対する別の実施形態は、単一の感知電極、または感知電極に対して単一の位置を有し、電界の一周期のみを励起するセンサである。このデザインは、非可搬式センサには、より適切である。このセンサの複数波長（周期性）変形は、車輛に搭載した適用に使用することができる。図１３に示すように、基本単一感知電極センサ１２０デザインは、２つの励起電極１２２、感知電極１２４、保護電極１２６および遮蔽板１２８から成る。励起電極１２２は、通常は正弦波状である高電圧源によって駆動される（実験では５００Ｖがピーク）。電気力線は、励起電極から発散し、１／２空間上方およびセンサ面下方を通ってフリンジ（しま状に延びる）し、遮蔽板１２８、保護電極１２６および感知電極１２４で終端する。好ましい方式では、主感知電極１２４は、通常は接地された遮蔽電極および保護電極の電圧ポテンシャルに等しい電圧ポテンシャルに維持され、この感知電極電圧を維持するのに必要な電流が測定される。上記の代わりに、感知電極は浮遊が許容され、その電圧が検出される。感知電極と遮蔽／保護電極とを同一電圧に保つことによって、これらの電極間の容量結合は有効に除去される。求めようとするのは、感知電極と励起電極との間の結合であるため、電極間の容量結合が、信号の減衰および感度の低下をもたらす。感知電極の入出力電流に対する励起電圧の比は、トランスインピーダンスとして知られ、次に、これがセンサ出力として用いられる。出力は、センサおよびその周辺の有限素子と分析モデルの両方からの応答と比較されることによって、周辺の材質および形態上の特性を求める。位置と時間を通じての周辺の変化を検出するためには、走査中の出力が、対象物の埋められていない時の出力と比較される。構造物の全体は、電極の間で直接位置を定めることができない物質よりもむしろ、隣接する他方の１／２空間内のすべての電極からは分離された一方の１／２空間領域内における物質内に、誘電分極を誘発しようとする作用によって、駆動される。これを果たすために、２つの異なった電位ポテンシャルに維持されて、１／２空間を分離する平面内に位置する電極によって、フリンジする電界が設定される。同一電位の２つの励起電極を使用することによって、対称性が場に加わるのに対して、感知電極を中心に置くことによって、遮蔽板からの防護の結果として、有害な妨害による外乱が除去される。単一励起電極の使用によって、同一サイズの爆破範囲を用いても、深いセンサの浸透が可能となる。電界分布に関しては、感知電極と保護遮蔽は、単一の電極と見なすことができる。なぜならば、これらの電極は、同一電圧ポテンシャルだからである。フリンジする電界の空間的分布は、主として、センサ面の平面内の励起電極と、感知／保護遮蔽電極のサイズおよび位置とによって求められる。周期性境界条件を有する電界に対するクローズドフォームの二次元ラプラス解から、電界強度は、地雷を含む可能性のある１／２空間内で減衰することが知られている。また、低い空間的周波数を有する電位に開する境界条件は、電極平面からの距離にともなって、電界強度の減衰率を低下させることも知られている。この事実は、励起電極および保護／感知電極を実際上のセンササイズの限界に到達するまで分離させて、これにより、センサ面での境界ポテンシャルの低周波数空間スペクトル含有量を高めることによって、非周期性構造物に利用される。電極間の間隙および電極の幅は、境界における電位が、相対電界強度の異常に速い減衰を生じる高い空間的調波を最小にするために、正弦波の単一周期の電位を近似するように選ばれている。遮蔽板をセンサの面に近付けることによっても、高次の調波を作り出す傾向があるので、センサ面からはできるだけ実際的に配置している。これら全ての試みは、探査される１／２空間中にできる限り深い位置に至るまで、相対電界強度を高めることを目標とする。しかしながら、１／２空間内への所望の探査深さにおいて十分な電界強度を有することは必要ではあるが、それだけでは、そこに位置する物質に対する感度が十分とは言えない。さらに、感知電極および保護電極のデザインに配慮が必要である。図１４を参照すると、ディエレクトロメータセンサの電界分布が、素子の位置が感度を高める幾つかの因子を示している。電界は、探査されている１／２空間と保護／センサと遮蔽板との間の領域との両方に存在する。保護／センサと遮蔽板との間の電気力線は、探査される１／２空間とは反対側の保護電極の側で主として終端している。これらの電気力線の終端は、保護／感知電極の全入出力電流に寄与する。しかし、電流のこの部分は、探査領域には感度が小さい。感知電極に平行、かつ、探査領域に対向して保護電極を配置することによって、センサ面と遮蔽板との間の側の感知電極への電流の流れが除去され、その結果、探査領域に対する電流の感度は高くなる。なお図１４を参照して、浸透の最も浅い電気力線は、保護／感知電極の外側の端部で終端しているのに対し、浸透の最も深い電気力線は、電極の中間部で終端している。電極で終端している電気力線の密度は、浸透が深まると共に、減少する傾向のあることにも留意すべきである。これは、電界が本質的に、その発生源からの距離と共に減衰することの事実に起因する。この結果、感知電極の測定入出力電流密度は、深い位置の特性よりも、浅い位置の特性に向かって偏る。この効果に対抗するために、感知電極の幅は低減され、これによって、深く浸透する電気力線のみが感知電極で終端し、深さの影響に対する測定電流の感度が高まる。低空間スペクトル周波数構成要素を維持するために、感知電極が減らされ、保護電極が、感知電極の一部に取って代わる。図１５Ａに示すように、元の単一感知電極１２４を、幾つかの部分に分割することによって、さらなるイメージ能力が達成され、探査される１／２空間内の対象物の深さに関して、さらに情報を提供することができる。このセンサ１２０は、多数の横に並んだ感知素子１３２の１行を利用する。好ましい実施形態では、上記の素子の数は３または５である。図１４からわかるように、図１５Ａの中心の感知電極は、最長および最深の空間的１／２波長を感知するのに対し、図１５Ａの端部の感知電極は、より短く、浅い１／２波長を感知する。図１５Ｂに示すように、感知電極を、断面の深さに沿って、複数の素子に分割することによって、探査される１／２空間のイメージが可能となる。このセンサ１２０は、保護電極１２６によって囲まれた４つの感知素子１３４の１列を利用する。１対の駆動電極が両側に配置されている。４つの感知電極は、異なって接続されているので、隣接する電極の差に比例する３つの出力が生じる。好ましい実施形態では、多数の（例えば２０の）感知素子の１列を使用することによって、画像の解像度を高める。１つ前の実施形態のような側方の感知素子がないので、このセンサは、空隙補償能力を有しない。各素子の出力が、確立する画像情報として直接使用される場合、単一素子を走査するのに似た結果が得られる。隣接または別の素子からの測定値の差分を出す追加の電気回路と共に用いられる場合に、素子のアレーが勝る。素子の差分を出すことによって、地雷のような対象物を探知する時のように、１／２空間内の誘電体特性の小さいが、空間的に急峻な（差分が求められている素子の間隔に関して）変化に対する感度を高めることができる。センサの定常状態で、測定された差分のアナログ信号をディジタル値に変換した後に、それを数値的に積分することによって、一次元画像が形成される。アレー素子のラインに対して、垂直方向にアレーを走査し、走査の各位置での一次元画像を組み合わせることによって、二次元画像を形成することができる。この場合に、各走査位置において素子の一つ以上の絶対測定値（即ち、微分ではない）を用いることは、表面に沿った走査時のセンサのリフトオフにおける変化の説明に役立つ。１つ前の段落に記載した各種の深さでの特性を感知する電極からの追加情報は、対象物区別を高め、３次元イメージのために用いることもできる。また、図１５Ａおよび１５Ｂの構成を組み合わせた完全な二次元アレーも可能である。図１５Ｃは、図１５Ａのセンサの別の実施形態を示す。図１５Ａでは、センサは、同一平面上で横方向に並んだ感知素子１３２の１群を取り囲む保護電極１２６を有する。図１５Ｃでは、分離した保護板１４０が、感知電極および保護電極の下に位置する。保護板は、保護電極に電気的に接続される。図１６に、見かけの(virtual)アース電位を維持しながら、感知電極の入出力電流を測定する回路の入力ステージを示す。これは、電流積分構成において、電位計等級の演算増幅器を含む。電流積分構成が、キャパシタよりもフィードバックループ中の抵抗器から成る一般のトランスインピーダンス増幅器に関して好ましい。これは、主として、測定電流が比較的小さく、要求される抵抗が比較的大きいことによる。フィードバックループ中の抵抗器は、静電界および増幅器バイアス電流の飽和を回避するために、積分キャパシタの電荷をブリードオフするためにのみ用いられる。Ｃ１と並列なＲ１のＲＣ時定数は、ブレーク周波数が励起周波数よりも小さいが、走査時にセンサ電極における漏れ静電界からの蓄積電荷の減衰を加速するのに十分な速さとなるように設定される。微分モードで用いられる素子のアレーの場合には、各素子は、前述の回路の一つを利用する。次に、隣接または別の素子からの回路対の出力は、一般の差分増幅器に送られて、各電極対に対する単一の出力を提供する。図１５Ｂに示したセンサのテストが実施された。対象とする地雷サンプル（Ｍ１４）が、砂床に所望の深さで埋められた。このテストに対しては、テスト床に対する走査メカニズムが作り出された。センサデータ取得システムが初期化され、走査モータに通電された。データ取得システムは、自動的にセンサの差分出力（隣接する感知素子間の差分）を記録する。走査中に作り出されるデータは、幅が４素子で長さが約２００素子のデータ点のアレーから成る。好ましい実施形態では、多数の（例えば２０以上）素子が使用され、急速な走査（約１ｆｔ／秒）が提供される。このデータは、地形図が高さの等しい点を結ぶのにコンター線（等高線）を使用するように、値の等しいデータ点を、コンター線で結ぶことによって、画像を作り出すのに用いられる。コンター線の密度を増加するために、補間によって、中間値が作成される。図１７Ａは、不発化されたＭ１４地雷を砂床の中に深さを次第に増やして埋めた上で実施された一連の走査の結果を示す。示したデータは、空隙影響を除去するための処理が行われていない、粗いデータである。さらに信号を処理すれば、容量性感知アレーによって作り出された地雷の画像質が、大幅に改善されることになる。最初の走査では、地雷の頂部は砂の表面にある。第２走査以降では、地雷の頂部は、表面から１ｃｍの深さに埋められ、以下次々と深い位置に埋められる。地雷は、作成された画像の中で、２ｃｍの深さまでは明瞭に見ることができる。センサのキャパシタンス値が、地雷の存在によって大幅に影響を受けるだけでなく、影響を受けない値からの勾配も全く急峻である。エッジ検出のようなパターン認識技術が、地雷とクラッタを区別するために使用できることが認識される。このデータは、単一周波数で取得された。目標とするものが探知されると、複数の周波数が偽アラームの拒絶と地雷の区別／識別のために用いられる。例えば、誘電体分光学は、プラスチックと岩石の区別を可能にする。図２１Ａと２１Ｂは、数種類の材料における周波数に対する誘電率および導電率の変化を示す。これによって、地中へ浸透するレーダが作動する１〜１０ＧＨｚ範囲と比較して、１００ＭＨｚ以下の準静的周波数範囲には、大量の情報が存在することが判る。また、システムの経時的な反復性を評価するためのテストも実施された。図１７Ｂは、ほぼ３時間の間隔をおいて実施された走査の結果を示す。これらの走査は、Ｍ１４地雷を用い、１ｃｍの深さで実施された。地雷および周囲の砂床に対するセンサとシステムの応答は、高い反復性を示す。クラッタ抑制能力と金属対象物探知を示すために、数回走査が実施された。埋められた岩石は、プラスチックのＭ１４地雷とは容易に識別できることが判明し、金属対象物（１０セント銀貨(dime)）も、容量性センサによって容易に探知された。図１７Ｃａは、Ｍ１４地雷と岩石との相違を図示する。岩石は、４７ｃｍのマークにあるのに対し、Ｍ１４地雷は、約３６ｃｍマークで、走査の中心線上にある。さらに、１０セント銀貨が岩石と地雷との間に置かれた。１０セント銀貨も探知された。図１７Ｃｂは、金属地雷とＵＸＯとを探知する容量性アレーの能力を図示している。３７ｃｍマークの領域は、１ｃｍの深さに埋められた破片でないそのままの小爆弾である。砂の感知される体積の中で、金属小爆弾のような高い誘電率の材料が含まれていることから、予測されるようにセンサキャパシタンスは増加している。さらに、１０セント銀貨が、約１ｃｍの深さにおいて、容量性アレーを用いて容易に探知することができる。図２２Ａおよび２２Ｂは、金属およびプラスチックに対する各種の深さでのＩＤＥＤ応答を示す。これより、金属とプラスチックは、容易に区別することができる、例えば、土壌の誘電率がプラスチックの誘電率よりも上であれば、金属とプラスチックの応答は、反対の方向に向かう。誘電体分光法(spectroscopy)は、識別された材料タイプに従って、予め形を定める。形を定めることのできる分光法のタイプには、誘導(derivative)スペクトロスコピー、レイショー(ratio)スペクトロスコピーおよび他の一般的なタイプが含まれる。長い波長のＩＤＥＤを用いるディエレクトロメトリ測定は、乾いた、、または湿った砂の表面の下の平面状プラスチックおよび金属の構造物を容易に見分けることができる。しかし、場合によっては、別の実施形態がより効果的であることがある。別の実施形態は、同一平面内の同心状の電極によって囲まれた円形の中央電極、図１８に示す「雄牛の目(Bull's Eye)」センサを用いる電極構造である。現実的な非金属地雷に対するこのセンサの応答の軸対称コンピュータシュミレーションが実施された。地雷は、乾いた砂に埋められた２つの小さい金属構成要素（引き金ピン、およびヒューズ）を有する４ｃｍ径の円柱で、厚さ４ｃｍのＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）およびゴム製としてモデル化された。これらの寸法と材質は、チャイニーズタイプ７２ＡＰ地雷を代表するものである。２．５ｃｍセンサ隔離距離が用いられた。センサキャパシタンスを表２に示す。さらに、湿った砂は、導電率と同様に、キャパシタンスの値を提供することによって、測定感度を高める。我々の現在のコンピュータシュミレーションソフトウエアは、ＡＣ導電問題に対する平面的な形状を解くことができるに過ぎないので、「雄牛の目」形状および円柱地雷に対する平面アナログは、１０Ｈｚでシュミレートされた。単位長さ当りの計算されたキャパシタンスと導電率を、表３に示す。表2．乾いた砂および湿った砂中に埋められた非金属地雷に対する「雄牛の目」センサ応答の計算値この「雄牛の目」電極構造の予めの分析は、乾いた砂の中の表面に近い非金属地雷に対する十分なキャパシタンス応答を示すが、深さの増大によって、応答は乏しくなることを示す。しかし、湿った砂の中では、センサ導電率は、上記の段落の損失の多い土壌の平面層分析に見られるように、１０ｃｍの深さまでは地雷の存在に対して感度を示す。損失の多い土壌は、上記のように十分なε”を有する。ＭＷＭとディエレクトロメータセンサの組み合わせ方式ＭＷＭおよびディエレクトロメータの両方は、既存の技術では探知できず、または探知しても特徴付けできなかった地雷および小爆弾を個々を探知し、特徴付けることができる。しかし、両センサの結果は、個々には可能ではなかった詳細を作り出す。表３は、両方の特徴を示す。表3．MWMおよびIDEDに対する材質および特徴の概要ＭＷＭは、曲折する一次巻線と、一次巻線の両側に二次巻線とを備える。ＭＷＭは、、基本的に、一次巻線が隣接物質を介して二次巻線と誘導結合するほぼ平面状の変圧器である。他方、ＩＤＥＤは、２つの別個の、同一平面内の電極から成る。ＭＷＭは、単一平面内の変圧器とみなされるのに対し、ＩＤＥＤは単一平面内の平行板キャパシタとみなされ得る。いずれの単一ツールもすべての地表下対象物を探知および特定することはできないが、ＭＷＭ（または単一周期の深い浸透アレー）およびＩＤＥＤ（または上記の改善された単一周期デザイン）センサは、人道的な地雷除去問題に対する大多数の地雷および小爆弾の位置を探知し識別することができる。一実施形態では、深い浸透のＭＷＭ−アレーは、金属を探知するために使用され、次に、単一周期ディエレクトロメータは、金属がプラスチックによって囲まれているかを決定するために使用され得る。ＭＷＭ−アレーシステムおよびＩＤＥＤ−アレーシステムは、他のツールの有する機能を増大するために使用することのできる特徴を有することが認識されている。例えば、探知に続いて、小爆弾を除去するためのエアーナイフの使用を援助するために、ＭＷＭ−アレー小爆弾識別システムは、正確な小爆弾の位置をマーキングするための手段を含むことができる。小爆弾が識別されると、センサーアレーは、操作によって、小爆弾をアレーの特定の部分、例えば中央に配置させることができる。システムは、スプレーペイント、または他の環境に優しいマー力を、正確な小爆弾の位置に直接に施すための手段を備える。上述のセンサは、個人用のセンサであったが、局所位置決めシステム（ＬＰＳ）は、現地操作者のチームによる大面積走査を調整し、埋められた軍需品とクラッタの位置とを地図で表し記録するのに用いることができることが認識されている。センサは比較的軽量であることから、軽量マットアレーが、図１９Ａおよび１９Ｂに示すように、数百フィートの大面積アレーを地雷に遭遇しても爆発させることなく、覆うことができる。軽量マットは、導体を正しい位置に保持する耐久性および可撓性のある布、または複合材料等のフレキシブルシートを有する。波長は、図２０に示すように、調節可能なフェイスプレート上に電極を設置することによって、変化できることが認識されている。駆動電極および感知電極の両方は、伸縮自在なアコーディオン、またはシザーフレームに取り付けられる。駆動電極および感知電極を接近、または引き離すために移動させることによって、波長は機械的に変化する。均等の技術本発明は、好ましい実施形態を参照して詳述したが、請求の範囲によって明らかにされる本発明の趣旨と範囲を逸脱しないで、形式または詳細を種々変更できることは、当業者に理解されるであろう。当業者は、必要以上の実験を行わなくとも、本明細書で説明した本発明の特定の実施形態の均等物を容易に想到するだろうし、そうすることもできる。そのような均等物は請求の範囲に含まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号６０／０６４，８０８ (32)優先日平成９年11月７日(1997．11．7) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者スクリッカー・ダレル・イーアメリカ合衆国，マサチューセッツ州 02172，ウォータータウン，ウェーバリーアベニュー 100 (72)発明者ザーン・マーカスアメリカ合衆国，マサチューセッツ州 02173，レキシントン，サマーセットロード 17 (72)発明者ライアン・ウェイン・ディーアメリカ合衆国，マサチューセッツ州 02359，ペンブローク，レイクストリート 139

Claims

【特許請求の範囲】１．電流を流すための平行で間隔をおいた線状導体のセットの直列接続を有する一次巻線と、作り出された電磁応答を感知する電磁センサとを備えた電磁特性探知装置であって、前記一次巻線は、各平行導体セットに対応した少なくとも１つの導体を有し、この一次巻線によって生成される空間磁気波形を形付けるために、各平行導体セットに対応して変化する数の導体を有する電磁特性探知装置。２．請求項１において、前記波形が、周期的な正弦波状である電磁特性探知装置。３．請求項１において、前記波形が、正弦波の１周期分の形状である電磁特性探知装置。４．請求項２において、前記センサは二次巻線のアレーを備え、この二次巻線の少なくとも一つが、前記一次巻線の隣接する前記平行導体セット対の平行導体間に配置されている電磁特性探知装置。５．請求項４において、多数の前記二次巻線が、二次元的に分布している電磁特性探知装置。６．請求項４において、さらに、第２の二次巻線アレーと、第１の一次巻線の導体に垂直な方向の第２の一次巻線とを備えた電磁特性探知装置。７．請求項１において、中心線の片側の前記線状導体には、一定の方向に電流が流れ、中心線の反対側の前記線状導体には、逆方向に電流が流れる電磁特性探知装置。８．請求項７において、前記センサは二次巻線のアレーを備え、この二次巻線の少なくとも一つが、前記一次巻線の隣接する前記平行導体セット対の平行導体間に配置されている電磁特性探知装置。９．多数の平行で間隔をおいた線状導体素子を地面に接近して配置する工程と、この導体素子を通じて、主空間波長を有する電磁界を地中に作りだす工程と、作り出された磁界に対して、地申の対象物から生じた電磁応答を感知する工程とを備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１０．請求項９において、全ての一次素子は同一方向に電流を流し、各導体セットの中の導線の数は、空間波長が本質的に無限大となるように、同一である地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１１．請求項９において、前記感知工程が、センサコイルアレーによって実施される地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１２．請求項９において、前記電磁応答は、磁界を作り出す電磁素子に平行に配置されたセンサコイル素子アレーによって感知される地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１３．請求項９において、前記磁界を作り出す各導体素子は、各平行導体セットに対応した少なくとも１つの個別の導体と、地面に作り出された電磁波形を形付けるために、平行導体セットに対応して変化する数の導体とを有する地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１４．請求項１３において、磁界を感知できる前記電磁素子は、二次巻線のアレーであって、この二次巻線の一つが、前記一次巻線の隣接する前記平行導体セット対の平行導体間に配置されている地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１５．請求項１４において、さらに、前記二次巻線の電磁応答を、空間波形に対するモデル化された応答に基づいて、対象物の一つ以上の特性の評価値に変換する工程を備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１６．請求項１５において、さらに、前記第１の一次巻線の平行導体に垂直な第２のセンサアレーを設ける工程を備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１７．請求項１６において、さらに、前記第１の一次巻線に垂直な第２の一次巻線を設ける工程を備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知方法。１８．地中に、少なくとも１２インチの長さの主空間波長を有する電磁界を作り出すことができる、多数の平行で間隔をおいた線状導体セットと、地中に電磁界を作り出す導体セットに、電磁信号を印加する信号源と、作り出された電磁界に対して、地中の対象物から生じた電磁応答を感知するための感知素子とを備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知装置。１９．請求項１８において、さらに、地表に沿って走査させるように校正された剛性の高い導体素子支持構造を備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知装置。２０．請求項１８において、さらに、前記導体を中に含むフレキシブルシートを備えた地表下に位置する金属含有対象物の探知装置。２１．請求項１９において、作り出された磁界が正弦波状分布に近似するように、前記導体素子が分布されている地表下に位置する金属含有対象物の探知装置。２２．請求項１９において、前記導体素子が駆動コイルアレーおよび少なくとも一つのセンサコイルアレーを備えている地表下に位置する金属含有対象物の探知装置。２３．請求項１８において、磁界を作り出す前記各導体セットが、少なくとも一つの導体と、地中に作り出された電磁波形を形付けるために、平行導体セットに対応して変化する数の導体とを有し、各導体セットの個別の導体は、他の平行導体から電気的に絶縁されている地表下に位置する金属含有対象物の探知装置。２４．センサ面と、このセンサ面上で支えられ、変化する電圧によって駆動される励起電極と、センサ面によって支持された感知電極と、センサ面上でこの感知電極を取り囲み、感知電極とほぼ同一の電圧である保護電極とを備えたディエレクトロメータ装置。２５．請求項２４において、さらに、前記センサ面の後方に、間隔をおいて配置され、有害な干渉を遮断する遮蔽板を備えたディエレクトロメータ装置。２６．請求項２５において、さらに、前記遮蔽板と前記保護電極との間に挿入された保護板を備えたディエレクトロメータ装置。２７．請求項２６において、前記感知電極は、前記励起電極から種々の距離を隔てて、１行中に、多数の素子を有するディエレクトロメータ装置。２８．請求項２６において、前記感知電極は、多数の素子の１列を有し、各素子は励起電極に対して等しい間隔を有ずるディエレクトロメータ装置。２９．請求項２８において、隣接する前記素子の間の測定値の差分が、誘電体特性における空間的に小さい急峻な変化を検出するために使用できるように、前記素子が接続されているディエレクトロメータ装置。３０．請求項２５において、さらに、浮遊電位の振幅と位相を測定するために、前記感知電極に接続された高インピーダンスバッファを備えたディエレクトロメータ装置。３１．第１電極および第２電極を有する誘電体センサを設ける工程と、変化する電界を、地中を介して第２電極にまで確立するために、変化する電磁信号で第１電極を駆動する工程と、第２電極の電位の振幅および位相を測定する工程とを備えた地表下に位置する対象物の探知方法。３２．請求項３１において、前記第１電極は複数のフィンガを有し、前記第２電極は複数のフィンガを有し、これら電極のフィンガが、前記センサ面上でかみ合って、第１電極のフィンガと第２電極のフィンガとがセンサ面に交互に沿っている地表下に位置する対象物の探知方法。３３．請求項３１において、前記第１電極はセンサ面によって支えられた１対の励起電極を有する励起電極であり、前記第２電極はセンサ面によって支えされ、励起電極の間に挿入された感知電極であり、さらに、センサ面で感知電極を取り囲み、感知電極とほぼ同一の電圧を有する保護電極を備えた地表下に位置する対象物の探知方法。３４．請求項３３において、前記感知電極は、前記励起電極から種々の距離を隔てて、１行中に、多数の素子を有する地表下に位置する対象物の探知方法。３５．請求項３３において、前記励起電極に近い前記感知電極が隔離距離を測定し、前記励起電極から遠い前記感知電極が埋められた対象物を探知する地表下に位置する対象物の探知方法。３６．請求項３３において、前記感知電極は、多数の素子の１列を有し、各素子は前記励起電極に対して等しい間隔を有し、隣接する素子の間の測定値の差分が、誘電体特性における空間的に小さい急峻な変化を検出するために使用できるように、素子が接続されている地表下に位置する対象物の探知方法。３７．請求項３３において、前記感知電極は、多数の素子の１列を有し、各素子は前記励起電極に対して等しい間隔を有し、素子は絶対的な特性を測定するために、個々に監視されている地表下に位置する対象物の探知方法。３８．請求項３３において、前記電圧が正弦波状に変化し、さらに、前記第２電極を高インピーダンスバッファに接続する工程を備えた地表下に位置する対象物の探知方法。３９．請求項２８において、さらに、材料タイプを識別するために、誘電体分光法を実行する工程を備えた地表下に位置する対象物の探知方法。４０．請求項３１において、さらに、電磁素子を地面に接近して配置する工程と、この電磁素子を通じて、主空間波長を有する磁界を地中に作りだす工程と、作り出された磁界に対して、地中の対象物から生じた電磁応答を感知する工程とを備えた地表下に位置する対象物の探知方法。４１．請求項４０において、磁界を作り出すことのできる前記電磁素子は、平行で間隔をおいた線状導体のセットの直列接続を有する一次巻線であり、各平行導体セットに対応した少なくとも１つの導体を有し、地中に作り出された電磁波形を形付けるために、各平行導体セットに対応して変化する数の導体を有する地表下に位置する対象物の探知方法。４２．少なくとも１平方フィートの面積を有するセンサ面と、このセンサ面上で支えられ、正弦波状に変化する電圧によって駆動される第１電極と、センサ面によって支持され、正弦波状に変化する電圧で、第１および第２励起電極間の距離によって決まる空間波形を有する電界を確立する第２電極と、第２電極の電圧応答を感知する回路とを備えた地表下に位置する対象物の探知装置。４３．請求項４２において、さらに、浮遊電位の振幅と位相を測定するために、前記第２電極に接続された高インピーダンスバッファを備えた地表下に位置する対象物の探知装置。４４．請求項４２において、前記波形が正弦波の１／２周期である地表下に位置する対象物の探知装置。４５．請求項４２において、前記波形が正弦波の１周期である地表下に位置する対象物の探知装置。４６．請求項４２において、前記波形が正弦波の複数周期である地表下に位置する対象物の探知装置。