JP2006058240A - 埋設物探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 探査員がセンサ部を携帯する場合に、長時間の操作を行っても疲労が少なく、埋設物の位置や形状を正確に探知でき、センサ部の損傷を防止する。
【解決手段】 肩掛け部２８を備えた人体装着部１２と、この人体装着部１２の上下位置から張り出したブラケット４２，４４間に回転自在に支持された支柱１４と、この支柱１４に固定されて斜め方向に垂下したアーム１６と支柱１４を回転させるハンドル１８と、アーム１６の下端に取り付けられた地中埋設物のセンサ部２０とを具備している。ブラケット４２の上方には人体装着部１２に対する支柱１４の回転角度を検出するロータリーエンコーダ５０が取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は埋設物探知装置に係り、特に探査員が携帯して地上を歩行しながら地中埋設物を探知する場合に好適な埋設物探知装置に関する。

埋設物探知装置は地中に埋設された金属品や合成樹脂品などを地表面から探知することができる。このため、各種の土木建設工事や遺跡発掘調査、さらには戦争地での地雷探知などに埋設物探知装置が利用される。探知の原理は電磁誘導法と電波法（地中レーダ）が一般に採用されている。電磁誘導法は比較的深度の浅い金属埋設物の探知に適しており、電波法（地中レーダ）は非金属埋設物や比較的深度の深い埋設物の探知に適している。電磁誘導法と電波法の両方の機能を備えた埋設物探知装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。

探知にあたっては、図７（１）に示したように電磁コイルやアンテナを内蔵したセンサ部１を地表面２に接近させて地中埋設物を探知する。図７（２）に示したようにセンサ部１の下面と地表面２の離間寸法Ｈが過大であると探知誤差が大きくなり、埋設物の位置や形状の特定が不正確になる。このため、離間寸法Ｈは通常、１〜５ｃｍの範囲内に収めることが推奨されている。また、図７（３）に示したようにセンサ部１の下面が地表面２に対して傾いていると、同様に探知誤差が大きくなり、特に深度の深い埋設物の位置や形状の特定が不正確になる。このため、傾きθは深度の浅い埋設物に対しては±１０度以内、深度の深い埋設物に対しては±５度以内に収めることが推奨されている。

埋設物を平面的に探知する場合には、センサ部１の離間寸法Ｈと傾きθを上記した範囲内に維持しながら、センサ部１を水平移動させることが要求される。移動は走行車体にセンサ部１を固定するか、又は探査員がセンサ部１を携帯しながら歩行する。走行車体にセンサ部１に固定する場合には、初期設定を正確にすればセンサ部１の離間寸法Ｈと傾きθを一定に維持できる。一方、探査員がセンサ部１を携帯する場合には、図８に示したようにアーム３の下端にセンサ部１を取り付け、アーム３の上部を探査員４が把持し、片腕と肘を固定して操作していた。
特開２００１−２４２２６３号公報

しかしながら、探査員がセンサ部を携帯する上述の方法では、探査員の腕に大きな負担がかかり、長時間の操作が苦痛となる。また、前記した離間寸法Ｈや傾きθを所定の許容範囲内に維持することが難しく、埋設物の位置や形状の特定が不正確になり易く、かつ、センサ部下面が地表面と衝突してセンサ部が損傷を受け易いという問題点があった。さらに、センサ部を円弧状に水平移動させた場合に、その移動距離の把握が曖昧となり、埋設物の位置や形状を特定し難いという問題点があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、探査員がセンサ部を携帯する場合に、長時間の操作を行っても疲労が少なく、また、埋設物の位置や形状を正確に探知することができ、かつセンサ部が損傷し難い埋設物探知装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る埋設物探知装置は、肩掛け部を備えた人体装着部と、この人体装着部から斜め方向に垂下し上端側を支点にして水平方向に回転可能なアームと、アームと、このアームの下端に取り付けられた地中埋設物のセンサ部とを具備したことを特徴とする。この構成において、前記人体装着部に対する前記アームの上下方向の位置が調節可能とされたことが望ましく、また、前記人体装着部に対する前記アームの回転角度が検出可能とされたことが望ましい。

また、本発明に係る埋設物探知装置は、前記人体装着部の上下位置から張り出したブラケット間に支柱が回転自在に支持され、この支柱に前記アームの上端と当該支柱を回転させるハンドルとが固定されたことを特徴とする。この構成において、前記支柱に対する前記アーム及びハンドルの上下方向の位置が調節可能とされたことが望ましい。また、前記人体装着部に対する前記支柱の回転角度を検出するロータリーエンコーダと、前記支柱の鉛直度を調節可能な調節手段を具備したことが望ましい。

本発明に係る埋設物探知装置は、肩掛け部を備えた人体装着部を有している。探査員はこの肩掛け部を利用して本体を肩掛けし、本体の荷重を肩で支持できる。このため、長時間にわたって探知操作を行っても疲労が少ない。また、人体装着部から斜め方向に垂下させたアームの下端にセンサ部を取り付けたので、センサ部下面の地表面との離間寸法Ｈと地表面に対する平行度を許容範囲内に安定に維持しながら、センサ部を移動させることができる。したがって、埋設物の位置や形状を正確に探知することができる。かつ、センサ部下面と地表面との衝突を回避できるのでセンサ部は損傷し難い。さらに、アームは上端側を支点として水平方向に回転可能とされる。このため、探査員はアームを回転させることにより、センサ部による比較的長い移動距離の円弧状の走査を定位置で安定に行うことができる。

また、人体装着部に対するアームの上下方向の位置が調節可能とされている。このため、探査員の身長に応じてアームの上下方向の位置を調節し、センサ部下面の地表面との離間寸法Ｈを所望の値に容易に設定することができる。また、アームを回転させた場合の人体装着部に対する前記アームの回転角度が検出可能とされている。このため、センサ部の移動距離及び位置の検出が可能となり、地中埋設物の位置や形状の特定が容易になる。

さらに、本発明の望ましい実施形態は、人体装着部の上下位置から張り出したブラケット間に支柱が回転自在に支持され、この支柱にアームの上端とハンドルとが固定された構造である。このため、ハンドルによって支柱を回転させることによって、間接的にアームを回転させることができる。これらのアーム及びハンドルは支柱に対する上下方向の位置を調節可能にすれば、探査員の身長に応じて、アームやハンドルを好ましい位置に設定替えすることができる。また、支柱の鉛直度を調節する調節手段を備えると、探査員の体型や姿勢に応じて支柱の鉛直度を調節することによって、センサ部下面の地表面に対する平行度を調節することができる。

図１は本発明に係る埋設物探知装置の実施形態を示す側面図であり、図２は同実施形態の正面図である。埋設物探知装置の本体１０は主に人体装着部１２、支柱１４、アーム１６、ハンドル１８、センサ部２０によって構成される。

人体装着部１２は図３の詳細側面図に示すように、人体の腹側の第１フレーム２２とアーム１６側の第２フレーム２４とを下端でピン２６によって連結した構造とされる。第１フレーム２２の上端には一対の肩掛け部２８がピン２７によって取り付けられている。肩掛け部２８の内側には軟質材で形成された肩当３０が内張りされている。第１フレーム２２の下部には胴当て３２が取り付けられている。胴当て３２の内側にも人体にフィットするように軟質材３４が内張りされている。また、第１フレーム２２の上部には第２フレーム２４に向けて調節ボルト３６が設けられ、調節ボルト３６の先端は第２フレーム２４に設けたボルト孔を貫通して第２フレーム２４の外側に突出している。この調節ボルト３６を囲むようにして圧縮ばね３８が取り付けられ、圧縮ばね３８は第１フレーム２２と第２フレーム２４との開脚角度を広げるように付勢する。調節ボルト３６の先端側には蝶ナット４０が取り付けられている。したがって、蝶ナット４０の位置を移動させることによって、開脚角度を調節することができる。

第２フレーム２４の上下位置にはブラケット４２，４４がアーム１８側に張り出して設けられている。ブラケット４２，４４にはそれぞれベアリング４６が取り付けられ、ベアリング４６を介して支柱１４がブラケット４２，４４間に鉛直かつ回転自在に支持されている。また、ブラケット４２上にはロータリーエンコーダ５０が設けられ、このロータリーエンコーダ５０に支柱１４の上端が係合することにより、支柱１４の回転角度がロータリーエンコーダ５０で検出される。

支柱１４にはアーム１６の上端部５２とハンドル１８の基端部５４が固定されている。上端部５２にはノブ５６が取り付けられている。このノブ５６を緩めて上端部５２を支柱１４に沿って移動させた後に、ノブ５６を締め直すことによって、支柱１４に対するアーム１６の上下方向の位置が調節可能とされる。同様に、基端部５４にもノブ５８が取り付けられている。このノブ５８を緩めて基端部５４を支柱１４に沿って移動させた後に、ノブ５８を締め直すことによって、支柱１４に対するハンドル１８の上下方向の位置が調節可能とされる。

なお、本発明に係るアームの取り付け構造は上記の構造に限定されない。例えば支柱１４を回転させずに、アーム１６の上端部５４を支柱１４に対して回転させる構造としてもよい。この場合にはロータリーエンコーダ５０はアーム１６の上端部５２に取り付けることになる。

アーム１６は上端部５２から斜め方向に垂下しており、アーム１６の下端に地中埋設物のセンサ部２０が取り付けられている。センサ部２０の下面は支柱１４に対して直角とされる。ハンドル１８は基端部５４から延びた一対の水平部１８Ａと、各水平部１８Ａの先端から立ち上がった垂直部１８Ｂとからなり、垂直部１８Ｂの上部が握り部とされている。

埋設物探知装置は上記構成の本体１０のほか、信号処理器６０を備えている。信号処理器６０はセンサ部２０に内蔵されたセンサのコントローラ、計測用コンピュータ、発信器、バッテリなどからなる。

以下、当該埋設物探知装置の使用方法について説明する。探査員４は信号処理器６０を背負うとともに、人体装着部１２の肩掛け部２８を肩に掛けることによって本体１０を担ぐ。この際、探査員４の身長に応じてセンサ部２０の下面と地表面２の離間寸法Ｈが好ましい値（例えば３ｃｍ）となるようにアーム１６の高さを調節する。また、ハンドル１８の高さも操作がし易いように調節する。図４はアーム１６及びハンドル１８の高さを調節するための好ましい形態を示しており、第２フレーム２４にアーム用の調節目盛６２とハンドル用の調節目盛６４が表示されている。上端部５２及び基端部５４に取り付けた針６６、６８を探査員４の身長に応じた目盛に合わせると、アーム１６及びハンドル１８が丁度よい高さにセットされる。したがって、探査員４は本体１０の装着前に自己の身長に合わせて、アーム１６及びハンドル１８の高さを容易に調節することができる。

また、探査員４が本体１０を肩掛けした際に支柱１４が鉛直であれば、この支柱１４に対して直角なセンサ部２０の下面が地表面と平行になる。支柱１４が鉛直でないと、センサ部２０下面の地表面に対する平行度が低下する。探査員４の体型や姿勢によっては、本体１０を肩掛けした際に支柱１４が鉛直にならない場合がしばしば発生する。したがって、このような場合には蝶ナット４０を回して、第１フレーム２２と第２フレーム２４との開脚角度を調節する。開脚角度の調節によって、第２フレーム２４の姿勢が矯正される。すると、第２フレーム２４と一体化している支柱１４の鉛直度が調節され、ひいてはセンサ部２０下面の地表面に対する平行度が調節される。

次に、センサ部２０及びロータリーエンコーダ５０を信号処理器６０と電気的に接続する。なお、センサ部２０の接続端子は上端部５２に設けられている。また、探査員４はヘッドホン７０やヘッドマウントディスプレイ７２を装着して信号処理器６０から発信された処理結果を受信することができる。

上述の準備を終えた後に、探査員４は探知操作を実行する。図５は探知操作の軌跡を例示する説明図である。図中、位置ａは最初の支柱１４の中心であり、探査員４はまずセンサ部２０による探知をａ１点から開始する。探査員４がハンドル１８によって支柱１４を右回転させると、支柱１４と一体化したセンサ部２０は半径ｒの円弧を描いて、地表面を走査する。センサ部２０がａ１点から１８０度、移動したａ２点で走査を停止し、半周分の走査が終わる。次に、探査員４はセンサ部２０のセンシング有効直径分だけ矢印Ｘ方向に前進し、支柱１４の中心を位置ｂに進めると、センサ部２０もｂ１点に進む。次に探査員４がハンドル１８によって支柱１４を左回転させると、センサ部２０がｂ１点から１８０度、移動してｂ２点に至り、次の半周分の走査が終わる。以下、同様の探知操作を繰り返すことによって、支柱１４の中心を位置ａ，ｂ，ｃ，……の順に進めつつ、センサ部２０をａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，……の順に走査させることによって、走査有効幅Ｙに前進距離Ｘを乗じた面積の探知を効率よく行うことができる。

センサ部２０の走査過程では、センサ部２０から常時探知信号が信号処理器６０に送信される。同時に、ロータリーエンコーダ５０からは支柱１４の回転角度信号が信号処理器６０に送信される。信号処理器６０ではセンサ部２０からの探知信号を解析して地中埋設物の有無、及び当該埋設物の深度を探知する。また、ロータリーエンコーダ５０からの回転角度信号に基づいてセンサ部２０の平面的な位置を特定する。また、埋設物の探知信号が支柱１４の回転角度範囲で持続的に計測される場合には、信号処理器６０ではデータ処理によって当該埋設物の大きさや形状を特定することができる。信号処理器６０はこれらの探知結果を内部のメモリに保存蓄積するとともに、探知結果の一部を前記したヘッドホン７０やヘッドマウントディスプレイ７２に出力する。例えば、地中埋設物の存在がセンサ部２０からの探知信号によって確認された場合には、その旨をヘッドホン７０に出力する。すると、探査員４は確認位置近傍をセンサ部２０で精査できる。精査結果を直ちにヘッドマウントディスプレイ７２に表示すれば、平面的な拡がりを持った地中埋設物の大きさや形状の特定が容易になる。なお、信号処理器６０又はセンサ部２０にＧＰＳ（global positioning system）を搭載すれば、地中埋設物の絶対位置の特定が可能となるので、より一層便利である。

上述のように、本実施形態の埋設物探知装置は肩掛け部２８を備えた人体装着部１２を有している。探査員４はこの肩掛け部２８を利用して本体１０を肩掛けし、本体１０の荷重を肩で支持できる。このため、長時間にわたって探知操作を行っても疲労が少ない。また、人体装着部１２から斜め方向に垂下させたアーム１６の下端にセンサ部２０を取り付けたので、センサ部２０下面の地表面との離間寸法Ｈと地表面に対する平行度を許容範囲内に安定に維持しながら、センサ部２０を移動させることができる。したがって、埋設物の位置や形状を正確に探知することができる。かつ、センサ部２０下面と地表面２との衝突を回避できるのでセンサ部２０は損傷し難い。さらに、アーム１６は上端側を支点として水平方向に回転可能とされる。このため、探査員４はアーム１６を回転させることにより、センサ部２０による比較的長い移動距離の円弧状の走査を定位置で安定に行うことができる。

また、人体装着部１２に対するアーム１６の上下方向の位置が調節可能とされている。このため、探査員４の身長に応じてアーム１６の上下方向の位置を調節し、センサ部２０下面の地表面との離間寸法Ｈを所望の値に容易に設定することができる。また、アーム１６を回転させた場合の人体装着部１２に対する前記アーム１６の回転角度がロータリーエンコーダ５０によって検出可能とされている。このため、センサ部２０の移動距離及び位置の検出が可能となり、地中埋設物の位置や形状の特定が容易になる。

さらに、本実施形態の埋設物探知装置は、人体装着部１２の上下位置から張り出したブラケット４２，４４間に支柱１４が回転自在に支持され、この支柱１４にハンドル１８とアーム１６の上端とが固定された構造である。このため、ハンドル１８によって支柱１４を回転させることによって、間接的にアーム１６を回転させることができる。これらのアーム１６及びハンドル１８は支柱１４に対する上下方向の位置が調節可能とされており、探査員４の身長に応じて、アーム１６やハンドル１８を好ましい位置に設定替えすることができる。また、支柱１４の鉛直度を調節する調節ボルト３６を具備している。このため、探査員４の体型や姿勢に応じて支柱１４の鉛直度を調節し、ひいてはセンサ部２０下面の地表面に対する平行度を調節することができる。

上記実施形態では、人体装着部１２の上下位置から張り出したブラケット４２，４４間に支柱１４を回転自在に支持し、この支柱１４にアーム１６を固定した構造であった。しかしながら、本発明はこれに限定されず、人体装着部１２から直接にアームを回転自在に支持する構造としてもよい。また、ハンドル１８を省略し、アーム１６に手を添えることによってアーム１６を回転させるようにしてもよい。さらに、本発明に係る肩掛け部は上記実施形態の肩掛け部２８に限定されない。例えば図６に示したように、人体装着部１２Ａに取り付けたベルト状の肩掛け部２８Ａとしてもよい。

本発明に係る埋設物探知装置の実施形態を示す側面図である。 同実施形態の正面図である。 人体装着部１２の詳細側面図である。 アーム及びハンドルの高さ調節用の目盛を示す説明図である。 探知操作の軌跡を例示する説明図である。 肩掛け部に変形例を示す模式図である。 センサ部と地表面との関係を示す説明図である。 従来技術に係る埋設物探知装置の使用状態を示す側面図である。

符号の説明

２………地表面、４………探査員、１０………本体、１２………人体装着部、１４………支柱、１６………アーム、１８………ハンドル、２０………センサ部、２２………第１フレーム、２４………第２フレーム、２８………肩掛け部、３２………胴当て、３６………調節ボルト、３８………圧縮ばね、４０………蝶ナット、４２，４４………ブラケット、４６………ベアリング、５０………ロータリーエンコーダ、５２………上端部、５４………基端部、５６，５８………ノブ、６０………信号処理器、６２，６４………調節目盛、６６，６８………針、７０………ヘッドホン、７２………ヘッドマウントディスプレイ。

Claims (4)

1. 肩掛け部を備えた人体装着部と、この人体装着部から斜め方向に垂下し上端側を支点にして水平方向に回転可能なアームと、このアームの下端に取り付けられた地中埋設物のセンサ部とを具備したことを特徴とする埋設物探知装置。
2. 前記人体装着部に対する前記アームの上下方向の位置が調節可能とされたことを特徴とする請求項１に記載の埋設物探知装置。
3. 前記人体装着部に対する前記アームの回転角度が検出可能とされたことを特徴とする請求項１に記載の埋設物探知装置。
4. 前記人体装着部の上下位置から張り出したブラケット間に支柱が回転自在に支持され、この支柱に前記アームの上端と当該支柱を回転させるハンドルとが固定されたことを特徴とする請求項１に記載の埋設物探知装置。

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