JP2007263694A

JP2007263694A - 埋設物探査装置

Info

Publication number: JP2007263694A
Application number: JP2006088164A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Torai; 仁戸耒; Takeshi Ishii; 武石井; Hiroshi Iida; 洋志飯田; Sadahito Okura; 禎人大倉
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】移動方向の測定精度を向上させた埋設物探査装置を提供する。
【解決手段】埋設物探査装置１００は探査用電磁波の送受に係る構成機器として、送信器１１と、送信アンテナ１２と、受信アンテナ１３と、受信器１４と、を含んでいる。また、装置１００は受信器１４が取得した受信信号を記憶する受信データバッファメモリ２２と、装置１００の一定移動距離毎にサンプリング信号を受信データバッファメモリ２２に供給して、当該位置における受信信号を取り込むサンプリング回路２４と、装置１００の移動量を検出するロータリエンコーダ１８と、サンプリング信号を補間サンプリング信号に変換する補間回路２６と、サンプリング信号から所定の分割距離に対応した補間サンプリング信号を予測して出力する予測回路２８と、を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、埋設面を移動しながら埋設体にある埋設物を探査する埋設物探査装置に関する。

近年、地表を移動しながら電磁波を用いて埋設物を探査する技術が利用されるようになった。この技術を用いると、地面を掘り起こすことなく地中埋設物を発見でき、また、地中の埋設物探査に限らずコンクリート構造物の鉄筋などを発見することも可能である。

このような埋設物探査装置は、電磁波を送信アンテナから埋設体例えばコンクリート構造物に向けて放射し、その電磁波がコンクリートと電気的性質の異なる鉄筋や空洞などの反射物体との境界面で反射され、受信アンテナに到達するまでの伝搬時間から反射物体までの距離を求め、装置がコンクリート表面を移動することにより所望の埋設体映像を得ることができる。

埋設体映像を得る目的で使用する場合、埋設物探査装置の移動量を正確に測定することが必要となる。特許文献１には、埋設物探査装置の移動に伴い左右輪に取りつけられたロータリエンコーダとツインエンコーダ回路を介してコントローラに正確な移動量を供給する構成が示されている。

特開平５−１９６７２９号公報

従来の埋設物探査装置においては、装置が地表あるいは埋設面を移動しながら前述した反射信号を受信して埋設体中の画像を形成する。このときの画像サンプリングは、装置の所定移動量ごとに出力されるサンプリング信号により行われる。このために、装置の車輪には前述したようにロータリエンコーダが取り付けられ、例えば５ｍｍの移動間隔でサンプリング信号が出力され、これによって移動方向の分解能が定まる。

受信アンテナによって取り込まれる受信信号は、一旦受信データバッファメモリに記憶されるが、この記憶された受信信号は全部が画像形成に用いられることなく、サンプリング信号の出力タイミングでのみ画像形成用の受信信号が抽出される。したがって、従来においては、メモリに記憶された多数の信号が利用されないという問題があった。

このような問題を解決して受信信号を有効に利用するためには、ロータリエンコーダのサンプリング信号出力分解能を向上させればよいが、高精度のロータリエンコーダは価格が高く、また塵埃、環境などに対して対抗力が少なく、屋外で用いられる埋設物探査装置には不適であり、必要なサンプリング信号の分解能を得ることができないという問題があった。

以上のような問題を解決するために、本発明に係る埋設物探査装置は、埋設面を移動する台車と、台車に搭載され送信器の送信信号に基づき埋設体に探査用電磁波を放射する送信アンテナと、台車に搭載され埋設物からの反射波を受信アンテナを介して受信する受信器と、受信器の受信信号を記憶するメモリと、台車の一定移動距離毎にサンプリング信号をメモリに供給して、当該位置における受信信号を取り込むサンプリング回路と、受信信号に基づき、埋設体映像を表示するスクリーンと、を含み、所定の距離間隔毎の埋設体映像から埋設物を探査する埋設物探査装置において、サンプリング信号を所定の分割距離に対応した補間サンプリング信号に変換する補間回路を有し、サンプリング信号及び補間サンプリング信号によりメモリに記憶された受信信号を取り込むことを特徴とする。

また、本発明に係る埋設物探査装置は、埋設面を移動する台車と、台車に搭載され送信器の送信信号に基づき埋設体に探査用電磁波を放射する送信アンテナと、台車に搭載され埋設物からの反射波を受信アンテナを介して受信する受信器と、受信器の受信信号を記憶するメモリと、台車の一定移動距離毎にサンプリング信号をメモリに供給して、当該位置における受信信号を取り込むサンプリング回路と、受信信号に基づき、埋設体映像を表示するスクリーンと、を含み、所定の距離間隔毎の埋設体映像から埋設物を探査する埋設物探査装置において、サンプリング信号から所定の分割距離に対応した補間サンプリング信号を予測して出力する予測回路を有し、サンプリング信号及び補間サンプリング信号によりメモリに記憶された受信信号を取り込むことを特徴とする。

本発明を用いることにより、受信データバッファメモリに取り込まれた受信信号の有効利用が可能となり、埋設体映像の分解能を向上することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は埋設物探査装置１００による埋設物探査の概要を示している。埋設物探査装置１００は、例えばコンクリート面を移動する台車１０と、台車１０に搭載された送信器１１の送信信号に基づき探査用電磁波をコンクリート構造体に放射する送信アンテナ１２と、例えば鉄筋などの埋設物からの反射波を受信アンテナ１３を介して受信する受信器１４と、を含んでいる。埋設物探査装置１００は受信信号に基づきコンクリート構造体内部を埋設体映像として表示し、所定の距離間隔毎の埋設体映像から鉄筋などの埋設物を探査する装置である。

コンクリート構造体の探査を行う操作者は、装置１００に設けられたハンドル１５を握り、装置１００を手で移動させることで、探査したいコンクリート構造物の床面や壁面などのコンクリート構造体の内部を自由に調べることができる。

図２には、埋設物探査装置１００の全体構成が示されている。埋設物探査装置１００は探査用電磁波の送受に係る構成機器として、送信器１１と、送信アンテナ１２と、受信アンテナ１３と、受信器１４と、を含んでいる。

また、埋設物探査装置１００は、受信器１４が取得した受信信号を記憶する受信データバッファメモリ２２と、装置１００の移動量を検出するロータリエンコーダ１８と、ロータリエンコーダ１８で検出したサンプリング信号を受信データバッファメモリ２２に供給して、当該位置における受信信号を取り込むサンプリング回路２４と、を含む。更に、本発明において特徴的なことは、装置１００がサンプリング信号から補間サンプリング信号を形成する補間回路２６と、サンプリング信号から所定の分割距離に対応した補間サンプリング信号を予測して出力する予測回路２８と、のいずれかを有することである。

さらに、埋設物探査装置１００は、装置全体の制御と埋設体映像の表示を司る、ＣＰＵ３６と、スクリーン（ＬＣＤ）３８と、メモリ３４と、操作スイッチ３２と、を有している。

ロータリエンコーダ１８は、埋設物探査装置１００のタイヤ車軸に放射状のスリット加工を施した円盤を固定し、フォトカプラにて装置１００が５ｍｍ移動する毎にスリットがフォトカプラの光を遮ることにより距離検出パルスを発生し、このパルスに基づいてサンプリング回路２４のサンプリング信号が作られる。

埋設物探査（以下、測定処理と略す）において、装置１００は測定処理中１０ｍｓ毎に反射波を取り込み受信信号を受信データバッファメモリ２２に格納する。

図３は補間回路の処理の概要を示し、図４は補間処理におけるデータ取得タイミングを示す。以下、図３と図４を用いて説明する。図３に示す補間回路は、装置が５ｍｍ移動する毎に出力される距離検出パルス列の間隔を送受信処理間隔である１０ｍｓのパルスでカウントする。例えば装置の最低移動速度を０．８ｍｍ／ｓとすると、装置が５ｍｍ移動するために６秒かかり、６秒の間に１０ｍｓのデータは６００個格納されることになる。図３における受信データバッファメモリ２２は、６００個の受信バッファ容量（D[1]〜D[600]の配列）を有する。

図３に、埋設物探査装置１００が最低移動速度０．８ｍｍ／ｓで移動している時の測定処理の流れを示す。最初に、装置１００が移動して距離検出パルスＴ１が出力されると（Ｓ２）、受信データバッファ（配列）に配列番号をインクリメントしながら送受信処理データの格納が１０ｍｓ毎に実行される（Ｓ１）。６秒後に装置が５ｍｍ移動し、距離検出パルスＴ２が出力される（Ｓ４）。すると、補間回路は、Ｔ１からＴ２までの間に６００個保存されているデータから、１ｍｍごとの配列番号として算出された配列間隔ごとに受信信号読み込みを行う（Ｓ５）。

図４に示すようにデータ取得タイミングは、Ｔ１（Ｓ１１）〜Ｔ２（Ｓ１２）の速度変化を１ｍｍ単位の距離検出として処理をするために、D[1]と、D[1+(600/5)]と、D[1+2×(600/5)]と、D[1+3×(600/5)]と、D[1+4・(600/5)]と、であり、D[1]=(T1でのデータ)と、D[121]と、D[241]と、D[361]と、D[481]と、が採用される（Ｓ１３）。

最後に、図３に示すようにＴ２検出後のリセット処理を行った後、Ｔ２時より再びバッファ先頭からの書込が実行される（Ｓ６）。以上のような処理を行うことで、移動距離分解能を向上して、多数の受信信号を用いた詳細な埋設物映像の作成が可能となる。

図５は本発明に係る予測回路の処理の概要を示し、図６は予測処理におけるデータ取得タイミングを示す。補間回路では、移動距離５ｍｍの間のデータをすべて保存していたが、過去の速度データを用いることで、次の５ｍｍ間隔の移動速度を一定と仮定して１ｍｍに相当する距離検出信号を予測して制御部に送信し、この予測タイミング信号を用いて受信信号の読み込みを行う。

次に、予測回路の処理の概要を図５を用いて示す。最初に送受信処理データ格納が１０ｍｓの間隔で受信データバッファメモリ２２に上書きされる（Ｓ２０）。次に、Ｔ２〜Ｔ３，Ｔ３〜Ｔ４，Ｔ４〜Ｔ５の３測定領域を参照領域とし（Ｓ２１〜Ｓ２２）、平均速度を算出し（Ｓ２３）、参照領域の平均移動速度を元にした予測速度を用いて、距離検出パルスを生成し（Ｓ２４）、その信号に基づき受信信号の読み込みを行う（Ｓ２５）。

図６には予測回路のタイミング図が示されている。Ｓ３０〜Ｓ３３までの３区間の平均速度からＴ５以降の１ｍｍ距離予測信号を生成（Ｓ３４）してデータを取得する（Ｓ３５）。このような予測回路を用いることで、メモリの増設なしに距離分解能を向上してサンプリング信号を増加させることが可能となる。

図７は、二次関数近似を用いた補間回路におけるデータ取得タイミングを示す。この方式も補間回路であるため、移動距離５ｍｍの間のデータを全て保存しておき、また、直前５ｍｍの移動時間Ｔ２，Ｔ３を送受信処理の１０ｍｓを用いて測定し、保持しておく。二次関数Ｌｂ＝ｆ（ｔ）として移動速度を類推することにより、一次関数で近似する場合より精度の高い分解能が得られる。

例としてＴ３〜Ｔ４間の受信データの処理を示す。Ｔ３時点で移動距離をＬとし、ｆ（ｔ）＝ａｔ＾２＋ｂｔ＋ｃと想定すると、前後１０ｍｍ間の移動距離は次の式となる。Ｌ−１０＝ａ（Ｔ２）＾２＋ｂ（Ｔ２）＋ｃ，Ｌ＝ａ（Ｔ３）＾２＋ｂ（Ｔ３）＋ｃ，Ｌ＋１０＝ａ（Ｔ４）＾２＋ｂ（Ｔ４）＋ｃ，が成り立ち、定数ａ・ｂ・ｃを特定することができる。

すると、Ｔ３の測定点から１ｍｍずつ移動した時間は、Ｔ３[0]＝ｆ’（Ｌ），Ｔ３[1]＝ｆ’（Ｌ＋１），Ｔ３[2]＝ｆ’（Ｌ＋２），Ｔ３[3]＝ｆ’（Ｌ＋３），Ｔ３[4]＝ｆ’（Ｌ＋４）として求まる。

前後１０ｍｍ間の移動時間による二次関数近似により、D[T3(0)/10],D[T3(1)/10],D[T3(2)/10],D[T3(3)/10],D[T3(4)/10]（T3(0)〜T3(4)の単位はｍｓとなる）の受信データを上述した受信データバッファメモリから読み込むことが可能となる。このような二次関数近似を用いた補間回路とすることにより区間の等分に比べてより精度の高い分解能が得られる。また、３次・４次と関数の次数を上げることや補間関数を他の関数に置き換えることによりさらに精度向上が望めることはいうまでもない。

埋設物探査装置の概要を説明する説明図である。本発明の実施形態に係る埋設物探査装置の全体構成図である。本発明の実施形態に係る補間回路の処理概要を示す説明図である。補間回路の処理のタイミングを示すタイミング図である。本発明の実施形態に係る予測回路の処理概要を示す説明図である。予測回路の処理のタイミングを示すタイミング図である。二次関数近似補間回路の処理のタイミングを示すタイミング図である。

符号の説明

１０台車、１１送信器、１２送信アンテナ、１３受信アンテナ、１４受信器、１８ロータリエンコーダ、２０制御部、２２受信データバッファメモリ、２４サンプリング回路、２６補間回路、２８予測回路、３２操作スイッチ、３４メモリ、３６ＣＰＵ、３８スクリーン、１００埋設物探査装置。

Claims

埋設面を移動する台車と、台車に搭載され送信器の送信信号に基づき埋設体に探査用電磁波を放射する送信アンテナと、台車に搭載され埋設物からの反射波を受信アンテナを介して受信する受信器と、受信器の受信信号を記憶するメモリと、台車の一定移動距離毎にサンプリング信号をメモリに供給して、当該位置における受信信号を取り込むサンプリング回路と、受信信号に基づき、埋設体映像を表示するスクリーンと、を含み、所定の距離間隔毎の埋設体映像から埋設物を探査する埋設物探査装置において、
サンプリング信号を所定の分割距離に対応した補間サンプリング信号に変換する補間回路を有し、
サンプリング信号及び補間サンプリング信号によりメモリに記憶された受信信号を取り込むことを特徴とする埋設物探査装置。
埋設面を移動する台車と、台車に搭載され送信器の送信信号に基づき埋設体に探査用電磁波を放射する送信アンテナと、台車に搭載され埋設物からの反射波を受信アンテナを介して受信する受信器と、受信器の受信信号を記憶するメモリと、台車の一定移動距離毎にサンプリング信号をメモリに供給して、当該位置における受信信号を取り込むサンプリング回路と、受信信号に基づき、埋設体映像を表示するスクリーンと、を含み、所定の距離間隔毎の埋設体映像から埋設物を探査する埋設物探査装置において、
サンプリング信号から所定の分割距離に対応した補間サンプリング信号を予測して出力する予測回路を有し、
サンプリング信号及び補間サンプリング信号によりメモリに記憶された受信信号を取り込むことを特徴とする埋設物探査装置。