JP2008128974A

JP2008128974A - 物体探知装置

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Publication number: JP2008128974A
Application number: JP2006317507A
Authority: JP
Inventors: Toyohiko Tsujimoto; 豊彦辻本; Teruhito Takeda; 輝人武田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: JP4858117B2

Abstract

【課題】比較的簡単な回路構成としながらも、対象物および対象物とは属性の異なる複数の非対象物の中から対象物の候補を検出することができる物体探知装置を提供する。
【解決手段】到達時間比較部１６は、測定位置ごとに電磁波が送波されてから受波されるまでに要した到達時間を求め、各到達時間を測定位置と同じ順番に並べたときに到達時間の極小となる複数の測定位置について到達時間を比較する。ピークレベル比較部１７は、測定位置ごとに受波信号の強度の最大値をピークレベルとして求め、各ピークレベルを測定位置と同じ順番に並べたときにピークレベルの極大となる複数の測定位置についてピークレベルを比較する。対象物探索部１８は、到達時間比較部１６およびピークレベル比較部１７の少なくとも一方での比較結果に基づいて、電磁波を反射した物体Ａの中から対象物の候補を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物中または地中に埋設された対象物や、構造物の裏側に存在する対象物を電磁波により探知する物体探知装置に関するものである。

従来から、鉄筋コンクリート壁などの構造物中または地中に埋設された対象物（たとえば埋設管など）を電磁波により探知する技術として、パルス状の電磁波を送受波するアンテナ部を構造物表面または地表面からなる基準面に沿う複数の測定位置に移動させ、各測定位置においてアンテナ部から送波され対象物で反射された電磁波をアンテナ部で受波し電気信号である受波信号に変換することにより、対象物を探知することが知られている。

ところで、たとえば鉄筋コンクリート壁においてはコンクリート中に基準面に沿って複数の鉄筋が配列されている。そのため、鉄筋コンクリート壁中に存在する樹脂配管等を対象物として探知する場合には、アンテナ部から送波された電磁波は対象物とは属性の異なる複数の非対象物（ここでは鉄筋）でも反射されることになる。したがって、複数の非対象物に紛れて存在する対象物を探知するためには、対象物と非対象物とを判別することにより電磁波を反射した物体の中から対象物の候補を検出する必要がある。対象物と非対象物とを判別する方法としては、たとえば電磁波を反射した物体の材質を判断することが考えられる。

ここにおいて、アンテナ部が送波した電磁波の強度とアンテナ部が受波した電磁波の強度と電磁波を反射した物体までの距離とが分かれば、物体の表面での電磁波の反射係数を求めることができる。電磁波を反射した物体までの距離は電磁波を送波してから受波するまでに要した時間を用いて算出することができる。前記反射係数は、アンテナ部と物体との間に存在する媒質および電磁波を反射した物体における比誘電率などの電磁気的性質と、電磁波の周波数とで定まるので、前記反射係数と媒質の電磁気的性質と電磁波の周波数とが既知であれば、電磁波を反射した物体の比誘電率を推定することができる。そして、電磁波を反射した物体の比誘電率が分かれば、この比誘電率に基づいて当該物体の材質を判断することができる。

ただし、電磁波を反射した物体の比誘電率以外の電磁気的性質（導電率や透磁率）も未知のパラメータであるので、電磁波を反射した物体の材質を正確に求めるためには、複数の周波数の電磁波について求めた反射係数から、電磁波を反射した物体の比誘電率を推定する必要がある。電磁波を反射した物体の比誘電率を複数の周波数の電磁波を用いて推定する技術は既に提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１には、アンテナ部にそれぞれ異なる周波数の電磁波を発生する送信アンテナを２個設け、かつ各送信アンテナを交互に駆動することにより、２つの周波数について反射係数を求めることが記載されている。
特開平６−２３０１４２号公報（第４−５頁、図１）

しかし、特許文献１に記載の構成では、２個の送信アンテナが必要であり、かつ２個の送信アンテナを駆動するためのタイミングの制御が必要であるから、回路構成が複雑である。また、電磁波を反射した物体の材質をより正確に求めるためにさらに多くの周波数の電磁波について反射係数を求める場合には、さらに多くの送信アンテナが必要になり、かつさらに多くの送信アンテナを駆動するためのタイミングの制御が必要になるので、回路構成がより複雑になる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、比較的簡単な回路構成としながらも、対象物および対象物とは属性の異なる複数の非対象物の中から対象物の候補を検出することができる物体探知装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、探知領域内に設定された基準面に沿う複数の測定位置においてアンテナ部から基準面に向けて電磁波を間欠的に送波し、基準面の奥に存在する物体により反射された電磁波をアンテナ部で受波し電気信号である受波信号に変換することにより、電磁波を反射した物体が探知の対象物か基準面に沿って配列された対象物とは属性の異なる複数の非対象物かを判別する物体探知装置であって、測定位置ごとに電磁波が送波されてから受波されるまでに要した到達時間を求め、各到達時間を測定位置と同じ順番に並べたときに到達時間の極小となる複数の測定位置について到達時間を比較する到達時間比較部と、測定位置ごとに受波信号の強度の最大値をピークレベルとして求め、各ピークレベルを測定位置と同じ順番に並べたときにピークレベルの極大となる複数の測定位置についてピークレベルを比較するピークレベル比較部と、到達時間比較部およびピークレベル比較部の少なくとも一方での比較結果に基づいて、電磁波を反射した物体の中から前記対象物の候補を検出する対象物探索部とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、対象物探索部は、到達時間比較部およびピークレベル比較部の少なくとも一方での比較結果に基づいて、電磁波を反射した物体の中から前記対象物の候補を検出するので、従来構成のように複数個の送信アンテナ等を用いる必要はなく、比較的簡単な構成で、対象物および対象物とは属性の異なる複数の非対象物の中から対象物の候補を検出することができる。ここにおいて、到達時間は電磁波を反射した物体までの距離に対応するので、たとえば基準面から対象物までの距離が基準面から各非対象物までの距離と異なる場合には、到達時間比較部で比較される到達時間の違いに基づいて対象物の候補を検出することができる。一方、ピークレベルは電磁波を反射した物体の形状や当該物体での電磁波の反射係数などに対応するので、たとえば対象物と非対象物とで形状が異なる場合には、ピークレベル比較部で比較されるピークレベルの違いに基づいて対象物の候補を検出することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記対象物探索部で前記対象物の候補となる物体が検出された場合に、前記物体で反射された電磁波に対応する前記受波信号に基づいて前記物体の属性を判断することにより、前記物体が対象物か否かを判断する対象物判断部を備えることを特徴とする。

この構成によれば、対象物判断部において、前記対象物探索部で前記対象物の候補とされた物体の属性を判断することにより、前記物体が対象物か否かを判断するので、到達時間比較部およびピークレベル比較部の少なくとも一方での比較結果のみから対象物を検出する場合に比べて、対象物の検出精度が向上するという利点がある。なお、ここでいう物体の属性には、物体の寸法に関する属性つまり物体の形状（直径や長さ等）や配置間隔など、さらに反射係数などの属性を含む。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記対象物の候補を検出する前に予め前記非対象物の寸法に関する既知の属性を非対象物データとして設定する非対象物データ設定部を備え、前記対象物判断部が、前記対象物の候補となる物体の前記属性のうち寸法に関する属性が前記非対象物データに該当しなければ、前記物体が対象物であると判断することを特徴とする。

この構成によれば、非対象物の寸法に関する属性が既知であれば、その他の属性が未知であっても、対象物判断部は、対象物の候補となる物体の寸法に関する属性が非対象物に該当するか否かによって、前記物体が対象物か否かを判断することができる。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記非対象物の反射係数を含む非対象物反射データを記憶した非対象物反射データ記憶部を備え、前記対象物判断部が、前記対象物の候補となる物体について前記到達時間を用いて算出される前記物体までの距離と前記ピークレベルとに基づいて前記物体の反射係数を推定し、前記物体の前記属性のうち反射係数が前記非対象物反射データに該当しなければ前記物体が対象物であると判断することを特徴とする。

この構成によれば、非対象物の反射係数が既知であれば、その他の属性が未知であっても、対象物判断部は、対象物の候補となる物体の反射係数が非対象物に該当するか否かによって、前記物体が対象物か否かを判断することができる。

請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明において、前記対象物の反射係数を含む対象物反射データを記憶した対象物反射データ記憶部を備え、前記対象物判断部が、前記対象物の候補となる物体について前記到達時間を用いて算出される前記物体までの距離と前記ピークレベルとに基づいて前記物体の反射係数を推定し、前記物体の前記属性のうち反射係数が前記対象物反射データに該当すれば前記物体が対象物であると判断することを特徴とする。

この構成によれば、対象物の反射係数が既知であれば、その他の属性が未知であっても、対象物判断部は、対象物の候補となる物体の反射係数が対象物に該当するか否かによって、前記物体が対象物か否かを判断することができる。

請求項６の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれかの発明において、前記対象物の属性と前記対象物に外力を加える場合の前記対象物の損傷の可否との対応関係を示す損傷可否データを記憶した損傷可否データ記憶部と、前記対象物の候補となる物体について前記対象物判断部で判断された属性を前記損傷可否データと比較し、前記物体の損傷の可否を判断する損傷可否判断部とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、損傷可否判断部で前記対象物の候補となる物体の損傷の可否を判断するので、損傷可否判断部の判断結果を参照することにより、損傷してはならない対象物を誤って損傷する事態を回避することができる。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記損傷可否データ記憶部に記憶される前記損傷可否データを書き換える損傷可否データ設定部を備えることを特徴とする。

この構成によれば、損傷可否データを書き換えることができるので、たとえば探知領域に応じて最適な損傷可否データを設定することができる。

本発明は、到達時間比較部およびピークレベル比較部の少なくとも一方での比較結果に基づいて、電磁波を反射した物体の中から前記対象物の候補を検出する対象物探索部を備えるので、従来構成のように複数個の送信アンテナ等を用いる必要はなく、比較的簡単な構成で、対象物および対象物とは属性の異なる複数の非対象物の中から対象物の候補を検出することができるという効果がある。

本実施形態の物体探知装置は、図１に示すように、電磁波を送波する送信アンテナ１と、電磁波を受波し電気信号である受波信号に変換する受信アンテナ２とからなるアンテナ部３を備え、構造物表面もしくは地表面からなる基準面Ｓ（図２参照）に沿った複数箇所の測定位置においてアンテナ部３から基準面Ｓに向けて電磁波を間欠的に送信し、基準面Ｓよりも奥に存在する物体Ａで反射された電磁波をアンテナ部３で受信することにより物体Ａを探知するものである。

物体探知装置は、図１に示すように、送信アンテナ１に電磁波を送波させる送信器４と、受信アンテナ２から受波信号が入力される受信器５と、受信器５の出力に基づいて物体Ａまでの距離等を求める信号処理部６と、測定位置を検出して信号処理部６に位置情報を与える測定位置検出部７と、発振回路８が接続されたタイミング制御回路９と、信号処理部６で求めた距離等を表示する表示部１０とを備えている。

タイミング制御回路９は、電磁波を送波するタイミングの基準となる基準信号を一定周期で間欠的に出力する。送信器４は、前記基準信号に基づいて一定周期（以下、「送波周期」という）のパルスを生成する。ここで生成されるパルスは、パルス幅が数十〜数百ｐｓ程度の非常に短い短パルスである。送信器４で生成された短パルスは送信アンテナ１に出力され、送信アンテナ１からは短パルスの信号が電磁波として前記送波周期で繰り返し放射される。

一方、受信器５には、受信アンテナ２で受波した電磁波（短パルスの信号）を電気信号である受波信号に変換したものが入力される。非常に短いパルス（パルス幅が数十〜数百ｐｓ）の波形を高分解能で再現するために、本実施形態では、受信器５に入力される受波信号が繰り返し信号であることを利用して、サンプリングの時間分解能を等価的に数〜数十ｐｓとすることができる所謂等価サンプリングを採用している。

等価サンプリングを行うために、タイミング制御回路９は、送信器４の送波周期よりも数〜数十ｐｓだけ大きい（あるいは小さい）サンプリング周期のサンプリング信号を発生し、このサンプリング信号を受信器５に入力している。受信器５は、サンプリング周期毎に、送波周期とサンプリング周期との差分である数〜数十ｐｓの区間について受波信号の振幅の平均値を取り出す処理を行う。ここで、受信器５は、短パルスの複数回分にわたって前記処理を繰り返すことにより、受波信号の波形の全体を再現することができる。サンプリングされた受波信号は、アナログ値がディジタル値に変換されて出力される。結果的に、受信器５においては、前記サンプリング周期より、はるかに高い時間分解能（送波周期とサンプリング周期との差分である数〜数十ｐｓ）で受波信号の波形を再現することができるので、非常に高速のサンプリングを行ったことと等価になる。

上述した構成によって、受信器５からは数〜数十ｐｓの時間分解能でサンプリングされた受波信号が出力されることになり、この受信器５の出力は後段の信号処理部６における不要波除去部１１に入力される。不要波除去部１１は、入力された受波信号から、物体Ａで反射されて受信アンテナ２に到達した電磁波（以下「反射波」という）の成分以外の不要な信号成分、すなわち外来の雑音成分や、送信アンテナ１から受信アンテナ２に直接到達した電磁波（以下「直接波」という）の成分を除去する。これにより、不要波除去部１１からは反射波の成分のみが出力されることになる。また、受信器５の出力は、距離算出用の基準時刻を検出する距離算出基準時刻検出部１２にも入力される。距離算出基準時刻検出部１２では、タイミング制御回路９から基準信号を受け、送信アンテナ１からの電磁波の送波タイミングに基づいて基準時刻を検出する。別の方法として、直接波の到達時刻を測定して基準時刻とすることも可能である。

不要波除去部１１の出力は、反射波データとして反射波データ一時記憶部１３に入力され一時記憶される。ここで、反射波データ一時記憶部１３には測定位置検出部７の出力も入力され、各反射波データはそれぞれの受波信号が得られた測定位置を表す位置情報に対応付けて記憶されることになる。

ところで、本実施形態の信号処理部６は、マイクロコンピュータで構成されており、反射波データ一時記憶部１３に記憶された反射波データおよび距離算出基準時刻検出部１２の出力を用いて物体Ａまでの距離を算出する機能と、前記反射波データを用いて物体Ａを判別する機能とを有している。以下では、これらの機能を実現する構成について順に説明する。なお、信号処理部６はマイクロコンピュータに限らず、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロプロセッサ等でも構成可能である。

まず、物体Ａまでの距離を算出する構成について説明する。信号処理部６は、反射波データ一時記憶部１３および距離算出基準時刻検出部１２の出力に接続された距離算出部１４を有する。距離算出部１４では、各測定位置においてアンテナ部３より電磁波が送波されてからアンテナ部３で受波されるまでに要した時間（以下、「到達時間」という）に、物体探知装置と物体Ａとの間に存在している媒質Ｚ（図２参照）中での電磁波の速度を乗じることによって、アンテナ部３から物体Ａまでの往復距離を求め、この往復距離を２で除することにより、アンテナ部３から物体Ａまでの距離を算出する。本実施形態では、不要波除去部１１の出力から反射波を受波した時刻を検出し、この時刻と距離算出基準時刻検出部１２から出力される基準時刻との差を、前記到達時間として用いている。媒質Ｚ中での電磁波の速度ｖ_１は、媒質Ｚの比誘電率ε_γ１を用いて以下のように求まる。

ここでｖは真空中での電磁波の速度、つまり光速（３×１０^８〔ｍ／ｓ〕）である。

本実施形態の物体探知装置は、たとえばコンクリート壁やその他の媒質Ｚ中に埋設された物体Ａの探知、あるいは石膏ボードやベニヤ板などから構成された中空壁内（壁うら）に存在する物体Ａの探知などに用いられるものであって、上記比誘電率ε_γ１は物体検知装置と対象物Ａとの間に存在する媒質Ｚの材質によって変化する。以下の表１は材質ごとの比誘電率ε_γ１の例を示したものである。そこで、信号処理部６には、距離算出部１４で用いる媒質Ｚの比誘電率ε_γ１を設定可能な比誘電率設定部１５が設けられており、媒質Ｚの材質に応じて比誘電率ε_γ１を設定することができる。この比誘電率設定部１５は、使用者が比誘電率ε_γ１の値を手動操作によって入力する構成を採用している。

距離算出部１４における距離分解能は、上述した受波信号のサンプリングの時間分可能に相当しており、サンプリングの時間分解能が高いほど距離を算出する際の分解能は高くなる。本実施形態の受信器５では、上述したように等価サンプリングを採用することによりサンプリングの時間分解能を数〜数十ｐｓと高くしているので、距離算出部１４における距離分解能は比較的高くなる。

上述したように距離算出部１４で算出された物体Ａまでの距離は、表示部１０に出力され表示部１０で表示される。

次に、物体Ａを判別する構成について説明する。ここでは一例として、鉄筋コンクリート壁に埋設された樹脂配管を探知の対象物Ａ１として検出する例を示す。ここにおいて、一般的な鉄筋コンクリート壁は、図２に示すようにコンクリートからなる媒質Ｚ中に多数の非対象物Ａ０である鉄筋が基準面Ｓに沿って規則的に配列され、一部に鉄筋とは属性の異なる物体（ここでは樹脂配管）が配設されている。そのため、鉄筋コンクリート壁中に存在する対象物Ａ１を探知する場合には、アンテナ部３から送波された電磁波は対象物Ａ１以外の多数の非対象物Ａ０（ここでは鉄筋）でも反射されることになる。そこで、本実施形態のように物体Ａを判別する機能が必要となる。なお、本実施形態では基準面Ｓに沿った複数箇所の測定位置においてアンテナ部３で電磁波の送受波を行うためにアンテナ部３を基準面Ｓに沿って移動させており、図２ではアンテナ部３の移動方向を矢印ｍで表している。

物体Ａを判別するための構成として、信号処理部６は、反射波データ一時記憶部１３に接続された到達時間比較部１６およびピークレベル比較部１７を有する。到達時間比較部１６およびピークレベル比較部１７には、反射波データ一時記憶部１３に記憶された各反射波データが入力される。ここで、反射波データ一時記憶部１３には、図３に示すように、各受波信号がそれぞれの得られた測定位置を表す位置情報に対応付けて反射波データとして記憶されている。

到達時間比較部１６は、各測定位置に対応する反射波の到達時間を検出する。具体的には、測定位置ごとに各反射波データについて強度の最大値を求め、当該最大値となる電磁波が送波されてから受波されるまでに要した時間を反射波の到達時間として検出する。さらに、到達時間比較部１６は、各反射波の到達時間を図４のように測定位置と同じ順番に並べたときに、到達時間の極小となる測定位置を検出する。図４では、測定位置を横軸にとり、到達時間を縦軸にとっている。ここで、反射波の到達時間の極小となる測定位置は、アンテナ部３から電磁波を反射した物体Ａまでの距離が最小となる測定位置に相当する。つまり、図４の例では０〔ｃｍ〕とした測定位置において、アンテナ部３から電磁波を反射した物体Ａまでの距離が最小となる。なお、媒質Ｚ中に何らかの物体Ａが存在する場合は、当該物体Ａで電磁波が反射されるので反射波の到達時間が検出されるが、物体Ａが存在しない場合は、反射波の到達時間は検出されない。

ここにおいて、上述したように、コンクリート中に複数の非対象物Ａ０と対象物Ａ１とが埋設されている場合には、各反射波の到達時間を測定位置と同じ順番に並べたときに、到達時間の極小となる測定位置が図５のように複数検出される。図５では、測定位置を横軸にとり、到達時間を縦軸にとっている。ここで、到達時間比較部１６は、到達時間の極小となる複数の測定位置（つまり、各非対象物Ａ０と対象物Ａ１とのそれぞれについて距離が最小となる測定位置）について、反射波の到達時間を比較することにより他の複数の測定位置とは到達時間が異なる測定位置Ｘ１を検出する。図２（ｂ）のように非対象物Ａ０の背後に対象物Ａ１が配置されている場合には、基準面Ｓ（つまり鉄筋コンクリート壁の表面）から対象物Ａ１までの距離が、基準面Ｓから各非対象物Ａ０までの距離に比べて大きくなるので、対象物Ａ１で反射された反射波の到達時間は、多数の非対象物Ａ０で反射された反射波の到達時間に比べて長くなる。

到達時間比較部１６の後段の対象物探索部１８は、到達時間比較部１６での検出結果に基づいて、各測定位置において探知された物体Ａの中から対象物Ａ１の候補となる物体Ａを探索する。たとえば図５の例では、到達時間の極小となる複数の測定位置の中で、他の測定位置とは到達時間が所定値Ｙだけ異なる測定位置Ｘ１で受信された反射波が、対象物Ａ１で反射された電磁波の候補となる。つまり、対象物探索部１８は測定位置Ｘ１において探知された物体Ａを対象物Ａ１の候補として検出する。

一方、ピークレベル比較部１７は、各測定位置に対応する反射波の強度の最大値（以下「ピークレベル」という）を検出する。具体的には、測定位置ごとに各反射波データについて強度の最大値を求め、当該最大値を反射波のピークレベルとして検出する。さらに、ピークレベル比較部１７は、各反射波のピークレベルを図６のように測定位置と同じ順番に並べたときに、ピークレベルの極大となる測定位置を検出する。図６では、測定位置を横軸にとり、ピークレベルを縦軸にとっている。ここで、反射波のピークレベルの極大となる測定位置は、アンテナ部３から電磁波を反射した物体Ａまでの距離が最小となる測定位置に相当する。つまり、図６の例では０〔ｃｍ〕とした測定位置において、アンテナ部３から電磁波を反射した物体Ａまでの距離が最小となる。なお、媒質Ｚ中に何らかの物体Ａが存在する場合は、当該物体Ａで電磁波が反射されるので反射波のピークレベルが検知されるが、物体Ａが存在しない場合は、反射波のピークレベルは検出されない。

ここにおいて、上述したように、コンクリート中に複数の非対象物Ａ０と対象物Ａ１とが埋設されている場合には、各反射波のピークレベルを測定位置と同じ順番に並べたときに、ピークレベルの極大となる測定位置が図７のように複数検出される。図７では、測定位置を横軸にとり、ピークレベルを縦軸にとっている。ここで、ピークレベル比較部１７は、ピークレベルの極大となる複数の測定位置（つまり、各非対象物Ａ０と対象物Ａ１とのそれぞれについて距離が最小となる測定位置）について、反射波のピークレベルを比較することにより他の複数の測定位置とはピークレベルが異なる測定位置Ｘ１を検出する。図２（ｂ）のように非対象物Ａ０に比べて対象物Ａ１の直径が大きい場合には、対象物Ａ１での電磁波の反射率が非対象物Ａ０での電磁波の反射率に比べて大きくなるので、対象物Ａ１で反射された反射波のピークレベルは、多数の非対象物Ａ０で反射された反射波のピークレベルに比べて大きくなる。

ピークレベル比較部１７に接続された対象物探索部１８は、ピークレベル比較部１７での検出結果に基づいて、各測定位置において探知された物体Ａの中から対象物Ａ１の候補となる物体Ａを探索する。たとえば図７の例では、ピークレベルの極大となる複数の測定位置の中で、他の測定位置とはピークレベルが所定値Ｙ（図５の所定値Ｙとは別に設定される）だけ異なる測定位置Ｘ１で受信された反射波が、対象物Ａ１で反射された電磁波の候補となる。つまり、対象物探索部１８は測定位置Ｘ１において探知された物体Ａを対象物Ａ１の候補として検出する。

対象物探索部１８での検出結果、つまり電磁波を反射した物体Ａに対象物Ａ１の候補が含まれているか否かの判断結果は、表示部１０に出力され表示部１０で表示される。

なお、たとえば基準面Ｓ（つまり鉄筋コンクリート壁の表面）からの距離が全ての非対象物Ａ０と対象物Ａ１とで同じ場合には、対象物Ａ１で反射された反射波の到達時間は、各非対象物Ａ０で反射された反射波の到達時間と同等になるので、対象物探索部１８は到達時間比較部１６の出力だけでは物体Ａの候補を検出することができないが、この場合には、ピークレベル比較部１７の出力によって物体Ａの候補を検出することができる。

さらに、本実施形態では、電磁波を反射した物体Ａをより精度よく判別するために、物体Ａの属性の簡易判断を行う対象物判断部１９が信号処理部６に設けられている。対象物判断部１９は、属性の簡易判断結果に基づいて、対象物探索部１８で対象物Ａ１の候補とされた物体Ａが対象物Ａ１か否かを判断する。ここでいう物体Ａの属性には、物体Ａの寸法に関する属性つまり物体Ａの形状（直径や長さ等）や配置（等間隔で配置されている場合にはその間隔）など、さらに電磁波の反射係数などの属性を含む。

ここに、対象物判断部１９には、非対象物Ａ０（鉄筋）の寸法に関する既知の属性（ここでは形状および配置）を非対象物データとして設定可能な非対象物データ設定部２０が接続されている。対象物判断部１９は、対象物探索部１８で対象物Ａ１の候補を検出する前に予め設定された非対象物データを比較基準データとし、対象物Ａ１の候補となる物体Ａの寸法に関する属性（形状や配置）が比較基準データに該当するか否かを簡易判断し、該当しなければ前記物体Ａが対象物Ａ１であると判断する。具体的には、対象物判断部１９は、比較基準データにおける非対象物Ａ０の間隔に基づいて測定位置を解析区間に分け、解析区間ごとに反射波の到達時間やピークレベルの比較結果を参照して、他の解析区間とそれぞれ比較解析を行う。他の解析区間と異なる結果が得られれば、受波信号の波形解析により、物体Ａの寸法に関する属性（形状や配置）が非対象物データに該当するか否かを簡易判断する。なお、ここでの受波信号の波形解析には、反射波の到達時間やピークレベル、横軸を測定位置とし縦軸を到達時間とした２次曲線（図５参照）の形状などのデータが用いられ、これらのデータは到達時間比較部１６やピークレベル比較部１７から入力される。

また、対象物判断部１９には、非対象物Ａ０における電磁波の反射係数を含む非対象物反射データを記憶した非対象物反射データ記憶部２１が接続されており、対象物判断部１９は、非対象物反射データを比較基準データとして用いることもできる。すなわち、対象物判断部１９は、対象物探索部１８で対象物Ａ１の候補とされた物体Ａの属性のうち反射係数を推定し、この反射係数が比較基準データに該当するか否かによって物体Ａを判別する。この場合には、推定した反射係数が比較基準データに該当しなければ前記物体Ａが対象物Ａ１であると判断する。また、反射係数は物体Ａの材質によって変わるので、物体Ａの反射係数が比較基準データに該当するか否かによって、対象物Ａ１の材質が非対象物Ａ０と同一か否かを判断することができる。

なお、対象物Ａ１と非対象物Ａ０との材質が同じ場合でも、対象物Ａ１と非対象物Ａ０との直径の違いなどにより反射係数が異なっていれば、上述した反射係数の判断結果から物体Ａを判別することができる。しかも、非対象物反射データ記憶部２１に、非対象物Ａ０の反射係数を直径に対応付けて記憶しておけば、対象物Ａ１と非対象物Ａ０との材質が同じ場合に、対象物Ａ１の直径の推定を行うこともできる。

物体Ａの反射係数は、アンテナ部３が送波した電磁波の強度とアンテナ部３が受波した電磁波の強度と物体Ａまでの距離とが分かれば推定することができる。ここで、物体Ａまでの距離は距離算出部１４で算出され、アンテナ部３が送波した電磁波の強度は既知であるから、アンテナ部３が受波した電磁波の強度に相当するピークレベルに基づいて、物体Ａの反射係数を推定することができる。反射波のピークレベルはピークレベル比較部１７から入力される。

さらに、対象物判断部１９には、対象物Ａ１（ここでは樹脂配管）における電磁波の反射係数を含む対象物反射データを記憶した対象物反射データ記憶部２２が接続されており、対象物判断部１９は、対象物反射データを比較基準データとして用いることもできる。すなわち、対象物判断部１９は、対象物探索部１８で対象物Ａ１の候補とされた物体Ａの属性のうち反射係数を推定し、この反射係数が比較基準データに該当するか否かによって物体Ａを判別する。この場合には、推定した反射係数が比較基準データに該当すれば前記物体Ａが対象物Ａ１であると判断する。なお、対象物反射データ記憶部２２に、対象物Ａ１の反射係数を直径に対応付けて記憶しておけば、対象物Ａ１の直径の推定を行うこともできる。

対象物判断部１９での判断結果は、表示部１０に出力され表示部１０で表示される。なお、上記比較基準データには、対象物探索部１８で判別された非対象物Ａ０に関するデータ、つまり反射波の到達時間やピークレベルや、横軸を測定位置とし縦軸を到達時間とした２次曲線（図５参照）の形状などのデータを付加してもよい。

ところで、物体探知装置で探知する対象物Ａ１の中には、樹脂配管のように外力が作用することにより損傷すれば不具合を生じるものがある。そこで、本実施形態では、対象物判断部１９の出力と、損傷可否データ記憶部２３に予め記憶された損傷可否データとを比較し、対象物Ａ１の損傷の可否を判断する損傷可否判断部２４を信号処理部６に設けてある。損傷可否データ記憶部２３には、外力による損傷を避けたい対象物Ａ１の属性（形状や配置等）が、損傷可否データとして記憶されている。したがって、損傷可否判断部２４は、対象物判断部１９で判断された対象物Ａ１の属性が損傷可否データに該当したときに、対象物Ａ１が損傷してはならないものと判断して、表示部１０に判断結果を表示させる。

ここで、損傷可否データ記憶部２３に記憶された損傷可否データを書き換える損傷可否データ設定部（図示せず）を設ければ、損傷可否データの書き換えが可能となり、たとえば探知領域に応じて損傷可否データを変更することも可能となる。

なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート壁に埋設された樹脂配管を対象物Ａ１として検出する例を示しているが、鉄筋コンクリート壁に埋設された金属配管や、前記鉄筋とは太さの異なる構造用鉄筋などを対象物Ａ１として検出することも可能である。

以下では、本実施形態の物体探知装置を用いて図２のように鉄筋コンクリート壁の媒質Ｚ（コンクリート）中に存在する物体Ａ（鉄筋、樹脂配管）を検出する場合の距離算出部１４での処理の一例を示す。

この場合には媒質Ｚがコンクリートであるから、比誘電率設定部１５でコンクリートの比誘電率ε_γ１を設定することにより、媒質Ｚ中の物体Ａまでの距離を算出可能となる。ここでは、コンクリートの比誘電率ε_γ１を９（表１参照）として計算する。このとき、サンプリングの時間分解能をたとえば１０ｐｓとした場合の距離分解能は、時間分解能に媒質Ｚ中での電磁波の速度（光速）を乗じることによって求まり、１０〔ｐｓ〕×３×１０^８〔ｍ／ｓ〕／（√９）＝１〔ｍｍ〕となる。この距離分解能は物体Ａまでの往復距離に相当するので、物体Ａまでの片道距離に換算すると距離分解能は０．５〔ｍｍ〕となる。さらに、電磁波が送波されてから受波されるまでに要した時間として検出可能な最小値もサンプリングの時間分解能に相当しており、物体Ａを探知可能な最小距離は、上記条件（比誘電率ε_γ１＝９、サンプリングの時間分解能が１０ｐｓ）下では０．５〔ｍｍ〕となる。したがって、従来の物体探知装置と比較して、非常に近距離の物体Ａまで探知可能となり、不感帯（探知不能な領域）が狭くなる。

また、上述した実施形態のように鉄筋コンクリート壁に埋設されたものに限らず、たとえば石膏ボードやベニヤ板などから構成された中空壁内に存在する物体Ａ（たとえば木製柱、金属製柱、配管など）を対象物Ａ１として検出することも可能である。この場合には、媒質Ｚはコンクリートではなく空気であるので、比誘電率設定部１５で空気の比誘電率ε_γ１を設定することにより、物体Ａまでの距離を算出可能となる。空気の比誘電率ε_γ１は１であるから、サンプリングの時間分解能を１０ｐｓとしたときの距離分可能は、１０〔ｐｓ〕×３×１０^８〔ｍ／ｓ〕／１＝３〔ｍｍ〕となり、物体Ａまでの片道距離に換算すると１．５〔ｍｍ〕となり、実用上十分の距離分解能となる。

本発明の実施形態の構成を示す概略ブロック図である。同上の物体探知装置で物体を検出する例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。

符号の説明

３アンテナ部
１６到達時間比較部
１７ピークレベル比較部
１８対象物探索部
１９対象物判断部
２０非対象物データ設定部
２１非対象物反射データ記憶部
２２対象物反射データ記憶部
２３損傷可否データ記憶部
２４損傷可否判断部
Ａ物体
Ａ０非対象物
Ａ１対象物
Ｓ基準面

Claims

探知領域内に設定された基準面に沿う複数の測定位置においてアンテナ部から基準面に向けて電磁波を間欠的に送波し、基準面の奥に存在する物体により反射された電磁波をアンテナ部で受波し電気信号である受波信号に変換することにより、電磁波を反射した物体が探知の対象物か基準面に沿って配列された対象物とは属性の異なる複数の非対象物かを判別する物体探知装置であって、測定位置ごとに電磁波が送波されてから受波されるまでに要した到達時間を求め、各到達時間を測定位置と同じ順番に並べたときに到達時間の極小となる複数の測定位置について到達時間を比較する到達時間比較部と、測定位置ごとに受波信号の強度の最大値をピークレベルとして求め、各ピークレベルを測定位置と同じ順番に並べたときにピークレベルの極大となる複数の測定位置についてピークレベルを比較するピークレベル比較部と、到達時間比較部およびピークレベル比較部の少なくとも一方での比較結果に基づいて、電磁波を反射した物体の中から前記対象物の候補を検出する対象物探索部とを備えることを特徴とする物体探知装置。
前記対象物探索部で前記対象物の候補となる物体が検出された場合に、前記物体で反射された電磁波に対応する前記受波信号に基づいて前記物体の属性を判断することにより、前記物体が対象物か否かを判断する対象物判断部を備えることを特徴とする請求項１記載の物体探知装置。
前記対象物の候補を検出する前に予め前記非対象物の寸法に関する既知の属性を非対象物データとして設定する非対象物データ設定部を備え、前記対象物判断部は、前記対象物の候補となる物体の前記属性のうち寸法に関する属性が前記非対象物データに該当しなければ、前記物体が対象物であると判断することを特徴とする請求項２記載の物体探知装置。
前記非対象物の反射係数を含む非対象物反射データを記憶した非対象物反射データ記憶部を備え、前記対象物判断部は、前記対象物の候補となる物体について前記到達時間を用いて算出される前記物体までの距離と前記ピークレベルとに基づいて前記物体の反射係数を推定し、前記物体の前記属性のうち反射係数が前記非対象物反射データに該当しなければ前記物体が対象物であると判断することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の物体探知装置。
前記対象物の反射係数を含む対象物反射データを記憶した対象物反射データ記憶部を備え、前記対象物判断部は、前記対象物の候補となる物体について前記到達時間を用いて算出される前記物体までの距離と前記ピークレベルとに基づいて前記物体の反射係数を推定し、前記物体の前記属性のうち反射係数が前記対象物反射データに該当すれば前記物体が対象物であると判断することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の物体探知装置。
前記対象物の属性と前記対象物に外力を加える場合の前記対象物の損傷の可否との対応関係を示す損傷可否データを記憶した損傷可否データ記憶部と、前記対象物の候補となる物体について前記対象物判断部で判断された属性を前記損傷可否データと比較し、前記物体の損傷の可否を判断する損傷可否判断部とを備えることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の物体探知装置。
前記損傷可否データ記憶部に記憶される前記損傷可否データを書き換える損傷可否データ設定部を備えることを特徴とする請求項６記載の物体探知装置。