JP2021012154A - 埋設物検出装置および埋設物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して、埋設物の検出精度を向上させることが可能な埋設物検出装置および埋設物検出方法を提供する。【解決手段】埋設物検出装置１は、送信アンテナ１１と、受信アンテナ１２と、ディレイＩＣ１４と、制御部１０とを備えている。送信アンテナ１１は、インパルス波をコンクリート１００へ放射する。受信アンテナ１２は、インパルス波の反射波を受信する高速サンプル・ホールド回路１６を有している。ディレイＩＣ１４は、サンプリングパルスをデジタル信号によって任意に遅延させる。制御部１０は、受信アンテナ１２において受信した反射波がノイズを含むと判定した場合には、ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間で反射波を受信アンテナ１２に再取得させる。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、壁や地中等に含まれる埋設物を検出する埋設物検出装置および埋設物検出方法に関する。

近年、例えば、コンクリート内に含まれる鉄筋等の埋設物を探索する装置として、コンクリートの表面を移動させながら、コンクリートの表面に向かって放射した電磁波の反射波の変化に基づいて、埋設物を検出する装置が用いられている。
例えば、特許文献１には、電磁波を送信アンテナから放射し、受信アンテナで受信された対象物からの反射波を、高速鋸歯状波発生器と低速鋸歯状波発生器および交点パルス発生器を用いて生成したサンプリングパルスによってサンプリングするチャープサンプリング方式地中レーダについて開示されている。

特開昭６０−１５４１７７号公報

しかしながら、上記従来の装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された装置では、高速鋸歯状波と低速鋸歯状波とを比較して、電磁波の反射波を取得するタイミング（ディレイ時間）を調整している。このため、サンプリング期間の途中でノイズが検出された場合でも、再サンプリングを実施するためには、再度、サンプリング期間の最初から１セット分のサンプリングを実施する必要があり、時間がかかってしまう。また、装置が移動している場合には、ノイズが検出された位置で再サンプリングすることはできないため、再サンプリングによってノイズを除去することは困難である。

特に、放射される電磁波としてインパルス波が用いられた場合には、例えば、サイン波の電磁波が放射される場合と比較して、インパルス波には広い周波数成分が含まれるため、受信部として広帯域アンテナが用いられる。その結果、ノイズを受信しやすく除去し難いという課題がある。
本発明の課題は、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して、埋設物の検出精度を向上させることが可能な埋設物検出装置および埋設物検出方法を提供することにある。

第１の発明に係る埋設物検出装置は、対象物に対して照射されたインパルス波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出装置であって、送信部と、受信部と、可変遅延素子と、制御部と、を備えている。送信部は、インパルス波を対象物へ放射する。受信部は、インパルス波の反射波を受信するサンプル・ホールド回路を有する。可変遅延素子は、放射するインパルス波またはサンプリングパルスをデジタル信号によって任意に遅延させることが可能である。制御部は、受信部において受信した反射波がノイズを含むと判定した場合には、ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間で反射波を受信部に再取得させるように、可変遅延素子を制御する。

ここでは、放射された電磁波の反射波を受信して、例えば、コンクリート内に存在する鉄筋等の埋設物を検出する埋設物検出装置において、デジタル信号によって反射波のサンプリングパルスを設定するとともに、受信部において受信した反射波がノイズを含むと判定した場合には、ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間（タイミング）で反射波を受信部に再取得させる。

ここで、可変遅延素子は、例えば、ディレイＩＣであって、デジタル信号によって反射波を受信するサンプリングパルスの遅延時間を設定する。
なお、送信部から放射される電磁波としてインパルス波を用いた場合には、例えば、サイン波等の他の電磁波を比較して広い周波数成分が含まれるため、受信部として広帯域アンテナを用いる必要がある。このため、広帯域アンテナを用いた結果、ノイズを受信しやすく除去し難いという課題がある。

そこで、本発明の埋設物検出装置では、受信部において受信した反射波にノイズが含まれると判定した場合には、ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間（タイミング）で反射波を受信部に再取得させるように、可変遅延素子を制御する。
これにより、ノイズを受信しやすいインパルス波を電磁波として用いた場合でも、外乱ノイズ等のノイズを検出するとすぐにその位置で反射波を再取得することができる。
この結果、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して、埋設物の検出精度を向上させることができる。

第２の発明に係る埋設物検出装置は、第１の発明に係る埋設物検出装置であって、制御部は、ｎ回目に取得した反射波の値と、（ｎ−１）回目に取得した反射波の値との差が、所定の閾値以上である場合に、ｎ回目に取得した反射波の値にはノイズが含まれると判定する。
これにより、ｎ回目に取得した反射波の値と直前に取得した反射波の値との差が所定の閾値以上であった場合には、直前の（ｎ−１）回目の取得値から大きな差があることから、その差はノイズの影響によるものと判断して、ノイズを含むと判定することができる。

第３の発明に係る埋設物検出装置は、第２の発明に係る埋設物検出装置であって、対象物の表面に沿って移動する移動速度を検出する移動速度検出部を、さらに備えている。制御部は、移動速度検出部において検出された移動速度の大きさに応じて、所定の閾値の値を変更する。

これにより、例えば、埋設物検出装置の移動速度が大きい場合にはノイズ検出処理も高速で実施する必要があるため、細かいノイズを検出しないように、閾値を基準値よりも大きく設定し、反対に、移動速度が小さい場合にはノイズ検出処理を充分に確保することができるため、ノイズの検出精度を向上させるために、閾値を基準値よりも小さく設定することで、移動速度に応じて、適切な大きさの閾値を設定することができる。

第４の発明に係る埋設物検出装置は、第３の発明に係る埋設物検出装置であって、制御部は、移動速度が予め設定された所定速度より大きい場合には、所定の閾値を初期設定値よりも大きい値に設定する。
これにより、作業者によって走査される埋設物検出装置の移動速度が大きい場合には、閾値の値を初期設定値よりも大きくすることで、細かいノイズを検出しないようにすることができる。
この結果、埋設物検出装置の移動速度が大き過ぎて、ノイズ検出処理が移動速度に追いつかないという不具合の発生を防止することができる。

第５の発明に係る埋設物検出装置は、第３の発明に係る埋設物検出装置であって、制御部は、移動速度が予め設定された所定速度より小さい場合には、所定の閾値を初期設定値よりも小さい値に設定する。

これにより、作業者によって走査される埋設物検出装置の移動速度が小さい、つまり、埋設物検出装置がゆっくり移動している場合には、充分な処理時間を確保できるため、閾値の値を初期設定値よりも小さくすることで、細かいノイズを検出することができる。
この結果、埋設物検出装置の移動速度が小さい場合は、ノイズ検出精度を向上させることができる。

第６の発明に係る埋設物検出装置は、第３の発明に係る埋設物検出装置であって、移動速度の速度範囲として、複数段階設定されている場合には、制御部は、移動速度検出部において検出された移動速度の速度範囲が属する段階に応じて、閾値を変化させる。
これにより、例えば、移動速度が“高”、“中”、“低”の３段階で設定されている場合には、移動速度“高”に対応する第１閾値（＞初期設定値）、移動速度“中”に対応する基準閾値、移動速度“低”に対応する第２閾値（＜初期設定値）に、閾値を変更することができる。

第７の発明に係る埋設物検出装置は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る埋設物検出装置であって、制御部には、反射波がノイズを含むと判定した場合に実施される反射波の再取得の繰り返し回数の上限値が設定されている。
これにより、再取得の回数に上限が設定されることで、直前に取得された反射波の値との比較において、何度、再取得しても閾値以上となってしまうことを回避して、次の回（ｎ＋１）回目の反射波のサンプリングを実施することができる。

第８の発明に係る埋設物検出方法は、対象物に対して照射されたインパルス波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出方法であって、遅延時間設定ステップと、送信ステップと、受信ステップと、再取得ステップと、を備えている。遅延時間設定ステップでは、デジタル信号によって制御される可変遅延素子を用いて、放射するインパルス波または反射波をサンプリングするサンプリングパルスの遅延時間を設定する、送信ステップでは、インパルス波を対象物へ複数回放射する。受信ステップでは、遅延時間設定ステップにおいて設定された遅延時間に基づいて、インパルス波の反射波を複数回受信する。再取得ステップでは、受信ステップにおいて受信した反射波がノイズを含むと判定した場合には、ノイズを含むと判定されたｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間で反射波を再取得するように、可変遅延素子を制御する。

ここでは、放射された電磁波の反射波を受信して、例えば、コンクリート内に存在する鉄筋等の埋設物を検出する埋設物検出方法において、デジタル信号によって反射波のサンプリングパルスを設定するとともに、受信部において受信した反射波がノイズを含むと判定した場合には、ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間（タイミング）で反射波を受信部に再取得させる。

ここで、デジタル信号によって行われるサンプリングパルスの遅延時間の設定は、例えば、ディレイＩＣを用いて行われる。
なお、送信部から放射される電磁波としてインパルス波を用いた場合には、例えば、サイン波等の他の電磁波を比較して広い周波数成分が含まれるため、受信部として広帯域アンテナを用いる必要がある。このため、広帯域アンテナを用いた結果、ノイズを受信しやすく除去し難いという課題がある。

そこで、本発明の埋設物検出装置では、受信部において受信した反射波にノイズが含まれると判定した場合には、ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間（タイミング）で反射波を受信部に再取得させるように、可変遅延素子を制御する。
これにより、ノイズを受信しやすいインパルス波を電磁波として用いた場合でも、外乱ノイズ等のノイズを検出するとすぐにその位置で反射波を再取得することができる。
この結果、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して、埋設物の検出精度を向上させることができる。

第９の発明に係る埋設物検出方法は、第８の発明に係る埋設物検出方法であって、再取得ステップでは、ｎ回目に取得した反射波の値と、（ｎ−１）回目に取得した反射波の値との差が、所定の閾値以上である場合に、ｎ回目に取得した反射波の値にはノイズが含まれると判定する。
これにより、ｎ回目に取得した反射波の値と直前に取得した反射波の値との差が所定の閾値以上であった場合には、直前の（ｎ−１）回目の取得値から大きな差があることから、その差はノイズの影響によるものと判断して、ノイズを含むと判定することができる。

第１０の発明に係る埋設物検出方法は、第９の発明に係る埋設物検出方法であって、対象物の表面に沿って移動する移動速度を検出する移動速度検出部において検出された移動速度の大きさに応じて、所定の閾値の値を変更する閾値変更ステップを、さらに備えている。

これにより、例えば、移動速度が大きい場合にはノイズ検出処理も高速で実施する必要があるため、細かいノイズを検出しないように、閾値を基準値よりも大きく設定し、反対に、移動速度が小さい場合にはノイズ検出処理を充分に確保することができるため、ノイズの検出精度を向上させるために、閾値を基準値よりも小さく設定することで、移動速度に応じて、適切な大きさの閾値を設定することができる。

第１１の発明に係る埋設物検出方法は、第１０の発明に係る埋設物検出方法であって、閾値変更ステップでは、移動速度が予め設定された所定速度より大きい場合には、所定の閾値を初期設定値よりも大きい値に設定する。
これにより、作業者によって走査される埋設物検出装置の移動速度が大きい場合には、閾値の値を初期設定値よりも大きくすることで、細かいノイズを検出しないようにすることができる。
この結果、埋設物検出装置の移動速度が大き過ぎて、ノイズ検出処理が移動速度に追いつかないという不具合の発生を防止することができる。

第１２の発明に係る埋設物検出方法は、第１０の発明に係る埋設物検出方法であって、閾値変更ステップでは、移動速度が予め設定された所定速度より小さい場合には、所定の閾値を初期設定値よりも小さい値に設定する。

これにより、作業者によって走査される埋設物検出装置の移動速度が小さい、つまり、埋設物検出装置がゆっくり移動している場合には、充分な処理時間を確保できるため、閾値の値を初期設定値よりも小さくすることで、細かいノイズを検出することができる。
この結果、埋設物検出装置の移動速度が小さい場合は、ノイズ検出精度を向上させることができる。

第１３の発明に係る埋設物検出方法は、第１０の発明に係る埋設物検出方法であって、閾値変更ステップでは、移動速度の速度範囲として複数段階設定されている場合には、移動速度検出部において検出された移動速度の速度範囲が属する段階に応じて、閾値を変化させる。
例えば、移動速度が“高”、“中”、“低”の３段階で設定されている場合には、移動速度“高”に対応する第１閾値（＞初期設定値）、移動速度“中”に対応する基準閾値、移動速度“低”に対応する第２閾値（＜初期設定値）に、閾値を変更することができる。

第１４の発明に係る埋設物検出方法は、第８から第１３の発明のいずれか１つに係る埋設物検出方法であって、再取得ステップでは、反射波がノイズを含むと判定した場合に実施される反射波の再取得の繰り返し回数の上限値が設定されている。
これにより、再取得の回数に上限が設定されることで、直前に取得された反射波の値との比較において、何度、再取得しても閾値以上となってしまうことを回避して、次の回（ｎ＋１）回目の反射波のサンプリングを実施することができる。

本発明に係る埋設物検出装置によれば、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して、埋設物の検出精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る埋設物検出装置の構成を示す斜視図。 図１の埋設物検出装置の構成を示すブロック図。 図２の埋設物検出装置に含まれるインパルス制御モジュールの構成を示すブロック図。 図３のＭＰＵが取得する反射波のデータを示す図。 図２の埋設物検出装置に含まれるメイン制御モジュールの構成を示すブロック図。 （ａ）はインパルス波の波形とインパルス波の周波数成分とを示すグラフ。（ｂ）は、サイン波の波形とサイン波の周波数成分とを示すグラフ。 （ａ）は、正常な反射波の波形図。（ｂ）は、ノイズを含む反射波の波形図。 インパルス波の反射波をサンプリングした際に、ノイズの影響を受けたサンプリング結果と再取得されたサンプリング結果とを示す図。 本発明の一実施形態に係る埋設物検出方法の処理の流れを示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係る埋設物検出方法における移動速度に応じた閾値の設定変更処理の流れを示すフローチャート。

本発明の一実施形態に係る埋設物検出装置について、図１〜図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
図１は、本実施形態の埋設物検出装置１をコンクリート（対象物）１００上に配置した状態を示す斜視図である。図２は、本実施形態の埋設物検出装置１の概略構成を示すブロック図である。

（１−１．埋設物検出装置１の構成）
本実施形態の埋設物検出装置１は、コンクリート１００等の対象物の表面１００ａを移動しながらコンクリート１００に向かってインパルス波（電磁波）を放射し、その反射波を受信して解析することによって、コンクリート１００内の埋設物１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの位置を検出する。そして、図１では、埋設物検出装置１の移動方向が、矢印Ａで示されている。

なお、図１に示す例では、埋設物１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、鉄筋であって、例えば、コンクリート１００の表面１００ａから１５ｃｍ，１０ｃｍ，５ｃｍの深さ位置にそれぞれ埋設されている。図１では、コンクリート１００の深さ方向が矢印Ｂで示されており、その反対向き（表面方向）が矢印Ｃで示されている。
コンクリート１００内に埋設された３本の鉄筋（埋設物１０１ａ〜１０１ｃ）は、それぞれ、コンクリート１００の表面１００ａに略平行な方向に沿って、埋設物検出装置１の移動方向に交差する向きで配置されている。

埋設物検出装置１は、図２に示すように、本体部２と、把手３と、４つの車輪４と、インパルス制御モジュール５と、メイン制御モジュール６と、エンコーダ（移動速度検出部）７と、表示部８と、を備えている。
把手３は、作業者（ユーザ）によって把持される取っ手部分であって、本体部２の上面に設けられている。４つの車輪は、回転可能な状態で、本体部２の下部に取り付けられている。作業者は、コンクリート１００内部の埋設物１０１を検出する際には、把手３を把持して車輪４を回転させながら、コンクリート１００の表面１００ａ上で埋設物検出装置１を移動させる。

インパルス制御モジュール５は、コンクリート１００の表面１００ａに向けてインパルス波を放射するタイミング、および放射したインパルス波の反射波を受信するタイミング等の制御を行う。
エンコーダ７は、車輪４に接続されており、車輪４の回転に関する情報を検出する。そして、エンコーダ７は、その検出された情報に基づいて、インパルス制御モジュール５に対して、インパルス波の放射タイミングおよび反射波の受信タイミングを制御するための信号を送信する。さらに、エンコーダ７は、車輪４の回転速度および回転方向の情報を、インパルス制御モジュール５へ送信する。

メイン制御モジュール６は、インパルス制御モジュール５で受信された反射波に関するデータを受け取り、埋設物１０１の検出を行う。
表示部８は、本体部２の上面に設けられており、埋設物１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの位置を示す画像等を表示する。

（１−２．インパルス制御モジュール５）
図３は、インパルス制御モジュール５の構成を示すブロック図である。
インパルス制御モジュール５は、制御部１０と、送信アンテナ（送信部）１１と、受信アンテナ（受信部）１２と、インパルス生成回路１３と、ディレイＩＣ１４と、サンプリングパルス生成回路１５と、高速サンプル・ホールド回路１６と、Ａ／Ｄコンバータ１７と、記憶部１８と、を有している。
制御部１０は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって構成されており、エンコーダ入力をトリガとして、インパルス生成回路１３にインパルス波の発生を指令する。

また、制御部１０は、受信アンテナ１２において反射波を受信するタイミングおよび期間を設定するサンプリングパルスを調整するディレイＩＣ１４を制御する。
さらに、制御部１０は、受信アンテナ１２において取得した反射波に含まれるノイズの有無を検出するノイズ検出判定処理を実施する。そして、制御部１０は、取得した反射波にノイズが含まれると判定した場合には、ノイズを含むと判定されたｎ回目のサンプリングを再度実施する再取得制御を実施するように、ディレイＩＣ１４を制御する。

送信アンテナ１１は、本体部２の底面側に設けられており、パルスの周期に基づいて、一定周期でインパルス波を放射する。
受信アンテナ１２は、本体部２の底面側に設けられた広帯域アンテナ（例えば、０〜５ＧＨｚ）であって、主に、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波の反射波を受信する。具体的には、例えば、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波がコンクリート１００内を往復する時間を５ｎｓ（＝５０００ｐｓ）とすると、受信アンテナ１２は、送信アンテナ１１からインパルス波が放射されてから５ｎｓ（５０００ｐｓ）間に受信される反射波を受信することで、図４に示すような受信波形を得ることができる。

インパルス生成回路１３は、制御部１０によって制御されており、制御部１０を介して入力されたエンコーダ７の入力をトリガとし、ＭＰＵからの指令に基づいてインパルス波を所定の時間間隔で所定の回数（例えば、１０ｐｓ間隔で５００回）だけ発生させ、送信アンテナ１１に出力する。
ディレイＩＣ１４は、制御部１０によって制御されており、デジタル信号によって、受信アンテナ１２において反射波をサンプリングするサンプリングパルスの遅延時間およびサンプリング期間を設定する。具体的には、ディレイＩＣ１４は、例えば、１０ｐｓの間隔で５ｎｓ間、サンプリングパルス生成回路１５がサンプリングパルスを生成するように、制御部１０によって制御される。これにより、受信アンテナ１２は、送信アンテナ１１からインパルス波が放射されてから５ｎｓ間に受信した反射波を高速サンプル・ホールド回路１６に取り込ませることができる。

サンプリングパルス生成回路１５は、ディレイＩＣ１４によって設定された遅延時間（例えば、１０ｐｓ）に基づいて、受信アンテナ１２において受信した反射波を取り込むように、高速サンプル・ホールド回路１６にサンプリングパルスを送信する。
高速サンプル・ホールド回路１６は、サンプリングパルス生成回路１５からサンプリングパルスを受信して、受信アンテナ１２において受信した反射波を取り込んで、Ａ／Ｄコンバータ１７へ送信する。

Ａ／Ｄコンバータ１７は、高速サンプル・ホールド回路１６から受信した反射波の信号を、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換して制御部１０へ送信する。
記憶部１８は、制御部１０に接続されており、Ａ／Ｄコンバータ１７によってＡ／Ｄ変換された反射波に関するデータを保存するとともに、後述する移動速度に応じてノイズ判定用の閾値を変化させるための移動速度と閾値との関係を示すテーブル等を保存している。なお、移動速度に応じて閾値を変更する閾値変更制御については、後段にて詳述する。

本実施形態の埋設物検出装置１では、以上の構成により、インパルス制御モジュール５が、エンコーダか７からの入力をトリガとして、送信アンテナ１１からインパルス波を複数回出力する。そして、インパルス制御モジュール５は、ディレイＩＣ１４を用いて、インパルス波が放射されてからの遅延時間を設定し、反射波の取得タイミングを遅らせることで、コンクリート１００の表面１００ａからの距離ごとの反射波のデータを取得することができる。

ここで、図４は、ＭＰＵが取得する反射波のデータを示す図である。縦軸は、２０４８階調を軸Ｏとして、０〜４０９５階調の範囲で受信信号の強度を示し、矢印方向がマイナス側を示す。横軸は、受信アンテナ１２との距離を示し、矢印方向（深さ方向Ｂに対応）が受信アンテナ１２からの距離が長いことを示す。また、距離が長いとは、深さが大きいことに相当する。

なお、図４に示す波形Ｗ１には、コンクリート１００内に放射されずにアンテナで反射した反射波も含まれる（ｐ１等）ため、基準波形との差分を算出することにより、コンクリート１００内からの反射波のデータの変化が抽出される。
また、図４に示すデータは、エンコーダ７の入力があった後、エンコーダ７から次の入力があるまでの受信信号の強度を示すデータである。ディレイＩＣ１４によって設定された遅延時間に基づいて、反射波の取得タイミングを除々に遅らせることによって、受信アンテナ１２からの距離が長い位置からの反射波を受信するが、エンコーダ７からの入力があると、受信タイミングの遅延が元に戻され、再び受信タイミングを除々に遅らせる。すなわち、移動方向Ａにおける所定の計測位置（エンコーダ７からの入力があった位置）における深さ方向Ｂの反射波を受信する。このような図４に示すエンコーダ７の入力があった後、次のエンコーダの入力があるまでに受信した反射波のデータを、１ライン分のデータという。制御部１０は、１ライン分のデータが貯まるごとに、その１ライン分のＲＦ（Radio Frequency）データをメイン制御モジュール６へ送信する。

なお、埋設物検出装置１は、作業者（ユーザ）によってコンクリート１００の表面１００ａ上を移動しているため、計測位置は厳密に同じ位置ではなく、深さ方向Ｂもコンクリート１００の表面１００ａに対して厳密に垂直な方向ではない。

（１−３．メイン制御モジュール６）
図５は、メイン制御モジュール６の構成を示すブロック図である。
メイン制御モジュール６は、受信部２１と、ＲＦデータ管理部２２と、埋設物判定部２４と、判定結果登録部２５と、表示制御部２６と、を有している。
受信部２１は、インパルス制御モジュール５の制御部１０から送信されるごとに、１ライン分のＲＦデータを受信する。
ＲＦデータ管理部２２は、受信部２１が受信した１ライン分のＲＦデータを記憶する。

埋設物判定部２４は、ＲＦデータ管理部２２において記憶された１ライン分のＲＦデータを用いて、埋設物１０１の有無を判定するとともに、埋設物１０１の位置を検出する。
なお、埋設物判定部２４における埋設物１０１の検出処理については、受信アンテナ１２において受信した複数の１ライン分のＲＦデータに基づいて、既知の方法を用いて実施すればよい。具体的には、例えば、埋設物１０１が鉄筋等の金属である場合には、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波は、その表面において反射される。このため、受信アンテナ１２において、このような埋設物１０１の表面で反射された反射波の速度（強度）と、反射波を受信するまでの時間とを検出することで、コンクリート１００内の埋設物１０１の有無およびその位置を検出することができる。
判定結果登録部２５は、埋設物判定部２４によって検出された埋設物１０１の位置をＲＦデータ管理部２２に登録する。
表示制御部２６は、移動方向Ａと深さ方向Ｂの平面において信号強度を色で階調処理した画像、および埋設物１０１の位置を表示するように、表示部８の制御を行う。

＜インパルス波を用いた埋設物の検出＞
本実施形態の埋設物検出装置１では、インパルス制御モジュール５の制御部１０が、送信アンテナ１１からインパルス波が所定の時間間隔で放射されるように、インパルス生成回路１３を制御している。

ここで、送信アンテナ１１から放射される電磁波として用いられるインパルス波には、図６（ａ）に示すように、広範囲の周波数成分が含まれている。
これに対して、電磁波として用いられるサイン波には、図６（ｂ）に示すように、特定の帯域（例えば、２．４ＧＨｚ）に限定された周波数成分が含まれている。
このため、送信アンテナ１１から放射される電磁波として図６（ａ）に示すインパルス波が用いられる場合には、その反射波の検出にも、広範囲の周波数成分（例えば、０〜２．４ＧＨｚ）を検出可能な広帯域アンテナが用いられる。

この結果、受信アンテナ１２として広帯域アンテナが用いられているため、受信アンテナ１２は、例えば、無線ＬＡＮや携帯電話等の外乱電磁波（ノイズ）を受信しやすいという課題がある（図７（ｂ）参照）。
反射波の波形に外乱電磁波（ノイズ）が含まれる場合には、図７（ａ）に示すノイズを含まない正常な反射波の波形ではなく、図７（ｂ）に示す一部の波形が乱れた波形に変化する。
そこで、本実施形態の埋設物検出装置１では、図７（ｂ）に示すノイズを含む反射波の波形を検出した場合でも、図７（ａ）に示すノイズを含まない反射波の波形になるように、ノイズ成分を除去する制御を行う。

＜ノイズを含む反射波の再取得制御＞
本実施形態の埋設物検出装置１では、以上のように、受信アンテナ１２として広帯域アンテナが用いられたために生じやすいノイズを含む反射波の波形からノイズ成分を効果的に除去するために、ノイズを含む反射波を取得した同じ遅延時間で反射波を再取得する制御を行う。

具体的には、インパルス制御モジュール５の制御部１０が、反射波の波形の一部に生じるノイズ成分の有無を判定し、ノイズを含むと判定した場合には、ノイズを含むｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間で、再度、反射波のデータを取得するように、ディレイＩＣ１４を制御する。
より詳細には、制御部１０は、まず、受信アンテナ１２において受信した反射波がノイズを含むか否かについて、ｎ回目のサンプリングによって取得したＡ／Ｄ変換後の反射波の値を、直前の（ｎ−１）回目のサンプリングによって取得したＡ／Ｄ変換後の反射波の値と比較して、その差が所定の閾値（ここでは、３０（デジタル値）に設定）を超える場合には、ノイズ有りと判定する。

すなわち、本実施形態の埋設物検出装置１では、所定の時間間隔でサンプリングパルス生成回路１５から高速サンプル・ホールド回路１６へと送信される５００個のサンプリングパルスに基づいて取得される反射波のデータを取得する毎に、その直前（ｎ−１）回目に取得した反射波のデータとの差が３０以上である場合には（図８参照）、そのｎ回目に受信した反射波のデータにはノイズが含まれると判定する。そして、制御部１０は、ノイズを含むと判定されたｎ回目の反射波のデータを破棄して、同じ遅延時間（タイミング）で再度、反射波のデータを取得するように、ディレイＩＣ１４を制御する。

このように、ノイズを含む反射波のデータを取得した際の反射波の再取得制御を実施することで、図８に示すように、図中点線の円で示されるデータを破棄して、図中黒丸で示されるデータを再取得することができる。
これにより、送信アンテナ１１からインパルス波を放射し、その反射波を広帯域アンテナ（受信アンテナ１２）において受信する場合でも、外乱ノイズ等のノイズを検出するとすぐにその位置で反射波のデータを再取得することができる。
この結果、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して鮮明な反射波の画像を得ることができるため、埋設物１０１の検出精度を向上させることができる。

＜ノイズを含む反射波の再取得制御の処理の流れ＞
本実施形態の埋設物検出方法では、上述した埋設物検出装置１を用いてコンクリート１００内の埋設物１０１の検出を行う際に、制御部１０が、図９に示すフローチャートに従って、ノイズを含む反射波の再取得制御の処理を実施する。

なお、本実施形態では、サンプリング期間の基準長さを５ｎｓ（５０００ｐｓ）、ディレイ時間の初期値を１０ｐｓとし、インパルス波を５００回放射してサンプリングを５００回実施する例を挙げて説明する。
すなわち、ステップＳ１１では、制御部１０が、サンプリング期間の初期値として設定された遅延時間でサンプリングを行うように、ディレイＩＣ１４を制御する。

次に、ステップＳ１２では、制御部１０が、サンプリングを実施する繰り返し回数として、繰り返しカウンタ＝５００（回）を設定する。
次に、ステップＳ１３では、制御部１０が、送信アンテナ１１から、基準となるインパルス波の出力を開始するように、インパルス生成回路１３を制御する。
次に、ステップＳ１４では、制御部１０が、サンプリングパルス生成回路１５において生成されたサンプリングパルスに応じて、受信アンテナ１２において受信した（ｎ−１）回目の反射波の信号を取得するように、高速サンプル・ホールド回路１６を制御するとともに、高速サンプル・ホールド回路１６において取得した反射波の信号をＡ／Ｄコンバータ１７においてＡ／Ｄ変換させる。

次に、ステップＳ１５では、制御部１０が、Ａ／Ｄコンバータ１７においてＡ／Ｄ変換された反射波のデジタルデータを、（ｎ−１）回目のサンプリングに対応するデータとして記憶部１８に保存させる。
次に、ステップＳ１６では、（ｎ−１）回目のサンプリングに対応した反射波の受信が完了したため、制御部１０が、繰り返しカウンタを“−１”とする。

次に、ステップＳ１７では、サンプリング期間の２つ目のサンプリングパルスに対応する反射波を受信するために、制御部１０が、ディレイ値を“＋１”とするようにディレイＩＣ１４を制御する。
次に、ステップＳ１８では、サンプリングパルス生成回路１５において生成されたサンプリングパルスに応じて、受信アンテナ１２において受信したｎ回目の反射波の信号を取得するように、高速サンプル・ホールド回路１６を制御するとともに、高速サンプル・ホールド回路１６において取得した反射波の信号をＡ／Ｄコンバータ１７においてＡ／Ｄ変換させる。

次に、ステップＳ１９では、制御部１０が、前回の値、すなわち、（ｎ−１）回目のサンプリングに対応するデータと、今回の値、すなわち、ｎ回目のサンプリングに対応するデータとを比較して、その差が所定の閾値３０以上であるか否かを判定する。
ここで、閾値３０以上である場合には、ノイズを含むと判断し、再度、同じ遅延時間（タイミング）で取得したＡ／Ｄ変換後のデータを再取得するために、ステップＳ２０へ進む。一方、閾値３０未満である場合には、ノイズを含まないと判断し、ステップＳ２１へ進む。

なお、ステップＳ１９における閾値との比較において、ステップＳ１８のデータの再取得処理を複数回実施してもステップＳ２１へ進めないケースも考えられる。このため、ステップＳ１９における比較処理を実施する上限回数が設定されていることが好ましい。
よって、制御部１０は、ステップＳ１９における比較処理においてノイズを含むと判定された場合には、ステップＳ２０において、ステップＳ１９の比較処理の回数が上限回数に達しているか否かを判定する。

例えば、上限回数として３回が設定されている場合には、３回目の比較処理においてノイズを含むと判定した場合には、ステップＳ１８へ戻ってデータを再取得することなく、ステップＳ２１へと進むものとする。
次に、ステップＳ２１では、制御部１０が、Ａ／Ｄコンバータ１７においてＡ／Ｄ変換された反射波のデジタルデータを、ｎ回目のサンプリングに対応するデータとして記憶部１８に保存させる。

次に、ステップＳ２２では、ｎ回目のサンプリングに対応した反射波の受信が完了したため、制御部１０が、繰り返しカウンタを“−１”とする。
次に、ステップＳ２３では、制御部１０が、繰り返しカウンタが“０”になっていないかを確認し、繰り返しカウンタ＝０になるまで、すなわち、５００回目のサンプリングが完了するまで、ステップＳ１７〜ステップＳ２３の処理を繰り返し実施する。

これにより、ノイズを受信しやすいインパルス波を電磁波として用いた場合でも、外乱ノイズ等のノイズを検出すると、すぐに同じ遅延時間（タイミング）で反射波のデータを再取得することができる。
この結果、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して鮮明な反射波の画像を得ることができるため、埋設物の検出精度を向上させることができる。

＜移動速度に応じた閾値の変更制御＞
以上の説明では、ｎ回目に取得した反射波のデータがノイズを含むか否かの判定を、直前の（ｎ−１）回目に取得したデータと比較して、その差が所定の閾値よりも大きいか否かを判定している。
本実施形態の埋設物検出方法では、ステップＳ１９の比較判定で使用される閾値の大きさが、埋設物検出装置１の移動速度に応じて複数段階で設定されていてもよい。

このような移動速度に応じた閾値の設定変更制御は、図１０に示すフローチャートに従って実施される。
すなわち、ステップＳ３１では、制御部１０は、エンコーダ７から車輪４の回転速度に関する情報が入力されると、埋設物検出装置１の移動方向、移動速度を算出する。
次に、ステップＳ３２では、算出された移動速度が、予め設定された「高」、「中」、「低」の移動速度のうち、どの速度範囲に属するかを判定する。

ここで、算出された移動速度が「高」に属する場合には、ステップＳ３３へ進む。算出された移動速度が「中」に属する場合には、ステップＳ３４に進む。算出された移動速度が「低」に属する場合には、ステップＳ３５に進む。
次に、ステップＳ３３では、ステップＳ３２において移動速度「高」と判定されているため、初期設定値（３０）よりも大きい第１閾値（例えば、４０）に設定を変更する。

これにより、ユーザ（作業者）によって走査される埋設物検出装置１の移動速度が大きい場合には、閾値の値を初期設定値（３０）よりも大きくすることで、細かいノイズを検出しないようにすることができる。
この結果、埋設物検出装置１の移動速度が大き過ぎて、ノイズ検出処理が移動速度に追いつかないという不具合の発生を防止することができる。

次に、ステップＳ３４では、ステップＳ３２において移動速度「中」と判定されているため、初期設定値（３０）のまま閾値を設定する。
次に、ステップＳ３５では、ステップＳ３２において移動速度「低」と判定されているため、初期設定値（３０）よりも小さい第２閾値（例えば、２０）に設定を変更する。
これにより、ユーザ（作業者）によって走査される埋設物検出装置１の移動速度が小さい、つまり、埋設物検出装置１がゆっくり移動している場合には、充分な処理時間を確保できるため、閾値の値を初期設定値（３０）よりも小さい値に設定することで、細かいノイズを検出することができる。

この結果、埋設物検出装置１の移動速度に応じて、ノイズ検出精度を向上させることができる。
なお、ステップＳ３３〜ステップＳ３５における閾値の設定が完了した後、図９に示すフロー（ステップＳ１１）へ進む。
本実施形態の埋設物検出方法では、以上のように、例えば、埋設物検出装置１の移動速度が大きい場合には、ノイズ検出処理に当てられる時間も少なくなるため、細かいノイズを検出しないように、閾値を基準値よりも大きく設定する。反対に、埋設物検出装置１の移動速度が小さい場合には、ノイズ検出処理にかけられる時間を充分に確保することができるため、ノイズの検出精度を向上させるために、閾値を基準値よりも小さく設定する。
これにより、埋設物検出装置１の移動速度に応じて、ノイズの有無の判定に用いられる閾値の大きさを適切な大きさで設定することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、制御部１０が、ｎ回目に取得した反射波の値と、（ｎ−１）回目に取得した反射波の値との差が、所定の閾値以上である場合に、ｎ回目に取得した反射波の値にはノイズが含まれると判定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、直前の１回の反射波の値との比較によってノイズの有無を判定するのではなく、直前の複数回の反射波の値の平均値との比較によってノイズの有無を判定してもよい。
あるいは、ｎ回目の反射波の値と、（ｎ−１）回目の反射波の値および（ｎ＋１）回目の反射波の値とそれぞれ比較して、ｎ回目の値にノイズが含まれるか否かを判定してもよい。

（Ｂ）
上記実施形態では、制御部１０が、埋設物検出装置１の３段階の移動速度（高・中・低）に応じて、ノイズの有無の判定に用いられる閾値を変更する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、埋設物検出装置１の移動速度が、２段階あるいは４段階以上に分類されており、各段階の移動速度ごとに異なる大きさの閾値が設定されてもよい。

（Ｃ）
上記実施形態では、取得した反射波にノイズが含まれるか否かの判定を行う閾値の初期設定値として、３０が設定されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ノイズの有無を判定するために設定される閾値の初期設定値（基準値）としては、対象物や埋設物の種類に応じて、３０より小さい値であってもよいし、３０より大きい値であってもよい。

（Ｄ）
上記実施形態では、埋設物検出装置１の移動速度を検出する移動速度検出部として、車輪４に接続されており車輪４の回転に関する情報を検出するエンコーダ７を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、埋設物検出装置の移動速度を検出するセンサ等、他の手段を用いて移動速度を検出してもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、埋設物検出装置１によって検出される埋設物１０１として、コンクリート１００内の鉄筋を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、他の材料あるいは地中内に存在する異物を検出する用途に使用されてもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、本発明を、埋設物検出装置および埋設物検出方法として実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上述した埋設物検出方法における各ステップをコンピュータに実行させる埋設物検出プログラムとして、本発明を実現してもよい。

この埋設物検出プログラムは、記憶部に保存されており、ＣＰＵが記憶部に保存されたプログラムを読み込むことで、ハードウェアに各ステップを実行させる。
あるいは、この埋設物検出プログラムを格納した記録媒体として、本発明を実現してもよい。

本発明の埋設物検出装置は、インパルス波の反射波に含まれるノイズを効果的に除去して、埋設物の検出精度を向上させることができるという効果を奏することから、各種埋設物の検出を行う装置に対して広く適用可能である。

１ 埋設物検出装置
２ 本体部
３ 把手
４ 車輪
５ インパルス制御モジュール
６ メイン制御モジュール
７ エンコーダ（移動速度検出部）
８ 表示部
１０ 制御部
１１ 送信アンテナ（送信部）
１２ 受信アンテナ（受信部）
１３ インパルス生成回路
１４ ディレイＩＣ（可変遅延素子）
１５ サンプリングパルス生成回路
１６ 高速サンプル・ホールド回路
１７ Ａ／Ｄコンバータ
１８ 記憶部
２１ 受信部
２２ ＲＦデータ管理部
２４ 埋設物判定部
２５ 判定結果登録部
２６ 表示制御部
１００ コンクリート
１００ａ 表面
１０１ａ〜１０１ｃ 埋設物

Claims (14)

1. 対象物に対して照射されたインパルス波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出装置であって、
   インパルス波を前記対象物へ放射する送信部と、
   前記インパルス波の反射波を受信するサンプル・ホールド回路を有する受信部と、
   放射するインパルス波またはサンプリングパルスをデジタル信号によって任意に遅延させることが可能な可変遅延素子と、
   前記受信部において受信した前記反射波がノイズを含むと判定した場合には、前記ノイズを含むと判定したｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間で前記反射波を前記受信部に再取得させるように、前記可変遅延素子を制御する制御部と、
   を備えている埋設物検出装置。
2. 前記制御部は、ｎ回目に取得した前記反射波の値と、（ｎ−１）回目に取得した前記反射波の値との差が、所定の閾値以上である場合に、ｎ回目に取得した前記反射波の値にはノイズが含まれると判定する、
   請求項１に記載の埋設物検出装置。
3. 前記対象物の表面に沿って移動する移動速度を検出する移動速度検出部を、さらに備え、
   前記制御部は、前記移動速度検出部において検出された前記移動速度の大きさに応じて、前記所定の閾値の値を変更する、
   請求項２に記載の埋設物検出装置。
4. 前記制御部は、前記移動速度が予め設定された所定速度より大きい場合には、前記所定の閾値を初期設定値よりも大きい値に設定する、
   請求項３に記載の埋設物検出装置。
5. 前記制御部は、前記移動速度が予め設定された所定速度より小さい場合には、前記所定の閾値を初期設定値よりも小さい値に設定する、
   請求項３に記載の埋設物検出装置。
6. 前記移動速度の速度範囲として複数段階設定されている場合には、前記制御部は、前記移動速度検出部において検出された前記移動速度の速度範囲が属する段階に応じて、前記閾値を変化させる、
   請求項３に記載の埋設物検出装置。
7. 前記制御部には、前記反射波が前記ノイズを含むと判定した場合に実施される前記反射波の再取得の繰り返し回数の上限値が設定されている、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の埋設物検出装置。
8. 対象物に対して照射されたインパルス波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出方法であって、
   デジタル信号によって制御される可変遅延素子を用いて、放射するインパルス波または前記反射波をサンプリングするサンプリングパルスの遅延時間を設定する遅延時間設定ステップと、
   インパルス波を前記対象物へ複数回放射する送信ステップと、
   前記遅延時間設定ステップにおいて設定された前記遅延時間に基づいて、前記インパルス波の反射波を複数回受信する受信ステップと、
   前記受信ステップにおいて受信した前記反射波がノイズを含むと判定した場合には、前記ノイズを含むと判定されたｎ回目のサンプリングと同じ遅延時間で前記反射波を再取得するように、前記可変遅延素子を制御する再取得ステップと、
   を備えている埋設物検出方法。
9. 前記再取得ステップでは、ｎ回目に取得した前記反射波の値と、（ｎ−１）回目に取得した前記反射波の値との差が、所定の閾値以上である場合に、ｎ回目に取得した前記反射波の値にはノイズが含まれると判定する、
   請求項８に記載の埋設物検出方法。
10. 前記対象物の表面に沿って移動する移動速度を検出する移動速度検出部において検出された前記移動速度の大きさに応じて、前記所定の閾値の値を変更する閾値変更ステップを、さらに備えている、
    請求項９に記載の埋設物検出方法。
11. 前記閾値変更ステップでは、前記移動速度が予め設定された所定速度より大きい場合には、前記所定の閾値を初期設定値よりも大きい値に設定する、
    請求項１０に記載の埋設物検出方法。
12. 前記閾値変更ステップでは、前記移動速度が予め設定された所定速度より小さい場合には、前記所定の閾値を初期設定値よりも小さい値に設定する、
    請求項１０に記載の埋設物検出方法。
13. 前記閾値変更ステップでは、前記移動速度の速度範囲として複数段階設定されている場合には、前記移動速度検出部において検出された前記移動速度の速度範囲が属する段階に応じて、前記閾値を変化させる、
    請求項１０に記載の埋設物検出方法。
14. 前記再取得ステップでは、前記反射波が前記ノイズを含むと判定した場合に実施される前記反射波の再取得の繰り返し回数の上限値が設定されている、
    請求項８から１３のいずれか１項に記載の埋設物検出方法。

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