JP2866912B2 - 土木掘削推進機械用障害物探知装置 - Google Patents
土木掘削推進機械用障害物探知装置Info
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- JP2866912B2 JP2866912B2 JP1325723A JP32572389A JP2866912B2 JP 2866912 B2 JP2866912 B2 JP 2866912B2 JP 1325723 A JP1325723 A JP 1325723A JP 32572389 A JP32572389 A JP 32572389A JP 2866912 B2 JP2866912 B2 JP 2866912B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は土木工事の掘削推進機械に付設される障害
物探知装置に関し、推進方向前方に存在する埋設物等の
障害物の探知能力を向上させるようにしたものである。
物探知装置に関し、推進方向前方に存在する埋設物等の
障害物の探知能力を向上させるようにしたものである。
（従来の技術） 土木掘削推進機械用障害物探知装置は、電磁波を土中
に発射することによって、障害物からの反射波を受信
し、障害物を探知するようにしたものである。
に発射することによって、障害物からの反射波を受信
し、障害物を探知するようにしたものである。
第４図は、このような土木掘削推進機械用障害物探知
装置の従来例を示している。同図において、１は土木掘
削推進機推進管（以下、単に推進管という）であり、推
進管の土圧によって破損しない強度を保持するため、土
木掘削推進機の筐体と同質のステンレス鋼等からなる金
属で作製されている。また、推進管１の先端の前面部材
３は、金属を用いると電磁波の反射が生じて障害物の探
知が困難となるため、電磁波の透過特性に優れた電波透
過材が使用されている。電波透過材としては、土中の平
均比誘電率とほぼ同じ比誘電率を有するFRP材等が用い
られ、且つ金属製の推進管１と同程度の機械的強度とす
るため適宜に厚く形成されている。４は送・受信アンテ
ナであり、アンテナ回転部５により、推進管１の管軸を
中心として回転可能で且つその管軸に対し一定の傾斜角
が与えられている。６は送・受信アンテナ４を回転させ
るモータ及び減速ギヤ手段を備えたアンテナ駆動部、７
はアンテナ回転を制御する制御部、８は推進方向制御機
構、９は障害物、11は送信波、12は反射波である。
装置の従来例を示している。同図において、１は土木掘
削推進機推進管（以下、単に推進管という）であり、推
進管の土圧によって破損しない強度を保持するため、土
木掘削推進機の筐体と同質のステンレス鋼等からなる金
属で作製されている。また、推進管１の先端の前面部材
３は、金属を用いると電磁波の反射が生じて障害物の探
知が困難となるため、電磁波の透過特性に優れた電波透
過材が使用されている。電波透過材としては、土中の平
均比誘電率とほぼ同じ比誘電率を有するFRP材等が用い
られ、且つ金属製の推進管１と同程度の機械的強度とす
るため適宜に厚く形成されている。４は送・受信アンテ
ナであり、アンテナ回転部５により、推進管１の管軸を
中心として回転可能で且つその管軸に対し一定の傾斜角
が与えられている。６は送・受信アンテナ４を回転させ
るモータ及び減速ギヤ手段を備えたアンテナ駆動部、７
はアンテナ回転を制御する制御部、８は推進方向制御機
構、９は障害物、11は送信波、12は反射波である。
そして、土木掘削推進機の推進方向前方に電磁波を送
信し、土とは電気的特性（比誘電率）の異なる障害物等
からの反射波を受信することによって、障害物９の探知
を行っている。このとき、一定の傾斜角が与えられた送
・受信アンテナ４を制御部７及びアンテナ駆動部６によ
り回転させながら電磁波を発射することによって、障害
物９からの反射波12の受信を行い、土木掘削推進機の前
方を広範囲に探知するようにしている。
信し、土とは電気的特性（比誘電率）の異なる障害物等
からの反射波を受信することによって、障害物９の探知
を行っている。このとき、一定の傾斜角が与えられた送
・受信アンテナ４を制御部７及びアンテナ駆動部６によ
り回転させながら電磁波を発射することによって、障害
物９からの反射波12の受信を行い、土木掘削推進機の前
方を広範囲に探知するようにしている。
（発明が解決しようとする課題） 従来の土木掘削推進機械用障害物探知装置では、送・
受信アンテナ４に一定の傾斜角を与えて回転させるよう
にし、これに加えて電磁波はある範囲の放射角度を有す
ることから、送・受信アンテナ４における送信アンテナ
部から発射される電磁波は一定の拡がり角度で放射され
る。このため金属で作製された推進管１の管部先端近傍
に電磁波が当たることによって、障害物探知に悪影響を
与える反射が生じる。即ち、従来の土木掘削推進機械用
障害物探知装置はこの電磁波の拡がりによる推進管１の
管部先端近傍からの反射を防止する構造となっていなか
ったので、障害物９の探知を行った場合の受信波形は、
第５図に示すように、縦軸を反射時間とすると、電波透
過材製の前面部材３と接続されている推進管１先端部の
金属部分からの反射波Ｒが生じ、これが多重反射とな
り、本来の障害物９からの受信波に影響を与える。この
ため、同図中、矢印の位置にあるべき障害物９からの反
射波Ｐが、推進管１の管部先端近傍の金属部分からの反
射波Ｒと重なって障害物９の反射波Ｐの区別ができなく
なり、障害物９の探知が困難になるという問題があっ
た。
受信アンテナ４に一定の傾斜角を与えて回転させるよう
にし、これに加えて電磁波はある範囲の放射角度を有す
ることから、送・受信アンテナ４における送信アンテナ
部から発射される電磁波は一定の拡がり角度で放射され
る。このため金属で作製された推進管１の管部先端近傍
に電磁波が当たることによって、障害物探知に悪影響を
与える反射が生じる。即ち、従来の土木掘削推進機械用
障害物探知装置はこの電磁波の拡がりによる推進管１の
管部先端近傍からの反射を防止する構造となっていなか
ったので、障害物９の探知を行った場合の受信波形は、
第５図に示すように、縦軸を反射時間とすると、電波透
過材製の前面部材３と接続されている推進管１先端部の
金属部分からの反射波Ｒが生じ、これが多重反射とな
り、本来の障害物９からの受信波に影響を与える。この
ため、同図中、矢印の位置にあるべき障害物９からの反
射波Ｐが、推進管１の管部先端近傍の金属部分からの反
射波Ｒと重なって障害物９の反射波Ｐの区別ができなく
なり、障害物９の探知が困難になるという問題があっ
た。
そこで、この発明は、推進管の前端面とともに管部先
端近傍からの電磁波の反射を防止して障害物の探知能力
を高めることのできる土木掘削推進機械用障害物探知装
置を提供することを目的とする。
端近傍からの電磁波の反射を防止して障害物の探知能力
を高めることのできる土木掘削推進機械用障害物探知装
置を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、土中を掘削推
進する土木掘削推進機械における推進管の先端部に、推
進方向前方に所定の拡がり角度で電磁波を送信し障害物
からの反射波を受信する送・受信アンテナを内装してな
る土木掘削推進機械用障害物探知装置であって、前記推
進管の前端面及び先端から前記拡がり角度に対応した所
定長さ範囲の管部の部分を、所要の機械的強度を有する
電波透過材で形成してなることを要旨とする。
進する土木掘削推進機械における推進管の先端部に、推
進方向前方に所定の拡がり角度で電磁波を送信し障害物
からの反射波を受信する送・受信アンテナを内装してな
る土木掘削推進機械用障害物探知装置であって、前記推
進管の前端面及び先端から前記拡がり角度に対応した所
定長さ範囲の管部の部分を、所要の機械的強度を有する
電波透過材で形成してなることを要旨とする。
（作用） 探知装置本体が必要以上に大きくならないこと、及び
土木掘削推進機の方向制御に影響を与えないこと等の条
件を基に、推進管の先端から電磁波の拡がり角度に対応
した所定長さ範囲の管部の部分が、所要の機械的強度を
有する電波透過材で形成される。したがって推進管の前
端面及び管部先端近傍での電磁波の反射が防止されて推
進方向の前方に所定の拡がり角度で電磁波が送信され、
また、この所定の拡がり角度範囲における障害物からの
反射波が確実に捉えられて障害物の探知能力が顕著に高
められる。
土木掘削推進機の方向制御に影響を与えないこと等の条
件を基に、推進管の先端から電磁波の拡がり角度に対応
した所定長さ範囲の管部の部分が、所要の機械的強度を
有する電波透過材で形成される。したがって推進管の前
端面及び管部先端近傍での電磁波の反射が防止されて推
進方向の前方に所定の拡がり角度で電磁波が送信され、
また、この所定の拡がり角度範囲における障害物からの
反射波が確実に捉えられて障害物の探知能力が顕著に高
められる。
（実施例） 以下、この発明の実施例を第１図ないし第３図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
なお、第１図において前記第４図における機器及び部
材等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。
材等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以っ
て示し、重複した説明を省略する。
この実施例では、推進管１の先端から、送・受信アン
テナ４における送信アンテナ部から発射される電磁波の
拡がり角度に対応した長さ範囲の部分が、厚さL1の前面
部材３と同材質の電波透過材製管部２で形成されてい
る。この電波透過材製管部２は、推進管先端部に電波透
過材製の部材を取付けることによって装置本体が必要以
上に大きくならないこと、及び土木掘削推進機の方向制
御に影響を与えないように必要以上の長さのものをつけ
て先端部を重くしないことの二つの条件を基に、次のよ
うに所定の長さ範囲に規定されている。
テナ４における送信アンテナ部から発射される電磁波の
拡がり角度に対応した長さ範囲の部分が、厚さL1の前面
部材３と同材質の電波透過材製管部２で形成されてい
る。この電波透過材製管部２は、推進管先端部に電波透
過材製の部材を取付けることによって装置本体が必要以
上に大きくならないこと、及び土木掘削推進機の方向制
御に影響を与えないように必要以上の長さのものをつけ
て先端部を重くしないことの二つの条件を基に、次のよ
うに所定の長さ範囲に規定されている。
即ち、送・受信アンテナ４を、推進管１の管軸に対し
一定の傾斜角φを与えて回転させた場合、送信アンテナ
部からでた電磁波は送・受信アンテナ４の傾斜角度φ及
び指向性に応じた拡がりをもって放射される。ここで第
１図に示すように送・受信アンテナ４の最大径をｔとし
て送信アンテナ部から放射される電磁波の拡がり角を
θ、アンテナ回転部５が推進管１の管軸となす偏角を
φ、さらに推進管１先端側の内径をｒとすれば、送信ア
ンテナ部から発射される電磁波が推進管先端部近傍から
の反射を受けないようにするための電波透過材製管部２
の長さL2は、L2＞＞LMの範囲に定められる。ここにLMは
次式で求められる。
一定の傾斜角φを与えて回転させた場合、送信アンテナ
部からでた電磁波は送・受信アンテナ４の傾斜角度φ及
び指向性に応じた拡がりをもって放射される。ここで第
１図に示すように送・受信アンテナ４の最大径をｔとし
て送信アンテナ部から放射される電磁波の拡がり角を
θ、アンテナ回転部５が推進管１の管軸となす偏角を
φ、さらに推進管１先端側の内径をｒとすれば、送信ア
ンテナ部から発射される電磁波が推進管先端部近傍から
の反射を受けないようにするための電波透過材製管部２
の長さL2は、L2＞＞LMの範囲に定められる。ここにLMは
次式で求められる。
LM＝［ｒ−（t/2）×cosφ］ ×［1/tanφ−1/tan（φ＋θ）］ …（１） そこで、金属製推進管の管部先端部の一部を（１）式
及び土圧による推進管の強度に基づき電波透過材製の一
定の長さ及び厚さを有する電波透過材製管部２とするこ
とにより、土圧に対し十分な強度を保持し、且つ推進管
の管部先端近傍からの電磁波の反射を防止することがで
きる。
及び土圧による推進管の強度に基づき電波透過材製の一
定の長さ及び厚さを有する電波透過材製管部２とするこ
とにより、土圧に対し十分な強度を保持し、且つ推進管
の管部先端近傍からの電磁波の反射を防止することがで
きる。
この実施例の土木掘削推進機械用障害物探知装置は、
推進管の前端面及び管部先端部の一部を、前面部材３及
び電波透過材製管部２によりFRP材等の電波透過材で形
成したので、推進管先端部での電磁波の反射が防止され
て障害物からの反射波を確実に捉えることができ、探知
能力を高めることが可能となる。
推進管の前端面及び管部先端部の一部を、前面部材３及
び電波透過材製管部２によりFRP材等の電波透過材で形
成したので、推進管先端部での電磁波の反射が防止され
て障害物からの反射波を確実に捉えることができ、探知
能力を高めることが可能となる。
第２図は、送・受信アンテナ４における受信アンテナ
部の受信波形を示している。
部の受信波形を示している。
第２図（ａ）は探知装置前方70cmの土中位置に、障害
物として75mmφ鋼管を置いたとき、その鋼管からの反射
波Ｐであり、送・受信アンテナ４をある回転角度に固定
したときの反射波Ｐの受信波形である。この鋼管からの
反射波Ｐは電磁波の伝播速度に関する次の式から確認す
ることができる。
物として75mmφ鋼管を置いたとき、その鋼管からの反射
波Ｐであり、送・受信アンテナ４をある回転角度に固定
したときの反射波Ｐの受信波形である。この鋼管からの
反射波Ｐは電磁波の伝播速度に関する次の式から確認す
ることができる。
Ｖ＝C/ε1/2 …（２） Ｔ＝2L・ε1/2/C …（３） ここに、 V:電磁波が媒質中を進む速度、 C:光の速度、 ε：媒質中における比誘電率、 T:電磁波の往復時間、 L:埋設物までの距離。
即ち、土中における鋼管の位置は（３）式の電磁波の
往復時間Ｔを算出することによって確認することができ
る。
往復時間Ｔを算出することによって確認することができ
る。
第２図（ｂ）はアンテナを360°回転し、２°毎に土
中からの反射情報を採取したときの鋼管からの反射波を
示している。このとき、埋設鋼管からの反射波の受信強
度は送・受信アンテナ４を埋設鋼管に対して水平偏波し
た時最大となる。したがって送・受信アンテナ４を回転
した場合、図のように180°の位相毎の位置に２カ所、
鋼管からの反射波が得られる。
中からの反射情報を採取したときの鋼管からの反射波を
示している。このとき、埋設鋼管からの反射波の受信強
度は送・受信アンテナ４を埋設鋼管に対して水平偏波し
た時最大となる。したがって送・受信アンテナ４を回転
した場合、図のように180°の位相毎の位置に２カ所、
鋼管からの反射波が得られる。
また、第３図は探知装置の前方70cmの土質山砂の中に
75mmφ鋼管を置き、電波透過材製管部２の長さを変化さ
せたときの推進管１の金属部分からの反射波R1と、鋼管
からの反射波P1のピーク値とをそれぞれデシベル表示し
たものである。この場合、推進管の管部先端近傍を電波
透過材に置替え、その長さを変えても前方70cmの位置に
ある75mmφ鋼管からの反射波P1の強度はほぼ同じレベル
を示す。しかし、L2＜LMの範囲においては、推進管金属
部分からの反射波R1のレベルが75mmφ鋼管の反射波P1の
それよりも非常に大きくなるため、送・受信アンテナ４
を回転したときの鋼管からの、水平検波による反射の差
が出ないので鋼管からの反射波を捉えることができな
い。一方、推進管金属部分の長さがL2＞LMの範囲になる
と、推進管金属部分からの反射波R1の強度が弱くなり、
75mmφ鋼管からの反射波P1に与える影響が小さくなるた
め、75mmφ鋼管からの反射波P1を確実に捉えることがで
きる。したがって推進管の管部先端部を（１）式で示す
L2＞LMを満足する長さの電波透過材製管部２とすること
によって、推進管金属部分からの反射によるノイズを低
下させ、先端部前方の障害物からの反射信号の受信レベ
ルを向上させることができ、探知能力を顕著に高めるこ
とが可能となる。
75mmφ鋼管を置き、電波透過材製管部２の長さを変化さ
せたときの推進管１の金属部分からの反射波R1と、鋼管
からの反射波P1のピーク値とをそれぞれデシベル表示し
たものである。この場合、推進管の管部先端近傍を電波
透過材に置替え、その長さを変えても前方70cmの位置に
ある75mmφ鋼管からの反射波P1の強度はほぼ同じレベル
を示す。しかし、L2＜LMの範囲においては、推進管金属
部分からの反射波R1のレベルが75mmφ鋼管の反射波P1の
それよりも非常に大きくなるため、送・受信アンテナ４
を回転したときの鋼管からの、水平検波による反射の差
が出ないので鋼管からの反射波を捉えることができな
い。一方、推進管金属部分の長さがL2＞LMの範囲になる
と、推進管金属部分からの反射波R1の強度が弱くなり、
75mmφ鋼管からの反射波P1に与える影響が小さくなるた
め、75mmφ鋼管からの反射波P1を確実に捉えることがで
きる。したがって推進管の管部先端部を（１）式で示す
L2＞LMを満足する長さの電波透過材製管部２とすること
によって、推進管金属部分からの反射によるノイズを低
下させ、先端部前方の障害物からの反射信号の受信レベ
ルを向上させることができ、探知能力を顕著に高めるこ
とが可能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、推進管の前
端面及び先端から電磁波の拡がり角度に対応した所定長
さ範囲の管部の部分を所要の機械的強度を有する電波透
過材で形成したため、推進管の前端面及び管部先端近傍
での電磁波の反射が防止されて推進方向前方に所定の拡
がり角度で電磁波が送信され、また、この所定の拡がり
角度範囲における障害物からの反射波が確実に捉えられ
て障害物の探知能力を顕著に高めることができるという
利点がある。したがって、土中掘削推進機による埋設物
の破損又は障害物による土中掘削推進機の破損の防止並
びに障害物の事前探知による障害物を回避した掘削推進
が可能となり、土中掘削推進機を用いた土木工事の施工
品質の向上に大きく貢献するものである。
端面及び先端から電磁波の拡がり角度に対応した所定長
さ範囲の管部の部分を所要の機械的強度を有する電波透
過材で形成したため、推進管の前端面及び管部先端近傍
での電磁波の反射が防止されて推進方向前方に所定の拡
がり角度で電磁波が送信され、また、この所定の拡がり
角度範囲における障害物からの反射波が確実に捉えられ
て障害物の探知能力を顕著に高めることができるという
利点がある。したがって、土中掘削推進機による埋設物
の破損又は障害物による土中掘削推進機の破損の防止並
びに障害物の事前探知による障害物を回避した掘削推進
が可能となり、土中掘削推進機を用いた土木工事の施工
品質の向上に大きく貢献するものである。
第１図ないし第３図はこの発明に係る土木掘削推進機械
用障害物探知装置の実施例を示すもので、第１図は探知
装置が内装された土木掘削推進機の先端部の構造を示す
構成図、第２図は障害物からの反射波の波形例等を示す
探知特性図、第３図は電波透過材製管部の長さを変化さ
せたときの障害物からの反射波及び推進管金属部分から
の反射波の受信強度を示す特性図、第４図は従来の土木
掘削推進機械用障害物探知装置を示す構成図、第５図は
上記従来例による受信波形を示す波形図である。 1:土木掘削推進機推進管、2:電波透過材製管部、3:電波
透過材製の前面部材、4:送・受信アンテナ、9:障害物。
用障害物探知装置の実施例を示すもので、第１図は探知
装置が内装された土木掘削推進機の先端部の構造を示す
構成図、第２図は障害物からの反射波の波形例等を示す
探知特性図、第３図は電波透過材製管部の長さを変化さ
せたときの障害物からの反射波及び推進管金属部分から
の反射波の受信強度を示す特性図、第４図は従来の土木
掘削推進機械用障害物探知装置を示す構成図、第５図は
上記従来例による受信波形を示す波形図である。 1:土木掘削推進機推進管、2:電波透過材製管部、3:電波
透過材製の前面部材、4:送・受信アンテナ、9:障害物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菱山 光正 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 増田 順一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−155290（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−305381（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−22402（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−38583（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01V 3/12 E21D 9/06 301 G01S 7/00 - 7/03
Claims (1)
- 【請求項１】土中を掘削推進する土木掘削推進機械にお
ける推進管の先端部に、推進方向前方に所定の拡がり角
度で電磁波を送信し障害物からの反射波を受信する送・
受信アンテナを内装してなる土木掘削推進機械用障害物
探知装置であって、 前記推進管の前端面及び先端から前記拡がり角度に対応
した所定長さ範囲の管部の部分を、所要の機械的強度を
有する電波透過材で形成してなることを特徴とする土木
掘削推進機械用障害物探知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1325723A JP2866912B2 (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | 土木掘削推進機械用障害物探知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1325723A JP2866912B2 (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | 土木掘削推進機械用障害物探知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03187499A JPH03187499A (ja) | 1991-08-15 |
| JP2866912B2 true JP2866912B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=18179969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1325723A Expired - Fee Related JP2866912B2 (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | 土木掘削推進機械用障害物探知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866912B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006132970A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Ntt Docomo Inc | 比吸収率測定システム及び方法 |
-
1989
- 1989-12-15 JP JP1325723A patent/JP2866912B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03187499A (ja) | 1991-08-15 |
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