JP2995418B2 - Underground exploration equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は深さ方向に異なる誘電率を有する地中に存
在する物標の位置を正確に測定することができる地中探
査装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underground exploration device capable of accurately measuring the position of a target existing in the ground having different dielectric constants in the depth direction.
「従来の技術」 従来より地中に存在する物標の位置を測定する手段と
して電波を利用した地中探査装置が実用されている。[Background Art] Conventionally, an underground exploration device using radio waves has been used as a means for measuring the position of a target existing in the ground.
この観測原理は地表から電波を発射し、その電波が物
標から反射して戻るまでの時間Ｔを計測し、この時間Ｔ
と、地中における電波の伝播速度をＶεとから物標の深
さ位置Ｄを で求める。This observation principle measures the time T until a radio wave is emitted from the ground surface and the radio wave is reflected from the target and returns.
When the depth position D of the target radio wave propagation speed in the ground and a V epsilon Ask for.
地中における電波の伝播速度Ｖεは土の誘電率εｒに
よって変化する。つまり電波伝播速度 で求められる。（V0は空気中の電波伝播速度）従って各
測定点における土の誘電率が求められていないと物標の
正確な深さＤを知ることができないことになる。The radio wave propagation speed V epsilon of the ground varies with the dielectric constant epsilon r of the soil. In other words, the radio wave propagation speed Is required. (V 0 is the propagation speed of radio waves in the air) Therefore, unless the dielectric constant of the soil at each measurement point is determined, the accurate depth D of the target cannot be known.
土の誘電率を計測する方法としては土の一部を採取し
て誘電率計に装置して測定することが考えられる。As a method of measuring the dielectric constant of the soil, it is conceivable that a part of the soil is sampled and measured with a dielectric constant meter.
「発明が解決しようとする課題」 誘電率計によって土の誘電率を求めたとしても、その
測定された土は極く一部の土であり、地中に存在する物
標までの間の全てが均一であれば正確に測定できるが、
均一であるとは限らない。"Problems to be solved by the invention" Even if the permittivity of the soil is determined using a permittivity meter, the measured soil is a very small part of the soil, Can be measured accurately if is uniform,
It is not always uniform.
特に第８図に示すように物標２までの間に地層がＡと
Ｂに変化する場合には、地表近くの土の誘電率を求めた
だけでは正確な測定にはならない不都合がある。In particular, when the stratum changes to A and B before the target 2 as shown in FIG. 8, there is a disadvantage that accurate measurement cannot be obtained only by obtaining the dielectric constant of the soil near the ground surface.
この発明の目的は地表から距離までの間の土の誘電率
を測定する地中探査用誘電率測定装置を提供し、この誘
電率測定装置によって地表から物標近くまでの土の誘電
率を測定し、この誘電率の測定により地表から物標まで
の間に誘電率が異なる地層が存在しても物標の位置を正
確に測定することができる地中探査装置を提供しようと
するものである。An object of the present invention is to provide a dielectric constant measuring device for underground exploration which measures the dielectric constant of soil from the ground surface to a distance, and measures the dielectric constant of the soil from the ground surface to near a target by using the dielectric constant measuring device. However, it is an object of the present invention to provide an underground exploration device that can accurately measure the position of a target even if there is a stratum having a different dielectric constant from the ground surface to the target by measuring the dielectric constant. .
「課題を解決するための手段」 請求項１の発明においては地中に埋設された物標の近
傍に形成された少なくとも１本の縦穴にケーブルに吊下
げられておろされる縦長の筒状絶縁ケースと、 この筒状絶縁ケースの外周面に長手方向に所定の間隔
だけ離れて配置された送信アンテナ及び受信アンテナ
と、 受信アンテナに接続され、送信アンテナから発信され
た電波の中の縦穴の側壁を伝播する表面伝播波を受信す
る高周波受信回路と、 この高周波受信回路で受信した表面伝播波と送信アン
テナから電波が発射された時点との間の時間を計測する
伝播時間計測装置と、 この伝播時間計測手段で計測した伝播時間と送信アン
テナと受信アンテナとの間の距離値とから表面伝播波の
速度を算出する伝播速度算出手段と、 この速度算出手段が算出した表面伝播波の速度と空気
中の電波伝播速度との比から誘電率を算出する誘電率算
出手段と、 筒状絶縁ケースの地表からの距離を測定する位置測定
装置と、 によって縦穴に沿って露出した土の誘電率を連続的に測
定する。請求項２の発明においては、ケーブルに吊下げ
られて地中に形成した二つの縦穴に挿入されるそれぞれ
の縦長の筒状絶縁ケースと、この一方の筒状絶縁ケース
の周囲に設けた送信アンテナ及び他方の筒状絶縁ケース
の周囲に設けた受信アンテナと、 送信アンテナから電波を発射した時点からこの電波が
地中を通じて受信アンテナに到達するまでの時間を計測
する時間計測手段と、 この時間計測手段で計測した時間から地中の電波伝播
速度を算出する地中電波伝播速度算出装置と、 この地中電波伝播速度算出装置が算出した地中の電波
伝播速度と空気中の電波伝播速度との比から縦穴相互間
の土の誘電率を算出する誘電率算出装置と、 二つの縦穴に挿入した二つの筒状絶縁ケースの地表か
らの位置を測定する位置測定装置と、 によって地表から物標近くまでの土の誘電率を連続的に
測定する。この発明による地中探査装置は地中の各深さ
位置における上記いずれかの方法で計測した誘電率と、 物標上の地表面から電波を地中に向って発射し、物標
からの反射電波をとらえて電波が地表から物標までの地
中を往復する時間を計測する時間計測装置と、 この時間計測手段で計測した物標までの電波の往復時
間と、地中の深さ方向の各拭の誘電率とから地表から物
標までの距離を算出する演算装置と、によって構成す
る。[Means for Solving the Problems] In the invention according to claim 1, a vertically long cylindrical insulating case suspended by a cable in at least one vertical hole formed near a target buried underground. A transmitting antenna and a receiving antenna which are arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical insulating case at a predetermined distance in a longitudinal direction, and a side wall of a vertical hole in a radio wave transmitted from the transmitting antenna connected to the receiving antenna. A high-frequency receiving circuit that receives a surface-propagating wave that propagates; a propagation-time measuring device that measures a time between a surface-propagating wave received by the high-frequency receiving circuit and a point in time when a radio wave is emitted from a transmitting antenna; A propagation velocity calculating means for calculating the velocity of the surface propagation wave from the propagation time measured by the measuring means and a distance value between the transmitting antenna and the receiving antenna; Dielectric constant calculation means for calculating the dielectric constant from the ratio of the surface propagation wave velocity to the radio wave propagation velocity in the air, and a position measuring device for measuring the distance of the cylindrical insulating case from the ground surface, exposed along the vertical hole. The dielectric constant of the soil is measured continuously. According to the second aspect of the present invention, each of the vertically elongated tubular insulating cases which are hung on a cable and are inserted into two vertical holes formed in the ground, and a transmitting antenna provided around one of the tubular insulating cases. And a receiving antenna provided around the other cylindrical insulating case; time measuring means for measuring a time from when a radio wave is emitted from the transmitting antenna to when the radio wave reaches the receiving antenna through the ground; Means for calculating an underground radio wave propagation velocity from the time measured by the means, and an underground radio wave propagation velocity calculated by the underground radio wave propagation velocity calculation apparatus and the radio wave propagation velocity in the air. A dielectric constant calculating device that calculates the dielectric constant of the soil between the vertical holes from the ratio, and a position measuring device that measures the positions of the two cylindrical insulating cases inserted into the two vertical holes from the ground surface, Continuously measuring the dielectric constant of the soil up al target object nearby. The underground exploration device according to the present invention emits radio waves from the ground surface on the target toward the ground, and the dielectric constant measured by any of the above methods at each depth position in the ground, and reflects from the target. A time measurement device that measures the time it takes for the radio wave to travel back and forth from the ground to the target by capturing the radio wave, and the round trip time of the radio wave to the target measured by this time measurement means, And an arithmetic unit for calculating the distance from the ground surface to the target from the dielectric constant of each wipe.
「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す。図中100は地中
探査用誘電率測定装置、200は地中探査装置を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 100 denotes an underground exploration permittivity measuring apparatus, and reference numeral 200 denotes an underground exploration apparatus.
誘電率測定装置100は地中に形成した縦穴２に降され
る筒状絶縁ケース101と、この筒状絶縁ケース101の外周
面に設けた送信アンテナＴ及び受信アンテンＲと、筒状
絶縁ケース101を縦穴２に降下させるケーブル102と、こ
のケーブル102の繰出量を計測して筒状絶縁ケース101の
位置を求める位置測定装置103と、筒状絶縁ケース101の
内部に収納され送信アンテナから発信された電波の中の
縦穴の側壁を伝播する表面伝播波を受信する高周波受信
回路104と、地上の測定器105内に設けられ高周波受信回
路104で受信した表面伝播波と送信アンテナＴから電波
が発射された時点との間の時間を計測する伝播時間計測
装置106と、この伝播時間計測手段で計測した伝播時間
と送信アンテナＴと受信アンテナＲとの間の距離値Ｌと
から表面伝播波の速度を算出する伝播速度算出装置107
と、この速度算出手段107が算出した表面伝播波の速度
と空気中の電波伝播速度との比から土の誘電率を算出す
る誘電率算出装置108と、この算出結果を表示する表示
器109とによって構成される。The dielectric constant measuring apparatus 100 includes a cylindrical insulating case 101 descending into a vertical hole 2 formed in the ground, a transmitting antenna T and a receiving antenna R provided on an outer peripheral surface of the cylindrical insulating case 101, and a cylindrical insulating case 101. 102, a position measuring device 103 that measures the amount of extension of the cable 102 to determine the position of the cylindrical insulating case 101, and is transmitted from the transmitting antenna housed inside the cylindrical insulating case 101. A high-frequency receiving circuit 104 for receiving a surface-propagating wave propagating on the side wall of the vertical hole in the radio wave, and a radio wave emitted from the transmitting antenna T and the surface-propagating wave received by the high-frequency receiving circuit 104 provided in the measuring instrument 105 on the ground. A propagation time measuring device 106 for measuring a time between the time and the time when the propagation time is measured by the propagation time measured by the propagation time measuring means and a distance value L between the transmitting antenna T and the receiving antenna R. Propagation to calculate Degree calculating device 107
And a dielectric constant calculating device 108 that calculates the dielectric constant of the soil from the ratio of the speed of the surface propagation wave calculated by the speed calculating means 107 and the radio wave propagation speed in the air, and a display 109 that displays the calculation result. Composed of
以下に誘電率測定装置100の各部の構成を詳細に説明
する。Hereinafter, the configuration of each unit of the dielectric constant measuring apparatus 100 will be described in detail.
筒状絶縁ケース101は例えば第２図に示すように円筒
状の絶縁ケースによって構成され、その周面に送信アン
テナＴと受信アンテナＲが取付けられる。これら送信ア
ンテナと受信アンテナＲはそれぞれ二枚の三角形状の導
電板によって構成され、この二枚の導電板によってダイ
ポールアンテナが構成される。The cylindrical insulating case 101 is formed of, for example, a cylindrical insulating case as shown in FIG. 2, and a transmitting antenna T and a receiving antenna R are mounted on the peripheral surface thereof. Each of the transmitting antenna and the receiving antenna R is constituted by two triangular conductive plates, and the two conductive plates constitute a dipole antenna.
アンテナ被着面の裏側の筒状絶縁ケース101内には電
波吸収材によって形成された空室が設けられ、送信アン
テナＴから発射される電波が裏側に洩れないようにして
後述する表面伝播波を受信アンテナＲに受信させる構造
としている。An empty space formed of a radio wave absorbing material is provided in the cylindrical insulating case 101 on the back side of the antenna mounting surface, and a surface propagating wave described below is formed so that radio waves emitted from the transmitting antenna T do not leak to the back side. The receiving antenna R is configured to receive the signal.
また受信アンテナＲの裏側にも同様の電波吸収室が設
けられ、裏側から到来する直接波を吸収して受信させな
い構造としている。Also, a similar radio wave absorbing chamber is provided on the back side of the receiving antenna R, so that a direct wave arriving from the back side is absorbed and not received.
筒状絶縁ケース101の内部には、送信アンテナＴから
パルス状の電波を発射させるために送信アンテナＴを電
気的に励振するパルサ111と、受信アンテナＲに接続さ
れ、表面伝播波をとらえる高周波受信回路104が挿入さ
れる。Inside the cylindrical insulating case 101, a pulsar 111 for electrically exciting the transmitting antenna T in order to emit a pulsed radio wave from the transmitting antenna T, and a high-frequency receiving device connected to the receiving antenna R for capturing the surface propagation wave Circuit 104 is inserted.
ここで表面伝播波について説明する。図示のように送
信アンテナＴと受信アンテナＲを縦穴２の周壁に近接し
て配置した状況において、送信アンテナＴから電波を発
射させると、その電波の伝播経路は筒状絶縁体101の周
面と土の周壁との間に形成される空隙を伝播する直接波
と、土の内壁面を伝わって伝播する表面伝播波とに分け
られる。Here, the surface propagation wave will be described. As shown in the figure, when the transmitting antenna T and the receiving antenna R are arranged close to the peripheral wall of the vertical hole 2, when a radio wave is emitted from the transmitting antenna T, the propagation path of the radio wave is set to the peripheral surface of the cylindrical insulator 101. It is divided into a direct wave propagating in a void formed between the surrounding wall of the soil and a surface propagating wave propagating along the inner wall surface of the soil.
直接波は空気中を伝播し、表面伝播波は土の表面近く
を伝播する。従って直接波は表面伝播波と比較して空気
の誘電率が土の誘電率より小さいことから表面伝播波よ
り速い。従って受信アンテナＲに誘起される信号を電波
の発射時点から一定時間受信しないよう、例えばゲート
を掛けることによって表面伝播波と直接波とを区別して
受信することができる。Direct waves propagate in the air, and surface-propagating waves propagate near the surface of the soil. Therefore, the direct wave is faster than the surface propagating wave because the permittivity of air is smaller than that of the soil as compared with the surface propagating wave. Therefore, a signal induced in the receiving antenna R is not received for a certain period of time from the time of emission of the radio wave, for example, by applying a gate, so that the surface propagation wave and the direct wave can be received separately.
従って直接波と表面伝播波は受信アンテナＲに対して
時間差をもって受信されるから、遅く到来する信号をと
らえることにより表面伝播波を受信することができる。Therefore, since the direct wave and the surface propagation wave are received with a time difference with respect to the receiving antenna R, the surface propagation wave can be received by catching a signal arriving late.
また筒状絶縁ケース101の外周とこの壁面との間の間
隙が小さくなるように筒状絶縁体101の直径を選定す
る。これにより直接波が伝播する空隙部分が狹くなるた
め直接波は土に吸収され、受信アンテナＲに到達する量
を小さくすることができる。Further, the diameter of the cylindrical insulator 101 is selected so that the gap between the outer periphery of the cylindrical insulating case 101 and the wall surface becomes small. As a result, the gap portion through which the direct wave propagates becomes narrower, so that the direct wave is absorbed by the soil, and the amount reaching the receiving antenna R can be reduced.
従って地中の縦穴２の内部では受信アンテナＲに到達
する電波は実質的に表面伝播波だけになる。Therefore, the radio wave that reaches the receiving antenna R inside the underground vertical hole 2 is substantially only a surface propagation wave.
表面伝播波は土を伝播して受信アンテナＲに到達した
電波であるから土の誘電率によって決まる伝播速度で伝
播する。よってこの伝播時間と、送信アンテナＴ及び受
信アンテナＲとの間の距離値Ｌとから土の誘電率を求め
ることができる。Since the surface propagation wave is a radio wave that has propagated through the soil and has reached the receiving antenna R, it propagates at a propagation speed determined by the dielectric constant of the soil. Therefore, the dielectric constant of the soil can be obtained from the propagation time and the distance value L between the transmitting antenna T and the receiving antenna R.
高周波受信回路104で受信した受信信号はケーブル112
を通じて測定装置105に入力される。測定装置105には表
面伝播波の伝播時間計測装置106と、伝播速度算出装置1
07と、誘電率算出装置108と、表示装置109とが設けられ
る。The signal received by the high-frequency receiving circuit 104 is transmitted through a cable 112.
Is input to the measuring device 105 through The measuring device 105 includes a propagation time measuring device 106 for the surface propagation wave, and a propagation speed calculating device 1
07, a dielectric constant calculating device 108, and a display device 109 are provided.
第３図にこれらの各装置の具体的な構成を示す。 FIG. 3 shows a specific configuration of each of these devices.
第３図において120は送信アンテナから所定の時間間
隔でパルス状の電波を発射させ、また受信アンテナＲに
誘起される表面伝播波を取込む動作を行なう同期回路を
示す。同期回路120には基準発振器121が設けられ、この
基準発振器121から出力される例えば800kHzの基準信号
を第１分周器122と第２分周器123で分周し、第１分周器
122で分周した信号を遅延回路124で所定時間遅延させて
パルサ111に与え、第１分周器122の分周出力信号の周期
で送信アンテナＴから第４図Ａに示す周期Ｔで電波PXを
発射させる。In FIG. 3, reference numeral 120 denotes a synchronizing circuit for emitting a pulsed radio wave from the transmitting antenna at predetermined time intervals and for taking in the surface propagation wave induced in the receiving antenna R. The synchronization circuit 120 is provided with a reference oscillator 121. The reference signal of, for example, 800 kHz output from the reference oscillator 121 is frequency-divided by a first frequency divider 122 and a second frequency divider 123.
The signal divided by 122 is delayed by a predetermined time by a delay circuit 124 and given to a pulsar 111, and a radio wave PX is transmitted from a transmitting antenna T at a period T shown in FIG. To fire.
第１分周器122の分周出力は更に遅延回路125を通して
第１鋸歯状波発生器126に与えられ、電波の発射と同期
して第４図Ｂに示した第１鋸歯状波SW1を発生させる。Divided output of the first frequency divider 122 is given further to the first saw-tooth wave generator 126 through a delay circuit 125, a first saw-tooth wave SW 1 shown in FIG. 4 B in synchronism with the emission of radio waves generate.
一方第２分周器123からは第１分周器122の分周出力の
周期より例えば2048倍程度長い分周信号を出力させ、こ
の分周信号を第２鋸歯状波発生器127に与え、第２鋸歯
状波発生器127から第４図に示した第２鋸歯状波SW2を発
生させる。On the other hand, the second frequency divider 123 outputs a frequency-divided signal that is, for example, about 2048 times longer than the frequency of the frequency-divided output of the first frequency divider 122, and supplies the frequency-divided signal to the second sawtooth wave generator 127. second generating a sawtooth wave SW 2 from the second sawtooth wave generator 127 shown in Figure 4.
第１鋸歯状波SW1と第２鋸歯状波SW2は一致検出回路12
8に与えられ、第１鋸歯状波SW1が第２鋸歯状波SW2と一
致する毎にサンプリングパルスSP（第４図Ｃ）を発生さ
せる。The first sawtooth wave SW 1 and the second sawtooth wave SW 2 coincidence detection circuit 12
Given 8, first sawtooth wave SW 1 generates the sampling pulse SP (Figure 4 C) for each matching the second sawtooth wave SW 2.
このサンプリングパルスSPがサンプリング回路129に
与えられ、サンプリング回路129において高周波受信回
路104で受信した表面伝播波を第４図Ｃに示した位相が
少しずつずらされたサンプリングパルスSPによってサン
プリングし低周波信号に変換する。この低周波信号に変
換する技術はサンプリングオシロスコープ等で利用され
ている周知の技術であるから、ここではその詳細説明を
省略する。The sampling pulse SP is supplied to a sampling circuit 129, and the sampling circuit SP samples the surface-propagation wave received by the high-frequency receiving circuit 104 using the sampling pulse SP whose phase is slightly shifted as shown in FIG. Convert to The technique for converting to a low-frequency signal is a well-known technique used in a sampling oscilloscope or the like, and a detailed description thereof will be omitted here.
低周波信号に変換された表面伝播波は表示装置130に
送られる。The surface propagation wave converted to the low frequency signal is sent to the display device 130.
表示装置130にはデータセレクタ131が設けられ、この
データセレクタ131によって表面伝播波の受信信号と同
期回路120から与えられる周期信号がインターフェース1
32を通じてマイクロコンピュータ133に分岐される。The display device 130 is provided with a data selector 131, and the received signal of the surface propagation wave and the periodic signal given from the synchronization circuit 120 are provided by the data selector 131 to the interface 1.
A branch is made to a microcomputer 133 through 32.
マイクロコンピュータ133は先に説明した伝播時間計
測装置106と、伝播速度算出装置107と、誘電率算出装置
108を構成する。つまりマイクロコンピュータ133では周
期回路120から送られた電波の発射タイミングから表面
伝播波の受信タイミングまでの時間を計測する。この計
測はマイクロコンピュータ133が同期信号の発生を検出
して電波の発射タイミングを検知し、この時点から低周
波信号に変換された表面伝播波が受信されるまでの間ク
ロックを計数するプログラムを実行し、その計数値によ
って表面伝播波の伝播時間が計測される。The microcomputer 133 includes the propagation time measuring device 106, the propagation speed calculating device 107, and the permittivity calculating device described above.
Make up 108. That is, the microcomputer 133 measures the time from the emission timing of the radio wave transmitted from the periodic circuit 120 to the reception timing of the surface propagation wave. For this measurement, the microcomputer 133 detects the generation of the synchronization signal, detects the emission timing of the radio wave, and executes a program that counts the clock from this point until the surface propagation wave converted to the low frequency signal is received. Then, the propagation time of the surface propagation wave is measured based on the counted value.
表面伝播波の伝播時間を計測するとマイクロコンピュ
ータ133はキーボード134から予め入力されている送信ア
ンテナＴと受信アンテナＲとの間の距離Ｌを使って表面
伝播波の速度Ｖεを算出する。When the propagation time of the surface propagation wave is measured, the microcomputer 133 calculates the velocity Vε of the surface propagation wave using the distance L between the transmitting antenna T and the receiving antenna R which is input from the keyboard 134 in advance.
表面伝播波の速度が算出されると、この表面伝播波の
速度Ｖεと予め入力してある空気中の電波伝播速度V0と
の比（V0/Vε）２を算出し、その地点における土の誘電
率ε０を算出する。When the velocity of the surface propagation wave is calculated, the ratio (V 0 / V ε ) 2 of the velocity V ε of the surface propagation wave to the previously input radio wave propagation velocity V 0 in the air is calculated. to calculate the dielectric constant ε 0 of the soil in.
マイクロコンピュータ133で算出された土の誘電率は
キャラクタジェネレータ135に送られ文字映像パターン
に変換されて例えば陰極線管表示器136に入力され、陰
極線管表示器136にこの誘電率を第５図に示す数字表示
部138に数字表示させる。The dielectric constant of the soil calculated by the microcomputer 133 is sent to a character generator 135, converted into a character image pattern, and input to, for example, a cathode ray tube display 136, and the dielectric constant of the cathode ray tube display 136 is shown in FIG. The number display section 138 displays a number.
誘電率の測定は例えば筒状絶縁ケース101がケーブル1
02の繰出、巻戻しに応じて上下方向に1cm移動すると、
位置測定装置103からパルスが出力され、このパルスに
よって誘電率の測定値をメモリに読込む。従ってマイク
ロコンピュータ133のメモリには1cm毎の位置における誘
電率が記憶される。The measurement of the dielectric constant is, for example, when the cylindrical insulating case 101 is connected to the cable 1
When moving 1cm up and down according to the feeding and rewinding of 02,
A pulse is output from the position measuring device 103, and the measured value of the dielectric constant is read into the memory by the pulse. Therefore, the permittivity at the position of every 1 cm is stored in the memory of the microcomputer 133.
メモリに記憶された誘電率はキィーボード134から深
度値を与えることにより、この深度値に対応した誘電率
が読出されて第５図に示す表示器136の数字表示部138に
表示される。この表示はキャラクタジェネレータ135に
よって行なわれる。By giving a depth value from the keyboard 134 to the dielectric constant stored in the memory, the dielectric constant corresponding to the depth value is read out and displayed on the numeric display section 138 of the display 136 shown in FIG. This display is performed by the character generator 135.
一方マイクロコンピュータ133はビデオRAM137を具備
し、このビデオRAM137に各深度位置における誘電率の値
を表示画面上の位置に対応させ、その各位置に対応する
アドレスに例えばドットを表わすキャラクタコードを書
込み、表示画面上で誘電率の値を位置として表示させ
る。On the other hand, the microcomputer 133 has a video RAM 137, in which the value of the dielectric constant at each depth position is made to correspond to the position on the display screen, and a character code representing, for example, a dot is written to an address corresponding to each position, The value of the dielectric constant is displayed as a position on the display screen.
つまり表示装置136には例えば第５図に示すように上
辺部に誘電率の目盛εを付し、側辺部に深度を表わす目
盛ｍを表示させる。In other words, the display device 136 has a scale ε for permittivity on the upper side and a scale m indicating depth on the side as shown in FIG. 5, for example.
輝線140は地表面位置を表わし、輝線139は縦穴２に沿
って露出した土の誘電率を表わす。図の例では横軸εを
右方向に向う程εの値が大きくなることを表わしてい
る。The emission line 140 represents the ground surface position, and the emission line 139 represents the dielectric constant of the soil exposed along the vertical hole 2. In the example of the figure, the value of ε increases as the horizontal axis ε moves rightward.
この表示装置136は陰極線管によって構成され、ラス
タスキャンを縦方向に走査させて表示する。従って通常
の陰極線管でＹ軸偏向方向が誘電率εの表示方向とされ
る。The display device 136 is constituted by a cathode ray tube, and performs raster scanning in the vertical direction to display. Therefore, the Y-axis deflection direction is the display direction of the dielectric constant ε in a normal cathode ray tube.
輝線139が折曲がって表示されるとき、この折点の中
央M1において地層が分かれていることを知ることができ
る。図の例では深度約2.5mの位置に地層の境界が存在し
ていることを表わしている。When the bright lines 139 are displayed bent, you can know that the formation is divided in the center M 1 of the break point. The example in the figure shows that the boundary of the stratum exists at a depth of about 2.5 m.
以上説明したように表面伝播波の伝播時間計測装置10
6と、伝播速度算出装置107と、誘電率算出装置108は全
てマイクロコンピュータ133によって構成される。As described above, the propagation time measuring device 10
6, the propagation velocity calculating device 107, and the dielectric constant calculating device 108 are all configured by a microcomputer 133.
第６図に誘電率測定装置100の他の例を示す。この例
では物標１を挟むように二本の縦穴2A,2Bを形成し、こ
の二本の縦穴2A,2Bの一方の縦穴2Aに送信アンテナＴを
具備した筒状絶縁ケース101Aを挿入し、他方の縦穴2Bに
受信アンテナＲを具備した筒状絶縁ケース101Bを挿入す
る。FIG. 6 shows another example of the dielectric constant measuring apparatus 100. In this example, two vertical holes 2A and 2B are formed so as to sandwich the target 1, and a cylindrical insulating case 101A having a transmitting antenna T is inserted into one of the two vertical holes 2A and 2B, The cylindrical insulating case 101B provided with the receiving antenna R is inserted into the other vertical hole 2B.
双方の筒状絶縁ケース101Aと101Bを互に同期に降下さ
せながら一方の縦穴2Aから他方の縦穴2Bに向って電波を
発射し、その伝播時間を測定して縦穴2Aと2Bとの間の土
の誘電率を求めるように構成した場合を示す。While lowering both cylindrical insulating cases 101A and 101B synchronously, a radio wave is emitted from one vertical hole 2A toward the other vertical hole 2B, the propagation time is measured, and the soil between the vertical holes 2A and 2B is measured. Here, a case is shown in which the dielectric constant is determined.
このように二本の縦穴2Aと2Bを使うことによって地層
の傾むき角αを求めることができる。Thus, the inclination angle α of the stratum can be obtained by using the two vertical holes 2A and 2B.
尚地層の傾むき角αを求める他の方法としては二本の
縦穴2Aと2Bに第１図及び第２図で説明した送信アンテナ
Ｔと受信アンテナＲとを具備した筒状絶縁ケース101を
別々に挿入し、穴2A,2Bの周縁の土の誘電率を別々に測
定してもよい。As another method for obtaining the inclination angle α of the formation, the cylindrical insulating case 101 having the transmitting antenna T and the receiving antenna R described in FIGS. 1 and 2 in two vertical holes 2A and 2B is separately provided. And the dielectric constant of the soil around the holes 2A and 2B may be measured separately.
地中探査装置200は第１図に示すように電波発射装置2
01と、この電波発射装置201から発射した電波203が物標
１に反射して戻る電波204を受信する受信装置202とによ
って構成され、電波発射装置201から電波の発射タイミ
ング信号が出力され、この発射タイミング信号と受信装
置202の受信信号とによってその時間差を算出する点は
従来の地中探査装置と同じである。The underground exploration device 200 is, as shown in FIG.
01, and a receiving device 202 that receives a radio wave 204 that reflects the radio wave 203 emitted from the radio wave emitting device 201 and returns to the target 1, and outputs a radio wave emission timing signal from the radio wave emitting device 201. The point of calculating the time difference between the launch timing signal and the reception signal of the reception device 202 is the same as that of the conventional underground exploration device.
この発明の特徴とする点はこの時間差と誘電率測定装
置100で測定した各地層の誘電率ε１とε２を用いるこ
とによって物標１の位置を正確に求めることができるよ
うに構成した点である。The feature of the present invention is that the position of the target 1 can be accurately determined by using the time difference and the dielectric constants ε 1 and ε 2 of each layer measured by the dielectric constant measuring device 100. It is.
次に地中探査装置200において物標１の位置を求める
方法を説明する。Next, a method of obtaining the position of the target 1 in the underground exploration apparatus 200 will be described.
第７図に示すように点（x0,y0）に物標１があり、点
（x,0）で地中探査装置200が電波を送受信するものとす
ると、電波は物標１と点（x,0）との間の最短距離を通
るので、 の偏微分 となるＳの値を求める。As shown in FIG. 7, there is a target 1 at a point (x 0 , y 0 ), and it is assumed that the underground exploration device 200 transmits and receives a radio wave at the point (x, 0). Because it passes through the shortest distance between (x, 0) Partial derivative of The value of S that satisfies
つまり によりＳを求める。I mean S is obtained by
地中探査装置200を漸次移動させ、そのとき各位置xi
（ｉ＝1,2,…Ｎ）における電波伝播時間ＴをTi（ｉ＝1,
2,…Ｎ）とすると、最小２乗法により が１式の条件の下で最小になる様にx0,y0を求める。The underground exploration device 200 is gradually moved, at which time each position x i
The radio wave propagation time T at (i = 1, 2,... N) is represented by T i (i = 1,2).
2, ... N), the least squares method X 0 and y 0 are determined so that the minimum value is obtained under the condition of Equation 1.
つまり、 （１）式、（２）式、（３）式を満す（x0,y0）を求
めればよい。That is, (X 0 , y 0 ) that satisfies the expressions (1), (2) and (3) may be obtained.
従ってこの発明による地中探査装置200の特徴は誘電
測定装置100で求めた誘電率ε1,ε２…を用いて物標１
の位置を算出する演算装置を実装した構成を特徴とする
ものである。Therefore, the feature of the underground exploration device 200 according to the present invention is that the target 1 is obtained by using the dielectric constants ε 1 , ε 2 .
Is characterized in that it is equipped with an arithmetic device for calculating the position of.
「発明の効果」 以上説明したように、この発明による地中探査用誘電
率測定装置によれば地中の誘電率が異なる地層の存在を
知ることができる。特に地層の厚みを知ることができる
から地表と物標との間を往復する電波の各地層における
伝播速度を知ることができるから電波の遅延時間により
従来より精度よく物標までの距離つまり深度を知ること
ができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the underground exploration permittivity measuring apparatus of the present invention, it is possible to know the existence of underground layers having different underground permittivity. In particular, because the thickness of the stratum can be known, the propagation speed of the radio wave that travels back and forth between the ground surface and the target in each layer can be known. You can know.
また縦穴を２個設け、この２個の縦穴を使うことによ
り地層の境界の傾むきαを求めることができる。従って
地層の境界に傾むきがあっても正確に物標の位置を特定
することができる利点が得られる。In addition, two vertical holes are provided, and the inclination α of the boundary of the stratum can be obtained by using the two vertical holes. Therefore, there is an advantage that the position of the target can be accurately specified even if the boundary of the stratum is inclined.
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は地
中探知装置用誘電率測定装置に用いる筒状絶縁ケースの
構造を説明するための斜視図、第３図はこの発明の誘電
率測定装置の電気的な構成を説明するためのブロック
図、第４図は第３図の動作を説明するための波形図、第
５図はこの発明による誘電率測定装置に用いる表示器の
一例を説明するための正面図、第６図はこの発明による
誘電率測定装置の他の例を示す断面図、第７図はこの発
明による地中探査装置の動作を説明するための図、第８
図は従来技術の欠点を説明するための断面図である。 1:物標、2,2A,2B:縦穴、100:地中探査用誘電率測定装
置、101:筒状絶縁体、102:ケーブル、103:位置検出装
置、104:高周波受信回路、106:伝播時間計測装置、107:
伝播速度算出装置、108:誘電率測定装置、109:表示装
置、200:地中探査装置、201:電波発射装置、202:電波受
信装置。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view for explaining the structure of a cylindrical insulating case used in a dielectric constant measuring device for an underground detection device, and FIG. FIG. 4 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the permittivity measuring apparatus, FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 3, and FIG. 5 is a display used in the permittivity measuring apparatus according to the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing another example of the permittivity measuring device according to the present invention, FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the underground survey device according to the present invention, 8th
The figure is a sectional view for explaining the disadvantages of the prior art. 1: Target, 2, 2A, 2B: Vertical hole, 100: Underground exploration permittivity measuring device, 101: Cylindrical insulator, 102: Cable, 103: Position detecting device, 104: High frequency receiving circuit, 106: Propagation Time measuring device, 107:
Propagation velocity calculation device, 108: dielectric constant measurement device, 109: display device, 200: underground exploration device, 201: radio wave emission device, 202: radio wave reception device.
フロントページの続き (72)発明者 登内 正治 埼玉県三郷市彦成４―２―10―408 (56)参考文献 特開 平２−285586（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−282490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−307376（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−115078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−290985（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01V 3/12 G01V 3/18 G01N 22/00 Continuation of the front page (72) Inventor Shoji Touchi 4-2-10-408 Hikonari Misato-shi, Saitama (56) References JP-A-2-285586 (JP, A) JP-A-1-282490 (JP, A JP-A-63-307376 (JP, A) JP-A-63-115078 (JP, A) JP-A-63-290985 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01V 3/12 G01V 3/18 G01N 22/00
Claims (2)
穴に、ケーブルによって吊下げられて降ろされる縦長の
筒状絶縁ケースと、 B.この筒状絶縁ケースの外周面に長手方向に所定の間隔
だけ離れて配置された送信アンテナ及び受信アンテナ
と、 C.受信アンテナに接続され、送信アンテナから発信され
た電波の中の上記縦穴の側壁を伝播する表面伝播波を受
信する高周波受信回路と、 D.この高周波受信回路で受信した表面伝播波と上記送信
アンテナから電波が発射された時点との間の時間を計測
する伝播時間計測装置と、 E.この伝播時間計測装置で計測した伝播時間と上記送信
アンテナと受信アンテナとの間の距離値とから表面伝播
波の速度を歳出する伝播速度算出装置と、 F.この速度算出装置が算出した表面伝播波の速度と空気
中の電波伝播速度算との比から土の誘電率を算出する誘
電率算出装置と、 G.上記筒状絶縁ケースの地表からの距離を測定する位置
測定装置と、 H.上記誘電率算出装置で算出された誘電率を、上記位置
測定装置で測定された地表からの距離に対応させて記憶
するメモリと、 I.上記物標上の地表面から電波を地中に向かって発射
し、その物標からの反射電波をとらえて電波が地表から
物標までの地中を往復する時間を計測する時間計測装置
と、 J.この時間計測装置で計測した物標までの電波の往復時
間と、上記地中の深さ方向の各部の誘電率とから地表か
ら物標までの距離を算出する演算装置と、 によって構成した地中探査装置。A. A vertically elongated cylindrical insulating case suspended and lowered by a cable in a vertical hole formed near a target existing in the ground; B. A longitudinally extending outer circumferential surface of the cylindrical insulating case. A transmitting antenna and a receiving antenna arranged at predetermined intervals in the direction; and C. a high frequency connected to the receiving antenna and receiving a surface-propagating wave propagating through the side wall of the vertical hole in the radio wave transmitted from the transmitting antenna. A receiving circuit; D. a propagation time measuring device for measuring a time between a surface propagation wave received by the high-frequency receiving circuit and a time when a radio wave is emitted from the transmitting antenna; and E. a measuring device for the propagation time measuring device. A propagation velocity calculating device for calculating the velocity of the surface propagation wave from the calculated propagation time and the distance value between the transmitting antenna and the receiving antenna, and F. the velocity of the surface propagation wave calculated by the velocity Radio transmission A dielectric constant calculating device that calculates the dielectric constant of the soil from the ratio with the speed calculation; G. a position measuring device that measures the distance of the cylindrical insulating case from the ground surface; and H. a dielectric constant calculating device that calculates the dielectric constant. A memory for storing the permittivity in accordance with the distance from the ground measured by the position measuring device; andI. Emitting radio waves from the ground surface on the target toward the ground, and J. A time measuring device that measures the time it takes for the radio wave to travel back and forth from the ground to the target by capturing the reflected radio wave, and J. The round trip time of the radio wave to the target measured by this time measurement device, An underground exploration device comprising: an arithmetic unit that calculates a distance from the ground surface to a target based on a dielectric constant of each part in a depth direction.
二つの縦穴にそれぞれ挿入される縦長の筒状絶縁ケース
と、 B.この一方の筒状絶縁ケースの周面に設けた送信アンテ
ナ、及び他方の筒状絶縁ケースの周面に設けた受信アン
テナと、 C.上記送信アンテナから電波を発射した時点からこの電
波が地中を通じて上記受信アンテナに到達するまでの時
間を計測する時間計測装置と、 D.この時間計測装置で計測した時間から地中の電波伝播
速度を算出する地中電波伝播速度算出装置と、 E.この地中電波伝播速度算出装置が算出した地中の電波
伝播速度と、空気中の電波伝播速度との比から縦穴相互
間の土の誘電率を算出する誘電率算出装置と、 F.上記二つの縦穴に挿入した二つの筒状絶縁ケースの地
表からの位置を測定する位置測定装置と、 G.上記誘電率算出装置で算出された誘電率を、上記位置
測定装置で測定された地表からの距離に対応させて記憶
するメモリと、 H.上記物標上の地表面から電波を地中に向かって発射
し、その物標からの反射電波をとらえて電波が地表から
物標までの地中を往復する時間を計測する時間計測装置
と、 I.この時間計測装置で計測した物標までの電波の往復時
間と、上記地中の深さ方向の各部の誘電率とから地表か
ら物標までの距離を算出する演算装置と、 によって構成した地中探査装置。2. A longitudinally elongated tubular insulating case suspended in a cable and inserted into two vertical holes formed in the ground, and B. a transmission provided on the peripheral surface of one of the tubular insulating cases. An antenna and a receiving antenna provided on the peripheral surface of the other cylindrical insulating case; and C. a time for measuring a time from when the radio wave is emitted from the transmitting antenna to when the radio wave reaches the receiving antenna through the ground. A measuring device; D. an underground radio wave propagation velocity calculating device that calculates the underground radio wave propagation speed from the time measured by the time measuring device; and E. an underground radio wave calculated by the underground radio wave propagation speed calculating device. A dielectric constant calculator that calculates the dielectric constant of the soil between the vertical holes from the ratio of the propagation speed and the radio wave propagation speed in the air; andF. The two cylindrical insulating cases inserted into the two vertical holes from the ground surface. A position measuring device for measuring position; A memory for storing the permittivity calculated by the permittivity calculator in correspondence with the distance from the ground measured by the position measuring device, and H. transmitting radio waves from the ground surface on the target to the ground. A time measurement device that measures the time it takes to fire and captures the reflected radio waves from the target and measures the time it takes for the radio waves to travel underground from the ground surface to the target; and An underground exploration apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates a distance from the ground surface to a target from the round-trip time and the dielectric constant of each part in the depth direction under the ground.
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|---|---|---|---|
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