JP3084550B2 - Underground information collection device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、地中に差し込まれる鋼
製のロッドを有し、このロッドの先端部に設けたセンサ
で検出された信号を地中情報として地表側において収集
するための地中情報収集装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a steel rod to be inserted into the ground, and collects signals detected by a sensor provided at the tip of the rod on the ground surface as ground information. It relates to an underground information collection device.
【0002】[0002]
【従来の技術】かかる地中情報収集装置は、例えば、回
転する鋼製のロッドを有するボーリングマシーンに備え
られる。ボーリングマシーンにおいて、ロッド先端部の
情報、例えば、温度を実時間で得ようとする場合、ロッ
ド先端部に温度センサを取付け、この温度センサで検出
された信号を地中情報として地表側において収集するこ
とが必要になる。2. Description of the Related Art Such an underground information collecting apparatus is provided, for example, in a boring machine having a rotating steel rod. In a boring machine, when trying to obtain information on the rod tip, for example, temperature, in real time, a temperature sensor is attached to the rod tip, and a signal detected by this temperature sensor is collected on the ground side as underground information. It becomes necessary.
【0003】従来の地中情報収集装置は、例えば、特開
平6−77863号に示されるように、鋼製のロッド
と、このロッドの先端付近に埋め込まれたセンサと、こ
のロッド内にセンサに近接して収容された送信回路部
と、、このセンサで検知した地中情報により搬送波を変
調する送信回路部と、ソレノイド状の送信コイルとを有
する。送信回路部は、センサで検出した信号、即ち、地
中情報により搬送波を変調して変調搬送波を送信コイル
に出力する。送信コイルは、変調搬送波に基づいて鋼製
のロッドを伝播するような磁気信号を発生せしめ、この
磁気信号はロッドを通して地表側に伝達される。地表側
でロッドから磁気信号を受けるために、ロッドの地表側
にソレノイド状の受信コイルが設けられる。この受信コ
イルは中心軸を有し、この中心軸がロッドの軸方向と一
致するようにロッドを磁芯として巻かれる。これによ
り、ロッドに磁気信号があると、受信コイルには誘導信
号が発生する。受信コイルには受信回路部が接続され、
この受信回路部は、受信コイルからの誘導信号を受け、
この誘導信号を復調して地中情報を再生する。[0003] A conventional underground information collecting apparatus includes a steel rod, a sensor embedded near the tip of the rod, and a sensor in the rod, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-77863. It has a transmitting circuit unit housed in close proximity, a transmitting circuit unit for modulating a carrier wave with underground information detected by this sensor, and a solenoid-shaped transmitting coil. The transmission circuit modulates a carrier with a signal detected by the sensor, that is, underground information, and outputs a modulated carrier to a transmission coil. The transmitting coil generates a magnetic signal that propagates through the steel rod based on the modulated carrier, and the magnetic signal is transmitted to the ground through the rod. In order to receive a magnetic signal from the rod on the ground side, a solenoid-shaped receiving coil is provided on the ground side of the rod. The receiving coil has a central axis, and is wound around the rod as a magnetic core such that the central axis coincides with the axial direction of the rod. Thus, if there is a magnetic signal on the rod, an induction signal is generated on the receiving coil. A receiving circuit unit is connected to the receiving coil,
This receiving circuit receives an induction signal from the receiving coil,
The guidance signal is demodulated to reproduce the underground information.
【0004】ところで、受信コイルは中心軸の方向とは
異なる方向から入射する外部磁気信号によっても誘導信
号を発生する。このような誘導信号は、地中情報収集装
置とは別の外部機器から到来する雑音に起因した雑音信
号であり、除去されるべきである。Incidentally, the receiving coil also generates an induction signal by an external magnetic signal incident from a direction different from the direction of the central axis. Such an induced signal is a noise signal caused by noise coming from an external device other than the underground information collecting device, and should be removed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の地中情報収集装置は、このような雑音信号を除
去する機能を有していない。一方、地中の送信コイルか
ら送信される磁気信号は、信号伝送距離、即ち、ロッド
の長さが長くなるにつれて、地表側では微弱となる。こ
のため、地中情報を表す誘導信号と雑音による誘導信号
との比、つまり信号対雑音比(S/N比)はロッドの長
さが長くなるにつれて小さくなる。この結果、信号伝送
距離は、雑音が大きくなるにしたがって短くなり、ひい
ては地中情報を収集し得る深さが浅くなるというという
問題点があった。However, the above-mentioned conventional underground information collecting apparatus does not have a function of removing such a noise signal. On the other hand, the magnetic signal transmitted from the transmission coil underground becomes weaker on the ground surface side as the signal transmission distance, that is, the length of the rod increases. For this reason, the ratio of the guidance signal representing the underground information to the guidance signal due to noise, that is, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) decreases as the length of the rod increases. As a result, there is a problem that the signal transmission distance becomes shorter as the noise becomes larger, and the depth at which underground information can be collected becomes shallower.
【0006】従って、本発明は、上述した受信コイルに
雑音として混入する磁気信号を低減することによって信
号伝送距離を延長させることができる地中情報収集装置
を提供しようとするものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide an underground information collecting apparatus capable of extending a signal transmission distance by reducing a magnetic signal mixed as noise into the above-mentioned receiving coil.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、地中に
差し込まれる鋼製のロッドと、該ロッドの先端付近に設
けられたセンサと、前記ロッドの先端付近に設けられて
前記センサで検出された検出信号を地中情報信号として
受け、前記地中情報信号により搬送波を変調して変調搬
送波を出力する送信回路部と、前記ロッドの中心軸と一
致する中心軸を持ち、前記変調搬送波により磁気信号を
発生し、該磁気信号を前記ロッドを通して前記先端とは
反対の他端側に伝送せしめるソレノイド状の送信コイル
と、前記ロッドの前記他端側に該ロッドを周回するよう
に巻かれ、前記ロッドを通して送られてくる前記磁気信
号を誘導電気信号に変換するソレノイド状の主受信コイ
ルと、前記誘導電気信号を復調器入力信号として受けて
前記地中情報信号を復調する復調回路とを有する地中情
報収集装置において、該装置は更に、前記主受信コイル
の中心軸と直交する方向の中心軸を持つように巻かれ、
前記主受信コイルに隣接して設けられて、雑音振幅と雑
音位相とを有する第1の誘導雑音信号を発生する第1の
ソレノイド状の雑音受信コイルと、前記主受信コイルの
中心軸及び前記第1のソレノイド状の雑音受信コイルの
中心軸と直交する方向の中心軸を持ち、前記主受信コイ
ルに隣接して設けられて、雑音振幅と雑音位相とを有す
る第2の誘導雑音信号を発生する第2のソレノイド状の
雑音受信コイルと、該第1及び第2の雑音受信コイルの
各々の出力を合成して前記主受信コイルに誘起される雑
音波形に極めて近い合成雑音波形を得る雑音合成回路
と、該雑音合成回路の出力の振幅と位相を前記主受信コ
イルの出力の雑音成分の振幅と位相に一致するように調
整する振幅位相調整回路と、該振幅位相調整回路の調整
した出力と前記主受信コイルの出力との差信号を取り出
して前記復調器入力信号として出力する差動回路とを有
することを特徴とする地中情報収集装置が得られる。According to the present invention, there is provided a steel rod inserted into the ground, a sensor provided near the tip of the rod, and a sensor provided near the tip of the rod. A transmitting circuit unit that receives the detected detection signal as an underground information signal, modulates a carrier with the underground information signal and outputs a modulated carrier, and has a central axis coinciding with a central axis of the rod, and the modulated carrier A solenoid-shaped transmitting coil that generates a magnetic signal and transmits the magnetic signal through the rod to the other end opposite to the tip, and is wound around the rod at the other end of the rod. A solenoidal main receiving coil for converting the magnetic signal sent through the rod into an inductive electric signal, and receiving the inductive electric signal as a demodulator input signal to receive the underground information signal In underground information collecting apparatus and a demodulation circuit for demodulating, said apparatus further wound to have a central axis in a direction perpendicular to the center axis of the main receiving coil,
A first solenoidal noise receiving coil that is provided adjacent to the main receiving coil and generates a first induced noise signal having a noise amplitude and a noise phase; a central axis of the main receiving coil; A second induction noise signal having a central axis in a direction orthogonal to the central axis of the first solenoidal noise receiving coil and being provided adjacent to the main receiving coil and having a noise amplitude and a noise phase; A second solenoidal noise receiving coil, and a noise combining circuit for combining the outputs of the first and second noise receiving coils to obtain a combined noise waveform very close to the noise waveform induced in the main receiving coil An amplitude and phase adjustment circuit that adjusts the amplitude and phase of the output of the noise synthesis circuit so as to match the amplitude and phase of the noise component of the output of the main receiving coil; and the adjusted output of the amplitude and phase adjustment circuit, Master Underground information collecting device is obtained, characterized in that it comprises a differential circuit for outputting as said demodulator input signal is taken out a difference signal between the output of the coil.
【0008】[0008]
【作用】本発明による地中情報収集装置においては、主
受信コイルの中心軸方向に送信コイルがある時、この軸
方向と異なる角度を持つ磁気信号は他の機器又は不特定
の雑音発生源より発生した雑音信号とする。In the underground information collecting apparatus according to the present invention, when the transmitting coil is located in the direction of the center axis of the main receiving coil, the magnetic signal having an angle different from the axial direction may be transmitted from another device or an unspecified noise source. This is the generated noise signal.
【0009】第1及び第2のソレノイド状の雑音受信コ
イルは主受信コイルの中心軸方向の磁気信号成分に対す
る検出感度が極めて小さいことから、主受信コイルの中
心軸以外の方向から入射する雑音だけを受信する効果が
得られ、かつ第1及び第2の雑音受信コイルから得られ
る雑音信号を合成することにより主受信コイルに混入す
る雑音信号に極めて近い同一位相または逆位相の雑音信
号が得られる。Since the first and second solenoidal noise receiving coils have extremely low detection sensitivity to magnetic signal components in the direction of the central axis of the main receiving coil, only noise incident from directions other than the central axis of the main receiving coil is used. And the noise signal obtained from the first and second noise receiving coils is combined to obtain a noise signal having the same phase or opposite phase that is very close to the noise signal mixed into the main receiving coil. .
【0010】主受信コイルから得られる出力信号から第
1及び第2の雑音受信コイルから得られる出力信号を差
し引けば、雑音低減効果が得られるため、地中から送信
される信号検出レベルが向上することになる。If the output signals obtained from the first and second noise receiving coils are subtracted from the output signal obtained from the main receiving coil, a noise reduction effect can be obtained, so that the detection level of a signal transmitted from underground is improved. Will do.
【0011】第1及び第2の雑音受信コイルで検出され
る信号は、第1及び第2の雑音受信コイルに対する信号
の入射方向によって信号出力強度と位相が異なるため、
増幅率と位相を調整することにより主受信コイルに混入
する雑音の振幅と位相に合わせることで雑音の低減効果
を高めることが可能となる。The signals detected by the first and second noise receiving coils have different signal output intensities and phases depending on the incident directions of the signals to the first and second noise receiving coils.
By adjusting the amplification factor and phase, the noise reduction effect can be enhanced by matching the amplitude and phase of the noise mixed into the main receiving coil.
【0012】振幅位相調整回路は、適応型フィルタを用
いた自動調整により最適な雑音低減効果を得ることがで
きる。The amplitude and phase adjustment circuit can obtain an optimum noise reduction effect by automatic adjustment using an adaptive filter.
【0013】[0013]
【実施例】図1は、本発明の一実施例に係る地中情報収
集装置の全体構成を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing the entire configuration of an underground information collecting apparatus according to one embodiment of the present invention.
【0014】本実施例の地中情報収集装置も、従来の地
中情報収集装置と同様に、地中に差し込まれる鋼製ロッ
ド11と、鋼製ロッド11の先端付近に設けられた温度
センサ12と、鋼製ロッド11の先端付近に設けられて
温度センサ12で検出された検出信号を地中情報信号と
して受け、この地中情報信号により搬送波を変調して変
調搬送波を出力する送信回路部26と、鋼製ロッド11
の中心軸と一致する中心軸を持ち、上記変調搬送波によ
り磁気信号を発生し、この磁気信号を鋼製ロッド11を
通して上記先端とは反対の他端側に伝送せしめるソレノ
イド状の送信コイル18と、鋼製ロッド11の上記他端
側に鋼製ロッド11を周回するように巻かれ、鋼製ロッ
ド11を通して送られてくる磁気信号を誘導電気信号に
変換するソレノイド状の主受信コイル19と、上記誘導
電気信号を復調器入力信号として受けて上述した地中情
報信号を復調する復調回路25とを有している。The underground information collecting apparatus of this embodiment also has a steel rod 11 inserted into the ground and a temperature sensor 12 provided near the tip of the steel rod 11, similarly to the conventional underground information collecting apparatus. A transmission circuit unit 26 provided near the tip of the steel rod 11 and receiving a detection signal detected by the temperature sensor 12 as an underground information signal, modulating a carrier with the underground information signal and outputting a modulated carrier. And a steel rod 11
A solenoidal transmission coil 18 having a central axis coinciding with the central axis of the above, generating a magnetic signal by the modulated carrier wave, and transmitting the magnetic signal through the steel rod 11 to the other end side opposite to the distal end; The other end of the steel rod 11 is wound around the steel rod 11 so as to go therearound, and a solenoid-shaped main receiving coil 19 for converting a magnetic signal sent through the steel rod 11 into an inductive electric signal; A demodulation circuit 25 that receives the induction electric signal as a demodulator input signal and demodulates the underground information signal described above.
【0015】しかして、本実施例の地中情報収集装置
は、更に、主受信コイル19の中心軸と直交する方向の
中心軸を持つように巻かれ、主受信コイル19に隣接し
て設けられて、雑音振幅と雑音位相とを有する第1の誘
導雑音信号を発生する第1のソレノイド状の雑音受信コ
イル20と、主受信コイル19の中心軸及び第1のソレ
ノイド状の雑音受信コイル20の中心軸と直交する方向
の中心軸を持ち、主受信コイル19に隣接して設けられ
て、雑音振幅と雑音位相とを有する第2の誘導雑音信号
を発生する第2のソレノイド状の雑音受信コイル21
と、第1及び第2の雑音受信コイル20及び21の各々
の出力を合成して主受信コイル19に誘起される雑音波
形に極めて近い合成雑音波形を得る雑音合成回路22
と、雑音合成回路22の出力の振幅と位相を主受信コイ
ル19の出力の雑音成分の振幅と位相に一致するように
調整する振幅位相調整回路23と、振幅位相調整回路2
3の調整した出力と主受信コイル19の出力との差信号
を取り出して復調器入力信号として出力する差動回路2
4とを有する。なお図において27は受信回路部をあら
わす。Thus, the underground information collecting apparatus of the present embodiment is further wound so as to have a central axis in a direction orthogonal to the central axis of the main receiving coil 19 and is provided adjacent to the main receiving coil 19. A first solenoidal noise receiving coil 20 for generating a first induction noise signal having a noise amplitude and a noise phase, and a central axis of the main receiving coil 19 and the first solenoidal noise receiving coil 20. A second solenoidal noise receiving coil having a central axis perpendicular to the central axis and provided adjacent to the main receiving coil 19 for generating a second induced noise signal having a noise amplitude and a noise phase; 21
And a noise combining circuit 22 that combines the outputs of the first and second noise receiving coils 20 and 21 to obtain a combined noise waveform very close to the noise waveform induced in the main receiving coil 19.
An amplitude / phase adjusting circuit 23 for adjusting the amplitude and phase of the output of the noise synthesizing circuit 22 to match the amplitude and phase of the noise component of the output of the main receiving coil 19;
3. A differential circuit 2 that extracts a difference signal between the adjusted output of 3 and the output of the main receiving coil 19 and outputs it as a demodulator input signal
And 4. In the drawing, reference numeral 27 denotes a receiving circuit unit.
【0016】送信回路部26は、温度センサ12が出力
する直流電圧を入力電圧に応じたデジタル値を持つ信号
に変換するA/D変換回路13と、このA/D変換回路
13の出力信号が入力され、通信を行うための直列符号
を出力する伝送符号発生回路14と、搬送波として一定
の周波数の信号を出力する発振回路15と、伝送符号発
生回路14から直列符号を受け、これによって発振回路
15から得られた搬送波を変調する変調回路16と、変
調回路16から得られた搬送波帯の出力を電力増幅し、
この増幅した電気信号を磁気に変換する為に送信コイル
18に出力する増幅回路17とを含んでいる。The transmission circuit section 26 converts the DC voltage output from the temperature sensor 12 into a signal having a digital value corresponding to the input voltage, and outputs an A / D conversion signal from the A / D conversion circuit 13. A transmission code generation circuit 14 that receives and outputs a serial code for performing communication, an oscillation circuit 15 that outputs a signal of a constant frequency as a carrier wave, and receives a serial code from the transmission code generation circuit 14, and A modulation circuit 16 that modulates the carrier obtained from 15; and a power amplification of the carrier band output obtained from the modulation circuit 16;
And an amplifier circuit 17 that outputs the amplified electric signal to a transmission coil 18 in order to convert the electric signal into magnetism.
【0017】さて、上述したように、鋼製ロッド11の
先端部には温度センサ12が組み込まれており、この温
度センサ12は地中の温度に対応する直流電圧を出力す
る。この直流電圧はA/D変換回路13に与えられ、こ
こで入力電圧に応じたデジタル値を持つ信号に変換され
伝送符号発生回路14に入力され、伝送符号発生回路1
4は通信を行うための直列符号を出力する。発振回路1
5は搬送波として例えば1kHzの信号を出力し、その
出力は変調回路16に与えられる。変調回路16は伝送
符号発生回路14から直列符号を受け、これによって発
振回路15から得られた搬送波を変調する。変調回路1
6から得られた搬送波帯の出力は増幅回路17で電力増
幅された後、電気信号を磁気に変換する為に送信コイル
18に加えられる。As described above, the temperature sensor 12 is incorporated at the tip of the steel rod 11, and this temperature sensor 12 outputs a DC voltage corresponding to the underground temperature. This DC voltage is applied to an A / D conversion circuit 13, where it is converted into a signal having a digital value corresponding to the input voltage, input to a transmission code generation circuit 14, and
4 outputs a serial code for performing communication. Oscillation circuit 1
Reference numeral 5 outputs a signal of, for example, 1 kHz as a carrier, and the output is supplied to a modulation circuit 16. The modulation circuit 16 receives the serial code from the transmission code generation circuit 14 and thereby modulates the carrier obtained from the oscillation circuit 15. Modulation circuit 1
The output of the carrier band obtained from 6 is power-amplified by an amplifier circuit 17 and then applied to a transmission coil 18 to convert an electric signal into magnetism.
【0018】送信コイル18は鋼製ロッド11の先端付
近のロッド部分を磁芯として巻かれて構成され、増幅回
路17からの励磁電力により鋼製ロッド11の磁束変化
を生じさせる。The transmission coil 18 is wound around a rod portion near the tip of the steel rod 11 as a magnetic core, and generates a magnetic flux change of the steel rod 11 by the excitation power from the amplifier circuit 17.
【0019】なお送信コイル18は実際には鋼製ロッド
11の表面より内側にあり、外部は損傷しないように保
護されている。このようにして形成された磁束は、鋼製
ロッド11の他端すなわち地表側に達する。地表側には
鋼製ロッド11の中心軸を軸とする主受信コイル19
と、この主受信コイル19に近接してこれと直交する方
向に第1の雑音受信コイル20と第2の雑音受信コイル
21が備えらえている。この3つの受信コイルの動作を
説明する前に、図2及び図3を参照して複数のコイルを
配置した時の一般的な説明をする。The transmission coil 18 is actually located inside the surface of the steel rod 11, and the outside is protected from being damaged. The magnetic flux thus formed reaches the other end of the steel rod 11, that is, the ground surface side. On the ground surface side, a main receiving coil 19 having the central axis of the steel rod 11 as an axis.
A first noise receiving coil 20 and a second noise receiving coil 21 are provided in a direction close to and orthogonal to the main receiving coil 19. Before describing the operation of these three receiving coils, a general description will be given when a plurality of coils are arranged with reference to FIGS.
【0020】図2は、主受信コイル19を基準にして、
この主受信コイル19と直交する第1の雑音受信コイル
20(図1参照)又は第1及び第2の雑音受信コイル2
0及び21を配置したときのコイルの感度方向性と信号
位相関係を説明する図である。FIG. 2 shows the main receiving coil 19 as a reference.
The first noise receiving coil 20 (see FIG. 1) orthogonal to the main receiving coil 19 or the first and second noise receiving coils 2
It is a figure explaining the sensitivity directionality and signal phase relation of a coil when 0 and 21 are arranged.
【0021】図1をも参照して、主受信コイル19の中
心軸直下より送信コイル18からの磁気信号の垂直成分
が入射する状態において、雑音として混入する磁気信号
が主受信コイル19に対してある角度を持って入射する
場合、この磁気信号の垂直成分NV は雑音として受信さ
れるが、水平成分NH については主受信コイル19が検
出感度を持たないことから雑音とはならない。以上のこ
とから、図3における主受信コイル19に直交した中心
軸を持つ第1又は第2の雑音受信コイル20又は21に
は雑音として混入する磁気信号の水平成分NH が検出さ
れ、垂直成分NV は検出感度を持たないことから、送信
コイル18からの磁気信号を含め検出されない。従っ
て、第1又は第2の雑音受信コイル20又は21で検出
される信号は、それぞれ水平成分NH のSin、Cos
の成分雑音として混入する磁気信号となる。実際の環境
における雑音源は多数の雑音波源の合成信号であること
から、第1及び第2の雑音受信コイル20及び21で受
信した両信号のスカラを求め両信号の極性から決定した
符号を乗じて求めた合成雑音信号は主受信コイル19に
入射する雑音成分に極めて近い波形が得られる。このよ
うにして得られた合成雑音信号に対し、信号振幅の調整
と位相を調整することにより、主受信コイル19に入射
する雑音性の磁気信号成分と同じ振幅と位相を持つ信号
を再生することができる。この信号を主受信コイル19
で得られた信号から差し引くことで、主受信コイル19
で得られる信号から雑音性の磁気信号成分を除去するこ
とができる。Referring also to FIG. 1, in a state where the vertical component of the magnetic signal from the transmission coil 18 is incident immediately below the center axis of the main reception coil 19, the magnetic signal mixed as noise is applied to the main reception coil 19. When the light is incident at a certain angle, the vertical component NV of the magnetic signal is received as noise, but the horizontal component NH does not become noise because the main receiving coil 19 has no detection sensitivity. From the above, the horizontal component NH of the magnetic signal mixed as noise is detected in the first or second noise receiving coil 20 or 21 having the central axis orthogonal to the main receiving coil 19 in FIG. Does not have the detection sensitivity, so that it cannot be detected including the magnetic signal from the transmission coil 18. Therefore, signals detected by the first or second noise receiving coil 20 or 21 are Sin and Cos of the horizontal component NH, respectively.
The magnetic signal is mixed as component noise. Since the noise source in the actual environment is a composite signal of a number of noise wave sources, the scalar of both signals received by the first and second noise receiving coils 20 and 21 is obtained and multiplied by a code determined from the polarities of both signals. As a result, a waveform very close to the noise component incident on the main receiving coil 19 can be obtained from the synthesized noise signal obtained in this way. By adjusting the signal amplitude and the phase of the synthesized noise signal obtained in this way, a signal having the same amplitude and phase as the noise magnetic signal component incident on the main receiving coil 19 is reproduced. Can be. This signal is sent to the main receiving coil 19
Is subtracted from the signal obtained in
The noise magnetic signal component can be removed from the signal obtained in step (1).
【0022】図1に戻って、主受信コイル19は、その
中心軸を鋼製ロッド11が通過するように取り付けられ
ており、第1及び第2の雑音受信コイル20及び21は
中心軸が主受信コイル19の中心軸とは直交する方向で
取り付けられている。このため、鋼製ロッド11方向の
磁気信号に対しては、第1及び第2の雑音受信コイル2
0及び21は検出感度を有さない。ここで、主受信コイ
ル19と第1及び第2の雑音受信コイル20及び21か
らは誘導雑音が検出され、図示してない増幅器で増幅さ
れ、増幅された第1の雑音受信コイル20及び第2の雑
音受信コイル21の出力は雑音合成回路22により先に
述べたようにスカラ変換し符号を付加した上で振幅位相
調整回路23で振幅と位相を調整して差動回路24に入
力し、一方増幅された主受信コイル19の出力は直接差
動回路24に入力し、ここで2つの出力の差信号が得ら
れ、復調回路25で復調されて雑音成分の影響が少ない
地中情報が得られる。Returning to FIG. 1, the main receiving coil 19 is mounted so that the steel rod 11 passes through the central axis thereof, and the first and second noise receiving coils 20 and 21 have the central axes thereof mainly. The receiving coil 19 is attached in a direction orthogonal to the central axis. Therefore, for the magnetic signal in the direction of the steel rod 11, the first and second noise receiving coils 2
0 and 21 have no detection sensitivity. Here, induced noise is detected from the main receiving coil 19 and the first and second noise receiving coils 20 and 21, amplified by an amplifier (not shown), and amplified by the first noise receiving coil 20 and the second noise receiving coil 20. The output of the noise receiving coil 21 is scalar-converted by the noise synthesizing circuit 22 and the sign is added as described above, and the amplitude and phase are adjusted by the amplitude / phase adjusting circuit 23 and input to the differential circuit 24. The amplified output of the main receiving coil 19 is directly input to the differential circuit 24, where a difference signal between the two outputs is obtained, and demodulated by the demodulation circuit 25 to obtain underground information with little influence of noise components. .
【0023】図3は、主受信コイル19、第1及び第2
の雑音受信コイル20及び21の配置を示す図である。
第2の雑音受信コイル21はその中心軸21aが主受信
コイル19の中心軸19aと第1の雑音受信コイル20
の中心軸20aとの両方に直交するように取り付けられ
ており、第1の雑音受信コイル20と同様に、鋼製ロッ
ド11方向の磁気信号に対しては受信感度を持たない。FIG. 3 shows the main receiving coil 19, first and second coils.
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of noise receiving coils 20 and 21 of FIG.
The second noise receiving coil 21 has a center axis 21a which is located between the center axis 19a of the main receiving coil 19 and the first noise receiving coil 20.
Are mounted so as to be orthogonal to both the center axis 20a of the first noise receiving coil 20 and have no receiving sensitivity to the magnetic signal in the direction of the steel rod 11 like the first noise receiving coil 20.
【0024】図4は、上記3つの受信コイル19、20
及び21を用いた場合の第1及び第2の雑音受信コイル
20及び21の出力信号の合成、振幅及び位相を調整す
る回路を含めた地上部分の受信回路部27(図1をも参
照)の構成を具体的に示す図である。FIG. 4 shows the three receiving coils 19 and 20 described above.
And 21 are used for the receiving circuit 27 (see also FIG. 1) of the ground portion including a circuit for adjusting the amplitude and phase of the output signals of the first and second noise receiving coils 20 and 21. It is a figure which shows a structure concretely.
【0025】主受信コイル19、第1の雑音受信コイル
20及び第2の雑音受信コイル21から出力される信号
は、第1の増幅回路32、第2の増幅回路33及び第3
の増幅回路34でそれぞれ増幅される。第2及び第3の
増幅回路33及び34の出力はそれぞれ第1の二乗回路
35及び第2の二乗回路36で二乗されて加算回路37
に入力され両者が加算される。加算回路37の出力は平
方根回路38に入力され加算信号を平方に開き合成雑音
のスカラを得る。また第2及び第3の増幅回路33及び
34の出力は象限判別回路39に入力され、入力信号電
圧の符号の組み合わせにより象限判定を行い第1または
第4象限であれば+1を、第2または第3象限であれば
−1を出力し、乗算回路40で平方根回路38の出力と
乗算して合成雑音信号波形出力を得て振幅位相調整回路
41に入力され、差動回路42の出力にあらわれる雑音
信号成分が最小になるように振幅と位相が調整される。
差動回路42では主受信コイル19から得られ、第1の
増幅回路32により増幅された信号から前記の調整され
た合成雑音の引き算が行われ、主受信コイル19に入射
した雑音が除去される。The signals output from the main receiving coil 19, the first noise receiving coil 20, and the second noise receiving coil 21 are supplied to the first amplifier circuit 32, the second amplifier circuit 33, and the third amplifier circuit 33, respectively.
, Respectively. The outputs of the second and third amplifying circuits 33 and 34 are squared by a first squaring circuit 35 and a second squaring circuit 36, respectively.
And both are added. The output of the adding circuit 37 is input to a square root circuit 38, and the added signal is squared to obtain a scalar of synthetic noise. The outputs of the second and third amplifying circuits 33 and 34 are input to a quadrant discriminating circuit 39, which performs quadrant discrimination based on a combination of the signs of the input signal voltages. If it is the third quadrant, -1 is output, and the multiplication circuit 40 multiplies the output of the square root circuit 38 to obtain a synthesized noise signal waveform output, which is input to the amplitude / phase adjustment circuit 41 and appears at the output of the differential circuit 42. The amplitude and phase are adjusted so that the noise signal component is minimized.
In the differential circuit 42, the adjusted synthesized noise is subtracted from the signal obtained from the main receiving coil 19 and amplified by the first amplifier circuit 32, and the noise incident on the main receiving coil 19 is removed. .
【0026】以上のように、感度方向性が異なる2つ以
上の受信コイルを用い、第1及び第2の雑音受信コイル
20及び21の出力を合成して合成雑音信号を得て、こ
の合成雑音信号出力の振幅と位相を、主受信コイル19
に入射する雑音性信号に一致するように調整し、主受信
コイル19より得られる信号から引き算することによ
り、受信コイルの雑音を除去することができ、信号対雑
音の比率が大きく改善される。As described above, the outputs of the first and second noise receiving coils 20 and 21 are combined using two or more receiving coils having different sensitivity directions to obtain a combined noise signal. The amplitude and phase of the signal output are
By adjusting the signal so as to match the noise signal incident on the main receiving coil 19 and subtracting it from the signal obtained from the main receiving coil 19, the noise of the receiving coil can be removed, and the signal-to-noise ratio is greatly improved.
【0027】尚、以上の説明において、2乃至3の受信
コイルを全て互いに直角に配置するように説明したが、
ある程度は直角から離れても、幾何学的に説明されるこ
とであるが、効果の減少は小さく、実用的には差支えな
い。In the above description, it has been described that the two or three receiving coils are all arranged at right angles to each other.
Although it is explained geometrically even to some extent away from a right angle, the reduction in the effect is small and practically acceptable.
【0028】また、上述した実施例においては、センサ
として温度センサ12を例に挙げたが、検知したい情報
の種類例えばトルク、水圧などに応じて適宜選択される
ことは言うまでもない。Further, in the above-described embodiment, the temperature sensor 12 has been described as an example of the sensor, but it goes without saying that the temperature sensor 12 is appropriately selected according to the type of information to be detected, such as torque and water pressure.
【0029】また、上記した振幅と位相の調整方法の他
に、差動回路42の出力をオシロスコープなどで監視し
ながら振幅と位相を手動調整する方法や、差動回路42
の出力の平均二乗誤差がゼロになるように振幅と位相を
自動調整する方法もある。In addition to the above-described amplitude and phase adjustment methods, a method of manually adjusting the amplitude and phase while monitoring the output of the differential circuit 42 with an oscilloscope or the like,
There is also a method of automatically adjusting the amplitude and the phase so that the mean square error of the output of the output becomes zero.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上の説明でも明らかなように、本発明
によれば、第1の受信コイル以外の受信コイルを中心軸
方向が異なるように配置することにより、信号対雑音の
比率が大きく改善されることから、磁気による信号の到
達距離(深度)が著しく改善されるため、地中情報収集
装置の信頼性および経済性の向上が図られる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the signal-to-noise ratio is greatly improved by arranging the receiving coils other than the first receiving coil so as to have different central axis directions. Therefore, the reach (depth) of the signal by magnetism is remarkably improved, so that the reliability and economy of the underground information collecting device are improved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の一実施例に係る地中情報収集装置の全
体構成を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an underground information collecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示した地中情報収集装置における主受信
コイルを基準にして、この主受信コイルと直交する第1
の雑音受信コイル又は第1及び第2の雑音受信コイルを
配置したときのコイルの感度方向性と信号位相関係を説
明するための図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a first receiving coil orthogonal to the main receiving coil based on the main receiving coil in the underground information collecting apparatus illustrated in FIG. 1;
FIG. 7 is a diagram for explaining the sensitivity directionality and signal phase relationship of the coil when the noise receiving coil or the first and second noise receiving coils are arranged.
【図3】図1に示した地中情報収集装置における主受信
コイル、第1及び第2の雑音受信コイルの配置を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of a main receiving coil and first and second noise receiving coils in the underground information collecting apparatus shown in FIG. 1;
【図4】図1に示した地中情報収集装置において、主受
信コイル、第1及び第2の雑音受信コイルを用いた場合
の第1及び第2の雑音受信コイルの出力信号の合成、振
幅及び位相を調整する回路を含めた地上部分の受信回路
部の構成を具体的に示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the synthesis and amplitude of the output signals of the first and second noise receiving coils when the main receiving coil and the first and second noise receiving coils are used in the underground information collecting apparatus shown in FIG. 1; FIG. 3 is a diagram specifically showing a configuration of a receiving circuit unit in a ground portion including a circuit for adjusting a phase.
11 鋼製ロッド 12 温度センサ 13 A/D変換回路 14 伝送符号発生回路 15 発振回路 16 変調回路 17 増幅回路 18 送信コイル 19 主受信コイル 19a 主受信コイルの中心軸 20 第1の雑音受信コイル 20a 第1の雑音受信コイルの中心軸 21 第2の雑音受信コイル 21a 第2の雑音受信コイルの中心軸 22 雑音合成回路 23 振幅位相調整回路 24 差動回路 25 復調回路 26 送信回路部 27 受信回路部 32 第1の増幅回路 33 第2の増幅回路 34 第3の増幅回路 35 第1の二乗回路 36 第2の二乗回路 37 加算回路 38 平方根回路 39 象限判別回路 40 乗算回路 41 振幅位相調整回路 42 差動回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Steel rod 12 Temperature sensor 13 A / D conversion circuit 14 Transmission code generation circuit 15 Oscillation circuit 16 Modulation circuit 17 Amplification circuit 18 Transmission coil 19 Main reception coil 19a Central axis of main reception coil 20 First noise reception coil 20a First Central axis of 1 noise receiving coil 21 Second noise receiving coil 21a Central axis of second noise receiving coil 22 Noise synthesis circuit 23 Amplitude / phase adjustment circuit 24 Differential circuit 25 Demodulation circuit 26 Transmission circuit section 27 Receiving circuit section 32 1st amplifier circuit 33 2nd amplifier circuit 34 3rd amplifier circuit 35 1st square circuit 36 2nd square circuit 37 Addition circuit 38 Square root circuit 39 Quadrant discrimination circuit 40 Multiplication circuit 41 Amplitude phase adjustment circuit 42 Differential circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−77863(JP,A) 特開 昭63−160430(JP,A) 特開 昭63−74328(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 13/00 E21B 47/12 E21B 47/14 E21B 47/16 E21B 47/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-6-77863 (JP, A) JP-A-63-160430 (JP, A) JP-A-63-74328 (JP, A) (58) Survey Field (Int.Cl. 7 , DB name) H04B 13/00 E21B 47/12 E21B 47/14 E21B 47/16 E21B 47/18
Claims (2)
ロッドの先端付近に設けられたセンサと、前記ロッドの
先端付近に設けられて前記センサで検出された検出信号
を地中情報信号として受け、前記地中情報信号により搬
送波を変調して変調搬送波を出力する送信回路部と、前
記ロッドの中心軸と一致する中心軸を持ち、前記変調搬
送波により磁気信号を発生し、該磁気信号を前記ロッド
を通して前記先端とは反対の他端側に伝送せしめるソレ
ノイド状の送信コイルと、前記ロッドの前記他端側に該
ロッドを周回するように巻かれ、前記ロッドを通して送
られてくる前記磁気信号を誘導電気信号に変換するソレ
ノイド状の主受信コイルと、前記誘導電気信号を復調器
入力信号として受けて前記地中情報信号を復調する復調
回路とを有する地中情報収集装置において、 該装置は更に、前記主受信コイルの中心軸と直交する方
向の中心軸を持つように巻かれ、前記主受信コイルに隣
接して設けられて、雑音振幅と雑音位相とを有する第1
の誘導雑音信号を発生する第1のソレノイド状の雑音受
信コイルと、前記主受信コイルの中心軸及び前記第1の
ソレノイド状の雑音受信コイルの中心軸と直交する方向
の中心軸を持ち、前記主受信コイルに隣接して設けられ
て、雑音振幅と雑音位相とを有する第2の誘導雑音信号
を発生する第2のソレノイド状の雑音受信コイルと、該
第1及び第2の雑音受信コイルの各々の出力を合成して
前記主受信コイルに誘起される雑音波形に極めて近い合
成雑音波形を得る雑音合成回路と、該雑音合成回路の出
力の振幅と位相を前記主受信コイルの出力の雑音成分の
振幅と位相に一致するように調整する振幅位相調整回路
と、該振幅位相調整回路の調整した出力と前記主受信コ
イルの出力との差信号を取り出して前記復調器入力信号
として出力する差動回路とを有することを特徴とする地
中情報収集装置。1. A steel rod inserted into the ground, a sensor provided near a tip of the rod, and a detection signal provided near the tip of the rod and detected by the sensor is an underground information signal. And a transmission circuit unit that modulates a carrier with the underground information signal to output a modulated carrier, and has a center axis that coincides with the center axis of the rod, and generates a magnetic signal with the modulated carrier, Through the rod to the other end side opposite to the tip, a solenoid-shaped transmission coil, and the other end side of the rod is wound around the rod so as to circulate around the rod, and the magnetic force is sent through the rod. An underground including a solenoid-shaped main receiving coil that converts a signal into an inductive electric signal, and a demodulation circuit that receives the inductive electric signal as a demodulator input signal and demodulates the underground information signal In the information collecting device, the device is further wound so as to have a center axis in a direction orthogonal to a center axis of the main receiving coil, and is provided adjacent to the main receiving coil, and is configured to reduce noise amplitude and noise phase. First
A first solenoidal noise receiving coil that generates an induced noise signal of the following, having a central axis in a direction orthogonal to the central axis of the main receiving coil and the central axis of the first solenoidal noise receiving coil; A second solenoidal noise receiving coil that is provided adjacent to the main receiving coil and generates a second induced noise signal having a noise amplitude and a noise phase; A noise synthesizing circuit for synthesizing the respective outputs to obtain a synthesized noise waveform very close to the noise waveform induced in the main receiving coil; and a noise component of the output of the main receiving coil for the amplitude and phase of the output of the noise synthesizing circuit. An amplitude / phase adjustment circuit for adjusting the amplitude and phase of the signal to match the amplitude and phase of the signal, and a difference signal for extracting a difference signal between the adjusted output of the amplitude / phase adjustment circuit and the output of the main receiving coil and outputting the signal as the demodulator input signal. Underground information collecting apparatus, comprising a circuit.
ロッドの先端付近に設けられたセンサと、前記ロッドの
先端付近に設けられて前記センサで検出された検出信号
を地中情報信号として受け、前記地中情報信号により搬
送波を変調して変調搬送波を出力する送信回路部と、前
記ロッドの中心軸と一致する中心軸を持ち、前記変調搬
送波により磁気信号を発生し、該磁気信号を前記ロッド
を通して前記先端とは反対の他端側に伝送せしめるソレ
ノイド状の送信コイルと、前記ロッドの前記他端側に該
ロッドを周回するように巻かれ、前記ロッドを通して送
られてくる前記磁気信号を誘導電気信号に変換するソレ
ノイド状の主受信コイルと、前記誘導電気信号を復調器
入力信号として受けて前記地中情報信号を復調する復調
回路とを有する地中情報収集装置において、 該装置は更に、前記主受信コイルの中心軸と直交する方
向の中心軸を持つように巻かれ、前記主受信コイルに隣
接して設けられて、雑音振幅と雑音位相とを有する第1
の誘導雑音信号を発生する第1のソレノイド状の雑音受
信コイルと、前記主受信コイルの中心軸及び前記第1の
ソレノイド状の雑音受信コイルの中心軸と直交する方向
の中心軸を持ち、前記主受信コイルに隣接して設けられ
て、雑音振幅と雑音位相とを有する第2の誘導雑音信号
を発生する第2のソレノイド状の雑音受信コイルと、前
記主受信コイル、前記第1のソレノイド状の雑音受信コ
イル及び前記第2のソレノイド状の雑音受信コイルから
出力される信号をそれぞれ増幅する第1、第2及び第3
の増幅回路と、該第2及び第3の増幅回路の出力をそれ
ぞれ二乗する第1及び第2の二乗回路と、該第1及び第
2の二乗回路の出力を受けて両者を加算する加算回路
と、該加算回路の出力を受けて加算信号を平方に開き合
成雑音のスカラを得る平方根回路と、前記第2及び第3
の増幅回路の出力を受けて入力信号電圧の符号の組み合
わせにより象限判定を行い第1または第4象限であれば
+1を、第2または第3象限であれば−1を出力する象
限判別回路と、該象限判別回路の出力を前記平方根回路
の出力と乗算して合成雑音信号波形出力を得る乗算回路
と、該乗算回路の出力を受けて差動回路の出力にあらわ
れる雑音信号成分が最小になるように振幅と位相を調整
する振幅位相調整回路と、前記主受信コイルから得られ
前記第1の増幅回路により増幅された信号と前記振幅位
相調整回路の出力信号との差信号を取り出して前記復調
器入力信号として出力する差動回路とを有することを特
徴とする地中情報収集装置。2. A steel rod inserted into the ground, a sensor provided near the tip of the rod, and a detection signal provided near the tip of the rod and detected by the sensor is an underground information signal. And a transmission circuit unit that modulates a carrier with the underground information signal to output a modulated carrier, and has a center axis that coincides with the center axis of the rod, and generates a magnetic signal with the modulated carrier, Through the rod to the other end opposite to the tip, a solenoidal transmission coil, and the other end of the rod wound around the rod so as to go around the rod, and the magnetic sent through the rod An underground including a solenoid-shaped main receiving coil that converts a signal into an inductive electric signal, and a demodulation circuit that receives the inductive electric signal as a demodulator input signal and demodulates the underground information signal In the information collecting device, the device is further wound so as to have a center axis in a direction orthogonal to a center axis of the main receiving coil, and is provided adjacent to the main receiving coil, and is configured to reduce noise amplitude and noise phase. First
A first solenoidal noise receiving coil that generates an induced noise signal of the following, having a central axis in a direction orthogonal to the central axis of the main receiving coil and the central axis of the first solenoidal noise receiving coil; A second solenoidal noise receiving coil provided adjacent to the main receiving coil for generating a second induced noise signal having a noise amplitude and a noise phase; the main receiving coil; the first solenoidal noise receiving coil; , Second and third amplifying the signals output from the noise receiving coil of FIG. 1 and the second solenoidal noise receiving coil, respectively.
, A first and second squaring circuit for squaring the outputs of the second and third amplifying circuits, respectively, and an adding circuit for receiving the outputs of the first and second squaring circuits and adding them And a square root circuit that receives the output of the addition circuit, squares the addition signal to obtain a scalar of synthesized noise, and the second and third circuits.
And a quadrant discriminator that outputs +1 for the first or fourth quadrant and -1 for the second or third quadrant by receiving the output of the amplifier circuit of A multiplying circuit for multiplying the output of the quadrant discriminating circuit with the output of the square root circuit to obtain a synthesized noise signal waveform output, and receiving the output of the multiplying circuit to minimize a noise signal component appearing at the output of the differential circuit. And a demodulation circuit that extracts a difference signal between a signal obtained from the main receiving coil and amplified by the first amplifier circuit and an output signal of the amplitude and phase adjustment circuit. And a differential circuit for outputting as a device input signal.
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