JP3406539B2 - Active indirect probe - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は地盤や地殻の構造或
いは建築或いは土木による人工の構造物を非破壊的に探
査する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for nondestructively exploring the structure of the ground or the crust, or the artificial structure such as architecture or civil engineering.
【0002】例えば土木・建築のための立地(地盤)調
査等の主として産業上、保安上の理由、地震等の自然災
害を防止する防災上の理由や鉱物・温泉等の資源探査上
の理由等により地下構造を探査する必要性は高い。地下
構造探査の方法としては地盤をボーリングしてサンプル
を得ることにより地下構造の情報を直接得る直接探査法
と、地下からの物理的信号を観測・測定しこれを解析す
ることにより地下構造を推定する間接探査法が従来から
行われている。[0002] Mainly for industrial and security reasons, such as location (ground) surveys for civil engineering and construction, reasons for disaster prevention to prevent natural disasters such as earthquakes, reasons for exploring resources such as minerals and hot springs, etc. Therefore, it is highly necessary to explore underground structures. As for the underground structure exploration method, the direct exploration method that directly obtains information on the underground structure by obtaining a sample by boring the ground, and the underground structure is estimated by observing and measuring the physical signal from the underground and analyzing it. The indirect exploration method to do so has been performed conventionally.
【0003】上記方法のうち直接地下を探査する方法
は、地下を精査することが可能であるが、探査深度は1
00m強であってあまり深い探査はできず、多大な費用
が掛かるので現実的ではなく、通常は建設現場の地下構
造の探査等狭い範囲の探査に限られる。Among the above methods, the method for directly exploring the underground can scrutinize the underground, but the exploration depth is 1
Since it is a little over 00m, it is not possible to perform a deep exploration, and it costs a lot of money, so it is not realistic and is usually limited to a narrow range of exploration such as exploration of the underground structure of a construction site.
【0004】上記直接探査法に比較して、間接探査法は
比較的広い地域を経済的に探査することが可能であるこ
と、浅深度から大深度まで幅広く探査可能であること等
の利点を有している。間接探査法は探査対象に人工的な
弾性波等の波動エネルギーを加え、その反射波、屈折波
或いは励起電磁波を捕らえて解析することにより対象物
を探査する能動型の探査法が一般的である。この方法は
人工振動の発生源として起振機を用いたり、或いは爆発
物を使用する等の方法が従来から採用されている。Compared with the above-mentioned direct exploration method, the indirect exploration method has the advantages that it can economically explore a relatively large area and that it can perform a wide range of exploration from shallow depth to large depth. is doing. The indirect exploration method is generally an active exploration method for exploring an object by adding wave energy such as artificial elastic waves to the exploration target and capturing and analyzing the reflected wave, refraction wave, or excited electromagnetic wave. . As this method, a vibration generator or an explosive as a source of artificial vibration has been conventionally used.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述の能動型の間接探
査法は、一般的には大小各種のノイズが介在し、このた
め信号の精密な検出が阻害される傾向にあり、かつ大深
度の探査が不得手である。例えば探査対象が都市部の地
殻等である場合には、探査の信頼性の問題に加えて振動
公害等のためその実施は事実上不可能となる。また波動
としての励起は大きいが、励起する波動の精密制御が困
難であってこの点からも対象物の精密な探査には適して
いない。The above-mentioned active type indirect probe method generally involves various kinds of large and small noises, which tends to impede the precise detection of the signal, and the large depth of noise. I am not good at exploration. For example, if the object of exploration is the crust of an urban area, its implementation is virtually impossible due to vibration pollution in addition to the reliability of the exploration. Moreover, although the excitation as a wave is large, it is difficult to precisely control the wave to be excited, and from this point also, it is not suitable for precise exploration of an object.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は能動型の間接探
査法の有する上記問題点を解決しかつ探査精度を向上さ
せるよう構成したものである。 即ち本発明は、波動発信
装置から発信された波動を探査対象を介して受信手段 に
より受信し、かつ受信した波動信号を解析することによ
り探査対象を非破壊的に探査するものにおいて、回転軸
を中心として回転するおもりの回転動作により一つ若し
くは複数の周波数を有する弾性波を正弦波として励起す
るよう構成され、かつ当該おもりの回転をGPS衛星か
ら発信される時刻データ(GPS時計)により精密に制
御する手段を有する波動発信装置と、探査対象を介して
この波動発信装置から発信された弾性波を受信する受信
手段と、波動発信装置から発信された波動と受信手段で
受信された波動とを前記GPS時計を用いて同期させる
精密時刻合わせ手段と、受信手段により連続して受信さ
れた波動の受信信号を蓄積することによりノイズを低減
した波動信号をフーリエ解析して探査対象の状態を解析
する手段とを有することを特徴とする能動型間接探査装
置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an active indirect probe.
Solve the above problems of inspection methods and improve the accuracy of exploration
It is configured to let. That is, the present invention is a wave transmission
The wave transmitted from device to the receiving means via the search target
By analyzing the received wave signal.
Rotation axis in non-destructive exploration
One by one due to the rotating motion of the weight that rotates around
Or excite an elastic wave with multiple frequencies as a sine wave
And the rotation of the weight is a GPS satellite.
Precise control by time data (GPS clock) transmitted from
Through a wave transmission device that has means for controlling
Receiving to receive elastic waves transmitted from this wave transmission device
Means and the wave and the receiving means transmitted from the wave transmitter
Synchronize the received wave with the GPS clock
The precise time setting means and the receiving means continuously receive the data.
Noise is reduced by accumulating the received signal of the generated wave
Fourier analysis of the generated wave signal to analyze the state of the exploration target
Is active indirect exploration apparatus characterized by having means for.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】本発明は精密に制御された波動を
定常的に発信(発振)して探査対象の情報を得るように
構成された装置である。発信される波動は正弦波であ
り、正弦波とすることにより受信された波動情報をフー
リエ変換によって取り出すことが可能となる。即ち、送
信される波動が精密に制御された正弦波であり、かつ波
動の送信と受信が正確に同期されれば送受信経路の応答
を基本的に全て得ることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is an apparatus configured to steadily transmit (oscillate) precisely controlled waves to obtain information on a search target. The transmitted wave is a sine wave, and by making it a sine wave, the received wave information can be extracted by Fourier transform. That is, if the transmitted wave is a precisely controlled sine wave and the transmission and reception of the wave are accurately synchronized, basically all the responses of the transmission / reception path can be obtained.
【0008】発信される波動は正弦波であればよいか
ら、この波動は弾性波であっても電磁波であってもよい
わけであるが、探査対象が地殻である場合には電磁波の
減衰が著しいなど、探査対象が限定される傾向があるた
め、本発明では波動の発信装置としては、弾性波を発信
する装置を用いて装置の汎用性を高めるようにしてい
る。この弾性波発信装置は、回転軸に対して偏心させた
おもりを回転させ、このおもりの回転数を精密に制御す
ることにより回転数に対応した周波数の弾性波を探査対
象に対して発信するよう構成されている。[0008] wave originating in because may be a sine wave, the wave may be an electromagnetic wave even acoustic wave
However, when the exploration target is the crust, there is a tendency for the exploration target to be limited, such as the attenuation of electromagnetic waves being significant. Therefore, in the present invention, a device that transmits elastic waves is used as the wave transmission device. To increase the versatility of the device. The acoustic wave transmitter rotates the was eccentric relative to the axis of rotation weight, to originating against an elastic wave having a frequency corresponding to the rotational speed in search object by precisely controlling the rotational speed of the weight that has been configured.
【0009】発信装置から発信された弾性波は探査対象
を通過しかつ受信装置で受信され、受信された波動信号
は発信側と正確に同期され、かつこの受信データを蓄積
してノイズ勢力を低下させてS/N比を向上させる。こ
の蓄積されたデータを解析することによって探査対象に
おける波動の伝達関数の変化、即ち波動の伝わり方の変
化を捉える。探査対象が例えば地殻、地盤等であればこ
の伝達関数の変化は地下構造に変化が生じていることを
意味し、かつ探査対象が人工の構造物等である場合に
は、構造物が正常な状態のデータ(波動の伝達関数)を
予め収集しておき、かつ現時点のデータと比較すること
により構造物の異常の有無やその定量評価を行う等、い
ろいろな利用方法が考えられる。The elastic wave transmitted from the transmitting device passes through the object to be searched and is received by the receiving device, the received wave signal is accurately synchronized with the transmitting side, and the received data is accumulated to reduce the noise power. To improve the S / N ratio. By analyzing the accumulated data, the change in the transfer function of the wave in the exploration target, that is, the change in the way the wave propagates is captured. If the exploration target is, for example, the crust or ground, this transfer function change means that the underground structure has changed, and if the exploration target is an artificial structure, etc., the structure is normal. Various utilization methods are conceivable, such as collecting state data (wave transfer function) in advance and comparing it with the current data to determine whether or not there is an abnormality in the structure and to quantitatively evaluate the abnormality .
【0010】[0010]
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に
説明する。先ず主として図1を用いて本発明装置の全体
構成を説明する。1は波動信号としての弾性波(正弦
波)を発信する波動発信装置であって、後述するように
おもりの回転数を正確に制御することにより精密に制御
された弾性波を発信する装置である。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. First, the overall configuration of the device of the present invention will be described mainly with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a wave transmission device that transmits an elastic wave (sine wave) as a wave signal, and is a device that transmits a precisely controlled elastic wave by accurately controlling the rotation speed of the weight as described later. .
【0011】2は探査対象3を介して波動発信装置1か
ら発信された弾性波を受信する受信手段である。4は制
御手段であって、波動発信装置1のおもりの回転数を精
密に制御することにより波動発信装置1から発信される
弾性波の制御を精密に行うための手段である。制御の方
法は、例えばGPS用の衛星5から発信される極めて高
精度の時刻データ(以下「GPS時計」とする)を受信
し、かつこのGPS時計により波動発信装置1のおもり
を回転させるモータの回転数制御を0.1μ秒レベルの
精度まで精密に行う。また例えば定期的にモータの回転
数を変更することより異なる周波数の弾性波を発信する
よう制御することもできる。この場合は切換部4aにお
いて単一周波数制御の状態から、周波数変調制御(以下
「FM制御」とする)に変更し、一つの波動発信装置1
により、異なる周波数の弾性波を交互に発信する。符号
4bで示すFM部はFM制御を行う手段を示している。Reference numeral 2 is a receiving means for receiving the elastic wave transmitted from the wave transmitting device 1 via the object to be searched 3. Reference numeral 4 is a control means for precisely controlling the elastic wave transmitted from the wave transmission device 1 by precisely controlling the rotation speed of the weight of the wave transmission device 1. The control method is, for example, to receive a highly accurate time data (hereinafter referred to as “GPS clock”) transmitted from the GPS satellite 5 and to use a motor for rotating the weight of the wave transmission device 1 by the GPS clock. The rotation speed is precisely controlled to an accuracy of 0.1 μs level. Further, for example, it is also possible to control so as to emit elastic waves of different frequencies by periodically changing the rotation speed of the motor. In this case, in the switching unit 4a, the state of single frequency control is changed to frequency modulation control (hereinafter referred to as "FM control"), and one wave transmission device 1
, The elastic waves of different frequencies are alternately emitted. An FM unit indicated by reference numeral 4b indicates a means for performing FM control.
【0012】符号7は時間区間蓄積型記録装置(以下
「TS記録装置」とする)であって、後述する方法によ
り、記録を足し合わせて、ノイズを低減させると共に記
憶容量を節約するための手段である。従って記憶容量に
余裕が有る場合、或いはデータの容量が比較的少ない場
合には切換部6によりこのTS記録装置7をバイパスし
て処理装置8側にそのままデータを出力してもよい。Reference numeral 7 is a time interval storage type recording apparatus (hereinafter referred to as "TS recording apparatus"), which is a means for adding recordings to reduce noise and save storage capacity by a method described later. Is. Therefore, when the storage capacity has a margin, or when the data capacity is relatively small, the switching unit 6 may bypass the TS recording device 7 and directly output the data to the processing device 8 side.
【0013】この処理装置8には受信した波動信号をフ
ーリエ変換する高速フーリエ変換手段15、内部記憶手
段9、比較手段10、中央処理装置11等が設けられ、
かつ膨大なデータは外部記憶媒体12に適宜蓄積され
る。13は処理装置8に接続する警報手段、14はCR
T、液晶等の表示媒体により構成される画像表示手段で
ある。The processing device 8 is provided with a fast Fourier transform means 15 for performing a Fourier transform on the received wave signal, an internal storage means 9, a comparing means 10, a central processing unit 11, etc.
And a huge amount of data is appropriately stored in the external storage medium 12. 13 is an alarm means connected to the processor 8 and 14 is a CR
The image display means includes a display medium such as T and liquid crystal.
【0014】次に、各部の構成および作動状態をより詳
細に説明する。図2により波動発信装置1の構成の詳細
を説明する。波動発信装置1はサーボモータ1Aと、本
体1Bとを有し、本体1B内には回転軸1cを介してサ
ーボモータ1Aにより本体1B内を回転するおもり1b
が収納されている。またこの波動発信装置1の本体1B
は探査対象3に対して固設され、当該波動発信装置が発
する弾性波が探査対象3に確実に伝達されるように構成
されている。Next, the configuration and operating state of each part will be described in more detail. The configuration of the wave transmission device 1 will be described in detail with reference to FIG. The wave transmission device 1 has a servo motor 1A and a main body 1B, and a weight 1b which rotates in the main body 1B by the servo motor 1A via a rotary shaft 1c in the main body 1B.
Is stored. Also, the main body 1B of the wave transmission device 1
Is fixed to the exploration target 3 and configured so that the elastic wave generated by the wave transmission device is reliably transmitted to the exploration target 3.
【0015】この波動発信装置1においてはおもり1b
が一定の回転速度で回転することによりおもり1bの偏
心荷重Mに加わる向心力の反作用として、探査対象3に
対して下記式で示される大きさの単力Fが加わることに
なる。
F=MR(2πf)2
M:おもり1bの偏心荷重
R:回転軸1cの軸心からおもり1bの重心までの距離
f、おもり1bの回転周波数In the wave transmission device 1, the weight 1b
Is rotated at a constant rotation speed, a single force F having a magnitude shown by the following formula is applied to the search target 3 as a reaction of the centripetal force applied to the eccentric load M of the weight 1b. F = MR (2πf) 2 M: Eccentric load of the weight 1b R: Distance f from the axis of the rotating shaft 1c to the center of gravity of the weight 1b, rotation frequency of the weight 1b
【0016】おもり1bを回転駆動させるサーボモータ
1Aは、外部から供給される複数のパルスによりデジタ
ル制御され、本発明の構成では制御手段4(図1参照)
から出力されるパルスにより回転制御されている。例え
ば2000パルスで1回転するようサーボモータ1Aを
制御するように構成すれば、当該サーボモータ1Aを例
えば25Hzで回転制御するためには50000パルス
/秒を出力すればよい。なおおもり1bの回転周波数の
制御は前述のとおり1μHz程度まで精密に行うことが
できる。The servomotor 1A for rotating and driving the weight 1b is digitally controlled by a plurality of pulses supplied from the outside, and in the configuration of the present invention, the control means 4 (see FIG. 1).
The rotation is controlled by the pulse output from. For example, if the servo motor 1A is configured to control one rotation with 2000 pulses, 50000 pulses / second may be output to control the rotation of the servo motor 1A at 25 Hz, for example. The control of the rotation frequency of the weight 1b can be precisely performed up to about 1 μHz as described above.
【0017】次に受信手段2は前記波動発信装置1から
発信され、かつ探査対象3を通過、反射或いは屈折した
弾性波を受信する。この場合波動発信装置1側と受信手
段2側の何れにおいてもGPS衛星5からのGPS時計
を受信し、発信側の波動と受信側の波動とを同期させる
(図1参照)。なお、常時GPSからの信号を受信して
いれば地球上の如何なる場所でも0.1μ秒程度の誤差
で時刻を得ることができるので同期は比較的容易であ
る。Next, the receiving means 2 receives the elastic wave transmitted from the wave transmitting device 1 and having passed through, reflected or refracted on the object 3 to be searched. In this case, both the wave transmitting device 1 side and the receiving means 2 side receive the GPS clock from the GPS satellite 5 and synchronize the wave on the transmitting side with the wave on the receiving side (see FIG. 1). It should be noted that if the signal from the GPS is constantly received, the time can be obtained with an error of about 0.1 microsecond at any place on the earth, so that the synchronization is relatively easy.
【0018】受信手段2において受信された波動信号は
切換部6を介してTS記録装置7に一旦入力される。こ
のTS記録装置7においては、一定時間毎に受信信号を
足し合わせる動作(時間区間蓄積)を行い、記憶容量を
節約するよう構成されている。例えば100秒毎に記録
を足しあわせてゆくと、足しあわせ回数(蓄積回数)が
増加するに従って1/100Hzの整数倍以外の周波数
の利得が次第に低下することになる。つまりこの例で
は、波動発信装置1が発信する弾性波の周波数を1/1
00Hzの整数倍に予め設定しておけば信号による利得
を低下させないでノイズを低減させ、かつ記録容量を低
減することが可能となる。ただし、このためには波動発
信装置1側と受信手段2側が正確に同期していることが
必要であり、この同期のためにGPS時計を利用するこ
とになる。The wave signal received by the receiving means 2 is once input to the TS recording device 7 via the switching unit 6. The TS recording device 7 is configured to save the storage capacity by performing an operation of adding received signals (accumulation of time intervals) at regular time intervals. For example, if recording is added every 100 seconds, the gain of frequencies other than an integral multiple of 1/100 Hz gradually decreases as the number of additions (number of accumulations) increases. That is, in this example, the frequency of the elastic wave transmitted by the wave transmission device 1 is 1/1
If preset to an integral multiple of 00 Hz, noise can be reduced and recording capacity can be reduced without reducing the gain due to the signal. However, for this purpose, it is necessary that the wave transmission device 1 side and the receiving means 2 side are accurately synchronized, and the GPS clock is used for this synchronization.
【0019】図3は上記時間区間蓄積の様子を示してい
る。即ち受信手段2において受信された信号をある一定
の時間区間毎(前記の例では100秒)に区切って頭を
そろるようにして蓄積する。図中Nは蓄積回数を示し、
蓄積回数を示す下向きの矢印の左側に蓄積回数に対する
TS記録装置の周波数特性を、また右側には同蓄積回数
に対応する観測結果を示す線図が示されている。FIG. 3 shows how the time interval is accumulated. That is, the signal received by the receiving means 2 is divided into certain constant time intervals (100 seconds in the above example) and accumulated so that the heads are aligned. In the figure, N indicates the number of accumulations,
A frequency characteristic of the TS recording apparatus with respect to the number of accumulations is shown on the left side of the downward arrow indicating the number of accumulations, and a diagram showing the observation results corresponding to the same number of accumulations is shown on the right side.
【0020】まず上段のN=1(蓄積回数1)では周波
数特性として利得は得られず、従って観測結果は殆どノ
イズNZのみである。中段の線図は例えばN=100に
なった場合であり、時間区分の整数分の1の周期をもつ
成分の波が選択的に強調され、反対にその他の周期を持
つ波は、これらの波の位相のずれにより相殺されて小さ
くなる。この結果周波数特性にかなり明瞭な利得が得ら
れ、従って観測結果においてもノイズNZは小さくな
り、信号SGがかなり明瞭になる。このようにしてNを
増加させることにより下段の線図のように最終的には信
号SGのみが残ることになる。First, when N = 1 (accumulation number 1) in the upper stage, no gain is obtained as a frequency characteristic, and therefore the observation result is almost only noise NZ. In the middle diagram, for example, when N = 100, the waves of the component having a period of an integer fraction of the time division are selectively emphasized, while the waves having other periods are these waves. It becomes smaller by being offset by the phase shift of. As a result, a fairly clear gain can be obtained in the frequency characteristic, so that the noise NZ becomes small and the signal SG becomes considerably clear even in the observation result. By increasing N in this way, only the signal SG finally remains as shown in the lower diagram.
【0021】次に図1に戻り本装置の他の構成要素につ
いて説明する。TS記録装置7により記録された観測デ
ータ(図3の「観測結果」)は処理装置8の高速フーリ
エ変換部15においてフーリエ変換し波動解析が行われ
る。例えば探査対象3が地盤或いはより深層の地殻等で
ある場合には解析結果は外部記憶媒体12に順次蓄積さ
れ、受信手段を多数設置することにより各受信手段から
の信号を比較解析することによって地下構造を推定する
等に利用される他、長期的な地殻変動の監視等にも利用
される。Next, returning to FIG. 1, other components of the apparatus will be described. The observation data recorded by the TS recording device 7 (“observation result” in FIG. 3) is Fourier-transformed by the fast Fourier transform unit 15 of the processing device 8 and wave analysis is performed. For example, when the exploration target 3 is the ground or the deeper crust, the analysis results are sequentially accumulated in the external storage medium 12, and by installing a large number of receiving means, the signals from the receiving means are compared and analyzed comparatively underground. It is used not only for estimating structures but also for monitoring long-term crustal movements.
【0022】また探査対象が人工の構造物である場合に
は、構造物が完成した時点の解析データを基礎データと
して記憶手段9に記憶して置き、以後継続的に受信解析
したデータとこの基礎データとを比較手段10において
比較することにより構造物の内部構造と物性を定量的に
把握したり、或いは異常の有無を検出する。例えば基礎
データと解析データとの相違が予め設定された閾値以上
となった場合には警報手段13により警報を発したり、
画像表示手段14によって画像表示したりする。When the object to be searched is an artificial structure, the analysis data at the time when the structure is completed is stored in the storage means 9 as basic data, and the data continuously received and analyzed thereafter and this basic data are stored. By comparing the data with the comparison means 10, the internal structure and physical properties of the structure are quantitatively grasped, or the presence or absence of abnormality is detected. For example, when the difference between the basic data and the analysis data is equal to or more than a preset threshold value, the alarm unit 13 issues an alarm,
The image is displayed by the image display means 14.
【0023】次に記憶手段には次のデータを入力するこ
とにより探査精度をより向上させることが可能である。
ここで、本発明装置の性能を発揮するには波動の発信側
と受信側との正確な同期が必要であり、かつ波動信号を
正確かつ長期間連続的に受信して始めて精度の高い探査
が可能となる。これを計測系の線形性と称することにす
ると、この線形性を乱す要因が色々考えられる。例えば
発信側と受信側には色々な装置や電子的回路等が介在し
ている。例えば増幅回路、A/D変換回路等の電子回路
等も線形性を阻害する要因となる。また受信手段2であ
る地震計においては、機械的動作が電気的出力に変換さ
れる際の非線形性等が問題となる。また波動発信装置1
と探査対象という異なるものを接続すること自体が線形
性を阻害することになる。Next, the search accuracy can be further improved by inputting the following data to the storage means.
Here, in order to exert the performance of the device of the present invention, accurate synchronization between the wave transmission side and the wave reception side is required, and high-accuracy exploration is not possible until the wave signal is accurately and continuously received. It will be possible. When this is called the linearity of the measurement system, various factors that disturb this linearity can be considered. For example, various devices, electronic circuits, etc. are interposed between the transmitting side and the receiving side. For example, an amplifier circuit, an electronic circuit such as an A / D conversion circuit, and the like are also factors that impede the linearity. Further, in the seismograph which is the receiving means 2 , there is a problem such as non-linearity when the mechanical operation is converted into the electrical output. In addition, the wave transmission device 1
And connecting different things, such as the search target, impedes the linearity.
【0024】従って上記増幅回路、A/D変換回路等の
電子回路の特性(入出力のタイムラグ等)、或いは地震
計の振動検知と電気出力とのタイムラグ等を予め補正値
として処理装置8の記憶手段9に入力し、解析時に受信
側の線形性阻害要因によにる影響を最小限に止めるよう
にする。また発信側においてはサーボモータ1Aの制御
信号がおもり1bの回転周波数として処理されている。
しかし回転軸1cの捩れ、本体1Bと探査対象3との接
続状態等が発信側の線形性阻害要因として考えられるの
で、波動発信装置1の設置場所においてサーボモータ1
Aの回転周波数と探査対象3に伝達された波動の周波数
とを比較し、この比較結果を、当該波動発信装置1と探
査対象3とのカップリング特性たる補正値としてこれ処
理装置8の記憶手段9に記憶させ、解析時の補正値とし
て利用する。Therefore, the characteristics of the electronic circuit such as the amplifier circuit and the A / D conversion circuit (input / output time lag, etc.), or the time lag between the seismograph vibration detection and the electric output, etc. are stored in advance in the processor 8 as correction values. It is input to the means 9 to minimize the influence of the linearity impediment factor on the receiving side during analysis. On the transmitting side, the control signal of the servo motor 1A is processed as the rotation frequency of the weight 1b.
However, since the twist of the rotary shaft 1c, the connection state between the main body 1B and the search target 3, and the like are considered as factors that impede the linearity on the transmission side, the servomotor 1 is installed at the installation location of the wave transmission device 1.
The rotation frequency of A and the frequency of the wave transmitted to the search target 3 are compared, and the comparison result is used as a correction value that is a coupling characteristic between the wave transmission device 1 and the search target 3 and a storage unit of the processing device 8 is provided. It is stored in 9 and used as a correction value at the time of analysis.
【0025】本装置は、波動発信装置1の大小、或いは
受信手段の設置基数の多少によりいろいろな対象を探査
或いは監視するすることが可能である。図4は本発明の
他の実施例を示す。The present apparatus is capable of exploring or monitoring various objects depending on the size of the wave transmission device 1 or the number of installed receiving means. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.
【0026】この実施例では交通機関用の橋梁、トンネ
ル、盛土部等を長期的に監視する装置として本装置が利
用される構成を示している。先ず受信手段としての地震
計16aが橋梁17の橋脚18に、同16bは橋梁17
に、同16cはトンネル19の下部に、同16dはトン
ネル19の上部に、同16eはトンネル19が貫通する
斜面、或いは降雨等にる山崩れの発生を予測したい場所
の近傍等にそれぞれ配置されている。なお、図示の構成
では観測対象との関係を明瞭にするために地震計は各観
測対象に対して一個宛配置するよう表示されているが、
実際の構成では高い観測精度を得るために各観測対象に
対して複数の地震計を配置することが望ましい。In this embodiment, this device is used as a device for long-term monitoring of bridges, tunnels, embankments and the like for transportation. First, the seismograph 16a as a receiving means is attached to the bridge pier 18 of the bridge 17, and the seismograph 16b is attached to the bridge 17
The 16c is located at the bottom of the tunnel 19, the 16d is located at the top of the tunnel 19, and the 16e is located at the slope through which the tunnel 19 penetrates, or near the place where it is desired to predict the occurrence of a landslide due to rainfall or the like. There is. In the configuration shown in the figure, one seismograph is displayed for each observation target in order to clarify the relationship with the observation target.
In the actual configuration, it is desirable to arrange multiple seismometers for each observation target in order to obtain high observation accuracy.
【0027】この構成において波動発信装置1から発信
された波動信号は各地震計16a〜16eにより検出さ
れかつGPS5のGPS時計により発信波と受信波は同
期された状態で各地震計の受信波が解析される。処理装
置8には各地震計が配置されいる位置における初期の受
信データが基礎データとして記憶されており、各々の地
震計が受信した受信データとこれに対応する基礎データ
とが比較される。これにより橋梁17側では橋梁17の
欠陥の検出、橋脚18の状態等が常時監視される。特に
大雨の後などでは16eを設置した斜面の崩壊、或いは
堆積層21の上に形成された盛土20の一部流出による
橋梁17における応力の発生、川底の浸食による橋脚の
変位或いはクラックの発生などの事態が想定され、この
場合には基礎データに対して受信データが変化するの
で、事前に危険を発見することが可能となる。In this configuration, the wave signal transmitted from the wave transmitting device 1 is detected by each seismograph 16a to 16e, and the received wave of each seismograph is synchronized with the transmitted wave and the received wave by the GPS clock of GPS5. Parsed. Initially received data at the position where each seismograph is arranged is stored as basic data in the processing device 8, and the received data received by each seismograph is compared with the corresponding basic data. As a result, on the side of the bridge 17, the detection of defects in the bridge 17, the state of the pier 18, etc. are constantly monitored. Especially after heavy rain, the slope of 16e is collapsed, or stress is generated in the bridge 17 due to partial outflow of the embankment 20 formed on the sedimentary layer 21, displacement of bridge piers due to erosion of the riverbed or cracking. The situation is assumed, and in this case, the received data changes with respect to the basic data, so it is possible to detect the danger in advance.
【0028】上記と同様に例えば地震計16c、16d
によりトンネル19の監視を、また16eによりトンネ
ル19の貫通する斜面の崩落の監視等を実施することが
できる。なお橋梁およびトンネルを自動車或いは鉄道車
両等が通過する際の振動が多量のノイズとし各地震計に
より受信されるが、これらのノイズは前記TS記録装置
を設置することにより削除することができる。Similar to the above, for example seismometers 16c, 16d
Thus, the tunnel 19 can be monitored, and the slope of the slope through which the tunnel 19 penetrates can be monitored by 16e. The vibration generated when an automobile or a railroad vehicle passes through bridges and tunnels is received by each seismograph as a large amount of noise, but these noises can be removed by installing the TS recording device.
【0029】なお上記波動発信装置1である弾性波発信
装置では回転軸1cを鉛直方向に配置することより、お
もり1bの回転により生じる弾性波は探査対象3の側方
に主としてP波及びSH波を、下方にSH波を放射する
ようになっているが、上記回転軸1cを水平に設置する
ことにより探査対象3の下方にP波を放射するよう構成
することも可能である。In the elastic wave transmitting device which is the above-mentioned wave transmitting device 1, since the rotating shaft 1c is arranged in the vertical direction, the elastic wave generated by the rotation of the weight 1b is mainly a P wave and an SH wave to the side of the object 3 to be searched. Although the SH wave is radiated downward, it is also possible to radiate the P wave below the search target 3 by horizontally installing the rotating shaft 1c.
【0030】以上の各実施例において、受信手段の構成
として複数の地震計により一つのアレイを形成し、かつ
このアレイを複数配置することにより探査精度を高める
よう構成することも当然可能である。またアレイ形状は
正方形、正方形に近い矩形、或いは正三角形等各種の構
成が可能である。更に、波動発信装置1も、小型化させ
て、移動可能に構成することもできる。但しこの場合、
探査対象に対する確実な接続(カップリング)が装置の
精度を左右する重要な要素となるため、新たな位置に据
えつける場合にも探査対象に対して確実に固定するよう
注意を払う必要がある。In each of the above-mentioned embodiments, it is of course possible to form one array by a plurality of seismographs as the structure of the receiving means, and arrange a plurality of such arrays to enhance the search accuracy. Further, the array shape can be various configurations such as a square, a rectangle close to a square, or an equilateral triangle. Furthermore, the wave transmission device 1 can also be made compact and movable. However, in this case,
Since a reliable connection (coupling) to the exploration target is an important factor that affects the accuracy of the device, care must be taken to secure the exploration target even when installing it in a new position.
【0031】上記の移動可能な波動発信装置であれば、
例えば地形が複雑であることが予想される山岳地帯の地
殻探査において、受信手段による波動の受信が良好とな
る関係位置に波動発信装置1の設置位置を適宜移動設定
することが可能となるため、このような複雑な地形で、
然も受信手段としての地震計(複数構成によるアレイの
場合も含む)の設置が制限される地帯での地殻探査を有
効に実施することができる。With the above movable wave transmitting device,
For example, in crustal exploration of a mountainous area where the terrain is expected to be complicated, it is possible to appropriately move and set the installation position of the wave transmission device 1 to a relational position where reception of waves by the receiving unit is good. With such complicated terrain,
However, it is possible to effectively carry out crustal exploration in a zone where the installation of seismographs (including an array of a plurality of configurations) as receiving means is restricted.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上、本発明によれば波動発信装置から
発信される弾性波である波動を極めて精密に制御でき、
正確な時刻確定手段を介して受信手段により受信される
受信信号と同期させ、かつ時間区間蓄積型記録とフーリ
エ解析により、受信信号から高い信頼性をもって探査対
象の解析を行うことが可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to control the wave which is an elastic wave transmitted from the wave transmitting device with extremely high precision,
It is received by the receiving means via the accurate time fixing means.
Received signal and is synchronized, and the time interval accumulation type recording and Fourier analysis, it is possible to perform analysis of the search target with high reliability from the received signal.
【0033】また、本発明に関する波動発信装置、受信
手段は何れも特定の場所に長期的に設置することが可能
であるので、特定の区域の地殻等の自然的な構造、及び
橋梁、トンネル、建築物等の人工的な構造物の経時的変
化や異常の有無等を長期に渡って監視することも可能で
ある。 Further, the wave transmitter and the receiver according to the present invention
Any means can be installed in a specific place for a long time
Therefore, the natural structure such as the crust of a specific area, and
Changes over time of artificial structures such as bridges, tunnels, and buildings
It is also possible to monitor the occurrence of abnormalities and abnormalities over a long period of time.
is there.
【図1】本発明の構成例を示す能動型間接探査装置のブ
ロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an active indirect exploration device showing a configuration example of the present invention.
【図2】弾性波を発信する波動発信装置の斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view of a wave transmission device that transmits elastic waves.
【図3】受信データの蓄積回数と観測結果との関係を示
す線図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the number of times of accumulation of received data and an observation result.
【図4】本発明の応用例を示す橋梁等の構造物と同構造
物が配置される地殻の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a structure such as a bridge showing an application example of the present invention and a crust in which the structure is arranged.
1 波動発信装置 1A サーボモータ 1B 波動発信装置本体 1b おもり 1c 回転軸 2 受信手段 3 探査対象 4 制御手段 5 GPS衛星 7 TS記録装置 8 処理装置 15 高速フーリエ変換部 16a〜16e 地震計(受信手段) 17 橋梁 18 橋脚 19 トンネル 1 Wave transmission device 1A servo motor 1B wave transmitter main body 1b weight 1c rotating shaft 2 Receiving means 3 exploration target 4 Control means 5 GPS satellites 7 TS recorder 8 processing equipment 15 Fast Fourier transform unit 16a to 16e seismograph (reception means) 17 bridges 18 piers 19 tunnel
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 耕春 愛知県名古屋市千種区不老町 名古屋大 学理学部内 (72)発明者 国友 孝洋 岐阜県土岐市泉町定林寺959−31 核燃 料サイクル開発機構 東濃地科学センタ ー内 (72)発明者 小川 克郎 愛知県名古屋市千種区不老町 名古屋大 学理学部内 (56)参考文献 特開 平9−304547(JP,A) 特開 平10−319128(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01V 1/30 G01N 29/00 G01V 3/12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Koharu Yamaoka, Furo-cho, Chikusa-ku, Aichi Prefecture Nagoya University Faculty of Science (72) Inventor Takahiro Kunitomo 959-31 Jorinji Temple, Izumi-cho, Toki-shi, Gifu Japan Nuclear Fuel Cycle Development Institute Tono Geoscience Center (72) Inventor Katsuro Ogawa Nagoya University Aichi Prefecture Furo-cho, Nagoya University Faculty of Science (56) Reference JP-A-9-304547 (JP, A) JP-A-10-319128 ( (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01V 1/30 G01N 29/00 G01V 3/12
Claims (2)
対象を介して受信手段により受信し、かつ受信した波動
信号を解析することにより探査対象を非破壊的に探査す
るものにおいて、回転軸を中心として回転するおもりの
回転動作により一つ若しくは複数の周波数を有する弾性
波を正弦波として励起するよう構成され、かつ当該おも
りの回転をGPS衛星から発信される時刻データ(GP
S時計)により精密に制御する手段を有する波動発信装
置と、探査対象を介してこの波動発信装置から発信され
た弾性波を受信する受信手段と、波動発信装置から発信
された波動と受信手段で受信された波動とを前記GPS
時計を用いて同期させる精密時刻合わせ手段と、受信手
段により連続して受信された波動の受信信号を蓄積する
ことによりノイズを低減した波動信号をフーリエ解析し
て探査対象の状態を解析する手段とを有することを特徴
とする能動型間接探査装置。1. A received by the receiving means via the search target that originate wave from the wave transmitting device, and in which non-destructively probing exploration target by analyzing the wave signal received, the rotary shaft Of the weight that rotates as the center
Elasticity with one or more frequencies due to rotational motion
Configured to excite a wave as a sine wave, and
Time data transmitted from GPS satellites (GP)
Wave transmission device having means for precise control by S clock)
Is transmitted from this wave transmission device through the
Receiving means for receiving elastic waves and transmission from the wave transmission device
The generated wave and the wave received by the receiving means are stored in the GPS.
And precision time adjustment hand stage to synchronize with the clock, receiving hand
Characterized in that it has a means for analyzing the state of the search target by Fourier analysis of the wave signal with reduced noise by accumulating wave reception signal received in succession by the step
Active indirect locator to.
物であり、受信信号は処理装置において解析されるよう
構成され、当該探査対象の構造解析を行う他、長期間受
信された信号の解析データと初期解析データとを比較す
ることにより探査対象の状態の変化を監視するよう構成
したことを特徴とする請求項1記載の能動型間接探査装
置。2. The exploration target is a natural ground or an artificial structure, and the received signal is configured to be analyzed by a processing device. In addition to performing structural analysis of the exploration target, analysis of a signal received for a long period of time is performed. The active indirect exploration device according to claim 1, wherein the active indirect exploration device is configured to monitor a change in the state of the exploration target by comparing the data with the initial analysis data.
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