JP3779808B2 - Underground concealment detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用して既に地中に存在する隠蔽物を検出する地中隠蔽物の検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、特願平9−65066号において、地中推進工法による障害物の検出装置を提案した。この提案した装置は、土壌中を推進する推進体を備えている。この推進体は推進体本体を有し、推進体本体の先端に推進先端部が装着されている。推進先端部には土壌を掘削するための刃物が設けられ、また刃物の近傍には前方に向けて開口する吐出孔が設けられ、この吐出孔を通してベントナイト泥水が供給される。また、推進体に関連して駆動手段が設けられ、この駆動手段は推進体を所定方向に回転駆動するとともに推進体を土壌中に押込み駆動する。したがって、駆動手段によって推進体が回転駆動されるとともに推進方向の力が加えられると、それに装着された刃物は土壌を掘削し、推進体は土壌中を掘削しながら前進する。
【0003】
このような推進体には、ガス管等の地中隠蔽物を検出するための地中隠蔽物の検出装置が装備されている。この検出装置は、電磁波を送信する送信アンテナと隠蔽物からの反射電磁波を受信するための受信アンテナと、受信アンテナにより受信した電磁波を処理する信号処理手段とを備えており、受信電磁波を信号処理手段でもって所要のとおりに処理することによって地中に埋設されている隠蔽物の位置が検出される。そして、このようにして地中隠蔽物の位置を検出することによって、地中隠蔽物を回避するように推進体が推進することができ、これによって掘進作業時における地中隠蔽物の破損を防止することができる。なお、送信アンテナと受信アンテナは別個のアンテナから構成することもできるが、共通のアンテナから構成して作動時間を区別することによって送信アンテナおよび受信アンテナとして機能させることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この提案した検出装置では、次のとおりの解決すべき問題が存在する。第1に、送信アンテナおよび受信アンテナからなるアンテナ体の合成抵抗値が比較的大きい値に設定されており、それ故に、アンテナ体の合成抵抗値と推進体によって掘削する土壌とのインピーダンス値とが相違し、このことに起因して、送信アンテナの送信効率および受信アンテナの受信効率が低くなり、地中隠蔽物の位置検出精度が低下する。
【0005】
第2に、アンテナ体は、プレート状の誘電体基盤と、この誘電体基盤の表面に設けられたアンテナエレメントを有し、誘電体基盤が土壌に接触するように、換言するとアンテナエレメントが内側となるように推進回転体に取付けられる。ところが、提案した検出装置では、誘電体基盤の比誘電率が比較的小さく、それ故に、誘電体基盤の比誘電率と推進体によって掘削する土壌の比誘電率とが相違し、このことに起因して、送信アンテナから誘電体基盤を通して送信される電磁波の一部が土壌との境界面にて反射し、また土壌中からの反射電磁波の一部が誘電体基盤を通して受信アンテナに受信される際に誘電体基盤との境界面にて反射し、送信アンテナの送信効率および受信アンテナの受信効率が低くなり、地中隠蔽物の位置検出精度が低下する。
【0006】
第3に、提案した検出装置は、受信した電磁波を増幅するための高周波増幅器等を備えているが、この高周波発生器等がアンテナ体とは離れた部位に配置され、アンテナ体と高周波増幅器とがケーブルを介して電気的に接続されている。それ故に、この接続用のケーブルにおいてノイズを受信したり、ケーブル内にて多重反射が発生し、地中隠蔽物を検出するための信号にノイズ成分が含まれ、このことによっても地中隠蔽物の位置検出の精度が低下する。
【0007】
本発明の目的は、アンテナ体の送信効率および受信効率を高めることができる地中隠蔽物の検出装置を提供することである。
【0008】
本発明の他の目的は、アンテナ体と掘削する土壌との境界面における電磁波の反射を少なくすることができる地中隠蔽物の検出装置を提供することである。
【0009】
本発明のさらに他の目的は、地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる地中隠蔽物の検出装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、土壌中を推進する推進体の先端部に設けられ、電磁波を送信するとともに隠蔽物にて反射した電磁波を受信するアンテナ体と、前記アンテナ体により受信した受信電磁波を処理して隠蔽物の埋設位置を検出するための信号処理手段とを具備する地中隠蔽物の検出装置において、
前記アンテナ体は、合成抵抗値が20〜100Ωの複数個の抵抗が装荷されるボータイ型のアンテナを有し、
前記アンテナは、比誘電率rが5≦r≦81である誘電体基盤と、この誘電体基盤の表面に設けられたアンテナエレメントとによって構成され、
開口部に前記誘電体基盤が設けられ、前記アンテナを収容するアンテナハウジングを有し、
前記アンテナハウジングと前記アンテナのアンテナエレメントとの間に、比誘電率rが2≦r≦5である材料から形成された中間体が介在され、この中間体と前記アンテナハウジングとに間に電磁シールド部材が設けられることを特徴とする地中隠蔽物の検出装置である。
【0011】
本発明に従えば、アンテナ体がボータイ型のアンテナから構成され、このアンテナ体に装荷される複数個の抵抗の合成抵抗値が20〜100Ωであるので、アンテナ体の合成抵抗値と推進体によって掘削される土壌のインピーダンス値とがほぼ等しくなり、これによってアンテナ体と土壌との間の電磁波の送信効率および受信効率を高めることができる。
【0013】
また、アンテナ体の誘電体基盤の比誘電率が5〜81であるので、誘電体基盤の比誘電率と推進体が掘削する土壌の比誘電率とがほぼ等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射が抑えられ、電磁波の伝達を効率よく行うことができる。
さらに、アンテナハウジングとアンテナエレメントとの間に比誘電率rが2≦r≦5である中間体が介在されているので、この中間体によってアンテナエレメントから送信される電磁波の共振を抑えることができ、地中隠蔽物を検出するための電磁波として広い周波数帯をカバーすることができ、送信および受信する電磁波の広帯域化を図ることができる。
さらに、アンテナハウジングと前記中間体との間に電磁シールド部材が設けられるので、外部からの電磁波がアンテナハウジングを通してアンテナに受信されることが防がれ、受信信号に含まれるノイズ成分を低減することができる。
【0014】
また本発明は、前記誘電体基盤の比誘電率rが10≦r≦30であることを特徴とする。
【0015】
本発明に従えば、誘電体基盤の比誘電率rが10≦r≦30であるので、この比誘電率はたとえばベントナイト泥水を噴出しながら土壌を掘進する場合における土壌の比誘電率と実質上等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射を大幅に抑えることができる。
【0018】
また本発明は、電磁波を発生するための送信パルス信号を前記アンテナ体に送給するための送信パルス発生器をさらに備え、前記送信パルス発生器が前記アンテナハウジングに直接的に取付けられていることを特徴とする。
【0019】
本発明に従えば、送信パルス発生器がアンテナハウジングに直接的に取付けられているので、送信パルス発生器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連して、地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【0020】
さらに本発明は、前記アンテナ体にて受信した受信電磁波を増幅するための高周波増幅器をさらに備え、前記高周波増幅器が前記アンテナハウジングに直接的に取付けられていることを特徴とする。
【0021】
本発明に従えば、高周波増幅器がアンテナハウジングに直接的に設けられているので、高周波増幅器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連しても地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う地中隠蔽物の検出装置の一実施形態について説明する。図1は、本発明に従う地中隠蔽物の検出装置の一実施形態を装備した推進体の要部を示す部分断面図であり、図2は、図1の推進体に装備された検出装置の回路系を簡略的に示すブロック図である。
【0023】
図1において、図示の推進体2は、土壌中を推進する推進体本体4と、この推進体本体4の先端に装着された推進先端部6とを備えている。推進体2は、たとえば地面に形成された発進立坑(図示せず)から土壌中に推進される。この推進体2に関連して、発進立坑には油圧モータの如き駆動手段(図示せず)が設けられる。この駆動手段は、推進体2に駆動連結され、推進体2を所定方向に回転駆動するとともに、推進体2を土壌中に押込み駆動する。
【0024】
この推進体2は、推進先端部6を発進立坑から土壌中に貫入し、推進体本体4の一部を構成する推進管を継足しながら圧入し、掘削しながら前進する。推進先端部6の前端部からは、たとえばベントナイト泥水を噴射し、推進先端部6による掘削を容易にするとともに、推進先端部6により形成された孔壁を安定化させる。このような推進体2では、図1に示すとおり、推進先端部6の前端部に、推進体2の中心軸線8に対して傾斜した、すなわち推進先端部6の後側に向けて外側に傾斜した傾斜面10が設けられており、したがってこの推進体2を回転駆動しながら推進方向に押込むことによって図1において左方に直進させることができ、また推進体2を回転駆動することなく押込むことによって湾曲させて図1において左方に移動させることができ、このように推進させることによって、推進体2は、ガス管等の地中隠蔽物(図示せず)を回避して土壌中を掘進することができる。
【0025】
このようにして推進体2によって土壌中に孔を形成し、その後、たとえばガス管等の埋設部材(図示せず)を敷設する。すなわち、推進体2によってたとえば到達立孔まで孔を形成し、この到達立孔で推進体2を取外し、敷設する埋設部材の外径に対応した拡孔リーマを取付け、しかる後、敷設する埋設部材を接続し、拡孔リーマからベントナイト泥水を再噴射しながら所要の口径に拡げつつ推進管を引戻し、発進立孔まで埋設部材を引込んで埋設部材の敷設作業を終了する。
【0026】
このような推進体2の推進先端部6には、上記傾斜面10に対応して取付け座12が設けられ、この取付け座12にアンテナ体14が取付けられている。アンテナ体14は、推進体2の中心軸線8に対して傾斜した取付け座12に固定されているので、推進体2が回転駆動されると、推進方向前方の比較的広い範囲に向けて電磁波を発信し、したがってこの範囲に存在する地中隠蔽物を探知することができる。アンテナ体14の構成については後述する。
【0027】
推進先端部6の前面、この実施形態では取付け座12の近傍に、土壌を掘削するための刃物16が固定されており、またこの刃物16の近傍に前方に向けて開口する吐出孔18が形成されている。この吐出孔18には、管路20を介して掘進時のベントナイト泥水等が圧送される。
【0028】
管路20は管継手22を介して推進体本体4内の管路24に接続される。この推進先端部6と推進体本体4とには、電源ライン28,30と、信号ライン32,34がそれぞれ対応して設けられる。
【0029】
この推進体2には、図2に示す検出装置が装備されている。図示の検出装置は、発振器52および送信パルス発生器54を備えている。発振器52は、たとえば水晶発振器から構成され、所定周波数の発信信号P1を生成する。この発振器52からの発信信号P1は、たとえばサイン波でよい(図3参照)。発振器52として水晶発振器を用いることによって、発信信号の周波数を安定させることができ、また高周波の発信信号のピーク値をたとえば3V程度にすることができる。地中隠蔽物、たとえば地中に埋設されたガス管等を高速でかつ高精度で検出するためには、この発信信号P1の周波数は大きい程望ましく、たとえば1メガヘルツ(MHz)以上に設定するのが好ましい。発振器52からの発信信号P1は送信パルス発生器54に送給され、送信パルス発生器54は、発信信号P1がゼロ点から立上がって所定値V1になると送信パルス信号P4を発生する(図3参照)。したがって、送信パルス発生器54によって発生される送信パルス信号P4は、上記発信信号P1の立上がりのゼロ点から時間T1遅れて発生される。
【0030】
この検出装置は、また、アンテナ体14を含んでいる。この実施形態のアンテナ体14はアンテナ筐体を備え、このアンテナ筐体に送信アンテナ56と受信アンテナ58が設けられている。送信パルス発生器54からの送信パルス信号P4は送信アンテナ56に送給され、送信アンテナ56はこの送信パルス信号P4に基づいて探知用電磁波を地中隠蔽物(図示せず)に向けて発信する。また、受信アンテナ58は、送信アンテナ56から発信された後、地中隠蔽物によって反射された電磁波を受信する。送信アンテナ56および受信アンテナ58は、実質上同一の構成のボータイ型のアンテナから構成され、平面的または立体的形態のものでよい(図4参照)。この実施形態では、アンテナ体14は、別個の専用の送信アンテナ56および受信アンテナ58から構成しているが、共通の兼用アンテナから構成し、この兼用アンテナの作動時間を区別することによって送信アンテナおよび受信アンテナの双方の機能を持たせることもできる。
【0031】
この検出装置は、さらに、高周波増幅器60およびサンプリング手段62を備えている。受信アンテナ58にて受信された受信信号P5は、高周波増幅器60に送給される。受信アンテナ58の受信信号P5は、地中隠蔽物から反射された電磁波の受信信号であるので、送信パルス信号P4よりもT2時間遅れの信号となり(図3参照)、この時間遅れT2は、送信アンテナ56および受信アンテナ58と地中隠蔽管との距離が大きい程長くなる。高周波増幅器60は、受信アンテナ58からの受信信号P5を高周波増幅し、増幅した受信信号をサンプリング手段62に送給する。
【0032】
発振器52からの発信信号P1は、移相手段64に送給される。図示の移相手段64は移相回路電圧制御手段66と電圧可変移相回路68から構成されている。移相回路電圧制御回路から構成される移相回路電圧制御手段66は、電圧可変移相回路68に供給される電圧を変化させる。また、電圧可変移相回路68は、移相回路電圧制御手段66からの制御電圧に基づいて上記発信信号P1の移相を可変とする。すなわち、電圧可変移相回路68は、移相回路電圧制御手段66からの制御電圧がたとえば大きくなるにしたがって上記発信信号P1の遅れを大きくし(換言すると、遅延時間を長くする)、一方移相回路電圧制御手段66からの制御電圧がたとえば小さくなるにしたがって上記発信信号P1の遅れを小さくする(換言すると、遅延時間を短くする)。このような電圧可変移相回路68として、たとえば、30〜200pF程度のバリキャップを5個程度を組込んだ回路を用いることができ、このような回路において電圧をたとえば0〜5V変化させることによって上記発信信号P1の位相をたとえば0〜60×10-9秒(0〜60ns)遅らせることができる。上述したバリキャップを用いた回路は、回路の温度特性が良好であり、温度が変化してもその特性が安定しており、移相手段64から出力される移相信号のゼロ点の変動を少なくすることができる。
【0033】
この移相手段64は、上述したとおりにして移相信号P2(図3参照)を生成する。この移相信号P2は、上記発信信号P1から所定時間T位相が遅れた信号となり、電圧可変移相回路68に供給される制御電圧を変化させることによって発信信号P1との位相遅れ時間が制御される。このような移相信号P2の遅延量は、発信信号P1の発振周波数とも関連するが、1〜1000nsの適宜の範囲に設定するのが望ましい。
【0034】
移相手段64からの移相信号P2はパルス化回路70に送給され、このパルス化回路70によって移相信号P2がパルス化される。パルス化された移相信号P2は、その後サンプリングパルス発生器72に送給され、サンプリングパルス発生器72は、送給された移相信号P2に基づいて、この実施形態では移相手段64からの移相信号P2の出力値が所定値V2になるとサンプリングパルス信号P3(図3)を生成する。
すなわち、サンプリングパルス発生器72は、図3に示すとおり、移相信号P2の立上がりのゼロ点の時点から所定値V2になるとサンプリングパルス信号P3を生成し、このサンプリングパルス信号P3をサンプリング手段62に送給する。サンプリングパルス発生器72にて生成されるサンプリングパルス信号P3は非常に短く設定される。サンプリングパルス発生器72からのサンプリングパルス信号P3はサンプリング手段62のゲート信号として機能し、サンプリング回路から構成されるサンプリング手段62は、サンプリングパルス発生器72からのサンプリングパルス信号P3が送給されると、受信アンテナ58が受信した受信信号P5を取入れて信号処理手段74に送給する。
【0035】
この実施形態では、発信信号P1の周波数はたとえば20MHzに設定され、その周期は50nsである。このような場合、たとえば312.5μsに設定される第1計測期間の間、移相手段64は発信信号P1から所定時間T位相が遅れた移相信号P2を生成し、かかる移相信号P2に基づいてサンプリングパルス発生器72は6250個のサンプリングパルス信号P3を生成する。
したがって、第1計測期間においては、サンプリング手段62は受信アンテナ58の受信信号P5を上記サンプリングパルス信号P3に基づいて6250回測定し、これら測定したサンプリング信号P6(図3)を信号処理手段74に送給する。信号処理手段74は、積分回路およびメモリを含んでおり、このような第1計測期間におけるサンプリング信号P6を積分回路によって積分処理し、積分処理された積分値がメモリに記憶される。このように多数回測定した測定値を積分処理することによってノイズ成分を低減して高精度な測定が可能となる。
第1計測期間が終了すると、移相回路電圧制御手段66は電圧可変移相回路68に供給される電圧をたとえば幾分大きくし、これによって移相手段64からの移相信号P2は発信信号P1から時間(T+ΔT)位相が遅れたものとなる。第1計測期間に続く次の312.5μsの第2計測期間の間、移相手段64は、発信信号P1から時間(T+ΔT)位相が遅れた移相信号P2を生成し、かかる移相信号P2に基づいてサンプリングパルス発生器72は、第1計測期間と同様に6250個のサンプリングパルス信号P3を生成する。なお、順次遅らせる時間ΔTは、たとえば0.117nsに設定される。
第2計測期間においても同様に、サンプリング手段62は受信アンテナ58の受信信号P5を上記サンプリングパルス信号P3に基づいて6250回計測し、これら計測したサンプリング信号P6(図3)を信号処理手段74に送給する。信号処理手段74は、次に、第2計測期間におけるサンプリング信号P6を積分回路によって積分処理し、積分処理された積分値がメモリに記憶される。
【0036】
この実施形態では、図3に示すとおり、計測の1サイクルが80msに設定されており、したがって第1計測期間の計測開始から上述した各計測期間の計測が80msに達するまで遂行され、その間、移相手段64は発信信号P1から順次ΔTずつ遅れた移相信号P2を生成し、各計測期間毎のサンプリング信号P6が信号処理手段74の積分回路によって積分処理され、積分処理された各積分値がメモリにストアされる。なお、計測の1サイクルの期間および各計測期間は、発信信号P1の周波数等に応じて適宜設定することができる。
【0037】
信号処理手段74は、メモリにストアされた1サイクル分の積分値をさらに積分処理し、低周波数化して探知信号P7(図3)を生成する。このようにして得られた探知信号P7は、液晶表示装置等の表示手段76に送給され、探知信号P7に含まれた埋設位置情報が表示手段76に表示され、かくして操作者は表示手段76に表示された検出情報を見ることによって隠蔽物の埋設位置を容易に知ることができる。
【0038】
このような検出装置では、たとえば、発振器52、送信パルス発生器54、アンテナ体14、高周波増幅器60、移相手段64、パルス化回路70、サンプリングパルス発生器72およびサンプリング手段62が推進体2に装備され、残りの信号処理手段74および表示手段76が、たとえば発進立孔抗または地上に設けられ、操作者は発進立抗内または地上にて表示手段76に表示された地中隠蔽物の位置情報を見ることによって推進体2を所望のとおりに掘進させることができる。
【0039】
次に、図4および図5を参照して、図示のアンテナ体14について説明する。
図示のアンテナ体14は送信アンテナ56を含む送信アンテナ体82と受信アンテナ58を含む受信アンテナ体84を備えている。送信アンテナ体82および受信アンテナ体84は実質上同一の構成であり、以下送信アンテナ体82(または受信アンテナ体84)の構成について説明する。
送信アンテナ体82(または受信アンテナ体84)は略矩形状のアンテナハウジング86を備え、アンテナハウジング86は底壁88と、この底壁88の縁部に設けられた4側壁90を有し、これら底壁88および4側壁90によって収容空間を規定している。
送信アンテナ56(または受信アンテナ58)は誘電体基盤92と、この誘電体基盤92の表面に設けられたアンテナエレメント94から構成されている。誘電体基盤92は矩形状に形成され、図5に示すとおり、アンテナハウジング86の収容空間の開口部に配設され、この誘電体基盤92の外面が、推進体2が掘進する土壌に接触する。この誘電体基盤92は比誘電率rが5≦r≦81の材料から形成するのが好ましく、その比誘電率rが10≦r≦30の材料から形成するのが一層望ましい。
このような比誘電率を有する材料としては、たとえばアルミナ系、チタン系のセラミックを用いることができる。誘電体基盤92として比誘電率rが5〜81の材料を用いることによって、誘電体基盤92の比誘電率を推進体2が掘進する各種土壌の比誘電率とほぼ等しくすることができ、これによって誘電体基盤92と土壌との境界面における電磁波の反射を抑えることができ、電磁波の送信アンテナ56から土壌中(または土壌中から受信アンテナ58)への伝達効率を高めることができる。
特に、誘電体基盤92として比誘電率rが10〜30の材料を用いることによって、誘電体基盤92の比誘電率を、ベントナイト泥水を噴出しながら掘進する場合における土壌の比誘電率と実質上等しくすることができ、これによりベントナイト泥水を用いる場合における上記境界面における電磁波の反射を大幅に抑えることができる。
【0040】
アンテナエレメント94は、対向して配設された略矩形状の一対の第1の部分96,97と、一対の第1の部分96,97を囲むように設けられた第2の部分98を有している。これら第1および第2の部分96,97,98は銅から形成され、誘電体基盤92の内面(図5において上側の面)に設けられている。このようなアンテナエレメント94はエッチング処理によって形成することができる。
【0041】
図示のアンテナエレメント94においては、片方の第1の部分96と第2の部分98のこれに対向する部位98aとの間に4個の抵抗100が電気的に並列に接続されている。同様に、他方の第1の部分97と第2の部分98のこれに対向する部位98bとの間に4個の抵抗102が電気的に並列に設けられている。また、一対の第1の部分96,97の対向する部位にバランの如きコネクタ99が電気的に接続され、送信パルス発生器54からの送信パルス信号P4がコネクタ99を介して送信アンテナ56のアンテナエレメント94に送給される(または受信アンテナ58のアンテナエレメント94からの受信信号P5がコネクタ99を介して高周波増幅器60に送給される。
【0042】
この実施形態では、各抵抗100,102の抵抗値Rは100Ωに設定されており、したがってアンテナエレメント94に装荷された抵抗100,102の合成抵抗値RTは50Ωになる。このようにアンテナエレメント94に装荷される抵抗100,102の合成抵抗値RTを50Ωに設定することによって、この合成抵抗値RTがベントナイト泥水を噴出しながら掘進する場合における土壌のインピーダンス値とが実質上等しくなり、電磁波の送信アンテナ56から土壌中(土壌中から受信アンテナ58)への送信効率(受信効率)を高めることができる。抵抗100,102の合成抵抗値RTは、必ずしも50Ωに設定する必要はなく、この合成抵抗値RTを20〜100Ωに設定することによって、土壌のインピーダンス値とほぼ等しくなり、上述したと同様の所望の効果を達成することができる。
【0043】
アンテナハウジング86の底壁88と誘電体基盤92およびアンテナエレメント94との間の収容空間には、中間体104が介在されている。この中間体104は、比誘電率rが2〜5である材料、たとえばゴム、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ガラス繊維強化プラスチック(FRP)等から形成することができ、かかる収容空間に充填される。このような材料からなる中間体104を介在させることによって、電磁波の送信、受信時に発生するアンテナエレメント94の共振(特にアンテナエレメント94の角部において発生し易い)を抑えることができ、地中隠蔽物を探知する際に用いる電磁波のより広帯域化を図ることができる。
【0044】
この実施形態では、さらに、アンテナハウジング86の底壁88と中間体104との間に電磁シールド部材106が設けられている。電磁シールド部材106は、たとえばフェライトから形成され、外部からの電磁波が底壁88を通して送信アンテナ56(または受信アンテナ58)に受信されることを防止し、これによって受信アンテナ58の受信信号P5に含まれるノイズ成分の低減を図ることができる。
【0045】
図示の実施形態では、さらに、送信アンテナ体82のアンテナハウジング86の底壁88には送信パルス発生器54が取付けられ、受信アンテナ体84のアンテナハウジング86には高周波増幅器60が取付けられている。図5に示すように、送信アンテナ体82のアンテナハウジング86の底壁88の外面には、送信パルス発生器54がたとえば取付ねじ(図示せず)によって固定され、この送信パルス発生器54がリード線108を介して送信アンテナ体82のコネクタ99に電気的に接続されている。このように送信パルス発生器54を取付けることによって、送信パルス発生器54と送信アンテナ56とを電気的に接続する電気的コードを省略することができる。
また、受信アンテナ58に関連して、受信アンテナ体84のアンテナハウジング86の底壁88の外面には、高周波増幅器60がたとえば取付ねじ(図示せず)によって固定され、受信アンテナ体84のコネクタ99がリード線108を介して高周波増幅器60に電気的に接続されている。このように高周波増幅器60を取付けることによって、受信アンテナ58と高周波増幅器60とを電気的に接続する電気的コードを省略することができる。
このように送信パルス発生器54および高周波増幅器60を取付けることによって、検出装置の回路構成を簡略化することができるとともに、受信アンテナ58の受信信号P5に含まれるノイズ成分をさらに低減することができる。
なお、送信アンテナ体82および受信アンテナ体84のアンテナハウジング86および誘電体基盤92を共通のものから構成し、共通の誘電体基盤の表面に送信アンテナ56と受信アンテナ58のアンテナエレメント94を設けるようにすることもできる。
【0046】
上述した実施形態では、送信アンテナ56と受信アンテナ58とを別個のアンテナから構成しているが、兼用のアンテナから構成した場合、各アンテナ体82,84のアンテナハウジングは兼用のハウジングとなり、送信パルス発生器54および高周波増幅器60はこの共通のアンテナハウジングに取付けられる。
【0047】
上述した構成のアンテナ体82,84は、上述した回路構成の検出装置に代えて、たとえば、図6に示す検出装置にも同様に用いることができる。検出装置の他の実施形態を簡略的に示す図6を参照して、図示の検出装置は、可変周期発信器202、固定遅延回路204、送信器206および送信アンテナ208を備えている。
可変周期発信器202は、電圧制御発信回路(略称VCO)を含み、最初の周期に各回毎に少量時間Δtずつ順次に伸張した可変周期をもつパルス信号を生成し、この可変周期パルス信号を可変周期信号として固定遅延回路204に送給する。この可変周期信号は、また、後述する相関信号発生器214に送給される。
固定遅延回路204は、上記可変周期信号を所定の固定遅延量だけ遅延させた固定遅延信号を生成し、この固定遅延信号を送信器206に送給する。送信器206は、固定遅延信号に基づいて送信信号を生成し、この送信信号を送信アンテナ208に送給する。送信アンテナ208は、送信信号に基づいて電磁波を生成し、この電磁波を地中に存在する地中隠蔽物に向けて発信する。
【0048】
この検出装置は、また、受信アンテナ210、高周波増幅器212、相関信号発生器214および信号処理手段216を含んでいる。受信アンテナ210は、送信アンテナ208から送信され、地中隠蔽物にて反射された電磁波を受信し、受信信号を高周波増幅器212に送給する。高周波増幅器212は、上記受信信号を増幅する。
相関信号発生器214には、可変周期発生器202からの可変周期信号毎に所定時間長のモノサイクル波形による約束波形の信号を相関信号として生成し、この相関信号を信号処理手段216に送給する。信号処理手段216は掛算回路、積分回路および増幅回路を含んでいる。
掛算回路は、高周波増幅器212からの受信信号と相関信号発生器214からの相関信号との各振幅を掛算して掛算信号を生成し、また積分回路は、掛算回路からの掛算信号を積分処理して積分信号を生成し、また増幅回路は上記積分信号を増幅して増幅信号を生成する。
信号処理手段216は、さらに、上記増幅信号に相関検出処理とパルス圧縮処理を施して探知信号を生成する。この探知信号は、障害物の埋設位置情報を含んでおり、この探知信号を利用することによって表示手段218に障害物の埋設位置を表示することができる。
【0049】
このような検出装置における送信アンテナ208および受信アンテナ210として上述したボータイ型のアンテナ体を用いることができ、このアンテナ体を用いることによって上述したと同様の効果を達成することができる。かかる場合、送信アンテナ体のアンテナハウジングに送信器206が取付けられ、また受信アンテナ体のアンテナハウジングに高周波増幅器212が取付けられる。
【0050】
実施例および比較例
実施例として、図2に示す構成の検出装置に図4および図5に示すアンテナ体を組合わせてその効果を確認する実験を行った。なお、実験の都合上、送信パルス発生器と送信アンテナとをケーブルを介して接続し、また受信アンテナと高周波増幅器とをケーブルを介して接続した。図7は、実験に用いた検出装置の回路構成を簡略的に示している。この回路構成では、検出装置のコントローラaの送信端子部に第1補正ケーブルcを介して第1のアッテネータbを接続し、この第1アッテネータbにアンテナ体dの送信アンテナTxを接続した。第1のアッテネータbの減衰値を6dBに設定し、第1補正ケーブルcの長さを25cmに設定した。また、アンテナ体dの受信アンテナRxに第2補正ケーブルeを介して第2のアッテネータfを接続し、この第2のアッテネータfを検出装置のコントローラaの受信端子部に接続した。第2のアッテネータfの減衰値を6dBに設定し、第2補正ケーブルeの長さを25cmに設定した。
【0051】
このような検出装置を用いて、次のとおりの土槽実験を行った。用いた土槽は、図8に示すとおりであり、土槽内に真砂土gを充填し、その内部に検出装置のアンテナ体dを位置付けた。土槽の下部には直径2インチの塩化ビニル管hを水平に配置し、この塩化ビニル管hの内部に直径1インチの鋼管iを挿入した。このような状態にて、真砂土の中に、まず、鋼管iとの間隔Lが50cmとなるようにアンテナ体dを位置付け、しかる後このアンテナ体dを鋼管iに近づく方向に真砂土中を上記間隔Lが10cmとなる位置まで下方に移動させ、このようにして鋼管iの探索を行った。実施例として、送信アンテナTxおよび受信アンテナRxには、それぞれ、合成抵抗値が50Ωである抵抗を装荷した。また、誘電体基盤は、比誘電率が10である合成樹脂から形成したものを用い、中間体は、誘電率が3であるゴム材を充填して形成した。
【0052】
上述した土槽実験により、図9に示す結果が得られた。図9(a)は、鋼管iまでの距離Lが50cmから10cmになるまで実施例のアンテナ体dを移動させたときに得られた探索情報であり、検出装置の表示手段に表示された画像である。図9(a)の縦軸は電流波到達時間軸であり、横軸はアンテナ体dの最上面からの移動長さを示す距離軸であり、図9(a)において左方に向けて斜め上方に延びる黒白の直線状のラインQ1が鋼管iからの電波到達時間を示しており、このアンテナ体dを少しずつ真砂土内に押込んでいくことによって鋼管iまでの間隔Lが小さくなることを示している。また、図9(b)は、図9(a)のラインL0、すなわちアンテナ体dから鋼管iまでの距離が30cmである地点における信号波形を切出してその振幅を示したものである。図9(b)の信号波形における高い部分が図9(a)における白いラインに対応し、図9(b)の信号波形における低い部分が図9(a)における黒いラインに対応する。これら図9(a)および(b)に示す実験結果から、実施例のアンテナ体を用いた場合、大きい振幅の受信信号を得ることができ、これによって、鋼管iをより高精度に探知できることが判明した。
【0053】
比較のために、実施例と同様の検出装置に比較例のアンテナ体を組合わせて実施例と同様の上述した実験を行った。比較例のアンテナ体においては、送信アンテナおよび受信アンテナには、それぞれ、合成抵抗値が200Ωである抵抗を装荷した。また、誘電体基盤は、比誘電率が3であるガラスエポキシ樹脂から形成したものを用い、中間体を充填しなかった。比較例のアンテナ体を用いた場合、図10に示す実験結果が得られた。
図10(a)は、鋼管iまでの距離Lが50cmから10cmになるまで比較例のアンテナ体dを移動させたときに得られた探索情報であり、検出装置の表示手段に表示された画像であって、実施例の図9(a)に対応するものである。図10(a)においても左方に向けて斜め上方に延びる黒白の直線状のラインQ2が鋼管iを示すが、図9(a)の白黒のラインQ1と比較してその濃度差が薄くなっている。
また、図10(b)は、図10(a)のラインL0、すなわちアンテナ体dから鋼管iまでの距離が30cmである地点における信号波形を切出してその振幅を示したものであり、実施例の図9(b)に対応するものである。図10(b)においても、信号波形における高い部分が図10(a)における白いラインに対応し、その低い部分が図10(a)における黒いラインに対応する。
実施例の実験結果を示す図9(a)および(b)と比較例の実験結果を示す図10(a)および(b)とを比較することによって、実施例のアンテナ体dの方が比較例のものよりも電磁波の反射強度が大きく、受信信号の振幅(ピークピーク値)は、実施例の方が比較例よりも約2倍程度大きくなっている。また、バックグランドのノイズを考慮すると、実施例は比較例に比してS/N比が約10dB向上していることが判る。なお、S/N比は、
S/N=20log(ピークピーク値)−20log(ノイズ成分の平均値)で求めた。
【0054】
以上の実験結果から、実施例のアンテナ体を用いた方が比較例のものを用いるよりもS/N比を向上させることができ、地中隠蔽物をより高精度に探知できることが判明した。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナ体がボータイ型のアンテナから構成され、このアンテナ体に装荷される複数個の抵抗の合成抵抗値が20〜100Ωであるので、アンテナ体の合成抵抗値と推進体によって掘削される土壌のインピーダンス値とがほぼ等しくなり、これによってアンテナ体と土壌との間の電磁波の送信効率および受信効率を高めることができる。
【0056】
また本発明によれば、アンテナ体の誘電体基盤の比誘電率が5〜81であるので、誘電体基盤の比誘電率と推進体が掘削する土壌の比誘電率とがほぼ等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射が抑えられ、電磁波の伝達を効率よく行うことができる。
【0057】
また本発明によれば、誘電体基盤の比誘電率が10〜30であるので、この比誘電率はたとえばベントナイト泥水を噴出しながら土壌を掘進する場合における土壌の比誘電率とが実質上等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射を大幅に抑えることができる。
【0058】
また本発明によれば、アンテナハウジングとアンテナエレメントとの間に比誘電率が2〜5である中間体が介在されているので、この中間体によってアンテナエレメントから送信される電磁波の共振を抑えることができ、地中隠蔽物を検出するための電磁波として広い周波数帯をカバーすることができ、送受信する電磁波の広帯域化を図ることができる。
また本発明によれば、中間体とアンテナハウジングとの間に電磁シールド部材が設けられるので、受信信号のノイズ成分を低減することができる。
【0059】
また本発明によれば、送信パルス発生器がアンテナハウジングに直接的に取付けられているので、送信パルス発生器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連して、地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【0060】
さらに本発明によれば、高周波増幅器がアンテナハウジングに直接的に設けられているので、高周波増幅器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連しても地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従う地中隠蔽物の検出装置の一実施形態を装備した推進体を、その一部を断面で示す断面図である。
【図2】 図1の推進体に装備された検出装置を簡略的に示すブロック図である。
【図3】 図2の検出装置の種々の構成要素において生成される各種信号を示すタイムチャートである。
【図4】 図2の検出装置のアンテナ体を示す断面図である。
【図5】 図4におけるV−V線による断面図である。
【図6】 検出装置の他の実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図7】 土槽実験を行うための土槽を簡略的に示す断面図である。
【図8】 実施例のアンテナ体を取付けた検出装置を用いたシステムの回路構成を簡略的に示すブロック図である。
【図9】 図9(a)および(b)は、それぞれ、実施例のアンテナ体を用いて行った土槽実験の結果を示す図である。
【図10】 図10(a)および(b)は、それぞれ、比較例のアンテナ体を用いて行った土槽実験の結果を示す図である。
【符号の説明】
2 推進体
4 推進体本体
14 アンテナ体
52 発振器
54 送信パルス発生器
56 送信アンテナ
58 受信アンテナ
60 高周波増幅器
62 サンプリング手段
64 移相手段
74 信号処理手段
76 表示手段
82 送信アンテナ体
84 受信アンテナ体
86 アンテナハウジング
92 誘電体基盤
94 アンテナエレメント
100,102 抵抗
104 中間体
208 送信アンテナ
210 受信アンテナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an underground concealment detection device that detects electromagnetic concealment that already exists in the ground.
[0002]
[Prior art]
In Japanese Patent Application No. 9-65066, the present applicant has proposed an obstacle detection apparatus using an underground propulsion method. The proposed device includes a propulsion body that propels the soil. This propulsion body has a propulsion body main body, and a propulsion tip is attached to the tip of the propulsion body main body. A blade for excavating the soil is provided at the tip of the propulsion, and a discharge hole that opens forward is provided in the vicinity of the blade.GNight mud is supplied. In addition, a driving means is provided in association with the propulsion body, and this driving means drives the propulsion body to rotate in a predetermined direction and pushes the propulsion body into the soil. Therefore, when the propulsion body is rotationally driven by the driving means and a force in the propulsion direction is applied, the blade mounted thereon excavates the soil, and the propulsion body advances while excavating the soil.
[0003]
Such a propulsion body is equipped with an underground concealment detection device for detecting an underground concealment such as a gas pipe. This detection apparatus includes a transmission antenna that transmits electromagnetic waves, a reception antenna that receives reflected electromagnetic waves from the concealment, and signal processing means that processes the electromagnetic waves received by the reception antenna, and processes the received electromagnetic waves. The position of the concealment buried in the ground is detected by processing as required by means. And by detecting the position of the underground concealment in this way, the propulsion body can be propelled to avoid the underground concealment, thereby preventing the damage of the underground concealment during the excavation work can do. Although the transmission antenna and the reception antenna can be composed of separate antennas, the transmission antenna and the reception antenna can be distinguished from each other by distinguishing the operation time by composing the common antenna.do itCan function.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The proposed detection apparatus has the following problems to be solved. First, the combined resistance value of the antenna body composed of the transmitting antenna and the receiving antenna is set to a relatively large value. Therefore, the combined resistance value of the antenna body and the impedance value of the soil excavated by the propulsion body are In contrast, due to this, the transmission efficiency of the transmission antenna and the reception efficiency of the reception antenna are lowered, and the position detection accuracy of the underground concealment is lowered.
[0005]
Second, the antenna body has a plate-shaped dielectric substrate and an antenna element provided on the surface of the dielectric substrate, so that the dielectric substrate is in contact with the soil, in other words, the antenna element is on the inside. It is attached to the propulsion rotating body. However, in the proposed detection device, the relative permittivity of the dielectric substrate is relatively small. Therefore, the relative permittivity of the dielectric substrate and the relative permittivity of the soil excavated by the propellant are different. When a part of the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna through the dielectric substrate is reflected at the boundary surface with the soil, and a part of the reflected electromagnetic wave from the soil is received by the receiving antenna through the dielectric substrate. Reflected at the interface with the dielectric substrate, the transmission efficiency of the transmission antenna and the reception efficiency of the reception antenna are lowered, and the position detection accuracy of the underground concealment is lowered.
[0006]
Thirdly, the proposed detection device includes a high-frequency amplifier for amplifying the received electromagnetic wave, and the high-frequency generator is disposed at a position away from the antenna body. Are electrically connected via a cable. Therefore, noise is received in the cable for this connection, multiple reflection occurs in the cable, and the noise component is included in the signal for detecting the underground concealment. The position detection accuracy is reduced.
[0007]
An object of the present invention is to provide an underground concealment detection apparatus capable of increasing the transmission efficiency and reception efficiency of an antenna body.
[0008]
Another object of the present invention is to provide an underground concealment detection device that can reduce the reflection of electromagnetic waves at the interface between the antenna body and the soil to be excavated.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide an underground concealment detection device that can reduce noise components contained in a signal for detecting an underground concealment.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is provided at the tip of a propulsion body for propelling in the soil, transmits an electromagnetic wave and receives an electromagnetic wave reflected by a concealing object, and processes and conceals the received electromagnetic wave received by the antenna body. In the underground concealed object detection device comprising signal processing means for detecting the buried position of the object,
The antenna body has a bow-tie antenna loaded with a plurality of resistors having a combined resistance value of 20 to 100Ω,
The antenna includes a dielectric substrate having a relative dielectric constant r of 5 ≦ r ≦ 81, and an antenna element provided on the surface of the dielectric substrate,
The dielectric base is provided in an opening, and has an antenna housing that houses the antenna,
An intermediate body made of a material having a relative permittivity r of 2 ≦ r ≦ 5 is interposed between the antenna housing and the antenna element of the antenna, and an electromagnetic shield is interposed between the intermediate body and the antenna housing. An underground concealed object detection device characterized in that a member is provided.
[0011]
According to the present invention, the antenna body is constituted by a bow-tie antenna, and the combined resistance value of a plurality of resistors loaded on the antenna body is 20 to 100Ω. Therefore, depending on the combined resistance value of the antenna body and the propulsion body The impedance value of the soil to be excavated becomes substantially equal, and thereby the transmission efficiency and reception efficiency of electromagnetic waves between the antenna body and the soil can be increased.
[0013]
AlsoSince the relative dielectric constant of the dielectric substrate of the antenna body is 5 to 81, the relative dielectric constant of the dielectric substrate and the relative dielectric constant of the soil excavated by the propulsion body are substantially equal, thereby the dielectric substrate and the soil. Reflection of electromagnetic waves at the boundary surface between the electromagnetic waves can be suppressed, and electromagnetic waves can be transmitted efficiently.
Furthermore, since an intermediate body having a relative dielectric constant r of 2 ≦ r ≦ 5 is interposed between the antenna housing and the antenna element, resonance of electromagnetic waves transmitted from the antenna element can be suppressed by this intermediate body. A wide frequency band can be covered as an electromagnetic wave for detecting the underground concealment, and a broad band of electromagnetic waves to be transmitted and received can be achieved.
In addition, since an electromagnetic shielding member is provided between the antenna housing and the intermediate body, it is possible to prevent external electromagnetic waves from being received by the antenna through the antenna housing, and to reduce noise components included in the received signal. Can do.
[0014]
The present invention also provides a dielectric constant r of the dielectric substrate.Is 10 ≦ r ≦ 30It is characterized by being.
[0015]
According to the present invention, the dielectric constant of the dielectric substrater10≦ r ≦Therefore, the relative dielectric constant is, for example, BenGWhen the soil is dug while squirting knight mud, it becomes substantially equal to the relative permittivity of the soil, which can greatly suppress the reflection of electromagnetic waves at the interface between the dielectric substrate and the soil.
[0018]
The present invention further includes a transmission pulse generator for supplying a transmission pulse signal for generating an electromagnetic wave to the antenna body, and the transmission pulse generator is directly attached to the antenna housing. It is characterized by.
[0019]
According to the present invention, since the transmission pulse generator is directly attached to the antenna housing, a cable for electrically connecting the transmission pulse generator and the antenna body can be substantially omitted. In this regard, the noise component contained in the signal for detecting the underground concealment can be reduced.
[0020]
The present invention further includes a high-frequency amplifier for amplifying the received electromagnetic wave received by the antenna body, and the high-frequency amplifier is directly attached to the antenna housing.
[0021]
According to the present invention, since the high-frequency amplifier is directly provided on the antenna housing, a cable for electrically connecting the high-frequency amplifier and the antenna body can be substantially omitted. Even when related, the noise component contained in the signal for detecting the underground concealment can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, one embodiment of a detection device for underground concealment according to the present invention is described. FIG. 1 shows a propulsion unit equipped with an embodiment of the underground concealment detection device according to the present invention.Key points ofFIG. 2 is a block diagram schematically showing a circuit system of a detection device installed in the propulsion body of FIG. 1.
[0023]
In FIG. 1, the illustrated
[0024]
The
[0025]
In this way, holes are formed in the soil by the
[0026]
The
[0027]
A
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The detection device also includes an
[0031]
The detection apparatus further includes a
[0032]
DepartureShakeSignal from the instrument 52P1Is fed to the phase shift means 64. The illustrated phase shift means 64 includes a phase shift circuit voltage control means 66 and a voltage variable
[0033]
The phase shift means 64 generates the phase shift signal P2 (see FIG. 3) as described above. This phase shift signal P2 is a signal whose T phase is delayed by a predetermined time from the transmission signal P1, and the phase delay time with respect to the transmission signal P1 is controlled by changing the control voltage supplied to the voltage variable
[0034]
The phase shift signal P2 from the phase shift means 64 is sent to the
That is, as shown in FIG. 3, the sampling pulse generator 72 generates the sampling pulse signal P3 when it reaches the predetermined value V2 from the time of the rising zero point of the phase shift signal P2, and this sampling pulse signal P3 is sent to the sampling means 62. To send. Sampling pulse signal generated by the sampling pulse generator 72P3Is set very short. The sampling pulse signal P3 from the sampling pulse generator 72 functions as a gate signal for the sampling means 62, and the sampling means 62 composed of a sampling circuit receives the sampling pulse signal P3 from the sampling pulse generator 72. Received signal received by receiving antenna 58P5And is fed to the signal processing means 74.
[0035]
In this embodiment, the frequency of the transmission signal P1 is set to 20 MHz, for example, and its period is 50 ns. In such a case, for example, during the first measurement period set to 312.5 μs, the phase shift means 64 causes the phase shift signal P delayed by a predetermined time T from the transmission signal P1.2The sampling pulse generator 72 generates 6250 sampling pulse signals P3 based on the phase shift signal P2.
Therefore, during the first measurement period, the sampling means 62 receives the received signal from the receiving antenna 58.P5Is measured 6250 times based on the sampling pulse signal P3, and the measured sampling signal P6 (FIG. 3) is sent to the signal processing means 74. The signal processing means 74 includes an integration circuit and a memory. The sampling signal P6 in the first measurement period is integrated by the integration circuit, and the integration value obtained by the integration processing is stored in the memory. By integrating the measurement values measured many times in this way, noise components can be reduced and highly accurate measurement can be performed.
When the first measurement period ends, the phase shift circuit voltage control means 66 increases the voltage supplied to the voltage variable
Similarly, in the second measurement period, the sampling means 62 receives the received signal from the receiving antenna 58.P5Is measured 6250 times based on the sampling pulse signal P3, and the measured sampling signal P6 (FIG. 3) is sent to the signal processing means 74. Next, the signal processing means 74 integrates the sampling signal P6 in the second measurement period by the integration circuit, and the integration value obtained by the integration processing is recorded in the memory.ToRemembered.
[0036]
In this embodiment, as shown in FIG. 3, one cycle of measurement is set to 80 ms. Therefore, the measurement of each measurement period described above is performed from the start of measurement in the first measurement period until reaching 80 ms, during which time the transition is performed. The phase means 64 is a phase shift signal that is sequentially delayed by ΔT from the transmission signal P1.P2The sampling signal P6 for each measurement period is integrated by the integration circuit of the signal processing means 74, and each integration value subjected to the integration processing is stored in the memory. The period of one cycle of measurement and each measurement period can be set as appropriate according to the frequency of the transmission signal P1.
[0037]
The signal processing means 74 further integrates the integrated value for one cycle stored in the memory, lowers the frequency, and generates a detection signal P7 (FIG. 3). Detection signal obtained in this wayP7Is sent to a display means 76 such as a liquid crystal display device, and a detection signalP7The embedded position information included in the display means 76 is displayed on the display means 76, and thus the operator can easily know the embedded position of the concealed object by looking at the detection information displayed on the display means 76.
[0038]
In such a detection device, for example,Shake52, a
[0039]
Next, the illustrated
The illustrated
The transmitting antenna body 82 (or the receiving antenna body 84) includes a substantially
The transmitting antenna 56 (or the receiving antenna 58) includes a
As a material having such a relative dielectric constant, for example, alumina-based or titanium-based ceramics can be used. By using a material having a relative dielectric constant r of 5 to 81 as the
In particular, by using a material having a relative dielectric constant r of 10 to 30 as the
[0040]
The
[0041]
In the illustrated
[0042]
In this embodiment, the resistance value R of each of the
[0043]
An
[0044]
In this embodiment, an
[0045]
In the illustrated embodiment, the
Further, in relation to the receiving
By attaching the
The antenna housing of the transmitting
[0046]
In the embodiment described above, the transmitting
[0047]
Antenna body configured as described above82,84Can be used in the same way for the detection device shown in FIG. 6, for example, instead of the detection device having the circuit configuration described above. Referring to FIG. 6, which schematically shows another embodiment of the detection apparatus, the illustrated detection apparatus includes a
The
The fixed
[0048]
The detection apparatus also includes a
The
Multiplication circuit is a high frequency amplifier212Received signal and correlation signal generator214 with each correlation signalWidthThe multiplication circuit generates a multiplication signal, and the integration circuit generates an integration signal by integrating the multiplication signal from the multiplication circuit., MaThe amplifier circuit amplifies the integrated signal to generate an amplified signal.
Signal processing means216 further performs a correlation detection process and a pulse compression process on the amplified signal to generate a detection signal. This detection signal includes information on the position where the obstacle is buried, and display means can be obtained by using this detection signal.2The position where the obstacle is buried can be displayed at 18.
[0049]
The above-described bow-tie antenna body can be used as the transmitting
[0050]
Examples and comparative examples
As an example, an experiment was conducted to confirm the effect of combining the antenna body shown in FIGS. 4 and 5 with the detection apparatus having the configuration shown in FIG. For the convenience of the experiment, the transmission pulse generator and the transmission antenna were connected via a cable, and the reception antenna and the high frequency amplifier were connected via a cable. FIG. 7 simply shows the circuit configuration of the detection apparatus used in the experiment. In this circuit configuration, the first attenuator b is connected to the transmission terminal portion of the controller a of the detection apparatus via the first correction cable c, and the transmission antenna Tx of the antenna body d is connected to the first attenuator b. The attenuation value of the first attenuator b was set to 6 dB, and the length of the first correction cable c was set to 25 cm. Further, the second attenuator f is connected to the receiving antenna Rx of the antenna body d via the second correction cable e, and the second attenuator f is connected to the receiving terminal portion of the controller a of the detection apparatus. The attenuation value of the second attenuator f was set to 6 dB, and the length of the second correction cable e was set to 25 cm.
[0051]
Using such a detection device, the following soil tank experiment was conducted. The used soil tank is as shown in FIG. 8, and the sand tank g was filled in the soil tank, and the antenna body d of the detection device was positioned therein. A vinyl chloride pipe h having a diameter of 2 inches was disposed horizontally at the lower part of the earth tub, and a steel pipe i having a diameter of 1 inch was inserted into the inside of the vinyl chloride pipe h. In such a state, first, the antenna body d is positioned in the pure sand soil so that the distance L between the steel pipe i and the steel pipe i is 50 cm, and then the antenna body d is placed in the pure sand soil in a direction approaching the steel pipe i. The steel pipe i was searched for in the manner described above by moving downward to a position where the distance L was 10 cm. As an example, each of the transmitting antenna Tx and the receiving antenna Rx was loaded with a resistor having a combined resistance value of 50Ω. The dielectric substrate was formed from a synthetic resin having a relative dielectric constant of 10, and the intermediate was formed by filling a rubber material having a dielectric constant of 3.
[0052]
The result shown in FIG. 9 was obtained by the soil tank experiment described above. FIG. 9A is search information obtained when the antenna body d of the example is moved until the distance L to the steel pipe i is changed from 50 cm to 10 cm, and is an image displayed on the display means of the detection device. It is. The vertical axis in FIG. 9A is the current wave arrival time axis, and the horizontal axis is the distance axis indicating the moving length from the uppermost surface of the antenna body d. In FIG. A black-and-white straight line Q1 extending upward indicates the radio wave arrival time from the steel pipe i, and the distance L to the steel pipe i is reduced by pushing the antenna body d into the pure sand soil little by little. Show. FIG. 9B shows the amplitude of the signal waveform cut out from the line L0 in FIG. 9A, that is, the point where the distance from the antenna body d to the steel pipe i is 30 cm. A high portion in the signal waveform in FIG. 9B corresponds to a white line in FIG. 9A, and a low portion in the signal waveform in FIG. 9B corresponds to a black line in FIG. 9A. From the experimental results shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), when the antenna body of the embodiment is used, a reception signal with a large amplitude can be obtained, whereby the steel pipe i can be detected with higher accuracy. found.
[0053]
For comparison, the above-described experiment similar to the example was performed by combining the antenna body of the comparative example with the detection device similar to the example. In the antenna body of the comparative example, each of the transmitting antenna and the receiving antenna was loaded with a resistor having a combined resistance value of 200Ω. The dielectric substrate was made of a glass epoxy resin having a relative dielectric constant of 3, and was not filled with an intermediate. When the antenna body of the comparative example was used, the experimental result shown in FIG. 10 was obtained.
FIG. 10 (a) is search information obtained when the antenna body d of the comparative example is moved until the distance L to the steel pipe i is changed from 50 cm to 10 cm, and is an image displayed on the display means of the detection device. This corresponds to FIG. 9A of the embodiment. Also in FIG. 10 (a), a black and white straight line Q2 extending obliquely upward toward the left indicates the steel pipe i, but the density difference is reduced compared to the black and white line Q1 in FIG. 9 (a). ing.
FIG. 10 (b) shows the amplitude of the signal L0 cut out from the line L0 in FIG. 10 (a), that is, the point where the distance from the antenna body d to the steel pipe i is 30 cm. This corresponds to FIG. 9B. Also in FIG. 10B, the high part in the signal waveform corresponds to the white line in FIG. 10A, and the low part corresponds to the black line in FIG.
9 (a) and (b) showing the experimental results of the example and FIGS. 10 (a) and (b) showing the experimental results of the comparative example, the antenna body d of the example is compared. The reflection intensity of the electromagnetic wave is larger than that of the example, and the amplitude (peak peak value) of the received signal isWhoCompareExampleIs about twice as large. Also, considering background noiseAn example isComparisonFor exampleIt can be seen that the S / N ratio is improved by about 10 dB. The S / N ratio is
It calculated | required by S / N = 20log (peak peak value) -20log (average value of a noise component).
[0054]
From the above experimental results, it was found that the use of the antenna body of the example can improve the S / N ratio and the underground concealment can be detected with higher accuracy than that of the comparative example.
[0055]
【The invention's effect】
Main departureClearlyAccording to the present invention, since the antenna body is constituted by a bow-tie antenna, and the combined resistance value of the plurality of resistors loaded on the antenna body is 20 to 100Ω, the antenna body is excavated by the combined resistance value and the propulsion body. The impedance value of the soil becomes substantially equal, and thereby the transmission efficiency and reception efficiency of electromagnetic waves between the antenna body and the soil can be increased.
[0056]
Also this departureClearlyAccording to the present invention, since the relative permittivity of the dielectric base of the antenna body is 5 to 81, the relative permittivity of the dielectric base and the relative permittivity of the soil excavated by the propulsion body are substantially equal. Reflection of electromagnetic waves at the boundary surface between soil and soil is suppressed, and electromagnetic waves can be transmitted efficiently.
[0057]
Also this departureClearlyAccording to this, since the relative permittivity of the dielectric substrate is 10 to 30, this relative permittivity is, for example, BenGWhen the soil is dug while squirting knight mud, the relative permittivity of the soil becomes substantially equal, and this can greatly suppress the reflection of electromagnetic waves at the boundary surface between the dielectric substrate and the soil.
[0058]
Also this departureClearlyAccording to the present invention, since an intermediate having a relative dielectric constant of 2 to 5 is interposed between the antenna housing and the antenna element, resonance of electromagnetic waves transmitted from the antenna element can be suppressed by this intermediate, A wide frequency band can be covered as an electromagnetic wave for detecting the medium concealment, and a wider band of electromagnetic waves to be transmitted and received can be achieved.
According to the present invention, since the electromagnetic shield member is provided between the intermediate body and the antenna housing, the noise component of the received signal can be reduced.
[0059]
Also this departureClearlyAccording to the present invention, since the transmission pulse generator is directly attached to the antenna housing, a cable for electrically connecting the transmission pulse generator and the antenna body can be substantially omitted. The noise component contained in the signal for detecting the underground concealment can be reduced.
[0060]
Further departureClearlyAccording to this, since the high-frequency amplifier is directly provided on the antenna housing, a cable for electrically connecting the high-frequency amplifier and the antenna body can be substantially omitted. Also, it is possible to reduce the noise component contained in the signal for detecting the underground concealment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of a propulsion body equipped with an embodiment of the underground concealment detection apparatus according to the present invention in cross section.
FIG. 2 is a block diagram schematically showing a detection device installed in the propulsion body of FIG. 1;
3 is a time chart showing various signals generated in various components of the detection apparatus of FIG. 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing an antenna body of the detection device of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a block diagram schematically showing another embodiment of the detection apparatus.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a soil tank for conducting a soil tank experiment.
FIG. 8 is a block diagram schematically showing a circuit configuration of a system using a detection apparatus to which an antenna body according to an embodiment is attached.
FIGS. 9 (a) and 9 (b) are diagrams showing the results of a soil tank experiment performed using the antenna body of the example, respectively.
FIGS. 10 (a) and 10 (b) are diagrams showing the results of a soil tank experiment performed using an antenna body of a comparative example, respectively.
[Explanation of symbols]
2 propulsion bodies
4 propulsion body
14 Antenna body
52 shotsShakevessel
54 Transmission pulse generator
56 Transmitting antenna
58 Receiving antenna
60 high frequency amplifier
62 Sampling means
64 Phase shift means
74 Signal processing means
76 Display means
82 Transmitting antenna body
84 Receiving antenna body
86 Antenna housing
92 Dielectric substrate
94 Antenna element
100,102 resistance
104 Intermediate
208 Transmitting antenna
210 Receiving antenna
Claims (4)
前記アンテナ体は、合成抵抗値が20〜100Ωの複数個の抵抗が装荷されるボータイ型のアンテナを有し、
前記アンテナは、比誘電率rが5≦r≦81である誘電体基盤と、この誘電体基盤の表面に設けられたアンテナエレメントとによって構成され、
開口部に前記誘電体基盤が設けられ、前記アンテナを収容するアンテナハウジングを有し、
前記アンテナハウジングと前記アンテナのアンテナエレメントとの間に、比誘電率rが2≦r≦5である材料から形成された中間体が介在され、この中間体と前記アンテナハウジングとに間に電磁シールド部材が設けられることを特徴とする地中隠蔽物の検出装置。An antenna body that is provided at the tip of a propulsion body that propels in the soil, transmits electromagnetic waves and receives electromagnetic waves reflected by the concealment, and a position where the concealment is buried by processing the received electromagnetic waves received by the antenna body In the underground concealment detection device comprising a signal processing means for detecting
The antenna body has a bow-tie antenna loaded with a plurality of resistors having a combined resistance value of 20 to 100Ω,
The antenna includes a dielectric substrate having a relative dielectric constant r of 5 ≦ r ≦ 81, and an antenna element provided on the surface of the dielectric substrate,
The dielectric base is provided in an opening, and has an antenna housing that houses the antenna,
An intermediate body made of a material having a relative permittivity r of 2 ≦ r ≦ 5 is interposed between the antenna housing and the antenna element of the antenna, and an electromagnetic shield is interposed between the intermediate body and the antenna housing. A device for detecting an underground concealment, wherein a member is provided .
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