JP3860824B2 - 媒体中誘電率の測定方法、並びに、電磁波探査機 - Google Patents
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Description
前記解析用信号を複数の時間範囲に区分し、
各時間範囲における解析用信号の平均周期に所定の演算を施すことによって、各時間範囲に対応する媒体の深度範囲における媒体の平均誘電率を算出することを特徴とする電磁波探査機における媒体中誘電率の測定方法である。かかる本発明の測定方法によれば、単一地点における反射波受信信号のみに基づき、その地点の媒体(地中など)の深度毎のおおよその誘電率を算出することができるので、熟練技術者でなくとも容易かつ迅速に媒体中誘電率を測定できる。
電磁波の伝搬する波形の全てのピーク位置を検知するステップと、
各ピーク位置間の各区間の時間幅を順次測定して、誘電率変化を次式
比誘電率 = (測定周期時間/基準周期時間)2 × 基準校正比誘電率
から求めるステップと、
を備えるものである。
本発明者らは、探査対象の深度毎の誘電率を受信波形中に観測し得る電磁波探査機において、探査に先だって比誘電率の校正を容易に行うことのできる電磁波探査機の比誘電率校正方法を開発している。
本発明者らは、距離変動に伴って生じる電磁波の位相のずれや振幅差の発生状況を測定・解析したところ、距離変動を伴って地中に突入した電磁波には位相のずれや振幅差は生じるものの、地中内部では略同一周波数(周期)で略同一減衰率を示しながら伝搬することを知見するとともに、この電磁波の反射波の受信信号についても同様の性質を有することを測定により知見している。
このアンテナは、送信部から出力されるインパルスを受けて電磁波を輻射する送信アンテナ素子をシールドケースに取り付けた構成とされており、送信アンテナ素子から輻射される電磁波の周波数を目的周波数と一致させるように目的周波数の波長に応じて送信アンテナ素子及びシールドケースの寸法を関係づけている。ここに、目的周波数とは電磁波レーダアンテナの設計に際して事前に定められる周波数のことであり、この目的周波数を輻射させるべくアンテナの寸法関係を定めるものである。
(探査機の受信回路の校正−比誘電率の校正)
次に、図22〜26の波形図、図5のブロック図、図32のフローチャートを参照して探査機1における受信信号処理動作を説明する。
(2) 送信アンテナTから電磁波を送出し、受信アンテナRで捕らえられ受信ユニット22で周波数変換された受信信号は信号処理ユニット5のアナログ回路部5bへ伝送される。アナログ回路部5bではデジタル処理を行う前置処理を行った後に受信信号などを中央処理ユニット6へ伝送する。中央処理ユニット6のデジタル回路部6aでは、受信信号(ここでは、解析用信号を意味する。)を所定時間内において512の等時間間隔で振幅をサンプリングし、サンプリングした振幅を12bit分解能でA/D変換したデジタルデータを初期受信信号E0として記憶保持する(図32ステップ100参照)。
(3) デジタル回路部6aでは、これまでに記憶した初期受信信号E0または受信信号Eのいずれかを基準信号E0として設定する。尚、探査開始時などにおいて初期受信信号E0だけが記憶されている状態では、初期受信信号E0を基準信号E0として設定する(図32ステップ102参照)。
(4) 引き続いて出力される電磁波の反射波を受信信号Eとして読み込み、デジタル回路部6aへ記憶する(図32ステップ103参照)。
(5) デジタル回路部6aで、受信信号Eの振幅に応じて振幅が所定レベル未満の場合は高振幅補正を選択し、振幅が所定レベル以上の場合は通常振幅補正を選択する(図32ステップ105〜107参照)。
(6) デジタル回路部6aで、基準信号E0の第2ピーク点P0と受信信号Eの第2ピーク点Pとの位相差φ0を検出し、第2ピーク点同士の位相を一致させるように、受信信号Eの位相を調整する(図32ステップ108参照)。
(7) 次いで、基準信号E0と受信信号Eとの第2ピーク点における振幅L0およびLを求め、ステップ106,107で選択された通常振幅補正または高振幅補正を含めた振幅補正を受信信号Eに対して行う。
則ち、(受信信号E)×(L0/L)×(通常または高振幅補正)の演算処理を行う(図32ステップ109参照)。
(8) デジタル回路部6aで、振幅補正の施された受信信号Eの基準信号E0に対する差信号成分を抽出し、抽出された差信号成分に基づいてBスコープ画像データを生成して表示部7で表示する(図32ステップ110,111参照)。
次に、上記電磁波探査機の応用例として、媒質中(地中)の深度毎の平均比誘電率を測定する方法を説明する。この比誘電率の測定方法は、次の(a)〜(d)のステップを有することができる。尚、これらステップは、中央処理ユニット6の演算手段6aに行わせることができ、その演算の基本データとしては、記憶手段6bに記憶されている解析用データ群からなる受信信号波形(解析用信号波形)を用いることができる。即ち、本実施例は、上記した校正された電磁波探査機1であって、信号処理部5によって位相振幅補正処理が施された解析用信号を用いて、誘電率測定を行うものである。
(b)上記各ピーク位置の伝搬速度を、正側ピークと零クロス点、負側ピークと零クロス点として、各区間の時間幅を順次時間測定し、伝搬周期の変化、即ち、誘電率変化を、次式
比誘電率 = (測定周期時間/基準周期時間)2 × 基準校正比誘電率
から求めるステップ(なお、この比誘電率は区間毎の平均値)。
(c)各区間の伝搬周期の検証を、他区間を信号成分を零にして周波数スペクトル解析し、その正規化を最大スペクトルの二乗和(直流成分を除く)により計算し卓越周波数を求めて、Δf=Δεrの相関を確認するステップ。
(d)各区間毎に求めた比誘電率をカラーバー分類して地層の深さ方向の誘電率分布図として表示装置に画面表示するステップ。
比誘電率εr=(2Δt/f0)2 × 12
によって算出される。
Claims (4)
- 単一地点で送信アンテナから電磁波を輻射して、その単一地点の反射波を受信アンテナで検知し、この単一地点での検知信号に基づいて解析用信号を生成して、該解析用信号を解析することにより探査対象媒質内の非破壊探査を行う媒体中誘電率の測定方法において、
前記解析用信号は、時間の経過とともに振幅が変化する交番波形を呈し、該波形の時間軸が媒体の深度に対応しており、
前記解析用信号を複数の時間範囲に区分し、
各時間範囲における解析用信号の平均周期に所定の演算を施すことによって、各時間範囲に対応する媒体の深度範囲における媒体の平均誘電率を算出する
ことを特徴とする電磁波探査機における媒体中誘電率の測定方法。 - 請求項1に記載の媒体中誘電率の測定方法において、
さらに、算出された各深度範囲の平均誘電率を色分けして媒体の深さ方向の誘電率分布図として表示装置に画面表示するステップを有することを特徴とする電磁波探査機における媒体中誘電率の測定方法。 - 電磁波を輻射する送信アンテナと、反射波を受信するための受信アンテナと、単一地点における前記受信アンテナの検知信号に基づいて解析用信号を生成する受信信号処理部と、単一地点における前記解析用信号に基づいて所定の解析処理を行う解析処理部とを備え、前記解析用信号は、時間の経過とともに振幅が変化する交番波形を呈し且つ前記時間軸が媒体の深度に対応している電磁波探査機において、
前記解析処理部は、前記解析用信号を複数の時間範囲に区分して各時間範囲における解析用信号の平均周期に所定の演算を施すことによって、各時間範囲に対応する媒体の深度範囲における媒体の平均誘電率を算出する媒体中誘電率算出手段を備えていることを特徴とする電磁波探査機。 - 請求項3に記載の電磁波探査機において、
さらに、算出された各深度範囲の平均誘電率を色分けして媒体の深さ方向の誘電率分布図として画面表示する表示装置を備えている電磁波探査機。
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