JP4542316B2 - 探査方法、磁場発生装置及び磁場検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＭ法（Electromagnetic Method；電磁法）により地盤の比抵抗等を測定して地質解釈のための探査を行う探査装置に関し、特に、その測定機器を車搭載して移動しながら探査を行う探査方法、磁場発生装置及び磁場検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地層等の地中構造を把握して地盤の地質解釈を行うための探査手法には、ＥＭ法やＭＴ法（Magnetotelluric Method；地磁気地電流法）などがある。ＥＭ法とは、被探査地盤に対向させた送信側のループコイルや長大線上ケーブルに電流を流して１次磁場を発生させ、これによって地中に生じる渦電流が作る２次磁場を受信側で観測して地盤の比抵抗等を測定する手法であり、ＭＴ法とは、地中で起こる電磁誘導現象により変動する電場と磁場を地面に接触させた電位斜度測定用の電位電極とアンテナで観測して地盤の比抵抗等を測定する手法である。
【０００３】
このうちのＥＭ法は、広義には電気と磁気の相互作用を利用した電気磁気探査法を総称するものであるが、磁場成分のみを測定する地面非接触型の手法であるという点で磁場成分と電場成分の双方を測定する地面接触型のＭＴ法とは区別される。そして、地面非接触型で測定位置の移動が容易であることから、ＥＭ法による探査技術は、送信側と受信側の機器を移動させつつ測定を行い、その移動範囲における地盤の比抵抗の分布を推定する場合に利用されている。
【０００４】
かかるＥＭ探査技術で従来より実用に供されているものとしては、送受信機器を直接測定者が移動させる人力運搬型のものやヘリコプターで釣支して移動させるヘリコプター曳航型のものがある。前者の人力運搬型のものは、ケーブルで接続された送信側ループコイルと受信側ループコイルをそれぞれ人手によって運搬し、受信側ループコイルにおける磁場を観測することによって２次磁場の同相成分と離相成分を得るものであり、簡易なＥＭ探査技術として古くから利用されている。一方、後者のヘリコプター曳航型のものは、送信機と受信機を搭載したブームをヘリコプターによって曳航し、被探査地盤の上空を移動させることによって空中から広範囲の測定を行うものであり、人が入り込むことが困難な山岳地帯等の大規模な探査に利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、震災や豪雨豪雪、トンネル崩落事故等の発生状況から、道路や各種建造物、河川堤防、ダムサイト等の安定度や耐震性等を調査することが要請されている。これらの調査を迅速かつ的確に行うためには、各所における地盤の地質、コンクリートや各種のり面の老朽化等、外観からの把握が困難な内部状況を比較的広範囲に亘ってできるだけ高い分解能で迅速に探査することができる非破壊計測技術が確立されなければならない。
【０００６】
これに対し、上述した従来における人力運搬型のＥＭ探査技術は、人間が送受信コイルを各測定点に移動させてその都度測定を行うものであるため、広範囲の探査を行うには膨大な時間がかかる。更に、一組の送受信コイルでは単一チャネルの周波数による特定深度の測定しかすることができないので、必要な分解能を得ることはできない。
【０００７】
一方、ヘリコプター曳航型の探査技術にあっては、空気抵抗を受けつつ送受信機の搭載ブームを特定の方向に保ち、均一にデータが得られるように曳航しなければならないので、移動速度をあまり遅くすることはできず、ある程度の高速で移動しながら測定を行う必要がある。このため、道路等の上記調査に利用しようとした場合には、測定位置の進行方向について必要に応じた高い分解能を確保することが困難であり、移動速度とデータ取得の処理速度との関係や送受信機と被探査地盤との距離等を考慮すると探査深度方向についても高い分解能を得ることは容易でない。
【０００８】
又、このようなことから上記調査にＭＴ法を利用しようとしても、地面接触型であることから測定機器の設置に手間がかかり、広範囲の測定には長時間を要する上にコストパフォーマンスも悪い。人工の電流ダイポールを電磁信号源とするＣＳＡＭＴ法（Controlled Source Audio-frequency ＭＴ法）によっても、上記調査で要求される比較的浅部（地表から１００ｍ程度まで）の測定精度はよくないのが通常である。このように、従来においては、近年その要請がより高まってきた道路や各種建造物等についての調査に適した探査技術は特にないという実情にあった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について、広範囲に亘って移動しながら連続的に探査をすることができると共に、その探査における測定を高い分解能で迅速に行うことができ、道路や各種建造物、河川堤防、ダムサイト等、種々の場所についての調査を適切に行うことを可能とするＥＭ探査技術を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信部及び受信部を有する磁場送受信機器を車両と一体に移動させつつ、前記送信部によって磁場を発生させると共にその磁場と誘導磁場との合成磁場を前記受信部によって検出し、前記磁場送受信機器で発生させた磁場と検出された合成磁場とに基づき、誘導磁場が発生した地盤の地質情報を求めることを特徴としている。
【００１１】
本発明は、磁場を発生させる送信部及びその磁場と誘導磁場との合成磁場を検出する受信部が取り付けられ、車両と一体に移動する磁場送受信手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受信手段で発生させた磁場と検出された合成磁場とに基づき、誘導磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明は、前記送信部は、所定の移動距離毎に、異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させ、前記受信部は、前記１次磁場とその２次磁場が合成された磁場を前記合成磁場として検出し、前記処理手段は、前記複数の周波数それぞれにつき、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分及び離相成分を逐次抽出する抽出手段と、その抽出手段によって抽出された同相成分及び離相成分と前記１次磁場とに基づき、前記移動距離毎の前記地盤の地質情報を逐次演算する演算手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
ここで、上記の車両搭載型探査装置において、前記演算手段は、前記周波数、前記１次磁場及び前記離相成分に基づき、前記地質情報の１つとして前記地盤の比抵抗を演算することとしてもよい。又、前記演算手段は、前記１次磁場、前記同相成分及び前記離相成分に基づき、前記地質情報の１つとして前記２次磁場の位相を演算することとしてもよい。
【００１４】
本発明は、上記の車両搭載型探査装置において、前記送信部は、前記車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離を前記移動距離として、当該距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることを特徴としている。
【００１５】
尚、上記の車両搭載型探査装置においては、前記処理手段が、求められた地質情報を逐次表示する表示手段を有することとしてもよい。
【００１６】
上記発明は、１次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場送受手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受手段で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における磁場発生装置であって、異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生する発生手段と、前記発生手段により発生された周波数信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から周波数信号が増幅された増幅信号を供給され、その増幅信号に応じて流れる送信電流によって前記１次磁場を発生させる送信コイルと、前記送信コイルと接続され、前記増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路と、支持支柱に取り付けられた前記磁場送受手段を車両の後方で地盤との間に間隔をおいて対向するように保持する支持機とを有することを特徴としている。
【００１７】
ここで、上記の磁場発生装置において、前記発生手段及び前記増幅手段は、前記処理手段に設けられ、前記送信コイル及び前記容量回路は、前記磁場送受手段に設けられていることとしてもよい。又、前記容量回路は、前記複数の周波数のそれぞれによって前記送信コイルと共に共振を起こす複数のコンデンサと、前記発生手段により順次発生される周波数信号の各周波数に応じて、前記複数のコンデンサのうちの当該各周波数で共振を起こすものを前記増幅手段の増幅信号出力側と前記送信コイルとの間に介挿接続する接続制御手段とを有することとしてもよい。この場合、前記複数のコンデンサは、一端が前記送信コイルと接続されており、前記接続制御手段は、前記複数のコンデンサそれぞれの他端と前記増幅信号出力側との間に設けられ、当該各周波数で共振を起こすコンデンサの他端を前記増幅信号出力側に接続する大電流高速型のスイッチであることとしてもよい。
又、上記の磁場発生装置においては、前記送信コイルが前記複数の周波数における各周波数帯用の複数のコイルを有するものとしてもよい。
【００１８】
本発明は、前記増幅手段は、増幅信号出力側に接続された定電流源を有することを特徴としている。
【００１９】
本発明は、前記発生手段は、水晶振動子を用いた発振回路と、前記発振回路の出力信号を、順次その周波数を分周し、前記複数の周波数の各周波数信号として順次出力する分周回路とを有することを特徴としている。
【００２０】
ここで、上記磁場発生装置において、前記増幅手段は、前記発生手段により発生された周波数信号を正波形の信号と負波形の信号とに分離してそれぞれを増幅し、前記送信コイル及び前記容量回路の両端電極間に印加供給することとしてもよい。又、それらの磁場発生装置においては、入力側が前記発生手段の周波数信号出力側と接続され、出力側が外部回路へ接続されたフォトカプラを更に有することとしてもよい。
【００２１】
本発明は、１次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場送受手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受手段で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における磁場検出装置であって、前記合成磁場を検出し、それに応じた受信信号を出力する検出手段と、前記検出手段から出力される受信信号を、前記１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とによって検波し、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出する検波手段とを有することを特徴としている。
【００２２】
本発明は、前記検出手段は、前記合成磁場を感知する受信コイルと、その感知電流に応じた信号を前記受信信号として出力する出力手段からなり、前記受信コイルとして、互いに直交する方向に配置された複数のコイルを有することを特徴としている。
【００２３】
ここで、上記のの磁場検出装置において、前記検出手段は、前記受信コイルとして、検出しようとする磁場に応じた各周波数帯域用の複数のコイルを有することとしてもよい。又、上記装置、或いは、ここにいう複数のコイルを有する磁場検出装置においては、前記検出手段が前記磁場送受手段に設けられ、前記検波手段が前記処理手段に設けられていることとしてもよい。
【００２４】
更に、以上の磁場検出装置においては、前記磁場送受手段で発生させている１次磁場を検出し、それに応じた信号を出力する１次磁場検出手段を更に有し、前記検波手段は、前記１次磁場検出手段から出力される信号を用いて前記１次磁場との同期検波信号を生成し、当該同期検波信号を前記１次磁場に応じた信号として用いることとしてもよい。この場合、前記１次磁場検出手段は、前記１次磁場が発生する箇所に設けられたコイルと、当該コイルを流れる電流中の前記１次磁場に対応する周波数帯の信号成分のみを出力するフィルタ回路とを有することとしてもよい。又、前記１次磁場検出手段から出力される信号に基づいて前記磁場送受手段で発生させた１次磁場の強度を求める１次磁場強度演算手段を更に有することとしてもよい。
【００２５】
本発明は、前記検波手段によって抽出された同相成分及び離相成分に基づき、前記合成磁場の前記１次磁場に対する位相差を求める位相差検出手段を更に有することを特徴としている。
【００２６】
本発明は、１次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場の送受信部と、前記車両に搭載され、前記送受信部で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における前記送受信部の支持構造であって、基端側が前記車両に連結され、伸縮により先端側の位置を移動させる第１の支持手段と、前記送受信部が取り付けられる支持手段であって、前記先端側に連結され、回転により前記送受信部の方向を変化させる第２の支持手段とを有することを特徴としている。
【００２７】
ここで、上記の送受信部の支持構造において、前記第１の支持手段は、それぞれ複数の柱状部材からなり、水平方向に伸縮可能な第１の支持支柱と、鉛直方向に伸縮可能な第２の支持支柱とを有することとしてもよい。又、前記第１の支持手段は、複数の柱状部材からなり、一端側が前記基端側として前記車両に連結された伸縮可能な第３の支持支柱と、前記柱状部材の所定部位を前記車両から移動可能に支持する支持機部とを有することとしてもよい。
【００２８】
本発明は、前記第２の支持手段は、互いに直交する３方向の各軸を中心として回転可能な回転部を有することを特徴としている。
【００２９】
ここで、以上の送受信部の支持構造において、前記車両搭載型探査装置は、異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生する発生手段と、前記発生手段により発生された周波数信号を増幅する増幅手段とが、前記処理手段に設けられ、前記増幅手段から周波数信号が増幅された増幅信号を供給され、その増幅信号に応じて流れる送信電流によって前記１次磁場を発生させる送信コイルと、前記送信コイルと接続され、前記増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路とが、前記送受信部に設けられている、磁場発生装置を有することとしてもよい。又、前記車両搭載型探査装置は、前記合成磁場を検出し、それに応じた受信信号を出力する検出手段が前記送受信部に設けられ、前記検出手段から出力される受信信号を、前記１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とによって検波し、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出する検波手段が前記処理手段に設けられている、磁場検出装置を有することとしてもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
＜構成＞１．全体構成以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による自動車搭載型ＥＭ探査システムの全体構成を示す図である。本システムは、道路や各種建造物等での調査における地盤地質探査を行うものであり、特に、地表から深度１００ｍ程度までの比較的浅部を探査対象として、地盤の比抵抗、２次磁場の位相、１次磁場と受信磁場との位相差等の地質情報を測定する。尚、本実施形態における磁場発生装置と磁場検出装置は、かかる本システムにおいて磁場の送信系と受信系を構成している部分に相当する。
【００３１】
図１において、１は本システムが搭載された自動車であり、この図ではその車体の一部分を透視して車内に設置された本システムの機器を示してある。２は多数の周波数の送信電流によって１次磁場を発生させる送信部と、磁場を受信してその強度を検出する受信部とが搭載された送受信ブームである。この送受信ブーム２は、図中紙面垂直方向の幅が自動車１内に収納可能な大きさ（１．５ｍ程度）の取付板に送信部と受信部が取り付けられたものとなっており、送信部の送信コイルと受信部の受信コイルが同幅方向に所定の間隔（ＥＭ法における送受信コイル間隔）を隔てて設置されている。
【００３２】
３は一端が送受信ブーム２に取り付けられ、他端が支持機４に支持された中空の支持支柱である。ここで、支持支柱３の送受信ブーム２との取付部は着脱可能な構造となっており、必要に応じて人力移動による測定を行うこともできるようになっている。
【００３３】
支持機４は、自動車１内に固設され、支持支柱３を所定の角度に支持する手段である。支持支柱３に取り付けられた送受信ブーム２は、この支持機４によって図示のように自動車１の後方で地盤と間隔を置いて対向するように保持され、自動車１と一体に安定した状態で移動するようになっている。
【００３４】
ここで、支持機４内には、送信ブーム２及び支持支柱３を伸縮ないし回転させる油圧や空気圧等による駆動力発生源が内蔵されており、送受信ブーム２の保持位置を適宜変更することができるようになっている。例えば、支持支柱３は、複数の支柱状部材が伸縮可能に連結され、送受信ブーム２側が柱軸を中心に回転可能で、かつ、支持機４側を支点として上下動可能な構造となっており、送受信ブーム２は、送信コイルと受信コイルの設置部がそれぞれ紙面垂直方向の軸を中心に回転可能な構造となっている。そして、支持支柱３内と送信ブーム２には、これらの各可動部分へ支持機４からの駆動力を伝達する伝達機構が設けられている。本システムでは、このような機械的構成により、自動車１の後方において送信コイルと受信コイルをそれぞれ任意の位置に移動させ、任意の方向に向けて、測定を行うことができるようになっている（このような送受信ブーム２の支持構造については、後に他の具体的な構成例や変形例等を挙げて詳述する。）。
【００３５】
又、支持支柱３と支持機４は、測定位置（送受信ブーム２の位置）を自動車１から遠ざけ、その車体による測定位置磁場への影響を低減する役割も兼ねている。更に、送受信ブーム２、支持支柱３及び支持機４は、ベークライトや木材、カーボンファイバ、ステンレス、真鍮等の磁場への影響が少ない部材によって構成されている。
【００３６】
５は送受信ブーム２とＥＭ送受信機６とを接続するケーブルであり、各種信号を伝達する複数の光ファイバや電極線等によって構成され、支持支柱３の中空部を貫通して自動車１内へ導入されている。送受信ブーム２の上記受信部等は、このケーブル５を介して、受信した磁場に応じた信号等をＥＭ送受信機６へ供給する。
【００３７】
ＥＭ送受信機６は、供給された受信磁場信号等から受信磁場の実数成分や虚数成分等を検出し、パーソナル・コンピュータ７へ出力する。又、送受信ブーム２（送信部）にて１次磁場を発生させるための上記送信電流は、このＥＭ送受信機６からケーブル５を介して供給される。パーソナル・コンピュータ７は、ＥＭ送受信機６から受けた各検出値に基づいて地盤の比抵抗と２次磁場の位相を算出し、その結果をディスプレイ表示すると共に所定の記憶装置に格納する。これらＥＭ送受信機６とパーソナル・コンピュータ７は図示のように自動車１内に搭載され、所定の支持台等により所定の位置に設置されて互いに接続されている。
【００３８】
以上のような全体構成により、自動車１を走行させつつ送受信ブーム２においてＥＭ法による磁場測定を行い、それと並行してＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７において測定磁場についての解析を行う。以下、これらの各部の構成について詳述する。
【００３９】
２．送受信ブーム２
図２は、送受信ブーム２を自動車１の後方からみたときの構成を示す図である（但し、この図は磁場の発生原理を説明するために構成を概念的に示したものとなっている。）。図示のように、送信部２Ａは、多周波高速送信機２１及び送信コイル２２によって構成され、受信部２Ｂは、受信磁場強度検出器２３及び受信コイル２４によって構成されている。
【００４０】
多周波高速送信機２１は、所定のコンデンサや切替回路等を具備しており、ＥＭ送受信機６から送信電流の供給を受け、それを所定の給電形態で送信コイル２２へ供給する。ここに、多周波高速送信機２１が具備するコンデンサは、送信コイル２２と接続された容量可変のキャパシタンスを構成しており、その容量を送信電流の周波数（測定を行うための磁場を発生させる電流の周波数。以下、この周波数を「測定周波数」といい、記号ｆで表す。）に応じて変化させ、共振作用によって増大された大電力の送信電流を送信コイル２２へ供給するものとなっている。
【００４１】
送信コイル２２は、多周波高速送信機２１から上述の送信電流を供給され、図示のように１次磁場ＨPを発生させる。これにより、地盤中には渦電流が生じて２次磁場が発生する。
【００４２】
この場合において、地盤中の鉱物や粘土、地下水等を図示の導体Ｃに見立てると、１次磁場ＨPによって導体Ｃの周りに渦電流Ｉcが発生し、それによって導体Ｃを通過する２次磁場ＨSが発生したものとみなすことができる。この２次磁場ＨSの位相は、誘導される渦電流が送信電流の位相よりも９０°遅れることから同様に９０°遅れ、更に大地の抵抗成分Ｒsとインタラクティブ成分Ｌsのためにtan-1（ωＬs／Ｒs）だけずれる（以下においては、この地盤の情報を含むずれの分の位相のみを特に２次磁場の位相といい、記号φで表すことにする。）。そして地盤中には３次、４次、…の磁場も順次発生していくが、地表上におけるそれらの磁場強度は極めて小さく、地表上で観測される磁場は事実上１次磁場ＨSと２次磁場ＨPの成分のみとなる。
【００４３】
ここで、送信コイル２２には、発生磁場を感知する図示せぬサーチコイルが添設されており、送信電流によって実際に発生している１次磁場ＨPに応じた電流を多周波高速送信機２１へ供給する。これにより、その電流中の不要なノイズ成分等を多周波高速送信機２１にて除去し、実際に送信（発生）している１次磁場の周波数と位相を有する信号を同期検波用信号としてＥＭ送受信機６へ供給するようになっている（尚、以上の多周波高速送信機２１と送信コイル２２については、後述する送信系構成の説明にて更に具体的なものを示す。）。
【００４４】
一方、受信磁場強度検出器２３は、増幅器やフィルタ回路等からなり、受信コイル２４を流れる受信電流を増幅して不要なノイズ成分等を除去し、受信磁場信号としてＥＭ送受信機６へ供給する。
【００４５】
受信コイル２４は、図中のＸ、Ｙ、Ｚ方向それぞれの方向に向けられた３つのコイル２４X、２４Y、２４Zからなる３次元磁場検出コイルで構成されており、自動車１の左右方向（Ｘ方向）、前後方向（Ｙ方向）、上下方向（Ｚ方向）等、あらゆる方向の磁場をそれぞれ検出し、各検出磁場強度に応じた電流を前記受信電流として受信磁場強度検出器２３へ供給する（従って、受信磁場強度検出器２３は３つの各コイル２４X、２４Y、２４Zに対してそれぞれ上記増幅器やフィルタ回路等を有し、各方向の受信磁場信号をそれぞれＥＭ送受信機６へ供給するものとなっている。）。
【００４６】
この受信コイル２４によって検出される磁場は、送信コイル２２で発生させた１次磁場ＨPと導体Ｃにおいて発生した２次磁場ＨSとを合成したものとなる。すなわち、受信磁場としては、１次磁場ＨPと２次磁場ＨSとの合成磁場が得られ、その強度に応じた信号が受信磁場信号としてＥＭ送受信機６へ供給されることになる。
【００４７】
ここで、受信コイル２４としては、測定周波数帯域中の高周波用と低周波用、或いは、高周波用と中間周波用と低周波用等のように、各測定周波数帯に対しての上記３次元磁場検出コイル（又は１次元若しくは２次元の磁場検出コイル等）を設け、使用する測定周波数に応じて適宜使い分けることとしてもよい。
【００４８】
その一例を図３に示す。この図は、高周波用、中間周波用及び低周波用の磁場検出コイルを設ける場合の例を示すものであり、図中のＣＯH、ＣＯM、ＣＯLがそれぞれ高周波用、中間周波用、低周波用の磁場検出コイルとなっている。各磁場検出コイルＣＯH、ＣＯM、ＣＯLは、フェライト磁心にコイルを巻いたもので構成されており、取付枠ＦＲに固定されている。取付枠ＦＲは、円板状等の所定形状の非磁性体部材で構成されており、これに図示のように各磁場検出コイルＣＯH、ＣＯM、ＣＯLが互いに離隔されて固設され、コイル間の相互干渉が防止されるようになっている。
【００４９】
この図３のような磁場検出コイルを使用する場合には、上記図２のコイル２４X、２４Y、２４Zとして（すなわち、互いに直交する各方向の磁場を検出するコイルとして）、それぞれ磁場検出コイルＣＯH、ＣＯM及びＣＯLの３つのコイルを設け、受信コイル２４全体としては計９個の磁場検出コイルを設ける。そして、いずれの磁場検出コイルで検出される磁場の信号を使用するかについては、測定周波数に応じて、受信磁場強度検出器２３、ＥＭ送受信機６又はパーソナル・コンピュータ７において適宜選択することにする。このようにすれば、良好な受信磁場信号を得てより正確な測定を行うことが可能となる。
【００５０】
３．ＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７
次に、ＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７の構成について説明する。図４は、本システムの自動車１内における機器の構成を示すブロック図である。この図に示すように、ＥＭ送受信機６は、受信磁場検波回路６１、磁場ベクトル・位相差検出回路６２及び送信電流供給回路６３によって構成され、パーソナル・コンピュータ７は、高速Ａ／Ｄ変換器７１、バッファメモリ７２、演算処理装置７３、記憶装置７４及びディスプレイ７５によって構成されている。
【００５１】
受信磁場検波回路６１は、上記受信磁場強度検出器２３からの受信磁場信号と多周波高速送信機２１からの同期検波用信号を受け、受信磁場信号中の実数成分と虚数成分を検波して磁場ベクトル・位相差検出回路６２へ出力する。ここにいう実数成分、虚数成分は、それぞれ、受信磁場中の１次磁場との同相成分、離相成分を表すものに相当し、受信磁場検波回路６１においては同期検波用信号によって実数成分を検波し、同期検波用信号の位相を９０°遅らせた信号によって虚数成分を検波する。又、受信磁場検波回路６１は、検波した実数成分及び虚数成分と共に、多周波高速送信機２１からの同期検波用信号も磁場ベクトル・位相差検出回路６２へ出力する。
【００５２】
磁場ベクトル・位相差検出回路６２は、受信磁場を表す磁場ベクトル及び１次磁場と受信磁場との位相差を検出し、パーソナル・コンピュータ７へ出力する。すなわち、受信磁場検波回路６１からの実数成分及び虚数成分をそれぞれアナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場ベクトルの実数成分値及び虚数成分値を表す受信磁場実数値ＨR及び受信磁場虚数値ＨIとして出力する。又、同実数成分及び虚数成分からなる信号と同期検波用信号との位相差をアナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場の１次磁場（送信電流）に対する位相差θとして出力する。
【００５３】
送信電流供給回路６３は、所定の発振回路や増幅回路、切替器（スイッチ回路）、周波数カウンタ、表示部等を具備し、複数の異なる測定周波数ｆの送信電流を送信コイル２２へ供給する回路である。この送信電流供給回路６３は、供給する送信電流の測定周波数ｆを高速で順次切り替え、多周波高速送信機２１を介して一定時間中に一定チャネル数の送信電流を送信コイル２２へ供給する送信動作を繰り返す。ここで、送信電流供給回路６３には、定電流安定化回路等も設けられており、その送信動作中の送信電流値が一定に保たれるようになっている。又、送信電流供給回路６３は、測定周波数ｆを示す信号を周波数識別用信号としてパーソナル・コンピュータ７へ供給すると共に、周波数カウンタで計数した測定周波数を適宜表示部に表示するようになっている。
【００５４】
尚、ＥＭ送受信機６又は自動車１内の他の箇所には、この送信電流供給回路６３と接続された送信電流の供給開始・停止指示スイッチが設けられており（図示略）、測定の開始と共に上記送信動作を開始させ、測定を終了するときにはこれを停止させることができるようになっている。但し、このような指示スイッチは、送受信ブーム２側（多周波高速送信機２１側）に設けたり、パーソナル・コンピュータ７の図示せぬキーボードの特定の操作に割り当てたりすることによって構成することとしてもよい。
【００５５】
更に、ＥＭ送受信機６においては、１次磁場強度値ＨPのアナログ電圧信号も生成し、パーソナル・コンピュータ７へ出力する。この１次磁場強度値ＨPの信号は、同期検波用信号を直流電圧に変換し、これに１次磁場校正係数を乗じることによって生成する。ここで、１次磁場校正係数は、上記サーチコイルから得られる同期検波用信号を１次磁場強度の値とするための乗算係数であり、大地の影響が無視できる高所の空中等、２次磁場がほとんど生じない場所で各周波数毎の１次磁場を発生させ、そのときの同期検波用信号を測定することによって予め求めておく。又、送信電流供給回路６３から出力される周波数識別用信号については、ＥＭ送受信機６において高速Ａ／Ｄ変換器７１への入力規格に準じたレベル変換のみを施してパーソナル・コンピュータ７へ出力する。尚、これら１次磁場強度値ＨP及び周波数識別用信号に係る処理を行う回路は、上記受信磁場検波回路６１、磁場ベクトル・位相差検出回路６２、送信電流供給回路６３のいずれに設けることとしてもよい（従って、この部分に関しての後述する磁場検出装置の構成は一つの例である。）。
【００５６】
高速A/D変換器７１は、パーソナル・コンピュータ７の外部入力端子に設けられたカード式A/D変換器などによって構成され、ＥＭ送受信機６からアナログ信号形式で出力される上記受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI、１次磁場強度値ＨP、位相差θ及び周波数識別用信号をディジタルデータに変換してバッファメモリ７２へ出力する。バッファメモリ７２は、高速A/D変換器７１からのディジタルデータを蓄積して演算処理装置７３の処理速度に応じて送出する。
【００５７】
演算処理装置７３は、上記各種ディジタルデータに基づいて地盤の比抵抗ρ及び２次磁場ＨSの位相φ等を算出し、記憶装置７４に格納すると共に、ディスプレイ７５に所定の態様で表示させる（詳細は後述）。又、演算処理装置７３は、その演算用汎用記憶領域等に現在位置を表す位置データを保持し、測定を行っている位置を把握できるものとなっている。この位置データについては、自動車１に速度検出器やＧＰＳ（Global Positioning System）等を搭載し、パーソナル・コンピュータ７で現在位置を把握して適宜更新することとしてもよいが、本実施形態では、測定開始時に初期位置に設定し、以後、自動車１の走行ないし時間の経過等に伴って順次インクリメントすることにより、順次移りゆく測定位置に対応する測定位置データｎ（ｎ＝１、２、３、…）を保持することにする。
【００５８】
記憶装置７４は、パーソナル・コンピュータ７の内部記憶装置又は外部記憶装置であり、ディスプレイ７５は、演算処理装置７３の制御のもとで所定の画面を表示するパーソナル・コンピュータ７の表示手段である。
【００５９】
尚、１０は自動車１に搭載されたバッテリであり、１１はＥＭ送受信機６の電源端子に接続された安定化電源回路である。ＥＭ送受信機６は、この安定化電源回路１１により各回路を動作させるための安定した直流電源を供給されるようになっている。又、１２はパーソナル・コンピュータ７の電源端子に接続されたＤＣ／ＡＣコンバータであり、これによってバッテリ１０の直流電圧が交流電圧に変換されてパーソナル・コンピュータ７の演算処理装置７３等へ供給される。
【００６０】
４．測定形態とその具体的構成例
以上が本システムの基本的な構成であるが、本システムでは更にいくつかの特有な測定形態を採用している。そこで、以下、本システムで用いるＥＭ法の測定原理について概説し、本システムにおける測定形態を具体的に明らかにすると共に、その測定形態の実施のための更に具体的な構成例を示すことにする。
【００６１】
（１）磁場からの比抵抗算出
今、送信コイル２２によって１次磁場ＨPを発生させ、受信コイル２４においてその１次磁場ＨPと２次磁場ＨSの合成磁場が受信されたとする。この場合において、１次磁場と２次磁場の比ＨS／ＨPは、次式によって表される。
【数１】
【数２】
【００６２】
ここで、数１は、送受信コイルが共に地表面に垂直の場合における比ＨS／ＨPを表し、例えば、送信コイル２２の中心軸を地表面と垂直にして図２に示した状態の受信コイル２４のコイル２４Zで磁場を受信する場合がこれに当たる。一方、数２は、送受信コイルが共に地表面に水平の場合における比ＨS／ＨPを表し、例えば、送信コイル２２の中心軸を地表面と平行（Ｙ方向）にして図２に示した状態の受信コイル２４のコイル２４Yで磁場を受信する場合がこれに当たる。
【００６３】
又、両式中、２次磁場ＨSは、１次磁場ＨPとの同相成分を実数部、離相成分を虚数部とする複素数であり、ｓは送信コイルと受信コイルとのコイル間隔（上記所定の間隔）であり、γは
【数３】
である。ここに、ｊは虚数単位、ωは測定角周波数で２π×測定周波数ｆ、μ0は真空の透磁率（４π×１０-7Ｈ／ｍ）、σは被測定地盤の電気伝導率（Ｓ／ｍ）である。被測定地盤の比抵抗ρ（Ω・ｍ）は、この電気伝導率σの逆数（１／σ）となる。
【００６４】
一方、地盤中の磁場強度は、深さ方向に対して指数関数的に減衰する。その指数関数ｅｘｐ（−αｄ）における深さｄの係数αは、次式によって与えられる。
【数４】
【００６５】
ここで、磁場強度が地表の１／ｅ（約３７％）になる深さは表皮深度（skin depth）と呼ばれ、探査深度を考える目安として用いられる。その深度δは、比抵抗ρを用いると次式によって表される。
【数５】
【００６６】
そして、上記数１及び数２におけるγｓは、コイル間隔ｓと表皮深度δとの比ｓ／δにより、
【数６】
で与えられる。
【００６７】
このγｓが１より十分に小さい場合、数１及び数２は、共に次式によって表すことができる。
【数７】
【００６８】
測定周波数ｆを高くした場合やコイル間隔ｓを大きくした場合には、γｓが１に近づいて数７の式は成立しなくなる。これに対し、本システムでは、測定周波数ｆを数ＫＨ〜数百ＫＨ程度、コイル間隔ｓを１ｍ程度とし、数７の式が成立する範囲で測定を行うようにする。この場合、電気伝導率σは、
【数８】
で表される。ここに、ＨSIは２次磁場ＨSの離相成分（虚数部）である。
【００６９】
従って、被測定地盤の比抵抗ρは、数８のσの逆数１／σを計算することによって算出することができる。尚、数７の式が成立しない範囲については、数１若しくは数２の式に基づいて演算を行うこととすればよい。
【００７０】
（２）受信磁場と２次磁場の関係以上のようにして被測定地盤の比抵抗ρを求めることができるが、上述したように受信コイル２４で受信されるのは１次磁場ＨPと２次磁場ＨSの合成磁場であり、２次磁場ＨSは１次磁場ＨPよりも位相が９０°＋φだけずれている。
【００７１】
それらの磁場の関係を図５に示す。この磁場ベクトル図に示すような合成磁場Ｈが正しく受信され、その同相成分と離相成分が正しく検波されないと２次磁場ＨSは得られない。そこで、本システムにおいては、大地の影響が無視できる高所の空中等、２次磁場ＨSがほとんど生じない場所で各周波数毎の１次磁場ＨPを発生させ、そのときの受信磁場が同相成分１００％、離相成分０％となるように、すなわち、１次磁場ＨPが１００％同相で検出されるように、予め上記受信磁場強度検出器２３及び受信コイル２４の機器校正をしておき、２次磁場ＨSが発生したときには図示の合成磁場Ｈが正しく受信されるようにしておく。
【００７２】
これにより、上記受信磁場検波回路６１での検波と磁場ベクトル・位相差検出回路６２での磁場ベクトル検出においては、図５に示す合成磁場Ｈの各成分の大きさが上記受信磁場実数値ＨR及び受信磁場虚数値ＨIとして得られ、パーソナル・コンピュータ７へ出力されることになる。そして、図５からもわかるように、受信磁場虚数値ＨIは２次磁場ＨSの上記離相成分ＨSIに相当するので、被測定地盤の比抵抗ρは、
【数９】
によって算出することができることになる。
【００７３】
又、２次磁場の位相φについては、２次磁場ＨSの同相成分が１次磁場強度値ＨP−受信磁場実数値ＨRに相当するので、
【数１０】
によって算出することができる。
【００７４】
尚、合成磁場Ｈの同相成分と離相成分は、合成磁場Ｈと送信電流との位相差θを位相検出器によって測定しておき、２次磁場ＨSの大きさを
【数１１】
として求めることによっても算出することができる。但し、この場合の１次磁場強度値ＨPは、上記同様の高所等で予め各周波数毎に測定した値を用いる必要がある。
【００７５】
ここで、位相差θについては、本システムでは上記磁場ベクトル・位相差検出回路６２にて検出し、それ自体を単独で地質情報の１つとして取り扱う。この位相差θは、その変化が小さいほど地盤が均質であり、逆に大きいほど地盤が不均質であることを表す。
【００７６】
（３）測定周波数の選択次に、本システムにおける測定周波数ｆの形態について説明する。探査深度の目安は上記数５の式で表される表皮深度δを基準として考えることができるが、測定周波数ｆはこれを決定する要素となっている。数５の表皮深度δによれば、測定周波数ｆが高いと探査深度は浅くなることが分かる。これは、測定周波数が高くなるほど地中でのエネルギー損失が大きくなり、深部までは電磁波が透過しにくくなるためである。又、探査深度は地盤の比抵抗ρの大小によっても変化し、比抵抗が小さい地盤ほど電磁波が透過しにくくなって探査深度は浅くなる。
【００７７】
従って、地表付近をできるだけ高い分解能で精度よく探査するために、探査システム側に要求されることは、より高い測定周波数をより細かいピッチで多く使用することである。しかし、一般に高周波になるほど送信機や受信機の設計は困難となる。更に、高周波信号を使用する場合には、他の電波に対する電波障害を避けることも考慮しなければならない。
【００７８】
このようなことから本システムにおいては、測定周波数ｆの上限を４００ＫＨｚ以下で選定することにする。この場合、上限測定周波数を例えば３００ＫＨｚにとると、数５より比抵抗１００Ω・ｍの地盤では最浅表皮深度は９．２ｍ、１０Ω・ｍの地盤では最浅表皮深度は２．９ｍとなり、浅部の探査にも充分対応することができる。
【００７９】
又、測定周波数ｆを１０ＫＨｚとすると、比抵抗１００Ω・ｍの地盤では表皮深度は５０ｍ、１Ω・ｍの地盤では５ｍとなる。更に、測定周波数ｆを１ＫＨｚに下げると、比抵抗１００Ω・ｍの地盤では表皮深度は１６０ｍ、１Ω・ｍの地盤では１６ｍとなる。従って、平均比抵抗１０Ω・ｍ程度の低比抵抗地盤から平均比抵抗１０００Ω・ｍ程度の高比抵抗地盤に対しては、測定周波数を数ＫＨｚにすれば１００ｍ台の深度を探査することができる。そこで、地表から１００ｍ程度の深度を探査対象とする本システムとしては、測定周波数ｆの下限を１ＫＨｚ以上で選定することにする。
【００８０】
すなわち、本システムにおいては、測定周波数ｆを１ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲で複数選択し、その複数の周波数の送信電流を多周波高速送信機２１で生成して順次送信コイル２２へ供給することにする。そして実際には、測定周波数ｆ毎に得られた比抵抗ρをもとに層状地盤を仮定した１次元解析法により深度方向の真の比抵抗分布に割り戻す処理を行うが（詳細は後述）、通常、この処理によれば表皮深度δよりも細かい地層分解ができるので、数１００ＫＨｚ帯の測定周波数でおよそ０．５ｍ〜１ｍ程度の地層分解が期待できる。但し、測定周波数ｆのピッチはできるだけ細かくする必要がある。
【００８１】
以上の考察を踏まえ、本システムで使用する測定周波数ｆの一例を示すと次のようになる。
Ａ系列（ＫＨｚ）： 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 の８チャネルＢ系列（ＫＨｚ）： 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384 の８チャネル
【００８２】
このように、数ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚまでの周波数を用意すると共に、Ａ系列の各チャネル間をＢ系列の各チャネルで埋めるようにして測定周波数間のピッチを細かくする。これにより、例えば地盤の比抵抗ρが１０Ω・ｍであれば、表皮深度δはｆ＝２５６ＫＨｚで３．１ｍ、ｆ＝３８４ＫＨｚで２．６ｍとなり、０．５ｍ程度の地質分解能が期待できる。又、比抵抗１０００Ω・ｍ程度の高比抵抗地盤では、最大深度３００ｍ程度までの測定を行うこともできることになる。
【００８３】
本実施形態では、上記Ａ、Ｂ両系列の１６チャネルを使用するものとして以下の話を進める。但し、実際の測定で使用する測定周波数ｆは、Ａ系列若しくはＢ系列のいずれかの８チャネルのみとしてもよく、Ａ系列のみ若しくはＢ系列のみ又はＡ及びＢの両系列をボタン操作等によって選択できるようにしておき、要求される地質分解能に応じて適宜選択することとしてよい。
【００８４】
（４）測定周波数毎の送信
本システムにおいては自動車１を走行させながら測定を行うので、自動車１の走行速度と上記１６チャネルの送信電流を送信コイル２２へ供給するタイミングに応じて地質分解能が変わる。本実施形態では、自動車１を時速２０Ｋｍ（秒速約５．６ｍ）で走行させ、１秒間で１６チャネルの周波数すべてによる送信を行うことにする。この場合、１チャネル当たりの送受信及び演算処理の時間は６２．５ｍsecとなり、走行方向については５．６ｍ毎の平均的な地質情報を探査することになる。
【００８５】
従って、上記多周波高速送信機２１及び送信電流供給回路６３としては、６２．５ｍsec毎に送信電流の周波数を順次切り替え、１秒間に２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、６ＫＨｚ、…、１２８ＫＨｚ、１９２ＫＨｚ、２５６ＫＨｚ、３８４ＫＨｚというＡ系列及びＢ系列の１６チャネルの送信電流を順次送信コイル２２へ供給するものを用いる。又、上記受信磁場強度検出器２３、受信コイル２４、受信磁場検波回路６１及び磁場ベクトル・位相差検出回路６２については、かかる送信電流による測定周波数ｆの変化に追従する高速動作回路によって構成することにする。尚、これらの送受信器機は、既存の回路素子によって充分製造可能であり、市場に流通している安価な製品によって構成することも、不可能ではない。
【００８６】
一方、上記高速Ａ／Ｄ変換器７１としては、６２．５ｍsec毎に入力信号をサンプリングしてＡ／Ｄを行うものを用いる。そして、上記バッファメモリ７２ではかかる高速Ａ／Ｄ変換器７１から６２．５ｍsec毎に供給されるディジタルデータを適宜蓄積して演算処理装置７３へ送出することとし、上記演算処理装置７３としては、少なくとも後述する１６チャネルすべてについての演算処理を１秒間で完了することができる処理能力を有するものを用いることにする。尚、これらの器機についても既存のパーソナル・コンピュータやその周辺機器によって製造することが可能である。
【００８７】
すなわち、本システムは、自動車１と共に送受信ブーム２を移動させるものとなっているので、この時速２０Ｋｍ等のような数１０Ｋｍ程度の低速度によって測定位置を安定した状態で定速移動させることができ、これによって実際に製造可能な機器で高い分解能の地質情報が得られる測定を可能としているのである。換言すれば、本システムにおいては、自動車１の走行速度を任意に選定し、それによって測定位置の移動速度を適宜決定することができるので、実現可能な機器によって必要とされる分解能を得ることができるように、送信部２Ａ、受信部２Ｂ、ケーブル５、ＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７の構成と自動車１の走行速度とを決定しているのである。
【００８８】
（５）磁場の送信系
ここで、以上のような本システムにおける磁場の送信系、すなわち、本実施形態における磁場発生装置について詳述し、その具体的な構成を明らかにする。図６は、同磁場発生装置の構成を示すブロック図である。この図においては、上述した各構成要素に対応するものを同一符号で示してある。
【００８９】
図示のように、送受信ブーム２側の多周波高速送信機２１は、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16及び給電切替スイッチ２１SW等によって構成されている。そして、ケーブル５中の信号線である送信電流供給線５a、５b及びスイッチ制御線５cによって自動車１内（ＥＭ送受信機６内）の送信電流供給回路６３と接続されている。
【００９０】
共振用スイッチＳＷ1、ＳＷ2、…、ＳＷ16は、それぞれ一端側が送信電流供給線５aと接続され、他端側が共振用コンデンサＣ1、Ｃ2、…、Ｃ16と接続された大電流高速型のリレースイッチであり、スイッチ制御線５cを介して供給される制御信号（後述）によってオン／オフが制御される。共振用コンデンサＣ1、Ｃ2、…、Ｃ16は、それぞれ給電切替スイッチ２１SWを介して送信コイル２２と接続され、共振用スイッチＳＷ1、ＳＷ2、…、ＳＷ16がオンして送信電流供給回路６３から上記２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、…、３８４ＫＨｚの各チャネルの信号電圧が印加されるときに、送信コイル２２と共に共振を起こす容量をもつものとなっている。これらの共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16としては、各チャネルの信号電圧によって安定した大きな送信電流が流れるようにするために、温度変化がなく、かつ、耐電圧が大きい高圧用のものを用いるようにする。
【００９１】
給電切替スイッチ２１SWは、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16と送信コイル２２との間に介挿された３端子スイッチであり、これもスイッチ制御線５cを介して供給される制御信号によって接続状態が制御される。送信コイル２２としては、上記受信コイル２４について述べたのと同様、高周波用と低周波用、或いは、高周波用と中間周波用と低周波用等のように、各周波数帯に対しての１次磁場発生用コイルを設け、測定周波数に応じて適宜使い分けることとしてよく、図６はその一例として高周波用送信コイル２２Hと低周波用送信コイル２２Lを設けた場合の構成を示しており、そのうちのいずれのコイルへ送信電流を供給するかを給電切替スイッチ２１SWが切り替えるようになっている。
【００９２】
すなわち、本磁場発生装置では、送信コイル２２として高周波用送信コイル２２Hと低周波用送信コイル２２Lが設けられており、それら双方の一端側が送信電流供給線５bと接続され、他端側がそれぞれ給電切替スイッチ２１SWの別々の端子に接続されている。そして、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16のオン／オフと給電切替スイッチ２１SWの接続状態に応じて、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16のいずれか１つと高周波用送信コイル２２H及び低周波用送信コイル２２Lのいずれか一方とが直列に接続され、送信電流供給線５a及び５bに印加される信号電圧によって直列共振するＬＣ回路が形成される構成となっている。
【００９３】
尚、ＳＣは送信コイル２２に添設された上述のサーチコイルであり、これを流れる電流が多周波高速送信機２１へ供給され、上記同期検波用信号となってＥＭ送受信機６内の受信磁場検波回路６１へ供給される（このサーチコイルＳＣに係る部分の構成については、後述する受信系の構成にて詳述する。）。
【００９４】
一方、送信電流供給回路６３は、局発回路６３LO、分周回路６３FD、周波数カウンタ６３FC、矩形波発生回路６３PG、フォトカプラ６３PC、周波数ディジタル変換回路６３DC、スイッチ制御回路６３SC、波形整形回路６３W1、６３W2、送信電流増幅回路６３AM、出力メータ６３OM及び定電流安定化回路６３REによって構成されている。
【００９５】
局発回路６３LOは、周波数１６．３８４ＭＨｚの高周波信号を発生させる局部発振器回路であり、その信号出力端子が分周回路６３FDへ接続されている。この局発回路６３LOは、水晶振動子ＱCを利用した水晶発振器で構成されており、精度の高い安定した周波数で発振し続けるものとなっている。
【００９６】
分周回路６３FDは、局発回路６３LOから出力された高周波信号を分周し、上記２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、…、３８４ＫＨｚの各測定周波数の信号を順次出力する周波数分割器回路であり、その分周出力端子が周波数カウンタ６３FC、フォトカプラ６３PC、周波数ディジタル変換回路６３DC、波形整形回路６３W1及び６３W2へとそれぞれ接続されている。ここで、分周回路６３FDの１周波数当たりの出力持続時間は６２．５ｍsecとなっており、１秒間で上記１６チャネルすべての測定周波数信号を順次出力し、毎秒その出力動作を繰り返して前記各回路へ測定周波数信号を供給するようになっている。
【００９７】
周波数カウンタ６３FCは、分周回路６３FDから順次出力される各測定周波数信号の周波数を計数するカウンタである。矩形波発生回路６３PGは、矩形波を発生させてそのパルス信号を出力する回路であり、周波数カウンタ６３FCのカウントパルス入力端子へ接続されている。この矩形波発生回路６３PGには発生矩形波の周波数を調整する可変抵抗ＲVが設けられており、周波数カウンタ６３FCはこれによって適宜周波数調整されたパルス信号に従って計数動作を行い、計数した周波数を所定の表示部へ供給して表示させる。
【００９８】
フォトカプラ６３PCは、測定周波数信号を周波数識別用信号に変換してパーソナル・コンピュータ７へ伝送する電気信号経路中に介挿されたもので、入力側が分周回路６３FDと接続され、出力側が送信電流供給回路６３外の回路へと接続されている。これにより、受信系（受信磁場検波回路６１及び磁場ベクトル・位相差検出回路６２等）やその他の周辺回路から送信電流供給回路６３へのノイズ電流が遮断され、送信電流供給回路６３内の精確な回路動作が確保されるようになっている。尚、フォトカプラ６３PCを介した測定周波数信号は、ＥＭ送受信機６内の図示せぬ周波数カウンタ等によって測定周波数値を精密に示す周波数識別用信号に変換され、パーソナル・コンピュータ７へと供給される。
【００９９】
周波数ディジタル変換回路６３DCは、測定周波数信号を対応するチャネルのディジタル信号に変換する回路であり、スイッチ制御回路６３SCと接続されている。ここにいうディジタル信号は、上記１６チャネルの測定周波数のいずれかを特定する信号であり、例えば、４ビットのディジタルデータによって１６のチャネルを表すものとなっている。かかるディジタル信号を用い、周波数ディジタル変換回路６３DCは、分周回路６３FDから順次出力される各測定周波数信号に基づいてその周波数が該当する上記１６チャネルのうちのいずれかのチャネルを示すディジタル信号をスイッチ制御回路６３SCへ供給する。
【０１００】
スイッチ制御回路６３SCは、スイッチ制御線５cに接続されており、周波数ディジタル変換回路６３DCからのディジタル信号に基づいて上記制御信号を出力する。ここで、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16に対する制御信号としては、同ディジタル信号が示すチャネルの周波数で共振する共振用コンデンサに接続されたもののみをオンさせる信号を出力する。すなわち、同ディジタル信号の示すチャネルが２ＫＨｚであったときには共振用スイッチのＳＷ1のみをオンして他をオフする制御信号を、３ＫＨｚであったときには共振用スイッチのＳＷ2のみをオンして他をオフする制御信号を、…、３８４ＫＨｚであったときには共振用スイッチのＳＷ16のみをオンして他をオフする制御信号を、それぞれ出力する。
【０１０１】
又、給電切替スイッチ２１SWに対する制御信号としては、同ディジタル信号が示すチャネルの周波数の高低に応じて接続状態を変化させる信号を出力する。例えば、そのチャネル周波数が前半の８周波数（２ＫＨｚ〜２４ＫＨｚ）のときは低周波用送信コイル２２Lへ接続させ、後半の８周波数（３２ＫＨｚ〜３８４ＫＨｚ）のときは高周波用送信コイル２２Hへ接続させる制御信号を出力する。或いは、１００ＫＨｚ以下（２ＫＨｚ〜９６ＫＨｚ）のときは低周波用送信コイル２２Lへ接続させ、１００ＫＨｚ以上（１２８ＫＨｚ〜３８４ＫＨｚ）のときは高周波用送信コイル２２Hへ接続させる制御信号を出力したりする（この制御信号については、使用する測定周波数や各送信コイルの特性等に応じて適宜定める。）。
【０１０２】
波形整形回路６３W1、６３W2は、それぞれ正、負の電圧波形信号のみを通過させる回路であり、ＩＣインバータ等によって構成されている。これらの波形整形回路６３W1、６３W2は、それぞれ、出力側が送信電流増幅回路６３AMの入力側へ接続されており、分周回路６３FDから入力する測定周波数信号電圧の正波形、負波形のみを送信電流増幅回路６３AMへ入力する。
【０１０３】
送信電流増幅回路６３AMは、波形整形回路６３W1、６３W2からの正波形電圧、負波形電圧をそれぞれ増幅して出力し、測定周波数信号値を増幅した大きさの送信電流を出力側へ供給する出力回路である。すなわち、送信電流増幅回路６３AMは、その正波形側、負波形側の出力端子がそれぞれ送信電流供給線５a、５bと接続されており、共振用スイッチがオンしている共振用コンデンサと給電切替スイッチが接続している送信コイルに対して増幅した測定周波数信号電圧を印加し、それによって当該共振用コンデンサと送信コイルに共振を起こさせ、測定周波数信号値を増幅した大きな送信電流を供給する。尚、出力メータ６３OMは、その送信電流をモニタリングする計器であり、送信電流増幅回路６３AMの出力側に介挿されている。
【０１０４】
定電流安定化回路６３REは、上記安定化電源回路１１からの直流定電圧を駆動電圧源とし、安定した一定の電流を供給する定電流電源回路である。その電流供給端子は、一方が送信電流増幅回路６３AMの正波形側出力端子及び送信電流供給線５aと接続され、他方が送信電流増幅回路６３AMの負波形側出力端子及び送信電流供給線５bと接続されており、送信電流増幅回路６３AMが送信電流供給線５a、５b、共振用コンデンサＣ1ないしＣ16及び送信コイル２２へ供給する送信電流の振幅を一定に保持するようになっている。
【０１０５】
本磁場発生装置の構成は以上の通りであるが、上記構成においては、実際に磁場を発生させる磁場発生部（多周波高速送信機２１及び送信コイル２２）と、その磁場発生のための送信電流を生成・供給する電流生成部（送信電流供給回路６３）とを分離し、それぞれ送受信ブーム２側、自動車１内に搭載することとしている。
【０１０６】
すなわち、本システムでは、自動車１の車体による磁場への影響を避けるために、支持支柱３と支持機４によって送受信ブーム２を保持して自動車１から遠ざけることとしているので、送受信ブーム２の重量をできるだけ小さくする必要があり、その重量が大きいと支持支柱３をあまり長くすることができず、送受信ブーム２を自動車１から遠ざけることができなくなる。そこで、本磁場発生装置は、小型のコイルやコンデンサ等の軽量な材料だけで構成することのできる磁場発生部と、多くの回路素子を要する比較的重量の大きな電流生成部とに構成を分け、自動車１外の支持支柱３先端で保持する部分を小型で軽量な磁場発生部とし、これにより、車体による磁場への影響を避け得る位置まで支持支柱３を延長して送受信ブーム２を適切な測定位置で保持することができるようにしているのである。
【０１０７】
（６）磁場の受信系
次に、本システムにおける磁場の受信系、すなわち、本実施形態における磁場検出装置について詳述し、その具体的な構成を明らかにする。図７は、同磁場検出装置の構成を示すブロック図である。この図においては、上述した各構成要素に対応するものを同一符号で示し、左側から順に送受信ブーム２側、支持支柱３内（ケーブル５）、自動車１内（ＥＭ送受信機６）における磁場検出装置の構成要素に相当する部分を表してある。
【０１０８】
図中、“２１（一部）”とあるのは、多周波高速送信機２１における同期検波用信号を得るための構成部分（上記サーチコイルＳＣに係る部分の構成）のみを示したものである。この部分は、サーチコイルＳＣの一端がそれぞれ入力側に接続されたバンドパスフィルタ２１B1、２１B2、…、２１B16と、サーチコイルＳＣの他端が接続された基準電位電極２１Eとで構成されており、バンドパスフィルタ２１B1〜２１B16の出力側がまとめられてケーブル５中の１の信号線５dと接続されている。ここで、サーチコイルＳＣは、送信コイル２２の軸方向延長上で中心芯軸を共にする位置に設置されており、送信コイル２２で生じた磁場が鎖交してそれに応じた誘導電流が流れるようになっている。
【０１０９】
バンドパスフィルタ２１B1、２１B2、…、２１B16は、上記１６チャネルの測定周波数のうち、それぞれが互いに異なる１周波数の信号成分のみを通過させるフィルタとなっている。これらのフィルタにより、サーチコイルＳＣを流れる誘導電流中の測定周波数以外の成分が除去され、発生している１次磁場ＨPに対応する測定周波数と位相を有する信号が同期検波用信号となってケーブル５側へ供給される。
【０１１０】
受信磁場強度検出器２３は、受信コイル２４を構成するコイル２４X、２４Y、２４Zの一端が入力側に接続されたプリアンプ２３PX、２３PY、２３PZと、それらプリアンプの出力側が接続されたバンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZとを具備しており、バンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZの出力側がそれぞれケーブル５中の別々の信号線５eと接続されている。又、受信磁場強度検出器２３内には基準電位電極２３EX、２３EY、２３EZが設けられ、それぞれコイル２４X、２４Y、２４Zの他端が接続されている。
【０１１１】
プリアンプ２３PX、２３PY、２３PZは、地表面上で感知される合成磁場中の２次磁場成分（ＨS）が小さいことから、同合成磁場に応じてコイル２４X、２４Y、２４Zを流れる受信電流中の２次磁場相当成分が埋もれてしまわないように増幅作用をなす前置増幅器である。バンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZは、それぞれ上記１６チャネルの測定周波数の下限（２ＫＨｚ）から上限（３８４ＫＨｚ）までの周波数帯域における信号成分のみを通過させるフィルタである。これらのプリアンプとフィルタにより、コイル２４X、２４Y、２４Zを流れる受信電流が増幅されて測定周波数帯域以外の成分が除去され、各方向の受信電流値に対応する受信磁場信号となってケーブル５側へ供給される。
【０１１２】
尚、上述した図３の場合のように、コイル２４X、２４Y、２４Zとしてそれぞれに高周波用、中間周波用及び低周波用等の複数の磁場検出コイルを設ける場合にあっては、それらに応じた数のプリアンプとバンドパスフィルタを設ける。すなわち、受信磁場強度検出器２３に設けるプリアンプとしては、それぞれが接続される磁場検出コイルで検出しようとする高周波、中間周波又は低周波等の受信電流周波数帯域における特性が適切なもの（所望の定増幅利得で位相ずれがないものなど）を用いる。又、バンドパスフィルタとしては、それぞれがプリアンプを介して接続される磁場検出コイルで検出しようとする高周波、中間周波又は低周波等の受信電流周波数帯域の成分のみを通過させるフィルタを用いるようにする。
【０１１３】
一方、自動車１内のＥＭ送受信機６は、受信磁場検波回路６１がアンプ６１A、バッファ回路６１B、ＰＬＬ位相同期ループ６１PLL、位相制御回路６１PH、実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIで構成され、磁場ベクトル・位相差検出回路６２がフィールドテストデータ記憶部６２F、１次磁場校正係数読出回路６２R、ＤＣ変換回路６２DC、位相／電圧変換回路６２PV、受信磁場強度出力回路６２OR、位相出力回路６２OP及び１次磁場強度出力回路６２OTで構成されている。図７では省略してあるが、これらの構成要素のうち、アンプ６１A、実数成分同期検波回路６１DR、虚数成分同期検波回路６１DI、位相／電圧変換回路６２PV、受信磁場強度出力回路６２OR及び位相出力回路６２OPについては、コイル２４X、２４Y、２４Zからのそれぞれの方向の受信磁場信号に対するものが設けられている（但し、これらの構成要素は１組だけ設けることとし、所定の切替回路等を追加して時分割で動作させたり、適宜必要な１方向の受信磁場信号のみを処理することとしたりして、それぞれの方向の受信磁場信号の処理に共用する構成としてもよい。）。
【０１１４】
アンプ６１Aは、入力側が上記信号線５eと接続され、受信磁場強度検出器２３からの受信磁場信号を検波処理に適したレベルに増幅する。バッファ回路６１Bは、入力側が上記信号線５dと接続され、出力側がＰＬＬ位相同期ループ６１PLL及びＤＣ変換回路６２DCの入力側と接続されており、多周波高速送信機２１からの同期検波用信号の送出タイミングを受信磁場信号の回路内伝達遅延に応じて調整する。
【０１１５】
ＰＬＬ位相同期ループ６１PLLは、バッファ回路６１Bを介して入力する同期検波用信号から同じ周波数と位相を有する安定した検波信号を生成し、位相制御回路６１PHへ供給する。位相制御回路６１PHは、実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIと接続され、実数成分同期検波回路６１DRへは供給された検波信号（コサイン成分検波用信号）を出力し、虚数成分同期検波回路６１DIへは同検波信号の位相を９０°遅らせた信号（サイン成分検波用信号）を出力する。実数成分同期検波回路６１DR、虚数成分同期検波回路６１DIは、それぞれ位相制御回路６１PHからの信号によってアンプ６１Aを介して入力する受信磁場信号の同期検波を行う。これにより、受信磁場信号中の実数成分と虚数成分が検波され、磁場ベクトル・位相差検出回路６２へ出力される。
【０１１６】
フィールドテストデータ記憶部６２Fは、フィールドテスト（上述した高所の空中等での同期検波用信号測定）によって予め求めた各周波数毎の１次磁場校正係数が格納された記憶部である。１次磁場校正係数読出回路６２Rは、多周波高速送信機２１から供給されている同期検波用信号の測定周波数に対応する１次磁場校正係数をフィールドテストデータ記憶部６２Fから読み出し、ＤＣ変換回路６２DCへ出力する。尚、このような読出動作をさせるためには、読出アドレスを上記周波数識別用信号に基づいて制御したり、読出順序が測定周波数の使用順序に対応している読出回路を予め用意しておいたりすればよい。ＤＣ変換回路６２DCは、バッファ回路６１Bを介して入力する同期検波用信号を直流信号に変換し、それに１次磁場校正係数読出回路６２Rからの１次磁場校正係数を乗じて出力する。
【０１１７】
位相／電圧変換回路６２PVは、実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIと接続され、これらが出力する実数成分及び虚数成分によって示される受信磁場信号の位相を電圧信号に変換して出力する。
【０１１８】
受信磁場強度出力回路６２OR、位相出力回路６２OP及び１次磁場強度出力回路６２OTは、それぞれ出力側が上記高速Ａ／Ｄ変換器７１の入力端子と接続されている。そして、受信磁場強度出力回路６２ORは、入力側が実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIと接続され、これらが出力する実数成分及び虚数成分をそれぞれ高速Ａ／Ｄ変換器７１への入力規格に準じたアナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場実数値ＨR及び受信磁場虚数値ＨIとして出力する。位相出力回路６２OPは、入力側が位相／電圧変換回路６２PVと接続され、これが出力する位相の電圧信号を同アナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場の１次磁場に対する位相差θとして出力する。１次磁場強度出力回路６２OTは、入力側がＤＣ変換回路６２DCと接続され、これが出力する１次磁場校正係数を乗じられた上記直流信号を同アナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、１次磁場強度値ＨPとして出力する。
【０１１９】
本磁場検出装置の構成は以上の通りであるが、上記構成においては、磁場を受信・検出するための受信部分（受信磁場強度検出器２３や受信コイル２４等）と、検出された磁場から各種検出値のデータを得るためのデータ収集部分（受信磁場検波回路６１及び磁場ベクトル・位相差検出回路６２）とを分離し、それぞれ送受信ブーム２側、自動車１内に搭載することとしている。
【０１２０】
すなわち、本システムでは、上述したように送受信ブーム２の重量が大きいとこれを自動車１から遠ざけることができなくなるので、上記磁場発生装置同様、本磁場検出装置は、小型のコイル等の軽量な材料だけで構成することのできる受信部分と、多くの回路素子を要する比較的重量の大きなデータ収集部分とに構成を分け、自動車１外の支持支柱３先端で保持する部分を小型で軽量な受信部分とし、これにより、車体による磁場への影響を避け得る位置まで支持支柱３を延長して送受信ブーム２を適切な測定位置で保持することができるようにしている。
【０１２１】
又、本磁場検出装置と上記磁場発生装置は、このように送受信ブーム２側の構成を小型軽量化することにより、送受信ブーム２、支持支柱３及び支持機４を上述したようなベークライトや木材、カーボンファイバ、ステンレス、真鍮等の磁場への影響が少ない部材によって構成することも容易にしている。
【０１２２】
＜動作＞
次に、上記構成による本システムの測定動作について説明する。図８は、その測定動作の流れを示すフローチャートである。本システムは、電源を投入して各機器を起動させると共に、所望の測定場所の測定開始位置から自動車１を時速２０Ｋｍで走行させ、送信電流供給回路６３へ送信電流の供給開始指示をすることにより、図８に示す流れに従った測定を開始する。
【０１２３】
まず、送信電流供給回路６３が測定周波数信号の周波数を２ＫＨｚとし、初期の測定周波数（Ａ系列の第１チャネル）の送信電流を送信コイル２２へ供給する（ステップＳ1）。
【０１２４】
すなわち、局発回路６３LOが高周波信号を発振し始めると共に、分周回路６３FDがその発振出力を分周して最初の２ＫＨｚの測定周波数信号を出力し、それを受けた周波数ディジタル変換回路６３DCが測定周波数２ＫＨｚのチャネルを示すディジタル信号をスイッチ制御回路６３SCへ供給する。すると、そのディジタル信号を受けたスイッチ制御回路６３SCより、共振用スイッチのＳＷ1のみをオンしてＳＷ2〜ＳＷ16をオフする制御信号と給電切替スイッチ２１SWを低周波用送信コイル２２Lへ接続させる制御信号とがスイッチ制御線５cへ出力される。又、このとき同時に、波形整形回路６３W1、６３W2及び送信電流増幅回路６３AMによって当該測定周波数信号が増幅され、送信電流供給線５a及び５bに印加される。
【０１２５】
これにより、磁場発生部においては、共振用コンデンサＣ1と低周波用送信コイル２２Lとが直列に接続されると共に、増幅された２ＫＨｚの測定周波数信号が印加され、直列共振が生じて大きな送信電流が流れる。そして、低周波用送信コイル２２Lを流れるその送信電流により、測定周波数２ＫＨｚの場合の１次磁場ＨPが発生する。
【０１２６】
このようにして発生した１次磁場ＨPにより渦電流Ｉc、２次磁場ＨSが発生し、合成磁場Ｈが受信コイル２４のコイル２４X、２４Y、２４Zにてそれぞれ感知されることによって受信される。そして、それら受信磁場に応じた受信電流が受信磁場強度検出器２３にてプリアンプ２３PX、２３PY、２３PZにより増幅され、バンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZにより測定周波数帯域の信号成分のみからなる受信磁場信号とされて受信磁場検波回路６１へ供給される。
【０１２７】
又、発生した１次磁場ＨPがサーチコイルＳＣで感知され、その感知磁場を示す信号が多周波高速送信機２１内を介して同期検波用信号とされてＥＭ送受信機６へ供給される。すなわち、多周波高速送信機２１においては、サーチコイルＳＣで１次磁場ＨPが感知されてそれに応じた誘導電流が流れ、その誘導電流中の測定周波数以外の成分がバンドパスフィルタ２１B1〜２１B16により除去されてケーブル５側へ出力される。これにより、１次磁場ＨPに対応する測定周波数と位相を有する信号のみが同期検波用信号として受信磁場検波回路６１へ供給される。
【０１２８】
一方、送信電流供給回路６３内では同時に測定周波数信号がフォトカプラ６３PCを介して出力される。又、周波数カウンタ６３FCにより測定周波数信号の周波数が計数され、表示部に測定周波数（２ＫＨｚ）が表示される。
【０１２９】
続いてＥＭ送受信機６において、受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI、１次磁場強度値ＨP及び１次磁場ＨPと受信磁場Ｈとの位相差θを検出する処理が行われる（ステップＳ2）。すなわち、ＰＬＬ位相同期ループ６１PLLによりバッファ回路６１Bを介した同期検波用信号から検波信号が生成され、その検波信号が位相制御回路６１PHから実数成分同期検波回路６１DRへ出力されると共に、その位相を９０°遅らせた信号が虚数成分同期検波回路６１DIへ出力される。これにより、実数成分同期検波回路６１DRと虚数成分同期検波回路６１DIとでアンプ６１Aを介して入力されている受信磁場信号から実数成分と虚数成分とが検波され、受信磁場強度出力回路６２ORを介して受信磁場実数値ＨRと受信磁場虚数値ＨIとを示すアナログ信号に変換されて出力される。
【０１３０】
又、バッファ回路６１Bを介した同期検波用信号がＤＣ変換回路６２DCにて直流信号に変換され、１次磁場校正係数読出回路６２Rからの１次磁場校正係数を乗じられる。そして、１次磁場強度出力回路６２OTを介して１次磁場強度値ＨPを示すアナログ信号に変換されて出力される。更に、実数成分同期検波回路６１DRと虚数成分同期検波回路６１DIとで検波された実数成分と虚数成分とが示す位相が位相／電圧変換回路６２PVにて電圧信号に変換され、位相出力回路６２OPを介して位相差θを示すアナログ信号に変換されて出力される。
【０１３１】
このようにして上述した磁場検出装置により測定周波数２ＫＨｚの場合の受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI、１次磁場強度値ＨP及び位相差θが得られ、パーソナル・コンピュータ７へ出力される。
【０１３２】
尚、受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI及び位相差θを検出する上述の処理は、コイル２４X、２４Y及び２４Zで受信された各磁場についてそれぞれ同様に行われ、以下の処理もそれらの各磁場についてそれぞれ同様に行われる。又、ＥＭ送受信機６内では、上記フォトカプラ６３PCを介した測定周波数信号が周波数識別用信号に変換され、これも併せてパーソナル・コンピュータ７へ出力される。
【０１３３】
次に、上記各検出値等のアナログ信号が高速Ａ／Ｄ変換器７１でディジタルデータに変換される（ステップＳ3）。そして、それらのディジタルデータがバッファメモリ７２を介して演算処理装置７３へ供給され、比抵抗ρと２次磁場位相φを計算する処理が行われる（ステップＳ4）。ここで、演算処理装置７３は、供給された受信磁場虚数値ＨI及び１次磁場強度値ＨPと周波数識別用信号が示す２ＫＨｚの測定周波数ｆとを用い、上記数９によって比抵抗ρを算出する。又、供給された受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI及び１次磁場強度値ＨPを用い、上記数１０によって２次磁場位相φを算出する。
【０１３４】
続いて演算処理装置７３は、算出した比抵抗ρ及び２次磁場位相φを記憶装置７４に格納すると共にディスプレイ７５に表示させる（ステップＳ5）。このとき、演算処理装置７３は、比抵抗ρ及び２次磁場位相φを現在の測定位置における現在の測定周波数に対応するものとして、記憶装置７４の所定領域に書き込み、ディスプレイ７５の所定箇所に所定態様で表示させる。
【０１３５】
今、測定を開始して初期測定周波数による送受信を行ったところなので、上記測定位置データｎは初期値の１であり、測定周波数ｆは２ＫＨｚである。従って、記憶装置７４には、算出された比抵抗ρ及び２次磁場位相φが“ｎ＝１，ｆ＝２ＫＨｚ”に対応するものとして書き込まれ、ディスプレイ７５においては、それらの比抵抗ρ及び２次磁場位相φが“ｎ＝１，ｆ＝２ＫＨｚ”に対応する箇所に表示される。
【０１３６】
そのディスプレイ７５における表示形態は、例えば、図９に示すようなものとする。図９の表示形態においては、横方向のｎ軸に測定位置、縦方向のｆ軸に測定周波数（ＫＨｚ）を表し、それらの使用値線によって分割された各矩形領域に比抵抗や２次磁場位相をカラー区分して表示する。このようにした場合、上述の算出された比抵抗ρや２次磁場位相φは、それらの値に対応するものとして予め割り当てられた色により、図中の測定位置“ｎ＝１”，測定周波数“ｆ＝２ＫＨｚ”の対応矩形領域に表示される。ここで、測定周波数ｆは探査深度に対応するものとなるので、図９のような表示によれば地質構造を把握することが可能となる。
【０１３７】
尚、演算処理装置７３は、上記位相差θについても同様に記憶装置７４の所定領域に書き込み、必要に応じてディスプレイ７５の所定箇所に所定態様で表示させる。
【０１３８】
以上で測定周波数２ＫＨｚの場合の測定を完了し、次いで第２番目の測定周波数（Ｂ系列の第１チャネル）による測定に移る。すなわち、１６チャネルの全測定周波数については測定が完了していないので、本システムの測定動作はステップＳ6からＳ7へ進んで送信電流供給回路６３が送信電流の周波数を３ＫＨｚとし、測定周波数を切り替えて再びステップＳ2へ戻る（但し、このステップＳ7での測定周波数切替は、上記ステップＳ2での各検出値の取得後やステップＳ3〜Ｓ5でのパーソナル・コンピュータ７における処理動作中に並行して行うこととし、周波数切替に伴う過渡状態を早い時点で安定させて測定動作の高速化を図るようにしてもよい。）。
【０１３９】
ここでの測定周波数切替は、分周回路６３FDからの測定周波数信号が次の測定周波数に切り替わることによって行われる。すなわち、分周回路６３FDは、上記２ＫＨｚの測定周波数信号を出力し始めてから６２．５ｍsecの時間が経過すると、次の測定周波数である３ＫＨｚの測定周波数信号を出力し始める。そして上記同様、その測定周波数信号に応じたディジタル信号が周波数ディジタル変換回路６３DCからスイッチ制御回路６３SCへ供給され、共振用スイッチのＳＷ2のみをオンしてＳＷ1及びＳＷ3〜ＳＷ16をオフする制御信号等が出力されると共に、送信電流増幅回路６３AM等によって当該測定周波数信号が増幅され、送信電流供給線５a及び５bに印加される。
【０１４０】
これにより、共振用コンデンサＣ2と低周波用送信コイル２２Lとが直列に接続されると共に増幅された３ＫＨｚの測定周波数信号を印加され、共振が生じて大きな送信電流が流れ、測定周波数３ＫＨｚの場合の１次磁場ＨPが発生する。そして、渦電流Ｉc、２次磁場ＨSが発生して合成磁場Ｈ等が上記同様に受信系（上記磁場検出装置）によって受信、検波、検出等され、パーソナル・コンピュータ７によって比抵抗ρ及び２次磁場位相φの計算等が行われて（ステップＳ2〜Ｓ4）、それらの比抵抗ρ及び２次磁場位相φ等が記憶装置７４に“ｎ＝１，ｆ＝３ＫＨｚ”に対応するものとして書き込まれると共に、ディスプレイ７５における“ｎ＝１，ｆ＝３ＫＨｚ”に対応する箇所に表示される（ステップＳ5）。
【０１４１】
以後においても同様に、測定周波数ｆが４ＫＨｚ、６ＫＨｚ、８ＫＨｚ、…と順次切り替えられ、各測定周波数毎に上記ステップＳ2〜Ｓ5の動作が繰り返される。そして、上記初期測定周波数２ＫＨｚによる測定を開始してから１秒後に、最後の測定周波数３８４ＫＨｚによる測定が完了し、１６チャネルすべての測定周波数について比抵抗ρ、２次磁場位相φ及び位相差θが得られる。尚、スイッチ制御回路６３SCは、これらの測定の間で測定周波数が高い側の所定のチャネルとなったときに、給電切替スイッチ２１SWの接続状態を切り替える制御信号を出力して低周波用送信コイル２２Lに代えて高周波用送信コイル２２Hを共振用コンデンサに接続し、これに送信電流が供給されて送信動作が行われるようにする。
【０１４２】
一方、この間に自動車１は約５．６ｍ走行し、送受信ブーム２もそれと共に移動している。従って、記憶装置７４には、測定開始位置から５．６ｍまでの平均的な地質情報として、“ｎ＝１，ｆ＝２ＫＨｚ”〜“ｎ＝１，ｆ＝３８４ＫＨｚ”に対応する１６チャネル分の比抵抗等が蓄積され、ディスプレイ７５においては、それらの地質情報が“ｎ＝１”の“ｆ＝２ＫＨｚ”から“ｆ＝３８４ＫＨｚ”までの１６分割された矩形ライン領域に表示される。
【０１４３】
続いて、本システムの測定動作は次の測定位置についての測定に移る。すなわち、所望の測定位置すべてについて測定が完了していなければ、ステップＳ8からＳ9へ進んで演算処理装置７３が測定位置データｎをインクリメントする。その一方で、送信電流供給回路６３は再び送信電流の周波数を２ＫＨｚとし（分周回路６３FDが出力する測定周波数信号が２ＫＨｚに戻り）、初期測定周波数の送信電流が供給され始める（ステップＳ1）。これにより、以後、ステップＳ2〜Ｓ7の動作が上記同様に再び実行され、記憶装置７４には次の５．６ｍの平均的な地質情報として“ｎ＝２，ｆ＝２ＫＨｚ”〜“ｎ＝２，ｆ＝３８４ＫＨｚ”に対応する比抵抗等が蓄積され、ディスプレイ７５にはそれらの地質情報が“ｎ＝２”の“ｆ＝２ＫＨｚ”から“ｆ＝３８４ＫＨｚ”までのラインに表示される。
【０１４４】
このようにして測定位置データｎを順次インクリメントして測定を実施する動作が繰り返され、ｎ＝２、３、４、…の各測定位置における“ｆ＝２ＫＨｚ”〜“ｆ＝３８４ＫＨｚ”での各比抵抗等の地質情報が順次得られていく。
【０１４５】
この間、測定周波数ｆは、１秒間に１６回という高速で変化し続けており、かつ、そのそれぞれの測定周波数の送信電流としては、共振用コンデンサの共振作用によって大きな電流が供給されている。これに対し、本磁場発生装置では、波形整形回路６３W1、６３W2で測定周波数信号電圧を正波形、負波形に分け、それぞれを送信電流増幅回路６３AMで増幅している。すなわち、本磁場発生装置は、測定周波数周期の半周期毎に交互に送信電流を増幅供給することとしているので、かかる測定周波数の高速変化や大電流の供給に対しても過渡現象による波形のノッチング歪みを生じさせずに送信電流を供給し続けることができる。
【０１４６】
又、局発回路６３LOでは水晶振動子ＱCを利用し、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16としては温度変化のない高圧用コンデンサを用いているので、精度の高い発振周波数に基づく精確な測定周波数により、コンデンサの温度特性による影響を回避して位相ずれも抑えつつ、送信電流を供給し続けることができる。そして、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16には大電流高速型のリレースイッチを用いているので、高速な測定周波数変化に対応して逐次共振用コンデンサへの接続を制御し、大きな送信電流の周波数をその測定周波数変化に追従させることが可能となっている。更に、送信電流の供給源側に定電流安定化回路６３REを設けているので、送信電流振幅も一定に保たれるようになっており、かつ、送信電流供給回路６３からの測定周波数信号出力経路にフォトカプラ６３PCを設けているので、他の回路からのノイズ電流を遮断して精確な回路動作が確保されている。
【０１４７】
このような様々の工夫により、本システムにおいては、測定周波数ｆを高速で順次切り替えつつ常に安定した大きな送信電流を送信コイル２２へ供給し続けることができ、各測定位置での各測定周波数による測定が適切に行われていく。そして、所望の測定位置すべてについての測定が完了し、送信電流供給回路６３の送信動作やパーソナル・コンピュータ７の処理動作が停止されたり、自動車１が停車したりすると、本システムの測定動作は終了する。
【０１４８】
以上の測定動作により、記憶装置７４には、各測定位置における各測定周波数毎の比抵抗ρ、２次磁場位相φ及び位相差θが蓄積記憶され、ディスプレイ７５には、それらの値がカラー区分されて図９のような形態で表示される。従って、本システムによれば、約５．６ｍ毎の各種地質情報を連続的にリアルタイムで観察し、地質解釈を行うことができる。
【０１４９】
ここで、ディスプレイ７５の表示については、比抵抗ρ、２次磁場位相φ又は位相差θのうちのいずれかの地質情報を表示しておき、必要に応じて表示される地質情報を適宜切り替えることとしてもよい。例えば、図示せぬキーボードからの指示入力等に応じて演算処理装置７３が記憶装置７４に蓄積された地質情報を読み出し、表示中の地質情報に代えて他の地質情報をディスプレイ７５に表示させるようにする。この場合、地質情報は上記コイル２４X、２４Y、２４Zのそれぞれの受信磁場から得られているので、各コイル毎の地質情報についても同様に切替表示するようにしておく。このようにすれば、種々の方向からみた種々の地質情報を適宜切り替えて観察することが可能となり、地質解釈の便に供することができる。
【０１５０】
又、演算処理装置７３は、各測定位置の各測定周波数毎に得られた比抵抗から表皮深度を計算し、深度方向の真の比抵抗分布等を求める処理を行う。すなわち、各測定位置における各測定周波数について、上記数５の式における比抵抗ρに記憶装置７３に格納された値を代入し、表皮深度δを求める。次いで、各測定位置の地盤を層状地盤と仮定し、求めた表皮深度δに基づき、１次元解析法により比抵抗ρ、２次磁場位相φ及び位相差θを深度方向の真の比抵抗分布、２次磁場位相分布及び位相差分布に割り戻す。
【０１５１】
そして、それらの地質情報分布を図９同様にディスプレイ７５に表示する。この場合、横方向は測定位置、縦方向は深度を表すものとして地盤中の各箇所の比抵抗等をカラー区分表示する。これにより、ディスプレイ７５には、各種地質情報の実際の分布を表す断面トレース図が表示されることになる。
【０１５２】
ここで、本システムにおいては、２ＫＨｚ〜３８４ＫＨｚの範囲の周波数を測定周波数として使用しているので、地表面から１００ｍ程度までの深度における真の比抵抗分布等が得られることになる。そして、その比抵抗分布等は、前記範囲で１６の測定周波数を使用していることから、深度方向に１６分割された分解能の高いものとなり、地質解釈に極めて有効な情報を提供するものとなる。
【０１５３】
尚、パーソナル・コンピュータ７が処理速度の速いものである場合等、図８の測定動作の進行に余裕がある場合には、かかる真の地質情報分布を求める処理を上記測定動作中に並行して行い、測定中の地盤における実際の地質情報分布をリアルタイムで得、それを表示することにしてもよい。又、自動車１に速度検出器やＧＰＳ等を搭載して現在位置を把握することにすれば、測定位置を自動車１の走行軌跡長の絶対値によって表示することができ、実際の地質分布により近い表示をすることができる。
【０１５４】
上述したように本システムによれば、自動車１によって時速数１０ｋｍで移動しつつ地質情報を取得し、それらをリアルタイムで逐次表示していくので、道路等に沿って移動しながら連続的に探査を行うことができ、短時間で広範囲の地質情報を高い分解能で得ることができる。又、基本的には自動車１の運転者と機器の操作者の２名のみで測定を行うことができるので、地盤探査に要する人員とその労力を大幅に削減することができる。
【０１５５】
例えば、従来におけるＣＳＡＭＴ法や他の電気探査法においては、１Ｋｍを３〜４人で数１０ｍ毎に測定しようとすると、測定作業だけで６日程度かかり、その解析に更に２日程度かかる。これに対し、本システムによれば、自動車の走行軌跡上でより細かい間隔によって測定を行うことができる上に、上述した時速２０Ｋｍの場合では５分以内に約１８０点の測定位置で地質情報を得ることができ、かつ、それらを解析してリアルタイムで表示することもできる。
【０１５６】
＜送受信部の支持構造＞
次に、上記システムにおける送受信ブーム２の支持構造について、送信コイル２２と受信コイル２４を任意の位置で任意の方向に向けて保持するための具体的な構成例を説明する。尚、上記システムにおいては、上述したように送受信ブーム２を軽量化しているので、以下のような構成例の支持構造は容易に実現することができる。
【０１５７】
１．第１構成例
図１０は、その第１の構成例である支持構造を示す図である。又、図１１は図１０中のａ−ａ′部断面図、図１２は図１０中のｂ−ｂ′部断面図である。これらの図において、４０は断面工字状のステンレス柱からなる固定台座であり、ボルト等の固定手段によって自動車１内の後方部床面に図示のように固定されている。本支持構造は、この固定台座４０に以下の各構成要素が順次連結・結合された形となっており、以下の各構成要素もステンレスで構成されたものとなっている（但し、これは強度を重視した場合の材質であって、ベークライト、木材、カーボンファイバ又は真鍮等、磁界への影響が少ない他の材質を用いることを排する趣旨ではない。）。
【０１５８】
３１は断面小のものが順に内側へ収納されて重合している複数の水平スライド柱体からなるテレスコピック機構の水平方向スライド支柱である。本支持構造においては、それら複数の水平スライド柱体として、それぞれ下側長辺中央部が開口した矩形断面の外側水平スライド柱体３１aと内側水平スライド柱体３１bを有している（特に図１１参照）。断面大の外側水平スライド柱体３１aは、内部に内側水平スライド柱体３１bを挿入されてその外周を覆うようにこれを収納しており、断面小の内側水平スライド柱体３１bは、内部に固定台座４０の上板側を挿入されてこれを覆うように収納している。そして、外側水平スライド柱体３１aと内側水平スライド柱体３１bとをそれぞれ長手方向へスライドさせることにより自動車１後方へ最大２．５ｍ程度の範囲で伸縮可能な水平方向スライド支柱３１が構成されている。
【０１５９】
３２は外側水平スライド柱体３１aの先端側に固着（溶接等により固定）された台座取付部であり、図１０中の破線で示すように支柱取付台座３３の形状に合致した嵌挿溝を有している。支柱取付台座３３は、矩形台座板３３aの下面に断面Ｔ字状（又は逆Ｔ字状）の嵌挿部３３bが取り付けられたもので、その嵌挿部３３bを前記嵌挿溝へ差し込むことによって外側水平スライド柱体３１aの先端側に固定連結されるようになっている。
【０１６０】
３４は断面矩形状の中空ステンレス柱からなる垂直方向支持柱体であり、支柱取付台座３３の矩形台座板３３a上面に固着されている。３５は断面小のものが順に内側へ収納されて重合している複数の垂直スライド柱体からなるテレスコピック機構の垂直方向スライド支柱である。本支持構造においては、それら複数の垂直スライド柱体として、それぞれ自動車１後方側の長辺中央部が開口した矩形断面の外側垂直スライド柱体３５aと内側垂直スライド柱体３５bを有している（特に図１２参照）。断面大の外側垂直スライド柱体３５aは、内部に内側垂直スライド柱体３５bを挿入されてその外周を覆うようにこれを収納しており、断面小の内側垂直スライド柱体３５bは、内部に垂直方向支持柱体３４を挿入されてこれを覆うように収納している。そして、外側垂直スライド柱体３５aと内側垂直スライド柱体３５bとをそれぞれ長手方向へスライドさせることにより自動車１後方において鉛直方向に地面から最大２ｍ程度の範囲で伸縮可能な垂直方向スライド支柱３５が構成されている。
【０１６１】
ここで、外側垂直スライド柱体３５aの上端は閉口しており、その閉口板には中央に一端が固定された連結軸が突設され、これを介して円柱状支持部材３６が取り付けられている。この円柱状支持部材３６は、前記連結軸の他端側を回転自在に支持するベアリング等からなる軸受け部を内部に有し、これにより外側垂直スライド柱体３５a上の水平面内で鉛直方向を中心軸として回転可能に連結されている。又、円柱状支持部材３６には、外周面上に角度目盛が付されており（図示略）、その回転角度を読み取れるようになっている。
【０１６２】
３７は円柱状支持部材３６上に固着された直方体形状の上端取付部である。この上端取付部３７は、紙面垂直方向中央部に自動車１後方側へ延びた水平円柱体３８が取り付けられており、これを内部でベアリング等によって回転可能に支持している。水平円柱体３８は、先端に固定受板３９が固着されており、これを上端取付部３７から保持するものとなっている。尚、水平円柱体３８にも外周部分に角度目盛が付されており（図示略）、その回転角度を読み取れるようになっている。
【０１６３】
固定受板３９は、上端に蝶番３１０の一片が取り付けられ、これを介して可動受板３１１と連結された矩形板状の部材であり、紙面垂直方向の端面部に自動車１後方側へ延びた扇状部材３１２が垂直に取り付けられている。可動受板３１１は、中央にブーム側支持軸３１３が設けられた矩形板状の部材であり、上端が蝶番３１０の他片に取り付けられている。この可動受板３１１には、固定受板３９の前記端面部に相当する側に扇状部材３１２を固定する止めねじ（図示略）が設けられている。
【０１６４】
扇状部材３１２は、扇状板からなる部材であり、前記止めねじの挿通孔３１２aがその円弧部分に沿って帯状に設けられている。すなわち、前記止めねじを緩めると、蝶番３１０の軸を中心として可動受板３１１を挿通孔３１２aに沿って回転させることができ、前記止めねじを締めることによりその回転を制止して可動受板３１１を固定することができるようになっている。又、扇状部材３１２の円弧部分にも角度目盛が付されており（図示略）、これによって前記止めねじの変位角度を読み取り、可動受板３１１の回転角度を特定することができるようになっている。この場合において、可動受板３１１の回転角度範囲は任意であるが、本支持構造では蝶番式によって９０°強とし、可動受板３１１を図１０の鉛直状態（９０°）から水平状態（０°）にまで変化させることができるようにしている（他の回転部の回転角度範囲は特に制限はなく、３６０°回転可能になっている。）。
【０１６５】
ブーム側支持軸３１３は、ボルトとナット又は締め付けねじ等の機械的構造によってブーム台座枠３１４を回転可能に支持する軸である。ブーム台座枠３１４は、紙面垂直方向両縁部等にブーム着脱ねじ３１４aが設けられた板状の枠であり、図１０中に点線で示したように上記送受信ブーム２が取り付けられる。
【０１６６】
これにより、送受信ブーム２は、ブーム台座枠３１４に着脱可能であって、かつ、ブーム側支持軸３１３を中心として紙面垂直方向面内で適宜回転可能に保持され、水平方向及び垂直方向の伸縮部である水平方向スライド支柱３１及び垂直方向スライド支柱３５と、鉛直方向、自動車１の走行方向、幅方向及び可動受板３１１の垂線方向を中心軸とした回転部である円柱状支持部材３６、水平円柱体３８、可動受板３１１及びブーム台座枠３１４とによって、各方向への平行移動と回転移動が可能な状態に支持される。ここで、回転部の中心軸のうち、少なくとも３つは互いに直交しており、３次元の各方向へ回転可能なジャイロ機構を構成している（例えば、図１０の状態では、円柱状支持部材３６、水平円柱体３８及び可動受板３１１の回転中心軸は互いに直交している。）。
【０１６７】
尚、送受信ブーム２には、扇状部材３１２を通過させる切込部（ないし開口部）を適宜設けることにする。又、ブーム台座枠３１４にも外周部分に角度目盛を付し、その回転角度を読み取れるようにする。
【０１６８】
以上の構成において、水平方向スライド支柱３１及び垂直方向スライド支柱３５をそれぞれ伸縮させると共に、円柱状支持部材３６、水平円柱体３８、可動受板３１１及びブーム台座枠３１４をそれぞれ回転させる。これにより、例えば図１３に示すように、送受信ブーム２を自動車１から所望の位置とし、かつ、所望の方向にして、上述した測定動作を実行する。
【０１６９】
この場合の本支持構造における可動部（上記伸縮部及び回転部）の動作態様を図１４に示す。この図は、本支持構造を模式的に表して各可動部の動作態様を把握できるようにしたもので、図１０中に示した構成に対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１７０】
すなわち、送受信ブーム２の位置については、図１３及び図１４中の矢印▲１▼で示すように、外側水平スライド柱体３１aと内側水平スライド柱体３１bをスライドさせ、水平方向スライド支柱３１の長さを調節することによって水平方向位置を決定する。又、矢印▲２▼で示すように、外側垂直スライド柱体３５aと内側垂直スライド柱体３５bをスライドさせ、垂直方向スライド支柱３５の長さを調節することによって垂直方向位置を決定する。
【０１７１】
一方、送受信ブーム２の方向については、矢印▲３▼で示すように、円柱状支持部材３６を外側垂直スライド柱体３５a上で回転させ、その回転角度を調節することによって水平方向を決定する（３次元空間上の厳密な位置は、上記位置決定とこの水平方向決定によって決まる。）。又、矢印▲４▼で示すように、水平円柱体３８を回転させ、その回転角度を調節することによって横断面における垂直方向（長手方向の傾き具合）を決定する。そして、矢印▲５▼で示すように、蝶番３１０の軸を中心として可動受板３１１を回転させ、その回転角度を調節することによって縦断面における垂直方向（短手方向の傾き具合）を決定する。
【０１７２】
更に、ブーム側支持軸３１３を中心としてブーム台座枠３１４を回転させることによっては（図１３中の矢印▲６▼）、可動受板３１１を鉛直状態にしたときには垂直面内における送受信ブーム２の向きを決定し、可動受板３１１を水平状態にしたときには水平面内における送受信ブーム２の向きを決定する。
【０１７３】
本支持構造によれば、このようにして送受信ブーム２の位置と方向を任意に決定することができるので、自動車１に対して様々な位置及び方向にある地盤を探査することができる。例えば、送受信コイルとして上記送信コイル２２と受信コイル２４Zを用いることとした場合にあっては、円柱状支持部材３６、水平円柱体３８、可動受板３１１及びブーム台座枠３１４を回転させて送受信ブーム２の方向を定めることにより、送受信コイルの向きを図１５に示すように変化させることができる。
【０１７４】
図１５においては、各四角形線分と各円がそれぞれ送受信ブーム２と送受信コイルを模式的に表し、各矢印が送受信コイルの向きを表している。まず、上記図１０のように可動受板３１１を鉛直状態とすれば、送受信コイルを図１５中のＳＥ▲１▼で示す水平探査の向きにすることができる。又、上記図１３や図１４のように可動受板３１１を水平状態とすれば、送受信コイルをＳＥ▲２▼で示す垂直探査の向きにすることができる。
【０１７５】
更に、水平探査ＳＥ▲１▼の状態から水平円柱体３８又はブーム台座枠３１４を９０°回転させると共に、円柱状支持部材３６を９０°回転させると、送受信コイルをＳＥ▲３▼で示す自動車１の右側方探査の向きにすることができる。逆に、水平探査ＳＥ▲１▼の状態から水平円柱体３８又はブーム台座枠３１４を−９０°回転させると共に、円柱状支持部材３６を−９０°回転させると、送受信コイルをＳＥ▲４▼で示す自動車１の左側方探査の向きにすることができる。送受信コイルをこれらＳＥ▲３▼やＳＥ▲４▼のような向きとすることにより、自動車１の両側方にある斜面等の探査をすることも可能となる。
【０１７６】
そして、実際の探査では、図１６に示すような調査が必要な場所で自動車１を走行させて上記測定動作を実行する。図１６は、調査場所の一例を断面図で表したものであり、ＤＭはダム湖、ＭＬはその管理道路、ＭＳはダム湖ＤＭに面した山岳斜面である。この図に示すように、自動車１で管理道路ＭＬを走行しつつ、上記支持構造によって送受信ブーム２を適宜所望の位置と方向に合わせ、上記図８の測定動作手順に従って各種地質情報の測定を行う。
【０１７７】
この場合において、送受信ブーム２を送受信コイルが上記垂直探査ＳＥ▲２▼の向きとなる方向にすれば、図１６中ＳＲaで示す自動車１直下の地盤を探査することができる。又、その状態から水平円柱体３８を回転させて送受信ブーム２を傾けると、ＳＲbで示すダム湖ＤＭに沿った地盤を探査することができる。更に、それとは逆に水平円柱体３８を９０°強回転させて送受信ブーム２を自動車１の左斜め上に向けると、ＳＲcで示す山岳斜面ＭＳ内の地盤を探査することができる。
【０１７８】
本支持構造によれば、このようにして円弧矢印で示す探査範囲の地盤について測定を行うことができる。すなわち、同探査範囲の各種地質情報を得、それらを上述したようにディスプレイ表示することができるので、図示のような調査場所においても迅速かつ適切な地質解釈をすることが可能となる。
【０１７９】
尚、本支持構造の各構成要素は、固定台座４０が支持機４の一部構成要素に、水平方向スライド支柱３１〜ブーム台座枠３１４が支持支柱３の構成要素に、それぞれ対応する。又、本支持構造において、各可動部を動作させるには、自動車１内（上述の支持機４に相当する部分等）に油圧や空気圧等のような磁界への影響が少ない駆動力の発生源を設け、その駆動力を各構成要素内の中空部等を利用して伝達すればよい。或いは、可動受板３１１同様、他の各可動部にも伸縮ないし回転を制止する固定用ボルト等を設け、それらを緩めて人力により各可動部を適宜伸縮ないし回転させ、送受信ブーム２を所望の位置と方向になるように調整することとしてもよい。
【０１８０】
２．第２構成例
図１７は、送受信ブーム２の支持構造の第２構成例を示す図である。本支持構造を採用するに当たっては、上述のＥＭ探査システムを搭載する自動車として、図示のように荷台のある自動車１′を利用することにする。
【０１８１】
そして、その荷台の前方側に基台４０１を固定すると共に、後方側に伸縮支持機４０２を固定設置する。ここで、基台４０１は、クレーンアーム３０１の基端を回転自在に支持する支持手段である。又、伸縮支持機４０２は、トルクモータや油圧ないし空気圧等の駆動力発生源を内蔵し、その運転制御によって伸縮可能な支持アーム４０２aを有する支持機であり、支持アーム４０２aの荷台側を適宜方向変化可能に支持している。支持アーム４０２aの伸縮する先端側は、クレーンアーム３０１の基端柱体に回転自在に取り付けられている。
【０１８２】
クレーンアーム３０１は、断面小のものが順に内側へ収納されて重合している複数の支持柱体（長さ数ｍないし数十ｍの複数の柱体）からなる支持支柱である。このクレーンアーム３０１も構造的には上記水平方向スライド支柱３１や垂直方向スライド支柱３５と同様で伸縮可能なものとなっており、図示せぬトルクモータや油圧ないし空気圧発生源等によって伸縮状態を制御される。
【０１８３】
すなわち、本支持構造は、伸縮支持機４０２の支持アーム４０２aを伸ばすとクレーンアーム３０１が回転して（起き上がって）その先端位置が上昇し、クレーンアーム３０１を伸ばすと同先端位置が自動車１′後方へ移動すると共に更に上方へと上昇する、というクレーン車のような構成になっている。
【０１８４】
一方、３０２は、同先端位置に取り付けられ、図中の３つの矢印で示すように互いに直交する３方向に回転可能に送受信ブーム２を支持する回転支持部である。この回転支持部３０２は、支持台の３方向回転が可能なカメラ三脚の雲台等を利用して構成し、その支持台に送受信ブーム２を取り付けてこれを３方向トルクモータ等の駆動力発生手段により回転させることとして、３次元の各方向へ向けることができるジャイロ機構とする。
【０１８５】
このような構成において、支持アーム４０２aとクレーンアーム３０１とをそれぞれ伸縮させ、それらの長さを調整して回転支持部３０２に取り付けられた送受信ブーム２を地上数十ｍの所定の高さ位置で支持する（荷台着き自動車や送受信ブーム２の大きさ等を考えると、この場合の最大の高さは例えば３０ｍ程度とするのが適当である。）。そして、回転支持部３０２の各回転部を適宜回転させ、送受信ブーム２の方向を調整する。
【０１８６】
このようにして送受信ブーム２を所望の高さ位置とし、かつ、所望の方向にして、上記測定動作を実行する。これにより、図示のような山岳斜面等の高所における内部断面の各種地質情報が得られ、その探査を行うことができることになる。すなわち、本支持構造によれば、数十ｍの大規模な斜面等の高い位置にまで送受信コイルを移動させ、かつ、その移動後の位置でそれらのコイルを任意の方向に向けることができるので、通常では探査困難な箇所についても容易に探査を行うことが可能となる。
【０１８７】
尚、以上の実施形態によるＥＭ探査システムは、自動車によって移動するという駆動性から種々の場所での連続探査や集中探査に利用することができる。従って、具体的な用途としては、例えば次のようなものがある。
・盛土、切土、ブロック枠、吹き付け、コンクリート張り等ののり面の老朽化調査・河川堤防の漏水調査・コンクリート及びモルタル吹き付けのり面の老朽化調査・造成工事における地質調査やのり面調査・道路等の長距離土構造物の１次地盤調査や補足調査・路面下、道路沿い斜面、トンネル等の点検（脆弱部、地滑り箇所、風化部、断層、破砕帯、変質帯、地下水帯、湧水箇所等の調査）
・ダムサイトの地質点検（管理道路、斜面及びのり面等の点検や崩壊崩落箇所の探査）
【０１８８】
又、上述した実施形態によるＥＭ探査システムは、磁場発生装置と磁場検出装置の構成要素を自動車側と送受信ブーム側とに分けたものであったが、そのようにはせずに、磁場の発生と検出のための構成をすべて送受信ブーム側に設けることとしてもよい。すなわち、ＥＭ送受信機６の構成要素もすべて送受信ブーム２側に搭載し、自動車１側にはパーソナル・コンピュータ７等のデータ処理手段のみを設けることとして、自動車１内へは直接各種処理の対象となるデータを供給するようにしてもよい。このようにした場合にあっては、そのデータが得られるまでの信号伝達経路におけるノイズの影響を低減することができるという利点がある。
【０１８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、送信部及び受信部を有する磁場送受信の機器ないし手段を車両と一体に移動させると共に、発生させた磁場と検出された合成磁場に基づいて地質情報を求める処理を行い、その処理手段は車両に搭載することとして、探査方法にあっては車両搭載機器により行い、探査装置にあっては車両搭載型のものとしたので、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について、広範囲に亘って移動しながら連続的に探査をすることができる。これにより、種々の場所における地盤調査を迅速かつ適切に、少ない労力によって容易に行うことができる。
【０１９０】
そして、所定の移動距離毎に異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることとし、その１次磁場と２次磁場の合成磁場を検出して逐次同相成分及び離相成分を抽出し、それらの抽出された同相成分及び離相成分と１次磁場とに基づいて地質情報を逐次演算することとしたので、移動しながらの連続的な探査が可能である上に、必要に応じた高い分解能の地質情報をリアルタイムで得ることができる。これにより、種々の場所での調査において的確な地質解釈を容易かつ迅速に行うことが可能となるという効果が得られる。
【０１９１】
この場合の地質情報としては、例えば、周波数、１次磁場及び離相成分から地盤の比抵抗が求められ、１次磁場、同相成分及び離相成分から２次磁場の位相が求められ、それぞれ地質解釈に供されることになる。ここで、これらの比抵抗及び位相の双方を併用することにした場合にあっては、地盤の状況をより詳細に把握することができる。
【０１９２】
又、本発明においては、車両の走行速度を適宜選定することによって探査位置の移動速度が決定されることになるので、実現可能な機器によって必要な分解能が確保されるようにすることができる。これに基づき、車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることとしている。これにより、例えば、車両を時速２０Ｋｍで走行させ、１秒間で移動する距離毎に前記複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることとすれば、約５．６ｍ毎に１００ｍ程度までの深度を深度方向に１６分割した分解能で地質情報を得ることができる。尚、これらの車両搭載型探査装置において、求められた地質情報を逐次表示する表示手段を設けることとすれば、地盤の状況をリアルタイムで視覚的に捉え、適切な地質解釈を容易に行うことができる。
【０１９３】
一方、発生手段により異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生させて増幅手段により増幅し、その増幅信号を送信コイルへ供給して送信電流を流すこととし、送信コイルには増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路を接続することとしたので、順次発生する測定周波数信号に対応する大きな送信電流を送信コイルに流すことができ、大きな１次磁場を発生させて合成磁場等を明確に検出することが可能となる。これにより、車両と一体に移動する磁場送受手段と車両に搭載された処理手段とを有する車両搭載型探査装置における測定を容易かつ適切に行うことができ、移動しながら連続的に探査を行うことが可能となるという効果が得られる。
【０１９４】
ここで、発生手段と増幅手段を車両に搭載された処理手段に設け、送信コイルと容量回路を磁場送受手段に設けることとすれば、磁場送受手段を小型で軽量なものにすることができ、車両から離れた位置に保持するなどして磁場送受手段を車両から遠ざけることが容易となり、車両による磁場への影響を回避して的確な測定をすることが可能となる。又、複数のコンデンサと、それらのいずれかを周波数信号の周波数に応じて増幅手段の増幅信号出力側と送信コイルとの間に介挿接続する接続制御手段とを、前記容量回路が有するものとすれば、大きな送信電流を得ることができる。更に、それら複数のコンデンサの一端を送信コイルと接続し、接続制御手段をそれぞれのコンデンサの他端と増幅信号出力側との間に設けた大電流高速型のスイッチで構成することとすれば、周波数信号の周波数が高速で変化してもそれに対応して逐次コンデンサの接続状態を制御することができる。従って、大きな送信電流を、その周波数を高速で切り替えつつ送信コイルに流し続けることができる。又、送信コイルを各周波数帯用の複数のコイルで構成することとすれば、各周波数の周波数信号に適したコイルによって安定した適切な送信電流を流すことができる。
【０１９５】
更に、増幅手段に定電流源を設けることとしたので、送信電流をより一層安定させることができ、周波数を高速で切り替えつつ大きな送信電流を送信コイルに流し続けても回路動作が乱れることなく、精確な測定を行うことが可能となる。
【０１９６】
そして、発生手段を水晶振動子による発振回路とその発振周波数を分周して順次各周波数の周波数信号を出力する分周回路とを有するものとしたので、精度の高い安定した発振周波数に基づく周波数信号を得ることができ、精確な周波数の送信電流を送信コイルに流し続けることができる。
【０１９７】
尚、増幅手段を、周波数信号の正波形信号と負波形信号とを分離してそれぞれを増幅し、送信コイル及び容量回路の両端電極間に印加供給するものとすれば、送信電流の波形を歪ませることなく、その電流値の増大や周波数変化の高速化等を図ることができ、分解能の高い迅速な測定を行うことが可能となる。又、入力側が発生手段の周波数信号出力側と接続され、出力側が外部回路へ接続されたフォトカプラを更に有することとすれば、外部回路へ使用している周波数の情報を供給する際にも、ノイズ電流を遮断して精確な回路動作を確保することができる。
【０１９８】
このように、本発明による磁場発生装置によれば、周波数を高速で切り替えつつ、安定した大きな送信電流を送信コイルへ供給することができるので、車両で移動しながら多数の周波数による測定を順次行い、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について広範囲に亘る連続的な探査を迅速に行うことが可能となるという効果が得られる。又、このことから、種々の場所における地盤調査は迅速かつ適切に、少ない労力によって容易に行うことができることになる。
【０１９９】
他方、検出手段により合成磁場を検出して受信信号を出力し、その受信信号を検波手段により１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とで検波して合成磁場の１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出することとしたので、それらの成分から２次磁場の情報を得ることができる。これにより、車両と一体に移動する磁場送受手段と車両に搭載された処理手段とを有する車両搭載型探査装置において、比抵抗や２次磁場の位相のような地盤の地質情報を求めるのに直接利用することができる情報が得られ、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について広範囲に亘る移動しながらの連続的な探査を迅速に行うことが可能となるという効果が得られる。又、このことから、種々の場所における地盤調査は迅速かつ適切に、少ない労力によって容易に行うことができることになる。
【０２００】
ここで、検出手段が合成磁場を感知する受信コイルとその感知電流に応じた信号を受信信号として出力する出力手段とによって実現され、そのうちの受信コイルを互いに直交する方向に配置された複数のコイルとしたので、様々な方向における合成磁場を検出することができ、３次元空間内の各方向における合成磁場を検出することもできる。従って、様々な方向における２次磁場の情報が得られ、詳細な地質解釈を可能とする多くの地質情報が得られることになる。この場合、受信コイルとして各周波数帯域用の複数のコイルを有することとすれば、各合成磁場に応じた適切な感知電流が得られ、同相成分と離相成分を正確に検波することが可能となる。
【０２０１】
尚、かかるコイル等によって構成される検出手段を磁場送受手段に設け、検波手段を処理手段に設けることとすれば、磁場送受手段を小型で軽量なものにすることができ、車両から離れた位置に保持するなどして磁場送受手段を車両から遠ざけることが容易となり、車両による磁場への影響を回避することが可能となる。又、磁場送受手段で発生させている１次磁場を検出し、それに応じた信号を出力する１次磁場検出手段を更に有し、これが出力する信号を用いて検波手段が１次磁場との同期検波信号を生成し、当該同期検波信号を用いて検波をすることとすれば、実際に発生している１次磁場に即した適切な検波信号による同期検波をすることができる。この場合、１次磁場が発生する箇所にコイルを設け、それを流れる電流中の１次磁場に対応する周波数帯の信号成分のみを出力するフィルタを設けることとして不要な成分が除去されたより適切な検波信号を用いることとしたり、かかる１次磁場検出手段から出力される信号に基づいて実際に発生した１次磁場の強度を求めることとしたりしてもよい。
【０２０２】
又、同相成分と離相成分から合成磁場の１次磁場に対する位相差が求められるので、地質解釈に利用することができる更なる情報を得ることができる。
【０２０３】
そして、車両搭載型探査装置における送受信部の支持構造として、基端側が車両に連結されて伸縮する第１の支持手段と、その先端側に連結されて回転により送受信部の方向を変化させる第２の支持手段とを有するものを採用することとしたので、送受信部を適宜所望の位置とし、かつ、所望の方向として、探査を行うことができる。これにより、車両に対し、様々な位置ないし様々な方向にある各種地盤の地質について、移動しながらの連続的な探査を容易に行うことが可能となるという効果が得られる。
【０２０４】
ここで、水平方向に伸縮可能な第１の支持支柱と鉛直方向に伸縮可能な第２の支持支柱等で第１の支持手段を構成することとすれば、送受信部の車両からの水平方向位置と鉛直方向位置を任意に決定することができる。又、一端側が車両に連結された伸縮可能な第３の支持支柱とその所定部位を車両から移動可能に支持する支持機部等で第１の支持手段を構成することとすれば、第３の支持支柱を伸ばすと共に、その所定部位を支持機で移動させて起き上がらせることにより、より高所の地盤（山の斜面等）を探査することが可能となる。
【０２０５】
一方、第２の支持手段を、互いに直交する３方向の各軸を中心として回転可能な回転部を有するものとしたので、送受信部を３次元空間内の任意の方向へ向けることができる。これにより、車両からあらゆる方向の地盤を探査することが可能になるという効果が得られる。例えば、水平探査、垂直探査、車両の左側方探査、右側方探査等も可能となり、直下地盤やそれより斜め下方向の地盤、車両側方の山の斜面、トンネル内全面の地盤等を探査することも容易となる。
【０２０６】
加えて、上述の支持構造においては、発生手段と増幅手段を車両に搭載された処理手段に設けると共に送信コイルと容量回路を送受信部に設けることとしたり、検出手段を送受信部に設けると共に検波手段を処理手段に設けることとしたりすれば、送受信部を小型で軽量なものにすることができる。このようにした場合には、車両から離れた位置で送受信部を保持することが容易になり、上記各効果を奏する支持構造も容易に実現することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による自動車搭載型ＥＭ探査システムの全体構成を示す図である。
【図２】 同システムにおける送受信ブーム２を自動車１の後方からみたときの構成を示す図である。
【図３】 各方向の磁場検出コイルとして高周波用、中間周波用及び低周波用の３つのコイルを送受信ブーム２に設ける場合の構成例を示す図である。
【図４】 同システムの自動車１内における機器の構成を示すブロック図である。
【図５】 同システムによる測定で取り扱う１次磁場、２次磁場及び合成磁場の関係を示す図である。
【図６】 同システムにおける送信系（磁場発生装置）の具体的な構成を示す図である。
【図７】 同システムにおける受信系（磁場検出装置）の具体的な構成を示す図である。
【図８】 同システムによる測定動作の流れを示すフローチャートである。
【図９】 同システムにおけるディスプレイ７５の表示形態例を示す図である。
【図１０】 同システムにおける送受信ブーム２の支持構造の第１構成例を示す図である。
【図１１】 図１０中のａ−ａ′部断面図である。
【図１２】 図１０中のｂ−ｂ′部断面図である。
【図１３】 同支持構造の一動作状態を示す図である。
【図１４】 同支持構造を模式的に表して各可動部の動作態様を示した図である。
【図１５】 同支持構造による送受信コイルの向きの変化態様例を示す図である。
【図１６】 同システムにより探査を行う実際の調査場所の一例を断面図で表したものである。
【図１７】 同システムにおける送受信ブーム２の支持構造の第２構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 自動車
２ 送受信ブーム
２Ａ 送信部
２Ｂ 受信部
３ 支持支柱
４ 支持機
６ ＥＭ送受信機
７ パーソナル・コンピュータ
２１ 多周波高速送信機
２１B1〜２１B16 バンドパスフィルタ
２１SW 給電切替スイッチ
２２ 送信コイル
２２H 高周波用送信コイル
２２L 低周波用送信コイル
２３ 受信磁場強度検出器
２４ 受信コイル
２４X、２４Y、２４Z コイル
３１ 水平方向スライド支柱
３１a 外側水平スライド柱体
３１b 内側水平スライド柱体
３５ 垂直方向支持柱体
３５a 外側垂直スライド柱体
３５b 内側垂直スライド柱体
３６ 円柱状支持部材
３７ 上端取付部
３８ 水平円柱体
３９ 固定受板
６１ 受信磁場検波回路
６１DI 虚数成分同期検波回路
６１DR 実数成分同期検波回路
６１PH 位相制御回路
６１PLL ＰＬＬ位相同期ループ
６２ 受信ベクトル・位相差検出回路
６２DC ＤＣ変換回路
６２F フィールドテストデータ記憶部
６２PV 位相／電圧変換回路
６２R １次磁場校正係数読出回路
６３ 送信電流供給回路
６３AM 送信電流増幅回路
６３DC 周波数ディジタル変換回路
６３FD 分周回路
６３LO 局発回路
６３PC フォトカプラ
６３RE 定電流安定化回路
６３SC スイッチ制御回路
６３W1、６３W2 波形整形回路
７３ 演算処理装置
７４ 記憶装置
７５ ディスプレイ
３０１ クレーンアーム
３０２ 回転支持部
３１０ 蝶番
３１１ 可動受板
３１２ 扇状部材
３１３ ブーム側支持軸
３１４ ブーム台座枠
４０２ 伸縮支持機
４０２a 支持アーム
Ｃ1〜Ｃ16 共振用コンデンサ
ＣＯH 高周波用磁場検出コイル
ＣＯL 低周波用磁場検出コイル
ＣＯM 中間周波用磁場検出コイル
ＦＲ 取付枠
ＱC 水晶振動子
ＳＣ サーチコイル
ＳＷ1〜ＳＷ16 共振用スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＭ法（Electromagnetic Method；電磁法）により地盤の比抵抗等を測定して地質解釈のための探査を行う探査装置に関し、特に、その測定機器を車搭載して移動しながら探査を行う探査方法、磁場発生装置及び磁場検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地層等の地中構造を把握して地盤の地質解釈を行うための探査手法には、ＥＭ法やＭＴ法（Magnetotelluric Method；地磁気地電流法）などがある。ＥＭ法とは、被探査地盤に対向させた送信側のループコイルや長大線上ケーブルに電流を流して１次磁場を発生させ、これによって地中に生じる渦電流が作る２次磁場を受信側で観測して地盤の比抵抗等を測定する手法であり、ＭＴ法とは、地中で起こる電磁誘導現象により変動する電場と磁場を地面に接触させた電位斜度測定用の電位電極とアンテナで観測して地盤の比抵抗等を測定する手法である。
【０００３】
このうちのＥＭ法は、広義には電気と磁気の相互作用を利用した電気磁気探査法を総称するものであるが、磁場成分のみを測定する地面非接触型の手法であるという点で磁場成分と電場成分の双方を測定する地面接触型のＭＴ法とは区別される。そして、地面非接触型で測定位置の移動が容易であることから、ＥＭ法による探査技術は、送信側と受信側の機器を移動させつつ測定を行い、その移動範囲における地盤の比抵抗の分布を推定する場合に利用されている。
【０００４】
かかるＥＭ探査技術で従来より実用に供されているものとしては、送受信機器を直接測定者が移動させる人力運搬型のものやヘリコプターで釣支して移動させるヘリコプター曳航型のものがある。前者の人力運搬型のものは、ケーブルで接続された送信側ループコイルと受信側ループコイルをそれぞれ人手によって運搬し、受信側ループコイルにおける磁場を観測することによって２次磁場の同相成分と離相成分を得るものであり、簡易なＥＭ探査技術として古くから利用されている。一方、後者のヘリコプター曳航型のものは、送信機と受信機を搭載したブームをヘリコプターによって曳航し、被探査地盤の上空を移動させることによって空中から広範囲の測定を行うものであり、人が入り込むことが困難な山岳地帯等の大規模な探査に利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、震災や豪雨豪雪、トンネル崩落事故等の発生状況から、道路や各種建造物、河川堤防、ダムサイト等の安定度や耐震性等を調査することが要請されている。これらの調査を迅速かつ的確に行うためには、各所における地盤の地質、コンクリートや各種のり面の老朽化等、外観からの把握が困難な内部状況を比較的広範囲に亘ってできるだけ高い分解能で迅速に探査することができる非破壊計測技術が確立されなければならない。
【０００６】
これに対し、上述した従来における人力運搬型のＥＭ探査技術は、人間が送受信コイルを各測定点に移動させてその都度測定を行うものであるため、広範囲の探査を行うには膨大な時間がかかる。更に、一組の送受信コイルでは単一チャネルの周波数による特定深度の測定しかすることができないので、必要な分解能を得ることはできない。
【０００７】
一方、ヘリコプター曳航型の探査技術にあっては、空気抵抗を受けつつ送受信機の搭載ブームを特定の方向に保ち、均一にデータが得られるように曳航しなければならないので、移動速度をあまり遅くすることはできず、ある程度の高速で移動しながら測定を行う必要がある。このため、道路等の上記調査に利用しようとした場合には、測定位置の進行方向について必要に応じた高い分解能を確保することが困難であり、移動速度とデータ取得の処理速度との関係や送受信機と被探査地盤との距離等を考慮すると探査深度方向についても高い分解能を得ることは容易でない。
【０００８】
又、このようなことから上記調査にＭＴ法を利用しようとしても、地面接触型であることから測定機器の設置に手間がかかり、広範囲の測定には長時間を要する上にコストパフォーマンスも悪い。人工の電流ダイポールを電磁信号源とするＣＳＡＭＴ法（Controlled Source Audio-frequency ＭＴ法）によっても、上記調査で要求される比較的浅部（地表から１００ｍ程度まで）の測定精度はよくないのが通常である。このように、従来においては、近年その要請がより高まってきた道路や各種建造物等についての調査に適した探査技術は特にないという実情にあった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について、広範囲に亘って移動しながら連続的に探査をすることができると共に、その探査における測定を高い分解能で迅速に行うことができ、道路や各種建造物、河川堤防、ダムサイト等、種々の場所についての調査を適切に行うことを可能とするＥＭ探査技術を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信部及び受信部を有する磁場送受信機器を車両と一体に移動させつつ、前記送信部によって磁場を発生させると共にその磁場と誘導磁場との合成磁場を前記受信部によって検出し、前記磁場送受信機器で発生させた磁場と検出された合成磁場とに基づき、誘導磁場が発生した地盤の地質情報を求めることを特徴としている。
【００１１】
本発明は、磁場を発生させる送信部及びその磁場と誘導磁場との合成磁場を検出する受信部が取り付けられ、車両と一体に移動する磁場送受信手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受信手段で発生させた磁場と検出された合成磁場とに基づき、誘導磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明は、前記送信部は、所定の移動距離毎に、異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させ、前記受信部は、前記１次磁場とその２次磁場が合成された磁場を前記合成磁場として検出し、前記処理手段は、前記複数の周波数それぞれにつき、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分及び離相成分を逐次抽出する抽出手段と、その抽出手段によって抽出された同相成分及び離相成分と前記１次磁場とに基づき、前記移動距離毎の前記地盤の地質情報を逐次演算する演算手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
ここで、上記の車両搭載型探査装置において、前記演算手段は、前記周波数、前記１次磁場及び前記離相成分に基づき、前記地質情報の１つとして前記地盤の比抵抗を演算することとしてもよい。又、前記演算手段は、前記１次磁場、前記同相成分及び前記離相成分に基づき、前記地質情報の１つとして前記２次磁場の位相を演算することとしてもよい。
【００１４】
本発明は、上記の車両搭載型探査装置において、前記送信部は、前記車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離を前記移動距離として、当該距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることを特徴としている。
【００１５】
尚、上記の車両搭載型探査装置においては、前記処理手段が、求められた地質情報を逐次表示する表示手段を有することとしてもよい。
【００１６】
上記発明は、１次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場送受手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受手段で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における磁場発生装置であって、異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生する発生手段と、前記発生手段により発生された周波数信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から周波数信号が増幅された増幅信号を供給され、その増幅信号に応じて流れる送信電流によって前記１次磁場を発生させる送信コイルと、前記送信コイルと接続され、前記増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路と、支持支柱に取り付けられた前記磁場送受手段を車両の後方で地盤との間に間隔をおいて対向するように保持する支持機とを有することを特徴としている。
【００１７】
ここで、上記の磁場発生装置において、前記発生手段及び前記増幅手段は、前記処理手段に設けられ、前記送信コイル及び前記容量回路は、前記磁場送受手段に設けられていることとしてもよい。又、前記容量回路は、前記複数の周波数のそれぞれによって前記送信コイルと共に共振を起こす複数のコンデンサと、前記発生手段により順次発生される周波数信号の各周波数に応じて、前記複数のコンデンサのうちの当該各周波数で共振を起こすものを前記増幅手段の増幅信号出力側と前記送信コイルとの間に介挿接続する接続制御手段とを有することとしてもよい。この場合、前記複数のコンデンサは、一端が前記送信コイルと接続されており、前記接続制御手段は、前記複数のコンデンサそれぞれの他端と前記増幅信号出力側との間に設けられ、当該各周波数で共振を起こすコンデンサの他端を前記増幅信号出力側に接続する大電流高速型のスイッチであることとしてもよい。
又、上記の磁場発生装置においては、前記送信コイルが前記複数の周波数における各周波数帯用の複数のコイルを有するものとしてもよい。
【００１８】
本発明は、前記増幅手段は、増幅信号出力側に接続された定電流源を有することを特徴としている。
【００１９】
本発明は、前記発生手段は、水晶振動子を用いた発振回路と、前記発振回路の出力信号を、順次その周波数を分周し、前記複数の周波数の各周波数信号として順次出力する分周回路とを有することを特徴としている。
【００２０】
ここで、上記磁場発生装置において、前記増幅手段は、前記発生手段により発生された周波数信号を正波形の信号と負波形の信号とに分離してそれぞれを増幅し、前記送信コイル及び前記容量回路の両端電極間に印加供給することとしてもよい。又、それらの磁場発生装置においては、入力側が前記発生手段の周波数信号出力側と接続され、出力側が外部回路へ接続されたフォトカプラを更に有することとしてもよい。
【００２１】
本発明は、１次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場送受手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受手段で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における磁場検出装置であって、前記合成磁場を検出し、それに応じた受信信号を出力する検出手段と、前記検出手段から出力される受信信号を、前記１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とによって検波し、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出する検波手段とを有することを特徴としている。
【００２２】
本発明は、前記検出手段は、前記合成磁場を感知する受信コイルと、その感知電流に応じた信号を前記受信信号として出力する出力手段からなり、前記受信コイルとして、互いに直交する方向に配置された複数のコイルを有することを特徴としている。
【００２３】
ここで、上記のの磁場検出装置において、前記検出手段は、前記受信コイルとして、検出しようとする磁場に応じた各周波数帯域用の複数のコイルを有することとしてもよい。又、上記装置、或いは、ここにいう複数のコイルを有する磁場検出装置においては、前記検出手段が前記磁場送受手段に設けられ、前記検波手段が前記処理手段に設けられていることとしてもよい。
【００２４】
更に、以上の磁場検出装置においては、前記磁場送受手段で発生させている１次磁場を検出し、それに応じた信号を出力する１次磁場検出手段を更に有し、前記検波手段は、前記１次磁場検出手段から出力される信号を用いて前記１次磁場との同期検波信号を生成し、当該同期検波信号を前記１次磁場に応じた信号として用いることとしてもよい。この場合、前記１次磁場検出手段は、前記１次磁場が発生する箇所に設けられたコイルと、当該コイルを流れる電流中の前記１次磁場に対応する周波数帯の信号成分のみを出力するフィルタ回路とを有することとしてもよい。又、前記１次磁場検出手段から出力される信号に基づいて前記磁場送受手段で発生させた１次磁場の強度を求める１次磁場強度演算手段を更に有することとしてもよい。
【００２５】
本発明は、前記検波手段によって抽出された同相成分及び離相成分に基づき、前記合成磁場の前記１次磁場に対する位相差を求める位相差検出手段を更に有することを特徴としている。
【００２６】
本発明は、１次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場の送受信部と、前記車両に搭載され、前記送受信部で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における前記送受信部の支持構造であって、基端側が前記車両に連結され、伸縮により先端側の位置を移動させる第１の支持手段と、前記送受信部が取り付けられる支持手段であって、前記先端側に連結され、回転により前記送受信部の方向を変化させる第２の支持手段とを有することを特徴としている。
【００２７】
ここで、上記の送受信部の支持構造において、前記第１の支持手段は、それぞれ複数の柱状部材からなり、水平方向に伸縮可能な第１の支持支柱と、鉛直方向に伸縮可能な第２の支持支柱とを有することとしてもよい。又、前記第１の支持手段は、複数の柱状部材からなり、一端側が前記基端側として前記車両に連結された伸縮可能な第３の支持支柱と、前記柱状部材の所定部位を前記車両から移動可能に支持する支持機部とを有することとしてもよい。
【００２８】
本発明は、前記第２の支持手段は、互いに直交する３方向の各軸を中心として回転可能な回転部を有することを特徴としている。
【００２９】
ここで、以上の送受信部の支持構造において、前記車両搭載型探査装置は、異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生する発生手段と、前記発生手段により発生された周波数信号を増幅する増幅手段とが、前記処理手段に設けられ、前記増幅手段から周波数信号が増幅された増幅信号を供給され、その増幅信号に応じて流れる送信電流によって前記１次磁場を発生させる送信コイルと、前記送信コイルと接続され、前記増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路とが、前記送受信部に設けられている、磁場発生装置を有することとしてもよい。又、前記車両搭載型探査装置は、前記合成磁場を検出し、それに応じた受信信号を出力する検出手段が前記送受信部に設けられ、前記検出手段から出力される受信信号を、前記１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とによって検波し、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出する検波手段が前記処理手段に設けられている、磁場検出装置を有することとしてもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
＜構成＞１．全体構成以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による自動車搭載型ＥＭ探査システムの全体構成を示す図である。本システムは、道路や各種建造物等での調査における地盤地質探査を行うものであり、特に、地表から深度１００ｍ程度までの比較的浅部を探査対象として、地盤の比抵抗、２次磁場の位相、１次磁場と受信磁場との位相差等の地質情報を測定する。尚、本実施形態における磁場発生装置と磁場検出装置は、かかる本システムにおいて磁場の送信系と受信系を構成している部分に相当する。
【００３１】
図１において、１は本システムが搭載された自動車であり、この図ではその車体の一部分を透視して車内に設置された本システムの機器を示してある。２は多数の周波数の送信電流によって１次磁場を発生させる送信部と、磁場を受信してその強度を検出する受信部とが搭載された送受信ブームである。この送受信ブーム２は、図中紙面垂直方向の幅が自動車１内に収納可能な大きさ（１．５ｍ程度）の取付板に送信部と受信部が取り付けられたものとなっており、送信部の送信コイルと受信部の受信コイルが同幅方向に所定の間隔（ＥＭ法における送受信コイル間隔）を隔てて設置されている。
【００３２】
３は一端が送受信ブーム２に取り付けられ、他端が支持機４に支持された中空の支持支柱である。ここで、支持支柱３の送受信ブーム２との取付部は着脱可能な構造となっており、必要に応じて人力移動による測定を行うこともできるようになっている。
【００３３】
支持機４は、自動車１内に固設され、支持支柱３を所定の角度に支持する手段である。支持支柱３に取り付けられた送受信ブーム２は、この支持機４によって図示のように自動車１の後方で地盤と間隔を置いて対向するように保持され、自動車１と一体に安定した状態で移動するようになっている。
【００３４】
ここで、支持機４内には、送信ブーム２及び支持支柱３を伸縮ないし回転させる油圧や空気圧等による駆動力発生源が内蔵されており、送受信ブーム２の保持位置を適宜変更することができるようになっている。例えば、支持支柱３は、複数の支柱状部材が伸縮可能に連結され、送受信ブーム２側が柱軸を中心に回転可能で、かつ、支持機４側を支点として上下動可能な構造となっており、送受信ブーム２は、送信コイルと受信コイルの設置部がそれぞれ紙面垂直方向の軸を中心に回転可能な構造となっている。そして、支持支柱３内と送信ブーム２には、これらの各可動部分へ支持機４からの駆動力を伝達する伝達機構が設けられている。本システムでは、このような機械的構成により、自動車１の後方において送信コイルと受信コイルをそれぞれ任意の位置に移動させ、任意の方向に向けて、測定を行うことができるようになっている（このような送受信ブーム２の支持構造については、後に他の具体的な構成例や変形例等を挙げて詳述する。）。
【００３５】
又、支持支柱３と支持機４は、測定位置（送受信ブーム２の位置）を自動車１から遠ざけ、その車体による測定位置磁場への影響を低減する役割も兼ねている。更に、送受信ブーム２、支持支柱３及び支持機４は、ベークライトや木材、カーボンファイバ、ステンレス、真鍮等の磁場への影響が少ない部材によって構成されている。
【００３６】
５は送受信ブーム２とＥＭ送受信機６とを接続するケーブルであり、各種信号を伝達する複数の光ファイバや電極線等によって構成され、支持支柱３の中空部を貫通して自動車１内へ導入されている。送受信ブーム２の上記受信部等は、このケーブル５を介して、受信した磁場に応じた信号等をＥＭ送受信機６へ供給する。
【００３７】
ＥＭ送受信機６は、供給された受信磁場信号等から受信磁場の実数成分や虚数成分等を検出し、パーソナル・コンピュータ７へ出力する。又、送受信ブーム２（送信部）にて１次磁場を発生させるための上記送信電流は、このＥＭ送受信機６からケーブル５を介して供給される。パーソナル・コンピュータ７は、ＥＭ送受信機６から受けた各検出値に基づいて地盤の比抵抗と２次磁場の位相を算出し、その結果をディスプレイ表示すると共に所定の記憶装置に格納する。これらＥＭ送受信機６とパーソナル・コンピュータ７は図示のように自動車１内に搭載され、所定の支持台等により所定の位置に設置されて互いに接続されている。
【００３８】
以上のような全体構成により、自動車１を走行させつつ送受信ブーム２においてＥＭ法による磁場測定を行い、それと並行してＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７において測定磁場についての解析を行う。以下、これらの各部の構成について詳述する。
【００３９】
２．送受信ブーム２
図２は、送受信ブーム２を自動車１の後方からみたときの構成を示す図である（但し、この図は磁場の発生原理を説明するために構成を概念的に示したものとなっている。）。図示のように、送信部２Ａは、多周波高速送信機２１及び送信コイル２２によって構成され、受信部２Ｂは、受信磁場強度検出器２３及び受信コイル２４によって構成されている。
【００４０】
多周波高速送信機２１は、所定のコンデンサや切替回路等を具備しており、ＥＭ送受信機６から送信電流の供給を受け、それを所定の給電形態で送信コイル２２へ供給する。ここに、多周波高速送信機２１が具備するコンデンサは、送信コイル２２と接続された容量可変のキャパシタンスを構成しており、その容量を送信電流の周波数（測定を行うための磁場を発生させる電流の周波数。以下、この周波数を「測定周波数」といい、記号ｆで表す。）に応じて変化させ、共振作用によって増大された大電力の送信電流を送信コイル２２へ供給するものとなっている。
【００４１】
送信コイル２２は、多周波高速送信機２１から上述の送信電流を供給され、図示のように１次磁場ＨPを発生させる。これにより、地盤中には渦電流が生じて２次磁場が発生する。
【００４２】
この場合において、地盤中の鉱物や粘土、地下水等を図示の導体Ｃに見立てると、１次磁場ＨPによって導体Ｃの周りに渦電流Ｉcが発生し、それによって導体Ｃを通過する２次磁場ＨSが発生したものとみなすことができる。この２次磁場ＨSの位相は、誘導される渦電流が送信電流の位相よりも９０°遅れることから同様に９０°遅れ、更に大地の抵抗成分Ｒsとインタラクティブ成分Ｌsのためにtan-1（ωＬs／Ｒs）だけずれる（以下においては、この地盤の情報を含むずれの分の位相のみを特に２次磁場の位相といい、記号φで表すことにする。）。そして地盤中には３次、４次、…の磁場も順次発生していくが、地表上におけるそれらの磁場強度は極めて小さく、地表上で観測される磁場は事実上１次磁場ＨSと２次磁場ＨPの成分のみとなる。
【００４３】
ここで、送信コイル２２には、発生磁場を感知する図示せぬサーチコイルが添設されており、送信電流によって実際に発生している１次磁場ＨPに応じた電流を多周波高速送信機２１へ供給する。これにより、その電流中の不要なノイズ成分等を多周波高速送信機２１にて除去し、実際に送信（発生）している１次磁場の周波数と位相を有する信号を同期検波用信号としてＥＭ送受信機６へ供給するようになっている（尚、以上の多周波高速送信機２１と送信コイル２２については、後述する送信系構成の説明にて更に具体的なものを示す。）。
【００４４】
一方、受信磁場強度検出器２３は、増幅器やフィルタ回路等からなり、受信コイル２４を流れる受信電流を増幅して不要なノイズ成分等を除去し、受信磁場信号としてＥＭ送受信機６へ供給する。
【００４５】
受信コイル２４は、図中のＸ、Ｙ、Ｚ方向それぞれの方向に向けられた３つのコイル２４X、２４Y、２４Zからなる３次元磁場検出コイルで構成されており、自動車１の左右方向（Ｘ方向）、前後方向（Ｙ方向）、上下方向（Ｚ方向）等、あらゆる方向の磁場をそれぞれ検出し、各検出磁場強度に応じた電流を前記受信電流として受信磁場強度検出器２３へ供給する（従って、受信磁場強度検出器２３は３つの各コイル２４X、２４Y、２４Zに対してそれぞれ上記増幅器やフィルタ回路等を有し、各方向の受信磁場信号をそれぞれＥＭ送受信機６へ供給するものとなっている。）。
【００４６】
この受信コイル２４によって検出される磁場は、送信コイル２２で発生させた１次磁場ＨPと導体Ｃにおいて発生した２次磁場ＨSとを合成したものとなる。すなわち、受信磁場としては、１次磁場ＨPと２次磁場ＨSとの合成磁場が得られ、その強度に応じた信号が受信磁場信号としてＥＭ送受信機６へ供給されることになる。
【００４７】
ここで、受信コイル２４としては、測定周波数帯域中の高周波用と低周波用、或いは、高周波用と中間周波用と低周波用等のように、各測定周波数帯に対しての上記３次元磁場検出コイル（又は１次元若しくは２次元の磁場検出コイル等）を設け、使用する測定周波数に応じて適宜使い分けることとしてもよい。
【００４８】
その一例を図３に示す。この図は、高周波用、中間周波用及び低周波用の磁場検出コイルを設ける場合の例を示すものであり、図中のＣＯH、ＣＯM、ＣＯLがそれぞれ高周波用、中間周波用、低周波用の磁場検出コイルとなっている。各磁場検出コイルＣＯH、ＣＯM、ＣＯLは、フェライト磁心にコイルを巻いたもので構成されており、取付枠ＦＲに固定されている。取付枠ＦＲは、円板状等の所定形状の非磁性体部材で構成されており、これに図示のように各磁場検出コイルＣＯH、ＣＯM、ＣＯLが互いに離隔されて固設され、コイル間の相互干渉が防止されるようになっている。
【００４９】
この図３のような磁場検出コイルを使用する場合には、上記図２のコイル２４X、２４Y、２４Zとして（すなわち、互いに直交する各方向の磁場を検出するコイルとして）、それぞれ磁場検出コイルＣＯH、ＣＯM及びＣＯLの３つのコイルを設け、受信コイル２４全体としては計９個の磁場検出コイルを設ける。そして、いずれの磁場検出コイルで検出される磁場の信号を使用するかについては、測定周波数に応じて、受信磁場強度検出器２３、ＥＭ送受信機６又はパーソナル・コンピュータ７において適宜選択することにする。このようにすれば、良好な受信磁場信号を得てより正確な測定を行うことが可能となる。
【００５０】
３．ＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７
次に、ＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７の構成について説明する。図４は、本システムの自動車１内における機器の構成を示すブロック図である。この図に示すように、ＥＭ送受信機６は、受信磁場検波回路６１、磁場ベクトル・位相差検出回路６２及び送信電流供給回路６３によって構成され、パーソナル・コンピュータ７は、高速Ａ／Ｄ変換器７１、バッファメモリ７２、演算処理装置７３、記憶装置７４及びディスプレイ７５によって構成されている。
【００５１】
受信磁場検波回路６１は、上記受信磁場強度検出器２３からの受信磁場信号と多周波高速送信機２１からの同期検波用信号を受け、受信磁場信号中の実数成分と虚数成分を検波して磁場ベクトル・位相差検出回路６２へ出力する。ここにいう実数成分、虚数成分は、それぞれ、受信磁場中の１次磁場との同相成分、離相成分を表すものに相当し、受信磁場検波回路６１においては同期検波用信号によって実数成分を検波し、同期検波用信号の位相を９０°遅らせた信号によって虚数成分を検波する。又、受信磁場検波回路６１は、検波した実数成分及び虚数成分と共に、多周波高速送信機２１からの同期検波用信号も磁場ベクトル・位相差検出回路６２へ出力する。
【００５２】
磁場ベクトル・位相差検出回路６２は、受信磁場を表す磁場ベクトル及び１次磁場と受信磁場との位相差を検出し、パーソナル・コンピュータ７へ出力する。すなわち、受信磁場検波回路６１からの実数成分及び虚数成分をそれぞれアナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場ベクトルの実数成分値及び虚数成分値を表す受信磁場実数値ＨR及び受信磁場虚数値ＨIとして出力する。又、同実数成分及び虚数成分からなる信号と同期検波用信号との位相差をアナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場の１次磁場（送信電流）に対する位相差θとして出力する。
【００５３】
送信電流供給回路６３は、所定の発振回路や増幅回路、切替器（スイッチ回路）、周波数カウンタ、表示部等を具備し、複数の異なる測定周波数ｆの送信電流を送信コイル２２へ供給する回路である。この送信電流供給回路６３は、供給する送信電流の測定周波数ｆを高速で順次切り替え、多周波高速送信機２１を介して一定時間中に一定チャネル数の送信電流を送信コイル２２へ供給する送信動作を繰り返す。ここで、送信電流供給回路６３には、定電流安定化回路等も設けられており、その送信動作中の送信電流値が一定に保たれるようになっている。又、送信電流供給回路６３は、測定周波数ｆを示す信号を周波数識別用信号としてパーソナル・コンピュータ７へ供給すると共に、周波数カウンタで計数した測定周波数を適宜表示部に表示するようになっている。
【００５４】
尚、ＥＭ送受信機６又は自動車１内の他の箇所には、この送信電流供給回路６３と接続された送信電流の供給開始・停止指示スイッチが設けられており（図示略）、測定の開始と共に上記送信動作を開始させ、測定を終了するときにはこれを停止させることができるようになっている。但し、このような指示スイッチは、送受信ブーム２側（多周波高速送信機２１側）に設けたり、パーソナル・コンピュータ７の図示せぬキーボードの特定の操作に割り当てたりすることによって構成することとしてもよい。
【００５５】
更に、ＥＭ送受信機６においては、１次磁場強度値ＨPのアナログ電圧信号も生成し、パーソナル・コンピュータ７へ出力する。この１次磁場強度値ＨPの信号は、同期検波用信号を直流電圧に変換し、これに１次磁場校正係数を乗じることによって生成する。ここで、１次磁場校正係数は、上記サーチコイルから得られる同期検波用信号を１次磁場強度の値とするための乗算係数であり、大地の影響が無視できる高所の空中等、２次磁場がほとんど生じない場所で各周波数毎の１次磁場を発生させ、そのときの同期検波用信号を測定することによって予め求めておく。又、送信電流供給回路６３から出力される周波数識別用信号については、ＥＭ送受信機６において高速Ａ／Ｄ変換器７１への入力規格に準じたレベル変換のみを施してパーソナル・コンピュータ７へ出力する。尚、これら１次磁場強度値ＨP及び周波数識別用信号に係る処理を行う回路は、上記受信磁場検波回路６１、磁場ベクトル・位相差検出回路６２、送信電流供給回路６３のいずれに設けることとしてもよい（従って、この部分に関しての後述する磁場検出装置の構成は一つの例である。）。
【００５６】
高速A/D変換器７１は、パーソナル・コンピュータ７の外部入力端子に設けられたカード式A/D変換器などによって構成され、ＥＭ送受信機６からアナログ信号形式で出力される上記受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI、１次磁場強度値ＨP、位相差θ及び周波数識別用信号をディジタルデータに変換してバッファメモリ７２へ出力する。バッファメモリ７２は、高速A/D変換器７１からのディジタルデータを蓄積して演算処理装置７３の処理速度に応じて送出する。
【００５７】
演算処理装置７３は、上記各種ディジタルデータに基づいて地盤の比抵抗ρ及び２次磁場ＨSの位相φ等を算出し、記憶装置７４に格納すると共に、ディスプレイ７５に所定の態様で表示させる（詳細は後述）。又、演算処理装置７３は、その演算用汎用記憶領域等に現在位置を表す位置データを保持し、測定を行っている位置を把握できるものとなっている。この位置データについては、自動車１に速度検出器やＧＰＳ（Global Positioning System）等を搭載し、パーソナル・コンピュータ７で現在位置を把握して適宜更新することとしてもよいが、本実施形態では、測定開始時に初期位置に設定し、以後、自動車１の走行ないし時間の経過等に伴って順次インクリメントすることにより、順次移りゆく測定位置に対応する測定位置データｎ（ｎ＝１、２、３、…）を保持することにする。
【００５８】
記憶装置７４は、パーソナル・コンピュータ７の内部記憶装置又は外部記憶装置であり、ディスプレイ７５は、演算処理装置７３の制御のもとで所定の画面を表示するパーソナル・コンピュータ７の表示手段である。
【００５９】
尚、１０は自動車１に搭載されたバッテリであり、１１はＥＭ送受信機６の電源端子に接続された安定化電源回路である。ＥＭ送受信機６は、この安定化電源回路１１により各回路を動作させるための安定した直流電源を供給されるようになっている。又、１２はパーソナル・コンピュータ７の電源端子に接続されたＤＣ／ＡＣコンバータであり、これによってバッテリ１０の直流電圧が交流電圧に変換されてパーソナル・コンピュータ７の演算処理装置７３等へ供給される。
【００６０】
４．測定形態とその具体的構成例
以上が本システムの基本的な構成であるが、本システムでは更にいくつかの特有な測定形態を採用している。そこで、以下、本システムで用いるＥＭ法の測定原理について概説し、本システムにおける測定形態を具体的に明らかにすると共に、その測定形態の実施のための更に具体的な構成例を示すことにする。
【００６１】
（１）磁場からの比抵抗算出
今、送信コイル２２によって１次磁場ＨPを発生させ、受信コイル２４においてその１次磁場ＨPと２次磁場ＨSの合成磁場が受信されたとする。この場合において、１次磁場と２次磁場の比ＨS／ＨPは、次式によって表される。
【数１】
ここで、数１は、送受信コイルが共に地表面に垂直の場合における比ＨS／ＨPを表し、例えば、送信コイル２２の中心軸を地表面と垂直にして図２に示した状態の受信コイル２４のコイル２４Zで磁場を受信する場合がこれに当たる。一方、数２は、送受信コイルが共に地表面に水平の場合における比ＨS／ＨPを表し、例えば、送信コイル２２の中心軸を地表面と平行（Ｙ方向）にして図２に示した状態の受信コイル２４のコイル２４Yで磁場を受信する場合がこれに当たる。
【００６３】
又、両式中、２次磁場ＨSは、１次磁場ＨPとの同相成分を実数部、離相成分を虚数部とする複素数であり、ｓは送信コイルと受信コイルとのコイル間隔（上記所定の間隔）であり、γは
【数３】
【００６４】
一方、地盤中の磁場強度は、深さ方向に対して指数関数的に減衰する。その指数関数ｅｘｐ（−αｄ）における深さｄの係数αは、次式によって与えられる。
【数４】
ここで、磁場強度が地表の１／ｅ（約３７％）になる深さは表皮深度（skin depth）と呼ばれ、探査深度を考える目安として用いられる。その深度δは、比抵抗ρを用いると次式によって表される。
【数５】
そして、上記数１及び数２におけるγｓは、コイル間隔ｓと表皮深度δとの比ｓ／δにより、
【数６】
【００６７】
このγｓが１より十分に小さい場合、数１及び数２は、共に次式によって表すことができる。
【数７】
測定周波数ｆを高くした場合やコイル間隔ｓを大きくした場合には、γｓが１に近づいて数７の式は成立しなくなる。これに対し、本システムでは、測定周波数ｆを数ＫＨ〜数百ＫＨ程度、コイル間隔ｓを１ｍ程度とし、数７の式が成立する範囲で測定を行うようにする。この場合、電気伝導率σは、
【数８】
【００６９】
従って、被測定地盤の比抵抗ρは、数８のσの逆数１／σを計算することによって算出することができる。尚、数７の式が成立しない範囲については、数１若しくは数２の式に基づいて演算を行うこととすればよい。
【００７０】
（２）受信磁場と２次磁場の関係以上のようにして被測定地盤の比抵抗ρを求めることができるが、上述したように受信コイル２４で受信されるのは１次磁場ＨPと２次磁場ＨSの合成磁場であり、２次磁場ＨSは１次磁場ＨPよりも位相が９０°＋φだけずれている。
【００７１】
それらの磁場の関係を図５に示す。この磁場ベクトル図に示すような合成磁場Ｈが正しく受信され、その同相成分と離相成分が正しく検波されないと２次磁場ＨSは得られない。そこで、本システムにおいては、大地の影響が無視できる高所の空中等、２次磁場ＨSがほとんど生じない場所で各周波数毎の１次磁場ＨPを発生させ、そのときの受信磁場が同相成分１００％、離相成分０％となるように、すなわち、１次磁場ＨPが１００％同相で検出されるように、予め上記受信磁場強度検出器２３及び受信コイル２４の機器校正をしておき、２次磁場ＨSが発生したときには図示の合成磁場Ｈが正しく受信されるようにしておく。
【００７２】
これにより、上記受信磁場検波回路６１での検波と磁場ベクトル・位相差検出回路６２での磁場ベクトル検出においては、図５に示す合成磁場Ｈの各成分の大きさが上記受信磁場実数値ＨR及び受信磁場虚数値ＨIとして得られ、パーソナル・コンピュータ７へ出力されることになる。そして、図５からもわかるように、受信磁場虚数値ＨIは２次磁場ＨSの上記離相成分ＨSIに相当するので、被測定地盤の比抵抗ρは、
【数９】
【００７３】
又、２次磁場の位相φについては、２次磁場ＨSの同相成分が１次磁場強度値ＨP−受信磁場実数値ＨRに相当するので、
【数１０】
【００７４】
尚、合成磁場Ｈの同相成分と離相成分は、合成磁場Ｈと送信電流との位相差θを位相検出器によって測定しておき、２次磁場ＨSの大きさを
【数１１】
【００７５】
ここで、位相差θについては、本システムでは上記磁場ベクトル・位相差検出回路６２にて検出し、それ自体を単独で地質情報の１つとして取り扱う。この位相差θは、その変化が小さいほど地盤が均質であり、逆に大きいほど地盤が不均質であることを表す。
【００７６】
（３）測定周波数の選択次に、本システムにおける測定周波数ｆの形態について説明する。探査深度の目安は上記数５の式で表される表皮深度δを基準として考えることができるが、測定周波数ｆはこれを決定する要素となっている。数５の表皮深度δによれば、測定周波数ｆが高いと探査深度は浅くなることが分かる。これは、測定周波数が高くなるほど地中でのエネルギー損失が大きくなり、深部までは電磁波が透過しにくくなるためである。又、探査深度は地盤の比抵抗ρの大小によっても変化し、比抵抗が小さい地盤ほど電磁波が透過しにくくなって探査深度は浅くなる。
【００７７】
従って、地表付近をできるだけ高い分解能で精度よく探査するために、探査システム側に要求されることは、より高い測定周波数をより細かいピッチで多く使用することである。しかし、一般に高周波になるほど送信機や受信機の設計は困難となる。更に、高周波信号を使用する場合には、他の電波に対する電波障害を避けることも考慮しなければならない。
【００７８】
このようなことから本システムにおいては、測定周波数ｆの上限を４００ＫＨｚ以下で選定することにする。この場合、上限測定周波数を例えば３００ＫＨｚにとると、数５より比抵抗１００Ω・ｍの地盤では最浅表皮深度は９．２ｍ、１０Ω・ｍの地盤では最浅表皮深度は２．９ｍとなり、浅部の探査にも充分対応することができる。
【００７９】
又、測定周波数ｆを１０ＫＨｚとすると、比抵抗１００Ω・ｍの地盤では表皮深度は５０ｍ、１Ω・ｍの地盤では５ｍとなる。更に、測定周波数ｆを１ＫＨｚに下げると、比抵抗１００Ω・ｍの地盤では表皮深度は１６０ｍ、１Ω・ｍの地盤では１６ｍとなる。従って、平均比抵抗１０Ω・ｍ程度の低比抵抗地盤から平均比抵抗１０００Ω・ｍ程度の高比抵抗地盤に対しては、測定周波数を数ＫＨｚにすれば１００ｍ台の深度を探査することができる。そこで、地表から１００ｍ程度の深度を探査対象とする本システムとしては、測定周波数ｆの下限を１ＫＨｚ以上で選定することにする。
【００８０】
すなわち、本システムにおいては、測定周波数ｆを１ＫＨｚ〜４００ＫＨｚの範囲で複数選択し、その複数の周波数の送信電流を多周波高速送信機２１で生成して順次送信コイル２２へ供給することにする。そして実際には、測定周波数ｆ毎に得られた比抵抗ρをもとに層状地盤を仮定した１次元解析法により深度方向の真の比抵抗分布に割り戻す処理を行うが（詳細は後述）、通常、この処理によれば表皮深度δよりも細かい地層分解ができるので、数１００ＫＨｚ帯の測定周波数でおよそ０．５ｍ〜１ｍ程度の地層分解が期待できる。但し、測定周波数ｆのピッチはできるだけ細かくする必要がある。
【００８１】
以上の考察を踏まえ、本システムで使用する測定周波数ｆの一例を示すと次のようになる。
Ａ系列（ＫＨｚ）： 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 の８チャネルＢ系列（ＫＨｚ）： 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384 の８チャネル
【００８２】
このように、数ＫＨｚ〜数１００ＫＨｚまでの周波数を用意すると共に、Ａ系列の各チャネル間をＢ系列の各チャネルで埋めるようにして測定周波数間のピッチを細かくする。これにより、例えば地盤の比抵抗ρが１０Ω・ｍであれば、表皮深度δはｆ＝２５６ＫＨｚで３．１ｍ、ｆ＝３８４ＫＨｚで２．６ｍとなり、０．５ｍ程度の地質分解能が期待できる。又、比抵抗１０００Ω・ｍ程度の高比抵抗地盤では、最大深度３００ｍ程度までの測定を行うこともできることになる。
【００８３】
本実施形態では、上記Ａ、Ｂ両系列の１６チャネルを使用するものとして以下の話を進める。但し、実際の測定で使用する測定周波数ｆは、Ａ系列若しくはＢ系列のいずれかの８チャネルのみとしてもよく、Ａ系列のみ若しくはＢ系列のみ又はＡ及びＢの両系列をボタン操作等によって選択できるようにしておき、要求される地質分解能に応じて適宜選択することとしてよい。
【００８４】
（４）測定周波数毎の送信
本システムにおいては自動車１を走行させながら測定を行うので、自動車１の走行速度と上記１６チャネルの送信電流を送信コイル２２へ供給するタイミングに応じて地質分解能が変わる。本実施形態では、自動車１を時速２０Ｋｍ（秒速約５．６ｍ）で走行させ、１秒間で１６チャネルの周波数すべてによる送信を行うことにする。この場合、１チャネル当たりの送受信及び演算処理の時間は６２．５ｍsecとなり、走行方向については５．６ｍ毎の平均的な地質情報を探査することになる。
【００８５】
従って、上記多周波高速送信機２１及び送信電流供給回路６３としては、６２．５ｍsec毎に送信電流の周波数を順次切り替え、１秒間に２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、６ＫＨｚ、…、１２８ＫＨｚ、１９２ＫＨｚ、２５６ＫＨｚ、３８４ＫＨｚというＡ系列及びＢ系列の１６チャネルの送信電流を順次送信コイル２２へ供給するものを用いる。又、上記受信磁場強度検出器２３、受信コイル２４、受信磁場検波回路６１及び磁場ベクトル・位相差検出回路６２については、かかる送信電流による測定周波数ｆの変化に追従する高速動作回路によって構成することにする。尚、これらの送受信器機は、既存の回路素子によって充分製造可能であり、市場に流通している安価な製品によって構成することも、不可能ではない。
【００８６】
一方、上記高速Ａ／Ｄ変換器７１としては、６２．５ｍsec毎に入力信号をサンプリングしてＡ／Ｄを行うものを用いる。そして、上記バッファメモリ７２ではかかる高速Ａ／Ｄ変換器７１から６２．５ｍsec毎に供給されるディジタルデータを適宜蓄積して演算処理装置７３へ送出することとし、上記演算処理装置７３としては、少なくとも後述する１６チャネルすべてについての演算処理を１秒間で完了することができる処理能力を有するものを用いることにする。尚、これらの器機についても既存のパーソナル・コンピュータやその周辺機器によって製造することが可能である。
【００８７】
すなわち、本システムは、自動車１と共に送受信ブーム２を移動させるものとなっているので、この時速２０Ｋｍ等のような数１０Ｋｍ程度の低速度によって測定位置を安定した状態で定速移動させることができ、これによって実際に製造可能な機器で高い分解能の地質情報が得られる測定を可能としているのである。換言すれば、本システムにおいては、自動車１の走行速度を任意に選定し、それによって測定位置の移動速度を適宜決定することができるので、実現可能な機器によって必要とされる分解能を得ることができるように、送信部２Ａ、受信部２Ｂ、ケーブル５、ＥＭ送受信機６及びパーソナル・コンピュータ７の構成と自動車１の走行速度とを決定しているのである。
【００８８】
（５）磁場の送信系
ここで、以上のような本システムにおける磁場の送信系、すなわち、本実施形態における磁場発生装置について詳述し、その具体的な構成を明らかにする。図６は、同磁場発生装置の構成を示すブロック図である。この図においては、上述した各構成要素に対応するものを同一符号で示してある。
【００８９】
図示のように、送受信ブーム２側の多周波高速送信機２１は、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16及び給電切替スイッチ２１SW等によって構成されている。そして、ケーブル５中の信号線である送信電流供給線５a、５b及びスイッチ制御線５cによって自動車１内（ＥＭ送受信機６内）の送信電流供給回路６３と接続されている。
【００９０】
共振用スイッチＳＷ1、ＳＷ2、…、ＳＷ16は、それぞれ一端側が送信電流供給線５aと接続され、他端側が共振用コンデンサＣ1、Ｃ2、…、Ｃ16と接続された大電流高速型のリレースイッチであり、スイッチ制御線５cを介して供給される制御信号（後述）によってオン／オフが制御される。共振用コンデンサＣ1、Ｃ2、…、Ｃ16は、それぞれ給電切替スイッチ２１SWを介して送信コイル２２と接続され、共振用スイッチＳＷ1、ＳＷ2、…、ＳＷ16がオンして送信電流供給回路６３から上記２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、…、３８４ＫＨｚの各チャネルの信号電圧が印加されるときに、送信コイル２２と共に共振を起こす容量をもつものとなっている。これらの共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16としては、各チャネルの信号電圧によって安定した大きな送信電流が流れるようにするために、温度変化がなく、かつ、耐電圧が大きい高圧用のものを用いるようにする。
【００９１】
給電切替スイッチ２１SWは、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16と送信コイル２２との間に介挿された３端子スイッチであり、これもスイッチ制御線５cを介して供給される制御信号によって接続状態が制御される。送信コイル２２としては、上記受信コイル２４について述べたのと同様、高周波用と低周波用、或いは、高周波用と中間周波用と低周波用等のように、各周波数帯に対しての１次磁場発生用コイルを設け、測定周波数に応じて適宜使い分けることとしてよく、図６はその一例として高周波用送信コイル２２Hと低周波用送信コイル２２Lを設けた場合の構成を示しており、そのうちのいずれのコイルへ送信電流を供給するかを給電切替スイッチ２１SWが切り替えるようになっている。
【００９２】
すなわち、本磁場発生装置では、送信コイル２２として高周波用送信コイル２２Hと低周波用送信コイル２２Lが設けられており、それら双方の一端側が送信電流供給線５bと接続され、他端側がそれぞれ給電切替スイッチ２１SWの別々の端子に接続されている。そして、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16のオン／オフと給電切替スイッチ２１SWの接続状態に応じて、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16のいずれか１つと高周波用送信コイル２２H及び低周波用送信コイル２２Lのいずれか一方とが直列に接続され、送信電流供給線５a及び５bに印加される信号電圧によって直列共振するＬＣ回路が形成される構成となっている。
【００９３】
尚、ＳＣは送信コイル２２に添設された上述のサーチコイルであり、これを流れる電流が多周波高速送信機２１へ供給され、上記同期検波用信号となってＥＭ送受信機６内の受信磁場検波回路６１へ供給される（このサーチコイルＳＣに係る部分の構成については、後述する受信系の構成にて詳述する。）。
【００９４】
一方、送信電流供給回路６３は、局発回路６３LO、分周回路６３FD、周波数カウンタ６３FC、矩形波発生回路６３PG、フォトカプラ６３PC、周波数ディジタル変換回路６３DC、スイッチ制御回路６３SC、波形整形回路６３W1、６３W2、送信電流増幅回路６３AM、出力メータ６３OM及び定電流安定化回路６３REによって構成されている。
【００９５】
局発回路６３LOは、周波数１６．３８４ＭＨｚの高周波信号を発生させる局部発振器回路であり、その信号出力端子が分周回路６３FDへ接続されている。この局発回路６３LOは、水晶振動子ＱCを利用した水晶発振器で構成されており、精度の高い安定した周波数で発振し続けるものとなっている。
【００９６】
分周回路６３FDは、局発回路６３LOから出力された高周波信号を分周し、上記２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、…、３８４ＫＨｚの各測定周波数の信号を順次出力する周波数分割器回路であり、その分周出力端子が周波数カウンタ６３FC、フォトカプラ６３PC、周波数ディジタル変換回路６３DC、波形整形回路６３W1及び６３W2へとそれぞれ接続されている。ここで、分周回路６３FDの１周波数当たりの出力持続時間は６２．５ｍsecとなっており、１秒間で上記１６チャネルすべての測定周波数信号を順次出力し、毎秒その出力動作を繰り返して前記各回路へ測定周波数信号を供給するようになっている。
【００９７】
周波数カウンタ６３FCは、分周回路６３FDから順次出力される各測定周波数信号の周波数を計数するカウンタである。矩形波発生回路６３PGは、矩形波を発生させてそのパルス信号を出力する回路であり、周波数カウンタ６３FCのカウントパルス入力端子へ接続されている。この矩形波発生回路６３PGには発生矩形波の周波数を調整する可変抵抗ＲVが設けられており、周波数カウンタ６３FCはこれによって適宜周波数調整されたパルス信号に従って計数動作を行い、計数した周波数を所定の表示部へ供給して表示させる。
【００９８】
フォトカプラ６３PCは、測定周波数信号を周波数識別用信号に変換してパーソナル・コンピュータ７へ伝送する電気信号経路中に介挿されたもので、入力側が分周回路６３FDと接続され、出力側が送信電流供給回路６３外の回路へと接続されている。これにより、受信系（受信磁場検波回路６１及び磁場ベクトル・位相差検出回路６２等）やその他の周辺回路から送信電流供給回路６３へのノイズ電流が遮断され、送信電流供給回路６３内の精確な回路動作が確保されるようになっている。尚、フォトカプラ６３PCを介した測定周波数信号は、ＥＭ送受信機６内の図示せぬ周波数カウンタ等によって測定周波数値を精密に示す周波数識別用信号に変換され、パーソナル・コンピュータ７へと供給される。
【００９９】
周波数ディジタル変換回路６３DCは、測定周波数信号を対応するチャネルのディジタル信号に変換する回路であり、スイッチ制御回路６３SCと接続されている。ここにいうディジタル信号は、上記１６チャネルの測定周波数のいずれかを特定する信号であり、例えば、４ビットのディジタルデータによって１６のチャネルを表すものとなっている。かかるディジタル信号を用い、周波数ディジタル変換回路６３DCは、分周回路６３FDから順次出力される各測定周波数信号に基づいてその周波数が該当する上記１６チャネルのうちのいずれかのチャネルを示すディジタル信号をスイッチ制御回路６３SCへ供給する。
【０１００】
スイッチ制御回路６３SCは、スイッチ制御線５cに接続されており、周波数ディジタル変換回路６３DCからのディジタル信号に基づいて上記制御信号を出力する。ここで、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16に対する制御信号としては、同ディジタル信号が示すチャネルの周波数で共振する共振用コンデンサに接続されたもののみをオンさせる信号を出力する。すなわち、同ディジタル信号の示すチャネルが２ＫＨｚであったときには共振用スイッチのＳＷ1のみをオンして他をオフする制御信号を、３ＫＨｚであったときには共振用スイッチのＳＷ2のみをオンして他をオフする制御信号を、…、３８４ＫＨｚであったときには共振用スイッチのＳＷ16のみをオンして他をオフする制御信号を、それぞれ出力する。
【０１０１】
又、給電切替スイッチ２１SWに対する制御信号としては、同ディジタル信号が示すチャネルの周波数の高低に応じて接続状態を変化させる信号を出力する。例えば、そのチャネル周波数が前半の８周波数（２ＫＨｚ〜２４ＫＨｚ）のときは低周波用送信コイル２２Lへ接続させ、後半の８周波数（３２ＫＨｚ〜３８４ＫＨｚ）のときは高周波用送信コイル２２Hへ接続させる制御信号を出力する。或いは、１００ＫＨｚ以下（２ＫＨｚ〜９６ＫＨｚ）のときは低周波用送信コイル２２Lへ接続させ、１００ＫＨｚ以上（１２８ＫＨｚ〜３８４ＫＨｚ）のときは高周波用送信コイル２２Hへ接続させる制御信号を出力したりする（この制御信号については、使用する測定周波数や各送信コイルの特性等に応じて適宜定める。）。
【０１０２】
波形整形回路６３W1、６３W2は、それぞれ正、負の電圧波形信号のみを通過させる回路であり、ＩＣインバータ等によって構成されている。これらの波形整形回路６３W1、６３W2は、それぞれ、出力側が送信電流増幅回路６３AMの入力側へ接続されており、分周回路６３FDから入力する測定周波数信号電圧の正波形、負波形のみを送信電流増幅回路６３AMへ入力する。
【０１０３】
送信電流増幅回路６３AMは、波形整形回路６３W1、６３W2からの正波形電圧、負波形電圧をそれぞれ増幅して出力し、測定周波数信号値を増幅した大きさの送信電流を出力側へ供給する出力回路である。すなわち、送信電流増幅回路６３AMは、その正波形側、負波形側の出力端子がそれぞれ送信電流供給線５a、５bと接続されており、共振用スイッチがオンしている共振用コンデンサと給電切替スイッチが接続している送信コイルに対して増幅した測定周波数信号電圧を印加し、それによって当該共振用コンデンサと送信コイルに共振を起こさせ、測定周波数信号値を増幅した大きな送信電流を供給する。尚、出力メータ６３OMは、その送信電流をモニタリングする計器であり、送信電流増幅回路６３AMの出力側に介挿されている。
【０１０４】
定電流安定化回路６３REは、上記安定化電源回路１１からの直流定電圧を駆動電圧源とし、安定した一定の電流を供給する定電流電源回路である。その電流供給端子は、一方が送信電流増幅回路６３AMの正波形側出力端子及び送信電流供給線５aと接続され、他方が送信電流増幅回路６３AMの負波形側出力端子及び送信電流供給線５bと接続されており、送信電流増幅回路６３AMが送信電流供給線５a、５b、共振用コンデンサＣ1ないしＣ16及び送信コイル２２へ供給する送信電流の振幅を一定に保持するようになっている。
【０１０５】
本磁場発生装置の構成は以上の通りであるが、上記構成においては、実際に磁場を発生させる磁場発生部（多周波高速送信機２１及び送信コイル２２）と、その磁場発生のための送信電流を生成・供給する電流生成部（送信電流供給回路６３）とを分離し、それぞれ送受信ブーム２側、自動車１内に搭載することとしている。
【０１０６】
すなわち、本システムでは、自動車１の車体による磁場への影響を避けるために、支持支柱３と支持機４によって送受信ブーム２を保持して自動車１から遠ざけることとしているので、送受信ブーム２の重量をできるだけ小さくする必要があり、その重量が大きいと支持支柱３をあまり長くすることができず、送受信ブーム２を自動車１から遠ざけることができなくなる。そこで、本磁場発生装置は、小型のコイルやコンデンサ等の軽量な材料だけで構成することのできる磁場発生部と、多くの回路素子を要する比較的重量の大きな電流生成部とに構成を分け、自動車１外の支持支柱３先端で保持する部分を小型で軽量な磁場発生部とし、これにより、車体による磁場への影響を避け得る位置まで支持支柱３を延長して送受信ブーム２を適切な測定位置で保持することができるようにしているのである。
【０１０７】
（６）磁場の受信系
次に、本システムにおける磁場の受信系、すなわち、本実施形態における磁場検出装置について詳述し、その具体的な構成を明らかにする。図７は、同磁場検出装置の構成を示すブロック図である。この図においては、上述した各構成要素に対応するものを同一符号で示し、左側から順に送受信ブーム２側、支持支柱３内（ケーブル５）、自動車１内（ＥＭ送受信機６）における磁場検出装置の構成要素に相当する部分を表してある。
【０１０８】
図中、“２１（一部）”とあるのは、多周波高速送信機２１における同期検波用信号を得るための構成部分（上記サーチコイルＳＣに係る部分の構成）のみを示したものである。この部分は、サーチコイルＳＣの一端がそれぞれ入力側に接続されたバンドパスフィルタ２１B1、２１B2、…、２１B16と、サーチコイルＳＣの他端が接続された基準電位電極２１Eとで構成されており、バンドパスフィルタ２１B1〜２１B16の出力側がまとめられてケーブル５中の１の信号線５dと接続されている。ここで、サーチコイルＳＣは、送信コイル２２の軸方向延長上で中心芯軸を共にする位置に設置されており、送信コイル２２で生じた磁場が鎖交してそれに応じた誘導電流が流れるようになっている。
【０１０９】
バンドパスフィルタ２１B1、２１B2、…、２１B16は、上記１６チャネルの測定周波数のうち、それぞれが互いに異なる１周波数の信号成分のみを通過させるフィルタとなっている。これらのフィルタにより、サーチコイルＳＣを流れる誘導電流中の測定周波数以外の成分が除去され、発生している１次磁場ＨPに対応する測定周波数と位相を有する信号が同期検波用信号となってケーブル５側へ供給される。
【０１１０】
受信磁場強度検出器２３は、受信コイル２４を構成するコイル２４X、２４Y、２４Zの一端が入力側に接続されたプリアンプ２３PX、２３PY、２３PZと、それらプリアンプの出力側が接続されたバンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZとを具備しており、バンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZの出力側がそれぞれケーブル５中の別々の信号線５eと接続されている。又、受信磁場強度検出器２３内には基準電位電極２３EX、２３EY、２３EZが設けられ、それぞれコイル２４X、２４Y、２４Zの他端が接続されている。
【０１１１】
プリアンプ２３PX、２３PY、２３PZは、地表面上で感知される合成磁場中の２次磁場成分（ＨS）が小さいことから、同合成磁場に応じてコイル２４X、２４Y、２４Zを流れる受信電流中の２次磁場相当成分が埋もれてしまわないように増幅作用をなす前置増幅器である。バンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZは、それぞれ上記１６チャネルの測定周波数の下限（２ＫＨｚ）から上限（３８４ＫＨｚ）までの周波数帯域における信号成分のみを通過させるフィルタである。これらのプリアンプとフィルタにより、コイル２４X、２４Y、２４Zを流れる受信電流が増幅されて測定周波数帯域以外の成分が除去され、各方向の受信電流値に対応する受信磁場信号となってケーブル５側へ供給される。
【０１１２】
尚、上述した図３の場合のように、コイル２４X、２４Y、２４Zとしてそれぞれに高周波用、中間周波用及び低周波用等の複数の磁場検出コイルを設ける場合にあっては、それらに応じた数のプリアンプとバンドパスフィルタを設ける。すなわち、受信磁場強度検出器２３に設けるプリアンプとしては、それぞれが接続される磁場検出コイルで検出しようとする高周波、中間周波又は低周波等の受信電流周波数帯域における特性が適切なもの（所望の定増幅利得で位相ずれがないものなど）を用いる。又、バンドパスフィルタとしては、それぞれがプリアンプを介して接続される磁場検出コイルで検出しようとする高周波、中間周波又は低周波等の受信電流周波数帯域の成分のみを通過させるフィルタを用いるようにする。
【０１１３】
一方、自動車１内のＥＭ送受信機６は、受信磁場検波回路６１がアンプ６１A、バッファ回路６１B、ＰＬＬ位相同期ループ６１PLL、位相制御回路６１PH、実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIで構成され、磁場ベクトル・位相差検出回路６２がフィールドテストデータ記憶部６２F、１次磁場校正係数読出回路６２R、ＤＣ変換回路６２DC、位相／電圧変換回路６２PV、受信磁場強度出力回路６２OR、位相出力回路６２OP及び１次磁場強度出力回路６２OTで構成されている。図７では省略してあるが、これらの構成要素のうち、アンプ６１A、実数成分同期検波回路６１DR、虚数成分同期検波回路６１DI、位相／電圧変換回路６２PV、受信磁場強度出力回路６２OR及び位相出力回路６２OPについては、コイル２４X、２４Y、２４Zからのそれぞれの方向の受信磁場信号に対するものが設けられている（但し、これらの構成要素は１組だけ設けることとし、所定の切替回路等を追加して時分割で動作させたり、適宜必要な１方向の受信磁場信号のみを処理することとしたりして、それぞれの方向の受信磁場信号の処理に共用する構成としてもよい。）。
【０１１４】
アンプ６１Aは、入力側が上記信号線５eと接続され、受信磁場強度検出器２３からの受信磁場信号を検波処理に適したレベルに増幅する。バッファ回路６１Bは、入力側が上記信号線５dと接続され、出力側がＰＬＬ位相同期ループ６１PLL及びＤＣ変換回路６２DCの入力側と接続されており、多周波高速送信機２１からの同期検波用信号の送出タイミングを受信磁場信号の回路内伝達遅延に応じて調整する。
【０１１５】
ＰＬＬ位相同期ループ６１PLLは、バッファ回路６１Bを介して入力する同期検波用信号から同じ周波数と位相を有する安定した検波信号を生成し、位相制御回路６１PHへ供給する。位相制御回路６１PHは、実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIと接続され、実数成分同期検波回路６１DRへは供給された検波信号（コサイン成分検波用信号）を出力し、虚数成分同期検波回路６１DIへは同検波信号の位相を９０°遅らせた信号（サイン成分検波用信号）を出力する。実数成分同期検波回路６１DR、虚数成分同期検波回路６１DIは、それぞれ位相制御回路６１PHからの信号によってアンプ６１Aを介して入力する受信磁場信号の同期検波を行う。これにより、受信磁場信号中の実数成分と虚数成分が検波され、磁場ベクトル・位相差検出回路６２へ出力される。
【０１１６】
フィールドテストデータ記憶部６２Fは、フィールドテスト（上述した高所の空中等での同期検波用信号測定）によって予め求めた各周波数毎の１次磁場校正係数が格納された記憶部である。１次磁場校正係数読出回路６２Rは、多周波高速送信機２１から供給されている同期検波用信号の測定周波数に対応する１次磁場校正係数をフィールドテストデータ記憶部６２Fから読み出し、ＤＣ変換回路６２DCへ出力する。尚、このような読出動作をさせるためには、読出アドレスを上記周波数識別用信号に基づいて制御したり、読出順序が測定周波数の使用順序に対応している読出回路を予め用意しておいたりすればよい。ＤＣ変換回路６２DCは、バッファ回路６１Bを介して入力する同期検波用信号を直流信号に変換し、それに１次磁場校正係数読出回路６２Rからの１次磁場校正係数を乗じて出力する。
【０１１７】
位相／電圧変換回路６２PVは、実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIと接続され、これらが出力する実数成分及び虚数成分によって示される受信磁場信号の位相を電圧信号に変換して出力する。
【０１１８】
受信磁場強度出力回路６２OR、位相出力回路６２OP及び１次磁場強度出力回路６２OTは、それぞれ出力側が上記高速Ａ／Ｄ変換器７１の入力端子と接続されている。そして、受信磁場強度出力回路６２ORは、入力側が実数成分同期検波回路６１DR及び虚数成分同期検波回路６１DIと接続され、これらが出力する実数成分及び虚数成分をそれぞれ高速Ａ／Ｄ変換器７１への入力規格に準じたアナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場実数値ＨR及び受信磁場虚数値ＨIとして出力する。位相出力回路６２OPは、入力側が位相／電圧変換回路６２PVと接続され、これが出力する位相の電圧信号を同アナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、受信磁場の１次磁場に対する位相差θとして出力する。１次磁場強度出力回路６２OTは、入力側がＤＣ変換回路６２DCと接続され、これが出力する１次磁場校正係数を乗じられた上記直流信号を同アナログ信号形式の直流電圧信号に変換し、１次磁場強度値ＨPとして出力する。
【０１１９】
本磁場検出装置の構成は以上の通りであるが、上記構成においては、磁場を受信・検出するための受信部分（受信磁場強度検出器２３や受信コイル２４等）と、検出された磁場から各種検出値のデータを得るためのデータ収集部分（受信磁場検波回路６１及び磁場ベクトル・位相差検出回路６２）とを分離し、それぞれ送受信ブーム２側、自動車１内に搭載することとしている。
【０１２０】
すなわち、本システムでは、上述したように送受信ブーム２の重量が大きいとこれを自動車１から遠ざけることができなくなるので、上記磁場発生装置同様、本磁場検出装置は、小型のコイル等の軽量な材料だけで構成することのできる受信部分と、多くの回路素子を要する比較的重量の大きなデータ収集部分とに構成を分け、自動車１外の支持支柱３先端で保持する部分を小型で軽量な受信部分とし、これにより、車体による磁場への影響を避け得る位置まで支持支柱３を延長して送受信ブーム２を適切な測定位置で保持することができるようにしている。
【０１２１】
又、本磁場検出装置と上記磁場発生装置は、このように送受信ブーム２側の構成を小型軽量化することにより、送受信ブーム２、支持支柱３及び支持機４を上述したようなベークライトや木材、カーボンファイバ、ステンレス、真鍮等の磁場への影響が少ない部材によって構成することも容易にしている。
【０１２２】
＜動作＞
次に、上記構成による本システムの測定動作について説明する。図８は、その測定動作の流れを示すフローチャートである。本システムは、電源を投入して各機器を起動させると共に、所望の測定場所の測定開始位置から自動車１を時速２０Ｋｍで走行させ、送信電流供給回路６３へ送信電流の供給開始指示をすることにより、図８に示す流れに従った測定を開始する。
【０１２３】
まず、送信電流供給回路６３が測定周波数信号の周波数を２ＫＨｚとし、初期の測定周波数（Ａ系列の第１チャネル）の送信電流を送信コイル２２へ供給する（ステップＳ1）。
【０１２４】
すなわち、局発回路６３LOが高周波信号を発振し始めると共に、分周回路６３FDがその発振出力を分周して最初の２ＫＨｚの測定周波数信号を出力し、それを受けた周波数ディジタル変換回路６３DCが測定周波数２ＫＨｚのチャネルを示すディジタル信号をスイッチ制御回路６３SCへ供給する。すると、そのディジタル信号を受けたスイッチ制御回路６３SCより、共振用スイッチのＳＷ1のみをオンしてＳＷ2〜ＳＷ16をオフする制御信号と給電切替スイッチ２１SWを低周波用送信コイル２２Lへ接続させる制御信号とがスイッチ制御線５cへ出力される。又、このとき同時に、波形整形回路６３W1、６３W2及び送信電流増幅回路６３AMによって当該測定周波数信号が増幅され、送信電流供給線５a及び５bに印加される。
【０１２５】
これにより、磁場発生部においては、共振用コンデンサＣ1と低周波用送信コイル２２Lとが直列に接続されると共に、増幅された２ＫＨｚの測定周波数信号が印加され、直列共振が生じて大きな送信電流が流れる。そして、低周波用送信コイル２２Lを流れるその送信電流により、測定周波数２ＫＨｚの場合の１次磁場ＨPが発生する。
【０１２６】
このようにして発生した１次磁場ＨPにより渦電流Ｉc、２次磁場ＨSが発生し、合成磁場Ｈが受信コイル２４のコイル２４X、２４Y、２４Zにてそれぞれ感知されることによって受信される。そして、それら受信磁場に応じた受信電流が受信磁場強度検出器２３にてプリアンプ２３PX、２３PY、２３PZにより増幅され、バンドパスフィルタ２３BX、２３BY、２３BZにより測定周波数帯域の信号成分のみからなる受信磁場信号とされて受信磁場検波回路６１へ供給される。
【０１２７】
又、発生した１次磁場ＨPがサーチコイルＳＣで感知され、その感知磁場を示す信号が多周波高速送信機２１内を介して同期検波用信号とされてＥＭ送受信機６へ供給される。すなわち、多周波高速送信機２１においては、サーチコイルＳＣで１次磁場ＨPが感知されてそれに応じた誘導電流が流れ、その誘導電流中の測定周波数以外の成分がバンドパスフィルタ２１B1〜２１B16により除去されてケーブル５側へ出力される。これにより、１次磁場ＨPに対応する測定周波数と位相を有する信号のみが同期検波用信号として受信磁場検波回路６１へ供給される。
【０１２８】
一方、送信電流供給回路６３内では同時に測定周波数信号がフォトカプラ６３PCを介して出力される。又、周波数カウンタ６３FCにより測定周波数信号の周波数が計数され、表示部に測定周波数（２ＫＨｚ）が表示される。
【０１２９】
続いてＥＭ送受信機６において、受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI、１次磁場強度値ＨP及び１次磁場ＨPと受信磁場Ｈとの位相差θを検出する処理が行われる（ステップＳ2）。すなわち、ＰＬＬ位相同期ループ６１PLLによりバッファ回路６１Bを介した同期検波用信号から検波信号が生成され、その検波信号が位相制御回路６１PHから実数成分同期検波回路６１DRへ出力されると共に、その位相を９０°遅らせた信号が虚数成分同期検波回路６１DIへ出力される。これにより、実数成分同期検波回路６１DRと虚数成分同期検波回路６１DIとでアンプ６１Aを介して入力されている受信磁場信号から実数成分と虚数成分とが検波され、受信磁場強度出力回路６２ORを介して受信磁場実数値ＨRと受信磁場虚数値ＨIとを示すアナログ信号に変換されて出力される。
【０１３０】
又、バッファ回路６１Bを介した同期検波用信号がＤＣ変換回路６２DCにて直流信号に変換され、１次磁場校正係数読出回路６２Rからの１次磁場校正係数を乗じられる。そして、１次磁場強度出力回路６２OTを介して１次磁場強度値ＨPを示すアナログ信号に変換されて出力される。更に、実数成分同期検波回路６１DRと虚数成分同期検波回路６１DIとで検波された実数成分と虚数成分とが示す位相が位相／電圧変換回路６２PVにて電圧信号に変換され、位相出力回路６２OPを介して位相差θを示すアナログ信号に変換されて出力される。
【０１３１】
このようにして上述した磁場検出装置により測定周波数２ＫＨｚの場合の受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI、１次磁場強度値ＨP及び位相差θが得られ、パーソナル・コンピュータ７へ出力される。
【０１３２】
尚、受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI及び位相差θを検出する上述の処理は、コイル２４X、２４Y及び２４Zで受信された各磁場についてそれぞれ同様に行われ、以下の処理もそれらの各磁場についてそれぞれ同様に行われる。又、ＥＭ送受信機６内では、上記フォトカプラ６３PCを介した測定周波数信号が周波数識別用信号に変換され、これも併せてパーソナル・コンピュータ７へ出力される。
【０１３３】
次に、上記各検出値等のアナログ信号が高速Ａ／Ｄ変換器７１でディジタルデータに変換される（ステップＳ3）。そして、それらのディジタルデータがバッファメモリ７２を介して演算処理装置７３へ供給され、比抵抗ρと２次磁場位相φを計算する処理が行われる（ステップＳ4）。ここで、演算処理装置７３は、供給された受信磁場虚数値ＨI及び１次磁場強度値ＨPと周波数識別用信号が示す２ＫＨｚの測定周波数ｆとを用い、上記数９によって比抵抗ρを算出する。又、供給された受信磁場実数値ＨR、受信磁場虚数値ＨI及び１次磁場強度値ＨPを用い、上記数１０によって２次磁場位相φを算出する。
【０１３４】
続いて演算処理装置７３は、算出した比抵抗ρ及び２次磁場位相φを記憶装置７４に格納すると共にディスプレイ７５に表示させる（ステップＳ5）。このとき、演算処理装置７３は、比抵抗ρ及び２次磁場位相φを現在の測定位置における現在の測定周波数に対応するものとして、記憶装置７４の所定領域に書き込み、ディスプレイ７５の所定箇所に所定態様で表示させる。
【０１３５】
今、測定を開始して初期測定周波数による送受信を行ったところなので、上記測定位置データｎは初期値の１であり、測定周波数ｆは２ＫＨｚである。従って、記憶装置７４には、算出された比抵抗ρ及び２次磁場位相φが“ｎ＝１，ｆ＝２ＫＨｚ”に対応するものとして書き込まれ、ディスプレイ７５においては、それらの比抵抗ρ及び２次磁場位相φが“ｎ＝１，ｆ＝２ＫＨｚ”に対応する箇所に表示される。
【０１３６】
そのディスプレイ７５における表示形態は、例えば、図９に示すようなものとする。図９の表示形態においては、横方向のｎ軸に測定位置、縦方向のｆ軸に測定周波数（ＫＨｚ）を表し、それらの使用値線によって分割された各矩形領域に比抵抗や２次磁場位相をカラー区分して表示する。このようにした場合、上述の算出された比抵抗ρや２次磁場位相φは、それらの値に対応するものとして予め割り当てられた色により、図中の測定位置“ｎ＝１”，測定周波数“ｆ＝２ＫＨｚ”の対応矩形領域に表示される。ここで、測定周波数ｆは探査深度に対応するものとなるので、図９のような表示によれば地質構造を把握することが可能となる。
【０１３７】
尚、演算処理装置７３は、上記位相差θについても同様に記憶装置７４の所定領域に書き込み、必要に応じてディスプレイ７５の所定箇所に所定態様で表示させる。
【０１３８】
以上で測定周波数２ＫＨｚの場合の測定を完了し、次いで第２番目の測定周波数（Ｂ系列の第１チャネル）による測定に移る。すなわち、１６チャネルの全測定周波数については測定が完了していないので、本システムの測定動作はステップＳ6からＳ7へ進んで送信電流供給回路６３が送信電流の周波数を３ＫＨｚとし、測定周波数を切り替えて再びステップＳ2へ戻る（但し、このステップＳ7での測定周波数切替は、上記ステップＳ2での各検出値の取得後やステップＳ3〜Ｓ5でのパーソナル・コンピュータ７における処理動作中に並行して行うこととし、周波数切替に伴う過渡状態を早い時点で安定させて測定動作の高速化を図るようにしてもよい。）。
【０１３９】
ここでの測定周波数切替は、分周回路６３FDからの測定周波数信号が次の測定周波数に切り替わることによって行われる。すなわち、分周回路６３FDは、上記２ＫＨｚの測定周波数信号を出力し始めてから６２．５ｍsecの時間が経過すると、次の測定周波数である３ＫＨｚの測定周波数信号を出力し始める。そして上記同様、その測定周波数信号に応じたディジタル信号が周波数ディジタル変換回路６３DCからスイッチ制御回路６３SCへ供給され、共振用スイッチのＳＷ2のみをオンしてＳＷ1及びＳＷ3〜ＳＷ16をオフする制御信号等が出力されると共に、送信電流増幅回路６３AM等によって当該測定周波数信号が増幅され、送信電流供給線５a及び５bに印加される。
【０１４０】
これにより、共振用コンデンサＣ2と低周波用送信コイル２２Lとが直列に接続されると共に増幅された３ＫＨｚの測定周波数信号を印加され、共振が生じて大きな送信電流が流れ、測定周波数３ＫＨｚの場合の１次磁場ＨPが発生する。そして、渦電流Ｉc、２次磁場ＨSが発生して合成磁場Ｈ等が上記同様に受信系（上記磁場検出装置）によって受信、検波、検出等され、パーソナル・コンピュータ７によって比抵抗ρ及び２次磁場位相φの計算等が行われて（ステップＳ2〜Ｓ4）、それらの比抵抗ρ及び２次磁場位相φ等が記憶装置７４に“ｎ＝１，ｆ＝３ＫＨｚ”に対応するものとして書き込まれると共に、ディスプレイ７５における“ｎ＝１，ｆ＝３ＫＨｚ”に対応する箇所に表示される（ステップＳ5）。
【０１４１】
以後においても同様に、測定周波数ｆが４ＫＨｚ、６ＫＨｚ、８ＫＨｚ、…と順次切り替えられ、各測定周波数毎に上記ステップＳ2〜Ｓ5の動作が繰り返される。そして、上記初期測定周波数２ＫＨｚによる測定を開始してから１秒後に、最後の測定周波数３８４ＫＨｚによる測定が完了し、１６チャネルすべての測定周波数について比抵抗ρ、２次磁場位相φ及び位相差θが得られる。尚、スイッチ制御回路６３SCは、これらの測定の間で測定周波数が高い側の所定のチャネルとなったときに、給電切替スイッチ２１SWの接続状態を切り替える制御信号を出力して低周波用送信コイル２２Lに代えて高周波用送信コイル２２Hを共振用コンデンサに接続し、これに送信電流が供給されて送信動作が行われるようにする。
【０１４２】
一方、この間に自動車１は約５．６ｍ走行し、送受信ブーム２もそれと共に移動している。従って、記憶装置７４には、測定開始位置から５．６ｍまでの平均的な地質情報として、“ｎ＝１，ｆ＝２ＫＨｚ”〜“ｎ＝１，ｆ＝３８４ＫＨｚ”に対応する１６チャネル分の比抵抗等が蓄積され、ディスプレイ７５においては、それらの地質情報が“ｎ＝１”の“ｆ＝２ＫＨｚ”から“ｆ＝３８４ＫＨｚ”までの１６分割された矩形ライン領域に表示される。
【０１４３】
続いて、本システムの測定動作は次の測定位置についての測定に移る。すなわち、所望の測定位置すべてについて測定が完了していなければ、ステップＳ8からＳ9へ進んで演算処理装置７３が測定位置データｎをインクリメントする。その一方で、送信電流供給回路６３は再び送信電流の周波数を２ＫＨｚとし（分周回路６３FDが出力する測定周波数信号が２ＫＨｚに戻り）、初期測定周波数の送信電流が供給され始める（ステップＳ1）。これにより、以後、ステップＳ2〜Ｓ7の動作が上記同様に再び実行され、記憶装置７４には次の５．６ｍの平均的な地質情報として“ｎ＝２，ｆ＝２ＫＨｚ”〜“ｎ＝２，ｆ＝３８４ＫＨｚ”に対応する比抵抗等が蓄積され、ディスプレイ７５にはそれらの地質情報が“ｎ＝２”の“ｆ＝２ＫＨｚ”から“ｆ＝３８４ＫＨｚ”までのラインに表示される。
【０１４４】
このようにして測定位置データｎを順次インクリメントして測定を実施する動作が繰り返され、ｎ＝２、３、４、…の各測定位置における“ｆ＝２ＫＨｚ”〜“ｆ＝３８４ＫＨｚ”での各比抵抗等の地質情報が順次得られていく。
【０１４５】
この間、測定周波数ｆは、１秒間に１６回という高速で変化し続けており、かつ、そのそれぞれの測定周波数の送信電流としては、共振用コンデンサの共振作用によって大きな電流が供給されている。これに対し、本磁場発生装置では、波形整形回路６３W1、６３W2で測定周波数信号電圧を正波形、負波形に分け、それぞれを送信電流増幅回路６３AMで増幅している。すなわち、本磁場発生装置は、測定周波数周期の半周期毎に交互に送信電流を増幅供給することとしているので、かかる測定周波数の高速変化や大電流の供給に対しても過渡現象による波形のノッチング歪みを生じさせずに送信電流を供給し続けることができる。
【０１４６】
又、局発回路６３LOでは水晶振動子ＱCを利用し、共振用コンデンサＣ1〜Ｃ16としては温度変化のない高圧用コンデンサを用いているので、精度の高い発振周波数に基づく精確な測定周波数により、コンデンサの温度特性による影響を回避して位相ずれも抑えつつ、送信電流を供給し続けることができる。そして、共振用スイッチＳＷ1〜ＳＷ16には大電流高速型のリレースイッチを用いているので、高速な測定周波数変化に対応して逐次共振用コンデンサへの接続を制御し、大きな送信電流の周波数をその測定周波数変化に追従させることが可能となっている。更に、送信電流の供給源側に定電流安定化回路６３REを設けているので、送信電流振幅も一定に保たれるようになっており、かつ、送信電流供給回路６３からの測定周波数信号出力経路にフォトカプラ６３PCを設けているので、他の回路からのノイズ電流を遮断して精確な回路動作が確保されている。
【０１４７】
このような様々の工夫により、本システムにおいては、測定周波数ｆを高速で順次切り替えつつ常に安定した大きな送信電流を送信コイル２２へ供給し続けることができ、各測定位置での各測定周波数による測定が適切に行われていく。そして、所望の測定位置すべてについての測定が完了し、送信電流供給回路６３の送信動作やパーソナル・コンピュータ７の処理動作が停止されたり、自動車１が停車したりすると、本システムの測定動作は終了する。
【０１４８】
以上の測定動作により、記憶装置７４には、各測定位置における各測定周波数毎の比抵抗ρ、２次磁場位相φ及び位相差θが蓄積記憶され、ディスプレイ７５には、それらの値がカラー区分されて図９のような形態で表示される。従って、本システムによれば、約５．６ｍ毎の各種地質情報を連続的にリアルタイムで観察し、地質解釈を行うことができる。
【０１４９】
ここで、ディスプレイ７５の表示については、比抵抗ρ、２次磁場位相φ又は位相差θのうちのいずれかの地質情報を表示しておき、必要に応じて表示される地質情報を適宜切り替えることとしてもよい。例えば、図示せぬキーボードからの指示入力等に応じて演算処理装置７３が記憶装置７４に蓄積された地質情報を読み出し、表示中の地質情報に代えて他の地質情報をディスプレイ７５に表示させるようにする。この場合、地質情報は上記コイル２４X、２４Y、２４Zのそれぞれの受信磁場から得られているので、各コイル毎の地質情報についても同様に切替表示するようにしておく。このようにすれば、種々の方向からみた種々の地質情報を適宜切り替えて観察することが可能となり、地質解釈の便に供することができる。
【０１５０】
又、演算処理装置７３は、各測定位置の各測定周波数毎に得られた比抵抗から表皮深度を計算し、深度方向の真の比抵抗分布等を求める処理を行う。すなわち、各測定位置における各測定周波数について、上記数５の式における比抵抗ρに記憶装置７３に格納された値を代入し、表皮深度δを求める。次いで、各測定位置の地盤を層状地盤と仮定し、求めた表皮深度δに基づき、１次元解析法により比抵抗ρ、２次磁場位相φ及び位相差θを深度方向の真の比抵抗分布、２次磁場位相分布及び位相差分布に割り戻す。
【０１５１】
そして、それらの地質情報分布を図９同様にディスプレイ７５に表示する。この場合、横方向は測定位置、縦方向は深度を表すものとして地盤中の各箇所の比抵抗等をカラー区分表示する。これにより、ディスプレイ７５には、各種地質情報の実際の分布を表す断面トレース図が表示されることになる。
【０１５２】
ここで、本システムにおいては、２ＫＨｚ〜３８４ＫＨｚの範囲の周波数を測定周波数として使用しているので、地表面から１００ｍ程度までの深度における真の比抵抗分布等が得られることになる。そして、その比抵抗分布等は、前記範囲で１６の測定周波数を使用していることから、深度方向に１６分割された分解能の高いものとなり、地質解釈に極めて有効な情報を提供するものとなる。
【０１５３】
尚、パーソナル・コンピュータ７が処理速度の速いものである場合等、図８の測定動作の進行に余裕がある場合には、かかる真の地質情報分布を求める処理を上記測定動作中に並行して行い、測定中の地盤における実際の地質情報分布をリアルタイムで得、それを表示することにしてもよい。又、自動車１に速度検出器やＧＰＳ等を搭載して現在位置を把握することにすれば、測定位置を自動車１の走行軌跡長の絶対値によって表示することができ、実際の地質分布により近い表示をすることができる。
【０１５４】
上述したように本システムによれば、自動車１によって時速数１０ｋｍで移動しつつ地質情報を取得し、それらをリアルタイムで逐次表示していくので、道路等に沿って移動しながら連続的に探査を行うことができ、短時間で広範囲の地質情報を高い分解能で得ることができる。又、基本的には自動車１の運転者と機器の操作者の２名のみで測定を行うことができるので、地盤探査に要する人員とその労力を大幅に削減することができる。
【０１５５】
例えば、従来におけるＣＳＡＭＴ法や他の電気探査法においては、１Ｋｍを３〜４人で数１０ｍ毎に測定しようとすると、測定作業だけで６日程度かかり、その解析に更に２日程度かかる。これに対し、本システムによれば、自動車の走行軌跡上でより細かい間隔によって測定を行うことができる上に、上述した時速２０Ｋｍの場合では５分以内に約１８０点の測定位置で地質情報を得ることができ、かつ、それらを解析してリアルタイムで表示することもできる。
【０１５６】
＜送受信部の支持構造＞
次に、上記システムにおける送受信ブーム２の支持構造について、送信コイル２２と受信コイル２４を任意の位置で任意の方向に向けて保持するための具体的な構成例を説明する。尚、上記システムにおいては、上述したように送受信ブーム２を軽量化しているので、以下のような構成例の支持構造は容易に実現することができる。
【０１５７】
１．第１構成例
図１０は、その第１の構成例である支持構造を示す図である。又、図１１は図１０中のａ−ａ′部断面図、図１２は図１０中のｂ−ｂ′部断面図である。これらの図において、４０は断面工字状のステンレス柱からなる固定台座であり、ボルト等の固定手段によって自動車１内の後方部床面に図示のように固定されている。本支持構造は、この固定台座４０に以下の各構成要素が順次連結・結合された形となっており、以下の各構成要素もステンレスで構成されたものとなっている（但し、これは強度を重視した場合の材質であって、ベークライト、木材、カーボンファイバ又は真鍮等、磁界への影響が少ない他の材質を用いることを排する趣旨ではない。）。
【０１５８】
３１は断面小のものが順に内側へ収納されて重合している複数の水平スライド柱体からなるテレスコピック機構の水平方向スライド支柱である。本支持構造においては、それら複数の水平スライド柱体として、それぞれ下側長辺中央部が開口した矩形断面の外側水平スライド柱体３１aと内側水平スライド柱体３１bを有している（特に図１１参照）。断面大の外側水平スライド柱体３１aは、内部に内側水平スライド柱体３１bを挿入されてその外周を覆うようにこれを収納しており、断面小の内側水平スライド柱体３１bは、内部に固定台座４０の上板側を挿入されてこれを覆うように収納している。そして、外側水平スライド柱体３１aと内側水平スライド柱体３１bとをそれぞれ長手方向へスライドさせることにより自動車１後方へ最大２．５ｍ程度の範囲で伸縮可能な水平方向スライド支柱３１が構成されている。
【０１５９】
３２は外側水平スライド柱体３１aの先端側に固着（溶接等により固定）された台座取付部であり、図１０中の破線で示すように支柱取付台座３３の形状に合致した嵌挿溝を有している。支柱取付台座３３は、矩形台座板３３aの下面に断面Ｔ字状（又は逆Ｔ字状）の嵌挿部３３bが取り付けられたもので、その嵌挿部３３bを前記嵌挿溝へ差し込むことによって外側水平スライド柱体３１aの先端側に固定連結されるようになっている。
【０１６０】
３４は断面矩形状の中空ステンレス柱からなる垂直方向支持柱体であり、支柱取付台座３３の矩形台座板３３a上面に固着されている。３５は断面小のものが順に内側へ収納されて重合している複数の垂直スライド柱体からなるテレスコピック機構の垂直方向スライド支柱である。本支持構造においては、それら複数の垂直スライド柱体として、それぞれ自動車１後方側の長辺中央部が開口した矩形断面の外側垂直スライド柱体３５aと内側垂直スライド柱体３５bを有している（特に図１２参照）。断面大の外側垂直スライド柱体３５aは、内部に内側垂直スライド柱体３５bを挿入されてその外周を覆うようにこれを収納しており、断面小の内側垂直スライド柱体３５bは、内部に垂直方向支持柱体３４を挿入されてこれを覆うように収納している。そして、外側垂直スライド柱体３５aと内側垂直スライド柱体３５bとをそれぞれ長手方向へスライドさせることにより自動車１後方において鉛直方向に地面から最大２ｍ程度の範囲で伸縮可能な垂直方向スライド支柱３５が構成されている。
【０１６１】
ここで、外側垂直スライド柱体３５aの上端は閉口しており、その閉口板には中央に一端が固定された連結軸が突設され、これを介して円柱状支持部材３６が取り付けられている。この円柱状支持部材３６は、前記連結軸の他端側を回転自在に支持するベアリング等からなる軸受け部を内部に有し、これにより外側垂直スライド柱体３５a上の水平面内で鉛直方向を中心軸として回転可能に連結されている。又、円柱状支持部材３６には、外周面上に角度目盛が付されており（図示略）、その回転角度を読み取れるようになっている。
【０１６２】
３７は円柱状支持部材３６上に固着された直方体形状の上端取付部である。この上端取付部３７は、紙面垂直方向中央部に自動車１後方側へ延びた水平円柱体３８が取り付けられており、これを内部でベアリング等によって回転可能に支持している。水平円柱体３８は、先端に固定受板３９が固着されており、これを上端取付部３７から保持するものとなっている。尚、水平円柱体３８にも外周部分に角度目盛が付されており（図示略）、その回転角度を読み取れるようになっている。
【０１６３】
固定受板３９は、上端に蝶番３１０の一片が取り付けられ、これを介して可動受板３１１と連結された矩形板状の部材であり、紙面垂直方向の端面部に自動車１後方側へ延びた扇状部材３１２が垂直に取り付けられている。可動受板３１１は、中央にブーム側支持軸３１３が設けられた矩形板状の部材であり、上端が蝶番３１０の他片に取り付けられている。この可動受板３１１には、固定受板３９の前記端面部に相当する側に扇状部材３１２を固定する止めねじ（図示略）が設けられている。
【０１６４】
扇状部材３１２は、扇状板からなる部材であり、前記止めねじの挿通孔３１２aがその円弧部分に沿って帯状に設けられている。すなわち、前記止めねじを緩めると、蝶番３１０の軸を中心として可動受板３１１を挿通孔３１２aに沿って回転させることができ、前記止めねじを締めることによりその回転を制止して可動受板３１１を固定することができるようになっている。又、扇状部材３１２の円弧部分にも角度目盛が付されており（図示略）、これによって前記止めねじの変位角度を読み取り、可動受板３１１の回転角度を特定することができるようになっている。この場合において、可動受板３１１の回転角度範囲は任意であるが、本支持構造では蝶番式によって９０°強とし、可動受板３１１を図１０の鉛直状態（９０°）から水平状態（０°）にまで変化させることができるようにしている（他の回転部の回転角度範囲は特に制限はなく、３６０°回転可能になっている。）。
【０１６５】
ブーム側支持軸３１３は、ボルトとナット又は締め付けねじ等の機械的構造によってブーム台座枠３１４を回転可能に支持する軸である。ブーム台座枠３１４は、紙面垂直方向両縁部等にブーム着脱ねじ３１４aが設けられた板状の枠であり、図１０中に点線で示したように上記送受信ブーム２が取り付けられる。
【０１６６】
これにより、送受信ブーム２は、ブーム台座枠３１４に着脱可能であって、かつ、ブーム側支持軸３１３を中心として紙面垂直方向面内で適宜回転可能に保持され、水平方向及び垂直方向の伸縮部である水平方向スライド支柱３１及び垂直方向スライド支柱３５と、鉛直方向、自動車１の走行方向、幅方向及び可動受板３１１の垂線方向を中心軸とした回転部である円柱状支持部材３６、水平円柱体３８、可動受板３１１及びブーム台座枠３１４とによって、各方向への平行移動と回転移動が可能な状態に支持される。ここで、回転部の中心軸のうち、少なくとも３つは互いに直交しており、３次元の各方向へ回転可能なジャイロ機構を構成している（例えば、図１０の状態では、円柱状支持部材３６、水平円柱体３８及び可動受板３１１の回転中心軸は互いに直交している。）。
【０１６７】
尚、送受信ブーム２には、扇状部材３１２を通過させる切込部（ないし開口部）を適宜設けることにする。又、ブーム台座枠３１４にも外周部分に角度目盛を付し、その回転角度を読み取れるようにする。
【０１６８】
以上の構成において、水平方向スライド支柱３１及び垂直方向スライド支柱３５をそれぞれ伸縮させると共に、円柱状支持部材３６、水平円柱体３８、可動受板３１１及びブーム台座枠３１４をそれぞれ回転させる。これにより、例えば図１３に示すように、送受信ブーム２を自動車１から所望の位置とし、かつ、所望の方向にして、上述した測定動作を実行する。
【０１６９】
この場合の本支持構造における可動部（上記伸縮部及び回転部）の動作態様を図１４に示す。この図は、本支持構造を模式的に表して各可動部の動作態様を把握できるようにしたもので、図１０中に示した構成に対応する部分には同一の符号を付してある。
【０１７０】
すなわち、送受信ブーム２の位置については、図１３及び図１４中の矢印▲１▼で示すように、外側水平スライド柱体３１aと内側水平スライド柱体３１bをスライドさせ、水平方向スライド支柱３１の長さを調節することによって水平方向位置を決定する。又、矢印▲２▼で示すように、外側垂直スライド柱体３５aと内側垂直スライド柱体３５bをスライドさせ、垂直方向スライド支柱３５の長さを調節することによって垂直方向位置を決定する。
【０１７１】
一方、送受信ブーム２の方向については、矢印▲３▼で示すように、円柱状支持部材３６を外側垂直スライド柱体３５a上で回転させ、その回転角度を調節することによって水平方向を決定する（３次元空間上の厳密な位置は、上記位置決定とこの水平方向決定によって決まる。）。又、矢印▲４▼で示すように、水平円柱体３８を回転させ、その回転角度を調節することによって横断面における垂直方向（長手方向の傾き具合）を決定する。そして、矢印▲５▼で示すように、蝶番３１０の軸を中心として可動受板３１１を回転させ、その回転角度を調節することによって縦断面における垂直方向（短手方向の傾き具合）を決定する。
【０１７２】
更に、ブーム側支持軸３１３を中心としてブーム台座枠３１４を回転させることによっては（図１３中の矢印▲６▼）、可動受板３１１を鉛直状態にしたときには垂直面内における送受信ブーム２の向きを決定し、可動受板３１１を水平状態にしたときには水平面内における送受信ブーム２の向きを決定する。
【０１７３】
本支持構造によれば、このようにして送受信ブーム２の位置と方向を任意に決定することができるので、自動車１に対して様々な位置及び方向にある地盤を探査することができる。例えば、送受信コイルとして上記送信コイル２２と受信コイル２４Zを用いることとした場合にあっては、円柱状支持部材３６、水平円柱体３８、可動受板３１１及びブーム台座枠３１４を回転させて送受信ブーム２の方向を定めることにより、送受信コイルの向きを図１５に示すように変化させることができる。
【０１７４】
図１５においては、各四角形線分と各円がそれぞれ送受信ブーム２と送受信コイルを模式的に表し、各矢印が送受信コイルの向きを表している。まず、上記図１０のように可動受板３１１を鉛直状態とすれば、送受信コイルを図１５中のＳＥ▲１▼で示す水平探査の向きにすることができる。又、上記図１３や図１４のように可動受板３１１を水平状態とすれば、送受信コイルをＳＥ▲２▼で示す垂直探査の向きにすることができる。
【０１７５】
更に、水平探査ＳＥ▲１▼の状態から水平円柱体３８又はブーム台座枠３１４を９０°回転させると共に、円柱状支持部材３６を９０°回転させると、送受信コイルをＳＥ▲３▼で示す自動車１の右側方探査の向きにすることができる。逆に、水平探査ＳＥ▲１▼の状態から水平円柱体３８又はブーム台座枠３１４を−９０°回転させると共に、円柱状支持部材３６を−９０°回転させると、送受信コイルをＳＥ▲４▼で示す自動車１の左側方探査の向きにすることができる。送受信コイルをこれらＳＥ▲３▼やＳＥ▲４▼のような向きとすることにより、自動車１の両側方にある斜面等の探査をすることも可能となる。
【０１７６】
そして、実際の探査では、図１６に示すような調査が必要な場所で自動車１を走行させて上記測定動作を実行する。図１６は、調査場所の一例を断面図で表したものであり、ＤＭはダム湖、ＭＬはその管理道路、ＭＳはダム湖ＤＭに面した山岳斜面である。この図に示すように、自動車１で管理道路ＭＬを走行しつつ、上記支持構造によって送受信ブーム２を適宜所望の位置と方向に合わせ、上記図８の測定動作手順に従って各種地質情報の測定を行う。
【０１７７】
この場合において、送受信ブーム２を送受信コイルが上記垂直探査ＳＥ▲２▼の向きとなる方向にすれば、図１６中ＳＲaで示す自動車１直下の地盤を探査することができる。又、その状態から水平円柱体３８を回転させて送受信ブーム２を傾けると、ＳＲbで示すダム湖ＤＭに沿った地盤を探査することができる。更に、それとは逆に水平円柱体３８を９０°強回転させて送受信ブーム２を自動車１の左斜め上に向けると、ＳＲcで示す山岳斜面ＭＳ内の地盤を探査することができる。
【０１７８】
本支持構造によれば、このようにして円弧矢印で示す探査範囲の地盤について測定を行うことができる。すなわち、同探査範囲の各種地質情報を得、それらを上述したようにディスプレイ表示することができるので、図示のような調査場所においても迅速かつ適切な地質解釈をすることが可能となる。
【０１７９】
尚、本支持構造の各構成要素は、固定台座４０が支持機４の一部構成要素に、水平方向スライド支柱３１〜ブーム台座枠３１４が支持支柱３の構成要素に、それぞれ対応する。又、本支持構造において、各可動部を動作させるには、自動車１内（上述の支持機４に相当する部分等）に油圧や空気圧等のような磁界への影響が少ない駆動力の発生源を設け、その駆動力を各構成要素内の中空部等を利用して伝達すればよい。或いは、可動受板３１１同様、他の各可動部にも伸縮ないし回転を制止する固定用ボルト等を設け、それらを緩めて人力により各可動部を適宜伸縮ないし回転させ、送受信ブーム２を所望の位置と方向になるように調整することとしてもよい。
【０１８０】
２．第２構成例
図１７は、送受信ブーム２の支持構造の第２構成例を示す図である。本支持構造を採用するに当たっては、上述のＥＭ探査システムを搭載する自動車として、図示のように荷台のある自動車１′を利用することにする。
【０１８１】
そして、その荷台の前方側に基台４０１を固定すると共に、後方側に伸縮支持機４０２を固定設置する。ここで、基台４０１は、クレーンアーム３０１の基端を回転自在に支持する支持手段である。又、伸縮支持機４０２は、トルクモータや油圧ないし空気圧等の駆動力発生源を内蔵し、その運転制御によって伸縮可能な支持アーム４０２aを有する支持機であり、支持アーム４０２aの荷台側を適宜方向変化可能に支持している。支持アーム４０２aの伸縮する先端側は、クレーンアーム３０１の基端柱体に回転自在に取り付けられている。
【０１８２】
クレーンアーム３０１は、断面小のものが順に内側へ収納されて重合している複数の支持柱体（長さ数ｍないし数十ｍの複数の柱体）からなる支持支柱である。このクレーンアーム３０１も構造的には上記水平方向スライド支柱３１や垂直方向スライド支柱３５と同様で伸縮可能なものとなっており、図示せぬトルクモータや油圧ないし空気圧発生源等によって伸縮状態を制御される。
【０１８３】
すなわち、本支持構造は、伸縮支持機４０２の支持アーム４０２aを伸ばすとクレーンアーム３０１が回転して（起き上がって）その先端位置が上昇し、クレーンアーム３０１を伸ばすと同先端位置が自動車１′後方へ移動すると共に更に上方へと上昇する、というクレーン車のような構成になっている。
【０１８４】
一方、３０２は、同先端位置に取り付けられ、図中の３つの矢印で示すように互いに直交する３方向に回転可能に送受信ブーム２を支持する回転支持部である。この回転支持部３０２は、支持台の３方向回転が可能なカメラ三脚の雲台等を利用して構成し、その支持台に送受信ブーム２を取り付けてこれを３方向トルクモータ等の駆動力発生手段により回転させることとして、３次元の各方向へ向けることができるジャイロ機構とする。
【０１８５】
このような構成において、支持アーム４０２aとクレーンアーム３０１とをそれぞれ伸縮させ、それらの長さを調整して回転支持部３０２に取り付けられた送受信ブーム２を地上数十ｍの所定の高さ位置で支持する（荷台着き自動車や送受信ブーム２の大きさ等を考えると、この場合の最大の高さは例えば３０ｍ程度とするのが適当である。）。そして、回転支持部３０２の各回転部を適宜回転させ、送受信ブーム２の方向を調整する。
【０１８６】
このようにして送受信ブーム２を所望の高さ位置とし、かつ、所望の方向にして、上記測定動作を実行する。これにより、図示のような山岳斜面等の高所における内部断面の各種地質情報が得られ、その探査を行うことができることになる。すなわち、本支持構造によれば、数十ｍの大規模な斜面等の高い位置にまで送受信コイルを移動させ、かつ、その移動後の位置でそれらのコイルを任意の方向に向けることができるので、通常では探査困難な箇所についても容易に探査を行うことが可能となる。
【０１８７】
尚、以上の実施形態によるＥＭ探査システムは、自動車によって移動するという駆動性から種々の場所での連続探査や集中探査に利用することができる。従って、具体的な用途としては、例えば次のようなものがある。
・盛土、切土、ブロック枠、吹き付け、コンクリート張り等ののり面の老朽化調査・河川堤防の漏水調査・コンクリート及びモルタル吹き付けのり面の老朽化調査・造成工事における地質調査やのり面調査・道路等の長距離土構造物の１次地盤調査や補足調査・路面下、道路沿い斜面、トンネル等の点検（脆弱部、地滑り箇所、風化部、断層、破砕帯、変質帯、地下水帯、湧水箇所等の調査）
・ダムサイトの地質点検（管理道路、斜面及びのり面等の点検や崩壊崩落箇所の探査）
【０１８８】
又、上述した実施形態によるＥＭ探査システムは、磁場発生装置と磁場検出装置の構成要素を自動車側と送受信ブーム側とに分けたものであったが、そのようにはせずに、磁場の発生と検出のための構成をすべて送受信ブーム側に設けることとしてもよい。すなわち、ＥＭ送受信機６の構成要素もすべて送受信ブーム２側に搭載し、自動車１側にはパーソナル・コンピュータ７等のデータ処理手段のみを設けることとして、自動車１内へは直接各種処理の対象となるデータを供給するようにしてもよい。このようにした場合にあっては、そのデータが得られるまでの信号伝達経路におけるノイズの影響を低減することができるという利点がある。
【０１８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、送信部及び受信部を有する磁場送受信の機器ないし手段を車両と一体に移動させると共に、発生させた磁場と検出された合成磁場に基づいて地質情報を求める処理を行い、その処理手段は車両に搭載することとして、探査方法にあっては車両搭載機器により行い、探査装置にあっては車両搭載型のものとしたので、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について、広範囲に亘って移動しながら連続的に探査をすることができる。これにより、種々の場所における地盤調査を迅速かつ適切に、少ない労力によって容易に行うことができる。
【０１９０】
そして、所定の移動距離毎に異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることとし、その１次磁場と２次磁場の合成磁場を検出して逐次同相成分及び離相成分を抽出し、それらの抽出された同相成分及び離相成分と１次磁場とに基づいて地質情報を逐次演算することとしたので、移動しながらの連続的な探査が可能である上に、必要に応じた高い分解能の地質情報をリアルタイムで得ることができる。これにより、種々の場所での調査において的確な地質解釈を容易かつ迅速に行うことが可能となるという効果が得られる。
【０１９１】
この場合の地質情報としては、例えば、周波数、１次磁場及び離相成分から地盤の比抵抗が求められ、１次磁場、同相成分及び離相成分から２次磁場の位相が求められ、それぞれ地質解釈に供されることになる。ここで、これらの比抵抗及び位相の双方を併用することにした場合にあっては、地盤の状況をより詳細に把握することができる。
【０１９２】
又、本発明においては、車両の走行速度を適宜選定することによって探査位置の移動速度が決定されることになるので、実現可能な機器によって必要な分解能が確保されるようにすることができる。これに基づき、車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることとしている。これにより、例えば、車両を時速２０Ｋｍで走行させ、１秒間で移動する距離毎に前記複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることとすれば、約５．６ｍ毎に１００ｍ程度までの深度を深度方向に１６分割した分解能で地質情報を得ることができる。尚、これらの車両搭載型探査装置において、求められた地質情報を逐次表示する表示手段を設けることとすれば、地盤の状況をリアルタイムで視覚的に捉え、適切な地質解釈を容易に行うことができる。
【０１９３】
一方、発生手段により異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生させて増幅手段により増幅し、その増幅信号を送信コイルへ供給して送信電流を流すこととし、送信コイルには増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路を接続することとしたので、順次発生する測定周波数信号に対応する大きな送信電流を送信コイルに流すことができ、大きな１次磁場を発生させて合成磁場等を明確に検出することが可能となる。これにより、車両と一体に移動する磁場送受手段と車両に搭載された処理手段とを有する車両搭載型探査装置における測定を容易かつ適切に行うことができ、移動しながら連続的に探査を行うことが可能となるという効果が得られる。
【０１９４】
ここで、発生手段と増幅手段を車両に搭載された処理手段に設け、送信コイルと容量回路を磁場送受手段に設けることとすれば、磁場送受手段を小型で軽量なものにすることができ、車両から離れた位置に保持するなどして磁場送受手段を車両から遠ざけることが容易となり、車両による磁場への影響を回避して的確な測定をすることが可能となる。又、複数のコンデンサと、それらのいずれかを周波数信号の周波数に応じて増幅手段の増幅信号出力側と送信コイルとの間に介挿接続する接続制御手段とを、前記容量回路が有するものとすれば、大きな送信電流を得ることができる。更に、それら複数のコンデンサの一端を送信コイルと接続し、接続制御手段をそれぞれのコンデンサの他端と増幅信号出力側との間に設けた大電流高速型のスイッチで構成することとすれば、周波数信号の周波数が高速で変化してもそれに対応して逐次コンデンサの接続状態を制御することができる。従って、大きな送信電流を、その周波数を高速で切り替えつつ送信コイルに流し続けることができる。又、送信コイルを各周波数帯用の複数のコイルで構成することとすれば、各周波数の周波数信号に適したコイルによって安定した適切な送信電流を流すことができる。
【０１９５】
更に、増幅手段に定電流源を設けることとしたので、送信電流をより一層安定させることができ、周波数を高速で切り替えつつ大きな送信電流を送信コイルに流し続けても回路動作が乱れることなく、精確な測定を行うことが可能となる。
【０１９６】
そして、発生手段を水晶振動子による発振回路とその発振周波数を分周して順次各周波数の周波数信号を出力する分周回路とを有するものとしたので、精度の高い安定した発振周波数に基づく周波数信号を得ることができ、精確な周波数の送信電流を送信コイルに流し続けることができる。
【０１９７】
尚、増幅手段を、周波数信号の正波形信号と負波形信号とを分離してそれぞれを増幅し、送信コイル及び容量回路の両端電極間に印加供給するものとすれば、送信電流の波形を歪ませることなく、その電流値の増大や周波数変化の高速化等を図ることができ、分解能の高い迅速な測定を行うことが可能となる。又、入力側が発生手段の周波数信号出力側と接続され、出力側が外部回路へ接続されたフォトカプラを更に有することとすれば、外部回路へ使用している周波数の情報を供給する際にも、ノイズ電流を遮断して精確な回路動作を確保することができる。
【０１９８】
このように、本発明による磁場発生装置によれば、周波数を高速で切り替えつつ、安定した大きな送信電流を送信コイルへ供給することができるので、車両で移動しながら多数の周波数による測定を順次行い、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について広範囲に亘る連続的な探査を迅速に行うことが可能となるという効果が得られる。又、このことから、種々の場所における地盤調査は迅速かつ適切に、少ない労力によって容易に行うことができることになる。
【０１９９】
他方、検出手段により合成磁場を検出して受信信号を出力し、その受信信号を検波手段により１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とで検波して合成磁場の１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出することとしたので、それらの成分から２次磁場の情報を得ることができる。これにより、車両と一体に移動する磁場送受手段と車両に搭載された処理手段とを有する車両搭載型探査装置において、比抵抗や２次磁場の位相のような地盤の地質情報を求めるのに直接利用することができる情報が得られ、外観からの把握が困難な各種地盤の地質について広範囲に亘る移動しながらの連続的な探査を迅速に行うことが可能となるという効果が得られる。又、このことから、種々の場所における地盤調査は迅速かつ適切に、少ない労力によって容易に行うことができることになる。
【０２００】
ここで、検出手段が合成磁場を感知する受信コイルとその感知電流に応じた信号を受信信号として出力する出力手段とによって実現され、そのうちの受信コイルを互いに直交する方向に配置された複数のコイルとしたので、様々な方向における合成磁場を検出することができ、３次元空間内の各方向における合成磁場を検出することもできる。従って、様々な方向における２次磁場の情報が得られ、詳細な地質解釈を可能とする多くの地質情報が得られることになる。この場合、受信コイルとして各周波数帯域用の複数のコイルを有することとすれば、各合成磁場に応じた適切な感知電流が得られ、同相成分と離相成分を正確に検波することが可能となる。
【０２０１】
尚、かかるコイル等によって構成される検出手段を磁場送受手段に設け、検波手段を処理手段に設けることとすれば、磁場送受手段を小型で軽量なものにすることができ、車両から離れた位置に保持するなどして磁場送受手段を車両から遠ざけることが容易となり、車両による磁場への影響を回避することが可能となる。又、磁場送受手段で発生させている１次磁場を検出し、それに応じた信号を出力する１次磁場検出手段を更に有し、これが出力する信号を用いて検波手段が１次磁場との同期検波信号を生成し、当該同期検波信号を用いて検波をすることとすれば、実際に発生している１次磁場に即した適切な検波信号による同期検波をすることができる。この場合、１次磁場が発生する箇所にコイルを設け、それを流れる電流中の１次磁場に対応する周波数帯の信号成分のみを出力するフィルタを設けることとして不要な成分が除去されたより適切な検波信号を用いることとしたり、かかる１次磁場検出手段から出力される信号に基づいて実際に発生した１次磁場の強度を求めることとしたりしてもよい。
【０２０２】
又、同相成分と離相成分から合成磁場の１次磁場に対する位相差が求められるので、地質解釈に利用することができる更なる情報を得ることができる。
【０２０３】
そして、車両搭載型探査装置における送受信部の支持構造として、基端側が車両に連結されて伸縮する第１の支持手段と、その先端側に連結されて回転により送受信部の方向を変化させる第２の支持手段とを有するものを採用することとしたので、送受信部を適宜所望の位置とし、かつ、所望の方向として、探査を行うことができる。これにより、車両に対し、様々な位置ないし様々な方向にある各種地盤の地質について、移動しながらの連続的な探査を容易に行うことが可能となるという効果が得られる。
【０２０４】
ここで、水平方向に伸縮可能な第１の支持支柱と鉛直方向に伸縮可能な第２の支持支柱等で第１の支持手段を構成することとすれば、送受信部の車両からの水平方向位置と鉛直方向位置を任意に決定することができる。又、一端側が車両に連結された伸縮可能な第３の支持支柱とその所定部位を車両から移動可能に支持する支持機部等で第１の支持手段を構成することとすれば、第３の支持支柱を伸ばすと共に、その所定部位を支持機で移動させて起き上がらせることにより、より高所の地盤（山の斜面等）を探査することが可能となる。
【０２０５】
一方、第２の支持手段を、互いに直交する３方向の各軸を中心として回転可能な回転部を有するものとしたので、送受信部を３次元空間内の任意の方向へ向けることができる。これにより、車両からあらゆる方向の地盤を探査することが可能になるという効果が得られる。例えば、水平探査、垂直探査、車両の左側方探査、右側方探査等も可能となり、直下地盤やそれより斜め下方向の地盤、車両側方の山の斜面、トンネル内全面の地盤等を探査することも容易となる。
【０２０６】
加えて、上述の支持構造においては、発生手段と増幅手段を車両に搭載された処理手段に設けると共に送信コイルと容量回路を送受信部に設けることとしたり、検出手段を送受信部に設けると共に検波手段を処理手段に設けることとしたりすれば、送受信部を小型で軽量なものにすることができる。このようにした場合には、車両から離れた位置で送受信部を保持することが容易になり、上記各効果を奏する支持構造も容易に実現することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による自動車搭載型ＥＭ探査システムの全体構成を示す図である。
【図２】 同システムにおける送受信ブーム２を自動車１の後方からみたときの構成を示す図である。
【図３】 各方向の磁場検出コイルとして高周波用、中間周波用及び低周波用の３つのコイルを送受信ブーム２に設ける場合の構成例を示す図である。
【図４】 同システムの自動車１内における機器の構成を示すブロック図である。
【図５】 同システムによる測定で取り扱う１次磁場、２次磁場及び合成磁場の関係を示す図である。
【図６】 同システムにおける送信系（磁場発生装置）の具体的な構成を示す図である。
【図７】 同システムにおける受信系（磁場検出装置）の具体的な構成を示す図である。
【図８】 同システムによる測定動作の流れを示すフローチャートである。
【図９】 同システムにおけるディスプレイ７５の表示形態例を示す図である。
【図１０】 同システムにおける送受信ブーム２の支持構造の第１構成例を示す図である。
【図１１】 図１０中のａ−ａ′部断面図である。
【図１２】 図１０中のｂ−ｂ′部断面図である。
【図１３】 同支持構造の一動作状態を示す図である。
【図１４】 同支持構造を模式的に表して各可動部の動作態様を示した図である。
【図１５】 同支持構造による送受信コイルの向きの変化態様例を示す図である。
【図１６】 同システムにより探査を行う実際の調査場所の一例を断面図で表したものである。
【図１７】 同システムにおける送受信ブーム２の支持構造の第２構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 自動車
２ 送受信ブーム
２Ａ 送信部
２Ｂ 受信部
３ 支持支柱
４ 支持機
６ ＥＭ送受信機
７ パーソナル・コンピュータ
２１ 多周波高速送信機
２１B1〜２１B16 バンドパスフィルタ
２１SW 給電切替スイッチ
２２ 送信コイル
２２H 高周波用送信コイル
２２L 低周波用送信コイル
２３ 受信磁場強度検出器
２４ 受信コイル
２４X、２４Y、２４Z コイル
３１ 水平方向スライド支柱
３１a 外側水平スライド柱体
３１b 内側水平スライド柱体
３５ 垂直方向支持柱体
３５a 外側垂直スライド柱体
３５b 内側垂直スライド柱体
３６ 円柱状支持部材
３７ 上端取付部
３８ 水平円柱体
３９ 固定受板
６１ 受信磁場検波回路
６１DI 虚数成分同期検波回路
６１DR 実数成分同期検波回路
６１PH 位相制御回路
６１PLL ＰＬＬ位相同期ループ
６２ 受信ベクトル・位相差検出回路
６２DC ＤＣ変換回路
６２F フィールドテストデータ記憶部
６２PV 位相／電圧変換回路
６２R １次磁場校正係数読出回路
６３ 送信電流供給回路
６３AM 送信電流増幅回路
６３DC 周波数ディジタル変換回路
６３FD 分周回路
６３LO 局発回路
６３PC フォトカプラ
６３RE 定電流安定化回路
６３SC スイッチ制御回路
６３W1、６３W2 波形整形回路
７３ 演算処理装置
７４ 記憶装置
７５ ディスプレイ
３０１ クレーンアーム
３０２ 回転支持部
３１０ 蝶番
３１１ 可動受板
３１２ 扇状部材
３１３ ブーム側支持軸
３１４ ブーム台座枠
４０２ 伸縮支持機
４０２a 支持アーム
Ｃ1〜Ｃ16 共振用コンデンサ
ＣＯH 高周波用磁場検出コイル
ＣＯL 低周波用磁場検出コイル
ＣＯM 中間周波用磁場検出コイル
ＦＲ 取付枠
ＱC 水晶振動子
ＳＣ サーチコイル
ＳＷ1〜ＳＷ16 共振用スイッチ
Claims (7)
- １次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場送受手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受手段で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における磁場発生装置であって、異なる複数の周波数の周波数信号を順次発生する発生手段と、前記発生手段により発生された周波数信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段から周波数信号が増幅された増幅信号を供給され、その増幅信号に応じて流れる送信電流によって前記１次磁場を発生させる送信コイルと、前記送信コイルと接続され、前記増幅信号の供給によって共振を起こす容量回路と、
支持支柱に取り付けられた前記磁場送受手段を車両の後方で地盤との間に間隔をおいて対向するように保持する支持機と、
を有し、
前記磁場送受手段は、車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離を前記移動距離として、当該距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる個数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることを特徴とする磁場発生装置。 - 請求項１記載の磁場発生装置において、前記増幅手段は、増幅信号出力側に接続された定電流源を有することを特徴とする磁場発生装置。
- 請求項１又は２記載の磁場発生装置において、前記発生手段は、水晶振動子を用いた発振回路と、前記発振回路の出力信号を、順次その周波数を分周し、前記複数の周波数の各周波数信号として順次出力する分周回路とを有することを特徴とする磁場発生装置。
- １次磁場を発生させると共に、その１次磁場と２次磁場との合成磁場を受け、車両と一体に移動する磁場送受手段と、前記車両に搭載され、前記磁場送受手段で発生させた１次磁場と受けた合成磁場とに基づき、２次磁場が発生した地盤の地質情報を求める処理手段とを有する車両搭載型探査装置における磁場検出装置であって、前記合成磁場を検出し、それに応じた受信信号を出力する検出手段と、前記検出手段から出力される受信信号を、前記１次磁場に応じた信号とその位相をずらした信号とによって検波し、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分と離相成分とを抽出する検波手段と、
支持支柱に取り付けられた前記磁場送受手段を車両の後方で地盤との間に間隔をおいて対向するように保持する支持機と、
を有し、
前記磁場送受手段は、車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離を前記移動距離として、当該距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる個数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることを特徴とする磁場検出装置。 - 請求項４記載の磁場検出装置において、前記検出手段は、前記合成磁場を感知する受信コイルと、その感知電流に応じた信号を前記受信信号として出力する出力手段からなり、前記受信コイルとして、互いに直交する方向に配置された複数のコイルを有することを特徴とする磁場検出装置。
- 請求項４又は５記載の磁場検出装置において、前記検波手段によって抽出された同相成分及び離相成分に基づき、前記合成磁場の前記１次磁場に対する位相差を求める位相差検出手段を更に有することを特徴とする磁場検出装置。
- 送信部及び受信部を有する磁場送受信機器を車両の後方で地盤との間に間隔をおいて対向するように保持して車両と一体に移動させつつ、前記送信部によって磁場を発生させると共にその磁場と誘導磁場との合成磁場を前記受信部によって検出し、前記磁場送受信機器で発生させた磁場と検出された合成磁場とに基づき、誘導磁場が発生した地盤の地質情報を求め、
所定の移動距離毎に、異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させ、この１次磁場とその２次磁場が合成された磁場を前記合成磁場として検出し、前記複数の周波数のそれぞれにつき、前記合成磁場の前記１次磁場との同相成分及び離相成分を逐次抽出し、抽出された同相成分及び離相成分と前記１次磁場とに基づき、前記移動距離毎の前記地盤の地質情報を逐次演算し、前記車両が所定の分解能に応ずる速度で走行するときに一定の単位時間で移動する距離を前記移動距離として、当該距離毎に、１ＫＨ〜４００ＫＨの範囲における異なる複数の周波数の送信電流によって順次１次磁場を発生させることを特徴とする探査方法。
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