JP7419687B2 - 埋設物検出装置および埋設物検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、壁や地中等に含まれる埋設物を検出する埋設物検出装置および埋設物検出方法に関する。

近年、例えば、コンクリート内に含まれる鉄筋等の埋設物を検出する装置として、コンクリートの表面を移動させながら、コンクリートの表面に向かって放射した電磁波の反射波の変化に基づいて、埋設物を検出する装置が用いられている。
特許文献１には、電磁波を送信アンテナから放射し、受信アンテナで受信された対象物からの反射波を、高速鋸歯状波発生器と低速鋸歯状波発生器および交点パルス発生器を用いて生成したサンプリングパルスによってサンプリングするチャープサンプリング方式地中レーダについて開示されている。

特開昭６０－１５４１７７号公報

しかしながら、上記従来の装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された装置では、高速鋸歯状波と低速鋸歯状波とを比較して、サンプリングパルスを生成しているため、例えば、装置ごとの個体差、温度変化等によって、埋設物の検出に必要な受信波のサンプリングを行う期間がずれてしまうおそれがある。特に、例えば、数センチの深さの埋没物を検出するためには１０ｐｓ程度の非常に短い時間間隔で受信波をサンプリングする必要があり、基準パルスから、受信波の地表面にあたる信号が受信されるまでの遅延時間と、サンプリングパルスの初期遅延時間を数１０ｐｓ程度の精度で合わせることは困難である。

このため、従来の構成では、装置の個体差や温度変化等によってサンプリングを行う期間がずれてしまった場合でも受信波を確実にサンプリングできるように、サンプリングを行う期間を長く設定していた。
しかし、サンプリング期間を延長した場合には、埋設物の検出に必要な受信波の取得に要する時間も延長されるため、処理効率が低下するという課題があった。

本発明の課題は、埋設物の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よくサンプリングを行うことが可能な埋設物検出装置および埋設物検出方法を提供することにある。

第１の発明に係る埋設物検出装置は、対象物に対して照射された電磁波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出装置であって、送信部と、受信部と、可変遅延素子と、記憶部と、制御部と、を備えている。送信部は、電磁波を対象物へ放射する。受信部は、電磁波の反射波を受信するサンプル・ホールド回路を有する。可変遅延素子は、放射する電磁波またはサンプリングパルスをデジタル信号によって任意に遅延させることが可能である。記憶部は、受信部において受信される反射波のサンプリング期間が反射波の検出に必要な期間と合致するように調整するための補正値を保存している。制御部は、記憶部に保存された補正値を参照して、反射波のサンプリング期間が反射波の検出に必要な期間と合致するように、可変遅延素子を制御する。

ここでは、放射された電磁波の反射波を受信して、例えば、コンクリート内に存在する鉄筋等の埋設物を検出する埋設物検出装置において、デジタル信号によって反射波のサンプリングパルスを設定するとともに、反射波のサンプリング期間を反射波の検出に必要な期間に合致させるための補正値を記憶部に保存している。
ここで、可変遅延素子は、例えば、ディレイＩＣであって、デジタル信号によって反射波を受信するサンプリングパルスの遅延時間を設定する。

上記補正値には、例えば、補正値、補正係数、補正テーブルが含まれる。
また、補正値によって調整されるサンプリング期間のずれは、例えば、製品ごとの個体差、温度変化等に起因して発生する。
これにより、例えば、製品出荷時等において、受信部において受信した反射波の波形を確認して、個体差や温度変化に起因するサンプリング期間のずれを補正するための補正値を記憶部に保存させることで、サンプリング期間のずれを記憶部に保存された補正値を参照して補正することができる。
この結果、反射波のサンプリング期間を最小限の長さになるように設定することができるため、埋設物の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よく反射波のサンプリングを行うことができる。

第２の発明に係る埋設物検出装置は、第１の発明に係る埋設物検出装置であって、補正値は、装置ごとに異なる値が記憶され、装置ごとの個体差に起因するサンプリング期間のずれを調整する。
これにより、例えば、製品出荷時等において、受信部において受信した反射波の波形を確認して、個体差に起因するサンプリング期間のずれを補正するための補正値を記憶部に保存させることで、個体差に起因するサンプリング期間のずれを記憶部に保存された補正値を参照して補正することができる。

第３の発明に係る埋設物検出装置は、第１または第２の発明に係る埋設物検出装置であって、補正値は、温度変化に起因するサンプリング期間のずれを調整する温度補正係数または温度補正テーブルを含む。

これにより、例えば、製品開発時等において、外気温を変化させて受信部において受信した反射波の波形を確認して、温度変化に起因するサンプリング期間のずれを把握した上で、補正するための補正テーブルを作成し、記憶部に保存させることで、温度変化に起因するサンプリング期間のずれを記憶部に保存された補正テーブルを参照して補正することができる。

第４の発明に係る埋設物検出装置は、第３の発明に係る埋設物検出装置であって、温度変化を検出する温度センサを、さらに備えている。制御部は、温度センサにおいて検出された温度変化を用いて、温度補正係数から算出、または温度補正テーブルを参照して、可変遅延素子を制御する。
これにより、製品が使用される使用環境における温度変化を温度センサによって検出することで、記憶部に保存された補正テーブルを参照して、現在の温度に応じたサンプリング期間のずれを適切に調整することができる。

第５の発明に係る埋設物検出装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る埋設物検出装置であって、制御部は、サンプリング期間の開始タイミングを、反射波の受信開始タイミングに合わせるように調整を行う。
これにより、サンプリング期間のずれの調整は、サンプリング期間の開始タイミングを、反射波の立ち上がり（受信開始）のタイミングに合わせることで、反射波のサンプリング期間を適切に調整することができる。

第６の発明に係る埋設物検出装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る埋設物検出装置であって、制御部は、サンプリング期間の長さを変化させる複数の設定モードを有している。
これにより、例えば、ユーザの要望（検出範囲限定、処理効率重視、検出精度重視等）、対象物の材質、埋設物の種類・材質・大きさ等に応じてモードを切り替えることで、サンプリング期間を短く設定することができる。
この結果、反射波のサンプリング期間を最小限の時間で取得することができる。

第７の発明に係る埋設物検出装置は、第６の発明に係る埋設物検出装置であって、制御部は、サンプリング期間を、対象物の表面から所定の深さまでの期間に変更する第１設定モードを有している。
これにより、例えば、対象物内に存在する埋設物が対象物の表面から所定の距離に存在していることが分かっている場合には、第１設定モードに切り替えることで、対象物の表面から所定の距離の範囲だけサンプリングできるように調整することができる。

第８の発明に係る埋設物検出装置は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る埋設物検出装置であって、制御部は、サンプリング期間における遅延時間の変化間隔を１より大きい値に変更する第２設定モードを有している。
これにより、例えば、ユーザの要望により、埋設物の検出処理の効率を優先したい場合には、第２設定モードに切り替えることで、サンプリング期間における遅延時間の変化間隔を１より大きい値に変更することで、サンプリングの効率を向上させることができる。

第９の発明に係る埋設物検出装置は、第１から第８の発明のいずれか１つに係る埋設物検出装置であって、制御部は、対象物の表面からの距離が大きくなるにつれて同一遅延時間でのサンプリングを複数回実施して平均化した値を反射波の検出値として用いる第３設定モードを有している。
通常、対象物の表面から距離が大きい（深い）位置にある埋設物の反射波の受信強度は弱くなるため、表面付近の埋設物と比較して検出精度が低下しやすい。

これにより、例えば、ユーザの要望により、深い位置にある埋設物の検出精度を向上させたい場合には、第３設定モードに切り替えることで、距離が大きい位置からの反射波のサンプリングを同じ位置で複数回実施し、その平均値を反射波の検出値として用いることで、対象物の表面からの距離が大きい位置に存在する埋設物の検出精度を向上させることができる。

第１０の発明に係る埋設物検出方法は、対象物に対して照射された電磁波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出方法であって、遅延時間調整ステップと、補正ステップと、送信ステップと、受信ステップと、を備えている。遅延時間調整ステップでは、デジタル信号によって、放射する電磁波の遅延時間または反射波をサンプリングするサンプリングパルスの遅延時間を設定する。補正ステップでは、予め記憶部に保存された補正値を参照して、受信部において受信される反射波のサンプリング期間が反射波の検出に必要な期間と合致するようにサンプリング期間を調整する。送信ステップでは、電磁波を対象物へ放射する。受信ステップでは、補正ステップにおいて調整されたサンプリング期間に従って、インパルス波の反射波を受信する。

ここでは、放射された電磁波の反射波を受信して、例えば、コンクリート内に存在する鉄筋等の埋設物を検出する埋設物検出方法において、デジタル信号によって放射する電磁波の遅延時間または反射波のサンプリングパルスを設定するとともに、反射波のサンプリング期間を反射波の検出に必要な期間に合致させるための補正値を記憶部に保存している。

ここで、デジタル信号によって行われるサンプリングパルスの遅延時間の設定は、例えば、ディレイＩＣを用いて行われる。
上記補正値には、例えば、補正値、補正係数、補正テーブルが含まれる。
また、補正値によって調整されるサンプリング期間のずれは、例えば、製品ごとの個体差、温度変化等に起因して発生する。

これにより、例えば、製品出荷時等において、受信部において受信した反射波の波形を確認して、個体差や温度変化に起因するサンプリング期間のずれを補正するための補正値を記憶部に保存させることで、サンプリング期間のずれを記憶部に保存された補正値を参照して補正することができる。
この結果、反射波のサンプリング期間を最小限の長さになるように設定することができるため、埋設物の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よく反射波のサンプリングを行うことができる。

第１１の発明に係る埋設物検出方法は、第１０の発明に係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、装置ごとの個体差に起因するサンプリング期間のずれを調整する。
これにより、例えば、製品出荷時等において、受信部において受信した反射波の波形を確認して、個体差に起因するサンプリング期間のずれを補正するための補正値を記憶部に保存させることで、個体差に起因するサンプリング期間のずれを記憶部に保存された補正値を参照して補正することができる。

第１２の発明に係る埋設物検出方法は、第１０または第１１の発明に係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、温度変化に起因するサンプリング期間のずれを調整する。
これにより、例えば、製品開発時等において、外気温を変化させて受信部において受信した反射波の波形を確認して、温度変化に起因するサンプリング期間のずれを把握した上で、補正するための補正テーブルを作成し、記憶部に保存させることで、温度変化に起因するサンプリング期間のずれを記憶部に保存された補正テーブルを参照して補正することができる。

第１３の発明に係る埋設物検出方法は、第１０から１２の発明のいずれか１つに係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、サンプリング期間の開始タイミングを、反射波の受信開始タイミングに合わせるように調整を行う。
これにより、サンプリング期間のずれの調整は、サンプリング期間の開始タイミングを、反射波の立ち上がり（受信開始）のタイミングに合わせることで、反射波のサンプリング期間を適切に調整することができる。

第１４の発明に係る埋設物検出方法は、第１０から第１３の発明のいずれか１つに係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、サンプリング期間の長さを変化させる複数の設定モードから選択された補正を実施する。
これにより、例えば、ユーザの要望、対象物の材質、埋設物の種類・材質・大きさ等に応じてモードを切り替えることで、サンプリング期間を短く設定することができる。
この結果、反射波のサンプリング期間を最小限の時間で取得することができる。

第１５の発明に係る埋設物検出方法は、第１４の発明に係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、サンプリング期間を、対象物の表面から所定の深さまでの期間に変更する第１設定モードを実施する。
これにより、例えば、対象物内に存在する埋設物が対象物の表面から所定の距離に存在していることが分かっている場合には、第１設定モードに切り替えることで、対象物の表面から所定の距離の範囲だけサンプリングできるように調整することができる。

第１６の発明に係る埋設物検出方法は、第１０から１５の発明のいずれか１つに係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、サンプリング期間における遅延時間の変化間隔を１より大きい値に変更する第２設定モードを実施する。
これにより、例えば、ユーザの要望により、埋設物の検出処理の効率を優先したい場合には、第２設定モードに切り替えることで、サンプリング期間における遅延時間の変化間隔を１より大きい値に変更することで、サンプリングの効率を向上させることができる。

第１７の発明に係る埋設物検出方法は、第１０から第１６の発明のいずれか１つに係る埋設物検出方法であって、補正ステップでは、対象物の表面からの距離が大きくなるにつれて同一遅延時間でのサンプリングを複数回実施して平均化した値を反射波の検出値として用いる。
通常、対象物の表面から距離が大きい（深い）位置にある埋設物の反射波の受信強度は弱くなるため、表面付近の埋設物と比較して検出精度が低下しやすい。

そこで、距離が大きい位置からの反射波のサンプリングを同じ位置で複数回実施し、その平均値を反射波の検出値として用いることで、対象物の表面からの距離が大きい位置に存在する埋設物の検出精度を向上させることができる。

本発明に係る埋設物検出装置によれば、埋設物の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よく反射波のサンプリングを行うことができる。

本発明の一実施形態に係る埋設物検出装置の構成を示す斜視図。 図１の埋設物検出装置の構成を示すブロック図。 図２の埋設物検出装置に含まれるインパルス制御モジュールの構成を示すブロック図。 図３のＭＰＵが取得する反射波のデータを示す図。 図２の埋設物検出装置に含まれるメイン制御モジュールの構成を示すブロック図。 （ａ）は、反射波の受信波形と反射波をサンプリングするサンプリングパルスとの関係を示す図。（ｂ）は、反射波の受信波形に対してサンプリングパルスがずれた状態を示す図。（ｃ）は、（ｂ）のサンプリングパルスのずれを考慮して、サンプリング期間を長く設定した状態を示す図。 反射波の受信波形に対するディレイＩＣによって設定可能なサンプリングパルスの範囲と走査時の可変範囲とを示す図。 （ａ），（ｂ）は、図３のインパルス制御モジュールの記憶部に保存された補正テーブルの一例を示す図。 第１設定モードにおいてディレイＩＣによって設定可能なサンプリング期間を示す図。 第２設定モードにおいてディレイＩＣによって設定可能なサンプリングパルスを示す図。 第３設定モードにおいてディレイＩＣによって設定可能なサンプリングパルスを示す図。 本発明の一実施形態に係る埋設物検出方法の処理の流れを示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係る埋設物検出方法の処理の流れを示すフローチャート。

本発明の一実施形態に係る埋設物検出装置について、図１～図１３を用いて説明すれば以下の通りである。
図１は、本実施形態の埋設物検出装置１をコンクリート（対象物）１００上に配置した状態を示す斜視図である。図２は、本実施形態の埋設物検出装置１の概略構成を示すブロック図である。

（１－１．埋設物検出装置１の構成）
本実施形態の埋設物検出装置１は、コンクリート１００等の対象物の表面１００ａを移動しながらコンクリート１００に向かってインパルス波（電磁波）を放射し、その反射波を受信して解析することによって、コンクリート１００内の埋設物１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの位置を検出する。そして、図１では、埋設物検出装置１の移動方向が、矢印Ａで示されている。

なお、図１に示す例では、埋設物１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、鉄筋であって、例えば、コンクリート１００の表面１００ａから１５ｃｍ，１０ｃｍ，５ｃｍの深さ位置にそれぞれ埋設されている。図１では、コンクリート１００の深さ方向が矢印Ｂで示されており、その反対向き（表面方向）が矢印Ｃで示されている。
コンクリート１００内に埋設された３本の鉄筋（埋設物１０１ａ～１０１ｃ）は、それぞれ、コンクリート１００の表面１００ａに略平行な方向に沿って、埋設物検出装置１の移動方向に交差する向きで配置されている。

埋設物検出装置１は、図２に示すように、本体部２と、把手３と、４つの車輪４と、インパルス制御モジュール５と、メイン制御モジュール６と、エンコーダ（回転検出部）７と、表示部８と、を備えている。
把手３は、作業者（ユーザ）によって把持される取っ手部分であって、本体部２の上面に設けられている。４つの車輪は、回転可能な状態で、本体部２の下部に取り付けられている。作業者は、コンクリート１００内部の埋設物１０１を検出する際には、把手３を把持して車輪４を回転させながら、コンクリート１００の表面１００ａ上で埋設物検出装置１を移動させる。

インパルス制御モジュール５は、コンクリート１００の表面１００ａに向けてインパルス波を放射するタイミング、および放射したインパルス波の反射波を受信するタイミング等の制御を行う。
エンコーダ７は、車輪４に接続されており、車輪４の回転に関する情報を検出し、その検出された情報に基づいて、インパルス制御モジュール５に対して、インパルス波の放射タイミングおよび反射波の受信タイミングを制御するための信号を送信する。

メイン制御モジュール６は、インパルス制御モジュール５で受信された反射波に関するデータを受け取り、埋設物１０１の検出を行う。
表示部８は、本体部２の上面に設けられており、埋設物１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの位置を示す画像等を表示する。

（１－２．インパルス制御モジュール５）
図３は、インパルス制御モジュール５の構成を示すブロック図である。
インパルス制御モジュール５は、制御部１０と、送信アンテナ（送信部）１１と、受信アンテナ（受信部）１２と、インパルス生成回路１３と、ディレイＩＣ１４と、サンプリングパルス生成回路１５と、高速サンプル・ホールド回路１６と、Ａ／Ｄコンバータ１７と、記憶部１８と、を有している。
制御部１０は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって構成されており、エンコーダ入力をトリガとして、インパルス生成回路１３にインパルス波の発生を指令する。

また、制御部１０は、受信アンテナ１２において反射波を受信するタイミングおよび期間を設定するサンプリングパルスを調整するディレイＩＣ１４を制御する。なお、制御部１０によるディレイＩＣ１４を用いたサンプリング期間の調整制御については、後段にて詳述する。
さらに、制御部１０は、埋設物検出装置１の本体部２の内部に設けられた温度センサ１９から温度情報を取得する。なお、温度センサ１９から取得した温度情報を用いたサンプリング期間の調整制御についても、後段にて詳述する。

送信アンテナ１１は、本体部２の底面側に設けられており、パルスの周期に基づいて、一定周期でインパルス波を放射する。
受信アンテナ１２は、本体部２の底面側に設けられており、主に、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波の反射波を受信する。具体的には、例えば、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波がコンクリート１００内を往復する時間を５ｎｓ（＝５０００ｐｓ）とすると、受信アンテナ１２は、送信アンテナ１１からインパルス波が放射されてから５ｎｓ（５０００ｐｓ）間に受信される反射波を受信することで、図４に示すような受信波形を得ることができる。

インパルス生成回路１３は、制御部１０によって制御されており、制御部１０を介して入力されたエンコーダ７の入力をトリガとし、ＭＰＵからの指令に基づいてインパルス波を所定の時間間隔で所定の回数（例えば、１０ｐｓ間隔で５００回）だけ発生させ、送信アンテナ１１に出力する。
ディレイＩＣ１４は、制御部１０によって制御されており、デジタル信号によって、受信アンテナ１２において反射波をサンプリングするサンプリングパルスの遅延時間およびサンプリング期間を設定する。具体的には、ディレイＩＣ１４は、例えば、１０ｐｓの間隔で５ｎｓ間、サンプリングパルス生成回路１５がサンプリングパルスを生成するように、制御部１０によって制御される。これにより、受信アンテナ１２は、送信アンテナ１１からインパルス波が放射されてから５ｎｓ間に受信した反射波を高速サンプル・ホールド回路１６に取り込ませることができる。

サンプリングパルス生成回路１５は、ディレイＩＣ１４によって設定された遅延時間（例えば、１０ｐｓ）に基づいて、受信アンテナ１２において受信した反射波を取り込むように、高速サンプル・ホールド回路１６にサンプリングパルスを送信する。
高速サンプル・ホールド回路１６は、サンプリングパルス生成回路１５からサンプリングパルスを受信して、受信アンテナ１２において受信した反射波を取り込んで、Ａ／Ｄコンバータ１７へ送信する。

Ａ／Ｄコンバータ１７は、高速サンプル・ホールド回路１６から受信した反射波の信号を、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換して制御部１０へ送信する。
記憶部１８は、制御部１０に接続されており、後述する各種補正テーブル（図８（ａ）および図８（ｂ）参照）を保存している。さらに、記憶部１８には、制御部１０に設定された複数の設定モード（第１～第３設定モード）を実施するための情報が保存されている。なお、複数の設定モードに基づくサンプリング制御については、後段にて詳述する。

温度センサ１９は、埋設物検出装置１の本体部２の内部に設けられており、本体部２内部の温度を検出して、制御部１０へ送信する。これにより、制御部１０は、温度変化に応じて、サンプリング期間等を調整するように、ディレイＩＣ１４を制御することができる。
本実施形態の埋設物検出装置１では、以上の構成により、インパルス制御モジュール５が、エンコーダか７からの入力をトリガとして、送信アンテナ１１からインパルス波を複数回出力する。そして、インパルス制御モジュール５は、ディレイＩＣ１４を用いて、インパルス波が放射されてからの遅延時間を設定し、反射波の取得タイミングを遅らせることで、コンクリート１００の表面１００ａからの距離ごとの反射波のデータを取得することができる。

ここで、図４は、ＭＰＵが取得する反射波のデータを示す図である。縦軸は、２０４８階調を軸Ｏとして、０～４０９５階調で受信信号の強度を示し、矢印方向がマイナス側を示す。横軸は、受信アンテナ１２との距離を示し、矢印方向（深さ方向Ｂに対応）が受信アンテナ１２からの距離が長いことを示す。また、距離が長いとは、深さが大きいことに相当する。

なお、図４に示す波形Ｗ１には、コンクリート１００内に放射されずにアンテナで反射した反射波も含まれる（ｐ１等）ため、基準波形との差分を算出することにより、コンクリート１００内からの反射波のデータの変化が抽出される。
また、図４に示すデータは、エンコーダ７の入力があった後、エンコーダ７から次の入力があるまでの受信信号の強度を示すデータである。ディレイＩＣ１４によって設定された遅延時間に基づいて、反射波の取得タイミングを除々に遅らせることによって、受信アンテナ１２からの距離が長い位置からの反射波を受信するが、エンコーダ７からの入力があると、受信タイミングの遅延が元に戻され、再び受信タイミングを除々に遅らせる。すなわち、移動方向Ａにおける所定の計測位置（エンコーダ７からの入力があった位置）における深さ方向Ｂの反射波を受信する。このような図４に示すエンコーダ７の入力があった後、次のエンコーダの入力があるまでに受信した反射波のデータを、１ライン分のデータという。制御部１０は、１ライン分のデータが貯まるごとに、その１ライン分のＲＦ（Radio Frequency）データをメイン制御モジュール６へ送信する。

なお、埋設物検出装置１は、作業者（ユーザ）によってコンクリート１００の表面１００ａ上を移動しているため、計測位置は厳密に同じ位置ではなく、深さ方向Ｂもコンクリート１００の表面１００ａに対して厳密に垂直な方向ではない。

（１－３．メイン制御モジュール６）
図５は、メイン制御モジュール６の構成を示すブロック図である。
メイン制御モジュール６は、受信部２１と、ＲＦデータ管理部２２と、埋設物判定部２４と、判定結果登録部２５と、表示制御部２６と、を有している。
受信部２１は、インパルス制御モジュール５の制御部１０から送信されるごとに、１ライン分のＲＦデータを受信する。
ＲＦデータ管理部２２は、受信部２１が受信した１ライン分のＲＦデータを記憶する。

埋設物判定部２４は、ＲＦデータ管理部２２において記憶された１ライン分のＲＦデータを用いて、埋設物１０１の有無を判定するとともに、埋設物１０１の位置を検出する。
なお、埋設物判定部２４における埋設物１０１の検出処理については、受信アンテナ１２において受信した複数の１ライン分のＲＦデータに基づいて、既知の方法を用いて実施すればよい。具体的には、例えば、埋設物１０１が鉄筋等の金属である場合には、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波は、その表面において反射される。このため、受信アンテナ１２において、このような埋設物１０１の表面で反射された反射波の速度（強度）と、反射波を受信するまでの時間とを検出することで、コンクリート１００内の埋設物１０１の有無およびその位置を検出することができる。

判定結果登録部２５は、埋設物判定部２４によって検出された埋設物１０１の位置をＲＦデータ管理部２２に登録する。
表示制御部２６は、移動方向Ａと深さ方向Ｂの平面において信号強度を色で階調処理した画像、および埋設物１０１の位置を表示するように、表示部８の制御を行う。

＜サンプリングパルスのずれの発生について＞
本実施形態では、埋設物検出装置１に含まれるインパルス制御モジュール５の制御部１０が、ディレイＩＣ１４を用いて、サンプリングパルスの発生タイミング、発生期間、発生回数を制御する。
ここで、受信アンテナ１２において受信した反射波（受信波）を取り込む期間（サンプリング期間）は、図６（ａ）に示すように、受信波の立ち上がりから変化がなくなるまでの期間だけに合わせて設定されることが好ましい。
しかし、埋設物検出装置１ごとの個体差、あるいは温度変化等に起因して、サンプリングパルスのタイミングが受信波の波形変化がある期間からずれてしまうおそれがある。例えば、図６（ｂ）に示す例では、サンプリング期間が後ろにずれており、コンクリート１００の表面１００ａ付近における反射波（受信波）のサンプリングが行えない。

このため、従来の装置では、例えば、図６（ｃ）に示すように、装置個体差等に起因する反射波の波形に対するサンプリング期間のずれを吸収することができるように、サンプリング期間を長く設定されていた。しかし、図６（ｃ）に示すように、サンプリング期間が長く設定された場合、反射波の受信結果から埋設物１０１の有無を判定するまでの処理に時間が掛かり、処理効率が低下してしまう。

＜サンプリング期間の調整制御＞
そこで、本実施形態の埋設物検出装置１では、反射波の波形の変化が検出される期間に対して、サンプリング期間を無用に長くすることなく、最小限のサンプリング期間を設定し、かつ、装置個体差や温度変化等に起因するサンプリング期間のずれにも対応できるように、制御部１０が、ディレイＩＣ１４を制御する。

具体的には、制御部１０は、図７に示すように、ディレイＩＣ１４によって設定可能なサンプリング期間の範囲の中から、適切なタイミングになるように走査時の可変範囲（サンプリング期間）を設定する。
なお、図７では、制御部１０によって制御されたサンプリング期間におけるサンプリングパルスを、太い矢印によって示している。

より詳細には、制御部１０は、記憶部１８に保存された補正テーブルを参照して、装置個体差または温度変化に起因するサンプリング期間のずれを解消するように、ディレイＩＣ１４を制御する。
このとき、サンプリング期間のずれを解消する際には、制御部１０は、サンプリング期間の開始タイミングを、反射波の受信開始タイミングに合わせるように制御する。

記憶部１８には、図８（ａ）に示す個体差補正値と、図８（ｂ）に示す温度補正テーブルとが予め保存されている。
図８（ａ）に示す個体差補正値は、埋設物検出装置１ごとに設定される補正値であって、例えば、装置ＩＤ（Ａ０１）と、補正値（３７ｓｔｅｐ）とが保存されている。そして、個体差補正値は、例えば、埋設物検出装置１の製品出荷前に、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波の反射波を受信アンテナ１２において受信した受信波形と、サンプリングパルスのサンプリング期間とを比較して、製品ごとに異なる補正値が記憶部１８に保存されればよい。

図８（ｂ）に示す温度補正テーブルは、０℃から６０℃までの温度範囲において１０℃ごとに設定される補正値を含むテーブルであって、例えば、温度範囲（０,１０，２０，３０，４０，５０，６０℃）と、補正量（－１０ｓｔｅｐ，－５ｓｔｅｐ，－１ｓｔｅｐ，＋２ｓｔｅｐ，＋６ｓｔｅｐ，＋１１ｓｔｅｐ，＋１８ｓｔｅｐ）とが保存されている。そして、温度補正テーブルは、例えば、埋設物検出装置１の製品開発前等に、環境温度を変化させて温度センサ１９によって検出された温度変化に基づいて、送信アンテナ１１から放射されたインパルス波の反射波を受信アンテナ１２において受信した受信波形と、サンプリングパルスのサンプリング期間とを比較して、温度ごとに必要な補正値を含むテーブルが作成され、記憶部１８に保存されればよい。

本実施形態の埋設物検出装置１では、以上のように、制御部１０が、記憶部１８に保存された各種補正値および／または補正テーブルを参照して、図７に示すように、反射波の波形が変化した部分と、サンプリングパルスのタイミング（サンプリング期間）とが合致するように、ディレイＩＣ１４を制御する。
これにより、装置個体差や温度変化等に起因するサンプリング期間のずれを解消して、正確に反射波のサンプリングを行うことができるとともに、サンプリング期間を最小限の期間に設定することができるため、埋設物１０１の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よく反射波のサンプリングを行うことができる。

＜各種設定モードについて＞
本実施形態の埋設物検出装置１では、作業者（ユーザ）の要望（検出範囲限定、処理効率重視、検出精度重視等）、対象物の種類（コンクリート、地中、壁等）、埋設物の種類（金属、木材、ゴム、樹脂等）に応じて、適切に埋設物の検出を実施できるように、制御部１０が複数の設定モードを有している。

具体的には、本実施形態では、制御部１０は、第１～第３設定モードを有している。
第１設定モードは、検出範囲を限定して処理効率を向上させる際に選択されるモードであって、図９に示すように、サンプリング期間を、図７に示す通常のサンプリング期間よりも短くなるように変更する。より詳細には、第１設定モードでは、サンプリング期間を、コンクリート１００の表面１００ａから浅い範囲のみ（所定の深さまでの範囲）に変更する。

これにより、例えば、コンクリート１００内に存在する埋設物１０１がコンクリート１００の表面１００ａから所定の深さ（距離）に存在していることが分かっている場合には、作業者は第１設定モードを選択することで、表面１００ａから所定の距離の範囲だけサンプリングできるように調整することができる。
この結果、埋設物１０１を検出する際の処理効率を向上させることができる。

第２設定モードは、検出精度よりも処理効率を重視する際に選択されるモードであって、図１０に示すように、サンプリング期間における遅延時間の変化間隔を１より大きい値（例えば、１個置き）に変更する。
これにより、例えば、作業者が、コンクリート１００内に存在する埋設物１０１の検出精度よりも処理効率を重視したい場合には、作業者は第２設定モードを選択することで、サンプリング期間におけるサンプリング回数を減らして、効率よく埋設物１０１の検出処理を実施することができる。

第３設定モードは、コンクリート１００の表面１００ａから深い位置にある埋設物１０１の検出精度を向上させたい場合に選択されるモードであって、図１１に示すように、サンプリング期間における後の期間になるほど、同じ位置におけるサンプリングの回数を増やす。そして、制御部１０は、複数回サンプリングされた結果、取得した値の平均値を検出値として用いる。

具体的には、図１に示すコンクリート１００の表面１００ａから最も浅い位置にある埋設物１０１ｃに相当する図１１の受信波の波形のサンプリングは１回実施し、埋設物１０１ｃよりも深い位置にある埋設物１０１ｂに相当する図１１の受信波の波形のサンプリングは２回実施し、最も深い位置にある埋設物１０１ａに相当する図１１の受信波の波形のサンプリングは３回実施する。
これにより、例えば、作業者が、コンクリート１００内に存在する深い位置にある埋設物１０１の検出精度を重視したい場合には、作業者は第３設定モードを選択することで、深い位置にある埋設物１０１の検出精度を向上させることができる。

＜サンプリングパルスの調整制御の処理の流れ＞
本実施形態の埋設物検出方法では、上述した埋設物検出装置１を用いてコンクリート１００内の埋設物１０１の検出を行う際に、制御部１０が、図１２に示すフローチャートに従って、サンプリングパルスが送信されるサンプリング期間の開始タイミングおよび長さ等を調整する。

なお、本実施形態では、サンプリング期間の基準長さを５ｎｓ（５０００ｐｓ）、ディレイ時間の初期値を１０ｐｓとし、サンプリングを５００回実施する例を挙げて説明する。
すなわち、ステップＳ１１では、送信アンテナ１１からインパルス波の放射を開始する前に、制御部１０が、予め記憶部１８に保存された補正テーブルを参照する。

次に、ステップＳ１２では、制御部１０が、サンプリング期間の基準となる初期値を補正するか否かを判定する。
このとき、制御部１０では、記憶部１８に予め保存されている補正テーブルの有無、温度センサ１９からの受信結果等を用いて、サンプリング期間を補正するか否かの判定を行う。ここで、制御部１０が補正を行うと判定した場合には、ステップＳ１３へ進み、補正を行う必要がないと判定した場合には、ステップＳ１４へ進む。

次に、ステップＳ１３では、制御部１０が、補正テーブルを参照して補正されたサンプリング期間になるように、ディレイＩＣ１４を制御する。
具体的には、制御部１０は、記憶部１８に、装置ごとの個体差を補正する補正テーブルが保存されている場合には、図８（ａ）に示す個体差補正テーブルを参照して、サンプリング期間の開始タイミングを、受信した反射波の波形の立ち上がりタイミングに合わせるように、ディレイＩＣ１４を制御する。

また、制御部１０は、温度センサ１９から現時点での温度の検出結果を受信して、予め設定された基準温度と温度差がある場合には、図８（ｂ）に示す温度補正テーブルを参照して、その温度差に対応する補正量でサンプリング期間の開始タイミングを補正するように、ディレイＩＣ１４を制御する。
なお、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す補正テーブルの片方を選択して、サンプリング期間のずれを補正してもよいし、両方の補正テーブルを用いて、サンプリング期間を補正してもよい。

一方、ステップＳ１４では、ステップＳ１２において、補正の必要なしと判定されているため、制御部１０が、サンプリング期間の初期値として設定されたタイミング、長さ等でサンプリングを行うように、ディレイＩＣ１４を制御して、ステップＳ１５へ進む。
次に、ステップＳ１５では、制御部１０が、サンプリングを実施する繰り返し回数として、繰り返しカウンタ＝５００（回）を設定する。

次に、ステップＳ１６では、制御部１０が、送信アンテナ１１から、基準となるインパルス波の出力を開始するように、インパルス生成回路１３を制御する。
次に、ステップＳ１７では、制御部１０が、サンプリングパルス生成回路１５において生成されたサンプリングパルスに応じて、受信アンテナ１２において受信した反射波の信号を取得するように、高速サンプル・ホールド回路１６を制御するとともに、高速サンプル・ホールド回路１６において取得した反射波の信号をＡ／Ｄコンバータ１７においてＡ／Ｄ変換させる。

次に、ステップＳ１８では、１つ目のサンプリングパルスに対応した反射波の受信が完了したため、制御部１０が、繰り返しカウンタを“－１”とする。
次に、ステップＳ１９では、サンプリング期間の２つ目のサンプリングパルスに対応する反射波を受信するために、ディレイ値を“＋１”とするようにディレイＩＣ１４を制御する。

次に、ステップＳ２０では、制御部１０が、繰り返しカウンタが“０”になっていないかを確認し、繰り返しカウンタ＝０になるまで、すなわち、５００回目のサンプリングが完了するまで、ステップＳ１７～ステップＳ１９の処理を繰り返し実施する。
これにより、反射波のサンプリングを行うサンプリング期間を、反射波の波形の立ち上がりから波形の変化がなくなるまでの期間に合致させるようにディレイＩＣ１４を制御して、最小限の期間で効率よく反射波のサンプリングを実施することができる。

なお、本実施形態では、単に、サンプリング期間を反射波の波形の立ち上がりから波形の変化がなくなるまでの期間に合致させるようにする制御の他に、サンプリング期間の短縮、サンプリング回数の減少（間引き）、およびサンプリング期間における同一地点での複数サンプリングを実施するために、制御部１０が、複数の設定モードを有している。
このような複数の設定モードの選択が可能な構成において、作業者（ユーザ）による設定モードの選択時の処理は、図１３に示すフローチャートに従って行われる。

すなわち、図１３に示すように、ステップＳ３１では、作業者（ユーザ）が、予め制御部１０が有している複数の設定モードのうちの１つが選択されたか否かの判定が行われる。
本実施形態では、制御部１０は、図９に示すサンプリング範囲を限定する第１設定モード、図１０に示すサンプリング期間におけるサンプリングパルスを間引いてサンプリング回数を減らす第２設定モード、図１１に示すサンプリング期間の後の期間になるほど同じ地点におけるサンプリング回数を増やす第３設定モードを有している。

次に、ステップＳ３２では、制御部１０は、予め記憶部１８に保存されている作業者（ユーザ）によって選択された設定モードを参照する。
次に、ステップＳ３３では、制御部１０は、記憶部１８に保存された設定モードの内容に従って、サンプリング期間の長さおよびサンプリングの回数等を変更するように、ディレイＩＣ１４を制御する。

そして、ステップＳ３３の後、制御部１０は、図１２に示すフローチャート（ステップＳ１１～ステップＳ２０）に従って、サンプリング期間のタイミング等を制御する。
本実施形態の埋設物検出方法では、以上のステップにより、制御部１０が、記憶部１８に保存された各種補正テーブルを参照して、図７に示すように、反射波の波形が変化した部分と、サンプリングパルスのタイミング（サンプリング期間）とが合致するように、ディレイＩＣ１４を制御する。

これにより、装置個体差や温度変化等に起因するサンプリング期間のずれを解消して、正確に反射波のサンプリングを行うことができるとともに、サンプリング期間を最小限の期間に設定することができるため、埋設物１０１の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よく反射波のサンプリングを行うことができる。
さらに、制御部１０は、処理効率の向上、検出精度の向上等の作業者（ユーザ）の要望に応じて複数設定された第１～第３設定モードを有している。
これにより、作業者（ユーザ）ごとの要望に応じて、反射波のサンプリングを適切に実施することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、補正テーブルとして、装置個体差に起因するサンプリング期間のずれを補正するためのテーブルと、温度変化に伴うサンプリング期間のずれを補正するためのテーブルとを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、装置個体差や温度変化以外の他の要因に起因して生じるサンプリング期間のずれを補正するための補正テーブルを用いてもよい。

（Ｂ）
上記実施形態では、サンプリング期間のタイミングのずれを補正する際に、制御部１０が、サンプリング期間の開始タイミングを、受信した反射波の波形の立ち上がりタイミングに合わせるように、ディレイＩＣ１４を制御する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、制御部が、サンプリング期間の開始と終了のタイミングをそれぞれ、反射波の波形に合わせるように、ディレイＩＣ（可変遅延素子）を制御してもよい。

（Ｃ）
上記実施形態では、第３設定モードにおいて、同じ位置におけるサンプリング回数を、１回、２回、３回の３段階で設定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、サンプリング回数は、２段階、あるいは４段階以上で設定されていてもよい。

（Ｄ）
上記実施形態では、送信アンテナ１１から放射される電磁波として、インパルス波を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、送信部からサイン波等の他の電磁波を放射する構成であってもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、埋設物検出装置１によって検出される埋設物１０１として、コンクリート１００内の鉄筋を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、他の材料あるいは地中内に存在する異物を検出する用途に使用されてもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、本発明を、埋設物検出装置および埋設物検出方法として実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上述した埋設物検出方法における各ステップをコンピュータに実行させる埋設物検出プログラムとして、本発明を実現してもよい。

この埋設物検出プログラムは、記憶部に保存されており、ＣＰＵが記憶部に保存されたプログラムを読み込むことで、ハードウェアに各ステップを実行させる。
あるいは、この埋設物検出プログラムを格納した記録媒体として、本発明を実現してもよい。

本発明の埋設物検出装置は、埋設物の検出に必要な受信波の取得時間を短縮して効率よく反射波のサンプリングを行うことができるという効果を奏することから、各種埋設物の検出を行う装置に対して広く適用可能である。

１ 埋設物検出装置
２ 本体部
３ 把手
４ 車輪
５ インパルス制御モジュール
６ メイン制御モジュール
７ エンコーダ（回転検出部）
８ 表示部
１０ 制御部
１１ 送信アンテナ（送信部）
１２ 受信アンテナ（受信部）
１３ インパルス生成回路
１４ ディレイＩＣ（可変遅延素子）
１５ サンプリングパルス生成回路
１６ 高速サンプル・ホールド回路
１７ Ａ／Ｄコンバータ
１８ 記憶部
１９ 温度センサ
２１ 受信部
２２ ＲＦデータ管理部
２４ 埋設物判定部
２５ 判定結果登録部
２６ 表示制御部
１００ コンクリート
１００ａ 表面
１０１ａ～１０１ｃ 埋設物

Claims (17)

1. 対象物に対して照射された電磁波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出装置であって、
   電磁波を前記対象物へ放射する送信部と、
   前記電磁波の反射波を受信するサンプル・ホールド回路を有する受信部と、
   放射する電磁波またはサンプリングパルスをデジタル信号によって任意に遅延させることが可能な可変遅延素子と、
   前記受信部において受信される前記反射波のサンプリング期間が前記反射波の検出に必要な期間と合致するように調整するための補正値を保存した記憶部と、
   前記記憶部に保存された前記補正値を参照して、前記前記反射波のサンプリング期間が前記反射波の検出に必要な期間と合致するように、前記可変遅延素子を制御し、前記サンプリング期間が最小限の長さになるように設定する制御部と、
   を備えている埋設物検出装置。
2. 前記補正値は、装置ごとに異なる値が記憶され、装置ごとの個体差に起因する前記サンプリング期間のずれを調整する、
   請求項１に記載の埋設物検出装置。
3. 前記補正値は、温度変化に起因する前記サンプリング期間のずれを調整する温度補正係数または温度補正テーブルを含む、
   請求項１または２に記載の埋設物検出装置。
4. 前記温度変化を検出する温度センサを、さらに備え、
   前記制御部は、前記温度センサにおいて検出された温度変化を用いて、前記温度補正係数から補正量を算出、または前記温度補正テーブルを参照して、前記可変遅延素子を制御する、
   請求項３に記載の埋設物検出装置。
5. 前記制御部は、前記サンプリング期間の開始タイミングを、前記反射波の受信開始タイミングに合わせるように調整を行う、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の埋設物検出装置。
6. 前記制御部は、前記サンプリング期間の長さを変化させる複数の設定モードを有している、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の埋設物検出装置。
7. 前記制御部は、前記サンプリング期間を、前記対象物の表面から所定の深さまでの期間に変更する第１設定モードを有している、
   請求項６に記載の埋設物検出装置。
8. 前記制御部は、前記サンプリング期間における遅延時間の変化間隔を１より大きい値に変更する第２設定モードを有している、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の埋設物検出装置。
9. 対象物に対して照射された電磁波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出装置であって、
   電磁波を前記対象物へ放射する送信部と、
   前記電磁波の反射波を受信するサンプル・ホールド回路を有する受信部と、
   放射する電磁波またはサンプリングパルスをデジタル信号によって任意に遅延させることが可能な可変遅延素子と、
   前記受信部において受信される前記反射波のサンプリング期間が前記反射波の検出に必要な期間と合致するように調整するための補正値を保存した記憶部と、
   前記記憶部に保存された前記補正値を参照して、前記前記反射波のサンプリング期間が前記反射波の検出に必要な期間と合致するように、前記可変遅延素子を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記対象物の表面からの距離が大きくなるにつれて同一遅延時間でのサンプリングを複数回実施して平均化した値を前記反射波の検出値として用いる第３設定モードを有している、
   埋設物検出装置。
10. 対象物に対して照射された電磁波の反射波を受信して対象物内の埋設物の有無を検出する埋設物検出方法であって、
    デジタル信号によって、放射する電磁波の遅延時間または前記反射波をサンプリングするサンプリングパルスの遅延時間を設定する遅延時間調整ステップと、
    予め記憶部に保存された補正値を参照して、受信される前記反射波のサンプリング期間が前記反射波の検出に必要な期間と合致するように前記サンプリング期間を調整し、前記サンプリング期間が最小限の長さになるように設定する補正ステップと、
    電磁波を前記対象物へ放射する送信ステップと、
    前記補正ステップにおいて調整された前記サンプリング期間に従って、前記電磁波の反射波を受信する受信ステップと、
    を備えている埋設物検出方法。
11. 前記補正ステップでは、装置ごとの個体差に起因する前記サンプリング期間のずれを調整する、
    請求項１０に記載の埋設物検出方法。
12. 前記補正ステップでは、温度変化に起因する前記サンプリング期間のずれを調整する、
    請求項１０または１１に記載の埋設物検出方法。
13. 前記補正ステップでは、前記サンプリング期間の開始タイミングを、前記反射波の受信開始タイミングに合わせるように調整を行う、
    請求項１０から１２のいずれか１項に記載の埋設物検出方法。
14. 前記補正ステップでは、前記サンプリング期間の長さを変化させる複数の設定モードから選択された補正を実施する、
    請求項１０から１３のいずれか１項に記載の埋設物検出方法。
15. 前記補正ステップでは、前記サンプリング期間を、前記対象物の表面から所定の深さまでの期間に変更する第１設定モードを実施する、
    請求項１４に記載の埋設物検出方法。
16. 前記補正ステップでは、前記サンプリング期間における前記遅延時間の変化間隔を１より大きい値に変更する第２設定モードを実施する、
    請求項１０から１５のいずれか１項に記載の埋設物検出方法。
17. 前記補正ステップでは、前記対象物の表面からの距離が大きくなるにつれて同一遅延時間での前記サンプリングを複数回実施して平均化した値を前記反射波の検出値として用いる第３設定モードを実施する、
    請求項１０から１６のいずれか１項に記載の埋設物検出方法。

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