JPH0452589A - 地中探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は地中に存在する物標の位置を正確に測定する
ことができる地中探査装置と、この地中探査装置に用い
る誘電率測定装置に関する。

「従来の技術」 従来より地中に存在する物標の位置を測定する手段とし
て電波を利用した地中探査装置が実用されている。

その測定原理は地表から電波を発射し、その電波が物標
から反射して戻るまでの時間Ｔを計測し、この時間Ｔと
、地中における電波の伝播速度を■とから物標の深さ位
置りを ｐ＝Ｖ、　　Ｘ　　−Ｔ　　　　・　・　・　・　・（
１）で求める。

地中における電波の伝播速度■は土の誘電率ε。

によって変化する。つまり電波伝播速度■は鳩＝ｖ０／
「τＴで求められる。（ＶＯは空気中の電波伝播速度）
従って各測定点における土の誘電率が求められていない
と物標の正確な深さＤを知ることができないことになる
。

土の誘電率を計測する方法としては土の一部を採取して
誘電率計に装置して測定することが考えられる。

「発明が解決しようとする課題」 誘電率計によって土の誘電率を求めたとしても、その測
定された土は極く一部の土であり、地中に存在する物標
までの間の土の全てが均一であれば正確に測定できるが
、均一である・とば限らない。

特に第８図に示すように物標２までの間に地層がＡとＢ
に変化する場合には、地表近くの土の誘電率を求めただ
けでは正確な測定にはならない不都合がある。

この発明の目的は地表から物標までの間の土の誘電率を
測定する地中探査用誘電率測定装置を提供し、この誘電
率測定装置によって地表から物標近くまでの土の誘電率
を測定し、この誘電率の測定により地表から物標までの
間に誘電率が異なる地層が存在しても物標の位置を正確
に測定することができる地中探査装置を提供しようとす
るものである。

［課題を解決するための手段」 この発明においては地中に埋設された物標の近傍に形成
された少なくとも１本の縦穴にケーブルに吊下げられて
おろされる縦長の筒状絶縁ケースと、 この筒状絶縁ケースの外周面に長手方向に所定の間隔だ
け離れて配置された送信アンテナ及び受信アンテナと、 受信アンテナに接続され、送信アンテナから発信された
電波の中の縦穴の側壁を伝播する表面伝播波を受信する
高周波受信回路と、 この高周波受信装置で受信した表面伝播波と送信アンテ
ナから電波が発射された時点との間の時間を計測する伝
播時間計測装置と、 この伝播時間計測手段で計測した伝播時間と送信アンテ
ナと受信アンテナとの間の距離値とから表面伝播波の速
度を算出する伝播速度算出手段と、この速度算出手段が
算出した表面伝播波の速度と空気中の電波伝播速度との
比から誘電率を算出する誘電率算出手段と、 筒状絶縁ケースの地表からの距離を測定する位置測定装
置と、 によって地中探査用誘電率測定装置を構成したものであ
る。

この発明による地中探査用誘電率測定装置によれば、縦
穴に沿って露出した土の誘電率を連続的に測定すること
ができる。よって地表から物標までの間に誘電率が異な
る地層が存在しても、物標の深さ位置を正確に求めるこ
とができる。

この発明の他の形式の地中探査用誘電率測定装置は、ケ
ーブルに吊下げられて地中に形成した二つの縦穴に挿入
される縦長の筒状絶縁ケースと、この筒状絶縁ケースの
一方と他方の周囲に設けた送信アンテナ及び受信アンテ
ナと、 送信アンテナから電波を発射した時点からこの電波が地
中を通じて受信アンテナに到達するまでの時間を計測す
る時間計測手段と、 この時間計測手段で計測した時間から地中の電波伝播速
度を算出する地中電波伝播速度算出装置と、 この地中電波伝播速度算出装置が算出した地中の電波伝
播速度と空気中の電波伝播速度との比から縦穴相互間の
土の誘電率を算出する誘電率算出装置と、 二つの縦穴に挿入した二つの筒状絶縁ケースの地表から
の位置を測定する位置測定装置と、によって構成するこ
とができる。

この形式の誘電率測定装置によっても地表から物標近く
までの土の誘電率を連続的に測定することができる。よ
ってこの誘電率の測定により地中探査装置の測定精度を
高めることができる。

この発明による地中探査装置は　地中に埋設された物標
の近傍に形成した縦穴に挿入され、縦穴の縦方向に配置
した送信アンテナと受信アンテナとの間の電波伝播時間
を計測し、この電波伝播時間から地中の各深さ位置にお
ける土の誘電率を計測する誘電率測定装置と、 物標上の地表面から電波を地中に向って発射し、物標か
らの反射電波をとらえて電波が地表から物標までの地中
を往復する時間を計測する時間計測装置と、 この時間計測手段で計測した物標までの電波の往復時間
と、地中の深さ方向の各部の誘電率とから地表から物標
までの距離を算出する演算装置と、によって構成するこ
とができる。

「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す。図中１００は地中
探査用誘電率測定装置、２００は地中探査装置を示す。

誘電率測定装置１００は地中に形成した縦穴２に降され
る筒状絶縁ケース１０１と、この筒状絶縁ケース１０１
の外周面に設けた送信アンテナＴ及び受信アンテンＲと
、筒状絶縁ケース１［）ｌを縦穴２に降下させるケーブ
ル１０２と、このケーブル１０２の繰出量を計測して筒
状絶縁ケース１０１の位置を求める位置測定装置１０３
と、筒状絶縁ケース１０１の内部に収納され送信アンテ
ナから発信された電波の中の縦穴の側壁を伝播する表面
伝播波を受信する高周波受信口１１０４と、地上の測定
器１０５内に設けられ高周波受信回路１０４で受信した
表面伝播波と送信アンテナＴから電波が発射された時点
との間の時間を計測する伝播時間計測装置１０６と、こ
の伝播時間計測手段で計測した伝播時間と送信アンテナ
Ｔと受信アンテナＲとの間の距離値りとから表面伝播波
の速度を算出する伝播速度算出装置１０７と、この速度
算出手段１０７が算出した表面伝播波の速度と空気中の
電波伝播速度との比から土の誘電率を算出する誘電率算
出装置１０８と、この算出結果を表示する表示器１０９
とによって構成される。

以下に誘電率測定装置１００の各部の構成を詳細に説明
する。

筒状絶縁ケース１０１は例えば第２図に示すように円筒
状の絶縁ケースによって構成され、その周面に送信アン
テナＴと受信アンテナＲが取付けられる。これら送信ア
ンテナと受信アンテナＲはそれぞれ二枚の三角形状の導
電板によって構成され、この二枚の導電板によってダイ
ポールアンテナが構成される。

アンテナ被着面の裏側の筒状絶縁ケース１０１内には電
波吸収材によって形成された空室が設けられ、送信アン
テナＴから発射される電波が裏側に洩れないようにして
後述する表面伝播波を受信アンテナＲに受信させる構造
としている。

また受信アンテナＲの裏側にも同様の電波吸収室が設け
られ、裏側から到来する直接波を吸収して受信させない
構造としている。

筒状絶縁ケース１０１の内部には、送信アンテナＴから
パルス状の電波を発射させるために送信アンテナＴを電
気的に励振するパルサ１１１と、受信アンテナＲに接続
され、表面伝播波をとらえる高周波受信回路１０４が挿
入される。

ここで表面伝播波について説明する。図示のように送信
アンテナＴと受信アンテナＲを縦穴２の周壁に近接して
配置した状況において、送信アンテナＴから電波を発射
させると、その電波の伝播経路は筒状絶縁体１０１の周
面と土の周壁との間に形成される空隙を伝播する直接波
と、土の内壁面を伝わって伝播する表面伝播波とに分け
られる。

直接波は空気中を伝播し、表面伝播波は土の表面近くを
伝播する。従って直接波は表面伝播波と比較して空気の
誘電率が土の誘電率より小さいことから表面伝播波より
速い。従って受信アンテナＲに誘起される信号を電波の
発射時点から一定時間受信しないよう、例えばゲートを
掛けることによって表面伝播波と直接波とを区別して受
信することができる。

従って直接波と表面伝播波は受信アンテナＲに対して時
間差をもって受信されるから、遅く到来する信号をとら
えることにより表面伝播波を受信することができる。

また筒状絶縁ケース１０１の外周とこの壁面との間の間
隙が小さくなるように筒状絶縁体１０１の直径を選定す
る。これにより直接波が伝播する空隙部分が挾くなるた
め直接波は土に吸収され、受信アンテナＲに到達する量
を小さくすることができる。

従って地中の縦穴２の内部では受信アンテナＲに到達す
る電波は実質的に表面伝播波だけになる。

表面伝播波は土を伝播して受信アンテナＲに到達した電
波であるから土の誘電率によって決まる伝播速度で伝播
する。よってこの伝播時間と、送信アンテナＴ及び受信
アンテナＲとの間の距離値りとから土の誘電率を求める
ことができる。

高周波受信回路１０４で受信した受信信号はケーブル１
１２を通じて測定装置１０５に入力される。測定装置１
０５には表面伝播波の伝播時間計測装置１０６と、伝播
速度算出装置１０７と、誘電率算出装置１０８と、表示
装置１０９とが設けられる。

第３図にこれらの各装置の具体的な構成を示す。

第３図において１２０は送信アンテナから所定の時間間
隔でパルス状の電波を発射させ、また受信アンテナＲに
誘起される表面伝播波を取込む動作を行なう同期回路を
示す。同期回路１２０には基準発振器１２１が設けられ
、この基準発振器１２１から出力される例えば８００ｋ
Ｈｚの基準信号を第１分周器１２２と第２分周器１２３
で分周し、第１分周器１２２で分周した信号を遅延回路
１２４で所定時間遅延させてパルサ１１１に与え、第１
分周器１２２の分周出力信号の周期で送信アンテナＴか
ら第４図Ａに示す周期Ｔで電波ＰＸを発射させる。

第１分周器１２２の分周出力は更に遅延回路１２５を通
じて第１ｍ歯状波発生器１２６に与えられ、電波の発射
と同期して第４図Ｂに示した第１鋸歯状波ＳＷ、を発生
させる。

一方第２分周器１２３からは第１分周器１２２の分周出
力の周期より例えば２０４８倍程度長い分周信号を出力
させ、この分周信号を第２鋸歯状波発生器１２７に与え
、第２鋸歯状波発生器１２７から第４図に示した第２鋸
歯状波Ｓ　Ｗ　ｚを発生させる。

第１鋸歯状波ＳＷ１と第２鋸歯状波ＳＷ２は−数構出回
路１２８に与えられ、第１鋸歯状波ＳＷＩが第２鋸歯状
波ＳＷ２と一致する毎にサンプリングパルスＳＰ（第４
図Ｃ）を発生させる。

このサンプリングパルスＳＰがサンプリング回路１２９
に与えられ、サンプリング回路１２９において高周波受
信回路１０４で受信した表面伝播波を第４図Ｃに示した
位相が少しずつずらされたサンプリングパルスＳＰによ
ってサンプリングし低周波信号に変換する。この低周波
信号に変換する技術はサンプリングオシロスコープ等で
利用されている周知の技術であるから、ここではその詳
細説明を省略する。

低周波信号に変換された表面伝播波は表示装置１３０に
送られる。

表示装置１３０にはデータセレクタ１３１が設けられ、
このデータセレクタ１３１によって表面伝播波の受信信
号と同期回路１２０から与えられる周期信号がインター
フェース１３２を通じてマイクロコンピュータ１３３に
分岐される。

マイクロコンピュータ１３３は先に説明した伝播時間計
測装置ｊ１０６と、伝播速度算出装置１０７と、誘電率
算出装置１０８を構成する。つまりマイクロコンピュー
タ１３３では周期回路１２０から送られた電波の発射タ
イミングから表面伝播波の受信タイミングまでの時間を
計測する。この計測はマイクロコンピュータ２０３が同
期信号の発生を検出して電波の発射タイミングを検知し
、この時点から低周波信号に変換された表面伝播波が受
信されるまでの間クロックを計数するプログラムを実行
し、その計数値によって表面伝播波の伝播時間が計測さ
れる。

表面伝播波の伝播時間を計測するとマイクロコンピュー
タ１３３はキーボード１３４から予め入力されている送
信アンテナＴと受信アンテナＲとの間の距離りを使って
表面伝播波の速度■εを算出する。

表面伝播波の速度が算出されると、この表面伝播波の速
度がと予め入力しである空気中の電波伝播速度■。との
比（ｖｏ　／ｖ＊）　”を算出し、その地点における土
の誘電率ε。を算出する。

マイクロコンピュータ１３３で算出された土の誘電率は
キャラクタジェネレータ１３５に送られ文字映像パター
ンに変換されて例えば陰極線管表示器１３６に入力され
、陰極線管表示器１３６にこの誘電率を第５図に示す数
字表示部１３８に数字表示させる。

誘電率の測定は例えば筒状絶縁ケース１０１がケーブル
１０２の繰出、巻戻しに応して上下方向に１ＣＩ１１移
動すると、位置測定装置１０３からパルスが出力され、
このパルスによって誘電率の測定値をメモリに読込む、
従ってマイクロコンピュータ１３３のメモリには１ｃｍ
毎の位置における誘電率が記憶される。

メモリに記憶された誘電率はキイーボード１３４から深
度値を与えることにより、この深度値に対応した誘電率
が読出されて第５図に示す表示器１３６の数字表示部１
３８に表示される。この表示はキャラクタジェネレータ
１３５によって行なわれる。

一方マイク９コンピュータ１３３はビデオＲＡＭ１３７
を具備し、このビデオＲＡＭｌ３７に各深度位置におけ
る誘電率の値を表示画面上の位置に対応させ、その各位
置に対応するアドレスに例えばドツトを表わすキャラク
タコードを書込み、表示画面上で誘電率の値を位置とし
て表示させる。

つまり表示装置１３６には例えば第５図に示すように上
辺部に誘電率の目盛εを付し、側辺部に深度を表わす目
盛ｍを表示させる。

輝線１４０は地表面位置を表わし、輝線１３９は縦穴２
に沿って露出した土の誘電率を表わす。

図の例では横軸εを右方向に向う程εの値が大きくなる
ことを表わしている。

この表示装置１３６は陰極線管によって構成され、ラス
クスキャンを縦方向に走査させて表示する。従って通常
の陰極線管でＹ軸偏向方向が誘電率εの表示方向とされ
る。

輝線１３９が折曲がって表示されるとき、この折点の中
央Ｍ１において地層が分かれていることを知ることがで
きる。図の例では深度約２．５ｍの位置に地層の境界が
存在していることを表わしている。

以上説明したように表面伝播波の伝播時間計測装置１０
６と、伝播速度算出装置１０７と、誘電率算出装置１０
８は全てマイクロコンピュータ１３３によって構成され
る。

第６図に誘電率測定装置１００他の例を示す。

この例では物標１を挟むように二本の縦穴２Ａ。

２Ｂを形成し、この二本の縦穴２Ａ、２Ｂの一方の縦穴
２Ａに送信アンテナＴを具備した筒状絶縁ケース１０１
Ａを挿入し、他方の縦穴２Ｂに受信アンテナＲを具備し
た筒状絶縁ケースｌ０ＩＢを挿入する。

双方の筒状絶縁ケース１０１Ａとｌ０ＩＢを互に同期に
降下させながら一方の縦穴２Ａがら他方の縦穴２Ｂに向
って電波を発射し、その伝播時間を測定して縦穴２Ａと
２Ｂとの間の土の誘電率を求めるように構成した場合を
示す。

このように二本の縦穴２Ａと２Ｂを使うことによって地
層の傾むき角αを求めることができる。

尚地層の傾むき角αを求める他の方法としては二本の縦
穴２Ａと２Ｂに第１図及び第２図で説明した送信アンテ
ナＴと受信アンテナＲとを具備した筒状絶縁ケース１０
１を別々に挿入し、穴２Ａ。

２Ｂの周縁の土の誘電率を別々に測定してもよい。

地中探査袋Ｍ２Ｏ０は第１図に示すように電波発射装置
２０１と、この電波発射装置２０１から発射した電波２
０３が物標ｌに反射して戻る電波２０４を受信する受信
装置２０２とによって構成され、電波発射装置２０１か
ら電波の発射タイミング信号が出力され、この発射タイ
ミング信号と受信装置２０２の受信信号とによってその
時間差を算出する点は従来の地中探査装置と同じである
。

この発明の特徴とする点はこの時間差と誘電率測定装置
１００で測定した各地層の誘電率ε１とε２を用いるこ
とによって物標１の位置を正確に求めることができるよ
うに構成した点である。

次に地中探査装置２００において物標ｌの位置を求める
方法を説明する。

第７図に示すように点（ｘｏ、）’＋）に物標１があり
、点（ｘ、０）で地中探査装置２００が電波を送受信す
るものとすると、電波は物標１と点（ｘ、Ｏ）との間の
最短距離を通るので、（Ｃは空気中の電波の速度） つまり が１式の条件の下で最小になる様にＸｏ＋３’ｏを求め
る。

つまり、 によりＳを求める。

地中探査装置２．００を漸次移動させ、そのとき各位置
ｘ＝　　（ｉ＝１．２．・・・Ｎ）における電波伝播時
間ＴをＴ、（ｉ＝１．２．・・・Ｎ）とすると、最小２
乗法により （１）式、（２）式、（３）式を満す（ｘｏ、ｙｏ）を
求めればよい。

従ってこの発明による地中探査装置２００の特徴は誘電
測定装置１００で求めた誘電率ε、。

ε２・・・を用いて物標１の位置を算出する演算装置を
実装した構成を特徴とするものである。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明による地中探査用誘電率
測定装置によれば地中の誘電率が異なる地層の存在を知
ることができる。特に地層の厚みを知ることができるか
ら地表と物標との間を往復する電波の各地層における伝
播速度を知ることができるから電波の遅延時間により従
来より精度よく物標までの距離つまり深度を知ることが
できる。

また縦穴を２個設け、この２個の縦穴を使うことにより
地層の境界の傾むきαを求めることができる。従って地
層の境界に傾むきがあっても正確に物標の位置を特定す
ることができる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は地
中探知装置用誘電率測定装置に用いる筒状絶縁ケースの
構造を説明するための斜視図、第３図はこの発明の誘電
率測定装置の電気的な構成を説明するためのブロック図
、第４図は第３図の動作を説明するための波形図、第５
図はこの発明による誘電率測定装置に用いる表示器の一
例を説明するための正面図、第６図はこの発明による誘
電率測定装置の他の例を示す断面図、第７図はこの発明
による地中探査装置の動作を説明するための図、第８図
は従来技術の欠点を説明するための断面図である。 １：物標、２．２Ａ、２Ｂ：縦穴、１００：地中探査用
誘電率測定装置、１０１：筒状絶縁体、１０２：ケーブ
ル、１０３：位置検出装置、１０４：高周波受信回路、
１０６：伝播時間計測装置、１０７：伝播速度算出装置
、１０８：誘電率測定装置、１０９：表示装置、２００
：地中探査装置、２０１：電波発射装置、２０２１波受
信装置。 特許出願人　株式会社光電製作所 （他　１　名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ、地中に存在する物標の近傍に形成した縦穴に
   、ケーブルによって吊下げられて降さ れる縦長の筒状絶縁ケースと、 Ｂ、この筒状絶縁ケースの外周面に長手方向に所定の間
   隔だけ離れて配置された送信ア ンテナ及び受信アンテナと、 Ｃ、受信アンテナに接続され、送信アンテナから発信さ
   れた電波の中の上記縦穴の側壁 を伝播する表面伝播波を受信する高周波受 信回路と、 Ｄ、この高周波受信装置で受信した表面伝播波と上記送
   信アンテナから電波が発射され た時点との間の時間を計測する伝播時間計 測装置と、 Ｅ、この伝播時間計測手段で計測した伝播時間と上記送
   信アンテナと受信アンテナとの 間の距離値とから表面伝播波の速度を算出 する伝播速度算出装置と、 Ｆ、この速度算出装置が算出した表面伝播波の速度と空
   気中の電波伝播速度との比から 誘電率を算出する誘電率算出装置と、 Ｇ、上記筒状絶縁ケースの地表からの距離を測定する位
   置測定装置と、 によって構成した地中探査用誘電率測定装置。
2. （２）Ａ、ケーブルに吊下げられて地中に形成した二つ
   の縦穴に挿入される縦長の筒状絶縁ケ ースと、 Ｂ、この筒状絶縁ケースの一方と他方の周面に設けた送
   信アンテナ及び受信アンテナと、Ｃ、上記送信アンテナ
   から電波を発射した時点からこの電波が地中を通じて上
   記受信ア ンテナに到達するまでの時間を計測する時 間計測装置と、 Ｄ、この時間計測装置で計測した時間から地中の電波伝
   播速度を算出する地中電波伝播 速度算出装置と、 Ｅ、この地中電波伝播速度算出装置が算出した地中の電
   波伝播速度と空気中の電波伝播 速度との比から縦穴相互間の土の誘電率を 算出する誘電率算出装置と、 Ｆ、上記二つの縦穴に挿入した二つの筒状絶縁ケースの
   地表からの位置を測定する位置 測定装置と、 によって構成した地中探査用誘電率測定装置。
3. （３）Ａ、地中に埋設された物標の近傍に形成した縦穴
   に挿入され、縦穴の縦方向に配置した 送信アンテナと受信アンテナとの間の電波 伝播時間を計測し、この電波伝播時間から 地中の各深さ位置における土の誘電率を計 測する誘電率測定装置と、 Ｂ、物標上の地表面から電波を地中に向って発射し、物
   標からの反射電波をとらえて電 波が地表から物標までの地中を往復する時 間を計測する時間計測装置と、 Ｃ、この時間計測手段で計測した物標までの電波の往復
   時間と、上記地中の深さ方向の 各部の誘電率とから地表から物標までの距 離を算出する演算装置とし、 によって構成した地中探査装置。