JPH0616115B2

JPH0616115B2 - 電気探査装置

Info

Publication number: JPH0616115B2
Application number: JP63065819A
Authority: JP
Inventors: 誠中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-22
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPH01240890A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電気探査装置に係り、特に地下水調査、地滑
り調査、地質調査及び資源調査等を目的にした電気探査
において、安定した送信及び受信を自動的に行うことに
より、測定の信頼性を高めた解析結果を得ることができ
るようにした電気探査装置に関する。

（従来の技術）従来、電気探査装置としては、例えば次の２つの装置が
知られていた。

第１の装置は、電磁継電器を使用し電気探査装置であ
る。

この装置は、電磁継電器の接点の一方に電源を接続し、
他方に電流電極を接続し、前記電磁継電器の励磁巻線に
対する励磁電流の制御により、前記電磁継電器の開閉制
御を行い前記電流電極による電流信号の送信制御を行
う。

一応、受信部としては、電位電極に接続した電位計を用
いて受信信号の受信を行なうものである。

次に、第２の装置は、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いた回路によ
り、送信制御をする装置である。

この装置における送信部は、内蔵電源又は外部電源によ
り、１０Ｖから２００Ｖの直流電圧を発生させ、極性切
替回路を会して電流電極から送信を行うものである。

この場合の受信部としては、電位電極で受信した信号
を、演算増幅器から低減通過フィルタを通した後、Ａ／
Ｄ関（アナログ−デジタル変換）若しくはＶ／Ｆ変換
（電圧−周波数変換）を行うものである。

また、測定タイミングの制御や、演算処理あるいは結果
の表示を行う制御部等も設けられている。

（発明が解決しようとする課題）前記のような従来の電気探査装置においては、次のよう
な欠点があった。

(１) 前記第１の装置では、電磁継電器の接点の開閉制
御により送信の制御を行っている。

この場合、送信信号は、高電圧でしかも大電流であるか
ら、電磁継電器の可動接触子と固定接触子との機械的振
動が送信信号の波形に影響を与える。例えば、送信信号
の振動を５０msec以上誘起させることがあり、このよう
な場合には、電位電極で受信する電位波形にも必然的に
振動が現れる。

(２) 第１の装置では、電磁継電器の接触子間への異物
の混入や、大電流遮断時のアークの発生による接触子の
熔着や、開閉頻度の増大による機械的寿命の低下、ある
いは絶縁劣化などが起こる。このため、精確で安全な測
定を困難にしている。

(３) 第１の装置では、送信及び受信のタイミングも測
定者が設定し、かつ測定結果の推定も個人の経験と勘に
依存するところが大きい。

したがって、基本的に測定精度及び信頼性の低下が避け
られないばかりか、電流遮断後の受信信号の過度波形を
扱うタイム・ドメインによる分極率の測定を行い総合的
に地質の評価等を行うことは困難である。

(４) 前記第２の装置では、高電圧、大電流の送信には
適しておらず、探査深度も３００m前後となり、特に比
抵抗が低い地質の場合などにおいては、探査に制約が生
じる。

(５) 第２の装置では、電位電極から受信する信号は、
非常に微弱な電位信号であり、コモン・モード雑音、及
び、ノーマル・モード雑音が重畳している。

コモン・モード雑音は、作動型演算増幅器で逓減できる
が、ノーマル・モード雑音が重畳した信号は、目的のす
る信号成分と、雑音成分の周波数帯域が異なる場合にの
み低域通過フィルタで雑音成分の逓減が可能となる。

つまり、この装置では、コモン・モード雑音と遮断周波
数よりも高い帯域の周波数成分を持つノーマル・モード
雑音に関しての逓減はされているが、ドリフトなどの極
めて低い周波数成分を有する雑音に関しては、何等逓減
はされておらず、かつ自然電位の影響も排除されていな
いことから、測定環境に測定精度が大きく左右される。

(６) 第２の装置において、受信部にＶ／Ｆ変換器（電
圧・周波数変換器）を設けて変換後のデータをメモリへ
転送する場合には、Ｖ／Ｆ変換器がタイミングコンデン
サ、もしくは外部クロックにより、安定性及び変換速度
が制限されており過度波計を扱う測定法には適していな
い。

(７) 結局、上記のような従来の装置では、比抵抗値の
測定を行ない、地質構造を垂直断面における比抵抗分
布、および各電極間の描出深度におけるレベル断面の比
抵抗分布として表現し、概括的に地質構造を推定してい
る。

このような方法では、地質区分の解析は可能となるが、
例えば、地下水探査においては、地下水存在可能層の推
定にとどまり、総合的にその状態を推定するものではな
い。

本発明は、上記のような従来の欠点を解決するためにな
されたものであり、自動的に、安定した送信及び受信を
行なえるようにすることで、測定の信頼性を高めた解析
結果を得ることができる電気探査装置を提供することを
目的としたものである。

（課題を解決するための手段）前記の目的は以下の本願発明によって達成される。

（１）送信部、受信部及び装置制御部から成り、前記送
信部には、送信用電源を安定化した信号にする定電流回
路と，送信信号の波形及び周波数が設定可能な設定回路
と，該定電流回路の電流を受けとって前記設定回路で設
定された波形及びタイミングで極性切替を行って両極性
の送信信号を出力するシリコンパワートランジスタで構
成された極性切替回路と、前記送信信号の電流値を検出
して装置制御部へ送る電流検出回路とを設け、前記受信
部には、受信した信号を増幅する増幅器と、該増幅器の
出力信号に含まれる雑音成分を減算して除去する一対の
Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）とＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）とで
構成する雑音除去回路と、受信部及び装置制御部間で電
気的絶縁を行う信号絶縁回路とを設け、前記装置制御部
は，信号の送受信の制御及び受信信号の解析を行うコン
ピュータを備えてなることを特徴とする電気探査装置。

（２）送信部、受信部及び制御装置部から成り、前記送
信部には、送信用電源を安定化した信号にする定電流回
路と，送信信号の波形及び周波数が設定可能な設定回路
と，該定電流回路の電流を受けとって前記設定回路で設
定された波形及びタイミングで極性切替を行って両極性
の送信信号を出力する極性切替回路と、前記送信信号の
電流値を検出して装置制御部へ送る電流検出回路とを設
け、前記受信部には、受信した信号を増幅する増幅器
と、該増幅器の出力信号に含まれる雑音成分を減算して
除去する一対のＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器とで構成す
る雑音除去回路と、受信部及び装置制御部間で電気的絶
縁を行う一対のフォトカプラーの電流帰還ループで構成
される信号絶縁回路とを設け、前記装置制御部は，信号
の送受信の制御及び受信信号の解析を行うコンピュータ
を備えてなることを特徴とする電気探査装置。

（３）受信部に設けられた雑音除去回路の一部に、一対
のＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変化器を設けることにより電位
電極からの信号線に重畳する雑音成分を保持し、受信す
る信号から前記保持する雑音成分を演算増幅器により減
算して信号成分を抽出し受信信号を処理することを特徴
とする請求項第１項１又は第２記載の電気探査装置。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明に係る電気探査装置のブロック図であり、
送信部と受信部及び装置制御部から構成されている。

送信部には、交流電源に接続される送信用電源受端子
１、昇圧・整流回路２、定電流回路３、極性切替回路
４、周波数設定回路５、波形設定回路６、送信電流出力
端子７ａ，７ｂ，電流検出回路８を設ける。

また、受信部には、受信電位入力端子９、前段差動増幅
回路１０、雑音除去回路１１、後段増幅回路１２、信号
絶縁回路１３を設ける。

さらに、装置制御部には、パラレル入出力モジュール１
４、Ａ／Ｄ変換（アナログ・デジタル変換）モジュール
１５、ディスプレイ１６、パーソナルコンピュータ１
７、キーボード１８、プリンタ１９を設ける。

このような構成の電気探査装置において、送信用電源受
端子１からの交流入力を整流・昇圧回路２、定電流回路
３を経て５００Ｖ，２Ａの直流を得る。

送信用周波数は、２８．８Ｈzから０．０１３７Ｈzまで
の範囲で、周波数設定回路５により設定され、電流電極
から大地への通電時間と遮断時間に比例したパルス幅を
もつ信号を波形設定回路６により発生させる。

この発生した信号を極性切替回路４への制御信号とし、
送信電流出力端子７ａ，７ｂより送信を行なう。

すなわち、波形設定回路６により、通電時間と遮断時間
に比例したパルス幅の制御信号を敗勢させることによ
り、過度波形の測定に適した送信を行なう。

また、送信電流は電流検出回路８により検出され、絶縁
したアナログ信号として装置制御部に渡される。

このようにして、奏しされた信号は、やがて受信電位入
力端子９に入力され前段差動増幅回路１０へ入力され
る。

この前段差動増幅回路１０では、コモン・モード雑音が
逓減された後に、１倍もしくは１０倍に増幅される。次
に、雑音除去回路１１により、ノーマル・モード雑音、
及び自然電位の影響分が逓減された後、前段増幅器１２
で０．１倍から１０００倍に増幅される。

続いて、信号絶縁回路１３で絶縁されたアナログ信号と
して装置制御部へ渡される。

装置制御部では、測定条件の設定、及び測定開始の指令
などでは、ディスプレイ１６に表示されるメッセージに
従い、キーボード１８より測定者が対話的に入力する。

測定開始指令が出されると、パーソナルコンピュータ１
７に組み込まれているパラレル出力モジュール１４によ
り測定条件が、送信部及び受信部に出力される。

この時、先ず、電位電極、及びその信号線に重畳したモ
ーマル・モード雑音と自然電位が雑音解除回路１１で自
動的に除去された後に１周期分の送信信号が電流電極よ
り出力される。

受信信号が規定の電圧範囲、例えば、直流ＯＶから＋１
０Ｖの範囲に入るように受信部の増幅率が前段差動増幅
回路１０、及び後段増幅器１２により自動的に設定され
る。

増幅率の設定が終わると、規定周期分の送信を行なう。
この際、送信電流は、電流検出回路８から、また、受信
信号は、信号絶縁回路１３から、各々Ａ／Ｄ変換モジュ
ール１５へ絶縁されたアナログ信号として入力される。

Ａ／Ｄ変換後のデータは、パーソナル・コンピュータ１
７内のＲＡＭへ転送される。

受信信号は、雑音除去のための演算処理が行なわれた後
に推定すべき波形に近似され、その値を用いて解析結果
が算出される。

解析結果は、自動的にプリンタ１９で印刷され、かつ、
パーソナル・コンピュータ１７に内蔵のフロッピーディ
スクに格納される。

このようにすれば、自動的に測定から解析までの過程の
処理を行なうので、測定者個人に基づく誤差の影響がな
く、測定の信頼性を高めている。

第２図は、第１図の極性切替４の具体例である。図にお
いて、２０、２１、２２、２３はそれぞれ発光ダイオー
ドとフォトトランジスタから成るフォトカプラであり、
図の※１と※１及び※２と※２とがそれぞれ接続されて
いる。

またフォトカプラ２０及び２２を構成する発光ダイオー
ドのアノードは、第１図の波形設定回路６へ接続されて
いる。

トランジスタ２５、２７、２９、３１は、それぞれ、コ
レクターエミッタ電圧が８５０Ｖ，下降時間７０m sec
で、高耐圧、高速スイッチングのシリコンパワートラン
ジスタである。

そして、前記トランジスタ２５及び２９のコレクタは、
第１図の定電流回路３へ接続されると共に、前記トラン
ジスタ３１及び２７のエミッタも前記定電流回路３（ア
ース側）へ接続されている。

今、波形設定回路６からの制御信号がフォトカプラ２０
を構成する発光ダイオードのアノードに印加して前記発
光ダイオードが点灯したとする。これにより、フォトカ
プラ２０のフォトトランジスタがオンとなり、続いて、
トランジスタ２４及び２５がオン（導通状態）となる。
これにより、送信電流出力端子７ａには、定電流回路３
からトランジスタ２５のコレクタ・エミッタを介して直
流電圧５００Ｖが出力される。

またこの時、フォトカプラ２１の発光ダイオードも点灯
するからフォトカプラ２１のフォトトランジスタもオン
となる。これにより、トランジスタ２６及び２７がオン
となる。

したがって、送信電流出力端子７ｂには、トランジスタ
２７のエミッタ・コレカタを介して定電流回路３いのア
ース電位が出力される。すなわち、送信電流出力端子７
ａ，７ｂ間の通電が行なわれる。

この場合、通電時かは、波形設定回路６からの制御信号
のパルス幅で制御される。フォトカプラ２０及び２１へ
の信号印加が終わった後、設定された休止時間を経て、
前記と同様にフォトカプラ２２及び２３に制御信号を印
加すると、送信電流出力端子７ｂが直流電圧５００Ｖで
７ａがアースと同電位となって通電が開始される。

第３図は、第１図の雑音除去回路内の一部具体例であ
り、受信部において、ノーマル・モード雑音および自然
電位の影響を取り除くための回路である。

前段差動増幅回路１０から出力される信号は、演算増幅
器３２を経て、演算増幅器３５の＋端子と、１２ビット
のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３７に入力される。

Ａ／Ｄ変換器３７は、第１図のパラレル入出力モジュー
ル１４からのＡ／Ｄ変換開始信号か、もしくは押釦スイ
ッチ３６を押すことにより変換を行なう。変換結果は、
１２ビットのデジタル値としてデータバス上に出力す
る。

１２ビットのＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３８は、前記デー
タバス上のデジタル信号をアナログ信号に変換し、演算
増幅器３３、３４を経て演算増幅器３２上に出力された
信号と同じ値として保持される。このため、演算増幅器
３５の出力端子には零電位が出力される。

すなわち、雑音除去回路１１内にこの回路を設けること
により、電位電極からの信号線に重畳するノーマル・モ
ード雑音、自然電位の影響、および装置内のオフセット
を取り除いている。

第４図は、第１図に示した送信部の電流検出回路８内及
び受信部の信号絶縁回路１３内に設けられた一対のフォ
トカプラによる電流帰還ループで構成される絶縁回路の
具体例である。

この回路は、第１図に示した送信部、受信部および装置
制御部の各部間の回路電源を絶縁することにより、回路
電源の変動や前記各部内で発生する雑音を他へ伝達させ
ず、装置が扱う信号の変動を防ぐためのものである。第
１図の定電流回路３、もしくは、後段増幅回路１２より
力出力された信号は、演算増幅器３９を経てフォトカプ
ラ４３に入力する。

フォトカプラ４３の出力は、演算増幅器４０の＋入力端
子に入力され、演算増幅器４１及び、フォトカプラ４４
を経て、演算増幅器４０の−端子に帰還され、演算増幅
器４２で安定な出力を得ている。

可変抵抗器４５は、フォトカプラ４３を構成する発光ダ
イオードの順電流調整用であり、可変抵抗４６は、演算
増幅器４０の出力電圧を調整するためのものである。

すなわち、演算増幅器３９の入力電圧と、演算増幅器４
２の出力電圧を同電位になるように予め設定を要するも
のである。演算増幅器４２の出力信号は、装置制御部の
Ａ／Ｄ変換モジュール１５に送信部、受信部とは電気的
に絶縁されたアナログ信号として出力されるものであ
る。

第５図は、第１図になるように示した電気探査装置の箱
の正面図である。

４７はコネクタ、４８は電源表示灯、４９は電源スイッ
チ、５０は自動、手動切替スイッチ、５１は送信波形ス
イッチ、５２は受信倍率設定用可変抵抗器、５４は送信
周波数切換スイッチ、５５は送信電流表示用のメータ、
５６は受信電位表示用のメータ、５７は送信極性表示灯
である。

なお、１、７、９はそれぞれ第１図に示した送信用電源
受端子、送信電流出力端子、受信電位入力端子である。

上記のように構成した電気探査装置において、種々のテ
ストをした結果、次のようなデータが得られた。第１表
は、第１図の信号絶縁回路１３の入力電圧を変化させ、
その出力電圧を測定したデータである。

上記第１表から明らかなように、入力電圧に対する出力
電圧の比がほぼ１である。したがって、良好な絶縁が得
られている。

次に、第６図は、受信信号のデータを示したものであ
り、送信周波数を０．５Hz、受信部の増幅率を５００倍
とし、サンプリング周波数を０．５msecに設定して測定
を行なったものである。この場合、送信信号の遮断前後
各１００msecの受信信号を表している。

第６図のデータから明らかなように、本装置での送信信
遮断時には、振動現象は起きておらず、良好な送信が行
なわれている。

第７図は前記第６図の成愛と同様の測定条件で得られた
受信信号を、本装置におけるアルゴリズムにより演算処
理を行ない、推定すべき波形に近似した後の波形を示し
ている。この図からも良好な送受信が行なわれているこ
とが明らかである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
ある。

(１) 極性切換回路にシリコンパワートランジスタを採
用し、周辺も半導体素子で構成して送信や送信の遮断の
制御を行なっている。したがって、機械的振動を要因と
する送信波形の振動も誘起することなく、±５００Ｖ、
２Ａの高電圧、大電流を送信信号とし得られる。

(２) 雑音除去回路内に、ノーマル・モード雑音及び自
然電位の影響を取り除く回路を設けたので、電位電極か
らの信号線に重畳するノーマル・モード雑音や自然電位
の影響及び装置内ののオフセットを取り除くことができ
る。

(３) 電流検出回路と信号絶縁回路内にフォトカプラの
ような絶縁回路を設けたので、装置制御部のＡ／Ｄ変換
モジュールに、送信部、受信部とは電気的に絶縁された
アナログ信号を供給できる。

(４) 送信部、受信部及び装置制御部を上記のように構
成し、自動的に解析結果を得ることができることから、
測定の精度及び信頼性を向上できる。

(５) 本発明の電気探査装置では、安定した送信と受信
とを自動的に行ない、かつ総合的な解析結果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例である電気探査装置のブロ
ック図、第２図は、第１図の極性切替回路の具体例、第
３図は、第１図の雑音除去回路内の一部具体例、第４図
は第１図の電流検出回路及び信号絶縁回路内に設けられ
た絶縁回路の具体例、第５図は第１図に示した電気探査
装置の箱の正面図、第６図は、受信信号のデータ、第７
図は演算処理後の受信信号のデータである。１……送信用電源受端子２……昇圧・整流回路３……定電流回路４……極性切換回路５……周波数設定回路６……波形設定回路７……送信電流出力端子８……電流検出回路９……受信電位入力端子１０……前段差動増幅回路１１……雑音除去回路１２……後段増幅回路１３……信号絶縁回路１４……パラレル入出力モジュール１５……Ａ／Ｄ変換モジュール１６……ディスプレイ１７……パーソナル・コンピュータ１８……キーボード１９……プリンタ２０、２１、２２、２３……フォトカプラ２５、２７、２９、３１……シリコンパワートランジス
タ３７……アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３８……デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）４３、４４……フォトカプラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信部、受信部及び装置制御部から成り、
前記送信部には、送信用電源を安定化した信号にする定
電流回路と，送信信号の波形及び周波数が設定可能な設
定回路と，該定電流回路の電流を受けとって前記設定回
路で設定された波形及びタイミングで極性切替を行って
両極性の送信信号を出力するシリコンパワートランジス
タで構成された極性切替回路と、前記送信信号の電流値
を検出して装置制御部へ送る電流検出回路とを設け、前
記受信部には、受信した信号を増幅する増幅器と、該増
幅器の出力信号に含まれる雑音成分を減算して除去する
一対のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）とＤ／Ａ変換器（ＤＡ
Ｃ）とで構成する雑音除去回路と、受信部及び装置制御
部間で電気的絶縁を行う信号絶縁回路とを設け、前記装
置制御部は，信号の送受信の制御及び受信信号の解析を
行うコンピュータを備えてなることを特徴とする電気探
査装置。
【請求項２】送信部、受信部及び装置制御部から成り、
前記送信部には、送信用電源を安定化した信号にする定
電流回路と，送信信号の波形及び周波数が設定可能な設
定回路と，該定電流回路の電流を受けとって前記設定回
路で設定された波形及びタイミングで極性切替を行って
両極性の送信信号を出力する極性切替回路と、前記送信
信号の電流値を検出して装置制御部へ送る電流検出回路
とを設け、前記受信部には、受信した信号を増幅する増
幅器と、該増幅器の出力信号に含まれる雑音成分を減算
して除去する一対のＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器とで構
成する雑音除去回路と、受信部及び装置制御部間で電気
的絶縁を行う一対のフォトカプラの電流帰還ループで構
成される信号絶縁回路とを設け、前記装置制御部は，信
号の送受信の制御及び受信信号の解析を行うコンピュー
タを備えてなることを特徴とする電気探査装置。
【請求項３】受信部に設けられた雑音除去回路の一部
に、一対のＡ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変化器を設けることに
より電位電極からの信号線に重畳する雑音成分を保持
し、受信する信号から前記保持する雑音成分を演算増幅
器により減算して信号成分を抽出し受信信号を処理する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気探査装置。