JPS58198783A - 地中埋設物の位置検出方法 - 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】 この発明は地中に埋設されている例えばパイプライン等
の埋設物の位置を地上から検出する地中埋設物の位置検
出方法に係シ、特に地中へ電波を効率よく入射させる地
中埋設物の位置検出方法に関する。

従来、この種の地中埋設物位置検出方法としては、第１
図に示すように地表面ｌに対向して送信アンテナ２を設
けるとともにその送信アンテナ２とは距離を隔てて受信
アンテナ３を設け、送信アンテナ２から地中埋設物４に
向けてノＱルス時間幅が数ナノ秒のパルス信号を数１０
キロＨｚの繰夛返えし周期で放射し、その地中埋設物４
からの反射波を受信アンチ、す３で受信する方法が知ら
れている。第２図は地中埋設物４からの反射波の様子を
示す図である。そして、このものにおいて例えば第３図
に示すように受信アンテナ３が地中埋設物４の真上にあ
るＰ、点からＰ、点に移動すると、Ｐ１点では深さＸで
１１の距離であるが、２２点では早の距離となシ、かつ
受信アンテナ３は見かけ土臭下に地中埋設物４がおるも
のと検出するから２２点での深さはＹとなる。すなわち
受信ア□ンテナ３の移動によって地中埋設物４の検出深
さの軌跡はＸ、Ｙ点を通る点線曲線■を画く。

したがって、この方法で受信アンテナ３を移動させ、か
つＡスコープを振幅に合わせて濃淡表示すれば第４′図
に示す反射画像が得られ、これによシ地中埋設物４の真
上の位置が検出でき、地中埋設物４の埋設位置を検出で
きる。

しかし、以上のような地中埋設物の位置検出方法では、
送信アンテナ２から放射される電波の多くが地表面Ｉで
反射されるため、地中へ入射される電波はその分だけ減
衰されてしまう。

従って、地中を通うて地中埋設物４で反射されて地上に
出てくる反射波のレベルは非常に小さいものとなって地
中埋設物４の位置を正確に検出することが困難となる問
題がある。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、送信ア
ンテナから放射した電波を効率よく地中へ入射させるこ
とによシ、地中埋設物からの反射波’ｋＳＮ比よく受信
できる地中埋設物の位置検出方法を提供することを目的
とする。

以下、本発明方法を実現するための原理について説明す
る。今、第５図に示すように電気的・１　　　　物性値
の異なる２つの物質■、■を重ね合せた後、物質Ｉから
物質■へ電波を入射したとする。

このとき、物質■による反射率をｋｒｌ−＋２、透過率
をｋｔｌ−＋２　　とすると、これらの反射率および透
過率は次式で表わすことができる。

ｋ、１　ｏ２−（Ｚ２　　　Ｚｌ　　）／　（Ｚ２　＋
　Ｚｌ　　）　　　　　　　　・・・（ｘ）ｋｔ１→２
＝１＋ｋｒ１→２・・・（２）ここで、ｔｌは物質ｌの
誘電率、ε０は空気中の誘電率、ｔＢは物質■の誘電率
、μｌは物質Ｉの透磁率、μ２は物質■の透磁率であ兎
。

一方、物質■から物質■へ電波を入射させたとき、その
反射率をｋｒ　２．１、透磁率をｋｔ　２−＋　１とす
ると、 ｋｒ？＋１＝（ｚＩ　　Ｚ２）／’：（Ｚ２＋２１）　
　　　＝（３）ｋｒ２．１＝”ｋｒ２．１　　　　　　
　　　　””）で表わすことができる。

ところで、従来の一般的な位置検出方法の場合、第６図
のように送受信アンテナ１１で放射　　　　□された電
波は物質Ｉである空気および物質■である土壌を通って
例えば鋼管等の地中埋設物１２−へ入射される。そして
、地中埋設物１２からの反射信号は地上の送受信アンテ
ナ１１で受信するものであるが、このときの反射信号の
受信強度Ｐ・は次式によって求めることができる。

但し、送信強度を１とする。。

ＰＯ””　ｌ　ｋｔ、−４２”　＋２−＋　、ｌ　　　
　　　　　”’　（５）また、地表面Ｉ３で反射される
不要信号の大きさをＱｏとすると、この不要信号Ｑｏは
次式％式％ （６） 次に、第７図に示すように地表面１３に物質■でおる空
気の外に、電波の透過しやすい物質■および物質■を設
置したと考えると、このときの地中埋設物１２からの反
射信号の受信強度Ｐ、は次式で与えられる。

従って、上式において空気および土壌のＺ、１ｚ２は実
測で与えられるので、電波透過物質としてＺｌ＞ｚ、　
＞Ｚｓ　＞ｚ４となルヨうニ選へば、５− ｐｏ＜ｐ己なシ、受信強度は第７図のものの方が第６図
のものよシも大きく力る。このことは、地中埋設物ｚ２
からの反射波を非常に大きな受信レベルで受信すること
ができることになる。

また、電波の透過物質ＩＩ、ＩＩＩ、ｍＶからの不要外
反射信号の大きさをＱｔとすれば、同反射信号Ｑ、は次
式で求める仁とができる。　　。

Ｑｔ＝１ｋｒ１→２十ｋｔ１→２°ｋｒ　２−＋５°ｋ
ｔ　２−＋１　＋ｋｔ　１−）２゜ｋｊ　２−）３°ｋ
ｒ３−＋４゛ｋｔ）＋２°ｋＢ−＋１１　　　　°°（
８）参照して説明する。

□同図において１２は例えば鋼管等の地中埋設物であっ
て、この地中埋設物１２の埋設されている地上の地表面
１３には電波透過板２１が敷設されている。そして、こ
の電波透過板２Ｘに対向して例えば送信アンテナおよび
受信アンテナを一体とした送受信アンテナ１１が配置さ
れている。この送受信アンテナ１１は方向性結合６− 器２−２を介して送信器２３および受信器２４に接続さ
れている。この送信器２３は数ナノ秒程度のノ母ルス時
間幅をもつパルス信号を数１０キロＨｚの繰返し周期で
前記送受信アンテナ１１に出力している。前記受信器２
４は送受信アンテナＩＩで受信した反射ノ４ルス信号を
低周波信号に周波数変換を行い、画像変換装置２５へ出
力する。この画像変換装置２５は入力した反射信号を白
黒の濃淡画像に変換してテレビモニタ２６及びハードコ
ピー装置２７へ出力する。なお、２８は送信器２３、受
信器２４及び画像変換装置２５に電力を供給する電源装
置である。

次に、電波透過板２１として例えは第７図のように多層
構造とした場合と第６図のように電波透過板を設けない
場合との作用効果について比較してみる。今、第６図の
場合における反射波の受信強度Ｐ０は（５）式で与えら
れるが、このとき例えば土壌の比透磁率を４ｏとすると
、Ｐ　　＝０．４７となる。但し、μ、＝μ２；μ。と
する。

これに対し、第７図のように物質■、■の電−ツー 波透過板２１を設けたものでは、反射波の受信強度Ｐｔ
は（７）式で与えられる。この場合、通常、μｍ＝μ２
＝μ３＝μ４であるので、ε１−１、ε２＝３、！、＝
１５、＃４＝４０とすると、Ｐ、＝Ｏ６７５となる。

従って、Ｐｏ＝０．４７と比べると、電波透過板２Ｉを
殴けた場合の受信強度は１６０％以上と非常に大きくな
る。

次に、第６図の場合の地表面１３での反射不要信号の大
きさＱ。は（６）式で与えられる。今、第６図において
＆、＝１１　Ｍ２＝４０とすると、Ｑｏ＝０７２７とな
る。但し、μ、＝μ２＝μ。とする。一方、第７図のも
のでは、その反射不要信号の大きさＱｔは（８）式で与
えられる。そこで、第７図においてε、＝１．ε２”’
３　＋　１３＝ｌ　５　＋ε４＝４０とすると、Ｑ、＝
０．８２となシ、電波透過板２１を設置すると多少反射
不要信号が大きくなる。

しかし、地中埋設物Ｉ２からの反射波との比較、すなわ
ち、ＳＮ比の観点から検討すれば下　　　　式のように
なる。

電波透過板Ｉ−き＝０．９１５　　　　　　　　・・・
αＱｔ 従って、これらの式から明らかなように、電波透過板２
Ｉを設置した場合、ＳＮ比は１４０％以上も改善させる
ことができる。

なお、上記実施例では２層の電波透過板２Ｉの場合につ
いて述べているが、一層の電波透過板２Ｉであっても受
信強度等について改善できるものである。即ち、電波透
過板２Ｉのない場合、受信強度Ｐ０は、 で表われる。一方、第９図のように一層の電波透過板２
１を設置したものでは、 Ｐｔ＝Ｉｋｔ１→２　”ｔ２→３°ｋｔ３−＋２°ｋｔ
２→１１９− ・・バｌ となる。但し、地中埋設物１２の反射率を１とする。一
般に、空気中でのｚｌは土壌のｚｓよυも小さく、ｚｓ
〉ｚｌが成立する。従って、Ｐｔ＞Ｐｏが成立するため
には、ｚｓ　＞Ｚ、　＞Ｚｔが必要十分条件である。

なお、電波透過板２Ｉの材質としては、誘電率の値を変
化させられる材料が望ましく、また電波透過板ｚＺ中の
伝播時の減衰を少なくするため電気伝導度は小さいこと
が必要である。例エバポリエチレンテレフタレートの電
気伝導度はｔｏ−１７（υ／ｃｒｎ）と小さい。比誘電
率は３０であるので、ポリエチレンテレフタレートを空
気で発泡させれば、その空気の量を調整することで、比
誘電率を１〜３０までの任意の値に選定できる。また、
電波透過板２１の比誘電率の分１０− 有形状は前述の如き多層構造のほか、連続的に分布させ
れば更に効率のよい電波透過板２１を得ることができる
。また、上記実施例では送受信一体型のアンテナ１１を
用いたが、送信アンテナと受信アンテナとが別々であっ
てもよいものである。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施できる。

以上詳記したように本発明によれば、地表面に電波透過
板を設けて送信アンテナからの電波を効率よく地中へ入
射させたことによシ、地中埋設物から反射してくる反射
波の受信強度を従来のものに比し大幅に高めることがで
き、更にＳＮ比の大幅改善を図ることができる地中埋設
物の位置検出方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は従来方法を説明するための図であ
って、第１図はその方法を適用した、）　　　　場合の
構成図、第２図は地中埋設物からの反射波を示す図、第
３図は受信アンテナが移動したときの地中埋設物との距
離を説明する図、第４図は受信アンテナを移動させたと
きの反射画像を示す図、第５図ないし第７図は本発明方
法を実現するための原理を説明するための図、第８図は
本発明に係る地中埋設物の位置検出方法を適用した場合
の装置の全体構成図、第９図は電波透過板の他の例を説
明する図である。 １１・・・送受信アンテナ、１２・・・地中埋設物、１
３・・・地表面、２Ｚ・・・電波透過板、２２・・・方
向性結合器、２３・・・送信器、２４・・・受信器、２
５・・・画像変換装置、２６・・・テレビモニタ、２７
・・・ハードコピー装置。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦□□″ｎ 第５図　　　１６１ 第１図 第８図 第９図　　　　α１２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地中埋設物の埋設されている地表面に電波透過板を設置
   するとともに、この電波透過板に対向して送受信アンテ
   ナを設け、この送信アンテナからのパルス信号を前記電
   波透過板を透過させて地中埋設物へ放射するとともに該
   地中埋設物からの反射波を前記受信アンテナで受信して
   地中埋設物の位置を検出することを特徴とする地中埋設
   物の位置検出方法。