JPS60219577A - 埋設管の探査装置 - 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〕 本発明は、電波を用ｒて地下埋設管の探査を行う装置に
関するものである。更に詳細には、地中からの反射情報
の収集において、広帯域な電気的パルス信号で駆動され
る円偏波アンテナを用いた埋設管の探査装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

従来のこの種の装置としては、第１図に示すようなもの
がある。これは空中で各種の用途に用いられているパル
スレーダの原理に基くものであるが、埋設物までの距離
が近い友め、空中のレーダに比較して、距離測定の分解
能がより高い必要があるので、空中のレーダよりもはる
かにパルス巾のせまい、高々数ｎＢｃＩＱのパルス巾を
持つベースバンドのインパルス信号が用いられる。イン
パルス信号は、周知のように極めて広い周波数帯域をも
っている。距離分解能を高めるととに寄与しているのは
、この広い周波数帯域をもつという点にあることはよく
知られている。

パルス送信機１で発生したインパルス状のきわめて広い
周波数帯域を持つ電気信号が送信状態と受信状態を切替
る機能を有するＴ／Ｒスイッチ２を通り、単一の広帯域
アンテナ３に給電され、広帯域アンテナ３は、地中に向
けてインパルス状の電波信号４を放射する。電波信号４
は地中の埋設物５で反射され、広帯域アンテナ３で検出
されて再び電気信号に変換され、受信状態に切替られた
Ｔ／Ｒスイッチ２を通って受信機７に導かれ、増巾等を
施こされて、波形データとしてデータレコーダ８に記録
される。さらに必要に応じてグラフィックレコーダ９に
表示される。アンテナを移動して、各測定位置までの波
形データを収集することによって探査が行われる。Ｔ／
Ｒスイッチ２を使用せずに、第２図に示すようにアンテ
ナ部１０を送信専用のアンテナｉｌと受信専用のアンテ
ナ１２とに分離する方式本あるが、本質的に同様のもの
である。

上記の従来装置では、送信用お工び受信用のアンテナ３
は、第２図に示すようなダイポールアンテナまたはこれ
を広帯域な特性をも九せるべく変形し友ものなどのいわ
ゆる直線偏波を発生するものに限られてい友。なぜなら
、比較的近距離にある物体を探知するのに好適な距離分
解能を得る九めには、インパルス状の広帯域な電気信号
を印加し次ときアンテナから放射される電波信号も、イ
ンパルス状のパルス巾のせまいものである必要があるか
らで、このような条件を満友す几めには、アンテナによ
るパルスの変形の少ない、いわゆる分散の影響の少ない
アンテナを用いる必要があシ、ダイポール系のアンテナ
が好適とされていたからである。

ところが、第１図で説明し九ような装置においては、埋
設管からの反射のほかに、地表、地層や探査したい埋設
物以外の石などからの反射もノイズとして受信される九
め、埋設管からの信号をとりだすことが困難な場合が多
いという問題があった。

この問題を解決するため、第３図に示すようにアンテナ
部１３を送信アンテナ１４と受信アンテナ１５を直交し
て配置させたクロスダイポールアンテナを用い、反射体
によル生じ九直交偏波成分のみを受信するという構成の
装置が提案されている。これは、地表や地層などの平面
的な反射体からの反射信号は直交する直線偏波成分を＃
１とんど生じず、一方埋設管のような異方性の強い物体
では、とくに管の長手方向と送信する直線偏波の偏波面
とが４５°の角度をなすときに最大の直交偏波成分を生
ずるという原理にニジ、不要なノイズの低減を計シ、埋
設管のみを効果的に探知しようとするものであった。し
かしながら、この種の装置によって埋設管を探査しよう
とすると、もともと埋設物体の位置や方位が未知な状況
に探査を行おうとするわけであるから、アンテナの偏波
面を予め４５°の角度に合わせることは不可能であり、
必ずしも有効な探査方法となシえない。とくに送信ま九
は受信アンテナが埋設管と平行な状態にあるような場合
には、反射信号が生じないことになり、このような埋設
管が見のがされることになるという欠点があう九。予め
偏波の方位を埋設管に対し適切な方向に合せなければな
らないという問題に対しては、クロスダイポールアンテ
ナを機械的に回転しながら最大の信号が生ずる方向を探
しつつ探査を行つ九り、あるいはダイポールアンテナを
複数本放射状に配置して順次電気的に切替えて偏波面を
回転させて克服を計るという手段は、当業者なら容易に
考えり〈所であるが、前者には構造が複雑になるととも
に能率的な探査が行えないという欠点があシ、後者には
、アンテナの構造が複雑になるとともに近傍に多数の素
子が配列される几めアンテナ特性が劣化するという問題
があシ、有効な装置が構成できない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、以上のような問題を解決し、埋設管の
ような異方性の強い埋設物に対してその埋設物の方位に
よらず分解能良く探査しうる埋設管の探査装置を提供す
ることにある。ま友、本発明の他の目的は、ノイズを低
減し、能率的な埋設管の探査を行いうる埋設管の探査装
置を提供することにある。

〔発明の構成〕

アンテナを機械的に回転させｔす、多数の方向の異なる
ダイポールアンテナを放射状に配置し九υしてアンテナ
部分の構造を徒らに複雑化させ九り、あるいは探査の能
率を低下させ九シすることなしに、かつアンテナを未知
の方向の埋設管に対して特定の方位に設置しなければな
らないという矛盾なしに埋設管の方位に依らず探査でき
る探査装置を構成するためにはｓ　ｉＭ波面が自ずと回
転するような信号を用いれば良い。たとえば、一般に楕
円偏波はこのような性質？もっている。ここでは、振巾
が方位によらず一定で楕円偏波の中でも探査に好適と考
えられる円偏波を用いるものとして説明すると、円偏波
が時間的に偏波面の回転する偏波であり、偏波面の回転
方向により互に直交する右旋性お工び左旋性の偏波があ
ること、および円偏波の反射特性が反射物体の形状に強
く依存することは工〈知られている。ま九、偏波面が自
ずと回転している几め、埋設管の工うな異方性の強い物
体に対して、その方位に依存せずに検出できる可能性が
あることも推測がつくところである。

円偏波の使用には上記の工うな利点が考えられるけれど
も、広帯域なパルス信号で円偏波アンテナを駆動するこ
とは、分解能の点で利点がない丸め、従来物体の探査に
は不適とされてい几。この点を明らかにする九めに、円
偏波アンテナを広帯域駆動し九時の信号について説明す
る。円偏波アンテナの典臘的な例として、導体を渦巻状
の形状としたスパイラルアンテナがあるので、これを例
として説明する。スパイラルアンテナを広帯域な電気信
号、友とえばパルス巾が高々数ｎ５ｅｃ程度のインパル
ス信号で駆動し、電波信号を放射させる。このとき受信
される波形は、印加信号に比べて蓄しく巾の広いものに
なる。第４図（ｂ）はスパイラルアンテナに１　ｎ５ｅ
ｃ程度のインパルスを印加して電波を送信し、円偏波ア
ンテナで受信した場合の受信波形３０を例示している。

これに対して、従来の装置で使用されているダイポール
アンテナのような直線偏波アンテナでは、第４図（ａｌ
の波形２９に例示するようにパルス巾が広がらず、分解
能の点でまさっていると考えられてきた。

しかるに、もし円周波アンテナを使用して得た受信波を
受信後にパルス圧縮して巾のせまいパルスを得るように
構成すれば、円偏波のもつ特徴を活かしながら分解能の
良い探査装置が構成できることになる。

本発明はかかる着想のもとになされｔものであり、広帯
域なパルス状の信号を発生する送信機と、円偏波を発生
する送信用のアンテナと、埋設物からの反射信号全検出
する受信用の円イ１４波アンテナと、該円偏波アンテナ
で収集した反射信号の受信機と、該反射４？号のパルス
圧縮を行う波形整形部とを備えてなるものである。

この発明の一態様では、上記送信用の円偏波アンテナと
受信用の円偏波アンテナとを移動する機構と、該アンテ
ナの位置を示す信号を発生する位置信号発生器を備え比
構成である。波形整形部は、受信された波形信号をディ
ジタル化してパルス圧縮を行うもの、あるいは受信され
た波形信号を表面弾性波素子などのアナログ素子を用い
之パルス圧縮器でパルス圧縮を行うもの等である。送受
信アンテナの組合せは、偏波特性が直交する送信アンテ
ナと受信アンテナの組合せでもよいし、偏波特性が等し
い送信アンテナと受信アンテナの組合せでもよい。

〔実施例〕

第５図は本発明の一実施例を示すものである。

この図において、送信機１６は、広帯域の電気信号、す
なわち典型的な一例として、インパルス信号１７を発生
し、送信用の円偏波アンテナ１８を励信する。円偏波ア
ンテナ１８からは、円偏波信号１９が地中に向けて送信
される。円偏波アンテナとして、たとえば具体的に前述
のスパイラルアンテナを用い友とすると、放射された信
号１９はアンテナの特性の影響をうけて、電気信号１７
と異った波形となって地中を進行する。信号１９は、地
表や地中にある層状の構造２１によって一部を反射され
るとともに、透過して物体２０に到達し、反射ま友は散
乱されて受信用の円偏波アンテナ２３を通して検出され
る。この時好適には、信号はサンプリング検出されて、
あとの処理が容易なように時間伸張され素像周波信号に
変換されるが、サンプリング検出装置は、アンテナ２３
０部分に設けられても、あるいは２３と２４を結ぶケー
ブルを十分短かくとるようにすれば受信機２４の部分に
設けられても良い。受信機２４において波形信号は、増
巾や地中からの信号とは蓄しく帯域の異つ友ノイズ成分
を減少させるｉめのフィルタリングなどを施こされ、Ａ
Ｄ変換されてメモリ２５に蓄積される。メモリ２５に蓄
えられた信号は順次読みだされて、波形整形部２６でパ
ルス圧縮される。波形整形部２６は、予め使用され次送
信用および受信用の円偏波アンテナ１８およ、び２３の
伝達関数をメモリに蓄えてもっており、これと２４から
送られて！！友波形信号の間で演算を行って、アンテナ
による波形歪みの効果を補償して、パルス巾の短かい分
解能の良いインパルス信号成を行う。具体的なパルス圧
縮については、九とえば発明者らによる先願特願昭５６
−１３６０６０号に述べられるようなノくルス圧縮方法
などの公知の方法によって行うことも可能であるので、
詳細は省略する。この場合、パルス圧縮を実施する前に
、複数個の波形を用いて、加算平均などのノイズ低減の
几めの処理を行う機能をメモリ２５の部分に付加してお
くこともできる。

一方、アンテナを移動する機構２２に備えられた位置信
号発生器によって、位置座標信号を発生させ、これを受
信機２４で受信し、地中からの反射信号と対応ずけてメ
モリ２５に蓄えておくことにする。パルス圧縮され九波
形は、位置座標の順に並べられてグラフィックレコーダ
ま友はＣＲＴ２７に断面図状に表示され友り、あるいは
さらに高度な信号処理や解析表示の九めにデータレコー
ダ２８に蓄えたシされる。

上記の説明では、反射信号をＡＤ変換してディジタル信
号としてメモリに蓄積し、ディジタル信号処理を行って
パルス圧縮を行う実施例をとりあげ友が、九とえば表面
弾性波デバイス攻どを用いてパルス圧縮演算部をアナロ
グ素子で構成することにすれば、予めディジタル信号に
変換して処理するという過程を経ずに実時間の処理を行
う波形整形部を構成できることは明らかで、このようか
構成の装置も本発明の精神を逸脱せずに実施できること
は明らかである。

次に１本発明において用いるアンテナ部分についてより
具体的な実施例の説明を行う。第６図は、第５図に示し
几実施例のアンテナ部分の詳細を示す図で、アンテナ３
１は、送信用のアンテナ３２と受信用のアンテナ３３と
から成り、いずれも円偏波を送受信するのに好適な、友
とえばスパイラルアンテナの形状をなしており、３２．
３３は偏波特性が互いに直交するような渦巻きをかして
いる。送信アンテナ３２から放射された円偏波は地中で
反射されるが、地表や第５図の２１に示すたとえば地層
のような異方性の小さい反射体においては、反射にエリ
入射波と同じ偏波成分に比べて、入射波と偏波の直交す
る成分が大きくなり、また２０に示すような埋設管など
の異方性の強い線状の反射体においては、その方位によ
らず入射波にはソ等しい大きさの直交する偏波成分と入
射波と同じ偏波成分の反射を生ずる、受信アンテナ３３
は、これらの反射信号を検出することができ、異方性の
物体を含めて見おとしゃない探査が実行される。

第７図は、とくに埋設管のような異方性の強い物体から
の信号に着目した探査を実行するための他の実施例を示
すもので、アンテナ３１’は、円偏波を送受信するのに
好適な友とえばスパイラルアンテナの形状をなす３２’
　、３３’から成るが、３２’　、３３’は偏波特性が
等しい形状となっている点で第６図の実施例と異ってい
る。この構成をとると、第５図における異方性の強い物
体２２からの反射は、１ｇ６図の場合と同様に検出され
るが、アンテナ３３′と反射波の偏波状態が直交するた
め地表や第５図の２１のような異方性の小さい反射体か
らの信号は減少し、埋設管を強調しｔ探査が実行できる
。

なお、第７図の場合には、３２’　、３３’の形状が等
しいので、送信状態と受信状態をＴ／Ｒスイッチで切替
え、一つのアンテナで共用させる構成をとるという変形
も可能である。ｌｔ、送信用と受信用のアンテナを分離
する構成の場合、両アンテナを一定の間隔だけ離して設
置しても良い。

上記説明ではスパイラルアンテナを例にひいたが、勿論
これのみに限定するものではない。

ｔた、上記の説明では、印加する広帯域なノくルス信号
として、インパルスを例にとつ友が、異なる形態たとえ
ばトランケートされた正弦波やチャープパルスのような
広帯域パルス波形を用いても、本発明の精神を逸脱する
ことなく本発明が適用できることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、円偏波アンテナを用
いて広帯域なインパルス信号で反射信号を収集し、かつ
円偏波アンテナの特性に内在する波形の蓄しい歪みを信
号処理で補償しつるように構成しているので、従来不可
能であつ几円偏波アンテナによる分解能の良い探査が可
能になるとともに、埋設管のような異方性の強い物体が
その方位に依らず検出できるという利点を両立させつる
。

さらに、円偏波の作用により、埋設管のような異方性の
強い物体のみを、地表や地層のような異方性の小さい反
射体からの信号を抑制して検出できる装置を提供するこ
とも可能となる。

を友、アンテナのサイズを一定とすると通常の直線偏波
用のダイポールアンテナよりもはるかに導体長の長いア
ンテナが使用できるため、比較的小形のアンテナによっ
て通常のダイポールアンテナを用いるよりも広帯域な特
性が得られ、広帯域な信号を用い九分解能の良い探査装
置を構成する上で有利である。さらに、複雑なアンテナ
の構成や機械的なアンテナの回転などの機構を用いるこ
となく、物理的な偏波の回転現象をうまく取入れている
几め、アンテナを移動させながら能率良く探査を行いつ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、直線偏波アンテナを用いる従来の埋設管探査
装置の概略構成図、第２図は、従来の埋設管探査装置に
用いられる直線偏波アンテナの概念図、第３図は、従来
の装置に用いられるクロスダイポールアンテナの概念図
、第４図（ａ）は、直線偏波アンテナの受信波形の一例
を示す図、第４図（ｂ）は、円偏波アンテナの受信波形
の一例を示す図、第５図は、本発明の一実施例の概略構
成図、第６図、第７図はいずれも本発明装置に使用され
るアンテナ部の構成例を示す概略構成図である。 １６・・・・・・送信機、１Ｂ・・・・・・送信用円偏
波アンテナ、２０・・・・・・埋設管、２２・旧・・ア
ンテナを移動する機構（位置信号発生器）、２３・・・
・・・受信用円偏波アンテナ、２４・・・・・・受信機
、２６・・・・・・波形整形部。 第１図 （０１第４図 （ｂ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｒｔ＋　電波を用いて地中の埋設物からの情報を収集し
   、地下埋設管の探査を行う装置において、広帯域なパル
   ス状の信号を発生する送信機と、円偏波を発生する送信
   用のアンテナと、埋設物からの反射信号を検出する受信
   用の円偏波アンテナと、該円偏波アンテナで収集した反
   射信号の受信機と、該反射信号のパルス圧縮を行う波形
   整形部とを備えた埋設管の探査装置。 （２）送信用の円偏波アンテナと受信用の円偏波アンテ
   ナとを移動する機構と、該アンテナの位置を示す信号を
   発生する位置信号発生器を備え九特許請求の範囲第１項
   記載の埋設管の探査装置。 （３１受信され次波形信号をディジタル化して、パルス
   圧縮を行う波形整形部をそなえることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ま九は第２項記載の埋設管の探査装置
   。 （４）受信され九波形信号を表面弾性波素子などのアナ
   ログ素子を用いたパルス圧縮器でパルス圧縮する波形整
   形部をそなえることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の埋設管の探査装置。 （５１偏波特性が直交する送信アンテナと受信アンテナ
   の組合せを備えた特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の埋設管の探査装置。 Ｆ６１　偏波特性が等しい送信アンテナと受信アンテナ
   の組合せを備え几特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の埋設管の探査装置。