JPS6111682A

JPS6111682A - レ−ダ型地中探査装置

Info

Publication number: JPS6111682A
Application number: JP59133928A
Authority: JP
Inventors: Akio Kono; 河野　明夫; Tsutomu Hiraoka; 平岡　励; Masaru Tsunazaki; 勝綱崎
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1986-01-20
Also published as: JPH0471190B2

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埋設ガス導管等の地中埋設物体の有無お
よびその位置を非掘削で検知するためのレーダ型地中探
査装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点地中に埋設された物体の探査は、マイクロ波領域のパル
ス状の送信電波を地表面から地中に向がって放射し、地
中の物体で反射された電波を捉え、この受信電波におけ
るピークの有無により地中の物体の有無を検知し、さら
に送信電波放射時がら受信電波のピークまでの時間によ
りその物体の深度を検知するものである。

従来のレーダ型地中探査装置は、第５図に示すように、
地表面１に送信アンテナ２および受信アンテナ３を並べ
て設置し、パルス発生部４で発生したマイクロ波領域の
パルス波を送信アンテナ２から地中５へ送信電波として
放射し、地中５゛の物体６．６′によって反射されて地
表面までもどる反射電波を受信アンテナ３で受け、この
受信電波を高周波増幅部７が取り込んで高周波増幅し、
この高周波増幅部７の出力をもとにして物体６．６の有
無およびその深さを検知するようになっている。

このようなレーダ型地中探査装置は、深さ数十ｃｍから
数ｍの物体６，６′を探査するものであるが、地中５の
電波の速度は、土壌の誘電率を例えば９とすると、空中
の伝播速度（３０ｃｍ／ｎａ）の１４写−１／３となり
、１０鍾／　＋１３である。したかっ、て、送受信アン
テナ２，３と物体６，６′との間を電波が往復する時間
は、深さが５０ｃｍ、１ｍ、２ｍのときはそれぞれ１０
ｎｓ、　　２０ｎｓ、　　４０ｎｓと非常に短い時間と
なる。さらに、空中の場合と異なり、地中５を伝播する
場合は、電波が深さの指数関数で大きく減衰し、１ｍで
１／３〜ｌ／１０に減衰することもある。今、１ｍの減
衰量を例えば１２４丁ｊ物１／３．１６とすると、５０
ｃｍ。

１ｍ、；２ｍを往復するときの減衰量はそれぞれ１４斤
０．１／１０．１／１００と大きく変化する。

すなわち、１ｍの深さの物体からの反射電波が１／１０
に減衰しているときは、２ｍの深さの物体からの反射電
波は１／１００に減衰することになり、深部の物体の探
査が困難であった。

そこで、電波の減衰による深部の物体６′の探査能の低
下を改善し、深部の物体６′の探査をも浅部の物体６の
探査と同じように行えるようにす゛るために、高周波増
幅部７にセンシテイビテイ・タイム・コントロール回路
を内蔵して増幅度を時間の経過とともに、すなわち物体
６．６′の深さの増加とともに大きくし、浅部の物体６
の反射電波と深部の物体６′の反射電波の振幅がほぼ等
しくなるようにしている。

第６図は上記レーダ型地中探査装置の各部の゛タイミン
グ図を示している。同図（Ａ）は送信アンテナ２から放
射されるパルス状の送信電波の波形を示し、実線はパル
ス幅３ｎｓ程度のヘースハンド波であり、破線は七ゾパ
ルス波である。同図ＣＢ）は受信アンテナ３を介して入
力される受信電波の波形を示し、その波形の第１ビーク
Ｐ１は地表面１での表面反射によるものであり、第２ピ
ークＰ２は反射時間ｔが１Ｑｎｓであって５Ｑｃｍの深
さにある物体によるものであり、その振幅は第１ピーク
Ｐ、のｔ　ｉにとなっている。第３ピークＰ２は反射時
間ｔが２０ｎｓであって１ｍの深さにある物体によるも
のであり、その振幅は第１ピークＰ１の１／１０となっ
ている。第４ビークＰ４は反射時間もが４Ｑｎｓであっ
て２ｍの深さにある物体によるものであり、その振幅は
第１ピークの１／１００となっている。同図＜ｃ’＞　
は高周波増幅部７の増幅度の時間変化を示し、ｔが１０
ｎｓ、　　２０ｎｓ、　４０ｎｓのときにそれぞれｔが
零のときのＥ１倍、１０倍、１００倍となっている。同
図（Ｄ）は高周波増幅部７から出力される波形を示し、
５０Ｃｍ、１ｍ、２ｍの深さからの反射波によるピーク
ＰＩ’〜Ｐ４　′の高さがほぼ同じになっている。

受信電波は、前記したように、マイクロ波領域の高周波
信号であるが、地中探査のためには、第６図（Ｄ）にお
けるピークＰ１′〜Ｐ４′の有無およびその出現時間を
知るだけで十分であるため、上記高周波信号を低周波変
換部８によって音声領域程度の低周波信号に変換し、こ
の低周波信号の波形をシンクロスコープ等の表示器９に
表示し、表示器９０時間軸を物体６，６′の深さに対応
させ、地中５の物体６，６′の探査（物体６，６′の有
無およびその深さ）を行えるようにしている。

上記の低周波変換部８は、サンプリングにより高周波信
号を低周波信号に変換するものであり、送信電波を周期
的に放射し、各送信電波に対する受信電波を各送信電波
の放射タイミングより順次一定時間ずつ遅れたタイミン
グで１回ずつサンプリングすることにより１個の受信電
波の時間軸を伸長した低周波信号を（Ｍるようになって
いる。

サンプリング動作を第７図により詳細に説明する。同図
（Ａ）は周期的に放射されるパルス状の送信電波の波形
を示し、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の送信電波に対応する
受信電波の波形を示し、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の１　
（ｆｌｉｔの受信電波の時間軸を伸長した低周波信号の
一部分の波形を示している。第７図において、パルス状
の送信電波は周期Ｔで繰返し放射され、受信電波もこれ
に応じた周期で生、しる。今、受信電波のサンプリング
周期をＴ＋ΔＴとすると、ｔ＝ｏ、Ｔ＋ΔＴ、２　　（
Ｔ＋ΔＴ）、３　（Ｔ＋Δ丁）、・・・でサンプリング
が行われ、これを各送信電波の放射時刻を基準にして考
えると、第１番目の受信電波についてはｔ’＝０でサン
プリングされ、第２番目はｔ′−八Ｔ、第３番目はｔ′
−２ΔＴ、第４番目はｔ′−３ΔＴでそれぞれサンプリ
ングされることになり、各受信電波が同じ波形であると
すれば１個の受信電波をΔＴ毎に号ツブリングしたのと
同じサンプリングデータがＴ＋ΔＴ毎に得られることに
なり、このサンプリングデータをローパスフィルタに通
せば第７図（Ｂ）の１個の受信電波をＴ＋八へ／ΔＴ倍
に時間軸伸長した第７図（Ｃ）の低周波信号が得られる
ことになる。

上記のことを数字をあげて具体的に説明する。

探査時間（反射時間）は、土壌の誘電率によって異なる
が、誘電率が９のときに深さ５ｍ程度の探査を行うもの
とすると、１００ｎｓまでとすればよい。そして、送信
電波を５０μｓの周期で放射するものとし、探査時間内
のサンプル数を１０００個とすると、１個の低周波信号
を得るには、送信電波を１０００回送る必要があり、５
０　ｍｓ　（＃　５０　ａｓＸ９９９＋１００　ｒ＋ｓ
）程度要することになる。つまり、１００ｎｓの長さの
受信電波が５０ｍ５の長さの低周波信号に変換されるこ
とになる。したがって、低周波信号を出力する周期は５
０１１１３以上に設定すればよい。

次表は送信電波の番号とサンプルタイミングとの関係を
示している。

（以下余白）第　　　　１　　　　表第５図において、１０は、パルス発生部４．高周波増幅
部７および低周波変換部８の動作タイミングを制御する
制御部である。

しかしながら、このような従来のレーダ型地中探査装置
は、上記したように、数＋Ｉ’１３の短い時間内に増幅
度を１０倍から１００倍に増加させる必要があり、受信
波形に振動現象等の歪が生じやすくなり、これが探査能
および分解能の向上を制限する一つの要因となっていた
。

発明の目的この発明は、地中の物体の探査能および分解能を高める
ことができるレーダ型地中探査装置を提供することを目
的とする。

発明の構成この発明のレーダ型地中探査装置は、順次ピーク値が増
大するパルス波を周期的に発生するパルス発生器と、こ
のパルス発生器から発生ずるパルス波を送信電波として
地表面から地中へ向かって放射する送信アンテナと、地
表面までもどる前記地中の物体からの反射波を捉える受
信アンテナと、この受信アンテナで受信した受信電波の
各々を前記送信電波の各々の放射時タイミングを基準に
して順次一定時間ずつ遅れた反射時間でサンプリングす
ることにより前記受信電波の時間軸を伸長した低周波信
号を得るサンプラと、このサンプラから出力される低周
波信号を表示する表示器とを備え、前記低周波信号中の
前記物体からの反射によるピークの有無により前記物体
の有無を検知するとともに、前記ピークの出現時間によ
って前記物体の深さを検知する構成にしたことを特徴と
する。

実施例の説明この発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説
明する。このレーダ型地中探査装置は、第１図に示すよ
うに、地表面１１に送信アンテナ１２および受信アンテ
ナ１３を並べて（近接して）設置し、ベースバンドパル
サ１４でヘースハンドパルス波を発生し、送信アンテナ
１２を介し送信電波として地中１５に放射するようにな
っている。

この場合、ベースバンドパルサ１４は５０μｓタイマ１
６によってヘースハンド波を５０μＳ毎に発生して地中
１５に放射させるようになっており、さらに５Ｑｍｓク
イマ１７によって起動されて指数関数等の単調増加関数
を発生する関数発生回路２５によって発生ずるヘースハ
ンド波の強度を５０ｍ５の間に漸増させるようになって
いる。

そして、地中１５に放射された電波は、地中１５の物体
１８．１８’によって反射されて再び地表面１１にもど
り、受信アンテナ１３によって受信電波として捉えられ
る。この受信アンテナ１３によって捉えられた受信電波
はスイッチ素子１９を介して一定増幅度のプリアンプ２
０に入力され、ここで高周波増幅され、さらにサンプラ
２１でサンプリングされるとともに低域ろ波されて時間
軸伸長した低周波信号に変換され、シンクロスコープ等
の表示器２２に表示される。

上記のスイッチ素子１９の導通タイミングおよびサンプ
ラ２１のサンプルタイミングは５０ｍ５タイマ１７．５
０μＳタイマ１６．遅延時間発生回路２３およびΔ時間
遅れ回路２４によって決定される。すなわち、遅延時間
発生回路２３は、５Ｑｍｓタイマ１７により起動して５
０μｓタイマ１６の出力が加えられた回数をカウントし
、５Ｑｍｓタイマ１７の出力が加えられた時は遅延時間
Ｏでパルスを出力し、５０μｓタイマ１６の出力が加え
られた時はその出力回数ｉに対応して（１００ｎｓＸｉ
）／１０００の遅延時間でパルスを出力してスイッチ素
子１′９を導通させ、受信電波をプリアンプ２０に加え
る。Δ時間遅れ回路２４は、遅延時間発生回路２３がパ
ルスを出力した時よりΔ時間（例えば０、５　ｎｓ程度
）遅れてパルスを発生しサンプラ２１を動作させる。こ
の結果、サンプラ２１がサンプルする直前において、は
、しめてスイッチ素子１９が導通することになり、サン
プル点より前の高振幅部分（深部の物体１８′からの反
射電波をサン。

プリングする際には送信パルスの強度が増大しているた
め、この際の表面反射や浅部の物体１８による反射電波
の振幅がきわめて大きくなる。）プリアンプ２０に入力
されないようにし、プリアンプ２０が飽和してサンプル
時の出方に悪影響を与えることがないようにし、さらに
プリアンプ２゜の立上がり遅れによる誤差をなくすよう
にしている。

次表は送信電波の番号とスイッチ素子１９の導通タイミ
ングおよびサンプルタイミングとの関係を示している。

（以下余白）第２表１石 ■− ９！第２図は上記第１図の各部の波形図を示している。同図
（Ａ）は送信アンテナ１２がら周期的に放射される送信
電波の波形図を示し、そのピーク値が時間の経過ととも
に指数関数的に増大している。同図（Ｂ）は同図（Ａ）
の送信電波に対する受信電波の波形図を示し、そのピー
ク値が送信電波のピーク値変化と同しように指数関数的
に増大している。同図（Ｃ）は同図（Ｂ）における１−
Ｑｍｓ付近、すなわちサンプルがｔ’−Ｑｎｓ付近で行
われる受信電波の波形の拡大図を示しく区間Ａの領域が
順次サンプルされる）、同図（Ｄ）は同図（Ｂ）におけ
るｔ　＝　２５　ｍｓ付近、すなわちサンプルがｊ′−
５０ｎｓ付近で行われる受信電波の波形の拡大図を示し
く区間Ｂの領域が順次サンプルされる）、同図（Ｅ）は
同図（Ｂ）における１＝５０ｍｓ付近、すなわちサンプ
ルがｊ　’　−１０Ｑ　ｎｓ付近で行われる受信電波の
波形の拡大図を示しく区間Ｃの領域が順次サンプルされ
る）、各図を見るとわかるように送信電波の振幅の時間
的な増加によって同図（Ｃ）、　　（Ｄ）、　　（Ｅ）
の各サンプル点における受信電波の振幅がほぼ等しくな
っていることがわかる。この結果、同図（Ｆ）に示す低
周波信号は物体１８．１８’の埋設深さによる電波減衰
が補償されて深部の物体１８′からの反射によるピーク
が強調されて物体１８．１８’からの反射によるピーク
の高さが物体１８．１８’の深さにかかわらずほぼ同じ
にすることができる。

なお、送信電波の強度を変えるには送信パルスのピーク
値、パルス幅、パルス数を単独に変更するか、またはい
ずれか複数を組合せて変更することにより行うことがで
きる。

第３図はピーク値およびパルス幅を変更することにより
強度を変えるベースハンドバルザ１４の一例を示してい
る。第３図においては、３１は電源、３２は抵抗、３３
はコンデンサ、３４はパルストランスで２次側に送信ア
ンテナ１２が接続される。３５ばコンデンサ３３の放電
を制御するスイソ芋である。動作について説明すると、
電源３１よりコンデンサ３３に充電され、このコンデン
サ３３の電荷がスイッチ３５がオンとなったときにパル
ストランス３４の１次側に加えられ、このパルストラン
ス３４の２次側に生じたパルス電圧を送信アンテナ１２
を通して地中１５に放射する。

スイッチ３５ば、５０μＳクイマ１６から信号が入った
ときにオントリガされ、関数発生回路１８の出力レベル
に応じたタイミングでオフトリガされることになり、送
信アンテナ１２から放射される送信電波の波形は、第４
図に示すようにパルス幅とピーク値とが同時に変化する
ことになる。

このように、この実施例のレーダ型地中探査装置は、送
信電波を周期的に放射し、これに対応する受信電波を、
送信電波の送信周期ＴよりへＴ時間長いサンプル周期で
各受信電波を順次遅れたタイミングで１１固ずつサンプ
リングすることによって１個の受信電波の時間軸を伸長
した低周波信号を得るものにおいて、送信電波の強度（
ピーク値およびパルス幅）を時間の経過とともに順次増
大させるようにしたため、深さによる電波減衰が補償さ
れて低周波信号における深部の物体１８′からの反射に
よるピークが強調され、物体１８．１８’からの反射に
よるピークの高さが物体１８．１８’の深さに関係なく
ほぼ同じ高さにすることができる。したがって、浅部の
探査の期間は送信電波が弱いので表面反射の影響が少く
、また、深部の探査の期間は送信電波が強いので深部の
物体１８′からの反射によるピーク値を大きくすること
ができ、浅部および深部ともに物体１８．１８’の探査
能を高めることができる。また、送信パルスの変動周期
は５０ｍ５以上であり、従来例のように、１００　ｎａ
内に増幅度を変化させるのとは違って実施が容易である
。また、プリアンプ２０は増幅度が一定であるので歪が
少＜、深さの分解能が高い。

また、浅部の探査をする期間は、送信電波のパルス幅を
狭くしているので、浅部の物体１８の深さの分解能がよ
り高い。一方、深部の探査をする期間は送信電波のパル
ス幅を大きくして周波数を低くしているので、土中の減
衰が少くなって単にピーク値を高めたものよりも物体１
８′の探査能が向上する（ただ、深さの分解能はやや劣
る）。

なお、送信アンテナ１２と受信アンテナ１３とはひとつ
のアンテナを共用することもできる。また、スイッチ素
子１９に代えてリミッタを用いることも可能である。こ
の場合、スイッチ素子１９のようなオンオフタイミング
の制御は不要であるので、第１図に比べ回路構成を簡単
化することができ、コストタウンを達成できる。

発明の効果この発明のレーク型地中探査装置によれば、地中におけ
る電波の減衰を歪なく補償することができ、地中の物体
の探査能および分解能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はそ
の各部の波形図、第３図は第１図の要部の具体回路図、
第４図はその出力波形図、第５図は従来のレーダ型地中
探査装置のブロック図、第６図はその各部のタイミング
図、第７図はサンプリング動作の説明図である。１１・・・地表面、１２・・・送信アンテナ、１３・・
・受信アンテナ、１４・・・ヘースハンドパルザ、１５
・・・地中、１６・・・５０μＳタイマ、１７・・・５
０ｍ３タイマ、２５・・・関数発生回路、１８．１８’
・・・物体、１９・・・スイッチ素子、２０・・・プリ
アンプ、２１・・・サンプラ、２２・・・表示器、２３
・・・遅延時間発生回路、２４・・・Δ時間遅れ回路（Ｆ）第２図第　３　図「第　４　図６′−０第５図第　６　図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）順次ピーク値が増大するパルス波を周期的に発生
するパルス発生器と、このパルス発生器から発生するパ
ルス波を送信電波として地表面から地中へ向かって放射
する送信アンテナと、地表面までもどる前記地中の物体
からの反射波を捉える受信アンテナと、この受信アンテ
ナで受信した受信電波の各々を前記送信電波の各々の放
射時タイミングを基準にして順次一定時間ずつ遅れた反
射時間でサンプリングすることにより前記受信電波の時
間軸を伸長した低周波信号を得るサンプラと、このサン
プラから出力される低周波信号を表示する表示器とを備
え、前記低周波信号中の前記物体からの反射によるピー
クの有無により前記物体の有無を検知するとともに、前
記ピークの出現時間によって前記物体の深さを検知する
レーダ型地中探査装置。
（２）前記送信アンテナと受信アンテナはひとつのアン
テナを共用している特許請求の範囲第（１）項記載のレ
ーダ型地中探査装置。