KR101267017B1

KR101267017B1 - Detection system for the survey of buriedstructures by used gpr unit

Info

Publication number: KR101267017B1
Application number: KR1020120122249A
Authority: KR
Inventors: 황성수; 김영길
Original assignee: 새한항업(주)
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-05-30

Abstract

PURPOSE: An underground facility survey system and a method thereof are provided to establish a buried object survey method, to improve work efficiency by miniaturization, to accurately confirm a location of an underground facility including a pipe and to safely protect the underground facility from damage. CONSTITUTION: An underground facility survey system includes a control device, transmission/reception antennae(300), a display unit(400), and a power supply unit(500). The control device controls the overall system. The transmission antenna radiates the transmission signal generated in the control device and the reception antenna receives the reception signal reflected from a buried object after penetrating a medium. The display unit displays the image as a cross-sectional image, which image implemented by the control device on a high-resolution screen by applying various colors. The power supply unit supplies operating power to each functional unit and uses DC power as necessary power for generation of the transmission signal and transmission/reception of the transmission and reception signals.

Description

FIELD DETECTION SYSTEM FOR THE SURVEY OF BURIEDSTRUCTURES BY USED GPR UNIT}

본 발명은 지피알(GPR) 탐사장비의 신호처리에 의한 지하시설물 탐측시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최선의 지하매설물 탐측기법을 확립하여 그 성능을 향상시킨 지피알 탐사장비를 제작하고 또한, 소형 일체화를 통해서 작업효율을 향상시킴과 아울러 원가가 대폭 절감된 경제적이고 간편화된 지피알 탐사장비를 개발, 보급하여 지하시설물의 매설위치를 간편하게 확인하므로 지하시설물의 안전성을 확보한 지피알 탐사장비의 신호처리에 의한 지하시설물 탐측시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an underground facility detection system by signal processing of a GPR exploration equipment, and more specifically, to establish a ground exploration equipment improved by improving the performance by establishing the best underground construction detection method, By developing and distributing the economical and simplified paper exploration equipment that greatly reduces the cost and improves the work efficiency through compact integration, it is easy to check the location of underground facilities to secure the safety of the underground facilities. The present invention relates to an underground facility detection system by signal processing.

우리가 살고 있는 주거지의 지하에는 가스관, 상·하수도관, 송유관, 통신 및 전력 케이블(cable)관, 각종 덕트(duct) 및 저장 탱크 등과 같은 수많은 지하구조물들이 존재하고 있으며, 경제 발전 및 인구 증가에 따라 지하시설물과 연관된 안전사고가 빈발하고 있다. 또, 이와 같은 추세는 향후 계속하여 증가될 것으로 전망된다. In the basement of our residence, there are numerous underground structures such as gas pipes, water and sewage pipes, oil pipes, communication and power cable pipes, various ducts and storage tanks. Accordingly, safety accidents associated with underground facilities are frequent. This trend is also expected to continue to increase in the future.

따라서 이러한 지하시설물들에 대한 세심한 관리와 유지가 시급한 실정이다.Therefore, careful management and maintenance of these underground facilities is urgent.

우리나라의 경우 10~70㎏/㎠의 고압 배관망을 1997년말 현재 1,300여 ㎞를 운영하고 있으며 수년 내에 2,000㎞에 이를 예정이다. In Korea, the high-pressure pipe network of 10 ~ 70㎏ / ㎠ operates over 1,300 km as of the end of 1997 and is expected to reach 2,000 km within a few years.

고압 배관의 특성상 유사시 '94년의 아현동 사고와 같은 대형사고가 발생하므로 어느 시설물보다도 철저한 관리와 안전 대책 수립이 필요하다. Due to the nature of the high-pressure pipes, large-scale accidents such as the Ahyeon-dong accident in 1994 occur, which requires thorough management and safety measures.

배관의 안전성에 위해를 주는 요소는 여러 가지를 들 수 있으나 그 중에서도, 굴착공사(굴삭기, 천공기)에 의한 배관 파손, 지반침하 혹은 유동에 따른 배관 변형, 지하철 혹은 다른 지하시설물로부터의 누설전류에 의한 전기부식을 3대 위해요소로 꼽을 수 있다. There are many factors that can damage the safety of the pipes. Among them, the pipe damage caused by the excavation work (excavator, drilling machine), the pipe deformation due to ground subsidence or flow, and the leakage current from the subway or other underground facilities Electrical corrosion can be classified as three major hazards.

이에 대한 대책을 수립하기 위해서는 무엇보다도 먼저 배관의 정확한 위치를 파악하는 것이 필수적이다. In order to establish countermeasures, it is essential to first identify the exact location of the pipe.

굴착공사의 위험을 억제하기 위해서는 공사전 인허가시에 가스배관의 정확한 위치를 파악하여 통보해 주는 것이 최선의 방법이다. In order to reduce the risk of excavation work, it is best to identify and notify the exact location of the gas piping during the pre-construction permit.

또한 배관의 침하나 유동에 따른 변형량을 알기 위해서도 배관의 정확한 위치 파악이 필수적이다.In addition, accurate positioning of the pipe is essential to know the amount of deformation due to settlement or flow of the pipe.

현재는 주로 다음과 같은 방법을 사용하여 배관의 위치를 파악하고 있다.Currently, the following methods are mainly used to locate the pipes.

첫째, 표석을 배관 직상부 중요 지점(곡관부, 횡단전후 등)에 설치한다.First, the pavement is installed at the critical point directly above the pipe (curved section, before and after crossing).

둘째, 배관 표지판을 배관 직상부나 주변 도로 갓길에 설치한다.Second, install plumbing signs directly above the plumbing or on the side roads of the surrounding roads.

세째, Pipe locator를 이용한다.Third, use a pipe locator.

그런데, 표석을 사용하는 방법은 표석간의 설치 간격이 너무 멀고 때때로 원 위치에서 벗어나 있어 실효가 없으며, 표지판에 의한 방법은 배관의 정확한 위치에 가리키는 것이 아니라 주변에 고압배관이 있음을 알리는 수준이라 매우 부정확한 방법이다. However, the method of using stones is ineffective because the installation intervals between the stones are too far and sometimes out of the original position, and the method by the sign indicates that there is a high-pressure pipe in the vicinity rather than pointing to the exact position of the pipe. One way.

그리고, 파이프 로케이터를 사용하는 방법은 현재 가장 보편적으로 사용되는 방법으로 비교적 정확하고 간편하다는 장점이 있으나, 도심지와 같이 배관이 복잡하게 매설된 곳에서는 간섭으로 인해서 정확도가 크게 떨어지는 단점이 있다. In addition, the method of using a pipe locator is the most commonly used method and has the advantage of being relatively accurate and simple. However, the accuracy of the pipe locator is greatly reduced due to interference in the place where the pipe is complicated.

상기 파이프 로케이터의 단점을 보완할 수 있는 방법중의 하나가 지피알(GPR) 탐사장비를 이용한 방법이다. One of the methods to compensate for the disadvantages of the pipe locator is a method using a GPR (GPR) exploration equipment.

지피알(GPR) 탐사장비 또는 지피알(GPR)은 물체의 위치 탐지를 위해 고주파 전자파와 수신신호처리 방법을 이용하여 지하에 존재하는 각종 구조물과 지층구조 등을 탐지하는 장비로서 원래는 물리탐사 목적으로 사용되다가 최근에 지하배관 탐지에 적용되기 시작하였다. GPR (GPR) exploration equipment or GPR (GPR) is a device that detects various structures and strata existing in the basement using high frequency electromagnetic wave and received signal processing method to detect the position of the object. It has recently been applied to underground pipe detection.

그러나, 이와 같은 종래의 GPR은 장비구성이 복잡하고, 탐측결과를 정확하게 분석하기 위해서는 상당한 경험과 숙련도를 쌓아야 하며, 토양의 물성에 따라 탐측결과가 매우 민감하게 달라지기 때문에 매설배관 탐측에 상용화하기는 어려운 상황이다.However, such a conventional GPR is complicated in equipment configuration and requires considerable experience and proficiency to accurately analyze the detection results, and the detection results are very sensitive depending on the properties of the soil. It is a difficult situation.

즉, 전술한 것처럼 종래의 GPR은 그 정밀성에도 불구하고 탐측결과가 토양의 전기적인 물성에 크게 좌우되고, 탐측결과 해석을 위해서는 상당한 숙련도가 필요한 점, 또 고가의 장비인 점 등이 단점으로 작용하여 광범위한 보급이 어려운 실정이다. 또한, 메인 콘솔(main console), 송수신안테나, 휴대용 PC, 케이블(cable)등으로 구성되어 작업시 상당한 공간을 차지하며, 유지관리적인 측면에서도 비효율적이다. In other words, as described above, the conventional GPR, despite its precision, the detection result is largely dependent on the electrical properties of the soil, the fact that the analysis requires a considerable amount of skill, expensive equipment, etc. Wide spread is difficult. In addition, it is composed of a main console (transmission console), a transmission antenna, a portable PC, a cable (cable), etc., takes up a considerable amount of space during work, and is inefficient in terms of maintenance.

이를 개선하기 위한 종래기술로 등록특허 제0365140호(2002.12.04.) "지피알 시스템을 이용한 지하매설물 탐측장치가 개시된 바 있다. As a prior art to improve this, Korean Patent No. 0365140 (2002.12.04.) "Underground buried land detection device using a zipal system has been disclosed.

그러나 상기 개선된 종래기술에 의한 등록특허는 지표면의 평탄도가 불균일한 경우 송수신 안테나의 출력 및 입력 불량을 초래하여 검출 오류를 발생시키는 문제를 포함하고 있다.
However, the registered patent according to the improved conventional technology includes a problem of generating a detection error by causing a poor output and input of a transmitting / receiving antenna when the surface flatness is uneven.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 최선의 지하매설물 탐측기법을 확립하며 그 성능을 향상시킨 지피알을 제작하고 또한, 소형 일체화를 통해서 작업효율을 향상시킴과 아울러 원가가 대폭 절감된 경제적이고 간편화된 지피알을 개발, 보급하여 배관이 포함된 지하시설물의 위치를 정확하게 확인하며 파손으로부터 안전하게 보호할 수 있는 지피알 탐사장비의 신호처리에 의한 지하시설물 탐측시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
The present invention was created in view of the above-mentioned problems in the prior art, to solve this problem, to establish the best underground burial detection technique and to produce a paper with improved performance, and also to improve the work efficiency through compact integration By developing and distributing economical and simplified papers with significant cost savings, the underground facilities by signal processing of the paper exploration equipment that can accurately identify the location of underground facilities including piping and protect them from damage The main purpose is to provide a detection system.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 시스템 전체를 제어하고, 수신 안테나(300)로부터 전송된 신호를 기록, 저장하여 실내에서의 자료처리를 위해 필요한 PC로 자료를 전송하는 역할을 담당하며, 제어장치(100)에서 신호가 기록되는 최초 시간, 아날로그(analog)신호인 수신신호의 디지털 샘플링 간격, 신호가 기록되는 전체시간범위, 스태킹(stacking)횟수 등 탐사에 필요한 여러 변수들을 결정하며, 결정된 변수에 적합한 송수신 펄스를 발생시켜 증폭시킨 후 송신 안테나(200)를 통해서 방사하며, 수신 안테나(300)를 통해 수신된 신호를 증폭시켜서 기록함과 아울러, 샘플링 간격 및 트래이스(trace) 당 샘플링 간격 및 개수를 결정 할 수 있도록 펄스 발생기(130) 및 펄스 송신 회로(140)를 통하여 초광대역폭의 펄스를 발생시켜 이를 송신하는 송신수단, 상기 수신 안테나(300)로부터 입력된 신호를 증폭하는 수신 전치 증폭기(110), 상기 수신 전치 증폭기(110)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(120), 및 시스템 전체를 제어하고 원시 데이터를 수집하며 송신에서부터 수신까지의 전파소요시간이 측정되는 CPU(150)를 포함하는 제어장치(100); 상기 제어장치(100)에서 발생한 펄스를 방사시키며 매질을 통과한 후 매설물체에서 반사되어 돌아오는 신호를 받아들이는 송신 및 수신 안테나(200)(300); 상기 제어장치(100)에서 획득한 펄스 자료를 영상으로 구현시키며, 처리된 데이터를 대상으로 고해상도의 화면을 다양한 구현 색상을 적용하여 보다 높은 분해능의 단면도를 나타내는 디스플레이부(400); 상기 각부에 구동전원을 공급하되, 전자파 펄스의 발생, 자료의 송수신을 위한 필요동력으로 양질의 펄스와 노이즈 발생을 줄이기 위하여 DC전원을 사용하는 전원 공급부(500)를 포함하는 지하매설물 탐측장치에 있어서, 상기 제어장치(100)와 송신 및 수신 안테나(200)(300) 사이의 자료 전송을 담당하고, 레이다파의 송신 및 반사파의 수신을 최저의 잡음 상태에서 전달하는 기능을 담당하도록 동축케이블이나 광케이블로 된 전송선(900)으로 연결하고, 상기 송신 안테나(200)는 다이폴 안테나를 사용하되, 중심주파수가 대략 200㎒정도의 안테나를 사용하며, 상기 제어장치(100), 송신 안테나(200), 수신 안테나(300), 디스플레이부(400), 전원 공급부(500) 및 전송선(900)을 이동 바퀴(830)와 손잡이(820)가 구비된 카트(cart)(800)상에 적재하되, 상기 송수신 안테나(200)(300)는 송수신 시그널(signal) 손실을 최소화하기 위하여 하단부 카트(810)에 설치되어 지표와 밀착하여 앞,뒤로 부착함으로써 전자파가 공기중으로 손실되지 않도록 구성하고; 상기 제어장치(100)의 송신 수단은 저전압의 스탭 리커버리 다이오드를 이용하여 날카로운 파형의 펄스를 발생하도록 하되, 다이오드(D)는 두개의 인덕터(L1)(L2)를 통한 직류전류에 의해서 순방향의 바이어스가 걸리고, 초기에 SRD(D)는 전자와 정공의 흐름을 억제하며, 입력펄스가 다이오드(D)에 도달하면 다이오드(D)를 통하여 높은 도전율의 경로를 제공하고, 출력전압은 입력전압에 다다르고 충전되어있던 전압은 급격히 떨어지고 전하의 장벽은 즉시 회복되어 이때 회로는 개방되고 출력전압은 0으로 떨어지도록 구성하며; 제어장치(100)의 송신 수단은 어발란시 트랜지스터를 이용하여 구성하되, 140V의 어밸런시 바이어스 전압은 R3-C1 네트워크를 경유하여 Q1의 콜렉터에 인가되고, Q1은 75볼트를 유지하며, 이때 C1에 충분히 높은전압으로 충전되면 Q1의 어밸런시는 파괴되고 그 결과 C1에 의해서 매우 빠른 입상펄스가 발생되고, 이어서 C1은 R4를 경유하여 방전되면서 그 전압이 급격히 감쇄되고 동시에 Q1의 브레이크다운 현상도 즉시 복구되며, C1은 R3을 통하여 Q1이 다시 어밸런시 파괴가 일어나기까지 재충전되도록 구성하고; 상기 제어장치(100)의 수신 전치 증폭기(110)는 광대역고주파수증폭기 NE5205 통하여 최고 90DB까지 증폭할 수 있도록 구성하며; 다수의 송수신 안테나(200)(300)를 구성하여 이 안테나(200)(300)로부터 나란히 균등하게 매질에 송신하면서 1점의 목표물을 빠르게 통과하여 수신되는 펄스의 반향이 공간과 시간에 대하여 여러개의 쌍곡선으로 나타나도록 하고, 이 여러 쌍곡선의 꼭지점을 취하여 1점의 목표물을 찾도록 하며; 상기 송신안테나(200)와 수신안테나(300)는 각각 안테나수납박스(BOX)에 내장되고, 상기 안테나수납박스(BOX)의 하단면 일부는 개방되어 개구부(920)를 구성하며, 상기 안테나수납박스(BOX)의 양단에는 회전축(910)이 일체로 형성되고, 상기 회전축(910)은 상기 하단부 카트(810)의 내부 양측면에 끼움 고정되는 형태로 설치되어 상기 안테나수납박스(BOX)가 자중에 의해 회전유동될 수 있게 구성되며, 상기 개구부(920)를 제외한 안테나수납박스(BOX)의 하단면 양측에는 반원형상의 무게추(930)가 고정되고, 상기 하단부 카트(810)의 선단부 일측면에는 CPU(150)와 연결되어 하단부 카트(810)가 갖는 기울기를 즉시에 측정하고 확인할 수 있는 디지털각도계(940)가 부설된 것을 특징으로 하는 지피알 탐사장비의 신호처리에 의한 지하시설물 탐측시스템을 제공한다.
The present invention is a means for achieving the above object, it is responsible for controlling the entire system, recording and storing the signal transmitted from the receiving antenna 300 to transmit the data to the PC necessary for data processing in the room The controller 100 determines various variables required for the exploration, such as the initial time at which the signal is recorded, the digital sampling interval of the received signal, which is an analog signal, the total time range at which the signal is recorded, the stacking frequency, and the like. After generating, amplifying and amplifying a transmission and reception pulse suitable for the determined variable, the radiation is transmitted through the transmission antenna 200, and amplified and recorded by the signal received through the reception antenna 300, and the sampling interval and the sampling per trace are traced. Transmission means for generating a pulse of ultra-wide bandwidth through the pulse generator 130 and the pulse transmission circuit 140 so as to determine the interval and number of transmission A reception preamplifier 110 for amplifying a signal input from the reception antenna 300, an A / D converter 120 for converting an analog signal amplified by the reception preamplifier 110 into a digital signal, and a whole system A control device 100 including a CPU 150 for controlling the data, collecting the raw data, and measuring a propagation time from transmission to reception; Transmitting and receiving antennas (200) (300) for radiating pulses generated by the control device (100) and receiving signals returned from the buried object after passing through the medium; A display unit 400 for implementing a pulse data obtained by the control apparatus 100 as an image, and displaying a cross-sectional view of a higher resolution by applying various implementation colors to a high-resolution screen for the processed data; In the underground deposit detection device including a power supply unit 500 for supplying the driving power to each part, but using a DC power source to reduce the generation of high-quality pulses and noise as the required power for the generation of electromagnetic pulses, the transmission and reception of data , Coaxial cable or optical cable to perform data transmission between the control device 100 and the transmission and reception antennas 200 and 300, and to transmit the transmission of the radar wave and the reception of the reflected wave in the lowest noise state. Connected to the transmission line 900, and the transmission antenna 200 uses a dipole antenna, an antenna having a center frequency of about 200 MHz, and the control device 100, the transmission antenna 200, and the reception. Load the antenna 300, the display unit 400, the power supply unit 500 and the transmission line 900 on a cart (800) equipped with a moving wheel 830 and the handle 820, the transmission and reception antenna 200, 300 is It is installed in the lower cart 810 in order to minimize the transmission and reception signal (signal) loss is configured so that the electromagnetic wave is not lost to the air by attaching the front and back in close contact with the surface; The transmission means of the control device 100 is to generate a sharp waveform pulse by using a low voltage step recovery diode, the diode (D) is a forward bias by the direct current through the two inductors (L1) (L2) Initially, SRD (D) suppresses the flow of electrons and holes, and when the input pulse reaches the diode (D), it provides a high conductivity path through the diode (D), and the output voltage reaches the input voltage. The different charged voltage drops rapidly and the barrier of charge immediately recovers, at which time the circuit is opened and the output voltage falls to zero; The transmission means of the control device 100 is configured using an avalanche transistor, but an avalanche bias voltage of 140 V is applied to the collector of Q1 via the R3-C1 network, and Q1 is maintained at 75 volts. When C1 is charged to a sufficiently high voltage, the balance of Q1 is broken and as a result, a very fast granular pulse is generated by C1. Then, C1 is discharged via R4, and the voltage is rapidly attenuated and at the same time, breakdown of Q1 occurs. Is immediately restored, and C1 is configured such that, via R3, Q1 is recharged again until an avalanche breakdown occurs; The reception preamplifier 110 of the control device 100 is configured to amplify up to 90DB through a wideband high frequency amplifier NE5205; A plurality of transmit / receive antennas 200 and 300 are constructed so that the echoes of the pulses received by rapidly passing through a target of one point while transmitting to the medium evenly side by side from the antennas 200 and 300 are different in space and time. Hyperbolic and take vertices of these hyperbolas to find a target; The transmitting antenna 200 and the receiving antenna 300 are respectively built in the antenna storage box (BOX), a portion of the lower surface of the antenna storage box (BOX) is opened to form an opening 920, the antenna storage box Rotation shaft 910 is integrally formed at both ends of the BOX, and the rotation shaft 910 is installed in a form fixed to both inner sides of the lower end cart 810 so that the antenna storage box BOX is caused by its own weight. A semicircular weight 930 is fixed to both sides of the lower surface of the antenna storage box BOX excluding the opening 920, and the CPU (810) is provided at one end surface of the lower cart 810. It is connected to the 150 and provides an underground facility detection system by the signal processing of the digital exploration equipment characterized in that the digital protractometer 940 is installed that can measure and confirm the slope of the lower cart 810 immediately.

본 발명에 따르면, 카트(cart)상에 적재되어 장비의 특성상 이동성이 좋아지므로 작업자의 피로도를 줄이게 된다. 또한, 안테나는 송수신 시그널(signal) 손실을 최소화하기 위하여 카트의 아래측에 설치되어 지표와 밀착하여 앞, 뒤로 부착함으로써 전자파가 공기중으로 손실되지 않으며, 무게가 가벼워 작업성이 좋다. 아울러, 현장 작업에서 수집한 원데이터는 신뢰성있는 대용량의 저장장치에 보관한 후, 재판독이 가능하므로 작업후 사무실(연구실)에서 보다 정밀한 영상의 분석 및 구성이 가능하다.
According to the present invention, it is loaded on the cart (cart) and the mobility is improved in the characteristics of the equipment to reduce the fatigue of the operator. In addition, the antenna is installed on the lower side of the cart in order to minimize the transmission and reception signal (signal) loss, close to the surface and attached to the front, back, electromagnetic waves are not lost in the air, light weight and good workability. In addition, since the raw data collected in the field work can be stored in a reliable mass storage device and can be re-read, it is possible to analyze and configure more precise images in the office (laboratory) after the work.

도 1은 본 발명의 GPR 시스템을 이용한 지하매설물 탐측장치의 블록도.
도 2는 도 1을 더욱 상세히 나타낸 제어 블록도.
도 3은 본 발명을 장착한 카트의 측면 투시도.
도 4는 도 3의 사시도.
도 5는 본 발명의 지하매설물의 단면화상을 얻는 기본방법을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 이미지의 형상화 방법을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 탐측결과를 나타낸 도면.
도 8은 배관의 길이방향으로 탐측할 경우의 결과를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 매설깊이 측정원리를 나타낸 도면.
도 10은 100㎒ 중심주파수와 50㎒ 중심주파수를 가진 안테나를 각각 사용하였을 경우의 탐측결과를 나타낸 도면.
도 11은 다이오드를 이용한 회로의 이상적인 펄스의 파형과 그 회로도를 나타낸 도면.
도 12는 다이오드를 이용한 회로의 출력 펄스의 파형도.
도 13은 어밸런시 트랜지스터를 사용한 회로와 실험에 의해서 얻어진 파형도.
도 14는 본 발명의 펄스 송신 회로의 상세 회로도.
도 15는 본 발명의 펄스 발생기의 상세 회로도.
도 16은 모노펄스방식과 듀얼펄스방식의 출력펄스의 모양을 비교한 도면.
도 17은 다이폴 안테나의 지향성 특성을 나타낸 도면.
도 18은 다이폴 안테나의 공명 특성을 나타낸 도면.
도 19는 수신신호의 파형도.
도 20은 본 발명의 수신 전치 증폭기의 상세 회로도.
도 21은 본 발명의 송신 안테나를 나타낸 상세 회로도.
도 22는 본 발명의 수신 안테나를 나타낸 상세 회로도.
도 23은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 블록도.
도 24는 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸 하단부 카트의 예시도.1 is a block diagram of the underground buried land detection device using a GPR system of the present invention.
2 is a control block diagram of FIG. 1 in more detail.
Figure 3 is a side perspective view of a cart equipped with the present invention.
Fig. 4 is a perspective view of Fig. 3; Fig.
5 is a view showing a basic method of obtaining a cross-sectional image of the underground buried of the present invention.
6 shows a method of shaping an image of the invention.
7 is a view showing a detection result of the present invention.
Fig. 8 is a diagram showing the results when the gas is probed in the longitudinal direction of the pipe.
9 is a view showing the principle of measuring the depth of embedding according to the present invention.
10 is a view showing the detection results when using an antenna having a center frequency of 100 MHz and a center frequency of 50 MHz, respectively.
Fig. 11 shows the waveform of an ideal pulse of a circuit using a diode and its circuit diagram.
12 is a waveform diagram of an output pulse of a circuit using a diode.
13 is a waveform diagram obtained by a circuit and an experiment using an avalanche transistor;
14 is a detailed circuit diagram of a pulse transmission circuit of the present invention.
15 is a detailed circuit diagram of a pulse generator of the present invention.
16 is a view comparing the shapes of the output pulses of the monopulse method and the dual pulse method.
17 shows the directivity characteristics of a dipole antenna.
18 shows resonance characteristics of a dipole antenna.
19 is a waveform diagram of a received signal.
20 is a detailed circuit diagram of a reception preamplifier of the present invention.
21 is a detailed circuit diagram showing a transmitting antenna of the present invention.
Fig. 22 is a detailed circuit diagram showing a receiving antenna of the present invention.
Figure 23 is a block diagram depicting another embodiment of the present invention.
Figure 24 is an illustration of a lower end cart showing another embodiment of the present invention.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Before describing the present invention, the following specific structural or functional descriptions are merely illustrative for the purpose of describing an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be embodied in various forms, And should not be construed as limited to the embodiments described herein.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it should be understood that the embodiments according to the concept of the present invention are not intended to limit the present invention to specific modes of operation, but include all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

본 발명은 후술되는 선등록특허 제0365140호를 그대로 이용한다. 때문에, 이하 설명되는 장치 구성상 특징들은 모두 등록특허 제0365140호에 기재된 사항들이다.The present invention uses the previously registered Patent No. 0365140 which will be described later. Therefore, all of the device configuration features described below are those described in the registered patent.

다만, 본 발명은 상기 등록특허 제0365140호에 개시된 구성들 중 제1,2패널 및 제1,2쿠션 설치시 설치면과 상관없이 항상 일정한 수평상태를 유지하도록 개선한 부분이 가장 핵심적인 구성상 특징을 이룬다.However, the present invention is the most essential configuration of the parts disclosed in the registered patent No. 0265140 improved to maintain a constant horizontal state at all times regardless of the installation surface of the first and second panels and the first and second cushions Features.

따라서, 이하 설명되는 장치 구성과 특징 및 작동관계는 상기 등록특허 제0365140호의 내용을 그대로 인용하기로 하며, 후단부에서 본 발명의 주된 특징과 관련된 구성에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Therefore, the device configuration, features and operation relations described below will be referred to the contents of the Patent No. 0265140 as it is, and will be described in detail with respect to the configuration related to the main features of the present invention at the rear end.

먼저, 본 발명에 따른 탐측시스템은 약 1~1800㎒ 주파수 범위의 전자파(electromagnetic radio wave)를 송신기(transmitter)로부터 지하로 방사시켜 서로 전기적 특성이 다른 지하매질간의 경계면(예를 들어서 매설구조물과 토양의 접촉면)에서 반사되어 지상으로 돌아오는 전자파를 수신기(receiver)로 수집, 기록한 뒤 PC에 의한 자료처리와 해석과정을 거쳐 지하매설물의 구조와 상태를 규명하여 영상화하는 비파괴 탐측장비이다.First, the detection system according to the present invention radiates an electromagnetic radio wave in a frequency range of about 1 to 1800 MHz from a transmitter to an underground surface (for example, buried structures and soils having different electrical characteristics). It is a non-destructive detection equipment that collects and records the electromagnetic waves reflected from the contact surface of the contact surface to the receiver and records and records the structure and state of the underground buried material through data processing and analysis process by PC.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제어장치(100), 송신 안테나(200), 수신 안테나(300), 디스플레이부(400), 전원 공급부(500) 및 전송선(900)으로 구성된다.As shown in FIGS. 1 to 4, the present invention includes a control device 100, a transmission antenna 200, a reception antenna 300, a display unit 400, a power supply unit 500, and a transmission line 900. do.

제어장치(main console)(100)는 시스템 전체를 제어하고, 수신 안테나(300)로부터 전송된 신호를 기록, 저장하여 실내에서의 자료처리를 위해 필요한 PC로 자료를 전송하는 역할을 담당한다. 특히, 제어장치(100)에서 신호가 기록되는 최초 시간, 아날로그(analog)신호인 수신신호의 디지털 샘플링 간격, 신호가 기록되는 전체시간범위, 스태킹(stacking)횟수 등 탐사에 필요한 여러 변수들을 결정하며, 결정된 변수에 적합한 송수신 펄스를 발생시켜 증폭시킨 후 송신 안테나(200)를 통해서 방사하며, 수신 안테나(300)를 통해 수신된 신호를 증폭시켜서 기록한다. 또한, 샘플링 간격 및 트레이스(trace) 당 샘플링 간격 및 개수를 결정한다.The main control unit 100 controls the entire system, and records and stores a signal transmitted from the reception antenna 300 to transmit data to a PC necessary for data processing indoors. In particular, the controller 100 determines various variables required for the exploration, such as the initial time at which the signal is recorded, the digital sampling interval of the received signal, which is an analog signal, the total time range at which the signal is recorded, and the stacking frequency. After generating and amplifying a transmission and reception pulse suitable for the determined variable, the radiation is transmitted through the transmission antenna 200, and the signal received through the reception antenna 300 is amplified and recorded. In addition, the sampling interval and the number and sampling intervals per trace are determined.

송신 및 수신 안테나(transmitter receiver)(200)(300)는 GPR에서 가장 핵심이 되는 부분으로서 제어장치(100)에서 발생한 펄스를 방사시키며 매질을 통과한 후 매설물체에서 반사되어 돌아오는 신호를 받아들이는 장치로서, 탐사한계깊이를 맞춰서 선택한 방출주파수를 따라 다른 안테나를 사용한다.Transmitter and receiver antennas (200, 300) is the most essential part of the GPR to emit a pulse generated by the control device 100 and receives the signal reflected back from the buried material after passing through the medium As a device, use different antennas depending on the emission frequency selected to match the exploration limit depth.

디스플레이부(400)는 획득한 펄스 자료를 영상으로 구현시키는 장치로서 처리된 데이터를 대상으로 고해상도의 화면을 다양한 구현 색상을 적용하여 보다 높은 분해능의 단면도를 나타낼 수 있다.The display unit 400 is an apparatus for implementing the acquired pulse data as an image, and may display a sectional view of higher resolution by applying various implementation colors to a high resolution screen on the processed data.

전송선(cable)(900)은 제어장치(100)와 송신 및 수신 안테나(200)(300) 사이의 자료 전송을 담당하는 부분으로 레이다파의 송신 및 반사파의 수신을 최저의 잡음(nose) 상태에서 전달하는 기능을 담당하여 동축케이블이나 광케이블을 사용하는 것이 바람직하다.The transmission line 900 is responsible for data transmission between the control device 100 and the transmission and reception antennas 200 and 300. The transmission line 900 receives the transmission of the radar wave and the reception of the reflected wave in the lowest noise state. It is preferable to use a coaxial cable or an optical cable in charge of the transmission function.

전원 공급부(500)는 전자파 펄스의 발생, 자료의 송수신을 위한 필요동력으로 양질의 펄스와 노이즈 발생을 줄이기 위하여 DC전원을 사용하는 것이 바람직하다.The power supply unit 500 preferably uses a DC power source in order to reduce the generation of high-quality pulses and noise as the necessary power for the generation of electromagnetic pulses and the transmission and reception of data.

상기 제어장치(100)는 펄스 발생기(130) 및 펄스 송신 회로(140)를 통하여 초광대역폭의 펄스를 발생시켜 이를 송신하는 송신수단; 상기 수신 안테나(300)로부터 입력된 신호를 증폭하는 수신 전치 증폭기(110); 상기 수신 전치 증폭기(110)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(120); 및 시스템 전체를 제어하고 원시 데이터를 수집하며 송신에서부터 수신까지의 전파소요시간이 측정되는 CPU(150)를 포함한다.The control device (100) comprises: transmitting means for generating a pulse of ultra wide bandwidth through a pulse generator (130) and a pulse transmitting circuit (140); A reception preamplifier (110) for amplifying a signal input from the reception antenna (300); An A / D converter 120 for converting an analog signal amplified by the reception preamplifier 110 into a digital signal; And a CPU 150 for controlling the entire system, collecting raw data, and measuring propagation time from transmission to reception.

또한, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어장치(100), 송신 안테나(200), 수신 안테나(300), 디스플레이부(400), 전원 공급부(500) 및 전송선(900) 등을 이동 바퀴(830)와 손잡이(820)가 구비된 카트(cart)(800)상에 적재되어 장비의 특성상 이동성이 좋아지므로 작업자의 피로도를 줄이게 된다.In addition, the present invention, as shown in Figure 3 and 4, the control device 100, the transmitting antenna 200, the receiving antenna 300, the display unit 400, the power supply unit 500 and the transmission line 900 ) Is loaded on a cart 800 provided with a moving wheel 830 and a handle 820 to reduce mobility of the worker because of improved mobility.

송수신 안테나(200)(300)는 송수신 시그널(signal) 손실을 최소화하기 위하여 하단부 카트(810)에 설치되어 지표와 밀착하여 앞, 뒤로 부착함으로써 전자파가 공기중으로 손실되지 않으며, 무게가 가벼워 작업성이 좋다.Transmitting and receiving antennas 200 and 300 are installed in the lower cart 810 in order to minimize the transmission and reception signal (signal) loss, close to the surface and attached to the front, back so that electromagnetic waves are not lost in the air, light weight and workability good.

또한, 전원 공급부(500)는 경량의 전지(battery)로 구동할 수 있으므로, 재충전이 가능하고, 전지교체가 쉽다. 작업자의 신속하고도 원활한 탐측을 돕기 위하여 기기의 정보를 표시할 수 있는 디스플레이부(400)는 CRT 모니터 또는 LCD패널로 이루어지고 야외의 직사광선 하에서도 충분한 판독이 될 수 있도록 고해상도와 높은 명암 대비율을 갖는다.In addition, since the power supply unit 500 can be driven by a lightweight battery, the power supply unit 500 can be recharged, and battery replacement is easy. The display unit 400, which can display the information of the device to help the operator to quickly and smoothly detect, is made of a CRT monitor or LCD panel and has high resolution and high contrast ratio for sufficient reading even in direct sunlight in the open air. Have

이와 같이 구성된 본 발명의 탐측원리를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 송신 안테나(200)에서 방출된 전자파가 매질중으로 전파해 나가다가 어떤 물체에 부딪친 후 반사해 오는 파를 검출, 전자파의 비행시간과 전파속도로부터 물체와 송신기사이의 거리를 측정한다.If described with reference to the accompanying drawings, the principle of the present invention configured as follows. First, the electromagnetic wave emitted from the transmitting antenna 200 propagates in the medium and detects a wave reflected after hitting an object, and measures the distance between the object and the transmitter from the flight time and propagation speed of the electromagnetic wave.

그러나, 지하매질의 경우 레이더가 전파되는 공기보다 물리적으로 매우 불균질(non-homogeneous)하므로 레이더와 같이 정보를 쉽게 알아내기는 곤란하다. 즉, 물리적 불균질성으로 인해서 지하에서 반사되어 온 신호중에는 많은 잡음(noise)이 포함되어 판독하기가 쉽지 않다. 따라서, 탐사데이터는 적절한 처리를 거쳐야 한다.However, in the case of underground media, since the radar is physically non-homogeneous than the air propagated, it is difficult to easily find information such as radar. In other words, due to the physical heterogeneity, the signal reflected from the basement contains a lot of noise, which is difficult to read. Therefore, the exploration data must go through appropriate processing.

본 발명을 이용하여 지하매설물의 단면화상을 얻는 기본방법은 도 5에 도시된 바와 같다. 도 5에서 (a)는 전자파의 송수신, (b)는 획득한 펄스자료를 나타낸다.Basic method for obtaining a cross-sectional image of the underground buried material using the present invention is as shown in FIG. In FIG. 5, (a) shows transmission and reception of electromagnetic waves, and (b) shows acquired pulse data.

도시된 바와 같이 송신 안테나(radio transmitter;XMIT)와 수신기(receiver)가 한 쌍의 송수신 안테나(200)(300)를 이루면서 지상에서 접촉하게 된다. 송신기로부터 방출된 신호는 지중으로 짧은 거리를 침투한다. 지하에서 전파되는 신호(radio wave)는 주변 토양과 전기적 물성이 다른 어떤 물질과 부딪치면 반사하게 된다. 예를 들어 매설배관이나 지하 공동(空洞; void)으로부터 신호가 반사된다. 지하의 물체로부터 반사된 신호(radio signal)는 도 5의 (b)와 같이 방출된 후 시간이 조금 경과한 후에 도착하게 된다.As illustrated, a radio transmitter (XMIT) and a receiver form a pair of transmit / receive antennas 200 and 300 to be in contact with each other on the ground. The signal emitted from the transmitter penetrates a short distance into the ground. Radio waves, which propagate underground, will reflect when they collide with other materials with nearby soil and electrical properties. For example, signals are reflected from buried pipes and underground voids. The signal reflected from the underground object (radio signal) arrives after a short time after being emitted as shown in FIG.

도 6은 본 발명의 이미지의 형상화 방법을 나타낸 도면으로서, 탐측자가 쉽게 인식할 수 있도록 일반적으로 PC스크린과 같은 디스플레이부(400)에 매설물체로부터 반사된 펄스 에코(pulse echo)를 형상화시킨다. 레이더는 지상에서 도 6의 (a)와 같이 일정간격으로 이동하며(1→2→3), 이에 따라 도6의 (b)에서 처럼 새로운 에코(echo)가 이전 에코의 옆에 그려진다. 이 펄스패턴이 PC의 화면에 연속적으로 출력된다. 이와 같은 방법으로 충분한 양의 신호를 검출하면 작업자는 화면의 에코 패턴을 보고 지하에 매설된 물체가 있다고 인식할 수 있게 된다.FIG. 6 is a view illustrating a method of shaping an image of the present invention, in which a pulse echo reflected from a buried object is generally shaped on a display unit 400 such as a PC screen so that an observer can easily recognize the image. The radar moves on the ground at regular intervals as shown in Fig. 6 (a) (1 → 2 → 3), so that a new echo is drawn next to the previous echo as in Fig. 6 (b). This pulse pattern is continuously output on the screen of the PC. When a sufficient amount of signal is detected in this way, the operator can see the echo pattern on the screen and recognize that there is an object buried underground.

상기와 같은 탐측결과는 도 7의 오른쪽 그림(b)의 하단부 반사파(reflected pulse)를 연결하면 쌍곡선(hyperbola)의 형태로 나타난다. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 지하에 배관이 매설된 경우, 배관을 가로질러 탐측하는 경우 매설물체가 송수신 안테나(200)(300)의 전면에 있을 경우 방출된 에코가 물체에 반사되어 돌아오는 데에는 어느 정도의 시간이 걸린다.The above detection results are shown in the form of a hyperbola when the reflected pulses of the lower part of FIG. 7 (b) are connected. When the pipe is buried underground as shown in (a) of FIG. 7, when the buried object is located in front of the transmitting / receiving antennas 200 and 300 when it is detected across the pipe, the emitted echo is reflected back to the object. It will take some time to come.

송수신 안테나(200)(300)가 물체에 접근함에 따라 이 시간은 점차 줄어들게 된다. 매설물체의 직상부에 안테나(200)(300)가 있을 경우 에코의 반사시간이 가장 짧다. 이후 매설물체를 지남에 따라 다시 반사파가 수신 안테나(300)에 도달하는 시간은 늘어난다. 이로 인해 '쌍곡선'이 나타난다. 숙달된 작업자라면 이것이 배관과 같은 작은 물체임을 알 수 있다. This time is gradually reduced as the transmit and receive antennas 200 and 300 approach the object. If there are antennas 200 and 300 directly above the buried object, the echo reflection time is the shortest. Afterwards, the time for the reflected wave to reach the receiving antenna 300 increases as the buried object passes again. This results in a hyperbola. Experienced workers can see that this is a small object, such as a pipe.

매설구조물의 종류에 따라 다른 패턴이 나타난다. 예를 들어 지하에 매설된 직육면체 저장탱크라면 반사파 곡선의 양끝이 아래로 내려가는 평평한 곡선으로 나타날 것이다.Different patterns appear depending on the type of buried structure. For example, a cuboid storage tank buried underground would appear as a flat curve with both ends of the echo curve descending downwards.

그런데, 배관의 길이방향으로 탐측을 한다면 그 결과는 도 8에 도시된 바와 같을 것이다. 즉, 송수신 안테나(200)(300)와 배관의 거리가 항상 같기 때문에 수신되는 반사파의 펄스를 이으면 직선으로 나타나게 된다. 문제는 다른 조건에서도 같은 결과가 나타난다는 점이다. 예를 들어 특히, 점토(clay)/암반(bedrock)층과 같이 지층이 나뉘는 지역을 탐측을 했다고 가정하면 두 지층의 경계부분에서도 탐측 결과는 도 8과 같은 직선으로 나타나므로 탐측결과 지하에 배관이 매설되어 있다고 말할 수 없게 된다. 따라서, 매설배관의 탐측시에는 배관을 가로질러 탐측해야 한다.However, if the probe in the longitudinal direction of the pipe result will be as shown in FIG. That is, since the distance between the transmission and reception antennas 200 and 300 and the pipe are always the same, when the pulse of the received reflected wave is followed, it appears as a straight line. The problem is that the same results occur under different conditions. For example, assuming that an area is divided into two layers, such as a clay / bedrock layer, the detection result is shown as a straight line as shown in FIG. 8 even at the boundary of the two layers. It cannot be said that it is buried. Therefore, when burying the buried pipe, it should be detected across the pipe.

본 발명에 의한 매설깊이 측정원리는 도 9에 도시된 바와 같다. 즉, 주변 토양에 관한 어느 정도의 정보를 가지고 있지 않다면 매설물의 매설깊이를 결정하는 것은 쉽지 않다. 원칙적으로 GPR시스템은 전자파 및 펄스의 방출/도달시간을 매우 정확하게 측정한다. 다시 말해서, 토양 중에서 전자파의 이동속도를 안다면, 도 9(b)의 송신파(directed pulse)와 수신파(reflected pulse) 사이의 시간을 알고 있으므로 매설깊이를 계산할 수 있다. 따라서, 이와 같은 과정을 내부적으로 거쳐서 PC에 나타나는 영상에 매설 깊이가 표시된다.Buried depth measurement principle according to the present invention is as shown in FIG. In other words, it is not easy to determine the depth of burial if you do not have some information about the surrounding soil. In principle, the GPR system measures the emission / arrival time of electromagnetic waves and pulses very accurately. In other words, if the moving speed of the electromagnetic wave in the soil is known, the depth of embedding can be calculated because the time between the transmitted pulse and the reflected pulse of FIG. 9 (b) is known. Therefore, the embedding depth is displayed on the image appearing on the PC through such a process.

그러나, 레이더 신호의 속도는 토양종류에 따라서 민감하게 변한다. 공기중에서 레이다파는 297,600㎞/sec의 속도로 전파된다. 그러나, 토양 중에서는 토양의 수분함량, 공극률 등에 따라 속도가 매우 민감하게 변한다. 따라서, 경험적으로 토양의 전기적 특성, 전기전도도 및 유전상수(dielectric constant)를 알고 있거나, 매설깊이를 알고 있는 매설물체가 있다면, GPR탐측으로 측정한 매설심도를 정확하게 보정할 수 있다. 따라서, GPR을 통해서 정확한 매설심도를 측정하기 위해서는 토양에 대한 정보가 필수적이다. 다음의 표 1은 일반적인 토양종류에 따른 전자파의 전파특성을 나타낸 것이다.However, the speed of the radar signal varies sensitively with the soil type. In the air, radar waves propagate at a rate of 297,600 km / sec. However, in the soil, the speed is very sensitive to the moisture content, porosity, etc. of the soil. Therefore, empirically knowing the electrical characteristics, electrical conductivity and dielectric constant (dielectric constant) of the soil, or if there is a buried object that knows the depth of embedding, it is possible to accurately correct the depth of embedding measured by GPR detection. Therefore, soil information is essential for accurate depth measurement through GPR. Table 1 shows the propagation characteristics of electromagnetic waves according to the general soil types.

[표 1][Table 1]

한편, 탐측시 고려해야 할 사항으로, GPR탐사에서 가장 중요한 변수 중의 하나가 운용주파수 선정이다. 적절한 주파수 선정은 탐사의 성공여부를 좌우한다고 할 수 있다. 주파수 선정은 탐사 대상체를 명확히 정의함에 따라 이루어질 수 있다. 이것은 탐측에 앞서서 현장 탐사를 실행해야함을 의미한다.On the other hand, one of the most important variables in GPR survey is the selection of operating frequency. Appropriate frequency selection can determine whether or not exploration is successful. Frequency selection may be made by clearly defining the subject to be explored. This means that field exploration should be carried out prior to the survey.

주파수 선정시 고려해야 할 점은 현장의 지질상태, 표면장애물, 토양의 전기적 특성, 대상체의 매설깊이 등이다. 이중주파수 선정에서 가장 중요한 인자는 탐측심도로서, 이는 고주파일수록 탐측심도가 낮아지는 반비례관계가 있기 때문이다. 따라서, 목표물의 심도 및 크기에 따라 주파수를 적절하게 선정해야 한다.Considerations for frequency selection include geological conditions of the site, surface obstructions, electrical characteristics of the soil, and depth of burial of the object. The most important factor in dual frequency selection is the depth of detection, which is inversely proportional to the depth of detection at higher frequencies. Therefore, the frequency should be appropriately selected according to the depth and size of the target.

도 10은 100㎒ 중심주파수와 50㎒ 중심주파수를 가진 안테나를 각각 사용하였을 경우의 탐측결과이다. 여기에서 알수 있는 것처럼 탐사대상체의 매설깊이에 따라 50㎒의 저주파안테나를 사용한 경우에는 심도가 큰 매설물에 대한 정보가, 100㎒의 안테나를 사용한 경우에는 심도가 작은 매설물에 대한 정보가 상대적으로 자세하게 나타남을 알 수 있다.FIG. 10 is a detection result when an antenna having a center frequency of 100 MHz and a center frequency of 50 MHz is used, respectively. As can be seen, the information on the deep buried material is shown in detail when the low frequency antenna of 50 MHz is used according to the depth of the object to be explored, and the information on the small buried material is shown in the detail when the antenna of 100 MHz is used. It can be seen.

또한, 아래 표2에는 중심주파수에 따른 대략적인 탐측가능깊이를 나타내었다.In addition, Table 2 below shows the approximate detectable depth according to the center frequency.

[표 2][Table 2]

가스배관의 매설심도탐측시에는 현재, 225㎒의 중심주파수를 가진 안테나를 주로 사용하고 있으며, 여러 배관이 교차되는 지점등에서 가스배관보다 매설심도가 낮은 타배관등의 탐측을 위해서 400㎒의 안테나도 사용하고 있으나, 일반적인 가스배관의 매설심도가 대략 2m정도이므로 본 발명에서는 중심주파수가 200㎒정도의 안테나를 사용하는 것이 가장 바람직하다.When detecting the depth of gas pipelines, antennas with a center frequency of 225 MHz are mainly used.In addition, 400 MHz antennas are also used for the detection of other pipelines having a lower depth of field than gas pipelines at points where several pipes intersect. Although it is used, since the depth of embedding of a general gas pipe is about 2m, it is most preferable to use an antenna having a center frequency of about 200 MHz in the present invention.

또한, 타임 윈도우(Time window)란 얼마만큼의 시간동안 자료를 받을 것인가를 의미하는 것으로 이는 탐측대상물체의 매설심도와 관계가 있다. 즉, 전자파가 매설물체까지 전파되었다가 다시 되돌아오는 시간이상의 충분한 시간동안 데이터를 받아야 한다. 이는 토양중의 전자파 전파속도와도 밀접한 관계가 있다. 따라서, 타임 윈도우 선택시에는 대상물체의 매설깊이뿐만 아니라 토양의 전기적 특성에 관한 정보를 알아야 한다.In addition, a time window means how long a data is to be received, which is related to the depth of burial of the object to be detected. That is, the data must be received for a sufficient time more than the time when the electromagnetic wave propagates to the buried object and then returns again. This is also closely related to the propagation rate of electromagnetic waves in the soil. Therefore, when selecting the time window, it is necessary to know information about the electrical properties of the soil as well as the depth of embedding of the object.

샘플링 인터벌(Sampling interval)은 반사되어 돌아오는 파형을 얼마만큼의 시간간격으로 수집할 것인가를 의미하는데, 일반적으로 사용하는 안테나의 중심주파수에 따라 그 값이 다르다. 상기의 두가지 변수는 송수신 안테나(200)(300)의 종류에 따라서 가장 적합한 값들을 주파수에 따라 사용하는 것이 바람직하다.Sampling interval (Sampling interval) means how much time interval to collect the reflected waveform to return, the value varies depending on the center frequency of the antenna used in general. The two variables are preferably used according to the frequency of the most suitable values according to the type of the transmit and receive antennas (200, 300).

또한, 토양의 전기전도도가 높다면 전자파의 전파는 어려워진다. 일반적으로 전지전도도가 0.01Ω-1 ·㎝-1 이상이면 GPR탐사가 어렵다고 본다. 따라서, 탐측전에 탐측할 지역의 전기적인 특성을 미리 파악, 또는 예측하는 것은 탐측결과의 질을 높이는데 필수적이다. 아래의 표 3에 전기 전도도에 따라 매질을 분류하였다.In addition, if the electrical conductivity of the soil is high, the propagation of electromagnetic waves becomes difficult. In general, when the cell conductivity is 0.01? Therefore, it is essential to understand or predict the electrical characteristics of the area to be detected before the detection in advance. In Table 3 below, the media were classified according to their electrical conductivity.

[표 3][Table 3]

다음으로는 본 발명을 구성하는 각각의 구성요소들의 특징을 통하여 본 발명의 작용을 더욱 상세히 설명한다.Next, the operation of the present invention through the features of the respective components constituting the present invention will be described in more detail.

GPR의 펄스 송신 회로(140)와 펄스 발생기(130)로 구성된 송신수단에서는 초광대역폭의 펄스가 발생된다. 따라서, 핵심적인 GPR 제작기술로서 반드시 초광대역폭의 펄스재현기술을 보유해야 한다. 이 펄스는 약 300㎰정도의 입상시간을 가지는 5㎱의 폭으로 이루어진 100볼트 이상의 규격을 만족하여야 한다. 이는 일반적으로 반도체부품의 규격을 나타내기 위하여 사용되는 테스트 규격에 기준하여 300㎸/㎲의 쓰루풋트에 해당하는 규격으로서 일반적인 발진, 증폭, 변조, 복조등의 기술을 이용하는 현존의 반도체 부품으로는 구현이 불가능하다. 따라서, 본 발명에서는 수백차례의 실험을 반복한 결과 원하는 목적의 초광대역폭의 펄스를 재현하였다. 이는 크게 2가지로 나뉘어지며 다음과 같다.In the transmission means composed of the pulse transmission circuit 140 and the pulse generator 130 of the GPR, ultra wide bandwidth pulses are generated. Therefore, as a core GPR manufacturing technology, ultra-wide bandwidth pulse reproduction technology must be possessed. This pulse must meet the specification of 100 volts or more with a width of 5 ms with a standing time of approximately 300 ms. This standard corresponds to a throughput of 300 kHz / kHz based on the test standard used to indicate the specification of semiconductor components. It is realized by existing semiconductor components using general oscillation, amplification, modulation, and demodulation techniques. This is impossible. Therefore, in the present invention, hundreds of experiments were repeated, and the ultra wide bandwidth pulse of the desired purpose was reproduced. It is divided into two main categories as follows.

첫번째로, 다이오드를 이용한 것으로, 일반적으로 전원정류용 다이오드에는 스탭 리커버리 동작이 나타나는 것을 관찰할 수가 있다. 이는 본 연구에 중요한 사실로서 다이오드 특성의 의도적인 것은 아니다. 그러므로 다이오드의 규격에 스탭 리커버리가 나타나는 것을 정의하지는 않는다. 다이오드의 가장 중요한 규격은 TRR이다. 그 다음이 TS와 TR이다.First, since a diode is used, it can be observed that a step recovery operation generally occurs in a power rectifying diode. This is important for this study and is not intended to be a diode characteristic. Therefore, it does not define that step recovery occurs in the diode specification. The most important specification of a diode is TRR. Next are TS and TR.

그래서 일반적으로 실험이 되지 않은 다이오드의 스탭 리커버리 동작을 판단할 수는 없다. 이후 스탭 리커버리 다이오드(D)를 SRD로 칭한다. 도 11에는 이상적인 펄스의 파형과 그 회로도를 나타내었다.Therefore, it is generally impossible to determine the step recovery operation of an untested diode. The staff recovery diode D is hereinafter referred to as SRD. 11 shows a waveform of an ideal pulse and a circuit diagram thereof.

도시된 회로는 저전압의 SRD(D)를 이용한 날카로운 파형의 펄스를 발생하는 것으로서 그 다이오드(D)는 두개의 인덕터(L1)(L2)를 통한 직류전류에 의해서 순방향의 바이어스가 걸린다. 초기에는 SRD(D)는 전자와 정공의 흐름을 억제한다. 이때 입력펄스가 다이오드(D)에 도달하면 다이오드(D)를 통하여 높은 도전율의 경로를 제공한다. 따라서, 출력전압은 입력전압에 다다르고 충전되어있던 전압은 급격히 떨어지고 전하의 장벽은 즉시 회복된다. 이때 회로는 개방되고 출력전압은 0으로 떨어진다.The illustrated circuit generates a sharp waveform pulse using a low voltage SRD (D), the diode D of which is biased forward by a direct current through two inductors L1 and L2. Initially, SRD (D) suppresses the flow of electrons and holes. At this time, when the input pulse reaches the diode (D) provides a path of high conductivity through the diode (D). Thus, the output voltage reaches the input voltage, the charged voltage drops rapidly and the barrier of charge immediately recovers. The circuit is then opened and the output voltage drops to zero.

이 실험에서는 다음과 같은 조건하에서 회로를 평가하였다.In this experiment, the circuit was evaluated under the following conditions.

Vmax ＝ 300V(IR ＝ 6A)Vmax = 300V (IR = 6A)

Vbias ＝ 최적의 출력파형을 구하기 위하여 조정된다.Vbias = Adjusted to find the optimal output waveform.

R ＝ 50WR = 50 W

L ＝ 200mHL = 200 mH

C ＝ 0.1mFC = 0.1 mF

송신라인의 반사파를 최소로 하지 않으면 기대하는 입상시간/펄스폭등이 기대치에 보장되지 않는다. 출력펄스의 모양은 도 12와 같다.If the reflected wave of the transmission line is not minimized, the expected standing time / pulse width is not guaranteed. The shape of the output pulse is as shown in FIG.

두 번째로, 어발란시 트랜지스터를 이용한 경우로서, 도 13은 어밸런시 트랜지스터를 사용한 회로와 실험에 의해서 얻어진 파형이다. 140V의 어밸런시 바이어스 전압은 R3-C1 네트워크를 경유하여 Q1의 콜렉터에 인가된다. Q1은 75볼트이다. 이때 C1에 충분히 높은전압으로 충전되면 Q1의 어밸런시는 파괴되고 그 결과 C1에 의해서 매우 빠른 입상펄스가 발생된다. 이어서 C1은 R4를 경유하여 방전되면서 그 전압이 급격히 감쇄되고 동시에 Q1의 브레이크다운 현상도 즉시 복구된다. C1은 R3을 통하여 Q1이 다시 어밸런시파괴가 일어나기까지 재충전되고 이 현상은 약200,000회/초 정도의 주기로 반복한다.Secondly, in the case of using an avalanche transistor, Fig. 13 is a waveform obtained by a circuit and an experiment using an avalanche transistor. An avalanche bias voltage of 140V is applied to the collector of Q1 via the R3-C1 network. Q1 is 75 volts. At this time, if C1 is charged to a sufficiently high voltage, the balance of Q1 is broken and as a result, a very fast granular pulse is generated by C1. Subsequently, C1 is discharged via R4, and the voltage decreases rapidly, and at the same time, the breakdown phenomenon of Q1 is immediately restored. C1 is recharged through R3 until Q1 is again debalanced. This phenomenon is repeated about 200,000 times / second.

여기서 얻어진 펄스의 전압은 대략 55V이고 그 폭은 약 4-5㎱정도이다. 입상과 입하의 시간은 약 1㎱정도가 얻어진다.The voltage of the pulse obtained here is about 55V and the width is about 4-5 kV. The time of granulation and arrival is about 1 ms.

Q1은 어밸런시 특성을 가진 트랜지스터를 선택하여야 한다. 그런데, 그 특성이나 규격은 제조메이커에서 보장하지 않는다.Q1 should choose a transistor with the balanced characteristics. However, the characteristics and specifications are not guaranteed by the manufacturer.

그러나, 불특정으로 수십종의 트랜지스터를 샘플 채취하여 실험한 결과 전반적으로 만족할 수 있는 특성들을 나타낸다.However, unspecified results of sampling and testing dozens of transistors show overall satisfactory characteristics.

50-60V의 출력전압을 만족시키기 위하여는 C1의 값을 2-10㎊사이에서 조정할 필요가 있다. 이 회로로부터 양호한 결과를 얻기 위해서는 필수적으로 기판의 접지도안을 고속특성에 적합하게 설계할 필요가 있다.To satisfy the output voltage of 50-60V, it is necessary to adjust the value of C1 between 2-10mA. In order to obtain good results from this circuit, it is necessary to design the ground diagram of the substrate to be suitable for high speed characteristics.

이상의 2가지 회로의 평가결과 2가지 모두 본 실험의 기본규격을 만족할 수 있으나 보다 제어하기 쉬운 어밸런시 트랜지스터 방식을 사용하는 것이 효율적이라고 판단하였다. 한편, 본 발명에서는 보다 강한 송신펄스를 만들기 위하여 위의 회로를 2개 상하대칭으로 사용한 바이폴라(bipolar)방식 즉, 송신부에서 2개의 펄스가 동시에 발생하는 방식을 채택하는 것이 더욱 바람직하다.As a result of evaluating the above two circuits, both of them could satisfy the basic standard of this experiment, but it was judged that it is more efficient to use the balanced transistor method which is easier to control. On the other hand, in the present invention, it is more preferable to adopt a bipolar method in which the above circuit is used in two up-down symmetry, that is, a method in which two pulses are generated at the same time in order to make a stronger transmission pulse.

이상에서 설명한 회로의 일실시예를 도 14 및 도 15에 나타내었다. 도 14는 본 발명의 펄스 송신 회로의 상세 회로도이고, 도 15는 본 발명의 펄스 발생기의 상세 회로도이며, 도 16은 모노펄스방식과 듀얼펄스방식의 출력펄스의 모양을 비교한 도면이다.An embodiment of the circuit described above is illustrated in FIGS. 14 and 15. FIG. 14 is a detailed circuit diagram of the pulse transmission circuit of the present invention, FIG. 15 is a detailed circuit diagram of the pulse generator of the present invention, and FIG. 16 is a view comparing the shapes of the output pulses of the monopulse type and the dual pulse type.

본 발명의 송수신용 다이폴 안테나(200)(300)에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 일반적으로 고주파수(수 ㎓) 영역에서는 혼(나팔모양으로 생긴) 안테나, 또는 평면상의 어레이타입 안테나가 잘 사용된다. 그러나 본 발명에서 목표로 하고 있는 225㎒대역의 범위에서는 다이폴(dipole) 타입의 안테나를 적용한다.The dipole antennas 200 and 300 for transmission and reception of the present invention are as follows. In general, in the high frequency region, a horn antenna or a planar array type antenna is used. However, in the range of the 225 MHz band aimed at by the present invention, a dipole type antenna is applied.

다이폴 안테나는 낮은 지향성, 안테나 공명(RINGING), 불안정한 특성 임피던스, 불요 주파수 확산, 기구적인 대형화 등의 여러가지 문제점등을 가지고 있으나, 저항성 종단장치의 사용에 의한 가격대 효과에 대한 안테나 공명의 감소, 여러 개의 반사기의 채택에 의한 안테나 지향성의 확대, 완충재의 적절한 사용에 의한 불요 주파수 확산의 감소 및 그 크기와 무게의 감소 등이 가능하다.Dipole antennas have various problems such as low directivity, antenna ringing, unstable characteristic impedance, undesired frequency spread, and mechanical enlargement.However, the use of resistive termination reduces antenna resonance, It is possible to increase antenna directivity by adopting a reflector, to reduce unnecessary frequency spread by appropriate use of a buffer, and to reduce its size and weight.

도 17 및 도 18에 이러한 개선실험을 위한 다이폴 안테나의 특성 조사기록을 나타내었다. 여기서, 도 17은 다이폴 안테나의 지향성 특성을 나타내며, 도 18은 다이폴 안테나의 공명(ringing) 특성을 나타낸다.17 and 18 show the characteristics investigation record of the dipole antenna for this improvement experiment. Here, FIG. 17 shows directivity characteristics of the dipole antenna, and FIG. 18 shows ringing characteristics of the dipole antenna.

본 발명의 수신전치 증폭기(110)에 대하여 살펴보면, 먼저 수신된 반사파의 원형은 이론상 도 19와 같다. 그러나, 실제로는 훨씬 복잡한 불필요한 주파수대역, 노이즈(noise), 에코(echo), 공명파, 이미지(image) 등의 목적외 신호가 동시에 감지되는 것이 일반적이다. 따라서 적절한 대역필터를 사용하여 이들을 제거하고 수신신호 해석부에서 필요한 레벨까지 노이즈 없이 증폭해야만 원하는 정보를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 광대역고주파수증폭기 NE5205 통하여 필요에 따라 최고 90DB까지 증폭할 수 있는 수신 전치 증폭기(110)를 구현하였으며, 그 회로의 일실시예는 도 20에 도시된 바와 같다.Regarding the reception preamplifier 110 of the present invention, the circular shape of the received reflection wave is theoretically shown in FIG. 19. In practice, however, it is common to detect undesired signals such as unnecessary frequency bands, noise, echo, resonance waves, images, etc., which are much more complicated. Therefore, it is necessary to remove them using an appropriate band pass filter and amplify the noise to the required level without noise in order to obtain desired information. In the present invention, a reception preamplifier 110 capable of amplifying up to 90 DB as necessary through the wideband high frequency amplifier NE5205 is implemented, and an embodiment of the circuit is shown in FIG. 20.

또한, 수신 안테나(300)로부터 입력되어 수신 전치 증폭기(110)에서 증폭된 신호는 아날로그/디지털 변환용 A/D 컨버터(converter)(120)에서 디지털 신호로 변환되고, 이때 CPU(150)에서는 송신에서부터 수신까지의 전파소요시간이 측정된다.In addition, a signal input from the reception antenna 300 and amplified by the reception preamplifier 110 is converted into a digital signal by an analog-to-digital conversion A / D converter 120, and the CPU 150 transmits the signal. The propagation time from reception to reception is measured.

이를 위해서는 매우 짧은 시간에 대한(나노초 또는 필요에 따라 피코초)의 측정기술을 필요로 하고, 또한 고속의 디지털 스토리지 오실로스코프(storage oscilloscope)에 이용되는 최신기술을 필요로 한다. This requires measurement techniques for very short time periods (nanoseconds or picoseconds as needed), as well as the latest technologies used in high-speed digital storage oscilloscopes.

이상 설명한 본 발명의 송신 안테나(200)와 수신 안테나(300)의 상세 회로도를 도 21 및 도 22에 도시하였다.21 and 22 are detailed circuit diagrams of the transmitting antenna 200 and the receiving antenna 300 according to the present invention.

한편, 전술한 것처럼 본 발명의 GPR의 구조는 매우 복잡하다. 즉, 지표면에 밀착되어 송신과 수신을 담당하는 송수신안테나(200)(300), 초광대역의 펄스를 발생시키는 필스 송신 회로(140) 및 펄스 발생부(130), 송신출력을 제어하고 수신 주파수를 분석하는 CPU(150)와 인터페이스(Interface)를 위한 수십미터의 송/수신용 케이블(900), 현장데이터 운용의 제어 분석 및 수집, 보관을 위한 PC(미도시), 모든 장치의 동작전원을 공급하는 전원 공급부(500) 등으로 구성되어 매우 복잡한 결선이 요구되며, 많은 장치(Device)의 구성등 물리적인 문제점 때문에 일일 탐측 속도가 대략 1㎞/Day 정도일 것으로 예상된다.On the other hand, as described above, the structure of the GPR of the present invention is very complicated. That is, the transmit and receive antennas 200 and 300 that are in close contact with the ground surface and are in charge of transmission and reception, the fill transmission circuit 140 and the pulse generator 130 generating pulses of an ultra-wide band, control the transmission output and receive a reception frequency. Provides the operating power of all devices including a CPU (150) for analysis and a transmission / reception cable (900) of several tens of meters for an interface, a control analysis and collection of field data operation, a PC (not shown), and storage. It is composed of a power supply unit 500, etc., very complicated wiring is required, and due to physical problems such as the configuration of many devices (Device), the daily detection speed is expected to be approximately 1km / Day.

전기적인 문제점요소로는 전지로부터 전원을 공급받아 동작되므로 전지의 용량에 의하여 일일 탐측거리가 제한된다. 초광대역의 펄스를 생성하는 펄스 송신 회로(140), 펄스 발생기(130) 및 송수신 안테나(200)(300)의 소모전류는 많을 수밖에 없으므로 중량의 예비 전원을 항상 준비하고 탐측을 진행하는 것이 바람직하다.The electrical problem is that the daily detection distance is limited by the capacity of the battery because the operation is supplied from the battery. Since the current consumption of the pulse transmitting circuit 140, the pulse generator 130, and the transmitting and receiving antennas 200 and 300 generating ultra wide band pulses is large, it is desirable to always prepare a heavy power supply and proceed with the detection. .

또한 여러개의 장치를 한개의 기구물에 장착하였을 때 초광대역의 펄스로 인하여 각 장치 상호간의 노이즈로 인하여 많은 오동작의 가능성이 있다. 이러한 노이즈에 의한 오동작을 제거하기 위해서는 본 발명에서와 같이 노이즈 필터링을 할 수 있는 구조물에 각각의 장치가 별도로 분리되어 장착할 수 있어야 하며, 중량의 예비 배터리가 장착될 수 있는 구조로 된 일체형 기구물 카트(800)가 바람직하다. 따라서, 기구물의 일체화로 현장에서의 탐측준비가 매우 향상되었으며(현장에서의 준비, 각 모듈별 인터페이스), 현장의 탐측 및 장비의 이동이 간편해졌고 예비 배터리 장착이 가능하여 물리적인 요소 및 전기적인 요소가 해결되어 탐측속도 4㎞/Day가 가능하다.In addition, when multiple devices are mounted on a single device, there is a possibility of many malfunctions due to noise between the devices due to the ultra-wideband pulse. In order to eliminate the malfunction caused by the noise, each device must be separately mounted on a structure capable of filtering noise as in the present invention, and an integrated mechanism cart having a structure in which a spare battery of weight can be mounted. 800 is preferred. As a result, the preparation of the site was greatly improved due to the integration of the equipment (site preparation, interface for each module), the site was easily detected and the equipment was moved, and the spare battery could be installed to provide physical and electrical elements. The detection speed is 4km / day.

또한, 본 발명에서는 별도의 수신신호 저장부(160)를 더 구비하여, CPU(150)에서 이용하기 위하여 수집된 원시데이터를 충분한 양의 스태틱(static)메모리에 저장하고, 필요에 의한 CPU(150)의 요구에 의해서 보내지며 고속으로 수집되어지는 원시데이터를 신속히 저장하도록 한다.In addition, the present invention further includes a separate reception signal storage unit 160 to store the collected raw data for use in the CPU 150 in a sufficient amount of static memory, and the CPU 150 as necessary It saves the raw data that is sent at the request and collected at high speed.

또한, CPU(150)에서는 송신파로서는 극히 짧은(나노 또는 피코초) 전자기파 펄스를 사용해야 하므로, 수신신호들은 송신신호의 지연된 신호와 감소된 신호의 합성으로 입력된다. 그런데, 이러한 수신신호들은 어떤 위치에 있는 목표물들에 대한 거리정보는 가지고 있으나 방향정보를 가지지는 않는다. 따라서, 탐측결과는 대체적으로 쌍곡선의 형태로 나타나며, 고해상도의 영상처리조작을 한다해도 그것은 탐사하고자 하는 매질의 깊이 정보에 따라 반사되는 펄스의 반향을 거리정보로 재구성하여 희미한 형태로 재현하고 탐측자의 경험 및 각종 탐측결과를 통해서 탐측대상물체에 대한 정보를 유추 해석할 수밖에 없는 것이 현실이다.In addition, since the CPU 150 must use an extremely short (nano or picosecond) electromagnetic wave pulse as the transmission wave, the received signals are input by combining a delayed signal and a reduced signal of the transmission signal. However, these received signals have distance information on targets at a certain location but do not have direction information. Therefore, the detection result is generally in the form of hyperbola, and even if high resolution image processing operation is performed, it reconstructs the reflection of the reflected pulse according to the depth information of the medium to be explored into distance information to reproduce in a faint form and experience of the probe. In addition, the fact that the information about the object to be detected is inferred and interpreted through various detection results.

이것은 지하에 탐측하고자 하는 대상과 비슷한 매질이 있을 때 어느 것이 탐측하고자 하는 대상인지를 전혀 분간할 수 없다. 예를 들어 가스배관과 타배관이 인접해서 평행하게 존재한다면 두 배관이 동시에 지나간다는 것은 알 수 있으나, 배관위치에 대한 예비정보를 미리 알고 있지 않다면 두 배관의 종류를 구분하는 것은 쉽지 않다.This makes it hard to tell which one is being probed when there is a medium similar to the one being underground. For example, if gas pipes and other pipes are adjacent to each other in parallel, it can be seen that the two pipes pass simultaneously, but it is not easy to distinguish the types of pipes without knowing the preliminary information about the pipe position.

따라서, 본 발명에서는 목표물의 방향을 정확히 찾을 수 있도록 다수의 송수신 안테나(200)(300)를 사용하여 안테나(200)(300)로부터 나란히 균등하게 매질에 송신하면서 1점의 목표물을 빠르게 통과하면 수신되는 펄스의 반향은 공간과 시간에 대하여 여러개의 쌍곡선으로 나타날 것이다. 이러한 경우 여러 쌍곡선의 꼭지점을 취하면 1점의 목표물을 손쉽게 찾을 수 있다고 판단된다. 이렇게 얻은 펄스의 반향을 적합한 알고리즘에 의해 가공하고 연속적인 송/수신 펄스를 나열한다면 3차원에 근접한 시각적인 효과도 얻을 수 있을 것이다. 따라서, 정확한 매설물체에 대한 정보습득이 가능하다.Therefore, in the present invention, when the target passes quickly through one target while transmitting to the medium evenly side by side from the antenna 200, 300 using a plurality of transmit and receive antennas 200, 300 so as to accurately find the direction of the target. The reverberation of the pulses will appear as several hyperbolas with respect to space and time. In this case, it is judged that one target can be easily found by taking the vertices of several hyperbolas. If the echoes of these pulses are processed by a suitable algorithm and the continuous transmit / receive pulses are arranged, a visual effect close to 3D can be obtained. Therefore, it is possible to acquire information on the exact buried object.

아울러, 본 발명의 실용화 및 3차원영상 획득을 위해서는 안테나의 간격과 분해능, 신호변환의 해석, 반향펄스의 말림, 결합된 펄스의 분리, 배경신호의 제거, 전달손실의 보상 및 신호지향성의 보정에 대한 연구가 지속되어야 할 것이다.In addition, the practical use of the present invention and the acquisition of three-dimensional image to the antenna spacing and resolution, analysis of the signal conversion, curling of the echo pulse, separation of the combined pulse, removal of the background signal, compensation of the transmission loss and correction of signal directivity The research should continue.

또한 도 23은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 블록도로서, 도시된 바와 같이 송수신 안테나(200)(300), 제어장치(100)의 구성에 있어서, 통신부(600)와 인터넷 서버(700)를 더 구성한다. 따라서, 송수신 안테나(200)(300)는 제어장치(100)에서 발생한 고주파 전자파 펄스를 송신시키고, 또한 대상 물체에서 반사되어 돌아온 수신 신호를 받아들인다.FIG. 23 is a block diagram illustrating another embodiment of the present invention. In the configuration of the transmitting and receiving antennas 200 and 300 and the control device 100, the communication unit 600 and the Internet server 700 are shown in FIG. Configure more. Therefore, the transmitting and receiving antennas 200 and 300 transmit the high frequency electromagnetic wave pulses generated by the control device 100 and also receive the received signal reflected back from the target object.

송수신 주파수의 선정은 탐사 깊이 및 탐사체의 크기에 따라 다르게 선정됨은 전술한 바와 같다.As described above, the transmission / reception frequency is selected differently according to the depth of the probe and the size of the probe.

제어장치(100)는 시스템 전체를 제어하고 측정된 신호를 기록, 저장하여 자료를 처리하는 역할을 한다. 제어장치(100)에서는 수신 신호가 기록되는 최초의 시간, 아날로그 신호인 수신신호의 디지털 샘플링 간격, 신호가 기록되는 전체시간범위, 스태킹(stacking) 횟수 등 탐사에 필요한 여러 변수들을 결정하며, 결정된 변수에 적합한 송수신 펄스를 발생시켜 증폭시킨 후 송신 안테나(200)를 통해서 방사하며, 수신 안테나(300)를 통해 수신된 신호를 증폭시켜서 기록한다. 또한, 샘플링 간격 및 트래이스(trace) 당 샘플링 간격 및 개수를 결정한다.The control device 100 controls the entire system and processes the data by recording and storing the measured signal. The control device 100 determines various variables required for the exploration, such as the first time at which the received signal is recorded, the digital sampling interval of the received signal, which is an analog signal, the total time range at which the signal is recorded, the number of stackings, and the like. Generate and transmit and receive pulses that are suitable for amplifying and radiating through the transmitting antenna 200, and amplifies and records the signal received through the receiving antenna 300. In addition, sampling intervals and number of sampling intervals per trace are determined.

또한, 통신부(600)는 제어장치(100)와 인터넷 서버(700)의 연결을 지원하는 기능을 갖고 있는 부분이다. 인터넷을 통해 본 발명의 장치가 제어 될 수 있으며, 측정 데이타는 실시간으로 인터넷을 통해 클라이언트에게 전달된다. 주요기능은 제어장치(100)의 RS232 통신기능과 인터넷서버(700)의 TCP/IP 기능을 연결해주고, SNMP 프로토콜을 지원할 수 있는 네트웍 브릿지 역할을 하게 된다.In addition, the communication unit 600 is a part having a function of supporting the connection of the control device 100 and the Internet server 700. The apparatus of the present invention can be controlled via the Internet, and the measurement data is transmitted to the client via the Internet in real time. The main function is to connect the RS232 communication function of the control device 100 and the TCP / IP function of the Internet server 700, and serves as a network bridge capable of supporting the SNMP protocol.

따라서, 인터넷 기반에서 SNMP 프로토콜 및 자바의 애필릿 기술을 이용하여 계측장비인 GPR을 원격 관리 및 제어계측이 가능하게 되며, 특정 GPR에 대한 원격제어가 가능하고, 특정 GPR로 부터의 계측 데이타가 실시간으로 클라이언트에게 전달되게 된다.Therefore, it is possible to remotely manage and control GPR, which is a measurement equipment, by using the SNMP protocol and Java's applet technology on the Internet, and to control the specific GPR remotely, and the measurement data from the specific GPR is real-time. To the client.

한편, 본 발명에서는 다른 실시예로 도 24와 같이, 하단부 카트(810)의 구조를 개선하여 하단부 카트(810)가 경사면을 타고 이동하거나 혹은 지표면의 불균일한 수평도에 따라 하단부 카트(810)가 기울어지더라도 송신안테나(200)와 수신안테나(300)가 항상 지구 중심, 즉 중력방향을 유지하도록 하여 계측 불량 혹은 계측 오류가 발생되지 않도록 개선된 내용을 포함한다.Meanwhile, in another exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIG. 24, the lower cart 810 is moved on an inclined surface by improving the structure of the lower cart 810, or the lower cart 810 is moved according to an uneven horizontal level of the ground surface. Even if inclined, the transmission antenna 200 and the reception antenna 300 are always maintained at the center of the earth, i.e., the direction of gravity, so that the measurement antenna or the reception antenna 300 may be improved so that measurement failure or measurement error does not occur.

이를 위해, 본 발명에서는 도 24의 (a),(b)에서와 같이, 상기 송신안테나(200)와 수신안테나(300)는 각각 안테나수납박스(BOX)에 내장된다.To this end, in the present invention, as shown in (a) and (b) of FIG. 24, the transmitting antenna 200 and the receiving antenna 300 are each built in an antenna storage box (BOX).

이때, 상기 안테나수납박스(BOX)는 사각박스 형상으로 형성되고, 출력 및 수신 감도를 저하시키지 않도록 하기 위해 하단면 일부는 개방되어 개구부(920)를 구성한다.At this time, the antenna storage box (BOX) is formed in a rectangular box shape, in order to not lower the output and reception sensitivity, a portion of the lower surface is opened to form an opening 920.

따라서, 상기 송신안테나(200)와 수신안테나(300)가 상기 안테나수납박스(BOX)의 내부에 내장 고정될 때, 이들 안테나의 하단면 대부분이 상기 개구부(920)를 통해 개방된 상태를 유지하게 되므로 검출 감도가 떨어지지는 않는다.Therefore, when the transmitting antenna 200 and the receiving antenna 300 are fixed to the inside of the antenna storage box (BOX), the lower end of most of these antennas to maintain the open state through the opening 920 Therefore, the detection sensitivity does not decrease.

아울러, 상기 안테나수납박스(BOX)는 양단에 회전축(910)이 일체로 형성되며, 상기 회전축(910)은 상기 하단부 카트(810)의 양측면에 끼움 고정되는 형태로 설치되어 상기 안테나수납박스(BOX)가 자중에 의해 회전유동될 수 있게 구성된다.In addition, the antenna storage box (BOX) is formed at both ends of the rotary shaft 910 is integrally formed, the rotary shaft 910 is installed in the form fixed to both sides of the lower cart 810 is the antenna storage box (BOX) ) Is configured to be rotated and flowed by its own weight.

덧붙여, 상기 안테나수납박스(BOX)가 항상 중력방향, 즉 지구 중심방향을 향하도록 중량물, 즉 무게추(930)가 부가될 수 있는데, 상기 무게추(930)는 일종의 오뚜기와 같은 기능을 수행하며, 상기 개구부(920)를 제외한 안테나수납박스(BOX)의 하단면 양측에 고정됨이 바람직하다.In addition, a weight, that is, a weight 930 may be added so that the antenna storage box (BOX) always faces the direction of gravity, that is, the earth's center, and the weight 930 performs a function of a kind of locust. It is preferable to be fixed to both sides of the bottom surface of the antenna storage box (BOX) excluding the opening 920.

이때, 상기 무게추(930)는 여러가지 형태가 될 수 있지만, 안테나수납박스(BOX) 회전시 하단부 카트(810)의 내부면과의 간섭을 최소화시킬 수 있도록 반원형상으로 형성됨이 특히 바람직하다.In this case, the weight 930 may be in various forms, but is preferably formed in a semi-circular shape so as to minimize interference with the inner surface of the lower cart 810 during the rotation of the antenna storage box (BOX).

한편, 상기 하단부 카트(810)의 선단부 일측면에는 디지털각도계(940)가 부설되고, 상기 디지털각도계(940)는 CPU(150)와 연결되어 하단부 카트(810)가 갖는 기울기, 즉 경사를 즉시에 측정하고 이를 확인할 수 있도록 하여 준다.On the other hand, the digital protractometer 940 is installed on one side of the front end portion of the lower cart 810, the digital protractometer 940 is connected to the CPU 150, the slope, that is, the inclination of the lower cart 810 immediately Allows you to measure and confirm it.

이것은 지표면에 대해 하단부 카트(810)가 경사지게 배치되었을 경우, 지표면으로부터 수직하게 측정된 지점과, 지구 중심방향으로 측정된 지점 사이에는 Sinθ(하단부 카트가 기울어진 경사각이 θ라고 했을 때) 만큼 차이를 갖게 되므로 필요한 경우 이를 보정할 수 있도록 하기 위함이다.This means that when the lower cart 810 is inclined with respect to the ground surface, the difference between the point measured vertically from the ground surface and the point measured in the direction of the earth's center is Sinθ (when the tilt angle of the lower cart is tilted is θ). This is to allow correction if necessary.

이는 인클라인드(Inclined)에서의 물체 운동방정식을 설명하는 고전역학(뉴턴 역학)에 의해 이미 설명된 부분이므로 구체적인 설명은 생략한다.This is already described by classical mechanics (Newtonian mechanics) explaining the equation of motion of the object in the inclined, so the detailed description is omitted.

이와 같이, 본 발명의 개선된 실시예서는 상기 송신안테나(200)와 수신안테나(300)를 하단부 카트(810)의 내부계로부터 분리하여 자유롭게 유동될 수 있게 함으로써 하단부 카트(810)의 운동과 상관없이 정확한 계측이 가능하게 된다.As such, the improved embodiment of the present invention correlates with the movement of the bottom cart 810 by allowing the transmitting antenna 200 and the receiving antenna 300 to be freely flowable from the interior of the bottom cart 810. Accurate measurement is possible without

다시 말해, 하단부 카트(810)로부터 유발되었던 변수가 송신안테나(200)와 수신안테나(300) 극미하게 영향을 미치기 때문에 가장 정확한 계측값을 얻을 수 있게 되는 것이다.
In other words, since the variable induced from the lower cart 810 affects the transmission antenna 200 and the reception antenna 300 slightly, the most accurate measurement value can be obtained.

100 : 제어장치 110 : 수신 전치 증폭기
120 : A/D 컨버터 130 : 펄스 발생기
140 : 펄스 송신 회로 150 : CPU
160 : 수신신호 저장부 200 : 송신 안테나
300 : 수신 안테나 400 : 디스플레이부
500 : 전원 공급부 600 : 통신부
700 : 인터넷 서버 800 : 카트
810 : 하단부 카트 820 : 손잡이
830 : 이동 바퀴 900 : 전송선100: control device 110: receiving preamplifier
120: A / D converter 130: pulse generator
140: pulse transmission circuit 150: CPU
160: receiving signal storage unit 200: transmitting antenna
300: receiving antenna 400: display unit
500: power supply unit 600: communication unit
700: Internet Server 800: Cart
810: lower cart 820: handle
830 moving wheels 900 transmission line

Claims

It controls the whole system and records and stores the received signal transmitted from the receiving antenna 300 and transmits it to the PC necessary for data processing in the room. The first time the received signal is recorded, the received signal which is an analog signal Control to determine variables necessary for exploration, such as sampling interval, total time range in which the received signal is recorded, and stacking count, and generate and amplify a transmission signal according to the determined variable to radiate through the transmission antenna 200. And transmitting means for generating and transmitting a pulse waveform transmission signal through the pulse generator 130 and the pulse transmission circuit 140 while controlling to amplify and record the received signal received through the reception antenna 300. In the reception preamplifier 110 and the reception preamplifier 110 that amplify the reception signal input from the reception antenna 300. Pokdoen an analog reception signal of controlling the whole A / D converter 120, and a system for conversion to a digital signal, and the controller 100 including a CPU (150) that measures the propagation time to the reception from the transmission; A transmit and receive antenna (200) (300) for radiating a pulse wave transmission signal generated by the control device (100) and receiving a return signal reflected from the buried object after passing through the medium; A display unit 400 for implementing the received signal in the control apparatus 100 and displaying the implemented image in a cross-sectional view by applying various implementation colors to a high-resolution screen; In the underground facility detection device comprising a power supply unit 500 for supplying driving power to each of the functional units, but using a DC power source as a necessary power for generation of transmission signals, transmission and reception of transmission signals and reception signals,
It is connected to the transmission line 900 made of a coaxial cable or an optical cable so as to be responsible for transmitting the transmission signal and the reception signal between the control device 100 and the transmission and reception antennas 200 and 300 and transmit the transmission signal and the reception signal, The transmitting antenna 200 uses a dipole antenna, but uses an antenna having a center frequency of 200 MHz,
The control apparatus 100, the transmitting antenna 200, the receiving antenna 300, the display unit 400, the power supply unit 500, and the transmission line 900 are provided with a moving wheel 830 and a handle 820. (cart) 800, but the transmission and reception antennas 200 and 300 are installed in the lower cart 810 in order to minimize the loss of the transmission and reception signal is attached to the front and back in close contact with the ground, so that the transmission and reception of the air So that it is not lost to the middle; The transmitting means of the control device 100 uses a diode but is biased forward by the direct current through the two inductors L1 and L2. In the beginning, the diode D suppresses the flow of electrons and holes. When the pulse wave signal reaches the diode (D), it provides the flow path of electrons and holes through the diode (D), the output voltage reaches the input voltage, the charged voltage drops rapidly and the charge barrier immediately recovers. At this time, the circuit is opened and the output voltage is configured to fall to zero, or configured using an avalanche transistor, but the avalanche bias voltage of 140V is set through the first resistor-capacitor (R3-C1) network. Applied to the collector of Q1 and transistor Q1 maintains 75 volts, at which time the capacitor C1 charges, the asymmetry of transistor Q1 is destroyed and consequently capacitor C1 ), A signal of a rising pulse waveform is generated, and then the capacitor C1 is discharged through the second resistor R4, and the voltage is rapidly attenuated, and at the same time, the breakdown phenomenon of the transistor Q1 is also restored. C1) is configured to recharge the transistor Q1 through the first resistor R3 again until an avalanche breakdown occurs; The reception preamplifier 110 of the control device 100 is configured to amplify up to 90DB through a wideband high frequency amplifier NE5205; A plurality of transmit / receive antennas 200 and 300 are constructed so that the echoes of the pulse waveform received signals received through the target of one point are transmitted to the medium evenly side by side from the antennas 200 and 300 with respect to space and time. Multiple hyperbolic curves, and take vertices of these hyperbolic curves to find one target,
The transmitting antenna 200 and the receiving antenna 300 are respectively built in the antenna storage box (BOX), a portion of the lower surface of the antenna storage box (BOX) is opened to form an opening 920, the antenna storage box Rotation shaft 910 is integrally formed at both ends of the BOX, and the rotation shaft 910 is installed in a form fixed to both inner sides of the lower end cart 810 so that the antenna storage box BOX is caused by its own weight. It is configured to rotate and maintain a horizontal state, the semi-circular weights 930 are fixed to both sides of the lower surface of the antenna storage box (BOX), except for the opening 920, the front end of the lower cart 810 On one side, connected to the CPU 150, the digital angle meter 940 is installed that can measure and check the slope of the lower cart 810 immediately, the underground facility detection by the signal processing of the RP exploration equipment city Stem.