(57)【要約】  本発明は孤立波を放射するための音波源と、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する一つ以上の第１音響センサーと、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する一つ以上の第２音響センサーと、埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して孤立波を放射するように音波源を駆動し、第１音響センサー及び第２音響センサーからの反射波信号を受信し、これら反射波信号に基づいて媒質内の埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、を含む埋設物探知装置を開示する。
2007528498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
孤立波を利用して埋設物を探知する装置であって、
孤立波を放射するための音波源と、
前記音波源から放射される前記孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する、一つ以上の第１音響センサーと、
前記音波源から放射される前記孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する、一つ以上の第２音響センサーと、
前記埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して前記孤立波を放射するように前記音波源を駆動し、前記第１音響センサー及び前記第２音響センサーからの反射波信号を受信し、当該反射波信号に基づいて前記媒質内の前記埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、
を含むことを特徴とする、埋設物探知装置。
【請求項２】
前記第１音響センサーは、前記孤立波の反射波に応答するメンブレンを備えたＧＭＩセンサーであり、
前記第２音響センサーは、前記孤立波の反射波に応答するカンチレバーを備えたＭＥＭＳセンサーである、
ことを特徴とする、請求項１に記載の埋設物探知装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記第１反射波信号及び前記第２反射波信号に対して、第１特性周波数及び第２特性周波数をそれぞれ算出し、
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数に基づいて、前記埋設物の埋設有無及び埋設物の種類を判別する、
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の埋設物探知装置。
【請求項４】
前記制御ユニットは、
前もって設定された複数の周波数帯域のうち、前記第１特性周波数を含む第１周波数帯域が存在するか否かを判断し、
前もって設定された複数の周波数帯域のうち、前記第２特性周波数を含む第２周波数帯域が存在するか否かを判断し、
前記第１周波数帯域及び前記第２周波数帯域が共に存在する場合、前記第１周波数帯域及び前記第２周波数帯域に対応する埋設物が、前記媒質内に埋設されていると判別する、
ことを特徴とする、請求項３に記載の埋設物探知装置。
【請求項５】
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数は、それぞれ前記反射波信号に対応するピーク周波数として算出されることを特徴とする、請求項３に記載の埋設物探知装置。
【請求項６】
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数は、それぞれ前記反射波信号に対応するピーク周波数として算出されることを特徴とする、請求項４に記載の埋設物探知装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、
音波源用関数発生器と、
前記音波源用関数発生器から発生する信号を増幅し、増幅された当該信号を前記音波源に駆動信号として供給する増幅器と、
前記第１音響センサー及び前記第２音響センサーを駆動するためのセンサー用関数発生器と、
前記センサー用関数発生器によって駆動される前記第１音響センサー及び前記第２音響センサーの出力信号と、前記センサー用関数発生器の出力信号とを比較する、第１ロックインアンプと、
前記第１ロックインアンプの出力信号と、前記音波源に供給される駆動信号とを比較する、第２ロックインアンプと、
前記音波源用関数発生器及び前記センサー用関数発生器を制御し、前記第２ロックインアンプから発生する信号に基づいて前記媒質内の前記埋設物の埋設有無を判断する、一つ以上のプロセッサと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の埋設物探知装置。
【請求項８】
前記一つ以上のプロセッサは、
ａ）前記第１反射波信号に対して第１特性周波数を算出する段階と、
ｂ）前記第２反射波信号に対して第２特性周波数を算出する段階と、
ｃ）前記第１特性周波数が、予め設定された第１周波数帯域内に存在するか否かを判断する段階と、
ｄ）前記第２特性周波数が、予め設定された第２周波数帯域内に存在するか否かを判断する段階と、
ｅ）前記ｃ）段階及び前記ｄ）段階の２条件を満足する場合、前記第１音響センサーに対して前記予め設定された第１周波数帯域及び前記第２音響センサーに対して前記予め設定された第２周波数帯域に共に対応する予め設定された埋設物が、前記媒質内に埋設されていると表示する段階と、
を実行するための一連の命令を行うことを特徴とする、請求項７に記載の埋設物探知装置。
【請求項９】
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数は、それぞれ前記反射波信号に対応するピーク周波数として算出されることを特徴とする、請求項８に記載の埋設物探知装置。
【請求項１０】
孤立波を利用する埋設物探知装置であって、
孤立波を放射するための音波源と、
前記音波源から放射される前記孤立波の反射波に対応する反射波信号を生成する、一つ以上の音響センサーと、
前記埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して前記孤立波を放射するように前記音波源を駆動し、前記音響センサーからの反射波信号を受信し、前記反射波信号に基づいて前記媒質内の前記埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、
を含むことを特徴とする、埋設物探知装置。
【請求項１１】
前記音響センサーは、ＧＭＩセンサーまたはＭＥＭＳセンサーのいずれか一つで構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の埋設物探知装置。
【請求項１２】
孤立波を利用する埋設物探知装置を備えた埋設物探知機であって、
前記埋設物探知装置は、
孤立波を放射するための音波源と、
前記音波源から放射される前記孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する、一つ以上の第１音響センサーと、
前記音波源から放射される前記孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する、一つ以上の第２音響センサーと、
前記埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して前記孤立波を放射するように前記音波源を駆動し、前記第１及び第２音響センサーからの反射波信号を受信し、これら反射波信号に基づいて前記媒質内の前記埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、
を含み、
前記埋設物探知機は、
前記音波源、前記第１音響センサー及び第２音響センサーが装着される下部本体と、
前記下部本体から延設された連結バーと、
前記連結バーに装着され、使用者の身体の一部に固定できる固定装置と、
前記連結バーの一部に形成される表示装置と、
を含む、
ことを特徴とする、埋設物探知機。
【請求項１３】
前記一つ以上の第１音響センサー及び前記一つ以上の第２音響センサーは、それぞれ複数備えられることを特徴とする、請求項１２に記載の埋設物探知機。
【請求項１４】
前記音波源は、前記下部本体の中心部に配置され、
前記第１音響センサー及び前記第２音響センサーは、前記下部本体の周囲に沿って交互に配置される、
ことを特徴とする、請求項１３に記載の埋設物探知機。
【請求項１５】
孤立波を利用して埋設物を探知する方法であって、
媒質に向けて孤立波を放射する段階と、
前記孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する段階と、
前記孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する段階と、
前記第１反射波信号に対して第１特性周波数を算出する段階と、
前記第２反射波信号に対して第２特性周波数を算出する段階と、
予め設定された第１周波数帯域内に、前記第１特性周波数が存在するか否かを判断する段階と、
予め設定された第２周波数帯域内に、前記第２特性周波数が存在するか否かを判断する段階と、
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数がそれぞれ前記第１周波数帯域及び前記第２周波数帯域内に存在する場合、前記第１周波数帯域及び前記第２周波数帯域に共に対応する既知の埋設物が、前記媒質内に存在すると判別する段階と、
を含むことを特徴とする、埋設物探知方法。
【請求項１６】
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数は、それぞれ前記反射波信号に対応するピーク周波数として算出されることを特徴とする、請求項１５に記載の埋設物探知方法。
【請求項１７】
前記第１特性周波数及び前記第２特性周波数がそれぞれ前記第１周波数帯域及び前記第２周波数帯域内に存在する場合、前記媒質内に前記既知の埋設物が埋設されていることを表示する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の埋設物探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は埋設物を探知する装置及び方法に係り、より詳細には、孤立波（ｓｏｌｉｔａｒｙ  ｗａｖｅ）を利用して埋設物を探知する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、媒質の中には、当該媒質と物理的および／または化学的性質の異なる自然埋設物または人工埋設物が埋設されていることがあり、このような埋設物の埋設有無および／または埋設物自体の種類を判別する必要性がある場合が多い。代表的な例として、地下に埋設された地雷（ｌａｎｄ  ｍｉｎｅ）が挙げられる。
【０００３】
地雷を埋設することは簡単である。しかし、広い地域にかけて埋設された地雷を掘り出して除去することは、地雷の埋設地点を正確に判別し難いだけでなく、さまざまな環境的な要因によって、埋設された地雷の位置が変わることがあるため、極めて難しい。
【０００４】
従来の地雷探知方法においては、動物の嗅覚を利用したり、探針及び掘削作業（ｐｒｏｄｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ）を行ったりすることによって、地雷の埋設地点を判別することができる。しかし、このような従来方法を使用して、非常に広い地域に埋設された地雷を捜し出すということは、時間的に非常に非効率的である。また、金属性地雷を探知するための従来技術としては、金属探知機（ｍｅｔａｌ  ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）が使用されてきた。しかし、従来技術の金属探知機は、媒質の中に埋設されたすべての金属に応答するので、金属性地雷のみを探知することは、かなり困難であるだけでなく、現在広く使用されているプラスチック材質の地雷を探知することができないという問題がある。
【０００５】
また、他の従来技術においては、地雷に内蔵される火薬に窒素成分が含まれているために、地下に埋設された窒素成分を検出する方法が提案され、使用されている。具体的には、このような従来方法は、火薬に含まれている窒素から放出されるガンマ線（ｇａｍｍａ−ｒａｙ）を検出して地雷の埋設有無を探知するものである。この方法は、火薬に含まれた窒素を励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）させるために大型発振機が必要となるため、実用性に問題があるだけではなく、このような大型発振機の使用のため、特に携帯性が非常に悪いという欠点を持っている。
【０００６】
その他の従来の地雷および／または埋設物探知方法は、Ｘ線（Ｘ−ｒａｙ）、超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｗａｖｅ）、マイクロ波（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）、電磁気波（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗａｖｅ）など、埋設物探知のために使用されるソース波（ｓｏｕｒｃｅ  ｗａｖｅ）によってそれぞれ区別される。近年、地雷および／または埋設物探知方法の開発傾向は、地雷および／または埋設物をより正確に判別するために、新しいソース波を開発し、そのソース波を使用する場合に、判別の正確性を向上させるという方向に進んでいる。
【０００７】
しかしながら、前述した従来技術の地雷および／または埋設物探知方法は、金属性地雷を正確に探知するのに一定の限界があるだけでなく、現在最も広く使用されているプラスチック材質の地雷および／または埋設物を正確に探知することが非常に困難であるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、新しいソース波として孤立波を使用し、その反射波を高感度のセンサーによって効率的に処理することで、地雷および／または埋設物探知の信頼性及び正確性を向上させる、新規の埋設物探知装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の第１特徴によれば、本発明は、孤立波を利用して埋設物を探知する装置において、孤立波を放射するための音波源（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｏｕｒｃｅ）と、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する一つ以上の第１音響センサー（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｅｎｓｏｒ）と、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する一つ以上の第２音響センサーと、埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して孤立波を放射するように音波源を駆動し、第１音響センサー及び第２音響センサーからの反射波信号を受信し、これら反射波信号に基づいて媒質内の埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明による第２特徴によれば、本発明は、孤立波を利用する埋設物探知装置において、孤立波を放射するための音波源と、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する反射波信号を生成する一つ以上の音響センサーと、埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して孤立波を放射するように音波源を駆動し、音響センサーからの反射波信号を受信し、反射波信号に基づいて媒質内の埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明による第３特徴によれば、本発明は、孤立波を利用する埋設物探知装置を備えた埋設物探知機において、埋設物探知装置は、孤立波を放射するための音波源と、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する一つ以上の第１音響センサーと、音波源から放射される孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する一つ以上の第２音響センサーと、埋設物が埋設されたと予想される所定の媒質に対して孤立波を放射するように音波源を駆動し、第１音響センサー及び第２音響センサーからの反射波信号を受信し、これら反射波信号に基づいて媒質内の埋設物の埋設有無を判断する制御ユニットと、を含み、埋設物探知機は、音波源と第１音響センサー及び第２音響センサーが装着される下部本体と、下部本体から伸びる連結バーと、連結バーに装着され、使用者の身体の一部に固定できる固定装置と、連結バーの一部に形成される表示装置と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明による第４特徴によれば、本発明は、孤立波を利用して埋設物を探知する方法において、媒質に向けて孤立波を放射する段階と、孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する段階と、孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する段階と、第１反射波信号に対して第１特性周波数を算出する段階と、第２反射波信号に対して第２特性周波数を算出する段階と、予め設定された第１周波数帯域内に第１特性周波数が存在するか否かを判断する段階と、予め設定された第２周波数帯域内に第２特性周波数が存在するか否かを判断する段階と、第１特性周波数及び第２特性周波数がそれぞれ第１周波数帯域及び第２周波数帯域内に存在する場合、第１周波数帯域及び第２周波数帯域に共に対応する既知の埋設物が媒質内に存在すると判別する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の埋設物探知装置及び方法によれば、埋設物探知のためのソース波（ｓｏｕｒｃｅ  ｗａｖｅ）として孤立波を使用するので、埋設物確認の信頼性及び正確性を高めることができ、埋設物探知装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例による埋設物探知装置１０のブロック構成図である。図１に示すように、本発明の実施例による埋設物探知装置１０は、孤立波を発生させる音波源１３０と、音波源１３０から放射される孤立波の反射波に対応する第１反射波信号を生成する一つ以上の第１音響センサー１６０と、音波源１３０から放射される孤立波の反射波に対応する第２反射波信号を生成する一つ以上の第２音響センサー１６５と、所定の媒質１９０に対して孤立波を放射するように音波源１３０を駆動し、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５から生成される第１反射波信号及び第２反射波信号を受信し、受信された第１反射波信号及び第２反射波信号に基づいて、媒質１９０内の埋設物１９５の埋設有無を判断する制御ユニット１００と、を含む。
【００１６】
以下、本発明の実施例による埋設物探知装置１０に含まれる制御ユニット１００の構成を、より詳細に説明する。図１に示すように、制御ユニット１００は、自体の機能を総括的に制御する電子制御装置１１０（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ：以下“ＥＣＵ”という。）を含む。ＥＣＵ１１０は、予め設定されたプログラムによって動作する一つ以上のマイクロプロセッサーで実現することができ、上記のような予め設定されたプログラムは、図８に示す本発明の実施例による埋設物探知方法の各段階を実行するための一連の命令を含むことができる。
【００１７】
制御ユニット１００は、ＥＣＵ１１０の機能実行に使用される各種データを記憶するメモリ１１５を備えている。例えば、メモリ１１５は、探知しようとする埋設物のそれぞれに関して、第１音響センサー１６０によって検出されるべき第１特性周波数及び第２音響センサー１６５によって検出されるべき第２特性周波数と、これら第１及び第２特性周波数のエラー範囲と、を予め保存している。すなわち、プラスチック地雷を捜そうとする場合、メモリ１１５は、プラスチック地雷で反射する孤立波の反射波に対して巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）センサー（以下、“ＧＭＩセンサー”という。）によって実現される第１音響センサー１６０によって測定されるピーク周波数範囲（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒａｎｇｅ）を、第１周波数帯域（ｆｉｒｓｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒａｎｇｅ）に保存し、プラスチック地雷で反射する孤立波の反射波に対して、カンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）を備えたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサーで実現される第２音響センサー１６５によって測定されるピーク周波数範囲を、第２周波数帯域に保存している。ここで、より具体的に、上記のＭＥＭＳセンサーは、シリコンカンチレバー磁気探知器（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）（以下、“ＳＣＭセンサー”という）で実現することができる。したがって、ＥＣＵ１１０は、未知の埋設物に対して、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５のそれぞれによって実際に測定されたピーク周波数と、前述したように既知の埋設物に対して予め保存されたピーク周波数範囲を比較することにより、プラスチック地雷の埋設有無を判定することができるものである。
【００１８】
また、制御ユニット１００は、ＥＣＵ１１０から音波源１３０を駆動するための信号を受信し、音波源１３０を駆動する信号を発生させる音波源用関数発生器１２０、及び音波源用関数発生器１２０の信号を増幅して音波源１３０に伝送する増幅器１２５を備えている。本発明の音波源１３０は、例えば電気的に駆動されるスピーカー（ｓｐｅａｋｅｒ）で実現することができ、制御ユニット１００によって、孤立波（ｓｏｌｉｔａｒｙ  ｗａｖｅ）を放射するように制御される。
【００１９】
通常、孤立波は、波動の一般的な特性とは異なり、重畳の際に波間の干渉（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）及び分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が発生しない電波特性（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を持っている。したがって、孤立波は埋設物の埋設された媒質の中を通過するか、埋設物によって反射する場合にも、元の波長を維持する。また、孤立波は自体の特性周波数（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と同一の固有周波数（ｎａｔｕｒａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する物質を通過せず、その物質によって反射される（周波数特性）。
【００２０】
したがって、制御ユニット１００によって、音波源１３０が探知しようとする未知の埋設物１９５が埋設されたと予想される所定媒質１９０に向けて孤立波を発生させれば、発生した孤立波が媒質１９０及び埋設物１９５によって反射され、この反射波を制御ユニット１００が検出して反射波の周波数成分を調査することにより、未知の埋設物の埋設有無及び埋設された埋設物の種類を判断することができる。
【００２１】
一方、制御ユニット１００は、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５の駆動のために、センサー用関数発生器１４０を備えている。第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５は、それぞれＧＭＩセンサー（図２参照）及びＳＣＭセンサー（図４参照）で実現され、その動作性能は、印加される外部電源の特性に左右される。通常、ＧＭＩセンサーの駆動のためには、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ領域の周波数が使用でき、特にＧＭＩセンサーは、約１ＭＨｚ付近で磁場の変化に最も敏感に動作する。したがって、本発明のセンサー用関数発生器１４０は、約１ＭＨｚの周波数及び１Ｖの電圧信号（以下、“駆動信号”（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）という。）を発生して第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５に供給する。しかし、センサー用関数発生器１４０によって発生する駆動信号が約１ＭＨｚであると説明したが、本発明の保護範囲がこれに限定されるものではない。また、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５の最適動作は、各センサーの具体的な仕様によって当業者が異に設定することができることは自明である。
【００２２】
前述した説明では、センサー用関数発生器１４０が一つであると記述しているが、本発明の保護範囲がこれに限定されると解釈してはならない。一例として、センサー用関数発生器１４０は、ＧＭＩセンサーで実現される第１音響センサー１６０及びＳＣＭセンサーで実現される第２音響センサー１６５の駆動のために、それぞれ別々に備えられることもできる。また、第２音響センサー１６５として使用されるＳＣＭセンサーの出力値は、キャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）に関係するので、これを換算するために、容量ブリッジ回路１６７（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｂｒｉｄｇｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が制御ユニット１００に提供される。上記の説明では、センサー用関数発生器１４０が第２音響センサー１６５に駆動信号を供給するものと記述しているが、容量ブリッジ回路１６７を使用する場合、ＳＣＭセンサーで実現される第２音響センサー１６５は、センサーの特性上、センサー用関数発生器１４０からの駆動信号供給と無関係に動作可能である。したがって、本発明においては、センサー用関数発生器１４０による第２音響センサー１６５への駆動信号供給は、選択的事項である。
【００２３】
本発明において、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５を使用する理由は、本発明の埋設物探知装置１０の探知性能の正確性を高めるためである。すなわち、ＧＭＩセンサーで実現される第１音響センサー１６０とＳＣＭセンサーで実現される第２音響センサー１６５は、同じ埋設物に対して固有周波数のピーク値が互いに異なる（図３及び図５参照）。よって、先に、未知の同一埋設物に対して、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５をそれぞれ使用して固有周波数のピーク値を分析した後、これら分析された固有周波数のピーク値を、予め保存された既知の埋設物に対する固有周波数ピーク値と比較する。比較結果、未知の埋設物に対する二つの固有周波数のピーク値が予め保存された既知の埋設物に対する固有周波数ピーク値と全て一致する場合、その未知の埋設物の種類を正確に判断することができる。しかし、当業者であれば、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５のいずれか一つのみを使用する埋設物探知装置１０も、本発明の範囲内に属することを十分に理解することができる。
【００２４】
一方、制御ユニット１００は、第１及び第２ロックインアンプ（Ｌｏｃｋ−ｉｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を備えている。第１ロックインアンプ１７０は、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５から発生した信号（以下、“発生信号”という。）を受信し、またセンサー用関数発生器１４０から出力される駆動信号を受信する。その後、第１ロックインアンプ１７０は、駆動信号と発生信号とを比較し、発生信号と駆動信号間の偏差を第２ロックインアンプ１５０に出力することになる。このような第１ロックインアンプ１７０の発生信号と駆動信号間の偏差を示す検出信号が、まさに音波源１３０から放射された孤立波の反射波の受信強度を示すものである。第１ロックインアンプ１７０の検出信号は、表示装置１０５にも伝送される。
【００２５】
一方、増幅器１２５から出力される信号は、音波源１３０に伝送されると同時に第２ロックインアンプ１５０と表示装置１０５にも伝送される。よって、第２ロックインアンプ１５０は、増幅器１２５から受信される信号（以下、“基準信号”（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｎａｌ）という。）によって、音波源１３０から発生する孤立波の特定周波数を判別することができる。第２ロックインアンプ１５０は、第１ロックインアンプ１７０から受信した検出信号が、前記基準信号のうち、前記孤立波の反射波の特定周波数成分を含んでいるか否かを調査した後、その孤立波の反射波の強度（図５参照）を計算し、この強度をＥＣＵ１１０に伝送することになる。
【００２６】
このような方法によって、音波源１３０によって発生する特定周波数の孤立波の反射波受信強度が分かることになる。したがって、さまざまな周波数の孤立波を、音波源１３０を通じて発生させ、そのそれぞれに対して孤立波の反射波の受信強度を計算することで、媒質１９０及び埋設物１９５が孤立波を反射させる周波数特性グラフ（図３及び図５参照）を得ることができる。したがって、このような周波数特性グラフから得られるピーク周波数に基づいて、所定媒質内の未知の埋設物の埋設有無及びその埋設物の種類を判別することができる。
【００２７】
図２は、本発明の実施例による埋設物探知装置１０に使用されるＧＭＩセンサー１６０の構造を示す図である。図２に示すように、ＧＭＩセンサー１６０は、外部振動に反応するメンブレン２１０を備えている。メンブレン２１０が外部振動を受ければ、メンブレン２１０は高周波電気抵抗（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）に変化が発生し、このような電気抵抗の変化は、メンブレン２１０にリード線で連結されている電極２２０によって検出される。この際に、高周波電気抵抗の変化はＧＭＩセンサー１６０の周囲の磁場に依存することになるので、通常、このようなＧＭＩセンサー１６０は、微細磁場を測定するのに使用される。前述したＧＭＩセンサー１６０は、孤立波がＧＭＩセンサー１６０のメンブレン２１０に入射する場合、メンブレン２１０の振動を誘発することになるので、入射する孤立波の検出に使用することができる。したがって、通常、微細磁場の測定に使用されるＧＭＩセンサーが、孤立波を測定するための本発明の埋設物探知装置１０の第１音響センサー１６０として使用される。
【００２８】
より具体的に、本発明の実施例で使用されるＧＭＩセンサー１６０のメンブレン２１０は、大韓民国公開特許公報第２００１−８６６３０号（特許第３８３５６４号；インピーダンスバルブ型物質形成方法及びそれによる磁気センサー）に開示されている方法によって形成されたインピーダンスバルブ現象を示す物質を、含むことができる。前述した大韓民国公開特許公報第２００１−８６６３０号に開示されているＧＭＩセンサー１６０は、本発明に含まれて本発明の一部を成す。このようなＧＭＩセンサー１６０の詳細な構造及び機能についての詳細な説明は、大韓民国公開特許公報第２００１−８６６３０号に詳細に開示されているので、本明細書では、詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３は、本発明によるＧＭＩセンサーに受信される孤立波の反射波の周波数特性を示すグラフを示す図である。図３のグラフには、媒質の中に鉄（ｓｔｅｅｌ）が埋設された場合と、プラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）が埋設された場合に対して、ＧＭＩセンサーが周波数間隔１０Ｈｚ単位でスキャニングした図面がそれぞれ示されている。
【００３０】
図３に示すように、媒質１９０の中にプラスチックが埋設された場合、孤立波の反射波は、約７２５Ｈｚで非常に高いピーク値が現われ、媒質１９０の中に鉄（ｓｔｅｅｌ）が埋設された場合、孤立波の反射波は、約７８０Ｈｚで非常に高いピーク値が現われる。
【００３１】
したがって、第１音響センサー１６０によって、所定媒質内の既知の埋設物で反射される孤立波の反射波の周波数特性を調査し、該当の埋設物のピーク周波数を予め算出してメモリ１１５に保存した後、所定媒質内に埋設された未知の埋設物に対して、第１音響センサー１６０によって孤立波の反射波のピーク周波数を検出する。検出したピーク周波数と予め算出されたピーク周波数とを比較することで、未知の埋設物に対応する物質を判別することにより、未知の埋設物の種類を判別することができる。
【００３２】
図４は、本発明の実施例による埋設物探知装置１０の第２音響センサー１６５に使用されるＳＣＭセンサーの構造の側面図及び平面図を示す図である。図４に示すように、ＳＣＭセンサー１６５は、外部振動に反応するカンチレバー３１０を備えている。このようなカンチレバー３１０を備えたＳＣＭセンサーの例としては、米国特許第５，９２５，８２２号（発明者：Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｊ．Ｎａｕｇｈｔｏｎ）に開示されたＭＥＭＳセンサーがあり、上記の米国特許第５，９２５，８２２号に開示されたＭＥＭＳセンサーは、本発明に含まれて本発明の一部を成す。また、このようなＳＣＭセンサー１６５の詳細な構造及び機能は、上記の米国特許第５，９２５，８２２号に詳細に記述されているので、本発明ではその具体的な説明を省略する。
【００３３】
図５は、本発明の実施例による反射波の周波数特性を示す図である。具体的に、図５には、１．５ｍ×１．５ｍ×１．５ｍサイズのボックスを使用し、ボックスの中に砂を満たした後、砂自体から得られる孤立波の反射波の周波数特性（点線グラフ）と、ボックス内の砂中にＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）からなる一つのプラスチック地雷を１０ｃｍの深さに埋めた場合にプラスチック地雷から得られる孤立波の反射波の周波数特性（実線グラフ）とが、それぞれ示されている。図５において、３００Ｈｚ以下の低周波領域で現われる高い反射波レベルは、砂が盛られたボックスの壁面によって現われる効果であり、これは実験室の実験条件によって生じた結果である。したがって、広い地域で埋設物を調査する場合、このような低周波数領域では、反射波のレベルが非常に低く形成されるということを、当業者であれば容易に理解することができる。
【００３４】
図５に示すように、媒質の中にプラスチック地雷が埋設された場合と埋設されていない場合を比較すると、プラスチック地雷に対する孤立波の反射波の周波数別特性が、非常に相違することが分かる。このような周波数別偏差は、媒質に埋設された埋設物の種類によって違うことになる。
【００３５】
したがって、第２音響センサー１６５によって検出された所定媒質と所定媒質内に埋設された未知の埋設物に対する孤立波の反射波の周波数別特性を調査して、所定媒質の標準データ値に対して実質的な偏差を表す未知の埋設物に対するピーク周波数を算出し、そのピーク周波数を図１に示すメモリ１１５に予め保存されている既知物質のピーク周波数と比較することで、未知の埋設物に対応する物質を判別する。これにより、所定媒質内に埋設された未知の埋設物の種類を判別することができる。ここで、媒質の標準データ値は、埋設物が埋設されなかった同一の媒質環境に対して孤立波の反射波を測定し、その波形を調査してデータベース化することで初期化することができる。
【００３６】
ここで、同一の埋設物が媒質に埋設された場合であっても、第１音響センサー１６０と第２音響センサー１６５によって検出される孤立波の反射波信号のピーク周波数は、互いに異なった値で得られる。これは、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５として使用されるＧＭＩセンサーとＳＣＭセンサーの特性上の違いに起因する。よって、未知の埋設物１９５を探知しようとする場合、該当する埋設物１９５の第１音響センサー１６０によるピーク周波数と第２音響センサー１６５によるピーク周波数とを予めメモリ１１５に保存し、予め保存されたピーク周波数と未知の埋設物に対して第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５によって測定されたピーク周波数とを比較することで、未知の埋設物の埋設有無及び種類を確認することができる。
【００３７】
図６は、本発明の実施例による埋設物探知機６００の構成を示す斜視図である。図６に示すように、本発明の実施例による埋設物探知機６００は、図１に示す第１音響センサー１６０、第２音響センサー１６５及び音波源１３０が装着される下部本体６１０と、下部本体６１０から伸びる連結バー６２０と、連結バー６２０に装着され、腕などのような使用者の身体の一部に固定できる固定装置６３０と、連結バー６２０の一部に形成される表示装置１０５と、を含む。
【００３８】
図６に示す表示装置１０５は、図１に示す制御ユニット１００によって、所定媒質内の未知の埋設物の埋設有無の判断結果に応じて、未知の埋設物の埋設有無を表示するためのものである。このために、表示装置１０５は、点灯ランプを含むことができる。また、表示装置１０５は、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５で得られる測定結果を可視的に（例えば、グラフィックを使用して）表示するための表示部６４０を具備することができる。このような表示部６４０は、例えばＬＣＤパネルなどのフラットパネルディスプレイ（ｆｌａｔ  ｐａｎｅｌ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｄｅｖｉｃｅ）で実現することができる。
【００３９】
図７は、図６に示す本発明の埋設物探知機６００の下部本体６１０を、Ａ方向から見た図である。図７には、本発明の実施例による埋設物探知機６００に使用される音波源１３０と音響センサー１６０、１６５が、下部本体６１０に配置される配置関係が示されている。より具体的に、図７に示す本発明の埋設物探知機６００において、音波源１３０は、下部本体６１０の中心部に配置され、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５は、下部本体６１０の円周に沿って交互に配置される。よって、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５は、それぞれ音波源１３０から放射された孤立波の反射波を同一条件で受信することになる。
【００４０】
以下では、本発明の実施例による孤立波を利用する埋設物探知方法について、図１及び図８を参照して詳細に説明する。
【００４１】
図８は、本発明の実施例による孤立波を利用した埋設物探知方法を示すフローチャートである。図８に示すように、ＥＣＵ１１０は、センサー用関数発生器１４０を駆動して、前述した駆動信号が第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５及び第１ロックインアンプ１７０に伝送されるようにする（Ｓ８１０）。したがって、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５は、孤立波の反射波検出を待機している状態になる。この際、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５から発生信号が伝送される場合、第１ロックインアンプ１７０は、発生信号と駆動信号を比較し、その偏差にあたる孤立波の反射波の検出信号を、第２ロックインアンプ１５０に伝送するように待機することになる。
【００４２】
このような反射波検出待機状態で、ＥＣＵ１１０は、特定周波数を決め、特定周波数に対応する孤立波発生信号を、音波源用関数発生器１２０に伝送する（Ｓ８１５）。その後、音波源用関数発生器１２０は、特定周波数に対応する孤立波信号を発生し、このような孤立波信号は、増幅器１２５に伝送される（Ｓ８２０）。
【００４３】
増幅器１２５は、受信された孤立波信号を増幅した基準信号を、音波源１３０に伝送することになり（Ｓ８２２）、音波源１３０は、孤立波を媒質に向かって放射する（Ｓ８２５）。一方、増幅器１２５から出力される孤立波の基準信号は、第２ロックインアンプ１５０に入力される（Ｓ８２７）
【００４４】
音波源１３０から放射された孤立波は、媒質１９０内の埋設物１９５で反射される（Ｓ８３０）。その後、反射波は、第１音響センサー１６０及び第２音響センサー１６５で検出される。すなわち、第１音響センサー１６０は、孤立波の反射波によって第１反射波信号を生成し（Ｓ８３５）、第２音響センサー１６５は、孤立波の反射波によって第２反射波信号を生成する（Ｓ８３７）。その後、生成された第１反射波信号及び第２反射波信号は、第１ロックインアンプ１７０に入力される（Ｓ８４０）。
【００４５】
その後、第１反射波信号及び第２反射波信号は、第１ロックインアンプ１７０で変調されて、第２ロックインアンプ１５０に伝送される。すなわち、第１ロックインアンプ１７０は、第１反射波信号とセンサー用関数発生器１４０からの駆動信号との偏差（変調された第１反射波信号）を算出する（Ｓ８４５）と同時に、第２反射波信号とセンサー用関数発生器１４０からの駆動信号との偏差（（変調された第２反射波信号）を算出する（Ｓ８４７）。その後、第２ロックインアンプ１５０は、変調された第１反射波信号及び第２反射波信号のうち、増幅器１２５から入力される基準信号にあたる周波数成分（すなわち、特定周波数に対する反射波の反射強度）を抽出し、これをＥＣＵ１１０に伝送する（Ｓ８５０）。したがって、ＥＣＵ１１０は、音波源用関数発生器１２０を駆動する特定周波数に対し、媒質１９０及び埋設物１９５から反射される反射波の第１音響センサー１６０による周波数成分と第２音響センサー１６５による周波数成分を、受信することになる（Ｓ８５５）。
【００４６】
ＥＣＵ１１０は、特定周波数を異にして、特定周波数に関する反射波の反射強度検出段階（Ｓ８１５〜Ｓ８５５）を繰り返し実行する。一例として、１０Ｈｚ〜１０ＫＨｚの周波数範囲に対し、１０Ｈｚごとに特定周波数にして、その反射波の反射強度を検出することができる。しかし、当業者であれば、このような特定周波数の間隔は必要によってより狭い範囲（例えば５Ｈｚ）またはより広い範囲（例えば２０Ｈｚ）を有するように調整されることができるということを、容易に理解することができる。
【００４７】
より具体的に、一つの特定周波数に関する反射波の反射強度検出段階（Ｓ８１５〜Ｓ８５５）を完了したＥＣＵ１１０は、１０Ｈｚ〜１０ＫＨｚの周波数範囲のうち、１０Ｈｚ間隔のすべての特定周波数に関して、その反射波の反射強度検出過程が終了したか否かを判断する（Ｓ８６０）。段階Ｓ８６０での決定が“いいえ”の場合、本発明の埋設物探知方法は、段階Ｓ８１５に進む。一方、段階Ｓ８６０での決定が“はい”の場合、ＥＣＵ１１０は、第１反射波信号に対して第１特性周波数（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を算出し（Ｓ８６２）、第２反射波信号に関して第２特性周波数を算出する（Ｓ８６４）。上記の第１特性周波数及び第２特性周波数は、第１反射波信号及び第２反射波信号に対するピーク周波数として算出される。
【００４８】
その後、ＥＣＵ１１０は、予め設定された第１周波数帯域（ｆｉｒｓｔ  ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒａｎｇｅ）及び予め設定された第２周波数帯域内に、第１特性周波数及び第２特性周波数が共に存在するか否かを判断する（Ｓ８７０）。すなわち、予め設定された複数の周波数帯域のうち、第１特性周波数を含む第１周波数帯域と第２特性周波数を含む第２周波数帯域が共に存在するか否かを判断するものである。ここで、第１特性周波数を含む第１周波数帯域と、第２特性周波数を含む第２周波数帯域が必ずしも一致しなければならないものではない。その理由は、前述したように、第１特性周波数及び第２特性周波数は、使用されるセンサーの特性によって変わるからである。
【００４９】
段階Ｓ８７０において、第１周波数帯域及び第２周波数帯域が共に存在する場合、ＥＣＵ１１０は、表示装置１０５に含まれた点灯ランプを点灯させることで、埋設物の埋設事実を警告する（Ｓ８７５）。以後、ＥＣＵ１１０は、第１周波数帯域及び第２周波数帯域に共に対応する埋設物の種類を判別する（Ｓ８８０）。すなわち、第１周波数帯域及び第２周波数帯域に対応するもので、メモリ１１５に予め保存されている埋設物の種類を呼び出すことになる。
【００５０】
埋設された埋設物の種類が判別された場合には、ＥＣＵ１１０は、判別された埋設物の種類を表示装置１０５に表示する（Ｓ８８５）。したがって、第１音響センサーに対して予め設定された第１周波数帯域と第２音響センサーに対して予め設定された第２周波数帯域に共に対応した予め設定された物質が、媒質内に埋設されていると表示される。
【００５１】
一方、段階Ｓ８７０において、第１周波数帯域及び第２周波数帯域のいずれか一つでも存在しない場合には、段階Ｓ８７０は、最初の開始段階に進み、未知の埋設物に対する探知プロセスを続けて実行する。
【００５２】
以上、本発明による好適な実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されなく、本発明の実施例から、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者による容易に変更された、均等物と認められる範囲のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明による埋設物探知装置及び方法は、金属及びプラスチック地雷などの埋設物の埋設有無及び埋設物の種類を正確で確実に探知することができ、高性能の小型センサーを使用することにより、埋設物探知装置の大きさを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例による埋設物探知装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の実施例による埋設物探知装置に使用されるＧＭＩセンサーの構造を側面図及び平面図で示す図である。
【図３】本発明によるＧＭＩセンサーに受信される孤立波の反射波の周波数特性を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施例による埋設物探知装置に使用されるＳＣＭセンサーの構造を側面図及び平面図で示す図である。
【図５】本発明の実施例による反射波の周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の実施例による埋設物探知機の構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す埋設物探知機の下部本体をＡ方向に示す図である。
【図８】本発明の実施例による孤立波を利用する埋設物探知方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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