(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートや土を含む誘電体中に電波を送受信することで、前記誘電体内に存在する埋設物を探査する埋設物探査装置において、
前記誘電体中に電波を送信する複数の電波送信部を備えた電波送信手段と、
前記電波送信部のそれぞれに電力発生手段からの電力を供給して励振させ、前記各電波送信部から電波を送信させる給電回路手段と、
前記埋設物にて反射した電波を受信して反射信号を出力する電波受信部を備えた電波受信手段と、
前記電波受信部からの反射信号の時系列データと前記電波送信部による電波の発生タイミングとを用いて、前記埋設物の位置を演算する埋設物位置演算手段とを有し、
前記給電回路手段は、前記電力発生手段から前記各電波送信部までの給電路の長さを切り換えて選択することにより、複数の前記電波送信部のそれぞれが送信する電波の励振位相差及び励振振幅差を変更して、これらの電波が合成される合成波の指向性角度を変更するよう構成され、この変更される指向性角度は、前記誘電体中の前記埋設物の想定位置に基づいて決定されるよう構成されたことを特徴とする埋設物探査装置。
【請求項２】
前記給電回路手段は、電力発生手段と電波送信手段の複数の電波送信部とをそれぞれ接続する複数の給電路選択回路部を有し、これらの各給電路選択回路部は、異なる長さの複数本の給電路と、これらの給電路のいずれか１本を切り換えて選択し、この選択した給電路により前記電力発生手段と前記電波送信部とを接続する切換器と、を備えて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の埋設物探査装置。
【請求項３】
前記電波送信手段と前記電波受信手段は、互いに独立し隣接して走査手段に設置され、この走査手段により誘電体の探査面に沿って間欠的に走査されて、各停止位置で電波をそれぞれ送信し受信するよう構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の埋設物探査装置。
【請求項４】
前記電波送信手段は、電波送信部としての送信用アンテナ素子部を備えた送信用アレイアンテナ部であり、また、前記電波受信手段は、電波受信部としての受信用アンテナ素子部を備えた受信用アレイアンテナ部であり、前記送信用アンテナ素子部及び前記受信用アンテナ素子部が、同一の自己相似アンテナにて構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の埋設物探査装置。
【請求項５】
前記電波送信部は電波送信手段の筐体に、前記電波受信部は電波受信手段の筐体に、それぞれ独立して緩衝機構を用いて支持されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の埋設物探査装置。
【請求項６】
前記電波送信部と前記電波受信部には、誘電体の探査面と接触する部位に、前記探査面に対する移動を円滑にするための円滑移動手段が設けられたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の埋設物探査装置。
【請求項７】
前記誘電体は、コンクリート、土、アスファルト、砂、ゴム、塩化ビニール樹脂、プラスチック、セラミックを少なくとも１つ備えた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の埋設物探査装置。
【請求項８】
コンクリートや土を含む誘電体中に電波を送受信することで、前記誘電体内に存在する埋設物を探査する埋設物探査方法において、
電力発生手段からの電力を電波送信手段の複数の電波送信部のそれぞれに供給して励振させ、これらの各電波送信部が電波を前記誘電体中に送信し、
前記埋設物にて反射した電波を電波受信手段の電波受信部が受信して反射信号を出力し、前記電波受信部からの反射信号の時系列データと前記電波送信部による電波の発生タイミングとを用いて、前記埋設物の位置を演算して前記埋設物を探査する際に、
前記電力発生手段から前記各電波送信部までの給電路の長さを切り換えて選択することにより、複数の前記電波送信部のそれぞれが送信する電波の励振位相差及び励振振幅差を変更して、これらの電波が合成される合成波の指向性角度を変更し、この変更される指向性角度は、前記誘電体中の前記埋設物の想定位置に基づいて決定することを特徴とする埋設物探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コンクリートや土などの誘電体中に電波を送受信することで、誘電体内に存在する埋設物を探査する埋設物探査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物は誘電体であり、一様な誘電率分布を有している。電波はコンクリート構造物中に送信されると、コンクリートの比誘電率εと光速ｃとで決定される速度ｖ（ｖ＝ｃ／√ε（ｍ／ｓ））で直進して伝搬する。この伝搬経路に埋設物が存在すると、電波がその埋設物で反射されて元の伝搬経路を素直に戻ってくるので、コンクリートの比誘電率εと電波の往復時間とを計測することで、コンクリート構造物中の埋設物の位置を比較的容易に探査できる。このため、コンクリート構造物には、電波を利用した埋設物探査装置が一般に使用されている。
【０００３】
一方、発電プラント等では施工後にも、改良工事等においてコンクリート構造物への配管等の追設が実施されることがある。この場合、コンクリート構造物に貫通孔を空けるボーリング工事が計画され、貫通孔径によっては鉄筋に干渉するが、コンクリート構造物の強度が十分であれば鉄筋自体の切断は許容される。次に、埋設物探査装置でボーリング予定周囲を事前探査して、切断してはならない電線管等の埋設物の存在を確認した後にボーリング工事が実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８８３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コンクリート構造物の内部には、通路等へのケーブル敷設の低減を目的として、施工時に電線管等を鉄筋の周囲に這わせる或いは鉄筋裏に固縛する等して埋設することがある。このように電線管等が鉄筋の裏に固縛されるなど、鉄筋の背後に隠れた電線管等の埋設物には電波が届かないため反射波が得られず、その検出は困難である。
【０００６】
本発明における実施形態の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、誘電体内に埋設されて障害物の背後に隠れた埋設物を、低コストに検出して探査できる埋設物探査装置及び埋設物探査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態における埋設物探査装置は、コンクリートや土を含む誘電体中に電波を送受信することで、前記誘電体内に存在する埋設物を探査する埋設物探査装置において、前記誘電体中に電波を送信する複数の電波送信部を備えた電波送信手段と、前記電波送信部のそれぞれに電力発生手段からの電力を供給して励振させ、前記各電波送信部から電波を送信させる給電回路手段と、前記埋設物にて反射した電波を受信して反射信号を出力する電波受信部を備えた電波受信手段と、前記電波受信部からの反射信号の時系列データと前記電波送信部による電波の発生タイミングとを用いて、前記埋設物の位置を演算する埋設物位置演算手段とを有し、前記給電回路手段は、前記電力発生手段から前記各電波送信部までの給電路の長さを切り換えて選択することにより、複数の前記電波送信部のそれぞれが送信する電波の励振位相差及び励振振幅差を変更して、これらの電波が合成される合成波の指向性角度を変更するよう構成され、この変更される指向性角度は、前記誘電体中の前記埋設物の想定位置に基づいて決定されるよう構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の実施形態における埋設物探査方法は、コンクリートや土を含む誘電体中に電波を送受信することで、前記誘電体内に存在する埋設物を探査する埋設物探査方法において、電力発生手段からの電力を電波送信手段の複数の電波送信部のそれぞれに供給して励振させ、これらの各電波送信部が電波を前記誘電体中に送信し、前記埋設物にて反射した電波を電波受信手段の電波受信部が受信して反射信号を出力し、前記電波受信部からの反射信号の時系列データと前記電波送信部による電波の発生タイミングとを用いて、前記埋設物の位置を演算して前記埋設物を探査する際に、前記電力発生手段から前記各電波送信部までの給電路の長さを切り換えて選択することにより、複数の前記電波送信部のそれぞれが送信する電波の励振位相差及び励振振幅差を変更して、これらの電波が合成される合成波の指向性角度を変更し、この変更される指向性角度は、前記誘電体中の前記埋設物の想定位置に基づいて決定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、誘電体内に埋設されて障害物の背後に隠れた埋設物を、低コストに検出して探査できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る埋設物探査装置を示す全体構成図。
【図２】図１の送信用及び受信用アンテナアレイ部が設置される走査ステージを示す平面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】図１の給電回路手段における給電路選択回路部の構成を示す概略図。
【図５】図１の送信用アレイアンテナ部が送信する電波の合成波（ビーム）の指向性を示し、（Ａ）が第１ビームの、（Ｂ）が第２ビームの、（Ｃ）が第３ビームのそれぞれ指向性を説明する説明図。
【図６】図１の埋設物探査装置による探査状況を示し、（Ａ）が第２または第３ビームを用いた探査状況を、（Ｂ）が第１ビームを用いた探査状況をそれぞれ説明する説明図。
【図７】鉄筋の背面に固着された電線管の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態に係る埋設物探査装置を示す全体構成図である。この図１に示す埋設物探査装置１０は、コンクリート構造物１（図３）等の誘電体中へ電波２（図４）を送受信することで、コンクリート構造物１内に存在する埋設物３（図６）を探査するものであり、電波送信手段としての送信用アレイアンテナ部１１、電波受信手段としての受信用アレイアンテナ部１２、走査手段としての走査ステージ１３（図２）、タイミング制御手段１５、励振電力発生手段１６、給電回路手段１７、反射信号取得手段１８、反射信号演算処理手段１９、信号記録手段２０、埋設物位置演算手段としての３次元マップ演算処理手段２１、及び探査結果表示手段２２を有して構成される。
【００１２】
ここで、電波２が送信される誘電体は、コンクリート構造物（コンクリート）１の他に、土、アスファルト、砂、ゴム、塩化ビニール樹脂、プラスチック、セラミックを少なくとも一つ備えたものである。また、埋設物３としては、誘電体がコンクリート構造物１の場合には、鉄筋４や電線管５（図６）などであり、誘電体が土や砂、アスファルトの場合には水道管や電線などである。
【００１３】
送信用アレイアンテナ部１１は、電波送信部としての送信用アンテナ素子部２３を複数備え、これらの送信用アンテナ素子部２３のそれぞれがコンクリート構造物１中へ電波２を送信する。これらの送信用アンテナ素子部２３は同一型式であり、直線状に所定間隔で同一向きに配列されている。また、受信用アレイアンテナ部１２は、電波受信部としての受信用アンテナ素子部２４を１個または複数個を備え、この受信用アンテナ素子部２４が、コンクリート構造物１中の埋設物３で反射された電波２を受信して反射信号を出力する。本実施形態では、受信用アレイアンテナ部１２は、複数個の同一型式の受信用アンテナ素子部２４が、直線状に所定間隔で同一向きに配列されて構成されている。
【００１４】
上述の送信用アンテナ素子部２３及び受信用アンテナ素子部２４は、同一の自己相似アンテナ（例えばボウタイアンテナ）で構成される。この自己相似アンテナは、連続的に自己相似となる形状を有し、例えば２つの円錐からなるアンテナである。
【００１５】
送信用アレイアンテナ部１１と受信用アレイアンテナ部１２は、図２及び図３に示すように、互いに独立し隣接して走査ステージ１３の走査プレート２５に設置される。この走査ステージ１３は、固定ステージ２６、可動ステージ２７及び走査プレート２５を有して構成され、固定ステージ２６が例えば矩形状のフレーム２８に掛け渡されて固定される。可動ステージ２７は、固定ステージ２６に直交して配置され、固定ステージ２６のモーター２９が駆動されることで、固定ステージ２６の長手方向（Ｘ方向）に沿って移動する。走査プレート２５は可動ステージ２７に設置され、この可動ステージ２７のモーター３０が駆動されることで、可動ステージ２７の長手方向（Ｙ方向）に沿って移動する。
【００１６】
走査ステージ１３のフレーム２８がコンクリート構造物１の探査面１Ａに載置され、走査プレート２５が固定ステージ２６及び可動ステージ２７の作用でＸ方向及びＹ方向に移動することで、この走査プレート２５に設置された送信用アレイアンテナ部１１及び受信用アレイアンテナ部１２は、コンクリート構造物１の探査面１Ａに沿って、この探査面１Ａ上でＸ方向及びＹ方向に走査される。走査ステージ１３による送信用アレイアンテナ部１１及び受信用アレイアンテナ部１２の走査は、所定間隔（例えば１ｃｍ〜５ｃｍ）の移動と停止を繰り返す間欠的な走査であり、各停止位置で送信用アレイアンテナ部１１による電波２の送信と受信用アレイアンテナ部１２による電波２の受信とがなされる。
【００１７】
ここで、送信用アレイアンテナ部１１と受信用アレイアンテナ部１２のそれぞれの筐体３１は、走査ステージ１３の走査プレート２５にダンパ３２を用いて緩衝支持される。更に、送信用アレイアンテナ部１１の筐体３１に対して複数の送信用アンテナ素子部２３のそれぞれは、緩衝機構としての例えばダンパ３３を用いて緩衝支持される。同様に、受信用アレイアンテナ部１２の筐体３１に対して複数の受信用アンテナ素子部２４のそれぞれは、緩衝機構としての例えばダンパ３３を用いて緩衝支持される。送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３と受信用アレイアンテナ部１２の受信用アンテナ素子部２４は、コンクリート構造物１の探査面１Ａが湾曲形状の場合であっても、上述のダンパ３２及び３３により、この探査面１Ａに密着可能に構成される。
【００１８】
更に、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３と受信用アレイアンテナ部１２の受信用アンテナ素子部２４には、コンクリート構造物１の探査面１Ａに接触する部位、例えば送信用アレイアンテナ部１１、受信用アレイアンテナ部１２のそれぞれの下縁を構成する角部に、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対する移動を円滑にするための円滑移動手段としての面取り加工部３４が設けられている。コンクリート構造物１の探査面１Ａが粗面であるため、送信用アレイアンテナ部１１及び受信用アレイアンテナ部１２の下縁の角部に面取り加工部３４が施されることで、送信用アレイアンテナ部１１及び受信用アレイアンテナ部１２は、走査ステージ１３による走査時に、コンクリート構造物１の探査面１Ａに引っ掛かることなく円滑に移動することが可能になる。
【００１９】
この円滑移動手段は、面取り加工部３４に限らず、コンクリート構造物１の探査面１Ａに接触する送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３、受信用アレイアンテナ部１２の受信用アンテナ素子部２４のそれぞれの下面に設けられる転動体（例えば測位検出回路と回転式エンコーダを設けたロータや車輪など）であってもよい。
【００２０】
図１に示すように、反射信号取得手段１８は、受信用アレイアンテナ部１２の受信用アンテナ素子部２４から出力された反射信号の時系列データを、給電回路手段１７を介して取得する。更に、反射信号取得手段１８は、送信用アレイアンテナ部１１の複数の送信用アンテナ素子部２３のいずれかから最初に送信される電波２の発生タイミングを取得する。この最初に送信される電波２の発生タイミングは、具体的にはタイミング制御手段１５から出力されるタイミング信号Ｔ１と同期しているため、このタイミング信号Ｔ１の出力タイミングが、上述の最初に送信される電波２の発生タイミングとして反射信号取得手段１８に取得される。
【００２１】
反射信号演算処理手段１９は、反射信号取得手段１８にて取得された反射信号の時系列データを、例えば逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理して周波数分解し、周波数に対して信号強度が変化する周波数ドメインのデータを演算して算出する。
【００２２】
信号記録手段２０は、反射信号取得手段１８にて取得された反射信号の時系列データと、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３のいずれかで最初に送信された電波２の発生タイミング（タイミング制御手段１５からのタイミング信号Ｔ１の出力タイミング）と、反射信号演算処理手段１９にて算出された周波数ドメインのデータとが記録される。更に、この信号記録手段２０には、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３と受信用アレイアンテナ部１２の受信用アンテナ素子部２４とが電波２をそれぞれ送信し受信した位置、つまりコンクリート構造物１の探査面１Ａに沿ったＸ方向及びＹ方向の走査ステージ１３の各停止位置に関するデータが記録される。
【００２３】
３次元マップ演算処理手段２１は、信号記録手段２０に記録されたデータのうち、特に、走査ステージ１３のＸ方向及びＹ方向の停止位置毎に求めた前述の周波数ドメインのデータを合成開口処理により３次元散布イメージングに変換した後、この３次元散布イメージンクから等密度曲線法等を用いて３次元探査マップを演算し生成する。この３次元マップ演算処理手段２１が生成する３次元探査マップは、探査結果表示手段２２に表示させるための埋設物３の３次元埋設位置であり、この３次元埋設位置は、コンクリート構造物１の探査面１Ａに沿うＸ方向及びＹ方向で且つ探査面１Ａからの深さ方向の位置である。３次元マップ演算処理手段２１にて生成された３次元探査マップが探査結果表示手段２２に表示される。
【００２４】
次に、送信用アレイアンテナ部１１の複数の送信用アンテナ素子部２３（送信用アンテナ素子部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ、２３Ｆ、２３Ｇ、２３Ｈ）から電波２を送信させるためのタイミング制御手段１５、励振電力発生手段１６及び給電回路手段１７について述べる。
【００２５】
ここで、送信用アイレアンテナ部１１から位相差を設けて電波２を送信するには、個々のアンテナ部２３にＶＰＳ（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＰＨＡＳＥ ＳＨＩＦＴＥＲ）やＭＩＸＥＲ等を設けて制御するのが一般的である。しかしながら、これらのデバイスは挿入損失が大きく、必要な利得を得るためにはＬＮＡ（ＬＯＷ ＮＯＩＳＥ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ）等を追加する等して回路が複雑化し、Ｓ／Ｎ比の低下を招く要因にもなる。また、ＶＰＳ等は使用できる周波数帯域が狭く、必要な周波数帯域が得られない場合がある。これに対して、本実施形態のＦＲスイッチ部５１、５２、５３と給電路４１、４２、４３の組み合わせは、サイズの問題はあるが挿入損失が低く、使用できる周波数帯域も広いため、性能低下を最小限に抑えることができると考えられる。
【００２６】
タイミング制御手段１５は、励振電力発生手段１６からパルス状の電力を発生させるためのタイミング信号Ｔ１を励振電力発生手段１６へ出力するが、このタイミング信号Ｔ１の前に、送信用アレイアンテナ部１１側と受信用アレイアンテナ部１２側の給電回路手段１７における後述の給電路選択回路部３６Ａ〜３６ＨのＲＦスイッチ部５１、５２、５３（図４）へ切換信号Ｔ０を出力する。
【００２７】
この切換信号Ｔ０は、送信用アレイアンテナ部１１から図５（Ａ）の合成波Ｐ１（後述）を送信させる場合には、ＲＦスイッチ部５１をＯＮ操作し、ＲＦスイッチ部５２及び５３をＯＦＦ操作させるものである。また、切換信号Ｔ０は、送信用アレイアンテナ部１１から図５（Ｂ）の合成波Ｐ２（後述）を送信させる場合には、ＲＦスイッチ部５２をＯＮ操作し、ＲＦスイッチ部５１及び５３をＯＦＦ操作させるものである。更に、切換信号Ｔ０は、送信用アレイアンテナ部１１から図５（Ｃ）の合成波Ｐ３（後述）を送信させる場合には、ＲＦスイッチ部５３をＯＮ操作し、ＲＦスイッチ部５１及び５２をＯＦＦ操作させるものである。本実施形態では、ＲＦスイッチ部５１、５２、５３のＯＮ、ＯＦＦ操作は、送信用アレイアンテナ部１１側の給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈと受信用アレイアンテナ部１２側の給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈとにおいて同一である。
【００２８】
タイミング制御手段１５は、励振電力発生手段１６にタイミング信号Ｔ１を出力して、この励振電力発生手段１６から送信用アレイアンテナ部１１側の給電回路手段１７へパルス状の電力を供給させるが、このタイミング信号Ｔ１を複数の受信用アレイアンテナ素子部２４へも出力する。これらの受信用アレイアンテナ部２４は、タイミング信号Ｔ１を入力することで動作状態になり、コンクリート構造物１内の埋設物３から反射した電波２を受信して反射信号を出力する。タイミング制御手段１５は、更にタイミング信号Ｔ１を反射信号取得手段１８へも出力する。この反射信号取得手段１８は、タイミング信号Ｔ１を、前述のごとく、送信用アンテナ素子部２３（送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈ）のいずれかから最初に送信された電波２の発生タイミングとして取得する。
【００２９】
給電回路手段１７は、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれに励振電力発生手段１６からパルス状の電力を供給して励振させ、これらの送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈから電波２を送信させるものである。そして、この給電回路手段１７は、電力分配回路部３５と、複数の給電路選択回路部３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ、３６Ｄ、３６Ｅ、３６Ｆ、３６Ｇ、３６Ｈと、を有して構成される。このうちの電力分配回路部３５は、励振電力発生手段１６に接続される１本の配線が順次分岐されて分岐配線となり、この分岐配線のそれぞれが給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれに接続される。
【００３０】
給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれは、電力分配回路部３５を介して励振電力発生手段１６に接続され、更に、ケーブル３７等を用いて送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれに接続される。給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれは、図１及び図４に示すように、異なる長さの複数本、例えば３本の給電路４１、４２、４３と、これらの給電路４１、４２、４３のそれぞれに接続されてＯＮ、ＯＦＦ操作される切換器としてのＲＦスイッチ部５１、５２、５３と、を備えて構成される。ここで、給電路４１、４２、４３は、図４では長さの異なる直線として表示されているが、実際には、所定距離Ｌの範囲で螺旋状、屈曲状または直線状に形成されることで、異なる長さに構成される。
【００３１】
ＲＦスイッチ部５１、５２、５３のいずれか１つがＯＦＦ操作からＯＮ操作されることで、このＯＮ操作されたＲＦスイッチ部５１、５２、５３に接続される給電路４１、４２、４３のいずれか１本が切り換られて選択される。この選択された給電路４１、４２または４３を用いて、電力分配回路部３５を介し、励振電力発生手段１６と送信用アンテナ素子部２３（送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈ）とが接続される。例えば、給電路選択回路部３６Ａにおいて、ＲＦスイッチ部５１がＯＮ操作され、ＲＦスイッチ部５２及び５３がＯＦＦ操作されたときには、このＯＮ操作されたＲＦスイッチ部５１に接続される給電路４１を用いて電力分配回路部３５を介し、励振電力発生手段１６と送信用アンテナ素子部２３Ａとが接続される。
【００３２】
給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれにおける給電路４１の長さは、図５（Ａ）に示すように、送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれから送信される複数の電波２が集束して合成される合成波（第１ビーム）Ｐ１が、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対し垂直方向の指向性Ｓ１を有するように設定されたものである。また、給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれにおける給電路４２の長さは、図５（Ｂ）に示すように、送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれから送信される複数の電波２が集束して合成される合成波（第２ビーム）Ｐ２が、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対する垂直方向に対して傾斜角αの斜め（図５（Ｂ）では右斜め）の指向性Ｓ２を有するよう設定されたものである。更に、給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれにおける給電路４３の長さは、図５（Ｃ）に示すように、送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれから送信される複数の電波２が集束して合成される合成波（第３ビーム）Ｐ３が、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対する垂直方向に対して傾斜角βの斜め（図５（Ｃ）では左斜め）の指向性Ｓ３を有するように設定されたものである。
【００３３】
つまり、給電回路手段１７の給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈのそれぞれは、異なる長さの給電路４１、４２または４３のいずれかをＲＦスイッチ部５１、５２、５３により選択することで、励振電力発生手段１６と送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれとの給電路の長さを切り換えて選択するものである。これにより、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれに到達する電力の到達時刻が給電路４１、４２、４３の長さに応じて変化して、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれが送信する電波２の発生タイミングが変化する。
【００３４】
例えば、送信用アンテナ素子部２３Ａにおいては、この送信用アンテナ素子部２３Ａに接続される給電路選択回路部３６Ａの給電路が最も短い給電路４２の場合に（図５（Ｂ））、送信する電波２の発生タイミングが最も早く、給電路選択回路部３６Ａの給電路が次に短い給電路４１の場合に（図５）（Ａ））、送信する電波２の発生タイミングが比較的早く、給電路選択回路部３６Ａの給電路が最も長い給電路４３の場合に（図５（Ｃ））、送信する電波２の発生タイミングが最も遅くなる。他の送信用アンテナ素子部２３Ｂや２３Ｃ、…においても、これらの送信用アンテナ素子部２３Ｂや２３Ｃ…のそれぞれに接続される給電路選択回路部３６Ｂ、３６Ｃ、…の給電路の長さが給電路４１（図５（Ａ））、給電路４２（図５（Ｂ））、給電路４３（図５（Ｃ））と変化することで、送信する電波２の発生タイミングが変化する。
【００３５】
このため、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈが送信するそれぞれの電波２の励振位相差及び励振振幅差は、給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈの給電路４１が選択される場合には、図５（Ａ）に示す励振位相差及び励振振幅差となり、給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈの給電路４２が選択される場合には、図５（Ｂ）に示す励振位相差及び励振振幅差となり、給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈの給電路４３が選択される場合には、図５（Ｃ）に示す励振位相差及び励振振幅差となる。このように、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈが送信するそれぞれの電波２の励振位相差及び励振振幅差は、給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈの給電路の長さが給電路４１、４２、４３と切り換えられて選択されることにより変更される。
【００３６】
送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈが送信するそれぞれの電波２の励振位相差及び励振振幅差が上述のように変更されることで、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれから送信される電波２が集束して合成される合成波は、図５（Ａ）の場合には、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対して垂直方向の位相差Ｓ１を有する合成波（第１ビーム）Ｐ１となり、図５（Ｂ）の場合には、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対する垂直方向に対し傾斜角αの斜め方向の指向性Ｓ２を有する合成波（第２ビーム）Ｐ２となり、図５（Ｃ）の場合には、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対する垂直方向に対し傾斜角βの斜め方向の指向性Ｓ３を有する合成波（第３ビーム）Ｐ３となる。
【００３７】
図６に示すように、例えば発電プラントなどのコンクリート構造物１中の埋設物３としての鉄筋４は、かぶり厚さＮがおよそ５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度であり、鉄筋４同士の間隔Ｍもおよそ１５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度である。また、鉄筋４が多段構造の場合でも、この鉄筋４を含めた埋設物３は、コンクリート構造物１の表面（探査面１Ａ）から６００ｍｍ程度の深さまでに留まっている。このため、送信用アレイアンテナ部１１から送信される合成波は、その指向性角度（或いは方向）を細分化しなくてもコンクリート構造物１の探査面１Ａに対し垂直方向の指向性Ｓ１を有する合成波Ｐ１と、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対する垂直方向に対し数十度の傾斜角α、βの指向性Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ有する合成波Ｐ２、Ｐ３であればよい。
【００３８】
つまり、図６（Ａ）に示すように、埋設物３としての電線管５が、埋設物３であり且つ障害物である鉄筋４の背後に隠れている場合には、送信用アレイアンテナ部１１から合成波Ｐ２またはＰ３を送信することで、この電線管５を検出して探査することが可能になる。電線管５が鉄筋４の背後に隠れていない場合には、図６（Ｂ）に示すように、送信用アレイアンテナ部１１から合成波Ｐ１を送信することで、この電線管５を検出して探査することが可能になる。これらの合成波Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、走査ステージ１３による送信用アレイアンテナ部１１及び受信用アレイアンテナ部１２の走査時における各停止位置で順次送信される。
【００３９】
ここで、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈから送信される電波２の周波数（即ち励振電力発生手段１６が発生するパルス状の電力の周波数）について、図７を参照して説明する。
【００４０】
鉄筋４の直径は約３８ｍｍであり、電線管５の直径は約２２ｍｍである。この鉄筋４の背後に電線管５が固着されている場合に、傾斜角βが約２０〜３０度程度の指向性Ｓ３を有する合成波Ｐ３がこれらの鉄筋４及び電線管５に当たると、この合成波Ｐ３が反射する鉄筋４の反射点Ｒ１と電線管５の反射点Ｒ２との深さ方向の間隔Ｈは、電線管５の位置にもよるが略４０ｍｍ前後となる。一方、コンクリート構造物１の比誘電率εは一般に４〜１２である。従って、この場合、コンクリート構造物１中を伝搬する合成波Ｐ３（電波２）の伝搬速度ｖは、ｃを光速としてｖ＝ｃ／√８となる。電線管５を鉄筋４と分離して検出するためには、合成波Ｐ３（電波２）の波長λをコンクリートの比誘電率に基づいて設定すればよい。
【００４１】
従って、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈから送信される電波２の周波数帯は、前述した波長λに基づいて設定することが望ましい。これにより、コンクリート構造物１内で鉄筋４の背後に隠れて密着した電線管５を検出することが可能になる。
【００４２】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（２）を奏する。
（１）送信用アレイアンテナ部１１は、この送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈのそれぞれが送信する電波２の励振位相差及び励振振幅差が変更されることで、これらの電波２が集束して合成される合成波の指向性を、合成波Ｐ１の場合に指向性Ｓ１、合成波Ｐ２の場合に指向性Ｓ２、合成波Ｐ３の場合に指向性Ｓ３に変更できる。このため、指向性Ｓ１を有する合成波Ｐ１はコンクリート構造物１の探査面１Ａに対し垂直方向に、指向性Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ有する合成波Ｐ２、Ｐ３は、コンクリート構造物１の探査面１Ａに対して斜め方向に、それぞれコンクリート構造物１中に送信されて伝搬するので、コンクリート構造物１内に埋設されて障害物（例えば鉄筋４）の背後に隠れた埋設物３（例えば電線管５）を好適に検出して探査できる。
【００４３】
（２）送信用アレイアンテナ部１１から送信される合成波の指向性の変更（合成波Ｐ１の場合の指向性Ｓ１、合成波Ｐ２の場合の指向性Ｓ２、合成波Ｐ３の場合の指向性Ｓ３）は、給電回動手段１５の給電路選択回路部３６Ａ〜３６Ｈにおける給電路４１、４２、４３のいずれか１つを選択することによって、励振電力発生手段１６から送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈまでの給電路の長さを切り換えて選択することで実現できる。この結果、送信用アレイアンテナ部１１の送信用アンテナ素子部２３Ａ〜２３Ｈから送信される電波２の発生タイミングを、ＶＰＳやＭＩＸＥＲ等で電子的に制御する場合に比べて、簡易な構成で、必要な指向性の合成波を選択できる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…コンクリート構造物、２…電波、３…埋設物、４…鉄筋、５…電線管、１０…埋設物探査装置、１１…送信用アレイアンテナ部（電波送信手段）、１２…受信アレイアンテナ部（電波受信手段）１３…走査ステージ（走査手段）、１６…励振電力発生手段、１７…給電回路手段、２１…３次元マップ演算処理手段（埋設物位置演算手段）、２３、２３Ａ〜２３Ｈ…送信用アンテナ素子部（電波送信部）、２４…受信用アンテナ素子部（電波受信部）、３２、３３…ダンパ（緩衝機構）、３４…面取り加工部（円滑移動手段）、３６Ａ〜３６Ｈ…給電路選択回路部、４１、４２、４３…給電路、５１、５２、５３…ＲＦスイッチ部（切換器）、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…合成波、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…指向性
【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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