(57)【要約】【課題】地中に埋設されている埋設物までの位置を適確に検知することを可能にする埋設物探査装置を提供する。【解決手段】地下を掘削推進する推進装置の先導体の先端に、電磁波を送信する一つまたは複数の送信アンテナと、互いに異なる指向角を有し、埋設物から反射される反射電磁波をそれぞれ受信する複数の受信アンテナとを設ける。【選択図】      図１
2004212324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下を掘削推進する推進装置の先導体の先端に設けられ、地中に埋設された埋設物を電磁波の送受信に基づいて探査する埋設物探査装置であって、
電磁波を送信する一つまたは複数の送信アンテナと、
互いに異なる指向角を有し、埋設物から反射される反射電磁波をそれぞれ受信する複数の受信アンテナと
を備えることを特徴とする埋設物探査装置。
【請求項２】
前記送信アンテナとして、偏波方向が互いに直交する二つの送信アンテナを設けるとともに、
前記指向角が異なる複数の受信アンテナとして、反射電磁波を受信するときの偏波方向が互いに直交する受信アンテナを偏波方向ごとに少なくとも二つずつ設けること
を特徴とする請求項１記載の埋設物探査装置。
【請求項３】
互いの近傍に配置されて対をなす送信アンテナと受信アンテナの組を複数設けることを特徴とする請求項１記載の埋設物探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に埋設され、地上からは目視することのできない埋設物を探査する埋設物探査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信ケーブル等を地下に収容する管を非開削工法によって建設する際に、地下を掘削推進する推進装置の先導体が近傍の埋設物へ衝突する事故を未然に防止するために、その先導体の先端に埋設物を探査するための埋設物探査装置を設けている。この埋設物探査装置はレーダの原理を応用したもので、電磁波を前方の地中に向けて照射する送信アンテナと、地中に埋設されている障害物としての埋設物から反射されてくる電磁波を受信する受信アンテナとを用いて埋設物の有無を検知する構成を有している。
【０００３】
図８は、従来の埋設物探査装置先端部の表面を表す説明図である。同図に示す埋設物探査装置４の先端部は、地中に照射する電磁波を送信する送信アンテナ４１と埋設物によって反射されてきた電磁波を受信する受信アンテナ４３とから構成されている。図９は、地中に埋設された埋設物５０を検知する埋設物探査装置４の側面図を表しており、二つの矢印は送信アンテナ４１から送信される電磁波と、埋設物５０から反射され、受信アンテナ４３によって受信される電磁波をそれぞれ概念的に表している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の埋設物探査装置は、探査時に推進装置の先導体が推進する前方の埋設物の有無しか検知できないため、埋設物までの距離、方向等の位置を正確に検知することができなかった。したがって、埋設物までの正確な位置が不明なため、埋設物の存在を検知した時点で推進装置の稼動を停止せざるを得なかった。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的は、地中に埋設されている埋設物までの位置を適確に検知することを可能にする埋設物探査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、地下を掘削推進する推進装置の先導体の先端に設けられ、地中に埋設された埋設物を電磁波の送受信に基づいて探査する埋設物探査装置であって、電磁波を送信する一つまたは複数の送信アンテナと、互いに異なる指向角を有し、埋設物から反射される反射電磁波をそれぞれ受信する複数の受信アンテナとを備えることを要旨とする。
【０００７】
請求項１記載の本発明によれば、推進装置の先導体の先端に搭載される一つまたは複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナの搭載位置や組合せを適宜調整し、複数の受信アンテナがそれぞれ受信した電磁波のデータを解析することにより、探査対象となる埋設物の存在の有無は勿論のこと、埋設物までの位置（距離、方向等）を適確に検知することが可能となる。
【０００８】
なお、ここでいう「埋設物」とは、通信ケーブル、金属管やコンクリート管等の管路に加え、岩盤等の特異な地質をも含む推進装置にとっての障害物全般を意味する。
【０００９】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の埋設物探査装置において、前記送信アンテナとして、偏波方向が互いに直交する二つの送信アンテナを設けるとともに、前記指向角が異なる複数の受信アンテナとして、反射電磁波を受信するときの偏波方向が互いに直交する受信アンテナを偏波方向ごとに少なくとも二つずつ設けることを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の本発明によれば、偏波方向が互いに９０度異なる（直交する）二つの送信アンテナと、互いに偏波方向が９０度異なる二組の受信アンテナの対とを備えた埋設物探査装置を提供することにより、埋設物までの位置（距離、方向等）を適確に検知することが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の本発明は、請求項１記載の埋設物探査装置において、互いの近傍に配置されて対をなす送信アンテナと受信アンテナの組を複数設けることを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の本発明によれば、互いの近傍に配置されて対をなす送信アンテナと受信アンテナの組が複数設けられた埋設物探査装置を提供することにより、埋設物までの位置（距離、方向等）を適確に検知することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の表面の構成を示す説明図である。同図に示す埋設物探査装置１先端部は、例えば推進装置の先導体の先端に装着されるものである。以後の説明においては、この埋設物探査装置の先端部を単に埋設物探査装置と称することもある。
【００１５】
埋設物探査装置１は、その先端部に送信アンテナ１１と二つの受信アンテナ１３ａ、１３ｂとが設けられている。受信アンテナ１３ａおよび１３ｂは互いに指向角が異なっている。この指向角は、図２の埋設物探査装置１側面図に示すように、受信アンテナ１３ａの電磁波ビームを図で前方から上方をカバーするように、もう一方の受信アンテナ１３ｂの電磁波ビームを図で前方から下方をカバーするように適宜調整されている。この結果、二つの受信アンテナのうちの少なくともいずれか一方が、前方にある埋設物から反射されてくる全ての反射電磁波を受信できるようになっている。より具体的には、電磁波ビームの角度が４０度乃至５０度程度（より好ましくは４５度程度）で、このような指向性を有する電磁波ビームが重なり合って前方をカバーするように二つの受信アンテナ１３ａおよび１３ｂを配置にする。なお、電磁波ビームの前方探査距離は、１．０ｍ乃至２．０ｍ程度（より好ましくは１．５ｍ程度）である。
【００１６】
本実施形態に係る埋設物探査装置１は、レーダの原理を応用したものであり、各送信および受信アンテナは、例えばティアドロップ形のエレメント形状を有するハーフピッチ３６ピンのディジタル専用インタフェースである。送信アンテナ１１から送信される電磁波は、送信パルス幅が１．０ｎｓ乃至１．５ｎｓ程度（中心周波数が６６０ＭＨｚ乃至１ＧＨｚ程度の電波に相当）、より好ましくは１．２ｎｓ程度（中心周波数８３０ＭＨｚ程度の電波に相当）のレーダパルスであるが、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、電磁波として連続波を用いることもできる。各送信および受信アンテナは、埋設物探査装置１の本体部とデータの授受を行う機能をさらに備えている。
【００１７】
埋設物探査装置１の本体部は、高出力を有するとともに低ノイズの回路から構成され、送信アンテナ１１から送信される電磁波（以後、送信波と呼ぶ）を発生する送信波発生部、受信アンテナ１３ａおよび１３ｂでそれぞれ受信する埋設物からの反射電磁波（以後、反射波と呼ぶ）をアナログ信号に変換するＡ／Ｄ変換部、アナログ変換された反射波を解析して埋設物の位置を検知するための演算処理を行う演算処理部、演算処理部で検知された埋設物の探査結果を出力するモニタを少なくとも有する。このうち、Ａ／Ｄ変換部の分解能は１６ビット程度（表示，保存時には８ビット程度）である。
【００１８】
演算処理部における演算処理は、より具体的には、受信アンテナ１３ａおよび１３ｂでそれぞれ受信した反射波の強度の差ならびに各受信アンテナが反射波を受信した時間の差等を計測し、この計測結果に探査場所の条件等に応じた補正を適宜加えることによって埋設物の位置を検知するものである。
【００１９】
図３は、受信アンテナ１３ａが受信アンテナ１３ｂよりも強い反射波を受信する場合を概念的に説明する説明図である。同図においては、送信波と二つの反射波を概念的に矢印で表している。図３に示すように、二つの受信アンテナ１３ａおよび１３ｂでそれぞれ受信する反射波は、埋設物の位置によってその強度に差を生じるため（反射波の矢印の長さが概ね強度の差異を表しているものとする）、埋設物のＺ方向（図３における鉛直下向き方向）の位置を適確に検知することができる。
【００２０】
図３を用いて説明した場合以外にも、例えば受信アンテナ１３ａおよび１３ｂが同時に同じ強度の反射波を受信したときには、推進装置前方の推進方向に埋設物が存在することを検知できる。
【００２１】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、送信アンテナと互いに異なる指向角を有する二つの受信アンテナが搭載された埋設物探査装置を推進装置の先導体の先端等に装着することにより、二つの受信アンテナがそれぞれ受信する反射波の強度、時間等の情報に基づいて推進方向の前方に存在する埋設物の位置を適確に検知することができる。この結果、推進装置の先導体が近傍の埋設物に衝突する事故を未然に防止することができる。
【００２２】
地中を推進する既存管路（金属管やコンクリート管等）の近傍に、地上から掘削することなく新たな管路を設置する場合には、既存管路からある一定の離隔距離を確保しながら施工することが要求される。本実施形態の埋設物探査装置をそのような管路新設時に適用すれば、前方だけでなく、上下方向の埋設物間での位置を適確に検知することができるので、前述した要求を満たしながら管路新設工事を施工することが可能となる。
【００２３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の表面の構成を示す説明図である。同図に示す埋設物探査装置２の先端部には、上記第１の実施形態の送信アンテナ１１、受信アンテナ１３ａおよび１３ｂにそれぞれ対応する送信アンテナ２１ａ、受信アンテナ２３ａおよび２３ｂに加えて、送信アンテナ２１ａと偏波方向が９０度異なる向きを有する送信アンテナ２１ｂ、ならびに受信アンテナ２３ａおよび２３ｂと偏波方向が９０度異なる向きを有する受信アンテナ２３ｃおよび２３ｄが設けられている。
【００２４】
埋設物探査装置２の先端部中央に設けられ、推進方向に垂直な正方形状の平面には、二つの送信アンテナ２１ａおよび２１ｂが、各アンテナの中心と前記平面の中心が一致するように配置される一方で、受信アンテナ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、前記平面の周囲に、前記平面に対して対称な位置関係を生じるように配置されている。各受信アンテナは、上記第１の実施形態と同様に指向角が互いに異なっており、前記平面に対して所定の角度をなし、前記平面をなす正方形の各辺から放射状に対称な四つの斜面上にそれぞれ設けられている。したがって、埋設物探査装置２を側面から見ると、図２に示す埋設物探査装置１の側面図と同様の射影形状をなしている。
【００２５】
図５は、以上説明した埋設物探査装置２の略前方からの斜視図である。なお、前述した受信アンテナ搭載用の斜面を設ける代わりに、先端部表面を一つの平面として、全ての送信アンテナおよび受信アンテナをその同一平面上に設けることも可能である。この場合にも、埋設物探査装置２を前方から見た先端部の表面が図４と同様になることはいうまでもない。
【００２６】
四つの受信アンテナを上述したように搭載することにより、埋設物探査装置２前方の全天方向をそれら四つの受信アンテナによってカバーすることができ、前方に埋設物が検知された場合には、その埋設物の鉛直方向（図３のＺ方向に相当）だけでなく、この鉛直方向と直交する水平方向の位置情報をも得ることが可能になる。
【００２７】
なお、本実施形態に係る埋設物探査装置の送受信アンテナ以外の構成については、送信アンテナと受信アンテナの数の増加に応じた送信波発生部等が追加される点を除けば、上述した第１の実施形態と同じである。また、反射波に基づいた埋設物の位置の検知方法についても、演算処理自体に受信アンテナ数の増加に伴う処理、特に水平方向に関する処理を加えること以外には特段の相違を有するものではない。
【００２８】
以上説明した本発明の第２の実施形態が、上記第１の実施形態と同様の効果を奏するものであることはいうまでもない。さらに、本実施形態によれば、推進装置の先導体先端に対する水平方向の位置情報も得ることができるため、より適確に埋設物の位置を検知することが可能となる。
【００２９】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の表面の構成を表す説明図である。同図に示す埋設物探査装置３は、その先端部に二組の送受信アンテナ対（送信アンテナ３１ａ、受信アンテナ３３ａ）、および（送信アンテナ３１ｂ、受信アンテナ３３ｂ）が、図７の側面図に示すように互いに異なる方向を向くように配置されている。この結果、上記実施形態と同様に受信アンテナ３３ａ、３３ｂは互いに指向角が異なり、各受信アンテナが受信する反射波を解析することによって埋設物の位置を検知することが可能になる。なお、二組の送受信アンテナ対同士が先端部搭載時になす角度は、目的、用途に応じて適宜調整される。また、アンテナの性質に鑑みるならば、図６および図７に示した送信アンテナと受信アンテナの搭載位置を逆にしても得られる効果に相違が生じるものではない。
【００３０】
図６および図７を参照して説明した本発明の第３の実施形態に係る埋設物探査装置においても、送受信アンテナ以外の構成ならびに埋設物を検知する際の作用は、上記二つの実施形態と本質的に同じである。したがって、本発明の第３の実施形態が、上記二つの実施形態と同様の効果を有するのは勿論である。
【００３１】
なお、本発明に係る埋設物探査装置は、以上説明したように推進装置の先導体先端に装着される以外にも、地中の埋設物を探査する作業に供されるさまざまな装置に装着可能であり、それらの装置に装着される場合にも上記同様の効果を奏するものであることはいうまでもない。このように、本発明は、上記同様の効果を有するさまざまな実施の形態等を当然含みうるものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、地中に埋設されている埋設物までの位置を適確に検知することを可能にする埋設物探査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の表面を表す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る埋設物探査装置による探査を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の表面を表す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の表面を表す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る埋設物探査装置先端部の略前方からの斜視図である。
【図８】従来の埋設物探査装置先端部の表面を表す説明図である。
【図９】従来の埋設物探査装置先端部の側面図である。
【符号の説明】
１、２、３、４  埋設物探査装置
１１、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１  送信アンテナ
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、３３ａ、３３ｂ、４３  受信アンテナ
５０  埋設物
【図１】
2004212324.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004212324.tif 000007
【図６】
2004212324.tif 000008
【図７】
2004212324.tif 000009
【図８】
2004212324.tif 000010
【図９】
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