(57)【要約】【課題】  地盤測定装置に適したアンテナを提供する。【解決手段】  低周波磁界を用いた地盤測定装置において電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するためのアンテナである。本アンテナは、正六面体による中空多面体３２と第一、第二、第三のコイル３４−１、３４−２、３４−３からなり、前記正六面体のそれぞれの面に磁性体３３を設置し、前記正六面体の外側には、前記第一、第二、第三のコイルをそれらの中心軸が前記正六面体の面とそれぞれ直交する三軸座標系の軸に一致し、かつ前記第一、第二、第三のコイルの中心点が共通となるように設置した。【選択図】      図１
2005027249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波磁界を用いた地盤測定装置において電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するためのアンテナにおいて、
多面体とコイル群からなり、前記多面体のそれぞれの面に磁性材料を設置し、前記多面体の外側に前記コイル群を備えていること特徴とするアンテナ。
【請求項２】
低周波磁界を用いた地盤測定装置において電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するためのアンテナにおいて、
多面体とコイル群からなり、前記多面体のそれぞれの面に磁性材料を設置すると共に、前記多面体の外側に前記コイル群をそれらの中心点が共通となるように設置したことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
低周波磁界を用いた地盤測定装置において電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するためのアンテナにおいて、
多面体と第一、第二、第三のコイルからなり、前記多面体を正六面体としてそれぞれの面に磁性材料を設置し、前記正六面体の外側に前記第一、第二、第三のコイルをそれらの中心軸が前記正六面体の面とそれぞれ直交する三軸座標系の軸に一致するように設置したことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
低周波磁界を用いた地盤測定装置において電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するためのアンテナにおいて、
多面体と第一、第二、第三のコイルからなり、前記多面体を正六面体としてそれぞれの面に磁性材料を設置し、前記正六面体の外側に、前記第一、第二、第三のコイルをそれらの中心軸が前記正六面体の面とそれぞれ直交する三軸座標系の軸に一致し、かつ前記第一、第二、第三のコイルの中心点が共通となるように設置したことを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナにおいて、前記多面体を中空としてその内側に電気回路を配置したことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低周波磁界を用いる地盤測定装置に適したアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底軟弱地盤に盛土を行う場合、地盤の沈下や側方移動が問題とされていた。この場合、沈下計や傾斜計といった地盤の変化あるいは変位を測定する測定センサが使用されている。これらの測定センサと海上の測定装置間の信号伝送には、ケーブルによる伝送方式と、測定センサ部に電池を内蔵させてセンサ出力信号を無線で海上へ伝送する方式とが用いられている。
【０００３】
測定センサの伝送路としてケーブルを用いた場合、海底地盤の沈下量や側方移動量が大きい所では測定センサのケーブルが切断されることが多く、伝送方式としては不適切とされることが多かった。加えて、波や潮流の動きがあるため、長期にわたる計測を行う場合にはケーブルの強度を高める必要があり、コストの点からもケーブルを用いずに無線で信号を送る信号伝送方式が必要となっている。
【０００４】
この対策として電波や音波を用いる伝送方式が考えられている。しかし、周波数の高い電波を用いる方式では、海水や地盤による減衰によって受信側において信号を検出することが不可能になるという欠点があった。一方、音波を用いる方式でも、送信部の上方にある盛土や地盤中を伝搬する際の減衰により受信側において信号を検出することがほとんど不可能という欠点があった。
【０００５】
このような理由から１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の低周波磁界を伝送媒体として用いる磁気信号伝送方式が用いられる傾向になりつつある。
【０００６】
図７は従来の地盤測定装置の第一の例として地盤変位測定装置を説明する図である。この地盤変位測定装置は、海底に設置した測定センサ７１から得られる地盤情報を海上側からの送信指令により海上へ伝送する海底側装置７０と、海上から送信指令を発して海底側装置７０からの地盤情報を受信する海上側装置８０とを備えている。
【０００７】
海底側装置７０は、測定センサ７１と、通信回路７２と、円筒状の送信用ソレノイドコイル７３と、円筒状の受信用ソレノイドコイル７４とを備えている。通信回路７２と送信用ソレノイドコイル７３と受信用ソレノイドコイル７４は一つの耐圧容器７５に収納されている。測定センサ７１は用途に応じ耐圧容器７５の内部または外部に設置する。
【０００８】
海上側装置８０は、コンピュータ８１と、通信回路８２と、円筒状の送信用ソレノイドコイル８３と、円筒状の受信用ソレノイドコイル８４とを備えている。特に、送信用ソレノイドコイル８３、受信用ソレノイドコイル８４はそれぞれ個別の容器８５、８６に収納されている。
【０００９】
海上側装置８０においては、コンピュータ８１から出力される送信指令は通信回路８２で所定の信号変換が行われ、送信用ソレノイドコイル８３で磁気信号に変換される。送信用ソレノイドコイル８３が発生した磁気信号は海底側装置７０の受信用ソレノイドコイル７４で磁気信号から電気信号に変換され、この電気信号は通信回路７２で送信指令として判定される。通信回路７２に送信指令が入力されると、通信回路７２は測定センサ７１からの地盤情報を入力し、電気信号に変換する。海底側装置７０の送信用ソレノイドコイル７３は通信回路７２からの電気信号を受けて磁気信号に変換する。送信用ソレノイドコイル７３が発生した磁気信号は海上側装置８０の受信用ソレノイドコイル８４で磁気信号から電気信号に変換され、この電気信号は通信回路８２で地盤情報に変換される。コンピュータ８１は通信回路８２から出力される地盤情報を記録したり、表示する（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
上記の地盤変位測定装置は、磁気信号の伝送を行う上で、海上側装置８０の送信用ソレノイドコイル８３の中心軸と海底側装置７０の受信用ソレノイドコイル７４の中心軸、さらに海上側装置８０の受信用ソレノイドコイル８４の中心軸と海底側装置７０の送信用ソレノイドコイル７３の中心軸はそれぞれ同一直線上にあることが望ましい。それぞれの中心軸が一致していないと磁気信号の伝送効率が低下する。特に、それぞれの中心軸が直交する場合では磁気信号の伝送が行えない場合も生じる。
【００１１】
これを考慮して、海底側装置７０の送信用ソレノイドコイル７３ならびに受信用ソレノイドコイル７４は予め中心軸が鉛直方向に向くように海底に設置し、地盤情報を収録する際に海底側装置７０の直上で海上側装置８０の送信用ソレノイドコイル８３ならびに受信用ソレノイドコイル８４の中心軸が鉛直方向に向くように設置することが一般的である。しかし、軟弱地盤に海底側装置８０を設置した場合では、地盤変動と共に海底側装置８０が不測の方向に傾き、磁気信号の伝送効率が低下するという問題点があった。
【００１２】
図８は従来の地盤測定装置の第二の例として低雑音地中情報収集装置を示した図である。この地中情報収集装置は、地中に差し込まれる鋼製ロッド９０と、鋼製ロッド９０の先端付近に設けられた地中側装置１００と、地上側装置１１０とを備えている。
【００１３】
地中側装置１００は、鋼製ロッド９０の先端付近に設けられた温度センサ１０１と、鋼製ロッド９０の先端付近に設けられて温度センサ１０１で検出された検出信号を地中情報信号として受け、この地中情報信号により搬送波を変調して変調搬送波を出力する送信回路部と、鋼製ロッド９０の中心軸と一致する中心軸を持ち、上記変調搬送波により磁気信号を発生し、この磁気信号を鋼製ロッド９０を通してその上端側に伝送する送信コイル１０２とを備えている。
【００１４】
送信回路部は、温度センサ１０１のアナログ検出信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１０３と、Ａ／Ｄ変換回路１０３からのディジタル検出量を伝送に適した符号に変換する伝送符号発生装置１０４と、搬送波を発生するための発振回路１０５と、伝送符号発生装置１０４からの符号で搬送波を変調して変調搬送波を出力するための変調回路１０６と、変調搬送波を増幅して送信コイル１０２に与える増幅回路１０７とを有している。この送信回路部は、鋼製ロッド９０内に収容されるが、便宜上、鋼製ロッド９０の外側に示している。
【００１５】
地上側装置１１０は、鋼製ロッド９０の長さ方向と中心軸が平行になるように地表に配置され、送信コイル１０２が発生した磁気信号を誘導電気信号に変換する主受信コイル１１１と、上記誘導電気信号を復調器入力信号として受けて上述した地中情報信号を復調する復調回路部とを備えている。
【００１６】
地上側装置１１０はまた、主受信コイル１１１の中心軸と直交する方向の中心軸を持つように巻かれ、主受信コイル１１１に隣接して設けられて、雑音振幅と雑音位相とを有する第一の誘導雑音信号を発生する第一の雑音受信コイル１１２と、主受信コイル１１１の中心軸及び第一の雑音受信コイル１１２の中心軸と直交する方向の中心軸を持ち、主受信コイル１１１に隣接して設けられて、雑音振幅と雑音位相とを有する第二の誘導雑音信号を発生する第二の雑音受信コイル１１３とを有する。
【００１７】
地上側装置１１０は更に、第一及び第二の雑音受信コイル１１２、１１３の各々の出力を合成して主受信コイル１１１に誘起される雑音波形に極めて近い合成雑音波形を得る雑音合成回路１１４と、雑音合成回路１１４の出力の振幅と位相を主受信コイル１１１の出力の雑音成分の振幅と位相に一致するように調整する振幅・位相調整回路１１５と、振幅・位相調整回路１１５の調整した出力と主受信コイル１１１の出力との差信号を取り出して復調器入力信号として出力する差動回路１１６と、復調器１１７とを有する。
【００１８】
この地中情報収集装置は、送信コイル１０２の発生した磁気信号を感度方向性の異なる第一及び第二の雑音受信コイル１１２、１１３を用いて受信し、第一及び第二の雑音受信コイル１１２、１１３の出力を合成して合成雑音信号を得ている。そして、この合成雑音信号の振幅と位相を、主受信コイル１１１に入射する雑音性信号に一致するように調整し、主受信コイル１１１より得られる信号から減算することにより、主受信コイル１１に含まれる雑音を除去し、信号対雑音比を改善している（例えば、特許文献２、３参照）。
【００１９】
しかしながら、上記の地中情報収集装置では、主受信コイル１１１、第一及び第二の雑音受信コイル１１２、１１３が異なる位置に配置されているため、主受信コイル１１１で雑音として受信される磁気信号の成分と第一及び第二の雑音受信コイル１１２、１１３で受信される磁気信号の成分が異なる。その結果、主受信コイル１１で雑音として受信される磁気信号を、第一及び第二の雑音受信コイル１１２、１１３で再現することができない場合があるという問題があった。
【００２０】
更に、地盤計測装置の第三の例として、低周波磁界を利用することにより、光波距離計やトランシッ卜等では測定できない見通しの悪い地表や地中の測点の位置を三次元座標系で求めることができる斜面測定装置が提案されている。
【００２１】
図９、図１０を参照して、上記提案による斜面測定装置について説明する。
【００２２】
図９において、斜面測定装置は交番信号を出力する信号発生回路として、発振回路１１とその出力を増幅するための増幅器１２とを有する。発振回路１１の周波数は可聴帯域が望ましいが、これに限定されない。また、斜面測定装置は互いに直交する三軸座標系のそれぞれの軸に中心軸が一致するように一体化され、ある特定位置に配置される第一、第二、第三の励磁コイルＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３と、第一〜第三の励磁コイルＥｘ１〜Ｅｘ３を増幅器１２の出力で順に励磁するための第一の切り替え回路１３を有する。
【００２３】
第一のコンピュータ１５は発振回路１１の制御を行うとともに、第一の切り替え回路１３を制御し、所定手順で第一〜第三の励磁コイルＥｘ１〜Ｅｘ３を順次励磁する。第一のコンピュータ１５はまた、アンテナを備えた第一の通信回路１６及び第二の通信回路２６を用いた無線通信により第二のコンピュータ２５を制御する。
【００２４】
斜面測定装置は更に、互いに直交する三軸座標系のそれぞれの軸に中心軸が一致するように一体化して測定対象位置に配置される第一、第二、第三の検出コイルＤｘ１、Ｄｘ２、Ｄｘ３と、第一〜第三の検出コイルＤｘ１〜Ｄｘ３の出力を順に取り出すための第二の切り替え回路２３とを有する。第二の切り替え回路２３には、第二の切り替え回路２３で選択された出力の検波を行う検波回路２７が接続されている。検波回路２７の出力は電圧計２８により電圧信号として取り出される。
【００２５】
第二のコンピュータ２５は、第一の通信回路１６と第二の通信回路２６を用いた無線通信により第一のコンピュータ１５で制御されて第二の切り替え回路２３を制御する。つまり、第二のコンピュータ２５は第一のコンピュータ１５から第二の切り替え回路２３における切り替え手順に関する情報を受けて、この情報に基づく所定手順で第二の切り替え回路２３を切り替え、これにより電圧計２８から得られる第一〜第三の検出コイルＤｘ１〜Ｄｘ３の誘起電圧を収録する。第二のコンピュータ２５に収録された第一〜第三の検出コイルＤｘ１〜Ｄｘ３の誘起電圧は第一の通信回路１６と第二の通信回路２６を用いた無線通信により第一のコンピュータ１５に収録され、第一のコンピュータ１５は以下に述べる方法で測定対象位置座標を演算する。
【００２６】
図１０は上記の斜面測定装置の測定状況を示す図である。第一〜第三の励磁コイルＥｘ１〜Ｅｘ３、発振回路１１、増幅器１２、第一の切り替え回路１３、第一のコンピュータ１５、第一の通信回路１６からなる第一の測定機器は移動可能な車両上に搭載されている。
【００２７】
一方、第二の切り替え回路２３、検波回路２７、電圧計２８、第二のコンピュータ２５、第二の通信回路２６といった第二の測定機器ならびに路面下あるいは斜面内に配置された第一〜第三の検出コイルＤｘ１〜Ｄｘ３を少なくとも１組、斜面上の測定対象位置に配置する。これにより、道路に沿って路面下あるいは斜面内に複数の測定対象位置を設定すれば、車両を移動させて順次測定を行うことが可能となる。
【００２８】
なお、第一の測定機器は車両以外の移動体に配置したり、移動体から路面上や斜面上に下ろしてから測定を行うようにされ得る。また、第二の測定機器を移動体に搭載し、第一の測定機器を測定対象位置に配置する場合もあり得る。
【００２９】
また、第二のコンピュータ２５ならびに第一の通信回路１６と第二の通信回路２６を使用せず、発振回路１１、増幅器１２、第一の切り替え回路１３、第二の切り替え回路２３、検波回路２７、電圧計２８といった測定機器を車両上に配置し、ケーブルを用いて前記の測定機器と第一〜第三の検出コイルＤｘ１〜Ｄｘ３とを接続するようにされ得る（例えば、特願２００２−３２２７９４）。
【００３０】
しかしながら、上記提案による斜面計測装置では、第一、第二、第三の励磁コイル群と第一の測定機器、または第一、第二、第三の検出コイル群と第二の測定機器は別の筐体に配置されケーブルにより接続されている。これは、第一、第二、第三の励磁コイル群または第一、第二、第三の検出コイル群の近傍にケーブル等の導体が存在することになり、前記各コイル周辺の磁界により導体に渦電流が発生する。渦電流は二次的に磁界を発生させるために前記各コイル周辺の磁界の分布を歪ませ、位置の検出精度が低下するという問題点があった。
【特許文献１】特開平９−５３９５８号公報
【特許文献２】特開平８−１８５１５号公報
【特許文献３】特開平９−１３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、上記のような欠点の無い新しい信号伝送技術による地盤測定装置に適したアンテナを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明は、低周波磁界を用いた地盤測定装置において電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するためのアンテナである。
【００３３】
本発明の第１の態様によれば、多面体とコイル群からなり、前記多面体のそれぞれの面に磁性材料を設置し、前記多面体の外側に前記コイル群を備えていること特徴とするアンテナが提供される。
【００３４】
本発明の第２の態様によれば、多面体とコイル群からなり、前記多面体のそれぞれの面に磁性材料を設置すると共に、前記多面体の外側に前記コイル群をそれらの中心点が共通となるように設置したことを特徴とするアンテナが提供される。
【００３５】
本発明の第３の態様によれば、多面体と第一、第二、第三のコイルからなり、前記多面体を正六面体としてそれぞれの面に磁性材料を設置し、前記正六面体の外側に前記第一、第二、第三のコイルをそれらの中心軸が前記正六面体の面とそれぞれ直交する三軸座標系の軸に一致するように設置したことを特徴とするアンテナが提供される。
【００３６】
本発明の第４の態様によれば、多面体と第一、第二、第三のコイルからなり、前記多面体を正六面体としてそれぞれの面に磁性材料を設置し、前記正六面体の外側に、前記第一、第二、第三のコイルをそれらの中心軸が前記正六面体の面とそれぞれ直交する三軸座標系の軸に一致し、かつ前記第一、第二、第三のコイルの中心点が共通となるように設置したことを特徴とするアンテナが提供される。
【００３７】
上記のいずれの態様においても、前記多面体を中空としてその内側に電気回路を配置することができる。
【発明の効果】
【００３８】
上記の構造においては、直交する三軸座標系のそれぞれの軸に中心軸が一致し、かつコイルの中心を共有した第一、第二、第三のコイルが得られる。このコイル群は、送信時に磁気信号の伝送に最も効率の良いコイルのいずれか、または複数の組み合わせを選択して送信用コイルとして使用することで、送信用コイルの中心軸と受信用コイルの中心軸が直交して通信不能になることを防ぐことが可能となる。
【００３９】
また、それぞれのコイルが発生する磁束は中空の正六面体の面に設置した磁性体に集中するために磁性体の内側を通過する磁束は大きく減少することになる。更に、コイルの内側に透磁率の高い磁性体があることからコイル内側の磁束密度を高くすることができ、発生する磁気信号のエネルギ効率を向上させることができる。
【００４０】
更に、このコイル群は受信時に磁気信号の伝送に最も効率の良いコイルのいずれか、または複数の組み合わせを自動的に選択して受信用コイルとして使用することで、送信用コイルの中心軸と受信用コイルの中心軸が直交して通信不能になることを防ぐことが可能となる。
【００４１】
また、通信回路が正六面体状に設置した磁性体の内側にあるため通信回路が発生する電界ノイズはコイルに対して遮蔽されることになる。
【００４２】
更に、第一、第二、第三のコイルは相互に位置関係が同様となるために電気特性をそろえることができ、それらが共通とする中心点における直交三軸方向の磁気信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図１は本発明によるアンテナを、図７で説明したような地盤変位測定装置に適用した実施例を示した図である。本地盤変位測定装置は、海底に設置した測定センサ３１から得られる地盤情報を海上側装置４０からの送信指令により海上へ伝送する海底側装置３０と、海上から送信指令を発して海底側装置３０からの地盤情報を受信する海上側装置４０とからなる。
【００４４】
図７で説明したのと同様に、海上側装置４０は、コンピュータ４１と、通信回路４２と、送信用ソレノイドコイル４３と、受信用ソレノイドコイル４４とを備えている。送信用ソレノイドコイル４３、受信用ソレノイドコイル４４は、それぞれ個別の容器４５、４６に収納されている。
【００４５】
海底側装置３０は、測定センサ３１と、中空多面体３２と電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するために中空多面体３２に巻回されたコイルとから成るアンテナと、中空多面体３２内に内蔵される通信回路３５とを有する。後述する説明で明らかになるように、コイルは受信、送信に兼用される。中空多面体３２は正六面体であり、それぞれの外面には磁性材料としてフェライト板３３を設置している。
【００４６】
ここで、それぞれの面のフェライト板３３は、正六面体の面である正四角形よりわずかに小さい正四角形として互いに接触しないように設置されている。コイルは、フェライト板３３を含めた中空多面体３２の外側に互いに直交する三軸座標系のそれぞれの軸に中心軸が一致し、かつそれぞれの中心点が一致する第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３から成る。これらは一つの耐圧容器３６に収納され、測定センサ３１は用途に応じ耐圧容器３６の内部または外部に設置する。
【００４７】
コンピュータ４１から出力される送信指令は、通信回路４２で所定の信号変換が行われて、送信用ソレノイドコイル４３で磁気信号に変換される。海底側装置３０の通信回路は、中心軸の方向が異なる第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３からそれぞれ得られる受信信号を選択して加算する演算増幅器を有している。演算増幅器は、最も大きく磁気信号が得られる組み合わせを自動的に選択して、海上側装置４０の送信用ソレノイドコイル４３が発生した磁気信号を海底側装置３０のコイルで電気信号に変換する。
【００４８】
このようなコイルの構成によれば、海上側装置４０の送信用ソレノイドコイル４３と海底側装置３０のコイルの中心軸が直交して、海底側装置３０のコイルにおいて磁気信号が得られないという問題を回避することができる。
【００４９】
海底側装置３０のコイルからの電気信号は海底側装置３０の通信回路３５で送信指令として判定される。通信回路３５に送信指令が入力されると、通信回路３５は測定センサ３１からの地盤情報を所定の信号に変換する。通信回路３５で電気信号に変換された地盤情報は、通信回路３５が送信指令を受信したときのコイル群の組み合わせを並列させて磁気信号に変換する。これにより、海底側装置３０のコイルと海上側装置４０の受信用ソレノイドコイル４４の中心軸が直交して、受信用ソレノイドコイル４４において磁気信号が得られないという問題を回避することができる。
【００５０】
海底側装置３０のコイル群が発生した磁気信号は受信用ソレノイドコイル４４で磁気信号から電気信号に変換され、この電気信号は通信回路４２で地盤情報に変換される。コンピュータ４１は通信回路４２から出力される地盤情報を記録し、また表示する。
【００５１】
なお、図示されていないバッテリを電源としていることや、電気信号を２値位相変調方式（ＢＰＳＫ）や２値周波数変調方式（ＢＦＳＫ）を用いて磁気信号に変換していること、ならびに海底側装置３０が複数個設置される場合には、これら複数の海底側装置３０を個別のＩＤ番号で制御することは言うまでもない。
【００５２】
また、海上側装置４０からの指令信号に、海底側装置３０の通信回路３５が使用するソレノイドコイルの組み合わせの情報を加えることで、通信回路３５が使用するソレノイドコイルの組み合わせを任意に設定できることは言うまでもない。
【００５３】
図２は、図１に示された海底側装置３０の構成を示す図である。前述したように、海底側装置３０には測定センサ３１と、電気信号から磁気信号に変換する、または磁気信号から電気信号に変換するための第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３と、通信回路３５とがある。ここでは図示していないが、海底側装置３０は、図１で説明した通り、中空多面体３２は正六面体でそれぞれの外面にフェライト板３３を設置している。そして、それぞれの面に設置したフェライト板３３は、正六面体の面である正四角形よりわずかに小さい正四角形として互いに接触しないように設置されている。第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３は、中空多面体３２に該中空多面体３２の面に直交する三軸座標系のそれぞれの軸に中心軸が一致し、かつ中心点を共有するように中空多面体３２とフェライト板３３の外側に設置されている。ここでは磁性材料としてフェライトを使用しているが、その他の磁性材料でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５４】
中空多面体３２の内側に通信回路３５が設置されている。通信回路３５は切替回路３５−１、送信回路３５−２、受信回路３５−３、測定回路３５−４ならびに電源回路３５−５から成る。第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３、中空多面体３２ならびに通信回路３５は一つの耐圧容器に収納され、測定センサ３１は用途に応じ耐圧容器の内部または外部に設置する。
【００５５】
ここで、海底側装置３０の動作の流れについて説明する。切替回路３５−１は、通常、第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３と受信回路３５−３とを接続している。また、切替回路３５−１は第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３からそれぞれ得られる受信信号を選択して加算する演算増幅器を有している。受信回路３５−３は所定の時刻に切替回路３５−１を制御して以下の７通りのソレノイドコイルの組み合わせで順次受信動作を行う。
【００５６】
Ａ．第一のソレノイドコイル３４−１のみ
Ｂ．第二のソレノイドコイル３４−２のみ
Ｃ．第三のソレノイドコイル３４−３のみ
Ｄ．第一と第二のソレノイドコイル
Ｅ．第一と第三のソレノイドコイル
Ｆ．第二と第三のソレノイドコイル
Ｇ．第一と第二と第三のソレノイドコイル
海上側装置４０の送信用ソレノイドコイル４３が発生した磁気信号を海底側装置３０のコイル群で受信すると、切替回路３５−１は７通りのソレノイドコイルの組み合わせから最も大きく磁気信号が得られる組み合わせを自動的に選択して電気信号に変換する。
【００５７】
ここで、第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３はそれらの共通する中心点における磁気信号の直交三軸方向成分をそれぞれ受信していることになる。それ故、海上側装置４０の送信用ソレノイドコイル４３と海底側装置３０のソレノイドコイルの中心軸が直交し、海底側装置３０において磁気信号が得られないという問題を回避することができる。
【００５８】
切替回路３５−１からの電気信号は受信回路３５−３で送信指令として判定される。受信回路３５−３は海上側装置４０からの一定以上のレベルの磁気信号を検出する機能を有しており、一定レベル未満の磁気信号及び背景雑音等は無効として処埋する。受信回路３５−３に送信指令が入力されると、測定回路３５−４は測定センサ３１からの地盤情報を収録する。
【００５９】
一方、送信回路３５−２は受信回路３５−３からの指示により切替回路３５−１を制御して第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３と送信回路３５−２とを接続させる。送信回路３５−２は地盤情報を所定の電気信号に変換し、受信回路３５−３が送信指令を受信した時のコイルの組み合わせを並列させて第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３により磁気信号に変換する。これは以下の理由による。海上側装置４０の送信用ソレノイドコイル４３と受信用ソレノイドコイル４４は海底側装置３０から見て略同一方向に存在する。このため、送信用ソレノイドコイル４３と受信用ソレノイドコイル４４の軸を平行に設定しておけば、海底側装置３０における受信時に最も大きく受信信号が得られた海底側装置３０のソレノイドコイルの組み合わせで並列して送信することが最も伝送効率が良いことになる。
【００６０】
電源回路３５−５は通信回路３５内の各要素に電力を供給している。電源回路３５−５は電源となるリチウムバッテリを含んでいるが、その他のバッテリや、電源線を介して外部から供給される電源を使用しても同様な効果が得られることはいうまでも無い。
【００６１】
図２では図示していない海上側装置４０では、海底側装置３０のソレノイドコイル群が発生した磁気信号を海上側装置４０の受信用ソレノイドコイル４４で磁気信号から電気信号に変換し、この電気信号を通信回路４２で地盤情報に変換する。コンピュータ４１は通信回路４２から出力される地盤情報を記録し、また表示する。
【００６２】
図３は本発明によるアンテナにおいて、海底側装置３０の第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３を送信用として使用した場合の磁束の状態を説明する図である。但し、ここでは３つのソレノイドコイルのうち１つを励磁した場合について断面で示している。
【００６３】
励磁しているソレノイドコイルは、正六面体の面に設置された６つのフェライト板３３のうち接している４つのフェライト板３３に巻かれている形となる。ソレノイドコイルを送信用として使用する場合、その内側に透磁率の高いフェライト板３３を配置することでソレノイドコイルから出た磁束はフェライト板３３に集中して通過しやすい。このため、４つのフェライト板３３で囲まれた空間の内側を通過する磁束は減少する。これにより、内部の電子回路が受けるノイズも減少し、動作も安定することになる。また、励磁されたソレノイドコイルに接していない残り２つのフェライト板３３は、その他の４つのフェライト板３３で囲まれた空間の内側に配置されることになるため、ソレノイドコイルが発生した磁束に影響を与えない。
【００６４】
なお、磁性材料としてフェライトを使用しているが、珪素鋼板などの他の磁性体を採用した場合でも同様な効果が得られることは言うまでもない。
【００６５】
図４は本発明によるアンテナにおいて、海底側装置３０の第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３を受信用コイルとして使用した場合の電子回路が発生する電磁波の状態を説明する図である。但し、ここでは３つのソレノイドコイルのうち１つについて断面で示している。
【００６６】
一つのソレノイドコイルに着目すると、ソレノイドコイルは正六面体の面に設置された６つのフェライト板３３のうち接している４つのフェライト板に巻かれている形となる。それ故、電子回路は４つのフェライト板３３に囲まれた空間の内側に配置された形となる。ソレノイドコイルは微小な磁気信号を検出するためのものである故、ソレノイドコイルの中心部に配置した電子回路が放射する微小な電磁波はノイズとなる。しかし、ソレノイドコイルの内側に配置したフェライト板３３が磁気的な閉回路を形成するため、電子回路が発生する電磁波は四角筒状のフェライト板３３の外部に出ない。その結果、ソレノイドコイルは信号対雑音比を低下させることなく磁気信号から電気信号へ変換することができる。
【００６７】
ここでは一つのソレノイドコイルに着目して説明しているが、海底側装置３０の第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３はいずれも同様に４つのフェライト板３３で形成される四角筒に巻かれている形となるので、同様の効果が得られる。
【００６８】
なお、本発明によるアンテナを第二の実施例として図８で説明したような低雑音地中情報収集装置に適用する場合、図８に示されている主受信コイル１１１、ならびに第一、第二の雑音受信コイル１１２、１１３として、図５に示している本発明によるアンテナの第一、第二、第三のソレノイドコイル３４−１、３４−２、３４−３を用いることができる。図５に示したアンテナは、図１で説明したアンテナとまったく同じである。これは、直交する三軸座標系のそれぞれの軸にコイルの中心軸が一致し、かつコイルの中心を共有した主受信コイル、第一、第二の雑音受信コイルが得られることを意味する。このことから、主受信コイル、第一、第二の雑音受信コイルで共通とする中心点における直交三軸方向の磁気信号を得ることができ、主受信コイルで雑音として受信される磁気信号を第一、第二の雑音受信コイルで受信される磁気信号で再現することができる。その結果、低雑音地中情報収集装置用のアンテナとして使用する場合、信号対雑音比の改善効率を高めることができる。
【００６９】
更に、本発明によるアンテナは第三の実施例として図９、図１０で説明したような斜面測定装置用のアンテナに適用することができる。
【００７０】
第三の実施例によるアンテナによれば、それぞれの面に磁性体を設置した中空の正六面体の外側に図９の第一、第二、第三の励磁コイルＥｘ１、Ｅｘ２、Ｅｘ３を巻回した場合、第一の測定機器を中空正六面体の内側に配置できる。このことから、第一、第二、第三の励磁コイルが発生する磁束は中空正六面体の面に設置した磁性体に集中するために磁性体の内側を通過する磁束は大きく減少し、第一の測定機器に含まれる導体によって前に述べた理由により第一、第二、第三の励磁コイルが発生する磁界が歪むことを最小限にすることができる。
【００７１】
また、第三の実施例によるアンテナによれば、それぞれの面に磁性体を設置した中空正六面体の外側に、図９の第一、第二、第三の検出コイルＤｘ１、Ｄｘ２、Ｄｘ３を巻回し、第二の測定機器を中空正六面体の内側に配置できる。このことから、第二の測定機器に含まれる導体によって第一、第二、第三の検出コイルが発生する磁界が歪むことを最小限にすることができる。更に、第二の測定機器が発生する電界ノイズは第一、第二、第三の検出コイルに対して中空正六面体の表面に設置した磁性体によって遮蔽されることになる。
【００７２】
以上説明したように、上記の各実施例では正六面体のそれぞれの面に磁性材料としてフェライト板を設置している。ここで、それぞれの面のフェライト板は、正六面体の面である正四角形よりわずかに小さい正四角形とすることで互いに接触しないように設置されている。しかも、フェライト板を含めた中空正六面体の外側に、互いに直交する三軸座標系のそれぞれの軸に中心軸が一致し、かつそれぞれの中心点が一致するように第一、第二、第三のコイルを巻回している。
【００７３】
ここで、図６に示すように、正六面体は磁性体の設置されていない角を面取り加工したり、磁性材料の機能を損なわない範囲で磁性材料の角を落とすなど、形状を変えても問題が無いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によるアンテナは、地中、水中、海中を問わず、地盤測定装置全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明によるアンテナを地盤変位測定装置に適用した場合の全体構成を説明するための図である。
【図２】図１に示された海底側装置の構成を説明するための図である。
【図３】本発明によるアンテナにおいて、ソレノイドコイルを送信用として使用した場合の磁束の状態を説明するための図である。
【図４】本発明によるアンテナにおいて、ソレノイドコイルを受信用コイルとして使用した場合に電子回路が発生する電磁波の状態を説明するための図である。
【図５】本発明によるアンテナの外観を示した図である。
【図６】本発明によるアンテナの他の例の外観を示した図である。
【図７】従来の地盤変位測定装置の全体構成を説明するための図である。
【図８】従来の低雑音地中情報収集装置の構成を説明するための図である。
【図９】従来の斜面測定装置の構成を説明するための図である。
【図１０】図９の斜面測定装置による測定状況を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７６】
３０    海底側装置
３１    測定センサ
３２    中空多面体
３３    磁性体
３４−１〜３４−３    第一〜第三のソレノイドコイル
３５、４２    通信回路
３６    耐圧容器
４１    コンピュータ
４３    送信用ソレノイドコイル
４４    受信用ソレノイドコイル
４５、４６    容器
【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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【図９】
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【図１０】
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