(57)【要約】【課題】ＥＭ法において容易に詳細な地質情報を取得することが可能な技術を提供する。【解決手段】地下探査システム１００は、磁場発生装置１、磁場検出装置２、解析装置３及び表示装置４を備えており、ＥＭ法を用いて地質情報を取得する。磁場発生装置１は一次磁場ＭＦｆを発生し、その周波数を連続的に変化させることが可能である。磁場検出装置２は、一次磁場ＭＦｆによって生じる二次磁場ＭＦｓと当該一次磁場ＭＦｆとの合成磁場ＭＦｃを検出して、一次磁場ＭＦｆに対する合成磁場ＭＦｃの離相成分の強度Ｈｃｉを求めるとともに一次磁場ＭＦｆの強度Ｈｆを求める。解析装置３は、強度Ｈｃｉ,Ｈｆに基いて地盤の比抵抗ρを求めて、表示装置４はその比抵抗ρを表示画面に表示する。【選択図】図１
2007051967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＭ（Electromagnetic）法による地質検査方法であって、
発生磁場の周波数を連続的に可変の磁場発生装置を用いて、周波数を連続的に変化させた一次磁場を発生し、検査対象の地盤の地中に当該一次磁場を放射する工程と、
前記一次磁場と、前記一次磁場によって地中に生じる二次磁場とを検出し、当該検出値に基づいて前記地盤の地質情報を得る工程と、
を備えることを特徴とする地質検査方法。
【請求項２】
請求項１の地質検査方法であって、
前記磁場発生装置として、前記一次磁場の周波数を３００ｋＨｚから３ＭＨｚの範囲内で連続的に変化させる装置を使用することを特徴とする地質検査方法。
【請求項３】
一次磁場と、前記一次磁場の発生によって地中に生じる二次磁場とに基いて地質情報を取得するＥＭ（Electromagnetic）法で使用される磁場発生装置であって、
前記一次磁場を発生し、その周波数を連続的に変化させることが可能な可変磁場発生手段を備えることを特徴とする磁場発生装置。
【請求項４】
請求項３の磁場発生装置であって、
前記一次磁場の周波数を３００ｋＨｚから３ＭＨｚの範囲内で連続的に変化させることが可能である磁場発生装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の磁場発生装置であって、
前記可変磁場発生手段が、
位相差信号によって、発振信号の周波数を連続的に変化させることが可能な発振器と、
前記発振信号を増幅して増幅信号として出力する増幅器と、
前記増幅信号が供給され、容量を連続的に変化させることが可能な可変容量コンデンサと、
前記可変容量コンデンサと直列共振回路を形成し、前記増幅信号の供給により流れる送信電流によって前記一次磁場を発生する送信コイルと、
前記送信コイルの一部で発生する電圧信号の位相を遅延させて遅延信号として出力する遅延回路と、
前記遅延信号と前記発振信号との位相差を検出し、その結果を前記位相差信号として出力する位相比較器と
を備え、
前記発振器と、前記増幅器と、前記可変容量コンデンサと、前記送信コイルと、前記遅延回路と、前記位相比較器とを含む回路が、前記発振信号の位相と、前記遅延信号の位相とを一致させるＰＬＬ回路を構成する磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下探査に用いられるＥＭ（Electromagnetic）法の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地層等の地中構造を把握して地盤の地質解釈を行うために用いられる探査方法としてＥＭ法が知られている。ＥＭ法は、一次磁場と、当該一次場の発生によって地中に生じる二次磁場とに基いて地質情報を取得する方法であって、これによって地盤の比抵抗等を測定することができる。
【０００３】
特許文献１にはこのＥＭ法を用いた地下探査システムが開示されている。特許文献１に記載の地下探査システムでは、２ｋＨｚ，４ｋＨｚ，８ｋＨｚ，・・・，１２８ｋＨｚ，２５６ｋＨｚのＡ系列の一次磁場と、３ｋＨｚ，６ｋＨｚ，１２ｋＨｚ，・・・，１９２ｋＨｚ，３８４ｋＨｚのＢ系列の一次磁場とを用いて地下探査を行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３７１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＥＭ法における探査可能深度は一次磁場の周波数に依存し、一般に、一次磁場の周波数が小さいほど大きくなるという性質がある。ところが、特許文献１に記載のＥＭ法では、一次磁場を発生する回路が、上述のような２ｋＨｚ，３ｋＨｚ，４ｋＨｚ，６ＫＨｚ，・・・といった離散的な周波数しか生成することができず、地盤の深さ方向に対して詳細な地質情報を得ることは容易ではない。例えば、より詳細な地質情報を得るために一次磁場の周波数間隔を小さくしようとする場合には、その度に一次磁場を発生する回路を設計し直して変更する必要があり手間がかかる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、ＥＭ法において、容易に詳細な地質情報を取得することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ＥＭ（Electromagnetic）法による地質検査方法であって、発生磁場の周波数を連続的に可変の磁場発生装置を用いて、周波数を連続的に変化させた一次磁場を発生し、検査対象の地盤の地中に当該一次磁場を放射する工程と、前記一次磁場と、前記一次磁場によって地中に生じる二次磁場とを検出し、当該検出値に基づいて前記地盤の地質情報を得る工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の地質検査方法において、前記一次磁場の周波数を３００ｋＨｚから３ＭＨｚの範囲内で連続的に変化させることを特徴とする地質検査方法である。
【０００９】
請求項３の発明は、一次磁場と、前記一次磁場の発生によって地中に生じる二次磁場とに基いて地質情報を取得するＥＭ（Electromagnetic）法で使用される磁場発生装置であって、前記一次磁場を発生し、その周波数を連続的に変化させることが可能な可変磁場発生手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の磁場発生装置であって、前記一次磁場の周波数を３００ｋＨｚから３ＭＨｚの範囲内で連続的に変化させることが可能である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の磁場発生装置であって、前記可変磁場発生手段が、位相差信号によって、発振信号の周波数を連続的に変化させることが可能な発振器と、前記発振信号を増幅して増幅信号として出力する増幅器と、前記増幅信号が供給され、容量を連続的に変化させることが可能な可変容量コンデンサと、前記可変容量コンデンサと直列共振回路を形成し、前記増幅信号の供給により流れる送信電流によって前記一次磁場を発生する送信コイルと、前記送信コイルの一部で発生する電圧信号の位相を遅延させて遅延信号として出力する遅延回路と、前記遅延信号と前記発振信号との位相差を検出し、その結果を前記位相差信号として出力する位相比較器とを備えている。そして、前記発振器と、前記増幅器と、前記可変容量コンデンサと、前記送信コイルと、前記遅延回路と、前記位相比較器とを含む回路が、前記発振信号の位相と、前記遅延信号の位相とを一致させるＰＬＬ回路を構成する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１および請求項３の発明によれば、一次磁場の周波数を連続的に変化させる手段を用いることにより、地盤の深さ方向における地質情報を得るために一次磁場の周波数を変化させる場合において、その周波数を離散的にしか変化させることができない場合よりも、一次磁場の周波数間隔を容易にかつ任意に小さくすることができる。探査深度は一次磁場の周波数に依存することから、地盤の深さ方向において詳細な地質情報を容易に得ることができ、探査精度が向上する。
【００１３】
また、請求項２および請求項４の発明によれば、一次磁場の周波数を３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚまで変化させることにより、地下数ｍまでの地下探査が可能となる。
【００１４】
また、請求項５の発明によれば、発振器と、増幅器と、可変容量コンデンサと、送信コイルと、遅延回路と、位相比較器とでもって、発振信号の位相と、遅延信号の位相とを一致させるＰＬＬ回路を構成している。そのため、発振信号の周波数が、可変容量コンデンサと送信コイルのインダクタ成分及び抵抗成分とで構成されるＲＬＣ直列共振回路の共振周波数と異なる場合には、遅延信号と発振信号との間に位相差が生じ、これにより位相比較器がその位相差を減少させる方向に発振信号の周波数を変化させる。そして、発振信号の周波数と共振周波数とが一致して直列共振回路が共振すると、遅延信号と発振信号との間には位相差が生じなくなり、ＰＬＬ回路はロック状態となる。このとき、直列共振回路は共振しているため、送信コイルには非常に大きな電流が流れる。その結果、十分な強度の一次磁場を発生することができる。
【００１５】
更に、直列共振回路が共振すると、発振信号の位相と、送信コイルに流れる電流の位相とは一致するため、発振信号の位相と、一次磁場の位相とが一致する。従って、地質情報を得る際に通常必要な一次磁場と同位相の信号を簡単に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る地下探査システム１００の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施の形態に係る地下探査システム１００は、磁場発生装置１と、磁場検出装置２と、解析装置３と、表示装置４とを備えており、ＥＭ法を用いて地盤の比抵抗分布などの地質情報を取得して地質検査を行う。
【００１７】
磁場発生装置１は一次磁場ＭＦｆを発生し、検査対象となっている地盤の地中ＧＲに向ってこの一次磁場ＭＦｆを放射する。それによって地中には地盤の比抵抗分布に応じた渦電流Ｉｗが生じて、この渦電流Ｉｗによって二次磁場ＭＦｓが発生する。磁場検出装置２は、この二次磁場ＭＦｓと一次磁場ＭＦｆとの合成磁場ＭＦｃを検出して、一次磁場ＭＦｆに対する合成磁場ＭＦｃの同相成分の強度Ｈｃｒ（以後、「合成磁場同相成分強度Ｈｃｒ」と呼ぶ）と離相成分（直交成分）の強度Ｈｃｉ（以後、「合成磁場離相成分強度Ｈｃｉ」と呼ぶ）を求めるとともに、磁場発生装置１が発生する一次磁場ＭＦｆも検出してその強度Ｈｆ（以後、「一次磁場強度Ｈｆ」と呼ぶ）を求める。更に、磁場検出装置２は、検出した合成磁場ＭＦｃと一次磁場ＭＦｆとに基いて一次磁場ＭＦｆに対する合成磁場ＭＦｃの位相差θも求める。
【００１８】
図２は、一次磁場ＭＦｆ、二次磁場ＭＦｓ及び合成磁場ＭＦｃの関係を示すベクトル図である。図２に示されるように、二次磁場ＭＦｓは一次磁場ＭＦｆに対して位相が（９０°＋φ）だけ遅延する。ただし、φ＝ｔａｎ-1（ω・Ｌｓ／Ｒｓ）であって、ωは磁場の角周波数を、Ｌｓは大地のインダクタ成分を、Ｒｓは大地の抵抗成分をそれぞれ示している。これは、渦電流Ｉｗの位相が一次磁場ＭＦｆよりも９０°遅れることから二次磁場ＭＦｓも同様に９０°遅れ、更に大地の抵抗成分Ｒｓとインダクタ成分Ｌｓとによってφだけ遅延するためである。
【００１９】
解析装置３は、磁場検出装置２で求められた合成磁場離相成分強度Ｈｃｉと一次磁場強度Ｈｆとに基いて地盤の比抵抗ρを求める。そして表示装置４は、解析装置３で求められた比抵抗ρと、磁場検出装置２で求められた位相差θとをその表示画面に表示する。
【００２０】
次に、本実施の形態に係る磁場発生装置１及び磁場検出装置２の構成及び動作について具体的に説明する。図３は、磁場発生装置１の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、磁場発生装置１は、位相比較器１１と、ループフィルタ１２と、電圧制御発振器（以後、「ＶＣＯ」と呼ぶ）１３と、増幅器１４と、直列共振回路１５と、遅延回路１６とを備えており、これらの構成要素でＰＬＬ回路１７を形成している。更に、磁場発生装置１は入力信号の位相を９０°遅延させて出力する遅延回路１８を備えている。
【００２１】
ＶＣＯ１３は、その発振信号ｆｖの周波数を３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚまで連続的に変化させることが可能であり、例えばその制御電圧Ｖｔが０．３Ｖのとき発振信号ｆｖの周波数が３００ｋＨｚとなり、３．０Ｖのとき３ＭＨｚとなる。
【００２２】
増幅器１４は、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖを増幅して増幅信号Ａｆｖとして直列共振回路１５に供給する。直列共振回路１５は、容量を連続的に変化させることができる可変容量コンデンサ１５ａと、一次磁場ＭＦｆを発生する送信コイル１５ｂとを備えており、その共振周波数ｆ０は、可変容量コンデンサ１５ａの容量を変化させることによって、ＶＣＯ１３の発振周波数と同じ３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚまで連続的に変化させることが可能である。なお、直列共振回路１５の共振周波数ｆ０は、可変容量コンデンサ１５ａの容量を「Ｃ」、送信コイル１５ｂのインダクタを「Ｌ」とすると、以下の式（１）で表される。
【００２３】
【数１】
2007051967.tif 000003
【００２４】
可変容量コンデンサ１５ａの一端は増幅器１４に接続されており、その他端は送信コイル１５ｂの一端に接続されている。そして、送信コイル１５ｂの他端には接地電位が印加される。可変容量コンデンサ１５ａは、ベース板に固定された複数の固定電極（ともに図示せず）と、シャフトに取り付けられた複数の可動電極（ともに図示せず）とを備えており、両者は互いに対向して配置されている。そして、シャフトを回転させることにより可動電極と固定電極との対向面積が変化し、これによって、容量を数十ｐＦから数百ｐＦまで連続的に変化させることができる。また、送信コイル１５ｂのインダクタは数百μＨである。
【００２５】
遅延回路１６の入力端子は送信コイル１５ｂの中間タップＭに接続されている。これにより、送信コイル１５ｂの一部、具体的には接地電位が印加される一端と中間タップＭとの間の部分に発生する電圧信号ｆｒが遅延回路１６に入力される。遅延回路１６は、電圧信号ｆｒの位相を９０°遅延させて遅延信号ｆｒｄとして位相比較器１１に入力する。
【００２６】
位相比較器１１は、遅延信号ｆｒｄと、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖとの位相差を検出し、その結果を位相差信号ＰＤとしてループフィルタ１２に出力する。具体的には、発振信号ｆｖの位相が遅延信号ｆｒｄよりも遅れている場合、その位相差に応じたパルス幅を有するパルス状のＬｏｗレベル信号を、発振信号ｆｖの周期ごとに出力する。一方、発振信号ｆｖの位相が遅延信号ｆｒｄよりも早い場合には、その位相差に応じたパルス幅を有するパルス状のＨｉｇｈレベル信号を、発振信号ｆｖの周期ごとに出力する。そして、発振信号ｆｖと遅延信号ｆｒｄの位相が一致すると、位相比較器１１の出力はハイインピーダンスとなる。なお、両者が一致していない場合であっても、パルス状のＬｏｗレベル信号及びＨｉｇｈレベル信号を出力していないときには位相比較器１１の出力はハイインピーダンスとなる。
【００２７】
ループフィルタ１２は、コンデンサ１２ａと抵抗１２ｂとで構成されるローパスフィルタであって、パルス状の位相差信号ＰＤを平滑化して制御電圧ＶｔとしてＶＣＯ１３に供給する。これにより、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖの周波数は、平滑化後の位相差信号ＰＤによって制御される。
【００２８】
遅延回路１８は、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖの位相を９０°遅らせて離相成分検波用信号ｆｖｉとして磁場検出装置２に出力する。また、磁場発生装置１は、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖを同相成分検波用信号ｆｖｒとして磁場検出装置２に出力する。なお、後述するように、ＰＬＬ回路１７がロックすると発振信号ｆｖの周波数及び位相はそれぞれ一次磁場ＭＦｆの周波数及び位相に一致するため、同相成分検波用信号ｆｖｒの周波数及び位相もそれぞれ一次磁場ＭＦｆの周波数及び位相と一致する。そして、離相成分検波用信号ｆｖｉの周波数は一次磁場ＭＦｆの周波数と一致し、その位相は一次磁場ＭＦｆから９０°遅れたものとなる。
【００２９】
次に、本磁場発生装置１が備える上記ＰＬＬ回路１７の動作について説明する。図４は直列共振回路１５の等価回路を示す図である。図４に示されるように、直列共振回路１５の等価回路は、可変容量コンデンサ１５ａと、送信コイル１５ｂのインダクタ成分１５ｂｉ及び抵抗成分１５ｂｒとで構成される。従って、直列共振回路１５はＲＬＣの直列共振回路と見ることができる。
【００３０】
図５は、可変容量コンデンサ１５ａに発生する電圧Ｖａと、送信コイル１５ｂのインダクタ成分１５ｂｉに発生する電圧Ｖｂｉと、その抵抗成分１５ｂｒに発生する電圧Ｖｂｒと、直列共振回路１５に流れる電流Ｉとの関係を極座標系に示すベクトル図である。図５（ａ）は増幅信号Ａｆｖの周波数が、直列共振回路１５の共振周波数ｆ０よりも大きい場合のベクトル図であって、図５（ｂ）は小さい場合のベクトル図である。なお、図中の符号Ｏは極座標系の原点を示している。
【００３１】
図５（ａ）に示されるように、増幅信号Ａｆｖの周波数が共振周波数ｆ０よりも大きい場合には、送信コイル１５ｂのインダクタ成分１５ｂｉのインピーダンスが可変容量コンデンサ１５ａのインピーダンスよりも大きくなるため、直列共振回路１５が全体として誘導的に動作し、インダクタ成分１５ｂｉに発生する電圧Ｖｂｉの位相は増幅信号Ａｆｖよりも（９０°−ψ）だけ進む。従って、送信コイル１５ｂにおいて電圧信号ｆｒが発生する部分、つまり接地電位が印加される一端と中間タップＭとの間の部分の抵抗成分を無視できるような位置に当該中間タップＭを配置することにより、電圧信号ｆｒの位相も増幅信号Ａｆｖよりも（９０°−ψ）だけ進む。言い換えれば、３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚの周波数範囲において、電圧信号ｆｒが生じる送信コイル１５ｂの一部の抵抗成分に発生する電圧が、当該一部のインダクタ成分に発生する電圧よりも十分に小さくなるような位置に中間タップＭが配置されていれば、電圧信号ｆｒの位相も増幅信号Ａｆｖよりも（９０°−ψ）だけ進む。本実施の形態では、送信コイル１５ｂの中間タップＭをこのような位置に配置しているため、電圧信号ｆｒの位相は増幅信号Ａｆｖよりも（９０°−ψ）だけ進む。なお、ψ＝ｔａｎ-1（（ωＬ−１／ωＣ）／Ｒ）である。
【００３２】
一方、図５（ｂ）に示されるように、増幅信号Ａｆｖの周波数が共振周波数ｆ０よりも小さい場合には、送信コイル１５ｂのインダクタ成分１５ｂｉのインピーダンスが可変容量コンデンサ１５ａのインピーダンスよりも小さくなるため、直列共振回路１５が全体として容量的に動作して、インダクタ成分１５ｂｉに発生する電圧Ｖｂｉの位相は増幅信号Ａｆｖよりも（９０°＋ψ）だけ進む。従って、上記理由から電圧信号ｆｒの位相も増幅信号Ａｆｖよりも（９０°−ψ）だけ進む。
【００３３】
そして、増幅信号Ａｆｖの周波数が共振周波数ｆ０に近づくとψの値は小さくなり、両者が一致すると、つまり直列共振回路１５が共振状態となるとψ＝０となる。その結果、直列共振回路１５に流れる電流Ｉと増幅信号Ａｆｖとの位相が一致し、更に送信コイル１５ｂのインダクタ成分１５ｂｉに発生する電圧Ｖｂｉの位相は電流Ｉ及び増幅信号Ａｆｖよりも９０°だけ進むようになる。従って、電圧信号ｆｒの位相も電流Ｉ及び増幅信号Ａｆｖよりも９０°だけ進むようになる。
【００３４】
以上のように直列共振回路１５が動作することによって、増幅信号Ａｆｖの周波数が直列共振回路１５の共振周波数ｆ０よりも大きい場合には、増幅信号Ａｆｖと位相が一致するＶＣＯ１３の発振信号ｆｖは、電圧信号ｆｒよりも位相が９０°だけ遅延した遅延信号ｆｒｄよりも位相ψだけ遅延するようになる。そのため、位相比較器１１からは、位相差ψの大きさに応じたパルス幅を有するＬｏｗレベル信号が発振信号ｆｖの周期ごとに出力され制御電圧Ｖｔが減少する。これにより、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖの周波数が減少し、増幅信号Ａｆｖの周波数が共振周波数ｆ０に近づくようになる。その結果、ψの値は小さくなり、発振信号ｆｖと遅延信号ｆｒｄの位相差が小さくなる。
【００３５】
一方、増幅信号Ａｆｖの周波数が直列共振回路１５の共振周波数ｆ０よりも小さい場合には、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖは、遅延信号ｆｒｄよりも位相ψだけ進むようになる。そのため、位相比較器１１からは、位相差ψの大きさに応じたパルス幅を有するＨｉｇｈレベル信号が発振信号ｆｖの周期ごとに出力され制御電圧Ｖｔが上昇する。これにより、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖの周波数が上昇し、増幅信号Ａｆｖの周波数が共振周波数ｆ０に近づくようになる。その結果、ψの値は小さくなり、発振信号ｆｖと遅延信号ｆｒｄの位相差が小さくなる。
【００３６】
以上の動作説明から理解できるように、位相比較器１１、ループフィルタ１２、ＶＣＯ１３、増幅器１４、直列共振回路１５、及び遅延回路１６で構成されるＰＬＬ回路１７がロックすると、発振信号ｆｖと遅延信号ｆｒｄとの位相が互いに等しくなり、発振信号ｆｖの周波数が直列共振回路１５の共振周波数ｆ０と一致するようになる。これにより、直列共振回路１５が共振状態となり、送信コイル１５ｂに大きな電流Ｉが流れ、ＥＭ法で必要とされる強度を有する一次磁場ＭＦｆが当該送信コイル１５ｂから発生する。このとき、増幅信号Ａｆｖと電流Ｉの周波数は、直列共振回路１５の共振周波数ｆ０と一致し、更に増幅信号Ａｆｖと電流Ｉの位相は互いに一致しているため、一次磁場ＭＦｆの周波数は共振周波数ｆ０と一致し、その位相は増幅信号Ａｆｖ及び発振信号ｆｖと一致している。
【００３７】
ＰＬＬ回路１７がロックしている状態から、可変容量コンデンサ１５ａの容量を変化させて直列共振回路１５の共振周波数ｆ０を変化させると、当該共振周波数ｆ０と増幅信号Ａｆｖの周波数とが一致しなくなり、直列共振回路１５が共振しなくなる。そうすると、直列共振回路１５が誘導的あるいは容量的に動作するため、電圧信号ｆｒの位相は増幅信号Ａｆｖよりも（９０°−ψ）あるいは（９０°＋ψ）だけ進むようになる。その結果、発振信号ｆｖと遅延信号ｆｒｄとの間に位相差ψが生じて、位相比較器１１からはその位相差ψに応じた位相差信号ＰＤが出力される。これにより、ＶＣＯ１３の発振信号ｆｖの周波数が変化して、再度、増幅信号Ａｆｖの周波数が直列共振回路１５の共振周波数と一致するようになる。その結果、送信コイル１５ｂには大電流が流れ、当該送信コイル１５ｂからは直列共振回路１５の共振周波数と同一周波数の一次磁場ＭＦｆが発生する。
【００３８】
このように、本実施の形態に係る磁場発生装置１では、可変容量コンデンサ１５ａの容量を変化させることによって一次磁場ＭＦｆの周波数を連続的に変化させることができ、十分な強度を有する一次磁場ＭＦｆを発生することができる。この可変容量コンデンサ１５ａの容量変更は、たとえば磁場発生装置１の筐体の表面に可変容量コンデンサ１５ａの上記シャフトを露出して設けておき、そのシャフトを手動で回転させることによって行うことができる。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る磁場検出装置２について詳細に説明する。図６は磁場検出装置２の構成を示すブロック図である。図６に示されるように、磁場検出装置２は、受信コイル２１と、離相成分検波回路２２と、同相成分検波回路２３と、合成磁場強度出力回路２４と、位相差出力回路２５とを備えている。更に、磁場検出装置２は、周波数カウンタ２６と、一次磁場ＭＦｆを受信するサーチコイル２７と、一次磁場強度出力回路２８とを備えている。
【００４０】
受信コイル２１は、送信コイル１５ｂと所定距離ｓを成して配置されており、一次磁場ＭＦｆの発生により二次磁場ＭＦｓが発生すると、それらの合成磁場ＭＦｃを受信する。受信コイル２１で合成磁場ＭＦｃが受信されると、受信コイル２１にはその強度に応じた合成磁場信号ｆｃが発生する。
【００４１】
サーチコイル２７は、送信コイル１５ｂに隣接して配置されており、送信コイル１５ｂから発生した一次磁場ＭＦｆを受信する。サーチコイル２７で一次磁場ＭＦｆが受信されると、サーチコイル２７にはその強度に応じた一次磁場信号ｆａが発生する。
【００４２】
離相成分検波回路２２は、離相成分検波用信号ｆｖｉを用いた同期検波によって、受信コイル２１に発生した合成磁場信号ｆｃからその一次磁場信号ｆａに対する離相成分を検波し、それを合成磁場離相成分信号ｆｃｉとして出力する。また、同相成分検波回路２３は、同相成分検波用信号ｆｖｒを用いた同期検波によって、合成磁場信号ｆｃからその一次磁場信号ｆａに対する同相成分を検波し、それを合成磁場同相成分信号ｆｃｒとして出力する。
【００４３】
ここで、一次磁場信号ｆａは、一次磁場ＭＦｆの強度に応じた信号であるたるため、その位相は一次磁場ＭＦｆと一致している。また、同相成分検波用信号ｆｖｒの位相は、上述のように、ＰＬＬ回路１７がロックしているときには一次磁場ＭＦｆの位相と一致する。従って、ＰＬＬ回路１７がロック状態のときには、一次磁場信号ｆａに対する同相成分である合成磁場同相成分信号ｆｃｒは、同相成分検波用信号ｆｖｒと位相が一致する。そのため、同相成分検波用信号ｆｖｒを用いた同期検波によって合成磁場信号ｆｃからその一次磁場信号ｆａに対する同相成分を検出することができる。
【００４４】
また、離相成分検波用信号ｆｖｉの位相は、上述のように、ＰＬＬ回路１７がロックしているときには一次磁場ＭＦｆの位相から９０°遅延している。従って、ＰＬＬ回路１７がロック状態のときには、一次磁場信号ｆａに対する離相成分である合成磁場離相成分信号ｆｃｉは、離相成分検波用信号ｆｖｉと位相が一致する。そのため、離相成分検波用信号ｆｖｉを用いた同期検波によって合成磁場信号ｆｃからその一次磁場信号ｆａに対する離相成分を検出することができる。
【００４５】
合成磁場強度出力回路２４は、離相成分検波回路２２が出力する合成磁場離相成分信号ｆｃｉを直流電圧に変換することによって合成磁場離相成分強度Ｈｃｉを求めて解析装置３に出力する。更に、合成磁場強度出力回路２４は、同相成分検波回路２３が出力する合成磁場同相成分信号ｆｃｒを直流電圧に変換することによって合成磁場同相成分強度Ｈｃｒを求めて解析装置３に出力する。
【００４６】
位相差出力回路２５は、合成磁場離相成分信号ｆｃｉと、合成磁場同相成分信号ｆｃｒとに基いて、一次磁場ＭＦｆと合成磁場ＭＦｃとの位相差θを求めて解析装置３に出力する。なお、合成磁場信号ｆｃと一次磁場信号ｆａの位相差は位相差θと一致するため、合成磁場離相成分信号ｆｃｉと合成磁場同相成分信号ｆｃｒとから位相差θを求めることができる。
【００４７】
一次磁場強度出力回路２８は、サーチコイル２７で発生した一次磁場信号ｆａを直流電圧に変換することによって一次磁場強度Ｈｆを求めて解析装置３へ出力する。また、周波数カウンタ２６は、磁場発生装置１が出力する同相成分検波用信号ｆｖｒの周波数を測定して、その測定結果を周波数情報ＦＱとして解析装置３へ出力する。上述のように同相成分検波用信号ｆｖｒはＶＣＯ１３の発振信号ｆｖと同一であるため、上記ＰＬＬ回路１７がロック状態のときには、一次磁場ＭＦｆの周波数と一致する。そのため、周波数情報ＦＱは一次磁場ＭＦｆの周波数を示すことになる。
【００４８】
解析装置３は、磁場検出装置２から受け取った、合成磁場離相成分強度Ｈｃｉ、一次磁場強度Ｈｆ、及び周波数情報ＦＱを用いて地盤の比抵抗ρを求める。比抵抗ρは、上述の特許文献１における数９に示されているように以下の式（２）で表される。
【００４９】
【数２】
2007051967.tif 000004
【００５０】
上記式（２）中のｆは、一次磁場ＭＦｆの周波数を示しており、周波数情報ＦＱから得ることができる。また、μ0は真空中の透磁率（４π×１０-7Ｈ／ｍ）を示しており、その情報は予め解析装置３に記憶されている。そして、解析装置３には送信コイル１５ｂと受信コイル２１との距離ｓの情報も予め記憶されているため、地盤の比抵抗ρを求めることができる。
【００５１】
解析装置３は求めた比抵抗ρを表示装置４に出力し、表示装置４は受け取った比抵抗ρをその画面に表示する。また表示装置４は、解析装置３を介して受け取った位相差θをもその画面に表示する。更に表示装置４は、解析装置３を介して受け取った周波数情報ＦＱもその画面に表示する。従って、表示装置４の画面を見ることによって現在の一次磁場ＭＦｆの周波数を視覚的に認識することができる。
【００５２】
以上の構成を成す本実施の形態に係る地下探査システム１００においては、送信コイル１５ｂから発生する一次磁場ＭＦｆの周波数を連続的に変化させることによって、地盤の深さ方向の比抵抗分布及び一次磁場ＭＦｆと合成磁場ＭＦｃとの位相差分布を得ることができる。また、磁場発生装置１及び磁場検出装置２を地面に沿って移動させることによって、地盤の深さ方向に垂直な方向の比抵抗分布及び位相差分布を得ることができる。従って、これらの比抵抗分布及び位相差分布を表示装置４の画面に表示させることによって、地盤の所定の断面構造における二次元の比抵抗分布及び位相差分布を視覚的に認識することができる。以下に、この二次元の比抵抗分布及び位相差分布を得るまでの本地下探査システム１００の一連の動作について説明する。
【００５３】
図７は地下探査システム１００の動作を示すフローチャートである。図７に示されるように、ステップｓ１において、可変容量コンデンサ１５ａのシャフトを手動で回転させてその容量を調整し、直列共振回路１５の共振周波数ｆ０を３００ｋＨｚに設定する。これによって、ＰＬＬ回路１７がロックすると、送信コイル１５ｂから発生する一次磁場ＭＦｆの周波数が３００ｋＨｚに設定される。
【００５４】
次にステップｓ２において、一次磁場ＭＦｆが３００ｋＨｚのときの比抵抗ρ及び位相差θを求める。ここで求められた比抵抗ρ及び位相差θは解析装置３に記憶される。そして、ステップｓ３において、表示装置４の画面で現在の一次磁場ＭＦｆの周波数を確認し、それが３ＭＨｚより小さい場合には、ステップｓ４において可変容量コンデンサ１５ａのシャフトを回転させてその容量を変化させ、一次磁場ＭＦｆの周波数を１０ｋＨｚ増加させる。そして、ステップｓ２を再度実行して、そのときの比抵抗ρ及び位相差θを求める。
【００５５】
一方、ステップｓ３において、一次磁場ＭＦｆの周波数が３ＭＨｚのときには、その測定位置での測定を完了し、磁場発生装置１と磁場検出装置２とを次の測定位置まで地表上を移動させる。そして、再度ステップｓ１を実行して、一次磁場ＭＦｆの周波数を３００ｋＨｚに設定し、以下同様の動作を繰り返す。これにより、地盤の所定の断面構造における二次元の比抵抗分布及び位相差分布を得ることができ、表示装置４はそれらを表示する。
【００５６】
なお位相差θは、その変化が小さいほど地質が均質であることを示し、逆に大きいほど地質が不均質であることを示す。位相差θと比抵抗ρに基づいて地下の埋設物の有無やその位置を求めることができる。また、磁場発生装置１と磁場検出装置２とは、一つの枠体に取り付けられており、その枠体を移動させることによって、送信コイル１５ｂと受信コイル２１との距離ｓを一定に維持したまま移動させることができる。
【００５７】
以上のように、本実施の形態に係る地下探査システム１００が備える磁場発生装置１では、一次磁場ＭＦｆの周波数を連続的に変化させることができる。従って、地盤の深さ方向における比抵抗分布や位相差分布などの地質情報を得るために一次磁場ＭＦｆの周波数を変化させる場合において、当該周波数を離散的にしか変化させることができない場合よりも、一次磁場ＭＦｆの周波数間隔を容易に小さくすることができる。例えば、上記動作例では一次磁場ＭＦｆの周波数間隔を１０ｋＨｚに設定していたが、それよりも小さい５ｋＨｚや３ｋＨｚに磁場発生装置１の回路変更無しに設定することができる。
【００５８】
また、上述のように、一次磁場ＭＦｆの周波数が低くなるほど探査深度は深くなりＥＭ法における探査深度は一次磁場ＭＦｆの周波数に依存する。これらのことから、ＥＭ法に本磁場発生装置１を用いることによって、地盤の深さ方向において詳細な地質情報を容易に得ることができ、探査精度が向上する。
【００５９】
また本磁場発生装置１では、位相比較器１１と、ループフィルタ１２と、ＶＣＯ１３と、増幅器１４と、直列共振回路１５と、遅延回路１６とでもって、発振信号ｆｖの位相と、遅延信号ｆｒｄの位相とを一致させるＰＬＬ回路１７を構成している。そのため、上述のように、発振信号ｆｖの周波数が直列共振回路１５の共振周波数ｆ０と異なる場合には、遅延信号ｆｒｄと発振信号ｆｖとの間に位相差が生じ、これにより位相比較器１１がその位相差を減少させる方向に発振信号ｆｖの周波数を変化させる。そして、発振信号ｆｖの周波数と共振周波数ｆ０とが一致して直列共振回路１５が共振すると、遅延信号ｆｒｄと発振信号ｆｖとの間には位相差が生じなくなり、ＰＬＬ回路１７はロック状態となる。このとき、直列共振回路１５は共振しているため、送信コイル１５ｂには非常に大きな電流Ｉが流れる。その結果、十分な強度の一次磁場ＭＦｆを発生することができる。
【００６０】
更に、直列共振回路１５が共振すると、発振信号ｆｖの位相と、送信コイル１５ｂに流れる電流Ｉの位相とは一致するため、発振信号ｆｖの位相と、一次磁場ＭＦｆの位相とが一致する。従って、同相成分検波用信号ｆｖｒのような、地質情報を得る際に通常必要な一次磁場ＭＦｆと同位相の信号を簡単に得ることができる。
【００６１】
また、一次磁場ＭＦｆの周波数を３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚまで変化させることができるため、地下数ｍまでの地下探査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係る地下探査システムの構成を示すブロック図である。
【図２】一次磁場、二次磁場及び合成磁場の関係を示すベクトル図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る磁場発生装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る直列共振回路の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る直列共振回路における各電圧及び電流の関係を示すベクトル図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る磁場検出装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る地下探査システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１  磁場発生装置
１１  位相比較器
１３  電圧制御発振器
１４  増幅器
１５  直列共振回路
１５ａ  可変容量コンデンサ
１５ｂ  送信コイル
１６  遅延回路
１７  ＰＬＬ回路
Ａｆｖ  増幅信号
ＭＦｃ  合成磁場
ＭＦｆ  一次磁場
ＭＦｓ  二次磁場
ｆｒ  電圧信号
ｆｒｄ  遅延信号
ｆｖ  発振信号
ＰＤ  位相差信号
【図１】
2007051967.tif 000005
【図２】
2007051967.tif 000006
【図３】
2007051967.tif 000007
【図４】
2007051967.tif 000008
【図５】
2007051967.tif 000009
【図６】
2007051967.tif 000010
【図７】
2007051967.tif 000011