(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に電磁波を放射してその反射波を受信し、ドップラー周波数を検波して地中埋設管からの漏水の有無を検知する漏水検出装置のアンテナであって、幅と長さとが地中に放射する前記電磁波の波長の１／２に形成した平面ダイポールアンテナ素子と、このアンテナ素子の片側面を覆って共振空洞を形成する筐体とを有することを特徴とする漏水検出装置用アンテナ。
【請求項２】
前記平面ダイポールアンテナ素子が接続される伝送路に誘電体共振器が設けてあることを特徴とする請求項１に記載の漏水検出装置用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を用いて地中に埋設した配管からの漏水の有無を検知する漏水検出装置に係り、特に漏水部によるドップラー効果を利用して漏水を検出するのに好適な漏水検出装置用アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に埋設した水道管からの漏水を検出する場合、地表面にマイクロホンを押し当て、水道管から漏れ出る水の音をマイクロホンによって拡大して聞き取るようにしていた。しかし、このマイクロホンによって水の漏れ出る音を聞き取る方法は、漏水の有無を判断するのに熟練を要することや、道路を通る車両の騒音や振動が障害となることなどから、検出確度が必ずしも高くなかった。そこで、本願出願人は、単一周波数の電磁波を地中に放射してその反射波を受信し、受信した反射波から漏水部の流動によるドップラー周波数を検波し、地中の水道管からの漏水の有無を検知する装置を開発した（特開平９−５２００号公報）。図５は、電磁波を用いた漏水検出装置のブロック図である。
【０００３】
図５において、漏水検出装置１０は、地中に電磁波である送信信号を放射する送信アンテナ１２と、送信アンテナ１２から放射された送信信号の反射波を受ける受信アンテナ１４とを有している。送信アンテナ１２は、高周波送信信号を生成する発振器などからなる信号発生器１６に接続してあり、信号発生器１６が出力した送信信号を地中に放射する。
【０００４】
一方、受信アンテナ１４には、受信アンテナ１４が受信した反射信号を増幅する高周波増幅器(ＲＦ増幅器)１８が接続してあり、ＲＦ増幅器１８の出力側にＲＦ増幅器１８の出力信号を入力信号として入力する復調器２０が接続してある。また、復調器２０には、位相シフタ２２を介して参照信号発生器２４の出力する参照信号が入力するようになっている。参照信号発生器２４は、信号発生器１６が接続されていて、信号発生器１６の出力した送信信号の一部を入力し、送信信号と同じ周波数の信号を参照信号として出力する。
【０００５】
復調器２０は、受信アンテナ１４が受けた反射波（受信信号）と位相シフタ２２を介して入力する参照信号とを混合し、受信信号から送信信号の成分を除去し、送信信号に対する位相ずれに相当する信号をローパスフィルタ２６と増幅器２８とに出力する。ローパスフィルタ２６は、地中の埋設管や空洞などの固定的なものからの信号成分(送信信号に対する一定の位相ずれ成分、すなわち直流成分)を透過し、オシロスコープ３０に出力して表示する。また、増幅器２８は、復調器２０の出力信号を増幅して出力する。そして、図示しない作業者は、位相シフタ２２のツマミを介して位相シフタ２２の出力を調整し、復調器２０の出力信号のうち、埋設管や空洞などの固定的なものから反射された信号成分が零となるようにする。これにより、復調器２０は、漏水部の流動によるドップラー周波数に基づく信号だけを出力し、この信号が増幅器２８によって増幅される。
【０００６】
このように電磁波を利用にして漏水部からのドップラー効果によるドップラー周波数を検出することにより、埋設した水道管からの漏水しているか否かを作業者の熟練度や、道路を通る車両などの影響を受けることなく検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の電磁波を用いた漏水検出装置においては、送信アンテナ１２および受信アンテナ１４が一般の地中埋設物探査レーダ用のものを使用しているため、充分な検出精度を得ることができなかった。すなわち、従来の漏水検出装置のアンテナは、図６のようになっている。
【０００８】
このアンテナ３２は、地中探査レーダ用のアンテナであって、アンテナ素子３４が蝶ネクタイ状のいわゆるボウタイアンテナであって、アンテナ素子３４の片側面を覆って金属製のアンテナボックス３６が設けてある。このアンテナボックス３６の幅ａ、長さｂ、高さｃは、一般に掃引周波数の中心周波数に基づいて設定される。そして、アンテナボックス３６の内部には、フェライトやカーボンウレタンなどからなる電波吸収材３８が設けてあり、周波数に対する振幅の特性を平坦にするとともに、アンテナボックス３６内における多重反射を防ぐようにしてある。このため、地中埋設物探査用のアンテナ３２は、周波数に対するアンテナゲイン（周波数特性）が図７に示したように広帯域となっている。
【０００９】
これは、地中探査レーダの場合、周波数を数１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度まで掃引し、地中の固定的な異物(配管等の人工的なもの、空洞、地層の変化等の自然なもの)からの反射信号の位相変化を人為的に起こし、その位相変化を解析して地中の異物の探知と地表から異物までの距離を求めるためである。このため、従来のアンテナ３２は、図７に示されているように、広帯域特性に優れていて広い周波数帯の電磁波を比較的一定したレベルで送信したり受信したりすることができるが、ゲインを犠牲にせざるを得ず、特定の単一周波数の電磁波を地中に放射してドップラー周波数を検波する漏水検出装置のアンテナには適しておらず、検出精度向上の妨げとなっている。
【００１０】
すなわち、アンテナ３２を送信アンテナ１２として使用して特定の周波数の電磁波を放射する場合、充分な強さの電磁波を放射することができず、またアンテナ３２を受信アンテナ１４として使用すると、広帯域の電磁波を受信するために特定周波数以外の種々のノイズを受信することになり、漏水部からの微弱な反射信号を取り出すことが容易でない。
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされてもので、ドップラー周波数の検波を容易に行え、漏水の検出精度を向上させることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る漏水検出装置用アンテナは、地中に電磁波を放射してその反射波を受信し、ドップラー周波数を検波して地中埋設管からの漏水の有無を検知する漏水検出装置のアンテナであって、幅と長さとが地中に放射する前記電磁波の波長の１／２に形成した平面ダイポールアンテナ素子と、このアンテナ素子の片側面を覆って共振空洞を形成する筐体とを有する構成となっている。平面ダイポールアンテナ素子の伝送路に誘電体共振器を設けることが望ましい。
【００１２】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、平面ダイポールアンテナ素子の長さと幅の寸法が地中に放射する電磁波の波長(λ)の１／２に形成されたいわゆる半波長アンテナであり、また筐体を空洞共振型にしてあるため、大きな共振特性を得ることができ、アンテナのその波長λに相当する周波数ｆに対するゲインを大きくすることができ、特定周波数の強い電磁波を放射できるとともに、ノイズの少ない反射波を受信することができ、ドップラー周波数の検波を容易に行え、地中に埋設した水道管からの漏水の検出精度を向上することができる。
【００１３】
また、アンテナ素子に接続した伝送路にセラミックなどからなる誘電体共振器を設けると、共振の鋭さを表すＱ値を大きくすることができ、所望の周波数での共振特性が向上して送信信号の狭帯域化を図れ、到来ノイズの影響をさらに低減することができるとともに、送受信のゲインを向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る漏水検出装置用アンテナの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る漏水検出装置用アンテナの説明図であって、（１）はアンテナの斜視図であり、(２)はアンテナ素子の平面図である。図１において、アンテナ４０は、金属からなる筐体であるアンテナボックス４２を有していて、アンテナボックス４２の下面にアンテナ素子４４が設けたある。また、アンテナ４０は、いわゆるボウタイアンテナであって、アンテナ素子４４が同図(２)に示したように、三角形状の一対の素子片４４ａ、４４ｂの１つの頂部を対向させて配置した平面ダイポールアンテナ素子となっている。また、アンテナ素子４４は、図１(２)の上下方向となる幅ｄの寸法と、素子片４４ａ、４４ｂ方向の長さｅの寸法とが地中に放射する電磁波の波長λの半分の長さ、すなわちλ／２となっていて、いわゆる半波長ダイポールアンテナを構成している。
【００１５】
一方、アンテナボックス４２は、底面の２辺ｌ、ｍの寸法が波長λの半分のλ／２に、アンテナ素子４４を固定するための固定代αを加えた(λ／２＋α)となっており、高さｈがλ／４、λ／２またはこれの整数倍であるλにしてあって、λ／２を基本寸法としたいわゆる空洞共振型となっていて、内部に共振空洞が形成されている。
【００１６】
このように構成したアンテナ４０は、所定の周波数ｆ0 ＝ｃ／λ0 （ｃは光の速度）において共振し、周波数特性、すなわち周波数に対するアンテナゲインが図２に示したように、共振周波数ｆ0 を中心としたガウス曲線となる。従って、共振周波数ｆ0 の送信信号をアンテナ４０からなる送信アンテナより放射することにより、大きなアンテナゲインが得られて強い電磁波を地中に放射できるとともに、アンテナ４０からなる受信アンテナが共振周波数ｆ0 の反射信号を選択的に受信するため、ノイズの少ない反射信号を受信することができ、埋設した水道管からの漏水によるドップラー周波数を確実に検波することができ、漏水の検出精度を向上することできる。また、実施の形態に係るアンテナ４０は、振幅特性を平坦にする必要がなく、アンテナボックス４２の内部に電波吸収材を設ける必要がないため、安価にすることができる。
【００１７】
図３は、他の実施形態の要部説明図である。図３において、本図に図示しないアンテナボックス４２の内部には、伝送路である同軸ケーブル４６にセラミックなどからなる誘電体共振器４８が設けてある。そして、同軸ケーブル４６の先端には、インピーダンス変換する変成器であるバラン５０が接続してあり、このバラン５０の先端がアンテナ素子４４の各素子片４４ａ、４４ｂに接続してある。
【００１８】
このように構成した本実施の形態においては、誘電体共振器４８を同軸ケーブル４６に設けたことにより、図４に周波数特性を示したように、共振の鋭さを示すＱ値を大きくすることができる。従って、所望の周波数で共振させることができ、送信信号の狭帯域化が図れ、受信アンテナに到達するテレビ電波や携帯電話の電波などのノイズの影響を低減でき、送受信のゲインをさらに向上できて漏水の検出精度を一層高めることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、平面ダイポールアンテナ素子の長さと幅の寸法が地中に放射する電磁波の波長λの１／２に形成されたいわゆる半波長アンテナであり、また筐体を空洞共振型にしてあるため、大きな共振特性を得ることができ、アンテナのその波長λに相当する周波数に対するゲインを大きくすることができ、特定周波数の強い電磁波を放射できるとともに、ノイズの少ない反射波を受信することができ、ドップラー周波数の検波を容易に行え、地中に埋設した水道管からの漏水の検出精度を向上することができる。
【００２０】
また、アンテナ素子に接続した伝送路にセラミックなどからなる誘電体共振器を設けると、共振の鋭さを表すＱ値を大きくすることができ、所望の周波数での共振特性が向上して送信信号の狭帯域化を図れ、到来ノイズの影響を低減することができるとともに、送受信のゲインを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る漏水検出装置用アンテナの説明図であって、（１）はアンテナの斜視図であり、（２）はアンテナ素子の平面図である。
【図２】実施の形態に係るアンテナのゲインの周波数特性図である。
【図３】他の実施形態の要部説明図である。
【図４】他の実施形態に係るアンテナのゲインの周波数特性図である。
【図５】電磁波を用いた漏水検出装置のブロック図である。
【図６】従来の漏水検出装置に用いられるアンテナの斜視図である。
【図７】従来の漏水検出装置用アンテナのゲインの周波数特性図である。
【符号の説明】
４０        アンテナ
４２        筐体(アンテナボックス)
４４        平面ダイポールアンテナ素子(アンテナ素子)
４６        伝送路(同軸ケーブル)
４８        誘電体共振器
【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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