(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌中を推進する推進体の先端部に設けられ、電磁波を送信するとともに隠蔽物にて反射した電磁波を受信するアンテナ体と、前記アンテナ体により受信した受信電磁波を処理して隠蔽物の埋設位置を検出するための信号処理手段とを具備する地中隠蔽物の検出装置において、
前記アンテナ体は、合成抵抗値が２０〜１００Ωの複数個の抵抗が装荷されるボータイ型のアンテナを有し、
前記アンテナは、比誘電率ｒが５≦ｒ≦８１である誘電体基盤と、この誘電体基盤の表面に設けられたアンテナエレメントとによって構成され、
開口部に前記誘電体基盤が設けられ、前記アンテナを収容するアンテナハウジングを有し、
前記アンテナハウジングと前記アンテナのアンテナエレメントとの間に、比誘電率ｒが２≦ｒ≦５である材料から形成された中間体が介在され、この中間体と前記アンテナハウジングとに間に電磁シールド部材が設けられることを特徴とする地中隠蔽物の検出装置。
【請求項２】
前記誘電体基盤の比誘電率ｒが１０≦ｒ≦３０であることを特徴とする請求項１記載の地中隠蔽物の検出装置。
【請求項３】
電磁波を発生するための送信パルス信号を前記アンテナ体に送給するための送信パルス発生器をさらに備え、前記送信パルス発生器が前記アンテナハウジングに直接的に取付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の地中隠蔽物の検出装置。
【請求項４】
前記アンテナ体にて受信した受信電磁波を増幅するための高周波増幅器をさらに備え、前記高周波増幅器が前記アンテナハウジングに直接的に取付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の地中隠蔽物の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用して既に地中に存在する隠蔽物を検出する地中隠蔽物の検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願平９−６５０６６号において、地中推進工法による障害物の検出装置を提案した。この提案した装置は、土壌中を推進する推進体を備えている。この推進体は推進体本体を有し、推進体本体の先端に推進先端部が装着されている。推進先端部には土壌を掘削するための刃物が設けられ、また刃物の近傍には前方に向けて開口する吐出孔が設けられ、この吐出孔を通してベントナイト泥水が供給される。また、推進体に関連して駆動手段が設けられ、この駆動手段は推進体を所定方向に回転駆動するとともに推進体を土壌中に押込み駆動する。したがって、駆動手段によって推進体が回転駆動されるとともに推進方向の力が加えられると、それに装着された刃物は土壌を掘削し、推進体は土壌中を掘削しながら前進する。
【０００３】
このような推進体には、ガス管等の地中隠蔽物を検出するための地中隠蔽物の検出装置が装備されている。この検出装置は、電磁波を送信する送信アンテナと隠蔽物からの反射電磁波を受信するための受信アンテナと、受信アンテナにより受信した電磁波を処理する信号処理手段とを備えており、受信電磁波を信号処理手段でもって所要のとおりに処理することによって地中に埋設されている隠蔽物の位置が検出される。そして、このようにして地中隠蔽物の位置を検出することによって、地中隠蔽物を回避するように推進体が推進することができ、これによって掘進作業時における地中隠蔽物の破損を防止することができる。なお、送信アンテナと受信アンテナは別個のアンテナから構成することもできるが、共通のアンテナから構成して作動時間を区別することによって送信アンテナおよび受信アンテナとして機能させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この提案した検出装置では、次のとおりの解決すべき問題が存在する。第１に、送信アンテナおよび受信アンテナからなるアンテナ体の合成抵抗値が比較的大きい値に設定されており、それ故に、アンテナ体の合成抵抗値と推進体によって掘削する土壌とのインピーダンス値とが相違し、このことに起因して、送信アンテナの送信効率および受信アンテナの受信効率が低くなり、地中隠蔽物の位置検出精度が低下する。
【０００５】
第２に、アンテナ体は、プレート状の誘電体基盤と、この誘電体基盤の表面に設けられたアンテナエレメントを有し、誘電体基盤が土壌に接触するように、換言するとアンテナエレメントが内側となるように推進回転体に取付けられる。ところが、提案した検出装置では、誘電体基盤の比誘電率が比較的小さく、それ故に、誘電体基盤の比誘電率と推進体によって掘削する土壌の比誘電率とが相違し、このことに起因して、送信アンテナから誘電体基盤を通して送信される電磁波の一部が土壌との境界面にて反射し、また土壌中からの反射電磁波の一部が誘電体基盤を通して受信アンテナに受信される際に誘電体基盤との境界面にて反射し、送信アンテナの送信効率および受信アンテナの受信効率が低くなり、地中隠蔽物の位置検出精度が低下する。
【０００６】
第３に、提案した検出装置は、受信した電磁波を増幅するための高周波増幅器等を備えているが、この高周波発生器等がアンテナ体とは離れた部位に配置され、アンテナ体と高周波増幅器とがケーブルを介して電気的に接続されている。それ故に、この接続用のケーブルにおいてノイズを受信したり、ケーブル内にて多重反射が発生し、地中隠蔽物を検出するための信号にノイズ成分が含まれ、このことによっても地中隠蔽物の位置検出の精度が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、アンテナ体の送信効率および受信効率を高めることができる地中隠蔽物の検出装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、アンテナ体と掘削する土壌との境界面における電磁波の反射を少なくすることができる地中隠蔽物の検出装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる地中隠蔽物の検出装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、土壌中を推進する推進体の先端部に設けられ、電磁波を送信するとともに隠蔽物にて反射した電磁波を受信するアンテナ体と、前記アンテナ体により受信した受信電磁波を処理して隠蔽物の埋設位置を検出するための信号処理手段とを具備する地中隠蔽物の検出装置において、
前記アンテナ体は、合成抵抗値が２０〜１００Ωの複数個の抵抗が装荷されるボータイ型のアンテナを有し、
前記アンテナは、比誘電率ｒが５≦ｒ≦８１である誘電体基盤と、この誘電体基盤の表面に設けられたアンテナエレメントとによって構成され、
開口部に前記誘電体基盤が設けられ、前記アンテナを収容するアンテナハウジングを有し、
前記アンテナハウジングと前記アンテナのアンテナエレメントとの間に、比誘電率ｒが２≦ｒ≦５である材料から形成された中間体が介在され、この中間体と前記アンテナハウジングとに間に電磁シールド部材が設けられることを特徴とする地中隠蔽物の検出装置である。
【００１１】
本発明に従えば、アンテナ体がボータイ型のアンテナから構成され、このアンテナ体に装荷される複数個の抵抗の合成抵抗値が２０〜１００Ωであるので、アンテナ体の合成抵抗値と推進体によって掘削される土壌のインピーダンス値とがほぼ等しくなり、これによってアンテナ体と土壌との間の電磁波の送信効率および受信効率を高めることができる。
【００１３】
また、アンテナ体の誘電体基盤の比誘電率が５〜８１であるので、誘電体基盤の比誘電率と推進体が掘削する土壌の比誘電率とがほぼ等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射が抑えられ、電磁波の伝達を効率よく行うことができる。
さらに、アンテナハウジングとアンテナエレメントとの間に比誘電率ｒが２≦ｒ≦５である中間体が介在されているので、この中間体によってアンテナエレメントから送信される電磁波の共振を抑えることができ、地中隠蔽物を検出するための電磁波として広い周波数帯をカバーすることができ、送信および受信する電磁波の広帯域化を図ることができる。
さらに、アンテナハウジングと前記中間体との間に電磁シールド部材が設けられるので、外部からの電磁波がアンテナハウジングを通してアンテナに受信されることが防がれ、受信信号に含まれるノイズ成分を低減することができる。
【００１４】
また本発明は、前記誘電体基盤の比誘電率ｒが１０≦ｒ≦３０であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、誘電体基盤の比誘電率ｒが１０≦ｒ≦３０であるので、この比誘電率はたとえばベントナイト泥水を噴出しながら土壌を掘進する場合における土壌の比誘電率と実質上等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射を大幅に抑えることができる。
【００１８】
また本発明は、電磁波を発生するための送信パルス信号を前記アンテナ体に送給するための送信パルス発生器をさらに備え、前記送信パルス発生器が前記アンテナハウジングに直接的に取付けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、送信パルス発生器がアンテナハウジングに直接的に取付けられているので、送信パルス発生器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連して、地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【００２０】
さらに本発明は、前記アンテナ体にて受信した受信電磁波を増幅するための高周波増幅器をさらに備え、前記高周波増幅器が前記アンテナハウジングに直接的に取付けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、高周波増幅器がアンテナハウジングに直接的に設けられているので、高周波増幅器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連しても地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う地中隠蔽物の検出装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従う地中隠蔽物の検出装置の一実施形態を装備した推進体の要部を示す部分断面図であり、図２は、図１の推進体に装備された検出装置の回路系を簡略的に示すブロック図である。
【００２３】
図１において、図示の推進体２は、土壌中を推進する推進体本体４と、この推進体本体４の先端に装着された推進先端部６とを備えている。推進体２は、たとえば地面に形成された発進立坑（図示せず）から土壌中に推進される。この推進体２に関連して、発進立坑には油圧モータの如き駆動手段（図示せず）が設けられる。この駆動手段は、推進体２に駆動連結され、推進体２を所定方向に回転駆動するとともに、推進体２を土壌中に押込み駆動する。
【００２４】
この推進体２は、推進先端部６を発進立坑から土壌中に貫入し、推進体本体４の一部を構成する推進管を継足しながら圧入し、掘削しながら前進する。推進先端部６の前端部からは、たとえばベントナイト泥水を噴射し、推進先端部６による掘削を容易にするとともに、推進先端部６により形成された孔壁を安定化させる。このような推進体２では、図１に示すとおり、推進先端部６の前端部に、推進体２の中心軸線８に対して傾斜した、すなわち推進先端部６の後側に向けて外側に傾斜した傾斜面１０が設けられており、したがってこの推進体２を回転駆動しながら推進方向に押込むことによって図１において左方に直進させることができ、また推進体２を回転駆動することなく押込むことによって湾曲させて図１において左方に移動させることができ、このように推進させることによって、推進体２は、ガス管等の地中隠蔽物（図示せず）を回避して土壌中を掘進することができる。
【００２５】
このようにして推進体２によって土壌中に孔を形成し、その後、たとえばガス管等の埋設部材（図示せず）を敷設する。すなわち、推進体２によってたとえば到達立孔まで孔を形成し、この到達立孔で推進体２を取外し、敷設する埋設部材の外径に対応した拡孔リーマを取付け、しかる後、敷設する埋設部材を接続し、拡孔リーマからベントナイト泥水を再噴射しながら所要の口径に拡げつつ推進管を引戻し、発進立孔まで埋設部材を引込んで埋設部材の敷設作業を終了する。
【００２６】
このような推進体２の推進先端部６には、上記傾斜面１０に対応して取付け座１２が設けられ、この取付け座１２にアンテナ体１４が取付けられている。アンテナ体１４は、推進体２の中心軸線８に対して傾斜した取付け座１２に固定されているので、推進体２が回転駆動されると、推進方向前方の比較的広い範囲に向けて電磁波を発信し、したがってこの範囲に存在する地中隠蔽物を探知することができる。アンテナ体１４の構成については後述する。
【００２７】
推進先端部６の前面、この実施形態では取付け座１２の近傍に、土壌を掘削するための刃物１６が固定されており、またこの刃物１６の近傍に前方に向けて開口する吐出孔１８が形成されている。この吐出孔１８には、管路２０を介して掘進時のベントナイト泥水等が圧送される。
【００２８】
管路２０は管継手２２を介して推進体本体４内の管路２４に接続される。この推進先端部６と推進体本体４とには、電源ライン２８，３０と、信号ライン３２，３４がそれぞれ対応して設けられる。
【００２９】
この推進体２には、図２に示す検出装置が装備されている。図示の検出装置は、発振器５２および送信パルス発生器５４を備えている。発振器５２は、たとえば水晶発振器から構成され、所定周波数の発信信号Ｐ１を生成する。この発振器５２からの発信信号Ｐ１は、たとえばサイン波でよい（図３参照）。発振器５２として水晶発振器を用いることによって、発信信号の周波数を安定させることができ、また高周波の発信信号のピーク値をたとえば３Ｖ程度にすることができる。地中隠蔽物、たとえば地中に埋設されたガス管等を高速でかつ高精度で検出するためには、この発信信号Ｐ１の周波数は大きい程望ましく、たとえば１メガヘルツ（ＭＨｚ）以上に設定するのが好ましい。発振器５２からの発信信号Ｐ１は送信パルス発生器５４に送給され、送信パルス発生器５４は、発信信号Ｐ１がゼロ点から立上がって所定値Ｖ１になると送信パルス信号Ｐ４を発生する（図３参照）。したがって、送信パルス発生器５４によって発生される送信パルス信号Ｐ４は、上記発信信号Ｐ１の立上がりのゼロ点から時間Ｔ１遅れて発生される。
【００３０】
この検出装置は、また、アンテナ体１４を含んでいる。この実施形態のアンテナ体１４はアンテナ筐体を備え、このアンテナ筐体に送信アンテナ５６と受信アンテナ５８が設けられている。送信パルス発生器５４からの送信パルス信号Ｐ４は送信アンテナ５６に送給され、送信アンテナ５６はこの送信パルス信号Ｐ４に基づいて探知用電磁波を地中隠蔽物（図示せず）に向けて発信する。また、受信アンテナ５８は、送信アンテナ５６から発信された後、地中隠蔽物によって反射された電磁波を受信する。送信アンテナ５６および受信アンテナ５８は、実質上同一の構成のボータイ型のアンテナから構成され、平面的または立体的形態のものでよい（図４参照）。この実施形態では、アンテナ体１４は、別個の専用の送信アンテナ５６および受信アンテナ５８から構成しているが、共通の兼用アンテナから構成し、この兼用アンテナの作動時間を区別することによって送信アンテナおよび受信アンテナの双方の機能を持たせることもできる。
【００３１】
この検出装置は、さらに、高周波増幅器６０およびサンプリング手段６２を備えている。受信アンテナ５８にて受信された受信信号Ｐ５は、高周波増幅器６０に送給される。受信アンテナ５８の受信信号Ｐ５は、地中隠蔽物から反射された電磁波の受信信号であるので、送信パルス信号Ｐ４よりもＴ２時間遅れの信号となり（図３参照）、この時間遅れＴ２は、送信アンテナ５６および受信アンテナ５８と地中隠蔽管との距離が大きい程長くなる。高周波増幅器６０は、受信アンテナ５８からの受信信号Ｐ５を高周波増幅し、増幅した受信信号をサンプリング手段６２に送給する。
【００３２】
発振器５２からの発信信号Ｐ１は、移相手段６４に送給される。図示の移相手段６４は移相回路電圧制御手段６６と電圧可変移相回路６８から構成されている。移相回路電圧制御回路から構成される移相回路電圧制御手段６６は、電圧可変移相回路６８に供給される電圧を変化させる。また、電圧可変移相回路６８は、移相回路電圧制御手段６６からの制御電圧に基づいて上記発信信号Ｐ１の移相を可変とする。すなわち、電圧可変移相回路６８は、移相回路電圧制御手段６６からの制御電圧がたとえば大きくなるにしたがって上記発信信号Ｐ１の遅れを大きくし（換言すると、遅延時間を長くする）、一方移相回路電圧制御手段６６からの制御電圧がたとえば小さくなるにしたがって上記発信信号Ｐ１の遅れを小さくする（換言すると、遅延時間を短くする）。このような電圧可変移相回路６８として、たとえば、３０〜２００ｐＦ程度のバリキャップを５個程度を組込んだ回路を用いることができ、このような回路において電圧をたとえば０〜５Ｖ変化させることによって上記発信信号Ｐ１の位相をたとえば０〜６０×１０-9秒（０〜６０ｎｓ）遅らせることができる。上述したバリキャップを用いた回路は、回路の温度特性が良好であり、温度が変化してもその特性が安定しており、移相手段６４から出力される移相信号のゼロ点の変動を少なくすることができる。
【００３３】
この移相手段６４は、上述したとおりにして移相信号Ｐ２（図３参照）を生成する。この移相信号Ｐ２は、上記発信信号Ｐ１から所定時間Ｔ位相が遅れた信号となり、電圧可変移相回路６８に供給される制御電圧を変化させることによって発信信号Ｐ１との位相遅れ時間が制御される。このような移相信号Ｐ２の遅延量は、発信信号Ｐ１の発振周波数とも関連するが、１〜１０００ｎｓの適宜の範囲に設定するのが望ましい。
【００３４】
移相手段６４からの移相信号Ｐ２はパルス化回路７０に送給され、このパルス化回路７０によって移相信号Ｐ２がパルス化される。パルス化された移相信号Ｐ２は、その後サンプリングパルス発生器７２に送給され、サンプリングパルス発生器７２は、送給された移相信号Ｐ２に基づいて、この実施形態では移相手段６４からの移相信号Ｐ２の出力値が所定値Ｖ２になるとサンプリングパルス信号Ｐ３（図３）を生成する。
すなわち、サンプリングパルス発生器７２は、図３に示すとおり、移相信号Ｐ２の立上がりのゼロ点の時点から所定値Ｖ２になるとサンプリングパルス信号Ｐ３を生成し、このサンプリングパルス信号Ｐ３をサンプリング手段６２に送給する。サンプリングパルス発生器７２にて生成されるサンプリングパルス信号Ｐ３は非常に短く設定される。サンプリングパルス発生器７２からのサンプリングパルス信号Ｐ３はサンプリング手段６２のゲート信号として機能し、サンプリング回路から構成されるサンプリング手段６２は、サンプリングパルス発生器７２からのサンプリングパルス信号Ｐ３が送給されると、受信アンテナ５８が受信した受信信号Ｐ５を取入れて信号処理手段７４に送給する。
【００３５】
この実施形態では、発信信号Ｐ１の周波数はたとえば２０ＭＨｚに設定され、その周期は５０ｎｓである。このような場合、たとえば３１２．５μｓに設定される第１計測期間の間、移相手段６４は発信信号Ｐ１から所定時間Ｔ位相が遅れた移相信号Ｐ２を生成し、かかる移相信号Ｐ２に基づいてサンプリングパルス発生器７２は６２５０個のサンプリングパルス信号Ｐ３を生成する。
したがって、第１計測期間においては、サンプリング手段６２は受信アンテナ５８の受信信号Ｐ５を上記サンプリングパルス信号Ｐ３に基づいて６２５０回測定し、これら測定したサンプリング信号Ｐ６（図３）を信号処理手段７４に送給する。信号処理手段７４は、積分回路およびメモリを含んでおり、このような第１計測期間におけるサンプリング信号Ｐ６を積分回路によって積分処理し、積分処理された積分値がメモリに記憶される。このように多数回測定した測定値を積分処理することによってノイズ成分を低減して高精度な測定が可能となる。
第１計測期間が終了すると、移相回路電圧制御手段６６は電圧可変移相回路６８に供給される電圧をたとえば幾分大きくし、これによって移相手段６４からの移相信号Ｐ２は発信信号Ｐ１から時間（Ｔ＋ΔＴ）位相が遅れたものとなる。第１計測期間に続く次の３１２．５μｓの第２計測期間の間、移相手段６４は、発信信号Ｐ１から時間（Ｔ＋ΔＴ）位相が遅れた移相信号Ｐ２を生成し、かかる移相信号Ｐ２に基づいてサンプリングパルス発生器７２は、第１計測期間と同様に６２５０個のサンプリングパルス信号Ｐ３を生成する。なお、順次遅らせる時間ΔＴは、たとえば０．１１７ｎｓに設定される。
第２計測期間においても同様に、サンプリング手段６２は受信アンテナ５８の受信信号Ｐ５を上記サンプリングパルス信号Ｐ３に基づいて６２５０回計測し、これら計測したサンプリング信号Ｐ６（図３）を信号処理手段７４に送給する。信号処理手段７４は、次に、第２計測期間におけるサンプリング信号Ｐ６を積分回路によって積分処理し、積分処理された積分値がメモリに記憶される。
【００３６】
この実施形態では、図３に示すとおり、計測の１サイクルが８０ｍｓに設定されており、したがって第１計測期間の計測開始から上述した各計測期間の計測が８０ｍｓに達するまで遂行され、その間、移相手段６４は発信信号Ｐ１から順次ΔＴずつ遅れた移相信号Ｐ２を生成し、各計測期間毎のサンプリング信号Ｐ６が信号処理手段７４の積分回路によって積分処理され、積分処理された各積分値がメモリにストアされる。なお、計測の１サイクルの期間および各計測期間は、発信信号Ｐ１の周波数等に応じて適宜設定することができる。
【００３７】
信号処理手段７４は、メモリにストアされた１サイクル分の積分値をさらに積分処理し、低周波数化して探知信号Ｐ７（図３）を生成する。このようにして得られた探知信号Ｐ７は、液晶表示装置等の表示手段７６に送給され、探知信号Ｐ７に含まれた埋設位置情報が表示手段７６に表示され、かくして操作者は表示手段７６に表示された検出情報を見ることによって隠蔽物の埋設位置を容易に知ることができる。
【００３８】
このような検出装置では、たとえば、発振器５２、送信パルス発生器５４、アンテナ体１４、高周波増幅器６０、移相手段６４、パルス化回路７０、サンプリングパルス発生器７２およびサンプリング手段６２が推進体２に装備され、残りの信号処理手段７４および表示手段７６が、たとえば発進立孔抗または地上に設けられ、操作者は発進立抗内または地上にて表示手段７６に表示された地中隠蔽物の位置情報を見ることによって推進体２を所望のとおりに掘進させることができる。
【００３９】
次に、図４および図５を参照して、図示のアンテナ体１４について説明する。
図示のアンテナ体１４は送信アンテナ５６を含む送信アンテナ体８２と受信アンテナ５８を含む受信アンテナ体８４を備えている。送信アンテナ体８２および受信アンテナ体８４は実質上同一の構成であり、以下送信アンテナ体８２（または受信アンテナ体８４）の構成について説明する。
送信アンテナ体８２（または受信アンテナ体８４）は略矩形状のアンテナハウジング８６を備え、アンテナハウジング８６は底壁８８と、この底壁８８の縁部に設けられた４側壁９０を有し、これら底壁８８および４側壁９０によって収容空間を規定している。
送信アンテナ５６（または受信アンテナ５８）は誘電体基盤９２と、この誘電体基盤９２の表面に設けられたアンテナエレメント９４から構成されている。誘電体基盤９２は矩形状に形成され、図５に示すとおり、アンテナハウジング８６の収容空間の開口部に配設され、この誘電体基盤９２の外面が、推進体２が掘進する土壌に接触する。この誘電体基盤９２は比誘電率ｒが５≦ｒ≦８１の材料から形成するのが好ましく、その比誘電率ｒが１０≦ｒ≦３０の材料から形成するのが一層望ましい。
このような比誘電率を有する材料としては、たとえばアルミナ系、チタン系のセラミックを用いることができる。誘電体基盤９２として比誘電率ｒが５〜８１の材料を用いることによって、誘電体基盤９２の比誘電率を推進体２が掘進する各種土壌の比誘電率とほぼ等しくすることができ、これによって誘電体基盤９２と土壌との境界面における電磁波の反射を抑えることができ、電磁波の送信アンテナ５６から土壌中（または土壌中から受信アンテナ５８）への伝達効率を高めることができる。
特に、誘電体基盤９２として比誘電率ｒが１０〜３０の材料を用いることによって、誘電体基盤９２の比誘電率を、ベントナイト泥水を噴出しながら掘進する場合における土壌の比誘電率と実質上等しくすることができ、これによりベントナイト泥水を用いる場合における上記境界面における電磁波の反射を大幅に抑えることができる。
【００４０】
アンテナエレメント９４は、対向して配設された略矩形状の一対の第１の部分９６，９７と、一対の第１の部分９６，９７を囲むように設けられた第２の部分９８を有している。これら第１および第２の部分９６，９７，９８は銅から形成され、誘電体基盤９２の内面（図５において上側の面）に設けられている。このようなアンテナエレメント９４はエッチング処理によって形成することができる。
【００４１】
図示のアンテナエレメント９４においては、片方の第１の部分９６と第２の部分９８のこれに対向する部位９８ａとの間に４個の抵抗１００が電気的に並列に接続されている。同様に、他方の第１の部分９７と第２の部分９８のこれに対向する部位９８ｂとの間に４個の抵抗１０２が電気的に並列に設けられている。また、一対の第１の部分９６，９７の対向する部位にバランの如きコネクタ９９が電気的に接続され、送信パルス発生器５４からの送信パルス信号Ｐ４がコネクタ９９を介して送信アンテナ５６のアンテナエレメント９４に送給される（または受信アンテナ５８のアンテナエレメント９４からの受信信号Ｐ５がコネクタ９９を介して高周波増幅器６０に送給される。
【００４２】
この実施形態では、各抵抗１００，１０２の抵抗値Ｒは１００Ωに設定されており、したがってアンテナエレメント９４に装荷された抵抗１００，１０２の合成抵抗値ＲＴは５０Ωになる。このようにアンテナエレメント９４に装荷される抵抗１００，１０２の合成抵抗値ＲＴを５０Ωに設定することによって、この合成抵抗値ＲＴがベントナイト泥水を噴出しながら掘進する場合における土壌のインピーダンス値とが実質上等しくなり、電磁波の送信アンテナ５６から土壌中（土壌中から受信アンテナ５８）への送信効率（受信効率）を高めることができる。抵抗１００，１０２の合成抵抗値ＲＴは、必ずしも５０Ωに設定する必要はなく、この合成抵抗値ＲＴを２０〜１００Ωに設定することによって、土壌のインピーダンス値とほぼ等しくなり、上述したと同様の所望の効果を達成することができる。
【００４３】
アンテナハウジング８６の底壁８８と誘電体基盤９２およびアンテナエレメント９４との間の収容空間には、中間体１０４が介在されている。この中間体１０４は、比誘電率ｒが２〜５である材料、たとえばゴム、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等から形成することができ、かかる収容空間に充填される。このような材料からなる中間体１０４を介在させることによって、電磁波の送信、受信時に発生するアンテナエレメント９４の共振（特にアンテナエレメント９４の角部において発生し易い）を抑えることができ、地中隠蔽物を探知する際に用いる電磁波のより広帯域化を図ることができる。
【００４４】
この実施形態では、さらに、アンテナハウジング８６の底壁８８と中間体１０４との間に電磁シールド部材１０６が設けられている。電磁シールド部材１０６は、たとえばフェライトから形成され、外部からの電磁波が底壁８８を通して送信アンテナ５６（または受信アンテナ５８）に受信されることを防止し、これによって受信アンテナ５８の受信信号Ｐ５に含まれるノイズ成分の低減を図ることができる。
【００４５】
図示の実施形態では、さらに、送信アンテナ体８２のアンテナハウジング８６の底壁８８には送信パルス発生器５４が取付けられ、受信アンテナ体８４のアンテナハウジング８６には高周波増幅器６０が取付けられている。図５に示すように、送信アンテナ体８２のアンテナハウジング８６の底壁８８の外面には、送信パルス発生器５４がたとえば取付ねじ（図示せず）によって固定され、この送信パルス発生器５４がリード線１０８を介して送信アンテナ体８２のコネクタ９９に電気的に接続されている。このように送信パルス発生器５４を取付けることによって、送信パルス発生器５４と送信アンテナ５６とを電気的に接続する電気的コードを省略することができる。
また、受信アンテナ５８に関連して、受信アンテナ体８４のアンテナハウジング８６の底壁８８の外面には、高周波増幅器６０がたとえば取付ねじ（図示せず）によって固定され、受信アンテナ体８４のコネクタ９９がリード線１０８を介して高周波増幅器６０に電気的に接続されている。このように高周波増幅器６０を取付けることによって、受信アンテナ５８と高周波増幅器６０とを電気的に接続する電気的コードを省略することができる。
このように送信パルス発生器５４および高周波増幅器６０を取付けることによって、検出装置の回路構成を簡略化することができるとともに、受信アンテナ５８の受信信号Ｐ５に含まれるノイズ成分をさらに低減することができる。
なお、送信アンテナ体８２および受信アンテナ体８４のアンテナハウジング８６および誘電体基盤９２を共通のものから構成し、共通の誘電体基盤の表面に送信アンテナ５６と受信アンテナ５８のアンテナエレメント９４を設けるようにすることもできる。
【００４６】
上述した実施形態では、送信アンテナ５６と受信アンテナ５８とを別個のアンテナから構成しているが、兼用のアンテナから構成した場合、各アンテナ体８２，８４のアンテナハウジングは兼用のハウジングとなり、送信パルス発生器５４および高周波増幅器６０はこの共通のアンテナハウジングに取付けられる。
【００４７】
上述した構成のアンテナ体８２，８４は、上述した回路構成の検出装置に代えて、たとえば、図６に示す検出装置にも同様に用いることができる。検出装置の他の実施形態を簡略的に示す図６を参照して、図示の検出装置は、可変周期発信器２０２、固定遅延回路２０４、送信器２０６および送信アンテナ２０８を備えている。
可変周期発信器２０２は、電圧制御発信回路（略称ＶＣＯ）を含み、最初の周期に各回毎に少量時間Δｔずつ順次に伸張した可変周期をもつパルス信号を生成し、この可変周期パルス信号を可変周期信号として固定遅延回路２０４に送給する。この可変周期信号は、また、後述する相関信号発生器２１４に送給される。
固定遅延回路２０４は、上記可変周期信号を所定の固定遅延量だけ遅延させた固定遅延信号を生成し、この固定遅延信号を送信器２０６に送給する。送信器２０６は、固定遅延信号に基づいて送信信号を生成し、この送信信号を送信アンテナ２０８に送給する。送信アンテナ２０８は、送信信号に基づいて電磁波を生成し、この電磁波を地中に存在する地中隠蔽物に向けて発信する。
【００４８】
この検出装置は、また、受信アンテナ２１０、高周波増幅器２１２、相関信号発生器２１４および信号処理手段２１６を含んでいる。受信アンテナ２１０は、送信アンテナ２０８から送信され、地中隠蔽物にて反射された電磁波を受信し、受信信号を高周波増幅器２１２に送給する。高周波増幅器２１２は、上記受信信号を増幅する。
相関信号発生器２１４には、可変周期発生器２０２からの可変周期信号毎に所定時間長のモノサイクル波形による約束波形の信号を相関信号として生成し、この相関信号を信号処理手段２１６に送給する。信号処理手段２１６は掛算回路、積分回路および増幅回路を含んでいる。
掛算回路は、高周波増幅器２１２からの受信信号と相関信号発生器２１４からの相関信号との各振幅を掛算して掛算信号を生成し、また積分回路は、掛算回路からの掛算信号を積分処理して積分信号を生成し、また増幅回路は上記積分信号を増幅して増幅信号を生成する。
信号処理手段２１６は、さらに、上記増幅信号に相関検出処理とパルス圧縮処理を施して探知信号を生成する。この探知信号は、障害物の埋設位置情報を含んでおり、この探知信号を利用することによって表示手段２１８に障害物の埋設位置を表示することができる。
【００４９】
このような検出装置における送信アンテナ２０８および受信アンテナ２１０として上述したボータイ型のアンテナ体を用いることができ、このアンテナ体を用いることによって上述したと同様の効果を達成することができる。かかる場合、送信アンテナ体のアンテナハウジングに送信器２０６が取付けられ、また受信アンテナ体のアンテナハウジングに高周波増幅器２１２が取付けられる。
【００５０】
実施例および比較例
実施例として、図２に示す構成の検出装置に図４および図５に示すアンテナ体を組合わせてその効果を確認する実験を行った。なお、実験の都合上、送信パルス発生器と送信アンテナとをケーブルを介して接続し、また受信アンテナと高周波増幅器とをケーブルを介して接続した。図７は、実験に用いた検出装置の回路構成を簡略的に示している。この回路構成では、検出装置のコントローラａの送信端子部に第１補正ケーブルｃを介して第１のアッテネータｂを接続し、この第１アッテネータｂにアンテナ体ｄの送信アンテナＴｘを接続した。第１のアッテネータｂの減衰値を６ｄＢに設定し、第１補正ケーブルｃの長さを２５ｃｍに設定した。また、アンテナ体ｄの受信アンテナＲｘに第２補正ケーブルｅを介して第２のアッテネータｆを接続し、この第２のアッテネータｆを検出装置のコントローラａの受信端子部に接続した。第２のアッテネータｆの減衰値を６ｄＢに設定し、第２補正ケーブルｅの長さを２５ｃｍに設定した。
【００５１】
このような検出装置を用いて、次のとおりの土槽実験を行った。用いた土槽は、図８に示すとおりであり、土槽内に真砂土ｇを充填し、その内部に検出装置のアンテナ体ｄを位置付けた。土槽の下部には直径２インチの塩化ビニル管ｈを水平に配置し、この塩化ビニル管ｈの内部に直径１インチの鋼管ｉを挿入した。このような状態にて、真砂土の中に、まず、鋼管ｉとの間隔Ｌが５０ｃｍとなるようにアンテナ体ｄを位置付け、しかる後このアンテナ体ｄを鋼管ｉに近づく方向に真砂土中を上記間隔Ｌが１０ｃｍとなる位置まで下方に移動させ、このようにして鋼管ｉの探索を行った。実施例として、送信アンテナＴｘおよび受信アンテナＲｘには、それぞれ、合成抵抗値が５０Ωである抵抗を装荷した。また、誘電体基盤は、比誘電率が１０である合成樹脂から形成したものを用い、中間体は、誘電率が３であるゴム材を充填して形成した。
【００５２】
上述した土槽実験により、図９に示す結果が得られた。図９（ａ）は、鋼管ｉまでの距離Ｌが５０ｃｍから１０ｃｍになるまで実施例のアンテナ体ｄを移動させたときに得られた探索情報であり、検出装置の表示手段に表示された画像である。図９（ａ）の縦軸は電流波到達時間軸であり、横軸はアンテナ体ｄの最上面からの移動長さを示す距離軸であり、図９（ａ）において左方に向けて斜め上方に延びる黒白の直線状のラインＱ１が鋼管ｉからの電波到達時間を示しており、このアンテナ体ｄを少しずつ真砂土内に押込んでいくことによって鋼管ｉまでの間隔Ｌが小さくなることを示している。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）のラインＬ０、すなわちアンテナ体ｄから鋼管ｉまでの距離が３０ｃｍである地点における信号波形を切出してその振幅を示したものである。図９（ｂ）の信号波形における高い部分が図９（ａ）における白いラインに対応し、図９（ｂ）の信号波形における低い部分が図９（ａ）における黒いラインに対応する。これら図９（ａ）および（ｂ）に示す実験結果から、実施例のアンテナ体を用いた場合、大きい振幅の受信信号を得ることができ、これによって、鋼管ｉをより高精度に探知できることが判明した。
【００５３】
比較のために、実施例と同様の検出装置に比較例のアンテナ体を組合わせて実施例と同様の上述した実験を行った。比較例のアンテナ体においては、送信アンテナおよび受信アンテナには、それぞれ、合成抵抗値が２００Ωである抵抗を装荷した。また、誘電体基盤は、比誘電率が３であるガラスエポキシ樹脂から形成したものを用い、中間体を充填しなかった。比較例のアンテナ体を用いた場合、図１０に示す実験結果が得られた。
図１０（ａ）は、鋼管ｉまでの距離Ｌが５０ｃｍから１０ｃｍになるまで比較例のアンテナ体ｄを移動させたときに得られた探索情報であり、検出装置の表示手段に表示された画像であって、実施例の図９（ａ）に対応するものである。図１０（ａ）においても左方に向けて斜め上方に延びる黒白の直線状のラインＱ２が鋼管ｉを示すが、図９（ａ）の白黒のラインＱ１と比較してその濃度差が薄くなっている。
また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のラインＬ０、すなわちアンテナ体ｄから鋼管ｉまでの距離が３０ｃｍである地点における信号波形を切出してその振幅を示したものであり、実施例の図９（ｂ）に対応するものである。図１０（ｂ）においても、信号波形における高い部分が図１０（ａ）における白いラインに対応し、その低い部分が図１０（ａ）における黒いラインに対応する。
実施例の実験結果を示す図９（ａ）および（ｂ）と比較例の実験結果を示す図１０（ａ）および（ｂ）とを比較することによって、実施例のアンテナ体ｄの方が比較例のものよりも電磁波の反射強度が大きく、受信信号の振幅（ピークピーク値）は、実施例の方が比較例よりも約２倍程度大きくなっている。また、バックグランドのノイズを考慮すると、実施例は比較例に比してＳ／Ｎ比が約１０ｄＢ向上していることが判る。なお、Ｓ／Ｎ比は、
Ｓ／Ｎ＝２０ｌｏｇ（ピークピーク値）−２０ｌｏｇ（ノイズ成分の平均値）で求めた。
【００５４】
以上の実験結果から、実施例のアンテナ体を用いた方が比較例のものを用いるよりもＳ／Ｎ比を向上させることができ、地中隠蔽物をより高精度に探知できることが判明した。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、アンテナ体がボータイ型のアンテナから構成され、このアンテナ体に装荷される複数個の抵抗の合成抵抗値が２０〜１００Ωであるので、アンテナ体の合成抵抗値と推進体によって掘削される土壌のインピーダンス値とがほぼ等しくなり、これによってアンテナ体と土壌との間の電磁波の送信効率および受信効率を高めることができる。
【００５６】
また本発明によれば、アンテナ体の誘電体基盤の比誘電率が５〜８１であるので、誘電体基盤の比誘電率と推進体が掘削する土壌の比誘電率とがほぼ等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射が抑えられ、電磁波の伝達を効率よく行うことができる。
【００５７】
また本発明によれば、誘電体基盤の比誘電率が１０〜３０であるので、この比誘電率はたとえばベントナイト泥水を噴出しながら土壌を掘進する場合における土壌の比誘電率とが実質上等しくなり、これによって誘電体基盤と土壌との境界面における電磁波の反射を大幅に抑えることができる。
【００５８】
また本発明によれば、アンテナハウジングとアンテナエレメントとの間に比誘電率が２〜５である中間体が介在されているので、この中間体によってアンテナエレメントから送信される電磁波の共振を抑えることができ、地中隠蔽物を検出するための電磁波として広い周波数帯をカバーすることができ、送受信する電磁波の広帯域化を図ることができる。
また本発明によれば、中間体とアンテナハウジングとの間に電磁シールド部材が設けられるので、受信信号のノイズ成分を低減することができる。
【００５９】
また本発明によれば、送信パルス発生器がアンテナハウジングに直接的に取付けられているので、送信パルス発生器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連して、地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【００６０】
さらに本発明によれば、高周波増幅器がアンテナハウジングに直接的に設けられているので、高周波増幅器とアンテナ体との間を電気的に接続するためのケーブルを実質上省略することができ、このことに関連しても地中隠蔽物を検出するための信号に含まれるノイズ成分を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従う地中隠蔽物の検出装置の一実施形態を装備した推進体を、その一部を断面で示す断面図である。
【図２】  図１の推進体に装備された検出装置を簡略的に示すブロック図である。
【図３】  図２の検出装置の種々の構成要素において生成される各種信号を示すタイムチャートである。
【図４】  図２の検出装置のアンテナ体を示す断面図である。
【図５】  図４におけるＶ−Ｖ線による断面図である。
【図６】  検出装置の他の実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図７】  土槽実験を行うための土槽を簡略的に示す断面図である。
【図８】  実施例のアンテナ体を取付けた検出装置を用いたシステムの回路構成を簡略的に示すブロック図である。
【図９】  図９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、実施例のアンテナ体を用いて行った土槽実験の結果を示す図である。
【図１０】  図１０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、比較例のアンテナ体を用いて行った土槽実験の結果を示す図である。
【符号の説明】
２  推進体
４  推進体本体
１４  アンテナ体
５２  発振器
５４  送信パルス発生器
５６  送信アンテナ
５８  受信アンテナ
６０  高周波増幅器
６２  サンプリング手段
６４  移相手段
７４  信号処理手段
７６  表示手段
８２  送信アンテナ体
８４  受信アンテナ体
８６  アンテナハウジング
９２  誘電体基盤
９４  アンテナエレメント
１００，１０２  抵抗
１０４  中間体
２０８  送信アンテナ
２１０  受信アンテナ
【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】
0003779808.tif 000007
【図７】
0003779808.tif 000008
【図８】
0003779808.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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