JP2014196904A - 埋設物探査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディレイラインをなくすことが可能な埋設物探査装置を提供する。【解決手段】プリント基板８のＳＳ面８ａに送信アンテナエレメント２が実装され、プリント基板８のＰＳ面８ｂに、送信回路４と終端抵抗８２とが、送信アンテナエレメント２と接続されて実装され、プリント基板８のＰＳ面８ｂを覆うようにシールドケース８３が配設され、終端抵抗８２を介して送信アンテナエレメント２がシールドケース８３にショートされている。【選択図】 図２

Description

この発明は、レーダを用いて埋設物を探査する埋設物探査装置に関する。

地中や壁、床などの媒質に埋設されている鉄筋やガス管などの埋設物・ターゲットを探査するために、電磁誘導やＸ線あるいはレーダによる埋設物探査装置が使用されている。そのうち、レーダを用いた埋設物探査装置は、所定の繰り返し周期で発生されるパルス状のレーダ波を、送信アンテナから地中や壁に放射し、地中や壁から戻ってきた反射波を受信アンテナで受信する。そして、受信アンテナで受信した反射波に基づいて解析処理を行い、地中や壁の内部情報をディスプレイに表示するものである。

このような埋設物探査装置では、図３に示すように、送信部（送信回路）１０１と送信アンテナエレメント１０２、および受信部（受信回路）１０３と受信アンテナエレメント１０４とを、それぞれディレイライン（遅延線）１０５、１０６で接続し、ディレイライン１０５、１０６を介してアンテナエレメント１０２、１０４に送信信号、受信信号を給電している（例えば、特許文献１等参照。）。

すなわち、送受信部１０１、１０３とアンテナエレメント１０２、１０４との間では、ミスマッチによって反射信号が繰り返し多数発生し、このような多重反射信号を受信する前に制御部１０７で探査処理を行う必要がある。一方、探査処理に要する時間（探査範囲）は、埋設物の埋設深さなどに依存し、この探査時間よりも、多重反射信号を遅延させる（探査範囲外に追い出す）必要があり、そのために所定長のディレイラインを設けている。

例えば、図４に示すように、探査範囲が８ｎｓの場合、１０ｎｓごとに多重反射信号が発生すれば、多重反射信号を受信する前に探査処理を行うことができる。このため、１０ｎｓごとに多重反射信号が発生するような長さのディレイライン１０５、１０６を、送受信部１０１、１０３とアンテナエレメント１０２、１０４との間に設ける。例えば、同軸ケーブルの場合、１ｍのディレイライン１０５、１０６を設けるものである。ここで、図４は、送信アンテナエレメント１０２の給電点の電圧を示し、ｔ＝０で送信信号が送信アンテナエレメント１０２に給電された場合、ミスマッチによって、１０ｎｓごとに多重反射信号が給電点に現れるが、多重反射信号が探査範囲外に追い出されていることを示している。

さらに、ディレイライン１０５、１０６からの不要放射や、ディレイライン１０５、１０６へのノイズカップリングなどの対策のために、図３に示すように、ディレイライン１０５、１０６にコア１０８、１０９を挿入している。また、ディレイライン１０５、１０６および、送受信部１０１、１０３と制御部１０７との間は、同軸線やシールド線などによる不平衡信号伝送となっている。

特開２０１０−２４９７１５号公報

このように所定長のディレイラインを要するため、ケーブル損失による送信信号および受信信号の劣化が生じてしまう。また、ディレイラインやコアを要するため、部品費用や組立工数、組立費用がかさむとともに、装置全体が重量化、大型化してしまう。

そこでこの発明は、ディレイラインをなくすことが可能な埋設物探査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーダ波を送信アンテナエレメントから媒質に放射し、前記媒質からの反射波を受信アンテナエレメントで受信して解析処理することで、前記媒質中の埋設物を探査する埋設物探査装置において、基板の一方の面に送信アンテナエレメントが実装され、前記基板の他方の面に、信号を送信するための送信回路と、終端抵抗とが、前記送信アンテナエレメントと接続されて実装され、前記基板の他方の面を覆うようにシールドケースが配設され、前記終端抵抗を介して前記送信アンテナエレメントが前記シールドケースにショートされている、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、レーダ波を送信アンテナエレメントから媒質に放射し、前記媒質からの反射波を受信アンテナエレメントで受信して解析処理することで、前記媒質中の埋設物を探査する埋設物探査装置において、基板の一方の面に受信アンテナエレメントが実装され、前記基板の他方の面に、信号を受信するための受信回路と、終端抵抗とが、前記受信アンテナエレメントと接続されて実装され、前記基板の他方の面を覆うようにシールドケースが配設され、前記終端抵抗を介して前記受信アンテナエレメントが前記シールドケースにショートされている、ことを特徴とする。

請求項１、２の発明によれば、１つの基板に送信アンテナエレメントと送信回路、または受信アンテナエレメントと受信回路とが実装されているため、ミスマッチによる多重反射信号が現れない。このため、所定長のディレイラインを設ける必要がなく、この結果、ケーブル損失による送信信号および受信信号の劣化をなくすとともに、部品費用や組立工数、組立費用を低減することや、埋設物探査装置全体の軽量化、小型化が可能となる。

また、終端抵抗を介して送信アンテナエレメント（または受信アンテナエレメント）がシールドケースにショート・短絡されているため、送信アンテナエレメント（または受信アンテナエレメント）のアンテナ特性に影響を与えるグランドパターンを設けなくてよい。

この発明の実施の形態に係る埋設物探査装置を示す概略構成ブロック図である。 図１の埋設物探査装置におけるプリント基板への送信アンテナエレメントや送信回路などの実装状態を示す図であり、（ａ）は、送信アンテナエレメントの実装状態を示し、（ｂ）は、送信回路と終端抵抗の実装状態を示し、（ｃ）は、シールドケースの実装状態を示す。 従来の埋設物探査装置を示す概略構成ブロック図である。 図３の埋設物探査装置における探査範囲と多重反射信号との関係を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る埋設物探査装置１を示す概略構成ブロック図である。この埋設物探査装置１は、レーダ波（送信波）を送信アンテナエレメント２から地中や壁、床などの媒質に放射し、媒質からの反射波（受信波）を受信アンテナエレメント３で受信して解析処理することで、媒質中の鉄筋やガス管などの埋設物・ターゲットを探査する装置である。ここで、主として、送信アンテナエレメント２と送信回路４、および受信アンテナエレメント３と受信回路５が、一体的に構成されている点を除いて従来の埋設物探査装置と同等の構成であるため、この点について主として以下に説明する。

送信回路４は、制御部６から送信トリガを受信し、この送信トリガに同期してパルス信号（送信信号）を生成して、送信アンテナエレメント２に給電する（送る）回路であり、第１の送信トランス４１と、パルス発生部４２と、第２の送信トランス４３と、を備えている。また、耐ノイズ性能を高めるために、制御部６とはツイスト線７１などで接続され、送信トリガが平衡信号として制御部６から送信されるようになっている。そして、第１の送信トランス４１で不平衡信号に変換し、パルス発生部４２でパルス信号を生成し、さらに、第２の送信トランス４３で平衡信号に変換して、送信アンテナエレメント２から所定周期のパルス状のレーダ波を放射させるものである。

受信回路５は、制御部６から受信トリガを受信し、この受信トリガに同期して反射波（受信信号）を受信アンテナエレメント３から受信する回路であり、第１の受信トランス５１と、サンプリング部５２と、第２の受信トランス５３と、を備えている。また、制御部６とはツイスト線７２などで接続され、受信トリガおよび受信ＩＦ信号が平衡信号として制御部６との間で送受信されるようになっている。そして、受信トリガに同期するサンプリング部５２のサンプリングタイミングに従って、受信アンテナエレメント３から反射波を受信すると、第２の受信トランス５３で不平衡信号に変換し、さらに、第１の受信トランス５１で平衡信号に変換して、受信ＩＦ信号を制御部６に送信する。

制御部６は、レーダ波の放射から反射波の受信までの時間と、受信ＩＦ信号の位相とに基づいて、埋設物の位置、状態を解析して、ディスプレイに表示させるものである。

このような送信アンテナエレメント２と送信回路４、および受信アンテナエレメント３と受信回路５とは、次のようにして一体的に構成されている。ここで、ともに同等な構成・構造であるため、送信アンテナエレメント２と送信回路４について、以下に主として説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、薄い長方形のプリント基板（基板）８の一方の面であるＳＳ面８ａに、送信アンテナエレメント２が実装されている。この送信アンテナエレメント２は、２つの二等辺三角形を、その頂点同士が隣接するように配設した平面形状となっており、各角部に、他方の面（ＰＳ面８ｂ）に貫通するスルーホール８１−１〜６が形成されている。

一方、図２（ｂ）に示すように、プリント基板８の他方の面であるＰＳ面８ｂには、送信アンテナエレメント２の実装領域に重ならない領域に、１つの送信回路４と４つの終端抵抗８２とが実装されている。つまり、プリント基板８を介して送信アンテナエレメント２と重ならないように、送信回路４と終端抵抗８２の実装位置、形状、領域が設定されている。すなわち、この実施の形態では、送信回路４は、ＰＳ面８ｂの中央部のホームベース状の領域内のみで各部品が配置、配線され、周縁にスルーホール８１−１、２が位置している。そして、このスルーホール８１−１、２を介して、送信回路４と送信アンテナエレメント２とが導通接続されている。

また、各終端抵抗８２は、横長の略長方形で、ＰＳ面８ｂの四隅近く配置され、送信回路４側の端部（一端部）にスルーホール８１−３〜６が位置している。そして、このスルーホール８１−３〜６を介して、各終端抵抗８２と送信アンテナエレメント２とが導通接続されている。

さらに、図２（ｃ）に示すように、プリント基板８のＰＳ面８ｂを覆うようにシールドケース８３が配設されている。このシールドケース８３は、長方形のシート状で、外周側だけを残してＰＳ面８ｂの全面を覆うように形成されている。これにより、送信回路４を完全に覆うとともに、各終端抵抗８２の一端部側を覆うようになっている。そして、このようなシールドケース８３が配設されることで、スルーホール８１−１、２を介して送信回路４がシールドケース８３に接続、ショートされ、スルーホール８１−３〜６と終端抵抗８２とを介して、送信アンテナエレメント２がシールドケース８３に接続、ショートされている。また、各終端抵抗８２の他端部が、シールドケース８３の端縁から突出・露出しているものである。

以上のように、この埋設物探査装置１によれば、１つのプリント基板８に送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）と送信回路４（または受信回路５）とが実装されているため、ミスマッチによる多重反射信号が現れない。このため、所定長のディレイラインを設ける必要がなく、この結果、ケーブル損失による送信信号および受信信号の劣化をなくすとともに、部品費用や組立工数、組立費用を低減することや、埋設物探査装置１全体の軽量化、小型化が可能となる。

また、送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）の実装領域に重ならないように送信回路４（または受信回路５）が実装されているため、送信回路４（または受信回路５）によって送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）の特性に影響を与えることがない。さらに、スルーホール８１−３〜６と終端抵抗８２とを介して、送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）がシールドケース８３にショート・短絡されているため、送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）のアンテナ特性に影響を与えるグランドパターンを設けなくてよい。すなわち、１つのプリント基板８に送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）と送信回路４（または受信回路５）とを実装する場合、通常の回路基板のように、プリント基板８を多層構造（例えば、４層構造）にして１層を全面グランドパターンにすることが考えられるが、その場合、アンテナ特性に影響を与えてしまう。これに対して、本埋設物探査装置１の構造によれば、グランドパターンを設けずに送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）をショートさせることができる。つまり、アンテナ特性に影響を与えることなく、送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）と送信回路４（または受信回路５）とを１つのプリント基板８に実装することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、送信回路４と制御部６間および受信回路５と制御部６間を、ともに平衡信号伝送としているが、ノイズ性能などに応じて、一方のみを平衡信号伝送としてもよい。また、送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）や送信回路４（または受信回路５）、終端抵抗８２の実装領域、形状は、所定の性能、機能が得られれば、上記の領域、形状に限らない。

また、上記の実施の形態では、送信アンテナエレメント２（または受信アンテナエレメント３）の実装領域に重ならないように送信回路４（または受信回路５）を実装しているが、重なるように実装してもよい。

１ 埋設物探査装置
２ 送信アンテナエレメント
３ 受信アンテナエレメント
４ 送信回路
４１ 第１の送信トランス
４２ パルス発生部
４３ 第２の送信トランス
５ 受信回路
５１ 第１の受信トランス
５２ サンプリング部
５３ 第２の受信トランス
６ 制御部
７１、７２ ツイスト線
８ プリント基板（基板）
８ａ ＳＳ面（一方の面）
８ｂ ＰＳ面（他方の面）
８１−１〜６ スルーホール
８２ 終端抵抗
８３ シールドケース

Claims (2)

1. レーダ波を送信アンテナエレメントから媒質に放射し、前記媒質からの反射波を受信アンテナエレメントで受信して解析処理することで、前記媒質中の埋設物を探査する埋設物探査装置において、
   基板の一方の面に送信アンテナエレメントが実装され、
   前記基板の他方の面に、信号を送信するための送信回路と、終端抵抗とが、前記送信アンテナエレメントと接続されて実装され、
   前記基板の他方の面を覆うようにシールドケースが配設され、前記終端抵抗を介して前記送信アンテナエレメントが前記シールドケースにショートされている、
   ことを特徴とする埋設物探査装置。
2. レーダ波を送信アンテナエレメントから媒質に放射し、前記媒質からの反射波を受信アンテナエレメントで受信して解析処理することで、前記媒質中の埋設物を探査する埋設物探査装置において、
   基板の一方の面に受信アンテナエレメントが実装され、
   前記基板の他方の面に、信号を受信するための受信回路と、終端抵抗とが、前記受信アンテナエレメントと接続されて実装され、
   前記基板の他方の面を覆うようにシールドケースが配設され、前記終端抵抗を介して前記受信アンテナエレメントが前記シールドケースにショートされている、
   ことを特徴とする埋設物探査装置。