JPH01240890A

JPH01240890A - 電気探査装置

Info

Publication number: JPH01240890A
Application number: JP63065819A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakamura; 誠中村
Original assignee: YAMAGUCHI PREF GOV
Current assignee: YAMAGUCHI PREF GOV
Priority date: 1988-03-22
Filing date: 1988-03-22
Publication date: 1989-09-26
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPH0616115B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電気探査装置に係り、特に地下水調査、地滑
り調査、地質調査及び資源調査等を目的にした電気探査
において、安定した送信及び受信を自動的に行うことに
より、測定の信頼性を高めると共に、比抵抗値及び分極
率を同時測定することにより総合的な解析結果を得るこ
とができるようにした電気探査装置に関する。

（従来の技術）従来、電気探査装置としては、例えば次の２つの装置が
知られていた。

第１の装置は、電磁継電器を使用した電気探査装置であ
る。

この装置は、電磁継電器の接点の一方に電源を接続し、
他方に電流電極を接続し、前記電磁継電器の励磁巻線に
対する励磁電流の制御により、前記電磁継電器の開閉制
御を行い前記電流電極による電流信号の送信制御を行う
。

一方、受信部としては、電位電極に接続した電位計を用
いて受信信号の受信を行なうものである。

次に、第２の装置は、ｒ、１０　Ｓ　−Ｆ　Ｅ　Ｔを用
いた回路により、送信制御をする装置である。

この装置における送信部は、内蔵電源又は外部電源によ
り、ＩＯＶから２００Ｖの直流電圧を発生させ、極性切
替回路を介して電流電極から送信を行うものである。

この場合の受信部としては、電位電極で受信した信号を
、演算増幅器から低域通過フィルタを通した後、Ａ／Ｄ
変換（アナログ−デジタル変換）若しくはＶ／Ｆ変ｆＡ
（電圧−周波数変換）を行うものである。

また、測定タイミングの制御や、演算処理あるいは結果
の表示を行う制御部等も設けられている。

（発明が解決しようとする課趙）前記のようなも′Ｃ来の電気探査装置においては、次の
ような欠点があった。

（１）前記第１の装置では、電磁継電器の接点の開閉制
御により送信の制御を行っている。

この場合、送信信号は、高電圧でし力も大電流であるか
ら、電磁継電器の可動接触子と固定接触子との機械的振
動が送信信号の波形に影響を与える。

例えば、送信信号の振動を５３ｍ５ｅｃ以上誘起させる
ことがあり、このような場合には、電位電極で受信する
電位波形にも必、黙約に振動が現れる。

（２）第１の装置では、電磁継電器の接触子間への異物
の混入や、大電流遮断時のアークの発生による接触子の
爆着や、開閉頻度の増大による［目的寿命の低下、ある
いは絶縁劣化などが起こる。

このため、正確で安全な測定を困難にしている。

（３）第１の装置では、送信及び受信のタイミングも測
定者が設定し、かつ測定結果の推定も個人の経験と勘に
依存するところが大きい。

したがって、基本的に測定精度及び信頼性の低下が避け
られないばかりか、電流遮断後の受信信号の過渡波形を
扱うタイム・ドメインによる分極率の測定を行い総合的
に地質の評価等を行うことは困難である。

（４）前記第２の装置では、高電圧、大電流の送信には
適しておらず、探査深度も３００翔前後となり、特に比
抵抗が低い地質の場合などにおいては、探査に制約が生
じる。

（５）第２の装置では、電位電極から受信する信号は、
非常に微弱な電位信号であり、コモン　モード雑音、及
び、ノーマル・モード雑音が重畳している。

コモン・モード雑音は、差動型演算増幅器で逓減できる
が、ノーマル・モード雑音が重畳した信号は、目的とす
る信号成分と、雑音成分の周波数帯域が異なる場合にの
み低域通過フィルタで雑音成分の逓減が可能となる。

つまり、この装置では、コモン・モード雑音と遮断周波
数よりも高い帯域の周波数成分を持つノーマル・モード
雑音に関しての逓減はされているが、ドリフトなどの極
めて低い周波数成分を有する雑音に関しては、同等逓減
はされておらず、かつ自然電位の影響も排除されていな
いことから、測定環境に測定精度が大きく左右される。

（６）第２の装置において、受信部にＶ／Ｆ２換器〈電
圧・周波数変換器）を設けて変換後のデータをメモリへ
転送する場合には、Ｖ／Ｆ変換器がタイミングコンデン
サ、もしくは外部クロ・ンクにより、安定性及び変換速
度が制限されており過渡波形を扱う測定法には適してい
ない。

（７）結局、上記のような従来の装置では、比抵抗値の
測定を行ない、地質構造を垂直断面における比抵抗分布
、および各電極間の描出深度におけるレベル断面の比抵
抗分布として表現し、概括的に地質構造を推定している
。

このような方法では、地質区分の解析は可能となるが、
例えば、地下水探査においては、地下水存在可能層の、
推定にとどまり、総合的にその状態を推定するものでは
ない。

本発明は、上記のような従来の欠点を解決するためにな
されたものであり、自動的に、安定した送信及び受信を
行なえるようにすることで、測定の信頼性を高め、同時
測定を可能にした比抵抗値及び分極率により、総合的な
分析結果を得ることができる電気探査装置を提供するこ
とを目的としたものである。

（課題を解決するための手段）前記の目的を達成するため、本発明は、高耐圧・高速ス
イッチング、のシリコンパワートランシタで構成される
極性切替回路を有し、比抵抗値および分極率の測定を可
能とした送信部、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器から成る
雑音除去回路と一対のフォトカプラで電流帰還ループを
構成した絶縁回路および増幅回路から成る受信部、Ａ／
Ｄ変換機能およびパラレル入出力機能を付加したパーソ
ナルコンピュータで送受信の制御、演算処理および解析
結果の表示、出力を自動的に行なう装置制御部を設けた
電気探査装置としたものである。

（作用）以上のように構成したので、本発明においては、安定し
た送信と受信を自動的に行ない、かつ総合的な解析結果
を得ることができる。

そして、比抵抗値および分極率を自動的に同時測定する
ことにより、測定の精度および信頼性を高めることがで
きる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明に係る電気探査装置のブロック図であり、
送信部と受信部及び装置制御部から構成されている。

送信部には、交流電源に接続される送信用電源受端子１
、昇圧・整流回路２、定電流回路３、極性切替回路４、
周波数設定回路５、波形設定回路６、送信電流出力端子
７　ａ、　７　ｂ、電流検出回路８を設ける。

また、受信部には、受信電位入力端子９、前段差動増幅
回路１０、雑音除去回路１１、後段増幅回路１２、信号
絶縁回路１３を設ける。

さらに、装置制御部には、パラレル入出カモジュール１
４、Ａ／Ｄ変換（アナログ・デジタル変換）モジュール
１５、デイスプレィ１６、パーソナルコンピュータ１７
、キーボード１８、プリンタ１つを設ける。

このような構成の電気探査装置において、送信用電源受
端子１からの交流入力を整流・昇圧回路２、定電流回路
３を経て５００Ｖ、２Ａの直流を得る。

送信用周波数は、２８．８Ｈｚから０．０１３７Ｈｚま
での範囲で、周波数設定回路５により設定され、電流電
極から大地への通電時間と遮断時間に比例したパルス幅
をもつ信号を波形設定回路６により発生させる。

この発生した信号を極性切替回路４への制御信号とし、
送信電流出力端子７ａ、７ｂより送信を行なう。

すなわち、波形設定回路６により、通電時間と遮断時間
に比例したパルス幅の制御信号を発生させることにより
、過渡波形の測定に適した送信を行なう。

また、送信電流は電流検出回路８により検出され、絶縁
したアナログ信号として装置制御部に渡される。

このようにして、送信された信号は、やがて受信電位入
力端子９に入力され前段差動増幅回路１０へ入力される
。

この前段差動増幅回路１０では、コモン・モード雑音が
逓減された後に、１倍もしくは１０倍に増幅される０次
に、雑音除去回路１１により、ノーマル・モード雑音、
及び自然電位の影響骨が逓減された後、後段増幅器１２
で０．１倍から１０００倍に増幅される。

続いて、信号絶縁回路１３で絶縁されたアナログ信号と
して装置制御部へ渡される。

装置制御部では、測定条件の設定、及び測定開始の指令
などは、デイスプレィ１６に表示されるメツセージに従
い、キーボード１８より測定者が対話的に入力する。

測定開始指令が出されると、パーソナルコンピュータ１
７に組み込まれているパラレル入出カモジュール１４に
より測定条件が、送信部及び受信部に出力される。

この時、先ず、電位電極、及びその信号線に重畳したノ
ーマル・モード雑音と自然電位が、雑音除去回路１１で
自動的に除去された後に１周期分の送信信号が電流電極
より出力される。

受信信号が規定の電圧範囲、例えば、直流Ｏ■から＋Ｉ
ＯＶの範囲に入るように受信部の増幅率が前段差動増幅
口Ｆｌ＠　ｌ　Ｏ、及び後段増幅器１２により自動的に
設定される。

増幅率の設定が終わると、規定周期分の送信を行なう。

この際、送信電流は、電流検出回路８から、また、受信
信号は、信号絶縁回路１３から、各々Ａ／Ｄ変換モジュ
ール１５へ絶縁されたアナログ信号として入力される。

Ａ／Ｄ変換後のデータは、パーソナル・コンピュータ１
７内のＲＡＭへ転送される。

受信信号は、雑音除去のための演算処理が行なわれた後
に推定すべき波形に近似され、その値を用いて比抵抗値
及び分極率が算出される。

解析結果は、自動的にプリンタ１つで印刷され、かつ、
パーソナル・コンピュータ１７に内蔵のフロッピーディ
スクに格納される。

このようにすれば、自動的に測定から解析までの過程の
処理を行なうので、測定者個人に基づく誤差の影響がな
く、測定の信頼性を高めている。

第２図は、第１図の極性切替４の具体例である。

図において、２０．２１．２２．２３はそれぞれ発光ダ
イオードとフォトトランジスタから成るフォトカプラで
あり、図の※１と※１及び※２と※２とがそれぞれ接続
されている。

またフォトカプラ２０及び２２を構成する発光ダイオー
ドのアノードは、第１図の波形設定回路６へ接続されて
いる。

トランシタ２５．２７．２９．３１は、それぞれ、コレ
クターエミッタ電圧が８５０Ｖ、下降時間７０ｍ５ｅｃ
で、高耐圧、高速スイッチングのシリコンパワートラン
シタである。

そして、前記トランシタ２５及び２９のコレクタは、第
１図の定電流回路３へ接続されると共に、前記トランジ
スタ３１及び２７のエミッタも前記定電流回路３（アー
ス側）へ接続されている。

今、波形設定回路６からの制御信号がフォトカプラ２０
を構成する発光ダイオードのアノードに印加して前記発
光ダイオノードが点灯したとする。

これにより、フォトカプラ２０のフォトトランジスタが
オンとなり、続いて、トランジスタ２４及び２５がオン
（導通状態）となる。これにより、送信電流出力端Ｔ−
７ａには、定電流回路３からトランジスタ２５のコレク
タ・エミッタを介して直流電圧５００Ｖが出力される。

またこの時、フォトカプラ２１の発光ダイオードも点灯
するからフォトカプラ２１のフォトトランジスタもオン
となる。これにより、トランジスタ２６及び２７がオン
となる。

したがって、送信電流出力端子７ｂには、トランジスタ
２７のエミッタ・コレクタを介して定電流回路３のアー
ス電位が出力される。すなわち、送信電流出力端子７ａ
、７ｂ間の通電が行なわれる。

この場合、通電時間は、波形設定回路６からの制御信号
のパルス幅で制御される。フォトカプラ２０及び２１へ
の信号印加が終わった後、設定された休止時間を経て、
前記と同様にフォトカプラ２２及び２３に制御信号を印
加すると、送信電流出力端子７ｂが直流電圧５００Ｖで
７ａがアースと同電位となって通電が開始される。

第３図は、第１図の雑音除去回路内の一部具体例であり
、受信部において、ノーマル・モード雑音および自然電
位の影響を取り除くための回路である。

前段差動増幅回路１０から出力される信号は、演算増幅
器３２を経て、演算増幅器３５の子端子と、１２ビツト
のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３７に入力される。

Ａ／Ｄ変換器３７は、第１図のパラレル入出カモジュー
ル１４からのＡ／Ｄ変換開始信号か、もしくは押釦スイ
ッチ３６を押すことにより変換を行なう。変換結果は、
１２ビツトのデジタル値としてデータバス上に出力する
。

１２ビツトのＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３８は、前記デー
タバス上のデジタル信号をアナログ信号に変換し、演算
増幅器３３．３４を経て演算増幅器３２上に出力された
信号と同じ値として保持される。このため、演算増幅器
３５の出力端子には零電位が出力される。

すなわち、雑音除去回路１１内にこの回路を設けること
により、電位電極からの信号線に重畳するノーマル・モ
ード雑音、自然電位の影響、および装置内のオフセット
を取り除いている。

第４図は、第１図に示した送信部の電流検出図ｎ８内及
び受信部の信号絶縁回路１３内に設けられた一対のフォ
トカプラによる電流帰還ループで構成される絶縁回路の
具体例である。

この回路は、第１図に示した送信部、受信部および装置
制御部の各部間の回路電源を絶縁することにより、回路
電源の変動や前記各部内で発生する雑音を他へ伝達させ
ず、装置が扱う信号の変動を防ぐためのものである。第
１図の定電流回路３、もしくは、後段増幅回路１２より
出力された信号は、演算増幅器３９を経てフォトカプラ
４３に入力する。

フォトカプラ４３の出力は、演算増幅器４０の十入力端
子に入力され、演算増幅器４１及び、フォトカプラ４４
を経て、演算増幅器４０の一端子に帰還され、演算増幅
器４２で安定な出力を得ている。

可変抵抗器４５は、フォトカプラ４３を構成する発光ダ
イオノードの順電流調整用であり、可変抵抗４６は、演
算増幅器４０の出力電圧を調整するためのものである。

□　すなわち、演算増幅器３９の入力電圧と、演算増幅
器４２の出力電圧を同電位になるように予め設定を要す
るものである。演算増幅器４２の出力信号は、装置制御
部のＡ／Ｄ変換モジュール１５に送信部、受信部とは電
気的に絶縁されたアナログ信号として出力されるもので
ある。

第５図は、第１図になるように示した電気探査装置の箱
の正面図である。

４７はコネクタ、４８は電源表示灯、４９は電源スィッ
チ、５０は自動、手動切替スイッチ、５１は送信波形ス
イッチ、５２は受信倍率設定用可変抵抗器、５４は送信
周波数切替スイッチ、５５は送信電流表示用のメータ、
５６は受信電位表示用のメータ、５７は送信極性表示灯
である。

なお、１．７．９はそれぞれ第１図に示した送信用電源
受端子、送信電流出力端子、受信電位入力端子である。

上記のように構成した電気探査装置において、種々のテ
ストをした結果、次のようなデータが得られた。第１表
は、第１図の信号絶縁回路１３の入力電圧を変化させ、
その出力電圧を測定したデータである。

第１表（信号絶縁回路１３の測定データ）上記第１表から明らかなように、入力電圧に対する出力
電圧の比がほぼ１である。したがって、良好な絶縁が得
られている。

次に、第６図は、受信信号のデータを示したものであり
、送信周波数を０．５ｌ−１ｚ、受信部の増幅率を５０
０倍とし、サンプリング周波数を０゜５　ｍ５ｅｃに設
定して測定を行なったものである。

このＪ′％き、送信信号の遮断前後各１００　ｍ５ｅｃ
の受信信号を表している。

第６図のデータから明らかなように、本装置での送信信
号遮断時には、振動現象は起きておらず、良好な送信が
行なわれている。

第７図は前記第６図の場合と同様の測定条件で得られた
受信信号を、本装置におけるアルゴリズムにより演算処
理を行ない、推定すべき波形に近似した後の波形を示し
ている。この図からも良好な送受信が行なわれているこ
とが明らがである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
ある。

（１）極性切換回路にシリコンパワートランジスタを採
用し、周辺も半導体素子で構成して送信や送信の遮断の
制御を行なっている。したがって、機械的振動を要因と
する送信波形の振動も誘起することなく、土５００Ｖ、
２Ａの高電圧、大電流を送信信号として得られる。

（２〉　雑音除去回路内に、ノーマル・モード雑音及び
自然電位の影響を取り除く回路を設けたので、電位電極
からの信号線に重畳するノーマル　モード雑音や自然電
位の影響及び装置内のオフセラ１〜を取り除くことがで
きる。

（３）電流検出回路と信号絶縁回路内にフォトカプラの
ような絶縁回路を設けたので、装置制御部のＡ／Ｄ変換
モジュールに、送信部、受信部とは電気的に絶縁された
アナログ信号を供給できる。

（４）送信部、受信部及び装置制御部を上記のように構
成し、かつ比抵抗値及び分極率を自動的に同時測定でき
るから、測定の精度及び信頼性を向上できる。

（５）本発明の電気探査装置では、安定した送信と受信
とを自動的に行ない、かつ総合的な解析結果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例である電気探査装置のブロ
ック図、第２図は、第１図の極性切替回路の具体例、第
３図は、第１図の雑音除去回路内の一部具体例、第４図
は第１図の電流検出回路及び信号絶縁回路内に設けられ
た絶縁回路の具体例、第５図は第１図に示した電気探査
装置の箱の正面図、第６図は、受信信号のデータ、第７
図は演算処理後の受信信号のデータである。１・・・送信用電源受端子２・・・昇圧・整流回路３　　・定電流回路４・　・極性切換回路５　・・周波数設定回路６　　・波形設定回路７・　　送信電流出力端子８　・・電流検出回路９・　・受信電位入力端子１０・　　前段差動増幅回路１１・・・雑音除去回路１２・・・後段増幅回路１３・・・信号絶縁回路１４・・・パラレル入出カモジュール１５・・・Ａ／Ｄ変換モジュール１６・・・デイスプレィ１７　　・パーソナル・コンピュータ１８・　　キーボード１つ・・・プリンタ２０．２１．２２．２３・・・フォトカプラ２５．２７
．２９．３１・・・シリコンパワートランジスタ３７・　・アナログ・デジタル変換器（Ａ　Ｄ　Ｃ）３
８・　・デジタル　アナログ変換器（ＤＡＣ）４３．４
４・・・フォトカプラ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）送信部、受信部及び装置制御部から成り、前記送
信部には、送信用電源から定電流化した直流信号を受け
、この直流信号の極性を切り替えると共に、その波形及
び周波数を設定値にして出力信号を送信する極性切替回
路と、前記定電流を検出して装置制御部へ送る電流検出
回路とを設け、前記受信部には、受信した信号を増幅す
る増幅器と、雑音を除去する雑音除去回路と、受信部及
び装置制御部間で電気的絶縁をする信号絶縁回路とを設
け、前記装置制御部には各種の制御や受信データの処理
等をするパーソナルコンピュータを設けたことにより、
自動的に信号の送受信を行うと共に、受信信号の解析等
の処理ができるようにしたことを特徴とする電気探査装
置。
（２）受信部に設けられた雑音除去回路を、アナログ・
デジタル変換器（ＡＤＣ）とデジタル・アナログ変換器
（ＤＡＣ）により構成し、電位電極からの信号線に重畳
する雑音成分を除去して受信信号を処理することを特徴
とする請求項１記載の電気探査装置。
（３）送信部の電流検出回路内及び受信部に設けられた
信号絶縁回路の一部に、一対のフォトカプラの電流帰還
ループで構成される絶縁回路を設けることにより、電源
間の絶縁を行い、受信信号を処理することを特徴とする
請求項１記載の電気探査装置。
（４）送信部に設けられた極性切替回路に、高耐圧、高
速スイッチングのシリコンパワートランジスタを用い、
送信電流の送信、遮断の制御を行うことを特徴とする請
求項１記載の電気探査装置。
（５）比抵抗値及び分極率を同時測定することにより、
総合的に地質構造を解析することを特徴とする請求項１
記載の電気探査装置。