JPH0567196B2

JPH0567196B2 -

Info

Publication number: JPH0567196B2
Application number: JP62203378A
Authority: JP
Inventors: Junichi Masuda; Keiichi Sudo; Fujio Hirabayashi; Yutaka Hagiwara; Mitsumasa Hishama; Juji Nagashima; Eiji Nagai; Kishio Arita; Keiichi Ueno; Noryoshi Oosumi; Hironori Masuko; Yoshihiko Nojiri; Hiroshi Morya; Kawas
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1987-08-18
Filing date: 1987-08-18
Publication date: 1993-09-24
Also published as: JPS6446684A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば推進機または掘削機等の土
木工事機械に付設される障害物探知装置に関し、
進行方向前方に存在する埋設物等の障害物を的確
に探知できるようにしたものである。

（従来の技術）推進機または削機等の土木工事機械は、一の縦
抗から数十メートル乃至数百メートル先に設けら
れた他の縦抗に向けて、地表面を開削することな
く終止土中を進みながら通信線等を敷設するため
の管路を構築するために推進して行く機械であ
る。そして、周囲の土が柔らかい場合、その推進
先端部としては平坦なものが用いられ、当該推進
先端部が伸縮しながら周囲の土を押しのけて進ん
で行く。また、周囲の土が固い場合、その推進先
端部としては掘削歯を具備するものが用いられ、
当該推進先端部が前方の土を切り削して柔らかく
しながら推進して行く。

一方、進行方向前方に存在する埋設物等の障害
物を事前に探知することは、この埋設物並びに土
木工事機械の双方の損失を防止する上で重要な意
義を有している。このため、推進機または掘削機
等の土木工事機械における障害物探知装置として
は、電磁波を土中に送信し、障害物からの反射波
を受信して、これを探知するようにしたものが知
られている。

ところで、このような土木工事機械の先端部前
面板は、土を押広げあるいは掘削するために大き
な荷重がかかるので、高強度な鉄鋼材料が用いら
れている。このため、このような材料製の先端部
前面板の背面側に送信用および受信用のアンテナ
エレメントを装着しても、送信用アンテナエレメ
ントから送信された電磁波は鉄鋼材料製の先端部
前面板の内面側で全反射されて電磁波を土中へ送
信することはできない。

このような点に対処した第１の従来例として、
機械先端部に４本のカツタースポークが備えられ
たシールド掘削機における障害物探知装置におい
て、カツタースポークによる送信電磁波の反射を
防ぐため、カツター旋回モータ軸に連結された回
転パルス発信器とカツタースポーク位置演算器と
が備えられ、カツタースポークによる非遮断時間
帯にのみ送信用電磁波を発射させるようにしたも
のがある（特開昭60−261892号公報）。

しかしながら、第１の従来例にあつては、複数
個のカツタースポークによる非遮断時間帯を検出
するための装置構成が複雑化し、また非遮断時間
帯にのみ受信された反射波により障害物を探知す
ることになるので、障害物を的確に探知すること
が難しいという問題点があつた。

また、障害物探知装置は、地上から地中の埋設
物の障害物を探知するようにした第２の従来例が
ある。この第２の従来例では、送信用アンテナか
ら空気中に発射される電磁波の波長として、電磁
波の到達距離を大にして探知性能を高めるために
3m〜50cm（周波数で約100MHz〜600MHzに相当）
程度のものが用いられている。そして、この帯域
の電磁波を送、受信するためのアンテナエレメン
トとしては、一辺が30〜40cmのものが用いられ
る。このような大きさのアンテナエレメントを土
木工事機械の先端部に装着できれば、地上からの
障害物探知装置と同程度の探知可能距離を有する
土木工事機械用障害物探知装置が実現できる。し
かしながら、上記のような大きさのアンテナエレ
メントを土木工事機械の先端部に装着すると、そ
の土木工事機械の種類によつてはアンテナエレメ
ントの占有面積が大きくなつて、装着が困難にな
る場合があつた。これを解決するために、アンテ
ナエレメントの寸法を単純に１／ｎ（ｎ＞１）に
小形化すると、適用できる波長は１／ｎになり周
波数がｎ倍となつて電磁波の到達距離が短かくな
り探知可能距離が低下してしまう。

（発明が解決しようとする問題点）従来の土木工事機械は、その前面部に鉄鋼材質
製の前面板が配設されていたため、この前面板の
背面側に送信用アンテナエレメントを装着して
も、送信用の電磁波が前面板の裏面側で全反射さ
れて、電磁波を土中へ送信することはできない。

また、第１の従来例では、複数個のカツタース
ポークによる非遮断時間帯を検出するための装置
構成が複雑化し、さらに非遮断時間帯にのみ受信
された反射波により障害物を探知することになる
ので、障害物を的確に探知することが難しいとい
う問題点があつた。

さらに、地上からの障害物探知装置である第２
の従来例と同程度の探知可能距離を得るために
は、アンテナエレメントの寸法が比較的大きくな
つてしまうので、これを機械先端部に装着するこ
とは難しいという問題点があつた。

この発明では、上記事情に基づいてなされたも
ので、前面部材の機械的強度を損なうことなく進
行方向前方に存在する埋設物等の障害物を的確に
探知することのできる土木工事機械用障害物探知
装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は、上記問題点を解決するために、土
中を推進ないしは掘削する土木工事機械の先端部
全面に装着され当該土の比誘電率と同程度の比誘
電率を有すると共に所要の強度を有する非金属材
質製の前面部材と、該前面部材を通して障害物探
知用の電波を送波および受波する送信用および受
信用のアンテナと、該送信用および受信用のアン
テナとの間で送信電力の給電および障害物からの
反射電波に基づく受信電力の受電を行なう送信用
および受信用の回路とを有することを要旨とす
る。

（作用）一般に、電磁波は比誘電率の相異する物質の境
界部で反射する。

土木工事機械の先端部全面に装着されて土と接
する前面部材は、非金属材質で作製されているの
で、その比誘電率を土の比誘電率とほぼ近い値と
することができる。而して送信用アンテナから発
射された電磁波は、前面部材を効率よく通過して
土木工事機械の進行方向前方の土中に送信され、
また障害物から反射電波も上記と同様に前面部材
を効率よく通過して受信アンテナに受波される。
したがつて進行方向前方に存在する埋設物等の障
害物が的確に探知される。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図ないし第５図は、この発明を推進機に適
用した第１実施例を示す図である。

まず、土木工事機械用障害物探知装置の構成を
説明すると、土木工事機械の先端部１には、前面
部材としてのセラミツクス製の前面板２が装着さ
れ、前面板２の背面に送信用アンテナエレメント
３および受信用アンテナエレメント４が取付けら
れている。前面板２は、鉄鋼材質製のものと同程
度の強度とするため、鉄鋼材質製のものよりも適
宜に厚く形成されている。使用時に前面板２の外
面側は、土（比誘電率＝２〜80）と接触する。一
般に電磁波は、比誘電率の相異する物質の境界部
で反射が生じるが、前面板２の材質を上記のよう
にセラミツクスとすることにより前面板２の比誘
電率と同程度の値とすることができて、その接触
面での電磁波の反射量が極めて小さい値に抑えら
れる。このような比誘電率を有するセラミツクス
としては、アルミナ系、ベリリア系、バリウム系
等多数のものが存在している。なお、前面板２の
材質としては、上記のセラミツクスの他に、例え
ば通常の塩化ビニールの比誘電率は３〜10程度の
値であるので、プラスチツク、FRP（強化プラス
チツク）を用いることもでき、さらにはカーボン
を所定の割合で分散させたゴムを用いることもで
きる。

また、前面板２と適宜の間隔をおいた先端部１
内には、前面板２と平行するように取付板５が固
定され、この取付板５の裏面側に送信回路６およ
び受信回路７が取付けられている。送信回路６は
コードで送信用アンテナエレメント３に接続さ
れ、受信回７はコード８で受信用アンテナエレメ
ント４に接続されている。送信用および受信用ア
ンテナエレメント３，４と取付板５との間には、
電波吸収体９が配設され、また送信回路６と受信
回路７との間には送受シールド１１が設けられて
いる。

送信回路６と受信回路７とは、さらにコネクタ
１２およびケーブル１３を介して制御処理部１４
に接続されている。制御処理部１４は土木工事機
械の推進制御機能を有するとともに、障害物１６
からの反射波形を表示するための表示部１５等が
備えられている。

この実施例の土木工事機械用障害物探知装置
は、上述のように構成されているので、送信回路
６からの送信電力の給電により、送信用アンテナ
エレメント３から電磁波である高周波のパルスが
発射されると、その電磁波は、前面板２およびそ
の外面部と土との接触面を効率よく通過して先端
部１の進行方向前方の土中に送信される。そし
て、進行方向前方の土中に埋設物等の障害物１６
が存在すると、その反射電波は、前面板２の外面
と土との接触面および前面板２を上記と逆方向に
効率よく通過して受信用アンテナエレメント４に
受波される。

このようにして受波された反射電波は、受信回
路７を介して制御処理部１４に送られ、その表示
部１５に波形が表示されて障害物１６の存在が的
確に探知される。第５図は、先端１の前方ほぼ
1mの土中に埋設された75mmφ管を障害物１６と
して探知した反射電波の波形例を示すものであ
る。同波形図中、P₁は送信用アンテナエレメン
ト３から受信用アンテナエレメント４へ直接回り
込んだ電磁波のピークを示し、P₂は障害物１６
である75mmφからの反射電波によるピークを示し
ている。このピーク信号P₂から障害物１６が探
知される。

そして、このような障害物探知作用において、
電波吸収体９により、送信用アンテナエレメント
３から発射された電磁波および前面板２の外面部
で僅かに反射された電磁波が送信回路６および受
信回路７にノイズとして入るのが防止される。

次に、第６図ないし第８図には、この発明の第
２実施例を示す。なお、第６図ないし第８図およ
び後述の第９図ないし第１１図において前記第１
図ないし第４図における部材および部位等と同一
ないし均等のものは、前記と同一符号を以つて示
し、重複した説明を省略する。

この実施例では、先端部１における非金属材質
製の前面部材が、セラミツクス等からなる前部前
面板２ａと後部前面板２ｂとの２枚で構成され、
この２枚の板体２ａ，２ｂの間に送信用アンテナ
エレメント３および受信用アンテナエレメント４
挟持されて、両アンテナエレメント３，４は、恰
も非金属材質製の前面部材中に埋設されている。

一般に、比誘電率εのセラミツクス等の中では
電磁波の速度は空気中の１／ε^1/2となる。したが
つて送信用および受信用アンテナエレメント３，
４を１／ｎに小形化しても、これをｎ＝ε^1/2のセ
ラミツクス等の中に設ければ、電磁波の周波数は
不変となつて、探知可能距離の低下が防止され
る。

なお、上述の各実施例では、送信用および受信
用のアンテナエレメントを各別に設けたが、両者
を１つのアンテナエレメントで兼用するととも
に、送受信切替部を設けることによつても各実施
例のものと同様の作用を得ることができる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、土木
工事機械の先端部全面に装着され土と接触する前
面部材を所要の強度を有する非金属材質製とした
ので、その比誘電率を土の比誘電率とほぼ近い値
とすることができ、送、受信用の電磁波を、前面
部材およびその前面部材の外面部と土との接触面
の部分を効率よく通過させることができて、前面
部材の機械的強度を損なうことなく進行方向前方
に存在する埋設物等の障害物を的確に探知するこ
とができるという効果が得られる。

また、各実施例は、それぞれ上記共通の効果に
加えて、さらに以下のような効果が得られる。

送信用および受信用のアンテナを前面部材の背
面に取付け、その送信用および受信用のアンテナ
と送信用および受信用の回路との間に電波吸収体
を配設した実施例によよれば、送信用アンテナか
ら発射された電磁波および前面部材の外面部から
僅かに反射された電磁波が電波吸収体で吸収され
て送信用および受信用の回路にノイズとして入る
のが防止されるので、障害物が一層的確に探知さ
れる。

さらに、送信用および受信用のアンテナを、非
金属材質製の前面部材中に埋設した実施例によれ
ば、送、受信用のアンテナを小形化しても、適用
できる周波数をほぼ不変とすることができて、障
害物の探知可能距離の低下を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明に係る土木工事
機械用障害物探知装置の第１実施例を示すもの
で、第１図は装置全体の構成図、第２図は土木工
事機械先端部の縦断面図、第３図は第２図のA₁
−A₁線断面図、第４図は第２図のB₁−B₁線断面
図、第５図は障害物からの反射電波の波形例を示
す波形図、第６図ないし第８図はこの発明の第２
実施例を示すもので、第６図は機械先端部の縦断
面図、第７図は第６図のA₂−A₂線断面図、第８
図は第６図のB₂−B₂線断面図である。１……先端部、２……前面板（前面部材）、２
ａ……前部前面板、２ｂ……前部前面板とともに
前面部材を構成する後部前面板、３…送信用アン
テナエレメント、４……受信用アンテナエレメン
ト、６……送信回路、７……受信回路、９……電
波吸収体、１４……制御処理部。

Claims

【特許請求の範囲】１土中を推進ないしは掘削する土木事機械の先
端部全面に装着され当該土の比誘電率と同程度の
比誘電率を有すると共に所要の強度を有する非金
属材質製の前面部材と、該前面部材を通して障害
物探知用の電波を送波および受波する送信用およ
び受信用のアンテナと、該送信用および受信用の
アンテナとの間で送信電力の給電および障害物か
らの反射電波に基づく受信電力の受電を行なう送
信用および受信用の回路とを有することを特徴と
する土木工事機械用障害物探知装置。２前記送信用および受信用のアンテナは、前記
前面部材の背面に取付けられ、当該送信用および
受信用のアンテナと前記送信用および受信用の回
路との間には電波吸収体を配設したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の土木工事機械
用障害物探知装置。３前記前面部材の材質は、比誘電率が２〜80の
セラミツクス、ゴム、プラスチツク、強化プラス
チツクの何れか又は複合体であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項または第３
項に記載の土木工事機械用障害物探知装置。