JPH10318942A - 土の乾燥密度の測定装置及び測定方法 - Google Patents
土の乾燥密度の測定装置及び測定方法Info
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- JPH10318942A JPH10318942A JP14467297A JP14467297A JPH10318942A JP H10318942 A JPH10318942 A JP H10318942A JP 14467297 A JP14467297 A JP 14467297A JP 14467297 A JP14467297 A JP 14467297A JP H10318942 A JPH10318942 A JP H10318942A
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Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】リンギングが生じた受信電気信号を受信する土
の乾燥密度の測定装置や方法において、受信波形上のど
のような特徴的な点が出現したことをもって受信の時点
と定め、しかもこのような特徴的な点をどのようにして
高精度かつ高確度で検出するかという課題を解決する。 【解決手段】所定周期のパルス状の電気信号を発生し出
力する送信回路2，3と、この送信回路から出力されたパ
ルス状の電気信号を地中に送信する送信アンテナ5 と、
地中を伝播した電気信号を受信する受信アンテナ6 と、
この受信アンテナに受信された受信電気信号の波形から
受信時点を検出する受信回路8〜14 と、上記電気信号の
送信から受信時点までの経過時間から電気信号の地中の
伝播速度を算定し、この算定した伝播速度と地中の含水
率とからこの土の乾燥密度を算定するプロセッサ1 とを
備える。
の乾燥密度の測定装置や方法において、受信波形上のど
のような特徴的な点が出現したことをもって受信の時点
と定め、しかもこのような特徴的な点をどのようにして
高精度かつ高確度で検出するかという課題を解決する。 【解決手段】所定周期のパルス状の電気信号を発生し出
力する送信回路2，3と、この送信回路から出力されたパ
ルス状の電気信号を地中に送信する送信アンテナ5 と、
地中を伝播した電気信号を受信する受信アンテナ6 と、
この受信アンテナに受信された受信電気信号の波形から
受信時点を検出する受信回路8〜14 と、上記電気信号の
送信から受信時点までの経過時間から電気信号の地中の
伝播速度を算定し、この算定した伝播速度と地中の含水
率とからこの土の乾燥密度を算定するプロセッサ1 とを
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、盛土の締め固め具
合を知るために、この盛土の内部の電波の伝播速度を検
出し、この検出した伝播速度と別途測定あるいは推定し
た土の含水率とからこの盛土の乾燥密度を測定する測定
装置及び測定方法に関するものであり、特に、受信電気
信号の受信時点の検出の高精度化により計測精度の向上
を図った土の乾燥密度の測定装置及び測定方法に関する
ものである。
合を知るために、この盛土の内部の電波の伝播速度を検
出し、この検出した伝播速度と別途測定あるいは推定し
た土の含水率とからこの盛土の乾燥密度を測定する測定
装置及び測定方法に関するものであり、特に、受信電気
信号の受信時点の検出の高精度化により計測精度の向上
を図った土の乾燥密度の測定装置及び測定方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、本出願人が先に出願した「土の締
め固め測定装置」と題する特許出願（特開平２ー１９６
９６０号）などに開示されているように、盛土の密度、
従って締め固め具合を測定する測定装置が知られてい
る。この測定装置は、盛土の比誘電率がその含水率（水
分含有率）と密度の増大につれてが増加し、この結果、
電波の伝播速度が盛土の含水率と密度の増大につれて低
下するという原理を利用したものである。
め固め測定装置」と題する特許出願（特開平２ー１９６
９６０号）などに開示されているように、盛土の密度、
従って締め固め具合を測定する測定装置が知られてい
る。この測定装置は、盛土の比誘電率がその含水率（水
分含有率）と密度の増大につれてが増加し、この結果、
電波の伝播速度が盛土の含水率と密度の増大につれて低
下するという原理を利用したものである。
【０００３】この測定装置によれば、測定しようとする
盛土の内部にパルス状の電波が伝播せしめられ、送信時
点と受信時点との時間差（伝播所要時間）からこの盛土
の内部の電波の伝播速度が測定され、この伝播速度と別
途測定ないしは推定されたこの盛土の含水率とからこの
盛土の乾燥密度や締め固め具合が測定される。
盛土の内部にパルス状の電波が伝播せしめられ、送信時
点と受信時点との時間差（伝播所要時間）からこの盛土
の内部の電波の伝播速度が測定され、この伝播速度と別
途測定ないしは推定されたこの盛土の含水率とからこの
盛土の乾燥密度や締め固め具合が測定される。
【０００４】この種の地中にパルス状の電気信号を送受
信する測定装置が船舶などに設置されるレーダ装置など
と根本的にく異なる次のような特徴を有する。第１に、
地中を伝播する電波が１メートル当たり10dBもの大きな
減衰を受けるため、測定範囲をあまり長くはできず、高
々数メートルに限定されるという点である。第２に、地
中を伝播する電波は、周波数成分によって伝播経路や速
度が異なると見られる点である。
信する測定装置が船舶などに設置されるレーダ装置など
と根本的にく異なる次のような特徴を有する。第１に、
地中を伝播する電波が１メートル当たり10dBもの大きな
減衰を受けるため、測定範囲をあまり長くはできず、高
々数メートルに限定されるという点である。第２に、地
中を伝播する電波は、周波数成分によって伝播経路や速
度が異なると見られる点である。
【０００５】第１の特徴である測定可能範囲が狭いとい
う点から、電波の送信から受信までの時間的間隔が極め
て短くなり、例えば、地中の比誘電率が16程度であれ
ば、１メートルの伝播所要時間はほぼ13ｎsec となる。
このように、この種の測定装置では、送信から受信まで
の時間間隔が短くなるため、必要な分解能を確保するう
えで、送信対象の孤立パルスは半値幅１ｎsec 程度の極
めて鋭いものが必要になる。
う点から、電波の送信から受信までの時間的間隔が極め
て短くなり、例えば、地中の比誘電率が16程度であれ
ば、１メートルの伝播所要時間はほぼ13ｎsec となる。
このように、この種の測定装置では、送信から受信まで
の時間間隔が短くなるため、必要な分解能を確保するう
えで、送信対象の孤立パルスは半値幅１ｎsec 程度の極
めて鋭いものが必要になる。
【０００６】上述のような半値幅が１ｎsec 程度の鋭い
孤立パルスは、直流から最高２GHz程度にまでにわたる
極めて広範囲の周波数成分が含まれる。ところで、本出
願人が先に出願した「土の締め固め度の測定方法及び装
置」と題する特許出願（特開平９ー８９８０７号公報）
によれば、周波数成分が高くなるにつれて伝播経路の地
表からの侵入深さが減少するという表皮効果と類似の現
象が開示されている。
孤立パルスは、直流から最高２GHz程度にまでにわたる
極めて広範囲の周波数成分が含まれる。ところで、本出
願人が先に出願した「土の締め固め度の測定方法及び装
置」と題する特許出願（特開平９ー８９８０７号公報）
によれば、周波数成分が高くなるにつれて伝播経路の地
表からの侵入深さが減少するという表皮効果と類似の現
象が開示されている。
【０００７】すなわち、図３に例示するように、地表Ｇ
にほぼ平行に配置された送信アンテナＴＸと、受信アン
テナＲＸとの間に地表近傍の土中を通して形成される電
波の伝播経路は、高周波成分、低周波成分及びこれらの
中間の周波数成分のそれぞれについて、ｆｈ、ｆｌ及び
ｆｍのように深さと経路長が異なる。このように、周波
数成分によって伝播経路の土中への侵入深さ、従ってそ
の長さが異なるため、図２に例示するように、受信信号
の波形（Ｂ）は、送信信号の波形（Ａ）に含まれる各種
の周波数成分が異なる遅延時間のもとに合成されること
により大きな歪みが生じたリンギング波形になる。
にほぼ平行に配置された送信アンテナＴＸと、受信アン
テナＲＸとの間に地表近傍の土中を通して形成される電
波の伝播経路は、高周波成分、低周波成分及びこれらの
中間の周波数成分のそれぞれについて、ｆｈ、ｆｌ及び
ｆｍのように深さと経路長が異なる。このように、周波
数成分によって伝播経路の土中への侵入深さ、従ってそ
の長さが異なるため、図２に例示するように、受信信号
の波形（Ｂ）は、送信信号の波形（Ａ）に含まれる各種
の周波数成分が異なる遅延時間のもとに合成されること
により大きな歪みが生じたリンギング波形になる。
【０００８】また、土に含まれる大きな比誘電率の水分
が土の誘電率を増加させることになる。この水の比誘電
率は直流成分については80程度の大きな値を示すが、GH
z 帯では高周波になるにつれて水の誘電緩和周波数に接
近してゆくため、この比誘電率は高周波成分になるにつ
れて低下してゆくと推定される。このことは、地中の電
波の伝播速度は高周波成分ほど大きくなることを示唆し
ている。
が土の誘電率を増加させることになる。この水の比誘電
率は直流成分については80程度の大きな値を示すが、GH
z 帯では高周波になるにつれて水の誘電緩和周波数に接
近してゆくため、この比誘電率は高周波成分になるにつ
れて低下してゆくと推定される。このことは、地中の電
波の伝播速度は高周波成分ほど大きくなることを示唆し
ている。
【０００９】また、本出願人の先願に係わる「レーダア
ンテナ」と題する特許出願（特開平９ー１１６１８９
号）によれば、半値幅１ｎsec 程度の鋭いパルス状の電
気信号を送受信する地中レーダにおいては、アンテナの
周波数帯域の制限からも埋設物に反射されて受信される
反射電気信号の波形が図２の受信波形（Ｂ）と類似のリ
ンギング波形になることも開示されている。
ンテナ」と題する特許出願（特開平９ー１１６１８９
号）によれば、半値幅１ｎsec 程度の鋭いパルス状の電
気信号を送受信する地中レーダにおいては、アンテナの
周波数帯域の制限からも埋設物に反射されて受信される
反射電気信号の波形が図２の受信波形（Ｂ）と類似のリ
ンギング波形になることも開示されている。
【００１０】上述した地中ではなく空中を伝播するレー
ザ光線などの電磁波の送受信装置では、受信された反射
波の波形は鈍化するものの依然として送信波形と相似形
状のパルス状を保つ。本出願人の先願に係わる「レーザ
レーダ」と題する特許出願 (特開平 6ー214025号公報)
には、ほぼ一定値となるように増幅した受信パルスのピ
ーク値の出現時点を受信時点として検出する構成が開示
されている。また、本出願人の先願に係わる「レーザレ
ーダ」と題する他の特許出願 (特開平 6ー235765号公
報) には、受信パルスのピーク値を検出してこのピーク
値に対する一定の比率、例えば1/2 の値を閾値として動
的に設定し、受信パルスの振幅がこの閾値を越えた時点
を受信時点とする構成が開示されている。
ザ光線などの電磁波の送受信装置では、受信された反射
波の波形は鈍化するものの依然として送信波形と相似形
状のパルス状を保つ。本出願人の先願に係わる「レーザ
レーダ」と題する特許出願 (特開平 6ー214025号公報)
には、ほぼ一定値となるように増幅した受信パルスのピ
ーク値の出現時点を受信時点として検出する構成が開示
されている。また、本出願人の先願に係わる「レーザレ
ーダ」と題する他の特許出願 (特開平 6ー235765号公
報) には、受信パルスのピーク値を検出してこのピーク
値に対する一定の比率、例えば1/2 の値を閾値として動
的に設定し、受信パルスの振幅がこの閾値を越えた時点
を受信時点とする構成が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、盛土
の乾燥密度の測定測定及び測定方法では、地中の透過波
や反射波の受信波形が、表皮効果と類似の現象によるマ
ルチパスの形成や、伝播速度の周波数依存性や、アンテ
ナの帯域制限などの諸要因に基づき、図２の（Ｂ）に例
示するような大きな歪みを受けたリンギング波形とな
る。このため、このような波形上のどのような特徴的な
点が出現したことをもって受信の時点と定め、しかもこ
のように定めた特徴的な点が出現したことをどのように
して精度良く検出するかが問題となる。
の乾燥密度の測定測定及び測定方法では、地中の透過波
や反射波の受信波形が、表皮効果と類似の現象によるマ
ルチパスの形成や、伝播速度の周波数依存性や、アンテ
ナの帯域制限などの諸要因に基づき、図２の（Ｂ）に例
示するような大きな歪みを受けたリンギング波形とな
る。このため、このような波形上のどのような特徴的な
点が出現したことをもって受信の時点と定め、しかもこ
のように定めた特徴的な点が出現したことをどのように
して精度良く検出するかが問題となる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明に係わる土の乾燥密度の測定装置及び方法
によれば、受信回路は、所定の送信周期よりも僅かに長
いサンプリング周期で受信電気信号をサンプルホールド
してゆくことによりこの受信電気信号の時間軸を伸長す
るサンプルホールド回路と、この時間軸が伸長された受
信電気信号を増幅する可変利得増幅回路と、この増幅さ
れた受信電気信号の波形をディジタル波形信号に変換す
るＤ／Ａ変換回路と、このディジタル波形信号中に最初
に出現する振幅の極大値を所定値に保つように前記可変
利得増幅回路の増幅利得を制御すると共に、このディジ
タル信号の振幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値
に最初に達した時点を前記電気信号の受信時点として検
出する制御・検出部とを備えている。
決する本発明に係わる土の乾燥密度の測定装置及び方法
によれば、受信回路は、所定の送信周期よりも僅かに長
いサンプリング周期で受信電気信号をサンプルホールド
してゆくことによりこの受信電気信号の時間軸を伸長す
るサンプルホールド回路と、この時間軸が伸長された受
信電気信号を増幅する可変利得増幅回路と、この増幅さ
れた受信電気信号の波形をディジタル波形信号に変換す
るＤ／Ａ変換回路と、このディジタル波形信号中に最初
に出現する振幅の極大値を所定値に保つように前記可変
利得増幅回路の増幅利得を制御すると共に、このディジ
タル信号の振幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値
に最初に達した時点を前記電気信号の受信時点として検
出する制御・検出部とを備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記電気信号の送信から受信時点までの経過時間で
送信アンテナの中心と受信アンテナの中心との間の距離
を除算することにより、地中の電波の電波速度が算定さ
れる。本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記所
定の閾値は、上記所定値の３乃至４％の値に設定されて
いる。
ば、上記電気信号の送信から受信時点までの経過時間で
送信アンテナの中心と受信アンテナの中心との間の距離
を除算することにより、地中の電波の電波速度が算定さ
れる。本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記所
定の閾値は、上記所定値の３乃至４％の値に設定されて
いる。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の盛土の乾燥密度
の測定装置の構成を示す機能ブロック図であり、１はデ
ィジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＰＳ）、２はタイ
ミング制御回路、３は送信回路、４はバラントランス、
５は送信アンテナである。更に、６は受信アンテナ、７
はバラントランス、８は高周波増幅回路、９はサンプル
・ホールド回路、１０は帯域通過濾波回路、１１は低域
通過濾波回路、１２は可変利得増幅回路、１３はＡ／Ｄ
変換回路、１４はＤ／Ａ変換回路、１５はγ線や中性子
線などを用いた含水率の測定部である。
の測定装置の構成を示す機能ブロック図であり、１はデ
ィジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＰＳ）、２はタイ
ミング制御回路、３は送信回路、４はバラントランス、
５は送信アンテナである。更に、６は受信アンテナ、７
はバラントランス、８は高周波増幅回路、９はサンプル
・ホールド回路、１０は帯域通過濾波回路、１１は低域
通過濾波回路、１２は可変利得増幅回路、１３はＡ／Ｄ
変換回路、１４はＤ／Ａ変換回路、１５はγ線や中性子
線などを用いた含水率の測定部である。
【００１５】タイミング制御回路２は、ディジタル・シ
グナル・プロセッサ１から起動されて動作を開始する
と、一定周期Ｔ（この実施例では20μsec ）の送信トリ
ガパルスを送信回路３に供給すると共に、この送信トリ
ガパルスの周期Ｔよりも微小量τ（τ≪Ｔ、この例で
は、0.1 ｎsec ) だけ大きな周期（Ｔ＋τ）のサンプリ
ングパルスを、最初の送信トリガパルスよりも（Ｔ＋
τ）だけ遅延させてサンプルホールド回路９に供給す
る。
グナル・プロセッサ１から起動されて動作を開始する
と、一定周期Ｔ（この実施例では20μsec ）の送信トリ
ガパルスを送信回路３に供給すると共に、この送信トリ
ガパルスの周期Ｔよりも微小量τ（τ≪Ｔ、この例で
は、0.1 ｎsec ) だけ大きな周期（Ｔ＋τ）のサンプリ
ングパルスを、最初の送信トリガパルスよりも（Ｔ＋
τ）だけ遅延させてサンプルホールド回路９に供給す
る。
【００１６】送信回路３は、タイミング制御回路２から
供給された送信トリガパルスを受けると、大電力の鋭い
孤立パルス( この実施例では、半値幅約１ｎsec 、ピー
ク値約200 volt の孤立パルス) を送信パルスとして発
生する。この送信パルスは、２線を４線に変換するバラ
ントランス４を通して、ボータイアンテナなどと称され
る平面型の送信アンテナ５に供給される。この送信パル
スは、図３を参照すれば、地面とほぼ平行に保持されて
いる送信アンテナ５（ＴＸ）から、これと地面との間の
狭い空隙を介して地中に放射される。
供給された送信トリガパルスを受けると、大電力の鋭い
孤立パルス( この実施例では、半値幅約１ｎsec 、ピー
ク値約200 volt の孤立パルス) を送信パルスとして発
生する。この送信パルスは、２線を４線に変換するバラ
ントランス４を通して、ボータイアンテナなどと称され
る平面型の送信アンテナ５に供給される。この送信パル
スは、図３を参照すれば、地面とほぼ平行に保持されて
いる送信アンテナ５（ＴＸ）から、これと地面との間の
狭い空隙を介して地中に放射される。
【００１７】地中に放射された送信パルスは、図３を参
照すれば、地表を地面とほぼ平行に伝播したのち、地面
とほぼ平行に保持されている受信アンテナ６（ＲＸ）と
地面との間の狭い空隙を介して、この受信アンテナ６
（ＲＸ）に受信される。受信アンテナ６に受信された受
信信号は、４線を２線に変換するバラントランス７を通
過し、高周波増幅回路８による増幅を受けたのち、サン
プル・ホールド回路９に供給され、タイミング制御回路
２から供給される周期（Ｔ＋τ）サンプリングパルスに
同期してホールドされる。
照すれば、地表を地面とほぼ平行に伝播したのち、地面
とほぼ平行に保持されている受信アンテナ６（ＲＸ）と
地面との間の狭い空隙を介して、この受信アンテナ６
（ＲＸ）に受信される。受信アンテナ６に受信された受
信信号は、４線を２線に変換するバラントランス７を通
過し、高周波増幅回路８による増幅を受けたのち、サン
プル・ホールド回路９に供給され、タイミング制御回路
２から供給される周期（Ｔ＋τ）サンプリングパルスに
同期してホールドされる。
【００１８】受信波形信号は、上記サンプリング・ホー
ルドされることにより、その時間軸が（Ｔ／τ）倍（こ
の実施例では、20μsec ／ 0.1ｎsec ＝２×105 ＝20万
倍）に伸長された受信信号波形となる。なお、送信パル
スが上述した一定の送信周期( この実施例では20μsec)
で所定個数 (この実施例では2000個) 連続して送出され
ることにより、時間軸伸長された1 個の受信信号波形が
得られる。従って、このような時間軸伸長された受信波
形を１個得るのための所要間は40ｍsec であり、受信信
号の検出範囲は、送信パルスの送出から 200ｎsec(＝0.
1 ｎsec/個×2000個）の範囲である。
ルドされることにより、その時間軸が（Ｔ／τ）倍（こ
の実施例では、20μsec ／ 0.1ｎsec ＝２×105 ＝20万
倍）に伸長された受信信号波形となる。なお、送信パル
スが上述した一定の送信周期( この実施例では20μsec)
で所定個数 (この実施例では2000個) 連続して送出され
ることにより、時間軸伸長された1 個の受信信号波形が
得られる。従って、このような時間軸伸長された受信波
形を１個得るのための所要間は40ｍsec であり、受信信
号の検出範囲は、送信パルスの送出から 200ｎsec(＝0.
1 ｎsec/個×2000個）の範囲である。
【００１９】20万倍の時間軸伸長を受けることにより、
数ｋHzの周波数帯域の低周波信号に変換された受信信号
波形は、低域通過濾波回路１０を通過し、低周波増幅回
路１１で固定された増幅利得の低周波増幅を受けたの
ち、可変利得増幅（ＡＧＣ）回路１２に供給され、ここ
で、ディジタル・シグナル・プロセッサ１によって制御
される可変利得の増幅を受ける。この可変利得の増幅を
受けた時間軸伸長されたディジタル受信信号波形は、Ａ
／Ｄ変換回路１３に供給され、ここで、５μsecの周期
でサンプリングされながらディジタル信号に変換され、
ディジタル・シグナル・プロセッサ１３に供給される。
数ｋHzの周波数帯域の低周波信号に変換された受信信号
波形は、低域通過濾波回路１０を通過し、低周波増幅回
路１１で固定された増幅利得の低周波増幅を受けたの
ち、可変利得増幅（ＡＧＣ）回路１２に供給され、ここ
で、ディジタル・シグナル・プロセッサ１によって制御
される可変利得の増幅を受ける。この可変利得の増幅を
受けた時間軸伸長されたディジタル受信信号波形は、Ａ
／Ｄ変換回路１３に供給され、ここで、５μsecの周期
でサンプリングされながらディジタル信号に変換され、
ディジタル・シグナル・プロセッサ１３に供給される。
【００２０】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
Ｄ／Ａ変換回路１３から供給される時間軸伸長されてデ
ィジタル化された受信信号波形を受取る。この受信信号
波形は、図２の（Ｃ）に例示するようなものであり、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサ１は、このような受信
信号波形中に出現する最初の極大値Ｖpfを検出する。具
体的な一例として、ディジタル・シグナル・プロセッサ
１は、受信波形信号の振幅が正の閾値Ｖthを越えてから
再びこの閾値Ｖth未満となるまでの区間内の最大値を、
この波形中に出現する最初の極大値Ｖpfとして検出す
る。
Ｄ／Ａ変換回路１３から供給される時間軸伸長されてデ
ィジタル化された受信信号波形を受取る。この受信信号
波形は、図２の（Ｃ）に例示するようなものであり、デ
ィジタル・シグナル・プロセッサ１は、このような受信
信号波形中に出現する最初の極大値Ｖpfを検出する。具
体的な一例として、ディジタル・シグナル・プロセッサ
１は、受信波形信号の振幅が正の閾値Ｖthを越えてから
再びこの閾値Ｖth未満となるまでの区間内の最大値を、
この波形中に出現する最初の極大値Ｖpfとして検出す
る。
【００２１】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
上記最初に出現した極大値Ｖpfと、入力回路（ＩＮ）１
ａを介して予め設定中の所定のピーク値Ｖpp（この実施
例では、１volt）とを比較する。ディジタル・シグナル
・プロセッサ１は、可変利得増幅回路１２に新たに設定
する増幅利得を比較結果がＶpf＜Ｖppの場合には増加さ
せ、比較結果がＶpf＞Ｖppの場合には減少させるための
利得制御信号を出力する。この利得制御信号は、Ｄ／Ａ
変換回路１４でアナログ信号に変換され、可変利得制御
回路１２に設定される。
上記最初に出現した極大値Ｖpfと、入力回路（ＩＮ）１
ａを介して予め設定中の所定のピーク値Ｖpp（この実施
例では、１volt）とを比較する。ディジタル・シグナル
・プロセッサ１は、可変利得増幅回路１２に新たに設定
する増幅利得を比較結果がＶpf＜Ｖppの場合には増加さ
せ、比較結果がＶpf＞Ｖppの場合には減少させるための
利得制御信号を出力する。この利得制御信号は、Ｄ／Ａ
変換回路１４でアナログ信号に変換され、可変利得制御
回路１２に設定される。
【００２２】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
上記可変利得の制御によってＶpfとＶppとがほぼ等しく
なると、具体的には、両者の差の絶対値が所定の微小量
よりも小さくなると、利得制御信号の変更を停止する。
ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、この状態にお
いて、時間軸伸長されディジタル化された受信信号波形
の立ち上がり部分の振幅が、ピーク値Ｖppの３〜４％値
として設定されている閾値Ｖth( 30ｍvolt〜40ｍvolt )
にほぼ等しくなった時点を受信パルスの出現時点ｔr と
して検出する。
上記可変利得の制御によってＶpfとＶppとがほぼ等しく
なると、具体的には、両者の差の絶対値が所定の微小量
よりも小さくなると、利得制御信号の変更を停止する。
ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、この状態にお
いて、時間軸伸長されディジタル化された受信信号波形
の立ち上がり部分の振幅が、ピーク値Ｖppの３〜４％値
として設定されている閾値Ｖth( 30ｍvolt〜40ｍvolt )
にほぼ等しくなった時点を受信パルスの出現時点ｔr と
して検出する。
【００２３】ディジタル・シグナル・プロセッサ１は、
送信パルスの送信時点と受信パルスの出現時点ｔr との
時間差で、図３に示すように、予め定められている送信
アンテナ５（ＴＸ）の中心と受信アンテナ６（ＲＸ）の
中心との間の距離ｄを除算することにより、送信パルス
の地中における伝播時間を算定する。ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ１は、この算定した伝播速度と、含水
率測定部１５で測定された地表の含水率とから、地表の
乾燥密度と、締め固め度とを算定し、表示装置などで構
成される出力回路（ＯＵＴ）１b に出力する。
送信パルスの送信時点と受信パルスの出現時点ｔr との
時間差で、図３に示すように、予め定められている送信
アンテナ５（ＴＸ）の中心と受信アンテナ６（ＲＸ）の
中心との間の距離ｄを除算することにより、送信パルス
の地中における伝播時間を算定する。ディジタル・シグ
ナル・プロセッサ１は、この算定した伝播速度と、含水
率測定部１５で測定された地表の含水率とから、地表の
乾燥密度と、締め固め度とを算定し、表示装置などで構
成される出力回路（ＯＵＴ）１b に出力する。
【００２４】以上、電波の伝播経路長を送信アンテナと
受信アンテナのそれぞれの中心間の距離とする構成を例
示した。しかしながら、この距離に土中への侵入深さを
考慮して設定した適宜な係数を乗算したものを伝播経路
長とすることもできる。
受信アンテナのそれぞれの中心間の距離とする構成を例
示した。しかしながら、この距離に土中への侵入深さを
考慮して設定した適宜な係数を乗算したものを伝播経路
長とすることもできる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
わる土の乾燥密度の測定装置は、受信波形信号のピーク
値を基準とする代わりに、最初に出現する振幅の極大値
を基準とする構成であるから、受信波形中に真先に出現
する高周波の成分に基づく高い測定精度を実現できる。
わる土の乾燥密度の測定装置は、受信波形信号のピーク
値を基準とする代わりに、最初に出現する振幅の極大値
を基準とする構成であるから、受信波形中に真先に出現
する高周波の成分に基づく高い測定精度を実現できる。
【００２６】すなわち、低周波成分ほど地表から離れた
深く長い伝播経路を経て、しかも小さな伝播速度で、遅
れて受信アンテナに到達するため、時間の経過に伴って
このような低周波成分の合成によって形成される受信信
号の波形は複雑化し、信号波形の最初の立ち上がりから
遅れて出現するピーク値はその出現時点や振幅に関して
大きな変動が生ずる。
深く長い伝播経路を経て、しかも小さな伝播速度で、遅
れて受信アンテナに到達するため、時間の経過に伴って
このような低周波成分の合成によって形成される受信信
号の波形は複雑化し、信号波形の最初の立ち上がりから
遅れて出現するピーク値はその出現時点や振幅に関して
大きな変動が生ずる。
【００２７】従って、このような大きな変動を伴うピー
ク値を基準値とする代わりに、早期に出現する最初の極
大値を基準値とすることにより、受信時点の検出精度を
高めることができる。そして、このような地中の浅い部
分を伝播してくる高周波成分に着目したことに合わせ
て、好適には、電波の伝播距離を送信アンテナの中心と
受信アンテナの中心との間の最短距離で近似される。
ク値を基準値とする代わりに、早期に出現する最初の極
大値を基準値とすることにより、受信時点の検出精度を
高めることができる。そして、このような地中の浅い部
分を伝播してくる高周波成分に着目したことに合わせ
て、好適には、電波の伝播距離を送信アンテナの中心と
受信アンテナの中心との間の最短距離で近似される。
【００２８】また、可変利得増幅回路の制御をディジタ
ル・シグナル・プロセッサなどで実現される制御・検出
部で行う構成であるから、受信波形信号中に出現するピ
ーク値ではなくて最初の極大値をほぼ所定値に保つよう
に増幅利得を制御するという込み入った機能を簡易な構
成のもとに容易に実現できる。
ル・シグナル・プロセッサなどで実現される制御・検出
部で行う構成であるから、受信波形信号中に出現するピ
ーク値ではなくて最初の極大値をほぼ所定値に保つよう
に増幅利得を制御するという込み入った機能を簡易な構
成のもとに容易に実現できる。
【図１】本発明の一実施例の土の乾燥密度の測定装置の
構成を示す機能ブロック図である。
構成を示す機能ブロック図である。
【図２】送信アンテナから地中に送出される送信パルス
波形と、地中を伝播したのち受信アンテナに受信される
受信波形を例示する波形図である。
波形と、地中を伝播したのち受信アンテナに受信される
受信波形を例示する波形図である。
【図３】送信パルス信号に含まれる各周波数成分に応じ
て地中への侵入深さと、伝播経路長が異なることを説明
するための概念図である。
て地中への侵入深さと、伝播経路長が異なることを説明
するための概念図である。
1 ディジタル・シグナル・プロセッサ 2 タイミング制御回路 3 送信回路 5 送信アンテナ 6 受信アンテナ 9 サンプル・ホールド回路 12 可変利得増幅回路 15 含水率測定部
Claims (5)
- 【請求項１】所定の送信周期のパルス状の電気信号を発
生し出力する送信回路と、この送信回路から出力された
パルス状の電気信号を地中に送信する送信アンテナと、
地中を伝播した電気信号を受信する受信アンテナと、こ
の受信アンテナに受信された受信電気信号の波形から受
信時点を検出する受信回路と、前記電気信号の送信から
受信時点までの経過時間から電気信号の地中の伝播速度
を算定し、この算定した伝播速度と地中の含水率とから
この土の乾燥密度を算定するプロセッサとを備えた土の
乾燥密度の測定装置において、 前記受信回路は、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信電気信号をサンプルホールドしてゆくことに
よりこの受信電波の時間軸を伸長するサンプルホールド
回路と、 この時間軸が伸長された受信電気信号を増幅する可変利
得増幅回路と、 この増幅された受信電気信号の波形をディジタル波形信
号に変換するＤ／Ａ変換回路と、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル波形信号の振
幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達し
た時点を前記電気信号の受信時点として検出する制御・
検出部とを備えたことを特徴とする土の乾燥密度の測定
装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記プロセッサは、前記電気信号の送信から受信時点ま
での経過時間で前記送信アンテナの中心と受信アンテナ
の中心との間の距離を除算することにより、前記地中の
電波の伝播速度を算定することを特徴とする土の乾燥密
度の測定装置。 - 【請求項３】前記所定の閾値は、前記所定値の３乃至４
％の値に設定されたことを特徴とする土の乾燥密度の測
定装置。 - 【請求項４】所定の送信周期のパルス状の電気信号を発
生し出力する送信回路と、この送信回路から出力された
パルス状の電気信号を地中に送信する送信アンテナと、
地中を伝播した電気信号を受信する受信アンテナと、こ
の受信アンテナに受信された受信電気信号の波形から受
信時点を検出する受信回路と、前記電気信号の送信から
受信時点までの経過時間から地中の電波の伝播速度を算
定する地中の電波の伝播速度の測定装置において、 前記受信回路は、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信電気信号をサンプルホールドしてゆくことに
よりこの受信電気信号の時間軸を伸長するサンプルホー
ルド回路と、 この時間軸が伸長された受信電気信号を増幅する可変利
得増幅回路と、 この増幅された受信電気信号の波形をディジタル波形信
号に変換するＤ／Ａ変換回路と、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル波形信号の振
幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達し
た時点を前記受信時点として検出する制御・検出部とを
備えたことを特徴とする地中の電波の伝播速度の測定装
置。 - 【請求項５】所定の送信周期のパルス状の電気信号を地
中に送信し、地中を伝播した電気信号を受信し、この受
信された受信電気信号の波形から受信時点を検出し、前
記電気信号の送信から受信時点までの経過時間から地中
の電波の伝播速度を算定し、この算定した伝播速度と地
中の含水率とからこの土の乾燥密度を算定する土の乾燥
密度の測定方法において、 前記地中を伝播した電波信号を受信する際に、 前記所定の送信周期よりも僅かに長いサンプリング周期
で前記受信電気信号をサンプルホールドしてゆくことに
よりこの受信電気信号の時間軸を伸長し、 この時間軸が伸長された受信電気信号を可変利得増幅回
路で増幅し、 この増幅された受信電気信号の波形をディジタル波形信
号に変換し、 このディジタル波形信号中に最初に出現する振幅の極大
値をほぼ所定値に保つように前記可変利得増幅回路の増
幅利得を制御すると共に、このディジタル波形信号の振
幅が前記所定値に対する所定の比率の閾値に最初に達し
た時点を前記受信時点として検出することを特徴とする
土の乾燥密度の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14467297A JP3558492B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 土の乾燥密度の測定装置及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14467297A JP3558492B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 土の乾燥密度の測定装置及び測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10318942A true JPH10318942A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3558492B2 JP3558492B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=15367565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14467297A Expired - Lifetime JP3558492B2 (ja) | 1997-05-19 | 1997-05-19 | 土の乾燥密度の測定装置及び測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3558492B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2833080A1 (fr) * | 2001-12-05 | 2003-06-06 | France Etat Ponts Chaussees | Procede de determination de la teneur en eau d'un materiau et dispositif de mesure |
| WO2009069999A3 (en) * | 2007-11-30 | 2009-10-15 | Mimos Berhad | Method for determination of chemical ions |
| CN102721628A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-10-10 | 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所 | 一种测定土壤容重的方法 |
-
1997
- 1997-05-19 JP JP14467297A patent/JP3558492B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2833080A1 (fr) * | 2001-12-05 | 2003-06-06 | France Etat Ponts Chaussees | Procede de determination de la teneur en eau d'un materiau et dispositif de mesure |
| WO2003048750A1 (fr) * | 2001-12-05 | 2003-06-12 | Laboratoire Central Des Ponts Et Chaussees | Procede de determination de la teneur en eau d'un materiau et dispositif de mesure |
| GB2399182A (en) * | 2001-12-05 | 2004-09-08 | France Etat Ponts Chaussees | Method for determining water content of a material and measuring device |
| GB2399182B (en) * | 2001-12-05 | 2005-06-08 | France Etat Ponts Chaussees | A method of determining the water content of a material, and measuring device |
| WO2009069999A3 (en) * | 2007-11-30 | 2009-10-15 | Mimos Berhad | Method for determination of chemical ions |
| CN102721628A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-10-10 | 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所 | 一种测定土壤容重的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3558492B2 (ja) | 2004-08-25 |
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