JPS6283681A - 埋設物探査装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、埋設物探査装置、特にパルス送受アンテナを
共用しパルスレーダ方式により地中埋設物を地表から探
査する埋設物探査装置に関するものである。

〔発明の背景〕

パルスレーダ方式の埋設物探査装置では、パルス電波を
送信するアンテナと反射波を受信する受信アンテナが必
要である。送信、および受信がひとつのアンテナで兼用
できると、装Ｕの小型化を達成できる。この場合には、
アンテナには送信器と受信器が接続されるので、送信時
、送信信号は受信装置の保護のため受信器側に伝達され
るのではなく、アンテナ側にのみ伝達されるようにしな
ければならない。逆に受信時は、アンテナでの検出信号
は受信器側にのみ伝送される必要がある。

このため、送信時と受信時とで、伝送形態を変える切換
器が必要となる。

従来、切換器として使用されているものには。

サーキュレータと呼ばれる素子がある（鈴木務。

耐波による地中・水中の探査、計測と制御、第２０巻、
第８号、２４〜３４ページ参照）。サーキュレータは、
フェライト等の伝送方向の差による方向変化特性を用い
るもので、通常の航空用・海洋用レーダでも多用されて
いる。

しかし、サーキュレータは、その周波数帯域が狭く、そ
の中心周波数の５〜１０％程度の帯域の周波数成分しか
通過させない狭帯域フィルターとして動作する。このた
め、広い周波数帯域を有するパルス信号をサーキュレー
タに通すと、その狭帯域フィルタ特性のため、パルス波
形が変歪されるほか、印加電力のかなりの部分が損なわ
れＺ０以上のような観点から、周波数帯域の広い、送受
切換器が必要となっている。

〔発明の目的〕

本発明は、従来技術の問題点を除去し、広い周波数帯域
を有する送受アンテナの兼用可能な埋設物探査装置を提
供することを目的とするものである、 〔発明の概要〕 本発明は、パルス状電波発生用のパルス発生器、前記パ
ルス状電波を埋設媒質に送信し、該埋設媒質中の埋設物
からの物標反射波を受信する送受兼用のアンテナ、受信
信号処理部、及び前記アンテナと前記パルス発生器及び
前記受信信号処理部との間に設けられている送信時と受
信時とで伝送形態を変換する切換器とを有する埋設物探
査装置において、前記切換器が、前記アンテナと前記パ
ルス発生器及び前記受信信号処理部との間にそれぞれ設
けられ互に導通状態が異なるスイッチング素子と、該ス
イッチング素子をパルス送信時と反射波受信時とで導通
状態を切換える制御装置と、前記アンテナと前記スイッ
チング素子との間に設けられた遅延線とよりなることを
特徴とするものである。

本発明は、以下の検討結果に基づいてなされたもので、
スイッチングと信号遅延の両者を組み合せて所期の目的
を達成したものである。すなわち、本発明の埋設物探査
装置のパルスレーダ方式では、使用するパルス波の周波
数が、数十Ｍ　Ｈｚから数ＧＨｚにわたる。また、その
パルス幅は、ｌｎｓ〜１Ｑｎｓと従来の航空用、あるい
は、海洋用レーダに比べて著し７く短かい。さらに、パ
ルス電波放射から反射波検出までの時間も、数ｎｓから
１００ｎｓ程度と、著しく短かい。このだめ、スイッチ
素子として機械的な接点切換方式は使用できず、電子的
なスイッチを使用することになり、このスイッチの制御
によって送受の切換えを行なっているが、この際、発振
器の出力パルスを用いてスイッチングするため、切換え
前にパルスの先頭部分がスイッチ素子に到達し、その部
分がスイッチを通過しない問題がある。また、電波放射
から１反射波検出までの時間も短かいため、スイッチン
グが間に合わず１本来の目的を達成できない場合も出て
くる。このため、本発明では信号の遅延を有効に用いて
切シ換え動作をしている。これらの動作は、その時間領
域の短かさから考えて、超音波等のスイッチングにない
、パルスレーダ方式による埋設物探査装置特有のもので
あると言える。

〔発明の実施例〕

以下、実施例について説明する。

第１図は第１の実施例の基本的構成を示す図で。

１はパルス発生器、２は送受兼用のアンテナ、３はパル
ス発生器１と送受兼用のアンテナ２との間に設けられて
いる送受切換器、４は受信信号処理器、５は受１イ信号
処理器４の処理結果の表示装置。

６はアンテナ位置の検知装置を示している。

この実施例では、パルス発生器１で発生したパルス信号
は送受切換器３を通過してアンテナ３に印加され、アン
テナ２から埋設媒質に向けてノ（ルス状電波となって放
射される。さらに、埋設物から金の物標反射波は、アン
テナ２で検出され、送受切換器３を通って受信信号処理
器４へ導かれる。

受信信号処理器４で増幅処理や映像化処理等の信号処理
を受ける。アンテナ２を地表で走査して映像化する場合
、アンテナ２の位置情報が必要となるので、アンテナ位
置の検知装置６によりアンテナ２の位置を検出音し、受
信信号処理器４に入力する。

第２図はこの装置の要部である送受切換器３の構成を示
す図、第３図は同じくタイムチャートである。第２図に
おいて、３１はパルス発生器１の出力を分配する信号分
波器、３２は信号分波器３１とアンテナ２との間にそれ
ぞれ遅延線３３゜３４を介して接続されているスイッチ
素子、３５はアンテナ２と受信信号処理器４との間に遅
延線３４を介して接続されるスイッチ素子、３６は信号
分波器３１の出力に対し一定レベル以上の信号がある時
ｌ・リガ出力を出すトリガ回路、３７はトリガ回路３６
からのトリガ信号を受け、スイッチ素子３５及び３２の
オン・オフゲート信号を出力するゲート−１＋３生回路
を示している。そして、第３図は横軸に時間、縦軸に電
圧がとってあシ、（イ）仲）　　（−）　　（ニ）（ホ
）　（へ）　　（））　　（チ）はそれぞれ、信号分波
器３１への入力、遅延線３３の出力、トリガ回路３６の
出力、ゲート発生回路３７の出力（ａ）、ゲート発生回
路３７の出力（ｂ）、遅延線３４の出口Ａ点における波
形、スイッチ素子３２とスイッチ素子３５とを接続する
Ｂ点での波形、スイッチ素子３５の出力を示している。

次に、これらの図を用いてこの送受切換器３の動作を説
明する。信号分波器３１への入力、すなわち、パルス発
生器１の出力は第３図（イ）に示す波形となる。そして
、遅延線３３の出力は第３図（イ）の波形に対して遅延
が加わった第３図（ロ）に示す波形となる。この遅延線
３３による遅延はパルス信号の最初の部分が削除される
のを防止するために使用される。一方、トリガ回路３６
の出力は、第３図（）・）に示すようにパルス波形が一
定レベル以上となる部分についてパルス状の出力となる
。第３図（ハ）のトリガ回路３６の出力と第３図（イ）
の信号分波器３１への入力の波形間の遅延量は小さい。

この第３図（ハ）のトリガ回路３６の出力であるトリガ
信号をもとに、ゲート発生回路３７は第３図（ニ）（ホ
）に示すような（ａ）　（ｂ）ふたつの信号を出力する
、このゲート発生回路３７の２出力は互に相反する波形
となっている。この例ではゲート発生回路３７の出力レ
ベルが高い時スイッチ素子は導通となシ、逆に低い時は
非導通状態となるようになっている。第３図（ニ）、（
ホ）および（ロ）かられかるように、ゲート発生回路３
７の出力（ａ）は、遅延線３３の出力が存在する期間。

スイッチ素子３２が導通となるように設定してあシ、ま
た、ゲート発生回路３７の出力（ｂ）は、遅延線３３の
出力が存在する期間、スイッチ素子３５を非導通状態に
保つようにしである。このため、アンテナ２に印加する
パルス信号は、スイッチ素子３２を通過したあと、スイ
ッチ素子３５を通過することなく、遅延線３４を通って
アンテナ２に印加される。以上が、パルス発生器１から
アンテナ２に信号を印加し、送信させるまでのプロセス
である。

次に、アンテナ２で反射涙金検出したあとの信号の流れ
について述べる。第２図のＡ点、つまり、アンテナ２と
送受切換器３との接続部における波形は、第３図（へ）
のようになる。第３図（へ）の波形は、第３図（ロ）に
示す遅延線３３の出力が遅延線３４における遅延時間Δ
ｔだけ遅れた波形に、反射波が続いた波形となる。これ
に対し、第２図のＢ点における波形は第３図（ト）に示
すものとなる。Ｂ点では、最初にアンテナ２へ印加する
パルス波形が観測される。前述のように、このパルス波
形はスイッチ素子３５が非導通のため受信信号処理器４
側に出力されず、このため、高電力のパルス波形により
受信信号処理器４が損傷される■を防止できる。一方、
地中埋設物からの反射波は、遅延線３４での往復遅延時
間である２×Δを以上遅延して検出される。第３図（ホ
）の波形に示すように、この遅延時間内にスイッチ素子
３５は導通状態となるように制御され、また、スイッチ
素子３２は非導通状態になる。このため、スイッチ素子
３５の出力として、物標反射波のみが得られ、これを受
信信号処理器４で処理可能にすることができる。

以上に述べたように、この実施例においては、相反する
導通状態をもつスイッチを切り換え、さらに、遅延線を
使用することによってその切り換えタイミングを容易に
していることに特徴がある。

この実施例では、広い周波数特性を損なう使用素子がな
いため、実用上の周波数である１００ＭＨ２〜ＩＧＨｚ
程度の広い周波数帯域を有する送受切換えを達成できる
。

第４図は第２の実施例の送受切換器３′の構成を示す図
で、第２図と同一部分には同一符号が付してあり、３８
はインピーダンス変換器を示している。そして第１の実
施例と異なるところは、第１の実施例のスイッチ素子３
２の代りＫ、インピーダンス変換器３８を用いている点
である。インピーダンス変換器３８は、遅延線３３側か
らみたインピーダンスが、各構成要素のインピーダンス
と等しく調整されている。また、インピーダンス変換器
３８を遅延線３４側から見たインピーダンスが、各構成
要素のインピーダンスに比べて十分大きくなるようにし
である。このようなインピーダンス変換には１例えばト
ランジスタ素子をエミッタフォロワーで使用する等、公
知の手法が用いられる。

この第２の実施例の動作を次に説明する。そのタイムチ
ャートは、第３図とほぼ一致するので。

第３図を用いて説明する。第１の実施例との差は。

ゲート発生回路３７の出力がひとつである点である。つ
まり、第３図の（ニ）の波形はこの実施例では不必要で
ある。その他の波形は、第１の実施例と同一である。こ
の実施例で、アンテナ２にパルス発生器１からパルス信
号を印加する場合には。

スイッチ素子３２を遅延線３３側から見ると、インピー
ダンスマツチングがとられ°ているため、パルス信号は
遅延線３３からＢ点へ通過する。また。

第１の実施例で述べたようＫ、この時点でスイッチ素子
３５は非導通状態、つ壕り、高ｂインピーダンス状態で
ある。このため、パルス信号ハ、スイッチ素子３５側へ
は行かず、遅延線３４を通ってアンテナ２に給電される
ことになる。次に、アンテナ２で検出した反射波をスイ
ッチ素子３５を通して受信信号処理器４側に伝送する場
合には。

反射信号がＢ点て至る時点で、スイッチ素子３５は導通
状態に切り換えられている。そこで、Ｂ点からインピー
ダンス変換器３８側を見たインピーダンスは、Ｂ点から
スイッチ素子３５側を見たインピーダンスに比較して十
分大きい状態となっているので１反射波は、インピーダ
ンス変換器３８の方向には行かず、スイッチ素子３５を
通過して受信信号処理器４に導かれ、信号処理に供せら
れる。

この実施例は、第１の実施例に比較してスイッチの制御
が容易になる利点があり、広帯域の送受切換えを可能に
する。

第５図は第３の実施例の送受切換器３″の構成を示す図
で、第４図と同一部分には同一符号が付してあシ、３９
はダイオード素子を示している。

そして第２の実施例と異なるところは、インピーダンス
変換器３８として、ダイオード素子３９を使用している
点である。ダイオード素子３９は、一方向の通過特性を
有し、第６図に示すように２ケのダイオード素子４０．
４１を逆方向に平列に接続して構成される。ダイオード
素子はその動作にしきい電圧があシ、順方向であっても
しきい電圧以上の１ｄ号印加がないと導通しない。この
ため。

ダイオード素子９９の一端に第７図に示すような入力信
号を印加すると、その出力は、しきい電圧以上の部分の
みの波形となる。つまり、しきい電圧以下の部分は通過
しない。この実施例で、アンテナ２に印加するパルス信
号のレベルが反射波レベルより十分大きいので、パルス
送信時はパルス出力がしきｌＡ！圧を十分越えるため、
ダイオード素子３９汀曝延線３３側からＢ点側へ導通し
、アンテナ２にパルス信号が印加される。この時スイッ
チ素子３５は非導通状態にしておくことは、これまでの
実施例と同一である。アンテナ２で受けた反射波は、Ｂ
点における電圧としては、しきい電圧より小さい。この
ため、ダイオード素子３９は導通とはならない。つまり
、高いインピーダンス状態である。この時点では、スイ
ッチ素子３５は導通状態であるので１反射信号はスイッ
チ素子３５を通過して受信信号処理器４に導かれ、処理
される。

この実施例において、しきい電圧の調整は、ダイオード
素子の直列化による。たとえば、Ｎヶのダイオード素子
を直列に接続したものを２組用意し、これを互に逆方向
に導通特性をもたせる様に並列接続させると、その非導
通範囲は、±Ｎ×（しきい電圧）となる。Ｎの値を調節
して、ダイこの実施例は、しきい電圧分のパルス電圧が
発振時に損失となるが、その構成上、制御が容易である
長所を有する。これにより、広い周波数特性ｔもつ送受
切換器を構成できる。

第８図はｉ４の実施例の送受切換器３″′の構成を示す
図、第９図は同じくタイムチャートである。

第８図において第２図と同一部分には同一符号が付しで
ある。この図で４２はゲート発生回路３７とスイッチ素
子３２との間に設けられているローパスフィルタ、４３
はゲート発生回路３７とスイッチ素子３５との間に設け
られているローパスフィルタを示している。第９図は、
横軸に時間、縦軸に電圧がとってあり（イ）　（ｒ：１
）　（））　（ニ）はそれぞれ、ゲート発生回路３７の
出力（ａ）、ローパスフィルタ４２の出力、ゲート発生
回路３７の出力（ｂ）、ローパスフィルタ４３の出力を
示している。

この実施例が、第１から第３までの実施例と異なるとこ
ろは、スイッチ制御信号の波形調整を行なっている点で
、波形調整の目的は、スイッチ素子３２．３５を急速に
切換えることによって発生する切換えノイズを防止する
ことにある。この実施例では、スイッチの制御信号に対
してローパスフィルタ４２．４３を用いているので、Ｗ
ｃ９図に示すように、ゲート発生回路３７の出力はその
立上り、立下シ部が鈍化し、高周波ノイズを生ずる部分
がなくなる。この実施例では、ローパスフィルタを使用
するため、スイッチの制御信号は先の実症例に比べて時
間的に遅れることＫなる。しかし。

この遅れは遅延線３４の遅延量を調節して補正できるた
め問題とはならない。この実施例によって。

スイッチ切換え動作に伴なうノイズ発生を低減すること
ができ、微弱な反射信号であっても検知が可能となる。

これらの実施例では、高速な電子スイッチと遅延線を組
み合わせ、そのスイッチングを制御することによって広
い周波数帯域を有する送受切換器を用いているので、広
い周波数帯域を有し、パルス幅の変化によらず、波形歪
の少ない反射信号が得られ、受信信号の処理を容易にす
る効果がある。

又、１ケのアンテナを送受信に兼用できるため。

埋設物探査装置を小型化する上で絶大の効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は、広い周波数帯域を有する送受アンテナの兼用
可能な埋設物探査装置を提供可能とするもので、産業上
の効果の犬なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の埋設物探査装置の第１の実施例の基本
的構成の説明図、第２図は第１図の要部の構成の説明図
、第３図は第２図の各部における波形の説明図、第４図
及び第５図は同じくそれぞれ第２及び第３の実施例の要
部の構成の説明図、第６図は第５図の要部の構成の説明
図、第７図は第５図の要部の動作の説明図、第８図は同
じく第４の実施例の要部の構成の説明図、第９図は第８
図の各部における波形の説明図である。 １・・・パルス発生器、２・・・アンテナ、３・・・送
受切換器、４・・・受信信号処理器、３１・・・信号分
波器、３２・・・スイッチ素子、３３．３４・・・遅延
線％３５・・・スイッチ素子、３６・・・トリガ回路、
３７・・・ゲート発生回路、３８・・・インピーダンス
変換器、３９・・・ダイオード素子、４２．４３・・・
ローパスフィル躬１図 ￥３図 （＋）３５の尼カ 率６図 半″１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パルス状電波発生用のパルス発生器、前記パルス状
   電波を埋設媒質に送信し、該埋設媒質中の埋設物からの
   物標反射波を受信する送受兼用のアンテナ、受信信号処
   理部、及び前記アンテナと前記パルス発生器及び前記受
   信信号処理部との間に設けられている送信時と受信時と
   で伝送形態を変換する切換器とを有する埋設物探査装置
   において、前記切換器が、前記アンテナと前記パルス発
   生器及び前記受信信号処理部との間にそれぞれ設けられ
   互に導通状態が異なるスイッチング素子と、該スイッチ
   ング素子をパルス送信時と反射波受信時とで導通状態を
   切換える制御装置と、前記アンテナと前記スイッチング
   素子との間に設けられた遅延線とよりなることを特徴と
   する埋設物探査装置。 ２、前記アンテナと前記パルス発生器との間に設けられ
   たスイッチング素子が、前記アンテナ側から見たインピ
   ーダンスが高く、前記パルス発生器側から見たインピー
   ダンスが低くなるように設定されたインピーダンス変換
   器である特許請求の範囲第１項記載の埋設物探査装置。 ３、前記インピーダンス変換器が、しきい電圧を有する
   ダイオード素子である特許請求の範囲第２項記載の埋設
   物探査装置。 ４、前記切換器が、前記スイッチング素子の制御信号の
   高周波成分を除去する低域フィルターを有している特許
   請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載の埋設物探
   査装置。