検査レーダ装置
【課題】検出感度の向上したレーダ装置を提供することにある。
【解決手段】送信アンテナ１０１は、パルス発振器１０３が出力する振幅の異なる複数のパルスを波動に変換して被検査物に放射する。受信アンテナ１０２により受信された波動の反射波は、アナログ・ディジタル変換器１０６によりディジタル値に変換され、計算機２０１に取り込まれる。パルス幅制御器１０８は、パルス発振器１０３が出力する複数の振幅の異なるパルスに対して、それぞれ、異なるパルス幅のパルスを出力するように、パルス発振器１０３を調節する。
【解決手段】送信アンテナ１０１は、パルス発振器１０３が出力する振幅の異なる複数のパルスを波動に変換して被検査物に放射する。受信アンテナ１０２により受信された波動の反射波は、アナログ・ディジタル変換器１０６によりディジタル値に変換され、計算機２０１に取り込まれる。パルス幅制御器１０８は、パルス発振器１０３が出力する複数の振幅の異なるパルスに対して、それぞれ、異なるパルス幅のパルスを出力するように、パルス発振器１０３を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波や超音波などの波動の反射波を用いてコンクリートや土砂の内部などの空洞や鉄筋，パイプなどの反射体を精度よく検出する検査レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル壁，橋脚，橋桁，ビルなどのコンクリート構造物では、割れ，空洞，強度低下部等の欠陥の有無を非破壊で検査し、剥落や破壊事故に至る前に補修を行う必要がある。また、それらの内部の鉄筋，漏水などを検査対象にする場合もある。
【０００３】
また、土中では、工事の掘削前に内部に上下水道や電力線，通信線などの有無を調べ、掘削作業でそれらを破損する事故を未然に防ぐ必要がある。また、水道配管では漏水位置を検出する必要もある。さらに、超音波を使って上記対象のほか、機械や配管などの構造物を検査する場合もある。非破壊検査方法には、打音，超音波，温度変化，電磁波などを使う方法がある。
【０００４】
電磁波を用いる検査方法は、例えば、時間の短いパルス状電磁波（帯域は、百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）を検査対象に放射し、欠陥からの反射波を検出・処理して欠陥を検知するレーダ方式によるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この方式では、検査装置であるレーダ装置を検査対象物の上で走査し、走査断面（横軸が走査距離，縦軸が深さ）で反射強度分布を求め、この分布から検査対象内部の反射体を検出する。このレーダ方式は、非接触検出であること、アンテナを表面で走査して迅速な検査ができることなどのメリットがある。
【０００５】
しかしながら、電磁波がコンクリートや土中内を伝搬するのに伴って減衰し、欠陥が深くなるほど検出感度が激減するという問題があるため、深いところの欠陥の検出には、送信パルスの振幅を大きくする振幅制御方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２３４５９号公報
【特許文献２】特開２００３−９０８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２記載の方式では、欠陥の大きさによっては、送信パルスと適当にマッチングしない場合もあり、その場合には、欠陥を検出できない場合が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、検出感度の向上した検査レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、振幅の異なる複数のパルスを時間間隔をおいて出力するパルス発振器と、前記パルスを波動に変換して被検査物に放射する送信手段と、前記波動の反射波を受信する受信手段と、該受信手段で受信された前記反射波の波形をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換手段と、該アナログ・ディジタル変換手段を動作させるタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段とを有し、該タイミング信号発生手段からのタイミング信号に応じて、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記反射波の波形をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値に基づいて、検査結果を示す情報を生成する検査レーダ装置であって、前記パルス発振器が出力する複数の振幅の異なるパルスに対して、それぞれ、異なるパルス幅のパルスを出力するように、前記パルス発振器を調節するパルス幅制御器を備えるようにしたものである。
かかる構成により、検査レーダ装置の検出感度を向上し得るものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記パルス発振器は、それぞれ異なる振幅のパルスを出力する複数のパルス発振器から構成されるものである。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記パルス発振器は、同一振幅で同一パルス幅のパルスを複数回出力するとともに、その複数回のパルス出力に応じて得られた複数の反射波の波形のディジタル値を平均化処理する計算機を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検査レーダ装置の検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による検査レーダ装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作原理の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態による検査レーダ装置の構成及び動作について説明する。なお、以下の説明では、使用する波動として電磁波を用いて説明を進める。
【００１５】
最初に、図１を用いて、本実施形態による検査レーダ装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による検査レーダ装置のシステム構成を示すブロック図である。
【００１６】
被検査物１は、コンクリート構造物や土砂である。被検査物１の内部には、割れや空洞などの欠陥や鉄筋，パイプなどの検出対象２が存在する。本実施形態の検査レーダ装置は、検出対象２の検出と、その位置を求めるために用いられる。
【００１７】
本実施形態の検査レーダ装置は、センサ部１００と、計算機２０１と、表示器２０２と、記憶装置２０３とを備えている。センサ部１００は、移動走査機構（図示していない）や操作員により検査範囲を走査される。センサ部１００と計算機２０１とは、ケーブル等で接続されており、信号の送受を行える。
【００１８】
センサ部１００は、送信アンテナ１０１と、受信アンテナ１０２と、パルス発振器１０３と、リミター１０４と、タイミング信号発生器１０５と、アナログ・ディジタル変換器１０６と、距離測定器１０７と、パルス幅制御器１０８とを備えている。
【００１９】
送信アンテナ１０１は、電気信号を波動に変換して放射する送信手段である。送信アンテナ１０１は、パルス発振器１０３のパルス出力を受け、被検査部１に向け電磁波を放射する。
【００２０】
パルス発振器１０３は、３個の発振器を備えている。第１の発振器が出力するパルスのパルス幅をＤ１とすると、第２の発振器が出力するパルスのパルス幅はＤ２であり、第３の発振器が出力するパルスのパルス幅はＤ３となっており、それぞれ異なっている。パルス発振器１０３の３個の発振器が出力するパルスのパルス幅は、計算機２０１からの指令により、パルス幅制御器１０８によって制御される。
【００２１】
１個のパルス発振器で複数段階のパルス出力が必要になる場合、出力の変化速度に発振器が追いつかない場合には、各出力で波形の相似性が崩れる恐れがある。それに対して、各パルス幅毎に１個のパルス発振器を備え、各発振器を順次切り替えて振幅とパルス幅の異なるパルス信号を得る。このような構成とすることで、１個ごとの発振器で波形や応答性の調整が可能であり、波形の相似性が強く望まれる場合や早い応答が必要な場合に有効である。
【００２２】
また、パルス発振器１０３の３個の発振器が出力するパルスのタイミングは、計算機２０１からの指令により、タイミング信号発生器１０５によって制御される。パルス発振器１０３の３個の発振器は、タイミング信号発生器１０５によって制御されたタイミングに応じて、時間間隔をおいて出力される。
【００２３】
さらに、パルス発振器１０３の３個の発振器が出力するパルスの振幅は、計算機２０１からの指令により、可変できる。
【００２４】
受信アンテナ１０２は、送信アンテナ１０１から送信されたパルスが検査対象２によって反射された波動の反射波を受信する受信手段である。各アンテナ１０１，１０２の間で電磁波を送信，受信することができる。
【００２５】
検出対象２で反射した電磁波は、受信アンテナ１０２で反射波として検出され、リミター１０４により設定振幅以上の反射波の振幅信号部分は、その設定振幅に押さえられる。リミター１０４は、次段のアナログ・ディジタル変換器１０６の電気的保護のために用いられる。リミター１０４を通った反射信号は、受信アンテナで受信して得た各反射波の波形をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換手段として採用したアナログ・ディジタル変換器１０６でディジタル信号、即ちディジタル値に変換される。
【００２６】
タイミング信号発生器１０５は、アナログ・ディジタル変換器１０６を動作させるタイミング，すなわち、アナログ・ディジタル変換器１０６の変換タイミングを制御している。
【００２７】
距離測定器１０７は、センサ部１００が被検査物１の表面を移動した距離を求めるものである。
【００２８】
アナログ・ディジタル変換器１０６でディジタル信号に変換された信号と、距離測定器１０７の距離測定結果は、演算手段である計算機２０１に送られ処理される。処理結果は、表示装置２０２で表示されるほか、記憶装置２０３に記憶される。
【００２９】
次に、図２を用いて、本実施形態による検査レーダ装置の動作原理について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作原理の説明図である。
【００３０】
図２において、図２（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）は、パルス発振器１０３から出力されるパルス信号を示しており、これらの信号は、送信アンテナ１０１から被検査物１に放射される。ここで、図２（Ａ１）は、パルス発振器１０３の第１の発振器から出力されるパルスを示している。パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、同じパルス幅Ｄ１を有するパルスである。但し、パルスの振幅は、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれが、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と異なっている。ここで、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、時刻ｔ１，ｔ４，ｔ７，ｔ１０に出力される。
【００３１】
また、図２（Ａ２）は、パルス発振器１０３の第２の発振器から出力されるパルスを示している。パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８は、それぞれ、同じパルス幅Ｄ２を有するパルスである。パルス幅Ｄ２は、パルス幅Ｄ１よりも狭いものである。また、パルスの振幅は、パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８のそれぞれが、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と異なっている。ここで、パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８は、それぞれ、時刻ｔ２，ｔ５，ｔ８，ｔ１１に出力される。
【００３２】
また、図２（Ａ３）は、パルス発振器１０３の第３の発振器から出力されるパルスを示している。パルスＰ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、それぞれ、同じパルス幅Ｄ３を有するパルスである。パルス幅Ｄ３は、パルス幅Ｄ１よりも広いものである。また、パルスの振幅は、パルスＰ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２のそれぞれが、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と異なっている。ここで、パルスＰ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、それぞれ、時刻ｔ３，ｔ６，ｔ９，ｔ１２に出力される。
【００３３】
ここで、パルスの振幅Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、例えば、振幅Ａ１を０．１としたとき、振幅Ａ２は０．３，振幅Ａ３は０．７，振幅Ａ４は１．０と順次大きくなっている。なお、振幅Ａ１を０．１としたとき、振幅Ａ２は０．１，振幅Ａ３は１．０，振幅Ａ４は１．０とすることもできる。
【００３４】
また、パルス幅Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、例えば、パルス幅Ｄ１を１ｎｓとすると、パルス幅Ｄ２を０．５ｎｓと、パルス幅Ｄ３を１．５ｎｓとしている。なお、パルス幅Ｄ１を１ｎｓとすると、パルス幅Ｄ２を０．２ｎｓと、パルス幅Ｄ３を２．０ｎｓとすることもできる。
【００３５】
第１のパルス発振器が第１のパルスを時刻ｔ１に出力し、第２のパルスを時刻ｔ４に出力すると、その間隔は、例えば、１５ｎｓとしている。第３，第４のパルスも１５ｎｓの等間隔で出力される。
【００３６】
また、第２のパルス発振器が第１のパルスを時刻ｔ２に出力し、第２のパルスを時刻ｔ５に出力すると、その間隔は、例えば、１５ｎｓとしている。第３，第４のパルスも１５ｎｓの等間隔で出力される。このとき、第１のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ１に対して、第２のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ２は、例えば、５ｎｓ遅れている。
【００３７】
さらに、第３のパルス発振器が第１のパルスを時刻ｔ３に出力し、第２のパルスを時刻ｔ６に出力すると、その間隔は、例えば、１５ｎｓとしている。第３，第４のパルスも１５ｎｓの等間隔で出力される。このとき、第１のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ１に対して、第３のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ３は、例えば、１０ｎｓ遅れている。
【００３８】
図２（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）に示す例では、第１，第２，第３のパルス発振器が出力するパルスをそれぞれ独立して図示しているが、実際には、これは、単一の送信アンテナ１０１からは、パルスＰ１，Ｐ５，Ｐ９，Ｐ２，Ｐ６，Ｐ１０，Ｐ３，Ｐ７，Ｐ１１，Ｐ４，Ｐ８，Ｐ１２の順に、時系列的に順次，例えば、５ｎｓの等間隔で出力される。
【００３９】
図２（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）は、受信アンテナ１０２で受信される波形を示している。ここで、図２（Ｂ１）は、図２（Ａ１）に示した送信パルスに対する受信波形を示し、図２（Ｂ２）は、図２（Ａ２）に示した送信パルスに対する受信波形を示し、図２（Ｂ３）は、図２（Ａ３）に示した送信パルスに対する受信波形を示している。なお、図２（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）に示す例では、第１，第２，第３の受信波形をそれぞれ独立して図示しているが、実際には、これは、単一の受信アンテナ１０２からは、時系列的に順次受信される。
【００４０】
図２（Ｄ）は、本実施形態による検査レーダ装置のセンサ部と、被検査物１の例であるコンクリートの深さ方向を例示している。コンクリートの内部には、それぞれ異なる深さのところに、検査対象２である欠陥Ｘ，欠陥Ｙ，欠陥Ｚが存在するものとする。ここで、欠陥Ｘの深さ方向の幅をｄ１とし、欠陥Ｙの深さ方向の幅をｄ２とし、欠陥Ｚの深さ方向の幅をｄ３とし、それぞれの欠陥が異なる大きさを有しているものとする。
【００４１】
図２（Ｃ）は、被検査物１の例であるコンクリートの深さ方向を複数の領域に分けて検出することを示している。例えば、本実施形態による検査レーダ装置のセンサ部によって、深さ方向に０ｍ〜２ｍの範囲が検出可能であるとすると、領域１は０ｍ〜０．５ｍの範囲であり、領域２は０．５ｍ〜１．０ｍの範囲であり、領域３は１．０ｍ〜１．５ｍの範囲であり、領域４は１．５ｍ〜２．０ｍの範囲である。
【００４２】
また、深さ２．０ｍのところに欠陥があるとして、送信アンテナから送信して欠陥で反射した後、受信アンテナで受信されるまでの時間を４ｍｓとすると、図１に示したアナログ・ディジタル変換器１０６の変換タイミングを１６μｓとして、２５６回変換すると、４ｍｓ（≒１６μｓ×２５６）の範囲を、１６μｓ毎に２５６ポイントについてアナログ・ディジタル変換できる。すなわち、アナログ・ディジタル変換器による０回〜６４回目までのデジタル変換値は、領域１に相当する信号のディジタル値となり、０回〜６４回目までのデジタル変換値は、領域１に相当する信号のディジタル値となり、６４回〜１２８回目までのデジタル変換値は、領域２に相当する信号のディジタル値となり、１２８回〜１９２回目までのデジタル変換値は、領域３に相当する信号のディジタル値となり、１９２回〜２５６回目までのデジタル変換値は、領域４に相当する信号のディジタル値となる。
【００４３】
各領域のサンプリングは、アナログ・ディジタル変換器１０６で実行されるが、領域２，領域３，領域４では、それ以前の時間に対応する時間が経過したあと波形サンプリングが開始される。これらのタイミングは、タイミング信号発生器１０５によりあらかじめ設定されている。タイミング信号発生器１０５は、領域ごとの波形サンプリング数のデータを有しており、例えば領域１のサンプリング数をカウントし、あらかじめ設定してあるカウント数に到達すると領域２のサンプリングに移ることで、領域２以下のデータサンプリング開始点を決定できる。
【００４４】
なお、タイミング信号発生器１０５は、計算機２０１からサンプリング数のデータを受信し、アナログ・ディジタル変換器１０６のサンプリング数を決定するようにすることもできる。この場合、例えば領域４では、領域１〜領域４の全データをアナログ・ディジタル変換してから領域１〜領域３のデータを捨て、領域４のデータのみを残すことになる。
【００４５】
欠陥の検出には、その深さとともに、その大きさがポイントとなる。欠陥Ｘは、領域１にあるため、パルスＰ１，Ｐ５，Ｐ９のいずれかで検出されるが、ここで、欠陥Ｘの大きさがｄ２であるため、大きさｄ２の欠陥とマッチングするパルス幅Ｄ２のパルスＰ５によって検出される。また、欠陥Ｙは、領域２にあるため、パルスＰ２，Ｐ６，Ｐ１０のいずれかで検出されるが、ここで、欠陥Ｙの大きさがｄ１であるため、大きさｄ１の欠陥とマッチングするパルス幅Ｄ１のパルスＰ２によって検出される。さらに、欠陥Ｚは、領域４にあるため、パルスＰ４，Ｐ８，Ｐ１２のいずれかで検出されるが、ここで、欠陥Ｚの大きさがｄ３であるため、大きさｄ３の欠陥とマッチングするパルス幅Ｄ３のパルスＰ１２によって検出される。
【００４６】
このようにして、送信パルスの振幅を変えることで、異なる深さ方向に対する欠陥の検出が可能であるとともに、同じ振幅に対しても異なるパルス幅のパルスを用いることで、異なる大きさの欠陥の検出も可能となる。
【００４７】
図２（Ｅ１），（Ｅ２），（Ｅ３）は、それぞれ、図２（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）に示した受信波形を、アナログ・ディジタル変換器１０６により、１６μｓ毎に２５６ポイントについてアナログ・ディジタル変換した結果を示している。図２（Ｅ１）では、前述したように、欠陥ＸがパルスＰ５によって検出される。また、図２（Ｅ２）では、前述したように、欠陥ＹがパルスＰ２によって検出される。パルスＰ２は、パルスＰ１に比べて波長が短いため、増幅後の図２（Ｅ１）に示す反射波形に比較して小さな欠陥を検出できる。また、図２（Ｅ３）では、前述したように、欠陥ＺがパルスＰ１２によって検出される。パルスＰ１２は、パルスＰ１に比べて波長が長いため、増幅後の図２（Ｅ１）に示す反射波形に比較して大きな欠陥を検出できる。
【００４８】
次に、図２（Ｆ）は、発振器の出力と反射波形の増幅度の関係を示している。例えば、領域１と領域２の境界付近に存在する欠陥は、振幅度Ａ１のパルス（例えば、パルスＰ１）と、振幅度Ａ２のパルス（例えば、パルスＰ２）との両方で検出される。ここで、パルスＰ１とパルスＰ２は振幅度が異なるため、検出された反射波形の振幅が異なり、領域１と領域２の境界に波形の不連続性を示す場合が生じる。
【００４９】
これを防ぐため、各領域で反射信号を増幅し、不連続性を除去する。領域１の反射波形は、発振パルス振幅Ａ１で得た波形である。領域２では、発振パルス振幅Ａ２で反射波を得るから、領域１と領域２の境界の領域１側では領域１の反射波を（Ａ２／Ａ１）に増幅すれば不連続性はなくなる。
【００５０】
同様に、領域２と領域３の境界の領域２側では領域２の反射波を(Ａ３／Ａ２)に増幅すれば不連続性はなくなる。領域３についても同じであり、(Ａ４／Ａ３)に増幅する。領域４の増幅については後述する。増幅に関してはさらに注意を要する項目がある。それは、発振振幅と増幅度をかけた値が全領域で滑らかになるように増幅度を決め、各境界だけではなく領域全部で不連続性を無くすることである。その条件を再度まとめると、以下のようになる。
【００５１】
各領域の境界での増幅度は、１，２の境界では（Ａ２／Ａ１）、領域２，３の境界では（Ａ３／Ａ２）、領域３，４の境界では（Ａ４／Ａ２）とする。
【００５２】
全領域で（発振振幅）×（増幅度） が滑らかに変化すること、発振パルスの振幅、Ａ１〜Ａ４はあらかじめ決めることが可能であるから、上記の条件を満たす曲線を算出できる。また、領域１〜３で（発振振幅）×（増幅度）の曲線を求めれば、その曲線方程式を領域４に外挿することにより、領域４の曲線も決定できる。
【００５３】
これらの増幅度や、曲線の計算は、計算機２０１で実行する。さらに、検出波形の増幅計算（波形を増幅度倍する掛け算）も、計算機２０１で実施できる。
【００５４】
図２（Ｇ１），（Ｇ２），（Ｇ３）は、図２（Ｅ１），（Ｅ２），（Ｅ３）に示した採取後の反射波形に対して、図２（Ｆ）で説明した増幅度を変更して得られた増幅後の反射波形を示している。このように、各反射波形を適切に増幅することで、反射波形の振幅を大きくして、信号強度を大きくできる。そして、不連続部のない、観測深さが深くなっても感度低下の少ない波形を得ることができる。
【００５５】
次に、図３を用いて、本実施形態による検査レーダ装置の動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【００５６】
処理を開始すると、まず、ステップＳ１０において、計算機２０１は、各種パラメータを設定する。設定されるパラメータとしては、１反射波形の点数（前述の例では、２５６ポイント），分割する領域数（前述の例では、４領域）と各領域のポイント数（前述の例では、６４ポイント）や各領域のパルス振幅（前述の例では、領域１では振幅Ａ１，領域２では振幅Ａ２，領域３では振幅Ａ３，領域４では振幅Ａ４）、さらに、各領域の増幅度（図２（Ｆ））などがある。
【００５７】
これにより、反射波形を採取する準備が整ったので、次にステップＳ２０において、センサー部１００が一定距離移動したか否かを判定し、一定距離移動すると、ステップＳ３０において、計算機２０１は、発振器１０３に発振タイミングを示すトリガと、発振振幅制御信号を送信し、タイミング信号発生器１０５にアナログ・ディジタル変換タイミングを送信し、パルス幅制御器１０８にパルス幅制御信号を送信する。
【００５８】
次に、ステップＳ４０において、計算機２０１は、アナログ・ディジタル変換された反射波形を受信し、ステップＳ５０において、計算機２０１は、不連続性回避のための増幅度変更処理を行う。
【００５９】
そして、ステップＳ６０において、計算機２０１は、１反射波形の領域分割数であるパルス数（図２の例では、１２パルスＰ１，〜，Ｐ１２）を終了したか否かを判定し、終了していれば、ステップＳ７０において、次の移動位置への到達を待って上記処理を繰り返す。この操作を、設定範囲内繰り返して検査を終了する。処理の途中、または、処理後に、反射波形やセンサー部移動に伴う反射波形の変化を濃淡分布やカラー表示する。
【００６０】
本実施形態の検査レーダ装置を用いた検査方法は、本検査レーダの特長を生かし上述したセンサー部移動走査断面の反射強度分布による反射体の検出がある。また、精度良く反射体の検出を行うのために、公知の合成開口などの映像化処理も実施できる。センサ部１００の移動走査を検査対象表面上で２次元状に行えば、深さを加え反射体の３次元情報を明らかに出来る。２次元状の走査には、センサー部１００の位置を求める必要があるが、ＧＰＳ（Global Positioninng System）など公知のセンサーを使用してセンサ部１００の走査位置情報を得ることができる。これらの情報の処理は、計算機２０１で実行する。
【００６１】
なお、以上説明した例では、反射波形を採取する領域数を４領域とし、各領域の長さ（データ点数）を同じにして説明したが、その領域の数や領域長さが変化しても問題ないものである。また、上記の例では領域１から領域４へと順番に反射波データを採取したが、各領域１〜４に対応した計算機内のメモリに反射波データを書き込むようにすることによって反射波データの採取の順序は任意でよいものである。
【００６２】
このように本実施形態では、電磁波の波動を使ったコンクリートや土砂，機械部品などを検査する検査レーダに係わり、反射波形データの長さをいくつかの領域に分け、領域ごとに送信信号振幅を変化させ、各領域の反射データを採取する。領域ごとに送信信号の大きさが異なるため、領域の境界で波形の不連続性が発生する可能性がある。このため、各領域の波形を増幅している。
【００６３】
この増幅度は、あらかじめ検査対象の減衰率と、発振信号出力の大きさで決めておく。この結果、発振出力が徐々に大きくなっても振幅が連続的な反射波形を得ることができる。各出力の振幅が大きくなることは、深い部分を観測するとき大きな出力を用いることに対応し、この結果、電磁波などの波動の伝搬減衰を低減して感度を向上させることができる。
【００６４】
また、１個の出力信号で複数ポイントの波形データを採取できるため、１反射波形を得る時間を短縮できる長所がある。
【００６５】
あらに、パルス幅を変更した結果、反射波形の各波長に対応した欠陥の反射波を検出することができる。深部における検出感度「検出可能な欠陥の大きさ（検出範囲）」を更に向上することができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態では、発振パルスの振幅を検査位置の深さが深くなるほど大きくする。また、波形の不連続性を無くするために、各領域１〜領域４ごとにあらかじめ定めた増幅を行う。さらに、各領域では、同じ振幅でパルス幅の異なるパルスにより検出することで、欠陥等の検査対象の大きさが異なる場合でも検出精度を向上することができる。
【００６７】
なお、本実施形態は電磁波を使った例の他にも、例えば、超音波など他の波動を用いた場合も、アンテナの部分に超音波送受信探触子を用いることで容易に適用可能である。
【００６８】
次に、図４を用いて、本発明の他の実施形態による検査レーダ装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による検査レーダ装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。
図４は、本発明の他の実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。なお、図３と同一ステップ番号は、同一処理内容を示している。
【００６９】
本実施形態では、図３に示した処理に加えて、ステップＳ６２〜Ｓ６８の処理を追加している。そして、反射波形を複数個平均化すること、発振パルス幅に応じた反射波形を合成するようにしている。
【００７０】
すなわち、ステップＳ６２において、計算機２０１は、採取した反射波形を記憶装置２０３に記憶する。
【００７１】
そして、ステップＳ６４において、計算機２０１は、あらかじめ設定した複数回数終了したか否かを判定し、複数回の反射波形の採取が修了すると、ステップＳ６６において、計算機２０１は、記憶された複数の反射波形を平均化し、ステップＳ６８において、反射波形を合成する。
【００７２】
このような平均化、合成処理によって、電気ノイズのようなランダムな信号を減少させることができる。ランダムノイズの低減割合は、平均回数の１／２乗に反比例し、たとえば、１６回の平均化を行うとノイズは１／４になる。このように、平均化することによりノイズを下げる、つまり、Ｓ／Ｎを向上させることができる。これは、本実施形態の反射波形採取時間がこれまでより短く、一定時間を考えると多数の反射波形を採取できる理由による。この結果、Ｓ／Ｎが向上し、より微弱な反射信号でも識別可能になる大きな利点がある。
【符号の説明】
【００７３】
１…被検査物
２…検出対象
１００…センサ部
１０１…送信アンテナ
１０２…電磁波の受信アンテナ
１０３…パルス発振器
１０４…リミター
１０５…タイミング信号発生器
１０６…アナログ・ディジタル変換器
１０７…距離測定器
１０８…パルス幅制御器
２０１…計算機
２０２…表示装置
２０３…記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波や超音波などの波動の反射波を用いてコンクリートや土砂の内部などの空洞や鉄筋，パイプなどの反射体を精度よく検出する検査レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル壁，橋脚，橋桁，ビルなどのコンクリート構造物では、割れ，空洞，強度低下部等の欠陥の有無を非破壊で検査し、剥落や破壊事故に至る前に補修を行う必要がある。また、それらの内部の鉄筋，漏水などを検査対象にする場合もある。
【０００３】
また、土中では、工事の掘削前に内部に上下水道や電力線，通信線などの有無を調べ、掘削作業でそれらを破損する事故を未然に防ぐ必要がある。また、水道配管では漏水位置を検出する必要もある。さらに、超音波を使って上記対象のほか、機械や配管などの構造物を検査する場合もある。非破壊検査方法には、打音，超音波，温度変化，電磁波などを使う方法がある。
【０００４】
電磁波を用いる検査方法は、例えば、時間の短いパルス状電磁波（帯域は、百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）を検査対象に放射し、欠陥からの反射波を検出・処理して欠陥を検知するレーダ方式によるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この方式では、検査装置であるレーダ装置を検査対象物の上で走査し、走査断面（横軸が走査距離，縦軸が深さ）で反射強度分布を求め、この分布から検査対象内部の反射体を検出する。このレーダ方式は、非接触検出であること、アンテナを表面で走査して迅速な検査ができることなどのメリットがある。
【０００５】
しかしながら、電磁波がコンクリートや土中内を伝搬するのに伴って減衰し、欠陥が深くなるほど検出感度が激減するという問題があるため、深いところの欠陥の検出には、送信パルスの振幅を大きくする振幅制御方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２３４５９号公報
【特許文献２】特開２００３−９０８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２記載の方式では、欠陥の大きさによっては、送信パルスと適当にマッチングしない場合もあり、その場合には、欠陥を検出できない場合が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、検出感度の向上した検査レーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、振幅の異なる複数のパルスを時間間隔をおいて出力するパルス発振器と、前記パルスを波動に変換して被検査物に放射する送信手段と、前記波動の反射波を受信する受信手段と、該受信手段で受信された前記反射波の波形をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換手段と、該アナログ・ディジタル変換手段を動作させるタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段とを有し、該タイミング信号発生手段からのタイミング信号に応じて、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記反射波の波形をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値に基づいて、検査結果を示す情報を生成する検査レーダ装置であって、前記パルス発振器が出力する複数の振幅の異なるパルスに対して、それぞれ、異なるパルス幅のパルスを出力するように、前記パルス発振器を調節するパルス幅制御器を備えるようにしたものである。
かかる構成により、検査レーダ装置の検出感度を向上し得るものとなる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記パルス発振器は、それぞれ異なる振幅のパルスを出力する複数のパルス発振器から構成されるものである。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記パルス発振器は、同一振幅で同一パルス幅のパルスを複数回出力するとともに、その複数回のパルス出力に応じて得られた複数の反射波の波形のディジタル値を平均化処理する計算機を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、検査レーダ装置の検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による検査レーダ装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作原理の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態による検査レーダ装置の構成及び動作について説明する。なお、以下の説明では、使用する波動として電磁波を用いて説明を進める。
【００１５】
最初に、図１を用いて、本実施形態による検査レーダ装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による検査レーダ装置のシステム構成を示すブロック図である。
【００１６】
被検査物１は、コンクリート構造物や土砂である。被検査物１の内部には、割れや空洞などの欠陥や鉄筋，パイプなどの検出対象２が存在する。本実施形態の検査レーダ装置は、検出対象２の検出と、その位置を求めるために用いられる。
【００１７】
本実施形態の検査レーダ装置は、センサ部１００と、計算機２０１と、表示器２０２と、記憶装置２０３とを備えている。センサ部１００は、移動走査機構（図示していない）や操作員により検査範囲を走査される。センサ部１００と計算機２０１とは、ケーブル等で接続されており、信号の送受を行える。
【００１８】
センサ部１００は、送信アンテナ１０１と、受信アンテナ１０２と、パルス発振器１０３と、リミター１０４と、タイミング信号発生器１０５と、アナログ・ディジタル変換器１０６と、距離測定器１０７と、パルス幅制御器１０８とを備えている。
【００１９】
送信アンテナ１０１は、電気信号を波動に変換して放射する送信手段である。送信アンテナ１０１は、パルス発振器１０３のパルス出力を受け、被検査部１に向け電磁波を放射する。
【００２０】
パルス発振器１０３は、３個の発振器を備えている。第１の発振器が出力するパルスのパルス幅をＤ１とすると、第２の発振器が出力するパルスのパルス幅はＤ２であり、第３の発振器が出力するパルスのパルス幅はＤ３となっており、それぞれ異なっている。パルス発振器１０３の３個の発振器が出力するパルスのパルス幅は、計算機２０１からの指令により、パルス幅制御器１０８によって制御される。
【００２１】
１個のパルス発振器で複数段階のパルス出力が必要になる場合、出力の変化速度に発振器が追いつかない場合には、各出力で波形の相似性が崩れる恐れがある。それに対して、各パルス幅毎に１個のパルス発振器を備え、各発振器を順次切り替えて振幅とパルス幅の異なるパルス信号を得る。このような構成とすることで、１個ごとの発振器で波形や応答性の調整が可能であり、波形の相似性が強く望まれる場合や早い応答が必要な場合に有効である。
【００２２】
また、パルス発振器１０３の３個の発振器が出力するパルスのタイミングは、計算機２０１からの指令により、タイミング信号発生器１０５によって制御される。パルス発振器１０３の３個の発振器は、タイミング信号発生器１０５によって制御されたタイミングに応じて、時間間隔をおいて出力される。
【００２３】
さらに、パルス発振器１０３の３個の発振器が出力するパルスの振幅は、計算機２０１からの指令により、可変できる。
【００２４】
受信アンテナ１０２は、送信アンテナ１０１から送信されたパルスが検査対象２によって反射された波動の反射波を受信する受信手段である。各アンテナ１０１，１０２の間で電磁波を送信，受信することができる。
【００２５】
検出対象２で反射した電磁波は、受信アンテナ１０２で反射波として検出され、リミター１０４により設定振幅以上の反射波の振幅信号部分は、その設定振幅に押さえられる。リミター１０４は、次段のアナログ・ディジタル変換器１０６の電気的保護のために用いられる。リミター１０４を通った反射信号は、受信アンテナで受信して得た各反射波の波形をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換手段として採用したアナログ・ディジタル変換器１０６でディジタル信号、即ちディジタル値に変換される。
【００２６】
タイミング信号発生器１０５は、アナログ・ディジタル変換器１０６を動作させるタイミング，すなわち、アナログ・ディジタル変換器１０６の変換タイミングを制御している。
【００２７】
距離測定器１０７は、センサ部１００が被検査物１の表面を移動した距離を求めるものである。
【００２８】
アナログ・ディジタル変換器１０６でディジタル信号に変換された信号と、距離測定器１０７の距離測定結果は、演算手段である計算機２０１に送られ処理される。処理結果は、表示装置２０２で表示されるほか、記憶装置２０３に記憶される。
【００２９】
次に、図２を用いて、本実施形態による検査レーダ装置の動作原理について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作原理の説明図である。
【００３０】
図２において、図２（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）は、パルス発振器１０３から出力されるパルス信号を示しており、これらの信号は、送信アンテナ１０１から被検査物１に放射される。ここで、図２（Ａ１）は、パルス発振器１０３の第１の発振器から出力されるパルスを示している。パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、同じパルス幅Ｄ１を有するパルスである。但し、パルスの振幅は、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれが、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と異なっている。ここで、パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、時刻ｔ１，ｔ４，ｔ７，ｔ１０に出力される。
【００３１】
また、図２（Ａ２）は、パルス発振器１０３の第２の発振器から出力されるパルスを示している。パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８は、それぞれ、同じパルス幅Ｄ２を有するパルスである。パルス幅Ｄ２は、パルス幅Ｄ１よりも狭いものである。また、パルスの振幅は、パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８のそれぞれが、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と異なっている。ここで、パルスＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８は、それぞれ、時刻ｔ２，ｔ５，ｔ８，ｔ１１に出力される。
【００３２】
また、図２（Ａ３）は、パルス発振器１０３の第３の発振器から出力されるパルスを示している。パルスＰ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、それぞれ、同じパルス幅Ｄ３を有するパルスである。パルス幅Ｄ３は、パルス幅Ｄ１よりも広いものである。また、パルスの振幅は、パルスＰ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２のそれぞれが、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と異なっている。ここで、パルスＰ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２は、それぞれ、時刻ｔ３，ｔ６，ｔ９，ｔ１２に出力される。
【００３３】
ここで、パルスの振幅Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、例えば、振幅Ａ１を０．１としたとき、振幅Ａ２は０．３，振幅Ａ３は０．７，振幅Ａ４は１．０と順次大きくなっている。なお、振幅Ａ１を０．１としたとき、振幅Ａ２は０．１，振幅Ａ３は１．０，振幅Ａ４は１．０とすることもできる。
【００３４】
また、パルス幅Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、例えば、パルス幅Ｄ１を１ｎｓとすると、パルス幅Ｄ２を０．５ｎｓと、パルス幅Ｄ３を１．５ｎｓとしている。なお、パルス幅Ｄ１を１ｎｓとすると、パルス幅Ｄ２を０．２ｎｓと、パルス幅Ｄ３を２．０ｎｓとすることもできる。
【００３５】
第１のパルス発振器が第１のパルスを時刻ｔ１に出力し、第２のパルスを時刻ｔ４に出力すると、その間隔は、例えば、１５ｎｓとしている。第３，第４のパルスも１５ｎｓの等間隔で出力される。
【００３６】
また、第２のパルス発振器が第１のパルスを時刻ｔ２に出力し、第２のパルスを時刻ｔ５に出力すると、その間隔は、例えば、１５ｎｓとしている。第３，第４のパルスも１５ｎｓの等間隔で出力される。このとき、第１のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ１に対して、第２のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ２は、例えば、５ｎｓ遅れている。
【００３７】
さらに、第３のパルス発振器が第１のパルスを時刻ｔ３に出力し、第２のパルスを時刻ｔ６に出力すると、その間隔は、例えば、１５ｎｓとしている。第３，第４のパルスも１５ｎｓの等間隔で出力される。このとき、第１のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ１に対して、第３のパルス発振器が第１のパルスを出力する時刻ｔ３は、例えば、１０ｎｓ遅れている。
【００３８】
図２（Ａ１），（Ａ２），（Ａ３）に示す例では、第１，第２，第３のパルス発振器が出力するパルスをそれぞれ独立して図示しているが、実際には、これは、単一の送信アンテナ１０１からは、パルスＰ１，Ｐ５，Ｐ９，Ｐ２，Ｐ６，Ｐ１０，Ｐ３，Ｐ７，Ｐ１１，Ｐ４，Ｐ８，Ｐ１２の順に、時系列的に順次，例えば、５ｎｓの等間隔で出力される。
【００３９】
図２（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）は、受信アンテナ１０２で受信される波形を示している。ここで、図２（Ｂ１）は、図２（Ａ１）に示した送信パルスに対する受信波形を示し、図２（Ｂ２）は、図２（Ａ２）に示した送信パルスに対する受信波形を示し、図２（Ｂ３）は、図２（Ａ３）に示した送信パルスに対する受信波形を示している。なお、図２（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）に示す例では、第１，第２，第３の受信波形をそれぞれ独立して図示しているが、実際には、これは、単一の受信アンテナ１０２からは、時系列的に順次受信される。
【００４０】
図２（Ｄ）は、本実施形態による検査レーダ装置のセンサ部と、被検査物１の例であるコンクリートの深さ方向を例示している。コンクリートの内部には、それぞれ異なる深さのところに、検査対象２である欠陥Ｘ，欠陥Ｙ，欠陥Ｚが存在するものとする。ここで、欠陥Ｘの深さ方向の幅をｄ１とし、欠陥Ｙの深さ方向の幅をｄ２とし、欠陥Ｚの深さ方向の幅をｄ３とし、それぞれの欠陥が異なる大きさを有しているものとする。
【００４１】
図２（Ｃ）は、被検査物１の例であるコンクリートの深さ方向を複数の領域に分けて検出することを示している。例えば、本実施形態による検査レーダ装置のセンサ部によって、深さ方向に０ｍ〜２ｍの範囲が検出可能であるとすると、領域１は０ｍ〜０．５ｍの範囲であり、領域２は０．５ｍ〜１．０ｍの範囲であり、領域３は１．０ｍ〜１．５ｍの範囲であり、領域４は１．５ｍ〜２．０ｍの範囲である。
【００４２】
また、深さ２．０ｍのところに欠陥があるとして、送信アンテナから送信して欠陥で反射した後、受信アンテナで受信されるまでの時間を４ｍｓとすると、図１に示したアナログ・ディジタル変換器１０６の変換タイミングを１６μｓとして、２５６回変換すると、４ｍｓ（≒１６μｓ×２５６）の範囲を、１６μｓ毎に２５６ポイントについてアナログ・ディジタル変換できる。すなわち、アナログ・ディジタル変換器による０回〜６４回目までのデジタル変換値は、領域１に相当する信号のディジタル値となり、０回〜６４回目までのデジタル変換値は、領域１に相当する信号のディジタル値となり、６４回〜１２８回目までのデジタル変換値は、領域２に相当する信号のディジタル値となり、１２８回〜１９２回目までのデジタル変換値は、領域３に相当する信号のディジタル値となり、１９２回〜２５６回目までのデジタル変換値は、領域４に相当する信号のディジタル値となる。
【００４３】
各領域のサンプリングは、アナログ・ディジタル変換器１０６で実行されるが、領域２，領域３，領域４では、それ以前の時間に対応する時間が経過したあと波形サンプリングが開始される。これらのタイミングは、タイミング信号発生器１０５によりあらかじめ設定されている。タイミング信号発生器１０５は、領域ごとの波形サンプリング数のデータを有しており、例えば領域１のサンプリング数をカウントし、あらかじめ設定してあるカウント数に到達すると領域２のサンプリングに移ることで、領域２以下のデータサンプリング開始点を決定できる。
【００４４】
なお、タイミング信号発生器１０５は、計算機２０１からサンプリング数のデータを受信し、アナログ・ディジタル変換器１０６のサンプリング数を決定するようにすることもできる。この場合、例えば領域４では、領域１〜領域４の全データをアナログ・ディジタル変換してから領域１〜領域３のデータを捨て、領域４のデータのみを残すことになる。
【００４５】
欠陥の検出には、その深さとともに、その大きさがポイントとなる。欠陥Ｘは、領域１にあるため、パルスＰ１，Ｐ５，Ｐ９のいずれかで検出されるが、ここで、欠陥Ｘの大きさがｄ２であるため、大きさｄ２の欠陥とマッチングするパルス幅Ｄ２のパルスＰ５によって検出される。また、欠陥Ｙは、領域２にあるため、パルスＰ２，Ｐ６，Ｐ１０のいずれかで検出されるが、ここで、欠陥Ｙの大きさがｄ１であるため、大きさｄ１の欠陥とマッチングするパルス幅Ｄ１のパルスＰ２によって検出される。さらに、欠陥Ｚは、領域４にあるため、パルスＰ４，Ｐ８，Ｐ１２のいずれかで検出されるが、ここで、欠陥Ｚの大きさがｄ３であるため、大きさｄ３の欠陥とマッチングするパルス幅Ｄ３のパルスＰ１２によって検出される。
【００４６】
このようにして、送信パルスの振幅を変えることで、異なる深さ方向に対する欠陥の検出が可能であるとともに、同じ振幅に対しても異なるパルス幅のパルスを用いることで、異なる大きさの欠陥の検出も可能となる。
【００４７】
図２（Ｅ１），（Ｅ２），（Ｅ３）は、それぞれ、図２（Ｂ１），（Ｂ２），（Ｂ３）に示した受信波形を、アナログ・ディジタル変換器１０６により、１６μｓ毎に２５６ポイントについてアナログ・ディジタル変換した結果を示している。図２（Ｅ１）では、前述したように、欠陥ＸがパルスＰ５によって検出される。また、図２（Ｅ２）では、前述したように、欠陥ＹがパルスＰ２によって検出される。パルスＰ２は、パルスＰ１に比べて波長が短いため、増幅後の図２（Ｅ１）に示す反射波形に比較して小さな欠陥を検出できる。また、図２（Ｅ３）では、前述したように、欠陥ＺがパルスＰ１２によって検出される。パルスＰ１２は、パルスＰ１に比べて波長が長いため、増幅後の図２（Ｅ１）に示す反射波形に比較して大きな欠陥を検出できる。
【００４８】
次に、図２（Ｆ）は、発振器の出力と反射波形の増幅度の関係を示している。例えば、領域１と領域２の境界付近に存在する欠陥は、振幅度Ａ１のパルス（例えば、パルスＰ１）と、振幅度Ａ２のパルス（例えば、パルスＰ２）との両方で検出される。ここで、パルスＰ１とパルスＰ２は振幅度が異なるため、検出された反射波形の振幅が異なり、領域１と領域２の境界に波形の不連続性を示す場合が生じる。
【００４９】
これを防ぐため、各領域で反射信号を増幅し、不連続性を除去する。領域１の反射波形は、発振パルス振幅Ａ１で得た波形である。領域２では、発振パルス振幅Ａ２で反射波を得るから、領域１と領域２の境界の領域１側では領域１の反射波を（Ａ２／Ａ１）に増幅すれば不連続性はなくなる。
【００５０】
同様に、領域２と領域３の境界の領域２側では領域２の反射波を(Ａ３／Ａ２)に増幅すれば不連続性はなくなる。領域３についても同じであり、(Ａ４／Ａ３)に増幅する。領域４の増幅については後述する。増幅に関してはさらに注意を要する項目がある。それは、発振振幅と増幅度をかけた値が全領域で滑らかになるように増幅度を決め、各境界だけではなく領域全部で不連続性を無くすることである。その条件を再度まとめると、以下のようになる。
【００５１】
各領域の境界での増幅度は、１，２の境界では（Ａ２／Ａ１）、領域２，３の境界では（Ａ３／Ａ２）、領域３，４の境界では（Ａ４／Ａ２）とする。
【００５２】
全領域で（発振振幅）×（増幅度） が滑らかに変化すること、発振パルスの振幅、Ａ１〜Ａ４はあらかじめ決めることが可能であるから、上記の条件を満たす曲線を算出できる。また、領域１〜３で（発振振幅）×（増幅度）の曲線を求めれば、その曲線方程式を領域４に外挿することにより、領域４の曲線も決定できる。
【００５３】
これらの増幅度や、曲線の計算は、計算機２０１で実行する。さらに、検出波形の増幅計算（波形を増幅度倍する掛け算）も、計算機２０１で実施できる。
【００５４】
図２（Ｇ１），（Ｇ２），（Ｇ３）は、図２（Ｅ１），（Ｅ２），（Ｅ３）に示した採取後の反射波形に対して、図２（Ｆ）で説明した増幅度を変更して得られた増幅後の反射波形を示している。このように、各反射波形を適切に増幅することで、反射波形の振幅を大きくして、信号強度を大きくできる。そして、不連続部のない、観測深さが深くなっても感度低下の少ない波形を得ることができる。
【００５５】
次に、図３を用いて、本実施形態による検査レーダ装置の動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【００５６】
処理を開始すると、まず、ステップＳ１０において、計算機２０１は、各種パラメータを設定する。設定されるパラメータとしては、１反射波形の点数（前述の例では、２５６ポイント），分割する領域数（前述の例では、４領域）と各領域のポイント数（前述の例では、６４ポイント）や各領域のパルス振幅（前述の例では、領域１では振幅Ａ１，領域２では振幅Ａ２，領域３では振幅Ａ３，領域４では振幅Ａ４）、さらに、各領域の増幅度（図２（Ｆ））などがある。
【００５７】
これにより、反射波形を採取する準備が整ったので、次にステップＳ２０において、センサー部１００が一定距離移動したか否かを判定し、一定距離移動すると、ステップＳ３０において、計算機２０１は、発振器１０３に発振タイミングを示すトリガと、発振振幅制御信号を送信し、タイミング信号発生器１０５にアナログ・ディジタル変換タイミングを送信し、パルス幅制御器１０８にパルス幅制御信号を送信する。
【００５８】
次に、ステップＳ４０において、計算機２０１は、アナログ・ディジタル変換された反射波形を受信し、ステップＳ５０において、計算機２０１は、不連続性回避のための増幅度変更処理を行う。
【００５９】
そして、ステップＳ６０において、計算機２０１は、１反射波形の領域分割数であるパルス数（図２の例では、１２パルスＰ１，〜，Ｐ１２）を終了したか否かを判定し、終了していれば、ステップＳ７０において、次の移動位置への到達を待って上記処理を繰り返す。この操作を、設定範囲内繰り返して検査を終了する。処理の途中、または、処理後に、反射波形やセンサー部移動に伴う反射波形の変化を濃淡分布やカラー表示する。
【００６０】
本実施形態の検査レーダ装置を用いた検査方法は、本検査レーダの特長を生かし上述したセンサー部移動走査断面の反射強度分布による反射体の検出がある。また、精度良く反射体の検出を行うのために、公知の合成開口などの映像化処理も実施できる。センサ部１００の移動走査を検査対象表面上で２次元状に行えば、深さを加え反射体の３次元情報を明らかに出来る。２次元状の走査には、センサー部１００の位置を求める必要があるが、ＧＰＳ（Global Positioninng System）など公知のセンサーを使用してセンサ部１００の走査位置情報を得ることができる。これらの情報の処理は、計算機２０１で実行する。
【００６１】
なお、以上説明した例では、反射波形を採取する領域数を４領域とし、各領域の長さ（データ点数）を同じにして説明したが、その領域の数や領域長さが変化しても問題ないものである。また、上記の例では領域１から領域４へと順番に反射波データを採取したが、各領域１〜４に対応した計算機内のメモリに反射波データを書き込むようにすることによって反射波データの採取の順序は任意でよいものである。
【００６２】
このように本実施形態では、電磁波の波動を使ったコンクリートや土砂，機械部品などを検査する検査レーダに係わり、反射波形データの長さをいくつかの領域に分け、領域ごとに送信信号振幅を変化させ、各領域の反射データを採取する。領域ごとに送信信号の大きさが異なるため、領域の境界で波形の不連続性が発生する可能性がある。このため、各領域の波形を増幅している。
【００６３】
この増幅度は、あらかじめ検査対象の減衰率と、発振信号出力の大きさで決めておく。この結果、発振出力が徐々に大きくなっても振幅が連続的な反射波形を得ることができる。各出力の振幅が大きくなることは、深い部分を観測するとき大きな出力を用いることに対応し、この結果、電磁波などの波動の伝搬減衰を低減して感度を向上させることができる。
【００６４】
また、１個の出力信号で複数ポイントの波形データを採取できるため、１反射波形を得る時間を短縮できる長所がある。
【００６５】
あらに、パルス幅を変更した結果、反射波形の各波長に対応した欠陥の反射波を検出することができる。深部における検出感度「検出可能な欠陥の大きさ（検出範囲）」を更に向上することができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態では、発振パルスの振幅を検査位置の深さが深くなるほど大きくする。また、波形の不連続性を無くするために、各領域１〜領域４ごとにあらかじめ定めた増幅を行う。さらに、各領域では、同じ振幅でパルス幅の異なるパルスにより検出することで、欠陥等の検査対象の大きさが異なる場合でも検出精度を向上することができる。
【００６７】
なお、本実施形態は電磁波を使った例の他にも、例えば、超音波など他の波動を用いた場合も、アンテナの部分に超音波送受信探触子を用いることで容易に適用可能である。
【００６８】
次に、図４を用いて、本発明の他の実施形態による検査レーダ装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による検査レーダ装置のシステム構成は、図１に示したものと同様である。
図４は、本発明の他の実施形態による検査レーダ装置の動作を示すフローチャートである。なお、図３と同一ステップ番号は、同一処理内容を示している。
【００６９】
本実施形態では、図３に示した処理に加えて、ステップＳ６２〜Ｓ６８の処理を追加している。そして、反射波形を複数個平均化すること、発振パルス幅に応じた反射波形を合成するようにしている。
【００７０】
すなわち、ステップＳ６２において、計算機２０１は、採取した反射波形を記憶装置２０３に記憶する。
【００７１】
そして、ステップＳ６４において、計算機２０１は、あらかじめ設定した複数回数終了したか否かを判定し、複数回の反射波形の採取が修了すると、ステップＳ６６において、計算機２０１は、記憶された複数の反射波形を平均化し、ステップＳ６８において、反射波形を合成する。
【００７２】
このような平均化、合成処理によって、電気ノイズのようなランダムな信号を減少させることができる。ランダムノイズの低減割合は、平均回数の１／２乗に反比例し、たとえば、１６回の平均化を行うとノイズは１／４になる。このように、平均化することによりノイズを下げる、つまり、Ｓ／Ｎを向上させることができる。これは、本実施形態の反射波形採取時間がこれまでより短く、一定時間を考えると多数の反射波形を採取できる理由による。この結果、Ｓ／Ｎが向上し、より微弱な反射信号でも識別可能になる大きな利点がある。
【符号の説明】
【００７３】
１…被検査物
２…検出対象
１００…センサ部
１０１…送信アンテナ
１０２…電磁波の受信アンテナ
１０３…パルス発振器
１０４…リミター
１０５…タイミング信号発生器
１０６…アナログ・ディジタル変換器
１０７…距離測定器
１０８…パルス幅制御器
２０１…計算機
２０２…表示装置
２０３…記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅の異なる複数のパルスを時間間隔をおいて出力するパルス発振器と、
前記パルスを波動に変換して被検査物に放射する送信手段と、
前記波動の反射波を受信する受信手段と、
該受信手段で受信された前記反射波の波形をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換手段と、
該アナログ・ディジタル変換手段を動作させるタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段とを有し、
該タイミング信号発生手段からのタイミング信号に応じて、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記反射波の波形をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値に基づいて、検査結果を示す情報を生成する検査レーダ装置であって、
前記パルス発振器が出力する複数の振幅の異なるパルスに対して、それぞれ、異なるパルス幅のパルスを出力するように、前記パルス発振器を調節するパルス幅制御器を備えることを特徴とする検査レーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載の検査レーダ装置において、
前記パルス発振器は、それぞれ異なる振幅のパルスを出力する複数のパルス発振器から構成されることを特徴とする検査レーダ装置。
【請求項３】
請求項１記載の検査レーダ装置において、
前記パルス発振器は、同一振幅で同一パルス幅のパルスを複数回出力するとともに、
その複数回のパルス出力に応じて得られた複数の反射波の波形のディジタル値を平均化処理する計算機を備えることを特徴とする検査レーダ装置。
【請求項１】
振幅の異なる複数のパルスを時間間隔をおいて出力するパルス発振器と、
前記パルスを波動に変換して被検査物に放射する送信手段と、
前記波動の反射波を受信する受信手段と、
該受信手段で受信された前記反射波の波形をディジタル値に変換するアナログ・ディジタル変換手段と、
該アナログ・ディジタル変換手段を動作させるタイミング信号を発生するタイミング信号発生手段とを有し、
該タイミング信号発生手段からのタイミング信号に応じて、前記アナログ・ディジタル変換手段は、前記反射波の波形をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値に基づいて、検査結果を示す情報を生成する検査レーダ装置であって、
前記パルス発振器が出力する複数の振幅の異なるパルスに対して、それぞれ、異なるパルス幅のパルスを出力するように、前記パルス発振器を調節するパルス幅制御器を備えることを特徴とする検査レーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載の検査レーダ装置において、
前記パルス発振器は、それぞれ異なる振幅のパルスを出力する複数のパルス発振器から構成されることを特徴とする検査レーダ装置。
【請求項３】
請求項１記載の検査レーダ装置において、
前記パルス発振器は、同一振幅で同一パルス幅のパルスを複数回出力するとともに、
その複数回のパルス出力に応じて得られた複数の反射波の波形のディジタル値を平均化処理する計算機を備えることを特徴とする検査レーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４２２（Ｐ２０１１−２４２２Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７６９１（Ｐ２００９−１４７６９１）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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