低周波大電流電磁パルス波の地中伝搬実験

低周波大電流電磁パルス波の地中伝搬実験

著者 長野 勇

著者別表示 Nagano Isamu

雑誌名 平成8(1996)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C)  研究成果報告書

巻 1995‑1996

ページ 125p.

発行年 1997‑03

URL http://doi.org/10.24517/00049397

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止 http://creativecommons.org/licenses/by‑nc‑nd/3.0/deed.ja

第5章球面パルスによる伝搬特性(100KHzノ ⁵⁶

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ＯＯＯＯＯＯ●●●●●●ＯＯＯＯＯＯ４８２６０−−１１２一一一 −150．8［。B］

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1 2 ． 0 1 6 ． 0 2 0 ． 0 2 4 ． 0 2 8 ． 0 8 ． 0

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図5.8:各観測点での磁界Hxの受信波形(freespace+ground)(100kHz)

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八

V

第7章磁界波形捕捉受信機の構成及び動作原理 ⁷²

下がる。また、転送モード時には、PC‑9801からの信号を8255パラレルインタフェース を介し、SRAMの読みだし信号を示すOE信号が立ち下がる。

7.3.4制御回路

この回路は、基本クロック回路と制御信号を作るパルス発生回路で構成される。基本ク ロックは8MHzのク'ノスタルオシレーダの出力を74LS393で4分周し2MHzのクロック を作っている。パルス発生回路では74LS74及び、SPG8640Bというワンチップ水晶で構 成きれ、A/D変換を開始させるHOLD信号、アドレスカウンタを増やすAddlnc信号、

マルチプレクサのチャンネルデータをラッチするLATCH信号が作られる。パルス発生回

路で作られる信号はすべて2MHzの基本クロックに同期している。また、パルス発生回

路で作られる信号はA/Dデータ書き込みモーFからデータ転送モードに移行すると同時

に止まり、回路の制御はPC‑9801側に移る。

7.3.5インターフェース回路

この回路は、パラレルインターフェース8255、バストランシーバ74LS245、チツプセ レクタ74LS138から構成され、SRAMに書き込まれたデータをPC‑9801へ転送するの に、8255のポートAに入力されるデータを切り替えるための回路である。74LS138には 8255のPCO〜PC3が接続されており、バストランシーバの選択を行う。選択きれたバス トランシーバは導通状態となりSRAMに書き込まれたデータの転送が可能になる。バス トランシーバを選択するために、PC‑9801から8255のPCO〜PC3に出力するアドレスを 表3.1に示す。

LS138 ア ド レ ス

Y O 8h

Y 1 9h

表3.1：バストランシーバのチップセレクト

第 7 章 磁 界 波 形 捕 捉 受 信 機 の 構 成 及 び 動 作 原 理 7 3

7．3．68255パラレルインターフェースボード

このボードは磁界波形捕捉受信機とパーソナルコンピュータPC‑9801との間の信号及 びデータの入出力を制御するものである。8255パラレルインターフェースは、PA、PB、

PCの3つのポートとコントロールレジスタをもっている。また、モード0，モード1、

モード2の3つのモードを持っており本機はモード0を使用している。これらのモードの 設定は、コントロールレジスタに書き込むデータによって変えられる。一方、3つのポー トとコントロールワードレジスタの選択はPC‑9801から与えられるアド.レスによりなさ れる。表3.2に各ポート及びコントロールレジスタを選択するためのアドレスを示す。本 機では、ポートAを波形信号のデータ転送用に、ポートBをモード切り替え用の信号に、

ポートCの上位4ビットをバストランシーバの選択用に、下位4ビットをデータ転送時 のアドレスカウンタを増加させるために用いている。

8255のポート ポ^ー ト の ア ド レ ス

P A DOh

P B D2h

P C D4h

コ ン ト ロ ー ル ワ ー ド D6h

表3.2:拡張ポートのアドレス

7.3.7電源回路

この回路では、A/Dコンバータ用の基準電圧源及びOPアンプ用の電源として、＋

12V、−12V、また、A/Dコンバータの電源として、+5V，−5Vの電源及び、ディジ タル部の電源として5Vの電源が作られる。アナログ部の電源の歪みはそのまま測定波 形の歪みとして現れるので、各ICへの電源の入力部には0.1"Fと10"Fのコンデンサを

並列に入れてある。

第7章磁界波形捕捉受信機の構成及び動作原理

7.4広ダイナミックレンジ化の動作原理

74

受信機をA/Dコンバータ自体の特性よりも広ダイナミックレンジ化するために、地下 からの反射パルスから得られた波形信号は、A/D変換の前処理部分の増幅回路によって、

元々の波形信号の0dB、12dB、24dB、36dBの信号に増幅されA/Dコンバータに最適な 増幅度を選択しA/D変換される。増幅回路のブロック図を図7.9に示す。波形信号をA/D

変換して得られた12ビットのデータと増幅度を示す2ビットのデータの計14ビットの データがメモ'ﾉに書き込まれ、PC‑9801からの制御信号によりデータの転送を行う。

7.5磁界波形捕捉受信機の動作原理

ここでは磁界波形捕捉受信機の動作原理について述べる。磁界波形捕捉受信機にはサー チコイルセンサが接続される。サーチコイルセンサは磁界を電圧に変換するものである。

サーチコイルセンサからの信号は広ダイナミックレンジ化のための増幅回路を経てA/D変 換される。A/D変換された信号データはメモ'ﾉに書き込まれる。このモードをA/Dデー タ書き込みモードと呼ぶことにする。測定開始からPC‑9801で設定した時間が過ぎると メモ'ﾉに書き込まれたデータはPC‑9801に転送きれる。このモードをデータ転送モード と呼ぶことにする。この動作過程を図7.10に示す。転送されたデータはフロッピーディス クに書き込まれ、そのデータをワークステーションに転送し受信波の解析を行う。

第8章磁界波形捕捉受信システムの動作結果 89

Phasedifference

D

DIGITALSPECrRUMANALYZERTR9404 100．OO

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FREOUENCY(Hz)

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図8.4:サーチコイルの周波数特性(0〜1kHz)

Phasedifference

DIGITALSPECTRUMANALYZERTR9404 200.00

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一

００﹂岸

0.00

FILE:saku

‑200．OO

5.0

X104 2．5

FREQUENCY(Hz)

0.0

図8.5:サーチコイルの周波数特性(0〜10kHz)

第8章磁界波形捕捉受信システムの動作結果 90

FILE:9tr4

R E F 2 . . 7 q V

10dB/DIV

SART･OHz RBW300Hz

93/02/1011:54:12 MARKER14900・OHz R A N G E 1 0 ・ O d B m ‑ 6 6 . O d B m STOP50000・OHz

VBW1KHz ST1.2SEC

2．74V 1．25V 868国v 398国v 274回v 125口v 86．8Ev 39．8回Y 27．4mV 12．5国v 8．68国v 3．98呂v 2．74■v 1．25回v 868以Y 398ﾉKv 274"v 125"v 86.8jjv 39．8〃v 27．4〃v

40.…･−8 50

0 10 2 0 3 0

Frequency[kHz]

図8.6:サーチコイルの周波数特性(o〜50kHz)

Phasedifference

DIGITALSPECTRUMANAい'ZERTR9404 200．00

や一口一三口 ６０００１−．０１００１−●︲Ｉ︲ＦＩＬ００１００戸０Ⅱｌ●０一一一一

一

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● 一

0.OO

FILE:Saku3

‑200．OO

1.O

xlO3

0．う

FREOL!ENC,(′(Hz)

0.0

図8.7:サーチコイルの位相特性(0〜1kHz)

第8章磁界波形捕捉受信システムの動作結果 91

93/02／1011:36:13

MARKER298．0Hz

−92.Od8m STOPIOOO.0Hz ST2.4SEC FILE:9tr2

R E F 3 9 8 m V

10d8/OIV

START・OHz R B W 3 0 H z

RANGE‑5・OdBm

V B W 1 0 0 H z 3981V

274且v l25■v 86．81V 39．8ｺv 27．41V 12．51V 8．63．V 3．98且v 2．741V 1．25av 868 Y 398似v 274"v 125"v 86．8且v 39．8必v 27．4且v 12.5"v 8．68座v 3．98以v

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0 2 0 0 4 0 0 5 0 0 8 0 0 1 0 0 0

Frequency[Hz]

図8.8:サーチコイルの位相特性(0〜10kHz)

鯛

F I L E : 9 t r 3 W W 1 Q ̲ ｣

R E F 3 9 ． 8 m V M A R I < E R 2 9 8 0

10d8/DIVRANGE‑5.0dBm̲=ZZ.0

START.0Hz STOP10000．0HZ

ST2.OSEC V B W 3 0 0 H z

R B W 1 0 0 H z 3981V

2741V 1231V 86．81V 39．81v

､27．41V 12．51V 8．6ヨ1V 3．98．v 2．7；1V 1．23．V 863以v 398J8V 271且V IZMv 86．3uv 39．3且v 27．1且v 12．3厘V 8．63且v 3．93J』v

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0

Frequency[kHz]

図8.9:サーチコイルの位相特性(0〜50kHz)

第8章磁界波形捕捉受信システムの動作結果

受 信 電 圧 波 形 受 信 波 の ス ペ ク ト ル 受信波に伝達関数の逆 数をかけたスペクトル

FFT

y(t)一一一→Y(m)−−今Y(m)/H(m)

（ 1 ） （ 2 ） （ 3 ）

図8.10:波形の復元方法

92

サ ー チ コ イ ル の 受け取る磁界波 形(計算値）

XFFT

−−−→y'(t)

（4）

参 考 文 献 ⁹³

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97

付 録 A 電磁波の位相速度陽と群速度％

Velocity(f=10'Hz)

ぴ(s/ml ^Er 剛^、 /s} Ⅷ⁷⁷¹/s} 入9[川｝

1.000E‑05 2.000D+00 3.162D+06 6.323D+06 6.3235D+05 1.000E‑05 3.000D+00 3.162D+06 6.323D+06 6.3230D+05 1.000E‑05 4.000D+00 3.162D+06 6.322D+06 6.3224D+05 1.000E‑04 2.000D+00 1.000D+06 2.000D+06 2.0000D+05 1.000E‑04 3.000D+00 1.000D+06 2.000D+06 1.9999D+05 1.000E‑04 4.000D+00 1.000D+06 2.000D+06 1.9999D+05 1.000E‑03 1.000D+01 3.162D+05 6.325D+05 6.3245D+04 1.000E‑03 1.500D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3245D+04 1.000E‑03 2.000D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+04 1.000E‑03 2.500D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+04 1.000E‑03 3.000D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+04 1.OOOE‑03 3.500D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+04 1.000E‑02 1.000D+01 1.000D+05 2.000D+05 2.0000D+04 1.000E‑02 1.500D+01 1.000D+05 2.000D+05 2.0000D+04 1.000E‑02 2.000D+01 1.000D+05 2.000D+05 2.0000D+04 l.000E‑02 2.500D+01 1．000D+05 2.000D+05 2.0000D+04 1.000E‑02 3.000D+01 1.000D+05 2.000D+05 2.0000D+04 1.000E‑02 3.500D+01 1.000D+05 2.000D+05 2.0000D+04

表A.1:f=10Hzの位相速度、群速度、波長

98

第A章電磁波の位相速度I/pと群速度吃 ⁹⁹

VelOcity(f=102Hz)

ぴ(s/ml ^E『 Ⅷ^7刀/sl Ⅷ^γ刀/sl 入9{ml

1.000E‑05 2.000D+00 9.994D+06 1.997D+07 1.9967D+05 1.000E‑05 3.000D+00 9.992D+06 1.995D+07 1.9950D+05 1.000E‑05 4.000D+00 9.989D+06 1.993D+07 1.9933D+05 1.000E‑04 2.000D+00 3.162D+06 6.323D+06 6.3235D+04 1.000E‑04 3.000D+00 3.162D+06 6.323D+06 6.3230D+04 1.000E‑04 4.000D+00 3.162D+06 6.322D+06 6.3224D+04 1.000E‑03 1.000D+01 1.000D+06 2.000D+06 1.9998D+04 1.000E‑03 1.500D+01 1.000D+06 2.000D+06 1.9997D+04 1.000E‑03 2.000D+01 9.999D+05 2.000D+06 1.9997D+04 1.000E‑03 2.500D+01 9.999D+05 2.000D+06 1.9996D+04 1,000E‑03 3.000D+01 9.999D+05 1.999D+06 1.9995D+04 1.000E‑03 3.500D+01 9.999D+05 1.999D+06 1.9994D+04 1.000E‑02 1.000D+01 3.162D+05 6.325D+05 6.3245D+03 1.000E‑02 1.500D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3245D+03 1.000E‑02 2.000D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+03 1.000E‑02 2.500D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+03 1.000E‑02 3.000D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+03 1.000E‑02 3.500D+01 3.162D+05 6.324D+05 6.3244D+03

表A.2:f=100Hzの位相速度、群速度、波長

第A章電磁波の位相速度昨と群速度咋乙 ¹⁰⁰

Velocity(f=103Hz)

ぴIs/ml ^Er 剛^、 /sl Ⅷ^7刀/sl Mm1

1.000E‑05 2.000D+00 3.145D+07 6.220D+07 6.2203D+04 1.000E‑05 3.000D+00 3.136D+07 6.169D+07 6.1691D+04 1.000E‑05 4.000D+00 3.127D+07 6.118D+07 6.1185D+04 1.000E‑04 2.000D+00 9.994D+06 1.997D+07 1.9967D+04 1.000E‑04 3.000D+00 9.992D+06 1.995D+07 1.9950D+04 1.000E‑04 4.000D+00 9.989D+06 1.993D+07 1.9933D+04 1.000E‑03 1.000D+01 3.161D+06 6.319D+06 6.3193D+03 1.000E‑03 1.500D+01 3.161D+06 6.317D+06 6.3166D+03 1.000E‑03 2.000D+01 3.161D+06 6.314D+06 6.3140D+03 1.000E‑03 2.500D+01 3.160D+06 6.311D+06 6.3114D+03 1.OOOE‑03 3.000D+01 3.160D+06 6.309D+06 6.3088D+03 1.000E‑03 3.500D+01 3.159D+06 6.306D+06 6.3061D+03 1.000E‑02 1.000D+01 1.000D+06 2.000D+06 1.9998D+03 1.000E‑02 1.500D+01 1.000D+06 2．000D+06 1.9997D+03 1.000E‑02 2.000D+01 9.999D+05 2.000D+06 1.9997D+03 1.000E‑02 2.500D+01 9.999D+05 2.000D+06 1.9996D+03 1.000E‑02 3.000D+01 9.999D+05 1.999D+06 1.9995D+03 1.000E‑02 3.500D+01 9.999D+05 1.999D+06 1.9994D+03

表A.3:f=1kHzの位相速度、群速度、波長

第 A章電磁波の位相速度昨と群速度ルむ ¹⁰²

Velocity(f=105Hz)

ぴ(s/ml ^Er 陽｛^7刀/sl Ⅷ⁷⁷¹/s} Mm1

1.000E‑05 2.000D+00 1.958D+08 2.246D+08 2.2456D+03 1.000E‑05 3.000D+00 1.663D+08 1.791D+08 1.7906D+03 1.000E‑05 4.000D+00 1.464D+08 1.531D+08 1.5314D+03 1.OOOE‑04 2.000D+00 9.460D+07 1.704D+08 1.7036D+03 1.000E‑04 3.000D+00 9.203D+07 1.580D+08 1.5804D+03 1.000E‑04 4.000D+00 8.955D+07 1.471D+08 1.4714D+03 1.000E‑03 1.000D+01 3.076D+07 5.827D+07 5.8274D+02 1.000E‑03 1.500D+01 3.033D+07 5.601D+07 5.6006D+02 1.000E‑03 2.000D+01 2.991D+07 5.387D+07 5.3873D+02 l.000E‑03 2.500D+01 2.950D+07 5.187D+07 5.1865D+02 1.000E‑03 3.000D+01 2.910D+07 4.998D+07 4.9977D+02 1.000E‑03 3.500D+01 2.871D+07 4.820D+07 4.8201D+02 1.000E‑02 1.000D+01 9.972D+06 1.983D+07 169834D+02 1.000E‑02 1.500D+01 9.958D+06 1.975D+07 1.9752D+02 1.000E‑02 2.000D+01 9.945D+06 1.967D+07 1.9670D+02 1.000E‑02 2.500D+01 9.931D+06 1.959D+07 1.9589D+02 1.000E‑02 3.000D+01 9.917D+06 1.951D+07 1.9508D+02 1.000E‑02 3.500D+01 9.903D+06 1.943D+07 1.9428D+02

表A.5:f=100kHzの位相速度、群速度、波長