JP2000002565A - 変位検出装置 - Google Patents

変位検出装置

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JP2000002565A
JP2000002565A JP17079298A JP17079298A JP2000002565A JP 2000002565 A JP2000002565 A JP 2000002565A JP 17079298 A JP17079298 A JP 17079298A JP 17079298 A JP17079298 A JP 17079298A JP 2000002565 A JP2000002565 A JP 2000002565A
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connecting portion
displacement
support shaft
angle
angle sensor
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Shigeki Yamazaki
繁己 山崎
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 外界条件に影響されずに構造体の変位の実態
を正確な変位量とともに検出できる変位検出装置を供す
る。 【解決手段】 角度センサー41の検出回転軸は支軸を
兼ね、端部材2と仲介部材30とを枢着する。同様に角
度センサー42の検出回転軸は支軸を兼ね、円柱状支持
部材21と仲介部材30とを枢着する。計測棒56と計
測子57は、差動トランス55を構成しており、外筒5
1と内筒52の基準となる相対位置からの摺動変位すな
わち伸縮量を検出する。角度センサー41,42が検出
した屈曲角および差動トランス55が検出した伸縮量か
ら端部材2に対するボールジョイント8の変位を分析で
きる。角度センサー41,42,差動トランス55の検
出信号は、基板15に設けられた信号増幅回路により増
幅されてコード9により外部に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、岩盤の変位や土木
建設に係る構造体の変位を計測するための変位検出装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】岩盤崩壊を予知するために岩盤の変位を
検出する必要があり、また土木建設現場では工事の完全
を期すために、建設工事では主に構造物の形状の変位
(時間変化)、土木工事では主に工事前後に亘る土圧変
位(土圧変動)を検出測定したいという要求がある。
【0003】そこで従来は引張り緊張させたワイヤーの
伸びを測定したり、構造物の側面に歪みゲージを張り付
けたり、見通しのきく箇所ではレーザ光で計測する等し
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしいずれも一方向
の変化量は計測できるものの、いかなる変位が生じたの
かは具体的に判断できず、変位の実態を掴むことができ
なかった。またワイヤーやレーザ光は一直線方向の距離
変化を測定対象にしており、元々湾曲したものの変位は
測定できず、かつ気象条件に影響されるなど測定条件が
限定される。
【0005】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、外界条件に影響されずに構造
体の変位の実態を正確な変位量とともに検出できる変位
検出装置を供する点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用効果】上記目的
を達成するために、本発明は、第1の部材の連結部と第
2の部材の連結部が重ねられ第1の支軸により枢着され
て両部材が回り対偶で連結され、前記第1の支軸は、第
1の部材の連結部に固着され第2の部材を回動自在に軸
支するとともに、第2の部材の連結部に本体部が一体に
設けられた第1の角度センサーの検出軸と同軸一体に構
成され、前記第2の部材の第1の部材との連結部と反対
側に設けられた他方の連結部と第3の部材の連結部が重
ねられ前記第1の支軸に可及的に近接して直角に交差す
る第2の支軸により枢着されて第2の部材と第3の部材
が回り対偶で連結され、前記第2の支軸は、第3の部材
の連結部に固着され第2の部材に回転自在に軸支される
とともに、第2の部材の連結部に本体部が一体に設けら
れた第2の角度センサーの検出軸と同軸一体に構成さ
れ、前記第3の部材に、ストロークセンサーを備えた伸
縮機構を介して第4の部材を軸方向に伸縮自在に設け、
前記第1の部材を取付部材により一方の所要箇所に固定
して取り付け、前記第4の部材を揺動・軸回転自在の一
点支持軸受を介して取付部材により他方の所要箇所に取
り付ける変位検出装置とした。
【0007】第1の部材と第3の部材が第2の部材を仲
介して連結されており、第1の部材と第2の部材を枢着
する第1の支軸と、第2の部材と第3の部材を枢着する
第2の支軸とが近接して直角に交差し、第1の部材に対
する第2の部材の屈曲角は第1の角度センサーが検出
し、第2の部材に対する第3の部材は前記屈曲方向とは
直角の方向に屈曲してその屈曲角は第2の角度センサー
が検出することができ、そして第3の部材に対して第4
の部材が伸縮機構を介して連結し、第3の部材に対する
第4の部材の軸方向の伸縮量はストロークセンサーによ
り検出することができる。
【0008】第1の部材を基準にすると、第4の部材は
全方位に屈曲することができるとともに伸縮することが
でき、その屈曲の方向および屈曲角は、第1,第2の角
度センサーの検出角度から判断でき、伸縮量はストロー
クセンサーの検出値から判断できる。
【0009】したがって第1の部材を一方の所要箇所に
固定し、第4の部材を他方の所要箇所に揺動・軸回転自
在(ここに軸の揺動と軸中心の回転がともに自在である
ことを揺動・軸回転自在と称する)の一点支持軸受を介
して取り付けることで、変位検出装置自体が無理な外力
を受けることなく円滑に動き、この円滑に動く2つの屈
曲角と1つの伸縮量により両箇所の相対的変位を正確に
検出し、変位の実態を容易に把握することが可能であ
る。
【0010】請求項2記載の発明は、第1の部材の連結
部と第2の部材の連結部が重ねられ第1の支軸により枢
着されて両部材が回り対偶で連結され、前記第1の支軸
は、第1の部材の連結部に固着され第2の部材を回動自
在に軸支するとともに、第2の部材の連結部に本体部が
一体に設けられた角度センサーの検出軸と同軸一体に構
成され、前記第1の部材の第2の部材との連結部と反対
側に設けられた他方の連結部と第3の部材の連結部が重
ねられ前記第1の支軸に可及的に近接して直角に交差す
る第2の支軸により枢着されて第1の部材と第3の部材
が回り対偶で連結され、前記第2の支軸は、第1の部材
の連結部に固着され第3の部材に回転自在に軸支される
とともに、第3の部材の連結部に本体部が一体に設けら
れた第2の角度センサーの検出軸と同軸一体に構成さ
れ、前記第2の部材に、ストロークセンサーを備えた伸
縮機構を介して第4の部材を軸方向に伸縮自在に設け、
前記第3の部材を取付部材により一方の所要箇所に固定
して取り付け、前記第4の部材を揺動・軸回転自在の一
点支持軸受を介して取付部材により他方の所要箇所に取
り付ける変位検出装置である。
【0011】第2の部材と第3の部材が第1の部材を仲
介して連結されており、前記請求項1の変位検出装置
が、仲介の部材が第1,第2の角度センサーを保持して
いるのに対して本変位検出装置は、両側の第2の部材と
第3の部材がそれぞれ第1,第2の角度センサーを保持
する点が異なり、その作用効果は同じである。
【0012】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の変位検出装置において、少なくとも連結部
をフレキシブルパイプで覆うことにより、測定環境に影
響されずに岩盤,地盤の変位や構造体の変位を検出する
ことができる。
【0013】請求項4記載の発明は、請求項1ないし請
求項3のいずれか記載の変位検出装置において、前記部
材のうち少なくとも1つに信号増幅手段を内蔵すること
で、検出信号を遠くに送信可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図1ないし図8に図示し説明する。本変位検出装
置1は、2軸方向の変位と1軸方向の変位を検出できる
装置であり、主に岩盤の変動を検出するのに適してお
り、岩盤の崩壊を予知することが可能である。
【0015】全体の外観は図1ないし図3に示す如くで
あり、長尺で略円柱状をなし、両端の円柱状端部材2,
3の中間に連結パイプ4を有し、端部材2に嵌着した接
続円筒部材5と連結パイプ4との間を蛇腹状の金属製フ
レキシブルパイプ6が被覆し、連結パイプ4と端部材3
との間をゴム製フレキシブルパイプ7が被服している。
【0016】金属製フレキシブルパイプ6は、屈曲自在
であり、屈曲方向も全方位に亘って可能であり、ゴム製
フレキシブルパイプ7は伸縮自在である。端部材3には
軸の揺動と軸中心の回転が自在(揺動・軸回転自在)の
一点支持軸受であるボールジョイント8が設けれてい
る。
【0017】すなわち端部材3から軸方向に突出した支
軸8aの先端にボール8bが形成され、同ボール8bを
包むようにボール受部材8cが摺動自在に係合してボー
ルジョイント8を構成している。したがって端部材3
は、ボール受部材8cに対して揺動および支軸8aの軸
を中心とする回転が自在に支持される。
【0018】なおボールジョイントのほかに、揺動・軸
回転が自在の一点支持を行える軸受ならば適用でき、特
にベアリングを利用したものであればより円滑な動きが
期待できる。そして一方の端部材2からは軸方向に信号
線および電力線のコード9が延出している。
【0019】円筒状をした端部材2には取付基台10aと
挟着部材10bからなる取付部材10が挟着され、同様に中
空円柱状をしたボール受部材8cには取付基台11aと挟
着部材11bからなる取付部材11が挟着される。この取付
部材10,11がそれぞれ岩盤の所要箇所に取り付けられる
ことになる。
【0020】金属製フレキシブルパイプ4の内部の構造
を図2ないし図5に図示する。図4の分解斜視図を参照
して、一方の円筒状をした端部材2は、軸方向内方に基
板15を支持する枠体12が突設され、同枠体12は端部材2
の外径内に収まる大きさであり、その端面から板状の連
結部13が突出形成されている。
【0021】また他方連結パイプ4により連結される円
柱状支持部材21に、基板25を支持する枠体22が突設さ
れ、矩形の枠体22は円柱状支持部材21の径内に納まり、
端面から板状の連結部23が突出形成されている。
【0022】そして両側の枠体12,22を互いに仲介部材
30が仲介して連結する。この仲介部材30は、直方体形状
をなし、軸方向対向する面に互いに直交する角度で切込
み31,32が形成され、各切込み31,32を構成する対壁が
連結部31a,32aをなしており、一方の切込み31に枠体
12から突出した連結部13が嵌合して連結部31a,31aに
挟まれ、他方の切込み32に枠体22から突出した連結部23
が嵌合して連結部32a,32aに挟まれるようになってい
る。
【0023】連結部31a,32aの各一方の対壁には円穴
33,34が形成されており、同円穴33,34に角度センサー
41,42が嵌め込まれる。角度センサー41,42としてはロ
ータリエンコーダ、レゾルバ、磁気抵抗素子、ポテンシ
ョメータ、静電容量、渦電流等が利用できる。
【0024】角度センサー41の検出回転軸は支軸41aを
兼ね、重ねられた連結部31a,13,31aを貫通して軸支
し、端部材2と仲介部材30とを枢着する。同様に角度セ
ンサー42の検出回転軸は支軸42aを兼ね、重ねられた連
結部32a,23,32aを貫通して軸支し、円柱状支持部材
21と仲介部材30とを枢着する。
【0025】支軸41aは端部材2側の連結部13に嵌着し
一体に回動し、角度センサー41の本体は仲介部材30と一
体であるので、端部材2と仲介部材30の相対屈曲角θ1
は角度センサー41により検出することができる。同様に
支軸42aは円柱状支持部材21側の連結部23に嵌着し一体
に回動し、角度センサー42の本体は仲介部材30と一体で
あるので、円柱状支持部材21と仲介部材30の相対屈曲角
θ2 は角度センサー42により検出することができる。
【0026】支軸41aと支軸42aは、互いに近接して直
角に交差しているので、仲介部材30に対して端部材2が
支軸41aを中心に揺動する方向と、円柱状支持部材21が
支軸42aを中心に揺動する方向とは互いに直交する方向
である。
【0027】図5において支持部材2に対して仲介部材
30が支軸41aを中心に上下に揺動してその揺動角がθ1
であり、仲介部材30に対して円柱状支持部材21が支軸42
aを中心に左右に揺動してその揺動角がθ2 である。
【0028】次にゴム製フレキシブルパイプ7の内部
は、円筒状の外筒51と内筒52が入れ子式に軸方向に相対
的に摺動自在に嵌合して伸縮機構50が構成されており、
一方の外筒51の端部が連結パイプ4に嵌入して一体に固
着されており、他方の内筒52の端部が有底円筒状の端部
材3に嵌入して一体に固着されている。
【0029】そして外筒51の内部の連結パイプ4寄りに
棒支持部材53が嵌着され、同棒支持部材53に一端を片持
ち支持されて計測棒56が中心軸に沿って端部材3に向か
って延設されている。
【0030】他方内筒52の内部のやはり連結パイプ4寄
りに中空円板状の支持板54が嵌着され、同支持板54の中
空部に円筒状計測子57を一体に支持しており、同円筒状
計測子57を上記計測棒56が貫通し、互いに軸方向に摺動
自在に嵌合している。
【0031】計測棒56と計測子57は、差動トランス55を
構成しており、外筒51と内筒52の基準となる相対位置か
らの摺動変位すなわち伸縮量dを検出することができる
ようになっている。なお伸縮量dを計測するストローク
センサーとしては、差動トランスのほか磁気スケール、
ポテンショメータ等の計測手段、また渦電流、静電容
量、レーザ等を利用した検出手段が使用可能である。
【0032】以上のような構造をしているので、例えば
端部材2を水平状態で固定したとすると、仲介部材30を
介した連結パイプ4は上下方向(相対屈曲角θ1 )およ
び左右方向(相対屈曲角θ2 )さらに両方向を混合した
斜め方向に揺動可能であり、支軸41aと支軸42aは互い
に近接しているので、連結パイプ4は近似的に仲介部材
30を中心に全方位に屈曲すると考えられる。
【0033】そして連結パイプ4の伸縮機構50を介して
軸方向へ延長した箇所の端部材3およびボールジョイン
ト8は、全方位のいずれかの方向に屈曲した連結パイプ
4から軸方向に伸縮した位置にある。
【0034】したがって端部材2に対するボールジョイ
ント8の相対位置は、端部材2から屈曲角θ1 ,θ2
方向で、伸縮量dだけ伸縮した位置であり、角度センサ
ー41,42が検出した屈曲角θ1 ,θ2 および差動トラン
ス55が検出した伸縮量dから端部材2に対するボールジ
ョイント8の変位を分析できる。
【0035】角度センサー41,42,差動トランス55の検
出信号は、基板15に設けられた信号増幅回路により増幅
されてコード9により外部に出力される。応答性が極め
て早く安定しており、リアルタイムでの利用が可能であ
る。
【0036】なお屈曲角θ1 ,θ2 ,伸縮量dは、ボー
ルジョイント8の変位を3次元の極座標表示しているこ
とになり、これをXYZ軸からなる3次元の直角座標表
示に変換することは容易にでき、必要なら変換して使用
することが可能である。
【0037】以上のような構造の変位検出装置1の使用
の一例を図6および図7に示す。岩盤の崩壊を予知する
ものとして使用されており、地形的に岩盤60の端部が急
勾配に落ち込んで、オーバーハング気味の岩塊61が突出
しており、元の岩盤60と岩塊61との間に不連続面62があ
る。
【0038】岩盤60と岩塊61の上面で不連続面62と思わ
れる亀裂などを跨いで岩盤60側と岩塊61側にそれぞれ基
台65,66を所要位置に固定し、岩盤60側基台65に取付部
材10を固着して変位検出装置1の端部材2を取り付け、
岩塊61側基台66に取付部材11を固着して変位検出装置1
の他方のボールジョイント8を取り付ける。
【0039】当初は変位検出装置1が略真っ直ぐに延び
た状態で設置されるようにし、この状態で各角度センサ
ー41,42,差動トランス55の検出値を基準値として設定
しておく。設置当初の状態を図6に示す。
【0040】いま図7に示すように岩塊61が不連続面62
に沿って岩すべりの徴候を現したとすると、岩塊61と一
体に変位検出装置1の一方の取付部材11が移動し、追随
して変位検出装置1の屈曲部分と伸縮部分が変位し、角
度センサー41,42が基準値からの屈曲角θ1 ,θ2 を検
出し、差動トランス55が伸縮量dを検出する。
【0041】このとき岩塊61と一体に移動する取付部材
11に対してボールジョイント8を介して変位検出装置1
は連結されているので、ボールジョイント8の揺動・軸
回転自在の作用により変位検出装置1の屈曲部分等に無
理な外力が加わるようなことはなく円滑に屈曲し伸縮を
行って正確な屈曲角θ1 ,θ2 と伸縮量dを検出するこ
とができる。
【0042】かかる検出は即時に行われ応答性が良く、
この屈曲角θ1 ,θ2 と伸縮量dをもとに岩盤60に対す
る岩塊61の変位を正確に解析することができ、必要なら
前記したように3次元の直角座標に変換して岩塊61の変
位をXYZ座標表示することができる。
【0043】角度センサー41,42,差動トランス55の検
出信号は、コード9により離れた監視場所まで送信され
てリアルタイムで岩塊61の変位を監視することができ、
岩盤崩壊を予知することが可能である。
【0044】屈曲部分や伸縮機構50は、フレキシブルパ
イプ6,7で覆われており、外界条件の影響を受けない
ようにしており、気象条件等にも殆ど影響されない。
【0045】岩盤崩壊の形態には、岩すべりのほか不連
続面を境として岩塊が剥離する崩落や移動岩塊の下端部
を支点に前方へ揺動する転倒などがあるが、いずれの場
合にも本変位検出装置1は適用できる。
【0046】また岩盤崩壊に限らず地盤変動の変位検出
や構造体の変位を検出するのにも、当然適用でき、図8
に示すようにある適当な距離離れた構造体70,71間に本
変位検出装置1を架設した例を図示する。
【0047】各構造体70,71にそれぞれ基台72,73を固
定し、それぞれに取付部材10,11を固着し、本変位検出
装置1の端部材2とボールジョイント8を各取付部材1
0,11に取り付ける。なお変位検出装置61の長さが足り
ない場合は、端部材2または端部材3を補助部材で長く
延長するなどすればよい。
【0048】このように両端を構造体70,71に固定する
ことにより、構造体70と構造体71の間に生じた変位を相
対屈曲角θ1 ,θ2 ,伸縮量dにより詳しく測定するこ
とができる。上記のように変位検出装置1を略水平にし
て使用するほか、傾斜したり鉛直方向に指向させたりし
て使用することもできる。
【0049】次に前記第1の実施の形態の変形例を図9
に示し説明する。本変位検出装置81は、前記変位検出装
置1と屈曲連結部分が異なり、その他は同じなので、同
じ部材は同じ符号を用いる。
【0050】本連結部材90は角度センサー41,42を有せ
ず、矩形板90aの両面に板状の連結部90b,90cが直交
する姿勢で突出形成されており、対応する端部材2と円
柱状支持部材21側の各枠体82,83が連結部82a,83aを
有して、同連結部82a,83aに切込みが形成され、前記
連結部材90の連結部90b,90cがそれぞれ嵌合される。
【0051】そして連結部90b,90cに互いに直交する
方向に嵌め込まれた角度センサー41,42がその検出軸を
支軸として連結部82aと連結部90bおよび連結部83aと
連結部90cとを軸支する。端部材2と円柱状支持部材21
の相対屈曲角θ1 ,θ2 は前記実施の形態同様に角度セ
ンサー41,42により検出することができ、作用効果は同
じである。
【0052】以上の実施の形態では変位検出装置1,81
に傾斜センサーなどを取り付けなかったが、例えば端部
材2に傾斜センサーが内蔵されるようにして端部材2の
傾きを検出できるようにすれば、端部材2に対する端部
材3およびボールジョイント8の相対変位ばかりでなく
絶対変位も検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施の形態の変位検出装置の側
面図である。
【図2】同断面図である。
【図3】同変位検出装置のフレキシブルパイプを仮想線
で示した斜視図である。
【図4】同分解斜視図である。
【図5】同変位検出装置の屈曲時のフレキシブルパイプ
を省略した斜視図である。
【図6】同変位検出装置の利用例を示す図である。
【図7】同利用例における別の状態を示す図である。
【図8】同変位検出装置の別の利用例を示す側面図であ
る。
【図9】また別の実施の形態に係る変位検出装置のフレ
キシブルパイプを仮想線で示した斜視図である。
【符号の説明】
1…変位検出装置、2,3…端部材、4…連結パイプ、
5…接続円筒部、6…金属製フレキシブルパイプ、7…
ゴム製フレキシブルパイプ、8…ボールジョイント、1
0,11…取付部材、12…枠体、13…連結部、15…基板、2
1…円板状支持部材、22…枠体、23…連結部、30…仲介
部材、31,32…切込み、33,34…円穴、41,42…角度セ
ンサー、50…伸縮機構、51…外筒、52…内筒、53…棒支
持部材、54…支持板、55…差動トランス、56…計測棒、
57…計測子、60…岩盤、61…岩塊、62…不連続面、65,
66…基台、70,71…構造体、72,73…基台、81…変位検
出装置、82,83…枠体、90…連結部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F069 AA06 BB40 DD17 DD19 GG01 GG06 GG07 GG39 GG52 GG56 GG59 GG77 HH11 JJ02 MM04 MM11 MM17 NN12 2F076 BA12 BA16 BB07 BD17 BE01 BE02 2F077 AA30 CC02 DD00 EE04 HH10 JJ04 JJ09 QQ17 VV02 VV31

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の部材の連結部と第2の部材の連結
    部が重ねられ第1の支軸により枢着されて両部材が回り
    対偶で連結され、 前記第1の支軸は、第1の部材の連結部に固着され第2
    の部材を回動自在に軸支するとともに、第2の部材の連
    結部に本体部が一体に設けられた角度センサーの検出軸
    と同軸一体に構成され、 前記第2の部材の第1の部材との連結部と反対側に設け
    られた他方の連結部と第3の部材の連結部が重ねられ前
    記第1の支軸に可及的に近接して直角に交差する第2の
    支軸により枢着されて第2の部材と第3の部材が回り対
    偶で連結され、 前記第2の支軸は、第3の部材の連結部に固着され第2
    の部材に回転自在に軸支されるとともに、第2の部材の
    連結部に本体部が一体に設けられた第2の角度センサー
    の検出軸と同軸一体に構成され、 前記第3の部材に、ストロークセンサーを備えた伸縮機
    構を介して第4の部材を軸方向に伸縮自在に設け、 前記第1の部材を取付部材により一方の所要箇所に固定
    して取り付け、前記第4の部材を揺動・軸回転自在の一
    点支持軸受を介して取付部材により他方の所要箇所に取
    り付けることを特徴とする変位検出装置。
  2. 【請求項2】 第1の部材の連結部と第2の部材の連結
    部が重ねられ第1の支軸により枢着されて両部材が回り
    対偶で連結され、 前記第1の支軸は、第1の部材の連結部に固着され第2
    の部材を回動自在に軸支するとともに、第2の部材の連
    結部に本体部が一体に設けられた角度センサーの検出軸
    と同軸一体に構成され、 前記第1の部材の第2の部材との連結部と反対側に設け
    られた他方の連結部と第3の部材の連結部が重ねられ前
    記第1の支軸に可及的に近接して直角に交差する第2の
    支軸により枢着されて第1の部材と第3の部材が回り対
    偶で連結され、 前記第2の支軸は、第1の部材の連結部に固着され第3
    の部材に回転自在に軸支されるとともに、第3の部材の
    連結部に本体部が一体に設けられた第2の角度センサー
    の検出軸と同軸一体に構成され、 前記第2の部材に、ストロークセンサーを備えた伸縮機
    構を介して第4の部材を軸方向に伸縮自在に設け、 前記第3の部材を取付部材により一方の所要箇所に固定
    して取り付け、前記第4の部材を揺動・軸回転自在の一
    点支持軸受を介して取付部材により他方の所要箇所に取
    り付けることを特徴とする変位検出装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも連結部をフレキシブルパイプ
    で覆ったことを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の変位検出装置。
  4. 【請求項4】 前記部材のうち少なくとも1つに信号増
    幅手段を内蔵したことを特徴とする請求項1ないし請求
    項3のいずれか記載の変位角検出装置。
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