JP2003042864A - 圧力変換器 - Google Patents
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- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
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- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
- E02D1/02—Investigation of foundation soil in situ before construction work
- E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil
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- G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
- G01L9/0002—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in ohmic resistance
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コスト化を実現しつつ、水圧導
入位置の誤差や設置水深の干渉を受け難く、有効土圧に
正確に対応した信号が得られるようにする。 【解決手段】 土圧を受ける２枚の剛性板１３,
１４に挟まれた空隙１０にはフィルタ３４、３５が設け
られているため水圧はかかるが、砂圧はかからない。そ
のため水圧に対しては感度を持たない構造の荷重計４１
は、有効土圧のみを検出する。空隙１０内に信号ケーブ
ル５１を通すことができるので、効率良く複数の圧力変
換器１，２を連結することができ且つ信号ケーブル５
１、５２を内部で挿通することができるため深さ方向の
分布圧も正確に測定できる。先端部には、地盤中への挿
入を容易にするための挿入ヘッド７１が支持体２３に取
着されている。複数の圧力変換器１，２は、連結支持体
２４を介して次々に連結され、且つ連結板６１が掛け渡
されて連結を強固にしている。
入位置の誤差や設置水深の干渉を受け難く、有効土圧に
正確に対応した信号が得られるようにする。 【解決手段】 土圧を受ける２枚の剛性板１３,
１４に挟まれた空隙１０にはフィルタ３４、３５が設け
られているため水圧はかかるが、砂圧はかからない。そ
のため水圧に対しては感度を持たない構造の荷重計４１
は、有効土圧のみを検出する。空隙１０内に信号ケーブ
ル５１を通すことができるので、効率良く複数の圧力変
換器１，２を連結することができ且つ信号ケーブル５
１、５２を内部で挿通することができるため深さ方向の
分布圧も正確に測定できる。先端部には、地盤中への挿
入を容易にするための挿入ヘッド７１が支持体２３に取
着されている。複数の圧力変換器１，２は、連結支持体
２４を介して次々に連結され、且つ連結板６１が掛け渡
されて連結を強固にしている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変換器に関
し、より詳しくは、ダム底、河底、海底並びに堆積斜面
などの地盤中の間隙水圧を除去した土圧（有効土圧）お
よび地盤を構成する土粒子間に存在する間隙水圧の微小
変動（以下、「動間隙水圧」という）を検出して伝送信
号として出力する圧力変換器に関するものである。
し、より詳しくは、ダム底、河底、海底並びに堆積斜面
などの地盤中の間隙水圧を除去した土圧（有効土圧）お
よび地盤を構成する土粒子間に存在する間隙水圧の微小
変動（以下、「動間隙水圧」という）を検出して伝送信
号として出力する圧力変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ダム底、河底、海底並びに堆積斜
面などの地盤は、堆積と流動を繰り返しており、堆積礫
や堆積土砂が地盤形状や構造物に影響を与えるため、予
め地盤中の土圧を調べる必要がある。一般に土圧とは、
土壌を構成する土粒子の砂圧と土粒子間に存在する間隙
水圧を加えたもので、一般にはこれを全土圧という。ま
た、間隙水圧は、空気と水の混合物による圧力のことを
いう。また全土圧から間隙水圧を除外した土圧を有効土
圧という。従って、地盤が地中構造物の構築に適する強
度であるか否かや斜面の安定は、地盤中の有効土圧ある
いは間隙水圧を測定することによって判断できるし、ま
た堆積土砂面の上昇や下降および移動の判断もするよう
になってきている。このような計測を行うための従来例
として、本発明者等が特許第２６９６０９９号として提
案した電気式圧力変換器がある。図１２は、その従来例
に係る有効土圧計（以下、「第１の従来例」という）の
構成を示す断面図である。
面などの地盤は、堆積と流動を繰り返しており、堆積礫
や堆積土砂が地盤形状や構造物に影響を与えるため、予
め地盤中の土圧を調べる必要がある。一般に土圧とは、
土壌を構成する土粒子の砂圧と土粒子間に存在する間隙
水圧を加えたもので、一般にはこれを全土圧という。ま
た、間隙水圧は、空気と水の混合物による圧力のことを
いう。また全土圧から間隙水圧を除外した土圧を有効土
圧という。従って、地盤が地中構造物の構築に適する強
度であるか否かや斜面の安定は、地盤中の有効土圧ある
いは間隙水圧を測定することによって判断できるし、ま
た堆積土砂面の上昇や下降および移動の判断もするよう
になってきている。このような計測を行うための従来例
として、本発明者等が特許第２６９６０９９号として提
案した電気式圧力変換器がある。図１２は、その従来例
に係る有効土圧計（以下、「第１の従来例」という）の
構成を示す断面図である。
【０００３】図１２において、起歪部８１の表・裏面の
中心には、同軸的に受圧ロッド８３，８３が本体部８２
外へ突き出るように一体にまたは一体的に固設され、受
圧ロッド８３，８３のそれぞれの先端部に鍔状の受圧板
８４，８４が設けてある。両受圧板８４，８４と本体部
８２間には、それぞれ伸縮可能のベローズ８５，８５が
取付けられ、該ベローズ８５，８５によって上記起歪部
８１側へ湿気などの浸入が阻止されるように密閉してい
る。この起歪部８１の中心寄りの部位および周縁寄りの
部位の表・裏面には、起歪部８１の変形量を電気信号に
変換する素子として、それぞれ複数のひずみゲージ８６
が添着され、図示しないがホイートストンブリッジを形
成している。上記各々の一方（図においては上方）の受
圧板８４およびベローズ８５の外周側に水圧室８８を形
成するように囲繞（包囲）したフィルタ９３が本体部８
２に例えば、ねじ込みなどの手段によって支持されてい
る。また、他方の受圧板８４およびベローズ８５の外周
側に、本体部８２の一部を鍔状に張り出させ、その断面
に薄肉状の受圧ダイアフラム９４を上記受圧板８４と微
小間隙を存して対向的に設けた検出部９５を形成してあ
る。この検出部９５内に、例えば作動油等の液体９６を
充填したものである。
中心には、同軸的に受圧ロッド８３，８３が本体部８２
外へ突き出るように一体にまたは一体的に固設され、受
圧ロッド８３，８３のそれぞれの先端部に鍔状の受圧板
８４，８４が設けてある。両受圧板８４，８４と本体部
８２間には、それぞれ伸縮可能のベローズ８５，８５が
取付けられ、該ベローズ８５，８５によって上記起歪部
８１側へ湿気などの浸入が阻止されるように密閉してい
る。この起歪部８１の中心寄りの部位および周縁寄りの
部位の表・裏面には、起歪部８１の変形量を電気信号に
変換する素子として、それぞれ複数のひずみゲージ８６
が添着され、図示しないがホイートストンブリッジを形
成している。上記各々の一方（図においては上方）の受
圧板８４およびベローズ８５の外周側に水圧室８８を形
成するように囲繞（包囲）したフィルタ９３が本体部８
２に例えば、ねじ込みなどの手段によって支持されてい
る。また、他方の受圧板８４およびベローズ８５の外周
側に、本体部８２の一部を鍔状に張り出させ、その断面
に薄肉状の受圧ダイアフラム９４を上記受圧板８４と微
小間隙を存して対向的に設けた検出部９５を形成してあ
る。この検出部９５内に、例えば作動油等の液体９６を
充填したものである。
【０００４】上記のように構成した土圧計は、地盤内に
埋設されたとき、受圧ダイアフラム９４面に土粒子の土
圧と間隙水圧とが加算された全土圧を受けるようにし、
一方、フィルタ９３側は、土粒子の浸入を遮断し、間隙
水のみ通過して水圧室８８に間隙水圧を受けるようにし
てある。従って、受圧ダイアフラム９４に受けている土
圧と間隙水圧のうち、間隙水圧は、フィルタ９３側から
の間隙水圧とキャンセルされ、土圧（これを有効土圧と
いう）のみの力が受圧板８４と受圧ロッド８３を介して
起歪部８１に加わり、従って有効土圧に対応した電気信
号をひずみゲージ８６によって得ることができる。この
土圧の計測によって地盤中の土圧強度が判るので、土木
構築物の構築に先立つ地盤の強さを予め知ることができ
る。図１３は、特許第２６９６０９９号に記載されてい
る動間隙水圧計（以下、「第２の従来例」という）の構
成を示す断面図である。
埋設されたとき、受圧ダイアフラム９４面に土粒子の土
圧と間隙水圧とが加算された全土圧を受けるようにし、
一方、フィルタ９３側は、土粒子の浸入を遮断し、間隙
水のみ通過して水圧室８８に間隙水圧を受けるようにし
てある。従って、受圧ダイアフラム９４に受けている土
圧と間隙水圧のうち、間隙水圧は、フィルタ９３側から
の間隙水圧とキャンセルされ、土圧（これを有効土圧と
いう）のみの力が受圧板８４と受圧ロッド８３を介して
起歪部８１に加わり、従って有効土圧に対応した電気信
号をひずみゲージ８６によって得ることができる。この
土圧の計測によって地盤中の土圧強度が判るので、土木
構築物の構築に先立つ地盤の強さを予め知ることができ
る。図１３は、特許第２６９６０９９号に記載されてい
る動間隙水圧計（以下、「第２の従来例」という）の構
成を示す断面図である。
【０００５】図１３において、図１２と異なる点は、下
方の受圧板８４とベローズ８５の外周側に、本体部８２
の一部を鍔状に張り出させ、その前面に薄肉状の受圧ダ
イアフラム９４を受圧板８４と微小間隙を存して対向的
に設けた検出部９５を無くし、これに代わって、水圧室
８７を形成するように、受圧板８４とベローズ８５を囲
繞するようにして上方のフィルタ９０とは減衰特性の異
なるフィルタ８９を本体部８２に、例えばねじ込みなど
の手段によって、取付けたところにある。これらのフィ
ルタ８９，９０は、図１４の被測定圧力の変動周波数
〔Ｈｚ〕とフィルタの減衰率〔Ｐｂ／Ｐｏ〕との関係を
表わす特性図に示すように、一方のフィルタ８９は、メ
ッシュが粗いため高い周波数まで圧力波を減衰させるこ
とのないＡ特性曲線のフィルタが用いられ、他のフィル
タ９０は、上記フィルタ８９に比べて低い周波数で圧力
の減衰が発生するＢ特性曲線のフィルタが用いられてい
る。なお、上記フィルタの減衰率を示す記号のうち、Ｐ
ｏは入力圧力値、Ｐｂは出力信号圧力値を示す。
方の受圧板８４とベローズ８５の外周側に、本体部８２
の一部を鍔状に張り出させ、その前面に薄肉状の受圧ダ
イアフラム９４を受圧板８４と微小間隙を存して対向的
に設けた検出部９５を無くし、これに代わって、水圧室
８７を形成するように、受圧板８４とベローズ８５を囲
繞するようにして上方のフィルタ９０とは減衰特性の異
なるフィルタ８９を本体部８２に、例えばねじ込みなど
の手段によって、取付けたところにある。これらのフィ
ルタ８９，９０は、図１４の被測定圧力の変動周波数
〔Ｈｚ〕とフィルタの減衰率〔Ｐｂ／Ｐｏ〕との関係を
表わす特性図に示すように、一方のフィルタ８９は、メ
ッシュが粗いため高い周波数まで圧力波を減衰させるこ
とのないＡ特性曲線のフィルタが用いられ、他のフィル
タ９０は、上記フィルタ８９に比べて低い周波数で圧力
の減衰が発生するＢ特性曲線のフィルタが用いられてい
る。なお、上記フィルタの減衰率を示す記号のうち、Ｐ
ｏは入力圧力値、Ｐｂは出力信号圧力値を示す。
【０００６】上記のように構成した動間隙水圧計は、例
えば海底などの地盤内に埋設して使用される。水深によ
る水圧、つまり静的な水圧は、それぞれのフィルタ８
９，９０の減衰特性が異なるものであっても、フィルタ
８９，９０を通過しそれぞれの水圧室８７，８８に圧力
差を生じさせることなく、従って、受圧板８４，８４へ
の間隙水圧がそれぞれ等しく作用し、この結果、起歪部
８１の変形もなくひずみゲージ８６からの電気的出力も
なく、従って静的な水圧はキャンセルされることにな
る。ところが、地盤中の間隙水に特定周期の波として動
間隙水圧が発生した場合には、両フィルタ８９，９０の
減衰特性の差により水圧室８７，８８に圧力差が生じ
る。すなわち、動間隙水は、図１４のＡ特性曲線のフィ
ルタ８９側の水圧室８７側が高圧となるので、受圧板４
を介して起歪部８１を変形させ、この起歪部８１の変形
量をひずみゲージ８６で電気抵抗値として検出し、ひず
みゲージ８６で形成されるブリッジの出力端から動間隙
水圧に対応した電気信号を取出すことができる。これに
よって水深による水圧あるいは土圧の大きさに関係な
く、地震動や地殻変動などにより生じる微小な動間隙水
圧の変動が計測できる。また、この動間隙水圧データに
基づき地盤の強度を知ることができるため土木構築物の
設計、建設および安全管理の目安となる。
えば海底などの地盤内に埋設して使用される。水深によ
る水圧、つまり静的な水圧は、それぞれのフィルタ８
９，９０の減衰特性が異なるものであっても、フィルタ
８９，９０を通過しそれぞれの水圧室８７，８８に圧力
差を生じさせることなく、従って、受圧板８４，８４へ
の間隙水圧がそれぞれ等しく作用し、この結果、起歪部
８１の変形もなくひずみゲージ８６からの電気的出力も
なく、従って静的な水圧はキャンセルされることにな
る。ところが、地盤中の間隙水に特定周期の波として動
間隙水圧が発生した場合には、両フィルタ８９，９０の
減衰特性の差により水圧室８７，８８に圧力差が生じ
る。すなわち、動間隙水は、図１４のＡ特性曲線のフィ
ルタ８９側の水圧室８７側が高圧となるので、受圧板４
を介して起歪部８１を変形させ、この起歪部８１の変形
量をひずみゲージ８６で電気抵抗値として検出し、ひず
みゲージ８６で形成されるブリッジの出力端から動間隙
水圧に対応した電気信号を取出すことができる。これに
よって水深による水圧あるいは土圧の大きさに関係な
く、地震動や地殻変動などにより生じる微小な動間隙水
圧の変動が計測できる。また、この動間隙水圧データに
基づき地盤の強度を知ることができるため土木構築物の
設計、建設および安全管理の目安となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した第１の従来例
に係る有効土圧計および第２の従来例に係る動間隙水圧
計によれば、有効土圧および動間隙水圧の測定ができる
ようになったが、これらの従来例においては、いずれも
同じばね定数のベローズ８５，８５を２個用いて、両ベ
ローズ８５，８５の外部に導かれた液圧で両ベローズ８
５，８５内部の起歪部８１が差動変形する、いわゆる差
圧計の構造が用いられている。ベローズ８５，８５を２
個を用いた構造の場合、図１２、１３で判るように差圧
中心位置からベローズの圧力負荷位置Ａ、Ｂ間に水頭差
があり測定圧力にこの差が影響してしまい、発生有効応
力を１CM水頭程度以下の誤差で測定が要求される高精度
の場合には問題となる。この誤差を取り除くためには、
図１２、図１３を９０度回転して設置すれば水頭差がな
くなるが、その場合有効土圧の測定では、垂直土圧方向
で対称性がくずれたり、動間隙水圧測定に用いるには横
長の形状となり、土中への挿入、すなわち一般的に小径
のボーリング孔への挿入・設置が困難になる。
に係る有効土圧計および第２の従来例に係る動間隙水圧
計によれば、有効土圧および動間隙水圧の測定ができる
ようになったが、これらの従来例においては、いずれも
同じばね定数のベローズ８５，８５を２個用いて、両ベ
ローズ８５，８５の外部に導かれた液圧で両ベローズ８
５，８５内部の起歪部８１が差動変形する、いわゆる差
圧計の構造が用いられている。ベローズ８５，８５を２
個を用いた構造の場合、図１２、１３で判るように差圧
中心位置からベローズの圧力負荷位置Ａ、Ｂ間に水頭差
があり測定圧力にこの差が影響してしまい、発生有効応
力を１CM水頭程度以下の誤差で測定が要求される高精度
の場合には問題となる。この誤差を取り除くためには、
図１２、図１３を９０度回転して設置すれば水頭差がな
くなるが、その場合有効土圧の測定では、垂直土圧方向
で対称性がくずれたり、動間隙水圧測定に用いるには横
長の形状となり、土中への挿入、すなわち一般的に小径
のボーリング孔への挿入・設置が困難になる。
【０００８】また２個のベローズは、実際には全く同じ
ばね定数のものは得られず近似したものを使用せざるを
得ないことになり、そのばね定数の差分は設置深さの水
圧影響を干渉出力として受けることになる。有効土圧計
にあっては、図１２で判るように一方のベローズ８５に
は受圧ダイアフラム９４からダイアフラム室に満たされ
た液体９６の液圧を介して土圧が働くため、その影響が
無視できない場合も発生する。ところで、近来、有効土
圧計および動間隙水圧計を複数連結し、深さ方向の有効
土圧分布および動間隙水圧分布の測定も行われるように
なってきている。しかしながら、上述した第１および第
２の従来例に係るベローズ式の圧力変換器を多段式に連
結しようとすると、次のような問題が生じる。すなわ
ち、図１５において、第１の圧力変換器１１０、第２の
圧力変換器１２０および第３の圧力変換器１３０等の圧
力変換器を順次、多段に接続管１１４、１２４および１
３４を介して接続する場合、信号ケーブル１１１，１２
１および１３１は、各圧力変換器１１０，１２０および
１３０の外側に沿わせて他方側へ引き出す他はない。
ばね定数のものは得られず近似したものを使用せざるを
得ないことになり、そのばね定数の差分は設置深さの水
圧影響を干渉出力として受けることになる。有効土圧計
にあっては、図１２で判るように一方のベローズ８５に
は受圧ダイアフラム９４からダイアフラム室に満たされ
た液体９６の液圧を介して土圧が働くため、その影響が
無視できない場合も発生する。ところで、近来、有効土
圧計および動間隙水圧計を複数連結し、深さ方向の有効
土圧分布および動間隙水圧分布の測定も行われるように
なってきている。しかしながら、上述した第１および第
２の従来例に係るベローズ式の圧力変換器を多段式に連
結しようとすると、次のような問題が生じる。すなわ
ち、図１５において、第１の圧力変換器１１０、第２の
圧力変換器１２０および第３の圧力変換器１３０等の圧
力変換器を順次、多段に接続管１１４、１２４および１
３４を介して接続する場合、信号ケーブル１１１，１２
１および１３１は、各圧力変換器１１０，１２０および
１３０の外側に沿わせて他方側へ引き出す他はない。
【０００９】その上、各信号ケーブル１１１，１２１お
よび１３１を保護するために、引き出し保護部材１１
３，１２３および１３３と、これらに接続された保護管
１１２，１２２および１３２を付設し、それらの中を、
信号ケーブル１１１，１２１および１３１を挿通する必
要がある。このように、信号ケーブル１１１，１２１お
よび１３１は、図１５に示すように、接続管１１４，１
２４および１３４の部分から引き出し保護部材１１３，
１２３および１３３を介して引き出され、保護管１１
２，１２２および１３２と共に円筒状の第１〜第３の圧
力変換器１１０〜１３０本体とフィルタ１１５，１２５
および１３５の外周部を這うように、導き出されるた
め、そのケーブル周りの部分での形状が大きくなってし
まい、延いては、観測土圧を乱したり、信号ケーブルが
摩耗環境にさらされてしまう等の欠点を有する。
よび１３１を保護するために、引き出し保護部材１１
３，１２３および１３３と、これらに接続された保護管
１１２，１２２および１３２を付設し、それらの中を、
信号ケーブル１１１，１２１および１３１を挿通する必
要がある。このように、信号ケーブル１１１，１２１お
よび１３１は、図１５に示すように、接続管１１４，１
２４および１３４の部分から引き出し保護部材１１３，
１２３および１３３を介して引き出され、保護管１１
２，１２２および１３２と共に円筒状の第１〜第３の圧
力変換器１１０〜１３０本体とフィルタ１１５，１２５
および１３５の外周部を這うように、導き出されるた
め、そのケーブル周りの部分での形状が大きくなってし
まい、延いては、観測土圧を乱したり、信号ケーブルが
摩耗環境にさらされてしまう等の欠点を有する。
【００１０】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、その第１の目的は、有効土圧の
検出を直接的な差動力で検出し得る圧力変換器を提供す
ることにある。本発明の第２の目的は、設置深さによる
水圧干渉がない有効土圧を検出し得る圧力変換器を提供
することにある。また、本発明の第３の目的は、水平設
置や垂直挿入を容易にする圧力変換器を提供することに
ある。さらに、本発明の第４の目的は、長さ方向の分布
圧力の検出が容易な圧力変換器を提供することにある。
加えて、本発明の第５の目的は、設置深さによる水圧干
渉がない動間隙水圧を検出し得る圧力変換器を提供する
ことにある。
ためになされたもので、その第１の目的は、有効土圧の
検出を直接的な差動力で検出し得る圧力変換器を提供す
ることにある。本発明の第２の目的は、設置深さによる
水圧干渉がない有効土圧を検出し得る圧力変換器を提供
することにある。また、本発明の第３の目的は、水平設
置や垂直挿入を容易にする圧力変換器を提供することに
ある。さらに、本発明の第４の目的は、長さ方向の分布
圧力の検出が容易な圧力変換器を提供することにある。
加えて、本発明の第５の目的は、設置深さによる水圧干
渉がない動間隙水圧を検出し得る圧力変換器を提供する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、上記第１〜第３の目的を達成するために、土圧を受
ける２枚の剛性板に挟まれる空隙に、フィルタを介して
空気圧および水圧を導き２枚の剛性板の間に空気圧およ
び水圧変化を受けても出力変化が生じない荷重計を介挿
し、前記荷重計により有効土圧に対応した信号を検出し
得るように構成したことを特徴とするものである。請求
項２に記載の発明は、上記第１〜第３の目的を達成する
ために、前記２枚の剛性板の少なくとも一方には、端部
に薄肉弾性部を有し、土圧変形を乱さないで土圧に比例
した荷重を前記荷重計に伝達するように構成したことを
特徴とするものである。請求項３に記載の発明は、上記
第１〜第３の目的を達成するために、前記剛性板は、受
圧面形状が円形板状を呈し、少なくとも一方の剛性板の
反受圧面側周辺端部近傍に薄肉弾性部を有し、前記２つ
の剛性板を、反受圧面側を互いに内方に向けて対峙さ
せ、両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両剛性
板の周辺部間に支持体とフィルタを介挿したことを特徴
とするものである。
は、上記第１〜第３の目的を達成するために、土圧を受
ける２枚の剛性板に挟まれる空隙に、フィルタを介して
空気圧および水圧を導き２枚の剛性板の間に空気圧およ
び水圧変化を受けても出力変化が生じない荷重計を介挿
し、前記荷重計により有効土圧に対応した信号を検出し
得るように構成したことを特徴とするものである。請求
項２に記載の発明は、上記第１〜第３の目的を達成する
ために、前記２枚の剛性板の少なくとも一方には、端部
に薄肉弾性部を有し、土圧変形を乱さないで土圧に比例
した荷重を前記荷重計に伝達するように構成したことを
特徴とするものである。請求項３に記載の発明は、上記
第１〜第３の目的を達成するために、前記剛性板は、受
圧面形状が円形板状を呈し、少なくとも一方の剛性板の
反受圧面側周辺端部近傍に薄肉弾性部を有し、前記２つ
の剛性板を、反受圧面側を互いに内方に向けて対峙さ
せ、両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両剛性
板の周辺部間に支持体とフィルタを介挿したことを特徴
とするものである。
【００１２】請求項４に記載の発明は、上記第１〜第３
の目的を達成するために、前記剛性板は、受圧面形状が
矩形板状を呈し、少なくとも一方の前記剛性板の反受圧
面側の長手方向の端部近傍に薄肉弾性部を有し、反受圧
面を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の中央部間
に前記荷重計を介挿し、両剛性板の長手方向端部間に支
持体を介挿し、短手方向端部間にフィルタを介挿したこ
とを特徴とするものである。請求項５に記載の発明は、
上記第１〜第３の目的を達成するために、前記剛性板
は、受圧面横断面形状が略半円弧状を呈し、少なくとも
一方の剛性板の長手方向の端部近傍に薄肉弾性部を有
し、それぞれの反受圧面側を互いに内方に向けて対峙さ
せ、前記両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両
剛性板の長手方向端部間に支持体を介挿し、短手方向端
部間にフィルタを介挿したことを特徴とするものであ
る。請求項６に記載の発明は、上記第１〜第４の目的を
達成するために、前記２枚の剛性板を、長手方向に複数
段に連結し、前記荷重計が前記２枚の剛性板に挟持され
た状態で生じる空隙内に前記荷重計の出力信号ケーブル
を順次挿通し得るように構成したことを特徴とするもの
である。
の目的を達成するために、前記剛性板は、受圧面形状が
矩形板状を呈し、少なくとも一方の前記剛性板の反受圧
面側の長手方向の端部近傍に薄肉弾性部を有し、反受圧
面を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の中央部間
に前記荷重計を介挿し、両剛性板の長手方向端部間に支
持体を介挿し、短手方向端部間にフィルタを介挿したこ
とを特徴とするものである。請求項５に記載の発明は、
上記第１〜第３の目的を達成するために、前記剛性板
は、受圧面横断面形状が略半円弧状を呈し、少なくとも
一方の剛性板の長手方向の端部近傍に薄肉弾性部を有
し、それぞれの反受圧面側を互いに内方に向けて対峙さ
せ、前記両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両
剛性板の長手方向端部間に支持体を介挿し、短手方向端
部間にフィルタを介挿したことを特徴とするものであ
る。請求項６に記載の発明は、上記第１〜第４の目的を
達成するために、前記２枚の剛性板を、長手方向に複数
段に連結し、前記荷重計が前記２枚の剛性板に挟持され
た状態で生じる空隙内に前記荷重計の出力信号ケーブル
を順次挿通し得るように構成したことを特徴とするもの
である。
【００１３】請求項７に記載の発明は、上記第１〜第３
の目的を達成するために、土圧を受ける剛性板のうち、
少なくとも一方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前
記薄肉弾性部の反受圧面側に光ファイバ式ひずみ計また
はひずみゲージを添着し、反受圧面側を互いに内方に向
けて対峙させ、両剛性板の端部間に支持体とフィルタを
介挿し、前記フィルタを介して空気圧および水圧を導き
２枚の剛性板の間に空気圧および水圧変化を受けても出
力変化が生じない前記光ファイバ式ひずみ計またはひず
みゲージにより、有効土圧に対応した信号を検出し得る
ように構成したことを特徴とするものである。請求項８
に記載の発明は、上記第５の目的を達成するために、水
圧を受ける２枚の剛性板の端部間に水圧応答性の遅いフ
ィルタを設け、中央部間に荷重計を介挿し、前記２枚の
剛性板を囲繞するように水圧応答性の速いフィルタを設
け、前記荷重計により動間隙水圧に対応した信号を検出
し得るように構成したことを特徴とするものである。
の目的を達成するために、土圧を受ける剛性板のうち、
少なくとも一方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前
記薄肉弾性部の反受圧面側に光ファイバ式ひずみ計また
はひずみゲージを添着し、反受圧面側を互いに内方に向
けて対峙させ、両剛性板の端部間に支持体とフィルタを
介挿し、前記フィルタを介して空気圧および水圧を導き
２枚の剛性板の間に空気圧および水圧変化を受けても出
力変化が生じない前記光ファイバ式ひずみ計またはひず
みゲージにより、有効土圧に対応した信号を検出し得る
ように構成したことを特徴とするものである。請求項８
に記載の発明は、上記第５の目的を達成するために、水
圧を受ける２枚の剛性板の端部間に水圧応答性の遅いフ
ィルタを設け、中央部間に荷重計を介挿し、前記２枚の
剛性板を囲繞するように水圧応答性の速いフィルタを設
け、前記荷重計により動間隙水圧に対応した信号を検出
し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】請求項９に記載の発明は、上記第５の目的
を達成するために、土圧を受ける２枚の剛性板のうち、
少なくとも一方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前
記薄肉弾性部の反受圧面側に光ファイバ式ひずみゲージ
計またはひずみゲージを添着し、反受圧面側を互いに内
方に向けて対峙させ、両剛性板の端部間に水圧応答性の
遅いフィルタを設け、前記２枚の剛性板を囲繞するよう
に水圧応答性の速いフィルタを設け、前記光ファイバ式
ひずみ計またはひずみゲージにより動間隙水圧に対応し
た信号を検出し得るように構成したことを特徴とするも
のである。請求項１０に記載の発明は、上記第３、４の
目的を達成するために、隣接する圧力変換器間に介在す
る複数の支持体と、隣接する支持体間に掛け渡され前記
支持体に固定される連結板とを設け、複数の圧力変換器
を縦列状に連結すると共に、測定方向以外の負荷を前記
支持体と連結板で分担するように構成したことにより、
設置・挿入および測定時に測定方向の土圧以外の負荷が
圧力変喚器にかからないないようにしたことを特徴とす
るものである。
を達成するために、土圧を受ける２枚の剛性板のうち、
少なくとも一方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前
記薄肉弾性部の反受圧面側に光ファイバ式ひずみゲージ
計またはひずみゲージを添着し、反受圧面側を互いに内
方に向けて対峙させ、両剛性板の端部間に水圧応答性の
遅いフィルタを設け、前記２枚の剛性板を囲繞するよう
に水圧応答性の速いフィルタを設け、前記光ファイバ式
ひずみ計またはひずみゲージにより動間隙水圧に対応し
た信号を検出し得るように構成したことを特徴とするも
のである。請求項１０に記載の発明は、上記第３、４の
目的を達成するために、隣接する圧力変換器間に介在す
る複数の支持体と、隣接する支持体間に掛け渡され前記
支持体に固定される連結板とを設け、複数の圧力変換器
を縦列状に連結すると共に、測定方向以外の負荷を前記
支持体と連結板で分担するように構成したことにより、
設置・挿入および測定時に測定方向の土圧以外の負荷が
圧力変喚器にかからないないようにしたことを特徴とす
るものである。
【００１５】
【作用】上述のように構成された圧力変換器は、地盤内
へ埋設されると、例えば水深による水圧、つまり静的な
水圧は、フィルタを通過し、土圧を受ける２枚の剛性板
にはさまれる空隙に導かれ、荷重点では、圧力差が発生
しないため、上記静的な水圧は、キャンセルされる。一
方、地盤中の砂圧、即ち有効圧力分の荷重は、一対の剛
性板の受圧面への押し付け力となって荷重計に加わるこ
とになり、有効圧力に対応した信号が荷重計で検出され
る。また、地盤中の静的な水圧は、上述したようにキャ
ンセルされるが、地盤中の間隙水による間隙水圧が所定
以上の周期の波として変動を生じた場合は、請求項8に
記載の発明のように水圧を受ける2枚の剛性板の端部間
に設けた水圧応答性の遅いフィルタと、2枚の剛性板を
囲繞するように設けた応答性の速いフィルタとの減衰特
性の差により空隙の内外に圧力差が生じ、この圧力差が
2枚の剛性板間に介挿された荷重計を変形させ、この変
形量を電気信号に変換する素子、例えばひずみゲージ、
光ファイバ式ひずみ計等によって間隙水圧に対応した電
気信号が検出される。
へ埋設されると、例えば水深による水圧、つまり静的な
水圧は、フィルタを通過し、土圧を受ける２枚の剛性板
にはさまれる空隙に導かれ、荷重点では、圧力差が発生
しないため、上記静的な水圧は、キャンセルされる。一
方、地盤中の砂圧、即ち有効圧力分の荷重は、一対の剛
性板の受圧面への押し付け力となって荷重計に加わるこ
とになり、有効圧力に対応した信号が荷重計で検出され
る。また、地盤中の静的な水圧は、上述したようにキャ
ンセルされるが、地盤中の間隙水による間隙水圧が所定
以上の周期の波として変動を生じた場合は、請求項8に
記載の発明のように水圧を受ける2枚の剛性板の端部間
に設けた水圧応答性の遅いフィルタと、2枚の剛性板を
囲繞するように設けた応答性の速いフィルタとの減衰特
性の差により空隙の内外に圧力差が生じ、この圧力差が
2枚の剛性板間に介挿された荷重計を変形させ、この変
形量を電気信号に変換する素子、例えばひずみゲージ、
光ファイバ式ひずみ計等によって間隙水圧に対応した電
気信号が検出される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して詳細に説明する。図１、図２は、本発明の
第１の実施の形態に係る有効土圧を検出する圧力変換器
の構成を示すものである。このうち、図１は、図2のＡ
−Ａ矢視方向断面図であり、図２は、その平面図であ
る。図１および図２において、２枚の円形剛性板１１，
１２は、例えばステインレススチールのような金属から
なる厚肉の剛性板であり、平面から見た形状が円板状を
呈し、受圧面側は平面に形成されているが、反受圧面側
においては、中央部に荷重計４１を取着するための浅い
凹部が形成され、周縁端部近傍に円環状に断面台形状の
溝１１ｂ，１２ｂを削成することにより、薄肉弾性部１
１ａ，１２ａがそれぞれ形成されている。従って、２つ
の円形剛性板１１と１２は、中央部から周縁近傍に至る
までは厚肉の剛体部とされ、周縁近傍部は薄肉の弾性部
（可撓部）とされ、周縁部は厚肉の取付部とされている
ことになる。
面を参照して詳細に説明する。図１、図２は、本発明の
第１の実施の形態に係る有効土圧を検出する圧力変換器
の構成を示すものである。このうち、図１は、図2のＡ
−Ａ矢視方向断面図であり、図２は、その平面図であ
る。図１および図２において、２枚の円形剛性板１１，
１２は、例えばステインレススチールのような金属から
なる厚肉の剛性板であり、平面から見た形状が円板状を
呈し、受圧面側は平面に形成されているが、反受圧面側
においては、中央部に荷重計４１を取着するための浅い
凹部が形成され、周縁端部近傍に円環状に断面台形状の
溝１１ｂ，１２ｂを削成することにより、薄肉弾性部１
１ａ，１２ａがそれぞれ形成されている。従って、２つ
の円形剛性板１１と１２は、中央部から周縁近傍に至る
までは厚肉の剛体部とされ、周縁近傍部は薄肉の弾性部
（可撓部）とされ、周縁部は厚肉の取付部とされている
ことになる。
【００１７】これら両円形剛性板１１，１２は、この実
施の形態の場合、同一または対称形状に形成されてお
り、反受圧面側、即ち、溝１１ｂ，１２ｂが形成された
側を互いに内方に向けて対峙させ、両円形剛性板１１，
１２の中央部に形成した浅い凹溝間に１つの荷重計４１
を、周縁部間に３つの支持体２１を等角度（１２０°）
間隔で挟み、その荷重計４１の上方および下方の荷重導
入部（支点）を、円形剛性板１１および１２にねじ止め
等の手段により取着する。このとき、荷重計４１から信
号を導出する信号ケーブル５１を、両円形剛性板１１，
１２間に形成される間隙１０を介して外部に引き出す。
その後、両円形剛性板１１，１２間の周縁端部近傍にフ
ィルタ３１，３２を半径方向に一定間隔を設けて周回さ
せるように配設し、空隙１０内に空気および水は導入す
るが、粒子の大きい土砂は遮断し、空隙１０内に土砂が
入り込んで剛性板１１，１２の変位および薄肉弾性部１
１ａ，１２ａの土圧による弾性変形を損わないようにさ
れている。
施の形態の場合、同一または対称形状に形成されてお
り、反受圧面側、即ち、溝１１ｂ，１２ｂが形成された
側を互いに内方に向けて対峙させ、両円形剛性板１１，
１２の中央部に形成した浅い凹溝間に１つの荷重計４１
を、周縁部間に３つの支持体２１を等角度（１２０°）
間隔で挟み、その荷重計４１の上方および下方の荷重導
入部（支点）を、円形剛性板１１および１２にねじ止め
等の手段により取着する。このとき、荷重計４１から信
号を導出する信号ケーブル５１を、両円形剛性板１１，
１２間に形成される間隙１０を介して外部に引き出す。
その後、両円形剛性板１１，１２間の周縁端部近傍にフ
ィルタ３１，３２を半径方向に一定間隔を設けて周回さ
せるように配設し、空隙１０内に空気および水は導入す
るが、粒子の大きい土砂は遮断し、空隙１０内に土砂が
入り込んで剛性板１１，１２の変位および薄肉弾性部１
１ａ，１２ａの土圧による弾性変形を損わないようにさ
れている。
【００１８】ところで、ここで用いられる荷重計４１
は、図１１に示すように荷重導入部４１ａ、４１ｂの２
点を支点とする荷重を検出するものであり、荷重計４１
の周囲に流体圧力が存在し圧力が変化しても原理的に出
力がない、すなわち圧力干渉誤差が極めて小さい荷重計
である。このような荷重計４１を備えた圧力変換器１に
図１に示すように土圧Ｐが作用すると、土圧Ｐの中の間
隙水圧Ｐｗ分は、フィルタ３１，３２を介して空隙１０
に流入するが、砂圧Ｐｓ分は、空隙１０に侵入できない
ため、荷重計４１には次の式で表される荷重Ｆが作用す
る。 Ｆ＝（Ｐｓ＋Ｐｗ）・Ａ−Ｐｗ・Ａ＝Ｐｓ・Ａ ……………（１） ここに、Ｐ＝Ｐｓ＋Ｐｗ、Ｐ：全土圧、Ｐｓ：砂圧（有
効土圧） Ｐｗ：間隙圧、Ａ：土圧計の有効載荷面積 理解を容易にするため２枚の剛性板１１、１２の薄肉弾
性部１１ａを説明に用いたが、薄肉弾性部１１ａは荷重
計４１と共に土圧に比例して弾性変形するバネの役割を
持つから、薄肉弾性部１１ａのバネ定数分をｋ１、荷重
計４１のバネ定数分をｋ２とすれば、有効土圧計中央部
でのバネ定数ｋは（２）式であらわすこともできる。
は、図１１に示すように荷重導入部４１ａ、４１ｂの２
点を支点とする荷重を検出するものであり、荷重計４１
の周囲に流体圧力が存在し圧力が変化しても原理的に出
力がない、すなわち圧力干渉誤差が極めて小さい荷重計
である。このような荷重計４１を備えた圧力変換器１に
図１に示すように土圧Ｐが作用すると、土圧Ｐの中の間
隙水圧Ｐｗ分は、フィルタ３１，３２を介して空隙１０
に流入するが、砂圧Ｐｓ分は、空隙１０に侵入できない
ため、荷重計４１には次の式で表される荷重Ｆが作用す
る。 Ｆ＝（Ｐｓ＋Ｐｗ）・Ａ−Ｐｗ・Ａ＝Ｐｓ・Ａ ……………（１） ここに、Ｐ＝Ｐｓ＋Ｐｗ、Ｐ：全土圧、Ｐｓ：砂圧（有
効土圧） Ｐｗ：間隙圧、Ａ：土圧計の有効載荷面積 理解を容易にするため２枚の剛性板１１、１２の薄肉弾
性部１１ａを説明に用いたが、薄肉弾性部１１ａは荷重
計４１と共に土圧に比例して弾性変形するバネの役割を
持つから、薄肉弾性部１１ａのバネ定数分をｋ１、荷重
計４１のバネ定数分をｋ２とすれば、有効土圧計中央部
でのバネ定数ｋは（２）式であらわすこともできる。
【００１９】
ｋ＝ｋ１＋ｋ２ ………………………………………………（２）
（２）式のような観点から現場状況に応じ前記円形剛性
板１１,１２の間に荷重計４１を例えば１個、２個、３
個、４個、等角度間隔で複数取り付けても動作原理は変
わらない。また、図３に示す第２の実施の形態のよう
に、薄肉弾性部１１ａおよび支持体２１をなくして荷重
計４１のみの弾性支持で製作することもできる。このよ
うに構成した場合、図３のフィルタ３３は、空隙１０内
に砂圧の侵入のみを防げばよいから、簡単な合成繊維や
スポンジの利用も可能である。これまで剛性板１１、１
２を円板状のもので説明したが、第３の実施の形態また
は第４の実施の形態のように、受圧面形状として、矩形
板または円弧面で形成することもでき、その場合複数の
有効土圧計を多段に連結して分布圧の測定も可能とな
る。
板１１,１２の間に荷重計４１を例えば１個、２個、３
個、４個、等角度間隔で複数取り付けても動作原理は変
わらない。また、図３に示す第２の実施の形態のよう
に、薄肉弾性部１１ａおよび支持体２１をなくして荷重
計４１のみの弾性支持で製作することもできる。このよ
うに構成した場合、図３のフィルタ３３は、空隙１０内
に砂圧の侵入のみを防げばよいから、簡単な合成繊維や
スポンジの利用も可能である。これまで剛性板１１、１
２を円板状のもので説明したが、第３の実施の形態また
は第４の実施の形態のように、受圧面形状として、矩形
板または円弧面で形成することもでき、その場合複数の
有効土圧計を多段に連結して分布圧の測定も可能とな
る。
【００２０】図４、図５、図６および図７に矩形形状の
剛性板を用いた圧力変換器を複数接続して使用する第３
の実施の形態につき説明する。図４は、側断面図、図５
は、その拡大平面図、図６は、斜視図、図７は、図５の
Ｂ−Ｂ断面図、図８は、図５のＣ−Ｃ断面図である。支
持体２３の基端（図５においては下端）には、現場で地
中への挿入抵抗を小さく抑えるための、挿入ヘッド７１
を取付けてある。図４において、両矩形剛性体１３，１
４は、一方側の薄肉弾性部１３ａ，１４ａより外側の固
定部にて止めねじにより支持体２３に固定され、他方側
の薄肉弾性部１３ｂ，１４ｂより外側の固定部にて止め
ねじにより支持体２４に同様に固定さている。尚、この
ような固定作業が行われる前に、矩形剛性板１３，１４
間の空隙１０に荷重計４１が、上述したような要領で固
着されるものとする。また、荷重計４１の代わりに薄肉
弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１３ｂｂの４箇所に
直接光ファイバーひずみ計またはひずみゲージ（半導体
ゲージを含む）を取り付け荷重に応じた信号を検出する
ように製作することもできる。両矩形剛性板１３，１４
を対峙した状態において形成される空隙１０の両側の開
口端部には、フィルタ３４，３５が、矩形剛性板１３，
１４の動きを阻害しないように、若干の隙間を設けて取
り付けられている。
剛性板を用いた圧力変換器を複数接続して使用する第３
の実施の形態につき説明する。図４は、側断面図、図５
は、その拡大平面図、図６は、斜視図、図７は、図５の
Ｂ−Ｂ断面図、図８は、図５のＣ−Ｃ断面図である。支
持体２３の基端（図５においては下端）には、現場で地
中への挿入抵抗を小さく抑えるための、挿入ヘッド７１
を取付けてある。図４において、両矩形剛性体１３，１
４は、一方側の薄肉弾性部１３ａ，１４ａより外側の固
定部にて止めねじにより支持体２３に固定され、他方側
の薄肉弾性部１３ｂ，１４ｂより外側の固定部にて止め
ねじにより支持体２４に同様に固定さている。尚、この
ような固定作業が行われる前に、矩形剛性板１３，１４
間の空隙１０に荷重計４１が、上述したような要領で固
着されるものとする。また、荷重計４１の代わりに薄肉
弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１３ｂｂの４箇所に
直接光ファイバーひずみ計またはひずみゲージ（半導体
ゲージを含む）を取り付け荷重に応じた信号を検出する
ように製作することもできる。両矩形剛性板１３，１４
を対峙した状態において形成される空隙１０の両側の開
口端部には、フィルタ３４，３５が、矩形剛性板１３，
１４の動きを阻害しないように、若干の隙間を設けて取
り付けられている。
【００２１】即ち、フィルタ３４，３５は、一端が支持
体２３に、他端が連結支持体２４にそれぞれ止めねじに
よって固定されている。長尺状の連結板６１は、一端が
支持体２３に他端が連結支持体２４にそれぞれ取付けね
じによって固定されている。この連結板６１は、複数の
圧力変換器を順次連結する機能と共に圧力変換器の軸方
向（長手方向）の引張りまたは圧縮方向の力やねじりに
よるトルクを分担し、前記剛性板１３,１４の受圧面に
は測定方向の土圧のみが掛かるようにする機能を果た
す。図４、図５、図６に示すように、支持体２４の連結
部２４ｂおよび２４ｂｂには、片側を圧力変換器１の矩
形剛性板１３の薄肉弾性部１３ｂ，１３ｂｂの近傍およ
び矩形剛性板１４の薄肉弾性部１４ｂ，１４ｂｂ（図示
せず）近傍がそれぞれ止めねじによって連結される。一
方、支持体２４の他側の連結部２４ａ，２４ａａには、
次段の圧力変換器２の矩形剛性板１５の薄肉弾性部１５
ａ，１５ａａの近傍および矩形剛性板１６の薄肉弾性部
１６ａ，１６ａａ（図示せず）の近傍が、それぞれ止め
ねじによつて、連結される。
体２３に、他端が連結支持体２４にそれぞれ止めねじに
よって固定されている。長尺状の連結板６１は、一端が
支持体２３に他端が連結支持体２４にそれぞれ取付けね
じによって固定されている。この連結板６１は、複数の
圧力変換器を順次連結する機能と共に圧力変換器の軸方
向（長手方向）の引張りまたは圧縮方向の力やねじりに
よるトルクを分担し、前記剛性板１３,１４の受圧面に
は測定方向の土圧のみが掛かるようにする機能を果た
す。図４、図５、図６に示すように、支持体２４の連結
部２４ｂおよび２４ｂｂには、片側を圧力変換器１の矩
形剛性板１３の薄肉弾性部１３ｂ，１３ｂｂの近傍およ
び矩形剛性板１４の薄肉弾性部１４ｂ，１４ｂｂ（図示
せず）近傍がそれぞれ止めねじによって連結される。一
方、支持体２４の他側の連結部２４ａ，２４ａａには、
次段の圧力変換器２の矩形剛性板１５の薄肉弾性部１５
ａ，１５ａａの近傍および矩形剛性板１６の薄肉弾性部
１６ａ，１６ａａ（図示せず）の近傍が、それぞれ止め
ねじによつて、連結される。
【００２２】このようにして、次々と複数の圧力変換器
を連結し、軸方向の分布圧、すなわち、有効土圧を測定
し得る多段式の圧力変換器が構成される。そして、荷重
変換器４１より出力される信号を外部に取り出すための
信号ケーブル５１は、２つの矩形剛性板１３，１４との
間に形成された空隙１０内を挿通させ、さらに、圧力変
換器１，２を連結する連結支持体２４に穿設された貫通
孔２４ｃ内を挿通させ（図８）、以降、同様の要領で空
隙１０および貫通孔２４ｃ内を順次挿通させることがで
きるので、図１５に示すように信号ケーブルが圧力変換
器の外側方に出ることがない。従って、観測土砂を乱し
たり、信号ケーブルが摩耗環境にさらされることがなく
なるので、正確な計測結果と、耐久性、信頼性、便宜性
を一般と向上させることが可能となる。この第３の実施
の形態におけるフィルタ３４，３５は、地盤内に挿入す
るときの摩耗に耐え得るように、また、生産コストを低
減させるために、有孔金属板等を利用して製作されてい
る。
を連結し、軸方向の分布圧、すなわち、有効土圧を測定
し得る多段式の圧力変換器が構成される。そして、荷重
変換器４１より出力される信号を外部に取り出すための
信号ケーブル５１は、２つの矩形剛性板１３，１４との
間に形成された空隙１０内を挿通させ、さらに、圧力変
換器１，２を連結する連結支持体２４に穿設された貫通
孔２４ｃ内を挿通させ（図８）、以降、同様の要領で空
隙１０および貫通孔２４ｃ内を順次挿通させることがで
きるので、図１５に示すように信号ケーブルが圧力変換
器の外側方に出ることがない。従って、観測土砂を乱し
たり、信号ケーブルが摩耗環境にさらされることがなく
なるので、正確な計測結果と、耐久性、信頼性、便宜性
を一般と向上させることが可能となる。この第３の実施
の形態におけるフィルタ３４，３５は、地盤内に挿入す
るときの摩耗に耐え得るように、また、生産コストを低
減させるために、有孔金属板等を利用して製作されてい
る。
【００２３】次に、２枚の剛性板の機能と形状を変えた
第４の実施の形態について説明する。図４および図７に
おいて二点鎖線（仮想線）をもって示すように、２枚の
剛性板１３′，１４′（図示には示されていない）の受
圧面横断面形状が略半円弧状を呈し、両剛性板１３′，
１４′の端部近傍に、薄肉弾性部１３ａ，１３ｂ，１４
ａ，１４ｂを有し、反受圧面側を互いに内方に向けて対
峙させ、両剛性板１３′，１４′の中央部間に荷重計４
１を介挿し、両剛性板１３′，１４′の長手方向端部間
に支持体２３と連結支持体２４を介挿し、短手方向端部
間にフィルタ３４，３５を介挿したものである。このよ
うに構成することにより、円形孔であるボーリング孔壁
面に対し、ほぼ近似した外観を呈するので、比較的硬い
地盤の土圧を測定する場合、受圧面とボーリング孔壁面
とが近似する結果、受圧面全体に略均等に砂圧が印加さ
れるようになり、より実態に即した有効土圧の検出をす
ることができる。
第４の実施の形態について説明する。図４および図７に
おいて二点鎖線（仮想線）をもって示すように、２枚の
剛性板１３′，１４′（図示には示されていない）の受
圧面横断面形状が略半円弧状を呈し、両剛性板１３′，
１４′の端部近傍に、薄肉弾性部１３ａ，１３ｂ，１４
ａ，１４ｂを有し、反受圧面側を互いに内方に向けて対
峙させ、両剛性板１３′，１４′の中央部間に荷重計４
１を介挿し、両剛性板１３′，１４′の長手方向端部間
に支持体２３と連結支持体２４を介挿し、短手方向端部
間にフィルタ３４，３５を介挿したものである。このよ
うに構成することにより、円形孔であるボーリング孔壁
面に対し、ほぼ近似した外観を呈するので、比較的硬い
地盤の土圧を測定する場合、受圧面とボーリング孔壁面
とが近似する結果、受圧面全体に略均等に砂圧が印加さ
れるようになり、より実態に即した有効土圧の検出をす
ることができる。
【００２４】尚、両剛性板１３′，１４′は、受圧面部
が半円弧状である限り、いわゆる蒲鉾状であってもよい
し、厚板を半円弧状にカーリングさせ、図７に示す平板
状の剛性板１３，１４の表面に溶接等の手段により一体
的に固着するようにしてもよい。この場合、後者のよう
に構成した方が軽量化が実現されるという利点が得られ
る。図９、図１０に、本発明の第５の実施の形態に係る
圧力変換器に示す。このうち、図９は、一部を破断して
示す正面図、図１０は、図９のＤ−Ｄ線断面図である。
この第５の実施の形態の圧力変換器は、基本的な構成
は、図４〜図７に示した第３の実施の形態の圧力変換器
と共通であり、両剛性板１３，１４の開口端部間に水圧
応答性の遅い第１のフィルタを取り付け、２枚の剛性板
を囲繞するように水圧応答性の速い円筒状のフィルタ３
６を設け、２つの剛性板間に介挿した荷重計４１により
動間隙水圧に対応した信号を得るようにしたものであ
る。この第５の実施の形態を図９、図１０を用いて詳し
く説明する。
が半円弧状である限り、いわゆる蒲鉾状であってもよい
し、厚板を半円弧状にカーリングさせ、図７に示す平板
状の剛性板１３，１４の表面に溶接等の手段により一体
的に固着するようにしてもよい。この場合、後者のよう
に構成した方が軽量化が実現されるという利点が得られ
る。図９、図１０に、本発明の第５の実施の形態に係る
圧力変換器に示す。このうち、図９は、一部を破断して
示す正面図、図１０は、図９のＤ−Ｄ線断面図である。
この第５の実施の形態の圧力変換器は、基本的な構成
は、図４〜図７に示した第３の実施の形態の圧力変換器
と共通であり、両剛性板１３，１４の開口端部間に水圧
応答性の遅い第１のフィルタを取り付け、２枚の剛性板
を囲繞するように水圧応答性の速い円筒状のフィルタ３
６を設け、２つの剛性板間に介挿した荷重計４１により
動間隙水圧に対応した信号を得るようにしたものであ
る。この第５の実施の形態を図９、図１０を用いて詳し
く説明する。
【００２５】この圧力変換器１は、図４〜図７に示すも
のと同様に、支持体２３の一端に挿入ヘッド７２が固定
され、支持体２３と連結支持体２４との間に、１対の剛
性板１３，１４が掛け渡された上、固定されている。荷
重計４１は、１対の剛性板１３，１４間に固定されてい
る。また、支持体２３と連結支持体２４との間には、多
数の孔が穿孔されてなる目の細かい、換言すれば、水圧
応答性の遅い、第１のフィルタ３４，３５が掛け渡さ
れ、その各端部が止めねじにより取り付けられている。
さらに、これらフィルタ３４，３５の側方に合計４本の
連結板６２が、その両端を支持体２３と連結支持体２４
に固定されている。このような構成の圧力変換器１の外
周を囲繞するように目の粗い、換言すれば、水圧応答性
の速い第２のフィルタ３６が設けられている。特に、第
２のフィルタ３６は、地中への挿入時の摩耗に耐えるよ
うに、金属円筒を利用して一部を有孔部にして製作され
ている。
のと同様に、支持体２３の一端に挿入ヘッド７２が固定
され、支持体２３と連結支持体２４との間に、１対の剛
性板１３，１４が掛け渡された上、固定されている。荷
重計４１は、１対の剛性板１３，１４間に固定されてい
る。また、支持体２３と連結支持体２４との間には、多
数の孔が穿孔されてなる目の細かい、換言すれば、水圧
応答性の遅い、第１のフィルタ３４，３５が掛け渡さ
れ、その各端部が止めねじにより取り付けられている。
さらに、これらフィルタ３４，３５の側方に合計４本の
連結板６２が、その両端を支持体２３と連結支持体２４
に固定されている。このような構成の圧力変換器１の外
周を囲繞するように目の粗い、換言すれば、水圧応答性
の速い第２のフィルタ３６が設けられている。特に、第
２のフィルタ３６は、地中への挿入時の摩耗に耐えるよ
うに、金属円筒を利用して一部を有孔部にして製作され
ている。
【００２６】このように構成された圧力変換器は、図１
０にても分かるように、２枚の剛性板１３，１４間と２
枚の第１のフィルタ３４，３５との間に形成される内部
の空隙１０と、２枚の剛性板１３，１４の周囲と円筒状
の第２のフィルタ３６との間に形成される中間の空隙２
０とが形成されることになる。内部の空隙１０は、比較
的大きな容積を有しているから、第１のフィルタ３４，
３５からの圧力流入口を狭くし、水圧変化への応答を遅
らせるように調整すると、内部の空隙１０は静止水圧分
のままの緩い変化しかおきない。従って、荷重計４１の
測定信号は、中間の空隙２０の圧力変化と空隙１０の圧
力変化の差として検出されるので、間隙水圧変化Ｐwdか
ら静止水圧Ｐwsを引いた分、即ち動間隙水圧に対応する
信号を取り出すことができる。円筒状の第２のフィルタ
３６は、測定の中心部分である水圧導入部36ａのみが水
圧応答の速いフィルタ機能部分となり、残り部分は複数
の検出本体を連結する機能部分となる。ここで、図１１
（ａ）、（ｂ）を参照して、荷重計４１の原理を説明す
る。
０にても分かるように、２枚の剛性板１３，１４間と２
枚の第１のフィルタ３４，３５との間に形成される内部
の空隙１０と、２枚の剛性板１３，１４の周囲と円筒状
の第２のフィルタ３６との間に形成される中間の空隙２
０とが形成されることになる。内部の空隙１０は、比較
的大きな容積を有しているから、第１のフィルタ３４，
３５からの圧力流入口を狭くし、水圧変化への応答を遅
らせるように調整すると、内部の空隙１０は静止水圧分
のままの緩い変化しかおきない。従って、荷重計４１の
測定信号は、中間の空隙２０の圧力変化と空隙１０の圧
力変化の差として検出されるので、間隙水圧変化Ｐwdか
ら静止水圧Ｐwsを引いた分、即ち動間隙水圧に対応する
信号を取り出すことができる。円筒状の第２のフィルタ
３６は、測定の中心部分である水圧導入部36ａのみが水
圧応答の速いフィルタ機能部分となり、残り部分は複数
の検出本体を連結する機能部分となる。ここで、図１１
（ａ）、（ｂ）を参照して、荷重計４１の原理を説明す
る。
【００２７】図１１の（ａ）は、荷重計の構成を示す平
面図、（ｂ）は、荷重計の動作を説明するための正面図
である。図１１（ａ）、（ｂ）に示す荷重計の曲げビー
ムには、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４が接着されている。荷
重が導入される作用点４１ａ、４１ｂに荷重Ｆを受ける
と、ゲージＧ１とＧ３は圧縮されてεｃ＝εｍだけひず
み、ゲージＧ２とＧ４は引張られてεｔ＝−εｍだけひ
ずむから、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４の４枚で構成された
ブリッジでの出力変化εｓは εｓ＝２（εｔ−εｃ）≒−４εｍ …………………（３） で表される変化をする。一方、この曲げビームに水圧Ｐ
ｐがかかった場合の水圧Ｐｐによる軸方向ひずみεｚ
は、曲げビームのヤング率をＥｂとすると、εｚ＝Ｐｐ
／Ｅｂなる軸ひずみがひずみゲージＧ１〜Ｇ４の４枚に
等しい量発生するため、この場合の出力変化εｓｚは εｓｚ＝２（εｚ−εｚ）≒０ …………………（４） となる。
面図、（ｂ）は、荷重計の動作を説明するための正面図
である。図１１（ａ）、（ｂ）に示す荷重計の曲げビー
ムには、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４が接着されている。荷
重が導入される作用点４１ａ、４１ｂに荷重Ｆを受ける
と、ゲージＧ１とＧ３は圧縮されてεｃ＝εｍだけひず
み、ゲージＧ２とＧ４は引張られてεｔ＝−εｍだけひ
ずむから、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４の４枚で構成された
ブリッジでの出力変化εｓは εｓ＝２（εｔ−εｃ）≒−４εｍ …………………（３） で表される変化をする。一方、この曲げビームに水圧Ｐ
ｐがかかった場合の水圧Ｐｐによる軸方向ひずみεｚ
は、曲げビームのヤング率をＥｂとすると、εｚ＝Ｐｐ
／Ｅｂなる軸ひずみがひずみゲージＧ１〜Ｇ４の４枚に
等しい量発生するため、この場合の出力変化εｓｚは εｓｚ＝２（εｚ−εｚ）≒０ …………………（４） となる。
【００２８】また、水圧の影響による曲げひずみの増加
分εｍがあった場合にも、各ひずみゲージＧ１からＧ４
は、軸ひずみ同様同符号で且つ同量の発生量であるた
め、ブリッジでの出力変化εｓｍは、 εｓｍ＝２（εｍ−εｍ）≒０ …………………（５） となり、（４）、（５）式ともに原理的に周囲圧力の干
渉出力は発生しないことを示している。実際のひずみゲ
ージを用いた荷重計にあっては、ひずみゲージＧ１〜Ｇ
４の電気絶縁が必要であるため、図１１に示した圧力変
換器では、直接水液に触れないように、水液と絶縁した
内面にひずみゲージを添着する構成としてある。ところ
で、近年光ファイバ式ひずみ計の開発が行われ、光ファ
イバ式ひずみ計の代表例として、透過光を用いて光ファ
イバの屈曲に応じて変化する透過率を利用する方式の実
用化が進んでいる。透過光を用いた光ファイバの場合
は、一往復の光ファイバで複数のひずみ計測点を測定で
きるため、前述の曲げビームのゲージＧ１〜Ｇ４の曲げ
ひずみ検出位置に光ファイバ式ひずみ計を装着すること
により有効土圧または動間隙水圧の分布を的確に検出し
得る圧力変換器を構成することができる。
分εｍがあった場合にも、各ひずみゲージＧ１からＧ４
は、軸ひずみ同様同符号で且つ同量の発生量であるた
め、ブリッジでの出力変化εｓｍは、 εｓｍ＝２（εｍ−εｍ）≒０ …………………（５） となり、（４）、（５）式ともに原理的に周囲圧力の干
渉出力は発生しないことを示している。実際のひずみゲ
ージを用いた荷重計にあっては、ひずみゲージＧ１〜Ｇ
４の電気絶縁が必要であるため、図１１に示した圧力変
換器では、直接水液に触れないように、水液と絶縁した
内面にひずみゲージを添着する構成としてある。ところ
で、近年光ファイバ式ひずみ計の開発が行われ、光ファ
イバ式ひずみ計の代表例として、透過光を用いて光ファ
イバの屈曲に応じて変化する透過率を利用する方式の実
用化が進んでいる。透過光を用いた光ファイバの場合
は、一往復の光ファイバで複数のひずみ計測点を測定で
きるため、前述の曲げビームのゲージＧ１〜Ｇ４の曲げ
ひずみ検出位置に光ファイバ式ひずみ計を装着すること
により有効土圧または動間隙水圧の分布を的確に検出し
得る圧力変換器を構成することができる。
【００２９】この光ファイバ式ひずみ計にあっては、電
気絶縁を必要としないので、図１１のように内空にひず
みゲージを装着するなどの密閉構造方法を取らなくて良
いから、信号線の引き回しも容易となる。図４、図５，
図６における薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１
３ｂｂは、圧力干渉による軸ひずみや曲げひずみの発生
しない場所であるから、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、
１３ｂ、１３ｂｂの反受圧面側に透過型の光ファイバ式
ひずみ計を装着することにより、荷重計４１に変わって
有効土圧に応じた信号を検出することができる。複数の
透過型光ファイバ式ひずみ計は、１往復の光ファイバで
測定できるので、本発明の圧力変換器ではその特徴を有
効にいかして計測コストを大きく削減することができ
る。
気絶縁を必要としないので、図１１のように内空にひず
みゲージを装着するなどの密閉構造方法を取らなくて良
いから、信号線の引き回しも容易となる。図４、図５，
図６における薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１
３ｂｂは、圧力干渉による軸ひずみや曲げひずみの発生
しない場所であるから、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、
１３ｂ、１３ｂｂの反受圧面側に透過型の光ファイバ式
ひずみ計を装着することにより、荷重計４１に変わって
有効土圧に応じた信号を検出することができる。複数の
透過型光ファイバ式ひずみ計は、１往復の光ファイバで
測定できるので、本発明の圧力変換器ではその特徴を有
効にいかして計測コストを大きく削減することができ
る。
【００３０】尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実
施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々に変形して実施することができ
る。例えば、上述したところでは、２枚の剛性板は、対
称的な形状を呈したものとして説明してきたが、剛性板
の端部に設けた薄肉部、または薄肉弾性部は、少なくと
も一方の剛性板のみに設けてもよい。このように構成し
た場合は、一方の剛性板に、薄肉弾性部を形成するため
の溝やスリットを形成する必要がなくなり、その分、製
造コストを低減することができる。但し、上述した実施
の形態のように、一対の対称形の剛性板を用いた方が、
より高感度、より高精度な有効土圧または動間隙水圧を
検出できる点で、有利である。また、図５、図６に示す
ように、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａや薄肉弾性部１３
ｂ，１３ｂｂのように、コ字状のスリットを形成して薄
肉部または薄肉弾性部のばね定数を調整するようにして
もよい。薄肉化するだけで、例えば、小さいばね定数を
持たせようとすると、強度不足となって破壊する虞れが
ある場合には、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、
１３ｂｂの部分を幅は狭いが加工し易い厚みを持てるよ
うに、スリットを入れることで強度を持たせることがで
きる。また、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１
３ｂｂの部分をユニットとして精密加工仕上げをした
後、所定の位置にネジ止め等で装着して組み上げること
もできる。
施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々に変形して実施することができ
る。例えば、上述したところでは、２枚の剛性板は、対
称的な形状を呈したものとして説明してきたが、剛性板
の端部に設けた薄肉部、または薄肉弾性部は、少なくと
も一方の剛性板のみに設けてもよい。このように構成し
た場合は、一方の剛性板に、薄肉弾性部を形成するため
の溝やスリットを形成する必要がなくなり、その分、製
造コストを低減することができる。但し、上述した実施
の形態のように、一対の対称形の剛性板を用いた方が、
より高感度、より高精度な有効土圧または動間隙水圧を
検出できる点で、有利である。また、図５、図６に示す
ように、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａや薄肉弾性部１３
ｂ，１３ｂｂのように、コ字状のスリットを形成して薄
肉部または薄肉弾性部のばね定数を調整するようにして
もよい。薄肉化するだけで、例えば、小さいばね定数を
持たせようとすると、強度不足となって破壊する虞れが
ある場合には、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、
１３ｂｂの部分を幅は狭いが加工し易い厚みを持てるよ
うに、スリットを入れることで強度を持たせることがで
きる。また、薄肉弾性部１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１
３ｂｂの部分をユニットとして精密加工仕上げをした
後、所定の位置にネジ止め等で装着して組み上げること
もできる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、請求項１の発明によれば、有効土圧の変化を、砂圧
の進入を防ぐフィルタと２枚の剛性板に挟まれた空隙に
取着された、静水圧の影響を受けて出力が変化しない荷
重計によって検出することができ、さらには有効土圧の
計測位置と間隙水圧の進入位置を一致させて測定するこ
とができ、圧力負荷位置との水頭差がないため、高精度
な有効土圧の測定が可能な圧力変換器を提供することが
できる。また、請求項２の発明によれば、２枚の剛性板
のうち、少なくとも一方の端部に、薄肉弾性部を有し、
土圧変形を乱さないで土圧に比例した荷重を荷重計に伝
達するように構成したから、２枚の剛性板の端部同士を
固定することができ、運搬、設置の段階で取扱い易く計
測においては安定性よく有効土圧の検出を行い得る圧力
変換器を提供することができる。また、請求項３の発明
によれば、前記２枚の剛性板は、受圧面形状が円形板状
を呈し、少なくとも一方の剛性板の反受圧面側周辺端部
近傍に薄肉弾性部を有し、前記２つの剛性板を、反受圧
面側を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の中央部
間に前記荷重計を介挿し、両剛性板の周辺部間に支持体
とフィルタを介挿したので、計測現場が偏平で円盤状の
ものを埋設するのに適する場合に好適であると共に汎用
性に優れ、特に構成が簡素であり、製作コストが低廉で
精度よく有効土圧を検出し得る圧力変換器を提供するこ
とができる。
に、請求項１の発明によれば、有効土圧の変化を、砂圧
の進入を防ぐフィルタと２枚の剛性板に挟まれた空隙に
取着された、静水圧の影響を受けて出力が変化しない荷
重計によって検出することができ、さらには有効土圧の
計測位置と間隙水圧の進入位置を一致させて測定するこ
とができ、圧力負荷位置との水頭差がないため、高精度
な有効土圧の測定が可能な圧力変換器を提供することが
できる。また、請求項２の発明によれば、２枚の剛性板
のうち、少なくとも一方の端部に、薄肉弾性部を有し、
土圧変形を乱さないで土圧に比例した荷重を荷重計に伝
達するように構成したから、２枚の剛性板の端部同士を
固定することができ、運搬、設置の段階で取扱い易く計
測においては安定性よく有効土圧の検出を行い得る圧力
変換器を提供することができる。また、請求項３の発明
によれば、前記２枚の剛性板は、受圧面形状が円形板状
を呈し、少なくとも一方の剛性板の反受圧面側周辺端部
近傍に薄肉弾性部を有し、前記２つの剛性板を、反受圧
面側を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の中央部
間に前記荷重計を介挿し、両剛性板の周辺部間に支持体
とフィルタを介挿したので、計測現場が偏平で円盤状の
ものを埋設するのに適する場合に好適であると共に汎用
性に優れ、特に構成が簡素であり、製作コストが低廉で
精度よく有効土圧を検出し得る圧力変換器を提供するこ
とができる。
【００３２】また、請求項４の発明によれば、前記２枚
の剛性板は、受圧面形状が矩形板状を呈し、少なくとも
一方の前記剛性板の反受圧面側の長手方向の端部近傍に
薄肉弾性部を有し、反受圧面を互いに内方に向けて対峙
させ、両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両剛
性板の長手方向端部間に支持体を介挿し、短手方向端部
間にフィルタを介挿する構成としたので、単独での使用
にも使用し得るが、特に、複数の圧力変換器を縦列状に
多段に連結して複数位置での有効土圧分布を測定する場
合に、スリムに形成することができ、比較的小さなポー
リング孔にも容易に挿入することができ、有効土圧を容
易且つ正確に検出し得る圧力変換器を提供することがで
きる。また、請求項５の発明によれば、前記剛性板は、
受圧面横断面形状が略半円弧状を呈し、少なくとも一方
の剛性板の長手方向の端部近傍に薄肉弾性部を有し、そ
れぞれの反受圧面側を互いに内方に向けて対峙させ、前
記両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両剛性板
の端部間に支持体とフィルタを介挿するようにしたか
ら、ボーリング孔に挿入した状態で、圧力変換器の外周
とボーリング孔の内周壁とが均等に接触し易く、比較的
硬い地中に埋設したとき、地盤の変状をより正確に対応
した有効土圧を検出し得る圧力変換器を提供することが
できる。
の剛性板は、受圧面形状が矩形板状を呈し、少なくとも
一方の前記剛性板の反受圧面側の長手方向の端部近傍に
薄肉弾性部を有し、反受圧面を互いに内方に向けて対峙
させ、両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両剛
性板の長手方向端部間に支持体を介挿し、短手方向端部
間にフィルタを介挿する構成としたので、単独での使用
にも使用し得るが、特に、複数の圧力変換器を縦列状に
多段に連結して複数位置での有効土圧分布を測定する場
合に、スリムに形成することができ、比較的小さなポー
リング孔にも容易に挿入することができ、有効土圧を容
易且つ正確に検出し得る圧力変換器を提供することがで
きる。また、請求項５の発明によれば、前記剛性板は、
受圧面横断面形状が略半円弧状を呈し、少なくとも一方
の剛性板の長手方向の端部近傍に薄肉弾性部を有し、そ
れぞれの反受圧面側を互いに内方に向けて対峙させ、前
記両剛性板の中央部間に前記荷重計を介挿し、両剛性板
の端部間に支持体とフィルタを介挿するようにしたか
ら、ボーリング孔に挿入した状態で、圧力変換器の外周
とボーリング孔の内周壁とが均等に接触し易く、比較的
硬い地中に埋設したとき、地盤の変状をより正確に対応
した有効土圧を検出し得る圧力変換器を提供することが
できる。
【００３３】また、請求項６の発明によれば、前記２枚
の剛性板を、長手方向に複数段に連結し、前記荷重計が
前記２枚の剛性板に挟持された状態で生じる空隙内に前
記荷重計の出力信号ケーブルを順次挿通し得るように構
成したから、信号ケーブルが圧力変換器の外部に露出せ
ず、従って、従来のように観測土圧を乱したり信号ケー
ブルが摩耗環境にさらされることがなく、長さ方向の有
効土圧分布を正確に検出し得る圧力変換器を提供するこ
とができる。また、請求項７の発明によれば、土圧を受
ける剛性板のうち、少なくとも一方の剛性板の端部に薄
肉弾性部を有し、前記薄肉弾性部の反受圧面側に光ファ
イバ式ひずみ計またはひずみゲージを添着し、反受圧面
側を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の端部間に
支持体とフィルタを介挿し、前記フィルタを介して空気
圧および水圧を導き２枚の剛性板の間に空気圧および水
圧変化を受けても出力変化が生じない前記光ファイバ式
ひずみ計またはひずみゲージにより、有効土圧に対応し
た信号を検出し得るように構成したので、別途、荷重計
を設ける必要がなく、直接薄肉弾性部に光ファイバ式ひ
ずみ計あるいはひずみゲージを添着するだけでよく、そ
の分コストを低減することができ、上述した請求項１の
発明と同様の効果を奏し得る荷重変換器を提供すること
ができる。
の剛性板を、長手方向に複数段に連結し、前記荷重計が
前記２枚の剛性板に挟持された状態で生じる空隙内に前
記荷重計の出力信号ケーブルを順次挿通し得るように構
成したから、信号ケーブルが圧力変換器の外部に露出せ
ず、従って、従来のように観測土圧を乱したり信号ケー
ブルが摩耗環境にさらされることがなく、長さ方向の有
効土圧分布を正確に検出し得る圧力変換器を提供するこ
とができる。また、請求項７の発明によれば、土圧を受
ける剛性板のうち、少なくとも一方の剛性板の端部に薄
肉弾性部を有し、前記薄肉弾性部の反受圧面側に光ファ
イバ式ひずみ計またはひずみゲージを添着し、反受圧面
側を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の端部間に
支持体とフィルタを介挿し、前記フィルタを介して空気
圧および水圧を導き２枚の剛性板の間に空気圧および水
圧変化を受けても出力変化が生じない前記光ファイバ式
ひずみ計またはひずみゲージにより、有効土圧に対応し
た信号を検出し得るように構成したので、別途、荷重計
を設ける必要がなく、直接薄肉弾性部に光ファイバ式ひ
ずみ計あるいはひずみゲージを添着するだけでよく、そ
の分コストを低減することができ、上述した請求項１の
発明と同様の効果を奏し得る荷重変換器を提供すること
ができる。
【００３４】また、請求項８の発明によれば、水圧を受
ける２枚の剛性板の端部間に水圧応答性の遅いフィルタ
を設け、中央部間に荷重計を介挿し、前記２枚の剛性板
を囲繞するように水圧応答性の速いフィルタを設け、前
記荷重計により動間隙水圧に対応した信号を検出し得る
ように構成したので、上述した第２の従来例のようにベ
ローズ等を用いないで、安価に且つ小型に構成でき、し
かも地盤中の小さな動間隙水圧を、水深による水圧およ
び土圧の影響を受けることがないから、分解能が大きく
正確に計測することができ、延いては地中で発生する小
さな土圧変動を監視し、災害予知に貢献し得る圧力変換
器を提供することができる。また、請求項９の発明によ
れば、土圧を受ける２枚の剛性板のうち、少なくとも一
方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前記薄肉弾性部
の反受圧面側に光ファイバ式ひずみゲージ計またはひず
みゲージを添着し、反受圧面側を互いに内方に向けて対
峙させ、両剛性板の端部間に水圧応答性の遅いフィルタ
を設け、前記２枚の剛性板を囲繞するように水圧応答性
の速いフィルタを設け、前記光ファイバ式ひずみ計また
はひずみゲージにより動間隙水圧に対応した信号を検出
し得るように構成したので、簡素且つ安価な構成で、設
置深さによる水圧干渉がない動間隙水圧を検出し得る圧
力変換器を提供することができる。
ける２枚の剛性板の端部間に水圧応答性の遅いフィルタ
を設け、中央部間に荷重計を介挿し、前記２枚の剛性板
を囲繞するように水圧応答性の速いフィルタを設け、前
記荷重計により動間隙水圧に対応した信号を検出し得る
ように構成したので、上述した第２の従来例のようにベ
ローズ等を用いないで、安価に且つ小型に構成でき、し
かも地盤中の小さな動間隙水圧を、水深による水圧およ
び土圧の影響を受けることがないから、分解能が大きく
正確に計測することができ、延いては地中で発生する小
さな土圧変動を監視し、災害予知に貢献し得る圧力変換
器を提供することができる。また、請求項９の発明によ
れば、土圧を受ける２枚の剛性板のうち、少なくとも一
方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前記薄肉弾性部
の反受圧面側に光ファイバ式ひずみゲージ計またはひず
みゲージを添着し、反受圧面側を互いに内方に向けて対
峙させ、両剛性板の端部間に水圧応答性の遅いフィルタ
を設け、前記２枚の剛性板を囲繞するように水圧応答性
の速いフィルタを設け、前記光ファイバ式ひずみ計また
はひずみゲージにより動間隙水圧に対応した信号を検出
し得るように構成したので、簡素且つ安価な構成で、設
置深さによる水圧干渉がない動間隙水圧を検出し得る圧
力変換器を提供することができる。
【００３５】また、請求項１０の発明によれば、隣接す
る圧力変換器間に介在する複数の支持体と、隣接する支
持体間に掛け渡され前記支持体に固定される連結板とを
設け、複数の圧力変換器を縦列状に連結すると共に、測
定方向以外の負荷を前記支持体と連結板で分担するよう
に構成したので、複数の圧力変換器が強固に連結され、
圧縮方向の強度やねじり強度が補強され、ボーリング孔
への挿入作業時等に圧力変換器が損傷を受けるのを軽減
させ得ると共に、測定時においても測定方向圧力以外の
力が圧力変換器にかからないようにしながら、長さ方向
の有効土圧分布を計測し得る圧力変換器を提供すること
ができる。
る圧力変換器間に介在する複数の支持体と、隣接する支
持体間に掛け渡され前記支持体に固定される連結板とを
設け、複数の圧力変換器を縦列状に連結すると共に、測
定方向以外の負荷を前記支持体と連結板で分担するよう
に構成したので、複数の圧力変換器が強固に連結され、
圧縮方向の強度やねじり強度が補強され、ボーリング孔
への挿入作業時等に圧力変換器が損傷を受けるのを軽減
させ得ると共に、測定時においても測定方向圧力以外の
力が圧力変換器にかからないようにしながら、長さ方向
の有効土圧分布を計測し得る圧力変換器を提供すること
ができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有効土圧を検
出し得る圧力変換器であって、剛性板が円板形状を呈す
る圧力変換器の構成を示す断面図である。
出し得る圧力変換器であって、剛性板が円板形状を呈す
る圧力変換器の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧力変換器の平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る垂直有効土圧
を検出し得る圧力変換器であって、剛性板の周縁を固定
しないタイプの圧力変換器の構成を示す断面図である。
を検出し得る圧力変換器であって、剛性板の周縁を固定
しないタイプの圧力変換器の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３および４の実施の形態に係る複数
の有効土圧を検出し得る圧力変換器のユニットの構成を
示す半断面図である。
の有効土圧を検出し得る圧力変換器のユニットの構成を
示す半断面図である。
【図５】図４に示す圧力変換器の正面図である。
【図６】図４に示す圧力変換器の構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図７】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る動間隙水圧を
検出し得る圧力変換器の構成を一部破断して示す側面図
である。
検出し得る圧力変換器の構成を一部破断して示す側面図
である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】本発明の第１〜第４の実施の形態に用いられ
る荷重計における水圧非干渉の原理を示す図である。
る荷重計における水圧非干渉の原理を示す図である。
【図１２】第１の従来例に係る有効土圧計の断面構成図
である。
である。
【図１３】第２の従来例に係る動間隙水圧計の断面構成
図である。
図である。
【図１４】第２の従来例に係る動間隙水圧計の応答図で
ある。
ある。
【図１５】さらに他の従来例に係る有効土圧計を複数連
結した場合の構成を示す側面図である。
結した場合の構成を示す側面図である。
１、２ 圧力変換器
１０、２０ 空隙
１１、１２ 円形剛性板
１３，１４，１５ 矩形剛性板
１１ａ、１３ａ、１３ａａ、１３ｂ、１３ｂｂ、１４ａ
薄肉弾性部 ２１、２３ 支持体 ２４ 連結支持体 ３１、３２、３３、３４、３５ フィルタ ３６ 第２のフィルタ ４１、４２ 荷重計 ５１、５２，５３ 信号ケーブル ６１、６２ 連結板 ７１、７２ 挿入ヘッド Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４ ひずみゲージ
薄肉弾性部 ２１、２３ 支持体 ２４ 連結支持体 ３１、３２、３３、３４、３５ フィルタ ３６ 第２のフィルタ ４１、４２ 荷重計 ５１、５２，５３ 信号ケーブル ６１、６２ 連結板 ７１、７２ 挿入ヘッド Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４ ひずみゲージ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 前野 賀彦
東京都千代田区九段南四丁目８−24 学校
法人 日本大学内
Ｆターム(参考） 2F051 AA06 AB09 BA01
2F055 AA03 BB05 CC60 DD20 EE11
EE31 FF11 GG11 HH05
Claims (10)
- 【請求項１】 土圧を受ける２枚の剛性板に挟まれる空
隙に、フィルタを介して空気圧および水圧を導き２枚の
剛性板の間に空気圧および水圧変化を受けても出力変化
が生じない荷重計を介挿し、前記荷重計により有効土圧
に対応した信号を検出し得るように構成したことを特徴
とする圧力変換器。 - 【請求項２】 前記２枚の剛性板の少なくとも一方に
は、端部に薄肉弾性部を有し、土圧変形を乱さないで土
圧に比例した荷重を前記荷重計に伝達するように構成し
たことを特徴とする請求項１に記載の圧力変換器。 - 【請求項３】 前記剛性板は、受圧面形状が円形板状を
呈し、少なくとも一方の剛性板の反受圧面側周辺端部近
傍に薄肉弾性部を有し、前記２つの剛性板を、反受圧面
側を互いに内方に向けて対峙させ、両剛性板の中央部間
に前記荷重計を介挿し、両剛性板の周辺部間に支持体と
フィルタを介挿したことを特徴とする請求項１または２
記載の圧力変換器。 - 【請求項４】 前記剛性板は、受圧面形状が矩形板状を
呈し、少なくとも一方の前記剛性板の反受圧面側の長手
方向の端部近傍に薄肉弾性部を有し、反受圧面を互いに
内方に向けて対峙させ、両剛性板の中央部間に前記荷重
計を介挿し、両剛性板の長手方向端部間に支持体を介挿
し、短手方向端部間にフィルタを介挿したことを特徴と
する請求項１または２記載の圧力変換器。 - 【請求項５】 前記剛性板は、受圧面横断面形状が略半
円弧状を呈し、少なくとも一方の剛性板の長手方向の端
部近傍に薄肉弾性部を有し、それぞれの反受圧面側を互
いに内方に向けて対峙させ、前記両剛性板の中央部間に
前記荷重計を介挿し、両剛性板の長手方向端部間に支持
体を介挿し、短手方向端部間にフィルタを介挿したこと
を特徴とする請求項１または２記載の圧力変換器。 - 【請求項６】 前記２枚の剛性板を、長手方向に複数段
に連結し、前記荷重計が前記２枚の剛性板に挟持された
状態で生じる空隙内に前記荷重計の出力信号ケーブルを
順次挿通し得るように構成したことを特徴とする請求項
１、２、４、５のいずれかの項に記載の圧力変換器。 - 【請求項７】 土圧を受ける剛性板のうち、少なくとも
一方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前記薄肉弾性
部の反受圧面側に光ファイバ式ひずみ計またはひずみゲ
ージを添着し、反受圧面側を互いに内方に向けて対峙さ
せ、両剛性板の端部間に支持体とフィルタを介挿し、前
記フィルタを介して空気圧および水圧を導き２枚の剛性
板の間に空気圧および水圧変化を受けても出力変化が生
じない前記光ファイバ式ひずみ計またはひずみゲージに
より、有効土圧に対応した信号を検出し得るように構成
したことを特徴とする圧力変換器。 - 【請求項８】 水圧を受ける２枚の剛性板の端部間に水
圧応答性の遅いフィルタを設け、中央部間に荷重計を介
挿し、前記２枚の剛性板を囲繞するように水圧応答性の
速いフィルタを設け、前記荷重計により動間隙水圧に対
応した信号を検出し得るように構成したことを特徴とす
る圧力変換器。 - 【請求項９】 土圧を受ける２枚の剛性板のうち、少な
くとも一方の剛性板の端部に薄肉弾性部を有し、前記薄
肉弾性部の反受圧面側に光ファイバ式ひずみゲージ計ま
たはひずみゲージを添着し、反受圧面側を互いに内方に
向けて対峙させ、両剛性板の端部間に水圧応答性の遅い
フィルタを設け、前記２枚の剛性板を囲繞するように水
圧応答性の速いフィルタを設け、前記光ファイバ式ひず
み計またはひずみゲージにより動間隙水圧に対応した信
号を検出し得るように構成したことを特徴とする圧力変
換器。 - 【請求項１０】 隣接する圧力変換器間に介在する複数
の支持体と、隣接する支持体間に掛け渡され前記支持体
に固定される連結板とを設け、複数の圧力変換器を縦列
状に連結すると共に、測定方向以外の負荷を前記支持体
と連結板で分担するように構成したことを特徴とする請
求項６に記載の圧力変換器。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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| PCT/JP2002/002375 WO2003012385A1 (fr) | 2001-07-31 | 2002-03-13 | Convertisseur de pression |
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| EP02705144A EP1420236A4 (en) | 2001-07-31 | 2002-03-13 | PRESSURE CONVERTER |
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|---|---|---|---|
| JP2001232935A JP4929435B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 圧力変換器 |
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