JP2004028935A - 温度計及びそれを用いた凍結工法 - Google Patents
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Abstract
【課題】地中環境の温度を広範囲に精度良くかつ安価で測定できると共に、温度管理が容易な温度計及びそれを用いた凍結工法を提供する。
【解決手段】洞道Hとなる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤Gを凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤Gの温度を測定・管理して洞道Hを形成する凍結工法において、温度計として、洞道Hの内壁Fから地盤Gに向かって放射状に配置された複数の測温管8内にそれぞれ布設された光ファイバ10と、これらの光ファイバ10と接続され各光ファイバ10に光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置7とを備えた温度計を使用する。この検出装置7により、光ファイバ10から戻ってきた光信号の波長が検出され温度変化が測定されて、地中環境温度が管理される。
【選択図】 図1
【解決手段】洞道Hとなる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤Gを凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤Gの温度を測定・管理して洞道Hを形成する凍結工法において、温度計として、洞道Hの内壁Fから地盤Gに向かって放射状に配置された複数の測温管8内にそれぞれ布設された光ファイバ10と、これらの光ファイバ10と接続され各光ファイバ10に光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置7とを備えた温度計を使用する。この検出装置7により、光ファイバ10から戻ってきた光信号の波長が検出され温度変化が測定されて、地中環境温度が管理される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中環境温度を測定するための温度計及びそれを用いた凍結工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、トンネルなど洞道を掘削する際に用いられる工法の一つに、洞道となる部分に沿って地盤を凍結させ、その凍結した地盤の温度を測定・管理しながら掘削して洞道を形成する凍結工法が知られている。
【0003】
この凍結工法により洞道を形成するに際しては、地中環境の温度を広範囲にかつ高精度で測定する必要があり、図4に示すような洞道hの内壁fから地盤gに向かって放射状に配置された複数本の測温管1内に温度計(図示せず)を設置している。
【0004】
図5に示すように、従来の温度計は、測温管1の長手方向に布設され、ある一定の必要とする距離分解能ごとに白金抵抗体2が設けられた白金抵抗体用ケーブル4と、この白金抵抗体用ケーブル4と接続されたデータロガー5とで構成されている。
【0005】
この温度計により、常時、各白金抵抗体2で温度を測定し、データロガー5で温度変化を測定することにより、地中環境の温度が管理されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白金抵抗体2を用いた温度計は、精度の良い温度計として知られているが、白金抵抗体2は点としての温度の測定しかできないことから、広範囲の温度を測定するには多数の白金抵抗体2が必要になると共に、これらの白金抵抗体2を布設するための工事費用も増加し、金額的負担が増大するという問題がある。
【0007】
さらに、従来の温度計は、点としての精度には優れたものがあるが、白金抵抗体2自体から位置が離れるにつれ、その位置の温度を推測して求める必要があり、面としての温度管理が難しいという問題がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、地中環境の温度を広範囲に精度良くかつ安価で測定できると共に、温度管理が容易な温度計及びそれを用いた凍結工法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えたものである。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1の構成に加え、光ファイバは、所定ピッチで螺旋状に溝が形成されたパイプ芯の溝内に収容されているものである。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の構成に加え、光ファイバ同士が直列接続された1本で形成されているものである。
【0012】
請求項4の発明は、洞道となる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤の温度を測定・管理して洞道を形成する凍結工法において、温度計として、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えた温度計を使用する方法である。
【0013】
すなわち、本発明は、従来より凍結工法に用いてきた測温管内に、距離分解能を向上させるために、例えば測温管の外径が80mmの場合、長手方向に50cm当たり5m程度の光ファイバが螺旋状に等間隔で布設される構造の温度測定用パイプが設けられたものである。
【0014】
また、本発明は、一つの測温管内にその測温管の長さより長い光ファイバが螺旋状に布設されていると共に、同時に複数の測温管を用いて温度測定できる構造になっている。
【0015】
上記構成によれば、検出装置から出力された光信号は、広範囲に螺旋状に布設された光ファイバを通過し、温度変化に応じて波長が変化した後、再び検出装置に入力される。検出装置では、所望の位置における光信号の波長変化から温度が測定される。これにより、広範囲の温度分布を精度良く測定することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0017】
図1に本発明にかかる光ファイバ式温度計の概略を示す。
【0018】
図1に示すように、光ファイバ式温度計は、洞道Hの内壁Fから地盤Gに向かって放射状に配置された複数の測温管8内にそれぞれ挿入された温度測定用パイプ6と、それらの温度測定用パイプ6に設けられた光ファイバ10と接続され各温度測定用パイプ6の光ファイバ10に光信号を出力し戻ってきた光信号の波長変化から温度を検出する検出装置7とを有する。
【0019】
本実施の形態のように、複数の測温管8を用いて広範囲の温度を測定する必要がある場合、各測温管8内に挿入された温度測定用パイプ6の光ファイバ10同士が直列に接続されて一筆書き状に布設される。
【0020】
図2に温度測定用パイプの拡大図を示す。
【0021】
図2に示すように、温度測定用パイプ6は、光ファイバ10と、その光ファイバ10の距離分解能を向上させると共に測温管内に容易に挿入させるため、光ファイバ10を螺旋状に保持するパイプ芯9とで構成されている。
【0022】
このパイプ芯9は、その外周に、所望の距離分解能に対応したピッチ、例えば測温管の外径が80mmの場合、長手方向に50cm当たりほぼ等間隔で5mの光ファイバ10を収容する収容溝10gが螺旋状に形成されている。
【0023】
次に、本発明にかかる凍結工法を光ファイバ式温度計の作用と共に説明する。
【0024】
凍結工法により洞道を形成するに際しては、洞道Hとなる部分に沿って複数の凍結管用孔(図示せず)を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管(図示せず)をそれぞれ挿入する。そして、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤Gを凍結させ、得られた凍土の洞道Hとなる部分を掘削する。
【0025】
凍土を掘削するに際しては、凍結した地盤Gの温度を測定し、管理しながら行う。
【0026】
具体的には、図1に示したように、洞道Hの内壁から地盤Gに向かって放射状に複数の測温管8を埋設し、各測温管8内に温度測定用パイプ6を挿入する。
【0027】
そして、検出装置7から光ファイバ10に光信号を出力し、戻ってきた光信号の波長変化を検出し、各測温管8の温度を測定する。
【0028】
このようにして、常時、洞道Hの周囲の地盤温度を測定し凍結度合を管理しながら洞道Hを掘削することにより、地盤Gを安定に保持しながら洞道Hを形成することができる。
【0029】
以上説明したように、従来の温度計では白金抵抗体間の領域の温度を計算で推測することでしか調べることは不可能であったが、本発明は、測温管8の内面に沿って螺旋状に光ファイバ10を布設することで、光ファイバ式温度計の温度測定可能な距離を圧倒的に長くできるため、ほぼ測温管8の内面全体の温度分布を精度良く測定することが可能になる。
【0030】
更に、一台の光ファイバ式温度計で複数の測温管8を管理することができ、従来方法に比べて安価に広範囲の温度を管理することができる。
【0031】
また更に、複数の測温管8内に直列に温度測定用パイプ6を設けることにより、一本の光ファイバ10と一台の検出装置7とで広範囲の温度を測定できるシステムを構築できる。
【0032】
また、本発明は、工事開始後、洞道Hの内壁Fに沿って螺旋状又は直線状に光ファイバ10を布設することにより、洞道Hの内壁F全体の温度を監視することも可能である。
【0033】
次に、本発明の他の実施の形態について述べる。
【0034】
図3に本発明の他の実施の形態として光ファイバ式温度計の概略を示す。
【0035】
図3に示すように、この光ファイバ式温度計は、洞道Hの内壁Fから地盤Gに向かって放射状に配置された複数の測温管8内にそれぞれ挿入された温度測定用パイプ12と、所定の波長の光信号を出力し戻ってきた光信号の波長を検出し、それら光信号の波長変化から温度を測定する検出装置7とで主に構成されている。
【0036】
さらに、この実施の形態にあっては、各温度測定用パイプ12に設けられた光ファイバ10aと検出装置7との間に、その検出装置7から出力された光信号を複数の異なる波長に分波して各光ファイバ10aに出力すると共に、各光ファイバ10aから戻ってきた複数の異なる波長の光信号を合波して検出装置7に入力させる光合分波器11が接続されている。
【0037】
図示されていないが、この光ファイバ10aは、図1に示した光ファイバ式温度計と同様に、距離分解能を向上できるように、所望の距離分解能に対応したピッチ、例えば測温管8の外径が80mmの場合、長手方向に50cm当たりほぼ等間隔で5mの長さで、パイプ芯の収容溝内に螺旋状に収容されて布設されている。
【0038】
このように構成することにより、上述した図1の実施の形態と同様に、一台の光ファイバ式温度計で複数の測温管8を管理することができると共に、所望の距離分解能で温度を測定できるので、従来方法に比べて安価に広範囲の温度の測定・管理が可能になる。
【0039】
また、各温度測定用パイプ12の光ファイバ10aが光合分波器11を介してツリー状に接続されていることにより、いずれかの光ファイバ10aが断線してもそれ以外の光ファイバ10aが布設された測温管8で地盤Gの温度を測定・管理することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバにより温度を線状に測定できるので、地中環境の温度を広範囲にかつ精度良く測定できる。
【0041】
更に、温度計の構造を簡単にできるので、地中環境の温度管理を安価で行えるシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す光ファイバ式温度計の概略図である。
【図2】図1の温度測定用パイプの拡大図である。
【図3】本発明の他の実施の形態を示す光ファイバ式温度計の概略図である。
【図4】洞道の周りに配置された測温管の概略図である。
【図5】図4の測温管内に挿入される従来の温度計の概略図である。
【符号の説明】
7 検出装置
8 測温管
10 光ファイバ
H 洞道
F 内壁
G 地盤
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中環境温度を測定するための温度計及びそれを用いた凍結工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、トンネルなど洞道を掘削する際に用いられる工法の一つに、洞道となる部分に沿って地盤を凍結させ、その凍結した地盤の温度を測定・管理しながら掘削して洞道を形成する凍結工法が知られている。
【0003】
この凍結工法により洞道を形成するに際しては、地中環境の温度を広範囲にかつ高精度で測定する必要があり、図4に示すような洞道hの内壁fから地盤gに向かって放射状に配置された複数本の測温管1内に温度計(図示せず)を設置している。
【0004】
図5に示すように、従来の温度計は、測温管1の長手方向に布設され、ある一定の必要とする距離分解能ごとに白金抵抗体2が設けられた白金抵抗体用ケーブル4と、この白金抵抗体用ケーブル4と接続されたデータロガー5とで構成されている。
【0005】
この温度計により、常時、各白金抵抗体2で温度を測定し、データロガー5で温度変化を測定することにより、地中環境の温度が管理されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白金抵抗体2を用いた温度計は、精度の良い温度計として知られているが、白金抵抗体2は点としての温度の測定しかできないことから、広範囲の温度を測定するには多数の白金抵抗体2が必要になると共に、これらの白金抵抗体2を布設するための工事費用も増加し、金額的負担が増大するという問題がある。
【0007】
さらに、従来の温度計は、点としての精度には優れたものがあるが、白金抵抗体2自体から位置が離れるにつれ、その位置の温度を推測して求める必要があり、面としての温度管理が難しいという問題がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、地中環境の温度を広範囲に精度良くかつ安価で測定できると共に、温度管理が容易な温度計及びそれを用いた凍結工法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えたものである。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1の構成に加え、光ファイバは、所定ピッチで螺旋状に溝が形成されたパイプ芯の溝内に収容されているものである。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の構成に加え、光ファイバ同士が直列接続された1本で形成されているものである。
【0012】
請求項4の発明は、洞道となる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤の温度を測定・管理して洞道を形成する凍結工法において、温度計として、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えた温度計を使用する方法である。
【0013】
すなわち、本発明は、従来より凍結工法に用いてきた測温管内に、距離分解能を向上させるために、例えば測温管の外径が80mmの場合、長手方向に50cm当たり5m程度の光ファイバが螺旋状に等間隔で布設される構造の温度測定用パイプが設けられたものである。
【0014】
また、本発明は、一つの測温管内にその測温管の長さより長い光ファイバが螺旋状に布設されていると共に、同時に複数の測温管を用いて温度測定できる構造になっている。
【0015】
上記構成によれば、検出装置から出力された光信号は、広範囲に螺旋状に布設された光ファイバを通過し、温度変化に応じて波長が変化した後、再び検出装置に入力される。検出装置では、所望の位置における光信号の波長変化から温度が測定される。これにより、広範囲の温度分布を精度良く測定することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0017】
図1に本発明にかかる光ファイバ式温度計の概略を示す。
【0018】
図1に示すように、光ファイバ式温度計は、洞道Hの内壁Fから地盤Gに向かって放射状に配置された複数の測温管8内にそれぞれ挿入された温度測定用パイプ6と、それらの温度測定用パイプ6に設けられた光ファイバ10と接続され各温度測定用パイプ6の光ファイバ10に光信号を出力し戻ってきた光信号の波長変化から温度を検出する検出装置7とを有する。
【0019】
本実施の形態のように、複数の測温管8を用いて広範囲の温度を測定する必要がある場合、各測温管8内に挿入された温度測定用パイプ6の光ファイバ10同士が直列に接続されて一筆書き状に布設される。
【0020】
図2に温度測定用パイプの拡大図を示す。
【0021】
図2に示すように、温度測定用パイプ6は、光ファイバ10と、その光ファイバ10の距離分解能を向上させると共に測温管内に容易に挿入させるため、光ファイバ10を螺旋状に保持するパイプ芯9とで構成されている。
【0022】
このパイプ芯9は、その外周に、所望の距離分解能に対応したピッチ、例えば測温管の外径が80mmの場合、長手方向に50cm当たりほぼ等間隔で5mの光ファイバ10を収容する収容溝10gが螺旋状に形成されている。
【0023】
次に、本発明にかかる凍結工法を光ファイバ式温度計の作用と共に説明する。
【0024】
凍結工法により洞道を形成するに際しては、洞道Hとなる部分に沿って複数の凍結管用孔(図示せず)を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管(図示せず)をそれぞれ挿入する。そして、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤Gを凍結させ、得られた凍土の洞道Hとなる部分を掘削する。
【0025】
凍土を掘削するに際しては、凍結した地盤Gの温度を測定し、管理しながら行う。
【0026】
具体的には、図1に示したように、洞道Hの内壁から地盤Gに向かって放射状に複数の測温管8を埋設し、各測温管8内に温度測定用パイプ6を挿入する。
【0027】
そして、検出装置7から光ファイバ10に光信号を出力し、戻ってきた光信号の波長変化を検出し、各測温管8の温度を測定する。
【0028】
このようにして、常時、洞道Hの周囲の地盤温度を測定し凍結度合を管理しながら洞道Hを掘削することにより、地盤Gを安定に保持しながら洞道Hを形成することができる。
【0029】
以上説明したように、従来の温度計では白金抵抗体間の領域の温度を計算で推測することでしか調べることは不可能であったが、本発明は、測温管8の内面に沿って螺旋状に光ファイバ10を布設することで、光ファイバ式温度計の温度測定可能な距離を圧倒的に長くできるため、ほぼ測温管8の内面全体の温度分布を精度良く測定することが可能になる。
【0030】
更に、一台の光ファイバ式温度計で複数の測温管8を管理することができ、従来方法に比べて安価に広範囲の温度を管理することができる。
【0031】
また更に、複数の測温管8内に直列に温度測定用パイプ6を設けることにより、一本の光ファイバ10と一台の検出装置7とで広範囲の温度を測定できるシステムを構築できる。
【0032】
また、本発明は、工事開始後、洞道Hの内壁Fに沿って螺旋状又は直線状に光ファイバ10を布設することにより、洞道Hの内壁F全体の温度を監視することも可能である。
【0033】
次に、本発明の他の実施の形態について述べる。
【0034】
図3に本発明の他の実施の形態として光ファイバ式温度計の概略を示す。
【0035】
図3に示すように、この光ファイバ式温度計は、洞道Hの内壁Fから地盤Gに向かって放射状に配置された複数の測温管8内にそれぞれ挿入された温度測定用パイプ12と、所定の波長の光信号を出力し戻ってきた光信号の波長を検出し、それら光信号の波長変化から温度を測定する検出装置7とで主に構成されている。
【0036】
さらに、この実施の形態にあっては、各温度測定用パイプ12に設けられた光ファイバ10aと検出装置7との間に、その検出装置7から出力された光信号を複数の異なる波長に分波して各光ファイバ10aに出力すると共に、各光ファイバ10aから戻ってきた複数の異なる波長の光信号を合波して検出装置7に入力させる光合分波器11が接続されている。
【0037】
図示されていないが、この光ファイバ10aは、図1に示した光ファイバ式温度計と同様に、距離分解能を向上できるように、所望の距離分解能に対応したピッチ、例えば測温管8の外径が80mmの場合、長手方向に50cm当たりほぼ等間隔で5mの長さで、パイプ芯の収容溝内に螺旋状に収容されて布設されている。
【0038】
このように構成することにより、上述した図1の実施の形態と同様に、一台の光ファイバ式温度計で複数の測温管8を管理することができると共に、所望の距離分解能で温度を測定できるので、従来方法に比べて安価に広範囲の温度の測定・管理が可能になる。
【0039】
また、各温度測定用パイプ12の光ファイバ10aが光合分波器11を介してツリー状に接続されていることにより、いずれかの光ファイバ10aが断線してもそれ以外の光ファイバ10aが布設された測温管8で地盤Gの温度を測定・管理することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバにより温度を線状に測定できるので、地中環境の温度を広範囲にかつ精度良く測定できる。
【0041】
更に、温度計の構造を簡単にできるので、地中環境の温度管理を安価で行えるシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す光ファイバ式温度計の概略図である。
【図2】図1の温度測定用パイプの拡大図である。
【図3】本発明の他の実施の形態を示す光ファイバ式温度計の概略図である。
【図4】洞道の周りに配置された測温管の概略図である。
【図5】図4の測温管内に挿入される従来の温度計の概略図である。
【符号の説明】
7 検出装置
8 測温管
10 光ファイバ
H 洞道
F 内壁
G 地盤
Claims (4)
- 洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、該光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させて該光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えたことを特徴とする温度計。
- 上記光ファイバは、所定ピッチで螺旋状に溝が形成されたパイプ芯の上記溝内に収容されている請求項1に記載の温度計。
- 上記光ファイバ同士が直列接続されて1本で形成されている請求項1又は2に記載の温度計。
- 洞道となる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に上記地盤の温度を測定・管理して上記洞道を形成する凍結工法において、上記温度計として、上記洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、該光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させて該光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えた温度計を使用することを特徴とする凍結工法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002189074A JP2004028935A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 温度計及びそれを用いた凍結工法 |
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JP2002189074A JP2004028935A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 温度計及びそれを用いた凍結工法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004028935A true JP2004028935A (ja) | 2004-01-29 |
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Family Applications (1)
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JP2002189074A Pending JP2004028935A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 温度計及びそれを用いた凍結工法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2004028935A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102353472A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-02-15 | 同济大学 | 盾构壳体温度场监测系统 |
CN103115697A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 安徽理工大学 | 光纤温度传感检测冻结孔纵向温度的方法 |
JP2017096680A (ja) * | 2015-11-19 | 2017-06-01 | 鹿島建設株式会社 | 光ファイバー温度測定装置、及びそれを用いた測温管の温度測定方法 |
JP2019045221A (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-22 | 横河電機株式会社 | 光ファイバセンサ測定ユニット |
JP2020041405A (ja) * | 2018-09-05 | 2020-03-19 | 前田建設工業株式会社 | 凍結地盤の評価方法、及び凍結地盤の評価装置 |
-
2002
- 2002-06-28 JP JP2002189074A patent/JP2004028935A/ja active Pending
Cited By (5)
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