JP2004251678A - 変位角測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】構造物に簡単に取り付けることができ、複雑な構成など必要なく、継続的に構造物の層間変位角を測定できる変位角測定装置を提供する。
【解決手段】構造物１に備えた第１発光ダイオード２と第２発光ダイオード３から照射される照射光２ａ，３ａを第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ｂ，第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ｂで検出し、照射光２ａ，３ａの移動量からパソコン７を用いて高精度で簡単に構造物１の層間変位角を導出する。
【選択図】 図３
【解決手段】構造物１に備えた第１発光ダイオード２と第２発光ダイオード３から照射される照射光２ａ，３ａを第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ｂ，第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ｂで検出し、照射光２ａ，３ａの移動量からパソコン７を用いて高精度で簡単に構造物１の層間変位角を導出する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や風等によるビルや橋や鉄塔等の変位角を測定する変位角測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、免震構造を備えた構造物、放送や送電等に利用される鉄塔、原子力発電所等の実構造物の耐震壁や鉄骨架構等の構造物は、変形量を測定することで構造物の耐震性能や健全性等の確認を行っている。このような構造物の耐震性能や健全性を確認するために変形量を測定する方法は、複数の加速度計を構造物に取り付けて振動性状を計測する方法や、ビル等の構造物の壁面に水平変位の測定を行う基準側線を水平に張設し、この基準側線の変位を光学式センサや過電流変位センサ等の非接触型検出センサを用いて、構造物の水平方向の変位の測定を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２９１７２号公報（全頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の加速度計を構造物に設置しても、直接的に、変位角を測定して耐震性能・健全性を確認することができないという問題があった。また、ビル等の構造物の壁面の水平変位の測定を行うだけでは、構造物の変位角を測定することができないという問題があった。
【０００５】
そこで、構造物の変位角を測定するために、構造物に簡単に取り付けることができ、複雑な構成など必要なく、継続的に構造物の変位角を測定できる変位角測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の変位角測定装置は構造物の所定の変位計測位置の変位角を測定する変位角測定装置であって、前記構造物の測定点に備えた第１光照射手段と、前記測定点に対して基準となる基準点に備えた第２光照射手段と、前記第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段と、前記第２光照射手段の照射光を検出する第２光検出手段と、前記第１光検出手段と第２光検出手段で検出された前記照射光から前記構造物の変位角を導出する解析手段とを備え、前記第１光検出手段と第２光検出手段は、同一の設置点に設けられ、前記解析手段は、前記測定点と前記設置点と前記基準点とのなす角を変位前と変位後で比較して、前記構造物の変位角を導出することを特徴とする。
なお、測定点とは、構造物の変位，変位角を測定する場所であり、例えば、ビルなどの構造物に対しては、構造物の鉛直方向の一部を測定点として、測定点の基準を、構造物の水平方向又は水平方向の延長上を測定点の基準とすることが好ましい。
【０００７】
本発明の変位角測定装置によれば、構造物の変位角を測定したい測定点に第１光照射手段を固定し、この測定点の基準となる基準点に第２光照射手段を固定すると共に、第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段及び第２光照射手段の照射光を検出する第２光検出手段を用いて構造物の変位量を測定し、この変位量から解析手段を用いることで、振動や地震による構造物の測定点の変位角を正確に導出することができる。また、第１光照射手段と第２照射手段は、同一設置点に固定されている。なお、例えば、ビルなどの構造物の測定点の基準は、構造物の底面に第２照射手段を備えるか、構造物の底面（水平方向）の延長上を測定点の基準として第２光照射手段を備えることで、地震や風によって生じたビル等の構造物の変位角を正確に測定することができる。また、鉄塔などの構造物は、地面に第２光照射手段を備えることで、鉄塔などの構造物の変位角を正確に測定することができる。
【０００８】
また、前記第１光照射手段は、前記構造物の鉛直方向の側面の一部に備えられ、前記第２光照射手段は、前記構造物の水平方向の底面の一部に備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の変位角測定装置によれば、構造物の鉛直方向の側面の一部に第１光照射手段を固定し、構造物の水平方向の底面の一部に第２光照射手段を固定し、第１光照射手段と第２光照射手段の照射光を同時に検出できる位置に検出手段を固定することで、変形前に構造物の光検出手段で検出された照射光と、構造物の変形後に光検出手段で検出された照射光の移動量を導出し、解析手段を用いて構造物の変位角を測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る変位角測定装置の一実施形態について、適宣図面を参照して説明する。なお、一実施の形態において、地表面を測定点の基準として構造物の層間変形角を測定している。参照する図面において、図１は、本実施形態に係る変位角測定装置を構造物に備えた状態を示す構成図である。図２（ａ）は、変位角測定装置の構成を示す装置図であり、図２（ｂ）は、第１ＰＳＤセンサと第２ＰＳＤセンサを固定した状態を示す側面図である。図３は、構造物が変位した状態を示す模式図である。図４（ａ）は、構造物の層間変位角を示す模式図であり、図４（ｂ）は、構造物の鉛直方向の変位角を示す模式図であり、図４（ｃ）は、構造物の水平方向の変位角を示す模式図である。図５（ａ）は、構造物の２階より上層階に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図であり、図５（ｂ）は、３階より上層階の層間変位角を測定する状態を示す模式図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示した構造物の層間変位角の鉛直方向及び水平方向の成分を示す模式図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態を示す側面図である。図７（ａ）は、鉄塔に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図であり、図７（ｂ）は、鉄塔が変形した状態を示す構成図であり、図７（ｃ）は、鉄塔と共にＰＳＤセンサが変位した状態を示す模式図であり、図７（ｄ）は、図７（ｃ）で計測される変位角を示した模式図である。
【００１１】
まず、本発明に係る変位角測定装置Ｓの構成について、図１を参照して説明する。
本発明の実施の形態に係る変位角測定装置Ｓは、図１に示すように、構造物１に備えられた第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３と、第１発光ダイオード２の照射光を検出する第１ＰＳＤセンサ４と、第２発光ダイオード３の照射光を検出する第２ＰＳＤセンサ５と、この第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５の動作を制御する制御装置６と、この第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５で検出されたデータを解析するコンピュータ７（以下、パソコン７と示す）等を備えて構成されている。
【００１２】
第１発光ダイオード２は、構造物１の鉛直方向の側面１ａの端部、即ち、構造物１の最上部付近を層間変位角の測定点とし、外壁の側面１ａに固定されている。この第１発光ダイオード２から照射される照射光２ａは、第１ＰＳＤセンサ４で検出できるように光軸が調節されている。なお、第１発光ダイオード２の固定位置は、構造物１の層間変位角を測定したい位置（測定点）に取り付けることができる。
【００１３】
また、第２発光ダイオード３は、構造物１の水平方向の底部１ｂの近傍の外壁の端部に、即ち、第１発光ダイオード２を設けた測定点に対して、基準となる底部１ｂに第２発光ダイオード３が固定されている。この第２発光ダイオード３から照射される照射光３ａは、第２ＰＳＤセンサ５で検出できるように光軸が調節されている。また、第２発光ダイオード３の固定位置は、構造物１の水平方向の延長上の任意の位置に固定してもよい。
【００１４】
この第１ＰＳＤセンサ４は、構造物１の鉛直方向（高さ方向）に備えた第１発光ダイオード２からの照射光２ａを検出できるように、通常時において第１発光ダイオード２の直下に配置されている。
【００１５】
また、第２ＰＳＤセンサ５は、構造物１の水平方向に備えられた第２発光ダイオード３からの照射光３ａを検出できるように、通常時において第２発光ダイオード３と第２ＰＳＤセンサ５が水平になるように配置されている。なお、第２発光ダイオード３と第２ＰＳＤセンサ５の配置が固定点であれば、水平でなくてもよい。
【００１６】
また、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５は、外れないように一体型に固定されると共に、この一体型に固定された第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５は、底面１ｂにしっかりと固定されている。
【００１７】
ここで、鉛直方向の基準線は、通常時において、第１発光ダイオード２と第１光検出手段４を結ぶ線を鉛直方向の基準線とし、水平方向の基準線は、通常時おいて、第２発光ダイオード３と第２光検出手段５を結ぶ線を水平方向の基準線としており、前記鉛直方向の基準線と水平方向の基準線は交差するように配置されている。また、この直交する交点に第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５が設置されている。なお、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５は、半導体位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）といい、スポット状の光の位置を高精度で測定できる非接触型センサの一種である。なお、鉛直方向の基準線と水平方向の基準線は、直交するように配置することにより、簡単に構造物１の層間変位角を測定することができる。
【００１８】
次に、第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３と、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５を用いた変位角測定装置Ｓの原理について、図２を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、まず、第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３を発光させ、第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５でスポット状の光の位置（光の重心位置）を検出する。そして、第１発光ダイオード２と第２発光ダイオード３の位置が移動すると、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５でスポット状の光の移動が検出され、第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３が移動した移動量を第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５を用いて測定する。そして、この移動量をパソコン７の解析手段で解析することで、層間変位角を高精度で簡単に導出することができる。なお、本発明に実施形態において、図２（ｂ）に示すように、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５を固定し、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５は衝撃などを与えても外れないように構成されている。
【００２０】
次に、このような変位角測定装置Ｓを用いて構造物１が変形した時の層間変位角の導出方法について図面を用いて詳細に説明をする。
まず、予め、図１に示すような構造物１に歪みなどが生じていない状態から、図３に示すように地震等の振動によって構造物１に変形や変位が生じた場合、変位角測定装置Ｓを用いて層間変位角の測定方法について説明する。
【００２１】
構造物１の層間変位角の測定方法としては、図４（ａ）に示すように、変形前の構造物１の鉛直方向（側面１ａ）及び水平方向（底面１ｂ）の基準線の間の角度をαとする。また、地震や風等によって変形した構造物１の側面１ｃ及び底面１ｄの間の角度をβとする。このとき、変形した構造物１の側面１ｃは、構造物１の変形前の側面１ａが鉛直方向の基準線に対してθ２だけ傾いたものである。また、変形した構造物１の底面１ｄは、構造物１の変形前の底面１ｂが水平方向の基準線に対してθ１だけ傾いたものである。
【００２２】
このとき、図４（ａ）に示すように、α―θ２＝β―θ１と表すことができ、θ２−θ１＝α―βと変形すると、地震や風等によって変形した構造物１の層間変形角α―βをθ２とθ１の差で算出することができる。
【００２３】
まず、θ２を導出する方法について説明する。図４（ｂ）に示すように、構造物１に備えた第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３から照射された照射光が直交する位置を点ａ（第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の設置位置）とし、この点ａから第１発光ダイオード２の照射面２ｂを結ぶ点を点ｉとし、点ａから点ｉまでの辺ａｉの長さをＹ２とする。また、第１発光ダイオード２から照射された光が第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ａで検出される点を点ｇとし、点ａから点ｇまでの長さをＹ１とする。
【００２４】
また、辺ａｈは、辺ａｉに対してθ２傾くことで移動した辺であり、点ｈは、辺ａｉがθ２傾くことによって点ｉが動いた点である。また、点ｈから辺ａｉに下ろしたときの垂線の辺ｈｉの長さをＸ２とする。同様に、点ｆは、点ｇがθ２傾いた点であり、この辺ｆｇの長さをＸ１とする。なお、三角形（以下、△と示す）ａｉｈと△ａｇｆは、∠ａｉｈ＝∠ａｇｆ＝９０度、∠ｈａｉ＝∠ｆａｇ＝θ２であり、相似の関係である。
【００２５】
このとき、△ａｉｈからθ２を求めると、ｔａｎθ２＝Ｘ２／Ｙ２であり、θ２＝ｔａｎ−１（Ｘ２／Ｙ２）と表すことができる。Ｘ２は、△ａｉｈと△ａｇｆとの相似の関係から導き出すことができる。なお、Ｙ２，Ｙ１の長さは一定であり、辺ｆｇの長さＸ１は、辺ａｉがθ２傾くことで、第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ａで検出されるスポット光の移動量を測定することで導出することができる。即ち、△ａｉｈと△ａｇｆとの間で相似の関係を用いると、△ａｉｈ：△ａｇｆ＝Ｘ２：Ｙ２＝Ｘ１：Ｙ１と表すことができ、これから、Ｘ２＝Ｘ１Ｙ２／Ｙ１という関係式が成立する。
【００２６】
以上より、辺ａｇの長さＹ１，辺ａｉの長さＹ２，辺ｆｇの長さ（第１ＰＳＤセンサ４で検出される光の移動量）Ｘ１は定数であり、簡単にＸ２を導出することができる。その結果、簡単にθ２を算出することができる。
【００２７】
次に、θ１を導出する方法について説明する。θ１を導出するためには、図４（ｃ）に示すように、点ａから第２発光ダイオード３の照射面３ｂを結ぶ点を点ｅとし、点ａから点ｅまでの辺ａｅの長さをＸ４とする。また、第２発光ダイオード３から照射された光が第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ａで検出される点を点ｃとし、点ａから点ｃまでの辺ａｃの長さをＸ３とする。なお、点ａはθ２を導出する際に定義した点と同様である。
【００２８】
また、辺ａｄは、辺ａｅに対してθ１傾くことで移動した辺であり、点ｄは、辺ａｅがθ２傾くことによって点ｅが動いた点である。また、点ｄから辺ａｅに下ろした垂線辺ｄｅの長さをＹ４とする。同様に、点ｂは、点ｃがθ１傾くことで動いた点であり、この辺ｂｃの長さをＹ３とする。なお、△ａｅｄと△ａｃｂは、∠ａｅｄ＝∠ａｃｂ＝９０度，∠ｄａｅ＝∠ｂａｃ＝θ１であり、相似の関係である。
【００２９】
このとき、△ａｅｄからθ１を求めると、ｔａｎθ１＝Ｙ４／Ｘ４であり、θ１＝ｔａｎ−１（Ｙ４／Ｘ４）と表すことができる。Ｙ４は、△ａｅｄと△ａｃｄとの相似の関係から導き出すことができる。また、Ｘ３，Ｘ４の長さは定数であり、辺ｂｃの長さＹ３は、辺ａｅがθ１傾くことによって、第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ａに検出されるスポット光の移動量を測定することで導出することができる。即ち、△ａｅｄと△ａｃｂとの間で相似の関係を用いると、△ａｅｄ：△ａｃｂ＝Ｘ４：Ｙ４＝Ｘ３：Ｙ３と表すことができ、これから、Ｙ４＝Ｘ４Ｙ３／Ｘ４という関係式が成立する。
【００３０】
以上より、辺ａｃの長さＸ３，辺ａｅの長さＸ４，辺ｂｃの長さ（第２ＰＳＤセンサ５で検出される光の移動量）Ｙ３，は定数であり、簡単にＹ４を導出することができる。その結果、簡単にθ１を算出することができる。
【００３１】
これより、構造物１の層間変位角のα−β＝θ２−θ１は、α−β＝ｔａｎ−１（Ｘ２／Ｙ２）−ｔａｎ−１（Ｙ４／Ｘ４）と表すことができる。この層間変位角のα―βを、パソコン７等を用いて計算するだけで、構造物１の層間変位角を簡単に算出することができる。
【００３２】
この結果、構造物１に備えた第１発光ダイオード２と第２発光ダイオード３から照射される照射光２ａ，３ａを第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ｂ，第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ｂで検出し、照射光２ａ，３ａの移動量からパソコン７を用いて高精度で簡単に構造物１の層間変位角を簡単に導出することができる。
【００３３】
また、変位角測定装置Ｓは、継続的に層間変位角の測定及び測定結果の一時保管を行い、地震が生じたときに地震波を検知して、それをトリガとしてパソコン７が構造物１の層間変位角のデータを保存するような構成にすることで、地震時の層間変位角のデータを時刻歴データとして得ることができる。
【００３４】
特に、一組の発光ダイオードとＰＳＤセンサの組み合わせでだけで構造物１の変位角を測定すると、即ち、例えば、第１ＰＳＤセンサ４と第１発光ダイオード２だけの組み合わせで測定すると、ＰＳＤセンサ４が地震や風等によって固定した角度が移動すると、構造物１に地震や風による変形が生じていなくても、構造物１が変形したと判断してしまうおそれがある。しかし、第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５を互いに固定し、第１発光ダイオード２，第２発光ダイオード３を用いて構造物１の層間変位角を測定することで、ＰＳＤセンサの固定した角度が移動することでおこる影響を受けることなく、構造物１の層間変位角を高精度に測定することができる。
【００３５】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００３６】
例えば、本実施の形態では、構造物１の底部１ｂを変位角測定における測定点の基準として構造物１の層間変位角を求めるように記載したが、図５（ａ）に示すように、構造物１の３階床を変位角測定における測定点の基準とし、この構造物１の３階より上の階の地震や風等の影響による層間変位角を、変位角測定装置Ｓを用いて測定するようにしてもよい。
【００３７】
このような場合、例えば、図５（ｂ）に示すように地震等で構造物１の３階以上の構造物１が傾いた場合の層間変位角は、図５（ｃ）に示すように、θ４−θ３＝α１−β１と表すことができる。このθ３，θ４は、前記実施形態で示した方法と同様の手順で導出するができる。
【００３８】
この結果、構造物１の３階より上の階の層間変位角を簡単に求めることができる。
【００３９】
また、図６（ａ）に示すような鉄橋９において、スパン中途部のたわみ角（変位角）を測定する場合であっても、鉄橋９の一端部の固定部に配置したＰＳＤセンサ１０と、他端部の固定部（測定点に対する基準）に第２発光ダイオード１２を配置すると共に、この鉄橋９の中央部分に第１発光ダイオード１１（測定点）を備える構成にすることで、この鉄橋９に地震等の揺れが発生した場合、たわみ角を測定することができる。例えば、図６（ａ）で示した鉄橋９が地震等によって、図６（ｂ）に示すように中央部が下方に変位した場合、第１発光ダイオード１１，第２発光ダイオード１２，ＰＳＤセンサ１０を用いて、鉄橋９のたわみ角θ７を測定することができる。
【００４０】
この鉄橋９のたわみ角θ７の導出方法は、図６（ｃ）に示すように、ＰＳＤセンサ１０は、第１発光ダイオード１１と第２発光ダイオード１２に対して兼用して測定を行い、第１発光ダイオード１１を固定している測定点に対して基準となる位置に設けられたＰＳＤセンサ１０及び第２発光ダイオード１２を利用して、鉄橋９の第２発光ダイオード１２が備えられている部分の変位角θ５を測定する。また、ＰＳＤセンサ１０を用いて、鉄橋９の第１発光ダイオード１１が備えられている部分の変位角θ６を測定する。そして、鉄橋９の中央部分の変位角θ６から鉄橋９の第２発光ダイオード１２が備えられている変位角θ５を引くことで、鉄橋９のスパン中途部のたわみ角θ７を導出することができる。なお、鉄橋９の第１発光ダイオード１１の固定位置（測定点）を変えることで、たわみ角を測定する場所を自由に選択することができる。
【００４１】
また、例えば、図７（ａ）に示すような鉄塔１３の変位角及び変位量を測定するための変位角測定装置Ｓは、鉄塔１３の最高部Ｔに備えた第１発光ダイオード２と、地面（測定点に対して基準となる位置）に固定された第２発光ダイオード３と、第１発光ダイオード２の直下の地面に備えられ、第１発光ダイオード２からの照射光を検出する第１ＰＳＤセンサ４と、第１ＰＳＤセンサ４と同じ場所に第２発光ダイオード３からの照射光を検出できる第２ＰＳＤセンサ５と、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５で検出した照射光から変位角を導出するパソコン（図示なし）等を備えて構成されている。
【００４２】
このような変位角測定装置Ｓを備えた鉄塔１３の変位角の測定方法は、鉄塔１３の最高部Ｔが地震や風等の影響で、図７（ｂ）に示すように、鉄塔１３のように変形した場合でも、第１ＰＳＤセンサ４で検出される第１発光ダイオード２の光の移動量を求めることで、前記実施形態と同様の方法で、鉄塔１３が変形したときの変位角を簡単に導出することができる。
【００４３】
次に、鉄塔１３が地震や風等の影響で図７（ｃ）に示す鉄塔１３のように変形し、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定している位置が移動した場合について図７（ｃ）を用いて詳細に説明する。
【００４４】
図７（ｃ）に示すように、地震や風等によって鉄塔１３の変形が生じるのと同時に、第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５の固定角度が変化しても、鉄塔１３の水平方向の変位角を測定するために、第２発光ダイオード３と第２ＰＳＤセンサ５を備えてあるので、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定角度が変化することで生じる変位角を補正し、地震や風等による鉄塔１３の正確な変位角を測定することができる。
【００４５】
その結果、鉄塔１３の変形と同時に第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５を設置している地面が傾き、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定位置が変わってしまった場合でも、地震や風等による鉄塔１３の最高部Ｔの変位角を求めることができる。図７（ｄ）に示すように、変形前の鉄塔１３に対して変形後の鉄塔１３で測定される変位角θ９と、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定箇所が移動することによって生じる変位角θ８を求める。そして、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定箇所が移動することで生じる変位角θ８を補正することで、鉄塔１３の変形後の正確な変位角θ１０を求めることができる。つまり、変位後の鉄塔１３の変位角は、θ８＋θ９＝θ１０として求めることができる。なお、変位角θ８，θ９を求めるには、前記実施形態に記載した方法と同様の導出方法を用いることで算出することができる。
【００４６】
なお、一例として、図７（ｃ）に示すような鉄塔１３と第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５が同じ方向に傾く形で示したが、傾く方向が同一方向でもなくても鉄塔１３の変位角を高精度に求めることができる。
【００４７】
また、一実施形態の光照射装置として、発光ダイオードを用いたが、レーザーのような指向性の高い光線を用いるように構成しても同様の効果を得ることができる。なお、鉄塔や高層ビル等の構造物の変位角測定を行う際には、光照射装置にレーザーを用いることで構造物の高さ等の影響を受けることなく測定を行うことができる。
【００４８】
また、変位角測定装置Ｓに通信手段などを備える構成にすることで、遠隔地であっても構造物１や鉄橋９や鉄塔１３等の構造物の変形や変位の状態を継続的に確認することができる。例えば、山間部に建設されている高圧電線などの鉄塔に変位角測定装置Ｓを備えることで、現地に行かなくても遠隔地で鉄塔の変位や変形等の状況を瞬時に計測することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の変位角測定装置によれば、構造物の変位角を測定する測定点に第１光照射手段を備えると共に、この測定点に対して基準となる位置に第２光照射手段を備え、この第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段と第２光照射手段からの照射光を検出する第２光検出手段を備える構成にし、この第１光検出手段と第２光検出手段とで検出される照射光の変位量を、解析手段を用いて導出することで、地震や風等の影響によって変形又は変位した構造物の層間変位角を簡単に高精度の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る変位角測定装置を構造物に備えた状態を示す構成図である。
【図２】（ａ）は、変位角測定装置の構成を示す装置図である。
（ｂ）は、第１ＰＳＤセンサと第２ＰＳＤセンサを固定した状態を示す側面図である。
【図３】構造物が変位した状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、構造物の層間変位角を示す模式図である。
（ｂ）は、構造物の鉛直方向の変位角を示す模式図である。
（ｃ）は、構造物の水平方向の変位角を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、構造物の２階より上層階に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図である。
（ｂ）は、２階より上層階の層間変位角を測定する状態を示す模式図である。
（ｃ）は、 図５（ｂ）に示す構造物の層間変位角の鉛直方向及び水平方向の成分を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態を示す側面図である。
【図７】（ａ）は、鉄塔に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図である。
（ｂ）は、鉄塔が変形した状態を示す構成図である。
（ｃ）は、鉄塔と共にＰＳＤセンサが変位した状態を示す模式図である。
（ｄ）は、図７（ｃ）で計測される変位角を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 構造物
１ａ ・・・ 側面
１ｂ ・・・ 底面
２ ・・・ 第１発光ダイオード（第１光照射手段）
２ａ ・・・ 照射光
２ｂ ・・・ 照射面
３ ・・・ 第２発光ダイオード（第２光照射手段）
３ａ ・・・ 照射光
３ｂ ・・・ 照射面
４ ・・・ 第１ＰＳＤセンサ
４ａ ・・・ 検出部
５ ・・・ 第２ＰＳＤセンサ
５ａ ・・・ 検出部
６ ・・・ 制御装置
７ ・・・ パソコン（解析手段）
９ ・・・ 鉄橋
１０ ・・・ ＰＳＤセンサ
１１ ・・・ 第１発光ダイオード
１２ ・・・ 第２発光ダイオード
１３ ・・・ 鉄塔
１４ ・・・ 発光ダイオード
Ｓ ・・・ 変位角測定装置
Ｔ ・・・ 最高部
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や風等によるビルや橋や鉄塔等の変位角を測定する変位角測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、免震構造を備えた構造物、放送や送電等に利用される鉄塔、原子力発電所等の実構造物の耐震壁や鉄骨架構等の構造物は、変形量を測定することで構造物の耐震性能や健全性等の確認を行っている。このような構造物の耐震性能や健全性を確認するために変形量を測定する方法は、複数の加速度計を構造物に取り付けて振動性状を計測する方法や、ビル等の構造物の壁面に水平変位の測定を行う基準側線を水平に張設し、この基準側線の変位を光学式センサや過電流変位センサ等の非接触型検出センサを用いて、構造物の水平方向の変位の測定を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２９１７２号公報（全頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の加速度計を構造物に設置しても、直接的に、変位角を測定して耐震性能・健全性を確認することができないという問題があった。また、ビル等の構造物の壁面の水平変位の測定を行うだけでは、構造物の変位角を測定することができないという問題があった。
【０００５】
そこで、構造物の変位角を測定するために、構造物に簡単に取り付けることができ、複雑な構成など必要なく、継続的に構造物の変位角を測定できる変位角測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の変位角測定装置は構造物の所定の変位計測位置の変位角を測定する変位角測定装置であって、前記構造物の測定点に備えた第１光照射手段と、前記測定点に対して基準となる基準点に備えた第２光照射手段と、前記第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段と、前記第２光照射手段の照射光を検出する第２光検出手段と、前記第１光検出手段と第２光検出手段で検出された前記照射光から前記構造物の変位角を導出する解析手段とを備え、前記第１光検出手段と第２光検出手段は、同一の設置点に設けられ、前記解析手段は、前記測定点と前記設置点と前記基準点とのなす角を変位前と変位後で比較して、前記構造物の変位角を導出することを特徴とする。
なお、測定点とは、構造物の変位，変位角を測定する場所であり、例えば、ビルなどの構造物に対しては、構造物の鉛直方向の一部を測定点として、測定点の基準を、構造物の水平方向又は水平方向の延長上を測定点の基準とすることが好ましい。
【０００７】
本発明の変位角測定装置によれば、構造物の変位角を測定したい測定点に第１光照射手段を固定し、この測定点の基準となる基準点に第２光照射手段を固定すると共に、第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段及び第２光照射手段の照射光を検出する第２光検出手段を用いて構造物の変位量を測定し、この変位量から解析手段を用いることで、振動や地震による構造物の測定点の変位角を正確に導出することができる。また、第１光照射手段と第２照射手段は、同一設置点に固定されている。なお、例えば、ビルなどの構造物の測定点の基準は、構造物の底面に第２照射手段を備えるか、構造物の底面（水平方向）の延長上を測定点の基準として第２光照射手段を備えることで、地震や風によって生じたビル等の構造物の変位角を正確に測定することができる。また、鉄塔などの構造物は、地面に第２光照射手段を備えることで、鉄塔などの構造物の変位角を正確に測定することができる。
【０００８】
また、前記第１光照射手段は、前記構造物の鉛直方向の側面の一部に備えられ、前記第２光照射手段は、前記構造物の水平方向の底面の一部に備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の変位角測定装置によれば、構造物の鉛直方向の側面の一部に第１光照射手段を固定し、構造物の水平方向の底面の一部に第２光照射手段を固定し、第１光照射手段と第２光照射手段の照射光を同時に検出できる位置に検出手段を固定することで、変形前に構造物の光検出手段で検出された照射光と、構造物の変形後に光検出手段で検出された照射光の移動量を導出し、解析手段を用いて構造物の変位角を測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る変位角測定装置の一実施形態について、適宣図面を参照して説明する。なお、一実施の形態において、地表面を測定点の基準として構造物の層間変形角を測定している。参照する図面において、図１は、本実施形態に係る変位角測定装置を構造物に備えた状態を示す構成図である。図２（ａ）は、変位角測定装置の構成を示す装置図であり、図２（ｂ）は、第１ＰＳＤセンサと第２ＰＳＤセンサを固定した状態を示す側面図である。図３は、構造物が変位した状態を示す模式図である。図４（ａ）は、構造物の層間変位角を示す模式図であり、図４（ｂ）は、構造物の鉛直方向の変位角を示す模式図であり、図４（ｃ）は、構造物の水平方向の変位角を示す模式図である。図５（ａ）は、構造物の２階より上層階に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図であり、図５（ｂ）は、３階より上層階の層間変位角を測定する状態を示す模式図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示した構造物の層間変位角の鉛直方向及び水平方向の成分を示す模式図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態を示す側面図である。図７（ａ）は、鉄塔に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図であり、図７（ｂ）は、鉄塔が変形した状態を示す構成図であり、図７（ｃ）は、鉄塔と共にＰＳＤセンサが変位した状態を示す模式図であり、図７（ｄ）は、図７（ｃ）で計測される変位角を示した模式図である。
【００１１】
まず、本発明に係る変位角測定装置Ｓの構成について、図１を参照して説明する。
本発明の実施の形態に係る変位角測定装置Ｓは、図１に示すように、構造物１に備えられた第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３と、第１発光ダイオード２の照射光を検出する第１ＰＳＤセンサ４と、第２発光ダイオード３の照射光を検出する第２ＰＳＤセンサ５と、この第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５の動作を制御する制御装置６と、この第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５で検出されたデータを解析するコンピュータ７（以下、パソコン７と示す）等を備えて構成されている。
【００１２】
第１発光ダイオード２は、構造物１の鉛直方向の側面１ａの端部、即ち、構造物１の最上部付近を層間変位角の測定点とし、外壁の側面１ａに固定されている。この第１発光ダイオード２から照射される照射光２ａは、第１ＰＳＤセンサ４で検出できるように光軸が調節されている。なお、第１発光ダイオード２の固定位置は、構造物１の層間変位角を測定したい位置（測定点）に取り付けることができる。
【００１３】
また、第２発光ダイオード３は、構造物１の水平方向の底部１ｂの近傍の外壁の端部に、即ち、第１発光ダイオード２を設けた測定点に対して、基準となる底部１ｂに第２発光ダイオード３が固定されている。この第２発光ダイオード３から照射される照射光３ａは、第２ＰＳＤセンサ５で検出できるように光軸が調節されている。また、第２発光ダイオード３の固定位置は、構造物１の水平方向の延長上の任意の位置に固定してもよい。
【００１４】
この第１ＰＳＤセンサ４は、構造物１の鉛直方向（高さ方向）に備えた第１発光ダイオード２からの照射光２ａを検出できるように、通常時において第１発光ダイオード２の直下に配置されている。
【００１５】
また、第２ＰＳＤセンサ５は、構造物１の水平方向に備えられた第２発光ダイオード３からの照射光３ａを検出できるように、通常時において第２発光ダイオード３と第２ＰＳＤセンサ５が水平になるように配置されている。なお、第２発光ダイオード３と第２ＰＳＤセンサ５の配置が固定点であれば、水平でなくてもよい。
【００１６】
また、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５は、外れないように一体型に固定されると共に、この一体型に固定された第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５は、底面１ｂにしっかりと固定されている。
【００１７】
ここで、鉛直方向の基準線は、通常時において、第１発光ダイオード２と第１光検出手段４を結ぶ線を鉛直方向の基準線とし、水平方向の基準線は、通常時おいて、第２発光ダイオード３と第２光検出手段５を結ぶ線を水平方向の基準線としており、前記鉛直方向の基準線と水平方向の基準線は交差するように配置されている。また、この直交する交点に第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５が設置されている。なお、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５は、半導体位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）といい、スポット状の光の位置を高精度で測定できる非接触型センサの一種である。なお、鉛直方向の基準線と水平方向の基準線は、直交するように配置することにより、簡単に構造物１の層間変位角を測定することができる。
【００１８】
次に、第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３と、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５を用いた変位角測定装置Ｓの原理について、図２を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、まず、第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３を発光させ、第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５でスポット状の光の位置（光の重心位置）を検出する。そして、第１発光ダイオード２と第２発光ダイオード３の位置が移動すると、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５でスポット状の光の移動が検出され、第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３が移動した移動量を第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５を用いて測定する。そして、この移動量をパソコン７の解析手段で解析することで、層間変位角を高精度で簡単に導出することができる。なお、本発明に実施形態において、図２（ｂ）に示すように、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５を固定し、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５は衝撃などを与えても外れないように構成されている。
【００２０】
次に、このような変位角測定装置Ｓを用いて構造物１が変形した時の層間変位角の導出方法について図面を用いて詳細に説明をする。
まず、予め、図１に示すような構造物１に歪みなどが生じていない状態から、図３に示すように地震等の振動によって構造物１に変形や変位が生じた場合、変位角測定装置Ｓを用いて層間変位角の測定方法について説明する。
【００２１】
構造物１の層間変位角の測定方法としては、図４（ａ）に示すように、変形前の構造物１の鉛直方向（側面１ａ）及び水平方向（底面１ｂ）の基準線の間の角度をαとする。また、地震や風等によって変形した構造物１の側面１ｃ及び底面１ｄの間の角度をβとする。このとき、変形した構造物１の側面１ｃは、構造物１の変形前の側面１ａが鉛直方向の基準線に対してθ２だけ傾いたものである。また、変形した構造物１の底面１ｄは、構造物１の変形前の底面１ｂが水平方向の基準線に対してθ１だけ傾いたものである。
【００２２】
このとき、図４（ａ）に示すように、α―θ２＝β―θ１と表すことができ、θ２−θ１＝α―βと変形すると、地震や風等によって変形した構造物１の層間変形角α―βをθ２とθ１の差で算出することができる。
【００２３】
まず、θ２を導出する方法について説明する。図４（ｂ）に示すように、構造物１に備えた第１発光ダイオード２及び第２発光ダイオード３から照射された照射光が直交する位置を点ａ（第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の設置位置）とし、この点ａから第１発光ダイオード２の照射面２ｂを結ぶ点を点ｉとし、点ａから点ｉまでの辺ａｉの長さをＹ２とする。また、第１発光ダイオード２から照射された光が第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ａで検出される点を点ｇとし、点ａから点ｇまでの長さをＹ１とする。
【００２４】
また、辺ａｈは、辺ａｉに対してθ２傾くことで移動した辺であり、点ｈは、辺ａｉがθ２傾くことによって点ｉが動いた点である。また、点ｈから辺ａｉに下ろしたときの垂線の辺ｈｉの長さをＸ２とする。同様に、点ｆは、点ｇがθ２傾いた点であり、この辺ｆｇの長さをＸ１とする。なお、三角形（以下、△と示す）ａｉｈと△ａｇｆは、∠ａｉｈ＝∠ａｇｆ＝９０度、∠ｈａｉ＝∠ｆａｇ＝θ２であり、相似の関係である。
【００２５】
このとき、△ａｉｈからθ２を求めると、ｔａｎθ２＝Ｘ２／Ｙ２であり、θ２＝ｔａｎ−１（Ｘ２／Ｙ２）と表すことができる。Ｘ２は、△ａｉｈと△ａｇｆとの相似の関係から導き出すことができる。なお、Ｙ２，Ｙ１の長さは一定であり、辺ｆｇの長さＸ１は、辺ａｉがθ２傾くことで、第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ａで検出されるスポット光の移動量を測定することで導出することができる。即ち、△ａｉｈと△ａｇｆとの間で相似の関係を用いると、△ａｉｈ：△ａｇｆ＝Ｘ２：Ｙ２＝Ｘ１：Ｙ１と表すことができ、これから、Ｘ２＝Ｘ１Ｙ２／Ｙ１という関係式が成立する。
【００２６】
以上より、辺ａｇの長さＹ１，辺ａｉの長さＹ２，辺ｆｇの長さ（第１ＰＳＤセンサ４で検出される光の移動量）Ｘ１は定数であり、簡単にＸ２を導出することができる。その結果、簡単にθ２を算出することができる。
【００２７】
次に、θ１を導出する方法について説明する。θ１を導出するためには、図４（ｃ）に示すように、点ａから第２発光ダイオード３の照射面３ｂを結ぶ点を点ｅとし、点ａから点ｅまでの辺ａｅの長さをＸ４とする。また、第２発光ダイオード３から照射された光が第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ａで検出される点を点ｃとし、点ａから点ｃまでの辺ａｃの長さをＸ３とする。なお、点ａはθ２を導出する際に定義した点と同様である。
【００２８】
また、辺ａｄは、辺ａｅに対してθ１傾くことで移動した辺であり、点ｄは、辺ａｅがθ２傾くことによって点ｅが動いた点である。また、点ｄから辺ａｅに下ろした垂線辺ｄｅの長さをＹ４とする。同様に、点ｂは、点ｃがθ１傾くことで動いた点であり、この辺ｂｃの長さをＹ３とする。なお、△ａｅｄと△ａｃｂは、∠ａｅｄ＝∠ａｃｂ＝９０度，∠ｄａｅ＝∠ｂａｃ＝θ１であり、相似の関係である。
【００２９】
このとき、△ａｅｄからθ１を求めると、ｔａｎθ１＝Ｙ４／Ｘ４であり、θ１＝ｔａｎ−１（Ｙ４／Ｘ４）と表すことができる。Ｙ４は、△ａｅｄと△ａｃｄとの相似の関係から導き出すことができる。また、Ｘ３，Ｘ４の長さは定数であり、辺ｂｃの長さＹ３は、辺ａｅがθ１傾くことによって、第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ａに検出されるスポット光の移動量を測定することで導出することができる。即ち、△ａｅｄと△ａｃｂとの間で相似の関係を用いると、△ａｅｄ：△ａｃｂ＝Ｘ４：Ｙ４＝Ｘ３：Ｙ３と表すことができ、これから、Ｙ４＝Ｘ４Ｙ３／Ｘ４という関係式が成立する。
【００３０】
以上より、辺ａｃの長さＸ３，辺ａｅの長さＸ４，辺ｂｃの長さ（第２ＰＳＤセンサ５で検出される光の移動量）Ｙ３，は定数であり、簡単にＹ４を導出することができる。その結果、簡単にθ１を算出することができる。
【００３１】
これより、構造物１の層間変位角のα−β＝θ２−θ１は、α−β＝ｔａｎ−１（Ｘ２／Ｙ２）−ｔａｎ−１（Ｙ４／Ｘ４）と表すことができる。この層間変位角のα―βを、パソコン７等を用いて計算するだけで、構造物１の層間変位角を簡単に算出することができる。
【００３２】
この結果、構造物１に備えた第１発光ダイオード２と第２発光ダイオード３から照射される照射光２ａ，３ａを第１ＰＳＤセンサ４の検出部４ｂ，第２ＰＳＤセンサ５の検出部５ｂで検出し、照射光２ａ，３ａの移動量からパソコン７を用いて高精度で簡単に構造物１の層間変位角を簡単に導出することができる。
【００３３】
また、変位角測定装置Ｓは、継続的に層間変位角の測定及び測定結果の一時保管を行い、地震が生じたときに地震波を検知して、それをトリガとしてパソコン７が構造物１の層間変位角のデータを保存するような構成にすることで、地震時の層間変位角のデータを時刻歴データとして得ることができる。
【００３４】
特に、一組の発光ダイオードとＰＳＤセンサの組み合わせでだけで構造物１の変位角を測定すると、即ち、例えば、第１ＰＳＤセンサ４と第１発光ダイオード２だけの組み合わせで測定すると、ＰＳＤセンサ４が地震や風等によって固定した角度が移動すると、構造物１に地震や風による変形が生じていなくても、構造物１が変形したと判断してしまうおそれがある。しかし、第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５を互いに固定し、第１発光ダイオード２，第２発光ダイオード３を用いて構造物１の層間変位角を測定することで、ＰＳＤセンサの固定した角度が移動することでおこる影響を受けることなく、構造物１の層間変位角を高精度に測定することができる。
【００３５】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００３６】
例えば、本実施の形態では、構造物１の底部１ｂを変位角測定における測定点の基準として構造物１の層間変位角を求めるように記載したが、図５（ａ）に示すように、構造物１の３階床を変位角測定における測定点の基準とし、この構造物１の３階より上の階の地震や風等の影響による層間変位角を、変位角測定装置Ｓを用いて測定するようにしてもよい。
【００３７】
このような場合、例えば、図５（ｂ）に示すように地震等で構造物１の３階以上の構造物１が傾いた場合の層間変位角は、図５（ｃ）に示すように、θ４−θ３＝α１−β１と表すことができる。このθ３，θ４は、前記実施形態で示した方法と同様の手順で導出するができる。
【００３８】
この結果、構造物１の３階より上の階の層間変位角を簡単に求めることができる。
【００３９】
また、図６（ａ）に示すような鉄橋９において、スパン中途部のたわみ角（変位角）を測定する場合であっても、鉄橋９の一端部の固定部に配置したＰＳＤセンサ１０と、他端部の固定部（測定点に対する基準）に第２発光ダイオード１２を配置すると共に、この鉄橋９の中央部分に第１発光ダイオード１１（測定点）を備える構成にすることで、この鉄橋９に地震等の揺れが発生した場合、たわみ角を測定することができる。例えば、図６（ａ）で示した鉄橋９が地震等によって、図６（ｂ）に示すように中央部が下方に変位した場合、第１発光ダイオード１１，第２発光ダイオード１２，ＰＳＤセンサ１０を用いて、鉄橋９のたわみ角θ７を測定することができる。
【００４０】
この鉄橋９のたわみ角θ７の導出方法は、図６（ｃ）に示すように、ＰＳＤセンサ１０は、第１発光ダイオード１１と第２発光ダイオード１２に対して兼用して測定を行い、第１発光ダイオード１１を固定している測定点に対して基準となる位置に設けられたＰＳＤセンサ１０及び第２発光ダイオード１２を利用して、鉄橋９の第２発光ダイオード１２が備えられている部分の変位角θ５を測定する。また、ＰＳＤセンサ１０を用いて、鉄橋９の第１発光ダイオード１１が備えられている部分の変位角θ６を測定する。そして、鉄橋９の中央部分の変位角θ６から鉄橋９の第２発光ダイオード１２が備えられている変位角θ５を引くことで、鉄橋９のスパン中途部のたわみ角θ７を導出することができる。なお、鉄橋９の第１発光ダイオード１１の固定位置（測定点）を変えることで、たわみ角を測定する場所を自由に選択することができる。
【００４１】
また、例えば、図７（ａ）に示すような鉄塔１３の変位角及び変位量を測定するための変位角測定装置Ｓは、鉄塔１３の最高部Ｔに備えた第１発光ダイオード２と、地面（測定点に対して基準となる位置）に固定された第２発光ダイオード３と、第１発光ダイオード２の直下の地面に備えられ、第１発光ダイオード２からの照射光を検出する第１ＰＳＤセンサ４と、第１ＰＳＤセンサ４と同じ場所に第２発光ダイオード３からの照射光を検出できる第２ＰＳＤセンサ５と、第１ＰＳＤセンサ４及び第２ＰＳＤセンサ５で検出した照射光から変位角を導出するパソコン（図示なし）等を備えて構成されている。
【００４２】
このような変位角測定装置Ｓを備えた鉄塔１３の変位角の測定方法は、鉄塔１３の最高部Ｔが地震や風等の影響で、図７（ｂ）に示すように、鉄塔１３のように変形した場合でも、第１ＰＳＤセンサ４で検出される第１発光ダイオード２の光の移動量を求めることで、前記実施形態と同様の方法で、鉄塔１３が変形したときの変位角を簡単に導出することができる。
【００４３】
次に、鉄塔１３が地震や風等の影響で図７（ｃ）に示す鉄塔１３のように変形し、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定している位置が移動した場合について図７（ｃ）を用いて詳細に説明する。
【００４４】
図７（ｃ）に示すように、地震や風等によって鉄塔１３の変形が生じるのと同時に、第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５の固定角度が変化しても、鉄塔１３の水平方向の変位角を測定するために、第２発光ダイオード３と第２ＰＳＤセンサ５を備えてあるので、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定角度が変化することで生じる変位角を補正し、地震や風等による鉄塔１３の正確な変位角を測定することができる。
【００４５】
その結果、鉄塔１３の変形と同時に第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５を設置している地面が傾き、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定位置が変わってしまった場合でも、地震や風等による鉄塔１３の最高部Ｔの変位角を求めることができる。図７（ｄ）に示すように、変形前の鉄塔１３に対して変形後の鉄塔１３で測定される変位角θ９と、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定箇所が移動することによって生じる変位角θ８を求める。そして、第１ＰＳＤセンサ４と第２ＰＳＤセンサ５の固定箇所が移動することで生じる変位角θ８を補正することで、鉄塔１３の変形後の正確な変位角θ１０を求めることができる。つまり、変位後の鉄塔１３の変位角は、θ８＋θ９＝θ１０として求めることができる。なお、変位角θ８，θ９を求めるには、前記実施形態に記載した方法と同様の導出方法を用いることで算出することができる。
【００４６】
なお、一例として、図７（ｃ）に示すような鉄塔１３と第１ＰＳＤセンサ４，第２ＰＳＤセンサ５が同じ方向に傾く形で示したが、傾く方向が同一方向でもなくても鉄塔１３の変位角を高精度に求めることができる。
【００４７】
また、一実施形態の光照射装置として、発光ダイオードを用いたが、レーザーのような指向性の高い光線を用いるように構成しても同様の効果を得ることができる。なお、鉄塔や高層ビル等の構造物の変位角測定を行う際には、光照射装置にレーザーを用いることで構造物の高さ等の影響を受けることなく測定を行うことができる。
【００４８】
また、変位角測定装置Ｓに通信手段などを備える構成にすることで、遠隔地であっても構造物１や鉄橋９や鉄塔１３等の構造物の変形や変位の状態を継続的に確認することができる。例えば、山間部に建設されている高圧電線などの鉄塔に変位角測定装置Ｓを備えることで、現地に行かなくても遠隔地で鉄塔の変位や変形等の状況を瞬時に計測することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の変位角測定装置によれば、構造物の変位角を測定する測定点に第１光照射手段を備えると共に、この測定点に対して基準となる位置に第２光照射手段を備え、この第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段と第２光照射手段からの照射光を検出する第２光検出手段を備える構成にし、この第１光検出手段と第２光検出手段とで検出される照射光の変位量を、解析手段を用いて導出することで、地震や風等の影響によって変形又は変位した構造物の層間変位角を簡単に高精度の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る変位角測定装置を構造物に備えた状態を示す構成図である。
【図２】（ａ）は、変位角測定装置の構成を示す装置図である。
（ｂ）は、第１ＰＳＤセンサと第２ＰＳＤセンサを固定した状態を示す側面図である。
【図３】構造物が変位した状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は、構造物の層間変位角を示す模式図である。
（ｂ）は、構造物の鉛直方向の変位角を示す模式図である。
（ｃ）は、構造物の水平方向の変位角を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、構造物の２階より上層階に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図である。
（ｂ）は、２階より上層階の層間変位角を測定する状態を示す模式図である。
（ｃ）は、 図５（ｂ）に示す構造物の層間変位角の鉛直方向及び水平方向の成分を示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態を示す側面図である。
【図７】（ａ）は、鉄塔に変位角測定装置を備えた状態を示す構成図である。
（ｂ）は、鉄塔が変形した状態を示す構成図である。
（ｃ）は、鉄塔と共にＰＳＤセンサが変位した状態を示す模式図である。
（ｄ）は、図７（ｃ）で計測される変位角を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 構造物
１ａ ・・・ 側面
１ｂ ・・・ 底面
２ ・・・ 第１発光ダイオード（第１光照射手段）
２ａ ・・・ 照射光
２ｂ ・・・ 照射面
３ ・・・ 第２発光ダイオード（第２光照射手段）
３ａ ・・・ 照射光
３ｂ ・・・ 照射面
４ ・・・ 第１ＰＳＤセンサ
４ａ ・・・ 検出部
５ ・・・ 第２ＰＳＤセンサ
５ａ ・・・ 検出部
６ ・・・ 制御装置
７ ・・・ パソコン（解析手段）
９ ・・・ 鉄橋
１０ ・・・ ＰＳＤセンサ
１１ ・・・ 第１発光ダイオード
１２ ・・・ 第２発光ダイオード
１３ ・・・ 鉄塔
１４ ・・・ 発光ダイオード
Ｓ ・・・ 変位角測定装置
Ｔ ・・・ 最高部
Claims (2)
- 構造物の所定の変位計測位置の変位角を測定する変位角測定装置であって、
前記構造物の測定点に備えた第１光照射手段と、
前記測定点に対して基準となる基準点に備えた第２光照射手段と、
前記第１光照射手段の照射光を検出する第１光検出手段と、
前記第２光照射手段の照射光を検出する第２光検出手段と、
前記第１光検出手段と第２光検出手段で検出された前記照射光から前記構造物の変位角を導出する解析手段とを備え、
前記第１光検出手段と第２光検出手段は、同一の設置点に設けられ、
前記解析手段は、前記測定点と前記設置点と前記基準点とのなす角を変位前と変位後で比較して、前記構造物の変位角を導出することを特徴とする変位角測定装置。 - 前記第１光照射手段は、前記構造物の鉛直方向の側面の一部に備えられ、前記第２光照射手段は、前記構造物の水平方向の底面の一部に備えることを特徴とする請求項１に記載の変位角測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003040594A JP2004251678A (ja) | 2003-02-19 | 2003-02-19 | 変位角測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003040594A JP2004251678A (ja) | 2003-02-19 | 2003-02-19 | 変位角測定装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004251678A true JP2004251678A (ja) | 2004-09-09 |
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ID=33024415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003040594A Pending JP2004251678A (ja) | 2003-02-19 | 2003-02-19 | 変位角測定装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004251678A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2003
- 2003-02-19 JP JP2003040594A patent/JP2004251678A/ja active Pending
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