JP2005114672A - 空洞測定装置並びに傾斜測定装置及び空洞傾斜測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水路部材近傍に電源が不要で遠隔計測が可能な空洞測定装置並びに傾斜測定装置及び空洞傾斜測定装置を提供する。
【解決手段】 河川等に設置された水路部材１の下方の空洞を測定する装置であって、水路部材１の下方の地盤２に載置される錘１１と、錘１１に接続されたワイヤ１０と、ワイヤ１０が巻き付けられたプーリ８と、プーリ８の回転によって回転駆動されるカム１２と、カム１２に接しその回転に伴って直線移動するスライダ２２と、スライダ２２の一部に当接する梁２３と、梁２３に固定されたファイバブラッググレーティング２５と、ファイバブラッググレーティング２５に接続された光ファイバ３２、３３と、光ファイバ３２、３３に接続された光源および波長計測器とを備えたもの。水路部材１の下方の地盤２が沈下して錘１１が下がると、錘１１の沈下量に応じて、ファイバブラッググレーティング２５に歪みが生じるので、この歪みを光ファイバ３２、３３を介して遠隔地から光源および波長計測器によって計測することで、水路部材１の下方の空洞を測定できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、河川等に設置された水路部材の下方に生じる空洞を測定する装置、並びに水路部材の傾斜を測定する装置、及びそれら空洞・傾斜を測定する装置に係り、特に、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）に生じた歪みを光ファイバを介して計測することで上記空洞や傾斜を測定する装置に関する。

図１１に示すように、河川に設置される水門、樋門又は樋管等の水路部材１は、地盤２（川底）に打設された杭基礎３上に構築され、例えば樋管１ａと樋門ゲート１ｂとゲート開閉装置１ｃとを有する。かかる水路部材１は、周辺の堤体土との重量・剛性等の相違から、特に軟弱地盤に構築されている場合、基礎地盤２の沈下に伴った空洞化を発生する事例が多く、洪水時の堤防漏水の大きな原因となっている。すなわち、水路部材１と堤体の境界部には、洪水時に浸透流が卓越し水みちが形成され弱点となり易い。このため、上記境界部には、必要な浸透経路長を確保するための遮水工を施す等の対策がなされている。

このような対策の効果を確認する手段として、水路部材１の下方の地盤２の沈下量すなわち空洞化を計測することが行われている。具体的には、図１２にも示すように、水路部材１の下部にグラウトホール１ｄを貫通形成し、各グラウトホール１ｄ内に予め沈下板４を挿入しておく。これにより、地盤の沈下量Ｈに応じて沈下板４も同量降下するので、物差し等で沈下板４の上部の落込み量Ｈを計測することで、地盤２の沈下量Ｈを測定できる。

また、地盤２の沈下によって水路部材１全体がいずれかの方向に傾くことがある。この傾斜の計測は、水路部材１の上部に電気式傾斜計を据え付けるか、又はその都度水路部材１の上部に傾斜計を載せて傾斜角度及び傾斜方向を計測していた。

なお、河川においてＦＢＧを使用して歪みを測定するものとして特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００１−２９６３０７号公報

しかし、通常、水路部材１（樋門）内には水が入っており、グラウトホール１ｄ内の沈下板４の落込み量Ｈを計測するには、作業員が水中に潜って物差しを当てるか、水深が大きい場合には潜水夫を雇って計測する等の作業が必要となる。このため、計測に費用がかかり、頻繁に計測することが困難であった。また、計測場所には船で行くことが多いが、台風や大雨、強風時には船を出せないので、このような気象条件下での測定は困難である。また、大きな水路部材１（樋門）では、樋門１内を船が通行するので、複数箇所の沈下板４の落込み量Ｈを計測する時には、長時間船を通行止めしなければならない。

また、電気式傾斜計を用いた計測では、水路部材１（樋門）の上部まで商用電源を配線する必要がある。このため、ゲート１ｂが手動式のタイプでは、近場に電源がないため、電気配線に多大な費用が必要となる。また、計測時のみ傾斜計を設置する場合には、それ以前の傾斜量を記憶（記録）しておき、それに対する変化を観察することになるが、これでは以前と今回との計測条件が異なるため、正確な傾斜量を把握することは困難である。また、電気を用いるため、電磁誘導による誤動作が発生する可能性がある。

以上の課題を解決するために創案された本発明の目的は、水路部材近傍に電源が不要で遠隔計測が可能な空洞測定装置並びに傾斜測定装置及び空洞傾斜測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために第１の発明に係る空洞測定装置は、河川等に設置された水路部材の下方の空洞を測定する装置であって、水路部材の下方の地盤に載置される錘と、該錘に接続されたワイヤと、該ワイヤが巻き付けられたプーリと、該プーリの回転によって回転駆動されるカムと、該カムに接しその回転に伴って直線移動するスライダと、該スライダの一部に当接する梁と、該梁に固定されたファイバブラッググレーティングと、該ファイバブラッググレーティングに接続された光ファイバと、該光ファイバに接続された光源および波長計測器とを備えたものである。

この発明によれば、水路部材の下方の地盤が沈下して錘が下がると、錘の沈下量に応じて、ワイヤを介してプーリが回転され、カムが回転され、スライダが直線移動されて梁に押し付けられる。よって、梁に固定されたファイバブラッググレーティングに、錘の沈下量すなわち地盤の沈下量に応じた歪みが生じる。そして、この歪みは、光ファイバを介して遠隔地から光源および波長計測器によって計測される。これにより、水路部材の下方の空洞を測定できる。また、水路部材近傍までの電線の敷設、及び水路部材近傍の電源は不要となる。

また、上記プーリとカムとの間に、プーリの回転によるカムの回転範囲を１回転以下とする歯車群を介設してもよい。こうすれば、カムの揚程に対するスライダの梁への押付量が１対１対応となるので、計測精度が向上する。

また、上記プーリとカムとの間に、錘の自重よりも若干軽い巻上力を発揮する巻き戻し機構を設けてもよい。こうすれば、本装置を設置する際に、錘が地盤に当たってワイヤが緩んだ時、ワイヤがプーリから外れることを防止できる。

また、上記プーリに、ワイヤが巻き付けられる螺旋状の溝を設けてもよい。こうすれば、ワイヤのプーリに対する巻付け・繰出しの際に、ワイヤが整列されて溝に入るため、ワイヤが重なることなくプーリが回転し、計測精度が保たれる。

第２の発明に係る傾斜測定装置は、河川等に設置された水路部材の傾斜を測定する装置であって、水路部材に取り付けられる筐体と、該筐体内に設けられたベースと、該ベースに鉛直に取り付けられた梁と、該梁に固定されたファイバブラッググレーティングと、該ファイバブラッググレーティングに接続された光ファイバと、該光ファイバに接続された光源および波長計測器とを備えたものである。

この発明によれば、地盤が傾斜して水路部材が傾くと、それに応じて鉛直に取り付けられた梁に曲げが生じる。よって、梁に固定されたファイバブラッググレーティングに、水路部材の傾斜に応じた歪みが生じる。そして、この歪みは、光ファイバを介して遠隔地から光源および波長計測器によって計測される。これにより、水路部材の傾斜を測定できる。また、水路部材近傍までの電線の敷設、及び水路部材近傍の電源は不要となる。

また、上記梁が円柱状に形成され、上記ファイバブラッググレーティングがその円柱状の梁に９０度間隔で複数固定されていてもよい。こうすれば、各ファイバブラッググレーティングの歪みを夫々計測することにより、円柱状の梁の傾斜角度のみならず傾斜方向も検出でき、水路部材の傾斜角度及び傾斜方向を計測できる。

また、上記梁の端部に、当該梁が傾斜したときの曲がりを強めるための加重錘を設けてもよい。こうすれば、計測の感度が向上する。

また、上記加重錘又は梁の周囲に、それら加重錘又は梁から所定間隔を隔てて、梁の撓みを制限するストッパを設けてもよい。こうすれば、梁に固定されるファイバブラッググレーティングを所定の許容歪内で使用できる。

第３の発明に係る空洞傾斜測定装置は、河川等に設置された水路部材の下方の空洞を測定すると共に水路部材の傾斜を測定する装置であって、水路部材に取り付けられる筐体と、該筐体に軸支されたプーリと、該プーリに巻き付けられたワイヤと、該ワイヤの先端に取り付けられ上記水路部材下方の地盤に載置される錘と、上記プーリによって回転駆動されるカムと、該カムに接しその回転に伴って直線移動するスライダと、該スライダの一部に当接する第１梁と、該第１梁に固定された第１ファイバブラッググレーティングと、上記筐体内に設けられたベースと、該ベースに鉛直に取り付けられた円柱状の第２梁と、該第２梁に９０度間隔で固定された第２及び第３ファイバブラッググレーティングと、上記第１、第２及び第３ファイバブラッググレーティングを直列に接続する光ファイバと、該光ファイバに接続された光源および波長計測器とを備えたものである。

この発明によれば、第１梁に固定した第１ファイバブラッググレーティングに生じた歪みを測定することで水路部材の下方の空洞を測定でき、第２梁に固定した第２及び第３ファイバブラッググレーティングに生じた歪みを測定することで水路部材の傾斜方向・傾斜角度を測定できる。

以上説明したように本発明によれば、次のような効果を発揮できる。
（１）水路部材の近傍に電源が不要であり、遠隔リアルタイム計測が可能である。
（２）１本の光ファイバによって、空洞・傾斜の測定が可能となる。
（３）光信号を処理しているので、電磁誘導による誤動作を防止できる。
（４）筐体を一旦設置すれば遠隔から長期間計測でき、コストダウンとなる。

本発明の好適実施形態を添付図面に基いて説明する。

図１は本実施形態に係る空洞傾斜測定装置の部分破断正面図であり、図２はその空洞傾斜測定装置の側断面図であり、図３は上記空洞傾斜測定装置の平面図である。

この空洞傾斜測定装置は、図１１に示すように河川に設置された水路部材１（水門、樋門、樋管等）の下方に発生する空洞を測定すると共に水路部材１に生じる傾斜を測定するものであり、水路部材１の下部に貫通形成されたグラウトホール１ｄ内に挿入されて装着される略円筒状の筐体５を有する。但し、当該筐体５は、グラウトホール１ｄに挿入される円筒タイプに限定されるものではなく、水路部材１の別の部分に装着される別の形状のタイプでもよい。

図１及び図２に示すように、筐体５は、円筒体５ａと上蓋５ｂと下蓋５ｃとを有する。円筒体５ａの下部には、半円柱状の凹部６が形成されている。凹部６には、入力軸７が筐体５の内外を貫通して略水平に軸支されている。入力軸７と筐体５との軸支部分には、軸受やシール等が設けられている。入力軸７の筐体５外側部には、計測プーリ８が取り付けられている。プーリ８には、螺旋状の溝９が形成されており、その溝９には、一端が当該プーリ８に固定された可撓性ワイヤ１０が巻き付けられている。溝９の深さは、ワイヤ１０径よりも深い。ワイヤ１０の先端には、錘１１が取り付けられている。錘１１は、図１１に示す水路部材１の下方の地盤２に載置される。

プーリ８の直径及び幅は、地盤２に予想される最大沈下量に合わせて決定されるが、筐体５をグラウトホール１ｄ内に設置する場合には、プーリ８の直径はグラウトホール１ｄの内径（１０ｃｍ程度）以下にする必要がある。また、筐体５は、河川水中に長期間設置されるケースが多いため、錆や固形物が発生して回転部が固着する等、計測に支障を来すことが考えられる。このため、ワイヤ１０にはステンレス製のものを用い、プーリ８の表面にフッ素樹脂コーティングを施し、入力軸７の回転部と静止部との間にフッ素系塗料を塗布し又は抗菌処理を行う等の対策がなされている。

筐体５の内部には、プーリ８の回転によって回転駆動されるカム１２が、出力軸１３に取り付けられている。出力軸１３は筐体５内に軸支されている。プーリ８とカム１２との間には、プーリ８の回転をカム１２に伝達すると共に、プーリ８の回転によるカム１２の回転範囲を１回転以下とする歯車群１４が介設されている。歯車群１４は、入力軸７の筐体５内側部に取り付けられた第１ギヤ１５と、第１ギヤ１５と噛合すべく筐体５内に軸支された中間軸１６に取り付けられた第２ギヤ１７と、第２ギヤ１７と一体回転すべく中間軸１６に取り付けられた第３ギヤ１８と、第３ギヤ１８と噛合すべく出力軸１３に取り付けられた第４ギヤ１９とからなる。

すなわち、筐体５をグラウトホール１ｄ内に設置する場合、プーリ８の直径がグラウトホール１ｄの内径（１０ｃｍ程度）より小さくなり、他方、地盤２の沈下量は大きいところでは１ｍ以上にもなるため、この距離を計測するにはプーリ８は数回転することになる。よって、地盤１沈下によるカム１２の回転範囲を最大限で１回転とするためには、大きな減速比を有する歯車群１４を用いる必要がある。なお、地盤２沈下量が小さい現場では、増速比を有する歯車群１４を用いて地盤２沈下に対するカム１２の回転の感度を高めてもよい。また、歯車群１４は、図例のギヤ配列に限定されるものではない。

プーリ８とカム１２との間には、プーリ８に錘１１の自重よりも若干軽い巻上力を発揮させる巻き戻し機構として、ゼンマイバネ２０が設けられている。ゼンマイバネ２０は、図例では、一端が歯車群１４の中間軸１６に固定され他端が筐体５に固定されており、プーリ８に錘１１の自重よりも若干軽い巻上力を生じさせる。なお、ゼンマイバネ２０は、入力軸７に取り付けてもよく、出力軸１３に取り付けてもよい。また、巻き戻し機構は、ゼンマイバネ２０に限られない。

カム１２は、図５にも示すように、出力軸１３からの半径が徐々に大きくなるようなカム山２１を有する。カム山２１には、カム１２の回転に伴って直線移動するスライダ２２が、当接されている。スライダ２２は、図示しないガイドにスライド自在に支持されており、後述する第１梁２３に当接するテーパ部２２ａを有する。なお、スライダ２２を図示しないバネで付勢して、先端が常にカム山２１に接するようにしてもよい。

第１梁２３は、バネ性を有する材料から成形され、一部が筐体５内に固定されており、その反対側部にスライダ２２のテーパ部２２ａが当接される。第１梁２３には、取付板２４を介して、第１ファイバブラッググレーティング２５（以下第１ＦＢＧ２５という）が固定されている。第１ＦＢＧ２５は、第１梁２３がスライダ２２に押圧されて反ったとき、スライダ２２の移動量に応じた歪みが発生することになる。

ところで、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）とは、歪みが生じると、その歪み量に応じて、光ファイバを介して入射された光の入射波長に対する反射波長が、所定量シフト（変調）する性質を有するものである。詳しくは、この反射波長は、ＦＢＧに圧縮歪みが生じたときには入射波長に対して短波長側にシフトし、ＦＢＧに引張歪みが生じたときには入射波長に対して長波長側にシフトする。

他方、筐体５の上蓋５ｂ近傍の内側には、図１、図２及び図８に示すように、ベース２６が設けられている。ベース２６には、バネ性材料から円柱状に成形された第２梁２７が鉛直に取り付けられて垂下されている。第２梁２７の下端には、当該第２梁２７が傾斜したときの曲がりを強めるための円柱状の加重錘２８が設けられている。加重錘２８の周囲には、第２梁２７の撓みを制限する円筒状のストッパ２９が、所定間隔ｗを隔てて設けられている。第２梁２７の側面には、９０度間隔で第２ファイバブラッググレーティング３０（第２ＦＢＧ３０）と第３ファイバブラッググレーティング３１（第３ＦＢＧ３１）とが固定されている。

図１及び図２に示すように、第１ＦＢＧ２５と第２ＦＢＧ３０と第３ＦＢＧ３１とは、光ファイバ３２によって直列に接続されている。光ファイバ３２の端部は、筐体５の上部にその内外を連通して取り付けられた光ファイバケーブル３３に、接続されている。光ファイバケーブル３３は、筐体５が取り付けられる水路部材１から離れた所定の計測室まで布設されている。そして、光ファイバケーブル３３の先端には、公知の光源及び波長測定器（図示せず）が接続されている。

以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。

先ず、水路部材１の下方に発生する空洞の測定を、図４を用いて説明する。

図１１に示す水路部材１の下方の地盤２（川底）が沈下して空洞が発生すると、水路部材１のグラウトホール１ｄに装着された図１及び図２に示す筐体５のプーリ８から繰り出されたワイヤ１０に取り付けた錘１１が下がる。すると、錘１１の沈下量に応じて、ワイヤ１０を介してプーリ８が回転し、歯車群１４を介してカム１２が回転し、カム１２に当接するスライダ２２が直線移動し、そのテーパ部２２ａが第１梁２３に押し付けられる。すると、錘１１の沈下量に応じて、第１梁２３（バネ性）に反りが生じ、第１梁２３に固定した第１ＦＢＧ２５に歪みが生じる。

よって、この第１ＦＢＧ２５に生じた歪みを、光ファイバ３２及び光ファイバケーブル３３を介して遠隔地（計測室）から光源および波長計測器によって計測することで、錘１１の沈下量を測定できる。すなわち、図１０に示すように、光源から波長λ１の光を入射して、第１ＦＢＧ２５の歪みによる反射波長λ１’のシフト量を波長計測器で計測し、その波長変化量をコンピュータ等で錘１１の沈下量に換算することで、地盤２の沈下量すなわち空洞深さを測定できる。なお、算出された沈下量は、モニタ等に表示される。

これにより、水路部材１の下方に生じた空洞（空洞深さ）を遠隔地からリアルタイムで測定できる。また、第１ＦＢＧ２５と光源及び波長計測器を光ファイバ３２及び光ファイバケーブル３３で接続して、入射波長λ１に対する反射波長λ１’のシフト（変調）を処理信号として測定しているので、電磁誘導による誤作動が発生しない。また、光信号を処理しているので、水路部材１近傍までの商用電線の敷設、及び水路部材１近傍の電源は不要となる。また、遠隔計測が可能となるので、従来のように船で樋門１内に入り水中に潜って計測する必要がなくなり、計測時間・計測費用の低減を図れる。

また、プーリ８とカム１２との間に、プーリ８の予想回転数（予想地盤沈下量に基づいて設定される）に対するカム１２の回転範囲を１回転以下とする歯車群１４を介設したので、カム１回転当たりのカム山２１の揚程に対するスライダ２２の移動量（第１梁２３への押付量）が１対１対応となり、計測精度が向上する。すなわち、図５及び図６に示すように、カム山２１の最低部２１ａにスライダ２２が当接する状態を初期状態としておくと、地盤２の沈下に伴ってカム１２が回転するためスライダ２２の当接位置がカム山２１の最高部側にずれ、これに伴って第１ＦＢＧ２５の波長変化が大きくなり、最終的にはスライダ２２がカム山２１の最高部２１ｂに当接する。

また、プーリ８に、ワイヤ１０が巻き付けられる螺旋状の溝９を設けたので、ワイヤ１０のプーリ８に対する巻付け・繰出しの際にワイヤ１０が整列されて溝９に入る。よって、ワイヤ１０が重なることなくプーリ８が回転し、計測精度が保たれる。また、歯車群１４に、錘１１の自重よりも若干軽い巻上力を発揮するゼンマイバネ２０を設けたので、筐体５をグラウトホール１ｄに設置する際に、錘１１が地盤２に当たってワイヤ１０が緩み、ワイヤ１０がプーリ８の溝９から外れることを防止でき、また、ワイヤ１０の緩み巻きやバックラッシュも防止できる。

また、スライダ２２に押圧されて反りが生じる第１梁２３の材質、幅、厚さ等は、地盤２が予想最大沈下量になったときに第１ＦＢＧ２５に生じる歪みが、許容歪み（例えば０．３％）以下となるように、設定されている。

次に、水路部材１に生じる傾斜の測定を図７を用いて説明する。

図１１に示す水路部材１の下方の地盤２（川底）が部分的に沈下して水路部材１に傾斜が生じると、水路部材１のグラウトホール１ｄ内に装着された図１及び図２に示す筐体５が傾斜する。すると、筐体５内に鉛直に垂下された第２梁２７に、重力によって水路部材１の傾斜に応じた曲げが生じる。すると、第２梁２７に固定された第２及び第３ＦＢＧ３０、３１に、水路部材１の傾斜に応じた歪みが生じる。

よって、この第２及び第３ＦＢＧ３０、３１に生じた歪みを、光ファイバ３２及び光ファイバケーブル３３を介して遠隔地（計測室）から光源および波長計測器によって計測することで、水路部材１の傾斜方向・傾斜角度を測定できる。すなわち、図１０に示すように、光源から波長λ２の光を入射して第２ＦＢＧ３０の歪みによる反射波長λ２’のシフト方向・量を波長計測器で計測し、光源から波長λ３の光を入射して第３ＦＢＧ３１の歪みによる反射波長λ３’のシフト方向・量を波長計測器で計測し、それらをコンピュータ等で換算することで、水路部材１の傾斜方向・傾斜角度を測定できる。

具体的な水路部材１の傾斜方向の測定について説明する。図８及び図９に示すように、第２梁２７は、円柱状に成形されているので、どの方向にも同じ曲げ剛性を有し、そして、第２及び第３ＦＢＧ３０、３１は、第２梁２７の側面に９０度間隔で配置されている。よって、第２及び第３ＦＢＧ３０、３１の歪みの種類（引張り、圧縮）を検出することで、第２梁２７の曲げ方向すなわち水路部材１の傾斜方向を検出できる。これを、図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、図８に示す第２梁２７を下方から見たときの曲げ荷重の方向と第２及び第３ＦＢＧ３０、３１に生じる歪みの種類（引張り＋、圧縮−）とを示すものである。例えば、第２梁２７が丸２方向に曲がると、第２ＦＢＧ３０には引張り歪み（＋）が発生し、第３ＦＢＧ３１には圧縮歪み（−）が発生する。そして、丸１〜丸８方向では、第２及び第３ＦＢＧ３０、３１に生じる歪みの組み合わせ（−０＋）が全て異なった組み合わせとなる。よって、図１０に示すように、入射波長λ２、λ３に対する第２、第３ＦＢＧ３０、３１からの反射波長λ２’、λ３’のシフト方向を計測することで、第２梁２７の曲げ方向すなわち水路部材１の傾斜方向を検出できる。

そして、水路部材１の傾斜角度の測定は次のようにして行う。第２及び第３ＦＢＧ３０、３１には、第２梁２７の曲げ量に応じた歪みが生じる。よって、第２及び第３ＦＢＧ３０、３１の歪みの大きさを検出することで、第２梁２７の曲げ量すなわち水路部材１の傾斜角度を検出できる。すなわち、図１０に示すように、入射波長λ２、λ３に対する第２、第３ＦＢＧ３０、３１からの反射波長λ２’、λ３’のシフト量を計測し、これら各シフト量を用いてコンピュータ等によって所定演算を行うことで、第２梁２７の曲げ量すなわち水路部材１の傾斜角度を検出できる。なお、算出された水路部材１の傾斜方向・傾斜角度は、モニタ等に表示される。以上により、水路部材１の傾斜方向・傾斜角度を遠隔地からリアルタイムで測定できる。

また、第２及び第３ＦＢＧ３０、３１と光源及び波長計測器とを、光ファイバ３２及び光ファイバケーブル３３で接続して、入射波長λ２、λ３に対する反射波長λ２’、λ３’のシフト（変調）を処理信号として測定しているので、電磁誘導による誤作動が発生しない。また、光信号を処理しているので、水路部材１近傍までの商用電線の敷設、及び水路部材１近傍の電源は不要となる。また、遠隔計測が可能となるので、従来のように船で樋門１内に入り水中に潜って計測する必要がなくなり、計測時間・計測費用の低減を図れる。

また、樋門等の水路部材１に生じる傾斜は、一般的に最大でも１５度程度以下であるので、本実施形態では、第２梁２７の端部に加重錘２８を設け、加重錘２８に作用する重力によって第２梁２７の曲げをアシストし、計測感度を向上させている。荷重錘２８の重量・形状は、第２梁２７（円柱体）の材質・径・長さにより変わるが、水路部材１の予想最大傾斜時において第２・第３ＦＢＧ３０、３１に生じる歪みが、許容歪み（例えば０．３％）以下となるように設定される。

また、本実施形態では、加重錘２８の側面の周囲に、所定間隔ｗを隔てて、第２梁２７の撓みを制限するストッパ２９を設けているので、第２・第３ＦＢＧ３０、３１の保護が万全となる。すなわち、加重錘２８とストッパ２９との間隔ｗは、加重錘２８がストッパ２９に当たるまで第２梁２７が曲がったときに第２・第３ＦＢＧ３０、３１に生じる歪みが、許容歪み（例えば０．３％）以下となるように設定されている。

また、本実施形態では、ベース２６の下に第２梁２７を鉛直に吊下し、第２梁２７の下端に加重錘２８を配置したが、逆に、ベース２６の上に第２梁２７を鉛直に立設し、第２梁２７の上端に加重錘２８を配置した構成としてもよい。筐体５が傾いたとき、第２梁２７が重力によって曲がることに変わりないからである。なお、加重錘２８と第２梁２７とベース２６とは、各部品を適当に組み合わせて一体成形してもよい。

また、本実施形態では、一つの筐体５内に水路部材１下方の空洞の深さを検出する機構と水路部材１の傾斜を検出する機構とを設けたので、一つの筐体５（センサ体）で空洞と傾斜とを同時に計測でき、筐体５（センサ体）の設置場所・設置費用を低減できる。

また、本実施形態では、図１及び図２に示すように、第１、第２及び第３ＦＢＧ２５、３０、３１を光ファイバ３２で直列に繋いでいるので、その光ファイバ３２の一端から図１０に示すような波長λ１、λ２、λ３の光を入射し、第１、第２及び第３ＦＢＧ２５、３０、３１の歪みによる反射波の波長λ１’、λ２’、λ３’のシフト量・方向を計測することで、水路部材１の下方に生じた空洞の深さ、水路部材１の傾斜方向・傾斜角度を測定できる。ここで、各入射波長λ１、λ２、λ３の間隔は、各ＦＢＧ２５、３０、３１に最大引張り・圧縮歪みが発生したと仮定したときの各反射波長λ１’、λ２’、λ３’が、入射波長λ１、λ２、λ３と重ならないように設定されている。

また、図１１に示す複数のグラウトホール１ｄに図１及び図２に示す筐体５を夫々装着し、各筐体５から引き出された錘１１の沈下量を測定することで、水路部材１下方の空洞の形状を把握できる。また、各筐体５の傾斜を夫々測定することで、水路部材１の傾斜を正確に把握できる。この場合、各筐体５内の第１、第２及び第３ＦＢＧ２５、３０、３１は光ファイバ３２で全て直列に接続され、各ＦＢＧ２５、３０、３１に対応する入射波長の間隔は反射波長と重ならないように設定される。これにより、水路部材１から計測室まで布設される光ファイバケーブル３３は１本で済む。

また、複数の水路部材１（樋門、樋管等）に夫々筐体５を取り付け、各筐体５内のＦＢＧ２５、３０、３１を光ファイバ３２で直列に接続してもよい。この場合も、入射波長の間隔は反射波長と重ならないように設定される。これにより、１本の光ファイバケーブル３３で複数の水路部材１（樋門、樋管等）の空洞・傾斜を遠隔からリアルタイムで計測できる。

また、本実施形態では、一つの筐体５内に水路部材１下方の空洞の深さを検出する機構と水路部材１の傾斜を検出する機構とを設けた空洞傾斜測定装置を示したが、いずれか一方を省略して空洞測定装置又は傾斜測定装置としてもよい。

本発明の一実施形態に係る空洞傾斜測定装置の部分破断正面図である。 上記装置の側断面図である。 上記装置の平面図である。 上記装置による空洞測定の手順を示す説明図である。 上記装置のカム、スライダ、第１梁及び第１ＦＢＧ等を示す説明図である。 上記第１ＦＢＧの曲げ歪みによる反射波長の変化と沈下量との関係を示す説明図である。 上記装置による傾斜測定の手順を示す説明図である。 上記装置の第２梁、第２ＦＢＧ、第３ＦＢＧ等を示す説明図である。 上記第２梁の曲げ方向と第２及び第３ＦＢＧの歪み方向との関係を示す説明図である。 入射波長に対する反射波長のシフトの様子を示す説明図である。 水路部材の側面断面図である。 上記水路部材の部分拡大図である。

符号の説明

１ 水路部材
５ 筐体
８ プーリ
９ 溝
１０ ワイヤ
１１ 錘
１２ カム
１４ 歯車群
２０ 巻き戻し機構としてのゼンマイバネ
２２ スライダ
２３ 第１梁（梁）
２５ 第１ＦＢＧ（ＦＢＧ）
２６ ベース
２７ 第２梁（梁）
２８ 加重錘
２９ ストッパ
３０ 第２ＦＢＧ（ＦＢＧ）
３１ 第３ＦＢＧ（ＦＢＧ）
３２ 光ファイバ
Ｗ 所定間隔

Claims (9)

1. 河川等に設置された水路部材の下方の空洞を測定する装置であって、水路部材の下方の地盤に載置される錘と、該錘に接続されたワイヤと、該ワイヤが巻き付けられたプーリと、該プーリの回転によって回転駆動されるカムと、該カムに接しその回転に伴って直線移動するスライダと、該スライダの一部に当接する梁と、該梁に固定されたファイバブラッググレーティングと、該ファイバブラッググレーティングに接続された光ファイバと、該光ファイバに接続された光源および波長計測器とを備えたことを特徴とする空洞測定装置。
2. 上記プーリとカムとの間に、プーリの回転によるカムの回転を１回転以下とする歯車群を介設した請求項１記載の空洞測定装置。
3. 上記プーリとカムとの間に、錘の自重よりも若干軽い巻上力を発揮する巻き戻し機構を設けた請求項１乃至２いずれか記載の空洞測定装置。
4. 上記プーリに、ワイヤが巻き付けられる螺旋状の溝を設けた請求項１乃至３いずれか記載の空洞測定装置。
5. 河川等に設置された水路部材の傾斜を測定する装置であって、水路部材に取り付けられる筐体と、該筐体内に設けられたベースと、該ベースに鉛直に取り付けられた梁と、該梁に固定されたファイバブラッググレーティングと、該ファイバブラッググレーティングに接続された光ファイバと、該光ファイバに接続された光源および波長計測器とを備えたことを特徴とする傾斜測定装置。
6. 上記梁が円柱状に形成され、上記ファイバブラッググレーティングがその円柱状の梁に９０度間隔で複数固定された請求項５記載の傾斜測定装置。
7. 上記梁の端部に、当該梁が傾斜したときの曲がりを強めるための加重錘を設けた請求項５乃至６いずれか記載の傾斜測定装置。
8. 上記加重錘又は梁の周囲に、それら加重錘又は梁から所定間隔を隔てて、梁の撓みを制限するストッパを設けた請求項５乃至７いずれか記載の傾斜測定装置。
9. 河川等に設置された水路部材の下方の空洞を測定すると共に水路部材の傾斜を測定する装置であって、水路部材に取り付けられる筐体と、該筐体に軸支されたプーリと、該プーリに巻き付けられたワイヤと、該ワイヤの先端に取り付けられ上記水路部材下方の地盤に載置される錘と、上記プーリによって回転駆動されるカムと、該カムに接しその回転に伴って直線移動するスライダと、該スライダの一部に当接する第１梁と、該第１梁に固定された第１ファイバブラッググレーティングと、上記筐体内に設けられたベースと、該ベースに鉛直に取り付けられた円柱状の第２梁と、該第２梁に９０度間隔で固定された第２及び第３ファイバブラッググレーティングと、上記第１、第２及び第３ファイバブラッググレーティングを直列に接続する光ファイバと、該光ファイバに接続された光源および波長計測器とを備えたことを特徴とする空洞傾斜測定装置。
   

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