JP2020003287A - 計測装置および計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この計測装置は、計測点に設置され、比重の異なる第一液体および第二液体を収容した検知部と、前記検知部から延伸しており、前記第一液体を収容する第一管状部材および前記第二液体を収容する第二管状部材を有する連結部と、前記第二液体の液面の位置を読み取り可能な読取手段を有する表示部とを備える。
この計測方法は、前記記載の計測装置を準備する準備工程と、前記計測装置を計測対象の構造物に設置する設置工程と、前記計測装置を初期状態に調整する調整工程と、前記計測装置を用いて変位量を計測する計測工程とを有する。また、前記調整工程は、第1工程と、第2工程と、第3工程とを有する。
前記第1工程では、前記第一バルブ、前記第二バルブおよび前記第三バルブを閉鎖した状態から、前記第一バルブおよび前記第三バルブを開放して、前記第一液体の液面を低下させるとともに、余剰分の前記第二液体を前記排出用ノズルから排出する。
前記第2工程では、前記第1工程の状態から前記第一バルブを閉鎖するとともに前記第二バルブを開放して、前記第二液体の液面を低下させるとともに、余剰分の前記第二液体を前記排出用ノズルからさらに排出する。
前記第3工程では、前記第2工程の状態から前記第一バルブを開放するとともに前記第三バルブを閉鎖する。
また、本発明に係る計測方法では、液面の位置調整が容易なので、変位量の計測を正確かつ迅速に行うことができる。
図1を参照して、実施形態に係る計測装置1の構成について説明する。計測装置1は、計測対象物の鉛直方向の変位を計測するものである。変位は、ある基準点に対する鉛直方向における相対的な距離であり、例えば、第1の時刻における計測対象物の位置と第2の時刻における計測対象物の位置との差である。計測対象物は、時間経過により鉛直方向の変位が発生するものであればよく、特に限定されるものではない。実施形態に係る計測装置1は、地中や水中などの視認不能または視認し難い場所にある構造物の変位を計測するのに有効である。
ケース部10bは、検知部本体10aを保護するとともに、計測点Pから移動しないように設置することができるものであればよく、形状などは特に限定されない。検知部本体10aは、ケース部10bの内部に図示しない固定手段によって固定される。なお、検知部10は、ケース部10bを備えない構成であってもよく、その場合、検知部本体10aが計測点Pに直接設置される。
図5を参照して、計測装置1の作動原理を説明する。図5は、2つの液柱(重液柱、軽液柱)の水頭バランスを示した模式図である。
比重が異なり、かつ、混じり合わない(不混和)な2種類の液体からなる液柱が図5のように液だまりで接する場合を考える。図5(a)に示すように、重液の水頭の高さを「H」とすれば、軽液の水頭の高さは「(ρh/ρl)・H」の位置でつり合う。「ρh」は重液の比重であり、「ρl」は軽液の比重である。また、液だまりの高さ「Hc」は、高さ「H」に比べて無視できる程に小さいものとする。なお、図1に示す計測装置1では、液だまりの安定性の向上や温度依存性の低減を目的として、液だまりをタンク構造ではなく管状部材を多重に巻いたコイル構造にしている。
このとき、両水頭のバランスは、以下の式(1)で表される。
(H−x+ΔHh):{(ρh/ρl)・H−x+ΔHl}=ρl:ρh ・・式(1)
また、両液柱間を移動する液体の体積は等しいので、以下の式(2)が成立する。ここで、「Ah」は重液の液柱面積であり、「Al」は軽液の液柱面積である。
(Ah・ΔHh)=(−1・Al・ΔHl) ・・式(2)
ΔHl=(ρl−ρh)/{ρl+ρh・(Al/Ah)}・x ・・式(3)
つまり、「ΔHl」(あるいは「ΔHh」でもよい)を知ることができれば、液だまりの変位「x」を知ることができる。また、2種類の液体の比重差が大きく、軽液注が重液注にくらべて細いほど、軽液柱の変化量「ΔHl」は、液だまりの変位「x」に対して感度がよくなる。ただし、液柱を収容する管が細すぎると、液の粘性抵抗によって液柱の動きが悪くなる。
計測装置1は、様々な材料を用いて製造することができる。特に、重液、軽液、並びにこれらの液体を収容する第一管状部材11および第二管状部材12の材料は、計測する変位量の精度に関わるので重要である。また、材料の選定に際しては、個別の材料特定に加えて、それぞれの材料の相性を考慮する必要がある。以下、計測装置1で使用可能な材料の一例を示す。
重液としては、例えば、NaNO3+Ca(NO3)2混合水溶液、ZnCl2溶液、ポリタングステン酸ナトリウム(SPT)水溶液を用いることができる。
第一管状部材11や第二管状部材12の材料としては、例えば、ナイロン、ポリオレフィン、フッ素樹脂(FEP、PFA)、ポリプロピレン、ステンレス鋼を用いることができる。
図1ないし図6を参照して、実施形態に係る計測装置1を用いた変位の計測方法について説明する。計測方法の工程は、主に「計測装置の準備工程」、「計測装置の設置工程」、「計測装置の調整工程」、「計測装置を用いた計測工程」がある。以下では、各工程について説明する。
「計測装置の準備工程」は、計測装置1を準備する工程である。この工程では、例えば、第一管状部材11内に重液を注入するとともに、第二管状部材12内に軽液を注入する。また、折返し部13を取り外して、重液と軽液との間に隔離シリコンオイルを注入する。重液,軽液および隔離シリコンオイルを収容後は、第一バルブ21、第二バルブ23および第三バルブ24を閉じた状態にする。
「計測装置の設置工程」は、計測装置1を設置する工程である。この工程では、例えば、図1に示すように、計測対象物であるインバート部2aの計測点Pに検知部10を設置するとともに、連結部30をインバート部2aおよび側壁2bに沿うように設置する。また、表示部20を、時間経過により鉛直方向の変位が発生しない(発生したとしても微小である)側壁2bに設置する。
「計測装置の調整工程」は、計測装置1を使用可能な初期状態に調整する工程である。この工程では、図6(a)に示すように、第一バルブ21および第三バルブ24を開放する。なお、第二バルブ23は閉鎖したままの状態にする。これにより、図6(b)に示すように、重液柱の液面B1a(図4参照)と軽液柱の液面B2a(図4参照)とがつり合う位置まで重液柱の液面B1a(図4参照)が低下する。また、それに伴い、排出用ノズル24aから余剰分の軽液が排出するとともに、隔離シリコンオイルがコイル部14内を軽液柱側に移動する。本実施形態では、コイル部14を構成する第一管状部材11や第二管状部材12の長さを十分に取ってあるので、隔離シリコンオイルが移動したとしても、境界部K(図3参照)がコイル部14の外側に移動することがない。その結果、重液柱の液面B1aは、目盛板25の零点25b(図4参照)よりも低い位置まで移動する。
「計測装置を用いた計測工程」は、計測装置1を用いて計測点Pの鉛直方向の変位を計測する工程である。この工程は、例えば、所定時間間隔で行われる。この工程では、作業者(図1参照)は、目盛板25を用いて軽液柱の液面B2a(図4参照)の位置を確認し、前記説明した式(3)に従って、検知部10の位置を計測点Pの位置として算出する。そして、例えば、計測点Pの変位量が許容範囲であるか否かを判定し、変位量が許容範囲を超えている場合には、インバート部2aにコンクリートを吹付けるなどの適切な対応を行う。なお、本実施形態では、コイル部14を構成する第一管状部材11や第二管状部材12の長さを十分に取ってあるので、計測点Pの変位に伴って隔離シリコンオイルが移動したとしても、境界部K(図3参照)がコイル部14の外側に移動することがない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。
2 トンネル
2a インバート部
10 検知部
11 第一管状部材
12 第二管状部材
12a 第一分岐管
12b 第二分岐管
13 折返し部
14 コイル部
20 表示部
21 第一バルブ
22 分岐部
23 第二バルブ
24 第三バルブ
24a 排出用ノズル
25 目盛板(読取手段)
30 連結部
P 計測点
K 境界部
Claims (5)
- 構造物の鉛直方向の変位量を液体の液面の高さの変化量として計測する計測装置であって、
計測点に設置され、比重の異なる第一液体および第二液体を収容した検知部と、
前記検知部から延伸しており、前記第一液体を収容する第一管状部材および前記第二液体を収容する第二管状部材を有する連結部と、
前記第二液体の液面の位置を読み取り可能な読取手段を有する表示部とを備える、ことを特徴とする計測装置。 - 前記検知部は、前記第一管状部材および前記第二管状部材の少なくとも何れか一方をコイル状に巻いたコイル部を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
- 前記第一液体と前記第二液体との間には、当該第一液体と当該第二液体とを混ざらないように分離する分離用液体が収容されている、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の計測装置。
- 前記第一管状部材の先端には、第一バルブが設置されており、
前記第二管状部材の先端側は、第一分岐管および第二分岐管の二つに分岐しており、
前記第一分岐管には、第二バルブが設置されており、
前記第二分岐管には、第三バルブを介して余剰分の前記第二液体を排出する排出用ノズルが設置されている、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載の計測装置。 - 構造物の鉛直方向の変位量を液体の液面の高さの変化量として計測する計測方法であって、
請求項4に記載の計測装置を準備する準備工程と、
前記計測装置を計測対象の構造物に設置する設置工程と、
前記計測装置を初期状態に調整する調整工程と、
前記計測装置を用いて変位量を計測する計測工程と、を有し、
前記調整工程は、
前記第一バルブ、前記第二バルブおよび前記第三バルブを閉鎖した状態から、前記第一バルブおよび前記第三バルブを開放して、前記第一液体の液面を低下させるとともに、余剰分の前記第二液体を前記排出用ノズルから排出する第1工程と、
前記第1工程の状態から前記第一バルブを閉鎖するとともに前記第二バルブを開放して、前記第二液体の液面を低下させるとともに、余剰分の前記第二液体を前記排出用ノズルからさらに排出する第2工程と、
前記第2工程の状態から前記第一バルブを開放するとともに前記第三バルブを閉鎖する第3工程とを有する、
ことを特徴とする計測方法。
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