JP2628408B2

JP2628408B2 - 土の抵抗率を測定するためのプローブおよび方法

Info

Publication number: JP2628408B2
Application number: JP50004794A
Authority: JP
Inventors: ジルイグレックシャンパーニュ; アレクサンドルモナルク
Original assignee: Hydro Quebec Corp
Current assignee: Hydro Quebec Corp
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JPH08500435A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、土の抵抗率を測定するためのプローブおよ
び方法に向けられている。本発明のプローブは、２つの
電気ワイヤーの間に一定直流電流信号を生成することの
できる測定装置に接続されるようになっている。

土の電気抵抗率は湿度および温度に依存して一定では
ないため、また土は電気に関して絶縁材料として使用さ
れているため、現場において土の抵抗率を正確に測定す
ることは重要である。

様々な技術が知られている。土の電気抵抗率を測定す
るための主な方法の１つを構成するシュルンベルガー
（Schlumberger）の方法がある。この方法によれば、第
２の対の電極間に投入された電流によって起こる２つの
電極間の電圧降下を決定する。第１の対の電極は、第２
の対の電極の間に配置されている。直流電流ｉが、対を
なす外側の電極に投入される。２つの内側電極によっ
て、装置は電圧Ｖを測定する。Ｖ＝RIの関係に基づい
て、平均見かけ抵抗の値Ｒが求まる。値Ｒに基づいて、
土の平均見かけ抵抗率ρが、シュルンベルガーの関係ρ
＝２πiRによって決定される。土の分極または予め存在
する土の電流に起因するエラーを最小限にするために、
使用される電流供給源は、通常、交流電流供給源、また
は60Hzではなく且つ60Hzのｎ倍でもない周波数で切り換
えられた直流電流供給源である。

シュルンベルガーの方法はある深さの土の抵抗率を測
定するのに比較的有効であるが、土の薄い層に対して、
特に地表または地表近くに位置する層に対して抵抗率を
測定するには有効でないことがわかっている。さらに、
シュルンベルガーの方法にしたがう土の抵抗率測定方法
では、測定結果を誤らせる分極が起こるので、測定を連
続的に行うことができないことが知られている。

フランス国特許第823,163号には、電流が流された２
つの電極の一方とこの２つの電極の間に位置決めされた
いわゆる第３の位置電極との間の電極を測定する方法が
記載されている。この方法では、上述したシュルンベル
ガーの方法と同じ不都合がある。

本発明の目的の１つは、土の薄い層の抵抗率を連続的
にすなわち所定時間内に測定することのできるプローブ
および方法を提案することである。

本発明はまた、土の分極を生起することなく土の抵抗
率を測定することのできるプローブおよび方法を提案す
ることを目的としている。

本発明の概要本発明は、２つの電気ワイヤー（２）において一定直
流電流信号を生成することのできる測定装置に接続され
るようになり、２つの電極（14）を備えた、土の抵抗率
を測定するためのプローブに向けられている。このプロ
ーブは、２つの端子（６）を有する短絡回路（４）と、上記電気ワイヤー（２）または上記短絡回路（４）の
端部にそれぞれ交互に接続可能な２つの可動接点（12）
および２つの固定接点（10）を有する二方向二極式スイ
ッチ手段（8,34）とを備え、上記電極（14）の各々は、導電面（16）を形成する面
部分を有し、上記電極（14）が土中に設置されるときに
は上記電極（14）の導電面（16）が互いにほぼ対向する
ように配置され、上記電極は上記固定接点（10）にそれぞれ接続され、
待機状態においては上記可動接点（12）は上記短絡回路
（４）に接続され、測定を行う操作状態においては上記
可動接点（12）は上記測定装置の電気ワイヤー（２）に
接続され、土の抵抗率の測定を行うべきときには、上記直流電流
信号が上記電極（14）に投入され、上記電極（14）の間
の土の抵抗率を表す電圧を上記電気ワイヤー間に生成す
ることができるように、上記可動接点（12）は上記待機
状態から上記操作状態に接続されることを特徴とする。

さらに、本発明は、互いに所定距離だけ間隔を隔てて
土中の所定の深さに２つの電極（14）を設置する工程
と、抵抗率の測定を行うべきときには、電極（14）の間
の土の抵抗率を表す電圧を上記電極（14）の間に生成す
るために、電極（14）に一定直流電流信号を投入する工
程とを備えた、土の抵抗率を測定するための方法に向け
られている。この方法は、抵抗率の測定が行われないときには、上記短絡回路
（４）によって上記電極（14）を短絡させ、上記一定直流電流信号は、上記土の電解分極を避ける
ための所定の振幅を有し、抵抗率の測定を行うべきとき
には、上記短絡回路（４）は開放され、上記一定直流電
流信号が上記電極（14）間に生成される電圧を安定させ
るのに十分な時間期間に亘って投入され、上記電極が土中に設置されたときには、上記電極の導
電面は互いに対向するように配置されることを特徴とす
る。

本発明の目的、利点および他の特徴は、添付図面を参
照して例示的に示された好ましい実施態様の非限定的な
説明を読むことによってさらに明白になるであろう。

図面の簡単な説明図１は、本発明にしたがうプローブを説明する概略図
である。

図２は、自動測定装置と組み合わせた本発明の実施例
を示す、一部ブロック図からなる概略図である。

本発明の詳細な説明図１を参照すると、土の抵抗率を測定するのに役立つ
プローブ（すなわち探査装置）が示されている。このプ
ローブは、２つの電気ワイヤーの間で一定直流電流信号
を生成することのできる測定装置（図１では不図示）に
接続されるようになっている。

図示のプローブは、２つの端子６を有する短絡回路結
線４と、電気ワイヤー２または短絡回路４にそれぞれ交
互に接続可能な２つの可動接点12および２つの固定接点
10を有する二方向二極式スイッチ８とを備えている。

このスイッチ装置はさらに、固定接点10にそれぞれ接
続された２つの電極14を備えている。各電極14は、導電
面16を形成する面部分16を有する。電極14の導電面16
は、電極が土中に設置されたとき、互いにほぼ対向する
ように配置されている。

待機状態においては可動接点12は短絡回路４に接続さ
れ、測定を行うための操作状態においては可動接点は測
定装置（不図示）の電気ワイヤー２に接続される。この
ように、土の抵抗率の測定を行うときには、一定直流電
流信号が電極14に投入され、電極14の間の土の抵抗率を
表す電圧が電気ワイヤーの間に生成されるように、可動
接点12は待機状態から操作状態に接続される。

電極14は、矩形状のプレートである。しかしながら、
他の形状も可能である。

各電極14は残りの面部分18を有し、この面部分18は導
電面16の一部を構成することなく絶縁材料で被覆されて
いなければならない。絶縁材料は、たとえば煙霧質塗料
であってもよい。電極14は、銅で作られる。

操作において、土の抵抗率を測定するための方法は、
電極の導電面16が互いに所定の距離を隔てて対向するよ
うに所定の深さの土中に２つの電極14を設置する工程
と、測定がなされないときには短絡回路４によって電極
14を短絡させる工程と、抵抗率の測定を行うべきときに
は一定直流電流信号を電極14に投入して電極間の土の抵
抗率を表す電圧を電極14間に生成する工程とからなる。
一定直流電流信号は、土の電解分極を避けるような所定
振幅を有する。短絡回路は、電極間に生成される電圧を
安定させるのに十分な期間に亘って開放される。好まし
くは、この期間は少なくとも60秒である。

一定直流電流信号はたとえば10μＡ〜100μＡで、上
述の所定距離はたとえば20〜90cmである。

次いで図２を参照すると、土の抵抗率の様々な測定の
サンプリングを自動的に行うようになった測定装置と組
み合わせた本発明のプローブが示されている。図２に
は、２つの対をなす電極30および32が示されている。電
極30および32は、スイッチ装置34であるケイスレイ（Ke
ithley:商標のカードに接続されている。スイッチ装置3
4は、複数の対をなす電極30および32に対して図１に示
す二方向二極式スイッチ８と同じ機能を果たすことがで
きる。ケイスレイカード34は、ケイスレイモデル705の
アナライザー（分析装置）36によって制御される。アナ
ライザー36は、各対の電極30および32を信号線38に順次
接続させると同時に、トリガ線42でトリガ信号を伝送し
てケイスレイモデル617（商標）のプログラム可能な電
位計40を作動させる。電位計40を介して電極から受けた
様々な信号はディジタル信号に変換され、種別RS232/IE
EE 488A TECH（商標）のコンバータにバスIEEE（44）で
伝送される。コンバータは、バスIEEE（44）からの電気
信号を、バスRS232（48）で伝送することのできる信号
に変換する。このバスRS232（48）は、モデル336−3 IN
MAC（商標）の「シールド空白モデム（Shielded Null M
odem）」であるインターフェイス50の入力に接続されて
いる。このインターフェイス50は、受けた情報をすべて
記憶するためにモデル2050S tracker 2000（商標）の電
子メモリ52に接続されている。

電位計40、アナライザー36およびスイッチ装置34によ
って、各対の電極30および32の間で短絡回路を順次一時
的に開放することが可能である。その結果、時間内に抵
抗率の様々な測定のサンプリングを実施することができ
る。

プログラム可能な電位計40は、約10μＡ〜100μＡの
直流電流信号を生成するための直流電流供給源と、各対
電極30および32に接続された電気ワイヤー間の電圧を測
定するための直流ボルタメーターとを備えている。

電極30の各々はほぼ矩形状であり、電極30を土中に容
易に設置することができるように、一方の短辺が尖端60
まで延びているという特徴を有する。尖端60は、煙霧質
塗料のような絶縁材料で被覆されている。

電極32を土中に容易に設置することができるように、
電極32の各々は尖端62を有する円柱ロッドである。図２
において、斜線によって示されていない電極30および32
の部分は、絶縁材料によって被覆されていない面を示し
ている。

実験結果様々な測定を行うべき土を３つの領域、すなわち２つ
のメイン領域と１つの小さな寸法の領域とに分割する。
実験を行うべき箇所の分割では、土の排水や勾配を考慮
に入れる。メイン領域のうち一方の領域がドレーンをカ
バーしてその結果排水されているのに対し、メイン領域
のうち他方の領域は排水されていない。この２つの領域
は、サブ領域によって分離されている。排水の影響を決
定するために、メイン領域の各々の土中において電極の
同様な設置がなされた。こうして、排水領域内には３つ
の電極システムが設置され、非排水領域内には別の３つ
の電極システムが同様に設置された。

第１および第２電極システムは、メイン領域の各々に
設けられた２つの対をなす電極からなる。第１の対の電
極は0.30m×0.30mの寸法を有する銅プレートで作られ、
第２の対の電極は0.10m×0.10mの寸法を有する銅プレー
トで作られている。各銅プレートの両面のうちの一方の
面は、絶縁塗料で被覆されている。プレートは、当該土
の調製の間または調製の後、土中に設置されている。電
極は互いに対面するように設けられ、その塗装面は外側
に向いている。プレート間の隙間は、0.20m〜0.70mであ
る。第３電極システムは、メイン領域の各々に設置され
ている。この第３電極システムは、銅で被覆された鋼か
らなる４つのロッドで作られた電極束である。各ロッド
は、0.30mの長さで、且つ0.016mの直径を有する。これ
らの電極の距離は、0.88mの等距離で配列されている。
この第３電極システムにより、シュルンベルガー（Schl
umberger）の方法にしたがう測定を行うことができる。

２つの第１電極システムにより、本発明にしたがう測
定方法を実施することができる。この方法は、主とし
て、土中に電流を投入する必要がある。土の抵抗率は、
電極によって土中に一定直流電流を投入し、その電極間
の電圧測定することからなる。第３電極システムによっ
て、４点においてシュルンベルガーの方法が行われた。
この方法は、本発明において得られた結果との比較のた
めに使用された。

実験の間、使用された電極はケイスレイ（商標）によ
って作られたモデル617の電極である。電極間に存在す
る土の容積（塊）は、電気抵抗と等価である。電位計に
より、土の平均見かけ抵抗Ｒの値を測定する。一旦測定
されると、値Ｒにより電極間に存在する土の見かけ抵抗
率の値を算出することができる。この計算は、ρ＝Ｒ
（A/L）の式によってなされる。ここで、Ａは電極の間
に存在する土の容積の横断面積であり、Ｌは電極間の距
離であり、Ｒは電位計で測定された土の平均見かけ抵抗
である。

上述の式は、測定された抵抗と電極間距離と横断面積
との関係を設定している。また、上述の式によれば、電
極間に存在する土の容積は、電気抵抗率が等質な媒体と
して考えられている。

測定システムの影響を打ち消すために、上述の式には
修正ファクラーｋが導入されて、ρ＝Rk（A/L）とな
る。修正ファクターｋを決定するために、ρが既知であ
る等質な電気媒体が使用される。このファクターｋを設
定するために、各対の電極を所定の距離で0.01モルのKC
1溶液中に浸漬させた。

シュルンベルガーの測定システムの操作は、周知であ
る。直流電流ｉが一対の外側電極の間に投入される。２
つの内側電極によって、装置は電圧Ｖを測定する。Ｖ＝
RIの関係により、平均見かけ抵抗の値Ｒが求められる。
次いで、値Ｒに基づいて、土の平均見かけ抵抗率ρがシ
ュルンベルガーの関係式ρ＝２πiRによって決定され
る。

銅の電極が土中に設置されたとき、電極の瞬間分極が
起こる。この電極間の電位差が測定される。

約0.2ボルトの電位差が、0.09m²のプレート間で測定
された。この値は、一定直流電流で作動する電位計によ
って測定される抵抗値において実質的な変化を起こすの
に十分である。測定が行われないときには、電極を一体
的に接続することにより、この自発分極を妨げることが
できることがわかった。本発明による方法では、測定値
にエラーをもたらす自発分極という名称で知られた有害
現象を短絡回路によって予防し、土の抵抗率を測定する
ために開発され適合された。

本発明により、土の抵抗率に対する雰囲気温度や雨の
ような幾つか気候条件の影響を決定することが可能であ
る。このような決定は、気候条件の変化に対して土の抵
抗率を表す値を得ることが非常に困難であるか不可能で
あるシュルンベルガーの方法では無理である。

好ましい実施態様に基づいて本発明を説明したが、添
付の請求の範囲の範囲内における上述の好ましい実施態
様のすべての変形は、本発明の性質および範囲を減縮し
たり変更するものではないことに注目すべきである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの電気ワイヤー（２）において一定直
流電流信号を生成することのできる測定装置に接続され
るようになり、２つの電極（14）を備えた、土の抵抗率
を測定するためのプローブにおいて、２つの端子（６）を有する短絡回路（４）と、上記電気ワイヤー（２）または上記短絡回路（４）の端
部にそれぞれ交互に接続可能な２つの可動接点（12）お
よび２つの固定接点（10）を有する二方向二極式スイッ
チ手段（8,34）とを備え、上記電極（14）の各々は、導電面（16）を形成する面部
分を有し、上記電極（14）が土中に設置されるときには
上記電極（14）の導電面（16）が互いにほぼ対向するよ
うに配置され、上記電極は上記固定接点（10）にそれぞれ接続され、待
機状態においては上記可動接点（12）は上記短絡回路
（４）に接続され、測定を行う操作状態においては上記
可動接点（12）は上記測定装置の電気ワイヤー（２）に
接続され、土の抵抗率の測定を行うべきときには、上記直流電流信
号が上記電極（14）に投入され、上記電極（14の間の土
の抵抗率を表す電圧を上記電気ワイヤー間に生成するこ
とができるように、上記可動接点（12）は上記待機状態
から上記操作状態に接続されることを特徴とするプロー
ブ。
【請求項２】上記電極（30）の各々はほぼ矩形状であ
り、上記電極（30）を土中に容易に挿入することができ
るように２つの短辺の一方が尖端（60）まで延び、上記尖端（60）は絶縁材料によって被覆されていること
を特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】上記電極（14）は矩形状のプレートである
ことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項４】上記電極（32）は、土中に容易に挿入する
ことができるようにそれぞれ尖端を有する円柱ロッドで
あることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項５】上記電極（14,30,32）の各々は、上記導電
面を構成することなく且つ絶縁材料で被覆された残りの
面部分を有することを特徴とする請求項２乃至４のずれ
か１項に記載のプローブ。
【請求項６】上記電極（14,30,32）は銅で作られている
ことを特徴とする請求項５に記載のプローブ。
【請求項７】上記絶縁材料は煙霧質塗料であることを特
徴とする請求項６に記載のプローブ。
【請求項８】上記測定装置との組み合わせにおいて、上
記測定装置は、約10μＡ〜100μＡの直流電流信号を生成するための一
定直流電流供給源（40）と、上記電気ワイヤーの間の電圧を測定するための直流電流
ボルタメーター（40）とを備えていることを特徴とする
請求項１に記載のプローブ。
【請求項９】上記可動接点を待機状態から操作状態に瞬
間的に切り換えるための二方向二極式スイッチ手段（3
4）に接続された制御出力を有するトリガ信号発生器（3
6）とをさらに備え、土の抵抗率の測定は、上記トリガ信号発生器（36）によ
って時間的にサンプリングされることを特徴とする請求
項８に記載の上記測定装置と組み合わされたプローブ。
【請求項１０】互いに所定距離だけ間隔を隔てて土中の
所定の深さに２つの電極（14）を設置する工程と、抵抗
率の測定を行うべきときには、電極（14）の間の土の抵
抗率を表す電圧を上記電極（14）の間に生成するため
に、上記電極（14）に一定直流電流信号を投入する工程
とを備えた、土の抵抗率を測定するための方法におい
て、抵抗率の測定が行われないときには、２つの端子（６）
を有する短絡回路（４）によって上記電極（14）を短絡
させ、上記一定直流電流信号は、上記土の電解分極を避けるた
めの所定の振幅を有し、抵抗率の測定を行うべきときに
は、上記短絡回路（４）は開放され、上記一定直流電流
信号が上記電極（14）間に生成される電圧を安定させる
のに十分な時間期間に亘って投入され、上記電極が土中に設置されたときには、上記電極の導電
面は互いに対向するように配置されることを特徴とする
方法。
【請求項１１】上記直流電流信号は、約10μＡ〜100μ
Ａであることを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１２】上記所定距離は、約20cm〜70cmであるこ
とを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１３】上記短絡回路（４）を開放する工程は、
時間内に抵抗率の測定のサンプリングを行うために上記
短絡回路（４）を繰り返し瞬間的に開放する工程を含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１４】上記時間期間は少なくとも60秒であるこ
とを特徴とする請求項10に記載の方法。