JP3386367B2 - Surface displacement detector - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、土砂崩れ災害の事
前予知・警報のため、地滑り等の危険のある地域の地表
層(斜面)の微小変位を遠隔地点より高精度で検出する
地表層変位検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface layer displacement detection for detecting a small displacement of a surface layer (slope) in an area where there is a danger such as a landslide with a high accuracy from a remote point, for advance prediction and warning of a landslide disaster. Regarding the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に大規模な土砂崩れに先だって地表
層表面の微動変位が発生する。この微小変位を検出する
ことにより、災害の予知・警報が可能である。この目的
のため、各種の測定方法が試みられているが、実用化さ
れている一例を図11により説明する。2. Description of the Related Art Generally, a micro-displacement on the surface of the surface layer occurs before a large-scale landslide. By detecting this small displacement, it is possible to predict and warn about a disaster. For this purpose, various measuring methods have been tried, but an example in practical use will be described with reference to FIG. 11.
【0003】図11において、1は安全な不動地域、2
は矢印P方向の地滑りが予測される危険地域、3は両地
域の境界で亀裂あるいは地形変換点である。4は危険地
域2に打ち込まれた杭、5は境界3近傍の不動地域1に
固定された台、6はこの台5上に設置された伸縮計であ
る。7はインバー線であり、杭4と伸縮計6を結んで張
られている。このインバー線7は直径0.5mmのニッケル
合金製の特殊鋼線であり、温度係数が極めて小さく、気
温や日照の影響をほとんど受けない。8はインバー線7
を覆って支持部材9により固定された木樋又は塩化ビニ
ールパイプによる保護カバーである。In FIG. 11, 1 is a safe immovable area, 2
Is a dangerous area where a landslide in the direction of arrow P is predicted, and 3 is a crack or a terrain conversion point at the boundary between both areas. 4 is a pile driven into the dangerous area 2, 5 is a base fixed to the immovable area 1 near the boundary 3, and 6 is an extensometer installed on the base 5. Reference numeral 7 denotes an invar wire, which is stretched by connecting the pile 4 and the extensometer 6. This invar wire 7 is a special steel wire made of nickel alloy having a diameter of 0.5 mm, has a very small temperature coefficient, and is hardly affected by the temperature and sunshine. 8 is Invar line 7
Is a protective cover made of a wood gutter or a vinyl chloride pipe that is fixed by a support member 9 to cover the.
【0004】伸縮計6は、インバー線7を巻き取る巻き
取り車及びチャート式記録計、時計を内蔵しており、地
表層の変位に起因するインバー線7の伸縮は、巻き取り
車の回転変位に変換され、さらにこの変位が拡大機構を
介してチャート式記録計のペンに連動しており、時刻に
対応した地表層変位を一日単位、週単位で記録する。記
録計には一定値以上の変位が生じたときの作動する接点
機構を有し、この接点の作動で適当な所に配置されたブ
ザーで警報できる。The extensometer 6 incorporates a winding wheel for winding the invar wire 7, a chart type recorder and a clock. The expansion and contraction of the invar wire 7 caused by the displacement of the surface layer causes the rotational displacement of the winding wheel. This displacement is linked to the pen of the chart recorder via the magnifying mechanism, and the surface layer displacement corresponding to the time is recorded on a daily or weekly basis. The recorder has a contact mechanism that operates when a displacement of a certain value or more occurs, and an alarm can be issued by a buzzer placed at an appropriate position by the operation of this contact.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このようなインバー線
7の伸縮による従来の地表層変位検出装置では、地表層
の数mmの微小変位の検出が可能であるが、次の点が問題
となっていた。
(1)危険地域2内にインバー線7を精密に架設する工
事を必要とし、装置の設置コストが大きく、立ち入り作
業による危険も大きい。
(2)インバー線7の長さに制約があるため、伸縮計6
の設置場所は危険地域2の境界3近傍に限定されるの
で、充分安全な遠隔地点からの測定が困難である。従っ
て記録紙の回収、交換等のメンテナンス作業に危険がと
もなう。
(3)危険地域2が急斜面、崖等の場合は必要な架設工
事が不可能であり、この手段では地表層変位の検出が不
可能である。
(4)地表層変位をインバー線7の物理的な長さ変化で
検出しており、変位を電子情報として取り込む警報・予
知システムのセンサーとして用いることが不適当であ
る。
(5)装置全体をコンパクトで移動容易なユニット構成
とすることが困難であり、機動性に欠ける。
本発明は、このような背景の下になされたもので、土砂
崩れ災害の事前予知・警報のため、地滑りの危険のある
地表層(斜面)の微小変位を安全な遠隔地点より高精度
で検出することができる地表層変位検出装置を提供する
ことを目的とする。The conventional surface layer displacement detecting device based on such expansion and contraction of the invar wire 7 can detect a minute displacement of a few mm of the surface layer, but the following problems occur. Was there. (1) The work for precisely laying the invar wire 7 in the dangerous area 2 is required, the installation cost of the device is high, and the danger due to on-site work is also large. (2) Since there is a restriction on the length of the Invar wire 7, the extensometer 6
Since the installation location of is limited to the vicinity of the boundary 3 of the dangerous area 2, it is difficult to measure from a sufficiently safe remote point. Therefore, there is a risk in maintenance work such as collection and replacement of recording paper. (3) When the dangerous area 2 is a steep slope or a cliff, necessary erection work cannot be performed, and the surface layer displacement cannot be detected by this means. (4) The surface layer displacement is detected by the change in the physical length of the invar wire 7, and it is inappropriate to use it as a sensor of an alarm / prediction system that takes in the displacement as electronic information. (5) It is difficult to make the entire apparatus into a compact and easily movable unit configuration, and mobility is lacking. The present invention has been made under such a background, and detects small displacements of the surface layer (slope) at risk of landslides with high accuracy from a safe remote point for advance prediction and warning of landslide disaster. An object of the present invention is to provide a surface layer displacement detection device that can be used.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決する目的でなされたもので、請求項1に記載の発明
は、不動地域に固定されたモニタ手段と、このモニタ手
段より所定距離を隔てた危険地域内に固定された電波反
射手段とよりなり、上記モニタ手段は、上記電波反射手
段に向かって所定波長(λ)の電波を送信する送信手段
と、上記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段
と、この受信手段において上記送信波と受信波とを合成
するミキサ手段と、上記反電波射手段のλ/4以内の変
位を上記ミキサ手段の合成波出力振幅の最低レベルより
最大レベルの変化として検出するレベル検出手段とを具
備することを特徴とする。また、請求項2に記載の発明
は、不動地域に固定されたモニタ手段と、このモニタ手
段より所定距離を隔てた危険地域内に固定された電波反
射手段と、この電波反射手段に形成された反射率の周期
的可変手段とよりなり、上記モニタ手段は、上記電波反
射手段に向かって所定波長(λ)の電波を送信する送信
手段と、上記電波反射手段からの反射波を受信する受信
手段と、この受信手段において上記送信波と受信波とを
合成するミキサ手段と、このミキサ手段の合成波出力よ
り可変周期成分を抽出するエンベロープ検出手段と、上
記電波反射手段のλ/4以内の変位をエンベロープ出力
振幅の最低レベルより最大レベルの変化として検出する
レベル検出手段とを具備することを特徴とする。また、
請求項3に記載の発明は、不動地域に固定されたモニタ
手段と、このモニタ手段より所定距離を隔てた危険地域
内に固定された電波反射手段とよりなり、上記モニタ手
段は、上記電波反射手段に向かって一定周期で振幅変調
された所定波長(λ)の電波を送信する送信手段と、上
記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段と、こ
の受信手段において上記送信波と受信波とを合成するミ
キサ手段と、このミキサ手段の合成波出力より上記一定
周期の変調波成分を抽出するエンベロープ検出手段と、
上記電波反射手段のλ/4以内の変動を上記エンベロー
プ出力振幅の最低レベルより最大レベルの変化として検
出するレベル検出手段とを具備したことを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、不動地域に固定された
モニタ手段と、このモニタ手段より所定距離を隔てた危
険地域内に固定された電波反射手段とよりなり、上記モ
ニタ手段は、上記電波反射手段に向かって一定周期で振
幅変調された所定波長(λ)の電波を送信する送信手段
と、この送信手段とは離れて上記不動地に独立に設置さ
れ上記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段
と、この受信手段において上記送信波と受信波とを合成
するミキサ手段と、このミキサ手段の合成波出力より上
記一定周期の変調波成分を抽出するエンベロープ検出手
段と、上記伝オア反射手段のλ/4以内の変動を上記エ
ンベロープ出力振幅の最低レベルより最大レベルの変化
として検出するレベル検出手段とを具備することを特徴
とする。また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至
4のいずれかに記載の地表層変位検出装置において、上
記電波反射手段としてルーネベルグレンズ手段を用いる
ことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made for the purpose of solving the above-mentioned problems. The invention according to claim 1 is to provide a monitor means fixed in a fixed area and a predetermined distance from the monitor means. And a radio wave reflection means fixed in a dangerous area, the monitor means transmitting a radio wave of a predetermined wavelength (λ) toward the radio wave reflection means, and a reflection from the radio wave reflection means. A receiving means for receiving the wave, a mixer means for combining the transmitting wave and the receiving wave in the receiving means, and a displacement within λ / 4 of the anti-radiation means for the minimum level of the output amplitude of the composite wave of the mixer means. And a level detecting means for detecting a change in the maximum level. Further, the invention according to claim 2 is formed on the monitor means fixed to the immovable area, the radio wave reflecting means fixed to the dangerous area at a predetermined distance from the monitor means, and the radio wave reflecting means. The monitor means comprises a periodically varying means of reflectance, the monitor means transmits a radio wave of a predetermined wavelength (λ) to the radio wave reflection means, and a reception means receives the reflected wave from the radio wave reflection means. A mixer means for synthesizing the transmitted wave and the received wave in the receiving means, an envelope detecting means for extracting a variable period component from a combined wave output of the mixer means, and a displacement within λ / 4 of the radio wave reflecting means. Is detected as a change in the envelope output amplitude from the minimum level to the maximum level. Also,
According to a third aspect of the present invention, there is provided a monitor means fixed to the immovable area, and a radio wave reflection means fixed to a dangerous area separated by a predetermined distance from the monitor means. Transmitting means for transmitting a radio wave having a predetermined wavelength (λ) amplitude-modulated at a constant cycle toward the means, receiving means for receiving a reflected wave from the radio wave reflecting means, and the transmitting wave and the receiving wave in the receiving means. Mixer means for synthesizing, and envelope detection means for extracting the modulated wave component of the constant period from the synthesized wave output of the mixer means,
Level detecting means for detecting a variation within λ / 4 of the radio wave reflecting means as a change from the minimum level to the maximum level of the envelope output amplitude.
Further, the invention according to claim 4 comprises a monitor means fixed to the immovable area and a radio wave reflecting means fixed to a dangerous area separated from the monitor means by a predetermined distance. Transmitting means for transmitting a radio wave of a predetermined wavelength (λ) amplitude-modulated at a constant cycle toward the radio wave reflecting means, and a reflected wave from the radio wave reflecting means which is separately installed in the fixed place apart from the transmitting means. Receiving means, mixer means for synthesizing the transmitting wave and the receiving wave in the receiving means, envelope detecting means for extracting the modulated wave component of the constant cycle from the synthesized wave output of the mixer means, and the transmission means. Level detecting means for detecting a variation within λ / 4 of the OR reflecting means as a change from the minimum level to the maximum level of the envelope output amplitude. The invention according to claim 5 is the ground surface displacement detecting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a Luneberg lens means is used as the radio wave reflecting means.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の実
施の形態を更に詳しく説明する。図1は、本発明の第一
実施形態に係る地表層変位検出装置の全体構成図であ
る。符号1ないし4は図11で説明した構成要素と同一
である。10は不動地域1(安全地域)に支持台11を
介して固定されたモニタ手段、12はこのモニタ手段1
0の筐体に一体に形成された送受信アンテナである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a surface layer displacement detection device according to a first embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 4 are the same as the constituent elements described in FIG. Reference numeral 10 is a monitor means fixed to an immovable area 1 (safety area) via a support 11, and 12 is this monitor means 1.
It is a transmitting / receiving antenna that is integrally formed in the housing of 0.
【0008】13は地表層変位地域(危険地域2)に打
ち込まれた杭4のトップに固定された電波反射手段、L
は電波反射手段13とモニタ手段10に形成された送受
信アンテナ間の距離を示す。モニタ手段10は、送受信
アンテナ12を介して周波数Fの送信波(例えば10G
Hzのマイクロ波)ftをビーム状に電波反射手段13
に送信し、電波反射手段からの反射波frを再び送受信
アンテナ12を介して受信し、送信波ftと合成する。Reference numeral 13 is a radio wave reflection means fixed to the top of the pile 4 driven into the surface layer displacement area (danger area 2), L
Indicates the distance between the radio wave reflecting means 13 and the transmitting / receiving antenna formed on the monitor means 10. The monitoring means 10 transmits a transmission wave of frequency F (for example, 10G) via the transmission / reception antenna 12.
(Microwave of Hz) ft in the form of a beam
The reflected wave fr from the radio wave reflection means is received again via the transmission / reception antenna 12 and is combined with the transmitted wave ft.
【0009】電波反射手段13により送信波ftが反射
されるとき、位相が逆転することを考慮すると、
2L=(1/2)・(n+1)・λ (λ:波長 λ=
C/F C:光速)
のとき、送信波ftと反射波frはモニタ手段10の位
置で同相となり、合成振幅は両者の和となる。一方、2
L=(n/2)λ の場合は送信波ftと反射波frは
逆相となって、合成波は両者の差となる。Considering that the phase is inverted when the transmitted wave ft is reflected by the radio wave reflection means 13, 2L = (1/2). (N + 1) .lambda. (.Lambda .: wavelength .lambda. =
C / F C: speed of light), the transmitted wave ft and the reflected wave fr are in phase at the position of the monitor means 10, and the combined amplitude is the sum of the two. On the other hand, 2
When L = (n / 2) λ, the transmitted wave ft and the reflected wave fr have opposite phases, and the combined wave has a difference between them.
【0010】従って、送信波ftと反射波frの合成振
幅Vを取ると図2に示すように、λ/4の間で最大値よ
り最小値まで変化する正弦波となる。例えば図2のA点
(電圧VA)になるようにモニタ手段10と電波反射手
段13の距離を事前に設定しておけば、電波反射手段1
3が微小距離動くことにより動作点はB点(VB)、C
点(VC)に変化し、合成振幅の変化値より移動距離が
検知できる。換言すればこれは反射波frの相対位相を
電圧に変換しているものである。Therefore, when the combined amplitude V of the transmitted wave ft and the reflected wave fr is taken, it becomes a sine wave that changes from the maximum value to the minimum value during λ / 4 as shown in FIG. For example, if the distance between the monitor means 10 and the radio wave reflection means 13 is set in advance so that the point A (voltage VA) in FIG.
The operating point is B point (VB), C
It changes to a point (VC) and the moving distance can be detected from the change value of the combined amplitude. In other words, this converts the relative phase of the reflected wave fr into a voltage.
【0011】ここで、例えばF=10.525GHz
(λ=28.5mm)とすると、λ/4=7.12mmとな
る。この間に合成振幅は最大値から最小値まで(フルス
ケール)変化するから、この振幅の測定分解能が3ビッ
ト(1/8フルスケール)1mm程度の距離変化を検知す
ることが可能である。Here, for example, F = 10.525 GHz
(Λ = 28.5 mm), λ / 4 = 7.12 mm. During this period, the combined amplitude changes from the maximum value to the minimum value (full scale), so that it is possible to detect a distance change of about 3 mm (1/8 full scale) of 1 mm in the measurement resolution of this amplitude.
【0012】図3は、地表層変位の予測方向によって基
準となる動作点(A,B,C)を事前に設定するためにモ
ニタ手段10を送受信波方向に微小距離(ΔL)移動さ
せる微動調整機構14を設けた構成例である。本発明の
第1実施形態による変位検出装置は、上記の説明で明ら
かなように、相対位相に着目しこれを電圧変換するもの
であるから、λ/4をこえる変位は測定できない。従っ
て上記の10.525GHzの周波数を用いる場合で
は、λ/4=7.12mmであるから、微動調整機構14
の調整可能距離は10mmあれば十分である。FIG. 3 shows a fine movement adjustment for moving the monitor means 10 by a minute distance (ΔL) in the transmission / reception wave direction in order to preset the operating point (A, B, C) which becomes a reference according to the predicted direction of the surface layer displacement. It is a structural example in which the mechanism 14 is provided. As is clear from the above description, the displacement detecting device according to the first embodiment of the present invention focuses on the relative phase and converts it into a voltage, and therefore cannot measure displacement exceeding λ / 4. Therefore, when the frequency of 10.525 GHz is used, since λ / 4 = 7.12 mm, the fine adjustment mechanism 14
An adjustable distance of 10 mm is sufficient.
【0013】図4は、モニタ手段10の電気的な構成を
示すブロック線図である。15はマイクロ波発振部であ
り、所定の周波数Fのマイクロ波を発振し、バッファ増
幅器16を介してカップラ17に供給する。カップラ1
7はマイクロ波を2分配するものであり、一方を電力増
幅器18を介してサーキュレータ19へ、他方をミキサ
20へ供給する。サーキュレータ19は切り換え器であ
り、電力増幅器18から供給されたマイクロ波をアンテ
ナ12へ、アンテナ12から供給された受信マイクロ波
をミキサ20に供給する。FIG. 4 is a block diagram showing the electrical construction of the monitor means 10. A microwave oscillating unit 15 oscillates a microwave having a predetermined frequency F and supplies it to the coupler 17 via the buffer amplifier 16. Coupler 1
Reference numeral 7 is for dividing the microwave into two, one of which is supplied to the circulator 19 via the power amplifier 18 and the other of which is supplied to the mixer 20. The circulator 19 is a switch, and supplies the microwave supplied from the power amplifier 18 to the antenna 12 and the received microwave supplied from the antenna 12 to the mixer 20.
【0014】アンテナ12は、マイクロ波の送受信を行
うものであり、アンテナからビーム状に送信されたマイ
クロ波ftは、電波反射手段13で反射され、反射され
たマイクロ波frが同一アンテナ12により受信され、
サーキュレータ19を介してミキサ20に供給される。The antenna 12 transmits and receives microwaves, and the microwave ft transmitted in a beam form from the antenna is reflected by the radio wave reflection means 13, and the reflected microwave fr is received by the same antenna 12. Is
It is supplied to the mixer 20 via the circulator 19.
【0015】ミキサ20はカップラ17からの送信波f
t(マイクロ波)とサーキュレータ19からの反射波f
r(受信マイクロ波)を合成し、その合成振幅の直流レ
ベルVは図2で説明したように電波反射手段13のλ/
4以内の変動による送信波ftと反射波fr(受信マイ
クロ波)の位相差により最大から最小に変化する。The mixer 20 receives the transmission wave f from the coupler 17.
t (microwave) and reflected wave f from the circulator 19
r (received microwave) is combined, and the DC level V of the combined amplitude is λ / of the radio wave reflection means 13 as described in FIG.
It changes from the maximum to the minimum due to the phase difference between the transmitted wave ft and the reflected wave fr (reception microwave) due to fluctuations within 4.
【0016】21は合成振幅Vの直流分を増幅し、スパ
ン設定を行うための直流増幅器であり、その出力V0
は、例えば電波反射手段13の0乃至λ/4の変化に対
して1乃至5ボルトの範囲で変化するようにスパン設定
される。Reference numeral 21 is a DC amplifier for amplifying the DC component of the composite amplitude V and setting the span, and its output V0
Is set to change within a range of 1 to 5 volts with respect to a change of 0 to λ / 4 of the radio wave reflection means 13, for example.
【0017】22は信号処理部であり、直流増幅器出力
V0 を入力信号とし、これに対して警報設定値との比較
による警報、1日単位又は1週間単位の変動記録、必要
に応じてディジタル変換した後コンピュータ処理により
さらに複雑なデータ管理を実行する。23はこの信号処
理部の出力で作動する現場指示計器、Sは同じくこの信
号処理部23の出力で遠隔地の監視センター等へ伝送さ
れるアナログ又はディジタルの伝送信号である。Reference numeral 22 is a signal processing unit, which uses the DC amplifier output V0 as an input signal, and outputs an alarm by comparison with an alarm set value, a daily change record or a weekly change record, and digital conversion if necessary. After that, more complicated data management is executed by computer processing. Reference numeral 23 denotes an on-site indicating instrument which operates at the output of this signal processing unit, and S denotes an output of this signal processing unit 23 which is an analog or digital transmission signal which is transmitted to a remote monitoring center or the like.
【0018】次に図5乃至図6により、本発明の第二実
施形態を説明する。電波反射手段13は実用上の大きさ
に制限があるため、送信波ftに比較して反射波frは
極めて微弱である。また反射は反射体のみならず、周辺
の土砂面・樹木等からの反射も当然存在するし、そこで
の水流・砂礫などの移動等を考えると1mm程度の変動は
常時考えられる。これらバックグラウンドの影響を除
き、設置した電波反射手段13からの反射波のみを抽出
する方法として、この第二実施形態では、反射手段に変
調をかけ、周波数ドメインでバックグラウンド雑音を除
去することを特徴としている。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the radio wave reflecting means 13 is limited in practical size, the reflected wave fr is extremely weak as compared with the transmitted wave ft. In addition, reflection naturally occurs not only from the reflector but also from the surrounding soil and sand, trees, etc. Considering the movement of water flow, gravel, etc., there is always a fluctuation of about 1 mm. As a method of extracting only the reflected wave from the installed radio wave reflection means 13 excluding the influence of these backgrounds, in the second embodiment, the reflection means is modulated to remove the background noise in the frequency domain. It has a feature.
【0019】図5は電波反射手段13の側面図であり、
電波反射球本体24は主に発砲スチロールよりなるレン
ズ部材で構成されている。25は電波反射球本体24の
背部表面を覆って張り付けられた半球状の金属反射板で
ある。このような構成の電波反射球本体24は、海上の
ブイ位置等をレーダーで確認するためのレーダー電波反
射手段等に用いられ、通称ルーネベルグレンズとして実
用化されている公知の技術手段である。FIG. 5 is a side view of the radio wave reflection means 13,
The radio wave reflecting sphere body 24 is mainly composed of a lens member made of expanded polystyrene. Reference numeral 25 is a hemispherical metal reflector which is attached to cover the back surface of the radio wave reflecting sphere body 24. The radio wave reflecting sphere body 24 having such a configuration is a known technical means that is used as a radar radio wave reflecting means for confirming the position of a buoy on the sea by a radar and is commonly used as a so-called Luneberg lens.
【0020】26は金属反射板25の表面に送信波ft
の偏波面に平行に複数個形成されたスロットである。図
6(A)は、スロット26の1個を取り出して示した平
面図であり、スロット26の長さはλ/2とされ、中間
位置即ちλ/4位置のスロットを跨いで短絡するよう
に、図6(B)に示すごとくPINダイオード27がチッ
プコンデンサ手段28を介して高周波的に接続されてい
る。Numeral 26 indicates a transmitted wave ft on the surface of the metal reflection plate 25.
A plurality of slots are formed parallel to the plane of polarization of. FIG. 6A is a plan view showing one of the slots 26 taken out. The length of the slot 26 is set to λ / 2, and short-circuiting is performed across the slots at the intermediate position, that is, the λ / 4 position. As shown in FIG. 6 (B), the PIN diode 27 is connected in high frequency through the chip capacitor means 28.
【0021】29はPINダイオード27を交流信号fm
で周期的にスイッチング制御する変調用信号源である。
この変調用信号源29の周波数でPINダイオード27は
周期的にオンオフ制御されるので、図7に示すように、
スロット26はPINダイオード27がオン状態では図7
(A)のように、等価的にλ/4のスロット26aとス
ロット26bの2スロットに分割され、オフ状態ではス
ロット長はλ/2となる。 スロットが等価的に2分割
される図7(A)のモードでは、入射された電波は入射
方向に反射されるので反射量が大きい。一方、スロット
が分割されない図7(B)のモードでは入射された電波
はスロット26を通過するので反射量が激減する。この
ようなPINダイオード27のスイッチング制御により、
反射波frは、図5に示すように交流信号fmでスイッ
チング変調した断続波となる。Reference numeral 29 designates the PIN diode 27 as an alternating current signal fm.
It is a signal source for modulation that periodically performs switching control.
Since the PIN diode 27 is periodically on / off controlled at the frequency of the modulation signal source 29, as shown in FIG.
Slot 26 is shown in FIG. 7 when PIN diode 27 is on.
As in (A), it is equivalently divided into two slots, that is, a slot 26a and a slot 26b of λ / 4, and the slot length is λ / 2 in the off state. In the mode of FIG. 7A in which the slot is equivalently divided into two, the incident radio wave is reflected in the incident direction, so the reflection amount is large. On the other hand, in the mode of FIG. 7B in which the slots are not divided, the incident radio waves pass through the slots 26, so the amount of reflection is drastically reduced. By such switching control of the PIN diode 27,
The reflected wave fr is an intermittent wave that is switching-modulated with the AC signal fm as shown in FIG.
【0022】変調用の交流信号fmの周波数を風による
樹木の揺らぎ、雨水流の変化に由来する砂礫変動の周波
数よりも充分高く取り、フィルタ手段により合成波の中
から信号fmで変調された成分を抽出すれば、バックグ
ラウンドの雑音をカットした電波反射手段のみの変動信
号を得ることができる。この方式によれば送信波ftの
振幅変動の影響も除去することが可能である。The frequency of the modulating AC signal fm is set to be sufficiently higher than the frequency of the sand and gravel fluctuation caused by the fluctuation of the tree due to the wind and the change of the rainwater flow, and the component modulated by the signal fm from the composite wave by the filter means. Can be extracted to obtain a fluctuation signal of only the radio wave reflection means in which background noise is cut. According to this method, it is possible to remove the influence of the amplitude fluctuation of the transmitted wave ft.
【0023】図8は、電波反射手段に変調をかけた場合
のモニタ手段10の構成例である。図4で説明した構成
と同一の要素は同一符号を付して説明を省略し、図4と
の差につき説明する。30は高周波増幅器であり、ミキ
サー20の合成波出力の交流分を増幅する。31は変調
交流信号fmを中心周波数とするバンドパスフィルタで
あり、合成信号のうち変調交流信号fmの周波数で変調
された信号のエンベロープ信号veを抽出する。FIG. 8 shows an example of the structure of the monitor means 10 when the radio wave reflection means is modulated. The same elements as those in the configuration described with reference to FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. A high frequency amplifier 30 amplifies an alternating current component of the composite wave output of the mixer 20. Reference numeral 31 is a bandpass filter having a center frequency of the modulated AC signal fm, and extracts the envelope signal ve of the signal that is modulated at the frequency of the modulated AC signal fm from the composite signal.
【0024】32はエンベロープ信号veの整流平滑回
路であり、エンベロープ信号veの振幅に比例した直流
信号vに変換する。21乃至23の構成は図4の場合と
同様である。図9は、変調交流信号fmで変調された受
信波のエンベロープ信号の振幅vの変化により合成波の
位相差による電波反射手段の移動を図2と全く同様に測
定することが出来る様子を示している。Reference numeral 32 denotes a rectifying / smoothing circuit for the envelope signal ve, which converts the envelope signal ve into a DC signal v proportional to the amplitude of the envelope signal ve. The configurations of 21 to 23 are the same as in the case of FIG. FIG. 9 shows that the movement of the radio wave reflection means due to the phase difference of the composite wave can be measured in exactly the same way as in FIG. 2 by the change of the amplitude v of the envelope signal of the received wave modulated by the modulated AC signal fm. There is.
【0025】この実施形態のように、電波反射手段側に
おいて反射波に変調をかける方式では、ルーネベルグレ
ンズのスロットを短絡するPINダイオード27のスイッ
チングのための信号源駆動のために電力供給手段を必要
とする問題がある。しかしながらPINダイオードのスイ
ッチングのための電力は極めて微弱電流でよいので、太
陽電池と簡単なバッテリー手段を電波反射手段側13側
に設けることで、電源供給のためのケーブル手段を設け
ることなくこの問題は解消することが可能である。As in this embodiment, in the method of modulating the reflected wave on the side of the radio wave reflection means, a power supply means is used for driving the signal source for switching the PIN diode 27 which short-circuits the slot of the Luneberg lens. There is a problem you need. However, since the power for switching the PIN diode may be an extremely weak current, by providing a solar cell and a simple battery means on the radio wave reflecting means side 13 side, this problem can be solved without providing a cable means for power supply. It is possible to eliminate it.
【0026】次に図10により、本発明の第三実施形態
を説明する。この第三実施態様の特徴は、変調を送信側
でかけることにより電波反射手段の構成を簡素化するこ
とを目的としており、周囲のバックグラウンド雑音が小
さく、反射波対雑音比の良い環境に適している。さらに
この第三実施形態の特徴は、モニタ手段10を送信ユニ
ットと受信ユニットに分離した構成にある。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The feature of this third embodiment is to simplify the configuration of the radio wave reflection means by applying modulation on the transmission side, and is suitable for an environment with a small background noise around and a good reflected wave to noise ratio. There is. Further, the third embodiment is characterized in that the monitor means 10 is separated into a transmitting unit and a receiving unit.
【0027】図10において、10aは送信ユニット、
10bは受信ユニットを示す。送信ユニット10aにお
いて、33は変調回路であり、マイクロ波発振部15の
出力に対し例えば10kHZの信号で振幅変調をかけ
る。従って送信アンテナ12aよりの送信波ftは10
KHZで振幅変調されたマイクロ波となる。16,18
の要素は図4、図8と同一である。In FIG. 10, 10a is a transmission unit,
10b shows a receiving unit. In the transmission unit 10a, 33 is a modulation circuit, which amplitude-modulates the output of the microwave oscillating unit 15 with a signal of 10 kHz, for example. Therefore, the transmission wave ft from the transmission antenna 12a is 10
The microwave is amplitude-modulated by KHZ. 16, 18
Are the same as those in FIGS. 4 and 8.
【0028】受信ユニット10bにおいて、受信アンテ
ナ12bには電波反射手段13からの反射波frと送信
アンテナ12aから地面等を介して回り込む直接波f
t’が受信され、ダイオード等の比直線素子34により
合成され、合成波fmが発生する。以後の処理は図8と
全く同一であり、変調周波数のエンベロープ信号veの
振幅vにより微小変動が測定できる。In the receiving unit 10b, the receiving antenna 12b has a reflected wave fr from the radio wave reflection means 13 and a direct wave f that wraps around the ground from the transmitting antenna 12a.
t ′ is received and combined by a linear element 34 such as a diode to generate a combined wave fm. Subsequent processing is exactly the same as in FIG. 8, and a minute fluctuation can be measured by the amplitude v of the envelope signal ve of the modulation frequency.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明した通り、電波手段を用いるこ
とを特徴とする本発明の装置においては、従来方式に比
較して次のような効果を期待できる。
(1)危険地域内での架設する工事は、電波反射手段の
設置のみであり、従来のようにインバー線を精密架設す
るような工事は不要であり、装置の設置コストが小さ
く、立ち入り作業による危険も小さい。
(2)電波を利用しているので、モニタ手段は危険地域
の境界より充分離して(100m以上)安全地域に設置
可能であり、データの収集、メンテナンスに危険がとも
なうことはない。
(3)電波反射手段の設置は、杭を1本打てばよいので
危険地域が急斜面、崖等の場合でも必要な監視システム
の架設工事が可能である。
(4)地表層変位は電圧信号のような電子情報に変換さ
れるので、データの加工と利用に汎用性があり、災害の
警報・予知システムのセンサーとして最適である。
(5)装置全体をコンパクトで移動容易なユニット化構
成とすることが容易であり、機動性に優れている。As described above, in the apparatus of the present invention characterized by using the radio wave means, the following effects can be expected as compared with the conventional system. (1) The construction work in the hazardous area is only the installation of the radio wave reflection means, there is no need for the construction work of precision installation of the Invar wire as in the past, the installation cost of the device is small, and it is necessary to enter the site. The risk is small. (2) Since radio waves are used, the monitor means can be installed in a safe area by separating (100 m or more) from the boundary of the dangerous area, and there is no danger in collecting and maintaining data. (3) The installation of the radio wave reflection means requires only one stake, so it is possible to install the necessary monitoring system even when the dangerous area is a steep slope or a cliff. (4) Since ground surface displacement is converted into electronic information such as voltage signals, it has versatility in data processing and use, and is optimal as a sensor for disaster warning / prediction systems. (5) It is easy to make the entire device into a unitized structure that is compact and easy to move, and is excellent in maneuverability.
【図1】 本発明の第一実施形態に係る地表層変位検出
装置の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a surface layer displacement detection device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 第一実施形態における送信波と受信波の合成
波のレベル変化を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a level change of a composite wave of a transmission wave and a reception wave in the first embodiment.
【図3】 第一実施形態におけるモニタ手段10の微小
調整機構14を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a fine adjustment mechanism 14 of the monitor means 10 in the first embodiment.
【図4】 第一実施形態におけるモニタ手段10の電気
的な構成を示すブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the monitor means 10 in the first embodiment.
【図5】 本発明の第二実施形態におけるルーネベルグ
レンズ用いた電波反射手段13の側面図である。FIG. 5 is a side view of a radio wave reflection means 13 using a Luneberg lens according to a second embodiment of the present invention.
【図6】 ルーネベルグレンズのスロット長制御のため
のPINダイオード27の取り付け構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a PIN diode 27 for controlling a slot length of a Luneberg lens.
【図7】 ルーネベルグレンズのスロット長の見かけの
長さの切り換えを示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing switching of apparent lengths of slot lengths of a Luneberg lens.
【図8】 第二実施形態におけるモニタ手段の電気的な
構成を示すブロック線図であるFIG. 8 is a block diagram showing an electrical configuration of monitor means in the second embodiment.
【図9】 第二実施形態における合成波の変調波エンベ
ロープの振幅レベル変化を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing a change in amplitude level of a modulated wave envelope of a synthetic wave in the second embodiment.
【図10】 本発明の第三実施形態におけるモニタ手段
の電気的な構成を示すブロック線図である。FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of monitor means in the third embodiment of the present invention.
【図11】 従来の地表層変位検出装置の一例を示す全
体構成図である。FIG. 11 is an overall configuration diagram showing an example of a conventional surface layer displacement detection device.
1 不動地域 2 危険地域 3 境界 4 杭 10 モニタ手段 11 支持台 12 送受信アンテナ 13 電波反射手段 15 マイクロ波発振部 16 バッファ増幅器 17 カップラ 18 電力増幅器 19 サーキュレータ 20 ミキサ 21 直流増幅器 22 信号処理部 23 現場指示計器 1 immovable area 2 dangerous areas 3 boundaries 4 piles 10 Monitor means 11 Support 12 transmitting and receiving antenna 13 Radio wave reflection means 15 Microwave oscillator 16 buffer amplifier 17 Couplers 18 power amplifier 19 Circulator 20 mixer 21 DC amplifier 22 Signal processing unit 23 Field indicator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−20017(JP,A) 特開 昭60−119409(JP,A) 特開 平10−68774(JP,A) 実開 昭63−67891(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 21/00 G01B 21/00 G01C 15/00 G01S 13/36 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 10-20017 (JP, A) JP 60-119409 (JP, A) JP 10-68774 (JP, A) Actual 63- 67891 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01D 21/00 G01B 21/00 G01C 15/00 G01S 13/36
Claims (5)
された電波反射手段とよりなり、 上記モニタ手段は、 上記電波反射手段に向かって所定波長(λ)の電波を送
信する送信手段と、 上記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段と、 この受信手段において上記送信波と受信波とを合成する
ミキサ手段と、 上記電波反射手段のλ/4以内の変位を上記ミキサ手段
の合成波出力振幅の最低レベルより最大レベルの変化と
して検出するレベル検出手段とを具備することを特徴と
する地表層変位検出装置。1. A monitor means fixed to an immovable area, and a radio wave reflecting means fixed to a dangerous area at a predetermined distance from the monitor means, wherein the monitor means faces the radio wave reflecting means. Transmitting means for transmitting a radio wave of a predetermined wavelength (λ), receiving means for receiving the reflected wave from the radio wave reflecting means, mixer means for synthesizing the transmitted wave and the received wave in the receiving means, and the radio wave counter And a level detecting means for detecting a displacement of the injection means within λ / 4 as a change of the composite wave output amplitude of the mixer means from a minimum level to a maximum level.
された電波反射手段と、 この電波反射手段に形成され
た反射率の周期的可変手段とよりなり、 上記モニタ手段は、 上記電波反射手段に向かって所定波長(λ)の電波を送
信する送信手段と、 上記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段と、 この受信手段において上記送信波と受信波とを合成する
ミキサ手段と、 このミキサ手段の合成波出力より可変周期成分を抽出す
るエンベロープ検出手段と、 上記電波反射手段のλ/4以内の変位をエンベロープ出
力振幅の最低レベルより最大レベルの変化として検出す
るレベル検出手段とを具備することを特徴とする地表層
変位検出装置。2. A monitor means fixed to an immovable area, a radio wave reflecting means fixed to a dangerous area at a predetermined distance from the monitor means, and a periodically variable reflectance formed on the radio wave reflecting means. The monitor means includes a transmitting means for transmitting a radio wave of a predetermined wavelength (λ) toward the radio wave reflecting means, a receiving means for receiving a reflected wave from the radio wave reflecting means, and a receiving means in the receiving means. Mixer means for synthesizing the transmitted wave and the received wave, envelope detecting means for extracting a variable period component from the synthesized wave output of the mixer means, and displacement of the radio wave reflecting means within λ / 4 for the minimum envelope output amplitude. And a level detecting means for detecting a change from the level to the maximum level.
された電波反射手段とよりなり、 上記モニタ手段は、 上記電波反射手段に向かって一定周期で振幅変調された
所定波長(λ)の電波を送信する送信手段と、 上記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段と、 この受信手段において上記送信波と受信波とを合成する
ミキサ手段と、 このミキサ手段の合成波出力より上記一定周期の変調波
成分を抽出するエンベロープ検出手段と、 上記電波反射手段のλ/4以内の変動を上記エンベロー
プ出力振幅の最低レベルより最大レベルの変化として検
出するレベル検出手段とを具備したことを特徴とする地
表層変位検出装置。3. A monitor means fixed to an immovable area, and a radio wave reflection means fixed to a dangerous area at a predetermined distance from the monitor means, wherein the monitor means faces the radio wave reflection means. Transmitting means for transmitting a radio wave having a predetermined wavelength (λ) amplitude-modulated at a constant cycle, receiving means for receiving the reflected wave from the radio wave reflecting means, and the receiving wave for synthesizing the transmitted wave and the received wave. The mixer means, the envelope detecting means for extracting the modulated wave component of the constant cycle from the composite wave output of the mixer means, and the fluctuation within λ / 4 of the radio wave reflecting means are controlled to have a maximum level higher than the minimum level of the envelope output amplitude. A surface layer displacement detecting device, comprising: a level detecting means for detecting a change.
された電波反射手段とよりなり、 上記モニタ手段は、 上記電波反射手段に向かって一定周期で振幅変調された
所定波長(λ)の電波を送信する送信手段と、 この送信手段とは離れて上記不動地に独立に設置され上
記電波反射手段からの反射波を受信する受信手段と、 この受信手段において上記送信波と受信波とを合成する
ミキサ手段と、 このミキサ手段の合成波出力より上記一定周期の変調波
成分を抽出するエンベロープ検出手段と、 上記伝オア反射手段のλ/4以内の変動を上記エンベロ
ープ出力振幅の最低レベルより最大レベルの変化として
検出するレベル検出手段とを具備することを特徴とする
地表層変位検出装置。4. A monitor means fixed to an immovable area, and a radio wave reflecting means fixed to a dangerous area at a predetermined distance from the monitor means, wherein the monitor means faces the radio wave reflecting means. Transmitting means for transmitting a radio wave having a predetermined wavelength (λ) amplitude-modulated at a constant cycle; and receiving means separately installed on the immovable ground and independently for receiving the reflected wave from the radio wave reflecting means. Mixer means for synthesizing the transmitted wave and the received wave in the receiving means, an envelope detecting means for extracting the modulated wave component of the constant period from the combined wave output of the mixer means, and λ / of the transmission OR reflecting means. And a level detecting means for detecting a variation within 4 as a change of the envelope output amplitude from the minimum level to the maximum level.
ンズ手段を用いることを特徴とする請求項1乃至4のい
ずれかに記載の地表層変位検出装置。5. The surface layer displacement detecting device according to claim 1, wherein a Luneberg lens means is used as the radio wave reflecting means.
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JP12143298A JP3386367B2 (en) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | Surface displacement detector |
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1998
- 1998-04-30 JP JP12143298A patent/JP3386367B2/en not_active Expired - Fee Related
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