JP4031127B2 - 変位測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は変位測定装置に関し、特に、岩盤中のクラック発生によって生じる岩盤崩落を事前に検出するための測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、急傾斜面においては、降雨又は地震等の影響によって岩盤崩落が発生する恐れがあり、これによって、周辺道路及び家屋等に甚大な被害を及ぼすことがある。このような岩盤崩落を事前に検出するため、種々の測定装置が知られている。
【0003】
従来の変位測定装置として、例えば、図5に示す変位測定装置が知られている。図5を参照して、図示の変位測定装置は送信部11及び受信部12を備えている。送信部11は被変位測定物である岩盤13内に埋設されている。一方、受信部12は送信部11と対向して地上付近に配置される。
【0004】
送信部11は発振回路14a及び送信コイル14bを備えており、発振回路14aは予め定められた周波数の発振信号を出力する。受信部12は第1の受信コイル15aと第1の受信コイル15aに対して所定の間隔(距離)をおいて配置された第2の受信コイル15bとを備えている。この際、送信コイル14bの中心軸と第1及び第2の受信コイル15a及び15bの中心軸とは一直線上に配置されている。そして、第1の受信コイル15aは第1の検波回路16aに接続され、第2の受信コイル15bは第2の検波回路16bに接続されており、第1及び第2の検波回路16a及び16bは除算回路17に接続されている。
【0005】
上述の変位測定装置では、発振回路14aの発振に応じて送信コイル14bから磁束が送出される。この磁束は第1及び第2の受信コイル15a及び15bで受信され、第1及び第2の受信コイル15a及び15bは磁束強度に応じた電圧をそれぞれ第1及び第2の電圧として出力する。これら第1及び第2の電圧はそれぞれ第1及び第2の検波回路16a及び16bで検波されて第1及び第2の検波信号として出力される。これら第1及び第2の検波信号は除算回路17で割り算処理されて後述するように変位測定出力として出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
いま、送信コイル14bと第1の受信コイルとの距離をD、第1の受信コイル16aと第2受信コイル16bとの距離をEとする。そして、送信部11の送信出力レベルをV0 、第1及び第2の電圧をそれぞれV13及びV14とする。
【0007】
ビオサバールの法則から半径aのコイルに電流Iを流した時、このコイルの中心軸上の点Qにおける磁束の強さHはコイルの中心と点Qとの距離をdとすると、数1で表される。
【0008】
【数1】
【0009】
いま、コイルの半径aに比べて距離dが極めて大きな値であれば、数1は数2で近似することができる。
【0010】
【数2】
【0011】
このコイルに発生する電圧は磁束の強さHに比例するから、kを比例定数とすると、送信出力レベルV0 は数3で表される。
【0012】
【数3】
【0013】
ところで、第1及び第2の電圧V13及びV14は、不可避的に磁束が伝搬する媒質による減衰の影響と外来ノイズとを含んでおり、磁束が媒質中を伝搬する場合、磁束の減衰定数Kは数4で表される。
【0014】
【数4】
ここで、fは周波数、μは透磁率、σは導電率である。
【0015】
いま、Nをノイズレベルとすると、第1及び第2の電圧V13及びV14はそれぞれ数5及び数6で表すことができる。
【0016】
【数5】
【0017】
【数6】
【0018】
前述のように、これら第1及び第2の電圧V13及びV14は、除算回路17に与えられ、除算回路17は数7で示す割り算処理を行い、変位測定出力Aとして出力する。
【0019】
【数7】
【0020】
数7を参照すると、変位測定結果Aから外来ノイズの影響が除去されておらず、その結果、正確に変位を検出できないという問題点がある。
【0021】
本発明の目的は、送信レベルの変動及び外来ノイズの影響を除いて岩盤の移動量を正確に検出することのできる変位測定装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被変位測定物に埋設され磁束を出力する送信部と、該送信部から離れて配置され前記送信部に磁気的に結合された受信部とを有し、前記送信部には、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振回路と、該発振信号に応じて前記磁束を出力する送信コイルとが備えられ、前記受信部には、所定の間隔をおいて配置され前記磁束に応答してそれぞれ第1乃至第3の電圧を出力する第1乃至第3の受信コイルと、前記第1乃至前記第3の電圧を受け前記第1の電圧から前記第2の電圧を減算して第1の減算結果を得前記第2の電圧から前記第3の電圧を減算して第2の減算結果を得て前記第1の減算結果から前記第2の減算結果を減算して第1の演算結果を得る第1の演算回路と、前記第2及び前記第3の電圧を受け前記第2の電圧から前記第3の電圧を減算して第2の演算結果を得る第2の演算回路と、前記第1の演算結果を検波して第1の検波信号を得る第1の検波回路と、前記第2の演算結果を検波して第2の検波信号を得る第2の検波回路と、前記第1及び前記第2の検波信号を除算処理して前記変位測定結果を得る除算回路とを有することを特徴とする変位測定装置が得られる。
【0023】
さらに、本発明によれば、被変位測定物に埋設され磁束を出力する送信部と、該送信部から離れて配置され前記送信部に磁気的に結合された受信部とを有し、前記送信部には、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振回路と、該発振信号に応じて前記磁束を出力する送信コイルとが備えられ、前記受信部には、所定の間隔をおいて配置され前記磁束に応答してそれぞれ第1乃至第3の電圧を出力する第1乃至第3の受信コイルと、前記第1及び前記第2の電圧を受け前記第1の電圧から前記第2の電圧を減算して第1の演算結果を得る第1の演算回路と、前記第2及び前記第3の電圧を受け前記第2の電圧から前記第3の電圧を減算して第2の演算結果を得る第2の演算回路と、前記第1の演算結果から前記第2の演算結果を減算して第3の演算結果を得る第3の演算回路と、前記第3の演算結果を検波して第1の検波信号を得る第1の検波回路と、前記第2の演算結果を検波して第2の検波信号を得る第2の検波回路と、前記第1及び前記第2の検波信号を除算処理して前記変位測定結果を得る除算回路とを有することを特徴とする変位測定装置が得られる。
【0024】
そして、上記のいずれの変位測定装置においても、前記送信コイルの中心軸と前記第1乃至前記第3の受信コイルの中心軸とを一直線上に配置することが望ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
【0026】
まず、図1を参照して、図示の変位測定装置は送信部11及び受信部21を備えている。送信部11は被変位測定物である岩盤13内に埋設されている。一方、受信部21は送信部11と対向して地上付近に配置される。
【0027】
送信部11は発振回路14a及び送信コイル14bを備えており、発振回路14aは予め定められた周波数の発振信号を出力する。受信部12は第1乃至第3の受信コイル22a乃至22cを備えており、第2の受信コイル22bは第1の受信コイル22aに対して所定の第1の間隔(第1の距離)をおいて配置されている。また、第3の受信コイル22cは第2の受信コイル22bに対して所定の第2の間隔(第2の距離)をおいて配置されている。第1の距離と第2の距離とは互いに等しいかもしれない。この際、送信コイル14bの中心軸と第1乃至第3の受信コイル22a乃至22cの中心軸とは一直線上に配置される。
【0028】
さらに、図示の変位測定装置は、第1及び第2の演算回路23a及び23b、第1及び第2の検波回路24a及び24b、及び除算回路25を備えており、後述するようにして、除算回路25から変位測定結果が出力される。
【0029】
上述の変位測定装置では、発振回路14aの発振に応じて送信コイル14bから磁束が送出される。この磁束は第1乃至第3の受信コイル22a乃至22cで受信され、第1乃至第3の受信コイル22a乃至22cは磁束強度に応じた電圧をそれぞれ第1乃至第3の電圧として出力する。
【0030】
ここで、送信コイル14bと第1の受信コイルとの距離をD、第1の距離をE、第2の距離をFとする。そして、送信部11の送信出力レベルをV0 、第1、第2、及び第3の電圧をそれぞれV13、V14、及びV15とする。
【0031】
前述したように、ビオサバールの法則から半径aのコイルに電流Iを流した時、このコイルの中心軸上の点Qにおける磁束の強さHはコイルの中心と点Qとの距離をdとすると、数8で表される。
【0032】
【数8】
【0033】
いま、コイルの半径aに比べて距離dが極めて大きな値であれば、数8は数9で近似することができる。
【0034】
【数9】
【0035】
このコイルに発生する電圧は磁束の強さHに比例するから、kを比例定数とすると、送信出力レベルV0 は数10で表される。
【0036】
【数10】
【0037】
ところで、第1乃至第3の電圧V13乃至V15は、不可避的に磁束が伝搬する媒質による減衰の影響と外来ノイズとを含んでおり、磁束が媒質中を伝搬する場合、磁束の減衰定数Kは数11で表される。
【0038】
【数11】
ここで、fは周波数、μは透磁率、σは導電率である。
【0039】
いま、Nをノイズレベルとすると、第1乃至第3の電圧V13乃至V15はそれぞれ数12乃至数14で表すことができる。
【0040】
【数12】
【0041】
【数13】
【0042】
【数14】
【0043】
ここで、図2も参照して、いま、便宜的には、図2において第1、第2、及び第3の電圧V13、V14、及びV15をそれぞれX,Y,及びZで表すと、第1の演算回路23aには第1乃至第3の電圧が入力され、第2の演算回路23bには第2及び第3の電圧が与えられる。第1の演算回路23aでは、(X−Y)−(Y−Z)=X−2Y+Zの演算を行い、第1の演算結果として出力する。一方、第2の演算回路23bでは、Y−Zの演算を行い、第2の演算結果として出力する。これら第1及び第2の演算結果はそれぞれ第1及び第2の検波回路24a及び24bに与えられ、ここで検波され、第1及び第2の検波結果P及びQとして出力される。これら第1及び第2の検波結果P及びQは除算回路25で除算処理される。
【0044】
除算回路25ではP/Qの除算を行い、変位測定結果Vとして、数15で示す測定結果を出力する。
【0045】
【数15】
【0046】
数12乃至数14式及び数15から明らかなように、外来ノイズが相殺される結果、変位測定結果Vからは外来ノイズの影響が除去される。さらに、距離Dに対して第1及び第2の距離E及びFは極めて小さいから、数15は数16で近似される。
【0047】
【数16】
【0048】
さらに、E=Fであると、つまり、各受信コイルが等間隔で配置されていると、数16は数17で近似することができる。
【0049】
【数17】
【0050】
数17を参照すると、送信コイル14bと第1の受信コイル22aとの距離Dの変化に応じて変位測定出力Vが変化することがわかる。つまり、岩盤13の移動に応じて距離Dが変化して変位測定出力Vが変化することがわかる。しかも、変位測定結果Vからは外来ノイズ及び送信レベルの変動が含まれておらず、この結果、図示の変位測定装置によれば、正確に変位を測定することができる。そして、この変位測定出力Vは岩盤13の移動量(変位量)に応じて、図3に示すように変化することになる。つまり、岩盤13の移動量(変位量)が大きくなるにつれて変位測定出力Vは線形的に小さくなる。
【0051】
次に、図4を参照して、本発明による変位測定装置の他の例について説明する。
【0052】
図示の例では、受信部の構成が図2に示す構成と異なっている。図示の受信部は、第1乃至第3の演算回路31a乃至31c、第1及び第2の検波回路24a及び24b、及び除算回路25を備えている。
【0053】
いま、第1、第2、及び第3の電圧V13、V14、及びV15をそれぞれX,Y,及びZで表すと、第1の演算回路31aには第1及び第2の電圧が与えられ、第2の演算回路31bには第2及び第3の電圧が与えられる。第1の演算回路31aでは、X−Yの演算を行い、第1の演算結果として出力する。一方、第2の演算回路31bでは、Y−Zの演算を行い、第2の演算結果として出力する。これら第1及び第2の演算結果は第3の演算回路31cに与えられ、第3の演算回路31cでは第1の演算結果から第2の演算結果を減算する。つまり、第3の演算回路31cでは、(X−Y)−(Y−Z)=X−2Y+Zの演算を行い、第3の演算結果として出力する。
【0054】
第1及び第2の検波回路24a及び24bにはそれぞれ第2の演算結果及び第3の演算結果が与えられ、第1及び第2の検波回路24a及び24bはそれぞれ第1及び第2の検波結果P及びQを出力する。これら第1及び第2の検波結果P及びQは除算回路25で除算処理される。除算回路25ではP/Qの除算を行い、その結果、前述の数15で示す変位測定結果Vを出力する。
【0055】
図4に示す受信部を用いても、外来ノイズが相殺される結果、変位測定結果Vからは外来ノイズの影響が除去される。さらに、距離Dに対して第1及び第2の距離E及びFは極めて小さいから、前述のように、数15は数16で近似される。
【0056】
さらに、E=Fであると、つまり、各受信コイルが等間隔で配置されていると、前述のように、数16は数17で近似することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、送信部と受信部とを分離して、送信部を岩盤中に埋設して、受信部と送信部とを磁気的に結合するとともに、受信部には所定の間隔をおいて第1乃至第3の受信コイルを配置して、第1乃至第3の受信コイルの出力に応じて岩盤の変位を検出するようにしたから、変位測定結果が送信側の出力レベルの変動に依存することなくしかも外来ノイズに影響されることがないから、正確に変位を測定できるという効果がある。この結果、本発明では、信号受信可能範囲(磁気的結合範囲)が変位測定可能範囲となって、大きな変位も正確に測定することができるという効果があり、岩盤崩落の事前検出、事故防止、避難警報の情報源等に適用すれば、防災上大きなメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による変位測定装置の一例を示す図である。
【図2】図1に示す変位測定装置の受信部の一例を示すブロック図である。
【図3】図1に示す変位測定装置における変位−出力特性を示す図である。
【図4】図1に示す変位測定装置の受信部の他の例を示すブロック図である。
【図5】従来の変位測定装置を示す図である。
【符号の説明】
11 送信部
13 岩盤
14a 発振回路
14b 送信コイル
21 受信部
22a乃至22c 受信コイル
23a,23b,31a,31b,31c 演算回路
24a,24b 検波回路
25 除算回路
Claims (2)
- 被変位測定物に埋設され磁束を出力する送信部と、該送信部から離れて配置され前記送信部に磁気的に結合された受信部とを有し、前記送信部には、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振回路と、該発振信号に応じて前記磁束を出力する送信コイルとが備えられ、前記受信部には、所定の間隔をおいて配置され前記磁束に応答してそれぞれ第1乃至第3の電圧を出力する第1乃至第3の受信コイルと、前記第1乃至前記第3の電圧を受け前記第1の電圧から前記第2の電圧を減算して第1の減算結果を得前記第2の電圧から前記第3の電圧を減算して第2の減算結果を得て前記第1の減算結果から前記第2の減算結果を減算して第1の演算結果を得る第1の演算回路と、前記第2及び前記第3の電圧を受け前記第2の電圧から前記第3の電圧を減算して第2の演算結果を得る第2の演算回路と、前記第1の演算結果を検波して第1の検波信号を得る第1の検波回路と、前記第2の演算結果を検波して第2の検波信号を得る第2の検波回路と、前記第1及び前記第2の検波信号を除算処理して前記変位測定結果を得る除算回路とを有することを特徴とする変位測定装置。
- 請求項1又は2に記載された変位測定装置において、前記送信コイルの中心軸と前記第1乃至前記第3の受信コイルの中心軸とは一直線上に配置されていることを特徴とする変位測定装置。
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