JP4650952B2

JP4650952B2 - Displacement detector, inclinometer and accelerometer

Info

Publication number: JP4650952B2
Application number: JP2006348780A
Authority: JP
Inventors: 茂治郎清水; 常生山内
Original assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2026-12-26
Also published as: JP2008170152A

Description

本発明は、変位検出装置、傾斜計、加速度計に関するものであり、特に、振子の変位を検出し、地中の岩盤の傾斜を検出するのに好適な傾斜計に関するものである。 The present invention relates to a displacement detection device, an inclinometer, and an accelerometer, and more particularly to an inclinometer suitable for detecting the displacement of a pendulum and detecting the inclination of the underground rock mass.

地中の岩盤の傾斜度合いを測定する手法として、地中深くボアホールと呼ばれる孔を堀削し、ボアホールの壁に傾斜計を固定し、傾斜度合いを検出する手法が用いられている。傾斜計の構造には様々なものがあるが、代表的なものに、鉛直振子型の傾斜計が知られている。このタイプの傾斜計は、傾斜計内部に振子を備え、岩盤が傾斜した場合の振子の位置を検出し、岩盤が傾斜する前の振子の位置からの変位量に応じて、岩盤の傾斜度合いを検出するものである。 As a technique for measuring the inclination of the underground rock mass, a technique is used in which a hole called a borehole is excavated deeply, an inclinometer is fixed to the wall of the borehole, and the inclination is detected. There are various inclinometer structures, but a typical one is a vertical pendulum type inclinometer. This type of inclinometer has a pendulum inside the inclinometer, detects the position of the pendulum when the rock is tilted, and determines the degree of rock inclination according to the amount of displacement from the position of the pendulum before the rock is tilted. It is to detect.

本願発明の先行技術を開示する文献として特許文献１〜６を参照されたい。 See Patent Documents 1 to 6 as documents disclosing the prior art of the present invention.
特開２００５−３０７９６号公報JP 2005-30796 A 特開平８−１８４４０４号公報JP-A-8-184404 特開平８−１１０２２５号公報JP-A-8-110225 特開２０００−２３０９３５号公報JP 2000-230935 A 特開２０００−２８３７６２号公報JP 2000-283762 A 特開平１１−３０４４７７号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-304477

本出願の発明者らは、振子型の傾斜計の開発を行い、傾斜計について特許出願を行なっている（特願２００５−１８９５４９）。この傾斜計は、一枚の板状体から打ち抜かれて、振子部と、ボアホール側に固定されるベース部が形成されるものであり、振子部とベース部の間は連結部により連結されている。
この振子型傾斜計は、岩盤の傾斜により、振子部がベース部に対して変位することにより岩盤の傾斜を検出するものである。ベース部と振子部の間の連結部は、厚さの薄い板状とされており、小さく岩盤が傾いた場合でも、ベース部に対して振子部を変位させるものである。
本出願の発明者らは、より高感度の傾斜計の開発過程において、振子型の傾斜計の感度を上げるためには、ベース部と振子部を連結する連結部の剛性が感度に影響を与えるという知見を得た。先に出願した振子型傾斜計においても、連結部は板状で、振子の移動方向の剛性は比較的低いが、非常に小さな岩盤の傾きを測定するためには、連結部の振子移動方向への剛性を小さくする必要があった。また、このように、連結部の振子移動方向への剛性を小さくすると、傾斜計の感度は向上するが、傾斜計の測定レンジが小さくなるという問題もあり、傾斜計の高感度化と測定レンジの調整には工夫が必要であった。 The inventors of the present application have developed a pendulum type inclinometer and have filed a patent application for the inclinometer (Japanese Patent Application No. 2005-189549). This inclinometer is punched from a single plate to form a pendulum part and a base part fixed to the borehole side. The pendulum part and the base part are connected by a connecting part. Yes.
This pendulum type inclinometer detects the inclination of the rock mass by the displacement of the pendulum portion with respect to the base portion due to the inclination of the rock mass. The connecting part between the base part and the pendulum part has a thin plate shape, and displaces the pendulum part with respect to the base part even when the rock is tilted.
In order to increase the sensitivity of the pendulum type inclinometer in the process of developing a higher sensitivity inclinometer, the inventors of the present application affect the sensitivity by the rigidity of the connecting portion connecting the base portion and the pendulum portion. I got the knowledge. Even in the pendulum type inclinometer filed earlier , the connecting part is plate-like and the rigidity in the moving direction of the pendulum is relatively low, but in order to measure the inclination of a very small rock mass, the connecting part moves in the pendulum moving direction. It was necessary to reduce the rigidity of the. In addition, if the rigidity of the connecting part in the pendulum movement direction is reduced in this way, the sensitivity of the inclinometer is improved, but there is also a problem that the measurement range of the inclinometer becomes small. Ingenuity was necessary for adjustment of.

そこで、本発明は、振子部の初期位置への復元力を減少したり増加したりすることのできる機構を付加して、高感度で、かつ測定レンジの広い変位検出装置を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a displacement detection device having high sensitivity and a wide measurement range by adding a mechanism capable of reducing or increasing the restoring force of the pendulum unit to the initial position. To do.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、測定対象物側に設置されるハウジング部と、前記ハウジング部から吊り下げられ、所定の復元力をもって初期位置に保持され、力が及ぼされた場合に前記初期位置から変位する振子部とを備え、前記振子部の初期位置からの変位量を検出する変位検出装置であって、前記振子の初期位置への復元力を減少する方向に、前記振子部に力を及ぼす第１の付勢手段と、前記振子の初期位置への復元力を増加する方向に、前記振子部に力を及ぼす第２の付勢手段とを備え、前記振子部の初期位置からの変位量が所定量以下の場合は、前記第１の付勢手段の力の大きさが前記第２の付勢手段の力の大きさよりも大きく、前記振子の変位量が所定値よりも大きい場合は、前記第１の付勢手段の力の大きさが前記第２の付勢手段の力の大きさよりも小さいことを特徴とする変位検出装置によって構成される。この構成によれば、振子部が初期位置から所定値まで変位する場合は、振子部に作用するバネによる初期位置への復元力が減少する方向に、第１の付勢手段による力が加わるため、測定対象物のわずかな変位（傾斜変化）であっても、その傾斜に伴う重力の作用で振子部が大きく変位する。したがって、変位検出手段の感度を向上させることができる。また、振子部の変位量が所定値を超えた場合は、振子部に作用するバネによる初期位置への復元力が大きくなる方向に、第２の付勢手段による力が加わるため、測定対象物の大きな傾斜変化であっても、その傾斜に伴う重力の作用による振子部の変位量は小さくされる。したがって、変位検出手段の測定レンジを広くすることができる。 The present invention has been devised to achieve the above-described object. The housing is installed on the measurement object side, is suspended from the housing, and is held at an initial position with a predetermined restoring force. A displacement detecting device for detecting the amount of displacement from the initial position of the pendulum portion, wherein the restoring force to the initial position of the pendulum is reduced. The first urging means for exerting a force on the pendulum part, and the second urging means for exerting a force on the pendulum part in a direction to increase the restoring force to the initial position of the pendulum, When the amount of displacement from the initial position of the pendulum portion is less than or equal to a predetermined amount, the magnitude of the force of the first urging means is larger than the magnitude of the force of the second urging means, and the amount of displacement of the pendulum Is greater than a predetermined value, the force of the first biasing means That the size is less than the magnitude of the force of the second biasing means constituted by the displacement detecting device according to claim. According to this configuration, when the pendulum part is displaced from the initial position to a predetermined value, the force by the first urging means is applied in the direction in which the restoring force to the initial position by the spring acting on the pendulum part decreases. Even if the measurement object is slightly displaced (inclination change), the pendulum part is greatly displaced by the action of gravity accompanying the inclination. Therefore, the sensitivity of the displacement detection means can be improved. In addition, when the displacement amount of the pendulum part exceeds a predetermined value, the force exerted by the second urging means is applied in the direction in which the restoring force to the initial position by the spring acting on the pendulum part is increased. Even if the inclination change is large, the amount of displacement of the pendulum portion due to the action of gravity accompanying the inclination is reduced. Therefore, the measurement range of the displacement detection means can be widened.

なお、測定対象物とは、地面の変位や傾斜を測定する場合は地面であり、移動体の変位を検出する場合は移動体自身である。また、測定対象物側に設置されるとは、ハウジング部が測定対象物に直接固定される場合や、ハウジング部が別の部分を介して測定対象物に固定される場合をも含むものである。また、振子部の初期位置とは、測定対象物が変位する前の状態における振子部の位置である。また、所定の復元力とは、振子部が変位する前および振子部が変位した後に、振子部を初期位置に保持あるいは戻そうとする力をいう。したがって、振子部がハウジング部にヒンジにより吊り下げられている場合は、当該ヒンジ部で発生する力であり、ヒンジ部をできるかぎり薄く形成しても、振子部を初期位置に保持しようとする力が発生する。本発明では、振子部を初期位置に保持しようとする力（復元力）を減少させる力（第１の付勢手段）により、わずかな変位（傾斜変化）であっても、復元力が減少されているために、振子部が変位することができ、高感度に変位を検出することができるのである。 The measurement object is the ground when measuring the displacement and inclination of the ground, and the moving object itself when detecting the displacement of the moving object. Further, the installation on the measurement object side includes the case where the housing part is directly fixed to the measurement object and the case where the housing part is fixed to the measurement object via another part. Moreover, the initial position of the pendulum part is the position of the pendulum part in a state before the measurement object is displaced. The predetermined restoring force is a force for holding or returning the pendulum part to the initial position before the pendulum part is displaced and after the pendulum part is displaced. Therefore, when the pendulum part is suspended from the housing part by a hinge, it is a force generated at the hinge part, and even if the hinge part is formed as thin as possible, the force to hold the pendulum part in the initial position Occurs. In the present invention, the restoring force is reduced even by a slight displacement (inclination change) by the force (first biasing means) that reduces the force (first restoring force) that tries to hold the pendulum part in the initial position. Therefore, the pendulum part can be displaced, and the displacement can be detected with high sensitivity.

また、本発明は、前記第１の付勢手段は、一方をハウジング部に設置され、他方を振子部に設置され、互いに吸引力を発生させる少なくとも２つの磁性体であることを特徴とする変位検出装置によっても構成することができる。この構成によれば、バネによる初期位置への復元力が小さくなる方向に、磁性体間の吸引力を発生させることができ、傾斜に伴う振子部の変位が大きくなり、変位検出装置の感度を向上させることができる。なお、ハウジング部および振子部に設置される磁性体の数は、２つ以上であれば良く、例えば８つの磁性体より構成することもできる。また、互いに吸引力を発生させる磁性体であればよく、一方が鉄で、他方を永久磁石としても良いし、両方を永久磁石の異なる磁極の組み合わせとしても良い。また、ハウジング部および振子部に設置される磁性体は、磁性体がハウジング部および振子部に固定されても良いし、磁性体の位置を変更することができるように支持されても良い。位置を変更することができるようにすると、磁性体の吸引力の調整を精度良く行なうことができる。 According to the present invention, the first urging means includes at least two magnetic bodies, one of which is installed in the housing part and the other of which is installed in the pendulum part, and generates an attractive force to each other. It can also be configured by a detection device. According to this configuration, the attractive force between the magnetic bodies can be generated in a direction in which the restoring force to the initial position by the spring is reduced, the displacement of the pendulum portion accompanying the inclination is increased, and the sensitivity of the displacement detection device is increased. Can be improved. In addition, the number of the magnetic bodies installed in a housing part and a pendulum part should just be two or more, for example, can also be comprised from eight magnetic bodies. Further, any magnetic material may be used as long as it generates a mutual attractive force, and one may be iron and the other may be a permanent magnet, or both may be a combination of different magnetic poles of the permanent magnet. Moreover, the magnetic body installed in the housing part and the pendulum part may be supported so that the magnetic body may be fixed to the housing part and the pendulum part, or the position of the magnetic body can be changed. If the position can be changed, the attractive force of the magnetic body can be adjusted with high accuracy.

また、本発明は、前記第２の付勢手段は、一方をハウジング部に設置され、他方を振子部に設置され、互いに反発力を発生させる少なくとも２つの磁性体と、前記振子部を前記ハウジング部から吊り下げる部分であって、前記振子部を変位位置から初期位置に戻す力を発生させる部分であることを特徴とする変位検出装置によっても構成することができる。この構成によれば、バネによる初期位置への復元力が大きくなる方向に、磁性体間の反発力を発生させることができ、傾斜に伴う振子部の変位が小さくなり、変位検出装置の測定レンジを広くすることができる。なお、ハウジング部および振子部に設置される磁性体の数は、２つ以上であればよく、例えば４つの磁性体より構成することもできる。また、互いに反発力を発生させる磁性体であれば、Ｎ極どおしの組み合わせ、Ｓ極どおしの組み合わせでも良い。また、ハウジング部および振子部に設置される磁性体は、磁性体がハウジング部および振子部に固定されても良いし、磁性体の位置を変更することができるように支持されても良い。位置を変更することができるようにすると、磁性体の反発力の調整を精度良く行なうことができる。 Further, according to the present invention, at least two magnetic bodies in which the second urging means is installed in the housing part and the other is installed in the pendulum part to generate a repulsive force, and the pendulum part is installed in the housing. It can also be configured by a displacement detection device that is a portion that is suspended from the portion and that generates a force for returning the pendulum portion from the displacement position to the initial position. According to this configuration, the repulsive force between the magnetic bodies can be generated in the direction in which the restoring force to the initial position by the spring is increased, and the displacement of the pendulum portion due to the inclination is reduced, and the measurement range of the displacement detection device Can be widened. In addition, the number of the magnetic bodies installed in a housing part and a pendulum part should just be two or more, for example, can also be comprised from four magnetic bodies. Further, any combination of N poles and S poles may be used as long as they are magnetic materials that generate repulsive forces. Moreover, the magnetic body installed in the housing part and the pendulum part may be supported so that the magnetic body may be fixed to the housing part and the pendulum part, or the position of the magnetic body can be changed. If the position can be changed, the repulsive force of the magnetic body can be adjusted with high accuracy.

また、本発明は、前記第１の付勢手段の磁性体は、前記ハウジング部に固定されたコイル部の鉄心と、前記振子部に固定された永久磁石より構成されるものであり、前記永久磁石から前記コイル部に及ぼされる磁界に応じて、前記ハウジング部に対する前記振子部の変位量を検出する変位測定手段を兼ねることを特徴とする変位検出装置によっても構成することができる。この構成によれば、鉄心と永久磁石により吸引力が働き、コイル部に及ぼされる磁界により振子部を変位量が検出されるため、変位量を検出するセンサを別に設ける必要が無く、装置の構成が簡略化されるとともに、装置を小型化することができる。 In the present invention, the magnetic body of the first urging means is composed of an iron core of a coil portion fixed to the housing portion and a permanent magnet fixed to the pendulum portion, It can also be configured by a displacement detection device that also serves as a displacement measuring means that detects the amount of displacement of the pendulum portion relative to the housing portion in accordance with the magnetic field exerted from the magnet to the coil portion. According to this configuration, an attractive force is exerted by the iron core and the permanent magnet, and the displacement amount of the pendulum portion is detected by the magnetic field exerted on the coil portion, so there is no need to provide a separate sensor for detecting the displacement amount, and the configuration of the apparatus Is simplified and the apparatus can be miniaturized.

また、本発明は、前記第２の付勢手段の磁性体は、前記振子部に固定された振子部永久磁石と、前記ハウジング部に設置されたハウジング部永久磁石より構成されるものであり、前記ハウジング部永久磁石は前記振子部永久磁石との間の間隔を変更可能な状態でハウジング部に設置されていることを特徴とする変位検出装置によっても構成することができる。この構成によれば、ハウジング部に設置された永久磁石が振子部の永久磁石との間隔を変更可能とされているため、変位検出装置の感度を精度良く調節することができる。なお、「間隔を変更可能な状態でハウジング部に設置される」とは、間隔を変更する際には、ハウジング部永久磁石はハウジング部から移動することができ、間隔を変更した後には、ハウジング部永久磁石はハウジング部に固定されることを意味する。また、ハウジング部永久磁石と振子部永久磁石の間隔は、変位検出装置の組立時に組立者により調整されても良いし、変位検出装置を組み立てた後に、永久磁石やモーター等を用いて間隔を調整して感度を調節しても良い。 Further, in the present invention, the magnetic body of the second urging means is composed of a pendulum permanent magnet fixed to the pendulum and a housing permanent magnet installed in the housing. The housing part permanent magnet can also be configured by a displacement detection device, wherein the housing part permanent magnet is installed in the housing part in a state where the distance between the housing part permanent magnet and the pendulum part permanent magnet can be changed. According to this configuration, since the interval between the permanent magnet installed in the housing portion and the permanent magnet of the pendulum portion can be changed, the sensitivity of the displacement detection device can be adjusted with high accuracy. Note that “installed in the housing part in a state in which the interval can be changed” means that when changing the interval, the housing part permanent magnet can move from the housing part, and after changing the interval, the housing part This means that the permanent magnet is fixed to the housing part. Further, the interval between the housing part permanent magnet and the pendulum part permanent magnet may be adjusted by an assembler when the displacement detection device is assembled, or after the displacement detection device is assembled, the interval is adjusted using a permanent magnet or a motor. Then, the sensitivity may be adjusted.

また、本発明は、上記の変位検出装置を用いて前記振子部の変位量を検出し、前記振子部の変位量に基づき、測定対象物の傾斜角の変化を検出することを特徴とする傾斜計によって構成することもできる。この構成によれば、振子部の変位量を精度良く検出することができるため、感度の高い傾斜計を構成することができる。また、本発明は、上記の変位検出装置を用いて前記振子部の変位量を検出し、前記振子部の変位量に基づき、測定対象物の加速度の変化を検出することを特徴とする加速度計によって構成することもできる。この構成によれば、振子部の変位量を精度良く検出することができるため、感度の高い加速度計を実現することができる。 Further, the present invention detects the amount of displacement of the pendulum part using the displacement detection device described above, and detects a change in the inclination angle of the measurement object based on the amount of displacement of the pendulum part. It can also be constituted by a total. According to this configuration, since the amount of displacement of the pendulum portion can be detected with high accuracy, a highly sensitive inclinometer can be configured. According to another aspect of the present invention, there is provided an accelerometer characterized in that a displacement amount of the pendulum part is detected by using the displacement detection device, and a change in acceleration of a measurement object is detected based on the displacement amount of the pendulum part. Can also be configured. According to this configuration, since the displacement amount of the pendulum part can be detected with high accuracy, a highly sensitive accelerometer can be realized.

本発明によれば、振子部に力を及ぼす第１の付勢手段を設けたため、感度の良い変位検出装置を得ることができる。また、振子部に力を及ぼす第２の付勢手段を設けたため、測定レンジの広い変位検出装置を構成することができる。 According to the present invention, since the first urging means that exerts a force on the pendulum portion is provided, it is possible to obtain a highly sensitive displacement detection device. In addition, since the second urging means that exerts a force on the pendulum portion is provided, a displacement detection device with a wide measurement range can be configured.

本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。第１の実施形態は、本発明の変位検出装置を傾斜計２として具体化したものである。図１は傾斜計２の全体構成を示す正面図であり、傾斜計２を分かり易く説明するために、傾斜計２の一部は断面図として示している。傾斜計２は、一枚の板状の弾性部材から形成される傾斜計本体部４と、傾斜計本体部４を傾斜計ベース部６に固定するボルト８より構成されている。傾斜計本体部４は、板状の弾性体で構成されるブロック体を、ワイヤー放電加工、レーザー加工、打ち抜き加工等の手法によりカットされて形成される。傾斜計ベース部６は、地中深く掘られたボアホールに傾斜計本体部４を固定するためのものである。なお、図示は省略するが、傾斜計ベース部６は、ボアホールの鉛直方向からの傾きを補正する機能を備えており、この機能により、傾斜計本体部４の方向を所定の方向に合わせることができる。傾斜計本体部４は、傾斜計本体部４の左右に一体的に設けられたボルト孔を用いてボルト８により、傾斜計ベース部６に固定される。 The first embodiment of the present invention will be described in detail. In the first embodiment, the displacement detection device of the present invention is embodied as an inclinometer 2. FIG. 1 is a front view showing the entire configuration of the inclinometer 2. In order to easily explain the inclinometer 2, a part of the inclinometer 2 is shown as a sectional view. The inclinometer 2 includes an inclinometer body 4 formed from a single plate-like elastic member, and a bolt 8 that fixes the inclinometer body 4 to the inclinometer base 6. The inclinometer main body 4 is formed by cutting a block body made of a plate-like elastic body by a technique such as wire electric discharge machining, laser machining, or punching. The inclinometer base 6 is for fixing the inclinometer body 4 to a borehole dug deep in the ground. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the inclinometer base part 6 is provided with the function which correct | amends the inclination from the vertical direction of a borehole, and can adjust the direction of the inclinometer main-body part 4 to a predetermined direction with this function. it can. The inclinometer body 4 is fixed to the inclinometer base 6 by bolts 8 using bolt holes integrally provided on the left and right of the inclinometer body 4.

傾斜計本体部４は、外周部分を比較的剛性の高い部分で形成され、この部分が傾斜計本体部４のハウジング部１０として機能する。傾斜計本体部４のハウジング部１０の上辺からは、ハウジング部１０内を上下に伸びる外側腕部１２が左右対称に形成されている。ハウジング部１０の上辺と外側腕部１２との連結部である外側腕部ヒンジ部１４は、外側腕部１２の図中左右方向の厚さよりも薄く形成されている。なお、本実施形態の傾斜計本体部４は、板状の弾性体より構成されるものであるが、傾斜計本体部４は図１の紙面に垂直な方向へ撓むことがない程度の板圧とされており、これにより、外側腕部ヒンジ部１４は、ハウジング部１０に対して、外側腕部１２を図１の左右方向に変位させることができる。 The inclinometer main body 4 is formed with a relatively rigid outer peripheral portion, and this portion functions as the housing portion 10 of the inclinometer main body 4. From the upper side of the housing part 10 of the inclinometer main body part 4, outer arm parts 12 extending vertically in the housing part 10 are formed symmetrically. The outer arm hinge portion 14, which is a connecting portion between the upper side of the housing portion 10 and the outer arm portion 12, is formed thinner than the thickness of the outer arm portion 12 in the left-right direction in the drawing. The inclinometer body 4 of the present embodiment is composed of a plate-like elastic body, but the inclinometer body 4 is a plate that does not bend in a direction perpendicular to the plane of FIG. Thus, the outer arm hinge portion 14 can displace the outer arm portion 12 in the left-right direction in FIG. 1 with respect to the housing portion 10.

また、左右の外側腕部１２の内側には、外側振子部１６が形成されている。外側振子部１６と外側腕部１２との間は、外側振子部ヒンジ部１８で連結されている。外側振子部１６は、ハウジング部１０内を上下に延びる部分が左右２つ形成され、この左右の部分をハウジング部１０の下辺の内側で接続する部分が一体となって構成されるものである。また、外側振子部ヒンジ部１８は、外側腕部１２の図中左右方向厚さよりも薄く形成される。したがって、外側振子部ヒンジ部１８は、外側振子部１６を外側腕部１２に対して、図１の左右方向に変位させることができる。 An outer pendulum portion 16 is formed inside the left and right outer arm portions 12. The outer pendulum part 16 and the outer arm part 12 are connected by an outer pendulum part hinge part 18. The outer pendulum portion 16 has two left and right portions that extend vertically in the housing portion 10, and a portion that connects the left and right portions inside the lower side of the housing portion 10 is integrally configured. Also, the outer pendulum hinge 18 is formed thinner than the thickness of the outer arm 12 in the left-right direction in the figure. Therefore, the outer pendulum part hinge part 18 can displace the outer pendulum part 16 with respect to the outer arm part 12 in the left-right direction in FIG.

外側振子部１６の内側には、ハウジング部１０内を上下に延びる内側腕部２０が左右に一対形成されている。内側腕部２０は、内側腕部ヒンジ部２２を介して、外側振子部１６に連結されている。内側腕部ヒンジ部２２は、内側腕部２０の図中左右方向厚さよりも薄く形成されているため、内側腕部２０を外側振子部１６に対して、左右方向に変位させることができる。 Inside the outer pendulum part 16, a pair of inner arm parts 20 extending vertically in the housing part 10 are formed. The inner arm part 20 is connected to the outer pendulum part 16 via an inner arm part hinge part 22. Since the inner arm hinge portion 22 is formed thinner than the thickness of the inner arm portion 20 in the left-right direction in the figure, the inner arm portion 20 can be displaced in the left-right direction with respect to the outer pendulum portion 16.

内側腕部２０の内側には、ハウジング部１０内を上下に延びる内側振子部２４が形成されている。内側振子部２４は、ハウジング１０の内部の左右方向中心位置に形成され、内側振子部ヒンジ部２６を介して、内側腕部２０に連結されている。内側振子部ヒンジ部２６は、内側腕部の図中左右方向厚さよりも薄く形成されているため、内側振子部２４を内側腕部２０に対して、左右方向に変位させることができる。 On the inner side of the inner arm portion 20, an inner pendulum portion 24 that extends vertically in the housing portion 10 is formed. The inner pendulum part 24 is formed at the center position in the left-right direction inside the housing 10, and is connected to the inner arm part 20 via the inner pendulum part hinge part 26. Since the inner pendulum part hinge part 26 is formed thinner than the inner arm part in the left-right direction in the figure, the inner pendulum part 24 can be displaced in the left-right direction with respect to the inner arm part 20.

また、ハウジング部１０には、外側磁石固定部材２８がボルト留めにより固定されている。外側磁石固定部材２８は、外側磁石３０をハウジング部１０に固定するための部材である。外側磁石固定部材２８は、図中の左右方向の幅がハウジング部１０の幅と略同じ幅であり、内側に空間を有し、空間の周囲４辺からなる部材である。外側磁石固定部材２８は、四隅にボルト孔を有し、ボルト孔を貫通するボルトによりハウジング部１０に固定される。また、外側磁石固定部材２８は、外側磁石３０の一部を収容するための空間を備え、該空間に外側磁石３０の一部が収容され、ボルトで外側磁石固定部材２８がハウジング部１０に固定されることで、外側磁石３０はハウジング部１０に左右方向位置を固定される。 Further, the outer magnet fixing member 28 is fixed to the housing portion 10 by bolting. The outer magnet fixing member 28 is a member for fixing the outer magnet 30 to the housing part 10. The outer magnet fixing member 28 is a member that has a width in the left-right direction in the drawing that is substantially the same as the width of the housing part 10, has a space inside, and includes four sides around the space. The outer magnet fixing member 28 has bolt holes at the four corners, and is fixed to the housing portion 10 by bolts that penetrate the bolt holes. The outer magnet fixing member 28 has a space for accommodating a part of the outer magnet 30, a part of the outer magnet 30 is accommodated in the space, and the outer magnet fixing member 28 is fixed to the housing part 10 with a bolt. As a result, the position of the outer magnet 30 in the left-right direction is fixed to the housing part 10.

外側磁石３０は、後述する内側磁石３２と対向する位置のハウジング部１０上に固定されるものである。なお、外側磁石３０は、外側磁石固定部材２８のボルトが緩められた状態では、ハウジング部１０に対して図中左右方向に移動することができる。これにより、外側磁石３０と内側磁石３２の対向する距離を変化させることができる。 The outer magnet 30 is fixed on the housing portion 10 at a position facing an inner magnet 32 described later. The outer magnet 30 can move in the left-right direction in the figure with respect to the housing part 10 in a state where the bolt of the outer magnet fixing member 28 is loosened. Thereby, the distance which the outer magnet 30 and the inner magnet 32 oppose can be changed.

内側磁石３２は、内側磁石固定部材３４を用いて、内側振子部２４にボルトで固定されるものである。内側磁石３２は、外側に向かって磁極を有する永久磁石であり、図１のように、左側の内側磁石３２はＳ極、右側の内側磁石３２はＮ極とされている。これにより、右側の外側磁石３０はＮ極、左側の外側磁石はＳ極とされているが、互いに対向する外側磁石３０と内側磁石３２の対向する部分の磁極が同一の磁極であれば上記の磁極の組み合わせに限られない。また、本実施形態では、内側磁石３２は、内側磁石固定部材３４により左右方向の位置を固定されており、内側磁石３２の図中左右方向への移動はできない構成となっているが、内側磁石３２を左右方向位置を移動させて、外側磁石３０との対向距離を変化させる構成としてもよい。なお、内側磁石３２と外側磁石３０は、内側振子２４に対し、初期位置へ戻そうとする復元力を付与する。この力を第２の付勢手段と呼ぶことができる。また、内側振子部２４を連結する内側振子部ヒンジ部２６が内側振子部２４を初期位置に戻そうとする力を発生する部分を、傾斜計２の復元力と呼ぶことができる。 The inner magnet 32 is fixed to the inner pendulum portion 24 with a bolt using an inner magnet fixing member 34. The inner magnet 32 is a permanent magnet having a magnetic pole toward the outside. As shown in FIG. 1, the left inner magnet 32 has an S pole, and the right inner magnet 32 has an N pole. As a result, the right outer magnet 30 is an N pole, and the left outer magnet is an S pole. However, if the opposing magnetic poles of the outer magnet 30 and the inner magnet 32 facing each other are the same, the above-mentioned It is not limited to the combination of magnetic poles. In the present embodiment, the inner magnet 32 is fixed in the left-right direction by the inner magnet fixing member 34, and the inner magnet 32 cannot move in the left-right direction in the figure. It is good also as a structure which moves the position of 32 in the left-right direction and changes the facing distance with the outer magnet 30. The inner magnet 32 and the outer magnet 30 give a restoring force to return the inner pendulum 24 to the initial position. This force can be referred to as second biasing means. Further, the part where the inner pendulum part hinge 26 connecting the inner pendulum part 24 generates a force to return the inner pendulum part 24 to the initial position can be referred to as a restoring force of the inclinometer 2.

次に、図１および図２を参照して、傾斜計２の発磁体３６およびコイル部３８について説明する。図２は、傾斜計２を図１の左右方向から見た全体図であり、傾斜計２の説明をより分かり易くするために、一部の部分については断面図を示している。図１および図２において、発磁体３６は、発磁体固定部材４０を用いて内側振子部２４の上端部にボルトで固定されており、図２に示すように、発磁体３６がコイル部３８を両側から挟む位置に配置されるように、発磁体固定部材４０が用いられている。また、コイル部３８は、ハウジング部１０の上辺中央部から下方に突出した部分にコイル部固定部材４２を用いて固定されている。 Next, the magnetism generator 36 and the coil part 38 of the inclinometer 2 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 2 is an overall view of the inclinometer 2 as viewed from the left-right direction in FIG. 1, and in order to make the explanation of the inclinometer 2 easier to understand, a part of the cross-sectional view is shown. In FIG. 1 and FIG. 2, the magnetism member 36 is fixed to the upper end portion of the inner pendulum portion 24 by using a magnetism member fixing member 40, and the magnetism member 36 has a coil portion 38 as shown in FIG. 2. The magnet body fixing member 40 is used so as to be disposed between the both sides. In addition, the coil portion 38 is fixed to a portion protruding downward from the central portion of the upper side of the housing portion 10 using a coil portion fixing member 42.

発磁体３６とコイル部３８の構成について、図３を用いて、さらに詳細に説明する。図３（ａ）は、発磁体３６とコイル部３８の相互の配置関係を説明するための図であり、傾斜計２を図１の下方から見た図である。図３においては、傾斜計２の一部を断面図で示している。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の（ｂ）部の拡大図であり、発磁体３６とコイル部３８の配置関係が明確となるよう、構成を概念図化して説明するものである。なお、発磁体３６とコイル部３８により、内側振子部２４のハウジング部１０に対する初期状態からの図１の左右方向への変位量を測定することができるため、発磁体３６とコイル部３８を変位検出手段と呼ぶことができる。また、発磁体３６とコイル部３８が、図３に示すような位置関係にあることにより、内側振子部２４の変位に伴い、初期状態から発磁体３６が図中左右方向に変位した場合、発磁体３６が右に変位すれば内側振子部２４を右方向に、発磁体３６が左側に変位すれば内側振子部２４を左方向に変位し易くする吸磁力が、発磁体３６とコイル部３８の間で発生し、内側振子部２４を初期位置から左右方向への変位を助長する力を付与する。したがって、このような力を発生する発磁体３６およびコイル部３８を、傾斜計２の第１の付勢手段と呼ぶこともできる。 The configurations of the magnetic generator 36 and the coil portion 38 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3A is a view for explaining the mutual arrangement relationship between the magnetism generator 36 and the coil portion 38, and is a view of the inclinometer 2 as viewed from below in FIG. In FIG. 3, a part of the inclinometer 2 is shown in a sectional view. FIG. 3B is an enlarged view of the portion (b) of FIG. 3A, in which the configuration is conceptualized and explained so that the arrangement relationship between the magnetic generator 36 and the coil portion 38 becomes clear. It is. 1 can be measured from the initial state of the inner pendulum part 24 with respect to the housing part 10 by the magnet generator 36 and the coil part 38. Therefore, the magnet generator 36 and the coil part 38 are displaced. It can be called a detection means. In addition, since the magnetism generator 36 and the coil portion 38 are in a positional relationship as shown in FIG. 3, when the magnetism generator 36 is displaced in the left-right direction in the drawing from the initial state due to the displacement of the inner pendulum portion 24, If the magnetic body 36 is displaced to the right, the inner pendulum portion 24 is moved rightward, and if the magnetic body 36 is displaced to the left side, an attractive force that makes the inner pendulum portion 24 easier to move leftward is generated. The inner pendulum portion 24 is applied with a force that promotes displacement in the left-right direction from the initial position. Therefore, the magnetism generator 36 and the coil part 38 that generate such a force can also be referred to as the first urging means of the inclinometer 2.

図３（ｂ）に示すように、発磁体３６は、発磁体固定部材４０に合計４つ設けられている。また、中心のコア４４と巻線部４６より構成されている２つのコイル部３８が、コイル固定部材４２に設けられている。傾斜計２が、地面の傾斜を感知していない状態（初期状態）では、図３（ｂ）に示すように、コイル部３８のコア４４は、それぞれの発磁体３６のＳ極およびＮ極から等距離に位置している。したがって、コイル部３８は、発磁体３６より図３（ｂ）の左右方向へ磁力による力を受けていないことになる。一方、図３（ｂ）に示す状態から、例えば、傾斜の変化により、内側振子部２４が図１の右方に変位した場合、図３（ｂ）において発磁体３６はコイル部３８に対して右方に変位するが、磁性体であるコア４４と右上の発磁体３６のＮ極、左上の発磁体のＳ極、右下の発磁体３６のＳ極および左下の発磁体３６のＮ極がそれぞれ吸引力を発生し、さらに発磁体３６を図３中右方に変位させるのである。また、内側振子部２４が図１の左方に変位した場合も同様に、図３の発磁体３６をコイル部３８に対して、吸引力により左方に変位させることになる。したがって、図３を用いて説明したように、本実施形態の発磁体３６とコイル部３８は、相互の吸引力により、内側振子部２４の微小な変位を拡大することができるのである。なお、本実施形態の傾斜計２では、上記第１の付勢手段と第２の付勢手段の力の関係は、内側振子部２４の初期位置からの変位量が所定量以下の場合は、第１の付勢手段の力の大きさが第２の付勢手段の力の大きさよりも大きくされ、内側振子部２４の変位量が所定量よりも大きい場合は、前記第１の付勢手段の力の大きさが第２の付勢手段の力の大きさよりも小さくなるように、吸引力および反発力等が調節されている。 As shown in FIG. 3B, a total of four magnet generators 36 are provided on the magnet generator fixing member 40. The coil fixing member 42 is provided with two coil portions 38 each including a central core 44 and a winding portion 46. In a state where the inclinometer 2 does not sense the ground inclination (initial state), as shown in FIG. 3B, the core 44 of the coil portion 38 is separated from the S pole and the N pole of each of the magnetic generators 36. Located equidistant. Therefore, the coil portion 38 does not receive a force due to the magnetic force in the left-right direction in FIG. On the other hand, from the state shown in FIG. 3B, for example, when the inner pendulum part 24 is displaced to the right of FIG. Although it is displaced to the right, the core 44, which is a magnetic material, and the N pole of the upper right magnet generator 36, the S pole of the upper left magnet generator, the S pole of the lower right magnet generator 36, and the N pole of the lower left magnet generator 36 Each attracting force is generated, and the magnet generator 36 is further displaced to the right in FIG. Similarly, when the inner pendulum portion 24 is displaced to the left in FIG. 1, the magnetism generator 36 in FIG. 3 is displaced to the left by the attractive force with respect to the coil portion 38. Therefore, as described with reference to FIG. 3, the magnetism generator 36 and the coil part 38 of the present embodiment can enlarge a minute displacement of the inner pendulum part 24 by the mutual attractive force. In the inclinometer 2 of the present embodiment, the relationship between the forces of the first urging means and the second urging means is such that when the amount of displacement from the initial position of the inner pendulum portion 24 is equal to or less than a predetermined amount, When the magnitude of the force of the first urging means is larger than the magnitude of the force of the second urging means and the displacement amount of the inner pendulum part 24 is larger than a predetermined amount, the first urging means The suction force, the repulsive force, and the like are adjusted so that the magnitude of the force is smaller than the magnitude of the force of the second urging means.

また、図３の発磁体３６とコイル部３８は、内側振子部２４の変位の大きさを検出する変位検出手段としても作用するが、この原理について説明する。なお、発磁体３６、コイル部３８および図４に示す回路図より、変位検出手段は構成されるのである。図４は、変位検出手段の原理を説明するための回路図である。図４において、パルス発振器４８はＩＣを用いたパルス発振回路であり、検出ヘッドであるコイル部３８を駆動するパルス電圧を発生する。パルス電圧は、コイル部３８に供給され、コイル部３８は十分に飽和させられる。抵抗５０は、コイル部３８の巻線部４６の負荷抵抗である。抵抗５０は、コイル部３８のインピーダンス変化に相当したパルス電圧が発生する。ダイオード５２、コンデンサ５４および抵抗５６は検波回路を構成する。抵抗５８とコンデンサ６０は、フィルタ回路を構成しており、検波回路のリップル電圧を平滑するものである。 Further, the magnetism generator 36 and the coil portion 38 of FIG. 3 also function as a displacement detection means for detecting the magnitude of the displacement of the inner pendulum portion 24. This principle will be described. The displacement detecting means is constituted by the magnetic generator 36, the coil portion 38 and the circuit diagram shown in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the principle of the displacement detecting means. In FIG. 4, a pulse oscillator 48 is a pulse oscillation circuit using an IC, and generates a pulse voltage for driving a coil section 38 that is a detection head. The pulse voltage is supplied to the coil unit 38, and the coil unit 38 is sufficiently saturated. The resistor 50 is a load resistance of the winding part 46 of the coil part 38. The resistor 50 generates a pulse voltage corresponding to the impedance change of the coil unit 38. The diode 52, the capacitor 54, and the resistor 56 constitute a detection circuit. The resistor 58 and the capacitor 60 constitute a filter circuit, and smooth the ripple voltage of the detection circuit.

次に、図４の回路を用いて、発磁体３６とコイル部３８から構成される変位検出手段の検出原理について説明する。図５の上側のグラフは、発磁体３６からコイル部３８に及ぼされる磁界をＨｅｘとした場合の、巻線部４６が作る磁界Ｈ１に対するコア４４の磁束密度Ｂの変化（Ｂ−Ｈ曲線）を示す図である。また、図５の下側のグラフは、パルス発振器４８が発生するパルス電圧Ｖｐに対して、動作点Ｐ（磁束密度が飽和する点）の位置を説明するグラフである。内側振子部２４が傾斜により、初期状態から変位した場合、発磁体３６からコイル部３８に外部磁界Ｈｅｘが及ぼされる。外部磁界Ｈｅｘが及ぼされた状態でパルス電圧が巻線部４６に及ぼされると、磁束密度ＢはＨｅｘによる磁束密度に加え、パルス電圧による磁界Ｈ１が巻線部４６に及ぼされるため、動作点ＰはＨｅｘの大きさにより移動することになる。これにより、抵抗５０の両端に発生するパルス電圧が変化することになり、抵抗５０の両端の電圧を検波回路で包絡線検波し、検波出力電圧をフィルタ回路を通すことにより、外部磁界Ｈｅｘの変化を検出するのである。したがって、外部磁界Ｈｅｘの変化を検出することで、発磁体３６がコイル部３８に対する変位を検出することができ、内側振子部２４の変位を検出することができるのである。 Next, the detection principle of the displacement detection means composed of the magnetic generator 36 and the coil portion 38 will be described using the circuit of FIG. The upper graph of FIG. 5 shows the change (BH curve) of the magnetic flux density B of the core 44 with respect to the magnetic field H1 created by the winding portion 46 when Hex is the magnetic field exerted from the magnetic generator 36 to the coil portion 38. FIG. The lower graph in FIG. 5 is a graph for explaining the position of the operating point P (the point at which the magnetic flux density is saturated) with respect to the pulse voltage Vp generated by the pulse oscillator 48. When the inner pendulum part 24 is displaced from the initial state due to the inclination, the external magnetic field Hex is exerted from the magnetic generator 36 to the coil part 38. When the pulse voltage is applied to the winding portion 46 in the state where the external magnetic field Hex is applied, the magnetic flux density B is applied to the winding portion 46 in addition to the magnetic flux density due to Hex, and the operating point P Moves according to the size of Hex. As a result, the pulse voltage generated at both ends of the resistor 50 changes, and the voltage at both ends of the resistor 50 is detected by the envelope detection circuit, and the detection output voltage is passed through the filter circuit to change the external magnetic field Hex. Is detected. Therefore, by detecting the change in the external magnetic field Hex, the magnetic generator 36 can detect the displacement with respect to the coil portion 38, and the displacement of the inner pendulum portion 24 can be detected.

次に、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。図１に示す傾斜計２は、まず、傾斜計２の測定する傾斜の感度の調整が行なわれる。傾斜計２の外側磁石固定部２８を固定するボルトが外され、外側磁石３０は図１の左右方向に自由に移動することができる状態となる。この状態において、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔を調整することにより、傾斜計２の測定感度を調節することができるのである。例えば、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔を大きくした場合は、内側磁石３２と外側磁石３０の間の反発力が小さくなり、内側振子部２４は比較的自由に動くことができるようになるため、傾斜計２の感度は高くなる。このように、傾斜計２の感度が高くなるのは、内側振子部２４が中立状態（傾斜が無い場合の鉛直方向）から移動した場合、発磁体３６とコイル部３８の間に吸引力が働くためであり、感度の高さを内側磁石３２と外側磁石３０の間隔の大きさを変更することにより、調節するのである。また、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔が小さくされた場合は、内側磁石３２と外側磁石３０の反発力が大きくなり、内側振子２４は傾斜に対して変位しにくくなるため、傾斜計２の感度は低くなるのである。したがって、本実施形態では、発磁体３６とコイル部３８で傾斜計２の感度を高くし、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔を変更することで、感度を調整していることになる。なお、外側磁石３０と内側磁石３２の間隔は、上述したように、第１の付勢手段の力と第２の付勢手段の力関係が上述の関係となるように調整される。 Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described. In the inclinometer 2 shown in FIG. 1, the inclination sensitivity measured by the inclinometer 2 is first adjusted. The bolt for fixing the outer magnet fixing portion 28 of the inclinometer 2 is removed, and the outer magnet 30 is in a state where it can freely move in the left-right direction in FIG. In this state, the measurement sensitivity of the inclinometer 2 can be adjusted by adjusting the distance between the inner magnet 32 and the outer magnet 30. For example, when the interval between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is increased, the repulsive force between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 decreases, and the inner pendulum portion 24 can move relatively freely. The sensitivity of the inclinometer 2 is increased. Thus, the sensitivity of the inclinometer 2 is increased when the inner pendulum portion 24 is moved from the neutral state (vertical direction when there is no inclination), and an attractive force acts between the magnetism generator 36 and the coil portion 38. Therefore, the height of the sensitivity is adjusted by changing the size of the interval between the inner magnet 32 and the outer magnet 30. When the distance between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is reduced, the repulsive force between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 increases, and the inner pendulum 24 is less likely to be displaced with respect to the inclination. Sensitivity is low. Therefore, in the present embodiment, the sensitivity is adjusted by increasing the sensitivity of the inclinometer 2 with the magnetism generator 36 and the coil portion 38 and changing the interval between the inner magnet 32 and the outer magnet 30. Note that, as described above, the interval between the outer magnet 30 and the inner magnet 32 is adjusted so that the force relationship between the first biasing unit and the second biasing unit is the above-described relationship.

傾斜計２の感度の調節が終了すると、傾斜計２は地中に深く掘られたボアホールの底部に傾斜計ベース部６を用いて設置される。ボアホールに傾斜計２を設置した状態で、傾斜計２の内側振子部２４の位置がハウジング１０に対する初期位置を向くように、傾斜計ベース部６の図示しない角度調節部が作動する。その後、地面の傾斜の測定が行なわれる。測定対象物である地面の傾斜がゼロの場合は、内側振子部２４の初期位置からの変位はゼロである。地面がわずかに傾いた場合、内側振子部２４は初期位置からわずかに変位するが、例えば、内側振子部２４が図１の右側に変位した場合は、図３（ｂ）の発磁体３６が図３（ｂ）の右側に変位することになり、コア４４と図３（ｂ）の左上の発磁体のＳ極、右上のＮ極、左下のＮ極、右下のＳ極がぞれぞれ吸引力を発生し、内側振子部２４をより大きく右側に変位させる。これにより、内側振子部２４は、わずかな地面の傾斜によっても、発磁体３６とコイル部３８の吸引力により、初期位置より変位することができる。 When the adjustment of the sensitivity of the inclinometer 2 is completed, the inclinometer 2 is installed using the inclinometer base portion 6 at the bottom of the borehole deeply dug in the ground. In a state where the inclinometer 2 is installed in the borehole, an angle adjusting unit (not shown) of the inclinometer base unit 6 operates so that the position of the inner pendulum portion 24 of the inclinometer 2 faces the initial position with respect to the housing 10. Thereafter, the inclination of the ground is measured. When the inclination of the ground as the measurement object is zero, the displacement of the inner pendulum unit 24 from the initial position is zero. When the ground is slightly inclined, the inner pendulum part 24 is slightly displaced from the initial position. For example, when the inner pendulum part 24 is displaced to the right side of FIG. 1, the magnetomotive member 36 of FIG. 3 (b) is displaced to the right side, and the core 44 and the S pole of the upper left magnetophor, the upper right N pole, the lower left N pole, and the lower right S pole are respectively shown in FIG. 3 (b). A suction force is generated, and the inner pendulum part 24 is displaced to the right more greatly. Thereby, the inner pendulum part 24 can be displaced from the initial position by the attractive force of the magnetism generator 36 and the coil part 38 even with a slight inclination of the ground.

また、さらに地面が傾斜し、内側振子部２４が大きく変位すると、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔が小さくなり、内側磁石３２と外側磁石３０の間で発生する反発力が大きくなる。これにより、内側振子部２４は、地面の比較的大きな傾斜に対しても、内側振子部２４の一部が外側振子部１６等に当接して測定不能になることが低減できる。地面の傾斜の変化により発生した内側振子部２４の変位量は、図４の回路により外部磁界Ｈｅｘの変化量として測定することができ、内側振子部２４の変位量に基づき、傾斜計２が測定する傾斜の大きさが演算される。 Further, when the ground is further inclined and the inner pendulum portion 24 is greatly displaced, the interval between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is reduced, and the repulsive force generated between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is increased. As a result, the inner pendulum part 24 can reduce the inability to measure due to a part of the inner pendulum part 24 coming into contact with the outer pendulum part 16 and the like even with a relatively large inclination of the ground. The displacement amount of the inner pendulum part 24 caused by the change in the inclination of the ground can be measured as the change amount of the external magnetic field Hex by the circuit of FIG. 4, and the inclinometer 2 measures the displacement amount of the inner pendulum part 24. The magnitude of the slope to be calculated is calculated.

したがって、本発明の第１の実施形態の傾斜計２は、発磁体３６とコイル部３８の吸引力により内側振子部２４の変位量を大きくしたため、地面のわずかな傾斜を精度良く測定することができる。図１に示すように、内側振子部２４は内側振子ヒンジ部２６、内側腕部ヒンジ部２２、外側振子部ヒンジ部１８および外側腕部ヒンジ部１４によりハウジング部１０から吊り下げられているが、各ヒンジ部は地面のわずかな傾斜に対して、内側振子部２４が変位しない方向へ力を付勢しており、この付勢力により傾斜計２の感度が低下させられるのである。本実施形態では、内側振子部２４のわずかな変位により、各ヒンジ部の付勢力を小さくするような力を、発磁体３６とコイル部３８により発生させて、傾斜計２の感度を向上させるものである。 Therefore, the inclinometer 2 according to the first embodiment of the present invention increases the amount of displacement of the inner pendulum part 24 by the attractive force of the magnetism generator 36 and the coil part 38, and therefore can accurately measure a slight inclination of the ground. it can. As shown in FIG. 1, the inner pendulum part 24 is suspended from the housing part 10 by the inner pendulum hinge part 26, the inner arm part hinge part 22, the outer pendulum part hinge part 18, and the outer arm part hinge part 14. Each hinge portion biases a force in a direction in which the inner pendulum portion 24 is not displaced with respect to a slight inclination of the ground, and the sensitivity of the inclinometer 2 is lowered by this biasing force. In the present embodiment, a slight displacement of the inner pendulum portion 24 generates a force that reduces the biasing force of each hinge portion by the magnetism generator 36 and the coil portion 38, thereby improving the sensitivity of the inclinometer 2. It is.

また、本実施形態の内側磁石３２と外側磁石３０は、内側振子部２４の変位量が大きくなるに従い、反発力が大きくなるため、傾斜計２の傾斜の測定レンジ（ダイナミックレンジ）を大きくすることができる。これは、地面の大きな傾斜に対しても、内側振子部２４が他の部分に当接せず、内側振子部２４の変位を傾斜による変位として測定することができるためである。また、本実施形態では、磁気の力のバランスによって、傾斜計２の感度を調節しているため、各ヒンジ部の特性変化等による感度変化があっても傾斜計２の性能への影響が少なく、長期に渡って安定した動作を確保することができる。 Further, the repulsive force of the inner magnet 32 and the outer magnet 30 of the present embodiment increases as the displacement amount of the inner pendulum portion 24 increases. Therefore, the measurement range (dynamic range) of the inclinometer 2 is increased. Can do. This is because the inner pendulum part 24 does not come into contact with other parts even with a large inclination of the ground, and the displacement of the inner pendulum part 24 can be measured as a displacement due to the inclination. In this embodiment, since the sensitivity of the inclinometer 2 is adjusted by the balance of magnetic force, even if there is a sensitivity change due to a characteristic change of each hinge portion, the influence on the performance of the inclinometer 2 is small. , Stable operation can be ensured for a long time.

また、本実施形態は、外側磁石３０と外側磁石固定部２８を用いてハウジング部１０に固定する構成であるため、容易に傾斜計２の感度調整を行なうことができる。通常、傾斜計の感度を調整するためには、振子の長さを変更して振子の周期を変更することが必要であるが、本実施形態では、振子の長さを変更することなく、傾斜計２の感度を調整することができるのである。また、傾斜計２の各ヒンジ部の経時劣化等により、傾斜計２の感度が変化した場合でも、外側磁石３０と内側磁石３２の間隔を変更することで、傾斜計２の感度変化を抑制することができる。また、本実施形態は、内側振子部２４の軸方向長さを長くすることなく、傾斜計２の感度を向上させることができるため、小型、軽量で高感度の傾斜計２を構成することができる。これにより、傾斜計２を孔径の小さいボアホールに設置することができる。 Moreover, since this embodiment is the structure fixed to the housing part 10 using the outer magnet 30 and the outer magnet fixing | fixed part 28, the sensitivity adjustment of the inclinometer 2 can be performed easily. Normally, in order to adjust the sensitivity of the inclinometer, it is necessary to change the pendulum period by changing the pendulum length, but in this embodiment, the tilt can be changed without changing the pendulum length. A total of 2 sensitivities can be adjusted. Even if the sensitivity of the inclinometer 2 changes due to deterioration of each hinge portion of the inclinometer 2 or the like, the change in sensitivity of the inclinometer 2 is suppressed by changing the interval between the outer magnet 30 and the inner magnet 32. be able to. Moreover, since this embodiment can improve the sensitivity of the inclinometer 2 without increasing the axial length of the inner pendulum portion 24, it is possible to configure a small, lightweight and highly sensitive inclinometer 2. it can. Thereby, the inclinometer 2 can be installed in a bore hole having a small hole diameter.

また、本実施形態の傾斜計２は、傾斜計２の感度を向上するための発磁体３６およびコイル部３８を、内側振子部２４の変位検出手段として用いることができるため、傾斜計２の構成を簡略化することができるとともに、傾斜計２を小型化することができる。 In addition, since the inclinometer 2 of the present embodiment can use the magnetism generator 36 and the coil portion 38 for improving the sensitivity of the inclinometer 2 as the displacement detection means of the inner pendulum portion 24, the configuration of the inclinometer 2 Can be simplified and the inclinometer 2 can be miniaturized.

次に、本発明に基づく傾斜計２を作製し、傾斜の変化を測定した結果を以下に示す。なお、測定に用いた傾斜計は、ハウジング部１０の材質はりんせい銅、内側磁石３２および外側磁石３０の対向する面の面積は２ｍｍ^２、残留磁束密度Ｂｒは１．０８Ｔ、保磁力ｂＨｃは６２６．３ＫＡ／ｍ、エネルギー積は２１９．１ＫＪ／ｍ^３とした。また、発磁体３６の残留磁束密度Ｂｒは１．０８Ｔ、保磁力ｂＨｃは６２６．３ＫＡ／ｍ、エネルギー積は２１９．１ＫＪ／ｍ^３とし、各磁石の材質は、ＳｍＣｏ（サマリウムコバルト）とした。また、変位検出装置２の内側振子部２４の変位を測定するために用いた変位センサは、約５０ｍＶ／μｍの感度のものと用いた。なお、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔を変更したものを図６から図８にそれぞれ示す。 Next, the inclinometer 2 based on this invention was produced and the result of having measured the change of inclination is shown below. In the inclinometer used for the measurement, the material of the housing portion 10 is phosphor copper, the area of the opposing surfaces of the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is 2 mm ² , the residual magnetic flux density Br is 1.08 T, and the coercive force bHc is 626.3 KA / m, and the energy product was 219.1 KJ / m ³ . Further, the residual magnetic flux density Br of the magnetism member 36 was 1.08 T, the coercive force bHc was 626.3 KA / m, the energy product was 219.1 KJ / m ^3, and the material of each magnet was SmCo (samarium cobalt). Further, the displacement sensor used for measuring the displacement of the inner pendulum part 24 of the displacement detection device 2 was used with a sensitivity of about 50 mV / μm. In addition, what changed the space | interval of the inner side magnet 32 and the outer side magnet 30 is shown in FIGS. 6-8, respectively.

図６は、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔を約４．２ｍｍとしたものである。図６のグラフの横軸は傾斜計２に与えた傾斜角（μＲａｄ）であり、縦軸は与えられた傾斜角による図４の端子出力である。図６によれば、与えられた傾斜角がゼロから増加するときは、傾斜角が３００μＲａｄ付近に比較して、グラフの傾きが急峻になっており、内側振子部２４が発磁体３６とコイル部３８の吸引力により、変位量を拡大され、出力電圧が大きくなったと考えられる。また、傾斜角が３００μＲａｄ付近では、グラフの傾きが緩やかになっており、内側磁石３２と外側磁石３０の反発力により、内側振子部２４の変位量が小さくされ、出力電圧の上昇が抑えられたと考えられる。傾斜計２は、出力電圧より傾斜の値を検出するため、傾斜角がゼロ付近では、わずかな傾斜も精度良く検出できる。 In FIG. 6, the distance between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is about 4.2 mm. The horizontal axis of the graph of FIG. 6 is the tilt angle (μRad) given to the inclinometer 2, and the vertical axis is the terminal output of FIG. 4 according to the given tilt angle. According to FIG. 6, when the given inclination angle increases from zero, the inclination of the graph is steeper compared to the vicinity of 300 μRad, and the inner pendulum part 24 includes the magnet generator 36 and the coil part. The amount of displacement is increased by the suction force of 38, and the output voltage is considered to have increased. Further, when the inclination angle is near 300 μRad, the inclination of the graph is gentle, and the repulsive force of the inner magnet 32 and the outer magnet 30 reduces the amount of displacement of the inner pendulum portion 24 and suppresses the increase in output voltage. Conceivable. Since the inclinometer 2 detects the value of the inclination from the output voltage, even a slight inclination can be detected with high accuracy when the inclination angle is near zero.

図７は、内側磁石３２と外側磁石の間隔を約５．１ｍｍとしたものである。図７においても図６と同様に、傾斜角ゼロ付近で出力電圧が大きく変化し、傾斜角が１００μＲａｄ付近で出力電圧の上昇が抑えられている。図７では、１μＲａｄあたり、１４０ｍＶで測定することができ、図６よりも検出感度が高いことが確認された。 In FIG. 7, the distance between the inner magnet 32 and the outer magnet is about 5.1 mm. Also in FIG. 7, as in FIG. 6, the output voltage changes greatly near the tilt angle of zero, and the increase of the output voltage is suppressed when the tilt angle is near 100 μRad. In FIG. 7, it can be measured at 140 mV per 1 μRad, and it was confirmed that the detection sensitivity is higher than that in FIG.

図８は、内側磁石３２と外側磁石３０の間隔を約４．４ｍｍとしたものである。図８においても、図６および図７を同様に、傾斜角ゼロ付近で出力電圧が大きく変化している。なお、図８の１μＲａｄあたり４５ｍＶで測定可能であった。 In FIG. 8, the distance between the inner magnet 32 and the outer magnet 30 is about 4.4 mm. In FIG. 8, as in FIGS. 6 and 7, the output voltage changes greatly near the inclination angle of zero. In addition, it was measurable at 45 mV per 1 μRad in FIG.

なお、本発明の実施形態は、内側振子部２４の軸方向を鉛直方向に向けたものについて説明したが、これに限られず、鉛直方向から内側振子部２４の軸方向を鉛直方向から水平方向に傾けた構成にすれば、傾斜計２の感度を向上させることができる。また、傾斜計２にバネ等を用いて力を発生させ、内側振子部２４に作用する重力とバランスを取り、内側振子部２４を振動の中心に位置させれば、傾斜計２を上下動成分の長周期地震計として利用することができる。なお、長周期地震計の上下成分を測定する場合は、バネ等が経年変化し、内側振子部２４が振動の中心からずれることにより、地震観測ができなくなる場合がある。このような場合でも、傾斜計２の向きを１８０°回転させ、バネ等に加わる重力の向きを反転させれば、クリープによるばね定数の経年変化を避けることができ、地震計として長期間使用できる。 In the embodiment of the present invention, the axial direction of the inner pendulum part 24 is oriented in the vertical direction. However, the present invention is not limited to this, and the axial direction of the inner pendulum part 24 is changed from the vertical direction to the horizontal direction. If the configuration is inclined, the sensitivity of the inclinometer 2 can be improved. Further, if a force is generated on the inclinometer 2 using a spring or the like to balance the gravity acting on the inner pendulum part 24 and the inner pendulum part 24 is positioned at the center of vibration, the inclinometer 2 is moved up and down. It can be used as a long-period seismometer. When measuring the upper and lower components of a long-period seismometer, there is a case where the observation of the earthquake cannot be performed due to the change of the spring or the like over time and the displacement of the inner pendulum part 24 from the center of vibration. Even in such a case, if the direction of the inclinometer 2 is rotated 180 ° and the direction of gravity applied to the spring or the like is reversed, the secular change of the spring constant due to creep can be avoided, and the seismometer can be used for a long time. .

なお、本実施形態では、ボアホール内に固定された傾斜計２に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、傾斜計２が固定される部分と、これに対して変位する変位量を用いて測定されるすべての変位検出装置に本発明を適用することができる。例えば、速度型地震計、加速度計に本発明を適用して良いことはいうまでもない。 In the present embodiment, the example in which the present invention is applied to the inclinometer 2 fixed in the borehole has been described. However, the present invention is not limited to this, and the portion to which the inclinometer 2 is fixed and the displacement are relative thereto. The present invention can be applied to all displacement detection devices that are measured using a displacement amount. For example, it goes without saying that the present invention may be applied to a speed-type seismometer and an accelerometer.

本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の全体構成を示す正面図である。It is a front view which shows the whole structure of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の全体構成を示す側面図である。It is a side view which shows the whole structure of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の変位検出手段を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the displacement detection means of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の変位検出手段の作動を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the action | operation of the displacement detection means of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態の傾斜計２の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the inclinometer 2 of 1st embodiment which concerns on this invention.

Explanation of symbols

２傾斜計
１０ハウジング部
２４内側振子部
２８外側磁石固定部
３０外側磁石
３２内側磁石
３６発磁体
３８コイル部
４４コア
４６巻線部 2 Inclinometer 10 Housing part 24 Inner pendulum part 28 Outer magnet fixing part 30 Outer magnet 32 Inner magnet 36 Magnet generator 38 Coil part 44 Core 46 Winding part

Claims

A housing part installed on the measurement object side;
A pendulum part suspended from the housing part, held at an initial position with a predetermined restoring force, and displaced from the initial position when a force is exerted,
A displacement detection device for detecting a displacement amount from an initial position of the pendulum part,
First biasing means for exerting a force on the pendulum part in a direction to reduce the restoring force to the initial position of the pendulum;
A second urging means for exerting a force on the pendulum part in a direction to increase the restoring force to the initial position of the pendulum;
When the displacement amount from the initial position of the pendulum portion is equal to or less than a predetermined amount, the magnitude of the force of the first biasing means is larger than the magnitude of the force of the second biasing means, and the displacement of the pendulum The displacement detecting device, wherein when the amount is larger than a predetermined value, the magnitude of the force of the first urging means is smaller than the magnitude of the force of the second urging means.

2. The displacement according to claim 1, wherein one of the first urging means is installed in the housing portion and the other is installed in the pendulum portion, and is at least two magnetic bodies that generate an attractive force to each other. Detection device.

The second urging means includes at least two magnetic bodies, one of which is installed in the housing part and the other of which is installed in the pendulum part, and generates a repulsive force, and a part that suspends the pendulum part from the housing part. The displacement detection device according to claim 1, wherein the displacement detection device includes a portion that generates a force for returning the pendulum portion from a displacement position to an initial position.

The magnetic body of the first urging means is composed of an iron core of a coil part fixed to the housing part and a permanent magnet fixed to the pendulum part, from the permanent magnet to the coil part. The displacement detection device according to claim 2, which also serves as a displacement measuring unit that detects a displacement amount of the pendulum part with respect to the housing part according to an applied magnetic field.

The magnetic body of the second urging means is composed of a pendulum part permanent magnet fixed to the pendulum part and a housing part permanent magnet installed in the housing part. The displacement detection device according to claim 3, wherein the displacement detection device is installed in the housing portion in a state in which a distance between the pendulum portion permanent magnets can be changed.

A displacement amount of the pendulum part is detected using the displacement detection device according to any one of claims 1 to 5, and a change in an inclination angle of a measurement object is detected based on the displacement amount of the pendulum part. An inclinometer characterized by.

Detecting a displacement amount of the pendulum part using the displacement detection device according to claim 1, and detecting a change in acceleration of the measurement object based on the displacement amount of the pendulum part. Features an accelerometer.