JP4745788B2 - 軸変位計測装置及び軸変位計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸変位計測装置及び軸変位計測方法に関するものであり、より詳細には、磁性体コア、一次コイル及び二次コイルを用いた差動トランスの原理を利用して被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測装置及び軸変位計測方法に関するものである。

構造物の設計・施工のために実施される地盤又は岩盤の力学的調査方法として、地盤の変形特性及び強度特性を測定する室内三軸試験及び原位置孔底三軸試験が知られている。室内三軸試験は、現地より採取した円柱供試体の変形特性及び強度特性を求める室内力学試験であり、原位置孔底三軸試験は、現地の地盤等を削孔して原地盤の円柱試験体を原位置に直に成形し、地盤等の変形特性及び強度特性を測定する原位置力学試験である（特開平11-152983号公報、特開2000-18943号公報）。

室内三軸試験又は原位置孔底三軸試験において試験体の軸変位を計測する方法として、(1)供試体又は試験体の側面に貼付けた軸方向歪ゲージによって軸変位を計測する方法、(2)供試体又は試験体の側面に設けられたターゲットの軸方向変位を変位計によって計測する方法が挙げられる。原位置孔底三軸試験においては、主として後者の方法が採用され、変位計として、接触型変位計、渦電流型変位計、局所変位計測器等が一般に使用される。

図９は、原位置孔底三軸試験の接触型変位計として使用される差動トランス式変位計（ＬＶＤＴ変位計）の構成を概略的に示す斜視図である。

差動トランス式変位計１００は、差動トランス部１０１及び測定子１０２を備える。差動トランス部１０１は、磁性体コア、一次コイル、二次コイル及び測定圧力スプリング（図示せず）を内蔵する。測定子１０２は、磁性体コアに一体的且つ直列に連結され、測定子１０２の先端部は、被計測対象物に接触する。制御信号線及び導電線を収容したケーブル１０３が差動トランス部１０１に接続される。差動トランス部１０１の一次コイルは、ケーブル１０３の導電線を介して交流電源（図１０）に接続され、交流電流の通電によって励磁され、差動トランス部１０１に内装した一対の二次コイルには、誘起電圧が発生する。測定子１０２が変位すると、変位計１００の検波増幅手段（図示せず）が二次コイルの誘起電圧の電圧差を検出し、変位計１００の検出部（図１０）は、この電圧差の変化に基づいて測定子１０２の変位（従って、被計測対象物の変位）を測定する。このような形式の差動トランス式変位計は、例えば、特開平7-159146号公報に記載されている。

図１０は、差動トランス式変位計を用いた原位置孔底三軸試験の試験方法を示す縦断面図である。

図１０には、ボーリング孔底に設置された差動トランス式変位計１００が示されている。地盤又は岩盤Ｇは、鉛直円柱形の試験体Ｓを成形するように削孔され、均等な溝幅Ｗを有する環状溝Ｎが試験体Ｓの外周に形成される。溝幅Ｗは、変位計１００を配設可能な寸法に設定され、変位計１００は、対をなして試験体Ｓの対角位置に配置される。ターゲットＴが試験体Ｓの対角位置に取付けられ、測定子１０２の先端部がターゲットＴの上面に接触する。試験体Ｓの鉛直変位によってターゲットＴが鉛直方向に移動すると、測定子１０２は、ターゲットＴの上下変位に追随して伸縮し、差動トランス部１０１内の磁性体コアは、測定圧力スプリングの弾発力に抗して変位する。誘起電圧の電圧差が二次コイルに発生し、検出部は、この電圧差に基づいて測定子１０２の変位量（従って、試験体Ｓの軸方向変位量）を検出する。
特開平11-152983号公報 特開2000-18943号公報 特開平7-159146号公報

前述の如く、室内三軸試験では、歪ゲージ又は変位計を用いた計測方法が一般に採用されるが、供試体の中心部（軸芯部）の軸変位を求める必要があることから、少なくとも一対の歪ゲージ又は変位計を供試体の同一レベル且つ対角位置に正確に配設しなければならない。このため、歪ゲージ又は変位計を供試体に比較的簡単に取付けることができ、しかも、同一レベルに複数の歪ゲージ又は変位計を設けることを要しない軸変位計測装置及び軸変位計測方法の開発が要望されていた。

また、原位置孔底三軸試験では、歪ゲージをボーリング孔底の試験体の側面に貼ることは事実上不可能に近く、このため、外セルに内蔵した変位計を用いた計測方法が一般に採用されるが、室内三軸試験と同様、試験体の中心部（軸芯部）の軸変位を求める必要があることから、少なくとも一対の変位計を試験体の対角位置に配設しなければならない。変位計は、所望の位置に正確に取付ける必要があり、しかも、変位計の設置スペースとして比較的大きな領域を試験体廻りに確保する必要があることから、図１０に示す如く、比較的大きな溝幅Ｗの環状溝Ｎを試験体Ｓの外周に削孔しなければならない。このため、地盤調査のために比較的大きな直径Ｄのボーリング孔を削孔せざるを得ず、この結果、地盤調査費が高額化する。従って、このようなボーリング孔径の拡大に伴う地盤調査費の高額化を防止すべく、比較的狭い設置スペースに比較的簡易且つ効率的な作業で変位検出手段を有効に配設可能な軸変位計測装置及び軸変位計測方法の開発が望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の変位計又は歪ゲージを供試体又は試験体の対角位置に取付けることなく、しかも、地盤調査用のボーリング孔径を変位計設置のために拡大することなく、供試体又は試験体の軸方向変位を計測することができる軸変位計測装置及び軸変位計測方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成すべく、交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを有し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測装置において、
前記被計測対象物の外面は、弾性材料の可撓性膜材によって被覆され、
前記コアは、前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなり、この帯状体は、前記対象物の軸方向変位に追随して変位するように前記膜材の外側面に固着され、
前記一次コイルは、前記被計測対象物の周囲を囲み、前記コアから所定間隔を隔てて該コアと対向するようにコアの外側に配置され、
前記二次コイルは、前記被計測対象物の周囲を囲み、前記一次及び二次コイルは、前記対象物の軸線方向に整列配置されることを特徴とする軸変位計測装置を提供する。

本発明の上記構成によれば、磁性材料の帯板からなる上記コアは、従来の差動トランス式変位計において変位計本体に内蔵されていた磁性体コア（可動鉄心）に相当し、上記一次コイル及び二次コイルは、従来の差動トランス式変位計において変位計本体に内蔵されていた一次コイル及び二次コイルに相当する。コアは、被計測対象物の周囲を囲み、一次及び二次コイルは、コアから所定間隔を隔ててコアの外側に配置される。このようなコア及びコイルは、被計測対象物の外面に沿って配置されるので、対象物廻りの変位計設置スペースを縮小することができる。また、コア及びコイルは、被計測対象物を全体的に囲むように配置されるので、複数の変位計を同一レベル且つ対角位置に取付けることなく、単一の軸変位計測装置によって供試体又は試験体の中心部（軸芯部）の軸変位を求めることができる。

本発明は又、交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを使用し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測方法において、
前記被計測対象物は、地盤、岩盤又は土木・建築材料の柱状試験体又は供試体からなり、
前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなる前記コアを該対象物の外面に一体的に取付け、
前記被計測対象物の周囲を囲む前記一次コイルを前記コアの外側に配置して、前記コアから所定間隔を隔てた位置において前記一次コイルを前記コアと対向せしめ、
前記被計測対象物の周囲を囲む前記二次コイルを前記コアの外側に配置して、前記対象物の軸線方向に前記一次及び二次コイルを整列させ、
前記被計測対象物に軸方向荷重を与え、該対象物の軸方向変位に追随する前記コアの変位を前記二次コイルの誘起電圧の電圧差によって検出し、前記荷重による前記試験体又は供試体の軸変位を検出することを特徴とする軸変位計測方法を提供する。
本発明は更に、交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを使用し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測方法において、
前記被計測対象物の外面を弾性材料の可撓性膜材によって被覆し、
前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなる前記コアを前記膜材の外側面に一体的に取付けて、前記膜材の厚肉部分を前記コアと前記対象物との間に介挿し、
前記被計測対象物の周囲を囲む前記一次コイルを前記コアの外側に配置して、前記コアから所定間隔を隔てた位置において前記一次コイルを前記コアと対向せしめ、
前記被計測対象物の周囲を囲む前記二次コイルを前記コアの外側に配置して、前記対象物の軸線方向に前記一次及び二次コイルを整列させ、
前記対象物の径方向変位を前記厚肉部分の弾性変形によって吸収するとともに、該対象物の軸方向変位に追随する前記コアの変位を前記二次コイルの誘起電圧の電圧差によって検出することを特徴とする軸変位計測方法を提供する。
更には、本発明は、交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを使用し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測方法において、
前記被計測対象物の外面を弾性材料の可撓性膜材によって被覆し、
前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなる前記コアを前記膜材の外側面に固着し、
前記被計測対象物の周囲を囲む前記一次コイルを前記コアの外側に配置して、前記コアから所定間隔を隔てた位置において前記一次コイルを前記コアと対向せしめ、
前記被計測対象物の周囲を囲む前記二次コイルを前記コアの外側に配置して、前記対象物の軸線方向に前記一次及び二次コイルを整列させ、
該対象物の軸方向変位に追随する前記コアの変位を前記二次コイルの誘起電圧の電圧差によって検出することを特徴とする軸変位計測方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、複数の変位計又は歪ゲージを供試体又は試験体の対角位置に取付けることなく、しかも、地盤調査用のボーリング孔径を変位計設置のために拡大することなく、供試体又は試験体の軸方向変位を計測することができる軸変位計測装置及び軸変位計測方法が提供される。

本発明の好適な実施形態において、上記一次コイル及び二次コイルは、気密又は液密ハウジング内に収容され、上記コアは、被計測対象物の軸芯を中心とした環状の帯状磁性体からなり、上記一次コイル及び二次コイルは、被計測対象物廻りに巻回され、被計測対象物の軸芯を中心とした環状の全体形状を有する。

好ましくは、上記被計測対象物の外周面は、弾性材料の可撓性膜材によって被覆され、膜材は、対象物に密着する。膜材は、拘束圧を対象物に作用せしめる液体又は気体と、対象物とを分離するとともに、試験時の破損又は損壊による破材飛散等を防止する。望ましくは、コアは、膜材の外周面に固着され、コア及び膜材は、一体化する。このような構成によれば、一体化した筒状セル（コア及び膜材）を試験時に対象物に被せるだけでコアを被計測対象物廻りに設置することができ、従って、試験時の作業工程を簡素化し、作業を効率化することが可能となる。

更に好ましくは、膜材の厚肉部分が硬質のコアと被計測対象物との間に配置され、コアは、厚肉部分の外側面に固着される。対象物の径方向変位は、厚肉部分の弾力性によって吸収される。

更に好ましくは、上記ハウジングは、被計測対象物を囲む円筒形ケーシングの内側面に固定される。

本発明は、地盤、岩盤又は土木・建設材料の円柱状試験体又は供試体からなる被計測対象物に軸方向荷重を与え、荷重に対する試験体又は供試体の軸変位を検出する軸変位計測方法に好ましく適用される。好ましくは、本発明の軸変位計測方法は、試験体又は供試体の軸変位を検出して地盤又は岩盤の変形特性又は強度特性を測定する室内三軸試験及び原位置孔底三軸試験に適用される。このような三軸試験においては、被計測対象物の外周面は、弾性材料の可撓性膜材によって被覆され、一次コイル及び二次コイルは、気密性又は液密性を有するハウジングの内部に収容される。被計測対象物の周囲領域には、作動流体が封入され、作動流体は、被計測対象物の拘束圧を被計測対象物の周囲領域に維持する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る軸変位計測装置の計測原理を示すシステム構成図である。図２及び図３は、図１に示す軸変位計測装置の構造を示す縦断面図及び側面図であり、図４は、軸変位計測装置のＩ−Ｉ線断面図及び斜視図である。

本発明の軸変位計測装置１は、従来の差動トランス式変位計と同じく、差動トランスの原理を用いたものであり、磁性体コア（可動鉄心）１０、一次コイル１１、二次コイル１２、検出部１３及び交流電源１４から構成される。一次コイル１１は、通電線１５（１５ａ、１５ｂ）によって交流電源１４に接続され、交流電源１４の電圧が一次コイル１１に印加される。対をなす二次コイル１２は、コア１０の移動方向に所定間隔を隔てて整列配置される。二次コイル１２は夫々、信号線１６（１６ａ、１６ｂ）を介して検出部１３に接続され、二次コイル１２同士は、信号線１６ｃによって直列に接続される。検出部１３は、信号線１７を介してデータ処理用のＰＣ（パーソナルコンピュータ）１８のＣＰＵ本体に接続される。

交流電源１４の交流電圧（一定周波数電圧）が一次コイル１１に印加され、一次コイル１１が励磁される。コア１０は、一次コイル１１及び二次コイル１２を磁気的に結合する。コア１０が中央位置（初期位置）に位置する状態では、上下の二次コイル１２に誘起する電圧は等しく（電圧差ΔＶ＝０）、検出部１３は、変位量＝０を指示する変位出力信号をＰＣ１８に出力する。コア１０が中央位置から移動すると、上下の二次コイル１２の誘起電圧に差が発生し、電圧差ΔＶの出力が二次側電圧として得られる。即ち、コア１０が変位した距離に相当する二次側電圧が上下の二次コイル１２から得られる。検出部１３は、二次コイル１２の誘起電圧を差動結合して電圧差として取出し、これを変位出力信号としてＰＣ１８に出力する。

図２、図３及び図４には、垂直円柱形の試験体Ｓが示されている。コア１０は、試験体Ｓの外径よりも若干大きい内径を有する薄肉円筒状且つ硬質の環状磁性体、例えば、鉄製の環状帯板からなり、試験体Ｓの外周に一体的に取付けられる。軸変位計測装置１は、気密又は液密ハウジング３を備える。ハウジング３は、気密又は液密状態に相互接合した円筒状内周壁２１、円筒状外周壁２２、円形底板２３、円形頂板２４及び隔壁２５から構成される。コア１０とコイル１１、１２の間に位置する内周壁２１と、コイル１１、１２の間に位置する隔壁２５は、非磁性材料、例えば、アルミニウム、銅等の非磁性金属の成形品、或いは、樹脂等の成形品からなる。他方、コイル１１、１２に関してコア１０と反対の側に位置する外周壁２２は、磁性材料とする必要がある。

一次コイル１１及び二次コイル１２は、ハウジング３内に収容される。コイル１１、１２及びハウジング３は、環状のコイル組立体２を構成する。通電線１５及び信号線１６のハウジング貫通部には、気密処理又は液密処理が施される。ハウジング３は、一次コイル１１及び二次コイル１２を電気的且つ物理的に保護する。

一次コイル１１は、上下の二次コイル１２の間に配置される。一次コイル１１は、初期状態においてコア１０と同一レベルに位置決めされ、コア１０と対向する。コア１０、一次コイル１１及び二次コイル１２は、図４に示す如く、試験体Ｓの中心軸線Ｃを中心に同心状に配置される。一次及び二次コイル１１、１２は、試験体Ｓ廻りに巻回され、内周壁２１及び外周壁２２の間に収容される。

交流電源１４の交流電圧が一次コイル１１に印加され、一次コイル１１が励磁される。コア１０は、一次コイル１１及び二次コイル１２を磁気的に結合させる。図２に示す初期位置（中央位置）にコア１０が位置する状態では、一次及び二次コイル１１、１２の磁気的結合の度合いは等しく、検出部１３は、変位出力＝０を示す変位出力信号をＰＣ１８に出力する。コア１０が＋Ｘの方向（鉛直上方）に移動すると、一次コイル１１と上側の二次コイル１２との磁気的結合度が強まり（一次コイル１１と下側二次コイル１２との磁気的結合度が弱まり）、他方、コア１０が−Ｘの方向（鉛直下方）に移動すると、一次コイル１１と下側の二次コイル１２との磁気的結合度が強まる（一次コイル１１と上側二次コイル１２との磁気的結合度が弱まる）。従って、コア１０の上下変位に相応した誘起電圧の差が上下の二次コイル１２に発生する。検出部１３は、この電圧差を差動結合し、変位出力を示す変位出力信号をＰＣ１８に出力する。ＰＣ１８は、変位出力信号をコア１０の上下方向（試験体Ｓの軸方向）の変位量に変換し、ディスプレイに表示する。

図５は、軸変位計測装置１を使用した原位置孔底三軸試験の試験方法を示す縦断面図であり、図６及び図７は、図５に示すII−II線及びIII−III線における断面図である。

原位置試験を実施する予工程として、地盤調査を行う原位置の地盤Ｇがボーリング装置によって鉛直に削孔され、不攪乱状態の円柱試験体Ｓを中心部に残した状態の環状ボーリング孔５０が形成される。図５に示す如く、ボーリング孔５０の内部には、原地盤の円柱試験体Ｓが鉛直に成形され、円柱試験体Ｓの頂面３１は、平坦且つ水平な載荷面を構成する。頂面３１には、載荷板（キャップ）３０が載置され、所定の圧縮荷重Ｐが、載荷板３０を介して試験体Ｓに載荷される。

鋼製管体等の金属製円筒ケーシング３３が、ボーリング孔５０の孔壁に近接した状態で孔内に挿入される。載荷板３０に載荷される荷重Ｐを測定可能なロードセル等の荷重検出器３４が、載荷板３０の上部に配設される。ケーシング３３は、液体を封入可能な環状領域Ｍを試験体Ｓ廻りに画成する。荷重検出器３４は、制御信号線１９を介してＰＣ１８に接続され、荷重検出器３４の検出値は、ＰＣ１８のディスプレイに表示される。

試験体Ｓの外周面は、ゴム製の弾性膜材（メンブレン）３５によって被覆される。膜材３５は、試験体Ｓの外周面に密着して試験体Ｓの全外周面を被覆する。膜材部分３６の外縁部は、ケーシング３３の下端縁に気密又は液密状態に連接する。

膜材３５は、局所的に径方向外方に拡径し、環状の厚肉部分３７が形成される。環状厚肉部分３７は、試験体Ｓの全周に亘って均一な断面形状及び断面寸法を有し、試験体Ｓ廻りに水平に延在する。環状磁性体コア（可動鉄心）１０の内周面が、環状厚肉部分３７の外周面に接着される。コア１０は、環状厚肉部分３７に一体的に支持される。本例では、環状厚肉部分３７及びコア１０は、上下方向に所定距離Ｌを隔てて配置され、ＰＣ１８は、上下一対のコア１０の変位に基づいて試験体Ｓの軸方向変位量を演算する。

環状領域Ｍに差動流体を供給する流体供給回路の流体供給管４０が、ケーシング３３の上部を貫通し、環状領域Ｍに開口する。流体供給管４０の流体は、環状領域Ｍに供給され、環状領域Ｍに封入される。本実施例では、流体供給回路は、油圧回路からなり、流体供給管４０は、所定圧の作動油を環状領域Ｍに供給する。環状領域Ｍに封入された作動油の油圧は、試験体Ｓを拘束する拘束圧Ｆとして試験体Ｓに作用する。変形例として、流体供給回路を空気圧回路又は水圧回路として構成し、所定圧の空気又は水を環状領域Ｍに封入しても良い。

上下一対のコイル組立体２が、コア１０と同一のレベルに配置される。コイル組立体２は夫々、ケーシング３３の内周面に固定される。コイル組立体２及びコア１０は、所定距離Ｊを隔てて対向し、一次コイル１１及びコア１０は、初期状態（非載荷時）において計測区間内の一点に位置する。

前述の如く、一次コイル１１は、通電線１５によって交流電源１４に接続され、二次コイル１２は、信号線１６を介して検出部１３に接続され、検出部１３は、信号線１７を介してＰＣ１８に接続される。

原位置試験時には、交流電源１４の電圧が一次コイル１１に印加され、同時に鉛直荷重Ｐが載荷板３２に加えられる。圧縮応力が試験体Ｓに作用し、試験体Ｓは圧縮変形する。コア１０は、供試体Ｓの鉛直方向の変形に追従して鉛直方向に変位する。検出部１３は、コア１０の変位に相応して発生する二次コイル１２の誘起電圧差を検出し、ＰＣ１８は、検出部１３の変位出力（出力電圧）を試験体Ｓの変位量としてディスプレイに表示する。

試験体Ｓは、圧縮変形時に径方向に局部的に拡大する傾向があるが、弾性材料の環状厚肉部分３７は、このような試験体Ｓの変形を吸収し、コア１０の変形又は破損を防止する。

図８は、軸変位計測装置１を使用したコア１０の変位測定実験の実験結果を示す線図である。

本発明者の実験によれば、検出部１３の出力電圧は、コア１０の変位量と関連して概ね線形変化することが確認された。殊に、変位量２〜８mmの範囲内においては、コア１０の変位量は、図８に仮想線Ｋとして示す如く出力電圧の増減に比例して変化し、両者の明確な線形相関性が確認された。このような出力電圧及び変位量の線形特性より、上記構成の軸変位計測装置１の妥当性（即ち、上記軸変位計測装置１を差動トランスの原理に従って変位検出手段として使用し得ること）が確認された。

このような構成の軸変位計測装置１によれば、差動トランス式変位検出手段を構成するコア１０、一次コイル１１及び二次コイル１２が試験体Ｓ廻りの環状領域Ｍに直に配置されるので、ボーリング孔５０の環状溝の溝幅Ｗを縮小し、ボーリング孔５０の直径Ｄ（図５）を縮小することができる。また、コア１０は、膜材３５に一体的に取付けられるので、膜材３５及びコア１０を同時に試験体Ｓにセットすることができる。更に、コア１０は、膜材３５の厚肉部分３７に取付けられるので、載荷時に生じ得る試験体Ｓの径方向の変形を厚肉部分３７の変形によって吸収することができ、従って、コア１０及びコイル組立体２の間隔（距離Ｊ）及び相対位置は安定する。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において種々の変更又は変形が可能であり、かかる変更又は変形例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

例えば、本発明の計測装置及び計測方法は、図５〜図７に示す原位置孔底三軸試験のみならず、室内三軸試験にも同様に適用することができる。

また、本発明の計測装置及び計測方法は、コンクリート又は鉄骨等の建築・土木構造材料の変位量測定や、樹脂等の任意の素材の変位量測定に応用することができる。

なお、上記実施例においては、上下方向に間隔を隔てた２箇所にコア及びコイル組立体を配置しているが、コア及びコイル組立体の設置数及び設置部位は、試験の目的に応じて適宜設定し得るものであり、例えば、コア及びコイル組立体を供試体又は試験体の単一部位に設置し、或いは、３箇所以上の部位に設置しても良い。

本発明は、被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測装置及び軸変位計測方法に適用される。本発明の軸変位計測装置及び軸変位計測方法は、地盤、岩盤、建築構造材料又は土木構造材料の軸変位計測に好ましく使用し得る。殊に、本発明を地盤又は岩盤の原位置孔底三軸試験又は室内三軸試験に適用した場合、地盤又は岩盤のボーリング孔径を縮小することができ、地盤調査費の削減、地盤調査の作業効率改善等の顕著な効果が得られる。

また、地盤又は岩盤の原位置孔底三軸試験又は室内三軸試験においては、試験体又は供試体を被覆する弾性膜材に磁性体コアを一体的に取付けた円筒セルを本発明に従って予め用意することができる。本発明によれば、このような円筒セルを試験開始前に試験体又は供試体に被せることによって軸変位計測装置の磁性体コアを試験体又は供試体にセットし、試験を開始することができ、従って、地盤調査の作業工程は、大幅に効率化する。

本発明の実施例に係る軸変位計測装置の計測原理を示すシステム構成図である。 軸変位計測装置の構造を示す縦断面図である。 軸変位計測装置の構造を示す側面図である。 軸変位計測装置のＩ−Ｉ線断面図及び斜視図である。 軸変位計測装置を使用した原位置孔底三軸試験の試験方法を示す縦断面図である。 図５のII−II線における断面図である。 図５のIII−III線における断面図である。 軸変位計測装置を使用したコアの変位測定実験の実験結果を示す線図である。 従来の差動トランス式変位計（ＬＶＤＴ変位計）の構成を概略的に示す斜視図である。 図９に示す差動トランス式変位計を用いた従来の原位置孔底三軸試験の試験方法を示す縦断面図である

符号の説明

１ 軸変位計測装置
２ コイル組立体
３ ハウジング
１０ 磁性体コア
１１ 一次コイル
１２ 二次コイル
１３ 検出部
１４ 交流電源
３０ 載荷板
３３ ケーシング
３５ 弾性膜材
３７ 環状厚肉部分
５０ ボーリング孔
Ｓ 試験体
Ｍ 環状領域

Claims (10)

1. 交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを有し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測装置において、
   前記被計測対象物の外面は、弾性材料の可撓性膜材によって被覆され、
   前記コアは、前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなり、この帯状体は、前記対象物の軸方向変位に追随して変位するように前記膜材の外側面に固着され、
   前記一次コイルは、前記被計測対象物の周囲を囲み、前記コアから所定間隔を隔てて該コアと対向するようにコアの外側に配置され、
   前記二次コイルは、前記被計測対象物の周囲を囲み、前記一次及び二次コイルは、前記対象物の軸線方向に整列配置されることを特徴とする軸変位計測装置。
2. 前記一次コイル及び二次コイルは、気密又は液密ハウジング内に収容されることを特徴とする請求項１に記載の軸変位計測装置。
3. 前記コアは、前記被計測対象物の軸芯を中心とした環状の帯状磁性体からなり、前記一次コイル及び二次コイルは夫々、前記対象物廻りに巻回され、該対象物の軸芯を中心とした環状の全体形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸変位計測装置。
4. 前記ハウジングは、前記被計測対象物を囲むケーシングの内側面に固定されることを特徴とする請求項２に記載の軸変位計測装置。
5. 交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを使用し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測方法において、
   前記被計測対象物は、地盤、岩盤又は土木・建築材料の柱状試験体又は供試体からなり、
   前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなる前記コアを該対象物の外面に一体的に取付け、
   前記被計測対象物の周囲を囲む前記一次コイルを前記コアの外側に配置して、前記コアから所定間隔を隔てた位置において前記一次コイルを前記コアと対向せしめ、
   前記被計測対象物の周囲を囲む前記二次コイルを前記コアの外側に配置して、前記対象物の軸線方向に前記一次及び二次コイルを整列させ、
   前記被計測対象物に軸方向荷重を与え、該対象物の軸方向変位に追随する前記コアの変位を前記二次コイルの誘起電圧の電圧差によって検出し、前記荷重による前記試験体又は供試体の軸変位を検出することを特徴とする軸変位計測方法。
6. 交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを使用し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測方法において、
   前記被計測対象物の外面を弾性材料の可撓性膜材によって被覆し、
   前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなる前記コアを前記膜材の外側面に一体的に取付けて、前記膜材の厚肉部分を前記コアと前記対象物との間に介挿し、
   前記被計測対象物の周囲を囲む前記一次コイルを前記コアの外側に配置して、前記コアから所定間隔を隔てた位置において前記一次コイルを前記コアと対向せしめ、
   前記被計測対象物の周囲を囲む前記二次コイルを前記コアの外側に配置して、前記対象物の軸線方向に前記一次及び二次コイルを整列させ、
   前記対象物の径方向変位を前記厚肉部分の弾性変形によって吸収するとともに、該対象物の軸方向変位に追随する前記コアの変位を前記二次コイルの誘起電圧の電圧差によって検出することを特徴とする軸変位計測方法。
7. 交流電圧が印加される一次コイルと、一次コイルの両側に配置された一対の二次コイルと、被計測対象物の変位に追随して変位する磁性体コアとを使用し、前記二次コイルの誘起電圧の電圧差に基づいて被計測対象物の軸方向変位を検出する軸変位計測方法において、
   前記被計測対象物の外面を弾性材料の可撓性膜材によって被覆し、
   前記被計測対象物の周囲を囲む磁性材料の帯状体からなる前記コアを前記膜材の外側面に固着し、
   前記被計測対象物の周囲を囲む前記一次コイルを前記コアの外側に配置して、前記コアから所定間隔を隔てた位置において前記一次コイルを前記コアと対向せしめ、
   前記被計測対象物の周囲を囲む前記二次コイルを前記コアの外側に配置して、前記対象物の軸線方向に前記一次及び二次コイルを整列させ、
   該対象物の軸方向変位に追随する前記コアの変位を前記二次コイルの誘起電圧の電圧差によって検出することを特徴とする軸変位計測方法。
8. 前記被計測対象物の外面を弾性材料の可撓性膜材によって被覆することを特徴とする請求項５に記載の軸変位計測方法。
9. 前記一次コイル及び二次コイルを気密又は液密ハウジング内に収容し、前記対象物の周囲の領域に作動流体を封入して前記対象物の拘束圧を該領域に維持することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載された軸変位計測方法。
10. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載された軸変位計測装置を用い、地盤又は岩盤の柱状試験体又は供試体の軸変位を検出し、地盤又は岩盤の変形特性又は強度特性を測定することを特徴とする地盤又は岩盤の三軸試験方法。

Images