JP6718778B2 - 洗掘検知システム - Google Patents

Description

本発明は、河川や海の上を通る道路や鉄道の橋梁本体を支持する橋脚が立設された川底面や海底面となる地盤の洗掘状態を検知するシステムに関する。

地盤の洗掘状態を検知するには、検知部として光学式または超音波式のセンサで空中から川底の状態を検知する方法が知られているが、洪水が生じる荒天や増水時には、大雨や濁流により光や超音波が妨害され正確な距離を検知することができない。

そこで、川底（地盤）に複数のセンサを埋設し、川底が洗掘されてセンサが水流にさらされるのを直接検知する方法が、例えば、特許文献１そして特許文献２で提案されている。センサは洗掘の有無を検知するものであり、複数のセンサを鉛直方向で間隔をもった位置に埋設して、予め各センサを設置する深度を設定しておき、洗掘により露出することとなったセンサによって、洗掘の生じた深さを検知することができる。

特許文献１では、鉛直方向に延びる検知部本体の下半部が地盤に埋設された状態で該検知部本体が立設されている。該検知部本体の下半部には、複数の感応部が鉛直方向で間隔をもった位置に配されており、該下半部の内部には、各感応部に対応する位置にＡＥ（アコースティック・エミッション）センサが取り付けられている。該ＡＥセンサは、地盤の洗掘で露出することとなった感応部が河川水との摩擦により生ずる超音波を検出するようになっている。

また、特許文献２では、光ファイバに接続され互いに対向する発光部及び受光部を有するセンサが橋脚に取り付けられた状態で地盤内に複数埋設されている。該センサは、地盤の洗掘により発光部と受光部との間の土砂が不在となると、発光部からのレーザ光を受光部が検出するようになっている。

このような特許文献１そして特許文献２の装置によれば、洗掘の深さを計測することができるが、洗掘の深度を計測するためには鉛直方向に間隔をもって複数のセンサを設置する必要がある。深度の検知精度はセンサ数に依存するので精度を高めるためには上記間隔を小さくしてセンサの数を多くする必要があり、その結果、設置費用が増大してしまう。

また、センサを含む検知部を稼働させるためには電源が必要であるが、大雨や台風が来た場合は落雷等により検知部の電気部品が破損して検知機能が機能しなくなるおそれがある。さらに、送電環境が整備されていない山間部や奥地に橋梁が設置される場合には、検知部に電力を供給することが困難となる。

特許文献３には、多数のセンサの設置や検知部への電源供給を要しない地滑り検知システムが開示されている。該地滑り検知システムは、光学式の回転センサを有する伸縮測定装置により地滑りを検知するようになっている。上記回転センサは、複数の磁性体（磁石）が周方向に配置された円盤状の回転体と、該回転体に近接して固定配置されたファラデ近接センサとを有しており、回転体の回転によって生じる磁場の変化をファラデ近接センサが検知することにより、回転体の回転数が得られるようになっている。上記伸縮測定装置は、ワイヤが巻回されたワイヤ巻取り部が回転センサの回転体とともに回転するようになっている。特許文献３の地滑り検知システムでは、山の斜面に埋設された移動杭にワイヤの先端が取り付けられており、地滑りにより移動杭が移動してワイヤを引っ張ると、ワイヤ巻取り部が回転してワイヤを繰り出し、このとき、回転体もワイヤ巻取り部とともに回転する。そして、ファラデ近接センサが回転体の回転によって生じる磁場の変化を検知することにより、回転体の回転数ひいては移動杭の移動量が得られる。

このような地滑り検知システムの構成を洗掘検知システムに応用すれば、多数のセンサの設置による費用の増大を回避でき、また、検知部への電源を供給する必要もなくなる。

特開平１１−２７１０５７ 特開平１１−２７１０５８ 特開２００９−１２８０２２

しかし、特許文献３の回転センサは、周方向に複数の磁性体が配された回転体が移動することにより生じる磁場の変化をファラデ近接センサで検出する構成となっているので、ファラデ近接センサの性能（感度や反応速度等）によっては、磁場の変化を正確に検知できないおそれがある。また、磁場の強度は回転センサの設置環境（例えば、周囲の温度等）により変化するので、回転体の回転時に磁性体が所定の軌道上を移動しても、磁場の強度が一定にならず、磁場の変化を正確に検知できないおそれがある。このように磁場の変化を正確に検知できない場合には、特許文献３の地滑り検知システムの構成を洗掘検知システムに応用しても、正確な洗掘深度を得られない。

かかる事情に鑑み、本発明は、複数のセンサを用いずに、費用を低減して、なおかつ正確な洗掘深度を計測することを可能とする洗掘検知システムを提供することを課題とする。

本発明に係る洗掘検知システムは、橋梁本体を支持する橋梁支持体が立設された地盤の洗掘状態を検知する。

かかる洗掘検知システムにおいて、本発明では、橋梁支持体の陸上部もしくは橋梁本体に設置された回転自在な巻回体と、巻回体に一端側が巻回されるとともに、橋梁支持体が立設された地盤面上に配置された錘が他端側に吊下されている懸吊部材と、巻回体の回転量を計測する回転量計測装置と、光源からの光信号を送信信号として回転量計測装置へ送信する送信装置と、回転量計測装置からの光信号を受信信号として受信する受信装置と、光信号の通信路となる光ファイバケーブルとを備え、回転量計測装置は、回転体と、該回転体の回転を鉛直方向の直動に変換する機構を介して回転体に接続されて往復直動する直動体と、該直動体の先端に取り付けられた磁性体と、直動体の運動方向の軸線上に配置され上記磁性体の移動に伴う磁場の変化を光信号の光強度の変化として検知する光強度検知部を有し、該光強度検知部は、ファラデ素子を有する光センサであり、該光センサは、光ファイバケーブルを介して送信装置および受信装置のそれぞれに接続されており、受信装置に接続された計数手段により該受信装置が受信した受信信号の光強度の変化に基づいて回転量計測装置の回転体の回転数を計数し、該回転体の回転数に基づいて巻回体の回転数を得、上記計数手段で得られた巻回体の回転数に基づいて地盤の洗掘深度を計測することを特徴としている。上記錘は、それ自体の形態には限定がなく、要は懸吊部材に吊下されていることで、地盤が洗掘されたときに、それに追従して沈降するものであればよい。

このような構成の本発明にあっては、錘が地盤面上に、例えば川底面に配置されているので、地盤の洗掘深さの分だけ錘が沈降する。懸吊部材には錘が吊下されており、錘の沈降に伴って巻回体に巻かれ懸吊部材が繰り出される。回転量計測装置では、巻回体の回転に応じて回転する回転体の回転運動が鉛直方向での可動体の往復動に変換され、該直動体の先端に取り付けられた磁性体の移動に伴う磁場の変化が、直動体の運動方向の軸線上に配置された光強度検知部により検知される。該光強度検知部は、ファラデ素子を有する光センサ（ファラデ素子センサ）であり、該ファラデ素子センサに対して磁性体が近接あるいは離間したときに磁場が変化すると該ファラデ素子センサからの出力信号の光強度が変化するので、この光強度の変化から上記磁性体の近接あるいは離間の回数に基づいて、直動体の往復動の回数ひいては回転体の回転量が得られ、さらには巻回体の回転量が得られる。そして、巻回体の回転量と懸吊部材の巻き径から懸吊部材の繰り出し量が算出され、洗掘の深度が計測される。このように本発明では、回転量計測装置に設けられるファラデ素子センサは一つで済む。

また、ファラデ素子センサは常に磁性体の往復動方向（鉛直方向）の軸線上に位置しているので、磁性体の往復動に伴う磁場の変化を連続的に計測でき、磁性体の近接又は離間を確実に検知することができる。つまり、本発明では、従来のような回転体とともに回転移動する磁性体の通過をセンサで検知する場合と比較して、回転体の回転量をひいては巻回体の回転量を高い精度で得られる。

さらに、ファラデ素子センサは光ファイバケーブルが接続されているだけなので、電気部品を使用しておらず、電源（設備）を要しないとともに、落雷等の雷撃の影響を受ける虞れがない。このようにファラデ素子センサに対しては電源（設備）が不要なので、建設のイニシャルコスト、適用のランニングコストの低減を図ることができる。

また、ファラデ素子センサと光ファイバケーブルは光学的に接続されているだけなので機械部品がないため、長期間使用しても故障する可能性が低く安定性が高い。

さらには、本発明では、光信号を光ファイバケーブルで通信するための送信装置、受信装置、制御装置、分析装置等を設置する基地局を橋梁から数ｋｍ〜数十ｋｍ離間した遠隔地に設置することが可能となり、検知システムの運用の自由度が向上する。

本発明において、受信装置は、第一受信器と第二受信器とを有しており、光ファイバケーブルは、送信信号を通信する送信路と受信信号を通信する受信路とを有しており、受信路は、第一受信器に接続される第一分岐受信路と第二受信路に接続される第二分岐受信路に分岐されており、第一分岐受信路および第二分岐受信路の少なくとも一方は、回転量計測装置からの受信信号の光強度を所定量だけ増減して調整可能となっており、第一受信器は、第一分岐受信路で通信される受信信号を受信し、第二受信器は、第二分岐受信路で通信される受信信号を受信し、計数手段は、第一受信器によって受信された受信信号および第二受信器によって受信された受信信号の両方の受信信号の光強度が該光強度に関する所定の条件を満たしたときに回転体の回転数を計数するように設定されていることとしてもよい。

本発明では、光強度検知部としてのファラデ素子センサからの出力信号（受信信号）の光強度に対して閾値が予め設定されており、例えば、ファラデ素子センサからの受信信号の光強度が上記閾値を上回ったときあるいは下回ったときに、計数手段が回転体の回転数を計数する。

ところで、ファラデ素子センサからの出力信号は、その光強度が上記閾値を跨ぐように細かく変動する、いわゆるチャタリングを生じることがある。該チャタリングが生じた場合、上記受信信号の光強度は複数回にわたって閾値を上回るあるいは下回るので、例えば、回転体が一回しか回転していないにもかかわらず、計数手段が複数回分の回転数を計数してしまうおそれがある。

本発明では、回転量計測装置からの受信信号の光強度が第一分岐受信路および第二分岐受信路の少なくとも一方で調整されるので、第一受信器で受信される第一の受信信号と第二受信器で受信される第二の受信信号とは光強度が異なることとなる。この結果、チャタリングが生じた場合、第一受信器と第二受信器とは、チャタリングしている受信信号を互いに異なるタイミングで受信することとなる。したがって、両方の受信信号の光強度に対して所定の条件を設定しておき、該両方の受信信号がその所定の条件を満たしたときにだけ計数手段が回転体の回転数を計数するようにすれば、チャタリングが生じたとしても、回転体の回転数を確実に一回分だけ計数することが可能となり、巻回体の回転量ひいては地盤の洗掘深度の計測の精度を向上させることができる。

本発明は、以上のように、地盤の洗掘に伴う錘の沈降により懸吊部材が巻回体から繰り出され、この繰り出し量を回転量計測装置で計測された巻回体の回転量から得ることにより、洗掘深度を計測することとしており、地盤に洗掘が生じた際には、地盤面上、例えば川底面に配置された錘が洗掘深度の分だけ沈降し、錘の沈降に伴って巻回体に巻かれた懸吊部材が繰り出され、巻回体に接続した回転量計測装置によって巻回体の回転量が計測され、巻回体の回転量と懸吊部材の巻き径から懸吊部材の繰り出し量を算出し、洗掘の深度を計測できるので、回転量計測装置に設けられる光センサが一つで済み経済的に有利であり、洗掘深度が連続的に計測でき正確に洗掘深度を知ることができる。

本発明の一実施形態としての洗掘検知システムのうち地盤洗掘監視装置を主体とした概要構成図である。 図１の洗掘検知システムのうち橋梁に位置する部分を示す概要構成図である。 図２に見られる検知ボックス部分の内部に設けられた回転量計測装置の構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 （Ａ）ないし（Ｃ）は回転量計測装置の一連の動作を示す図である。 地盤洗掘監視装置の検知ユニットの内部構成を示すブロック図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。

図１は洗掘検知システムとしての本実施形態装置の概要構成図、図２は図１装置の各検知ユニットの光ファイバケーブルの先端側における検知部分を示す図である。

本実施形態装置は、図１に見られるように、駅舎、保安区等に設置された監視基地局としての地盤洗掘監視装置１０を有し、該地盤洗掘監視装置１０は、光を送信そして受信する光送受信装置としての多数の検知ユニット１１（図１では４つの検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄのみが示されている）と、各検知ユニットからの信号情報から洗掘深度を得る深度換算装置１２と、これらを制御するとともに深度換算装置１２からの出力を判定する制御装置１３と、その結果を表示する表示装置１４とを有している。上記制御装置１３は、列車Ｔ等に連絡する無線連絡装置１５に接続されている。

各検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄからは光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ（必要に応じて「光ファイバケーブル１６」と総称する）が延出していて、これらの光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、好ましい形態として、一つの幹線ケーブル１７としてまとめられて、地盤洗掘を検知すべき河川等の橋梁の位置に向け延びていてそれらの先端が、ファラデ素子を用いた光センサ（ファラデ素子センサ）としてのファラデ近接センサ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄに接続されている。既述したように、検知ユニット１１は多数設けられているので、一つの幹線ケーブル１７には、それに対応する数だけの光ファイバケーブル１６が挿通されている。

図１に見られるように一つの幹線ケーブル１７から順次引き出された光ファイバケーブル１６Ａ〜１６Ｄのそれぞれは、図２のごとく、橋梁Ｂの橋梁本体Ｂ１を支持する複数の橋梁支持体Ｂ２の位置にまで延びている（図２では光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂのみを図示）。図２では、光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂの先端が接続されているファラデ近接センサ２７Ａ，２７Ｂが図示されている。また、幹線ケーブル１７に複数の光ファイバケーブル１６を挿通させるのに代えて、例えば、幹線ケーブル１７に複数の光ファイバ心線を収容するとともに、光ファイバ心線を金属管に挿通させた光ファイバケーブル１６を幹線ケーブル１７から各橋梁支持体Ｂ２に対して分岐させることとしてもよい。

図２に見られるように、橋梁Ｂは、例えば鉄道橋であり、河川の上方に位置する橋梁本体Ｂ１と、河川の地盤に立設させてその上端で上記橋梁本体Ｂ１を支える支柱をなす橋梁支持体Ｂ２を有しており、上記橋梁本体Ｂ１と橋梁支持体Ｂ２の両者がなす隅部に検知ボックス２０が支持されている。この検知ボックス２０は、橋梁本体Ｂ１と橋梁支持体Ｂ２のいずれか一方で支持することもできる。

上記各検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄから延びる光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄの先端は、既述のごとく、ファラデ近接センサ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄに接続されていて、各光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは橋梁Ｂの対応橋梁支持体Ｂ２にまで延びているが、図２には、二つの光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂについてのみ図示されている。これら二つの光ファイバケーブル１６Ａ，１６Ｂの先端が導入されているそれぞれの検知ボックス２０は、内部構成が同一であるので、以下、光ファイバケーブル１６Ａが導入されている検知ボックス２０について説明する。

検知ボックス２０内には、図３（Ａ），（Ｂ）に見られるように、懸吊部材としてのワイヤ２１が巻回され回転自在に支持された巻回体としてのドラム２２と、該ドラム２２の回転量を計測する変位計としての回転量計測装置２３が設けられている。該回転量計測装置２３は、該ドラム２２とともに回転する回転体２４と、該回転体２４の回転を鉛直方向の直動に変換する機構を介して回転体２４に接続されて往復直動する直動体２５と、該直動体２５の下端に取り付けられた磁性体２６と、直動体２５の運動方向（上下方向）の軸線上に配置され上記磁性体２６の移動に伴う磁場の変化を光信号の光強度の変化として検知する光強度検知部としてのファラデ近接センサ２７とを有している。

上記ドラム２２には、ワイヤ２１が巻回されており、その巻回始端となる一端はドラム２２に固定されず、他端は上記ドラム２２から検知ボックス２０外に延出しており、図１に見られるように、錘としての垂下棒１８が取り付けられている。該垂下棒１８は、橋梁支持体Ｂ２に沿って上下方向に延びる棒状部材であり、川底となる地盤Ｐの上面（地盤面）Ｐ１上にその下端が位置している。該垂下棒１８は、単に地盤面Ｐ１上に位置しているだけで、地盤内に埋設されているわけではない。該垂下棒１８の材質としては例えばコンクリートや鋼材とすることができる。該垂下棒１８は、橋梁支持体Ｂ２の側面に取り付けられた支持部材（図示せず）によって上下方向で移動可能に支持されていてもよい。例えば、支持部材を輪状部材で構成し、垂下棒１８を該輪状部材に自由状態で挿通させておくことができる。このようにすると、垂下棒１８が、濁流等の流量の増大や、流木等の浮遊物の接触等で流されたり、振動したり、外傷を受けたりすることがなくなる。

上記ドラム２２は、図３（Ａ）に見られるように胴部２２Ａ、フランジ部２２Ｂ−１，２２Ｂ−２そして軸部２２Ｃ−１，２２Ｃ−２を有していて、検知ボックス２０内に設置された軸受収容部３０Ａ，３０Ｂに収められた軸受３１Ａ，３１Ｂにより回転自在に支持されている。上記ドラム２２の両端に設けられたフランジ部２２Ｂ−１，２２Ｂ−２から突出する軸部２２Ｃ−１，２２Ｃ−２が対応する軸受３１Ａ，３１Ｂによりそれぞれ支持されている。

ドラム２２はその胴部２２Ａにワイヤ２１が巻回されていて、既述のように巻回始端となる一端がドラム２２に固定されず、他端側がドラム２２から垂下し、検知ボックス２０の底壁に形成された窓部２０Ａを通って吊下し、上記底壁から垂下している。

本実施形態では、ワイヤ２１の巻回始端はドラム２２に固定されていないので、台風や洪水により洗掘で垂下棒１８が沈降するだけでなく、垂下棒１８が流された場合はワイヤ２１がドラム２２から繰り出されきった後で、ワイヤ２１はドラム２２から抜けるのでドラム２２がワイヤ２１で引っ張られて破損する虞れがない。かくして、ドラム２２を破損するのが防止される。

また、復旧する際も、ドラム２２にワイヤ２１を巻回し直すだけでよいのでドラム２２を設置し直す必要もないので、費用を抑制して復旧時間も短縮される。

上記ドラム２２の一方の軸部２２Ｃ−２は、対応の軸受３１Ｂから突出していて、その先端に回転体２４が取り付けられていて、該回転体２４が軸部２２Ｃ−２と一体に回転するようになっている。図３（Ｂ）に見られるように、回転体２４はその外周面から突出する係合突起２４Ａを有している。直動体２５は、図３（Ｂ）に見られるように、回転体２４の側方で該回転体２４に隣接しており、上下方向に延びる棒状の可動部材２８と、該可動部材２８を収容するとともに上下方向で直動可能に支持する管状の収容部材２９とを有している。可動部材２８はその側面から回転体２４へ向けて突出する被係合突起２８Ａを有している。また、可動部材２８の下端には、例えば磁石等の磁性体２６が取り付けられている。収容部材２９には、直動する可動部材２８の被係合突起２８Ａを案内するスリット状の案内溝（図示せず）が上下方向に延びて形成されている。図３（Ｂ）に見られるように、被係合突起２８Ａは上記案内溝を貫通して収容部材の側面から突出しており、後述するように回転体２４の係合突起２４Ａと係合可能となっている（図４（Ａ）ないし（Ｃ）参照）。

上記可動部材２８の直下には、ファラデ近接センサ２７Ａが配置され、検知ボックス２０の底壁に取り付けられた支持体３２により支持されている。上記ファラデ近接センサ２７Ａからは光ファイバケーブル１６Ａが検知ボックス２０外に延びている。ファラデ素子は、磁場の強さによって直線偏光の偏波面を回転させて反射光の強度を変化させる特性があるので、このファラデ素子を用いたファラデ近接センサ２７Ａでは、後述するように、上下方向での磁性体２６の往復動に伴う磁場の変動により、光信号の光強度の変化として検知する。

図４（Ａ）に見られるように、ドラム２２に巻回されたワイヤ２１が繰り出されてドラムが反時計回り方向に回転すると、該ドラム２２とともに回転体２４も反時計回り方向に回転する。回転体２４が回転を開始すると、図４（Ｂ）に見られるように、回転体２４の係合突起２４Ａが直動体２５の可動部材２８の被係合突起２８Ａに対して下方から当接して係合することにより、当初最下位置（図４（Ａ）での位置）にあった可動部材２８が上方へ移動して最上位置（図４（Ｂ）での位置）にもたらされる。そして、図４（Ｃ）に見られるように、さらに回転体２４が回転して係合突起２４Ａが被係合突起２８Ａの位置を通過すると、係合突起２４Ａと被係合突起２８Ａとの係合状態が解除され、可動部材２８が自由落下して最下位置に戻るようになっている。このようにして、ドラム２２ひいては回転体２４が一回回転する毎に、直動体２５の可動部材２８は最下位置と最上位置との間を一回往復動する。

ファラデ近接センサ２７Ａは、図４（Ａ），（Ｃ）に見られるように可動部材２８が最下位置にある状態で最も近接し、図４（Ｂ）に見られるように、可動部材２８が最上位置にある状態で最も離間する。該ファラデ近接センサ２７Ａは、可動部材２８の上下方向での往復動に伴って磁性体２６がファラデ近接センサ２７Ａに対して近接あるいは離間したときに生じる磁場の変化を光信号の光強度の変化として検知する。この光強度の変化は、一定の振幅そして周期をもって経時的に変化する正弦波信号として得られる。

後述するように、ファラデ近接センサ２７Ａの出力信号（光信号）の光強度が変化から得られる磁性体２６の近接あるいは離間の回数に基づいて、直動体２５の往復動の回数ひいては回転体の回転量（回転数）が得られ、さらにはドラム２２の回転量（回転数）が得られる。本実施形態では、回転体２４の回転数を計数するための所定の閾値（以下、「光強度閾値」という）がファラデ近接センサ２７Ａからの光信号の光強度に対して予め設定されている。回転体２４の回転数を計数と上記光強度閾値との関係については後述する。

本実施形態のファラデ近接センサ２７Ａは常に磁性体２６の往復動方向（鉛直方向）の軸線上に位置しているので、磁性体２６の往復動に伴う磁場の変化を連続的に計測でき、磁性体２６の近接又は離間を確実に検知することができる。つまり、本発明では、従来のような回転体とともに回転移動する磁性体の通過をセンサで検知する場合と比較して、回転体の回転量ひいては巻回体の回転量を高い精度で得られる。したがって、例えば、本実施形態によれば、例えば、回転量計測装置２３の設置環境（周囲の温度等）により磁場の強度が変化するような場合でも、巻回体の回転量の計測を高い精度で行うことができる。

本実施形態では、ファラデ近接センサ２７には光ファイバケーブル１６が接続されているため、光送受信装置を設置する監督基地局は橋梁支持体からは数ｋｍから数十ｋｍ離れた位置に設置することができるので、橋梁が設置される場所が山間部や奥地等であっても、橋梁から離れた場所で光送受信装置の設置が容易な場所に監督基地を設置することができ、遠隔地から橋梁支持体の洗掘の状況を確認することができる。また、検知ボックス２０ではファラデ近接センサと光ファイバが接続されているだけなので、電気部品を使用しておらず、落雷等の雷撃の影響を受ける虞れがない。さらには、ファラデ近接センサと光ファイバは光学的に接続されているだけなので機械部品がないため、長期間使用しても故障する可能性が低く安定性が高い。

次に、図５に基づいて検知ユニット１１の構成を説明する。検知ユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは構成が同じであるので、ここでは検知ユニット１１Ａについて説明する。図５に見られるように、検知ユニット１１Ａは、光源４１Ａからの光信号を送信信号として回転量計測装置２３のファラデ近接センサ２７Ａへ送信する送信装置４１と、該ファラデ近接センサ２７Ａからの光信号を受信信号として受信する受信装置４２と、受信装置４２が受信した受信信号の光強度の変化に基づいて回転量計測装置２３の回転体２４の回転数を計数する計数手段としての計数装置４３とを有している。また、受信装置４２は、後述する二つの受信器４２Ａ，４２Ｂを有している。

検知ユニット１１Ａは、光ファイバケーブル１６Ａによってファラデ近接センサ２７と接続されている。該光ファイバケーブル１６Ａは、検知ユニット１１Ａ内に設けられたスプリッタ４４によって二本の光ファイバケーブルに分岐されており、送信装置４１及び受信装置４２にそれぞれ接続されている。送信装置４１に接続されている光ファイバケーブルは、該送信装置４１の光源４１Ａからの送信信号を通信するための送信路４５として使用され、受信装置４２に接続されている光ファイバケーブルは、ファラデ近接センサ２７からの受信信号を通信するための受信路４６として使用される。

また、受信路４６は、スプリッタ４７によって、第一受信器４２Ａに接続される第一分岐受信路４６Ａと第二受信器４２Ｂに接続される第二分岐受信路４６Ｂに分岐されている。第一分岐受信路４６Ａには、スプリッタ４７と第一受信器４２Ａとの間で第一減衰器４８Ａが接続されており、該第一減衰器４８Ａが受信信号の光強度を所定量だけ減衰させるようになっている。また、第二分岐受信路４６Ｂには、スプリッタ４７と第二受信器４２Ｂとの間で第二減衰器４８Ｂが接続されており、該第二減衰器４８Ｂが受信信号の光強度を所定量だけ減衰させるようになっている。本実施形態では、第二減衰器４８Ｂでの光強度の減衰量が第一減衰器４８Ａでの光強度の減衰量が大きくなっている。つまり、第二受信器４２Ｂが受信する受信信号（以下、「第二減衰受信信号」という）は、第一受信器４２Ａ（以下、「第一減衰受信信号」という）が受信する受信信号よりも光強度が小さい。

計数装置４３は、第一受信器４２Ａ及び第二受信器４２Ｂの両方に接続されており、第一減衰受信信号の光強度及び第二減衰受信信号の光強度の両方が、既述した光強度閾値、すなわちファラデ近接センサ２７Ａからの光信号の光強度に対して予め設定された所定の閾値を下回ったときに、回転体２４の回転数を一回分だけ計数する。図５に見られるように、該計数装置４３には、深度換算装置１２が接続されており、該深度換算装置１２が、後述するように、計数装置４３により計数された回転体２４の回転数に基づいて洗掘深度を計測する。

このように構成される本実施形態装置は次の要領で洗掘深度を計測する。まず、河川の増水により地盤Ｐが橋梁Ｂの橋梁支持体Ｂ２の基部位置にて洗掘されると、地盤Ｐが局部的に没するので、図３（Ａ）にて二点鎖線で示されるように、地盤面Ｐ１上に位置していた垂下棒１８はその自重により洗掘深さだけ降下する。すなわち、ワイヤ２１は、垂下棒１８の降下分だけ繰り出され、それに伴いドラム２２が回転する。ドラム２２の回転により該ドラム２２の軸部２２Ｃ−２に取り付けられている回転体２４もドラム２２と同一量だけ回転する。

回転体２４の回転は、既述したように、上下方向での直動体２５の可動部材２８の往復運動に変換され、可動部材２８の磁性体２６がファラデ近接センサ２７Ａに対して近接あるいは離間したときに生じる磁場の変化を該ファラデ近接センサ２７Ａが光信号の光強度の変化として検知する。

ファラデ近接センサ２７Ａからの出力信号（受信信号）は、光ファイバケーブル１６Ａそして受信路４６を経てから、スプリッタ４７で分岐された第一分岐受信路４６Ａ及び第二分岐受信路４６Ｂのそれぞれを伝搬する。既述したように、第一分岐受信路４６Ａを伝搬する受信信号は第一減衰器４８Ａで減衰し、第二分岐受信路４６Ｂを伝搬する受信信号は第二減衰器４８Ｂで減衰することにより、第一減衰受信信号と第二減衰受信信号とは、互いに異なる光強度となる。本実施形態では、既述したように、第二減衰受信信号の光強度が、第一減衰受信信号の光強度よりも小さくなる。

本実施形態では、第二減衰器４８Ｂによる光強度の減衰量が第一減衰器４８Ａによる光強度の減衰量よりも大きくなっており、第二受信器４２Ｂで受信される第二受信信号の光強度は、第一受信器４２Ａで受信される第一受信信号の光強度よりも小さい。したがって、第二減衰受信信号は、第一減衰受信信号よりも早い時期に既述の光強度閾値を下回ることとなる。つまり、計数装置４３は、第二減衰受信信号だけが光強度閾値を下回っていても、第一減衰受信信号が該光強度閾値をまだ下回っていないときには、回転体２４の回転数を計数しない。そして、さらに時間が経過して第一減衰受信信号も光強度閾値を下回ったときに、初めて回転体２４の回転数を一回分だけ計数する。

このような本実施形態では、仮にファラデ近接センサ２７Ａからの受信信号（出力信号）でチャタリングが生じた場合には、第二受信器４２Ｂが第一受信器４２Ａよりも早くチャタリング状態の第二減衰受信信号を受信する。チャタリング状態にあるときの受信信号の光強度は、回転体２４が一回しか回転していないにもかかわらず、光強度閾値を複数回下回ることとなる。しかし、計数装置４３は、第二受信器４２Ｂがチャタリング状態の第二減衰受信信号を受信していても、第一受信器４２Ａがチャタリング状態の第一減衰受信信号をまだ受信していないときには、回転体２４の回転数を計数しない。そして、第一受信器４２Ａがチャタリング状態の第一減衰受信信号を受信してその光強度が光強度閾値を下回ったときに、初めて回転体２４の回転数を一回分だけ計数する。したがって、本実施形態では、チャタリングが生じたとしても、計数装置４３が誤って複数回分の回転数を計数することがなく、回転数を確実に一回分だけ計数することができるので、ドラム２２の回転量ひいては地盤の洗掘深度の計測の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第一減衰器４８Ａでの光強度の減衰量と第二減衰器４８Ｂでの光強度の減衰量は、第一減衰受信信号におけるチャタリング状態の期間と第二減衰受信信号におけるチャタリング状態の期間とが重複することがないように、十分な差をもった減衰量として予め設定されている。したがって、第一減衰器４８Ａ及び第二減衰器４８Ｂの両方が同時にチャタリング状態の減衰受信信号を受信することが回避され、回転体２４の回転数をより正確に計数することが可能となる。

計数装置４３からの出力信号、すなわち回転体２４の回転数を示す信号は深度換算装置１２へ送られる。深度換算装置１２は、上記回転数をドラム２２の直径およびワイヤ２１の巻き径から該ワイヤ２１の繰り出し長さに換算することにより洗掘深度を計測する。さらに、該洗掘深度を示す信号は深度換算装置１２から制御装置１３へ送られる。そして、該制御装置１３が、算出された洗掘深度を予め設定された危険深さを示す許容値と比較し、許容値を超え危険状態であると判定したときには、その判定結果を表示装置１４が表示する。また、無線連絡装置１５は、上記判定結果に対応する無線信号を列車Ｔあるいは保安区へ向けて送信し、該列車Ｔの乗務員に報知するようにすることができる。この結果、列車Ｔを適宜停止させることにより、事故を未然に防止する。

本実施形態では、第一減衰受信信号及び第二減衰受信信号の両方の受信信号が光強度閾値を下回ることを、計数装置が回転体の回転数を計数するための条件としたが、これに代えて、例えば、第一減衰受信信号及び第二減衰受信信号の両方の受信信号が上記光強度閾値を上回ることを条件としてもよい。

また、本実施形態では、分岐受信路４６Ａ，４６Ｂにそれぞれ減衰器４８Ａ，４８Ｂを設けることにより受信信号を減衰させることとしたが、これに代えて、例えば、減衰器を設けることなく、互いに異なる反射率の光ファイバケーブル同士を接続することにより分岐受信路４６Ａ，４６Ｂのそれぞれを形成し、光ファイバケーブル同士の接続点にて受信信号が減衰するようにしてもよい。

また、本実施形態では、第一受信器４２Ａで受信される受信信号及び第二受信器４２Ｂで受信される受信信号の両方が減衰していることとしたが、これに代えて、いずれか一方の受信信号のみが減衰していることとしてもよい。すなわち、第一受信器４２Ａ及び第二受信器４２Ｂが受信する受信信号の光強度が互いに異なるようになっていればよい。

本実施形態では、複数の橋梁支持体の検知ボックスに至る光ファイバケーブルのそれぞれに対応して複数の検知ユニットを設ける例を図示したが、検知ユニットを複数とせずに、各光ファイバケーブルに対して共通として一つだけ設けて、この共通な検知ユニットが各光ファイバケーブルに順次切り替わり接続されるようにしてもよい。こうすることで検知ユニットを設けることに関してコストの大幅低減が可能となる。

１１Ａ〜１１Ｄ 光送受信装置（検知ユニット）
１６Ａ〜１６Ｄ 光ファイバケーブル
２１ ワイヤ（懸吊部材）
１８ 垂下棒（錘）
２２ ドラム（巻回体）
２３ 回転量計測装置
２４ 回転体
２５ 直動体
２６ 磁性体
２７Ａ〜２７Ｄ ファラデ近接センサ（光強度検知部）
４１ 送信装置
４１Ａ 光源
４２ 受信装置
４２Ａ 第一受信器
４２Ｂ 第二受信器
４３ 計数装置（計数手段）
４５ 送信路
４６ 受信路
４６Ａ 第一分岐受信路
４６Ｂ 第二分岐受信路
Ｂ 橋梁
Ｂ１ 橋梁本体
Ｂ２ 橋梁支持体
Ｐ 地盤
Ｐ１ 地盤面

Claims (2)

1. 橋梁本体を支持する橋梁支持体が立設された地盤の洗掘状態を検知するシステムにおいて、
   橋梁支持体の陸上部もしくは橋梁本体に設置された回転自在な巻回体と、
   巻回体に一端側が巻回されるとともに、橋梁支持体が立設された地盤面上に配置された錘が他端側に吊下されている懸吊部材と、
   巻回体の回転量を計測する回転量計測装置と、
   光源からの光信号を送信信号として回転量計測装置へ送信する送信装置と、
   回転量計測装置からの光信号を受信信号として受信する受信装置と、
   光信号の通信路となる光ファイバケーブルとを備え、
   回転量計測装置は、回転体と、該回転体の回転を鉛直方向の直動に変換する機構を介して回転体に接続されて往復直動する直動体と、該直動体の先端に取り付けられた磁性体と、直動体の運動方向の軸線上に配置され上記磁性体の移動に伴う磁場の変化を光信号の光強度の変化として検知する光強度検知部を有し、
   該光強度検知部は、ファラデ素子を有する光センサであり、
   該光センサは、光ファイバケーブルを介して送信装置および受信装置のそれぞれに接続されており、
   受信装置に接続された計数手段により該受信装置が受信した受信信号の光強度の変化に基づいて回転量計測装置の回転体の回転数を計数し、該回転体の回転数に基づいて巻回体の回転数を得、上記計数手段で得られた巻回体の回転数に基づいて地盤の洗掘深度を計測することを特徴とする洗掘検知システム。
2. 受信装置は、第一受信器と第二受信器とを有しており、
   光ファイバケーブルは、送信信号を通信する送信路と受信信号を通信する受信路とを有しており、
   受信路は、第一受信器に接続される第一分岐受信路と第二受信路に接続される第二分岐受信路に分岐されており、
   第一分岐受信路および第二分岐受信路の少なくとも一方は、回転量計測装置からの受信信号の光強度を所定量だけ増減して調整可能となっており、
   第一受信器は、第一分岐受信路で通信される受信信号を受信し、
   第二受信器は、第二分岐受信路で通信される受信信号を受信し、
   計数手段は、第一受信器によって受信された受信信号および第二受信器によって受信された受信信号の両方の受信信号の光強度が該光強度に関する所定の条件を満たしたときに回転体の回転数を計数するように設定されていることとする請求項１に記載の洗掘検知システム。

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