JP7300635B2 - パイプを用いる撓み測定装置 - Google Patents
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Description
複数の非導電性の可撓性パイプを連結してなる地滑り測定装置であって、
前記パイプは軸方向に伸展されたセンサを備えるセンサ装置であって、前記パイプの撓み量に応じた出力を生成するセンサ装置を備え、
前記各パイプのセンサ装置からの出力をモニタするモニタ部を更に備えてなる地滑り測定装置。
地盤の変動が局所的であり、その結果パイプにかかる力も局所的である場合であっても、可撓性のパイプは全体的に変形するので、地盤変動がパイプの範囲内のとき、換言すれば地盤変動がパイプにわずかでも干渉すれば、これを確実に測定できる。
前記センサ装置は可撓性導電体と、該可撓性導電体の電気抵抗の変化を周波数の変化に変換する変換回路とを備える、第1の局面に記載の地滑り測定装置。
上記の第2の局面で規定する、電気抵抗を周波数の変換する変換回路は専ら抵抗とコンデンサから構成されるので、簡易な構造でかつ安価に提供できる。簡単の構造の回路は出力が安定してかつ耐久性も確保しやすい。また、出力をデジタル化することにより高精度化が図れ、測定レンジの幅も広くなる。可撓性導電体の材料マトリックスを高分子材料(ゴム、エラストマー)としたとき、その靭性は例えば合成樹脂製からなる可撓性パイプのそれに比べて高くなる。従って、可撓性パイプが破損するまで、即ち可撓性パイプの変形限界においても、可撓性導電体からなるセンサはその変形量に応じた出力(抵抗変化)を生成可能である。広い測定レンジを有する変換回路であれば、かかる撓性パイプの大きな変形、即ち可撓性導電体の大きな抵抗変化にも対応可能である。
可撓性導電体の電気抵抗に対する外乱の影響を避けるため可撓性導電体は防水処理されることが好ましい。
前記センサ装置は対向した一対の電極と、該一対の電極間の電気容量の変化を周波数の変化に変換する変換回路とを備える、第1の局面に記載の地滑り測定装置。
このように規定される第3の局面の変換回路は、第2の局面のものと同様の作用を備える。即ち、電気容量を周波数に変換する変換回路は専ら抵抗とコンデンサから構成されるので、簡易な構造でかつ安価に提供できる。簡単の構造の回路は出力が安定してかつ耐久性も確保しやすい。また、出力をデジタル化することにより高精度化が図れ、測定レンジの幅も広くなる。
かかる干渉を予防するため、前記各パイプのセンサ装置は、少なくとも隣接する他のパイプのセンサ装置がオフの状態で、前記出力を生成することが好ましい(第4の局面)。
外乱を確実に排除するためには、隣接するパイプに備えられたセンサ装置をオフにした後、所定の時間をおいて(時定数を考慮して)、測定対象のパイプのセンサ装置をオンとする。
縦列でパイプを設置したとき、各パイプに制御線等の信号線を地表に設けられたロガー等の解析装置と接続していては、信号線の処理が大変で設置経費が膨大になる。そこで、
前記各パイプへ通される共通信号線が更に備えられ、
前記各センサ装置の変換回路は防水連結部内に収納され、
該防水連結部は下側解放のケースであって前記変換回路を収納するケースと該ケース内に充填される非導電性かつ防水性の充填材を備え、
前記共通信号線及び前記変換回路と前記センサとの接続線が前記ケースの下側開口部から前記ケース内に導入されて前記変換回路に繋がれる、第2~4の局面の何れかに記載の地滑り測定装置。
この発明の第6の局面は次のよう規定される.すなわち、
前記可撓性導電体はリボン状の部材であり、防水留め具で前記パイプの周面に固定され、
該防水留め具は前記リボン状の可撓性導電体の裏打ち部材と前記可撓性部材の周縁に配置される枠状体とを備えてなり、前記枠状体は前記裏打ち部材の表面と前記パイプの表面に水密に固定される、第2の局面に記載の地滑り測定装置。
なお、リボン状の可撓性導電体をパイプの外側に水密に取り付けた場合は、パイプに穴を開けてリード線をパイプの内部に引き込みパイプ内部の変換回路に接続する。そして、リボン状の可撓性導電体の抵抗値の変化をRC発振回路で周波数の変化に変換し、その周波数の変化から可撓性パイプの撓み量を求める。
前記対向した一対の電極は、少なくともその対向面が絶縁材料で被覆された導電性部材であり、パイプの内周面の第1の位置で固定される第1の電極と、第2の位置で固定される第2の電極とを備えてなり、前記の第1の位置と前記の第2の位置とがパイプの軸方向に平行な投影面内で重なることなく配置される、第3の局面に記載の地滑り測定装置。
前もってパイプの撓み量と電気容量の関係を取得して保存しておき、その関係を参照すれば電気容量の変化から撓み量が求められる。ここに、パイプの撓み量とは、無負荷状態のパイプに対する変形後のパイプの最大変化量(軸垂直方向の)を指す。容量の変化は第6の局面と同様にRC回路により周波数に変換し、その周波数の変化から可撓性パイプの撓み量を求める。
地滑り地に埋設して使用する場合は、各電極を防水仕様とすることが好ましい。そのためには、防水性かつ絶縁性を備えた合成樹脂材料等(例えば、フッ素樹脂)で各電極の全面を被覆することが好ましい。
パイプユニット10の連結体はボーリング穴に挿入される。
パイプユニット10は非導電性かつ可撓性の材料から形成されるパイプ本体11を備える。非導電性かつ可撓性のある材料としてVP等の合成樹脂を挙げることができる。パイプ本体11の上下端には他のパイプ本体11へ連結するためのねじが螺設されている。
パイプ本体11の内周面の一側に軸方向へ伸展したセンサ13の全体が密着されている。これにより、パイプ本体11の変形にセンサ13の変形が追従する。このセンサ13には後述するようにリボン状の導電性高分子が用いられる。センサ13の両端は配線15、16を介して変換回路21に連結される。
防水連結部20の内部には変換回路21が収納されている。この変換回路21には共通信号線7、センサ13からの信号線15、16が連結される。防止連結部20には絶縁性でかつ耐水性の充填材を隙間なく充填する。かかる充填材として、ウレタンなどの合成樹脂を用いることができる。
パイプ本体10を地下水の存在する地盤に埋入するときは、パイプ本体10内に図示しない重り若しくは水より比重の高い充填剤を入れて、パイプ本体10自体の浮き上がりを防止する。
センサ13はリボン状の可撓性導電体131を備え、この可撓性導電体131を防水留め具で保護する。この防水留め具は枠状体135と裏打ち部材134とから構成される。可撓性導電体131は枠状体135の内孔136に隙間無く収納される。裏打ち部材134の外縁は枠状体135の外縁と一致する。ここに、枠状体135及び裏打ち部材134はパイプ本体11と同一若しくは同種の熱可塑性樹脂(耐水、防水性のあるもの)で形成し、これらを相互に水密に接着若しくは融着する。これにより、可撓性導電体131は外部環境から絶縁され、もって、出力される導電性の変化は専らその変形のみに起因することとなる。
図5に示す構造によれば、図3、4に示す構造に比べて、構造が簡素化されるので、製造コストを削減できる。
かかる可撓性導電体131はパイプ本体11の外周面へ配設してもよい。
このセンサ40はパイプ本体11の変形を容量変化に変換する。パイプ本体11の軸方向に伸展した一対の平板状の電極41、42は相互に近接しかつ平行に配置されている。第1の電極41はパイプ本体11の内周面へ第1の連結体45を介して固定される。パイプ本体11においてその対向する位置に第2の電極42が第2の連結体46を介して固定される。第1の連結体45と第2の連結体46はパイプ本体11の軸方向において異なる高さに固定される。これにより、図6(B)に示すように、パイプ本体11が変形したとき、第1と第2の電極の重なる面積が小さくなる。これにより、第1の電極と第2の電気容量が変化する。
図7の例では、第1の電極51の下縁が連結部材56の側面へ挿入されている。これにより、連結体56の上縁が第1の電極51と第2の電極52のスペーサとなって、両者の接触を防止する。
図8(B)に示すように、第1の電極61と第2の電極62との間隔が変化し、両者間の電気容量が変化する。
図6、図7の例の電極においても、少なくとも一方の電極において、他方の電極との対向面を絶縁性の材料(好ましくは防水性も有する材料)で被覆することが好ましい。
図6~図8のセンサ30、40、50を構成する一対の電極にはそれぞれ配線が接続され、図2に示すようにこの配線は変換回路に接続される。
かかる変換回路は、その抵抗R1を可撓性導電体131と置き換えることで、可撓性導電体131の電気抵抗の変化を周波数の変化に変換する変換回路となる。
他方、かかる変換回路は、そのキャパシタをセンサ30、40及び50を構成する電極に置き換えることで、各センサ30、40及び50の電気容量の変化を周波数の変化に変換する変換回路となる。
各パイプユニット10において、その防水連結部20にそれぞれ変換回路21が収納されている。この変換回路21は共通信号線7に繋がれて、その出力(周波数)がデータ・解析装置5へ送信される。
図9(A)に示す回路では、出力先にシャッタ回路を設け、それぞれ所定のタイミングで出力が共通信号線7へ入力されるようする。データ・解析装置5は当該所定のタイミングに応じて送られてくる出力の発信元を特定する。他方、図9(B)に示す回路では、シュミット回路の入力ポート2の入力元にシャッタ回路を設け、それぞれ所定のタイミングでオン信号が入力されるようにすればよい。
このように、少なくも隣接するパイプ10の変換回路21を停止しておくことにより、それからの干渉を受けることがない。従って、稼働中の変換回路21の出力はパイプ本体11の変形量を正確に反映したものとなる。
図11は、図10で測定されたデータから、VP40の撓み量と抵抗値の変化の割合の関係を示す図である。撓み量が僅かであっても抵抗値が大きく変わることが分る。
7 共通信号線
10 パイプユニット
11 パイプ本体
20 防水連結部
21 変換回路
13、40、50、60 センサ
131 可撓性導電体
134 裏打ち部材
135 枠状体
41、51、52 第1の電極
42、52、62 第2の電極
Claims (7)
- 複数の非導電性の可撓性パイプを連結してなる地滑り測定装置であって、
前記パイプは軸方向に伸展されたセンサを備えるセンサ装置であって、前記パイプの撓み量に応じた出力を生成するセンサ装置と、
前記各パイプのセンサ装置からの出力をモニタするモニタ部と、を備える地滑り測定装置において、
前記センサ装置は可撓性の導電性シートであって、前記可撓性パイプの外面又は内面に接着された導電性シートと、該導電性シートは前記可撓性パイプと一体となって曲がる、
該導電性シートの電気抵抗の変化を周波数の変化に変換する変換回路と、を備える、地滑り測定装置。 - 前記導電性シートはその全体が可撓性である、請求項1に記載の地滑り測定装置。
- 複数の非導電性の可撓性パイプを連結してなる地滑り測定装置であって、
前記パイプは軸方向に伸展されたセンサを備えるセンサ装置であって、前記パイプの撓み量に応じた出力を生成するセンサ装置と、
前記各パイプのセンサ装置からの出力をモニタするモニタ部と、を備える地滑り測定装置において、
前記センサ装置は前記可撓性パイプの軸方向に伸展され、対向した一対の電極と、該電極の少なくとも一方は片持ちはりの状態で前記可撓性パイプに固定される、
該一対の電極間の電気容量の変化を周波数の変化に変換する変換回路と、を備える、地滑り測定装置。 - 前記パイプのセンサ装置は、少なくとも隣接する他のパイプのセンサ装置がオフの状態で、前記出力を生成する、請求項1から3の何れかに記載の地滑り装置。
- 前記各パイプへ通される共通信号線が更に備えられ、
前記各センサ装置の変換回路は防水連結部を介して前記共通信号線に繋がれ、
該防水連結部は下側解放のケースであって前記変換回路を内蔵するケースと該ケース内に充填される非導電性かつ防水性の充填材を備え、
前記共通信号線及び前記変換回路と前記可撓性導電体若しくは一対の電極との連結線は、前記ケースの下側開口部から前記ケース内に導入されて前記変換回路に繋がれる、請求項1~4の何れかに記載の地滑り測定装置。 - 前記導電性シートはリボン状の部材であり、防水留め具で前記パイプの周面に固定され、
該防水留め具は前記リボン状の可撓性導電体の裏打ち部材と前記可撓性部材の周縁に配置される枠状体とを備えてなり、前記枠状体は前記裏打ち部材の表面と前記パイプの表面に水密に固定される、請求項1又は2に記載の地滑り測定装置。 - 前記対向した一対の電極は、少なくともその対向面が絶縁材料で被覆された導電性部材であり、パイプの内周面の第1の位置で固定される第1の電極と、第2の位置で固定される第2の電極とを備えてなり、前記第1の位置と前記第2の位置とがパイプの軸方向に平行な投影面内で重なることなく配置される、請求項3に記載の地滑り測定装置。
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