JPH05240601A

JPH05240601A - 変位量、好ましくは、土、岩、基礎土の変位量、或いは、建造物の変位量を決定するための測定器

Info

Publication number: JPH05240601A
Application number: JP4232079A
Authority: JP
Inventors: Kalman Kovari; コヴァリーカルマン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 1993-09-17
Also published as: CH682347A5; DE4224622A1; US5337613A

Abstract

(57)【要約】【目的】変位量を決定するための測定器を提供するこ
とである。【構成】測定器１は、可撓性要素４によって互いに連
結された、剛性な二つの細長い測定要素２、３を有す
る。測定要素２、３は、基礎土２５に取付けられた測定
管２４に支持される。基礎土、又は、建造物に変位が起
きたときはいつでも、測定管２４が変形され、測定要素
３が他方の測定要素３に対して回動される。これによっ
て適当な寸法形状、輪郭の可撓性要素に起こる湾曲、又
は、曲げが、変形の平面で可撓性要素４に取付けられた
少なくとも一つのワイヤひずみゲージ４０によって決定
されることが好ましく、伸びは、例えば、ホイートスト
ーンブリッジ回路の使用によって比例電流信号、又は、
比例電圧信号に変換される。互いに垂直な平面での変位
量の検出を可能にするため、ワイヤひずみゲージ４０
は、可撓性要素４の、互いに垂直な四つの全ての外側に
配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒンジ連結された二つ
の細長く、本質的に剛性な測定要素と、一方の測定要素
の他方の測定要素に対する回動によって引き起こされ
る、互いに対する測定要素の位置の変化を決定するため
の測定装置とを有する、変位量、好ましくは、土、岩、
基礎土の変位量、或いは、建造物の変位量を決定するた
めの測定器に関する。

【０００２】

【従来技術】このタイプの測定器はCH-PS 636698及びCH
-PS 675910から知られ、かかる測定器を使用して、測定
器の長手方向軸線に対して横の方向の二つの測定要素の
相対位置を変化させる作用を持つ、基礎土、或いは、建
造物に起こる変位量を決定することが可能である。上記
第１の特許の明細書から知られる測定装置は誘導長さ測
定システムを備え、測定要素を、測定要素の整列した長
手方向軸線によって定められた基準方向から外れて回動
させたときに、この基準方向からのずれの大きさを測定
装置によって決定する。使用される長さ測定装置は、傾
けられて測定誤差を起こすという欠点を有する。既知の
測定器を使用する測定方法は高価である、というのは、
測定器は大きな直径を有し、基礎土の変位量を決定する
とき、それに相応して大きな直径のせん孔を必要とする
からである。測定装置はまた使いにくく、水密ではない
ので、水で満たされたせん孔にかかる装置を採用するこ
とはできない。

【０００３】上記第２の特許の明細書から知られる測定
装置の場合、一方の測定装置にレーザー光送信機が配置
され、この測定要素の長手方向軸線と整合されているか
ら、レーザー光送信機の放射レーザー光線が、他方の測
定要素に配置され、光検出装置を有する受信機に当た
り、基礎土では、横方向変位が起こり、その結果、測定
要素を互いに対して回動させ、光検出装置に当たるレー
ザー光線がゼロ位置からふれ、このふれの度合いを評価
回路によって決定することができる。この測定方法は、
正確であり、また、二つの互いに垂直な平面での測定を
可能にするが、電子技術が複雑であるから高価である。
測定領域は比較的狭く、測定器は、存在する光学部品の
ため、湿度に敏感であり、この理由で、及びコストの理
由で、測定器をせん孔の中へ固定して据え付けることは
問題外である。

【０００４】更に、“ふれ計量器”（インタフェルズ−
イーストマン装置）が知られ、この計量器では、せん孔
に固定された測定部材が二つの端片間に配置され、測定
部材は、間隔用チューブによって二つの端片にカルダン
連結される。チューブ及び測定部材を介して、一方の端
片から他方の端片まで延びる引っ張りワイヤが、端片及
び測定部材に配置された精密カッターによって精密に取
付けられ、誘導経路センサが測定部材に配置され、横方
向変位から生ずる測定ワイヤの位置の変化を測定するこ
とができる。連鎖−ふれ計量器の場合、この延長された
形体は、複数の連続測定部材を収容する。この測定器
は、大きなせん孔直径を必要とする大きな直径を有し、
測定方法は使用するのに比較的費用がかかる。更に、変
位量の測定は一平面でしか可能でない。測定ワイヤの引
っ張りの緩みは測定精度に影響を及ぼす。

【０００５】基礎土の横方向変位によって引き起こされ
るアルミニウム管の曲げ伸長を測定するために、せん孔
のコンクリートに包まれたアルミニウム管の内部にワイ
ヤひずみゲージを嵌める“ロックメカニカル供給機８”
（349-367 、スプリンガーバーラグ 1979）も提案され
ている。しかしながら、これによっては、低レベルの測
定精度しか得ることができず、二つの隣接する場所の間
に強い剪断変形がある場合には測定結果は誤魔化され
る。ワイヤひずみゲージの管の内部への据え付けは、複
雑であり、高価であり、この方法での較正にむいていな
い。

【０００６】従って、本発明の目的は、非常に簡単に作
られ、高価でなく、丈夫で、水密であり、小さな寸法形
状を備え、固定据え付け測定器、運搬可能測定器の両方
として使用することができる、導入部に述べたタイプの
測定器を提供することにあった。測定器は、更に、高い
測定感度、精度を有し、測定領域の選択に柔軟であり、
測定すべき横方向変位と測定値との間に明瞭で誤りのな
い関係を提供し、二つの互いに直角な平面の測定を可能
にする。

【０００７】この目的は、本発明によれば、特許請求の
範囲の請求項１の特徴部分の構成によって達成される。
本発明による測定器が一定の測定長さを有する場合に
は、本質的に剛性で細長い二つの測定要素の間に可撓性
中間要素を介在させることにより、この種の可撓性中間
要素のない、同じ測定長さの一体の可撓性支持体の場合
におけるよりも高い測定感度を得ることができる。

【０００８】可撓性要素の曲げ剛性を、この可撓性要素
の適当な設計によって、或いは、材料の適当な選択によ
って比較的低く維持することができ、これによって、小
さい横方向力の場合でも、一方の測定要素の他方の測定
要素に対する十分に大きなふれを起こし、このふれは、
可撓性要素に関して前もって測定可能である。かくし
て、比較的大きな測定長さ、小さい横方向力の場合で
も、非常に正確な測定を保証することができる。

【０００９】二つの剛性な測定要素を互いに連結する可
撓性要素の湾曲を、ワイヤひずみゲージによって好まし
い仕方で決定することができる。好ましい仕方では、ホ
イートストーンブリッジ回路によって伸びを比例電流信
号、又は、比例電圧信号に変換する。本発明によるもう
一つの好ましい設計の測定器は、特許請求の範囲の従属
項の要旨である。

【００１０】本発明の要旨の図示した実施例及び測定部
材の設計の種々の変更を図面によって以下に詳細に説明
する。

【００１１】

【実施例】図１、２及び１１図に概略的に示した測定器
１が測定要素２、３を備え、測定要素２、３は、これら
の間に配置された可撓性要素４によって互いに連結され
ている。図示した例では、可撓性要素４は、例えば、図
３によれば、円筒状管状部分の形態の中空本体である。
しかしながら、中空本体はまた、例えば、図６によれ
ば、矩形断面を備えても良い。測定要素２、３は、夫
々、管状片５、６と、管状片５の自由端に測定ヘッド７
とを有し、更に、管状片６の自由端に測定ヘッド８を有
し、測定ヘッド８は、何れの場合にも、管状片に回転不
能に連結され、各管状片は、測定要素２、３の夫々の長
手方向軸線２ａ、３ｂの方向に変位可能に連結されてい
る。可撓性要素４に面する、管状片５の他端のもう一つ
の測定要素９が長手方向に変位できない。測定要素２と
測定ヘッド７との間に引っ張りばね１０が配置され、測
定要素３と測定ヘッド８との間に引っ張りばね１１が配
置される。プルロッド１２が測定ヘッド７に作用する。

【００１２】各測定ヘッド７、８、９は夫々支持装置１
５、１６、１７を備え、これらの支持装置は、何れの場
合にも、測定ヘッド７、８、９の周囲に夫々分配された
四つのストップ１８、１９、２０によって形成される。
ストップ１８、１９、２０は、何れの場合にも、測定ヘ
ッド２、３の長手方向軸線２ａ、３ａとほぼ直角に延び
る平面に位置する。図１１からわかるように、ストップ
１８、１９、２０は、調査すべき基礎土２５に埋設され
た測定管２４に所定間隔で内側に形成された対向ストッ
プ２３と相互作用する。何れの場合にも、測定ヘッドの
四つのストップ１８、１９、２０が周囲に９０度だけオ
フセットして分配され、対向ストップ２３が同じ仕方で
測定管２４の内側に分配され、すなわち、四つのストッ
プが、夫々、周囲に９０度だけオフセットして分配され
るならば、測定器１を、測定管２４の隣接する対向スト
ップ２３間の間隙内にストップ１８、１９、２０が位置
決めされるような回転位置で測定管２４に導入すること
ができる。次いで、測定器１の回転によって図１１によ
るストップ位置を得る。次いで、プルロッド１２を引っ
張ることによって、ストップ１８、１９、２０を対向ス
トップ２３に圧接させ、引っ張りばね１０、１１により
接触圧力を確保する。この構造も、CH-PS 675910及びCH
-PS 636698（及びUS-PS 4327590 ）からきている。

【００１３】経路センサ２７が測定管２内に収容されて
いる。これは、差動変圧器として形成され、変圧巻線を
備える固定部分２８を有し、固定部分２８の一部にはソ
レノイドプランジャ２９が配置され、ソレノイドプラン
ジャ２９はバー３０の端に固定され、バー３０は、測定
要素２の長手方向軸線２ａの方向に延び、測定ヘッド７
に固定されている。測定ヘッド７、９間の距離が変化す
ると、次いで、ソレノイドプランジャが固定部分２８に
対して移動し、これにより、既知の仕方で、ソレノイド
プランジャの移動の度合いに正比例する電気信号の発生
を引き起こす。経路プローブ２７の出力信号は、図示し
ない仕方で評価回路によって評価される。この方法で
は、位置変位によって、対向ストップ２３間の距離に変
化が起こったかどうかを測定することが可能である、す
なわち、図２によればＺ軸線の方向に位置の変化が起こ
ったかどうかを測定することができる。経路センサもCH
-PS675910又はCH-PS 636698に記述されている。

【００１４】次いで、特に、図２によればＺ軸線の方向
と夫々直角の、方向Ｘ、Ｙの基礎土の変位、すなわち、
建造物の変位を検出することができるようにするため、
ワイヤひずみゲージ４０が可撓性要素４の外側に固定さ
れている。互いに向かい合った二つのワイヤひずみゲー
ジを使用して、二つのＸ、Ｙ方向のうちの一つの方向の
変位を検出することができ、いずれの場合にも、９０度
だけオフセットされた四つのワイヤひずみゲージ４０を
周囲に分配するならば、Ｘ、Ｙの両方向の変位の確定を
行うことができる。ワイヤひずみゲージの助けによっ
て、可撓性要素４の湾曲、又は、曲げを測定する。湾曲
は、可撓性要素の一方の側に正の伸びを、反対側に負の
伸び（長さの変化）を作りだす。可撓性要素が鏡面対称
断面を備える場合には、次いで、正の伸びと負の伸びは
同じになる。図３によれば、可撓性要素４には、その凸
側に第１ワイヤひずみゲージ４０が配置され、凹側に第
２ワイヤひずみゲージ４０が配置されている。

【００１５】図４では、概略図が、既知のホイートスト
ーンブリッジ回路３５を使用して、伸びを比例電流信
号、又は、比例電圧信号に変換することができることを
示している。図４からわかるように、ブリッジ回路内に
はワイヤひずみゲージ４０によって二つの同じ部材が形
成されている。可撓性要素４が、図３及び図５乃至図１
０による図示した全ての例でそうである鏡面対称断面を
備えるならば、次いで、ホイートストーンブリッジ回路
は、更に、測定感度を高める目的で伸び信号を合計する
選択肢と、追加的に、可撓性要素に作用する、ねじれ、
熱膨張、垂直荷重のようながいらん変化量を補償する選
択肢を提供する。

【００１６】図１１から、基礎土、或いは、建造物に生
じた横方向変位のため、測定管２４は最早真っ直ぐでな
いことがわかる。二つの測定要素２、３の軸線２ａ、３
ａ間には、長さｆに等しい相対的変位が生じている。こ
の相対的変位ｆに相当する測定領域及び測定器の測定感
度は、可撓性要素４の互いに向かい合った二つのワイヤ
ひずみゲージ４０間の距離ｄ（図３及び図５乃至図１
０）の関数であり、更に、可撓性要素４の長さｓと測定
要素３の長さｌ（図１、図２）との関数である。測定要
素３の反りに必要である力Ｆは、可撓性要素４の弾性率
と、その断面の形状（慣性運動Ｊ）と、可撓性要素の長
さｓと、測定要素３の長さｌ（図２）との関数である。
従って、要求条件によれば、可撓性要素４の断面は、図
５によれば中実材料の正方形断面であり、また、図６に
よれば中空形材の正方形断面であり、また、図７によれ
ば管の円形断面であり、図９による管は厚肉を有する。
図１０による薄肉の管は、管壁のへこみを防止するた
め、支持充填物４１、例えば、シリコンラバーを収容す
る。図８によれば、可撓性要素４は、円形直径の中実材
料ロッドから成る。中実材料断面は、これらの可撓性要
素が安価で、非常に丈夫であるという利点を有するが、
従って、これらの可撓性要素は、高い慣性モーメントと
高い測定力が必要であるという欠点を有する。この欠点
は、著しく小さいけれども、可撓性要素としての厚肉の
中空形材にも当てはまる。他方、薄肉の中空形材は、小
さい測定力を必要とするに過ぎないという利点を有する
が、管壁がへこまされる、或いは、ゆがめられるという
欠点を有する。しかしながら、このことは上述したよう
に支持充填物（図１０）の使用によって避けることがで
きる。高強度鋼、或いは、高強度ベリリウム青銅を使用
することによって、可撓性要素として比較的丈夫な形体
の薄肉中空形材を作りだすことができる。

【００１７】全ての中空形材は、更に、ワイヤひずみゲ
ージ４０をも中空形材の内部に取付け、ワイヤひずみゲ
ージを機械的損傷から護ることができるという利点を有
する。図１１から、ワイヤひずみゲージを護るため、可
撓性要素４が、測定に影響を及ぼさない高い可撓性のひ
だ付きばねチューブ４２によって囲まれていることがわ
かる。

【００１８】特定の使用について考慮を入れた可撓性要
素の断面形状については、測定領域ｆと測定感度との自
由な同時選定を伴うから、屈撓力Ｆを最小にすることが
一般的である。例えば、ポリアセタールのような弾性プ
ラスチックやエラストマーが可撓性要素４の材料として
適当である。これらのプラスチックは、低い弾性率の利
点を提供し、従って、小さな測定力及び非常に広い測定
領域に好適であるが、これらのプラスチックは、それ程
丈夫ではなく、温度作用に敏感であるという欠点を有す
る。経時変化が弾性に影響を与えることがある。

【００１９】高強度鋼及び高強度ベリリウム青銅が材料
としてまた適当であり、これらの材料は温度作用に対し
てそれ程敏感でなく、捩じり力及び高い通常負荷に対し
て丈夫である。これらの材料の欠点は高い弾性率であ
り、これによって、可撓性要素の輪郭形状が適当でない
ならば高い測定力を要する。図１２、図１３は、上述し
たタイプの測定器を、連鎖測定装置を形成するため、一
列に整列させることができることを示す。図１２は、基
礎土、すなわち、地面に堅固に取付けられたかかる装置
を示し、測定要素はかかる装置に堅固にクランプされて
いる。図１３は、或る現場の表面に配置された、このタ
イプの装置を示す。この場合、図１２、図１３に見られ
るばねチューブ４２によって囲まれた可撓性要素４は、
夫々、二つの測定要素３の間に配置される。この方法
で、図１２によれば、長せん孔の領域の変位を検出する
ことができ、また、図１３によれば、現場の断層を検出
することができる。

【００２０】図１２による測定器は、図１１による測定
器と同じように、測定ヘッド７、８を備え、測定ヘッド
７、８は、引っ張りばね１１の作用に抗して或る範囲ま
で変位することができる。測定ヘッド７、８はストップ
１８、１９を備え、ストップ１８、１９は、せん孔に挿
入された測定管２４の内部の対向ストップ２３と相互作
用する。測定ヘッド７は、一端が支持プレート４６を支
持するプルロッド４５によって作用される。この支持プ
レート４６とせん孔カバー４７との間には、強い引っ張
りばね４８がクランプされ、ばね４８によりストップ１
８、１９を対向ストップ２３に圧接する。

【００２１】測定器の挿入は、（上述したCH-PS 636698
及びUS-PS 4327590 にもっと完全に説明されているよう
に）基本的には、図１１による測定器と同じ仕方で行わ
れる。図１２に示された測定器は、上述したように、せ
ん孔に堅固して取付けられたままであるが、引っ張りば
ね４８をいったん外せば、せん孔から再び取り出すこと
ができる。

【００２２】図１４は、原理的には、二つの同軸で相互
係止する部分５０、５１を有する特別な形体の可撓性要
素を示す。部分５０、５１の各々は、ヘッド片５２、５
３と、可撓性管状延長部分５４、５５とを有し、延長部
分５４、５５はヘッド片と共に単一部品を形成する。延
長部分５５は端にねじ山５６を備え、このねじ山によっ
て部分５１を他方の部分５０のヘッド片５２にねじ込
む。部分５０の延長部分５４は、例えば、はんだ付け、
或いは、溶接によって、５７で示すように、部分５１の
ヘッド片５３に連結される。両延長部分５４、５５はワ
イヤひずみゲージ４０用支持体であり、ゲージ４０は、
上述したように、高可撓性のひだ付きばねチューブ４２
によって護られている。種々の適用において、図１１の
相対的変位ｆに相当する広い測定領域を断念する必要な
しに、測定試験を行うときには、当初、高い測定感度が
望ましい。可撓性要素として存在する唯一の部分５０、
５１、又は、延長部分５４、５５がある場合には、高い
測定感度と広い測定領域とは通常互いに相いれない。図
１４による形体の場合では、当初、十分な変形がある場
合には、両延長部分５４、５５、或いは、大径の外側延
長部分５４のみが、測定のため使用される。外側延長部
分５４は高い測定感度を提供する。次いで、変形が激し
く増大したならば、内側延長部分５５だけを測定に使用
し続け、大きな変形があるならば、外側延長部分５４の
可能な破壊が許容される。

【００２３】特別な構造形態を使用する別の適用が図１
５に概略的に示されている。この実施例の場合、測定器
の一つの測定要素２は非常に短く、例えば、岩６０に固
定されている。可撓性要素４によって測定要素２に連結
された第２測定要素３は、６１で示すように、端が地
面、或いは、岩６２に固定され、岩は、例えば、岩滑り
のような裂けの危険がある。かくして、この装置を使用
して、岩の僅かな相対的移動を、地滑りが起こる前に検
出することができる。部分６０、６２間には、楔形の崩
壊物６３が示されている。

【００２４】図１５による図示に基づけば、上述したタ
イプの測定器を使用して、土、或いは、岩の変位、また
は、建造物の変位の測定だけではなく、ほぼ完全に、如
何なるタイプの二つの要素間の相対的な横方向変位の測
定も行うことができる、ということを理解するのは難し
くない。上述した測定器により、長い測定長さに亘って
高感度に測定を行うことができる。

【００２５】可撓性要素４の湾曲、又は、曲げを測定す
るのに、ワイヤひずみゲージの代わりに、その他の適当
な測定要素、例えば、ピエゾ電気原理に従って働く測定
要素を使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による測定器を示す。

【図２】図１と比較して簡潔化した図で測定原理を示
す。

【図３】測定器の可撓性要素を拡大尺で示す。

【図４】ホイートストーンブリッジを使用して伸びを決
定するための原理を概略的に示す。

【図５】可撓性要素の断面形状を示す。

【図６】可撓性要素の断面形状を示す。

【図７】可撓性要素の断面形状を示す。

【図８】可撓性要素の断面形状を示す。

【図９】可撓性要素の断面形状を示す。

【図１０】可撓性要素の断面形状を示す。

【図１１】基礎土の測定位置の、図１及び図２による測
定器を示す。

【図１２】複数の測定器を有する、測定土の測定連鎖の
原理を示す。

【図１３】複数の測定器を有する、現場の表面の測定連
鎖の原理を示す。

【図１４】特別な構造形態の可撓性要素を示す。

【図１５】測定器の改良実施例を概略的に示す。

【符号の説明】

１測定器２、３測定要素４可撓性要素５、６管状片７、８測定ヘッド１０、１１引っ張りばね１２プルロッド１５、１６、１７支持装置１８、１９、２０ストップ２３対向ストップ２４測定管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒンジ連結された二つの細長く、本質的
に剛性な測定要素と、一方の測定要素の他方の測定要素
に対する回動によって引き起こされる、互いに対する測
定要素の位置の変化を決定するための測定装置とを有す
る、変位量、好ましくは、土、岩、基礎土の変位量、或
いは、建造物の変位量を決定するための測定器におい
て、測定装置が、二つの測定要素２、３を相互に連結す
る可撓性要素４と、一方の測定要素の他方の測定要素に
対する回動によって曲げられる可撓性要素４の湾曲、又
は、曲げを、基礎土、或いは、建造物の相対的変位の量
として決定するための装置３５、４０とを有する、前記
測定器。
【請求項２】可撓性要素４の湾曲、又は、曲げを決定
するための手段が、要素の少なくとも一方の側に取付け
られたワイヤひずみゲージ４０と、伸長を、例えば、ホ
イートストーンブリッジ回路を使用して、比例電流信
号、又は、比例電圧信号に変換するための装置３５とを
備える、請求項１に記載の測定器。
【請求項３】可撓性要素４が鏡面対称断面を有し、何
れの場合にも、可撓性要素４の（曲げに対する）本体外
面及び本体内面にワイヤひずみゲージ４０が配置され
た、請求項２に記載の測定器。
【請求項４】可撓性要素４が、中実材料、或いは、中
空形材からなる、正方形断面、或いは円形断面の要素で
ある、請求項３に記載の測定器。
【請求項５】可撓性要素４が、互いに垂直な方向Ｘ、
Ｙの基礎土、或いは、建造物の変位量を決定する目的
で、９０度の中心角で互いに続く四つの外面の各々に、
ワイヤひずみゲージ４０を備える、請求項２、又は、請
求項３に記載の測定器。
【請求項６】中空形材として形作られた第１可撓性要
素５４が、前記第１可撓性要素内に同軸に配置された第
２可撓性要素５５を囲み、各要素５４、５５が、その湾
曲、又は、曲げを、特に、ワイヤひずみゲージで決定す
るための手段３５、４０を備えた、請求項１乃至請求項
４の何れか一項に記載の測定器。
【請求項７】複数の測定要素２、３が整列され、可撓
性要素４が、何れの場合にも、連鎖を形成するため、連
続する測定要素間に介在され、湾曲、又は、曲げを決定
するための手段３５、４０が、各可撓性要素４に割り当
てられている、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記
載の測定器。
【請求項８】可撓性要素４に連結された一方の測定要
素２を、可撓性要素と、建造物、或いは、基礎土で支持
された前記測定要素の他方の端７との間の長さが入れ子
式に調節することができ、測定要素２、３の長手方向Ｚ
の位置変化を追加的に指示すための経路センサ２７が、
入れ子式に形作られた部分内に配置されている、請求項
１に記載の測定器。