JPH07174865A - 導電位置計測装置、凍結深計測装置および導電位置集計システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】地盤の凍結深度（凍結深），地表面の凍結位
置，湖水等の氷厚，水位などを精度よくリモートで自動
計測する。 【構成】水が充填されるパイプ２内の計測ユニット５に
１センチメートル間隔でリベット電極１０を配列し、こ
のリベット電極列に並行にステンレスの共通電極１１を
設ける。この計測ユニット５の内部には読出回路が内蔵
されており、読出回路は図外の集計装置（パソコン）と
接続されている。読出回路は、集計装置から入力される
読出パルスに同期して、上のリベット電極から順に共通
電極との導通を検出し、その結果を読出パルス線上にエ
コーとして返す。水は導電性を有し、氷は導電性がない
ため、このエコーを順次読み取ることにより、集計装置
は、凍結深を読み出すことができる。また、この装置を
利用して地表面の凍結／未凍結の検出，湖水等の氷厚，
水位も読み出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、地面，地層，湖水な
どの凍結／未凍結を電気的に計測する凍結検出装置（凍
結深計を含む）、水位検出装置、および、その計測結果
を遠隔で集計する導電位置集計システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】寒冷地においては、冷気によって地盤
（土）が凍結し、その凍結状態が冬季から春季半ばまで
継続する。この期間土の凍結深度（凍結深）は気温など
の諸条件によって刻々変化し、図１３のように季節的変
化を生じる。土が凍結すると氷層の析出により地面が隆
起し（凍上）、春季にこれが融解して凍上が消滅すると
いう現象が生じる。この凍上により地上の構造物が傾い
たり、道路のひび割れや、地中に埋設されている水道
管，ガス管の破断などの様々な障害が生じる。

【０００３】この様な凍上害を防止するためには、凍上
現象を、その場所毎に正確に計測しそれに対応した道路
設計等をするなど適切な対策を講じる必要がある。この
ため、従来より土の凍結深を測定する装置が実用化され
ている。

【０００４】図１４は従来より一般的な凍結深計を示す
図である。この装置は、一般的にメチレンブルー凍結深
計と呼ばれるものである。土中に埋設された外側パイプ
１０５内に、抜き差し可能な透明樹脂パイプ１００を挿
入し、上から保護蓋１０６で栓をしたものである。透明
樹脂パイプ１００内にはメチレンブルーの水溶液１１０
が封入され、ゴム栓１０２で栓がされている。また樹脂
パイプ１００内には上部に開口する軟質の樹脂パイプ１
０１が差し込まれている。

【０００５】メチレンブルー水溶液は、未凍結の状態で
は青色を呈しているが（１１０ａ）、凍結すると透明に
変化する（１１０ｂ）。したがって、定期的にこのパイ
プ１００を抜き出して、パイプ周囲にある地盤の凍結層
に対応して凍結した透明部分と非透明部分との境界線を
観察することによって、凍結深を測定することができる
ものである。なお、軟質の樹脂パイプ１０１はメチレン
ブルー水溶液の凍結による体積膨張を吸収するためのも
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の凍
結深計は、係員が現場で引き抜いて観察しなければなら
ないことから以下のような欠点があった。積雪がある場
合には、この積雪を除去して測定する必要がある。しか
し、凍結深は積雪等の諸条件によっても影響されるた
め、このことは測定精度を低下させてしまう原因となっ
ていた。また、測定の都度係員が測定現場へゆく必要が
あったため、多くの地点の凍結深を同時に計測すること
は不可能であり、遠距離の地点の凍結深を計測すること
も無理であった。また、計測の間隔を短く設定すること
は係員にとって非常な負担となった。さらに、引き抜い
て目視で観測する必要があるため、土壌とメチレンブル
ー水溶液とは２重のパイプ１００，１０５で隔てられて
おり、内側のパイプ１００は透明樹脂でなければならな
い。このため、２重のパイプの間には空気層が介在する
ことになり、地盤の温度が速やかにメチレンブルー水溶
液に伝わらない欠点があった。また、水溶液の温度が周
囲の地盤の温度と等しくなって正確な凍結深を示すため
には水溶液を静置しておく必要があるが、短時間（例え
ば数時間）毎の凍結深の変化を計測する場合、そのたび
ごとに引き抜いて観察したのでは水溶液の温度を乱すば
かりか温度の伝達も速やかでなくなるため、計測誤差が
生じる原因となり、このような計測は事実上不可能であ
った。

【０００７】一方、水から氷への状態変化により、電気
的性質（導電性）が変化することに着目して、電気的に
凍結深を測定する装置も提案されている。この種の装置
は、パイプ内に一定間隔ごとに電極を設け、このパイプ
を土中に埋設して水を充填し、各電極の導通状態を検出
できるようにしたものである。各電極の導電性を電圧を
印加することによって検出し、導電している電極と非導
電の電極との境界線まで凍結しているとするものであ
る。

【０００８】従来のこの種の装置では、電極毎に線を引
き出さなければならないため、凍結深を細かく観測しよ
うとすると引き出す線数が膨大となる欠点があった。た
とえば、１００センチメートルまでの凍結深を１センチ
メートルの精度で観測しようとすれば１００本の線が必
要となって現実的に不可能である。このため、この種の
装置装置では、２センチメートルの精度が限界であっ
た。また、引き出す線数が多いため長く線を引き回すこ
とができず、遠隔の場所での観測ができない欠点があっ
た。

【０００９】このため、装置に記憶回路と電源を取り付
け、秋季にこれを埋設して春季にこれを取り出しすこと
により、秋から春まで記憶した凍結深データを読み出す
装置も提案されているが、この装置では、電源とメモリ
容量の関係で、観測精度や観測の時間的間隔を短くする
ことができない欠点があり、また、観測結果が春季にし
か得られないため、リアルタイムにデータを利用できな
い欠点があった。

【００１０】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
め、凍結深を電気的にシリアルに読み出すことができる
凍結深計測装置および凍結深集計システムを提供するこ
と、また、この原理を利用した道路等地表面の凍結検出
装置，湖水や海洋の氷厚の測定装置，水位検出装置、お
よび、その集計システムを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発
明である導電位置計測装置は、複数の検出電極と、１本
の共通電極と、前記検出電極が共通電極と導通している
か否かを各検出電極毎に順次検出しこの検出結果の信号
をシリアルに出力する読出回路とを有する検出部を、検
出位置に設けたことを特徴とする。

【００１２】この出願の請求項２の発明は、請求項１の
発明において、前記検出部は、直列に接続された複数の
計測ユニットからなっており、各ユニットは所定個数の
検出電極およびユニット読出回路を内蔵していることを
特徴とする。

【００１３】この出願の請求項３の発明は、請求項２の
発明において、前記ユニット読出回路に、前段の接続端
子に前記所定個数の検出電極の検出結果信号を出力する
とともに後段の接続端子から入力した検出結果信号を出
力する手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】この出願の請求項４の発明は、前記導電位
置計測装置の読出回路と集計装置とを電気的に接続した
導電位置集計システムであって、前記集計装置は前記読
出回路に対して前記導電位置計測装置の検出電極数と同
数の読出パルスを出力する手段を備え、前記導電位置計
測装置の読出回路は前記読出パルスに同期して各検出電
極の検出信号を順次出力する手段を備えたことを特徴と
する。

【００１５】この出願の請求項５の発明は、請求項４の
発明において、前記読出回路に、前記集計装置が出力す
る読出パルスを動作電源として蓄える手段を備えたこと
を特徴とする。

【００１６】この出願の請求項６の発明は、請求項４の
発明において、前記読出回路は、前記集計装置から入力
される読出パルスのローの期間に、この読出パルスが入
力される信号線を介して検出結果信号を返信する手段を
備えたことを特徴とする。

【００１７】この出願の請求項７の発明である凍結深計
測装置は、前記検出部を水が充填された筒状の容器に収
納し、この容器を土中に埋設したことを特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１の導電位置計測装置は、複数の検出電
極が共通電極と液体を介して導通しているか否かを読出
回路が順次検出する。この検出結果信号をシリアルに出
力する。これにより、検出電極が多くあっても、検出結
果信号を取り出す線数を少なくすることができる。

【００１９】ここで、検出電極と共通電極との導通は、
たとえば、水によって媒介されるため、検出電極と共通
電極とが導通している位置には水が存在し、非導通の位
置には水が存在しないと判定することができる。この判
定を用いて、たとえば、水位の検出，水の凍結／融解の
検出，路面の凍結の有無の検出などを行うことができ
る。また、水以外の導電性のある液体などにも適用する
ことができる。

【００２０】請求項２の導電位置計測装置は、複数のユ
ニットからなっており、各ユニットは複数の検出電極お
よびこの電極数分の読出回路がからなっている。このユ
ニットを複数連結することにより、導電位置計測装置が
構成され、連結数を増減することにより、任意の大きさ
の導電位置計測装置を構成することができる。

【００２１】請求項３の導電位置計測装置は、前段の接
続端子に前記所定個数の検出電極の検出結果信号を出力
するとともに後段の接続端子から入力した検出結果信号
を出力する。すなわち、連結された計測ユニット間で検
出結果信号を順送りする。これにより、多くの計測ユニ
ットが連結されていても、全ての計測ユニットの検出結
果信号がシリアルに伝送され、少ない線数で検出結果信
号の伝送が可能になる。

【００２２】請求項４の導電位置集計システムは、前記
導電位置計測装置の読出回路と集計装置とを電気的に接
続しており、集計装置は読出回路に対して検出電極数と
同数の読出パルスを出力する。読出回路はこの読出パル
スに同期して各検出電極の検出信号を順次出力する。し
たがって、集計装置は、導電位置計測装置に対して読出
パルスを送信するのみで検出結果信号を読み出すことが
できる。

【００２３】請求項５の導電位置集計システムでは、集
計装置が出力する読出パルスを読出回路が動作電源とし
て蓄え、これを電源として動作する。これにより、読出
回路内に電源を設ける必要がなく、また、電源を供給す
るための線を別に設ける必要が無くなる。

【００２４】請求項６の導電位置集計システムでは、読
出パルスが入力される信号線を介して前記読出回路が検
出結果信号を返信する。この返信は前記読出パルスのロ
ー期間に行われる。これにより、読出パルスの伝送線と
検出結果信号の伝送線を共用することができ、線数を少
なくすることができる。

【００２５】請求項７の凍結深計測装置では、前記検出
部を水が充填された筒状の容器に収納し、この容器を土
中に埋設した。容器内の水は通常時は液体であり、共通
電極−検出電極間を導通させるが、土中の温度が０℃以
下になるとその位置に対応する水が凍結して導電性を失
う。したがって、その点の共通電極−検出電極は非導通
である。これを読み出すことによりその位置の凍結の有
無を検出することができる。

【００２６】

【実施例】図１はこの発明の実施例である凍結深計測装
置の構造を示す図である。同図（Ａ）は、同凍結深計測
装置の内部構造を示す破断図である。また、同図（Ｂ）
は同凍結深計測装置の埋設状態を示すである。同図
（Ａ）において、凍結深計測装置１は筐体として硬質プ
ラスチック製のパイプ２を有している。パイプ２の内部
には複数の計測ユニット５からなる計測部が設置されて
いる。同図では、計測部は一連のものとして図示されて
いるが、実際には、複数の計測ユニット５が縦に連結さ
れて計測部を構成している。また、図示しないが、パイ
プ２内にはガラス玉および水が充填される。

【００２７】計測ユニット５は、２４本のリベット電極
１０を備えている。このリベット電極１０は１センチメ
ートルの間隔で一列に配置されている。また、このリベ
ット電極１０の列に並行して、ステンレスリボンからな
る共通電極１１が設けられている。また、計測ユニット
５は、読出回路（図２，図９参照）を内蔵しており、各
リベット電極１０と共通電極１１との導通（Ｌ），非導
通（Ｈ）を検出する。

【００２８】この凍結深計測装置を同図（Ｂ）のように
埋設したとき、土が凍結するのに対応してパイプ２内の
水も凍る。水は液体のとき導電性を有するが、氷になる
と不導体になる。したがって、土が凍結しパイプ２内の
水も凍結した位置のリベット電極１０の検出結果は
“Ｈ”であり、土が凍結せず水が液体のままの位置のリ
ベット電極１０の検出結果は“Ｌ”である。なお、この
凍結深計測装置は一重のパイプ２のみを介して土と水が
接しているため、熱伝導率が大きく、土の凍結，融解に
速やかに反応して内部の水も凍結，融解する。

【００２９】また、パイプ２の底面にはゴム球７が接続
されている。このゴム球７はカバー４に収納されて土中
に埋設され、パイプ２内に開口している（同図（Ｂ）参
照）。このゴム球７は水の凍結による膨張を吸収するた
めめのものである。すなわち、図１３に示したように土
の凍結は上部から発生し、以後下向きに広がってゆく。
このため、パイプ２内の水の凍結による体積膨張を、パ
イプ２上方の開口部に逃がすことができない。この膨張
分をゴム球７内に逃がすことによって吸収し、パイプ２
の破壊を防いでいる。

【００３０】また、上述したように、パイプ２内には水
とともにガラス球が充填されている。ガラス球を充填す
ることによりパイプ２内の水の容積を少なくし、凍結時
の体積膨張を少なくしている。ガラス球は水に比べて土
の熱伝導率に近く、周囲地盤の凍結深をより正確に反映
する。水のみの場合には対流の発生によって計測誤差を
生じやすいが、ガラス球を入れることによってこれを防
止することもできる。

【００３１】また、このガラス球は氷を固定する機能も
有している。すなわち、融解時には氷はパイプ面や計測
部の表面から離れて自由になり、パイプ２の水面に浮上
してしまうことがあった。氷が移動してしまうと、凍結
深の計測に誤差が生じてしまう。このため、内部にガラ
ス球を充填することによって氷が移動できないようにし
計測誤差を無くしている。なお、ガラス球の代わりに凍
上しない砂質土などを用いてもよい。

【００３２】なお、上記のガラス球に代えて吸水性樹脂
をパイプ２内部に充填することによっても上記凍結体積
膨張量の低減，水中の対流防止，氷の浮上防止等の効果
を達成することができる。

【００３３】ところで、水は一般的には０℃で凝固（凍
結）すると言われているが、０℃以下になっても安定し
た液体の状態が維持されている場合がある。これを過冷
却というが、過冷却が生じると凍結深の計測に誤差が生
じる。このため、この凍結深計測装置は、積雪の多い場
所では必要に応じて可変できるツバ６の位置を下げて上
端が地表面から数十センチメートルの高さになるように
設置することができる。このように設置することによ
り、パイプ２の上端は積雪の上に出て、土中や積雪より
も温度の低い外気に触れ、その冷気が内部の水まで伝導
する。この冷気により水の状態が不安定となって氷の核
ができ、速やかに凝固が生じるため過冷却が生じにく
い。なお、この凍結深計測装置の上側には、冷熱の伝わ
りやすい金属製の栓８を設けて過冷却をおこしにくくし
ている。また、この栓８にヒートパイプを組み込んで外
気の冷熱を内部の水まで伝達すればより過冷却をおこし
にくくなる。

【００３４】計測ユニット５内の読出回路からは２本の
ケーブル９が取り出されており、このケーブル９がパソ
コン５０を含む集計装置４０（図８参照）に接続されて
いる。集計装置は、定期的にこの読出回路をアクセスし
て凍結深を読み出す。

【００３５】ここで、各計測ユニット５は図２に示すよ
うな形状をしている。同図（Ａ）は計測ユニット５の３
面図を示し、同図（Ｂ）はその内部構造を示している。
すなわち、同図（Ａ）に示す計測ユニット５は、同図
（Ｂ）の回路基板２１をエポキシ樹脂でモールディング
したものである。回路基板２１はガラス・エポキシの両
面基板であり、一方の面に２４本のリベット電極１０が
立設され、他方の面に回路部品２２が実装されている。
エポキシ樹脂のモールディング２０の形状は、回路部品
２２側が蒲鉾形であり、リベット電極１０側は約２ミリ
の均一な厚さである。リベット電極１０は、モールディ
ングから約６ミリメートル突出している。

【００３６】ただし、計測ユニット５は、同図（Ａ）の
形状に予め製造され、これが複数連結されるのではな
く、実際には、まず、図３のような開口部を有する形状
にモールディングされて連結工程が施されたのち、前記
開口部に対して再度モールディングがなされる。

【００３７】ここで、図３は連結工程前の計測ユニット
単体を示す図、図４は回路基板２１上に形成されるモー
ルディング２０の位置を説明する図、図５は回路側の連
結構造を示す図、図６は電極側の連結構造を示す図、さ
らに、図７は連結後の計測ユニットの断面図である。

【００３８】図３において、モールディング２０には２
個の開口部２５，２６が開設されている。開口部２５は
結線用の開口部であり、開口部２６は計測ユニット連結
用の開口部である。これらの開口部２５，２６は、回路
基板２１に対して図４に示すような位置に開設されてい
る。開口部２５が形成される位置には結線用の端子２７
が６個形成されている。６個の端子２７はそれぞれＩ端
子，Ｇ端子，Ｘ端子，Ｃ端子，Ｒ端子，Ｖ端子（図９参
照）である。この開口部２５から計測ユニット５の端部
へは前記開口部２６を介して結線用の横穴２８が形成さ
れている。連結工程において、この横穴２８にはステン
レスパイプ３０が通され（図５参照）、その中をエナメ
ル被覆線が通過する。また、連結用開口部２６には連結
用のボルトを通すための横穴２９が開口している。連結
工程時には、この横穴２９に両切のボルト３１が通され
（図５参照）、両方からナット３２で締められる。この
ボルト，ナットにより、２個の計測ユニット５が連結固
定される。また図５において、結線用の開口部２５は結
線作業ののち上板３３で覆われ、この上板３３がビス３
４で固定される。これは、開口部２５へのモールディン
グの際、結線に損傷を来さないためである。

【００３９】なお、結線の作業において、両計測ユニッ
トのＧ端子は互いにステンレスパイプ３０に接続され、
ステンレスパイプ３０を介して電気的に接続される。こ
れによって、パイプ内を通過する線数を少なくし結線作
業を容易にした。

【００４０】また、図６において、各計測ユニットの２
４本のリベット電極１０のうち両端の３本づつはビスが
用いられている。上記図５の工程で２本の計測ユニット
５を接合したのちジョイント板３５をリベット電極側か
ら被せる。このジョイント板３５には６本のビスが通過
する穴が開設されている。ジョイント板３５を被せたの
ち、その上からビスのリベット電極１０にナット３６を
螺合させて締めることにより、ジョイント板３５が固定
され、２本の計測ユニット５も固定される。また、この
ジョイント板３５の上に共通電極１１がビス３７で固定
される。

【００４１】図８は同凍結深計測装置１を集計装置４０
に接続した状態を示す図である。集計装置４０は、パー
ソナルコンピュータ（パソコン）５０，パルス出力回路
５１および信号分離回路５２からなっている。パルス出
力回路５１およびレベル分離回路５２はパソコン５０の
スロットに差し込まれたボード上に組まれた回路であ
る。凍結深計測装置１とパルス出力回路５１，信号分離
回路５２と接続する線は、図９に示すようにＩ線（Ｉ／
Ｏ線）およびＧ線（ＧＮＤ線）の２本のみである。パル
ス出力回路と信号分離回路に接続されている。集計装置
４０は図１２のフローチャートで示すように凍結深計測
装置１の総リベット電極数分の読出パルスを出力する。
この読出パルスの出力はパソコン５０が出力するトリガ
に基づいてパルス出力回路５１が行う。また、レベル分
離回路５２は、Ｉ線に乗って送られてくる検出結果信号
を前記読出パルスから分離し波形整形する回路である。
パソコン５０はこの信号分離回路５２から検出結果信号
を取り込んで凍結・未凍結を判断し、記憶する。

【００４２】図９，図１０は、計測ユニット５に内蔵さ
れる読出回路の回路図である。計測ユニット５は、内蔵
される読出回路の種類により、図９の回路（Ａ回路）が
内蔵されるＡユニット、および、図１０の回路（Ｂ回
路）が内蔵されるＢユニットに分類される。なお、Ａ回
路，Ｂ回路とも基板は共通であり、実装する部品数とジ
ャンパコードの結線が異なるのみである。

【００４３】Ａユニット（Ａ回路）は、複数の計測ユニ
ットのうち最上端に連結される計測ユニットである。し
たがって、一方の側の端子は集計装置に接続され、他方
の側の端子は次段の計測ユニットに接続される。一方、
Ｂユニット（Ｂ回路）は、最上端以外に用いられる計測
ユニットである。計測ユニット（読出回路）と、集計装
置とは、Ｉ線，Ｇ線の２本の線で接続され、各計測ユニ
ット間は、Ｘ線，Ｃ線，Ｒ線，Ｖ線，Ｇ線の５本の線で
接続される。

【００４４】図９を参照して読出回路（Ａ回路）の構成
を説明する。この読出回路は、電源回路、検出結果信号
出力回路、リセット回路、ユニット選択回路、電極選択
回路からなっている。

【００４５】電源回路は、ダイオードＤ１および電源用
コンデンサＣ１からなっている。Ｄ１は、アナログスイ
ッチＳＷ１（1/4 ４０６６）を介してＩ端子に接続され
ている。Ｉ端子には、集計装置から読出パルスが入力さ
れる。Ｉ端子から読出パルスが入力されると、この読出
パルス電圧はＳＷ１を通過し、Ｄ１を介してＣ１に充電
される。ＳＷ１のゲート端子はＧＮＤ線Ｇ−Ｇ′に接続
されているが、Ｉ端子から入力される電圧がＳＷ１の動
作電圧（Ｃ１の端子間電圧）よりも高いため、ＳＷ１は
この電圧を遮断できず、数百オームの抵抗として機能し
この電圧を通過させる。Ｃ１の＋側端子は各ロジックＩ
ＣのＶｃｃ端子に接続されている。

【００４６】リセット回路は、前記電源用のコンデンサ
Ｃ１に接続された高抵抗Ｒ２およびこの抵抗とＧＮＤ線
Ｇ−Ｇ′間に接続されたコンデンサＣ２およびインバー
タＩＮＶ１とからなっている。第１の読出パルスが入力
されＩＮＶ１を含む論理回路が動作を開始したとき、Ｒ
２は高抵抗であるためＣ２はまだ充電されておらずＩＮ
Ｖ１は“Ｈ”を出力する。この“Ｈ”によって後述のカ
ウンタＣＮＴはリセットされる。このリセット信号は
Ｃ′端子を介して他の計測ユニットにも伝達され、同様
にカウンタをリセットする。こののち、Ｃ２が充電され
ると、ＩＮＶ１は“Ｌ”を出力し、以後読出パルスが入
力されなくなるまで“Ｌ”出力を継続する。すなわち、
この回路は、動作の開始時の一定時間のみ“Ｈ”を出力
するリセット動作を行う。

【００４７】検出結果信号出力回路は電源線Ｖ−Ｖ′に
接続された２個のアナログスイッチＳＷ２（2/4 ４０６
６）とこのアナログスイッチＳＷ２をＩ端子に接続する
ダイオードＤ２を有している。ＳＷ２のゲートは抵抗Ｒ
３を介して電源線Ｖ−Ｖ′に接続されプルアップされて
おり、且つ、信号線Ｘ−Ｘ′に接続されている。したが
って、ＳＷ２は、信号線Ｘ−Ｘ′が“Ｌ”のときオフ
し、信号線Ｘ−Ｘ′が“Ｚ”のときオンする。ＳＷ２が
オンしたとき、Ｉ端子に電源線Ｖ−Ｖ′の電圧（実際に
はＳＷ２，Ｄ２による電圧降下分低くなっている。）が
出力される。この電圧は、ＳＷ１の電源電圧よりも低い
ためＳＷ１を通過することはなく、Ｉ端子を介して集計
装置に伝達される。

【００４８】なお、信号線Ｘ−Ｘ′は、そのとき検出し
ているリベット電極１０が共通電極１１（ＧＮＤ線）と
導通しているとき（水が凍結していないとき）“Ｌ”と
なり、非導通のとき（水が凍結しているとき）“Ｚ”と
なる。したがって、Ｉ端子には非導通（凍結）のリベッ
ト電極を検出したとき“Ｈ”が出力される。なお、上記
動作を実現するため、抵抗Ｒ３は水の導通抵抗よりも高
抵抗値のものを用いる必要がある。なお、ＧＮＤ線Ｇ−
Ｇ′は、連結されているいずれかの計測ユニットから外
部に引き出され、共通電極１１と接続される。

【００４９】電極選択回路は、３個のマルチプレクサＭ
ＰＸ１，ＭＰＸ２，ＭＰＸ３（４０５１×３）およびこ
のうち１個選択するための選択信号を形成するための論
理回路ＯＲ１，ＯＲ２，ＯＲ３（3/4 ４０７１）、ＩＮ
Ｖ１，ＩＮＶ２（2/6 ４５７２）、さらに、カウンタＣ
ＮＴ（４０２４）を有している。ＣＮＴの出力端子Ｑ
１，Ｑ２，Ｑ３はマルチプレクサＭＰＸ１，ＭＰＸ２，
ＭＰＸ３のチャンネルセレクト端子に並列に接続されて
いる。また、ＣＮＴの出力端子Ｑ４は、ＯＲ１，ＯＲ３
およびＩＮＶ１を介してＯＲ２に接続され、出力端子Ｑ
５は、ＯＲ１，ＯＲ２およびＩＮＶ２を介してＯＲ３に
接続されている。したがって、ＣＮＴがリセット状態か
ら読出パルスをカウントアップしてゆくと、まず、ＭＰ
Ｘ１が選択されて、１番目の読出パルス〜８番目の読出
パルスに対応して、ＭＰＸ１の１チャンネル〜８チャン
ネル（最上端から８番目までのリベット電極）の電位が
信号線Ｘ−Ｘ′に現れ、次に９番目の読出パルスがＣＮ
Ｔに入力されたとき、ＩＮＶ１とＯＲ２によりＭＰＸ２
が選択されて、９番目の読出パルス〜１６番目の読出パ
ルスに対応して、ＭＰＸ２の１チャンネル〜８チャンネ
ル（９番目から１６番目までのリベット電極）の電位が
信号線Ｘ−Ｘ′に現れる。さらに、１７番目の読出パル
スがＣＮＴに入力されたとき、ＩＮＶ２とＯＲ３により
ＭＰＸ３が選択されて、１７番目の読出パルス〜２４番
目の読出パルスに対応して、ＭＰＸ３の１チャンネル〜
８チャンネル（１７番目から２４番目までのリベット電
極）の電位が信号線Ｘ−Ｘ′に現れる。

【００５０】ＣＮＴに２５番目の読出パルスが入力され
たとき、Ｑ４，Ｑ５が両方とも“Ｈ”になると、ＭＰＸ
１〜３はどれも選択されなくなり、さらに、ユニット選
択回路によって次段の計測ユニットが選択される。

【００５１】ユニット選択回路は、論理回路ＮＡＮＤ，
ＩＮＶ４，ＮＯＲ（3/6 ４５７２），ＯＲ４（1/4 ４０
７１）、および、アナログスイッチＳＷ３からなってお
り、電極の導通／非導通を検出する計測ユニットを選択
するための回路である。ＮＯＲは読出パルスを前記カウ
ンタＣＮＴのカウント端子に伝達する。このＮＯＲの他
方の入力端子には、ＣＮＴのＱ４，Ｑ５出力をＮＡＮＤ
で論理積しＩＮＶ４で反転した信号（すなわち、ＣＮＴ
のＱ４，Ｑ５出力の論理積）が入力されている。これに
より、ＣＮＴが２４をカウントするまではＮＯＲは読出
パルスに同期して“Ｈ／Ｌ”を出力するが、２４をカウ
ントしたときＱ４，Ｑ５がともに“Ｈ”になるためＮＯ
Ｒの一方の入力が“Ｈ”に固定されることにより、ＮＯ
Ｒの出力は“Ｌ”に固定され読出パルスがＣＮＴに伝達
されなくなり、ＣＮＴはカウントを停止する。

【００５２】一方、ＮＡＮＤの出力はＯＲ４に入力され
る。このＯＲ４のもう一方の端子に読出パルスが入力さ
れており、この読出パルスをＣ′端子を介して次段の計
測ユニットに伝達する。すなわち、ＣＮＴが２４をカウ
ントするまでＮＡＮＤは“Ｈ”を出力しているためＯＲ
４の出力は“Ｈ”に固定されたままであるが、ＣＮＴが
２４をカウントするとＮＡＮＤは“Ｌ”を出力するた
め、ＯＲ４の出力は読出パルスと同期した“Ｈ／Ｌ”信
号となり、これがＣ′端子を介して次段に伝達される。
以上の動作により、この計測ユニットはＣＮＴが２４を
カウントするまでは読出パルスに基づいて２４本のリベ
ット電極の導通／非導通を順次検出してゆくが、２４を
カウントしたのちは動作を停止し、読出パルスを次段の
計測ユニットに送る機能を果たす。

【００５３】さらに、前記インバータＩＮＶ４の出力は
アナログスイッチＳＷ３のゲートにも供給されている。
この接続によりＳＷ３はＣＮＴが２４をカウントしたと
きオンする。ＳＷ３はこの計測ユニットの信号線Ｘ−
Ｘ′と端子Ｘ′とをオン／オフするスイッチであるた
め、このＳＷ３がオンすると次段の計測ユニットの検出
結果信号がこの計測ユニットの信号線Ｘ−Ｘ′に導入さ
れる。すなわち、ＯＲ４によって読出パルスが次段に供
給されると、それ以後は次段からの検出信号がこの計測
ユニットに導入されることになる。

【００５４】図１０はＢユニットの読出回路（Ｂ回路）
を示す。この読出回路は、Ａ回路の構成のうち、電極選
択回路およびユニット選択回路のみを備えたものであ
り、その動作はＡ回路のものと全く同様である。なお、
Ｂユニットでは、Ａユニットと同一の基板を用いるが、
図１０点線内の抵抗，コンデンサ，ダイオードを実装し
ない。

【００５５】以上の構成でＡ回路−Ｂ回路−Ｂ回路−‥
‥と接続された読出回路は以下のように動作する（図１
１参照）。測定開始前の読出パルスが加えられていない
状態では、Ａ回路の電源用コンデンサＣ１は負荷が接続
されているのみであるので放電された状態であり、電源
がないため読出回路全体が動作しない。動作は読出パル
スを加えることによって開始される。

【００５６】１回の測定には測定用のリベット電極の合
計数に相当する数印加する。例えば計測ユニットが３連
の場合には７２個のパルスを印加する。Ｉ端子からＡ回
路に読出パルスが与えられると、Ａ回路は、このパルス
をクロックとしてＣＮＴに印加するとともにコンデンサ
Ｃ１を充電する。このＣ１を電源として回路全体が動作
状態に入る。このとき、Ａ回路で作られたリセット信号
で全ての読出回路のカウンタＣＮＴがリセットされる。

【００５７】パルスが“Ｌ”となって外部からの電源が
切れた状態となってもコンデンサＣ１に蓄えられた電源
によって、回路は一定時間動作を保持する。パルスが
“Ｌ”になったとき、マルチプレクサには“Ｈ”の選択
信号が与えられるため、第１チャンネルが選択されて，
Ａユニットの第１電極の検出結果を電源が供給されたＩ
端子から“Ｈ／Ｌ”の状態でエコーのように乗せて返
す。ただし、この検出結果の“Ｈ”信号は、読出パルス
の“Ｈ”信号よりも低い値である。この動作が２４回繰
り返されることでＡユニットの全ての電極が走査されて
Ａユニットの計測が完了する。Ａユニット（Ａ回路）の
カウンタＣＮＴに２４個のパルスが印加されたことによ
り、Ａ回路は、以後のパルスを次段の読出回路に伝達
し、アナログスイッチＳＷ３をオンして信号線Ｘ−Ｘ′
を接続して自らは動作を停止する。

【００５８】２５個目のパルスは次段のＢ回路の走査を
開始させ、パルスが“Ｌ”のとき信号線Ｘ−Ｘ′を介し
てＡ回路まで検出結果を伝達する。Ａ回路ではこの結果
を検出結果信号出力回路を介してＩ端子から出力し、集
計装置へ送信する。

【００５９】このように、各読出回路の最後の走査パル
スは、その読出回路の動作を停止させるとともに、当該
読出回路と次段の読出回路とをつなぐゲートＯＲ４，Ｓ
Ｗ３を次々と開いてゆくたため、２４のパルスを１単位
として計測ユニットをシフトしてゆくことができる。

【００６０】全ての計測ユニットの計測終了後、一定時
間を経過すれば（“Ｌ”状態が継続すれば）コンデンサ
Ｃ１が回路の動作電圧以下となって、電源のない状態と
なり動作が完了する。こののち、また読取パルスが印加
されると、最初から（リセット動作が働き）動作を実行
する。

【００６１】図１２は、前記集計装置のパソコンの動作
を示すフローチャートである。このパソコンでは、予め
設定されている計測時刻に自動的に凍結深を計測してメ
モリに蓄積記憶する。計測時刻は例えば、３時間毎（０
時，３時，‥，２１時）や毎正時（０分）などに設定す
ることができる。

【００６２】まず計測時刻になっているか否かを判断す
る（ｎ１）。この判断はパソコンに内蔵されている時計
を読み出して行う。計測時刻になっていなければそのま
まリターンする。計測時刻になっていれば当該時刻の計
測結果を記憶するエリア（２４，Ｎ）をメモリ（たとえ
ば、ハードディスク）内に設定する（ｎ２）。記憶エリ
アの配列を示すｉ，ｊを１にセットする（ｎ３）。この
うちｉは各計測ユニットのリベット電極の番号を表し１
〜２４の値をとる。また、ｊは凍結深計測装置の計測ユ
ニット数を表し、１〜Ｎの値をとる。なお、計測ユニッ
ト数Ｎはシステムのセットアップ時に予め記憶されてい
る。

【００６３】こののち、読出パルスを出力する（ｎ
４）。読出パルスを出力したのち“Ｌ”期間中に凍結深
計測装置から検出結果信号の返信があるため“Ｌ”期間
のレベルを読み取る（ｎ５）。このレベルが“Ｈ”の場
合にはその電極は凍結しているとしてエリア（ｉ，ｊ）
に凍結している旨のデータを記憶する（ｎ７）。一方、
返信のレベルが“Ｌ”の場合にはそのリベット電極１０
は未凍結で共通電極１１と導通しているとしてエリア
（ｉ，ｊ）に未凍結の旨のデータを記憶する（ｎ８）。
ｎ９でｉが２４になっているかを判断する。２４になっ
ていなければｉに１を加えて（ｎ１０）ｎ４にもどる。
また、ｉが２４になっていれば、それまで読みだしてい
た計測ユニットが終了したため次の計測ユニットに移行
する。そこで、ｊがＮであるかを判断する。ｊがＮであ
れば、今読みだした計測ユニットが最後の計測ユニット
であるため、これで計測を終了する（ｎ１１）。一方、
ｊがＮよりも小さければｊに１を加え、ｉに１をセット
して（ｎ１２）ｎ４に戻る。

【００６４】これにより、パソコンは、検出電極数のパ
ルスを印加するのみで１センチメートル毎の凍結／未凍
結の検出結果を読み取ることができる。また、この動作
は定期的に行われるため、パソコンのメモリには、一定
時間毎の凍結深データが蓄積記憶されることになる。

【００６５】なお、上記実施例では、リベット電極１０
を１列に配置しているが、２列以上の複数列に配置し、
それぞれの高さを少し変えることにより、１センチメー
トル以下の細かい間隔で検出することも可能である。

【００６６】また、上記実施例ではリベット電極を用い
ているが、回路基板のパターンを一定間隔で露出させて
電極とすることにより、より細かい検出用電極を簡易に
製作することも可能である。

【００６７】また、上記実施例では、遠隔のパソコンと
接続したが、制御回路と記憶素子を内蔵してスタンダロ
ーンの装置とすることも可能である。

【００６８】また、この凍結深計測装置は、土の凍結深
を計測するのみならず、湖等の水の凍結／融解の検出
や、凍結／融解のうち凍結状態を空気層による絶縁状態
とみなして水位計としたり、約０℃の雪中では外気によ
る頻繁な凍結／融解が起こらないことを利用して積雪深
の検出に用いることもできる。また、この装置を路面に
水平設置して、路面の凍結の検出に用いることも可能で
ある。この場合、複数の計測ユニットからなる計測部を
複数並列に設置して検出範囲を面状にすればよい。

【００６９】

【発明の効果】以上のようにこの発明の導電位置計測装
置では、複数の検出電極が共通電極と液体を介して導通
しているか否かをシリアルに出力する。これにより、検
出電極が多くあっても、検出結果信号を取り出す線数を
少なくすることができる。また、検出部を複数のユニッ
トに分割したことにより、連結数を増減して任意の大き
さの導電位置計測装置を構成することができる。また、
この場合でも、連結された計測ユニット間で検出結果信
号を順送りするようにしたことにより、多くの計測ユニ
ットが連結されていても、全ての計測ユニットの検出結
果信号がシリアルに伝送され、少ない線数で検出結果信
号の伝送が可能になる。

【００７０】また、この発明の導電位置集計システムで
は、集計装置が出力する読出パルスを読出回路が動作電
源として蓄えこれを電源として動作するようにしたこと
により、読出回路内に電源を設ける必要がなく、また、
電源を供給するための線を別に設ける必要が無くなる。
また、読出パルスが入力される信号線を介して、読出パ
ルスのロー期間に検出結果信号の返信が行われる。これ
により、読出パルスの伝送線と検出結果信号の伝送線を
共用することができ、線数を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である凍結深計測装置の構成
を示す図

【図２】同凍結深計測装置の計測ユニットの構成図

【図３】同凍結深計測装置の計測ユニットの構成図

【図４】同計測ユニットの端部の一部構成図

【図５】同計測ユニットの連結状態を示す図

【図６】同計測ユニットの連結状態を示す図

【図７】

【図８】前記凍結深計測装置を用いた凍結深集計システ
ムの構成を示す図

【図９】前記計測ユニットに内蔵される読出回路の回路
図

【図１０】前記計測ユニットに内蔵される読出回路の回
路図

【図１１】同読出回路の各部の信号のタイミングチャー
ト

【図１２】前記凍結深集計システムのパソコンの動作を
示すフローチャート

【図１３】凍結深の季節変化を示す図

【図１４】従来の凍結深計を示す図

【符号の説明】

１−凍結深計測装置 ２−パイプ ５−計測ユニット １０−リベット電極 １１−共通電極 ４０−集計装置 ５０−パーソナルコンピュータ ５１−パルス出力回路 ５２−信号分離回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の検出電極と、１本の共通電極と、
   前記検出電極が共通電極と導通しているか否かを各検出
   電極毎に順次検出しこの検出結果の信号をシリアルに出
   力する読出回路とを有する検出部を、検出位置に設けた
   ことを特徴とする導電位置計測装置。
2. 【請求項２】 前記検出部は、直列に接続された複数の
   計測ユニットからなっており、各ユニットは所定個数の
   検出電極およびユニット読出回路を内蔵していることを
   特徴とする請求項１記載の導電位置計測装置。
3. 【請求項３】 前記ユニット読出回路が、前段の接続端
   子に、前記所定個数の検出電極の検出結果信号を出力す
   るとともに、後段の接続端子から入力した検出結果信号
   を出力する手段を備えていることを特徴とする請求項２
   記載の導電位置計測装置。
4. 【請求項４】 前記導電位置計測装置の読出回路と集計
   装置とを電気的に接続した導電位置集計システムであっ
   て、前記集計装置は前記読出回路に対して前記導電位置
   計測装置の検出電極数と同数の読出パルスを出力する手
   段を備え、前記導電位置計測装置の読出回路は前記読出
   パルスに同期して各検出電極の検出信号を順次出力する
   手段を備えたことを特徴とする導電位置集計システム。
5. 【請求項５】 前記読出回路は、前記集計装置が出力す
   る読出パルスを動作電源として蓄える手段を備えたこと
   を特徴とする請求項４記載の導電位置集計システム。
6. 【請求項６】 前記読出回路は、前記集計装置から入力
   される読出パルスのローの期間に、この読出パルスが入
   力される信号線を介して検出結果信号を返信する手段を
   備えたことを特徴とする請求項４記載の導電位置集計シ
   ステム。
7. 【請求項７】 前記検出部を、水が充填された筒状の容
   器に収納し、この容器を土中に埋設したことを特徴とす
   る凍結深計測装置。