JPH09113250A - Instrument for measuring displacement of long object - Google Patents

Instrument for measuring displacement of long object

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JPH09113250A
JPH09113250A JP26577395A JP26577395A JPH09113250A JP H09113250 A JPH09113250 A JP H09113250A JP 26577395 A JP26577395 A JP 26577395A JP 26577395 A JP26577395 A JP 26577395A JP H09113250 A JPH09113250 A JP H09113250A
Authority
JP
Japan
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displacement
boundary
coefficient
polynomial
curvature
Prior art date
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Pending
Application number
JP26577395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Kojima
義孝 小島
Itoku Riyuu
維徳 劉
Hirohide Hayamizu
博秀 速水
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Japan Foundation Engineering Co Ltd
Original Assignee
Japan Foundation Engineering Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Foundation Engineering Co Ltd filed Critical Japan Foundation Engineering Co Ltd
Priority to JP26577395A priority Critical patent/JPH09113250A/en
Publication of JPH09113250A publication Critical patent/JPH09113250A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To find the displacement of a long object with accuracy by simplifying an arithmetic means and shortening the measuring time by sticking strain gauges to the boundary between each section formed on the outer or inner periphery of the long object along the axial center of the body and performing arithmetic operation by using a specific formula. SOLUTION: The curvature at the boundary between each section formed on a long object along the axis center is measured with strain gauges 111 -11n-1 . For each section, the displacement yi indicated by a polynomial yi =Σkαi Xi α and a plurality of continuous formulae, yi = yi+1 |Xi+1 =0},..., dα<-1> yi / dXi α<-1> = (dα<-1> yi+1 /dXi+1 α<-1> )|Xi+1 =0} are obtained against the coordinate Xn in the direction of the axial center having an origin at one end and a degree having a maximum value of 5-7. Then a coefficient calculating means 13 solves simultaneous equations from the formulae and displacement, inclination, and curvatures at both ends of the long object, and a boundary condition formula indicating (α+1) pieces of variations of the variations of the displacement, inclination, and curvatures and a displacement calculating means 15 obtains the displacement yi .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、長さが太さより大
きい中空体あるいは中実体からなる長体に外力に応じて
生じる変位とその変位の軸心に沿った分布とを求める長
体変位計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a long body displacement measurement for obtaining a displacement caused by an external force in a hollow body having a length larger than a thickness or a long body made of a solid body and a distribution of the displacement along the axial center. Regarding the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】地山、盛土および構造物では、一般に、
人工的な掘削、載荷、雨水の浸透などの自然条件により
各部に作用する荷重にバラツキが生じ、絶対形状は変形
する。また、丘陵、山岳や人工的に形成された地形につ
いては、このような荷重に起因する土砂崩れや山崩れの
危険性を未然に察知するために、例えば、挿入型孔内傾
斜計や設置型孔内傾斜計が適用されるが、前者は自動計
測を行う場合に駆動装置を必要として高価となる上、耐
候性および耐久性に制約があり、後者は孔の軸心方向に
対する傾斜角を計測するためには多数の高価なセンサを
必要とするために、何れもこのような用途には適してい
なかった。
BACKGROUND OF THE INVENTION In rocks, embankments and structures, in general,
Due to natural conditions such as artificial excavation, loading, and penetration of rainwater, the load acting on each part varies, and the absolute shape changes. In addition, for hills, mountains, and artificially formed terrain, in order to detect the danger of landslides and landslides due to such loads, for example, insert type inclinometers and installation type hole Although an inclinometer is applied, the former requires a driving device when performing automatic measurement and is expensive, and there are restrictions on weather resistance and durability, and the latter measures the angle of inclination with respect to the axial direction of the hole. None of them were suitable for such applications because they required a large number of expensive sensors.

【0003】また、他の類似した技術としては、従来、
地滑り等の滑り面の検知に適用されていたパイプ歪み計
がある。このようなパイプ歪み計については、近年、安
価に高い性能が得られる歪みゲージを適用することが可
能となって自動計測をする場合、機械的に可動する部材
を含まずに高い信頼性が得られ、かつ比較的長期に渡っ
て高い精度が確保されるために、梁理論に基づく地滑り
挙動の定量的な測定にかかわる応用および実用化の研究
が進められつつある。
Further, as another similar technique, conventionally,
There is a pipe strain gauge that was applied to detect slip surfaces such as landslides. For such pipe strain gauges, in recent years, it has become possible to apply strain gauges that offer high performance at low cost, and when performing automatic measurement, high reliability is obtained without including mechanically movable members. In order to ensure high accuracy over a relatively long period of time, research on application and practical application of quantitative measurement of landslide behavior based on beam theory is under way.

【0004】このようなパイプ歪み計が適用された従来
例では、軸心に沿って歪みゲージが個別に貼着された区
間毎の変位(たわみ)は、例えば、その軸心の方向にお
ける区間上の長さの5次式で近似される。さらに、これ
らの区間の内、隣接する区間においてその5次式の下で
変位、傾斜(たわみ角)、曲率(モーメント)、その曲
率の変換率(せん断力)およびせん断力の変化率(外
力)が連続であることを示す境界条件式からなる連立方
程式は、各歪みゲージによって得られる曲率の実測値
と、パイプの上端部および下端部について予め設定され
た4つの項目の境界条件と、これらの上端を含む区間と
下端を含む区間とに個別に設けられた補助の歪みゲージ
によって得られた実測値とに併せて、伝達マトリクス法
を適用することにより解かれる。このようにして得られ
た解は上述した多項式の各項の係数であるから、これら
の係数をその多項式に設定することにより区間毎の変位
が求められる。
In the conventional example to which such a pipe strain gauge is applied, the displacement (deflection) in each section along which the strain gauge is individually attached along the axis is, for example, on the section in the direction of the axis. Is approximated by a quintic equation of length. Furthermore, among these sections, displacement, inclination (deflection angle), curvature (moment), conversion rate of that curvature (shear force), and rate of change of shear force (external force) under the quintic equation in adjacent sections. The simultaneous equations consisting of boundary condition equations indicating that is continuous are the actual values of curvature obtained by each strain gauge, the boundary conditions of four items preset for the upper end and the lower end of the pipe, and these It is solved by applying the transfer matrix method together with the actual measurement values obtained by the auxiliary strain gauges individually provided in the section including the upper end and the section including the lower end. Since the solution thus obtained is the coefficient of each term of the above-mentioned polynomial, the displacement for each section can be obtained by setting these coefficients in the polynomial.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来例では、上述した補助の歪みゲージによって得られた
実測値を適用する算術演算は、これらの実測値を上述し
た境界条件式と同様に適用する演算であるために、手順
が複雑化し、誤差が発生する可能性があった。また、特
に、伝達マトリクス法に基づく算術演算の過程では、こ
のような誤差は、演算の精度を大きく左右する要因であ
るので、可能な限り小さな値に抑圧することが要望され
ていた。
However, in such a conventional example, the arithmetic operation for applying the actual measurement values obtained by the above-mentioned auxiliary strain gauge is performed in the same manner as the boundary condition expression described above. Since the calculation is applied, the procedure may be complicated and an error may occur. Further, in particular, in the process of arithmetic operation based on the transfer matrix method, since such an error greatly affects the accuracy of the operation, it has been desired to suppress it to a value as small as possible.

【0006】本発明は、演算手順の簡略化や演算所要時
間の短縮をはかりつつ精度よく変位を求める長体変位計
測装置を提供することを目的とする。図1は、請求項
1、3に記載の発明の原理ブロック図である。図2は、
請求項2、3に記載の発明の原理ブロック図である。
It is an object of the present invention to provide a long displacement measuring apparatus for accurately calculating displacement while simplifying the calculation procedure and shortening the time required for calculation. FIG. 1 is a principle block diagram of the invention according to claims 1 and 3. FIG.
It is a principle block diagram of the invention of Claims 2 and 3.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、長さが太さより大きい中空体あるいは中実体からな
る長体の外周もしくは内周にその長体の軸心に沿って形
成された複数nの区間i(=0〜(n-1))の境界に個別に貼
着され、これらの区間の境界における曲率Di を計測す
る歪みゲージ111〜11(n-1)と、複数の区間につい
て、一端を原点とする軸方向の座標Xn と最大値が
「5」、「6」、「7」の何れかである次数αとに対し
て多項式yi=Σkαiiα で与えられる変位yi に併
せて、その多項式の1次乃至 (α−1)次の導関数でそれ
ぞれ与えられる式の値が何れも境界において連続である
ことを区間の長さLi の下で示す複数の連続式yi={y
i+1|Xi+1=0}、dyi/dXi={(dyi+1/dXi+1)|Xi+1=0}
、…、dα-1yi/dXiα-1={(dα-1yi+1/dXi+1 α-1)|X
i+1=0}と、これらの区間の最も外側に位置する2つの
区間の端部であって隣接する区間の反対側に位置する各
一端についてこれらの多項式と導関数とで与えられる変
位、傾斜、曲率、その曲率の変化率の内、予め決められ
た(α+1)個の組み合わせを既知の値で示す境界条件式と
からなる係数kαiの連立方程式に、複数の歪みゲージ
111〜11(n-1)によって個別に計測された曲率D i
半値をk2(i+1)として代入してその連立方程式を解き、
これらの係数を求める係数算出手段13と、k2(i+1)
値と係数算出手段13によって算出された係数kαi
を多項式に適用し、区間iの変位yi を個別に求める変
位算出手段15とを備えたことを特徴とする。
Means for Solving the Problems The invention according to claim 1
Is a hollow body or solid body whose length is larger than its thickness.
On the outer or inner circumference of the elongated body along the axis of the elongated body.
Affixed individually to the boundaries of the created multiple n sections i (= 0 to (n-1))
And the curvature D at the boundaries of these sectionsi Measure
Strain gauge 111~ 11(n-1)For multiple sections
And coordinate X in the axial direction with one end as the originn And the maximum is
For order α that is either "5", "6", or "7"
The polynomial yi= ΣkαiXidisplacement y given by αi Together with
Then, in the first-order to (α-1) th derivative of the polynomial
The values of each given expression are continuous at the boundary
That the length of the section Li Multiple continuous expressions y shown belowi= {Y
i + 1| Xi + 1= 0}, dyi/ dXi= {(Dyi + 1/ dXi + 1) | Xi + 1= 0}
 , ..., dα-1yi/ dXiα-1= {(dα-1yi + 1/ dXi + 1 α-1) | X
i + 1= 0} and the two outermost positions of these intervals
Each located at the end of the section and on the opposite side of the adjacent section
The variation given by these polynomials and their derivatives at one end
Position, inclination, curvature, and the rate of change of that curvature are predetermined
Boundary condition expression that shows (α + 1) combinations with known values
Coefficient kαiMultiple simultaneous strain equations
111~ 11(n-1)Curvature D individually measured by i of
Half value is k2 (i + 1)To solve the system of equations,
Coefficient calculating means 13 for obtaining these coefficients, k2 (i + 1)of
Value and coefficient kα calculated by the coefficient calculation means 13iWhen
Is applied to the polynomial, and the displacement y in the interval ii To individually ask for
And a position calculating means 15.

【0008】請求項2に記載の発明は、長さが太さより
大きい中空体あるいは中実体からなる長体の外周もしく
は内周にその長体の軸心に沿って形成された複数nの区
間i(=0〜(n-1))の境界について、予め個別に計測され
た曲率Di が登録されたデータベース21と、複数の区
間について、一端を原点とする軸方向の座標Xn と最大
値が「5」、「6」、「7」の何れかである次数αとに
対して多項式yi =Σkαiiα で与えられる変位yi
に併せて、その多項式の1次乃至(α−1)次の導関数で
それぞれ与えられる式の値が何れも境界において連続で
あることを区間の長さLi の下で示す複数の連続式 yi
={yi+1|Xi+1=0}、dyi/dXi ={(dyi+1/dXi+1)|Xi+1
=0} 、…、dα-1yi/dXiα-1={(dα-1yi+1/dXi+1α-1)
|Xi+1=0}と、これらの区間の最も外側に位置する2つ
の区間の端部であって隣接する区間の反対側に位置する
各一端についてこれらの多項式と導関数とで与えられる
変位、傾斜、曲率、その曲率の変化率の内、予め決めら
れた(α+1)個の組み合わせを既知の値で示す境界条件式
とからなる係数kαiの連立方程式に、データベース2
1に登録された曲率Di の半値をk2(i+1)として代入し
てその連立方程式を解き、これらの係数を求める係数算
出手段23と、k2(i+1)の値と係数算出手段23によっ
て算出された係数kαiとを多項式に適用し、区間iの
変位yi を個別に求める変位算出手段25とを備えたこ
とを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a plurality of sections i formed along the axis of the elongated body on the outer or inner circumference of the elongated body made of a hollow body or solid body having a length larger than the thickness. For the boundary of (= 0 to (n-1)), the database 21 in which the curvatures D i measured individually beforehand are registered, and the coordinate X n and the maximum value in the axial direction with one end as the origin for a plurality of sections. Where y is any one of “5”, “6”, and “7” and the displacement y i given by the polynomial y i = Σkα i X i α
In addition, a plurality of continuous expressions indicating under the interval length L i that the values of the expressions respectively given by the first-order to (α−1) -th derivative of the polynomial are continuous at the boundary y i
= {Y i + 1 | X i + 1 = 0}, dy i / dX i = {(dy i + 1 / dX i + 1 ) | X i + 1
= 0}, ..., dα -1 y i / dX i α -1 = {(dα -1 y i + 1 / dX i + 1 α -1 )
| X i + 1 = 0} and given by these polynomials and their derivatives for the ends of the two outermost intervals of these intervals and the opposite ends of the adjacent intervals In the simultaneous equation of the coefficient kα i consisting of displacement, inclination, curvature, and (α + 1) predetermined combinations of known values among the rates of change of the curvature
The half value of the curvature D i registered in 1 is substituted as k 2 (i + 1) , the simultaneous equations are solved, and coefficient calculating means 23 for obtaining these coefficients, and the value and coefficient of k 2 (i + 1) Displacement calculating means 25 is provided which applies the coefficient kα i calculated by the calculating means 23 to a polynomial to individually obtain the displacement y i of the section i.

【0009】請求項3に記載の発明は、請求項1または
請求項2に記載の長体変位計測装置において、係数算出
手段は、連立方程式の解法として、iがとり得る全ての
値についてk2(i+1)を除く係数kαiの何れか1つを連
続条件式から消去して伝達マトリクス法を適用すること
を特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the long-body displacement measuring apparatus according to the first or second aspect, the coefficient calculating means uses k 2 for all possible values of i as a solution of simultaneous equations. It is characterized in that any one of the coefficients kα i except (i + 1) is deleted from the continuous conditional expression and the transfer matrix method is applied.

【0010】[0010]

【作用】請求項1に記載の発明にかかわる長体変位計測
装置では、長体の外周にその長体の軸心に沿って形成さ
れた複数nの区間iについて、一端を原点とする軸心方
向の座標Xn と次数αとに対して多項式yi=Σkαi
iα で与えられる変位y i に併せて、その多項式の1次
乃至 (α−1)次の導関数で個別に与えられる傾斜、曲
率、その曲率の変化率(せん断力)およびせん断力の変
化率(外力)が何れも境界において連続であることを区
間の長さLi の下で示す yi={yi+1|Xi+1=0} dyi/dXi={(dyi+1/dXi+1)|Xi+1=0} ・ ・ ・ dα-1yi/dXiα-1={(dα-1yi+1/dXi+1α-1)|Xi+1=0} のα(n-1)本の連続式が係数算出手段13によって係数
kαiについて解かれる。
Function: Long body displacement measurement according to the first aspect of the invention
The device is formed on the outer circumference of the elongated body along the axis of the elongated body.
Axial direction with one end as the origin for multiple sections i
Coordinate Xn And the order α and the polynomial yi= ΣkαiX
idisplacement y given by α i And the first degree of the polynomial
To (α−1) th order derivative,
Rate, the rate of change of its curvature (shear force) and the change in shear force
If the conversion rate (external force) is continuous at the boundary,
Length Li Shown below yi= {Yi + 1| Xi + 1= 0} dyi/ dXi= {(Dyi + 1/ dXi + 1) | Xi + 1= 0} ・ ・ ・ dα-1yi/ dXiα-1= {(dα-1yi + 1/ dXi + 1α-1) | Xi + 1= 0} α (n-1) continuous equations are calculated by the coefficient calculation means 13.
iBe solved.

【0011】このような連続式については、未知数であ
る係数kαiを含む項のみで構成されるが、上述した複
数の区間の最も外側に位置する2つの区間の端部であっ
て隣接する区間の反対側に位置する各一端において、こ
れらの多項式と導関数とで与えられる変位、傾斜、曲率
およびその曲率の変化率を既知の値で示す y1=既知の値 yn=既知の値 dy1/dX1=既知の値 dyn/dXn=既知の値 d2y1/dX1 2=既知の値 d2yn/dXn 2=既知の値 d3y1/dX1 3=既知の値 d3yn/dXn 3=既知の値 の境界条件式の内、予め決められた次数αに「1」を加
えた本数の式は各既知の値が実測や該当する端部の物理
的環境の下で一義的に与えられて成立し、かつ区間iで
は、一般に、上述した連続式の内、2次の導関数を含む
連続式の左辺の定数項k2(i+1)は複数の歪みゲージ11
1〜11(n-1)が計測した曲率Di の半値に相当すると共
に、次数αの最大値が「5」乃至「7」の何れかに設定
される。
Although such a continuous expression is composed of only terms including coefficients kα i which are unknowns, it is the end of the two outermost sections of the above-mentioned plurality of sections and the adjacent sections. Y 1 = known value y n = known value dy, which indicates the displacement, slope, curvature, and rate of change of that curvature given by these polynomials and derivatives at each end located on the opposite side of 1 / dX 1 = known value dy n / dX n = known value d 2 y 1 / dX 1 2 = known value d 2 y n / dX n 2 = known value d 3 y 1 / dX 1 3 = In the boundary condition formula of known value d 3 y n / dX n 3 = known value, the formula of the number of lines in which “1” is added to the predetermined order α is the measured value or the corresponding end Is established under the physical environment of, and in the interval i, in general, the constant term k 2 (i + 1 ) on the left side of the continuous equation including the second derivative of the above continuous equation ) the double Of the strain gauge 11
1 to 11 (n-1) corresponds to the half value of the measured curvature D i , and the maximum value of the order α is set to any of "5" to "7".

【0012】したがって、上述したα(n-1)本の連続式
および(α+1)本の境界条件式は、係数k2(i+1)を除く
αn個の係数kαiを未知数とする連立方程式を形成する
ので、係数算出手段13はこれらの連立方程式を解いて
係数を求め、変位算出手段15は、このようにして求め
られた係数kαi(k2(i+1)を含む。)を上述した多項
式に適用することにより、区間iの変位yi を個別に求
めることができる。
Therefore, the above α (n-1) continuous equations and (α + 1) boundary condition equations are simultaneous equations in which αn coefficients kα i excluding the coefficient k 2 (i + 1) are unknowns. Therefore, the coefficient calculating means 13 solves these simultaneous equations to obtain the coefficients, and the displacement calculating means 15 obtains the coefficient kα i (including k 2 (i + 1)) thus obtained. By applying the above-mentioned polynomial, the displacement y i of the section i can be individually obtained.

【0013】すなわち、外力に起因する誤差が生じ難い
長体の両端における変位、傾斜、曲率およびその曲率の
変化率の内、これらの区間の変位を与える多項式の次数
αに「1」を加えた数の項目について境界条件を設定す
ることにより、各区間の変位は、従来例のように境界以
外の位置に付加された補助の歪みゲージから得られた曲
率に対して複雑かつ特異な算術演算を行うことなく求め
られる。
That is, among displacements, inclinations, curvatures and rates of change of the curvatures at both ends of a long body in which an error due to an external force is unlikely to occur, "1" is added to the degree α of a polynomial which gives the displacement in these sections. By setting the boundary conditions for a number of items, the displacement of each section can be calculated in a complicated and peculiar arithmetic operation with respect to the curvature obtained from the auxiliary strain gauge added to the position other than the boundary as in the conventional example. Asked without doing.

【0014】請求項2に記載の発明にかかわる長体変位
計測装置では、長体の外周にその長体の軸心に沿って形
成された複数nの区間i(=0〜(n-1))の境界について、
予め計測された曲率Di がデータベース21に登録さ
れ、係数算出手段23は、そのデータベースを参照する
ことにより、請求項1に記載の長体変位計測装置を構成
する係数算出手段が行う算術演算と同じ算術演算を行う
ことにより係数kαiを求める。さらに、変位算出手段
25は、このようにして求められた係数kαi(k 2(i+1)
を含む。)を多項式に適用して区間iの変位yi を個別
に求める。
A long body displacement according to the invention as defined in claim 2.
In the measuring device, the shape is formed on the outer circumference of the elongated body along the axis of the elongated body.
With respect to the boundaries of the plurality of n intervals i (= 0 to (n-1)) formed,
Curvature D measured in advancei Is registered in the database 21
Then, the coefficient calculation means 23 refers to the database.
Thereby, the long body displacement measuring device according to claim 1 is configured.
Perform the same arithmetic operation as the arithmetic operation performed by the coefficient calculation means
Therefore, the coefficient kαiAsk for. Furthermore, displacement calculation means
25 is the coefficient kα obtained in this wayi(k 2 (i + 1)
including. ) Is applied to the polynomial and the displacement y of interval ii Individual
Ask for.

【0015】したがって、請求項1に記載の発明にかか
わる長体変位計測装置と同様にして、各区間の変位は、
従来例のように境界以外の位置に付加された補助の歪み
ゲージから得られた曲率に対する複雑な算術演算を行う
ことなく求められる。請求項3に記載の発明にかかわる
長体変位計測装置では、請求項1または請求項2に記載
の長体変位計測装置において、係数算出手段は、iがと
り得る全ての値についてk2(i+1)を除く係数kαiの何
れか1つを連続条件式から消去し、かつ伝達マトリクス
法を適用することにより連立方程式を解く。
Therefore, similarly to the elongated body displacement measuring apparatus according to the first aspect of the invention, the displacement of each section is
It can be obtained without performing a complicated arithmetic operation for the curvature obtained from the auxiliary strain gauge added to the position other than the boundary as in the conventional example. In the long body displacement measuring device according to the third aspect of the present invention, in the long body displacement measuring device according to the first or second aspect, the coefficient calculating means has k 2 (i ) for all possible values of i. The simultaneous equations are solved by eliminating any one of the coefficients kα i except +1) from the continuous conditional expression and applying the transfer matrix method.

【0016】このような伝達マトリクス法の下では、複
数の区間1〜(i-1)の長さと予め計測された曲率Di とで
与えられる定係数により区間iの係数k1i〜kαiが順
次与えられるので、その係数が形成するマトリクスと境
界条件式で与えられる境界条件の精度が十分である限
り、同様の算術演算の反復によって全ての係数は確実に
精度高く得られる。また、本発明では、補助の歪みゲー
ジの特性のバラツキや変動等に起因する誤差分はこれら
の係数の算出の過程に介在しないので、従来例に比べて
伝達マトリクスの乗算の過程における誤差の発生が抑圧
され、かつ次数αや区間の数nが大きく設定されたり個
々の区間の長さが小さく設定された場合に精度が高く維
持される。
Under such a transfer matrix method, the coefficients k 1i toi of the section i are determined by the constant coefficients given by the lengths of the sections 1 to (i-1) and the curvature D i measured in advance. Since the coefficients are sequentially given, as long as the matrix formed by the coefficients and the boundary condition given by the boundary condition expression have sufficient accuracy, all the coefficients can be surely obtained with high accuracy by repeating similar arithmetic operations. Further, in the present invention, since the error amount due to the variation or fluctuation of the characteristics of the auxiliary strain gauge does not intervene in the process of calculating these coefficients, the error occurs in the process of multiplying the transfer matrix as compared with the conventional example. Is suppressed, and the accuracy is maintained high when the order α and the number n of sections are set large or the length of each section is set small.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。図3は、請求項1ない
し請求項3に記載の発明に対応した実施形態を示す図で
ある。図において、パイプ歪み計31は、アルミパイプ
等の管材32およびその管材32の外周にその管材の軸
心に沿って所定の間隔で貼着された歪みゲージ331
33n-1 から構成され、かつ地中に所定の角度(ここで
は、簡単のため垂直とする。)で一端が地表面に一致す
る状態で埋設される。歪みゲージ331〜33n -1の出力
は何れもスイッチボックス34に設けられた端子盤の一
端に接続され、その端子盤に対向して設けられた他方の
端子盤はそれぞれデータロガー35を介して処理装置3
6の対応する入力に接続される。なお、スイッチボック
ス34では上述した対向する2つの端子盤の間には固定
または可変のジャンパリングが施され、かつ処理装置3
6にはマンマシンインタフェースをとる入出力装置が一
体化される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 1 to 3. In the figure, a pipe strain gauge 31 includes a pipe material 32 such as an aluminum pipe, and strain gauges 33 1 to 33 attached to the outer periphery of the pipe material 32 at predetermined intervals along the axis of the pipe material.
It is composed of 33 n -1 and is buried in the ground at a predetermined angle (here, vertical for simplicity) with one end thereof coinciding with the ground surface. The outputs of the strain gauges 33 1 to 33 n -1 are all connected to one end of a terminal board provided in the switch box 34, and the other terminal board provided opposite to the terminal board is connected via the data logger 35. Processing unit 3
6 connected to the corresponding inputs. In the switch box 34, a fixed or variable jumper ring is provided between the two opposing terminal boards, and the processing device 3
An input / output device having a man-machine interface is integrated with 6.

【0018】また、本実施形態と図1および図2に示す
ブロック図との対応関係については、歪みゲージ331
〜33n-1は歪みゲージ111〜11n-1に対応し、デー
タロガー35および処理装置36は係数算出手段13、
23、変位算出手段15、25およびデータベース21
に対応する。図4は、本実施形態の動作を説明する図で
ある。
Regarding the correspondence between this embodiment and the block diagrams shown in FIGS. 1 and 2, the strain gauge 33 1
.About.33 n-1 correspond to the strain gauges 11 1 to 11 n-1 , and the data logger 35 and the processing device 36 are the coefficient calculating means 13,
23, displacement calculating means 15 and 25, and database 21
Corresponding to FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the present embodiment.

【0019】以下、図3および図4を参照して請求項1
ないし請求項3に記載の発明に対応した本実施形態の動
作を説明する。管材32はパイプ歪み計31が埋設され
た地中で何らかの力が作用するとたわみ、曲率Di は歪
みゲージ331〜33n-1によって計測される。データロ
ガー35はスイッチボックス34を介してこのような曲
率Di を順次歪みゲージ331〜33n-1に対応付けて収
集し、かつ処理装置36はこれらの曲率Di を取り込む
と共に、時系列の順に歪みゲージ331〜33n-1に対応
つけて記録することによりデータベースを生成する。な
お、このようなデータベースについては、簡単のため処
理装置36の内蔵されたハードディスク(図示されな
い。)の記憶領域に生成される。
Hereinafter, referring to FIG. 3 and FIG.
The operation of this embodiment corresponding to the invention described in claim 3 will be described. Tubing 32 and deflection some force in the ground where the pipe strain gauge 31 is embedded acts, curvature D i is measured by the strain gauges 33 1 ~33 n-1. Along with the data logger 35 through the switch box 34 were collected in association with such a curvature D i sequentially strain gauge 33 1 ~33 n-1, and the processing unit 36 takes in these curvatures D i, the time series The strain gauges 33 1 to 33 n-1 are associated with the strain gauges in this order and recorded to generate a database. It should be noted that such a database is generated in a storage area of a hard disk (not shown) in which the processing device 36 is incorporated for simplicity.

【0020】ところで、管材32の軸心に沿って歪みゲ
ージ331〜33n-1が貼着された位置を境界とする区間
におけるその管材の変位yi は、該当する区間の上端を
原点とする軸心方向の座標Xi の多項式(ここでは、α
=5とし、簡単のため区間iに対応した係数ai、bi
i、di、eiおよびfiに対する yi=aii 5+bii 4+cii 3+dii 2+eii+fi ・・・(1) の式であると仮定する。)で近似可能である。
By the way, the displacement y i of the pipe material in the section bounded by the positions where the strain gauges 33 1 to 33 n-1 are attached along the axis of the pipe material 32 is the origin at the upper end of the corresponding section. Polynomial of coordinate X i in the axial direction (here, α
= 5, and for simplification, the coefficients a i , b i corresponding to the section i ,
In the formula of y i = a i X i 5 + b i X i 4 + c i X i 3 + d i X i 2 + e i X i + f i (1) for c i , d i , e i and f i Suppose there is. ) Can be approximated.

【0021】また、このような座標系の下では、傾斜、
曲率、その曲率の変化率(以下では、簡単のため、「せ
ん断力」という。)およびそのせん弾力の変化率(以下
では、簡単のため「外力」という。)はそれぞれXi
1回ないし4回上式(1) を微分した式で近似的に与えら
れる。したがって、これらの区間における変位、傾斜、
曲率、せん断力および外力が互いに隣接する2つの区間
の境界において連続である場合には、区間iの長さLi
に対して aii 5+bii 4+cii 3+dii 2+eii+fi=fi+1 ・・・(2) 5aii 4+4bii 3+3cii 2+2dii+ei=ei+1 ・・・(3) 20aii 3+12bii 2+6cii+2di=2di+1 ・・・(4) 60aii 2+24bii+6ci=6ci+1 ・・・(5) 120aii+24bi=24bi+1 ・・・(6) の各式が成立する。
Under such a coordinate system, the tilt,
The curvature, the rate of change of the curvature (hereinafter, referred to as “shear force” for simplicity) and the rate of change of the elastic force (hereinafter, referred to as “external force” for simplicity) are each once in X i . It is given approximately by a formula obtained by differentiating the above formula (1) four times. Therefore, the displacement, tilt, and
If the curvature, the shear force, and the external force are continuous at the boundary between two sections that are adjacent to each other, the length L i of the section i
For a i L i 5 + b i L i 4 + c i L i 3 + d i L i 2 + e i L i + f i = f i + 1 (2) 5a i L i 4 + 4b i L i 3 + 3c i L i 2 + 2d i L i + e i = e i + 1 ... (3) 20a i L i 3 + 12b i L i 2 + 6c i L i + 2d i = 2d i + 1 ... (4) 60a i L i 2 + 24b i L i + 6c i = 6c i + 1 (5) 120a i L i + 24b i = 24b i + 1 (6)

【0022】さらに、区間iに作用するモーメントMi
は、一般に、その区間の上端に配置された歪みゲージ3
i によって計測される曲げひずみεi と、管材32の
外径2r、ヤング率Eおよび断面二次モーメントIとに
対して Mi=EIεi/r の式で示されるが、その値はXi+1 が「0」である場合
に上式(1) を2回微分して得られる曲率によって Mi=−2di+1EI/{1+(dy/dX)2|Xi+1=0}3/2
/r の式でも示される。しかし、{(dy/dX)2|Xi+1=0}の
項については一般に微小な値となって無視可能であるか
ら、これらの2つの式の下では、 2di+1=−εi/r の式が成立し、その左辺の値2di+1 は、 Di =2di+1 ・・・(7) の式で示されるように、それぞれ歪みゲージ332〜3
n-1によって計測された曲率Di として直ちに与えら
れる。
Further, the moment M i acting on the section i
Is generally a strain gauge 3 located at the top of the section.
The bending strain ε i measured by 3 i , the outer diameter 2r of the pipe 32, the Young's modulus E, and the second moment of area I are expressed by the formula M i = EI ε i / r. When i + 1 is “0”, M i = −2d i + 1 EI / {1+ (dy / dX) 2 | X i + 1 = by the curvature obtained by differentiating the above formula (1) twice. 0} 3/2
It is also shown by the formula of / r. However, since the term of {(dy / dX) 2 | X i + 1 = 0} is generally a small value and can be ignored, under these two expressions, 2d i + 1 = −ε i / expression r is satisfied, the value 2d i + 1 of the left-hand, as represented by the formula D i = 2d i + 1 ··· (7), respectively the strain gauges 33 two or three
Immediately given as the curvature D i measured by 3 n-1 .

【0023】また、上式(4) をai について解いて上式
(2)、(3)、(5)、(6)に代入することによりそのai を消
去し、かつマトリックス表示すると、
The above equation (4) is solved for a i to obtain the above equation
By substituting into (2), (3), (5), and (6) to eliminate the a i , and matrix display,

【数1】 の式が得られる。ただし、これらの要素Ki11〜K
i55は、それぞれ Ki11=1 Ki21=(Di−Di-1)/4Li 2 、Ki22=−2 、Ki23=−1.5/Lii31=(Di−Di-1)/2Li 、Ki32=−2Li 、Ki33=−2 Ki41=(Di+3Di-1)Li/4、Ki42=Li 3、Ki43=1.5Li 2、Ki44=1 Ki51=(Di+9Di-1)Li 2/20、Ki52=0.4Li 4、Ki53=0.7Li 3i54=Li 、Ki55=1 の式で与えられる。
(Equation 1) Is obtained. However, these elements K i11 to K
i55 is K i11 = 1 K i21 = (D i −D i-1 ) / 4L i 2 , K i22 = −2, K i23 = −1.5 / L i K i31 = (D i −D i-1) ) / 2L i , K i32 = -2L i , K i33 = -2 K i41 = (D i + 3D i-1 ) L i / 4, K i42 = L i 3 , K i43 = 1.5L i 2 , K i44 = 1 K i51 = (D i + 9D i-1) L i 2/20, K i52 = 0.4L i 4, K i53 = 0.7L i 3 K i54 = L i, is given by the equation K i55 = 1.

【0024】さらに、伝達マトリクス法が適用された場
合には、上式(8) にiの値として「1」ないし「n−
1」を適用して得られる(n−1)本の式を合成すると係
数bn、cn、en、fnは、 bn=SK21+SK221+SK231+SK241+SK251 ・・・(9) cn=SK31+SK321+SK331+SK341+SK351n=SK41+SK421+SK431+SK441+SK451n=SK51+SK521+SK531+SK541+SK551 の各式で示されるように、b1、c1、e1、f1の関数と
して与えられる。ただし、SK21〜SK55については、
上式(8) において要素Ki11〜Ki55を含んでなるマトリ
クス[Ki] に対して [SK]=[Kn-1]・・・[K2][K1] の式で定義される合成マトリクスの要素を示し、かつ何
れについても第一の添え番号と第二の添え番号とはその
合成マトリクスの行番号と列番号とを示す。
Further, when the transfer matrix method is applied, the value of i in the above equation (8) is "1" to "n-".
Obtained by applying the 1 "(n-1) factor when this formula is synthesized b n, c n, e n , f n is, b n = SK 21 + SK 22 b 1 + SK 23 c 1 + SK 24 e 1 + SK 25 f 1 ··· (9 ) c n = SK 31 + SK 32 b 1 + SK 33 c 1 + SK 34 e 1 + SK 35 f 1 e n = SK 41 + SK 42 b 1 + SK 43 c 1 + SK 44 e 1 + SK 45 f 1 f n = SK 51 + SK 52 b 1 + SK 53 c 1 + SK 54 e 1 + SK 55 f 1 are given as functions of b 1 , c 1 , e 1 , and f 1 as shown in the equations. However, for SK 21 to SK 55 ,
For the matrix [K i ] including the elements K i11 to K i55 in the above formula (8), it is defined by the formula of [SK] = [K n-1 ] ... [K 2 ] [K 1 ]. Elements of the composite matrix, and the first and second subscripts in each case indicate the row number and the column number of the composite matrix.

【0025】以下、管材32の両端にかかわる境界条件
の下で成立する関係式について説明する。管材32の一
端における変位y0 、傾斜、曲率、せん断力について
は、それぞれ上式(1) を順次微分して添え番号iとして
「0」を適用すると共に、Xi=0の式を代入すること
によって得られるので、 f1=y0 ・・・(10) の式が成立し、かつこれらの傾斜、曲率、せん断力がそ
れぞれ「0」である場合には、 e1=0 ・・・(11) d1=0 ・・・(12) c1=0 ・・・(13) の各式が成立する。
The relational expressions that are satisfied under the boundary conditions relating to both ends of the pipe 32 will be described below. Regarding displacement y 0 , inclination, curvature, and shear force at one end of the pipe member 32, the above equation (1) is sequentially differentiated and “0” is applied as the subscript i, and the equation of X i = 0 is substituted. Therefore, when the formula of f 1 = y 0 (10) is satisfied and these inclinations, curvatures, and shear forces are “0”, e 1 = 0. (11) d 1 = 0 ... (12) c 1 = 0 ... (13)

【0026】また、管材32の他端における変位、傾
斜、曲率、せん断力については、それぞれ上式(1) を順
次微分して添え番号iとして「n」を適用すると共に、
i としてその他端を含む区間の長さLn を代入するこ
とによって得られる。したがって、このような他端にお
ける変位、傾斜、曲率、せん断力がそれぞれ「0」であ
る場合には、 ann 5+bnn 4+cnn 3+dnn 2+enn+fn=0 ・・・(14) 5ann 4+4bnn 3+3cnn 2+2dnn+en=0 ・・・(15) 20ann 3+12bnn 2+6cnn+2dn=0 ・・・(16) 60ann 2+24bnn+6cn=0 ・・・(17) の各式が成立する。
Regarding the displacement, inclination, curvature, and shearing force at the other end of the pipe 32, the above equation (1) is sequentially differentiated, and "n" is applied as a subscript i,
It is obtained by substituting the length L n of the section including the other end as X i . Therefore, the displacement in such other end, if inclined, the curvature, the shear force are each "0", a n L n 5 + b n L n 4 + c n L n 3 + d n L n 2 + e n L n + f n = 0 ... (14) 5a n L n 4 + 4b n L n 3 + 3c n L n 2 + 2d n L n + e n = 0 (15) 20a n L n 3 + 12b n L n 2 + 6c n L n + 2d n = 0 (16) 60a n L n 2 + 24b n L n + 6c n = 0 (17)

【0027】処理装置36は、上述したデータベースの
生成を完了すると、そのデータベースに記録された曲率
i を参照しつつ予め設定された境界条件(ここでは、
簡単のため、管材32の一端における変位、曲率および
せん断力がそれぞれy0 、「0」、「0」であり、かつ
他端における変位、曲率およびせん断力が何れも「0」
である。)に基づいて以下の手順〜に示す算術演算
を行う。
When the processor 36 completes the generation of the above-mentioned database, the boundary condition set in advance (here, by referring to the curvature D i recorded in the database).
For simplicity, the displacement, curvature and shear force at one end of the pipe 32 are y 0 , “0” and “0” respectively, and the displacement, curvature and shear force at the other end are all “0”.
It is. ), The following arithmetic operations are performed.

【0028】上述した境界条件の下では、上式(10)、(1
2)〜(14)、(16)、(17)が成立する。しかし、式(14)、(1
6)、(17)には、上式(9) に含まれないan、dnの項が含
まれるので、例えば、式(17)をan について解いて得ら
れる an=−(24bnn+6cn)/60Ln 2 ・・・(18) の式と上式(7) とを式(14)、(16) に代入してこれらの項
を消去し、かつbn、cn、en、fnについて整理するこ
とにより得られる 3Ln 4n/5+9Ln 3n/10+Dnn 2/2+enn+fn=0 ・・・(14′ ) 4Ln 2n+4Lnn+Dn=0 ・・・(16′) の各式に上式(9) を代入することにより、式(14′)、(1
6′) に対応したb1、c1、e1、f1の一次式(ここで
は、簡単のため、表記を省略する。)が2本得られる。
Under the above boundary conditions, the above equations (10) and (1
2) to (14), (16), and (17) are established. However, equations (14), (1
6), (a 17), not included in the above equation (9) a n, because it contains the term of d n, for example, a n = obtained equation (17) is solved for a n - (24b n L n + 6c n ) / 60L n 2 (18) and the above expression (7) are substituted into expressions (14) and (16) to eliminate these terms, and b n and c n, e n, 3L n 4 is obtained by organizing the f n b n / 5 + 9L n 3 c n / 10 + D n L n 2/2 + e n L n + f n = 0 ··· (14 ') 4L n 2 b n + 4L n c n + D n = 0 (16 ′) is substituted into each of the above equations (9) to obtain equations (14 ′), (1
Two linear expressions of b 1 , c 1 , e 1 and f 1 (not shown here for simplicity) are obtained corresponding to 6 ′).

【0029】処理装置36は、まずc1、f1の値につい
ては、上述したように境界条件の下で成立する上式(1
3)、(10) に基づいて既知の値として求める()。ま
た、処理装置36は、このようにして求められたc1
1の値を上述した2本の一次式に代入することにより
1、e1にかかわる連立方程式を生成してその連立方式
を解き、b1、e1の値を求める()。
First, the processing unit 36 calculates the values of c 1 and f 1 by the above equation (1) which is satisfied under the boundary condition as described above.
Obtained as a known value based on 3) and (10) (). Further, the processing device 36 determines the c 1 , thus obtained,
By substituting the value of f 1 into the two linear equations described above, a simultaneous equation involving b 1 and e 1 is generated, the simultaneous system is solved, and the values of b 1 and e 1 are obtained ().

【0030】さらに、処理装置36は、上式(4) に上式
(7) が代入されてなる 20aii 3+12bii 2+6cii+2di=Di ・・・(19) の式をnの値が「1」である場合におけるa1 について
解くことによって得られる a1=(D1−(12b11 2+6c11+2d1))/20L1 3 ・・・(4′) の式に、上述したように先行して求められたb1、c1
1(=0) を代入することによりa1 の値を求める
()。
Further, the processing device 36 has the above equation (4).
20a i L i 3 + 12b i L i 2 + 6c i L i + 2d i = D i (19) is obtained by substituting (7) for a 1 when the value of n is “1” obtained by solving a 1 = - in formula (D 1 (12b 1 L 1 2 + 6c 1 L 1 + 2d 1)) / 20L 1 3 ··· (4 '), determined in the preceding as described above B 1 , c 1 ,
The value of a 1 is obtained by substituting d 1 (= 0) ().

【0031】また、処理装置36は、d2〜dnについて
は、上式(7) に示すように、歪みゲージ331〜33n-1
によって個別に実測された曲率の値D1〜Dnを「2」で
除することにより順次求める()。さらに、処理装置
36は、このようにして求められたb1、c1、e1、f1
の値をnの代わりにiで示した式(9) に代入することに
より、添え番号iが「2」ないし「n」となる各区間に
ついて順次bi、ci、ei、fiの値を求める()。
Further, processor 36, for d 2 to d n, as shown in the above equation (7), strain gauges 33 1 ~33 n-1
The curvature values D 1 to D n individually measured by are divided by “2” to sequentially obtain (). Further, the processing unit 36 uses the b 1 , c 1 , e 1 , and f 1 thus obtained.
By substituting the value of n into the equation (9) shown by i instead of n, b i , c i , e i , and f i of the sections in which the subscript i is “2” to “n” are sequentially calculated. Find the value ().

【0032】また、処理装置36は、上式(19)をai
ついて解くことにより得られる ai=(Di−(12bii 2+6cii+2di))/20Li 3 ・・・(4″) の式に、先行して求められたbi、ci、di の値および
実測値Di を順次代入することにより、添え番号iが
「2」ないし「n」となる各区間についてai の値を求
める()。
Further, the processing device 36 obtains by solving the above equation (19) for a i : a i = (D i − (12 b i L i 2 + 6c i L i + 2d i )) / 20L i 3 · By sequentially substituting the values of b i , c i , and d i obtained in advance and the actual measurement value D i into the equation (4 ″), the subscript i becomes “2” to “n”. Then, the value of a i is calculated for each section ().

【0033】さらに、処理装置36は、このようにして
歪みゲージ331〜33n-1が個別に貼着された区間i
(=1〜n)についてai、bi、ci、di、ei、fi
値を求めると、これらの値を上式(1) に代入すると共
に、その式にXi として該当する区間における長さを代
入することにより変位を求める()。このように本実
施形態によれば、従来例のように補助歪みゲージを設け
ることなく管材32の両端について高い確度で実測され
あるいは設定される値の組み合わせからなる境界条件に
基づいて、その管材に生じる変位とその変位の軸心に沿
った分布とが効率的にかつ精度よく求められる。
Further, in the processing device 36, the section i in which the strain gauges 33 1 to 33 n-1 are individually attached in this way is described.
When the values of a i , b i , c i , d i , e i , and f i are obtained for (= 1 to n), these values are substituted into the above equation (1) and X i is set in the equation. The displacement is obtained by substituting the length in the corresponding section (). As described above, according to the present embodiment, the pipe material is not provided with the auxiliary strain gauge as in the conventional example, and the pipe material 32 is measured on the both ends of the pipe material 32 with high accuracy based on the boundary condition formed of a combination of the values. The generated displacement and the distribution of the displacement along the axis are efficiently and accurately obtained.

【0034】なお、上述した実施形態では、管材32の
一端における変位、傾斜、曲率、せん断力などが境界条
件として設定されているが、その変位の値については、
所望の精度が確保されるならば如何なる方法で求められ
てもよく、例えば、経時と共に変化し得る場合には図3
に点線で示すように専用の変位計測装置を適用して実測
し、このような変化がなくかつ値が理論的に求められる
場合にはその値を適用してもよい。
In the above embodiment, the displacement, inclination, curvature, shearing force, etc. at one end of the pipe 32 are set as boundary conditions.
It may be obtained by any method as long as the desired accuracy is ensured. For example, in the case where it can change with time, FIG.
Alternatively, as shown by the dotted line, a dedicated displacement measuring device may be applied for actual measurement, and if there is no such change and the value can be theoretically obtained, the value may be applied.

【0035】また、上述した実施形態では、処理装置3
6は、歪みゲージ331〜33n-1によって計測された曲
率Di をスイッチボックス34を介して取り込んで蓄積
しているが、本発明はこのような構成に限定されず、例
えば、処理装置36の処理能力が十分に高い場合には、
その処理装置がこれらの曲率を直接取り込んで実時間で
上述した手順〜に示す算術演算を行ってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the processing device 3
6 captures and stores the curvature D i measured by the strain gauges 33 1 to 33 n-1 through the switch box 34, the present invention is not limited to such a configuration, and, for example, a processing device. If the processing power of 36 is high enough,
The processor may directly take in these curvatures and perform the arithmetic operations shown in steps 1 to 3 above in real time.

【0036】さらに、このようなリアルタイムの算術演
算が要求される場合には、例えば、処理装置36として
所望の演算精度が得られる演算ユニット等のコプロセッ
サを備えた処理装置を適用したり、その算術演算の過程
の一部あるいは全てについて、境界条件や先行する演算
の結果得られる変数が取り得る値に対応して予め求めら
れた演算結果をその変数に対応付けて格納するテーブル
を備え、そのテーブルを適宜参照することにより演算処
理時間の短縮をはかってもよい。
Further, in the case where such real-time arithmetic operation is required, for example, as the processing device 36, a processing device including a coprocessor such as an arithmetic unit that can obtain a desired arithmetic precision is applied, or For a part or all of the arithmetic operation process, a table is provided that stores the operation result obtained in advance corresponding to the boundary condition or the value obtained by the variable obtained as the result of the preceding operation in association with the variable. The calculation processing time may be shortened by appropriately referring to the table.

【0037】また、上述した実施形態では、管材32の
両端における変位、曲率およびせん断力で与えられる境
界条件が適用されているが、本発明はこのような境界条
件に限定されず、その両端における変位、傾斜、曲率お
よびせん断力の内、上式(1)に示される係数ai、bi
i、di、ei、fiの数「6」に等しい6個の組み合わ
せが精度よく定数として与えられるならば、如何なる組
み合わせからなる境界条件を適用してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the boundary condition given by the displacement, the curvature and the shearing force at both ends of the pipe 32 is applied, but the present invention is not limited to such boundary condition, and the both ends thereof are not limited. Among the displacement, inclination, curvature and shear force, the coefficients a i , b i shown in the above equation (1),
Boundary conditions of any combination may be applied as long as six combinations equal to the number “6” of c i , d i , e i , and f i are accurately given as constants.

【0038】さらに、このような境界条件が適用された
場合における算術演算の手順については、上式(10)〜(1
7)の内、その境界条件に含まれる項目に対応した6本の
式を特定して係数an を消去すると共に、式(9) を代入
することにより得られる連立方程式を解いて係数b1
1、e1、f1およびa1 を求めることは、特定された
式の数とこれらの求めるべき係数の数とが同じであるか
ら同様にして可能である。
Further, regarding the procedure of the arithmetic operation when such a boundary condition is applied, the above equations (10) to (1
Among 7), six equations corresponding to the items included in the boundary condition are specified to eliminate the coefficient a n, and the simultaneous equations obtained by substituting the equation (9) are solved to obtain the coefficient b 1 ,
The determination of c 1 , e 1 , f 1 and a 1 is possible in the same way because the number of specified equations and the number of coefficients to be determined are the same.

【0039】また、i=2〜nについてbi、ci
i、fiおよびai を求める手順については、上述した
係数b1、c1、e1、f1、a1 およびd1 が一旦求めら
れた後には境界条件の如何にかかわらず、これらの値が
上式(8) に代入され、かつ上式(4″) が適用される点
で同じであるから、ここではその説明を省略する。さら
に、上述した実施形態では、上式(1) に示すように変位
i がXi の5次式で与えられているが、本発明はこの
ような5次式に限定されず、例えば、境界条件が管材3
2の両端における変位、傾斜、曲率およびせん断力の
内、任意の7個あるいは8個の組み合わせで与えられる
場合には、伝達マトリクスの乗算の過程で生じる誤差が
許容可能な程度に小さい限り、それぞれXi の6次式あ
るいは7次式で与えられてもよい。なお、このような場
合における上式(1)〜(6)、(14)〜(17)については次数の
増加に適応した拡張をはかることにより容易に得られ、
かつ上式(10)〜(13)、(14)〜(17)についてもこれらの
内、境界条件に含まれる項目に対応したものを適宜選択
して適用することが可能である。
For i = 2 to n, b i , c i ,
Regarding the procedure for obtaining e i , f i, and a i , once the above-mentioned coefficients b 1 , c 1 , e 1 , f 1 , a 1, and d 1 have been obtained, regardless of boundary conditions, Since the value of is substituted into the above equation (8) and the above equation (4 ″) is applied, the description thereof will be omitted here. Further, in the above-described embodiment, the above equation (1 ), The displacement y i is given by a quintic equation of X i , but the present invention is not limited to such a quintic equation.
When given as a combination of arbitrary 7 or 8 displacements, inclinations, curvatures and shear forces at both ends of 2, as long as the error occurring in the process of multiplication of the transfer matrix is acceptably small, It may be given by a 6th order expression or a 7th order expression of X i . It should be noted that the above formulas (1) to (6) and (14) to (17) in such a case can be easily obtained by applying an expansion adapted to the increase of the order,
Moreover, regarding the above formulas (10) to (13) and (14) to (17), those corresponding to the items included in the boundary conditions can be appropriately selected and applied.

【0040】また、上述した実施形態では、補助の歪み
ゲージが用いられていないが、例えば、変位yi がXi
の9次以上の多項式で示される場合には、伝達マトリク
スの演算の過程で生じる誤差が許容可能な程度に抑えら
れるならば、従来例と同様にして管材32の両端を含む
区間の一方あるいは双方に補助歪みゲージを設けること
により、その多項式の係数に等しい数の式を確保するこ
ともできる。
In the above-described embodiment, although the auxiliary strain gauge is not used, for example, the displacement y i is X i.
In the case of using a polynomial of 9th order or higher, if one or both of the sections including both ends of the pipe 32 are provided in the same manner as in the conventional example, if the error generated in the process of calculation of the transfer matrix is suppressed to an acceptable level. By providing an auxiliary strain gauge at, it is possible to ensure a number of equations equal to the coefficients of the polynomial.

【0041】さらに、上述した実施形態では、伝達マト
リクス法が適用されているが、例えば、iの値(=1〜
n)に個別に対応した上式(1)〜(7)と境界条件を示す式
(上式(10)〜(13)、(14)〜(17)の組み合わせからな
る。)とからなる連立方程式を直接解く演算を行うこと
もできる。また、上述した実施形態では、求められた係
数ai、bi、ci、di、ei、fiの下で上式(1) に示す
算術演算を行って得られた変位yi については何ら処理
が施されていないが、本発明はこのような構成に限定さ
れず、例えば、長体である管材32が図5(a)〜(d)に示
すように地滑り、山止め、トンネル地山、盛り土等の変
位の検出や監視を目的として適用される場合には、その
変位yi やこれらの係数の下で算出される傾斜につい
て、予め許容可能な上限値として設定された閾値との大
小関係を判別したり、時系列に沿った変化率について同
様にして設定された閾値との大小関係を判別する処理を
併せて行ってもよい。
Further, although the transfer matrix method is applied in the above-described embodiment, for example, the value of i (= 1 to 1)
n)) corresponding to the above equations (1) to (7) and the boundary condition equations (combinations of the above equations (10) to (13) and (14) to (17)). It is also possible to perform an operation that directly solves the equation. Further, in the above embodiment, coefficients obtained a i, b i, c i , d i, e i, the displacement obtained by performing the arithmetic operation shown in the above equation (1) under f i y i However, the present invention is not limited to such a structure. For example, as shown in FIGS. When applied for the purpose of detecting or monitoring the displacement of a tunnel ground, embankment, etc., the displacement y i and the slope calculated under these coefficients are set as thresholds that are set as allowable upper limit values in advance. It is also possible to perform a process of discriminating the magnitude relationship between the above and the above, and a process of discriminating the magnitude relationship between the rate of change along the time series and the threshold value similarly set.

【0042】さらに、上述した実施形態では、長体であ
る管材32としてアルミパイプが用いられているが、本
発明はこのような管材に限定されず、歪みゲージを貼着
することが可能であって曲率の計測精度が十分に得られ
る断面形状(例えば、多角形、円形、楕円)を有する部
材であれば、鉄棒、鉄板のような中実体やステンレス、
塩化ビニール等で形成された管材を適用することもでき
る。
Further, in the above-described embodiment, an aluminum pipe is used as the elongated pipe member 32, but the present invention is not limited to such a pipe member, and a strain gauge can be attached. If the member has a cross-sectional shape (for example, a polygon, a circle, an ellipse) for which sufficient curvature measurement accuracy is obtained, a solid body such as a steel bar or a steel plate or stainless steel,
It is also possible to apply a pipe material formed of vinyl chloride or the like.

【0043】[0043]

【発明の効果】上述したように請求項1、2に記載の発
明では、外力に起因する誤差が生じ難い長体の両端にお
ける変位、傾斜、曲率およびせん断力の内、これらの区
間の変位を与える多項式の次数αに等しい数の任意の項
目について境界条件を設定することにより、各区間の変
位は、従来例のように境界以外の位置に付加された補助
の歪みゲージから得られた曲率に対して複雑かつ特異な
算術演算を行うことなく求められる。
As described above, according to the first and second aspects of the invention, the displacement of these sections among the displacement, inclination, curvature and shearing force at both ends of the elongated body in which an error due to an external force is unlikely to occur is determined. By setting the boundary condition for an arbitrary number of items equal to the degree α of the polynomial given, the displacement of each section is set to the curvature obtained from the auxiliary strain gauge added to the position other than the boundary as in the conventional example. On the other hand, it is required without complicated and peculiar arithmetic operations.

【0044】また、請求項3に記載の発明にかかわる長
体変位計測装置では、伝達マトリクス法の下で境界条件
式に基づいて係数k11〜kα1が先行して求められ、か
つこれらの係数の一次結合式に基づいて後続する各区間
iの係数k1i〜kαiが順次算出されるので、これらの
境界条件式で与えられる境界条件および各区間の長さの
精度が十分に高い限り、同様の算術演算を反復すること
によって全ての係数は確実に精度高く算出される。さら
に、本発明では、補助の歪みゲージの特性のバラツキや
変動等に起因する誤差分はこれらの係数の算出の過程に
介在し得ないないので、従来例に比べて区間の数nが大
きく設定されても伝達マトリクスの乗算に伴う誤差の発
生が抑圧され、精度が高く維持される。
In the long body displacement measuring apparatus according to the third aspect of the present invention, the coefficients k 11 to1 are obtained in advance based on the boundary condition formula under the transfer matrix method, and these coefficients are also obtained. since the coefficient k 1i ~kα i of each interval i the subsequent based on the linear combination expression are sequentially calculated, as long as a high enough their length accuracy of a given boundary conditions and each section at the boundary condition, By repeating the same arithmetic operation, all the coefficients are surely calculated with high accuracy. Furthermore, in the present invention, since the error amount due to the variation or fluctuation of the characteristics of the auxiliary strain gauge cannot be included in the process of calculating these coefficients, the number n of sections is set to be larger than that in the conventional example. Even if this is done, the occurrence of errors due to multiplication of the transfer matrix is suppressed, and the accuracy is maintained high.

【0045】すなわち、ハードウエアの構成や演算手順
の簡略化がはかられると共に、長体に生じた変位および
その変位の分布が精度よく得られるので、これらの発明
が適用された長体変位計測装置では、低廉化がはかられ
て応答性や実時間性がはかられ、かつ信頼性が高められ
る。
That is, since the hardware configuration and the calculation procedure can be simplified, and the displacement occurring in the elongated body and the distribution of the displacement can be accurately obtained, the displacement measurement of the elongated body to which these inventions are applied. In the device, cost reduction can be achieved, responsiveness and real-time performance can be achieved, and reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】請求項1、3に記載の発明の原理ブロック図で
ある。
FIG. 1 is a block diagram of the principle of the invention described in claims 1 and 3.

【図2】請求項2、3に記載の発明の原理ブロック図で
ある。
FIG. 2 is a principle block diagram of the invention according to claims 2 and 3;

【図3】請求項1ないし請求項3に記載の発明に対応し
た実施形態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment corresponding to the invention described in claims 1 to 3.

【図4】本実施形態の動作を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the present embodiment.

【図5】本実施形態の適用例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an application example of the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 歪みゲージ 13,23 係数算出手段 15,25 変位算出手段 21 データベース 31 パイプ歪み計 32 管材 33 歪みゲージ 34 スイッチボックス 35 データロガー 36 処理装置 11 Strain gauge 13,23 Coefficient calculation means 15,25 Displacement calculation means 21 Database 31 Pipe strain gauge 32 Tubular material 33 Strain gauge 34 Switch box 35 Data logger 36 Processing device

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 長さが太さより大きい中空体あるいは中
実体からなる長体の外周もしくは内周にその長体の軸心
に沿って形成された複数nの区間i(=0〜(n-1))の境界
に個別に貼着され、これらの区間の境界における曲率D
i を計測する歪みゲージ111〜11(n-1)と、 前記複数の区間について、一端を原点とする軸方向の座
標Xn と最大値が「5」、「6」、「7」の何れかであ
る次数αとに対して多項式yi=Σkαiiαで与えら
れる変位yi に併せて、その多項式の1次乃至(α-1)次
の導関数でそれぞれ与えられる式の値が何れも境界にお
いて連続であることを区間の長さLi の下で示す複数の
連続式yi={yi+1|Xi+1=0}、dyi/dXi={(dyi+1/dXi+1)
|Xi+1=0}、…、dα-1yi/dXiα-1={(dα-1yi+1/dXi+1
α-1)|Xi+1=0} と、これらの区間の最も外側に位置す
る2つの区間の端部であって隣接する区間の反対側に位
置する各一端についてこれらの多項式と導関数とで与え
られる変位、傾斜、曲率、その曲率の変化率の内、予め
決められた(α+1)個の組み合わせを既知の値で示す境界
条件式とからなる係数kαiの連立方程式に、前記複数
の歪みゲージ111〜11(n-1)によって個別に計測され
た曲率Di の半値をk2(i+1)として代入してその連立方
程式を解き、これらの係数を求める係数算出手段13
と、 前記k2(i+1)の値と前記係数算出手段13によって算出
された係数kαiとを前記多項式に適用し、前記区間i
の変位yi を個別に求める変位算出手段15とを備えた
ことを特徴とする長体変位計測装置。
1. A plurality of sections i (= 0 to (n-which are formed in the outer circumference or inner circumference of a hollow body having a length larger than the thickness or a solid body) along the axial center of the long body. The curvature D at the boundary of these sections is attached individually to the boundary of 1)).
Strain gauges 11 1 to 11 (n-1) that measure i, and coordinate values X n in the axial direction with one end as the origin and maximum values of “5”, “6”, and “7” for the plurality of sections. In addition to the displacement y i given by the polynomial y i = Σkα i X i α with respect to any degree α, the equations given by the first-order to (α-1) -th order derivatives of the polynomial A plurality of continuous expressions y i = {y i + 1 | X i + 1 = 0}, dy i / dX i = {(, which indicate that all values are continuous at the boundary, under the length L i of the interval. dy i + 1 / dX i + 1 )
│X i + 1 = 0}, ..., dα -1 y i / dX i α -1 = {(dα -1 y i + 1 / dX i + 1
α -1 ) | X i + 1 = 0} and these polynomials and their derivatives for each end of the two outermost sections that are on the opposite side of the adjacent section Among the displacements, inclinations, curvatures, and rates of change of the curvatures given by and, in the simultaneous equations of the coefficient kα i consisting of a boundary condition expression that shows a predetermined value of (α + 1) combinations, The half value of the curvature D i individually measured by the plurality of strain gauges 11 1 to 11 (n-1) is substituted as k 2 (i + 1) , the simultaneous equations are solved, and the coefficients are calculated. Means 13
And the value of k 2 (i + 1) and the coefficient kα i calculated by the coefficient calculating means 13 are applied to the polynomial, and the section i
And a displacement calculating means 15 for individually calculating the displacement y i of the elongated body displacement measuring device.
【請求項2】 長さが太さより大きい中空体あるいは中
実体からなる長体の外周もしくは内周にその長体の軸心
に沿って形成された複数nの区間i(=0〜(n-1))の境界
について、予め個別に計測された曲率Di が登録された
データベース21と、 前記複数の区間について、一端を原点とする軸方向の座
標Xn と最大値が「5」、「6」、「7」の何れかであ
る次数αとに対して多項式yi=Σkαiiαで与えら
れる変位yi に併せて、その多項式の1次乃至(α-1)次
の導関数でそれぞれ与えられる式の値が何れも境界にお
いて連続であることを区間の長さLi の下で示す複数の
連続式yi={yi+1|Xi+1=0}、dyi/dXi={(dyi+1/dXi+1)
|Xi+1=0}、…、dα-1yi/dXiα-1={(dα-1yi+1/dXi+1
α-1)|Xi+1=0} と、これらの区間の最も外側に位置す
る2つの区間の端部であって隣接する区間の反対側に位
置する各一端についてこれらの多項式と導関数とで与え
られる変位、傾斜、曲率、その曲率の変化率の内、予め
決められた(α+1)個の組み合わせを既知の値で示す境界
条件式とからなる係数kαiの連立方程式に、前記デー
タベース21に登録された曲率Di の半値をk2(i+1)
して代入してその連立方程式を解き、これらの係数を求
める係数算出手段23と、 前記k2(i+1)の値と前記係数算出手段23によって算出
された係数kαiとを前記多項式に適用し、前記区間i
の変位yi を個別に求める変位算出手段25とを備えた
ことを特徴とする長体変位計測装置。
2. A plurality of n sections i (= 0 to (n-which are formed along the axis of the elongated body on the outer or inner circumference of the elongated body composed of a hollow body or solid body having a length larger than the thickness). Regarding the boundary of 1)), the database 21 in which the curvatures D i measured individually beforehand are registered, and the coordinate X n in the axial direction with one end as the origin and the maximum value of “5”, “ 6 ”or“ 7 ”and the displacement y i given by the polynomial y i = Σkα i X i α with respect to the degree α and the derivative of the first to (α−1) th order of the polynomial. A plurality of continuous expressions y i = {y i + 1 │X i + 1 = 0}, dy indicating that the values of the expressions given by the functions are continuous at the boundary under the interval length L i i / dX i = ((dy i + 1 / dX i + 1 )
│X i + 1 = 0}, ..., dα -1 y i / dX i α -1 = {(dα -1 y i + 1 / dX i + 1
α -1 ) | X i + 1 = 0} and their polynomials and their derivatives for each end of the two outermost sections that are opposite to the adjacent section Among the displacements, inclinations, curvatures, and rates of change of the curvatures given by and, in the simultaneous equations of the coefficient kα i consisting of a boundary condition expression that shows a predetermined value of (α + 1) combinations, The half value of the curvature D i registered in the database 21 is substituted as k 2 (i + 1) to solve the simultaneous equations, and coefficient calculating means 23 for obtaining these coefficients, and k 2 (i + 1) The value and the coefficient kα i calculated by the coefficient calculating means 23 are applied to the polynomial to obtain the section i
And a displacement calculating means 25 for individually calculating the displacement y i of the elongated body displacement measuring device.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の長体変
位計測装置において、 係数算出手段は、 連立方程式の解法として、iがとり得る全ての値につい
てk2(i+1)を除く係数kαiの何れか1つを連続条件式
から消去して伝達マトリクス法を適用することを特徴と
する長体変位計測装置。
3. The long body displacement measuring device according to claim 1 or 2, wherein the coefficient calculating means excludes k 2 (i + 1) for all possible values of i as a solution of the simultaneous equations. An elongated body displacement measuring apparatus, characterized in that any one of the coefficients kα i is deleted from the continuous conditional expression and the transfer matrix method is applied.
JP26577395A 1995-10-13 1995-10-13 Instrument for measuring displacement of long object Pending JPH09113250A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100654688B1 (en) * 2005-02-17 2006-12-08 (주)에이티맥스 Apparatus for observation of incline

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