JPH1019565A - 傾斜観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 傾斜角度の観測・測定範囲を広くすることが
可能な比較的広いダイナミックレンジを有し、しかも比
較的簡単な構成で傾斜の測定を高感度に行なうことが出
来るようにする。 【解決手段】 被測定台１の上面に設置される設置台３
と、設置台に枢軸６及び微動昇降機構７を介して連結さ
れる水平支持板４と、傾斜検出器５を備え、微動昇降機
構７はサーボモーター８で回転する回転軸７１を備える
と共に回転軸の回転により水平支持板４を上下方向に微
動させ傾斜検出器５の電気出力に基づいてサーボモータ
ードライバー９を介してサーボモーター８を駆動させ水
平支持板を常に水平に保持する作動閉ループを構成し、
微動昇降機構の回転軸又はサーボモーターの回転軸の回
転角度を検出するロータリーエンコーダー１０の出力で
被測定台１の傾斜角度信号として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地震予知に関連し
て地殻の傾斜変動を観測したり、或いは建築物・土木構
造物の管理上の点から建築・土木構造物の傾斜変化を観
測するなど、傾斜変化を長期的に観測するのに適した傾
斜観測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】傾斜変化を長期的に観測する場合には、
スケールオーバーを生じない範囲で傾斜角度の観測範囲
が広くなくてはならないと同時に、有効なデーターを得
るためには検出感度が高くなくてはならない。

【０００３】そこで仮に、傾斜計の測定範囲を、スケー
ルオーバーを考慮して広く、例えば１°とし、検出感度
を例えば地殻の傾斜観測に必要とされる値である０．０
１″とした場合、その比すなわちダイナミックレンジ
は、１×６０×６０／０．０１＝３６００００となり、
比較的広い測定範囲が要求される。

【０００４】他方、観測を長期的に行なうには、自動化
などの観点から電気的出力を有する傾斜計を用いること
が望ましいが、電気的出力を有する従来の傾斜計のダイ
ナミックレンジはせいぜい１０００程度であり、しかも
傾斜角度の検出感度が高いと長期的変化によるスケール
オーバーを生じやすく、測定範囲が広いと有効なデータ
ーを得ることができない等の問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な従来
の不具合に鑑みてなされたものであり、傾斜角度の観測
・測定範囲を広くすることが可能な比較的広いダイナミ
ックレンジを有し、その結果長期観測を行なってもスケ
ールオーバーを生じる恐れがなく、しかも比較的簡単な
構成でもって傾斜の測定を高感度に行なうことが出来る
傾斜観測装置を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】斯る目的を達成する本発
明の傾斜観測装置は、被測定台の上面に設置される設置
台と、該設置台に一端側が枢軸を介して連結され他端側
が微動昇降機構を介して連結される水平支持板と、該水
平支持板上面に設置され当該水平支持板の傾斜角度に比
例した電気信号を出力する傾斜検出器を備え、微動昇降
機構はサーボモーターで回転する回転軸を備えると共に
該回転軸の回転により水平支持板を上下方向に微動させ
るように構成され、上記傾斜検出器の電気出力に基づい
てサーボモータードライバーを介して微動昇降機構のサ
ーボモーターを駆動させることにより水平支持板を常に
水平に保持する作動閉ループを構成せしめ、前記微動昇
降機構の回転軸又はサーボモーターの回転軸の回転角度
を検出するロータリーエンコーダーの出力をもって被測
定台の傾斜角度信号として出力するように構成した事を
特徴としたものである。

【０００７】この際、前記微動昇降機構は、ほぼ中央を
境にピッチの異なる２種類の雄ネジを上下に形成しサー
ボモーターで回転する回転軸を有すると共に、前記水平
支持板に固着されて上記回転軸の一方の雄ネジに螺合す
る雌ネジと、前記設置台に固着されて上記回転軸の他方
の雄ネジに螺合する雌ネジとを有し、上記回転軸の回転
に伴う上記両雌ネジの差動的移動によって前記水平支持
板を上下方向に微動させるように構成されていることが
好ましい。

【０００８】ここで、被測定台とは、本傾斜観測装置を
設置するための強固で安定したほぼ水平な床状或いは台
状に形成された、地殻や建築・土木構造物等の観測測定
対象面（場所）を言う。また、本傾斜観測装置は、長期
間にわたる僅かな傾斜角度の変化、具体的には秒単位の
角度以下の変化の傾斜角度を検出することを対象とし、
測定範囲も比較的広いとはいえ最大１°程度である。従
って、本傾斜観測装置を設置するための被測定台は、予
め傾斜が１°程度以内のほぼ水平に形成する必要があ
る。

【０００９】また、本発明に用いる傾斜検出器として
は、例えば図５に示したような傾斜角度に比例した電気
信号を出力するものであれば、従来から知られている気
泡式のものや振り子式、又は液面式、或いは光学式など
いずれの方式のものでも良く、０．１″〜０．０１″程
度以下の微少な傾斜角度が検出できる高感度のものが好
ましい。

【００１０】

【作用】平常時にあっては、水平支持板が水平に保持さ
れているので、傾斜検出器の電気出力はなく、従って微
動昇降機構は動作しない。そして、被測定台が傾斜する
と、設置台及び水平支持板が被測定台の傾斜角度と同じ
角度傾斜し、傾斜検出器から水平支持板の傾斜角度に比
例した電気信号が出力される。すると、その電気出力に
基づいてサーボモータードライバーを介してサーボモー
ターが駆動し、微動昇降機構の回転軸が回転して水平支
持板を水平に戻すべく動作し、水平支持板が水平に戻さ
れる。その結果、傾斜検出器の電気出力が０になって、
微動昇降機構の動きが停止する。この時、上記微動昇降
機構の回転軸又は上記サーボモーターの回転軸の回転角
度をロータリーエンコーダーで検出することにより、被
測定台の傾斜角度を表示・観測することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明に係る傾斜観測装置の
原理図であり、図２は本装置の具体的な実施の一例を示
し、全図面を通して同じ構成部材には同じ符号を付して
ある。

【００１２】図中１は、その傾斜角度が観測されるとこ
ろの被測定台であり、その上面にボルト２でもって設置
台３が水平状に固定設置され、設置台３の上部に水平支
持板４が上下方向に微動昇降しえるように設置され、更
に水平支持板４の上面に傾斜検出器５が固定状に設置さ
れる。

【００１３】水平支持板４は、設置台３の傾斜、すなわ
ち被測定台１の傾斜を傾斜検出器５に伝達するためのも
のであり、その上面に傾斜検出器５を一体的に固定設置
して設置台３の上部に平行状に並列配置せしめ、その一
端側を設置台３に枢軸（ヒンジ）６を介して連結すると
共に、他端側を設置台３に微動昇降機構７を介して連結
してなり、微動昇降機構７が動作することにより枢軸
（ヒンジ）６を中心にして上下方向に微動昇降するもの
である。

【００１４】微動昇降機構７は、サーボモーター８で回
転される１本の回転軸７１と、その回転軸７１に螺動自
在に螺合される２個の雌ネジ（ナット）72ａ，72ｂとで
構成されている。そして回転軸７１は、そのほぼ中央を
境にしてピッチの異なる２種類の雄ネジ71ａ，71ｂを上
下に形成してなり、上方の雄ネジ71ａには水平支持板４
に固着された雌ネジ72ａを螺合させ、下方の雄ネジ71ｂ
には設置台３に固着された雌ネジ72ｂを螺合させ、回転
軸７１の回転に伴う上記両雌ネジ72ａ，72ｂの差動的移
動によって水平支持板４を上下方向に微動昇降させるよ
うに構成されている。

【００１５】即ち、微動昇降機構７の回転軸７１を、減
速ギア75ａや減速歯車75ｂ，75ｃ等からなる減速機構を
介してサーボモーター８で回転させると、回転軸７１の
回転に伴う上記両雌ネジ72ａ，72ｂのピッチ差による差
動的移動によって水平支持板４がヒンジ６を中心にして
上下方向に微動昇降するものである（図４参照）。

【００１６】尚、図示実施例では、微動昇降機構７の回
転軸７１に水平支持板４及び設置台３を連結するのに、
アーム73ａ，73ｂを水平状に突設せしめた雌ネジ（ナッ
ト）72ａ，72ｂを用い、そのアーム73ａ，73ｂを、水平
支持板４及び設置台３に取付けたアーム受け74ａ，74ｂ
に回転摺動自在に係合連結させているが、水平支持板４
及び設置台３に雌ネジ（ネジ孔）を開口形成せしめ、そ
の雌ネジ（ネジ孔）に回転軸７１の雄ネジ71ａ，71ｂを
直接螺合させ連結するようにしても良い。

【００１７】次に、微動昇降機構７の動作を、図４に基
づいて説明する。いま回転軸７１には、そのほぼ中心を
境にして上部に例えば０．８ｍｍピッチの雄ネジ71ａが
形成され、下部に例えば０．７５ｍｍピッチの雄ネジ71
ｂが形成されているものとする。そして、これらの雄ネ
ジ71ａ、71ｂには、それぞれ雌ネジ72ａ，72ｂが適合し
て螺合している。

【００１８】而して、始め（ａ）のように雌ネジ71ａと
雌ネジ71ｂの間隔が１００ｍｍあった状態でもって、回
転軸７１が５０回転したとすると、両雌ネジ72ａ，72ｂ
はそれぞれ（ａ）の位置から（ｂ）の位置に、雌ネジ72
ａは４０ｍｍ上方に、雌ネジ72ｂは３７．５ｍｍ上方に
移動する。同様にして、回転軸７１を更に５０回転させ
ると、両雌ネジ72ａ，72ｂはそれぞれ（ａ）の位置から
（ｃ）の位置に、雌ネジ72ａは８０ｍｍ上方に、また雌
ネジ72ｂは７５ｍｍ上方に移動する。

【００１９】かくして、始めに（ａ）の状態で１００ｍ
ｍの間隔があった雌ネジ72ａと雌ネジ72ｂの間隔は、
（ｂ）では１０２．５ｍｍとなり、（ｃ）では１０５ｍ
ｍになる。従って、設置台３に取付けられた雌ネジ72ｂ
を基準とすると、水平支持板４に取付けられた雌ネジ72
ａは、（ｂ）で２．５ｍｍ、（ｃ）で５ｍｍ上方に移動
することになる。この様に、回転軸７１に形成された雄
ネジ71ａ、71ｂのピッチ差によって２個の雌ネジ72ａ，
72ｂが差動的に移動し、［ピッチ差×回転回数］で定ま
る移動距離により、水平支持板４の傾斜角度を微動させ
ることができるものである。

【００２０】上記した例では、回転軸７１の１回転当り
の移動距離は、０．０５ｍｍ（５０μｍ）となり、回転
軸７１の回転角度を１回転／５０００の分解能を持つロ
ータリーエンコーダーで検出すれば、０．０１μｍの分
解能で水平支持板４の移動を検出することができること
になる。

【００２１】この移動距離から、水平支持板４の傾斜角
度（ψ）を計算すると、 ｔａｎψ＝Δｈ／Ｌ 但し、Δｈ：水平支持板４の移動変化量 Ｌ：ヒンジ６から回転軸７１迄の長さ であるから、いまヒンジ６から回転軸７１迄の長さＬを
５０ｃｍとし、水平支持板４の移動変化量Δｈに上記分
解能の０．０１μｍを当てはめると、水平支持板４の傾
斜角度（ψ）を、０．００４１２５３″まで検出するこ
とが可能であることが分かる。

【００２２】また、水平支持板４の傾斜角度（ψ）の測
定範囲は、微動昇降機構７で水平支持板４を上下方向に
移動させることができる最大可動範囲で決定されるか
ら、これを例えばΔｈ＝５ｍｍとすると、ψ＝０．５７
３°となり、両者の比であるダイナックレンジは５００
０００となることが分かる。従って当然のことながら、
Δｈを１０ｍｍとすれば、測定範囲は１．１４６°に拡
大され、ダイナミックレンジは１００００００となる。

【００２３】上記した微動昇降機構７による水平支持板
４の水平保持動作は、水平支持板４の上面に一体的に設
置した傾斜検出器５の電気出力に基づいて動作する作動
閉ループにより自動的に行われる。

【００２４】作動閉ループは、傾斜検出器５→サーボモ
ータードライバー９→サーボモーター８→微動昇降機構
７→水平支持板４→傾斜検出器５、となるように構成さ
れ、被測定台１が傾斜して設置台３と一緒に水平支持板
４が傾斜すると、傾斜検出器５の出力が０でなくなり、
水平支持板４の傾斜角度に応じた電気出力ｖが傾斜検出
器５から出力される。傾斜検出器５の電気出力ｖは、サ
ーボモータードライバー９に入力して電力増幅され、こ
のサーボモータードライバー９の出力でサーボモーター
を駆動させ、微動昇降機構７の回転軸７１を回転させる
ことにより水平支持板４が常に水平になるように自動制
御を行なうものである。この動作は、水平支持板２が完
全に水平に復元し、傾斜検出器５の出力が０になるまで
続く。

【００２５】一方、微動昇降機構７の回転軸７１の回転
数と水平支持板４の上下方向の移動距離とが比例し、ま
た水平支持板４の上下方向の移動距離は、ヒンジ６から
微動昇降機構７の回転軸７１までの距離に比べて非常に
小さな値なので、水平支持板４の傾斜角度、すなわち被
測定台１の傾斜角度と比例すると見なすことができる。
従って、微動昇降機構７の回転軸７１またはサーボモー
ター８の回転軸の回転角度を検出すれば、水平支持板４
すなわち被測定台１の傾斜角度を知ることができる訳で
ある。

【００２６】そこで、微動昇降機構７の回転軸７１また
はサーボモーター８の回転軸にロータリーエンコーダー
１０を取付けて、それら回転軸の回転角度を検出し、そ
の出力信号を被測定台１の傾斜角度信号として出力する
ようにするものである。

【００２７】ここで用いるロータリーエンコーダー１０
は、微動昇降機構７の回転軸７１またはサーボモーター
８の回転軸の最大回転回数まで検出できなければならな
いので、多回転型ロータリーエンコーダーを使用する必
要がある。

【００２８】そして、ロータリーエンコーダー１０の回
転角度の表示と被測定台１の傾斜角度との関係は、換算
表で行なっても良いが、傾斜角度表示器１１にマイコン
などを用いた換算機能を内蔵させて傾斜角度を直読でき
るようにしても良い。

【００２９】また、ロータリーエンコーダー１０から出
力される角度信号は電気信号であるので、これを傾斜角
度信号ｖ’として外部に出力することも可能である。こ
の傾斜角度信号ｖ’を、記録計やパソコンなどに取り込
み記録すれば、長期にわたる傾斜変動の自動観測を行な
うことが出来る。

【００３０】

【発明の効果】本発明の傾斜観測装置は斯様に構成した
ので、比較的広いダイナミックレンジが得られ、傾斜角
度の観測・測定範囲を広くすることが可能となり、その
結果、長期観測を行なってもスケールオーバーを生じる
恐れがない。

【００３１】しかも、比較的簡単な構成でもって傾斜の
測定を高感度に行なうことが出来、よって地殻の傾斜変
動の観測や、建築・土木構造物の傾斜変化などを観測す
る場合においても、有効なデーターを得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る傾斜観測装置を原理的に示した
構成模式図。

【図２】 本発明の実施の一例を示す側面図。

【図３】 本発明に係る微動昇降機構の一実施例を示す
分解斜視図。

【図４】 同微動昇降機構の動作説明図。

【図５】 傾斜検出器の電気的入出力特性の一例を示す
電気信号出力図。

【符号の説明】

１ ……被測定台 ３ ……設置台 ４ ……水平支持板 ５ ……傾斜検
出器 ６ ……枢軸（ヒンジ） ７ ……微動昇
降機構 ７１……微動昇降機構の回転軸 ８ ……サーボ
モーター ９ ……サーボモータードライバー １０……ロータ
ーリーエンコーダー １１……傾斜角度表示器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定台の上面に設置される設置台
   と、該設置台に一端側が枢軸を介して連結され他端側が
   微動昇降機構を介して連結される水平支持板と、該水平
   支持板上面に設置され当該水平支持板の傾斜角度に比例
   した電気信号を出力する傾斜検出器を備え、上記微動昇
   降機構はサーボモーターで回転する回転軸を備えると共
   に該回転軸の回転により前記水平支持板を上下方向に微
   動させるように構成され、上記傾斜検出器の電気出力に
   基づいてサーボモータードライバーを介して上記微動昇
   降機構のサーボモーターを駆動させることにより前記水
   平支持板を常に水平に保持する作動閉ループを構成せし
   め、前記微動昇降機構の回転軸又は上記サーボモーター
   の回転軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダー
   の出力をもって被測定台の傾斜角度信号として出力する
   ように構成した事を特徴とする傾斜観測装置。
2. 【請求項２】 前記微動昇降機構が、ほぼ中央を境にピ
   ッチの異なる２種類の雄ネジを上下に形成しサーボモー
   ターで回転する回転軸を有すると共に、前記水平支持板
   に固着されて上記回転軸の一方の雄ネジに螺合する雌ネ
   ジと、前記設置台に固着されて上記回転軸の他方の雄ネ
   ジに螺合する雌ネジとを有し、上記回転軸の回転に伴う
   上記両雌ネジの差動的移動によって前記水平支持板を上
   下方向に微動させるように構成されている請求項１記載
   の傾斜観測装置。