JPH11512828A

JPH11512828A - 歪検知装置

Info

Publication number: JPH11512828A
Application number: JP9517354A
Authority: JP
Inventors: サックス，アイバー，エス．
Original assignee: カーネギーインスチチューションオブワシントン
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2016-10-21
Also published as: JP3143476B2; CA2234733C; DE69625613T2; EP0858583A1; WO1997016698A1; CN1123761C; CA2234733A1; US5739435A; CN1201518A; HK1015450A1; ATE230478T1; EP0858583B1; EP0858583A4; DE69625613D1

Abstract

(57)【要約】固体の変形を検出する装置は、内部分割壁２０と、流体３６および３４で満たされた下部密閉部２６および上部密閉部２４とを備える挿入可能なケーシング１１を有する。第一の歪検知システム３８および第二の歪検知システム４２は下部および上部密閉システムにそれぞれ配備される。バルブ１８は第二の歪検知システムを下部密閉部２６に連結するが、通常は閉ざされている。該バルブは、第一の歪検知システムから送られる信号に応じて開くように構成される。第二の歪検知システムは過度の歪を測定するよう構成、配設される。

Description

【発明の詳細な説明】歪検知装置本発明は、一般に固体の歪みや変形を検出する装置に関し、特に地中の歪みを検出するのに適した装置に関するものである。発明の背景技術地下造岩の動きを測定するのにボーリング孔内歪計やそのシステムの利用が知られている。考案、市販されている孔内歪計やそのシステムの種類は多いが、ほとんどのものに操作上の欠点や制限がある。公知の孔内歪計の一つには、膨張セメントで孔内にプレストレスされた弾性金属管を備え、該金属管が岩盤の変形を正確にたどるようにしたものがある。この変形は油圧手段により増幅され、小さく薄い壁で仕切られたベローを駆動し、次いで電子変換器を駆動する。すべての出力および信号は電気ケーブルを介して地表に届く。このような装置は世界中で多数使用されている。これら機器の多くは地震警戒地域に設置され、地震発生前の歪の蓄積と共に、近接領域の変形およびその進展を調査するために用いられている。電子変換器および低雑音ＬＶＤＴ（線形可変差動変圧器）の動程が狭い範囲に制限されるため、１０^-12程度の歪を確実に検出するには、最大瞬間歪測量を１０^-5程度に抑える必要がある。機器の機械・油圧部の適用範囲はさらに大きく、想定される地震の歪みを追従可能となるのは１０^-3以上である。変換器（ＬＶＤＴ）およびベローは、近傍の事象で起こる過剰圧からバルブによって保護される。バルブは自動的に開きその検出体積あたりの圧力を放出する。しかしながら、該バブルが地震発生の際に開くと歪によるずれ情報は失われてしまう。このような不具合は、最寄りの機器に対してすでに多少なりとも起こっている問題である。従って、過度の歪振幅によってバルブが開く際に歪によるずれ情報を失うことのない歪検知システムの必要性が生じている。発明の概要上述した要求を満たすことが本発明の目的である。この目的は、固体の変形を検出する装置によって達成される。該装置は固体に挿入可能に構成、配設されたケーシングを備える。ケーシングは略密閉のコンテナの範囲を限定する壁を有する。コンテナは内部分割壁を有し、上部密閉部と下部密閉部とに分離される。流体は主に下部密閉部に充填され、下部密閉部の内壁と流動的に通じている。そして、第一の歪検知システムは流体を介してコンテナの下部密閉部と通じており、流体に圧力変化を生じる壁の変形がこの第一の歪検知システムによって検出される。また、第二の歪検知システムは上部密閉部に配備されている。上部密閉部は一部分だけ流体が満たされている。バルブはこの第二の歪検知システムを流体を介して下部密閉部に連結する。該バルブは第一の歪検知システムに付随して作用するが、通常は閉ざされており、下部の流体が第二の歪検知システムと通じるのを防いでいる。バルブは、第一の歪検知システムが歪測量の動作限界に達した場合に第一の歪検知システムから送られる信号に応じて開くように構成、配設されているので、動作限界を越えた歪によって第一の歪検知システムが損傷しないよう保護することができる。ここで第二の歪検知システムは、過度な歪を測定するよう構成、配設されている。本来、歪計装置は、流体が充填され、膨張セメントで孔内にあらかじめ応力を加えられた弾性パイプからなる。このパイプが周囲の媒体にかかる応力によって変形すると、その体積は若干変化し、小径で薄い壁で仕切られたベローへと流体が放出される。この放出された流体によってベローの長さは変わり、この長さの変化が線形差動変圧器、または他の公知手段によって監視される。本発明の他の目的によれば、上記装置を用いて固体の変形を検出する方法が提供される。本方法は、固体変形がケーシング壁に伝達可能となるようケーシングを固体に挿入する工程を含む。ここでは、コンテナ壁が変形する際に下部密閉部の流体が第一の歪検知システムと通じるようにし、第一の歪検知システムでコンテナ壁の変形を検出して固体の歪を判断する。そして、第一の歪検知システムが固体の過度な歪により歪測量の動作限界を越えることがないよう、第一の歪検知システムは監視される。この第一の歪検知システムが動作限界に達すると、バルブが開けられ下部密閉部を第二の歪検知システムとつなげるので、第一の歪検知システムへの損傷を防ぐことができる。この過度の歪は第二の検知システムによって測定される。本構成の関連要素の作用および機能方法、および部品の組み合わせと製造の経済性に加え、本発明の他の目的、形態および特徴は、それぞれ本明細書の一部をなす以下の詳細説明および特許請求の範囲を添付図面を用いて考察することによりさらに明らかにされる。発明の詳細説明図面を参照することにより、本発明の理解はより深められると考える。本図は地中構造中に掘られた孔内の検知ユニットの略断面図である。本図に関し、総じて１０で示される装置は、地中１３の孔内１２に配置され、セメントパッキング１４の形で構造を連結することにより周囲の土壌構造と密接に結びつけられるケーシング、すなわちコンテナ１１を備える。パッキング１４は、例えば、ここに参照として取り上げる米国特許３，１５５，５２６号、３，２５１，７０１号および３，０３０，０３７号に記載された膨張セメントを含むアルミノ硫酸カルシウム等の膨張セメントからなる。ケーシング１１は岩盤中であらかじめ応力を加えられた鋼管からなり、岩盤の微細な変形を追従する。また、ケーシング１１は、小さなベロー１６に通じて出入り自由の検知流体３６で満たされた下部密閉部２６を備える。通常は閉められている電気駆動のバルブ１８は上部２４と下部２６間の防壁２０に位置する。上部２４は部分的に流体３４と上部ガス層３２とで満たされている。流体液面上のガス空間はベロー１６および２８が少しの背圧力で変形するのを可能にする。装置１０の感度はベロー１６の面積に対する検知体積の比に比例する。それゆえ、調査に適した最高の感度を得るために、ベロー１６の面積が小さくなっている。一般的に、このような装置の適用範囲は１０^-12から３×１０^-6程度までである。この範囲外ではベローが膨張し過ぎてしまう。しかしながら、間近で起きる地震の歪は１０^-4を越えるかもしれない。従来、これら条件下でも機器が損傷しないよう保護するために電気駆動バルブが設けられ、小さなベロー１６の動程がその安全動作限界に達すると、該バルブは与圧されていない流体槽に向かって開く。バルブが開き流体が検知体積から流れ出ると歪情報は失われるが、この情報は地震経過の調査にとって非常に重要なものである。本発明によれば、電気駆動バルブ１８は、ベロー２８に接続されたパイプ２２と流体を通じて連結するように設けられている。そして、通常閉ざされているバルブ３０がベロー２８の下部に配置されている。バルブ３０は流体充填段階で装置を取り付けるために使用される。装置１０では、バルブ１８が開くと、以下でさらに詳しく説明するように、開放されたバルブ１８を出ていく流体が二番目のかなり大径のベロー２８に導かれる。この二番目のベロー２８の直径および体積は、１０^-4より大きい歪に適応し測量可能にするだけの大きさを持つ。部位２４および２６で使用される流体３４および３６は、参照としてここに取り上げる米国特許３，６３５，０７６号に記載されているような装置構成に適合するものであればどのような流体でもよい。クロロホルム飽和水や他の流体等の使用が可能だが、本発明の目的にかなうものとしてシリコンオイルが好ましいと認められた。また、使用されるガス３２も装置構成に適合するものであればどのようなガスでもよい。適したものにはアルゴンガスや窒素ガス等が含まれる。実際の動作では、周囲組織の歪具合が変化すると、孔内１２は歪曲されケーシングの防壁３３は孔の変形に追従する。ケーシング壁が変形すると、検知流体３６の体積が変化し流体の圧力が変わる。その圧力変化はベロー１６の膨張によって検知される。ベロー１６は、線形可変差動変圧器３８や他の適当な測定装置に連結されるシルホン（ｓｙｌｐｈｏｎ）ベローからなるのが好ましい。変圧器（ＬＶＤＴ）３８はベロー１６の長さ変化を公知の方法で電気的に示すものである。ベロー１６および変圧器３８は歪検知システムを構成する。歪を示すべく生成された電子信号は適当な配線４０を介して表面に伝達することができる。通常動作ではバルブ１８が閉じられており、検知流体３６の体積変化が起こるとベロー１６の膨張（または圧縮）が起こる。ベロー１６の挙動はＬＶＤＴ３８または類似装置によって測定される。一方、孔１２の変形が大きくて付属のＬＶＤＴ３８で検出する際にベロー１６がその動作限界まで膨張（または圧縮）する場合には、ベロー１６上のＬＶＤＴ３８から得られ電線４４経由で送られる電気信号によってバルブ１８が開放される。すると、流体はバルブ１８を介して大径のベロー２８に流れ込み、該ベローの膨張（または圧縮）が第二のＬＶＤＴ４２によって測定される。その結果、過度の歪はベロー２８とその線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）４２を利用して測定可能となる。このように、ベロー２８およびＬＶＤＴ４２が第二の歪検知システムを構成する。偶然的に起こる大きな変形事象が過ぎた後、例えば地震によって誘発された変形が鎮まると、バルブ１８が閉じられて装置１０が高感度状態に戻る。以上、土壌変形検知装置に本発明を適用する場合を具体的に説明したけれど、本発明の装置は必要に応じてダムや防壁等固体構造の歪検知にも利用可能である。以上説明したように、本発明の目的が実際に達成されたことがわかる。すなわち、体積の大きな第二のベロー２８を設けることにより、最大予測変位が起こった場合でさえＬＶＤＴ４２をその動作限界を越えた状態にすることはない。現在最も実用的で好ましい実施形態に関して本発明を説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の精神および範囲内で種々変形や等価構成を網羅するものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１０月１０日【補正内容】請求の範囲１．固体の歪および変形を検出する装置において、内部分割壁で上部密閉部と下部密閉部とに分離される略密閉のコンテナの範囲を限定する壁を有し、固体に挿入可能に構成、配設されたケーシングと、主に下部密閉部に充填され、下部密閉部の内壁と流動的に通じると共に、少なくとも一部分は上部密閉部に充填される流体と、コンテナの下部密閉部と流体を介して連通し、流体に体積変化を生じる壁の変形を検出する第一の歪検知システムと、上部密閉部に配置され、第一の歪検知システムより広い適用範囲と低感度を有し該第一の歪検知システムの歪測量限界を越えた固体変形の間動作する第二の歪検知システムと、流体を介して前記第二の歪検知システムを下部密閉部に連結すると共に前記第一の歪検知システムに付随して作用し、通常は閉ざされて下部の流体が第二の歪検知システムと通じるのを防ぎ、前記第一の歪検知システムが歪測量の動作限界に達した場合、動作限界を越えた歪による損傷から該第一の歪検知システムを保護すべく、該第一の歪検知システムから送られる信号に応じて開いて下部密閉部から第二の歪検知システムに流体を流入可能にすると共に該第一の歪検知システムの動作限界を越えた歪を前記第二の歪検知システムが測定するよう構成、配設されたバルブとからなる歪検知装置。２．ケーシングが挿入される固体にコンテナ壁を堅く固定、連結し、固体の変形をコンテナ壁に伝えてコンテナの第一密閉部における流体の圧力パルスを生じるよう構成、配設された連結構成をさらに備える請求項１記載の歪検知装置。３．前記連結構成は充填セメントからなる請求項２記載の歪検知装置。４．前記流体がシリコンオイルおよびクロロフォルム飽和水の一種である請求項１記載の歪検知装置。５．前記ケーシングが鋼管である請求項１記載の歪検知装置。６．第一および第二の検知システムは、下部密閉部の流体と通じるベローと関連ベローに連結して動作可能となる差動変圧器とから各々構成される請求項１記載の歪検知装置。７．第二の検知システムのベローは、最大予測変位が起こった場合でさえ付随の差動変圧器がその動作限界を越えることのないような有効面積を有する請求項６記載の歪検知装置。８．前記バルブは電気駆動型バルブであって、電気信号が該バルブの開放を駆動し、第一の検知システムのベローがその動作限界に振れ差動変圧器によって検出されると、下部密閉部から第二の検知システムのベローに流体を流す請求項６記載の歪検知装置。９．第一および第二の検知システムのベローは上部密閉部で流体に覆われ、該流体上にはガス空間があり、各ベローが少しの背圧力で変形するのを可能にする請求項６記載の歪検知装置。 10．内部分割壁で上部密閉部と下部密閉部とに分離される略密閉のコンテナの範囲を限定する壁を有するケーシングと、主に下部密閉部に充填され、下部密閉部の内壁と流動的に通じると共に、少なくとも一部分は上部密閉部に充填される流体と、コンテナの下部密閉部と流体を介して連通する第一の歪検知システムと、上部密閉部に配置され、第一の歪検知システムより広い適用範囲と低感度を有する第二の歪検知システムと、流体を介して第二の歪検知システムを下部密閉部に連結すると共に第一の歪検知システムに付随して作用し、通常は閉ざされて下部の流体が第二の歪検知システムと通じるのを防ぐバルブとからなる検知装置を用いて固体の歪および変形を検出する方法において、固体変形がケーシング壁に伝達されるようにケーシングを固体に挿入するステップと、コンテナ壁が変形する際に下部密閉部の流体が第一の歪検知システムと通じるようにし、第一の歪検知システムでコンテナ壁の変形を検出して固体の歪を判断するステップと、第一の歪検知システムが固体の過度な歪により歪測量の動作限界を越えることがないよう第一の歪検知システムを監視するステップと、第一の歪検知システムが動作限界に達する場合にバルブを開放し、流体を介して下部密閉部を第二の歪検知システムとつなげて下部密閉部から第二の歪検知システムに流体を流入可能にし第一の歪検知システムへの損傷を防ぐステップと、第一の歪検知システムの動作限界を越えた歪を第二の歪検知システムで検出し、瞬時の歪振幅が第一の歪検知システムの動作限界を越えてバルブが開く際に歪によるずれ情報を失うことのないようにするステップとからなる歪検出方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＭＸ

Claims

【特許請求の範囲】１．固体の歪および変形を検出する装置において、内部分割壁で上部密閉部と下部密閉部とに分離される略密閉のコンテナの範囲を限定する壁を有し、固体に挿入可能に構成、配設されたケーシングと、主に下部密閉部に充填され、下部密閉部の内壁と流動的に通じると共に、少なくとも一部分は上部密閉部に充填される流体と、コンテナの下部密閉部と流体を介して連通し、流体に体積変化を生じる壁の変形を検出する第一の歪検知システムと、上部密閉部に配置される第二の歪検知システムと、流体を介して前記第二の歪検知システムを下部密閉部に連結すると共に前記第一の歪検知システムに付随して作用し、通常は閉ざされて下部の流体が第二の歪検知システムと通じるのを防ぎ、前記第一の歪検知システムが歪測量の動作限界に達した場合、動作限界を越えた歪による損傷から該第一の歪検知システムを保護すべく、該第一の歪検知システムから送られる信号に応じて開くと共に過度の歪を前記第二の歪検知システムが測定するよう構成、配設されたバルブとからなる歪検知装置。２．ケーシングが挿入される固体にコンテナ壁を堅く固定、連結し、固体の変形をコンテナ壁に伝えてコンテナの第一密閉部における流体の圧力パルスを生じるよう構成、配設された連結構成をさらに備える請求項１記載の歪検知装置。３．前記連結構成は充填セメントからなる請求項２記載の歪検知装置。４．前記流体がシリコンオイルおよびクロロフォルム飽和水の一種である請求項１記載の歪検知装置。５．前記ケーシングが鋼管である請求項１記載の歪検知装置。６．第一および第二の検知システムは、下部密閉部の流体と通じるベローと関連ベローに連結して動作可能となる差動変圧器とから各々構成される請求項１記載の歪検知装置。７．第二の検知システムのベローは、最大予測変位が起こった場合でさえ付随の差動変圧器がその動作限界を越えることのないような有効面積を有する請求項６記載の歪検知装置。８．前記バルブは電気駆動型バルブであって、電気信号が該バルブの開放を駆動し、第一の検知システムのベローがその動作限界に振れ差動変圧器によって検出されると、下部密閉部から第二の検知システムのベローに流体を流す請求項６記載の歪検知装置。９．第一および第二の検知システムのベローは上部密閉部で流体に覆われ、該流体上にはガス空間があり、各ベローが少しの背圧力で変形するのを可能にする請求項６記載の歪検知装置。 10．内部分割壁で上部密閉部と下部密閉部とに分離される略密閉のコンテナの範囲を限定する壁を有するケーシングと、主に下部密閉部に充填され、下部密閉部の内壁と流動的に通じると共に、少なくとも一部分は上部密閉部に充填される流体と、コンテナの下部密閉部と流体を介して連通する第一の歪検知システムと、上部密閉部に配置される第二の歪検知システムと、流体を介して第二の歪検知システムを下部密閉部に連結すると共に第一の歪検知システムに付随して作用し、通常は閉ざされて下部の流体が第二の歪検知システムと通じるのを防ぐバルブとからなる検知装置を用いて固体の歪および変形を検出する方法において、固体変形がケーシング壁に伝達されるようにケーシングを固体に挿入するステップと、コンテナ壁が変形する際に下部密閉部の流体が第一の歪検知システムと通じるようにし、第一の歪検知システムでコンテナ壁の変形を検出して固体の歪を判断するステップと、第一の歪検知システムが固体の過度な歪により歪測量の動作限界を越えることがないよう第一の歪検知システムを監視するステップと、第一の歪検知システムが動作限界に達する場合にバルブを開放し、流体を介して下部密閉部を第二の歪検知システムとつなげて第一の歪検知システムへの損傷を防ぐステップと、過度の歪を第二の検知システムで検出するステップとからなる歪検出方法。