JPS6315112A - 傾斜計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は地盤等の傾斜を測定するための傾斜計に関する
。

〔従来の技術〕

従来のこの種の傾斜計として、萩原等礼著「撮動測定」
宝文館発行、第１３３〜１３４頁に記ｆｉされた振子形
傾斜計と呼ばれるものがある。以下、第２図を参照して
、この振子形傾斜計について説明する。

この傾斜計は水平動振子を支える盤（Ａ　　Ａ　−で示
されている）を有するもので、傾斜計が被測定面上に載
置されたとき、７被測定面の傾斜角に応じて盤Ａ−Ａ−
の水平面（１−１−１−ドで示されている）に対する角
度が変る。

盤が０　［ｒａｄｌ傾斜すると盤に対して重力９の方向
は０だけ傾く。従って盤は初めから動かないで重力が９
　ＣＯ３θに減り水平方向にｇ　ｓｉｎθの加速度が生
じたのと同じ結果になる。θが小さいとぎは９　ＣＯ３
θ＊ｇ、　９ｓｉｎθ・ｌ−３０であるから結局盤が０
だけ傾いたことは９θの水平加速度が生じたのと同じこ
とになる。言い換えれば１辰了の重心にＭ２Ｏが働いた
と考えればよい。

従って振子が運動する方向に盤がθだけ傾いたときの運
動方程式は、盤に対する振子の変位をｙ［ｃｍ］とする
と、 マ＋２εΩ十ｎ２ｙ＝ｙθ　　　　　・・・（１）但し
、９は重力の加速度、ｎは固有角振動数、εは減衰抵抗
に関する定数である。

０の変化がきわめて緩慢でおれば、 となる。従って同じθに対して周期Ｔが大きい振子はど
余計にふれる。即ち傾斜ｈ１としての感度が高くなる。

傾斜量を計測するには振子の先端に鏡を取付は光源にり
の光ビームを鏡で反射させ振子の変位量を印画紙上に記
録し傾斜を測定している。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら以上述べた方法では振子が必要であるため
振子の製作において精密機械加工技術や精密組立技術が
必要でおり、製造コストが高い。

また傾斜計の感度を上げるために振子の周期を大きくす
ればする稈振子は大型化しざらに振子の安定度が低下す
るという問題がおった。

本発明は以上）小べた高いロス１−１大型化ｄ３よび振
子の安定度の低下という問題点を除去し、低コストで小
型軽量化が可能でかつ安定度の高い傾１ヒ１計を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段〕 本発明の傾斜δ１は、容器と、容器内に収納さ゛れ、反
射性の液面を形成する液体と、前記容器に固定され、前
記液面に向けて光ビームを投射する光源と、前記容器に
固定され、前記液面からの反射光ビームを受光し、受光
面上の光ビームの受光位置の、基準位置からの偏位によ
って変化する信号を発生する位置検出素子とを備えたも
のでおる。

〔作用〕

上記のような］画成の傾斜計においては、容器が被測定
面上に載置されて傾斜したとき、光源からの光ビームの
液面への入射角が変り、これに伴って反射角も変り、反
射ビームの進路が傾斜角と同じ角だけ変る。また、容器
の傾斜に伴って位置検出素子も移動してあり、この移動
と、反則光ビームの進路の変化とがかさなり合って、位
置検出素子上における受光位置が傾斜角の２倍に相当す
る距離だけ変化する。これに応じて、検出素子の出力電
気信号に変化が現われる。即ち、容器の傾斜角を示す信
号を得るとかできる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の構造を示す断面図である。図
示のように、この傾斜計は容器１を有する。この容′Ｓ
１は、被測定面に当接する底面１ａをイ１し、該被測定
面上に載置され得るＩＭ造で、載置されたとさ、被測定
面の傾斜角に応じて傾斜する。打器１には反射性の液面
２ａを構成する液体２が収容されている。液体２として
は例えば反射性のＪ：い水銀が好適でおる。容器１の上
部には取付板３が設けられている。取付板３の一部には
光ビームを液面２ａに投射する光源４が取付けられてい
る。光源４としては、細い光ビームを発生するものであ
ればよく、例えばＬＥＤ又はレーザーと光学レンズの組
合せでもＪ：い。取付板３にはまだ液面２ａからの反射
光ビームを受けるように位置検出素子５が取付りられて
いる。

液体２の液面２ａは、光源から投射された光ビーム７が
液面２ａで反射して位置検出素子５の受光面に入射覆る
よう調整されている。

光源４からの光が位置検出素子５に直接照射されるのを
防ぐため、光源４と位置検出素子５の中間にじゃ先板６
が設けられ、取付板３に取ト１けられている。

本発明は、容器が傾斜した被測定面上に載置されたとき
ニし、液体の液面は水平を維持することＪ３よび光ビー
ムの反則角は入射角に等しいことを利用し、かつ８″５
の傾斜によって、容器に固定された光源からの光ビーム
の液面への入射角か皮化し、これに伴って反射角が変化
し、同じく容器に固定された位置検出素子上にｄ３ける
光ビームの入用（受光）位置が変化することを利用した
もので、入射（受光）位置の変化に応じて、出力電気信
号が変わる位置検出素子が用いられている。

第３図は第１図の傾斜計の動作原理を示す図で、容器が
水平のとき（傾斜角が零のとぎ）を実線及び符号１で、
傾斜したときを破線および符号１−で示している。液面
２ａは容器１の傾斜角に関係なく固定されている。

まず、容器２が傾斜していないときは光源４は符号Ａで
示す位置におり、Ａ点より照射した光ビーム７は液面２
ａ上の０点で反則し、位置検出素子５の中心８点に入射
する。このとき、位置検出素子５に接続された後述の偏
位演算回路１０は偏位（入射位置の、基準位置（中心位
置）からの偏位）か零であることを示す信号を出力する
。

次に、容器が０だけ傾斜すると、光源４はＡ”点に移動
し、位置検出素子の中心もＢ一点に移動する。一方、光
ビーム７は液面２ａの０点で反射し、位置検出素子５の
中心Ｂ−からｄだけずれた０点に入射する。この０点は
傾斜角θにより０点への入射角がθだ【プ変化したこと
に対応するものである。偏位ｄは、反射角がθだけ変化
したこと、および位置検出素子５の中心が容器１の傾斜
に伴ってθだけ移動したこととが重なりあって、２θに
相当する分だけ入射位置が変化したことに対応するもの
である。即ら、容器１の傾斜角０は△ＡＯＡ”＝△［３
０＋３−であり、光ビームの角１哀はＬＡｏ／Ｍ−ムＢ
ＯＣで必る。従ってθ＝△ＡＯＡ−＝ＬＢＯＢ−＝△Ｂ
ＯＣとなり、△Ｂ”０Ｃ＝２０となる。

位置検出素子５における光ビームの偏位Ｑｄは液面０点
から８点までの光路の長さをＯとすれば、ｄ　−、Ｑ　
ｔａｎ　２０　　　　　　　　　　−（３）となる。傾
斜角Ｏが小さいとぎはｔａｎθ・会θで必るから ｄ＝２ｆＪＯ・・・（４） となる。従って同じθに対して光路の長さが大ぎいもの
ほど余計にふれる。即ち傾斜計として感度が高くなる。

位置検出素子５は、受光面上の光ビームの受光位置の基
準位置（例えば受光面の中心）Ｂからの偏位に応じた信
号を発生するものであり、その−例は、第４図に示すよ
うに構成されている。

この例の位置検出素子は一次元位置検出用のもので、シ
リコンフ第１−ダイオードを応用したもので、図示のよ
うに、平板状シリコンの１層１１の表面にＰ層からなる
均一な抵抗層１２を形成し、さらに裏面にＮ層１３を形
成し、２層１２の両端から電極Ｘ、Ｙを取出し、Ｎ層１
３から電極Ｚを取出したものである。

このような構成の素子に光ビーム９があたると、その位
置（入射位置）Ｑに光エネルギーに応じた電荷が発生し
、光電流が２層１２を双方向に分流し電極Ｘ、Ｙから出
力される。２層１２は全面に均一な抵抗値を持つように
作られているので、光電流は入射位置から各電極までの
距離（従って抵抗値）に逆比例して分割され、取出され
る。電極Ｘ、Ｙ間の距離を２Ｌ、光電流をＩＯ１電極Ｘ
。

Ｙから取り出される電流をｌｘ、ＩＶとし、位置検出素
子の中心（基準位置）から入射位置までの距離をｄとす
れば ＩＸ　＝ＩＯ（Ｌ−ｄ）／２Ｌ　　　　　・　（５）ｒ
ｙ＝Ｉｏ　　（Ｌ十ｄ＞／２１−　　　　・・・（６）
従って、 ｄ＝Ｌ　（Ｉｙ−Ｉｘ　）／　（ｌｘ　十Ｉｙ　＞・（
７）即ち、ＩｘおよびＩＶが分かれば、入射位置の、塁
ＩＬ位置からの偏位ｄが求められる。ＩＸおよびＩＶ又
はこれらの和および差は電気的に検出可能　　゛であり
、この検出信号に基いて、偏位ｄを求め得る。図示の実
施例では、電流ｌｘおよびＩＶを入力として、偏位ｄを
算出づる回路が７１］ツク１０として示されている。

例えば、傾斜角θ＝Ｏのときには、ＩＸ＝ＩＶとなるの
で、ｄ＝ｏとなり、このｄ＝ｏを示す信号、即ち受光位
置が位置検出素子の中心に一致していることを示す信号
が偏位演算回路１０から出力される。傾斜角θがＯでな
いとぎは、Ｉｘ≠Ｎ／となり、ｄ＝７！＝ｏとなり、ｄ
の大ぎさから傾斜の度合が分かる。ｄの極性は傾斜の方
向に応じて変わるので、ｄの極性から傾斜の方向を知る
ことができる。

傾斜角θと偏位ｄの間には（３）式又は（４）式の関係
があるから、偏位ｄを示す信号は、傾斜角θを示す信ｇ
としても用い得る。（／４）式の関係が成り立つ範囲で
１は、偏位ｄを示す信号の大きざ（または圃）はそのま
まで傾斜角０に比例する。

（３）の式の関係しか成り立たない範囲では、偏位ｄを
示す信号にａｒｃｔａｎ、の演算をすることにより、傾
斜角に比例した大きさく又は値）を持つ信号を１ｑるこ
とかできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、液体を収容した容器と、
光源および位置検出素子により傾斜計を構成したので、
従来の振子形傾斜計のような可動部分が不要となり、溝
造が簡単になり、製造コストを大幅に低くでき、また、
小型軽徂にできる。

また、従来の振子形傾斜計では、感度を上げるには、（
２）式に示すように、振子の周期を大きくする必要があ
り、製造ロス１〜が一層高くなり、しかも安定性が低下
するか、本発明では（３）式、（４）式に示すように、
反射光ビームの光路の長さにのみ依存するので、製造コ
ス１へに必より影響を与えず、また安定性も高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る傾斜ル１を承り断面図、第２図は
従来の振子形傾斜計の概略を示づ図、第３図は本発明に
係る傾斜泪の動作原理を示す図、第４図は第１図の傾斜
計で用いられる位置検出素子を示す概ｌＢ８断面図であ
る。 １・・・容器、２・・・液体、２ａ・・・液面、４・・
・光源、５・・・位置検出素子。 特許出願人　　沖電気工業株式会社 代理人弁理士　　　鈴　　木　　敏　　明・・“パ゛ゾ ロ　しヤｆＬ板 弔　１　図 従来のｉ手形イ頃喀予訂の原理図 芋２図 傾蔚訂の＆理８ 亭３　図 Ｉｎ置、ｐた出素へ壬の　■見ビぎぴ１面図第４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 容器と、 容器内に収容され、反射性の液面を形成する液体と、 前記容器に固定され、前記液面に向けて光ビームを投射
   する光源と、 前記容器に固定され、前記液面からの反射光ビームを受
   光し、受光面上の光ビームの受光位置の基準位置からの
   偏位によつて変化する信号を発生する位置検出素子と を備えた傾斜計。