JPS6375554A

JPS6375554A - 音波を利用した測定方法および装置

Info

Publication number: JPS6375554A
Application number: JP61220682A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Nakayama; 中山　信男
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1988-04-05

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〕この発明は音波測定装置に関し、特にボーリング保孔管
等の地中埋設管体の形状や内部の状態あるいは施工具合
の検査用、さらには地下水位や湧水筒所の測定用として
好適な音波を利用した測定方法および装置に関する。

〔従来の技術と問題点〕

従来、地すべり対策工事や井戸工事等においては、第４
図に示すように、いわゆるボーリング保孔管１を集水井
２の壁面から地山中に多数埋設することが行なわれてい
る。このようなボーリング保孔管の内部の状態を調べる
には、検査用の棒を手で挿入し、棒の進行状態と手の感
触から推定するというやり方が行なわれているが、この
ような従来の検査の仕方は、作業能率が悪い上、管の内
部状態についての推定、判断が検査者の経験によって大
きく左右されるという問題がある。また、管体内部に存
在する異物の材質や微細構造についての測定、湧水箇所
の測定は非常に困難であった。

さらに、保孔管１はたとえば約５０メートルなど、地山
中相当の長さに及んで埋設されるが、集水井２は直径３
．０〜３．６メ一トル程度でそれほど大きくないため、
２メ一トル程度の長さの保孔管を集水井２内で１木ずつ
継ぎ足してボーリング穴中に押し込むという工法が用い
られるが、施工後に、このような保孔管が工事仕様どお
りに所定の本数だけ所定の長さにわたって継ぎ合わされ
、所定の勾配で埋設されているかどうかを検査すること
は極めて困難であった。また、従来は、ボーリング保孔
管中に相当量の湧水が流入するような場合、管体内部の
状態測定が非常に困難であった。

この発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は、作業効率が高く、経験や技量によることなく
簡単に高精度の測定情報を確保することができ、しかも
湧水の有無にかかわらず使用可能な小型で特にボーリン
グ保孔管等の地中埋設管体の検査用として好適な音波を
利用した測定方法および測定装置を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するためになされたこの発明は、所
定の複数の位置にあらかじめ予測可能な音波の固定反射
点を有する管体の内部にその軸方向に音波を送り込み、
その反射波を解析することにより管体内部の状態を測定
することを特徴とする音波を利用した測定方法および管
体の内部にその軸方向に音波を送波し、その反射波を受
波する音波装置と、反射波を解析する解析装置とを備え
たことを特徴とする音波を利用した測定装置である。

〔作用〕

上記の構成を有するこの発明においては、管体内に送り
込まれた音波の反射波の解析により、管体内部の状態が
測定されるが、その際音源からの距離が既知の固定反射
点を実質的に温度や気圧さらには水蒸気濃度の影響を受
けない測定尺度として用いる。そのため、音波測定に通
常付随する複雑な温度補正その他の補正は不要である。

〔実施例〕

以下、この発明の音波を利用した測定方法をその実施に
用いる装置の実施例と共に使用する。

第１図（ａ）は、地すべり対策工事現場等の地山Ｇ中に
埋設された継ぎ合わせボーリング保孔管を示し、この継
ぎ合わせボーリング保孔管Ｃは、第２図に示すように、
所定位置に地山中から水を流＝７− 人させるためのストレーナ孔Ｐが形成された所定長さく
この実施例においては２ｍ）の保孔管３をソケット継手
（継目）Ｊ等により多数継ぎ合わせることにより形成さ
れている。もちろん、すべてをストレーナ孔付管とする
必要はなく、実際には施工仕様に応じてストレーナ孔付
管と無孔管を適宜組合わせて用いられる。最先端の保孔
管３１の端部はほぼ円錐形状の先金Ｆにより閉じられて
いる。また、各保孔管Ｃの軸方向の所定位置には、これ
とほぼ直角に管壁より突出させた音波反射器Ｒが設けら
れている。なお、音波反射器Ｒとしては、たとえば第８
図に示すように、管壁の孔（ストレーナ孔でもよい）に
挿通したビンＲ′にスプリングＲ＃を介して反射板Ｒ＃
を支持した構造のものを直径方向に相対向して設けるこ
とが望ましい。これは管内の異物の除去等のために好都
合である。継ぎ合わせボーリング保孔管Ｃにおいて、上
記の継目Ｊ、ストレーナ孔Ｐ、先金Ｆおよび音波反射器
Ｒは、軸方向の位置が既知であり、あらかじめ音波を反
射することが予測される固定され一８＝た反射点、すなわち音波の固定反射点をなす。

この発明の音波を利用した測定方法においては、最後端
の保孔管３ｔより継ぎ合わせボーリング保孔管Ｃ内に音
波を送り込み、その反射波を解析することにより、管内
の状態、すなわち異物のを無および位置、その材質、微
細構造、ストレーナ孔Ｐの目詰りの有無、水位、湧水箇
所、勾配等を測定する。この測定方法においては、音源
から固定反射点までの距離が既知で、実質的に温度や気
圧さらには水蒸気濃度の影響を受けない物差あるいは測
定尺度として用いることができるため、複雑な温度補正
などの補正処理が必要な超音波レーダーによる方法に較
べ、精度を犠牲にすることがなく、測定を簡便に行なう
ことができる。また、固定反射点の位置があらかじめ既
知であるため、反射波を観測あるいは解析することによ
って、継ぎ合わせボーリング保孔管Ｃが施工仕様どおり
にストレーナ孔付管と無孔管の位置と数、全長および勾
配など）施工されているがどうかを簡単にチェックする
ことができる。

継合わせ保孔管Ｃの最後端の保孔管（無孔管の場合もあ
る）３２の端口Ｅより音波を送り込むことにより得られ
るたとえば第１図（ｃ）に示すような反射波パターンを
、第１図（ｂ）に示すような施工仕様あるいはたとえば
施工直後など所定の標準状態における測定にもとすき得
られる反射波のパターン（データ）（以下、標準パター
ンとする）と比較し、その差を表わすパターン（データ
）（第１図（ｄ））を得る。なお、第１図（ｂ）　、　
（ｃ）　、　（ｄ）　、に示す反射波パターンは、測定
上無意味な反射波の成分をろ波し、伝播中の減衰（音波
は距離の１／ｅ乗に従って減衰する）を補償した形で表
わされている。

実測時には、ストレーナ孔Ｐから地下水が流入し、端口
Ｅから流出することが多いが、このような場合は、まず
水を自由に流出させつつ空気を伝播媒体として測定を行
ない、端口Ｅから先金Ｆまで継合わせボーリング保孔管
Ｃの全長にわたる管内の状態を観測する。音波としては
、第５図に示すように、たとえば約１７〜２０ＫＩ＋２
の比較的高い周波数の音波Ａのと約１〜２Ｋｌ＋□の比
較的低い周波数の音波Ｂ（音波Ａの包路線の波）を重ね
合わせるか、または１測定サイクル内で送波タイミング
をずらして放射する。このように２種類の波を用いると
、たとえば第１図（ａ）に示すように、継合わせボーリ
ング保孔管Ｃ内に０１．０□、０３で示す３つの異物が
あると、低い周波数の音波Ｂの反射波（第１図（Ｃ））
中にそのエコー０１．０□、０３が継目Ｊや音波反射器
Ｒあるいは先金ＦのエコーとＪ’、Ｒ’、Ｆ’と共に現
われ、標準パターン（第１図（ｂ））との比較によって
その存在および位置を知ることができる他、高い周波数
の音波Ａによってストレーナ孔Ｐの目詰りを検出するこ
とができる。

次に、端口Ｅで水の流出をせき止め、端口Ｅから内側へ
向けて一部管内に水が満たされた状態にして、上記同様
に音波を送り込み、その反射波の解析を行なう。ただし
、この場合は、たとえば２００Ｋｌ！。または５０Ｋ）
Ｉ２というように、上記の空気中における測定より相当
高い周波数を用いる。この水を媒体とした測定において
は、異物の位置、ストレーナ孔の目詰りはもとより、異
物の材質や微細構造を識別することができ、湧水箇所も
知ることができる。なお、湧水箇所は、たとえば第１図
（ａ）にＷｌ、Ｗ２で示す点に湧水があったとすると、
反射波パターン（第１図（Ｃ））にＷ、′、Ｗ２′で示
すようなゆらぎ波形が現われる。また、第７図に示すよ
うに、上記のような縫合わせボーリング保孔管Ｃを所要
の地点の地面に垂直に打ち込んでおいて上記の測定を行
なえば、その地点における地下水位を正確に測定するこ
とが可能である。

この発明による上記の音波を利用した測定方法は、たと
えば第３図に示すような構成の測定装置により実施する
ことができる。図示実施例の音波を利用した測定装置は
、送受波器３１を有する音波装置３２と、信号処理／制
御装置３３、補助記憶装置３４、操作部３５、表示装置
３６およびプリンタ３７からなる解析装置３８とで構成
されている。

上記音波装置３２の送受波器３１には、たとえば第６図
に示すような、継ぎ合わせボーリング保　１２一孔管Ｃの端口Ｅの管径に合わせることができ、かつ栓体
３９の操作によって水をせき止め、あるいは開口部４０
から自由に流出させることができるようにした送受波器
アダプタ４１を取付けることが望ましく、また、たとえ
ば第９図に示すように、上記端口Ｅに空気、水のいずれ
か一方しか存在しない場合でも両者が共有する場合でも
使用することができるよう、水密容器体９０中に収納す
ることが望ましい。なお、この水密容器体９０の音波の
進路に対応する側面９１は薄いステンレス板あるいは音
響ゴムで形成することが望ましい。

音波装置３２は、たとえば約１〜２　ＫＨ２と約１７〜
２０に＋（、というように周波数の異なる２種類の信号
を重ね合わせて、あるいは１測定サイクル内で送波タイ
ミングをずらせて発生し、さらに水中に放射する場合は
約５０Ｋｌ（あるいは２００　Ｋ）＋２などの高周波を
発生し、送受波器３１を駆動する。送受波器３１は音波
装置３２からの信号を機械的振動に変換し、音波として
継合わせボーリング保孔管Ｃ内に送り込むと共に、その
反射波を電気信号に変換し、信号処理／制御装置３３へ
入力する。さらに、たとえば水密容器体９０の前方に水
圧計（図示せず）を備え、端口Ｅにおける水圧を信号処
理／制御装置３３へ入力するようにしてもよい。信号処
理／制御装置３３は、キーボードあるいはテンキー人力
装置等の操作部３５からの入力に従い装置各部の動作を
制御すると共に、音波装置３２からの反射波信号に所定
の処理を加えて、表示装置３６に表示させる。たとえば
、第１図（ｃ）のような反射波パターンが表示される。

この反射波パターン（データ）は同時に補助記憶装置３
４に記憶され、必要に応じてプリンタ３７によりプリン
トアウトされる。補助記憶装置３４には、前述の標準パ
ターン（データ）（たとえば第１図（ｂ）に示すパター
ン）もあらかじめ記憶されており、信号処理／制御装置
３３は、実測において得られた上記の反射波パターンと
標準パターンとを比較して、第１図（ｄ）に示すような
異物の位置を示すパターンを表示装置３６に表示させ、
補助記憶装置３４に記憶させる他、継ぎ合わせボーリン
グ保孔管Ｃの端口Ｅでの空気中への送受波および水中へ
の送受波による測定、および２種の周波数を用いる測定
により得られる反射波データに所要の演算処理を行なっ
て、異物の材質、微細構造、湧水箇所、水位等を算出し
、さらには上記水圧計からのデータにより管内の水面の
高さを算出し、その結果と反射波の解析データとから管
の勾配を演算して、これらのデータを測定日時、測定場
所などの関連データと共に表示装置３６に表示させ、補
助記憶装置３４に記憶させる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、ボーリング保
孔管等の地中埋設管体の管内状態を経験や技量に左右さ
れることなく、しかも湧水の有無にかかわらず、高精度
で測定することができる上、測定作業の能率を著しく改
善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）および（ｄ）は
この発明による測定原理を説明するための模式図、第２
図は保孔管の構造を示す模式図、第３図はこの発明の音
波を利用した測定装置の一実施例の構成を示すブロック
図、第４図はボーリング保孔管の埋設形態の一例を示す
模式図、第５図はこの発明で用いる音波の一形態を示す
波形図、第６図は送受波器アダプタの一例の模式図、第
７図はこの発明による水位測定の原理を説明するための
模式図、第８図は音波反射器の一例を説明するための模
式図、第９図は送受波器の水密構造の一例を示す模式図
である。３・・・・・・保孔管、３１・・・・・・送受波器、３
２・・・・・・音波装置、３３・・・・・・信号処理／
制御装置、３４・・・・・・（補助）記憶装置、３５・
・・・・・操作部、３６・・・・・・表示装置、３７・
・・・・・プリンタ、４１・・・・・・送受波器アダプ
タ、９０・・・・・・水密容器体、Ｃ・・・・・・継ぎ
合わせボーリング保孔管、Ｅ・・・・・・端口、Ｆ・・
・・・・先金、Ｇ・・・・・・地山、Ｊ・・・・・・継
目、○３．０２．０３・・・・・・異物、Ｐ・・・・・
・ストレーナ孔、Ｒ・・・・・・音波反射器、Ｗｌ、Ｗ
２・・・・・・湧水箇所。手続補正書（的）昭和６１年１１月１７日適２、発明の名称音波を利用した測定方法および装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　　　　　大阪府枚方市中宮北町１丁目３６番４０
６号氏名（名称）　　　　　　　　中　　　山　　　信
　　　男５゜昭和　　　　年　　　　　月　　　　　日　　（発送困
別紙の通り、特許請求の範囲を補正します。補　　正　　　書特許請求の範囲（１）所定の複数の位置にあらかじめ予測可能な音波の
固定反射点を有する管体の内部にその軸方向に音波を送
り込み、その反射波を解析することにより管体内部の状
態を測定することを特徴とする音波を利用した測定方法
。（２）上記管体が所定の長さの管を複数本継ぎ合わせた
管体であり、その継目を固定反射点として用いることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の音波を利用し
た測定方法。（３）上記管体が所定位置にストレーナ孔が形成された
所定長さの保孔管を複数本継ぎ合わせた継ぎ合せボーリ
ング保孔管であり、上記固定反射点が継ぎ合せボーリン
グ保孔管の継目、ストレーナ孔、最先端の保孔管の端部
の先金または各保孔管の所定位置にあらかじめ設けられ
た音波反射器あるいはこれらの組合わせであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の音波を利用した
測定方法。（４）上記の反射波の解析を、上記管体の所定の標準状
態における測定によりあらかじめ得られた反射波のデー
タとの比較により行なうことを特徴とする特許請求の範
囲第１項、第２項または第３項のいずれか１項に記載の
音波を利用した測定方法。（５）上記反射波の解析を、上記管体の施工仕様にもと
づきあらかじめ予測される反射波のデータとの比較によ
り行なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
の音波を利用した測定方法。（６）上記の反射波の解析を、上記ボーリング保孔管の
施工仕様にもとずきあらかじめ予測される反射波のデー
タとの比較により行なうことを特徴とする特許請求の範
囲第３項に記載の音波を利用した測定方法。（７）波長の異なる２種類の音波を重ね合わせて用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のい
ずれか１項に記載の音波を利用した測定方法。（８）波長の異なる２種類の音波を１測定サイクル内で
送波タイミングをずらして用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の音
波を利用した測定方法。（９）上記管体内に少なくとも一部水を満たして測定を
行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８
項のいずれか１項に記載の音波を利用した測定方法。００）音波を送り込む側の上記管体の端部における水圧
を測定し、その水圧と上記反射波の解析結果から上記管
体の勾配を測定するようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第９項に記載の音波を利用した測定方法。ａｏ　　所定の複数位置にあらかしめ予測可能な固定反
射点を有する管体の内部にその軸方向に音波を送波し、
その反射波を受波する音波装置と、反射波を解析する解
析装置とを備えたことを特徴とする音波を利用した測定
装置。ｔｍ　　上記管体が所定位置にストレーナ孔が形成され
た所定長さの保孔管を複数本継ぎ合わせた継ぎ合わせボ
ーリング保孔管であり、上記固定反射点が継ぎ合わせボ
ーリング保孔管の継目、ストレーす孔、最先端の保孔管
の端部の先金または各保孔管の所定位置にあらかじめ設
けられた音波反射器あるいはこれらの組合わせであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の音波を
利用した測定装置。０１　　上記解析装置が上記管体の標準状態における測
定によりあらかじめ得られた反射波のデータまたは上記
ボーリング保孔管の施工仕様にもとづきあらかしめ予測
される反射波のデータを記憶する記憶部と、この記憶部
に記憶されたデータとその後の測定において得られる反
射波のデータを比較する比較部とを備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第１１項または第１２項のいず
れか１項に記載の音波を利用した測定装置。０４）上記音波装置が、波長の異なる２種類の音波を重
ね合わせた音波を用いる音波装置であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１１項乃至第１３項のいずれか１項
に記載の音波を利用した測定装置。（１５）　　上記音波装置が、測定ザイクル内で波長の
異なる２種類の音波を送波タイミングをずらして用いる
音波装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１１
項乃至第１３項のいずれか１項に記載の音波を利用した
測定装置。００　　上記音波装置が、その送受波器を装着する側の
上記管体の端部からの水の流出を必要に応じて阻止しあ
るいは許容する送受波器アダプタを備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第１１項乃至第１５項のいずれ
か１項に記載の音波を利用した測定装置。Ｑ７１　１記送受波器に、これを装着する端部に空気、
水のいずれか一方しか存在しない場合でも両者が共有す
る場合でも使用することができるよう、水蜜構造を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載の音
波を利用した測定装置。（１８１上記送受波器を装着する側の端部における水圧
を測定する水圧計を備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１６項または第１７項のいずれか１項に記載の音
波を利用した測定装置。昭和６２年　９月２８日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の複数の位置にあらかじめ予測可能な音波の
固定反射点を有する管体の内部にその軸方向に音波を送
り込み、その反射波を解析することにより管体内部の状
態を測定することを特徴とする音波を利用した測定方法
。
（２）上記管体が所定位置にストレーナ孔が形成された
所定長さの保孔管を複数本継ぎ合わせた継ぎ合せボーリ
ング保孔管であり、上記固定反射点が継ぎ合せボーリン
グ保孔管の継目、ストレーナ孔、最先端の保孔管の端部
の先金または各保孔管の所定位置にあらかじめ設けられ
た音波反射器あるいはこれらの組合わせであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の音波を利用した
測定方法。
（３）上記の反射波の解析を、上記管体の所定の標準状
態における測定によりあらかじめ得られた反射波のデー
タとの比較により行なうことを特徴とする特許請求の範
囲第１項または第２項のいずれか１項に記載の音波を利
用した測定方法。
（４）上記の反射波の解析を、上記ボーリング保孔管の
施工仕様にもとずきあらかじめ予測される反射波のデー
タとの比較により行なうことを特徴とする特許請求の範
囲第２項に記載の音波を利用した測定方法。
（５）波長の異なる２種類の音波を重ね合わせて用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３
項または第４項のいずれか１項に記載の音波を利用した
測定方法。
（６）波長の異なる２種類の音波を１測定サイクル内で
送波タイミングをずらして用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項のいず
れか１項に記載の音波を利用した測定方法。
（７）上記管体内に少なくとも一部水を満たして測定を
行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項
、第３項、第４項、第５項または第６項のいずれか１項
に記載の音波を利用した測定方法。
（８）音波を送り込む側の上記管体の端部における水圧
を測定し、その水圧と上記反射波の解析結果から上記管
体の勾配を測定するようにしたことを特徴とする特許請
求の範囲第７項に記載の音波を利用した測定方法。
（９）所定の複数位置にあらかじめ予測可能な固定反射
点を有する管体の内部にその軸方向に音波を送波し、そ
の反射波を受波する音波装置と、反射波を解析する解析
装置とを備えたことを特徴とする音波を利用した測定装
置。
（１０）上記管体が所定位置にストレーナ孔が形成され
た所定長さの保孔管を複数本継ぎ合わせた継ぎ合わせボ
ーリング保孔管であり、上記固定反射点が継ぎ合わせボ
ーリング保孔管の継目、ストレーナ孔、最先端の保孔管
の端部の先金または各保孔管の所定位置にあらかじめ設
けられた音波反射器あるいはこれらの組合わせであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の音波を利
用した測定装置。
（１１）上記解析装置が上記管体の標準状態における測
定によりあらかじめ得られた反射波のデータまたは上記
ボーリング保孔管の施工仕様にもとづきあらかじめ予測
される反射波のデータを記憶する記憶部と、この記憶部
に記憶されたデータとその後の測定において得られる反
射波のデータを比較する比較部とを備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第９項または第１０項のいずれ
か１項に記載の音波を利用した測定装置。
（１２）上記音波装置が、波長の異なる２種類の音波を
重ね合わせた音波を用いる音波装置であることを特徴と
する特許請求の範囲第９項、第１０項または第１１項の
いずれか１項に記載の音波を利用した測定装置。
（１３）上記音波装置が、測定サイクル内で波長の異な
る２種類の音波を送波タイミングをずらして用いる音波
装置であることを特徴とする特許請求の範囲第９項、第
１０項または第１１項のいずれか１項に記載の音波を利
用した測定装置。
（１４）上記音波装置が、その送受波器を装着する側の
上記管体の端部からの水の流出を必要に応じて阻止しあ
るいは許容する送受波器アダプタを備えていることを特
徴とする特許請求の範囲第９項、第１０項、第１１項、
第１２項または第１３項のいずれか１項に記載の音波を
利用した測定装置。
（１５）上記送受波器に、これを装着する端部に空気、
水のいずれか一方しか存在しない場合でも両者が共存す
る場合でも使用することができるよう、水蜜構造を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の音
波を利用した測定装置。
（１６）上記送受波器を装着する側の端部における水圧
を測定する水圧計を備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１４項または第１５項のいずれか１項に記載の音
波を利用した測定装置。