(57)【要約】【課題】本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いた加速度計からなる傾斜測定装置であって、簡単かつ極めて高精度な測定を可能とする傾斜測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】課題は、ＭＥＭＳ加速度計（２）、ＭＥＭＳ加速度計（２）を回転させるための回転手段、当該回転手段と接続され、ＭＥＭＳ加速度計（２）の回転角度を制御するための制御手段、並びにこれらを収容し、及び傾斜測定装置（１）を被測定体に固定するための固定手段（１０）を有する傾斜測定装置ケース（９）から成る傾斜測定装置（１）であって、ＭＥＭＳ加速度計（２）による第一の傾斜角度測定の後、ＭＥＭＳ加速度計（２）が、回転手段により１８０度回転させられ第二の傾斜角度測定を行い、両測定結果から被測定対象の実際の傾斜角度を求める傾斜測定装置（１）により解決される。【選択図】図１
2020008313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳ加速度計（２）、ＭＥＭＳ加速度計（２）を回転させるための回転手段、当該回転手段と接続され、ＭＥＭＳ加速度計（２）の回転角度を制御するための制御手段、並びにこれらを収容し、及び傾斜測定装置（１）を被測定体に固定するための固定手段（１０）を有する傾斜測定装置ケース（９）から成る傾斜測定装置（１）であって、ＭＥＭＳ加速度計（２）による第一の傾斜角度測定の後、ＭＥＭＳ加速度計（２）が、回転手段により１８０度回転させられ第二の傾斜角度測定を行い、両測定結果から被測定対象の実際の傾斜角度を求める傾斜測定装置（１）。
【請求項２】
回転手段が、モータ（５）及びスリップリング（４）から成り、これらが傾斜測定装置ケース（９）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の傾斜測定装置（１）。
【請求項３】
ＭＥＭＳ加速度計（２）、ＭＥＭＳ加速度計（２）を回転させるための回転手段、当該回転手段と接続され、ＭＥＭＳ加速度計（２）の回転角度を制御するための制御手段、並びにこれらを収容し、及び傾斜測定装置（１）を被測定体に固定するための固定手段（１０）を有する傾斜測定装置ケース（９）から成る傾斜測定装置（１）による傾斜測定方法であって、ＭＥＭＳ加速度計（２）による第一の傾斜角度測定の後、ＭＥＭＳ加速度計（２）が、回転手段により１８０度回転させられ第二の傾斜角度測定を行い、両測定結果から被測定対象の実際の傾斜角度を求める傾斜測定方法。
【請求項４】
回転手段が、モータ（５）及びスリップリング（４）から成り、これらが傾斜測定装置ケース（９）に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の傾斜測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ加速度計を用いた傾斜測定装置及び傾斜測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ技術の発展に伴い、小型かつ高精度な加速度計が広く使われるようになった。このようなＭＥＭＳ技術を用いた加速度計のうち３軸加速度計を使って高精度な２成分（Ｘ．Ｙ）傾斜計を製作することが可能である。
【０００３】
そのような傾斜計は、例えば土木建築の分野などで使用される。
【０００４】
例えば、大深度掘削工事が行われる場合、掘削内に地下水・土砂等の排出を防止するため、予め掘削予定周辺に土留め壁を設置し、土留め壁内を揚水して梁を掛けつつ数カ月に亘り掘削工事が進められる。
【０００５】
しかし、掘削が進行するにつれて、時間と共に土留め壁外の地下水・土砂の圧力によって土留め壁が掘削側に変形を起こす。この変形量は、３０ｍの掘削においても数十ｍｍという極めて小さい変形量しか許されない。また掘削工事に隣接する既存の建造物の傾斜管理に用いる場合には、既存の建造物を１／１００度以内での傾斜管理が必要になる場合も有る。
【０００６】
従って土木建築用として使用される傾斜計には時間経過、温度の変化にも安定して１／１０００度、又は０．５ｍｍ／３０ｍ程度の傾斜量を安定的に測定可能な極めて高い精度が要求される。
【０００７】
しかしながら加速度計には、プリント基板のねじれ、しなり等に起因する問題も含め、原点位置が移動してしまういわゆるゼロドリフトという問題がある。加速度計のゼロ位置（原点位置）が、温度、時間経過とともに変化し、出力される数値が変わってしまう問題である。このようなゼロドリフトの問題は、加速度計を加速度計として使用する際にはさほど問題とならない。加速度計は、現在加速度からの加速度の変化量を測定するものであり、重要なのは相対的な変化量だからである。
【０００８】
他方、傾斜計として使用する場合には、現在がどれくらいの傾斜であるかといういわば絶対値が重要となる。この為、特に高い精度が必要となる場合には、加速度計のゼロドリフトの問題は無視することができない問題となる。計測すべき対象に傾斜が発生していない場合に、これを傾斜として計測してしまったり、逆に傾斜が発生しているのに傾斜変化が起きていないと計測してしまったりすることは許されないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２８１７６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いた加速度計からなる傾斜測定装置であって、簡単かつ極めて高精度な測定を可能とする傾斜測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１に記載の装置及び請求項３に記載の方法によって解決される。具体的には、傾斜測定装置が、ＭＥＭＳ加速度計、ＭＥＭＳ加速度計を回転させるための回転手段、当該回転手段と接続され、ＭＥＭＳ加速度計の回転角度を制御するための制御手段、並びにこれらを収容し、及び傾斜測定装置を被測定体に固定するための固定手段を有する傾斜測定装置ケースから成る傾斜測定装置であり、ＭＥＭＳ加速度計による第一の傾斜角度測定の後、ＭＥＭＳ加速度計が、回転手段により１８０度回転させられ第二の傾斜角度測定を行い、両測定結果から被測定対象の傾斜角度を求めることによって簡単かつ極めて高精度の測定が可能となる。
【００１２】
また、このような傾斜測定装置によって、ＭＥＭＳ加速度計による第一の傾斜角度測定の後、ＭＥＭＳ加速度計が、回転手段により１８０度回転させられ第二の傾斜角度測定を行い、両測定結果から被測定対象の傾斜角度を求めることによって、簡単かつ高精度の傾斜測定方法が実現される。
【００１３】
回転手段が、モータ及びスリップリングから成り、これらが傾斜測定装置ケースに固定されていると、傾斜測定の為に必要な要素が一つのケース内にいわばパッケージとして収容され有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る傾斜測定装置の簡略図
【図２】ＭＥＭＳ加速度計の上面図（図１のＭＥＭＳ加速度計を上から見た図）
【図３】本発明に係る傾斜測定装置を使った実際の傾斜測定システムの態様
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず本発明に係るＭＥＭＳ加速度計２を用いた傾斜測定装置１の構成について説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係るＭＥＭＳ加速度計２を用いた傾斜測定装置１を簡略的に表す。この傾斜測定装置は、主として、ＭＥＭＳ加速度計２、ＭＥＭＳ基板３、ＭＥＭＳ加速度計２を回転させるための回転手段としてのスリップリング４及びモータ５、ＭＥＭＳ加速度計２の回転角度を制御するための制御手段としての通信・モータ制御装置６、配線７、ベース板８並びに傾斜測定装置ケース９から成る。
【００１７】
ＭＥＭＳ加速度計２は、ＭＥＭＳ基板３、つまりプリント基板上に配置されている。ＭＥＭＳ基板３は、その下に設けられるスリップリング４の上に載置・固定されている。図１中には、ＭＥＭＳ基板３からスリップリング４に向かって複数の配線７が延びているのがわかる。
【００１８】
スリップリング４は、リング及びブラシから構成され、固定側と回転側の間の電気的接続を実現する。これは、ＭＥＭＳ加速度計２及びＭＥＭＳ基板３を回転させるためのものである。スリップリング４の回転は、スリップリング４に接続されるモータ５により行われる。その際、回転軸の延在方向は傾斜測定装置上下方向と略一致している。
【００１９】
モータ５には配線７を通じて、通信・モータ制御装置６（制御基板）が接続されている。モータ５を回転させるための信号をモータ５に与えるためである。モータ５の回転角度は、この通信・モータ制御装置６により任意に制御可能である。モータ５としてステッピングモータ、サーボモータ等を使用すると、より高精度の回転が可能となる。
【００２０】
傾斜測定装置ケース９は、ＭＥＭＳ加速度計２、ＭＥＭＳ基板３、スリップリング４、モータ５、通信・モータ制御装置６、配線７を収容している。このうちスリップリング４、及びモータ５が、ブラケットを通じてベース板８に固定されているのが見て取れる。ベース板８は傾斜測定装置ケース９に固定されている。傾斜測定装置ケース９は、防水性のケースとして形成されており、例えば１００ｍ防水といった防水性能を備えていることが可能である。
【００２１】
更に傾斜測定装置ケース９は、固定手段１０を有する。この固定手段１０を通じて傾斜測定装置は傾斜を測定しようとする対象（被測定体）に固定される。傾斜測定装置ケース９の固定手段１０は、この例では、ねじ穴を有するブラケットとして形成されている。固定手段１０に設けられたねじ穴にねじを貫通させ被測定体にねじ込むことなどにより傾斜測定装置の被測定体に対する固定を行う。この実施形においては、４つの固定手段１０が設けられているのが図１中に見て取れる。
【００２２】
このように傾斜測定装置が固定された被測定体が傾斜すると、被測定体の傾斜角度に応じて傾斜測定装置も傾斜し、ＭＥＭＳ加速度計２によって測定される重力加速度が変化することを利用し傾斜角度を測定する。
【００２３】
傾斜測定装置に対する電源供給は、外部からの電源・通信ケーブル１１により行う。このケーブルを通じて、外部の測定器から指示（コマンド）が与えられ、また測定結果（データ）が当該測定器へと送られることも可能である。測定器は更にＰＣ等の機器に接続されている（図３参照）。
【００２４】
電源・通信ケーブル１１は、傾斜計に対し防水コネクタ１２を介して接続されている。
【００２５】
次に、このような傾斜測定装置１による傾斜測定の原理、傾斜測定方法について説明する。
【００２６】
図２ａは、図１に表されたＭＥＭＳ加速度計２、及びＭＥＭＳ基板３を上から見た上面図（平面図）を表す。ＭＥＭＳ加速度計２は、図２中に両矢印で記載したＸ方向及びＹ方向の傾斜角度を測定可能である。そして、このようなＭＥＭＳ加速度計２は、上述したとおり原点移動を生じ得る。原点移動は、ＭＥＭＳ基板３のねじれ、しなり等に起因するものも含みうる。その際、原点移動は、図２ａ中のＸ方向成分及びＹ方向成分を有し得る。
【００２７】
例えば、図２ａに記載するＭＥＭＳ加速度計２によって測定しようとする被測定体が、図２ｂに記載のようにＹ軸を中心として２０度だけ左に傾斜しているとする。このときＭＥＭＳ基板３は、基板の変形等なんらかの理由で、図２ａ中のＹ軸を中心としてＸ軸方向に−５度傾斜してしまった、つまり原点移動が生じてしまった。するとＭＥＭＳ加速度計２は、図２ｂに示すように、被測定体の実際の傾斜２０度に加えて、発生した原点移動による−５度分のドリフト誤差（エラー、Ｉｅ）を含んだ数値Ｒａ＝Ｉ＋Ｉｅ＝１５度を出力する。
【００２８】
そこで本発明に係る傾斜測定装置１は、二度の測定を行うことによりこのような原点移動による誤差を克服する。
【００２９】
すなわち、外部の測定器（図３）から通信・モータ制御装置６（図１）に測定指示が与えられると、本発明に係る傾斜測定装置１は、上記１度目の測定（１５度の傾斜角度を出力した測定）の後、ＭＥＭＳ基板３及びＭＥＭＳ加速度計２を回転軸Ａ’（図２ｂ参照）を中心として１８０度回転させ、再度の測定を行う。このように１８０度回転して再度の測定を行った結果、ＭＥＭＳ加速度計２は、原点移動による誤差を含めた出力値Ｒｐ＝−Ｉ＋Ｉｅ＝−２５度を出力することとなる。
【００３０】
ここで、本発明に係る傾斜測定装置１は、被測定体の実際の（原点移動によるエラーを含まない）傾斜角度Ｒｉを、次の式により求め、これを測定結果として外部の測定器に返す。
Ｒａ：  回転前の出力値（上記例では１５度）
Ｒｐ：  １８０度回転後の出力値（上記例では−２５度）
Ｒｉ：  被測定体の傾斜角度
Ｒｉ＝（Ｒａ−Ｒｐ）／２＝（１５−（−２５））／２＝２０度
Ｒｄ：  原点移動角度
Ｒｄ＝（Ｒａ＋Ｒｐ）／２＝（１５＋（−２５））／２＝−５度
【００３１】
以上の通り、傾斜測定毎にＭＥＭＳ基板３を１８０度回転させて２度の測定を行うことによって、基板の変形等に起因するＭＥＭＳ加速度計２の原点移動による誤差を除去し、被測定体の傾斜角度を極めて正確に測定することが可能となる。
【００３２】
最後に、図３に基づいて、このような傾斜計を使った実際の傾斜測定システムの態様について説明する。図３は傾斜測定システムのブロック図である。この傾斜測定システムにおいては、Ａ１、Ａ２、…、Ａｎ及びＢ１、Ｂ２、…、Ｂｎとそれぞれｎ個の傾斜計が直列に接続されて設けられている。各傾斜計は、実際には、掘削予定周辺に設置される土留め壁に沿って土留め壁上部から下部へと鉛直方向にならべて配置される。これら傾斜計は、其々、設置された箇所における傾斜を測定する。各傾斜計Ａ１、Ａ２、…、Ａｎ及びＢ１、Ｂ２、…、Ｂｎに対する測定指示は、ＰＣが、現在の傾斜値をアドレス付きコマンドとして（測定器を介して）各傾斜計へと要求することによってなされる。このように複数個の傾斜計を用いて測定することにより、複数個所の傾斜値が同時に得られることとなる。
【００３３】
傾斜値の測定は、所定の時間間隔をあけて複数回行われることが可能である。時間間隔をあけた複数回の測定を行うことにより、土留め壁の傾斜角度の変化量を把握することが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１    傾斜測定装置
２    ＭＥＭＳ加速度計
３    ＭＥＭＳ基板
４    スリップリング
５    モータ
６    通信・モータ制御装置
７    配線
８    ベース板
９    傾斜測定装置ケース
１０    固定手段
１１    電源・通信ケーブル
１２    防水コネクタ
【図１】
2020008313.tif 000003
【図２】
2020008313.tif 000004
【図３】
2020008313.tif 000005