(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に離間した２点の鉛直方向の変位の差を測定する２点間鉛直変位差測定装置であって、
互いにヒンジ結合され第１の点と第２の点の間に配設された複数の水平方向に延伸する水平梁と、
各ヒンジ部の両側の隣り合う水平梁の各端部に配設される一対の互いに略平行に略鉛直方向に延伸する一対の鉛直梁と、
該一対の鉛直梁に異なる２つの高さで略水平方向に架橋配置される一対の光ファイバーセンサーと、
該一対の光ファイバーセンサーの内の、一方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、他方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、該一対の光ファイバーセンサーの高さの差から隣接する水平梁の間の傾斜を算出し、該傾斜と水平梁の長さから各水平梁の第１の点側の端部に対する第２の点側の端部の鉛直方向の変位を算出し、各水平梁の鉛直方向の変位を合算して、第１の点に対する第２の点の鉛直変位の差を算出する演算手段と、
を具備することを特徴とする２点間鉛直変位差測定装置。
【請求項２】
水平梁の個数をｎ、
各水平梁のヒンジ間の長さをＬｎ、
各一対の光ファイバーセンサーの上側のものが検出した伸縮変位をｄｎ、
各一対の光ファイバーセンサーの下側のものが検出した伸縮変位をｅｎ、
各一対の光ファイバーセンサーの高さの差をｈ、としたときに、
鉛直変位Ｓｎを以下の式でもとめることを特徴とする請求項１に記載の２点間鉛直変位差測定装置、
0003568471.tif 000004
【請求項３】
演算手段の演算したデータを送信する送信手段と、
送信手段の送信したデータを遠隔地で受信して記録する監視装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の２点間鉛直変位差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向に離間した２点の鉛直方向の変位の差を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの部位が水平方向に大きく離間して配置されている巨大構造物の場合に、例えば、不均等な地盤沈下等によって、各部位が初期の据え付け高さ位置に対して異なる変位をすると、各部位間を連結する部材に過大な応力が作用して亀裂が入ったり、それが原因となって事故が発生したりすることがある。そこで、このような変位の差を経時的に監視することが必要である。それに対して従来は、例えば、水管式や差圧式の変位計が利用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの変位計は基準点と測定点の間に水管を通して配置することが必要であり、両点の水位の差を計測することから自動計測は難しく、長期間連続的な監視を行うには適していない。
本発明は、上記問題に鑑み、水平方向に離間した２点間の鉛直方向の変位の差を連続的に監視できる監視装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、水平方向に離間した２点の鉛直方向の変位の差を測定する２点間鉛直変位差測定装置であって、
互いにヒンジ結合され第１の点と第２の点の間に配設された複数の水平方向に延伸する水平梁と、
各ヒンジ部の両側の隣り合う水平梁の各端部に配設される一対の互いに略平行に略鉛直方向に延伸する一対の鉛直梁と、
該一対の鉛直梁に異なる２つの高さで略水平方向に架橋配置される一対の光ファイバーセンサーと、
該一対の光ファイバーセンサーの内の、一方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、他方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、該一対の光ファイバーセンサーの高さの差から傾斜を算出し、該傾斜と水平梁の長さから各水平梁の第１の点側の端部に対する第２の点側の端部の鉛直方向の変位を算出し、各水平梁の鉛直方向の変位を合算して、第１の点に対する第２の点の鉛直変位の差を算出する演算手段と、
を具備することを特徴とする２点間鉛直変位差測定装置が提供される。
【０００５】
このように構成された鉛直変位測定装置では、第１の点と第２の点が互いにヒンジ結合された複数の略水平方向に延伸する水平梁で連結され、各ヒンジ部の両側の隣り合う水平梁の各端部に互いに略平行に略鉛直方向に延伸する一対の鉛直梁が立設され、該一対の鉛直梁に異なる２つの高さに一対の光ファイバーセンサーが略水平方向に架橋配置され、演算手段が該一対の光ファイバーセンサーの内の、一方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、他方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、該一対の光ファイバーセンサーの高さの差から傾斜を算出し、該傾斜と水平梁の長さから各水平梁の第１の点側の端部に対する第２の点側の端部の鉛直方向の変位を算出し、各水平梁の鉛直方向の変位を合算して、第１の点に対する第２の点の鉛直変位の差を算出する。
【０００６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、
水平梁の個数をｎ、
各水平梁のヒンジ間の長さをＬｎ、
各一対の光ファイバーセンサーの上側のものが検出した伸縮変位をｄｎ、
各一対の光ファイバーセンサーの下側のものが検出した伸縮変位をｅｎ、
各一対の光ファイバーセンサーの高さの差をｈ、としたときに、
鉛直変位Ｓｎ  を以下の式でもとめるようにした２点間鉛直変位差測定装置が提供される、
0003568471.tif 000002
【０００７】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、演算手段の演算したデータを送信する送信手段と、
送信手段の送信したデータを遠隔地で受信して記録する監視装置を含む２点間鉛直変位差測定装置が提供される。
このように構成された装置によれば、２点間鉛直変位差を遠隔地で監視できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
第１架台１０と第２架台２０が離間配置され、その間には中間架台３０が配設されている。第１架台１０の上には第１構造物１１が固定され、第２架台２０の上には第２構造物２１が固定されている。第１架台１０、第２架台２０には、それぞれ、ブラケット１２、２２を介して、第１蝶番部材４１、第２蝶番部材４２の図示しない２つの可動片の１つが取り付けられている。中間架台３０にはブラケット３２を介して第３蝶番部材４３の図示しない３つの可動片の１つが取り付けられている。
【０００９】
第１水平梁１１０の右端が補助部材１１１を介して第１蝶番部材４１の他方の可動片に取り付けられており、第１水平梁１１０の左端が補助部材１１２を介して第３蝶番部材４３の１つの可動片に取り付けられている。同様に、第２水平梁１２０の右端が補助部材１２１を介して第３蝶番部材４３の１つの可動片に取り付けられており、第２水平梁１２０の左端が補助部材１２２を介して第２蝶番部材４２の他方の可動片に取り付けられている。
また、第１鉛直梁２１０がブラケット１２の上面に、第２鉛直梁２２０が第１水平梁１１０の右端の上面に、第３鉛直梁２３０が第１水平梁１１０の左端の上面に、第４鉛直梁２４０が第２水平梁１２０の右端の上面に立設されている。
【００１０】
そして、第１鉛直梁２１０と第２鉛直梁２２０の上部の間に第１上側光ファイバーセンサー３１１が架橋配置され、ブラケット１２と第１水平梁１１０の右端の間に第１下側光ファイバーセンサー３１２が架橋配置されており、また、第３鉛直梁２３０と第４鉛直梁２４０の上部の間に第２上側光ファイバーセンサー３２１が架橋配置され、第１水平梁１１０の左端と第２水平梁１２０の右端の間に第２下側光ファイバーセンサー３２２が架橋配置されている。
【００１１】
各光ファイバーセンサーの入射端部には光入射ケーブルを介して測定ユニット４００の発光器（図示せず）の発光した光が入射され、出射者端部から再び測定ユニット４００の受光器（図示せず）に戻るようにされている。測定ユニット４００の演算器４１０は入射光強度に対する出射光強度の比、すなわち、減衰比から各光ファイバーセンサーは両端の取り付け点間の初期据え付け状態からの伸縮を演算する。演算結果は、測定ユニット内の送信器４２０から遠隔配置された監視センタ５００の受信器５１０へ、電話回線等の通信手段によって送られ、監視センタ５００内の記録器５２０に記録される。
なお、図１において光入射ケーブルと光出射ケーブルはまとめて参照符号３５０で示されている。
【００１２】
以下、図２を参照して第１構造物１１と第２構造物２１の、鉛直変位の測定の原理について説明する。
図２において、Ｐ０は第１蝶番部材４１の回転軸中心であり、Ｐ１は第３蝶番部材４３の回転軸中心であり、Ｐ２は第２蝶番部材４２の回転軸中心である。
点Ｐ１の点Ｐ０に対する鉛直方向の変位Ｓ１は据え付け時のＰ０とＰ１の距離をＬ１、変位後のＰ０とＰ１を結ぶ直線の水平線に対する傾きをθ１とすると近似的にはＳ１＝Ｌ１×ｔａｎθ１である。
【００１３】
前記θ１は第１鉛直梁２１０と第２鉛直梁２２０の挟む角度をθ１’に等しい。ここで、第１上側光ファイバーセンサー３１１の伸びと第１下側光ファイバーセンサー３１２の伸びの差をΔ１とし、第１上側光ファイバーセンサー３１１と第１下側光ファイバーセンサー３１２の高さ方向の差をｈとすると、近似的にはｔａｎθ１’＝Δ１／ｈである。そして、上側光ファイバーセンサー３１１の変位をｄ１，第１下側光ファイバーセンサー３１２の変位をｅ１とすると、Δ１＝ｄ１−ｅ１である。
したがって、ｔａｎθ１＝ｔａｎθ１’＝（ｄ１−ｅ１）／ｈであり、
Ｓ１＝Ｌ１×｛（ｄ１−ｅ１）／ｈ｝である。
以上が、Ｐ０に対するＰ１の鉛直方向の変位差を求める方法である。
【００１４】
上記の方法にならい、以下、最終目的である、Ｐ０に対するＰ２の鉛直方向の変位差をもとめる。
点Ｐ２の点Ｐ０に対する鉛直方向の変位Ｓ２は、Ｐ２とＰ１の距離をＬ２とした時に、Ｌ１＋Ｌ２が水平に対してθ１で傾いたことによる変位Ｓ０２と、Ｌ２がＬ１＋Ｌ２に対してθ２で傾いたことによる変位Ｓ１２の和である。
Ｓ０２＝（Ｌ１＋Ｌ２）×｛（ｄ１−ｅ１）／ｈ｝である。
また、Ｓ１２＝Ｌ２×ｔａｎθ２であって、θ２はθ１をもとめたのと同様にして、（ｄ２−ｅ２）／ｈとあらわすことができるので、
Ｓ１２＝Ｌ２×（ｄ２−ｅ２）／ｈである。
したがって、Ｓ２＝Ｓ０２＋Ｓ１２＝（Ｌ１＋Ｌ２）×｛（ｄ１−ｅ１）／ｈ｝＋Ｌ２×（ｄ２−ｅ２）／ｈ
である。
【００１５】
上記においてＬｌとＬ２は既知の値であり、ｈの値も既知である。また、Ｐ１点の第１構造物１１の基準高さ位置、例えば、第１架台１０の上面の高さ位置に対する高さの差も既知であり、各光ファイバーセンサーの検出した変位から第１構造物１１に対する第２構造物２１の鉛直変位を求めることが可能である。
【００１６】
同様にして、水平梁がｎ個の場合の鉛直変位Ｓｎは、以下のようにあらわすことができる。
0003568471.tif 000003
【００１７】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明は、水平方向に離間した２点の鉛直方向の変位の差を測定する２点間鉛直変位差測定装置であるが、互いにヒンジ結合され第１の点と第２の点の間に配設された複数の水平方向に延伸する水平梁と、各ヒンジ部の両側の隣り合う水平梁の各端部に配設される一対の互いに略平行に略鉛直方向に延伸する一対の鉛直梁と、該一対の鉛直梁に異なる２つの高さで略水平方向に架橋配置される一対の光ファイバーセンサーと、該一対の光ファイバーセンサーの内の、一方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、他方の光ファイバーセンサーの初期据え付け状態からの伸縮偏差と、該一対の光ファイバーセンサーの高さの差から傾斜を算出し、該傾斜と水平梁の長さから各水平梁の第１の点側の端部に対する第２の点側の端部の鉛直方向の変位を算出し、各水平梁の鉛直方向の変位を合算して、第１の点に対する第２の点の鉛直変位の差を算出する演算手段と、を具備している。光ファイバーセンサーを使用しているので外部環境の影響を受けにくく長期にわたり安定して計測をおこなうことができる。また、中間のヒンジ結合点の変位をもとめることもできる。
特に、請求項３のように、演算手段の演算したデータを送信する送信手段と、送信手段の送信したデータを遠隔地で受信して記録する監視装置を備えれば、２点間鉛直変位差を遠隔地で監視できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を説明する図である。
【図２】本発明の鉛直変位差の演算方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０…第１架台
１１…第１構造物
２０…第２架台
２１…第２構造物
３０…中間架台
４１、４２，４３…ヒンジ部材
１１０…第１水平梁
１２０…第２水平梁
２１０、２２０、２３０、２４０…第１、２、３、４鉛直梁
３１１…第１上側光ファイバーセンサー
３１２…第１下側光ファイバーセンサー
３２１…第２上側光ファイバーセンサー
３２２…第２下側光ファイバーセンサー
４００…測定ユニット
【図１】
0003568471.tif 000005
【図２】
0003568471.tif 000006