(57)【要約】【課題】大幅かつ非線形に変化する風速を正確に計測することができるとともに、評価対象物内の変状を正確に評価することができる風速計測装置及び変状評価装置を提供する。【解決手段】風速計測装置１は、風力Ｆに基づいて風速を計測する。可撓支持部３は、風力Ｆが作用する風力作用部２Ａを支持する。たわみ量調整部４は、風力Ｆが作用する風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じて、可撓支持部３のたわみ量を調整する。たわみ量調整部４は、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが小さいときには、可撓支持部３のたわみ量が大きくなるようにこの可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を長くする。一方、たわみ量調整部４は、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが大きいときには、可撓支持部３のたわみ量が小さくなるようにこの可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を短くする。【選択図】図２
2019002826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力に基づいて風速を計測する風速計測装置であって、
風力が作用する第１及び第２の風力作用部と、
前記第１の風力作用部を支持する可撓支持部と、
前記第２の風力作用部に作用する風力の大きさに応じて、前記可撓支持部のたわみ量を調整するたわみ量調整部と、
を備える風速計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風速計測装置において、
前記可撓支持部は、複数の支点で支持されたはり部によって前記第１の風力作用部を支持し、
前記たわみ量調整部は、前記可撓支持部の支点間距離を可変することによって、この可撓支持部のたわみ量を調整すること、
を特徴とする風速計測装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の風速計測装置において、
前記たわみ量調整部は、
前記第２の風力作用部に作用する風力が小さいときには、前記可撓支持部のたわみ量が大きくなるようにこの可撓支持部の支点間距離を長くし、
前記第２の風力作用部に作用する風力が大きいときには、前記可撓支持部のたわみ量が小さくなるようにこの可撓支持部の支点間距離を短くすること、
を特徴とする風速計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の風速計測装置において、
前記たわみ量調整部は、
前記第２の風力作用部に作用する風力の大きさに応じてこの第２の風力作用部が移動するように、この第２の風力作用部を移動自在にガイドするガイド部と、
前記可撓支持部の支点の位置が変化するように、この支点とともに往復移動するスライド部と、
前記第２の風力作用部の移動に連動して前記スライド部を移動させる連動部とを備えること、
を特徴とする風速計測装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の風速計測装置において、
前記たわみ量調整部は、前記第２の風力作用部に作用する風力と逆方向に、この第２の風力作用部に復元力を作用させる復元力作用部を備えること、
を特徴とする風速計測装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の風速計測装置において、
前記可撓支持部の支点の変位を検出する支点変位検出部の検出結果と、前記可撓支持部に発生する変形を検出する変形検出部の検出結果とに基づいて、風速を演算する風速演算部を備えること、
を特徴とする風速計測装置。
【請求項７】
評価対象物内を通過する風の風速に基づいて、この評価対象物内の変状を評価する変状評価装置において、
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の風速計測装置が計測する風速に基づいて、前記評価対象物内の変状を評価する変状評価部を備えること、
を特徴とする変状評価装置。
【請求項８】
請求項７に記載の変状評価装置において、
前記変状評価部は、前記評価対象物の内壁の変形を評価すること、
を特徴とする変状評価装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の変状評価装置において、
前記風速計測装置は、前記評価対象物がトンネルであるときに、このトンネル内を移動体が移動するときにこのトンネル内に発生する風の風速を計測し、
前記変状評価部は、前記トンネルの内壁の変形を評価すること、
を特徴とする変状評価装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の変状評価装置において、
前記変状評価部は、前記評価対象物内の詰まりを評価すること、
を特徴とする変状評価装置。
【請求項１１】
請求項７又は請求項１０に記載の変状評価装置において、
前記風速計測装置は、前記評価対象物がトンネル樋であるときに、このトンネル樋内を通過する風の風速を計測し、
前記変状評価部は、前記トンネル樋内の詰まりを評価すること、
を特徴とする変状評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力に基づいて風速を計測する風速計測装置、及び評価対象物内を通過する風の風速に基づいて、この評価対象物内の変状を評価する変状評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道では、既存の風速計として、垂直な回転軸を中心に回転する複数の半球殻又は円錐殻の羽（風杯）によって風速を計測する風杯型風速計、プロペラ型の羽（風車）によって風速を計測する風車型風速計、受信部と発信部との間の超音波の伝搬時間を測定することによって風速を計測する超音波式風速計などが用いられている。従来の風速測定システムは、超音波を送信及び受信する第１及び第２の超音波送受信器をトンネルの長手方向の天井に所定の間隔をあけて配置してトンネル内の風速を測定している（例えば、特許文献１参照）。このような従来の風速測定システムでは、第１の超音波送受信器から道路面に超音波を送信してこの道路面で反射する超音波を第２の超音波送受信器で受信するとともに、第２の超音波送受信器から道路面に超音波を送信してこの道路面で反射する超音波を第１の超音波送受信器で受信し、それぞれの超音波の伝搬時間差からトンネル内の風速を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000-046853号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、トンネル内を走行する列車が発生する列車風を利用して、トンネル覆工の変形を継続して長期間計測する変形計測方法が提案されている。しかし、トンネル内の風速を測定するときには、列車の走行に伴って発生する列車風がこの列車の走行に伴って大幅かつ非線形に時系列で変化する。従来の風速計では、風速の最大値が計測レンジ（計測可能範囲）に入る風速計を用いていたため、測定結果に計測誤差が大きかった。このため、トンネル内の風速の変化を正確に把握することが困難であった。
【０００５】
この発明の課題は、大幅かつ非線形に変化する風速を正確に計測することができるとともに、評価対象物内の変状を正確に評価することができる風速計測装置及び変状評価装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図３に示すように、風力（Ｆ）に基づいて風速を計測する風速計測装置であって、風力が作用する第１及び第２の風力作用部（２Ａ，２Ｂ）と、前記第１の風力作用部を支持する可撓支持部（３）と、前記第２の風力作用部に作用する風力の大きさに応じて、前記可撓支持部のたわみ量を調整するたわみ量調整部（４）とを備える風速計測装置（１）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の風速計測装置において、前記可撓支持部は、複数の支点（３ｂ，３ｃ）で支持されたはり部（３ａ）によって前記第１の風力作用部を支持し、前記たわみ量調整部は、前記可撓支持部の支点間距離（Ｌ0）を可変することによって、この可撓支持部のたわみ量を調整することを特徴とする風速計測装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の風速計測装置において、図３に示すように、前記たわみ量調整部は、前記第２の風力作用部に作用する風力が小さいときには、前記可撓支持部のたわみ量が大きくなるようにこの可撓支持部の支点間距離を長くし、前記第２の風力作用部に作用する風力が大きいときには、前記可撓支持部のたわみ量が小さくなるようにこの可撓支持部の支点間距離を短くすることを特徴とする風速計測装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の風速計測装置において、図１及び図２に示すように、前記たわみ量調整部は、前記第２の風力作用部に作用する風力の大きさに応じてこの第２の風力作用部が移動するように、この第２の風力作用部を移動自在にガイドするガイド部（４ｄ）と、前記可撓支持部の支点（３ｃ）の位置が変化するように、この支点とともに往復移動するスライド部（４ａ）と、前記第２の風力作用部の移動に連動して前記スライド部を移動させる連動部（４ｅ）とを備えることを特徴とする風速計測装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の風速計測装置において、図１及び図２に示すように、前記たわみ量調整部は、前記第２の風力作用部に作用する風力と逆方向に、この第２の風力作用部に復元力を作用させる復元力作用部（４ｆ）を備えることを特徴とする風速計測装置である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の風速計測装置において、図１、図２、図４及び図７に示すように、前記可撓支持部の支点（３ｃ）の変位（ｘ）を検出する支点変位検出部（５）の検出結果と、前記可撓支持部に発生する変形を検出する変形検出部（６）の検出結果とに基づいて、風速を演算する風速演算部（７ｄ）を備えることを特徴とする風速計測装置である。
【００１２】
請求項７の発明は、図６、図７及び図１０に示すように、評価対象物（Ｔ；Ｇ）内を通過する風（Ｗ）の風速に基づいて、この評価対象物内の変状（Ｔ4；Ｔ5）を評価する変状評価装置において、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の風速計測装置（１）が計測する風速に基づいて、前記評価対象物内の変状を評価する変状評価部（８ｃ）を備えることを特徴とする変状評価装置（８）である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項７に記載の変状評価装置において、図６に示すように、前記変状評価部は、前記評価対象物（Ｔ）の内壁の変形を評価することを特徴とする変状評価装置である。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の変状評価装置において、前記風速計測装置は、前記評価対象物がトンネル（Ｔ）であるときに、このトンネル内を移動体（Ｖ）が移動するときにこのトンネル内に発生する風（Ｗ）の風速を計測し、前記変状評価部は、前記トンネルの内壁の変形を評価することを特徴とする変状評価装置である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項７に記載の変状評価装置において、図１０に示すように、前記変状評価部は、前記評価対象物（Ｇ）内の詰まりを評価することを特徴とする変状評価装置である。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項７又は請求項１０に記載の変状評価装置において、前記風速計測装置は、前記評価対象物がトンネル樋（Ｇ）であるときに、このトンネル樋内を通過する風（Ｗ）の風速を計測し、前記変状評価部は、前記トンネル樋内の詰まりを評価することを特徴とする変状評価装置である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によると、大幅かつ非線形に変化する風速を正確に計測することができるとともに、評価対象物内の変状を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施形態に係る風速計測装置の風力作用前の状態を模式的に示す外観図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る風速計測装置の風力作用後の状態を模式的に示す外観図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る風速計測装置のたわみ量調整部によるたわみ量の調整動作を説明するための模式図であり、（Ａ）は風力が小さいときの模式図であり、（Ｂ）は風力が大きいときの模式図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る風速計測装置の構成図である。
【図５】、この発明の第２実施形態に係る変状評価装置の設置状態の模式図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係る変状評価装置によってトンネル内の変状を評価する場合を概略的に示す模式図であり、（Ａ）は変状発生前の状態を示す模式図であり、（Ｂ）は変状発生後の状態を示す模式図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係る変状評価装置の構成図である。
【図８】この発明の第３実施形態に係る変状評価装置の設置状態の模式図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る変状評価装置によって評価されるトンネル樋内の変状発生前の状態を示す模式図であり、（Ａ）はトンネル樋の一部を拡大して示す拡大図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIX-IXB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１０】この発明の第３実施形態に係る変状評価装置によって評価されるトンネル樋内の変状発生後の状態を示す模式図であり、（Ａ）はトンネル樋の一部を拡大して示す拡大図であり、（Ｂ）は（Ａ）のX-XB線で切断した状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１及び図２に示す風Ｗは、空気の流れである。風Ｗは、例えば、列車の走行に伴って発生する列車風などである。設置面Ｓは、風速計測装置１を設置する部分である。設置面Ｓは、例えば、風速計測装置１を支持する構造物の表面などである。
【００２０】
風速計測装置１は、風力Ｆに基づいて風速を計測する装置である。風速計測装置１は、風力Ｆが作用したときに発生する変形を検出し、この変形に基づいて風速を計測する。ここで、風力Ｆは、構造物に風Ｗが作用することによって発生する荷重（風荷重）であり、列車の走行によって構造物に作用する風圧などである。風速計測装置１は、例えば、列車風のような非線形に変化する風Ｗに追従して計測レンジを自動的に補正することによって風速を計測可能な計測レンジ自動制御風速計である。風速計測装置１は、図３（Ａ）に示すように、風力Ｆが小さいときにはたわみ量を大きくすることによって高感度で風速を測定可能であり、図３（Ｂ）に示すように風力Ｆが大きいときにはたわみ量が小さくても高分解能で風速を計測可能である。風速計測装置１は、風力Ｆが大き過ぎるときには、たわみ量が大きくなり過ぎないようにたわみ量を調整して、この風速計測装置１の破損を防止する。風速計測装置１は、図１及び図２に示す風力作用部２Ａ，２Ｂと、図１〜図３に示す可撓支持部３と、たわみ量調整部４と、図１、図２及び図４に示す支点変位検出部５と、図１〜図４に示す変形検出部６と、図１、図２及び図４に示す風速演算装置７などを備えている。風速計測装置１は、風力Ｆの大きさに応じて可撓支持部３のたわみ量を調整し、この可撓支持部３に発生する変形を検出して、この変形に基づいて風速を演算する。風速計測装置１は、例えば、風Ｗが通過可能な流路を有する収容体内に収容されている。
【００２１】
図１及び図２に示す風力作用部２Ａ，２Ｂは、風力Ｆが作用する手段である。風力作用部２Ａ，２Ｂは、風Ｗを受ける受風板であり、風Ｗを受ける受風面の面積がいずれも同一である。風力作用部２Ａ，２Ｂは、風力Ｆの大きさに応じて水平方向（図２に示すＤ11，Ｄ12方向）に移動可能である。風力作用部２Ａは、可撓支持部３のはり部３ａをたわませるために必要な荷重をこのはり部３ａに作用させる。風力作用部２Ｂは、可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を可変するために必要な荷重をたわみ量調整部４のスライド部４ａに作用させる。風力作用部２Ａ，２Ｂは、これらの風力作用部２Ａ，２Ｂに作用する風力Ｆが増加するとＤ11方向に移動し、風力作用部２Ａ，２Ｂに作用する風力Ｆが低下するとＤ11方向とは逆方向のＤ12方向に移動する。
【００２２】
図１〜図３に示す可撓支持部３は、風力作用部２Ａを支持する手段である。可撓支持部３は、風力作用部２Ａを両端支持はり（両端単純支持はり）によって支持する。可撓支持部３は、はり部３ａと、支点３ｂ，３ｃと、固定端３ｄなどを備えている。可撓支持部３は、複数の支点３ｂ，３ｃで支持されたはり部３ａによって風力作用部２Ａを支持している。
【００２３】
はり部３ａは、風力作用部２Ａに風力Ｆが作用したときにたわむ部分である。はり部３ａは、風力作用部２Ａに風力Ｆが作用したときに、支点３ｂと支点３ｃとの間でたわむように、風力作用部２Ａを支持した状態で支点３ｂ，３ｃの二点で支持されている。はり部３ａは、このはり部３ａの長さ方向と直交する平面で切断したときの断面形状がこのはり部３ａの長さ方向において一定である。はり部３ａは、例えば、風力作用部２Ａに作用する風力Ｆに応じてたわむ可撓性を有する金属又は合成樹脂などである。はり部３ａは、例えば、断面形状が多角形の柱状又は板状部材や、円形又は楕円形の中実又は中空の柱状部材である。
【００２４】
支点３ｂ，３ｃは、はり部３ａを支持する部分である。支点３ｂ，３ｃは、この支点３ｂ，３ｃにおいてはり部３ａに曲げモーメントが作用しないようにこのはり部３ａを回転自在に支持する。支点３ｂは、はり部３ａの端部を支持する固定支点であり、設置面Ｓ又はガイド部４ｂなどに固定部材によって固定されている。支点３ｃは、支点３ｂと固定端３ｄとの間ではり部３ａを支持する可動支点であり、スライド部４ａと一体となって垂直方向（図２に示すＤ21，Ｄ22方向）に移動可能なようにこのスライド部４ａに支持されている。支点３ｃは、はり部３ａとの間に微小な隙間を形成してこのはり部３ａと摺動可能な軸受であり、はり部３ａに曲げモーメントが作用しないようにこの支点３ｃにおいてはり部３ａを支持している。固定端３ｄは、はり部３ａの端部を固定支持する部分である。固定端３ｄは、はり部３ａの支点３ｂ側とは反対側の端部を設置面Ｓに固定している。
【００２５】
たわみ量調整部４は、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じて、可撓支持部３のたわみ量を調整する手段である。たわみ量調整部４は、図１及び図２に示すように、可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を可変することによって、この可撓支持部３のたわみ量を調整する。ここで、支点間距離Ｌ0は、支点３ｂと支点３ｃとの間の距離である。たわみ量調整部４は、図２に示すように、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じて、はり部３ａの長さ方向に支点３ｃを移動することによって支点間距離Ｌ0を可変する。たわみ量調整部４は、図３（Ａ）に示すように、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが小さいときには、可撓支持部３のたわみ量が大きくなるようにこの可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を長くする。一方、たわみ量調整部４は、図３（Ｂ）に示すように、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが大きいときには、可撓支持部３のたわみ量が小さくなるようにこの可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を短くする。たわみ量調整部４は、図２に示すように、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆを駆動源として、はり部３ａの支点間距離Ｌ0を可変してたわみ量を調整する。たわみ量調整部４は、図１〜図３に示すスライド部４ａと、図１及び図２に示すガイド部４ｂと、図１〜図３に示すストッパ部４ｃと、図１及び図２に示すガイド部４ｄと、連動部４ｅと、復元力作用部４ｆなどを備えている。
【００２６】
図１〜図３に示すスライド部４ａは、可撓支持部３の支点３ｃの位置が変化するように、この支点３ｃとともに往復移動する手段である。スライド部４ａは、図１及び図２に示すように、可撓支持部３の支点間距離Ｌ0が変化するように、この可撓支持部３に沿って往復移動する。スライド部４ａは、図２に示すように、可撓支持部３のはり部３ａの長さ方向に沿ってＤ21，Ｄ22方向に移動可能である。スライド部４ａは、可撓支持部３のはり部３ａをガイドするガイドポールとして機能し、支点３ｃを支持した状態で移動する。スライド部４ａは、可撓支持部３のはり部３ａが貫通する貫通孔を有し、このはり部３ａに対して摺動する軸受を備えている。スライド部４ａは、図１に示すように、風力作用部２Ｂに風力Ｆが作用していないときには基準位置（原点）Ｐ0に位置し、図２に示すように風力作用部２Ｂに風力Ｆが作用しているときには移動位置Ｐ1に位置する。スライド部４ａは、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが増加すると、復元力作用部４ｆが発生する復元力に抗してこの風力作用部２Ｂに作用する風力ＦによってＤ21方向に移動する。一方、スライド部４ａは、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが低下すると、復元力作用部４ｆから作用する復元力によってＤ21方向とは逆方向のＤ22方向に移動する。
【００２７】
図１及び図２に示すガイド部４ｂは、スライド部４ａを移動自在にガイドする手段である。ガイド部４ｂは、このガイド部４ｂの長さ方向が設置面Ｓに対して直交するようにこの設置面Ｓに固定されている剛体であり、可撓支持部３のはり部３ａに対して平行に配置されている。ガイド部４ｂは、スライド部４ａを水平姿勢で支持した状態でこのスライド部４ａをガイドする。ガイド部４ｂは、可撓支持部３のはり部３ａが貫通する側とは反対側のスライド部４ａの端部を支持している。ガイド部４ｂは、例えば、スライド部４ａがスライド自在に嵌合するガイドレールに沿ってこのスライド部４ａを進退自在にガイドするリニアガイド装置などである。図１〜図３に示すストッパ部４ｃは、スライド部４ａの可動範囲を所定範囲内に規制する手段である。ストッパ部４ｃは、スライド部４ａが基準位置Ｐ0よりも下方に移動するのを規制するガイド止めとして機能する。
【００２８】
図１及び図２に示すガイド部４ｄは、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じてこの風力作用部２Ｂが移動するように、この風力作用部２Ｂを移動自在にガイドする手段である。ガイド部４ｄは、このガイド部４ｄの長さ方向が設置面Ｓに対して平行になるようにこの設置面Ｓに固定されている剛体である。ガイド部４ｄは、例えば、風力作用部２Ｂがスライド自在に嵌合するガイドレールに沿ってこの風力作用部２Ｂを進退自在にガイドするリニアガイド装置などである。
【００２９】
連動部４ｅは、風力作用部２Ｂの移動に連動してスライド部４ａを移動させる手段である。連動部４ｅは、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆをたわみ量調整部４に伝達する。連動部４ｅは、風力作用部２Ｂの往復動作に連動してスライド部４ａを往復動作させる。連動部４ｅは、連結部材４ｇとガイド部材４ｈなどを備えている。連結部材４ｇは、風力作用部２Ｂとスライド部４ａとを連結する部材である。連結部材４ｇは、例えば、一方の端部が風力作用部２Ｂに連結され他方の端部が復元力作用部４ｆに連結されるワイヤなどである。ガイド部材４ｈは、連結部材４ｇをガイドする部材である。ガイド部材４ｈは、例えば、連結部材４ｇを巻き掛けるガイドローラなどである。ガイド部材４ｈは、設置面Ｓに固定される固定部材に回転自在に支持されている。
【００３０】
復元力作用部４ｆは、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆと逆方向に、この風力作用部２Ｂに復元力を作用させる手段である。復元力作用部４ｆは、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが低下したときに、この風力作用部２ＢがＤ22方向に移動してこの風力作用部２Ｂが元の位置に復帰するように、この風力Ｆの作用方向とは反対方向にこの風力作用部２Ｂに復元力を作用させる。復元力作用部４ｆは、図２に示すように、風力作用部２Ｂに風力Ｆが作用したときに、この風力作用部２Ｂの移動量に対してスライド部４ａの移動量が所定範囲内になるようにこのスライド部４ａに引張力を作用させる。復元力作用部４ｆは、例えば、弾性力（ばね力）を発生するばね、減衰力を発生する減衰器（ダッシュポット）又はこれらの組み合わせであり、風力作用部２Ｂに衝撃的な風力Ｆが作用したときに衝撃を緩和する緩衝装置（バッファ）として機能する。復元力作用部４ｆは、風速に応じた硬さ（ヤング率）を有する弾性材である。復元力作用部４ｆは、一方の端部が連結部材４ｇに接続されており、他方の端部が設置面Ｓに接続されている。
【００３１】
図１、図２及び図４に示す支点変位検出部５は、支点３ｃの変位を検出する手段である。支点変位検出部５は、図２に示すように、支点３ｃがスライド部４ａとともに基準位置Ｐ0から移動位置Ｐ1まで移動した距離を支点変位ｘとして検出する。支点変位検出部５は、スライド部４ａの可動範囲内でこのスライド部４ａの位置を計測可能なようにガイド部４ｂに取り付けられている。支点変位検出部５は、例えば、高周波磁界内にスライド部４ａが存在するときに発生するセンサヘッド内のコイルのインピーダンス変化に基づいて、スライド部４ａの変位を測定する渦電流式変位センサなどである。支点変位検出部５は、支点３ｃの支点変位ｘを支点変位検出信号（支点変位情報）として図４に示す制御部７ｋに出力する。
【００３２】
図１〜図４に示す変形検出部６は、可撓支持部３に発生する変形を検出する手段である。変形検出部６は、風力作用部２Ａに風力Ｆが作用したときに可撓支持部３に発生する曲げ変形を検出して、この曲げ変形をひずみとして検出する。変形検出部６は、図１〜図３に示すように、支点３ｂと支点３ｃとの間で最も曲げモーメントが大きくなる風力作用部２Ａの近傍に配置されている。変形検出部６は、図１〜図３に示すように、風力作用部２Ａとスライド部４ａとの間における可撓支持部３のひずみ検出位置（ひずみ計測位置）Ｐ2に取り付けられている。変形検出部６は、例えば、可撓支持部３のひずみを電気信号に変換して出力するひずみゲージなどである。変形検出部６は、可撓支持部３の変形をひずみ検出信号（ひずみ情報）として図４に示す制御部７ｋに出力する。
【００３３】
図１、図２及び図４に示す風速演算装置７は、風速を演算する装置である。風速演算装置７は、可撓支持部３の支点３ｃの変位を検出する支点変位検出部５の検出結果と、支点変位検出部５の検出結果と変形検出部６の検出結果とに基づいて風速を演算する。風速演算装置７は、例えば、パーソナルコンピュータなどによって構成されており、風速演算プログラムに従って所定の処理を実行する。風速演算装置７は、図４に示すように、信号入力部７ａと、支点変位情報記憶部７ｂと、ひずみ情報記憶部７ｃと、風速演算部７ｄと、風速情報記憶部７ｅと、演算条件設定部７ｆと、演算条件情報記憶部７ｇと、送受信部７ｈと、風速演算プログラム記憶部７ｉと、表示部７ｊと、制御部７ｋなどを備えている。
【００３４】
図４に示す信号入力部７ａは、支点変位検出部５が出力する支点変位検出信号と、変形検出部６が出力するひずみ検出信号とが入力する手段である。信号入力部７ａは、支点変位検出部５及び変形検出部６が出力する電気信号（アナログ信号）からノイズ成分を除去するフィルタ回路と、このアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器などを備えている。信号入力部７ａは、支点変位検出部５が出力する支点変位検出信号と、変形検出部６が出力するひずみ検出信号とを制御部７ｋに出力する。信号入力部７ａは、例えば、支点変位検出部５及び変形検出部６から制御部７ｋに支点変位検出信号及びひずみ検出信号を入力させるインタフェース(I/F)回路などである。
【００３５】
支点変位情報記憶部７ｂは、支点変位検出部５が出力する支点変位情報を記憶する手段である。支点変位情報記憶部７ｂは、例えば、支点変位検出部５が出力する支点変位情報を時系列順に記憶するメモリである。ひずみ情報記憶部７ｃは、変形検出部６が出力するひずみ情報を記憶する手段である。ひずみ情報記憶部７ｃは、例えば、変形検出部６が出力するひずみ情報を支点変位情報と対応させて時系列順に記憶するメモリである。
【００３６】
風速演算部７ｄは、支点変位検出部５の検出結果と変形検出部６の検出結果とに基づいて風速を演算する手段である。風速演算部７ｄは、支点変位検出部５が出力する支点変位検出信号と、変形検出部６が出力するひずみ検出信号とに基づいて風速を演算する。ここで、図１〜図３に示すひずみ検出位置Ｐ2における曲げモーメントＭは、以下の数１によって表される。
【００３７】
【数１】
2019002826.tif 000003
【００３８】
ここで、数１に示すＬ1は、図１及び図２に示す基準位置Ｐ0からひずみ検出位置Ｐ2までの検出点距離であり既知の定数である。Ｌ2は、支点３ｂから風力Ｆの作用点までの作用点距離であり既知の定数である。Ｌ3は、図２に示す基準位置Ｐ0から支点３ｂまでの支点距離であり既知の定数である。ｘは、支点変位検出部５が検出する基準位置Ｐ0から移動位置Ｐ1まで支点３ｃが移動した支点距離である。図１及び図２に示すひずみ検出位置Ｐ2におけるひずみεは、以下の数２によって表される。
【００３９】
【数２】
2019002826.tif 000004
【００４０】
ここで、数２に示すＺは、はり部３ａの断面係数であり、Ｅははり部３ａのヤング率であり、ＺＥははり部３ａの材料特性を示す既知の定数である。風速演算部７ｄは、風力作用部２Ａに作用する風力Ｆを以下の数３によって演算する。
【００４１】
【数３】
2019002826.tif 000005
【００４２】
風速演算部７ｄは、支点変位情報記憶部７ｂが記憶する支点変位ｘに関する支点変位情報と、ひずみ情報記憶部７ｃが記憶するひずみεに関するひずみ情報と、演算条件情報記憶部７ｇが記憶する検出点距離Ｌ1、作用点距離Ｌ2、支点距離Ｌ3、断面係数Ｚ、ヤング率Ｅ及び関数ν(F)に関する演算条件情報とに基づいて、風力作用部２Ａに作用する風力Ｆを演算する。風速演算部７ｄは、数３によって風力Ｆを演算した後に、この風力Ｆの関数である風速ν(F)によって風速νを演算する。ここで、関数ν(F)は、風力作用部２Ａ，２Ｂの受風面の面積によって異なる値を示す関数である。風速演算部７ｄは、演算後の風速νを風速情報として制御部７ｋに出力する。風速情報記憶部７ｅは、風速演算部７ｄが演算した風速情報を記憶する手段である。風速情報記憶部７ｅは、例えば、風速演算部７ｄが出力する風速情報を支点変位情報及びひずみ情報と対応させて時系列順に記憶するメモリである。
【００４３】
演算条件設定部７ｆは、風速を演算するために必要な演算条件を設定する手段である。演算条件設定部７ｆは、数３に示すような検出点距離Ｌ1、作用点距離Ｌ2、支点距離Ｌ3、断面係数Ｚ、ヤング率Ｅ及び関数ν(F)などの風速νの演算に必要な諸元を演算条件情報として設定する。演算条件設定部７ｆは、例えば、使用者の手動操作によって演算条件情報を入力する入力装置又は補助入力装置などである。演算条件設定部７ｆは、設定後の演算条件を演算条件信号（演算条件情報）として制御部７ｋに出力する。演算条件情報記憶部７ｇは、演算条件設定部７ｆが設定した演算条件情報を記憶する手段である。演算条件情報記憶部７ｇは、例えば、演算条件設定部７ｆが出力する演算条件情報を記憶するメモリである。
【００４４】
送受信部７ｈは、風速計測装置１と他の装置との間で種々の情報を送受信する手段である。送受信部７ｈは、例えば、支点変位情報記憶部７ｂが記憶する支点変位情報、ひずみ情報記憶部７ｃが記憶するひずみ情報、及び風速情報記憶部７ｅが記憶する風速情報などを外部装置の送受信部に無線又は有線によって送信する送受信装置などである。
【００４５】
風速演算プログラム記憶部７ｉは、風速を演算するための風速演算プログラムを記憶する手段である。風速演算プログラム記憶部７ｉは、情報記録媒体から読み取った風速演算プログラム、又は電気通信回線を通じて取り込まれた風速演算プログラムなどを記憶するメモリである。表示部７ｊは、種々の情報を表示する手段である。表示部７ｊは、例えば、風速演算部７ｄが演算した風速情報及び演算条件情報記憶部７ｇが記憶する演算条件情報などを画面上に表示する表示装置などである。
【００４６】
制御部７ｋは、風速演算装置７に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部７ｋは、例えば、風速演算プログラム記憶部７ｉから風速演算プログラムを読み出してこの風速演算プログラムに従って所定の演算処理を実行したり、信号入力部７ａが出力する支点変位情報及びひずみ情報を支点変位情報記憶部７ｂ及びひずみ情報記憶部７ｃに出力したり、支点変位情報及びひずみ情報の記憶を支点変位情報記憶部７ｂ及びひずみ情報記憶部７ｃに指令したり、支点変位情報記憶部７ｂ及びひずみ情報記憶部７ｃから支点変位情報及びひずみ情報を読み出して風速演算部７ｄに出力したり、演算条件設定部７ｆが出力する演算条件情報を演算条件情報記憶部７ｇに出力したり、演算条件情報記憶部７ｇに演算条件情報の記憶を指令したり、演算条件情報記憶部７ｇから演算条件情報を読み出して風速演算部７ｄに出力したり、風速演算部７ｄに風速の演算を指令したり、風速演算部７ｄが出力する風速情報を風速情報記憶部７ｅに出力したり、風速情報記憶部７ｅに風速情報の記憶を指令したり、支点変位情報記憶部７ｂ、ひずみ情報記憶部７ｃ及び風速情報記憶部７ｅから支点変位情報、ひずみ情報及び風速情報を読み出してこれらの情報の送信を送受信部７ｈに指令したり、表示部７ｊに種々の情報の表示を指令したりする。制御部７ｋには、信号入力部７ａ、支点変位情報記憶部７ｂ、ひずみ情報記憶部７ｃ、風速演算部７ｄ、風速情報記憶部７ｅ、演算条件設定部７ｆ、演算条件情報記憶部７ｇ、送受信部７ｈ、風速演算プログラム記憶部７ｉ及び表示部７ｊなどが相互に通信可能なように接続されている。
【００４７】
次に、この発明の第１実施形態に係る風速計測装置の作用を説明する。
図１に示すように、風力作用部２Ａが風Ｗを受けると、風力作用部２Ｂもこの風Ｗを同時に受けて、風力作用部２Ａ，２Ｂに風力Ｆが作用する。このため、図２に示すように、風力作用部２Ａを支持する可撓支持部３のはり部３ａがたわむとともに、風力作用部２Ｂがガイド部４ｄにガイドされながらＤ11方向に移動する。風力作用部２ＢがＤ11方向に移動すると、復元力作用部４ｆから風力作用部２Ｂに作用する復元力に抗して連動部４ｅの連結部材４ｇに引張力が作用する。このため、ガイド部４ｂにガイドされながらスライド部４ａが基準位置Ｐ0からＤ21方向に移動すると、スライド部４ａと一体となって支点３ｃもＤ21方向に移動して、可撓支持部３のはり部３ａの支点３ｂに向かって支点３ｃが移動して支点間距離Ｌ0が短くなる。風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じて支点３ｃの支点変位ｘが変化するため、この風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じて可撓支持部３のはり部３ａのたわみ量も変化する。
【００４８】
図３（Ａ）に示すように、風Ｗが弱く風力作用部２Ａ，２Ｂに作用する風力Ｆが比較的小さいときには、スライド部４ａがＤ21方向に殆ど移動しない。このため、可撓支持部３のはり部３ａの支点間距離Ｌ0が長くなって、このはり部３ａのたわみ量が大きくなるようにたわみ量調整部４が調整する。支点間距離Ｌ0が長くなると、風Ｗが弱く比較的小さな風力Ｆが風力作用部２Ａに作用しても、可撓支持部３のはり部３ａのたわみ量が大きくなる。可撓支持部３のはり部３ａのたわみが大きくなると、このはり部３ａの変形が大きくなるため、このはり部３ａに発生するひずみが変形検出部６によって正確に計測される。このため、変形検出部６が出力するひずみ検出信号に基づいて風速演算部７ｄによって風速が高精度に演算される。
【００４９】
一方、図３（Ｂ）に示すように、風Ｗが強く風力作用部２Ａ，２Ｂに作用する風力Ｆが比較的大きいときには、スライド部４ａがＤ21方向に大きく移動する。このため、可撓支持部３のはり部３ａの支点間距離Ｌ0が短くなって、このはり部３ａのたわみ量が小さくなるようにたわみ量調整部４が調整する。支点間距離Ｌ0が短くなると、風Ｗが強く比較的大きな風力Ｆであっても可撓支持部３のはり部３ａのたわみ量が小さくなる。可撓支持部３のはり部３ａのたわみが小さくこのはり部３ａの変形が小さくても、はり部３ａに発生するひずみが変形検出部６によって十分な精度で計測される。このため、変形検出部６が出力するひずみ検出信号に基づいて風速演算部７ｄによって風速が高精度に演算される。風速が強く風力Ｆが大きいときには、支点間距離Ｌ0が短くなって可撓支持部３のはり部３ａに大きなたわみが発生しない。このため、可撓支持部３のはり部３ａが塑性変形することがなく、風速計測装置１の損傷が防止される。
【００５０】
風力作用部２Ａ，２Ｂに作用する風力Ｆが低下すると、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆより復元力作用部４ｆが風力作用部２Ｂに作用させる復元力のほうが大きくなる。このため、図２に示す風力作用部２ＢがＤ12方向に移動して元の位置で待機するとともに、スライド部４ａがＤ22方向に移動してストッパ部４ｃに接触し、スライド部４ａが基準位置Ｐ0で停止する。
【００５１】
この発明の第１実施形態に係る風速計測装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、風力作用部２Ａ，２Ｂに風力Ｆを作用させて、  この風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じて、この風力作用部２Ａを支持する可撓支持部３のたわみ量をたわみ量調整部４が調整する。このため、風力Ｆの大きさに応じて可撓支持部３のたわみ量を自動的に調整することができ、大幅かつ非線形に時系列に変化する風速を正確に計測することができる。その結果、可撓支持部３のたわみ量を調整することによって、風速の大小に関わらず風速を正確に計測することができる。例えば、急激に風速が上昇した後に急激に風速が下降するような風速の変化が非常に大きい列車風を高精度に計測することができる。
【００５２】
(2) この第１実施形態では、複数の支点３ｂ，３ｃで支持されたはり部３ａによって風力作用部２Ａを支持し、この可撓支持部３の支点間距離Ｌ0を可変することによって、この可撓支持部３のたわみ量をたわみ量調整部４が調整する。このため、可撓支持部３を簡単で単純なはり構造によって構成し、はり部３ａの支点間距離Ｌ0を風力Ｆの大きさに応じて変更して、このはり部３ａのたわみ量を簡単に調整することができる。その結果、風速の変化に応じて計測レンジを変化させることができ、変化の大きい風速を容易に計測することができる。
【００５３】
(3) この第１実施形態では、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが小さいときには、可撓支持部３のたわみ量が大きくなるようにこの可撓支持部３の支点間距離Ｌ0をたわみ量調整部４が長くする。また、この第１実施形態では、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが大きいときには、可撓支持部３のたわみ量が小さくなるようにこの可撓支持部３の支点間距離Ｌ0をたわみ量調整部４が短くする。このため、風力Ｆの大きさに関わらず風速を高精度に計測することができる。また、風力Ｆが大きくてもはり部３ａのたわみ量が小さくなるため、はり部３ａが塑性変形して風速計測装置１のレンジアウト（故障）するのを防ぐことができる。
【００５４】
(4) この第１実施形態では、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆの大きさに応じてこの風力作用部２Ｂが移動するように、この風力作用部２Ｂを移動自在にガイド部４ｂがガイドする。また、この第１実施形態では、可撓支持部３の支点３ｃの位置が変化するように、この支点３ｃとともにスライド部４ａが往復移動する。さらに、この第１実施形態では、風力作用部２Ｂの移動に連動してスライド部４ａを連動部４ｅが移動させる。このため、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆを利用して、可撓支持部３の支点３ｃの位置を簡単に可変することができる。また、風力Ｆの大きさに応じて支点３ｃの位置を変更して支点間距離Ｌ0を調整することができ、可撓支持部３のたわみ量を簡単に調整することができる。
【００５５】
(5) この第１実施形態では、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆと逆方向に、この風力作用部２Ｂに復元力作用部４ｆが復元力を作用させる。このため、風力作用部２Ｂに作用する風力Ｆが低下したときに、風力作用部２Ｂを元の位置に迅速に復帰させることができる。
【００５６】
(6) この第１実施形態では、可撓支持部３の支点３ｃの変位を検出する支点変位検出部５の検出結果と、可撓支持部３に発生する変形を検出する変形検出部６の検出結果とに基づいて、風速演算部７ｄが風速を演算する。このため、例えば、可撓支持部３の支点３ｃの位置とこの可撓支持部３のひずみとを検出することによって風速を高精度に演算することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図４に示す部分と同一の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図５及び図６に示すトンネルＴは、変状評価装置８によって内部の変状Ｔ4が評価される評価対象物である。トンネルＴは、二地点間の交通及び物資のお輸送を目的として上部に地山を残して建設される細長い通路であり、山腹などの地中を貫通して車両Ｖを通過させるための固定構造物（土木構造物）である。トンネルＴは、地山の変形及び崩落を抑制及び防止するとともに漏水を防ぎ、トンネルＴ内の所要断面及び機能を維持するトンネル覆工である。トンネルＴは、図５に示すように、このトンネルＴの上端面を構成する天端（クラウン）Ｔ1と、このトンネルＴの上半分を構成する半円状のアーチ部Ｔ2と、このトンネルＴの下半分の両側部分を構成する側壁Ｔ3などを備えている。図６（Ｂ）に示す変状Ｔ4は、トンネルＴ内の変形である。変状Ｔ4は、例えば、地殻変動による偏圧又は断層変位によるトンネルＴの内壁の天端Ｔ1又はアーチ部Ｔ2の変形である。図５及び図６に示す軌道Ｒは、車両Ｖが走行する通路（線路）である。軌道Ｒは、二本の本線で構成された複線、又は一本の本線で構成された単線である。車両Ｖは、軌道Ｒに沿って移動する移動体である。車両Ｖは、例えば、トンネルＴ内を走行する鉄道車両などの列車である。
【００５８】
図５及び図６に示す風速計測装置１は、トンネルＴ内の列車風の風速を計測する。風速計測装置１は、例えば、トンネルＴの天端Ｔ1を図１に示す設置面Ｓとして設置されている。風速計測装置１は、図５に示すように、トンネルＴ内を車両Ｖが通過するときに、このトンネルＴ内に発生する列車風の風速を計測する。風速計測装置１は、例えば、トンネルＴ内の変状Ｔ4の発生が予測される箇所に単数又は複数設置されている。風速計測装置１は、トンネルＴと車両Ｖとの間の隙間を通過する風Ｗの風速を計測する。風速計測装置１は、例えば、トンネルＴ内を車両Ｖが通過する時刻に合わせて風速の計測を開始する。風速計測装置１は、計測後の風速を風速情報として送受信部７ｈから変状評価装置８の送受信部８ａに送信する。
【００５９】
図６及び図７に示す変状評価装置８は、トンネルＴ内を通過する風Ｗの風速に基づいて、このトンネルＴ内の変状Ｔ4を評価する装置である。変状評価装置８は、トンネルＴ内を車両Ｖが通過するときに発生する風Ｗの風速の時間変化を計測することによって、このトンネルＴ内の変状Ｔ4を評価する。変状評価装置８は、例えば、パーソナルコンピュータなどによって構成されており、変状評価プログラムに従って所定の処理を実行する。変状評価装置８は、列車の運行状況を管理する中央制御所などに設置されている。変状評価装置８は、図７に示すように、送受信部８ａと、風速情報記憶部８ｂと、変状評価部８ｃと、評価結果記憶部８ｄと、評価条件設定部８ｅと、評価条件情報記憶部８ｆと、変状評価プログラム記憶部８ｇと、表示部８ｈと、制御部８ｉなどを備えている。
【００６０】
図７に示す送受信部８ａは、風速計測装置１と変状評価装置８との間で種々の情報を送受信する手段である。送受信部８ａは、例えば、風速計測装置１の送受信部７ｈが送信する風速情報などを無線又は有線によって受信する送受信装置などである。風速情報記憶部８ｂは、送受信部８ａが受信した風速情報を記憶する手段である。風速情報記憶部８ｂは、例えば、送受信部８ａが出力する風速情報を時系列順に記憶するメモリである。
【００６１】
変状評価部８ｃは、風速計測装置１が計測する風速に基づいて、トンネルＴ内の変状Ｔ4を評価する手段である。変状評価部８ｃは、図５（Ｂ）に示すように、トンネルＴの内壁の変形Ｔ4を評価する。変状評価部８ｃは、トンネルＴと車両Ｖとの間の隙間を通過する風Ｗの風速がトンネルＴの変形によって変化するため、風速計測装置１が出力する時系列順の風速情報に基づいて、トンネルＴ内の変状Ｔ4の有無を評価する。変状評価部８ｃは、トンネルＴ内を移動する車両Ｖの速度が一定であるときには列車風の流量が一定であるため、このトンネルＴの内壁の変形量ｄＡ1を以下の数４によって演算する。
【００６２】
【数４】
2019002826.tif 000006
【００６３】
ここで、数４に示すν11は、風速計測装置１が計測するトンネルＴの内壁の変形後の風速である。ν10は、風速計測装置１が計測するトンネルＴの内壁の変形前の風速である。Ａ10は、トンネルＴと車両Ｖとの間の隙間（間隔）である。変状評価部８ｃは、風速計測装置１が初期状態で計測したトンネルＴの内壁の変形前の風速ν10と、風速計測装置１が継続して計測するトンネルＴの内壁の変形後の風速ν11とに基づいて、数４によってトンネルＴの内壁の変形量ｄＡ1を演算する。変状評価部８ｃは、トンネルＴ内に変状Ｔ4が発生しているか否かを変形量ｄＡ1に基づいて評価し、この評価結果を評価信号（評価情報）として制御部８ｉに出力する。評価結果記憶部８ｄは、変状評価部８ｃが評価した評価結果を記憶する手段である。評価結果記憶部８ｄは、例えば、変状評価部８ｃが出力する評価情報を時系列順に記憶するメモリである。
【００６４】
評価条件設定部８ｅは、変状Ｔ4を評価するために必要な評価条件を設定する手段である。評価条件設定部８ｅは、トンネルＴと車両Ｖとの間の隙間Ａ10などの変状Ｔ4の評価に必要な諸元を評価条件情報として設定する。評価条件設定部８ｅは、例えば、使用者の手動操作によって評価条件情報を入力する入力装置又は補助入力装置などである。評価条件設定部８ｅは、設定後の評価条件を評価条件信号（評価条件情報）として制御部８ｉに出力する。評価条件情報記憶部８ｆは、評価条件設定部８ｅが設定した評価条件情報を記憶する手段である。評価条件情報記憶部８ｆは、例えば、評価条件設定部８ｅが出力する評価条件情報を記憶するメモリである。
【００６５】
変状評価プログラム記憶部８ｇは、トンネルＴ内の変状Ｔ4を評価するための変状評価プログラムを記憶する手段である。変状評価プログラム記憶部８ｇは、情報記録媒体から読み取った風速演算プログラム、又は電気通信回線を通じて取り込まれた変状評価プログラムなどを記憶するメモリである。表示部８ｈは、種々の情報を表示する手段である。表示部８ｈは、例えば、変状評価部８ｃの評価結果などを画面上に表示する表示装置などである。
【００６６】
制御部８ｉは、変状評価装置８に関する種々の動作を制御する中央処理部（CPU）である。制御部８ｉは、例えば、変状評価プログラム記憶部８ｇから変状評価プログラムを読み出してこの変状評価プログラムに従って所定の演算処理を実行したり、送受信部８ａが出力する風速情報を風速情報記憶部８ｂに出力したり、風速情報の記憶を風速情報記憶部８ｂに指令したり、風速情報記憶部８ｂから風速情報を読み出して変状評価部８ｃに出力したり、評価条件設定部８ｅが出力する評価条件情報を評価条件情報記憶部８ｆに出力したり、評価条件情報記憶部８ｆに評価条件情報の記憶を指令したり、評価条件情報記憶部８ｆから評価条件情報を読み出して変状評価部８ｃに出力したり、変状評価部８ｃに変状Ｔ4の評価を指令したり、変状評価部８ｃが出力する評価情報を評価結果記憶部８ｄに出力したり、評価結果記憶部８ｄに評価結果の記憶を指令したり、表示部８ｈに種々の情報の表示を指令したりする。制御部８ｉには、送受信部８ａ、風速情報記憶部８ｂ、変状評価部８ｃ、評価結果記憶部８ｄ、評価条件設定部８ｅ、評価条件情報記憶部８ｆ、変状評価プログラム記憶部８ｇ及び表示部８ｈなどが相互に通信可能なように接続されている。
【００６７】
次に、この発明の第２実施形態に係る変状評価装置の作用を説明する。
図５（Ａ）に示すように、トンネルＴの内壁が変形していないときには、このトンネルＴと車両Ｖとの間の隙間Ａ10に変化がなく、これらの間の風速も変化しない。このため、トンネルＴの内壁の変形量ｄＡ1を変状評価部８ｃが演算すると変形量ｄＡ1がほぼゼロであり、トンネルＴの内壁に変状Ｔ4が発生していないと変状評価部８ｃが評価する。一方、図５（Ｂ）に示すように、トンネルＴの内壁が変形するとこのトンネルＴと車両Ｖとの間の隙間Ａ10が狭くなって、これらの間の風速が変化して速くなる。このため、トンネルＴの内壁の変形量ｄＡ1を変状評価部８ｃが演算すると変形量ｄＡ1がある値を示し、トンネルＴの内壁に変状Ｔ4が発生していると変状評価部８ｃが評価する。
【００６８】
この発明の第２実施形態に係る変状評価装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、風速計測装置１が計測する風速に基づいて、トンネルＴ内の変状Ｔ4を変状評価部８ｃが評価する。このため、トンネルＴ内の非常に大きな列車風の風速の変化を風速計測装置１によって正確に計測することができる。また、車両Ｖが通過していない時間帯である深夜などにトンネルＴ内に立ち入って、トンネルＴの内壁の変形などを作業員が目視で観察する必要がなくなって、メンテナンス作業を軽減することができる。
【００６９】
(2) この第２実施形態では、トンネルＴの内壁の変状Ｔ4を変状評価部８ｃが評価する。このため、例えば、地殻変動による偏圧や断層変位によるトンネルＴの内壁の変形の有無を正確に評価することができる。
【００７０】
(3) この第２実施形態では、トンネルＴ内を車両Ｖが移動するときにこのトンネルＴ内に発生する風Ｗの風速を風速計測装置１が計測し、このトンネルＴの内壁の変状Ｔ4を変状評価部８ｃが評価する。このため、風速計測装置１によって高精度に計測された風速に基づいて、トンネルＴの内壁の変形などを正確に評価することができる。
【００７１】
（第３実施形態）
図８〜図１０に示すトンネル樋Ｇは、変状評価装置８によって内部の変状Ｔ5が評価される評価対象物である。トンネル樋Ｇは、トンネルＴ内に発生する漏水を集めて排水する構造物であり、トンネルＴ内のレール又は架線への漏水を防止する。トンネル樋Ｇは、図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示すように、断面形状が略Ｕ字状の鉄製又は合成樹脂製の樋である。トンネル樋Ｇは、図８に示すように、トンネルＴのアーチ部Ｔ2及び側壁Ｔ3に沿って配置されており、漏水を収集して側壁Ｔ3の下部に排出する。トンネル樋Ｇは、このトンネル樋Ｇ内に風Ｗを導入する導入口と、このトンネル樋Ｇ内の風Ｗが排出する排出口などを備えている。図１０に示す変状Ｔ5は、トンネル樋Ｇ内の詰まりである。変状Ｔ5は、例えば、トンネルＴの内壁のコンクリート中のカルシウム塩又はアルカリ塩の析出物、トンネル樋Ｇ内に流入した噴泥又は土砂、トンネルＴの内壁に発生する鉄バクテリアなどの汚れである。
【００７２】
図８〜図１０に示す風速計測装置１は、トンネル樋Ｇ内の風Ｗの風速を計測する。風速計測装置１は、例えば、トンネル樋Ｇ内のトンネルＴの壁面を図１に示す設置面Ｓとして、図８に示すようにこのトンネル樋Ｇの長さ方向に所定の間隔をあけて設置されている。風速計測装置１は、トンネル樋Ｇ内を通過する風Ｗの風速を計測する。風速計測装置１は、例えば、トンネルＴ内を車両Ｖが移動するときにトンネル樋Ｇ内を通過する列車風の風速を計測、又はトンネル樋Ｇに送風したときにこのトンネル樋Ｇ内を通過する送風の風速を計測する。風速計測装置１は、トンネルＴ内を車両Ｖが通過する時刻、又はトンネル樋Ｇ内に送風する送風装置が動作を開始する時刻に合わせて、風速の計測を開始する。
【００７３】
図８に示す変状評価装置８は、トンネル樋Ｇ内の風速に基づいてこのトンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5を評価する装置である。変状評価装置８は、トンネル樋Ｇ内を通過する風Ｗの風速の時間変化を計測することによってこのトンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5を評価する。
【００７４】
変状評価部８ｃは、風速計測装置１が計測する風速に基づいて、トンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5を評価する手段である。変状評価部８ｃは、トンネル樋Ｇ内の詰まりを評価する。変状評価部８ｃは、トンネルＴとトンネル樋Ｇとの間の隙間を通過する風Ｗの風速がトンネル樋Ｇ内の詰まりによって変化するため、風速計測装置１が出力する時系列順の風速情報に基づいてトンネル樋Ｇ内の詰まりの有無を評価する。変状評価部８ｃは、トンネル樋Ｇ内を通過する風Ｗの流量が一定であるときには、このトンネル樋Ｇ内の詰まりの原因となる変状Ｔ5の厚さｄＡ2を以下の数５によって演算する。
【００７５】
【数５】
2019002826.tif 000007
【００７６】
ここで、数５に示すν21は、トンネル樋Ｇ内の詰まり発生後の風速であり、ν20はトンネル樋Ｇ内の詰まり発生前の風速であり、Ａ20はトンネル樋ＧとトンネルＴとの間の隙間（間隔）である。変状評価部８ｃは、風速計測装置１が初期状態で計測したトンネル樋Ｇ内の詰まり発生前の風速ν20と、風速計測装置１が継続して計測するトンネル樋Ｇ内の詰まり発生後の風速ν21とに基づいて、数５によってトンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5の厚さｄＡ2を演算する。変状評価部８ｃは、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5が発生しているか否かを厚さｄＡ2に基づいて評価し、この評価結果を評価信号（評価情報）として制御部８ｉに出力する。
【００７７】
次に、この発明の第３実施形態に係る変状評価装置の作用を説明する。
図９に示すように、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5に起因する詰りが発生していないときには、このトンネル樋ＧとトンネルＴとの間の隙間Ａ20に変化がなく、これらの間の風速も変化しない。このため、トンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5の厚さｄＡ2を変状評価部８ｃが演算すると変状Ｔ5の厚さｄＡ2がほぼゼロであり、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5が発生していないと変状評価部８ｃが評価する。一方、図１０に示すように、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5に起因する詰りが発生するとこのトンネル樋ＧとトンネルＴとの間の間隔が狭くなって、これらの間の風速が変化して速くなる。このため、トンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5の厚さｄＡ2を変状評価部８ｃが演算すると変状Ｔ5の厚さｄＡ2がある数値を示し、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5が発生していると変状評価部８ｃが評価する。
【００７８】
この発明の第３実施形態に係る変状評価装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、風速計測装置１が計測する風速に基づいて、トンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5を変状評価部８ｃが評価する。このため、トンネル樋Ｇ内の非常に大きな風Ｗの風速の変化を風速計測装置１によって正確に計測することができる。また、作業員が目視によって確認不可能なトンネル樋Ｇ内の詰まりを計測することができる。また、トンネル樋Ｇ内に詰りが発生して導水性能が低下しているトンネル樋Ｇのみを交換することができ、無駄な交換作業により発生するコストを削減することができる。
【００７９】
(2) この第３実施形態では、トンネル樋Ｇ内の詰まりを変状評価部８ｃが評価する。このため、例えば、トンネルＴの内壁とトンネル樋Ｇとの間に発生する汚れなどに起因するトンネル樋Ｇ内の詰まりの有無を正確に評価することができる。
【００８０】
(3) この第３実施形態では、トンネル樋Ｇ内を通過する風Ｗの風速を前記風速計測装置１が計測し、このトンネル樋Ｇ内の詰まりを変状評価部８ｃが評価する。このため、風速計測装置１によって高精度に計測された風速に基づいて、トンネル樋Ｇ内の詰まりを正確に評価することができる。
【００８１】
(他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、風Ｗが列車風である場合を例に挙げて説明したが、列車風以外の風速を計測する場合についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、可撓支持部３が両端支持はりである場合を例に挙げて説明したが、このようなはり構造にこの発明を限定するものではない。例えば、一端支持他端固定はり、両端固定はり、一端張り出しはり、両端張り出しはり、ゲルバーばり又は連続ばりなどのはり構造についても、この発明を適用することができる。
【００８２】
(2) この実施形態では、スライド部４ａの変位を支点変位検出部５によって検出する場合を例に挙げて説明したが、このような変位検出方法にこの発明を限定するものではない。例えば、風力作用部２Ｂ又は連結部材４ｇの変位を接触式変位計又はワイヤ式変位計などの変位検出部によって検出する場合や、風力計によって計測した風力Ｆと復元力作用部４ｆの剛性（ヤング率）又はばね定数とに基づいて支点変位ｘを検出する場合などについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、風力作用部２Ａの近傍のひずみ検出位置Ｐ2に変形検出部６を取り付けてひずみを検出する場合を例に挙げて説明したが、はり部３ａの任意の検出位置に変形検出部６を取り付けてひずみを検出する場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、風力作用部２Ａ，２Ｂの受風面の面積がいずれも同一である場合を例に挙げて説明したが、これらの受風面の面積が異なる場合についても、この発明を適用することができる。例えば、はり部３ａの曲げ剛性及び支点間距離Ｌ0、復元力作用部４ｆの硬さなどを調整することによって、風力作用部２Ａ，２Ｂの受風面の面積を任意に設定することができる。
【００８３】
(3) この第２実施形態及び第３実施形態では、トンネルＴ内を列車が移動する場合を例に挙げて説明したが、自動車などの他の移動体がトンネルＴ内を移動する場合についても、この発明を適用することができる。また、この第２実施形態及び第３実施形態では、トンネルＴの天端Ｔ1を設置面Ｓとして風速計測装置１を設置する場合を例に挙げて説明したが、トンネル樋Ｇの下面に風速計測装置１を設置する場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この第２実施形態及び第３実施形態では、演算条件設定部７ｆを風速演算装置７が備える場合を例に挙げて説明したが、風速演算装置７の構造を限定するものではない。例えば、変状評価装置８側の演算条件設定部７ｆによって演算条件を設定し、変状評価装置８側の送受信部８ａから風速演算装置７側の送受信部７ｈに演算条件情報を送信して、この演算条件情報を演算条件情報記憶部７ｇに記憶させる場合についても、この発明を適用することもできる。
【００８４】
(4) この第２実施形態では、トンネルＴの天端Ｔ1に風速計測装置１を設置する場合を例に挙げて説明したが、アーチ部Ｔ2又は側壁Ｔ3に風速計測装置１を設置して、トンネルＴと車両Ｖとの間の隙間を通過す列車風の風速を計測する場合についても、この発明を適用することができる。また、この第２実施形態では、トンネルＴの内壁の変形量ｄＡ1に基づいてトンネルＴの内壁の変状Ｔ4を変状評価部８ｃが評価しているが、このような評価方法にこの発明を限定するものではない。例えば、風速が所定値を超えているときには、トンネルＴの内壁に変状Ｔ4が発生していると変状評価部８ｃが評価し、風速が所定値以下であるときには、トンネルＴの内壁に変状Ｔ4が発生していないと変状評価部８ｃが評価する場合についても、この発明を適用することができる。同様に、この第３実施形態では、トンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5の厚さｄＡ2に基づいてトンネル樋Ｇ内の変状Ｔ5を変状評価部８ｃが評価しているが、このような評価方法にこの発明を限定するものではない。例えば、風速が所定値を超えているときには、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5が発生していると変状評価部８ｃが評価し、風速が所定値以下であるときには、トンネル樋Ｇ内に変状Ｔ5が発生していないと変状評価部８ｃが評価する場合についても、この発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  風速計測装置
２Ａ  風力作用部（第１の風力作用部）
２Ｂ  風力作用部（第２の風力作用部）
３  可撓支持部
３ａ  はり部
３ｂ，３ｃ  支点
３ｄ  固定端
４  たわみ量調整部
４ａ  スライド部
４ｂ  ガイド部
４ｃ  ストッパ部
４ｄ  ガイド部
４ｅ  連結部
４ｆ  復元力作用部
４ｇ  連結部材
４ｈ  ガイド部材
５  支点変位検出部
６  変形検出部
７  風速演算装置
７ｄ  風速演算部
８  変状評価装置
８ｃ  変状評価部
Ｗ  風
Ｆ  風力
Ｓ  設置面
Ｌ0  支点間距離
Ｐ0  基準位置
Ｐ1  移動位置
Ｐ2  ひずみ検出位置
Ｌ0  支点間距離
Ｌ1  検出点距離
Ｌ2  作用点距離
Ｌ3  支点距離
ｘ  支点変位
Ｔ  トンネル（評価対象物）
Ｔ4，Ｔ5  変状
Ｒ  軌道
Ｖ  車両（移動体）
Ｇ  トンネル樋（評価対象物）
ｄＡ1  変形量
ｄＡ2  厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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