(57)【要約】【課題】地面の土の抵抗率を測定する精度を向上させる。【解決手段】地面Ｓと接触する電極部５と、電極部５により地面Ｓの土の抵抗率を測定する測定部１１とを備えた土質測定装置１において、電極部５は、前輪６と、後輪７と、前輪６と後輪７とをその内周面８ｉにより囲繞しつつ一帯をなし、前輪６と後輪７との間でその外周面８ｏにより地面Ｓと接触する履帯状電極８とを有する。履帯状電極８が前輪６及び後輪７の周囲で回転することにより、履帯状電極８は、前輪６と後輪７との間の広い範囲で履帯状電極８の外周面８ｏにより地面Ｓと接触しつつ地面Ｓを移動するため、履帯状電極８と地面Ｓとの接触面積が増大することにより地面Ｓの不陸や剛性による影響が低減し、履帯状電極８と特定の地点における地面Ｓとの接触時間が増大することにより測定回数が増大するため、地面Ｓの土の抵抗率を測定する精度を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地面と接触する電極部と、
前記電極部により前記地面の土の抵抗率を測定する測定部と、
を備え、
前記電極部は、
前輪と、
後輪と、
前記前輪と前記後輪とをその内周面により囲繞しつつ一帯をなし、前記前輪と前記後輪との間でその外周面により前記地面と接触する履帯状電極と、
を有し、
前記履帯状電極が前記前輪及び前記後輪の周囲で回転することにより、前記履帯状電極は、前記前輪と前記後輪との間で前記履帯状電極の前記外周面により前記地面と接触しつつ前記地面を移動する、土質測定装置。
【請求項２】
前記電極部は、前記履帯状電極の前記外周面が前記地面と接触する範囲における前記履帯状電極の前記内周面を支持する補助輪をさらに有する、請求項１に記載の土質測定装置。
【請求項３】
前記電極部は、前記履帯状電極を前記前輪及び前記後輪の周囲で回転させることにより、前記履帯状電極に前記地面を移動させる駆動部をさらに有する、請求項１又は２に記載の土質測定装置。
【請求項４】
前記駆動部への指令信号を受信する受信部をさらに備えた、請求項３に記載の土質測定装置。
【請求項５】
前記履帯状電極の位置を取得する測位部をさらに備え、
前記測定部は、前記測位部により取得された前記履帯状電極の位置と関連付けた前記地面の土の抵抗率を測定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の土質測定装置。
【請求項６】
前記測定部により測定された前記地面の土の抵抗率に関する情報を送信する送信部をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の土質測定装置。
【請求項７】
地面と接触する電極部により前記地面の土の抵抗率を測定する土質測定方法であって、
前輪と、後輪と、前記前輪と前記後輪とをその内周面により囲繞しつつ一帯をなし、前記前輪と前記後輪との間でその外周面により前記地面と接触する履帯状電極とを有する前記電極部の前記履帯状電極を前記前輪及び前記後輪の周囲で回転させることにより、前記前輪と前記後輪との間で前記履帯状電極の前記外周面を前記地面と接触させつつ前記履帯状電極に前記地面を移動させることによって、前記地面の土の抵抗率を測定する土質測定方法。
【請求項８】
前記履帯状電極の前記外周面が前記地面と接触する範囲における前記履帯状電極の前記内周面を前記電極部の補助輪により支持しつつ、前記履帯状電極に前記地面を移動させることによって、前記地面の土の抵抗率を測定する、請求項７に記載の土質測定方法。
【請求項９】
前記電極部の駆動部により、前記履帯状電極を前記前輪及び前記後輪の周囲で回転させることにより、前記履帯状電極に前記地面を移動させることによって、前記地面の土の抵抗率を測定する、請求項７又は８に記載の土質測定方法。
【請求項１０】
前記駆動部への指令信号を受信部により受信しつつ、前記地面の土の抵抗率を測定する、請求項９に記載の土質測定方法。
【請求項１１】
測位部により前記履帯状電極の位置を取得しつつ、前記測位部により取得された前記履帯状電極の位置と関連付けた前記地面の土の抵抗率を測定する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の土質測定方法。
【請求項１２】
測定された前記地面の土の抵抗率に関する情報を送信部により送信しつつ、前記地面の土の抵抗率を測定する、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の土質測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土質測定装置及び土質測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地面と接触する電極により地面の土の抵抗率を測定することによって、土の土質を測定する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の垂直方向に延在する棒状の電極の下端を転圧機による締固めが行われた土に圧接して土の抵抗率を測定することにより、測定された抵抗率と土の乾燥密度との相関に基づいて当該土の締固め度を取得する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４１６９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような技術では、測定された土の抵抗率に基づいた土の乾燥密度と、砂置換法等の直接的に測定された土の乾燥密度とが異なる場合がある。これは、土の抵抗率の測定の精度が低い場合があるためと考えられ、地面の土の抵抗率を測定する精度を向上させることが望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、地面の土の抵抗率を測定する精度を向上させることができる土質測定装置及び土質測定方法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】
【０００６】
本発明は、地面と接触する電極部と、電極部により地面の土の抵抗率を測定する測定部とを備え、電極部は、前輪と、後輪と、前輪と後輪とをその内周面により囲繞しつつ一帯をなし、前輪と後輪との間でその外周面により地面と接触する履帯状電極とを有し、履帯状電極が前輪及び後輪の周囲で回転することにより、履帯状電極は、前輪と後輪との間で履帯状電極の外周面により地面と接触しつつ地面を移動する土質測定装置である。
【０００７】
この構成によれば、地面と接触する電極部と、電極部により地面の土の抵抗率を測定する測定部とを備えた土質測定装置において、電極部は、前輪と、後輪と、前輪と後輪とをその内周面により囲繞しつつ一帯をなし、前輪と後輪との間でその外周面により地面と接触する履帯状電極とを有する。履帯状電極が前輪及び後輪の周囲で回転することにより、履帯状電極は、前輪と後輪との間の広い範囲で履帯状電極の外周面により地面と接触しつつ地面を移動するため、履帯状電極と地面との接触面積が増大することにより地面の不陸や剛性による影響が低減し、履帯状電極と特定の地点における地面との接触時間が増大することにより測定回数が増大するため、地面の土の抵抗率を測定する精度を向上させることができる。
【０００８】
この場合、電極部は、履帯状電極の外周面が地面と接触する範囲における履帯状電極の内周面を支持する補助輪をさらに有することが好適である。
【０００９】
この構成によれば、電極部の補助輪により、履帯状電極の外周面が地面と接触する範囲における履帯状電極の内周面が支持されるため、地面の不陸や剛性による影響をさらに低減することができる。
【００１０】
また、電極部は、履帯状電極を前輪及び後輪の周囲で回転させることにより、履帯状電極に地面を移動させる駆動部をさらに有することが好適である。
【００１１】
この構成によれば、電極部の駆動部により、履帯状電極が前輪及び後輪の周囲で回転させられることにより、履帯状電極が地面を自走で移動させられるため、広範囲における地面の土の抵抗率の測定がさらに容易となる。
【００１２】
この場合、駆動部への指令信号を受信する受信部をさらに備えることが好適である。
【００１３】
この構成によれば、受信部により駆動部への指令信号が受信されるため、履帯状電極の自走による移動を遠隔操作で制御することができる。
【００１４】
また、履帯状電極の位置を取得する測位部をさらに備え、測定部は、測位部により取得された履帯状電極の位置と関連付けた地面の土の抵抗率を測定することが好適である。
【００１５】
この構成によれば、測定部によって、測位部により取得された履帯状電極の位置と関連付けた地面の土の抵抗率が測定されるため、地点ごとの土の抵抗率を測定することができる。
【００１６】
また、測定部により測定された地面の土の抵抗率に関する情報を送信する送信部をさらに備えることが好適である。
【００１７】
この構成によれば、送信部によって、測定部により測定された地面の土の抵抗率に関する情報が送信されるため、電極部から離れた場所において地面の土の抵抗率に関する情報を取得することができる。
【００１８】
また、本発明は、地面と接触する電極部により地面の土の抵抗率を測定する土質測定方法であって、前輪と、後輪と、前輪と後輪とをその内周面により囲繞しつつ一帯をなし、前輪と後輪との間でその外周面により地面と接触する履帯状電極とを有する電極部の履帯状電極を前輪及び後輪の周囲で回転させることにより、前輪と後輪との間で履帯状電極の外周面を地面と接触させつつ履帯状電極に地面を移動させることによって、地面の土の抵抗率を測定する土質測定方法である。
【００１９】
この場合、履帯状電極の外周面が地面と接触する範囲における履帯状電極の内周面を電極部の補助輪により支持しつつ、履帯状電極に地面を移動させることによって、地面の土の抵抗率を測定することが好適である。
【００２０】
また、電極部の駆動部により、履帯状電極を前輪及び後輪の周囲で回転させることにより、履帯状電極に地面を移動させることによって、地面の土の抵抗率を測定することが好適である。
【００２１】
この場合、駆動部への指令信号を受信部により受信しつつ、地面の土の抵抗率を測定することが好適である。
【００２２】
また、測位部により履帯状電極の位置を取得しつつ、測位部により取得された履帯状電極の位置と関連付けた地面の土の抵抗率を測定することが好適である。
【００２３】
また、測定された地面の土の抵抗率に関する情報を送信部により送信しつつ、地面の土の抵抗率を測定することが好適である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の土質測定装置及び土質測定方法によれば、地面の土の抵抗率を測定する精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は実施形態の土質測定装置の構成を示す平面図であり、（Ｂ）は実施形態の土質測定装置の構成を示す側面図である。
【図２】図１（Ａ）の電極部のそれぞれの間隔を変更した状態を示す平面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の電極の地面との接触面積と接触時間とを示す図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、本実施形態の電極部の地面との接触面積と接触時間とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る土質測定装置及び土質測定方法の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の土質測定装置及び土質測定方法は、例えば、ロードローラ等の締固め機械により締固められた後の地面の土の抵抗率を測定し、抵抗率と相関がある土の乾燥密度等を導出することによって、締固め機械による締固めの効果を確認するためのものである。図１（Ａ）に示すように、本実施形態の土質測定装置１は、左側の左フレーム部２Ａと、右側の右フレーム部３Ａと、左フレーム部２Ａと右フレーム部３Ａとを連結する中央フレーム部４Ａとを備える。
【００２７】
左フレーム部２Ａ及び右側の右フレーム部３Ａの全長は、例えば、２００〜４００ｍｍ程度である。左フレーム部２Ａ及び右側の右フレーム部３Ａの全幅は、例えば、１００〜４００ｍｍ程度である。中央フレーム部４Ａの全長及び全幅は、例えば、４０〜２００ｍｍ程度である。後述するように、本実施形態の土質測定装置１は、地面を自走可能である。つまり、本実施形態の土質測定装置１は、例えば、模型自動車のような形態を有する。
【００２８】
土質測定装置１は、左フレーム部２Ａ及び右側の右フレーム部３Ａのそれぞれの左右の両端に地面と接触する合計４つの電極部５と、中央フレーム部４Ａに電極部５により地面の土の抵抗率を測定する測定部１１とを備える。図１（Ｂ）に示すように、電極部５は、前輪６と、後輪７と、前輪６と後輪７とをその内周面８ｉにより囲繞しつつ一帯をなし、前輪６と後輪７との間でその外周面８ｏにより地面Ｓと接触する履帯状電極８とを有する。履帯状電極８が前輪６及び後輪７の周囲で回転することにより、履帯状電極８は、前輪６と後輪７との間で履帯状電極８の外周面８ｏにより地面Ｓと接触しつつ地面Ｓを移動する。
【００２９】
履帯状電極８は、金属の電極が埋め込まれたゴム等の合成樹脂製の切れ目のない帯状体や、その全体が電極である金属製の切れ目のない帯状体である。電極部５は、履帯状電極８の外周面８ｏが地面Ｓと接触する範囲における履帯状電極８の内周面８ｉを支持する補助輪９をさらに有する。前輪６、後輪７及び補助輪９は懸架装置により懸架され、履帯状電極８の外周面８ｏが地面Ｓと接触する範囲において地面Ｓの不陸や剛性に関わらず地面Ｓと常に密着するようにされている。
【００３０】
電極部５は、履帯状電極８を前輪６及び後輪７の周囲で回転させることにより、履帯状電極８に地面Ｓを移動させる駆動部１０を有する。駆動部１０は、例えば、前輪６及び後輪７のいずれかを電動機又は内燃機関等により回転駆動させることにより、履帯状電極８を前輪６及び後輪７の周囲で回転させる。これにより、本実施形態の土質測定装置１は、地面Ｓを自走可能である。
【００３１】
各作業現場の土により、測定誤差を小さくできる履帯状電極８と地面Ｓとの接触面積や接触時間は異なると考えられる。そこで、駆動部１０は、履帯状電極８を移動させる速度の調節が可能であり、各作業現場に適切な速度に設定可能である。可能な限り、履帯状電極８の速度は速い方が測定に必要な時間が短くなるため、好ましい。なお、土質測定装置１をロードローラ等の自走式の締固め機械や、電動立ち乗り二輪車や、人力等の何らかの手法で牽引することにより、履帯状電極８を移動させてもよい。また、土質測定装置１をロードローラ等の自走式の締固め機械と一体化することにより、履帯状電極８を移動させてもよい。
【００３２】
以上のような合計４つの電極部５は、土質測定装置１の進行方向Ｄの垂直方向に並列に配置され、例えば、ウェンナー法により土の抵抗率が測定される。作業現場や作業箇所によって、要求される土質を測定する深度は異なる。そこで、図２に示すように、例えば、電極部５及び測定部１１等が取り付けられる左フレーム部２Ａ、右フレーム部３Ａ及び中央フレーム部４Ａをこれらとは全幅が異なる左フレーム部２Ｂ、右フレーム部３Ｂ及び中央フレーム部４Ｂと交換し、電極部５及び測定部１１等が同様に取り付けられることにより、４つの電極部５のそれぞれの間隔を変更可能である。４つの電極部５のそれぞれの間隔が変更されることにより、土の抵抗率を測定する深度が変更される。
【００３３】
なお、前輪６は電極部５における最前部の転輪でなくともよく、後輪７は電極部５における最後部の転輪でなくともよい。また、必ずしも、前輪６及び後輪７が駆動部１０により回転駆動させられることにより、履帯状電極８を前輪６及び後輪７の周囲で回転させられなくともよく、補助輪９等が駆動部１０により回転駆動されることにより、履帯状電極８を前輪６及び後輪７の周囲で回転させられてもよい。前輪６、後輪７、履帯状電極８及び補助輪９の配置も適宜変更されてもよい。
【００３４】
図１（Ａ）に示すように、中央フレーム部４Ａに配置された測定部１１は、４つの電極部５により地面Ｓの土の抵抗率を測定する。なお、測定部１１が地面Ｓの土の抵抗率を測定するとは、必ずしも、土の抵抗率の数値を算出することのみを意味せず、例えば、電極部５により検出された電流値及び電圧値等に関する情報を出力することも含まれる。
【００３５】
土質測定装置１は、中央フレーム部４Ａに、履帯状電極８の位置を取得する測位部１２を備える。測定部１１は、測位部１２により取得された履帯状電極８の位置と関連付けた地面Ｓの土の抵抗率を測定する。中央フレーム部４Ａ等の土質測定装置１の位置が履帯状電極８の位置とみなされてもよい。測位部１２は、例えば、ＧＮＳＳ（GlobalNavigation Satellite System）測量により履帯状電極８の位置を測位する。ＧＮＳＳ測量では、３個以上の衛星から信号を受信することにより、履帯状電極８の位置（例えば履帯状電極８の緯度及び経度）を測位する。ＧＮＳＳ測量に替えて、光学測量機能による自動追尾ＴＳ（Total Station）により履帯状電極８の位置が測位されてもよい。
【００３６】
土質測定装置１は、中央フレーム部４Ａに、駆動部１０及び測定部１１への指令信号を受信する受信部である通信部１３を備える。これにより、駆動部１０及び測定部１１の動作は通信部１３により受信された指令信号による遠隔操作によって制御される。通信部１３は、測定部１１により測定された地面Ｓの土の抵抗率に関する情報を送信する送信部としても機能する。なお、土質測定装置１に搭載された記録装置に測定部１１による測定結果が記録されてもよい。
【００３７】
また、土質測定装置１は、中央フレーム部４Ａに、駆動部１０及び測定部１１の動作を制御する制御部１４を備える。また、制御部１４により、例えば、ロードローラ等の自走式の締固め機械の後方を土質測定装置１が追随して移動するように制御されてもよい。また、制御部１４により作業現場の任意の経路を土質測定装置１が移動するように制御されてもよい。
【００３８】
本実施形態の土質測定装置１を用いた土質測定方法では、例えば、土質測定装置１を地面Ｓの上で移動させつつ、作業現場の任意の場所の土の抵抗率が測定される。土の抵抗率と土の乾燥密度とは相関関係があることが知られているため、土の抵抗率に基づいて土の乾燥密度を導出することができる。導出された土の乾燥密度により、締固め機械による締固めの効果を確認することができる。測定部１１は、測定された土の抵抗率に基づいて土の乾燥密度を導出し、通信部１３は導出された土の乾燥密度を送信してもよい。また、測定部１１は、電極部５により検出された電流値及び電圧値等に関する情報や土の抵抗率に関する情報を出力し、通信部１３は当該情報を送信し、土の乾燥密度の導出は土質測定装置１の外部の携帯通信端末で行われてもよい。
【００３９】
本実施形態によれば、地面Ｓと接触する電極部５と、電極部５により地面Ｓの土の抵抗率を測定する測定部１１とを備えた土質測定装置１において、電極部５は、前輪６と、後輪７と、前輪６と後輪７とをその内周面８ｉにより囲繞しつつ一帯をなし、前輪６と後輪７との間でその外周面８ｏにより地面Ｓと接触する履帯状電極８とを有する。履帯状電極８が前輪６及び後輪７の周囲で回転することにより、履帯状電極８は、前輪６と後輪７との間の広い範囲で履帯状電極８の外周面８ｏにより地面Ｓと接触しつつ地面Ｓを移動するため、履帯状電極８と地面Ｓとの接触面積が増大することにより地面Ｓの不陸や剛性による影響が低減し、履帯状電極８と特定の地点における地面Ｓとの接触時間が増大することにより測定回数が増大するため、地面Ｓの土の抵抗率を測定する精度を向上させることができる。
【００４０】
つまり、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、上記特許文献１のような垂直方向に延在する棒状の電極５０では、電極５０と地面Ｓとの接触面積ｚは小さい。このため、地面Ｓの不陸や剛性による影響を受け易く、抵抗率の測定値が安定しない。また、電極５０と特定の地点Ｐにおける地面Ｓとの接触時間は短いため、測定回数が少ない。
【００４１】
つまり、例えば、抵抗率の測定は、電極によりある周波数の交流電流を土に流して土のインピーダンスや位相差を測定することにより行われる。このため、電極を移動させながら土の抵抗率を測定する場合は、ある特定の地点Ｐにおいて抵抗率を測定できる回数が移動速度と周波数とに依存することになる。測定回数が多いほど誤差を小さくできるが、その場合、移動速度を遅くするか交流電流を高周波で送る必要がある。しかしながら、高周波で電流を送ることは、インピーダンスや位相差の値の傾向が大きく変化する等の測定上の問題により、現実的ではない。そのため、上記特許文献１のような垂直方向に延在する棒状の電極５０を用いた抵抗率の測定では、低速度で電極５０を移動させるしか対策がなく、土の抵抗率の測定を高精度且つ短時間で行うことが難しい。
【００４２】
一方、本実施形態によれば、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、履帯状電極８は、前輪６と後輪７との間の広い範囲で履帯状電極８の外周面８ｏにより地面Ｓと接触しつつ地面Ｓを移動するため、履帯状電極８と地面Ｓとの接触面積Ｚが増大することにより地面Ｓの不陸や剛性による影響が低減する。さらに、本実施形態によれば、履帯状電極８と特定の地点Ｐにおける地面Ｓとの接触時間が増大することにより測定回数が増大するため、地面Ｓの土の抵抗率を高精度且つ短時間で行うことができる。
【００４３】
なお、前輪６と後輪７との間の距離と履帯状電極８の長さとを現実的な範囲で長くし、履帯状電極８の前輪６と後輪７との間でその外周面８ｏにより地面Ｓと接触する範囲の長さを現実的な範囲で長くすることにより、同じ移動速度における履帯状電極８と特定の地点Ｐにおける地面Ｓとの接触時間をさらに長くすることができ、測定回数を増やすことも可能である。
【００４４】
また、本実施形態によれば、電極部５の補助輪９により、履帯状電極８の外周面８ｏが地面Ｓと接触する範囲における履帯状電極８の内周面８ｉが支持されるため、地面Ｓの不陸や剛性による影響をさらに低減することができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、電極部５の駆動部１０により、履帯状電極８が前輪６及び後輪７の周囲で回転させられることにより、履帯状電極８が地面Ｓを自走で移動させられるため、広範囲における地面Ｓの土の抵抗率の測定がさらに容易となる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、通信部１３により駆動部１０への指令信号が受信されるため、土質測定装置１の履帯状電極８の自走による移動を遠隔操作で制御することができる。これにより、例えば、これまでラジオアイソトープ（ＲＩ）や砂置換法等の人力による作業であった締固めの品質管理の自動化に寄与できる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、測定部１１によって、測位部１２により取得された履帯状電極８の位置と関連付けた地面Ｓの土の抵抗率が測定されるため、地点ごとの土の抵抗率を測定することができる。つまり、例えば、作業現場における締固め機械による締固めの効果を示すマップを作成することも可能である。
【００４８】
また、本実施形態によれば、通信部１３によって、測定部１１により測定された地面Ｓの土の抵抗率に関する情報が送信されるため、電極部５から離れた場所において地面の土の抵抗率に関する情報を取得することができる。つまり、例えば、作業現場の作業員が所持する携帯通信端末により、地面の土の抵抗率に関する情報を即時的に受信することができ、締固めの品質管理の効率を向上させることができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。例えば、上記実施形態では、測定された地面Ｓの土の抵抗率に基づいて土の乾燥密度が導出され、導出された土の乾燥密度により、締固め機械による締固めの効果を確認する態様について説明したが、例えば、締固め機械による締固めの効果の確認は、他の手法と本実施形態の手法とを併用して行われてもよい。また、本実施形態による土の抵抗率の測定は、土の乾燥密度の導出だけではなく、乾燥密度以外の他の要素に関する土の土質測定のために行われてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…土質測定装置、２Ａ，２Ｂ…左フレーム部、３Ａ，３Ｂ…右フレーム部、４Ａ，４Ｂ…中央フレーム部、５…電極部、６…前輪、７…後輪、８…履帯状電極、８ｉ…内周面、８ｏ…外周面、９…補助輪、１０…駆動部、１１…測定部、１２…測位部、１３…通信部、１４…制御部、５０…電極、Ｓ…地面、Ｄ…進行方向、Ｐ…地点、Ｚ，ｚ…接触面積。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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