(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被変位測定物に埋設され磁束を出力する送信部と、該送信部から離れて配置され前記送信部に磁気的に結合された受信部とを有し、前記送信部には、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振回路と、該発振信号に応じて前記磁束を出力する送信コイルとが備えられ、前記受信部には、所定の間隔をおいて配置され前記磁束に応答してそれぞれ第１乃至第３の電圧を出力する第１乃至第３の受信コイルと、前記第１乃至前記第３の電圧を受け前記第１の電圧から前記第２の電圧を減算して第１の減算結果を得前記第２の電圧から前記第３の電圧を減算して第２の減算結果を得て前記第１の減算結果から前記第２の減算結果を減算して第１の演算結果を得る第１の演算回路と、前記第２及び前記第３の電圧を受け前記第２の電圧から前記第３の電圧を減算して第２の演算結果を得る第２の演算回路と、前記第１の演算結果を検波して第１の検波信号を得る第１の検波回路と、前記第２の演算結果を検波して第２の検波信号を得る第２の検波回路と、前記第１及び前記第２の検波信号を除算処理して前記変位測定結果を得る除算回路とを有することを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
請求項１又は２に記載された変位測定装置において、前記送信コイルの中心軸と前記第１乃至前記第３の受信コイルの中心軸とは一直線上に配置されていることを特徴とする変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変位測定装置に関し、特に、岩盤中のクラック発生によって生じる岩盤崩落を事前に検出するための測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、急傾斜面においては、降雨又は地震等の影響によって岩盤崩落が発生する恐れがあり、これによって、周辺道路及び家屋等に甚大な被害を及ぼすことがある。このような岩盤崩落を事前に検出するため、種々の測定装置が知られている。
【０００３】
従来の変位測定装置として、例えば、図５に示す変位測定装置が知られている。図５を参照して、図示の変位測定装置は送信部１１及び受信部１２を備えている。送信部１１は被変位測定物である岩盤１３内に埋設されている。一方、受信部１２は送信部１１と対向して地上付近に配置される。
【０００４】
送信部１１は発振回路１４ａ及び送信コイル１４ｂを備えており、発振回路１４ａは予め定められた周波数の発振信号を出力する。受信部１２は第１の受信コイル１５ａと第１の受信コイル１５ａに対して所定の間隔（距離）をおいて配置された第２の受信コイル１５ｂとを備えている。この際、送信コイル１４ｂの中心軸と第１及び第２の受信コイル１５ａ及び１５ｂの中心軸とは一直線上に配置されている。そして、第１の受信コイル１５ａは第１の検波回路１６ａに接続され、第２の受信コイル１５ｂは第２の検波回路１６ｂに接続されており、第１及び第２の検波回路１６ａ及び１６ｂは除算回路１７に接続されている。
【０００５】
上述の変位測定装置では、発振回路１４ａの発振に応じて送信コイル１４ｂから磁束が送出される。この磁束は第１及び第２の受信コイル１５ａ及び１５ｂで受信され、第１及び第２の受信コイル１５ａ及び１５ｂは磁束強度に応じた電圧をそれぞれ第１及び第２の電圧として出力する。これら第１及び第２の電圧はそれぞれ第１及び第２の検波回路１６ａ及び１６ｂで検波されて第１及び第２の検波信号として出力される。これら第１及び第２の検波信号は除算回路１７で割り算処理されて後述するように変位測定出力として出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
いま、送信コイル１４ｂと第１の受信コイルとの距離をＤ、第１の受信コイル１６ａと第２受信コイル１６ｂとの距離をＥとする。そして、送信部１１の送信出力レベルをＶ0 、第１及び第２の電圧をそれぞれＶ13及びＶ14とする。
【０００７】
ビオサバールの法則から半径ａのコイルに電流Ｉを流した時、このコイルの中心軸上の点Ｑにおける磁束の強さＨはコイルの中心と点Ｑとの距離をｄとすると、数１で表される。
【０００８】
【数１】
0004031127.tif 000002
【０００９】
いま、コイルの半径ａに比べて距離ｄが極めて大きな値であれば、数１は数２で近似することができる。
【００１０】
【数２】
0004031127.tif 000003
【００１１】
このコイルに発生する電圧は磁束の強さＨに比例するから、ｋを比例定数とすると、送信出力レベルＶ0 は数３で表される。
【００１２】
【数３】
0004031127.tif 000004
【００１３】
ところで、第１及び第２の電圧Ｖ13及びＶ14は、不可避的に磁束が伝搬する媒質による減衰の影響と外来ノイズとを含んでおり、磁束が媒質中を伝搬する場合、磁束の減衰定数Ｋは数４で表される。
【００１４】
【数４】
0004031127.tif 000005
ここで、ｆは周波数、μは透磁率、σは導電率である。
【００１５】
いま、Ｎをノイズレベルとすると、第１及び第２の電圧Ｖ13及びＶ14はそれぞれ数５及び数６で表すことができる。
【００１６】
【数５】
0004031127.tif 000006
【００１７】
【数６】
0004031127.tif 000007
【００１８】
前述のように、これら第１及び第２の電圧Ｖ13及びＶ14は、除算回路１７に与えられ、除算回路１７は数７で示す割り算処理を行い、変位測定出力Ａとして出力する。
【００１９】
【数７】
0004031127.tif 000008
【００２０】
数７を参照すると、変位測定結果Ａから外来ノイズの影響が除去されておらず、その結果、正確に変位を検出できないという問題点がある。
【００２１】
本発明の目的は、送信レベルの変動及び外来ノイズの影響を除いて岩盤の移動量を正確に検出することのできる変位測定装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被変位測定物に埋設され磁束を出力する送信部と、該送信部から離れて配置され前記送信部に磁気的に結合された受信部とを有し、前記送信部には、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振回路と、該発振信号に応じて前記磁束を出力する送信コイルとが備えられ、前記受信部には、所定の間隔をおいて配置され前記磁束に応答してそれぞれ第１乃至第３の電圧を出力する第１乃至第３の受信コイルと、前記第１乃至前記第３の電圧を受け前記第１の電圧から前記第２の電圧を減算して第１の減算結果を得前記第２の電圧から前記第３の電圧を減算して第２の減算結果を得て前記第１の減算結果から前記第２の減算結果を減算して第１の演算結果を得る第１の演算回路と、前記第２及び前記第３の電圧を受け前記第２の電圧から前記第３の電圧を減算して第２の演算結果を得る第２の演算回路と、前記第１の演算結果を検波して第１の検波信号を得る第１の検波回路と、前記第２の演算結果を検波して第２の検波信号を得る第２の検波回路と、前記第１及び前記第２の検波信号を除算処理して前記変位測定結果を得る除算回路とを有することを特徴とする変位測定装置が得られる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、被変位測定物に埋設され磁束を出力する送信部と、該送信部から離れて配置され前記送信部に磁気的に結合された受信部とを有し、前記送信部には、予め定められた周波数の発振信号を出力する発振回路と、該発振信号に応じて前記磁束を出力する送信コイルとが備えられ、前記受信部には、所定の間隔をおいて配置され前記磁束に応答してそれぞれ第１乃至第３の電圧を出力する第１乃至第３の受信コイルと、前記第１及び前記第２の電圧を受け前記第１の電圧から前記第２の電圧を減算して第１の演算結果を得る第１の演算回路と、前記第２及び前記第３の電圧を受け前記第２の電圧から前記第３の電圧を減算して第２の演算結果を得る第２の演算回路と、前記第１の演算結果から前記第２の演算結果を減算して第３の演算結果を得る第３の演算回路と、前記第３の演算結果を検波して第１の検波信号を得る第１の検波回路と、前記第２の演算結果を検波して第２の検波信号を得る第２の検波回路と、前記第１及び前記第２の検波信号を除算処理して前記変位測定結果を得る除算回路とを有することを特徴とする変位測定装置が得られる。
【００２４】
そして、上記のいずれの変位測定装置においても、前記送信コイルの中心軸と前記第１乃至前記第３の受信コイルの中心軸とを一直線上に配置することが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
【００２６】
まず、図１を参照して、図示の変位測定装置は送信部１１及び受信部２１を備えている。送信部１１は被変位測定物である岩盤１３内に埋設されている。一方、受信部２１は送信部１１と対向して地上付近に配置される。
【００２７】
送信部１１は発振回路１４ａ及び送信コイル１４ｂを備えており、発振回路１４ａは予め定められた周波数の発振信号を出力する。受信部１２は第１乃至第３の受信コイル２２ａ乃至２２ｃを備えており、第２の受信コイル２２ｂは第１の受信コイル２２ａに対して所定の第１の間隔（第１の距離）をおいて配置されている。また、第３の受信コイル２２ｃは第２の受信コイル２２ｂに対して所定の第２の間隔（第２の距離）をおいて配置されている。第１の距離と第２の距離とは互いに等しいかもしれない。この際、送信コイル１４ｂの中心軸と第１乃至第３の受信コイル２２ａ乃至２２ｃの中心軸とは一直線上に配置される。
【００２８】
さらに、図示の変位測定装置は、第１及び第２の演算回路２３ａ及び２３ｂ、第１及び第２の検波回路２４ａ及び２４ｂ、及び除算回路２５を備えており、後述するようにして、除算回路２５から変位測定結果が出力される。
【００２９】
上述の変位測定装置では、発振回路１４ａの発振に応じて送信コイル１４ｂから磁束が送出される。この磁束は第１乃至第３の受信コイル２２ａ乃至２２ｃで受信され、第１乃至第３の受信コイル２２ａ乃至２２ｃは磁束強度に応じた電圧をそれぞれ第１乃至第３の電圧として出力する。
【００３０】
ここで、送信コイル１４ｂと第１の受信コイルとの距離をＤ、第１の距離をＥ、第２の距離をＦとする。そして、送信部１１の送信出力レベルをＶ0 、第１、第２、及び第３の電圧をそれぞれＶ13、Ｖ14、及びＶ15とする。
【００３１】
前述したように、ビオサバールの法則から半径ａのコイルに電流Ｉを流した時、このコイルの中心軸上の点Ｑにおける磁束の強さＨはコイルの中心と点Ｑとの距離をｄとすると、数８で表される。
【００３２】
【数８】
0004031127.tif 000009
【００３３】
いま、コイルの半径ａに比べて距離ｄが極めて大きな値であれば、数８は数９で近似することができる。
【００３４】
【数９】
0004031127.tif 000010
【００３５】
このコイルに発生する電圧は磁束の強さＨに比例するから、ｋを比例定数とすると、送信出力レベルＶ0 は数１０で表される。
【００３６】
【数１０】
0004031127.tif 000011
【００３７】
ところで、第１乃至第３の電圧Ｖ13乃至Ｖ15は、不可避的に磁束が伝搬する媒質による減衰の影響と外来ノイズとを含んでおり、磁束が媒質中を伝搬する場合、磁束の減衰定数Ｋは数１１で表される。
【００３８】
【数１１】
0004031127.tif 000012
ここで、ｆは周波数、μは透磁率、σは導電率である。
【００３９】
いま、Ｎをノイズレベルとすると、第１乃至第３の電圧Ｖ13乃至Ｖ15はそれぞれ数１２乃至数１４で表すことができる。
【００４０】
【数１２】
0004031127.tif 000013
【００４１】
【数１３】
0004031127.tif 000014
【００４２】
【数１４】
0004031127.tif 000015
【００４３】
ここで、図２も参照して、いま、便宜的には、図２において第１、第２、及び第３の電圧Ｖ13、Ｖ14、及びＶ15をそれぞれＸ，Ｙ，及びＺで表すと、第１の演算回路２３ａには第１乃至第３の電圧が入力され、第２の演算回路２３ｂには第２及び第３の電圧が与えられる。第１の演算回路２３ａでは、（Ｘ−Ｙ）−（Ｙ−Ｚ）＝Ｘ−２Ｙ＋Ｚの演算を行い、第１の演算結果として出力する。一方、第２の演算回路２３ｂでは、Ｙ−Ｚの演算を行い、第２の演算結果として出力する。これら第１及び第２の演算結果はそれぞれ第１及び第２の検波回路２４ａ及び２４ｂに与えられ、ここで検波され、第１及び第２の検波結果Ｐ及びＱとして出力される。これら第１及び第２の検波結果Ｐ及びＱは除算回路２５で除算処理される。
【００４４】
除算回路２５ではＰ／Ｑの除算を行い、変位測定結果Ｖとして、数１５で示す測定結果を出力する。
【００４５】
【数１５】
0004031127.tif 000016
【００４６】
数１２乃至数１４式及び数１５から明らかなように、外来ノイズが相殺される結果、変位測定結果Ｖからは外来ノイズの影響が除去される。さらに、距離Ｄに対して第１及び第２の距離Ｅ及びＦは極めて小さいから、数１５は数１６で近似される。
【００４７】
【数１６】
0004031127.tif 000017
【００４８】
さらに、Ｅ＝Ｆであると、つまり、各受信コイルが等間隔で配置されていると、数１６は数１７で近似することができる。
【００４９】
【数１７】
0004031127.tif 000018
【００５０】
数１７を参照すると、送信コイル１４ｂと第１の受信コイル２２ａとの距離Ｄの変化に応じて変位測定出力Ｖが変化することがわかる。つまり、岩盤１３の移動に応じて距離Ｄが変化して変位測定出力Ｖが変化することがわかる。しかも、変位測定結果Ｖからは外来ノイズ及び送信レベルの変動が含まれておらず、この結果、図示の変位測定装置によれば、正確に変位を測定することができる。そして、この変位測定出力Ｖは岩盤１３の移動量（変位量）に応じて、図３に示すように変化することになる。つまり、岩盤１３の移動量（変位量）が大きくなるにつれて変位測定出力Ｖは線形的に小さくなる。
【００５１】
次に、図４を参照して、本発明による変位測定装置の他の例について説明する。
【００５２】
図示の例では、受信部の構成が図２に示す構成と異なっている。図示の受信部は、第１乃至第３の演算回路３１ａ乃至３１ｃ、第１及び第２の検波回路２４ａ及び２４ｂ、及び除算回路２５を備えている。
【００５３】
いま、第１、第２、及び第３の電圧Ｖ13、Ｖ14、及びＶ15をそれぞれＸ，Ｙ，及びＺで表すと、第１の演算回路３１ａには第１及び第２の電圧が与えられ、第２の演算回路３１ｂには第２及び第３の電圧が与えられる。第１の演算回路３１ａでは、Ｘ−Ｙの演算を行い、第１の演算結果として出力する。一方、第２の演算回路３１ｂでは、Ｙ−Ｚの演算を行い、第２の演算結果として出力する。これら第１及び第２の演算結果は第３の演算回路３１ｃに与えられ、第３の演算回路３１ｃでは第１の演算結果から第２の演算結果を減算する。つまり、第３の演算回路３１ｃでは、（Ｘ−Ｙ）−（Ｙ−Ｚ）＝Ｘ−２Ｙ＋Ｚの演算を行い、第３の演算結果として出力する。
【００５４】
第１及び第２の検波回路２４ａ及び２４ｂにはそれぞれ第２の演算結果及び第３の演算結果が与えられ、第１及び第２の検波回路２４ａ及び２４ｂはそれぞれ第１及び第２の検波結果Ｐ及びＱを出力する。これら第１及び第２の検波結果Ｐ及びＱは除算回路２５で除算処理される。除算回路２５ではＰ／Ｑの除算を行い、その結果、前述の数１５で示す変位測定結果Ｖを出力する。
【００５５】
図４に示す受信部を用いても、外来ノイズが相殺される結果、変位測定結果Ｖからは外来ノイズの影響が除去される。さらに、距離Ｄに対して第１及び第２の距離Ｅ及びＦは極めて小さいから、前述のように、数１５は数１６で近似される。
【００５６】
さらに、Ｅ＝Ｆであると、つまり、各受信コイルが等間隔で配置されていると、前述のように、数１６は数１７で近似することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、送信部と受信部とを分離して、送信部を岩盤中に埋設して、受信部と送信部とを磁気的に結合するとともに、受信部には所定の間隔をおいて第１乃至第３の受信コイルを配置して、第１乃至第３の受信コイルの出力に応じて岩盤の変位を検出するようにしたから、変位測定結果が送信側の出力レベルの変動に依存することなくしかも外来ノイズに影響されることがないから、正確に変位を測定できるという効果がある。この結果、本発明では、信号受信可能範囲（磁気的結合範囲）が変位測定可能範囲となって、大きな変位も正確に測定することができるという効果があり、岩盤崩落の事前検出、事故防止、避難警報の情報源等に適用すれば、防災上大きなメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による変位測定装置の一例を示す図である。
【図２】図１に示す変位測定装置の受信部の一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す変位測定装置における変位−出力特性を示す図である。
【図４】図１に示す変位測定装置の受信部の他の例を示すブロック図である。
【図５】従来の変位測定装置を示す図である。
【符号の説明】
１１  送信部
１３  岩盤
１４ａ  発振回路
１４ｂ  送信コイル
２１  受信部
２２ａ乃至２２ｃ  受信コイル
２３ａ，２３ｂ，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  演算回路
２４ａ，２４ｂ  検波回路
２５  除算回路
【図１】
0004031127.tif 000019
【図２】
0004031127.tif 000020
【図３】
0004031127.tif 000021
【図４】
0004031127.tif 000022
【図５】
0004031127.tif 000023