(57)【要約】【課題】  正確な推進距離を計測することができる空気伝播音式距離計測方法及び空気伝播音式距離計を提供する。【解決手段】  配管１の発音端から発した音波が受音端に届くまでの時間を測定し、この測定された時間に音速をかけて距離を計測する空気伝播音式距離計において、前記発音端から受音端までの途中に温度センサ６を配置して、前記音速の補正を行う。【選択図】  図１
2009216668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内の温度から平均音速を推定することにより、位置による温度変化のある敷設状況下であっても前記配管の測定原点から配管の先端部までの空気中を伝播する音波到達時間に基づいて、配管の延長距離を測定することを特徴とする空気伝播音式距離測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の空気伝播音式距離測定方法において、前記温度測定を配管内に配置される通信ケーブルに実装した温度センサにより行うことを特徴とする空気伝播音式距離測定方法。
【請求項３】
請求項２記載の空気伝播音式距離測定方法において、音速ｖの計算を次の式で行うことを特徴とする空気伝播音式距離測定方法。
ｖ＝２０. １２５√ｔ
ただし、ｔは温度（Ｋ）である。
【請求項４】
請求項１記載の空気伝播音式距離測定方法において、前記平均音速を、測温抵抗体の温度変化特性を音速の変化特性と一致させることにより、前記通信ケーブルに実装した測温抵抗体の並列抵抗値として読み取ることを特徴とする空気伝播音式距離測定方法。
【請求項５】
推進を行う配管の発音端から発した音波が受音端に届くまでの時間を測定し、該測定された時間に音速をかけて距離を計測する空気伝播音式距離計において、
前記発音端から受音端までの通信ケーブルの途中に温度センサを配置して、前記温度センサからの温度情報に基づいて前記音速の補正を行うことを特徴とする空気伝播音式距離計。
【請求項６】
請求項５記載の空気伝播音式距離計において、前記通信ケーブルのコネクタに測温抵抗体を配置することを特徴とする空気伝播音式距離計。
【請求項７】
請求項５記載の空気伝播音式距離計において、測温抵抗体に直列に温度係数の異なる抵抗を並列接続して前記温度センサの抵抗変化率を音速変化率に一致させることを特徴とする空気伝播音式距離計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、小口径管推進工法における推進距離の計測に用いる空気伝播音式距離計測方法及び空気伝播音式距離計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既に、本発明者らによって、水平系掘削における位置測定システムが提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、小口径管推進における推進距離の計測には、埋設管の推進距離を立坑側で計測し加算する方法がある。
【特許文献１】特開２００６−１６２３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、小口径管推進における推進距離の計測には、埋設管の推進距離を立坑側で埋設管の推進距離を計測し加算する方法を採用していたが、土圧によって配管が押戻されることなどの影響で誤差が累積してしまうといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みて、正確な推進距離を計測することができる空気伝播音式距離計測方法及び空気伝播音式距離計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、上記目的を達成するために、
〔１〕空気伝播音式距離測定方法であって、位置による温度変化のある敷設状況下であっても配管内の温度から平均音速を推定することにより、前記配管の測定原点から配管の先端部までの空気中を伝播する音波到達時間に基づいて、配管の延長距離を測定することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の空気伝播音式距離測定方法において、前記温度測定を配管内に配置される通信ケーブルに実装した温度センサにより行うことを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔２〕記載の空気伝播音式距離測定方法において、音速ｖの計算を次の式で行うことを特徴とする。
【０００９】
ｖ＝２０. １２５√ｔ
ただし、ｔは温度（Ｋ）である。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕記載の空気伝播音式距離測定方法において、前記平均音速を、測温抵抗体の温度変化特性を音速の変化特性を一致させることにより、前記通信ケーブルに実装した測温抵抗体の並列抵抗値として読み取ることを特徴とする。
【００１１】
〔５〕配管の推進を行う配管の発音端から発した音波が受音端に届くまでの時間を測定し、この測定された時間に音速をかけて距離を計測する空気伝播音式距離計において、前記発音端から受音端までの途中に温度センサを配置して、前記温度センサからの温度情報に基づいて前記音速の補正を行うことを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔５〕記載の空気伝播音式距離計において、前記配管のコネクタに測温抵抗体を配置することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕上記〔５〕記載の空気伝播音式距離計において、測温抵抗体に直列に温度係数の異なる抵抗を並列接続して前記温度センサの抵抗変化率を音速変化率に一致させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正確な配管の長さを計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の空気伝播音式距離測定方法は、推進工法で敷設する配管内の温度から平均音速を推定することにより、前記配管の測定原点から推進工法で敷設する配管の先端部までの空気中を伝播する音波到達時間に基づいて、推進工法で敷設する配管の延長距離を測定する。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例を示す推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムを示す図、図２はその推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの発音から受音までの遅れ時間を示す図、図３はその推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの通信回線（ケーブル）に配置される温度センサの構成図、図４はその推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの通信回線（ケーブル）のコネクタに配置される温度センサを示す図、図５はその推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの温度センサの配置とそれによる合成抵抗を示す図である。
【００１８】
図１において、１は推進工法で敷設する配管、２はその配管の測定原点１０側に配置される発音体（スピーカ）、３は配管の延長先端に配置される受音体（マイクロフォン）、４は通信回線（ケーブル）、５はその通信回線（ケーブル）のコネクタ、６はそのコネクタ５に配置される温度センサ、７は上記した受音体（マイクロフォン）からの出力される音波の到達時間Ｔ情報の受信装置、８は音波の到達時間Ｔと温度センサ６によって得られる補正された温度情報とが入力されるコンピュータを内蔵する配管の延長距離測定装置、９は変位センサ、１０は測定原点である。
【００１９】
以下、その配管の延長距離の計測について具体的に説明する。
（Ａ）まず、空気中の音速について説明する。
【００２０】
空気中の音速は次の式（１）で与えられる。
【００２１】
ｖ＝√（γρ／ρ）                                        …（１）
ただし、ｖ：音速，γ：比熱比（１. ４０３），ρ：密度
気体の状態方程式を用いて変形すると、上記式（１）は次の式（２）のように変形され、温度のみに依存する関数となる。
【００２２】
ｖ＝√（γＲｔ／Ｍ）                                      …（２）
ここで、
Ｒ：ガス定数（8.３１４Ｊ／Ｋｍｏｌ），Ｍ：空気の分子量（２８. ８×１０-3ｋｇ／ｍｏｌ），ｔ：温度（Ｋ）
上記式（２）を代入すると、次の式（３）となり、温度の１／２乗に比例する。
【００２３】
ｖ＝２０. １２５√ｔ                                      …（３）
よって、音速の変化は非線形であるが、仕様温度範囲を０〜４０℃と想定すると、温度による速度変化の変化率は±３. ５％の範囲にとどまるため、線形近似して差し支えないと考えられる。
【００２４】
線形近似式として、一般に用いられる次の式（４）を用いることにする。
【００２５】
ｖ＝３３１. ５＋０. ６１ｔｃ                            …（４）
ただし、ｔｃ：温度（℃）
（Ｂ）次に、距離の計算について説明する。
【００２６】
速度補正を線形近似式で行うとき、平均音速は次の式（５）になる。
【００２７】
2009216668.tif 000003
【００２８】
図２に示すように、発音から受音までの遅れ時間（音響伝播時間）をＴとすると、距離は
【００２９】
2009216668.tif 000004
【００３０】
（Ｃ）次に、平均音速の測定について説明する。
【００３１】
図３に示すように、温度センサ６は、カーボン抵抗Ｒc と金属抵抗ＲM との直列接続体に直列に白金測温抵抗体Ｐt を接続している。
【００３２】
白金測温抵抗体Ｒptの抵抗値は０〜１２５℃の範囲において次の式（７）で表される。
【００３３】
Ｒ＝Ｒ0 （１＋ｃ1 ｔ＋ｃ2 ｔ2 ）                        …（７）
ここで、Ｒ0 ：０℃の抵抗値，ｃ1 ：３. ９０８３×１０-3，ｃ2 ：５. ５７５×１０-7  ，ｔ：温度（℃）
測定温度範囲を０〜４０℃と仮定すると、温度変化係数に占めるｃ2 の効果は５％程度であるので、この範囲における平均温度変化係数を用いて１次式として近似する。
【００３４】
2009216668.tif 000005
【００３５】
抵抗変化を音速変化と読み替えるため、白金測温抵抗体Ｒptと直列に抵抗を付加し、抵抗変化率で音速変化率に一致させる。ここで、白金測温抵抗体Ｒptの基準抵抗Ｒ0 に対する倍数をｘとすると、上記式（４）と比較し、以下の抵抗付加で音速変化と抵抗変化が比例する。
【００３６】
2009216668.tif 000006
【００３７】
ここで、付加する直列抵抗は温度変化しないことが望ましい。このため、正の温度係数を持つ金属抵抗ＲM と、負の温度係数を持つカーボン抵抗Ｒc を直列接続して補償する。
【００３８】
金属抵抗ＲM のＲ0 に対する０℃における抵抗値の倍数および温度係数をＲｍ、Ｃｍ、カーボン抵抗のそれをＲｃ、Ｃｃとすると、次の式（９）でそれぞれの値を求めることができる。
【００３９】
Ｒｍ＋Ｒｃ＝ｘ
ＲｍＣｍ＋ＲｃＣｃ＝０                                    …（１０）
上記式（５）はｎ個のセンサを並列接続したときの抵抗値のｎ倍を示している。ケーブル接続本数ｎは既知であるから、並列接続時の抵抗を測定してケーブル本数を掛けると平均音速と比例した抵抗値が得られる。
【００４０】
平均音速と測定した抵抗値の換算は次の式（１１）となる。
【００４１】
2009216668.tif 000007
【００４２】
温度センサ６として白金測温抵抗体Ｒptと正の温度係数を持つ金属抵抗ＲM と、負の温度係数を持つカーボン抵抗Ｒc を直列に接続した小基板６Ａを用いる。
（Ｄ）次に、音響伝播時間Ｔの測定について説明する。
【００４３】
推進機の配管（ヒューム管）１の推進プレート１Ａに発音体（スピーカ）２、Ｓジャイロ１Ｂ側に受音体（マイクロフォン）３を設ける。
【００４４】
以下の手順により、発音から受音までの時間（音響伝播時間）Ｔを計測する。
【００４５】
（１）発音体（スピーカ）２側からＳジャイロ１Ｂ側の受音体（マイクロフォン）３に待ちうけコマンドを、通信回線（ケーブル）４を介して送出する。
【００４６】
（２）コマンドを受信したＳジャイロ１Ｂ側の受信装置７は、コンピュータを内蔵する配管の延長距離測定装置８の距離計測中フラグ（ハードウェア）をセットする。
【００４７】
（３）計測中フラグセット後、最初の通信回線４の立下りタイミングでトリガをかけて時間カウントを開始する。
【００４８】
（４）受音体（マイクロフォン）３による音響検知でカウントを止め、距離計測中フラグをクリアする。
【００４９】
（５）時間カウント値を発音体側に送信する。
（Ｅ）次に、配管の延長距離の計算について説明する。
【００５０】
（１）推進機設置時に推進プレート１Ａを基準位置に設定したときの竪坑壁面から推進プレート１Ａまでの長さを測定しておく。
【００５１】
（２）発音体２側のコンピュータを内蔵する配管の延長距離測定装置８で受信した時間パルス数から、上記式（６）により距離を求める。
【００５２】
（３）推進機シリンダ変位計（変位センサ）９で基準位置からストロークを読み取り、（壁面からの距離−基準位置からのストローク）を引いて、Ｓジャイロ１Ｂ側の受音体（マイクロフォン）３から竪坑壁面までの距離とする。
【００５３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の空気伝播音式距離計測方法及び空気伝播音式距離計は、小口径管推進における推進距離の計測に用いる空気伝播音式距離計測方法及び空気伝播音式距離計として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例を示す推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムを示す図である。
【図２】本発明の実施例を示す推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの発音から受音までの遅れ時間を示す図である。
【図３】本発明の実施例を示す推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの通信回線（ケーブル）に配置される温度センサの構成図である。
【図４】本発明の実施例を示す推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの通信回線（ケーブル）のコネクタに配置される温度センサを示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す推進工法で敷設する配管の延長距離の計測システムの温度センサの配置とそれによる合成抵抗を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    推進工法で敷設する配管
１Ａ    推進プレート
１Ｂ    Ｓジャイロ
２    発音体（スピーカ）
３    受音体（マイクロフォン）
４    通信回線（ケーブル）
５    通信回線（ケーブル）のコネクタ
６    コネクタに配置される温度センサ
６Ａ    小基板
７    受信装置
８    コンピュータを内蔵する配管の延長距離測定装置
９    変位センサ
１０    測定原点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009216668.tif 000011
【図５】
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