JPH063458A

JPH063458A - リニアモータ方式弾性波探査震源

Info

Publication number: JPH063458A
Application number: JP4162889A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Takei; 幸次郎武居; Shinji Furuya; 伸二古屋; Fumio Kinoshita; 文男木下; Hiroaki Yamanaka; 浩明山中; Toshihiko Watanabe; 利彦渡辺; Kazutaka Honma; 一隆本間; Kazunobu Tsukihashi; 一信月橋
Original assignee: KAJIMA MECHATRO ENG KK; Kajima Corp; FDK Corp
Current assignee: KAJIMA MECHATRO ENG KK; Kajima Corp; FDK Corp
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1994-01-11
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JP2578291B2

Abstract

(57)【要約】【目的】１地点ないし複数の地点で同期制御して高出
力な任意の震源波形を再現性を持ち精度良く発生させ
る。【構成】直進運動するリニアモータの相対運動する２
箇所の部位の１次側及び２次側のうち２次側が電磁力を
発生させることにより加速運動される可動質量を備え、
その加速運動の反力が発生する１次側が地盤に設置する
ための構造に接続されている。また、リニアモータを制
御し任意の周波数・波形を発生させるため、また複数台
の装置を同期運転させるために、１次側と２次側の間に
は両者の相対運動を観測するために位置、速度、加速度
ないし力のいずれか、またはそのうちの複数の組合せの
検出器を持っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】地盤の任意の位置で発生させた弾
性波（Ｓ波）を複数の地点で観測し、その観測波形を解
析することにより対象地盤の地層の深さ、地質等の内部
構造を調査する場合に用いる弾性波（Ｓ波）を発生させ
るリニアモータ方式弾性波探査震源に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓ波を単独に発生させる震源には、これ
まで多くの技術が提供されており、その一般に普及して
いるものに板叩き法がある。

【０００３】その板叩き法は、地表面に板を設置しその
上に適当な荷重を加え、その板の端部を人力または機械
力により木槌等で打撃することにより板に衝撃力を加
え、その力が地面に伝わることにより弾性波（Ｓ波）を
発生させている。その叩き方には、人力により掛け矢で
打撃、人力により重錘振り子を落下させる、ばねハンマ
ー、電磁ハンマー、油圧ハンマー、Ｓ波大砲等の利用が
ある。

【０００４】また、地表面において直接火薬を爆発させ
ることによりその発生する波の内、Ｓ波成分を抽出して
測定する地表爆発の方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の板叩き法には、（イ）人力では加える力が限られており弾性波の伝播
距離が限定される。

【０００６】（ロ）人力では打撃力の再現性が無いた
め発生する波の再現性が無い。（ハ）衝突現象を利用するため、発生する波の再現性
が無い。（ニ）発生する波の大きさや形、周波数をコントロー
ルすることができない。（ホ）単発パルス以外の波が出せない。（ヘ）複数の地点から正確に同期させて弾性波を地中
に送り込むことが困難。（ト）衝突部があるため装置の消耗が大きい。等
の問題がある。

【０００７】また、Ｓ波大砲、地表爆発には、（イ）火薬を用いるため危険。（ロ）騒音を発生する。（ハ）上記のため市街地での利用が困難。（ニ）発生する波の再現性が無い。（ホ）発生する波の大きさや形、周波数をコントロー
ルすることができない。（ヘ）単発パルス以外の波が出せない。

【０００８】（ト）準備に手間がかかるため、繰り返し
弾性波を発生させるのが困難。等の問題がある。

【０００９】本発明の目的は、１地点ないしは複数の地
点で同期制御して高出力な任意の震源波形を再現性を持
ち精度良く発生させるリニアモータ方式弾性波探査震源
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、直進運
動するリニアモータの相対運動する２箇所の部位の１次
側及び２次側のうち２次側が電磁力を発生させることに
より加速運動される可動質量を備え、その加速運動の反
力が発生する１次側が地盤に設置するための構造に接続
されている。

【００１１】また本発明によれば、リニアモータを制御
し任意の周波数・波形を発生させるため、また複数台の
装置を同期運転させるために、１次側と２次側の間には
両者の相対運動を観測するために位置、速度、加速度な
いし力のいずれか、またはそのうちの複数の組合せの検
出器を持っている。

【００１２】上記１次側と２次側とは、相互に支持機構
により支持し、その支持機構には、板バネ、積層バネ又
はベアリング等の転がり機構を用いるのが好ましい。

【００１３】また、２次側を対向させその間に１次側を
配置し、１次側と２次側間に発生する吸引力を構造上、
相殺することにより取り扱い構造を簡単にすることがで
きる。

【００１４】また、１次側と２次側を円筒状に配置し、
１次側と２次側間に発生する吸引力が構造上相殺される
ようにし、また軸受等を使用し、構造を簡単にすること
ができる。

【００１５】

【作用】上記のように構成されたリニアモータ方式弾性
波探査震源においては、リニアモータの１次側と２次側
の間で電磁力が働き両者の間で相対運動が起こる。この
時発生した力が、１次側に接続された地盤との接続構造
を介して地盤に伝わり、地質調査（弾性波探査）のため
の弾性波（Ｓ波）を発生させる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】図１において、全体を符号Ａで示す加振ユ
ニットには、平板型のリニアモータＢが設けられてい
る。そのモータＢの１次側１０は、地盤に設置するため
の構造すなわち接地板１に接続され、２次側２０には、
可動質量すなわち上板２と重錘３とが設けられている。
そして、上板２は、接地板１の両側に立設されたブラケ
ット１ａとの間に介装した支持機構である板バネ４によ
り支持されている。

【００１８】図２には、リニアモータＢの構造が示され
ている。その２次側２０の下面には、加振方向に直交し
て相隣る磁極が相互に異なる複数（図示の例では４個）
の永久磁石２１ａ、２１ｂが設けられ、１次側１０の上
面には、永久磁石２１に対向して駆動コイル１１ａ、１
１ｂが設けられている。

【００１９】図３は、支持機構の別の実施例を示し、加
振ユニットＡ１の上板２の４隅部を、積層バネ５により
接地板１に支持した例である。

【００２０】図４は、支持機構の別の実施例を示し、加
振ユニットＡ２の上板２を、２対のベアリング６により
接地板１Ａに支持した例である。

【００２１】図５及び図６は、本発明の別の実施例を示
し、加振ユニットＡ３のリニアモータＢ１の２次側ヨー
ク２０ａをコ字状に形成し、その内方に１次側１０ａを
配置した例である。この２次側２０ａの上下面には、相
互に異なる磁極の永久磁石２１ａ、２１ｂが設けられ、
１次側１０ａには、駆動コイル１１ａ、１１ｂが設けら
れている。

【００２２】この実施例の場合１次側１０ａと２次側２
０ａの間に働く磁気吸引力が相殺されるため、１次側１
０ａと２次側２０ａを相互の支持機構の構成を簡単にす
る事ができる。

【００２３】図７ないし図１０は、本発明の別の実施例
を示し、加振ヘッドＡ４、Ａ５に円筒型のリニアモータ
Ｂ２、Ｂ３を用いた例である。図７の例では、その外側
すなわち１次側１０ｂを接地板１に接続し、内側を２次
側２０ｂとした例であり、図１０においてはその内側す
なわち１次側１０ｃを接地板１に一対のブラケット１ｂ
を介して接続し、外側を２次側２０ｃとした例である。

【００２４】また、図８および図１１は円筒型リニアモ
ータの例を示し、内側と外側を一対の軸受２３により軸
方向に移動自在に支持させており、それぞれ図８が外側
に駆動コイル２２ａ、２２ｂを設け、内側に永久磁石１
２ａ、１２ｂを設けた例であり、図１１が内側に駆動コ
イル１１ａ、１１ｂを設け、外側に永久磁石２１ａ、２
１ｂを設けた例である。この円筒状の構成にした場合外
側と内側の間の吸引力が相殺されて軸受２３に掛かる力
も小さくなるため、滑り軸受のような簡便なじうくけも
使用出来るようになる。

【００２５】図１２には、サイン半波で駆動したときの
リニアモータＢ、Ｂ１〜Ｂ３における加速度（力）、速
度、変位及び変位〜速度位相図が示されている。図で２
次側は駆動を終えたとき２Ｖの速度をもっており運動を
続けている。この運動を停止させるためには、運動と逆
向きの力を発生させる必要がある。

【００２６】これに対し、図１３及び図１４には、サイ
ン半波の前後に助走区間を設けた運動波形が示されてい
る。この場合、衝撃力の発生（図１３の区間Ｔｆ）の前
後での速度差は、図１２の区間Ｔｆと同じであるが、速
度はマイナスＶからプラスＶに変化する。そのため、両
者の運動量変化は同じであるが、駆動を終えたときに２
次側の持っている運動エネルギは１／４となり、運動を
停止するために必要なエネルギが少なくてすむため、電
力の節減、ストロークの短縮による装置のコンパクト化
が図られる。

【００２７】図１５ないし図１７には、走行型の震源車
３０が示されている。その震源車３０には、震源部３
１、震源制御部３４及び電源部３５が設けられている。
その震源部３１は、車体の下部に設けられ、１次側を接
地板１に接続した平板型のリニアモータからなる複数
（図示の例では４個）のリニアモータ方式震源ユニット
Ｕ１〜Ｕ４、接地板１及び接地板用の一対のジャッキ３
２とからなり、ジャッキ３２と接地板１との間には、複
数のローラ３３が介装されている。

【００２８】図１８はこの走行型の震源車３０を利用し
た弾性波探査の態様の一例を示したものである。探査に
際し、所定の震源位置に震源車３０を１台ないし複数台
配置し、所定の位置に複数の振動センサ３６を接地し図
示していない計測系（アンプ、フィルター、記録装置
等）に接続する。探査の目的や、対象地盤の硬軟、周辺
のノイズ特性等に応じて震源ユニットＵ１〜Ｕ４の一部
ないし全部を適切な波形で運転する。この運転加振時間
およびその前後の時間における振動センサ３６を設置し
た複数の地点の地盤の振動を計測し、計測系の記録装置
に記録する。この計測波形をコンピュータで解析し、地
層の境界面で反射ないしは屈折する波動を抽出する等に
より、地盤の内部構造を調査する。

【００２９】図１９および図２０は複数のリニアモータ
方式震源ユニットＵ１〜Ｕ４を同期運転するための制御
系統の一例として、図１５から図１８に示した走行型の
震源車３０の制御系統を示したものである。

【００３０】１台の震源車３０は複数のリニアモータ方
式震源ユニットＵ１〜Ｕ４と、この各震源ユニットＵ１
〜Ｕ４毎の駆動制御回路、およびこの各駆動制御回路Ｃ
１〜Ｃ４に運転制御信号を送る制御コンピュータＣＯか
ら構成されている。制御コンピュータＣＯから各駆動制
御回路に同期した運転制御信号を送ることにより複数の
リニアモータ方式震源ユニットを同期運転することがで
きる。

【００３１】複数の震源車３０の各震源ユニットの同期
運転は、各震源車の制御コンピュータＣＯを同期させ
て、各震源車３０の各駆動制御回路Ｃ１〜Ｃ４に同期し
た運転制御信号を送る（図１９）か、あるいは特定の震
源車３０の制御コンピュータＣＯから直接複数の震源車
３０の各駆動制御回路Ｃ１〜Ｃ４に同期した運転制御信
号を送る（図２０）ことにより実施される。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３３】（１）震源波形の再現性がある。（２）短時間に何度も繰り返して弾性波を発生でき
る。（３）任意の周波数、任意の形の震源波形を出すこと
ができる。（４）意図しない不要な特性の波動成分が発生しな
い。（５）複数の装置を同期・並列運転をすることができ
る。（６）したがって、より大きな弾性波を発生できる。（７）また、より複数の地点から波動を制御して地中
に送ることができる。（８）上記の組合せにより、調査対象の地盤の特性お
よび調査目的に応じて最も適した震源波形を発生するこ
とができる。（９）衝突現象を利用しないので装置の信頼性、耐久
性が高く、また騒音を発生しない。（１０）この装置を使うことにより震源の省力化、自
動化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す斜視図。

【図２】図１のモータを示す側面図。

【図３】支持機構の別の実施例を示す斜視図。

【図４】支持機構の別の実施例を示す斜視図。

【図５】本発明の第２実施例を示す斜視図。

【図６】図５のモータを示す側面図。

【図７】本発明の第３実施例を示す側面図。

【図８】図７または図１０のモータを示す側断面図。

【図９】図８の正面断面図。

【図１０】本発明の第４実施例を示す側面図。

【図１１】図７または図１０のモータを示す側断面図。

【図１２】リニアモータ駆動時の加速度、速度、変位及
び変位−速度位相図。

【図１３】衝撃発生の運動波形の一例を示す図面。

【図１４】図１３の変位・速度位相面遷移図。

【図１５】震源車を示す側面図。

【図１６】図１５の震源部の拡大図。

【図１７】図１６の正面図。

【図１８】探査の態様を説明する斜視図。

【図１９】複数の震源車の各駆動制御回路に同期した運
転制御信号を送る態様の一例を説明するブロック図。

【図２０】図１９とは異なる例を示すブロック図。

【符号の説明】

Ａ、Ａ１〜Ａ５・・・加振ユニットＢ、Ｂ１・・・平板型のリニアモータＢ２、Ｂ３・・・円筒型のリニアモータＣＯ・・制御コンピュータＣ１〜Ｃ４・・・駆動制御回路Ｕ１〜Ｕ４・・・リニアモータ方式震源ユニット１、１Ａ・・・接地板１ａ、１ｂ・・・ブラケット２・・・上板３・・・重錘４・・・板バネ５・・・積層バネ６・・・ベアリング１０、１０ａ〜１０ｃ・・・１次側１１ａ、１１ｂ、２２ａ、２２ｂ・・・駆動コイル１２ａ、１２ｂ、２１ａ、２１ｂ・・・永久磁石２０、２０ａ〜２０ｃ・・・２次側２３・・・軸受３０・・・震源車３１・・・震源部３２・・・ジャッキ３３・・・ローラ３４・・・震源制御部３５・・・電源部３６・・・振動センサ

フロントページの続き (72)発明者武居幸次郎東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者古屋伸二東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者木下文男東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者山中浩明東京都港区元赤坂一丁目２番７号鹿島建設株式会社内 (72)発明者渡辺利彦東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者本間一隆東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者月橋一信神奈川県横浜市港北区大豆戸町492−１菊名スカイマンションＡ709

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直進運動するリニアモータの相対運動す
る２箇所の部位（電磁力を発生しあう内、一方を１次
側、他方を２次側と呼ぶ）の１次側及び２次側のうち２
次側が電磁力を発生させることにより加速運動される可
動質量を備え、その加速運動の反力が発生する１次側が
地盤に設置するための構造に接続されていることを特徴
とするリニアモータ方式弾性波探査震源。
【請求項２】リニアモータには１次側と２次側の相対
運動を観測するための位置、速度、力検出器もしくはそ
れぞれの加速度の検出器のいずれか、またはその複数の
組合せを持ちその出力によりリニアモータを制御し任意
の周波数・波形の弾性波を発生させたり、また複数台の
震源装置を同期運転させる事をことを特徴とする請求項
１記載のリニアモータ方式弾性波探査震源。