JPH07503548A - 被測定物体の構造変化を測定する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固体中の構造変化の測定装置及びその測定方法［技術分野Ｊ 本発明は、物四中の負荷変動、機械的応力笠により発生するＷ１＃Ａ強度の変化 を検出することによって固体中の構造変化を検出する方法と装置に関するもので ある。示された方法及びそれに対応する測定装置は特に重力電場の変化を記録す るのに通しており、よって火山活動または地震の予知あるいは評価に有用である 。

【背景技術１ 負荷変動及び内部の機械的応力の発生があった時、非導電性つまり導電性のほと んどない物質でできている固体は、高感度の測定装置で記録されるような、その 周囲の電場の変化を引き起こすことが知られている。そのような機械的応力は、 固体内のクラックや破断の始まりとしばしば関連がある。電場の変化を記録する ことによって、物質の疲労、変形又はクラックの発生といった構造変化に関する 情報を得ることができる。特殊な測定では、電場の変化は非常に低い強度でしか 起きないので、例えば電源のネットワークや送信所から発せられる干渉信号を抑 制するようにしなければならない。

ＤＥ　Ｏ５４００４１７０は物質中の破断やクラックの発生又は伝播を監視する 方法及びその測定ａｌｌを示している。様々な具体例において、導電センサ素子 は、測定の対象とする物体に合わせて電場の変化を検出するよう、特殊化されて いる。センサに生じた信号は別の電子回路で増幅され、記録装置に記録される。

様々なバンドパス・フィルタが、電気的干渉を減じるために用いられている。１ ００ｋＨｚの周波数が周波数の低限界として明示されている。低い周波数の信号 はこのｇｔでは完全に抑ｉｌｌされてしまい、比較的高い周波数の信号のみが記 録され評価される。

地球のマントルにおける機械的応力によって生じる電磁波の測定を特別に行う方 法と装置が米国特許４８３７５８２に示されている。この方法では、金属的に伝 導性のセンサはアンテナとして地球の奥深く（約１０００ｍ＞に挿入される。

プローブの長さは、３ｋＨｚ周辺の周波数範囲に重力電気的に発生する波の波長 の１／４にｒＩ４整される。この複雑な配置の結果、アンテナによって、ごく狭 い周波数範囲のみが最適に捕えられ、地表面で発生する低い周波数の干渉信号は 綱長い形に深く挿入されたプローブに達するだけとなる。

欧州特許００６７９２４もまた地層を予知する方法を示している。約１００ｍの 距離をおいて地中にガルバニックに挿入された２つの同じ金属電極を有するプロ ーブが記録するのに用いられる。電子フィルタは、２Ｈｚより低いＲ波数範囲の 電気信号のみを記録し増幅する方法で、干渉信号を抑制する。ａ横内応力によっ て発生する電気信号を検出する１つのはかならぬ問題は干渉信号の効果的な抑制 であることを明らかにするために、現時点での技術的水準を参照した。現時点で の技術的水準を基に建てられた、本発明の目的は固体中の構造変化を記録するた めの改良された方法と装置を開発することである。

［発明の開示］ この目的は、一方ではその設計により、もう一方では電子部品の導入により、受 信した信号の高い増幅度を可能にし、同時に干渉を特に低いレベルに抑えること のできるプローブの新しい設計による本発明とその請求事項に従って達せられる 。この目的のために、プローブは導電物質から作られた少なくとも２つの異なる 素子を有する。第１の素子は広い面積を覆い、測定される対象物の表面上又は付 近に置かれる。第２の素子は、第１の素子より小さい寸法で、測定される物体の ボイドの中に、電気的には絶縁されて設置される。大きい第１のプローブ素子は 基準電極の役割を果たす、つまり、小さい方のプローブ電極における電位の変化 は大きい方の電極における電位を基準として増幅され記録される。有用な信号と 干渉信号との間に間隔を置く事は、測定される物体のボイド内に電子増幅回路も 設置することで達せられる。

［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明によるプローブを表した概略図である。

図２は、しやへい効果を伴りた具体例を示した概略図である。

図３は、プローブ素子内に増幅電子回路を設置したものの概略図である。

図４は、複数のプローブを組み合わせた具体例を示した概略図である。

図５は、高感度なプローブの特別な具体例の側面図である。

［発明の好ましい実施例］ 図１は２つの異なるプローブ素子２及び３から成るプローブ１を示す、プローブ 素子は導電性のある物質、例えば金属から成る。第１の素子２は測定される物体 １０の表面に置かれ、その表面全体を覆って、測定される物体１０とガルレノく 二７り接触する０代わりに、このプローブ素子２は、対象物の表面の一部を取り 囲むように測定される物体ｌＯのごく近傍に置かれることもある。上記素子２の 形は平面に限られてはおらず、わん曲やくぼみのようなでこぼこの表面にも対応 できる。プローブ素子はまた、電気的に接続された１１（つかの部分２１．２２ ．２３．２４から成ることもある。測定される物体（構造物、橋、桟橋、等）の 大きさによって、その物体全体を取り囲むこともできる。この形の配置は図２に 図示されている。

第２１０−ブ素子３は測定される物体１０の内側のボイド４内に置かれ、この物 体及び第１プローブ素子から電気的に絶縁されて−る。これは第１プローブ素子 ２より小さな表面積を持つ１図３に見られるように、受信された信号を増幅する のに用いられる電子回路５もボイド４内に設置される。長し１接続ワイヤによつ て生じる干渉は、例えば、受信プローブ素子３のごく近傍に回路をおくことで防 ぐことができる。

実際に、外部の源からの付加干渉信号を抑制するために、電子回路は外部プロー ブ素子２の範囲の一部、及び／又は内部プローブ素子３の一部によって、ファラ デー箱を形成して、取り囲まれていることが望ましい、電子回路と外部プローブ 素子３との接続は穴７を通って表面に至るシールド・ケーブル６を通じてなされ る。この接続ケーブルは電子回路への必要な供給電圧を通すのにも用いられる。

本発明に従う配置の特に優れた点は、比較的小さな寸法をもったプローブでも確 実な検出には十分であることである。電場の変化は図５に図示されたようなプロ ーブで実験的に測定された。プローブ素子２は、長さが約１０ｃｍで直径が５ｃ ｍの円筒形の付加物を持った、直径が約５０ｃｍの金属板から成っている。

プローブ素子２は測定される物体１０とガルバニックに接舷している。プローブ 素子３は直径が約７ｃｍの金属製ビーカーの形をしており、円筒形の付加物９の 末端を部分的に取り囲むように設置された。操イヤ上の増幅器は円筒形の付加物 ９の内側に収容され、図５のようにプローブ素子２及び３と接続された。測定さ れる物体１０に挿入されたプローブの部分は電気的接触から起きる干渉効果を避 けるために絶縁しゃへい８で囲まれた。地球の振動事象に関する信号が、地下５ ０ｃｍの深さに置かれたこの配置で捕えられた。

望ましくは測定される物体とガルバニック接触して、大きい面積を覆うプローブ 素子２が、測定される物体１０及びプローブ素子２から絶縁されて、測定される 物体のボイド内に設置されたプローブ素子３と組み合わされているという一般的 な規定を満たす配置であるなら、他の形のプローブ１も可能である。プローブ素 子２及び３の間の距離は、数ミリメートルの範囲であることが望ましい。

光ファイバ・ケーブルもまた、電気信号を光信号に適当な変換をすれば、測定さ れた信号を転送するのに用いられる。この方法は電磁波障害を防止できる。

電子フィルタは、前述の遮断効果及び短い接続線による干渉信号の抑制に加えて 、増幅回路５にさらに組み込まれる。プローブの受信範囲はこのような方法で特 定のｇＲｅ、数範囲に制限される。

０．１乃至１００Ｈｚの低い周波数範囲は地球物理現象を捕えるのに特に重要な ところである。

多くの場合、ＩＩＩ測点で１つプローブを用しまた記録では、研究対象物の構造 変化の比較分析に十分ではない０例えば、本発明によるプローブを地球物理現象 の検出に用いる時、１地点で重力電場の絶対変化を測定するだけでなく、できる だけ広い地域にわたる局地偏差を検知することが望まい１．この種の位置依存記 録を得るには、多数のプローブが同時に操作される０図４は、例として、物体内 に挿入されたプローブ素子３１．３２．３３が異なる深さに配置されて１）る３ つのプローブを示している。

当然、プローブの数も幾何学的配置も、着手してしする仕事に応じて変わる。そ のような配置で評価する際には、異なる地点で同時に記録された多数の値が得ら れる。このような方法で得られたデータの組み合わせは、例えば、設置されたも ともとの位置または構造変化した位置及びその進行を、各地点で検出された強度 及び位相のずれで示す。

特に有用な測定配置は六角形の角に置かれた６つのプローブから成る。

素早い評価のために、プローブで得られたデータは、デジタル化され演算処理シ ステム４０で処理されるのが望ましい、接続された記憶装Ｒ４１は、測定結果を 自由に呼び出せるので開発中ずつと追跡される。これは、例え１！、火山活動や 地殻の変動を連続的に広く自動で監視し、臨界値が生じた時に適当な危険信号を 発する機会を与える。

ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、５

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．固体（１０）中の構造変化を検出する測定装置であって、電場の変化が１つ 以上の電気的伝導性のプローブ（１）で記録され、電子回路（５）で増幅され、 評価装置（４０、４１）にて処理及び記録される、上元各プローブ（１）は互い に絶縁された少なくとも２つの素子（２、３）から成り、第１の素子（２）は平 坦な設計になっており、第２の素子（３）は測定されろ固体のボイド（４）内に 絶縁された状態で挿入されており、素子（２、３）開の電位差を増幅する上記電 子回路（５）もまた測定される物体のボイド（４）内に置かれている、 測定装置。
2. ２．上記第１プローブ素子（２）が測定される物体（１０）とガルバニック接触 している、請求項１記載の測定装置。
3. ３．上記第１プローブ素子（２）が、互いに電気的に接続されている多数の別個 に設置された部分（２１、２２、２３、２４）を含んでいる、請求項１及び２記 載の測定装置。
4. ４．上記電子回路（５）が、干渉信号を遮断するために、少なくとも部分的にプ ローブ素子（２、３）の１つで取り囲まれている、請求項１及び２記載の測定装 置。
5. ５．上記第１プローブ素子（２）が、ビーカー型の上記第２プローブ素子（３） 内に入って、上記電子回路（５）を取り囲んでいる、円筒形の付加物（９）を有 する平坦な金属電極を含む、請求項１乃至４の何れか１つに記載された測定装置 。
6. ６．上記電子回路（５）が１つ以上の周波数フィルタを編入している、請求項１ 乃至５の何れか１つに記載された測定装置。
7. ７．上記周波数フィルタが０．１から１００Ｈｚまでの範囲のパス値を持ってい る、請求項６記載の測定装置。
8. ８．請求項１乃至７の何れか１つに記載の測定装置を用いて、固体中の構造変化 検出する方法であって、 測定される物体（１０）の表面近くのボイド（４）内における電位変化が測定さ れる物体の表面における基準電位に対して記録される測定方法。
9. ９．電気信号が、地震予知のために、０．１乃至１００Ｈｚの周波数範囲である 、請求項８記載の測定方法。
10. １０．検出された上記電気信号が光信号に変換され、光ファイバ・ケーブルで転 送される、請求項８及び９記載の測定方法。
11. １１．請求項１乃至７の何れか１つに記載された測定系の複数が、測定される物 体（１０）の異なる位置で同時に用いられる、請求項８乃至１０の何れか１つに 記載の測定方法。
12. １２．異なる測定装置で検出された信号間の強度差または位相関係が評価に用い られる、請求項１１記載の測定方法。
13. １３．検出された信号がデジタル化され、演算処理システム（４０）で処理され る、請求項８乃至１２の何れか１つに記載の測定方法。