JPH10185543A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外界条件に影響されずに構造体の変位の実態
を量とともに検出でき埋設構造でも回収が可能な変位検
出装置。 【解決手段】 第１の部材２の連結部13と第２の部材30
の連結部31ａが重ねられ支軸41ａにより枢着されて両部
材2,30が回り対偶で連結され、前記支軸41ａは、第１の
部材２の連結部13に固着され第２の部材30を回動自在に
軸支するとともに、第２の部材30の連結部31ａに本体部
が一体に設けられた角度センサー41の検出軸と同軸一体
に構成された変位検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木建設に係る構
造体の変位を計測するための変位検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土木建設現場では工事の完全を期すため
に、建設工事では主に構造物の形状の変位（時間変
化）、土木工事では主に工事前後に亘る土圧変位（土圧
変動）を検出測定したいという要求がある。

【０００３】そこで従来は引張り緊張させたワイヤーの
伸びを測定したり、構造物の側面に歪みゲージを張り付
けたり、見通しのきく箇所ではレーザ光で計測する等し
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしいずれも一方向
の変化量は計測できるものの、いかなる変位が生じたの
かは具体的に判断できず、変位の実態を掴むことができ
なかった。またワイヤーやレーザ光は一直線方向の距離
変化を測定対象にしており、元々湾曲したものの変位は
測定できず、かつ気象条件に影響される等測定条件が限
定される。

【０００５】埋設構造であると、歪みゲージのようなも
のは、回収が不能であったり、検知不良でも確認や交換
ができない等の不便があるとともに、原因の実証ができ
ないままで使い捨て状態となってしまう。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、外界条件に影響されずに構造
体の変位の実態を量とともに検出でき埋設構造でも回収
が可能な変位検出装置を供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用効果】上記目的
を達成するために、本発明は、第１の部材の連結部と第
２の部材の連結部が重ねられ支軸により枢着されて両部
材が回り対偶で連結され、前記支軸は、第１の部材の連
結部に固着され第２の部材を回動自在に軸支するととも
に、第２の部材の連結部に本体部が一体に設けられた角
度センサーの検出軸と同軸一体に構成された変位検出装
置とした。

【０００８】両部材は連結部で支軸により枢着され両者
は相対的に屈曲可能であり、第１の部材に固着された支
軸が、第２の部材に本体を一体に設けられた角度センサ
ーの検出軸と同軸一体なので、両部材の屈曲は角度セン
サーの本体と検出軸を相対的に回動させ、その屈曲角を
検出することができる。

【０００９】かつ一方の部材を固定して基準にすると他
方の部材の屈曲方向は自ずと決まっている。したがって
該変位検出装置を構造体の変位方向の予め予想される所
要箇所に沿わせることにより、構造体の屈曲変位量と屈
曲変位方向が検出でき、変位の実態を容易に把握するこ
とが可能である。

【００１０】該変位検出装置は外界条件に影響されず、
埋設構造でも回収が可能で検知不良があっても確認や交
換が可能で原因の究明ができ使い捨てにされることはな
く、何度でも使用可能で資源の有効利用を図ることがで
きる。

【００１１】また上記変位検出装置において、前記第２
の部材の第１の部材との連結部と反対側に設けられた他
方の連結部と第３の部材の連結部が重ねられ前記支軸に
可及的に近接して直角に交差する第２の支軸により枢着
されて第２の部材と第３部材が回り対偶で連結され、前
記第２の支軸は、第３の部材の連結部に固着され第２の
部材に回転自在に軸支されるとともに、第２の部材の連
結部に本体部が一体に設けられた第２の角度センサーの
検出軸と同軸一体に構成した。

【００１２】第１の部材と第３の部材が第２の部材を仲
介して連結されており、請求項１記載の支軸を第１の支
軸、角度センサーを第１の角度センサーとすると、第１
の部材と第２の部材を枢着する第１の支軸と、第２の部
材と第３の部材を枢着する第２の支軸とが近接して直角
に交差しているので、第１の部材に対する第２の部材の
屈曲角は第１の角度センサーが検出し、第２の部材に対
する第３の部材は前記屈曲方向とは直角の方向に屈曲し
てその屈曲角は第２の角度センサーが検出することがで
きる。

【００１３】したがって第１の部材を基準にすると、第
３の部材は全方位に屈曲することができ、その屈曲の方
向および屈曲角は、第１，第２の角度センサーの検出角
度から判断できる。構造体の予想されない変位を正確に
検出することができる。

【００１４】請求項１記載の変位検出装置において、前
記第１の部材の第２の部材との連結部と反対側に設けら
れた他方の連結部と第３の部材の連結部が重ねられ前記
支軸に可及的に近接して直角に交差する第２の支軸によ
り枢着されて第１の部材と第３部材が回り対偶で連結さ
れ、前記第２の支軸は、第１の部材の連結部に固着され
第３の部材に回転自在に軸支されるとともに、第３の部
材の連結部に本体部が一体に設けられた第２の角度セン
サーの検出軸と同軸一体に構成するようにしてもよい。

【００１５】第２の部材と第３の部材が第１の部材を仲
介して連結されており、前記請求項２の変位検出装置
が、仲介の部材が第１，第２の角度センサーを保持して
いるのに対して本変位検出装置は、両側の第２の部材と
第３の部材がそれぞれ第１，第２の角度センサーを保持
する点が異なり、その作用効果は同じである。

【００１６】請求項１ないし請求項３のいずれか記載の
変位検出装置において、前記部材のいずれかに傾斜セン
サーを内蔵することで、本変位検出装置自体の姿勢を知
ることができ、構造体の絶対的変位を検出することがで
きる。

【００１７】請求項１ないし請求項４のいずれか記載の
変位検出装置において、前記部材のいずれかに軸方向の
伸縮を自在とした伸縮機構を介装し、同伸縮機構にスト
ロークセンサーを設けることで、両端部材間の伸縮量を
検出することができる。

【００１８】請求項１ないし請求項５のいずれか記載の
変位検出装置において、前記部材のうち少なくとも１つ
に信号増幅手段を内蔵することで、検出信号を遠くに送
信可能であり、特に深い埋設場所の構造体の変位を検出
することができる。

【００１９】請求項１ないし請求項３のいずれか記載の
変位検出装置において、少なくとも連結部をフレキシブ
ルパイプで覆うことにより、測定環境に影響されずに構
造体の変位を検出することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明に係る一実施の形態に
ついて図１ないし図６に図示し説明する。本変位検出装
置１は、２軸方向の変位と装置本体の姿勢を検出できる
装置であり、主にパイプの曲がりを検出するのに適して
おり、土木工事においては試験用の坑道の土圧変位等を
検出することができる。

【００２１】全体の外観は図１および図２に示す如くで
あり、長尺で略円柱状をなし、両端支持部材２，３の間
を蛇腹状の金属製フレキシブルパイプ４が被覆してお
り、円筒状をした各支持部材２，３には外周にガイドロ
ーラ５，６が周方向等間隔に３か所突設されている。

【００２２】同ガイドローラ５，６は、ホルダーにボー
ルが転動自在に保持され、ホルダーより露出した部分が
パイプ等の内周壁に当接して支持部材２，３を摺動自在
に支持することができる。ボールはホルダー内で遠心方
向に付勢されており、付勢力に抗して幾らかホルダー内
に没することができ、被測定パイプの径の誤差程度は吸
収できるようになっている。

【００２３】かかる支持部材２，３にフレキシブルパイ
プ４の蛇腹状本体部４ａの両端接続円筒部４ｂ，４ｃが
それぞれ嵌合してボルトで固着されている。支持部材
２，３の側方には矩形箱状の連結部７，８が突設され、
同連結部７，８から信号線および電力線のコード９，９
が延出している。

【００２４】図２に示すように支持部材２，３間のフレ
キシブルパイプ４の蛇腹状本体部４ａが屈曲自在であ
り、屈曲方向も全方位に亘って可能である。フレキシブ
ルパイプ４の内部の構造を図３ないし図５に図示する。

【００２５】図４の分解斜視図を参照して、一方の円筒
状をした支持部材２は、フレキシブルパイプ４との嵌合
部２ａから軸方向内方に基板15を支持する枠体12が突設
され、同枠体12は支持部材２の外径内に収まる大きさで
あり、その端面から板状の連結部13が突出形成されてい
る。

【００２６】また他方の円筒状をした支持部材３は、円
板状フランジ部21を介して枠体22とセンサー保持部24と
が一体に形成されたものと、フレキシブルパイプ４の接
続円筒部４ｃにより連結されるようになっている。すな
わち支持部材３の嵌合部３ａに一体に嵌着されるフレキ
シブルパイプ４の接続円筒部４ｃにセンサー保持部24お
よび円板状フランジ部21が挿入され、センサー保持部24
は若干の間隔を存して支持部材３に対向する。

【００２７】円板状フランジ部21の外径は、フレキシブ
ルパイプ４の接続円筒部４ｃの内径より僅かに小さく、
フレキシブルパイプ４の接続円筒部４ｃに対して円板状
フランジ部21は、互いの中心軸を常に同軸に維持しなが
ら相互の回動を許す嵌合構造をなす。そして矩形の枠体
22は円板状フランジ部21の径内に納まり、同枠体22は内
部に基板25を保持し、端面から板状の連結部23が突出形
成されている。

【００２８】またセンサー保持部24には傾斜センサー43
が内蔵保持される。同傾斜センサー43は、円筒状センサ
ー保持部24の中心軸に垂直な面を計測面としており、中
心軸回りのセンサー保持部材24の鉛直方向を基準にした
絶対回動角θ₃ を検出することができる。

【００２９】すなわち傾斜センサー43は後記する仲介部
材30により連結された一方の部材の絶対回動角θ₃ を検
出することになる。なお傾斜センサー43は計測面が斜め
になっても測定可能である。

【００３０】そして両側の枠体12，22を互いに仲介部材
30が仲介して連結する。この仲介部材30は、直方体形状
をなし、軸方向対向する面に互いに直交する角度で切込
み31，32が形成され、各切込み31，32を構成する対壁が
連結部31ａ，32ａをなしており、一方の切込み31に枠体
12から突出した連結部13が嵌合して連結部31ａと重な
り、他方の切込み32に枠体22から突出した連結部23が嵌
合して連結部32ａと重なるようになっている。

【００３１】連結部31ａ，32ａの各一方の対壁には円穴
33，34が形成されており、同円穴33，34に角度センサー
41，42が嵌め込まれる。角度センサー41，42としてはロ
ータリエンコーダ、レゾルバ、磁気抵抗素子、ポテンシ
ョメータ等が利用できる。

【００３２】角度センサー41の検出回転軸は支軸41ａを
兼ね、重ねられた連結部31ａ，13を貫通して軸支し、支
持部材２と仲介部材30とを枢着する。同様に角度センサ
ー42の検出回転軸は支軸42ａを兼ね、重ねられた連結部
32ａ，23を貫通して軸支し、支持部材３と仲介部材30と
を枢着する。

【００３３】支軸41ａは支持部材２側の連結部13に嵌着
し一体に回動し、角度センサー41の本体は仲介部材30と
一体であるので、支持部材２と仲介部材30の相対屈曲角
θ₁は角度センサー41により検出することができる。同
様に支軸42ａは支持部材３側の連結部23に嵌着し一体に
回動し、角度センサー42の本体は仲介部材30と一体であ
るので、支持部材３と仲介部材30の相対屈曲角θ₂ は角
度センサー42により検出することができる。

【００３４】支軸41ａと支軸42ａは、互いに近接して直
角に交差しているので、仲介部材30に対して支持部材２
が支軸41ａを中心に揺動する方向と、支持部材３が支軸
42ａを中心に揺動する方向とは互いに直交する方向であ
る。

【００３５】図５において支持部材２に対して仲介部材
30が支軸41ａを中心に上下に揺動してその揺動角がθ₁
であり、仲介部材30に対して支持部材３が支軸42ａを中
心に左右に揺動してその揺動角がθ₂ である。

【００３６】支持部材２を水平状態で固定したとする
と、支持部材３は上下方向および左右方向さらに両方向
を混合した斜め方向に揺動可能であり、支軸41ａと支軸
42ａは互いに近接しているので、支持部材３は近似的に
仲介部材30を中心に全方位に屈曲すると考えられる。

【００３７】なおこのように全方位に屈曲する支持部材
３は、フレキシブルパイプ４の一方の接続円筒部４ｃに
固着されるので、支持部材２に対して相対的な回動は規
制されているが、仲介部材30で連結される円板状フラン
ジ部21はフレキシブルパイプ４の接続円筒部４ｃに対し
て互いの中心軸を常に同軸に維持しながら相互の回動を
許すので、相互のねじれを吸収することができ、支持部
材３を全方位に円滑に屈曲させることができる。

【００３８】そして支持部材２に対する支持部材３の屈
曲方向は、上下・左右の両者の相対屈曲角θ₁ ，θ₂ か
ら知ることができる。さらに前記したように傾斜角セン
サー43により仲介部材30に連結される一方の部材の絶対
回動角θ₃ は検出できる。

【００３９】したがって相対屈曲角θ₁ ，θ₂ より変位
検出装置１の全体の形状が検出でき、絶対回動角θ₃ に
より変位検出装置１の姿勢が検出できる。なお角度セン
サー41，42，傾斜センサー43の検出信号は、基板15に設
けられた信号増幅回路により増幅されてコード９により
外部に出力される。応答性が極めて早く安定しており、
リアルタイムでの利用が可能である。

【００４０】以上のような構造の変位検出装置１をパイ
プに挿入することにより、パイプの曲がり具合を検出す
ることができ、また当初真っ直ぐに設定されたパイプに
同変位検出装置１を挿入しておくことにより、その後に
生じた変位を常時検出して監視することができる。

【００４１】前記変位検出装置１は、複数連結して使用
することができ、図６に示すように連結部材50を介して
変位検出装置１どうしを連結する。すなわち連結部材50
は角筒状の直鋼材であり、変位検出装置１の端部の直方
体状の連結部７，８を連結部材50の両端部に嵌入して固
着して連結する。コード９は連結部材50内を通すことが
できる。

【００４２】図６は、トンネル工事等で試験用に土中に
小径の坑道を形成してパイプ50を貫通させたもので、同
パイプ51内に前記変位検出装置１を複数連結したものを
挿入した状態を示しており、変位検出装置１は支持部材
２，３のガイドローラ５，６がパイプ50の内周面を転動
して装置本体を支持しながら挿入される。

【００４３】このように変位検出装置１を複数直列に連
続してパイプ51内に挿入しておくことにより、土圧変動
の連続変位を正確に検出することができる。埋設状態に
しておくことにより土圧変動を常時監視することができ
る。気象条件等に影響されず、また連結部分はフレキシ
ブルパイプ４により覆われてその他の外界条件にも影響
されない。

【００４４】また変位検出装置１は引きずり出すことに
より容易に回収することができ、検知不良が生じたとき
には回収して確認できるので、原因の実証ができ、修理
または交換ができ便利であり、使い捨てにするような資
源の無駄使いをしないですむ。

【００４５】次に別の実施の形態について図７および図
８に基づき説明する。本変位検出装置61は、相対屈曲角
θ₁ ，θ₂ ，絶対回動角θ₃ を検出する機構は前記変位
検出装置１と全く同じ構造であり、加えて軸方向に相対
的に移動可能な伸縮機構65を備え、同伸縮機構65にはス
トロークセンサー66が設けられている。

【００４６】前記変位検出装置１と同じ構造の箇所は同
じ符号で部材を示すこととし、伸縮機構65は円板状フラ
ンジ部21と支持部材63に固着されたセンサー保持部24と
の間に介装され、伸縮機構65は、一方の円筒状ホルダー
65ａに他方のロッド65ｂが軸方向の摺動および回動を自
由に嵌入する構造であり、両者の相対的な伸縮量ｄはス
トロークセンサー66が検出する。

【００４７】本変位検出装置61は以上のような構成をし
ているので、相対屈曲角θ₁ ，θ₂，絶対回動角θ₃ に
加えて伸縮量ｄが検出できる。この変位検出装置61の使
用例を図８に示す。ある適当な距離離れた構造体70，71
間に同変位検出装置61を架設する。

【００４８】両端の連結部７，８をそれぞれ構造体70，
71に固定部材72，73で固定する。なお変位検出装置61の
長さが足りない場合は、連結部７，８を補助部材で長く
延長すればよい。

【００４９】このように両端を構造体70，71に固定する
ことにより、構造体70と71の間に生じた変位を相対屈曲
角θ₁ ，θ₂ ，絶対回動角θ₃ ，伸縮量ｄにより詳しく
検出することができる。また必要に応じて同変位検出装
置61を複数連結部材により連結して使用してもよい。

【００５０】次に前記第１の実施の形態の変形例を図９
に示し説明する。本変位検出装置81は、前記変位検出装
置１と連結部分が異なり、その他は同じなので、同じ部
材は同じ符号を用いる。

【００５１】本連結部材90は角度センサー41，42を有せ
ず、矩形板90ａの両面に板状の連結部90ｂ，90ｃが直交
する姿勢で突出形成されており、対応する支持部材２，
３側の枠体82，83が連結部82ａ，83ａを有して、同連結
部82ａ，83ａに切込みが形成され、前記連結部材90の連
結部90ｂ，90ｃがそれぞれ嵌合される。

【００５２】そして連結部90ｂ，90ｃに互いに直交する
方向に嵌め込まれた角度センサー41，42がその検出軸を
支軸として連結部82ａと連結部90ｂおよび連結部83ａと
連結部90ｃとを軸支する。支持部材２，３の相対屈曲角
θ₁ ，θ₂ は前記実施の形態同様に角度センサー41，42
により検出することができ、作用効果は同じである。

【００５３】以上の実施の形態では、相対屈曲角θ₁ ，
θ₂ ，絶対回動角θ₃ ，伸縮量ｄの組み合わせがあった
が、単に相対屈曲角θ₁ のみを検出する装置や、相対屈
曲角θ₁ ，θ₂ の２要素を検出する装置、これらに伸縮
量ｄを組み合わせた装置など種々の組合わせが考えら
れ、用途に応じて経済的な組み合わせが選択できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の形態の変位検出装置の外
観図である。

【図２】同別の状態の外観図である。

【図３】同変位検出装置のフレキシブルパイプを省略し
た斜視図である。

【図４】同分解斜視図である。

【図５】同変位検出装置の屈曲時のフレキシブルパイプ
を省略した斜視図である。

【図６】同変位検出装置の利用例を示す断面図である。

【図７】別の実施の形態の変位検出装置の一部省略した
側面図である。

【図８】同変位検出装置の利用例を示す側面図である。

【図９】また別の実施の形態に係る変位検出装置のフレ
キシブルパイプを省略した斜視図である。

【符号の説明】

１…変位検出装置、２，３…支持部材、４…フレキシブ
ルパイプ、５，６…ガイドローラ、７，８…連結部、９
…コード、12…枠体、13…連結部、15…基板、21…円板
状フランジ、22…枠体、23…連結部、24…センサー保持
部、25…基板、30…仲介部材、31，32…切込み、33，34
…円穴、41，42…角度センサー、43…傾斜センサー、50
…連結部材、51…パイプ、61…変位検出装置、62，63…
支持部材、65…伸縮機構、66…ストロークセンサー、7
0，71…構造体、72，73…固定部材、81…変位検出装
置、82，83…枠体、90…連結部材。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の部材の連結部と第２の部材の連結
   部が重ねられ支軸により枢着されて両部材が回り対偶で
   連結され、 前記支軸は、第１の部材の連結部に固着され第２の部材
   を回動自在に軸支するとともに、第２の部材の連結部に
   本体部が一体に設けられた角度センサーの検出軸と同軸
   一体に構成されたことを特徴とする変位検出装置。
2. 【請求項２】 前記第２の部材の第１の部材との連結部
   と反対側に設けられた他方の連結部と第３の部材の連結
   部が重ねられ前記支軸に可及的に近接して直角に交差す
   る第２の支軸により枢着されて第２の部材と第３部材が
   回り対偶で連結され、 前記第２の支軸は、第３の部材の連結部に固着され第２
   の部材に回転自在に軸支されるとともに、第２の部材の
   連結部に本体部が一体に設けられた第２の角度センサー
   の検出軸と同軸一体に構成されたことを特徴とする請求
   項１記載の変位検出装置。
3. 【請求項３】 前記第１の部材の第２の部材との連結部
   と反対側に設けられた他方の連結部と第３の部材の連結
   部が重ねられ前記支軸に可及的に近接して直角に交差す
   る第２の支軸により枢着されて第１の部材と第３部材が
   回り対偶で連結され、 前記第２の支軸は、第１の部材の連結部に固着され第３
   の部材に回転自在に軸支されるとともに、第３の部材の
   連結部に本体部が一体に設けられた第２の角度センサー
   の検出軸と同軸一体に構成されたことを特徴とする請求
   項１記載の変位検出装置。
4. 【請求項４】 前記部材のいずれかに傾斜センサーを内
   蔵したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
   れか記載の変位検出装置。
5. 【請求項５】 前記部材のいずれかに軸方向の伸縮を自
   在とした伸縮機構を介装し、同伸縮機構にストロークセ
   ンサーを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項
   ４のいずれか記載の変位検出装置。
6. 【請求項６】 前記部材のうち少なくとも１つに信号増
   幅手段を内蔵したことを特徴とする請求項１ないし請求
   項５のいずれか記載の変位角検出装置。
7. 【請求項７】 少なくとも連結部をフレキシブルパイプ
   で覆ったことを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
   ずれか記載の変位検出装置。