位置測定方式
【課題】 埋め立て工事現場や広い地すべり地帯において海中や土中の側方移動量と移動方向を正確に捉えることが出来る位置測定方式を提供する。
【解決手段】 地中または海底地盤中に交番磁界を生成する単軸コイル１２を有する発信機１０が埋設される。交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸Ｓ１上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルＣＡ、ＣＣと第一軸と直交する第二軸Ｓ２上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルＣＢ、ＣＤとを含む検出コイル系が用意される。信号処理回路系は、バンドパスフィルタ１６Ａ〜１６Ｄ、差動回路１７−１、１７−２、位相検波回路１８−１，１８−２を含み、第一から第四のコイルの検出信号を処理し、第一、第二のコイルの検出信号の差信号と第三、第四のコイルの検出信号の差信号から単軸コイルの軸線の位置と検出コイル系中心の相対位置を二次元的に求める。
【解決手段】 地中または海底地盤中に交番磁界を生成する単軸コイル１２を有する発信機１０が埋設される。交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸Ｓ１上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルＣＡ、ＣＣと第一軸と直交する第二軸Ｓ２上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルＣＢ、ＣＤとを含む検出コイル系が用意される。信号処理回路系は、バンドパスフィルタ１６Ａ〜１６Ｄ、差動回路１７−１、１７−２、位相検波回路１８−１，１８−２を含み、第一から第四のコイルの検出信号を処理し、第一、第二のコイルの検出信号の差信号と第三、第四のコイルの検出信号の差信号から単軸コイルの軸線の位置と検出コイル系中心の相対位置を二次元的に求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置測定方式に関し、特に港湾埋め立て工事において埋め立て土砂の荷重により海底地盤が側方へ移動する現象や、地すべり地帯においてすべり面上側の土塊が移動した際における移動量と移動方向を測定するのに適した位置測定方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
海上空港の建設においては、海底地盤に多量の土砂を埋め立て、陸地を形成することで地上施設の建設が行われる。これまでの工事では主として海底地盤自体の沈下が問題視されており、主として圧力センサとテレメータを用いることで、水圧の変化から海底地盤の沈下量を測定する方式が用いられていた。
【０００３】
この理由として、埋め立て工事における土砂量が工事費用の大半を占めることから、定期的に海底地盤の沈下量を管理することが工事費用を軽減するために重要視されていた。
【０００４】
一方、海底地盤の沈下が少ない地域(海底)における埋め立て工事では、埋め立て土砂の荷重によって生じる海底地盤（ヘドロ等)の側方流動が重要視されており、海底地盤の移動量と移動方向を常に管理することが必要とされている。
【０００５】
また、地すべり地帯においても、地すべり発生時における土塊の移動量と移動方向を測定する場合、クラック発生箇所のような地表面に明らかな変化が見られる領域においては、地すべり計や歪計といった従来型の測定器による観測を行うことが実施されていた。一方、広域の土塊が移動するような場合、すべり面近くの上側土塊と下側地盤との相対的移動量の変化とその移動方向を測ることは困難であり、すべり面を挟んですべり面の下側にワイヤを固定し地表面におけるワイヤの引き込み量を測定することで相対的移動量を求める方式（例えば、特許文献１参照）が用いられる程度で正確な測定はこれまで行われていない。また、このような地域は植生が多いこともあり光学測量やＧＰＳなどの使用も制約があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１７５０号公報
【特許文献２】特開平０９−５３９５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３４３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
港湾における埋め立て工事や広範囲の地すべり地帯における地盤(海底)や土塊の移動方向の観測においては、海の場合は海水中における計測であるため、落下してくる土砂、潮の流れ、波浪などの外乱要因が存在する。これらは物理的な構築物を用いた機械的測定手法を用いる場合、多くの問題点を生じるだけでなく工事で用いられる用船の運航にも障害となる。さらに海水中であるため、電波の減衰や音波の反射(泡などによる)の影響もあり、一般的な無線テレメータや超音波を用いた計測手段が使えない環境となっている。この点は陸上の地すべり地帯における条件も似ており、地中内部と地表との測定手段として無線や超音波あるいは光などを用いることが難しい。
【０００８】
本発明の目的は上記のような埋め立て工事現場や広い地すべり地帯において海中や土中の側方移動量と移動方向を正確に捉えることが出来る位置測定方式を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系とを含み、前記第一から第四のコイルの出力から磁界強度を求め、第一から第四のコイルで得た磁界強度に基づいて前記単軸コイルの軸線の位置と前記検出コイル系中心の相対位置を二次元的に求めることを特徴とする位置測定方式が提供される。
【００１０】
第１の態様による位置測定方式においては、前記検出コイル系を、前記第一から第四のコイルの軸線が前記単軸コイルの軸線と平行又は垂直となるように配置することが好ましい。
【００１１】
第１の態様による位置測定方式においてはまた、前記第一から第四のコイルはそれぞれ、軸線がそれぞれ直交する三成分のコイルからなるものでも良い。
【００１２】
第１の態様による位置測定方式においてはさらに、前記第一から第四のコイルをそれぞれ複数のコイルとしても良い。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系と、前記第一から第四のコイルの出力を受ける第一から第四のバンドパスフィルタと、該第一及び第二のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、これら第一及び第二の差動回路の出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四のバンドパスフィルタのいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、前記単軸コイルの上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を前記単軸コイルの直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式が提供される。
【００１４】
第２の態様による位置測定方式においては、前記検出コイル系がさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された第五のコイルを有し、前記信号処理回路系がさらに、前記第五のコイルの出力を受ける第五のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第五のバンドパスフィルタの出力を用いることが好ましい。
【００１５】
第２の態様による位置測定方式においてはまた、前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四のコイルをそれぞれ２個ずつとし、これら２個ずつのコイル出力を切換え回路を用いて対応する前記バンドパスフィルタの入力に接続し、前記第五のコイルの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることができる。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、地中または海底地盤中に埋設され電界を生成する単軸の電極対を有する発信機と、前記電界を検出するために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二の電極と前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四の電極とを含む検出電極系と、前記第一及び第二の電極の出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四の電極の出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、前記第一及び第二の差動回路の出力を受ける第一及び第二のバンドパスフィルタと、これら第一及び第二のバンドパスフィルタの出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四の電極のいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、前記単軸の電極対の上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出電極系の中心位置を前記単軸の電極対の直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式が提供される。
【００１７】
第３の態様による位置測定方式においては、前記検出電極系がさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された対の電極からなる第五の電極を有し、前記信号処理回路系がさらに、前記第五の電極の対の出力を受けて差信号を出力する第三の差動回路と、該第三の差動回路の出力を受ける第三のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第三のバンドパスフィルタの出力を用いることが好ましい。
【００１８】
第３の態様による位置測定方式においてはまた、前記検出電極系において前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四の電極をそれぞれ２個ずつとし、前記信号処理回路系においてはこれら２個ずつの電極出力をそれぞれ差動回路に出力し、前記第一軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第一の差動回路に入力し、前記第二軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第二の差動回路に入力し、前記第三のバンドパスフィルタの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることができる。
［発明の作用］
【００１９】
上記の測定方式においては、地中あるいは海底地盤側の単軸のコイルあるいは電極対（以下、送信系と呼ぶ）で発生される磁界または電界は単軸の送信系の軸線を中心として線対称に形成される。磁界方式の場合、位置検出信号として磁界成分は水平軸上に配置された複数のコイルによって電圧信号として求まり、電界方式の場合、電界強度(分布)は水平軸上に配置された複数の電極によって電圧信号として求まる。これらの電圧信号は単軸の送信系直上の点を境として電圧信号の位相が異なるため、位相検波(同期検波)を行えば極性の判別する単軸の送信系直上の点からのコイルあるいは電極のずれ量及びその方向が判り、その結果、単軸の送信系直上の水平座標を求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地中地盤に設置した単軸コイルを内蔵した発信機で形成される磁界成分や電界成分をコイルや電極を用いて検出することで、その直上座標を求めることが容易に可能となる。これにより、海上空港工事などの埋設工事における海底地盤の側方移動(流動)測定や陸上の地すべり地帯におけるすべり面上側の土塊の移動量測定などを容易に行うことができることから、工事費用の節減など得られる効果は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による位置測定方式の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（磁界方式）
図１は本発明を磁界方式に適用した場合の第一実施例におけるコイルの配置を示す図である。発振器１１及び単軸コイル（送信コイル）１２を内蔵した発信機１０が地中に埋設される。発信機１０に内蔵されたバッテリ等の電源（図示せず）に接続した発振器１１から出力される交流電力を単軸コイル１２に印加することで単軸コイル１２が励磁され、誘導磁界（交番磁界）が形成される。特に、電源、発振器、及び単軸コイルの組合せにより１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の低周波磁界信号と呼ばれる磁界信号を生成し、送信アンテナを通して送信することが好ましい。低周波磁界信号は、地中、水中、岩盤等、電磁波や超音波の伝送しにくい伝送媒体でも伝搬するという特徴を持つ。これは以降で述べられる磁界方式の実施例すべてについて適用することができる。
【００２３】
一方、上記低周波磁界信号を検出するために、地表又は海面近くに第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤが配置される。これら第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤは、第一軸Ｓ１上に間隔をおいて検出コイルＣＡとＣＣが同心状に配置され、第二軸Ｓ２上に同じ間隔をおいて検出コイルＣＢとＣＤが同心状に配置される。これら第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２と単軸コイル１２の延長軸は互いに直交する配置を取ることが望ましい。第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２を形成する素材には非磁性材の棒材又は中空素材が用いられる。尚、検出コイルＣＡ、ＣＣは特許請求の範囲に記載された第一、第二のコイルに対応し、検出コイルＣＢ、ＣＤは特許請求の範囲に記載された第三、第四のコイルに対応する。以降のすべての実施例の説明では、このような複数の検出コイルをまとめて検出コイル系と呼ぶことがある。
【００２４】
図２は図１の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。検出コイルＣＡ〜ＣＤの出力はそれぞれ増幅器１５Ａ〜１５Ｄで増幅された後、バンドバスフィルタ１６Ａ〜１６Ｄにより発振器１１の発振周波数と同じ単一の周波数成分が取り出される。続いて、第一軸Ｓ１上の検出コイルＣＡとＣＣ間の差信号と第二軸Ｓ２上の検出コイルＣＢとＣＤ間の差信号とをそれぞれ差動回路１７−１、１７−２で作り、位相検波回路１８−１、１８−２に入力する。ここで、位相検波回路１８−１、１８−２における検波信号は検出コイル系におけるいずれかの検出コイルの出力を用いることが可能である。図２では検出コイルＣＡの系統からの信号を検波信号として用いているが、切換えスイッチにより４つの検出コイルの何れかを任意に選択できるようにしても良い。バンドパスフィルタ、差動回路、位相検波回路はアナログ回路で構成する方式以外にＡ／Ｄコンバータ、ＦＦＴ演算といったデジタル演算を用いるコンピュータ処理で同様の結果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
図３は本発明の第一実施例における発信機と検出コイルの配置を断面図で示す。発信機の埋設時にその位置が初期位置としてあらかじめ計測される。地中に埋設された単軸コイル１２により形成された誘導磁界成分は地表または海面上にも拡がり、検出コイル系の第一軸Ｓ１上に形成された二つの検出コイル(ＣＡとＣＣの組合せ、またはＣＢとＣＤの組合せ)に鎖交すると検出コイルに交流電圧が誘起される。ここで、二つの検出コイルＣＡとＣＣの組合せについて言えば、これらの間隔が一定に保たれた状態で水平方向に移動させると、二つの検出コイルに誘起する交流電圧の振幅に変化が生じる。仮に、単軸コイル１２の直上に二つの検出コイル(ＣＡとＣＣ)の中間点が来た場合、これら二つの検出コイルに誘起される交流電圧は極性が異なるものの同じ振幅となるので、位相検波器１８−１の出力は最小値となる。このとき、単軸コイル１２直上の一次元座標は、二つの検出コイル(ＣＡとＣＣ)の中間点を通る紙面に直交する座標として求まることになる。他の一次元座標についても第二軸Ｓ２上に設置された二つの検出コイル(ＣＢとＣＤ)によって同様に求まることになる。
【００２６】
上記初期位置の設定は、以下の２つの方法で行われる。第１の方法は、例えば後述する地すべりの移動量を測定する場合に適用され、発信機１０を埋設した地盤が移動しないことを前提とする場合である。この場合、地すべり地帯において予測される地すべり部分よりも深い地盤中に発信機１０を埋設し、埋設した地表面にマーキングを施しておく。地すべりが発生するとマーキングされている地表面が移動するが、発信機１０の位置は変化しない。そこで、上記の検出コイル系をマーキングされている場所から移動させ、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる位置を探索する。探索された位置は発信機１０の直上の位置であり、この位置と地すべり発生後のマーキング位置との間の距離がずれ量(移動量)、両者を結ぶ線分の方向が移動方向となる。
【００２７】
第２の方法は、例えば後述する海底地盤の側方移動量を測定する場合に適用され、発信機１０を埋設した地盤が移動することを前提とする場合である。この場合、側方移動が予測される海底地盤中に発信機１０を埋設し、埋設場所の直上位置（海面における直上位置）をＧＰＳ等の方法で初期位置として計測しておく。海底地盤に側方移動があると発信機１０の位置が変化する。そこで、上記の検出コイル系を海面近傍で上記初期位置から移動させ、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる位置を探索する。探索された位置は発信機１０の直上の位置であり、この位置をＧＰＳ等の方法で計測すれば、この計測位置と初期位置との間の距離が移動量、両者を結ぶ線分の方向が移動方向となる。
【００２８】
何を測定するかに応じて、上記のような設定方法が以降で説明されるすべての実施例に適用される。
【００２９】
以上の動作原理から、単軸コイル１２はその軸線が鉛直方向となるように設置されることが必要であり、検出コイル系は第一軸Ｓ１、第二軸Ｓ２、つまり各検出コイルの軸線がこの鉛直方向に垂直な水平面上にある状態で検出動作を実行するようにされることが好ましい。また、発信機１０の構成要素は水密構造のケースに収容され、外部電源でなくバッテリ電源の場合はその長寿命化を実現するために、発振器１１は連続発振ではなく、タイマー等の手段により間欠的に動作するようにされることが好ましいことは言うまでも無い。これらの点は、後述するいずれの実施例でも同様である。
【００３０】
図４は本発明の第二実施例におけるコイル配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０の発振器１１から出力される交流出力を単軸コイル１２に印加することで単軸コイル１２が励磁され、誘導磁界が形成される。地表又は海面近くに配置される第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤは図１に示されたものと同じである。一方、図４では第一軸Ｓ１と第二軸Ｓ２に直交する第三軸Ｓ３が設けられ、この第三軸Ｓ３に第五の検出コイルＣＥが配置された検出コイル系が構成されている。
【００３１】
第五の検出コイルＣＥを備える理由は以下の通りである。図中の第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤは地表又は海面近くに置かれ、その位置によっては検出コイルに対して単軸コイル１２で作られた磁界が全く鎖交しない配置となることがある。つまり、図１のコイル配置及び図２で示されたブロック図の回路構成で測定を行った場合、検出コイルＣＡから検出信号が全く得られない状態が発生する場合が想定される。この問題を解決することを目的として４個の検出コイルＣＡ〜ＣＤとは感度軸が異なる第三軸Ｓ３に第五の検出コイルＣＥを設け、この検出コイルＣＥから得られる信号を検波信号として用いることで、上記のような検波信号の欠如が生じることを防止することが可能となる。
【００３２】
図５は図４の検出コイル系のための信号処理回路系を示すブロック図である。検出コイルＣＡ〜ＣＤの出力はそれぞれ増幅器１５Ａ〜１５Ｄで増幅された後、バンドパスフィルタ１６Ａ〜１６Ｄにより発振器１１の周波数と同じ単一の周波数成分が取り出される。続いて、第一軸Ｓ１上の検出コイルＣＡとＣＣ間の差信号と第二軸Ｓ２上の検出コイルＣＢとＣＤ間の差信号をそれぞれ差動回路１７−１、１７−２で作り、位相検波回路１８−１、１８−２に被検波信号として入力する。図２で示したブロック図では位相検波回路１８−１、１８−２の検波信号は検出コイルＣＡ〜ＣＤのいずれかから得ていたが、図５では第五の検出コイルＣＥからの信号を検波信号として用いている。
【００３３】
図６は本発明の第二実施例におけるコイル配置を示す断面図である。図３のコイル配置と異なる点は第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤとは感度軸が９０度異なる第五の検出コイルＣＥを配置することで、この第五の検出コイルＣＥは単軸コイル（送信コイル）１２の上方領域においてその位置によらず常に磁気信号が受信されることを示している。
【００３４】
図７は本発明の第三実施例におけるコイルの配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０内の単軸コイル１２によって磁界が形成される点については図１と同様である。地表又は海面近くに配置される検出コイルを、第一軸Ｓ１に４個(ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＣ１、ＣＣ２)、第二軸Ｓ２に４個(ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＤ１、ＣＤ２)とし、さらに第一軸Ｓ１および第二軸Ｓ２と直交する第三軸Ｓ３に１個(ＣＥ)の計９個用いる配置となっている。勿論、検出コイルＣＡ１とＣＡ２の間隔、検出コイルＣＣ１とＣＣ２の間隔、検出コイルＣＢ１とＣＢ２の間隔、検出コイルＣＤ１とＣＤ２の間隔は同じにされ、検出コイルＣＡ１、ＣＡ２の組と検出コイルＣＣ１、ＣＣ２の組の間隔、検出コイルＣＢ１、ＣＢ２の組と検出コイルＣＤ１、ＣＤ２の組の間隔も同じにされる。尚、図では検出コイルをＣＡ１、ＣＡ２と２個ずつの組合せとして示しているが、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３のように３個ずつの組合せを用いることも可能であり、検出コイルの数を増やせば各コイル間隔も広くとることができるため、測定上は有利となる。
【００３５】
図８は図７の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。図８の信号処理回路系では増幅器が受け持つ検出コイルが２系統となることから増幅器１５Ａ〜１５Ｄの入力側にそれぞれ切換え回路１９Ａ〜１９Ｄを配置している。但し、これらの切換え回路１９Ａ〜１９Ｄは、ばらばらに切換えを行うのではなく、検出コイルＣＡ１、ＣＢ１、ＣＣ１、ＣＤ１の組か、あるいは、検出コイルＣＡ２、ＣＢ２、ＣＣ２、ＣＤ２の組のいずれかを選択するように用いられるのが好ましい。増幅器以降の回路及び動作は図５の信号処理回路系とまったく同じである。尚、切換え回路を用いない場合は検出コイルと同数の増幅器、バンドパスフィルタ等を並列に使用することでも同様の結果が得られる。
【００３６】
図９は本発明の第三実施例におけるコイル配置を示す断面図である。図６と図９で異なる点は、水平方向に感度軸を持つ検出コイルＣＡ１〜ＣＤ１に、同じく水平方向に感度軸を持つ検出コイルＣＡ２〜ＣＤ２を追加したことである。鉛直方向に感度軸を持つ検出コイルＣＥの両側にそれぞれ２箇所に検出コイルを配置することで単軸コイル１２直上の水平方向の座標を求めることが容易になる利点を有する。特に単軸コイル１２と各検出コイルとの距離が離れている場合において、測定作業を開始してから単軸コイル１２直上座標の方向性を早く見つけられる点で効果がある。
【００３７】
(電界方式)
図１０は本発明を電界方式に適用した第四実施例における電極の配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０内の発振器１１から出力される交流出力を単軸の２つの電極Ｅ１、Ｅ２間に印加することで単軸の電極Ｅ１、Ｅ２間に電界が形成される(電流が流れる)。地表又は海面近くに配置される第一〜第六の検出電極ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ、ＥＥ、ＥＦは、電極Ｅ１、Ｅ２による電界の電位を検出するためのものであり、第一軸Ｓ１上に間隔をおいて検出電極ＥＡとＥＣ、第二軸Ｓ２上に同じ間隔をおいて検出電極ＥＢとＥＤがそれぞれ配置され、さらに第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２と直交する第三軸Ｓ３上に検出電極ＥＥとＥＦが配置される。ここで、磁界方式の場合と同様に、発信機１０は単軸の電極Ｅ１、Ｅ２の軸線が鉛直方向になるように設置し、第一軸Ｓ１と第二軸Ｓ２も互いに直交する配置を取ることが望ましい。さらに、第一軸Ｓ１〜第三軸Ｓ３を形成する素材には絶縁性の棒又は中空素材が用いられる。検出電極ＥＡ〜ＥＤは単軸の２つの電極Ｅ１、Ｅ２直上の座標や方向を検出するために用いられ、検出電極ＥＥとＥＦは位相検波に使用する検出信号を得るために用いられる。尚、検出電極ＥＡ、ＥＣは特許請求の範囲に記載された第一、第二の電極に対応し、検出電極ＥＢ、ＥＤは特許請求の範囲に記載された第三、第四の電極に対応する。以降の説明では、このような複数の検出電極をまとめて検出電極系と呼ぶことがある。
【００３８】
図１１は図１０の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。検出電極ＥＡ〜ＥＦで検出された各々の電位は各軸上に配置された電極の組合せ毎（ＥＡとＥＣの組、ＥＢとＥＤの組、ＥＥとＥＦの組）に差動回路２０−１、２０−２、２０−３によって差電位として検出される。これらの差信号から検出電極ＥＡ〜ＥＤによって被検波信号が作られ、検出電極ＥＥとＥＦによって検波信号が作られる。差動回路２０−１〜２０−３の差信号はバンドパスフィルタ２１−１〜２１−３により発振器１１の発振周波数と同じ周波数成分が取り出される。位相検波回路２２−１、２２−２はバンドパスフィルタ２１−１、２１−２の信号を受け、バンドパスフィルタ２１−３の信号を検波信号として同期検波を行い、第一軸Ｓ１方向と第二軸Ｓ２方向の電位差を出力する。磁界方式の場合と同様に、検出電極系の中心が単軸の電極Ｅ１、Ｅ２の軸線上に位置した時に、電位差が最小値となる。尚、これらの回路もアナログ回路で構成する方法以外にＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換することによりコンピュータ処理することでも同様の効果が得られる。
【００３９】
図１２は本発明の第四実施例における電極配置を示す断面図である。地中に埋設された単軸の電極Ｅ１−Ｅ２により形成された電界(電流)成分は地表または海面付近で大きく曲げられ単軸の電極Ｅ１−Ｅ２直上を始点として、表面上を放射状に拡がる。これらの成分は表面下に配置された複数の検出電極によって電位が検出され、同一軸上で離れた２点間の検出電極の差信号を求めることで電位差として検出される。このことから交叉する二軸上に各々間隔が等しい検出電極を配置すると二次元上の電位差が検出され、その電位差が最小となる場合、二つの検出電極の中間点が単軸の電極Ｅ１−Ｅ２の直上に一致することになる。位相検波を用いていることから単軸の電極で形成される交流電界と同じ周波数成分を検波信号として利用することで雑音成分の除去も同時に行うことができる。
【００４０】
尚、第三軸Ｓ３及び検出電極ＥＥとＥＦは省略されても良く、この場合、検波信号は、検出電極ＥＡ〜ＥＤのいずれかの出力を用いる。
【００４１】
図１３は本発明を地すべり移動量の測定に適用する場合の第五実施例を示す図である。地すべり発生が予測される地帯にボーリングを行い、予想されるすべり面より下側の深さに、発振器１１と単軸コイル１２等を内蔵する発信機１０を設置する。ここで、ボーリング孔４５の跡は、前述した初期位置設定における第１の設定方法のマーキングとして利用することができる。前述したように発信機１０は内蔵のタイマーによって所定の時刻に発振器１１を起動して単軸コイル１２から磁界を発生させることにより、同じく内蔵のバッテリの消耗を防止することが可能となる。さらに、磁界方式の場合には、発信機１０に組み込まれている磁界発生用の単軸コイル１２を受信コイルとしても用い、単軸コイル１２には受信回路を組合せ、地表から磁気信号によって起動信号を与えることにより発振器１１を起動させることも可能である。これらの方法についての詳細は、例えば特許文献２、３に開示されている。
【００４２】
発信機１０埋設以後の地すべり移動量の測定は以下のようにして行われる。地上には非磁性材料で作られた移動台４１によって地表面に側線が設定され、この側線に沿って検出コイル系４０を移動可能とする。この移動台４１は水平が維持されるように構築することが好ましい。
【００４３】
第一実施例の場合について言えば、マーキング場所を基準として検出コイル系４０を水平移動させ、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる位置を探索する。もし、地すべりが無ければ位相検波器１８−１、１８−２の出力はマーキング場所で最小値となる。一方、地すべりによる移動が発生していれば、マーキング場所から水平方向に移動したある場所、つまり発信機１０の直上の位置で位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる。この探索位置と地すべり発生後のマーキング位置との間の距離がずれ量(移動量)、両者を結ぶ線分の方向が移動方向となる。
【００４４】
検出コイル系４０及び信号処理回路系には、前述したすべての実施例を適用することができる。但し、電界方式の場合、図１０及び図１１の検出電極系及び信号処理回路系の形態をとることは言うまでも無い。
【００４５】
図１４は本発明を港湾等の埋め立て工事に適用する場合の第六実施例を示す図である。海上空港の建設工事では、陸地近くの港湾の土砂埋め立てを行って形成した人工地盤の上に空港施設の建設が行われる。この土砂埋め立てを行う場合、埋め立て領域の近くの海底地盤では埋め立て荷重による側方移動が発生する。この移動量を測定するため、海底地盤内に交流磁界発生用の発信機１０を設置して海中に磁界を発生させる。一方、海面近くにフロート５０等を用いて海水中に検出コイル系４０を配置し、フロート５０にはＧＰＳ受信機５１を設置する。ＧＰＳ受信機５１の位置はＧＰＳや光学測量によって容易に求めることができ、既に実用化されている。
【００４６】
本第六実施例においても、検出コイル系（検出電極系）及び信号処理回路系は前述の第一〜第五実施例のいずれを適用しても良い。尚、フロート５０と検出コイル系４０をつなぐワイヤ部分にはバネや板等（図示せず）を用いて波面の動きを伝えないようにする工夫が併用されることは言うまでもない。また、検出コイル系（検出電極系）は常時配置する形態でも良いが、測定を行わない場合には引き上げておき、測定に際して海上に投棄する形態でも良い。いずれにしても、各検出コイル（検出電極）からの検出信号はフロート５０を経由してケーブルにより船上の信号処理回路系に入力されるが、増幅器はフロート５０側に備えるようにしても良い。
【００４７】
本第六実施例では、あらかじめＧＰＳ受信機５１を用いて発信機１０を埋設した時の初期位置が測定される。以後、定期的に発信機１０を起動させ、検出コイル系４０を移動させて発信機１０の位置を二次元的に測定する作業を行う。例えば、第一実施例による検出コイル系及び信号処理回路系を用いる場合、仮に、海底地盤に側方移動が発生していると、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小となる位置も初期位置からずれることになる。ＧＰＳ受信機５１によれば、初期位置からずれた現在の位置を知ることができるので、２軸座標面上での初期位置と現在位置とから海底地盤の水平方向の移動量及び移動方向を容易に算出することができる。
【００４８】
図１５は本発明の第七実施例における電極の配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０内の発振器１１から出力される交流(電圧)出力を単軸の電極Ｅ１、Ｅ２に印加することで電極Ｅ１、Ｅ２間に電界が形成される。ここでは、検出電極系が対の電極を等間隔に配置して構成され、第一〜第五の検出電極対ＥＧ〜ＥＫが地表又は海面近くに配置される。具体的には、第一軸Ｓ１上に第一、第三の電極対ＥＧ、ＥＩ、第二軸Ｓ２上に第二、第四の電極対ＥＨ、ＥＪ、さらに第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２と直交する第三軸Ｓ３に第五の電極対ＥＫが配置される。前述したように、電極Ｅ１、Ｅ２の軸線が鉛直方向となり、第一軸Ｓ１と第二軸Ｓ２は互いに直交する配置とすることが望ましい。
【００４９】
図１６は図１５の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。各検出電極対ＥＧ〜ＥＫで検出された各々の対の電位から、はじめに差動回路６１Ｇ〜６１Ｋで差電位が取り出される。次に、差動回路６２−１、６２−２により第一の電極対ＥＧの差電位と第三の電極対ＥＩの差電位との差電位、第二の電極対ＥＨの差電位と第四の電極対ＥＪの差電位との差電位がそれぞれ取り出され、各軸の差電位として検出される。第一軸Ｓ１、第二軸Ｓ２の差電位からバンドパスフィルタ６３−１、６３−２により発振器１１の発振周波数と同じ周波数成分が取り出され、差動回路６１Ｋの差電位からバンドパスフィルタ６３−３により発振器１１の発振周波数と同じ周波数成分が取り出される。このようにして、第一の電極対ＥＧ〜第四の電極対ＥＪによって被検波信号が作られ、第五の電極対ＥＫによって検波信号が作られる。二組の位相検波回路６４−１、６４−２はこれらの信号を受けて同期検波を行い、第一軸Ｓ１方向と第二軸Ｓ２方向の電位差を出力する。
【００５０】
図１７は本発明の第七実施例における検出電極系の電極配置を示す断面図である。地中に埋設された単軸の電極Ｅ１、Ｅ２により形成された電界(電流)成分は地表または海面付近で大きく曲げられ、単軸の電極直上を始点として表面上を放射状に拡がる。これらの電界成分は水面下(近傍)に配置された検出電極系によって電位が検出され、同軸上の離れた２領域間の電極対同士の差信号を求めることで電位差として検出される。このことから、交叉する二軸上に各々間隔が等しい電極対を配置すると、二次元上の電位差が検出され、この電位差が最小となる場合に一軸上の２つの電極対の中間点が単軸の電極Ｅ１、Ｅ２の直上に位置することになる。
【００５１】
図１８は本発明を港湾等の海上埋め立て工事に適用する際の第八実施例を示す図である。海面近くに検出コイル系（あるいは検出電極系）を配置する場合、船舶から吊り下げると波浪による船舶の動きが検出コイル系（あるいは検出電極系）に伝わり、常に移動(変位)が伝わることになり安定した計測(測定)が難しい。この問題を解決するため、本実施例ではフロート５０と検出コイル系４０（あるいは検出電極系）との間にバネ等の伸縮性部材５５を１つ以上（ここでは２つ）介在させると共に、２つの伸縮性部材５５の間に水の抵抗を受ける板５６を併用させている。これにより検出コイル系４０（あるいは検出電極系）を水中で安定に維持することができ、波浪の影響を低減させる効果が得られる。尚、検出コイル系や検出電極系を固定するフレームを移動させる手段として、船で曳航しても良いが、フロート５０にモーターとスクリュー及び舵を取付け、船上からリモートコントロールを行うようにしても良い。尚、リモートコントロールを容易に行うため、フロート５０にはＧＰＳ受信機５１や方位計等を取付け、フロート５０の座標情報を船上で常にモニターしながら作業を行うことで作業性を高めることが容易となる。この実施例も、前述した第一〜第四、第七の実施例のいずれを適用しても良い。
【００５２】
図１９は本発明に使用される検出コイルから得られる磁界信号の検出出力が、単軸コイルに対する検出コイルの方向性と相対位置によって変化することを説明するための図である。図１９において、送信側の単軸コイルは零点の直下で距離ｅの場所に配置されているものとして検出コイルの出力から磁界強度を求めている。図１９の特性(ａ)は検出最大感度軸が垂直方向となる検出コイルを水平方向に移動させた際に測定される磁界強度分布を示し、単軸コイルの直上で最大となることは明らかである。一方、図１９の特性(ｂ)は検出最大感度軸が水平方向となる検出コイル（本発明の各実施例に相当）を移動させた際に測定される磁界強度分布を示している。ここで、特性(ｂ）が図中左半分で負となる領域は受信信号の位相成分を加味した演算を行っているために生じている。図１９の横軸は送信側の単軸コイルの中心までの距離ｅを用いて表している。なお、このような磁界強度分布あるいは磁界の分布（拡がり）は計算によって求めることも可能である。
【００５３】
図２０は本発明に使用される検出コイルが検出した磁界信号の出力を微分した結果を示す図である。図１９で求められた特性（ａ）、（ｂ）に対し、微分演算処理を行うと、図１９の特性(ａ)は図２０の特性(ｃ)となり、同じく図１９の特性(ｂ)は図２０の特性(ｄ)として示される。ここで注目すべき点は、特性(ｃ)と(ｄ)が図中左側の位置で交叉し、その交点座標が０．２１ｅすなわち、送信側の単軸コイルの中心までの距離ｅの２１％に相当することである。このことは、水平軸に最大感度を持つ検出コイルと垂直軸に最大感度を持つ検出コイルの両方を併用し、信号レベルが大きい方を選択する切換え位置として上記の値０．２１ｅを利用することで、測定上の利点となる。
【００５４】
図２１は本発明に用いられる検出コイル系の具体例を示す。固定部１００に、軸Ｓ１−１と軸Ｓ１−２とを取り付けて第一軸を構成し、軸Ｓ２−１と軸Ｓ２−２とを取り付けて第二軸を構成している。固定部１００及び各軸は塩化ビニール、アクリル等の非磁性材料でかつ非導電性の素材を用いて作られる。検出コイルＣＡ〜ＣＤは、各軸を固定部１００に取り付けた後に後加工で設置することができるので、防水加工も含めて製作上のメリットが大きい。本例は、図１に示した検出コイル系に適しているが、固定部１００を中空にして検出コイルを内蔵させ、このコイルの軸線を検出コイルＣＡ、ＣＣの軸線、検出コイルＣＢ、ＣＤの軸線に直交するように配置することで図４に示す検出コイル系を実現することができる。勿論、各軸に複数の検出コイルを設置することで図７に示す検出コイル系を実現できる。
【００５５】
図２２は、本発明に用いられる検出コイル系の他の例を示す。本例では立方格子状の枠体１１０を用い、その各コーナー部分に検出コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を設置するようにしている。枠体１１０の材料は、上述した図２１の例と同様、塩化ビニール、アクリル等の非磁性材料でかつ非導電性の素材を用いることが好ましい。１つのコーナーについて言えば、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸に検出コイルが設置された三成分のコイルと見なすことができる。コーナー毎にこれらの三成分のコイルの切換えを行う切換え手段を備えることでどの検出コイルを検出に用いるかを任意に選択することができる。図の上部又は下部の検出コイルを用いれば平面的な検出コイル系を構成することができ、上部及び下部の検出コイルの両方を用いれば立体的な検出コイル系を構成することができる。このような立方格子状の枠体１１０を用いることで、水中以外に地上での設置に際しても安定性を確保することが容易となる。なお例として、図中、一点鎖線で示すように、枠体１１０を形成している四角形の枠の中に更に交差する枠を設け、交差する枠に検出コイルを設置することで図１に示されるような検出コイル系をも兼ねる検出コイル系を実現できることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は本発明を磁界方式に適用した場合の第一実施例におけるコイルの配置を示す図である。
【図２】図２は図１の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明の第一実施例における発信機とコイルの配置を断面図で示す。
【図４】図４は本発明を磁界方式に適用した場合の第二実施例におけるコイルの配置を示す図である。
【図５】図５は図４の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明の第二実施例における発信機とコイルの配置を示す断面図である。
【図７】図７は本発明を磁界方式に適用した場合の第三実施例におけるコイルの配置を示す図である。
【図８】図８は図７の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明の第三実施例における発信機とコイルの配置を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明を電界方式に適用した場合の第四実施例における電極の配置を示す図である。
【図１１】図１１は図１０の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明の第四実施例における発信機と電極の配置を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明を地すべり移動量の測定に適用する場合の第五実施例を示す図である。
【図１４】図１４は本発明を港湾等の埋め立て工事に適用する場合の第六実施例を示す図である。
【図１５】図１５は本発明を電界方式に適用した場合の第七実施例における電極の配置を示す図である。
【図１６】図１６は図１５の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は本発明の第七実施例における発信機と電極の配置を示す断面図である。
【図１８】図１８は本発明を港湾等の海上埋め立て工事に適用する際の第八実施例を示す図である。
【図１９】図１９は本発明に使用される検出コイルから得られる磁界信号の検出出力が、単軸コイルに対する検出コイルの方向性と相対位置によって変化することを説明するための図である。
【図２０】図２０は図１９に示された磁界信号の出力を微分した結果を示す図である。
【図２１】図２１は本発明に用いられる検出コイル系の具体例を示した図である。
【図２２】図２２は本発明に用いられる検出コイル系の他の例を示した図である。
【符号の説明】
【００５７】
ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥ 検出コイル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 第一軸、第二軸、第三軸
ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ、ＥＥ、ＥＦ 検出電極
１５Ａ〜１５Ｅ 増幅器
１６Ａ〜１６Ｅ バンドパスフィルタ
１７−１、１７−２ 差動回路
１８−１、１８−２ 位相検波器
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置測定方式に関し、特に港湾埋め立て工事において埋め立て土砂の荷重により海底地盤が側方へ移動する現象や、地すべり地帯においてすべり面上側の土塊が移動した際における移動量と移動方向を測定するのに適した位置測定方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
海上空港の建設においては、海底地盤に多量の土砂を埋め立て、陸地を形成することで地上施設の建設が行われる。これまでの工事では主として海底地盤自体の沈下が問題視されており、主として圧力センサとテレメータを用いることで、水圧の変化から海底地盤の沈下量を測定する方式が用いられていた。
【０００３】
この理由として、埋め立て工事における土砂量が工事費用の大半を占めることから、定期的に海底地盤の沈下量を管理することが工事費用を軽減するために重要視されていた。
【０００４】
一方、海底地盤の沈下が少ない地域(海底)における埋め立て工事では、埋め立て土砂の荷重によって生じる海底地盤（ヘドロ等)の側方流動が重要視されており、海底地盤の移動量と移動方向を常に管理することが必要とされている。
【０００５】
また、地すべり地帯においても、地すべり発生時における土塊の移動量と移動方向を測定する場合、クラック発生箇所のような地表面に明らかな変化が見られる領域においては、地すべり計や歪計といった従来型の測定器による観測を行うことが実施されていた。一方、広域の土塊が移動するような場合、すべり面近くの上側土塊と下側地盤との相対的移動量の変化とその移動方向を測ることは困難であり、すべり面を挟んですべり面の下側にワイヤを固定し地表面におけるワイヤの引き込み量を測定することで相対的移動量を求める方式（例えば、特許文献１参照）が用いられる程度で正確な測定はこれまで行われていない。また、このような地域は植生が多いこともあり光学測量やＧＰＳなどの使用も制約があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１７５０号公報
【特許文献２】特開平０９−５３９５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３４３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
港湾における埋め立て工事や広範囲の地すべり地帯における地盤(海底)や土塊の移動方向の観測においては、海の場合は海水中における計測であるため、落下してくる土砂、潮の流れ、波浪などの外乱要因が存在する。これらは物理的な構築物を用いた機械的測定手法を用いる場合、多くの問題点を生じるだけでなく工事で用いられる用船の運航にも障害となる。さらに海水中であるため、電波の減衰や音波の反射(泡などによる)の影響もあり、一般的な無線テレメータや超音波を用いた計測手段が使えない環境となっている。この点は陸上の地すべり地帯における条件も似ており、地中内部と地表との測定手段として無線や超音波あるいは光などを用いることが難しい。
【０００８】
本発明の目的は上記のような埋め立て工事現場や広い地すべり地帯において海中や土中の側方移動量と移動方向を正確に捉えることが出来る位置測定方式を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系とを含み、前記第一から第四のコイルの出力から磁界強度を求め、第一から第四のコイルで得た磁界強度に基づいて前記単軸コイルの軸線の位置と前記検出コイル系中心の相対位置を二次元的に求めることを特徴とする位置測定方式が提供される。
【００１０】
第１の態様による位置測定方式においては、前記検出コイル系を、前記第一から第四のコイルの軸線が前記単軸コイルの軸線と平行又は垂直となるように配置することが好ましい。
【００１１】
第１の態様による位置測定方式においてはまた、前記第一から第四のコイルはそれぞれ、軸線がそれぞれ直交する三成分のコイルからなるものでも良い。
【００１２】
第１の態様による位置測定方式においてはさらに、前記第一から第四のコイルをそれぞれ複数のコイルとしても良い。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系と、前記第一から第四のコイルの出力を受ける第一から第四のバンドパスフィルタと、該第一及び第二のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、これら第一及び第二の差動回路の出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四のバンドパスフィルタのいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、前記単軸コイルの上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を前記単軸コイルの直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式が提供される。
【００１４】
第２の態様による位置測定方式においては、前記検出コイル系がさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された第五のコイルを有し、前記信号処理回路系がさらに、前記第五のコイルの出力を受ける第五のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第五のバンドパスフィルタの出力を用いることが好ましい。
【００１５】
第２の態様による位置測定方式においてはまた、前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四のコイルをそれぞれ２個ずつとし、これら２個ずつのコイル出力を切換え回路を用いて対応する前記バンドパスフィルタの入力に接続し、前記第五のコイルの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることができる。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、地中または海底地盤中に埋設され電界を生成する単軸の電極対を有する発信機と、前記電界を検出するために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二の電極と前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四の電極とを含む検出電極系と、前記第一及び第二の電極の出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四の電極の出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、前記第一及び第二の差動回路の出力を受ける第一及び第二のバンドパスフィルタと、これら第一及び第二のバンドパスフィルタの出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四の電極のいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、前記単軸の電極対の上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出電極系の中心位置を前記単軸の電極対の直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式が提供される。
【００１７】
第３の態様による位置測定方式においては、前記検出電極系がさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された対の電極からなる第五の電極を有し、前記信号処理回路系がさらに、前記第五の電極の対の出力を受けて差信号を出力する第三の差動回路と、該第三の差動回路の出力を受ける第三のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第三のバンドパスフィルタの出力を用いることが好ましい。
【００１８】
第３の態様による位置測定方式においてはまた、前記検出電極系において前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四の電極をそれぞれ２個ずつとし、前記信号処理回路系においてはこれら２個ずつの電極出力をそれぞれ差動回路に出力し、前記第一軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第一の差動回路に入力し、前記第二軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第二の差動回路に入力し、前記第三のバンドパスフィルタの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることができる。
［発明の作用］
【００１９】
上記の測定方式においては、地中あるいは海底地盤側の単軸のコイルあるいは電極対（以下、送信系と呼ぶ）で発生される磁界または電界は単軸の送信系の軸線を中心として線対称に形成される。磁界方式の場合、位置検出信号として磁界成分は水平軸上に配置された複数のコイルによって電圧信号として求まり、電界方式の場合、電界強度(分布)は水平軸上に配置された複数の電極によって電圧信号として求まる。これらの電圧信号は単軸の送信系直上の点を境として電圧信号の位相が異なるため、位相検波(同期検波)を行えば極性の判別する単軸の送信系直上の点からのコイルあるいは電極のずれ量及びその方向が判り、その結果、単軸の送信系直上の水平座標を求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地中地盤に設置した単軸コイルを内蔵した発信機で形成される磁界成分や電界成分をコイルや電極を用いて検出することで、その直上座標を求めることが容易に可能となる。これにより、海上空港工事などの埋設工事における海底地盤の側方移動(流動)測定や陸上の地すべり地帯におけるすべり面上側の土塊の移動量測定などを容易に行うことができることから、工事費用の節減など得られる効果は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による位置測定方式の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
（磁界方式）
図１は本発明を磁界方式に適用した場合の第一実施例におけるコイルの配置を示す図である。発振器１１及び単軸コイル（送信コイル）１２を内蔵した発信機１０が地中に埋設される。発信機１０に内蔵されたバッテリ等の電源（図示せず）に接続した発振器１１から出力される交流電力を単軸コイル１２に印加することで単軸コイル１２が励磁され、誘導磁界（交番磁界）が形成される。特に、電源、発振器、及び単軸コイルの組合せにより１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の低周波磁界信号と呼ばれる磁界信号を生成し、送信アンテナを通して送信することが好ましい。低周波磁界信号は、地中、水中、岩盤等、電磁波や超音波の伝送しにくい伝送媒体でも伝搬するという特徴を持つ。これは以降で述べられる磁界方式の実施例すべてについて適用することができる。
【００２３】
一方、上記低周波磁界信号を検出するために、地表又は海面近くに第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤが配置される。これら第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤは、第一軸Ｓ１上に間隔をおいて検出コイルＣＡとＣＣが同心状に配置され、第二軸Ｓ２上に同じ間隔をおいて検出コイルＣＢとＣＤが同心状に配置される。これら第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２と単軸コイル１２の延長軸は互いに直交する配置を取ることが望ましい。第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２を形成する素材には非磁性材の棒材又は中空素材が用いられる。尚、検出コイルＣＡ、ＣＣは特許請求の範囲に記載された第一、第二のコイルに対応し、検出コイルＣＢ、ＣＤは特許請求の範囲に記載された第三、第四のコイルに対応する。以降のすべての実施例の説明では、このような複数の検出コイルをまとめて検出コイル系と呼ぶことがある。
【００２４】
図２は図１の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。検出コイルＣＡ〜ＣＤの出力はそれぞれ増幅器１５Ａ〜１５Ｄで増幅された後、バンドバスフィルタ１６Ａ〜１６Ｄにより発振器１１の発振周波数と同じ単一の周波数成分が取り出される。続いて、第一軸Ｓ１上の検出コイルＣＡとＣＣ間の差信号と第二軸Ｓ２上の検出コイルＣＢとＣＤ間の差信号とをそれぞれ差動回路１７−１、１７−２で作り、位相検波回路１８−１、１８−２に入力する。ここで、位相検波回路１８−１、１８−２における検波信号は検出コイル系におけるいずれかの検出コイルの出力を用いることが可能である。図２では検出コイルＣＡの系統からの信号を検波信号として用いているが、切換えスイッチにより４つの検出コイルの何れかを任意に選択できるようにしても良い。バンドパスフィルタ、差動回路、位相検波回路はアナログ回路で構成する方式以外にＡ／Ｄコンバータ、ＦＦＴ演算といったデジタル演算を用いるコンピュータ処理で同様の結果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
図３は本発明の第一実施例における発信機と検出コイルの配置を断面図で示す。発信機の埋設時にその位置が初期位置としてあらかじめ計測される。地中に埋設された単軸コイル１２により形成された誘導磁界成分は地表または海面上にも拡がり、検出コイル系の第一軸Ｓ１上に形成された二つの検出コイル(ＣＡとＣＣの組合せ、またはＣＢとＣＤの組合せ)に鎖交すると検出コイルに交流電圧が誘起される。ここで、二つの検出コイルＣＡとＣＣの組合せについて言えば、これらの間隔が一定に保たれた状態で水平方向に移動させると、二つの検出コイルに誘起する交流電圧の振幅に変化が生じる。仮に、単軸コイル１２の直上に二つの検出コイル(ＣＡとＣＣ)の中間点が来た場合、これら二つの検出コイルに誘起される交流電圧は極性が異なるものの同じ振幅となるので、位相検波器１８−１の出力は最小値となる。このとき、単軸コイル１２直上の一次元座標は、二つの検出コイル(ＣＡとＣＣ)の中間点を通る紙面に直交する座標として求まることになる。他の一次元座標についても第二軸Ｓ２上に設置された二つの検出コイル(ＣＢとＣＤ)によって同様に求まることになる。
【００２６】
上記初期位置の設定は、以下の２つの方法で行われる。第１の方法は、例えば後述する地すべりの移動量を測定する場合に適用され、発信機１０を埋設した地盤が移動しないことを前提とする場合である。この場合、地すべり地帯において予測される地すべり部分よりも深い地盤中に発信機１０を埋設し、埋設した地表面にマーキングを施しておく。地すべりが発生するとマーキングされている地表面が移動するが、発信機１０の位置は変化しない。そこで、上記の検出コイル系をマーキングされている場所から移動させ、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる位置を探索する。探索された位置は発信機１０の直上の位置であり、この位置と地すべり発生後のマーキング位置との間の距離がずれ量(移動量)、両者を結ぶ線分の方向が移動方向となる。
【００２７】
第２の方法は、例えば後述する海底地盤の側方移動量を測定する場合に適用され、発信機１０を埋設した地盤が移動することを前提とする場合である。この場合、側方移動が予測される海底地盤中に発信機１０を埋設し、埋設場所の直上位置（海面における直上位置）をＧＰＳ等の方法で初期位置として計測しておく。海底地盤に側方移動があると発信機１０の位置が変化する。そこで、上記の検出コイル系を海面近傍で上記初期位置から移動させ、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる位置を探索する。探索された位置は発信機１０の直上の位置であり、この位置をＧＰＳ等の方法で計測すれば、この計測位置と初期位置との間の距離が移動量、両者を結ぶ線分の方向が移動方向となる。
【００２８】
何を測定するかに応じて、上記のような設定方法が以降で説明されるすべての実施例に適用される。
【００２９】
以上の動作原理から、単軸コイル１２はその軸線が鉛直方向となるように設置されることが必要であり、検出コイル系は第一軸Ｓ１、第二軸Ｓ２、つまり各検出コイルの軸線がこの鉛直方向に垂直な水平面上にある状態で検出動作を実行するようにされることが好ましい。また、発信機１０の構成要素は水密構造のケースに収容され、外部電源でなくバッテリ電源の場合はその長寿命化を実現するために、発振器１１は連続発振ではなく、タイマー等の手段により間欠的に動作するようにされることが好ましいことは言うまでも無い。これらの点は、後述するいずれの実施例でも同様である。
【００３０】
図４は本発明の第二実施例におけるコイル配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０の発振器１１から出力される交流出力を単軸コイル１２に印加することで単軸コイル１２が励磁され、誘導磁界が形成される。地表又は海面近くに配置される第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤは図１に示されたものと同じである。一方、図４では第一軸Ｓ１と第二軸Ｓ２に直交する第三軸Ｓ３が設けられ、この第三軸Ｓ３に第五の検出コイルＣＥが配置された検出コイル系が構成されている。
【００３１】
第五の検出コイルＣＥを備える理由は以下の通りである。図中の第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤは地表又は海面近くに置かれ、その位置によっては検出コイルに対して単軸コイル１２で作られた磁界が全く鎖交しない配置となることがある。つまり、図１のコイル配置及び図２で示されたブロック図の回路構成で測定を行った場合、検出コイルＣＡから検出信号が全く得られない状態が発生する場合が想定される。この問題を解決することを目的として４個の検出コイルＣＡ〜ＣＤとは感度軸が異なる第三軸Ｓ３に第五の検出コイルＣＥを設け、この検出コイルＣＥから得られる信号を検波信号として用いることで、上記のような検波信号の欠如が生じることを防止することが可能となる。
【００３２】
図５は図４の検出コイル系のための信号処理回路系を示すブロック図である。検出コイルＣＡ〜ＣＤの出力はそれぞれ増幅器１５Ａ〜１５Ｄで増幅された後、バンドパスフィルタ１６Ａ〜１６Ｄにより発振器１１の周波数と同じ単一の周波数成分が取り出される。続いて、第一軸Ｓ１上の検出コイルＣＡとＣＣ間の差信号と第二軸Ｓ２上の検出コイルＣＢとＣＤ間の差信号をそれぞれ差動回路１７−１、１７−２で作り、位相検波回路１８−１、１８−２に被検波信号として入力する。図２で示したブロック図では位相検波回路１８−１、１８−２の検波信号は検出コイルＣＡ〜ＣＤのいずれかから得ていたが、図５では第五の検出コイルＣＥからの信号を検波信号として用いている。
【００３３】
図６は本発明の第二実施例におけるコイル配置を示す断面図である。図３のコイル配置と異なる点は第一〜第四の検出コイルＣＡ〜ＣＤとは感度軸が９０度異なる第五の検出コイルＣＥを配置することで、この第五の検出コイルＣＥは単軸コイル（送信コイル）１２の上方領域においてその位置によらず常に磁気信号が受信されることを示している。
【００３４】
図７は本発明の第三実施例におけるコイルの配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０内の単軸コイル１２によって磁界が形成される点については図１と同様である。地表又は海面近くに配置される検出コイルを、第一軸Ｓ１に４個(ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＣ１、ＣＣ２)、第二軸Ｓ２に４個(ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＤ１、ＣＤ２)とし、さらに第一軸Ｓ１および第二軸Ｓ２と直交する第三軸Ｓ３に１個(ＣＥ)の計９個用いる配置となっている。勿論、検出コイルＣＡ１とＣＡ２の間隔、検出コイルＣＣ１とＣＣ２の間隔、検出コイルＣＢ１とＣＢ２の間隔、検出コイルＣＤ１とＣＤ２の間隔は同じにされ、検出コイルＣＡ１、ＣＡ２の組と検出コイルＣＣ１、ＣＣ２の組の間隔、検出コイルＣＢ１、ＣＢ２の組と検出コイルＣＤ１、ＣＤ２の組の間隔も同じにされる。尚、図では検出コイルをＣＡ１、ＣＡ２と２個ずつの組合せとして示しているが、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３のように３個ずつの組合せを用いることも可能であり、検出コイルの数を増やせば各コイル間隔も広くとることができるため、測定上は有利となる。
【００３５】
図８は図７の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。図８の信号処理回路系では増幅器が受け持つ検出コイルが２系統となることから増幅器１５Ａ〜１５Ｄの入力側にそれぞれ切換え回路１９Ａ〜１９Ｄを配置している。但し、これらの切換え回路１９Ａ〜１９Ｄは、ばらばらに切換えを行うのではなく、検出コイルＣＡ１、ＣＢ１、ＣＣ１、ＣＤ１の組か、あるいは、検出コイルＣＡ２、ＣＢ２、ＣＣ２、ＣＤ２の組のいずれかを選択するように用いられるのが好ましい。増幅器以降の回路及び動作は図５の信号処理回路系とまったく同じである。尚、切換え回路を用いない場合は検出コイルと同数の増幅器、バンドパスフィルタ等を並列に使用することでも同様の結果が得られる。
【００３６】
図９は本発明の第三実施例におけるコイル配置を示す断面図である。図６と図９で異なる点は、水平方向に感度軸を持つ検出コイルＣＡ１〜ＣＤ１に、同じく水平方向に感度軸を持つ検出コイルＣＡ２〜ＣＤ２を追加したことである。鉛直方向に感度軸を持つ検出コイルＣＥの両側にそれぞれ２箇所に検出コイルを配置することで単軸コイル１２直上の水平方向の座標を求めることが容易になる利点を有する。特に単軸コイル１２と各検出コイルとの距離が離れている場合において、測定作業を開始してから単軸コイル１２直上座標の方向性を早く見つけられる点で効果がある。
【００３７】
(電界方式)
図１０は本発明を電界方式に適用した第四実施例における電極の配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０内の発振器１１から出力される交流出力を単軸の２つの電極Ｅ１、Ｅ２間に印加することで単軸の電極Ｅ１、Ｅ２間に電界が形成される(電流が流れる)。地表又は海面近くに配置される第一〜第六の検出電極ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ、ＥＥ、ＥＦは、電極Ｅ１、Ｅ２による電界の電位を検出するためのものであり、第一軸Ｓ１上に間隔をおいて検出電極ＥＡとＥＣ、第二軸Ｓ２上に同じ間隔をおいて検出電極ＥＢとＥＤがそれぞれ配置され、さらに第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２と直交する第三軸Ｓ３上に検出電極ＥＥとＥＦが配置される。ここで、磁界方式の場合と同様に、発信機１０は単軸の電極Ｅ１、Ｅ２の軸線が鉛直方向になるように設置し、第一軸Ｓ１と第二軸Ｓ２も互いに直交する配置を取ることが望ましい。さらに、第一軸Ｓ１〜第三軸Ｓ３を形成する素材には絶縁性の棒又は中空素材が用いられる。検出電極ＥＡ〜ＥＤは単軸の２つの電極Ｅ１、Ｅ２直上の座標や方向を検出するために用いられ、検出電極ＥＥとＥＦは位相検波に使用する検出信号を得るために用いられる。尚、検出電極ＥＡ、ＥＣは特許請求の範囲に記載された第一、第二の電極に対応し、検出電極ＥＢ、ＥＤは特許請求の範囲に記載された第三、第四の電極に対応する。以降の説明では、このような複数の検出電極をまとめて検出電極系と呼ぶことがある。
【００３８】
図１１は図１０の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。検出電極ＥＡ〜ＥＦで検出された各々の電位は各軸上に配置された電極の組合せ毎（ＥＡとＥＣの組、ＥＢとＥＤの組、ＥＥとＥＦの組）に差動回路２０−１、２０−２、２０−３によって差電位として検出される。これらの差信号から検出電極ＥＡ〜ＥＤによって被検波信号が作られ、検出電極ＥＥとＥＦによって検波信号が作られる。差動回路２０−１〜２０−３の差信号はバンドパスフィルタ２１−１〜２１−３により発振器１１の発振周波数と同じ周波数成分が取り出される。位相検波回路２２−１、２２−２はバンドパスフィルタ２１−１、２１−２の信号を受け、バンドパスフィルタ２１−３の信号を検波信号として同期検波を行い、第一軸Ｓ１方向と第二軸Ｓ２方向の電位差を出力する。磁界方式の場合と同様に、検出電極系の中心が単軸の電極Ｅ１、Ｅ２の軸線上に位置した時に、電位差が最小値となる。尚、これらの回路もアナログ回路で構成する方法以外にＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換することによりコンピュータ処理することでも同様の効果が得られる。
【００３９】
図１２は本発明の第四実施例における電極配置を示す断面図である。地中に埋設された単軸の電極Ｅ１−Ｅ２により形成された電界(電流)成分は地表または海面付近で大きく曲げられ単軸の電極Ｅ１−Ｅ２直上を始点として、表面上を放射状に拡がる。これらの成分は表面下に配置された複数の検出電極によって電位が検出され、同一軸上で離れた２点間の検出電極の差信号を求めることで電位差として検出される。このことから交叉する二軸上に各々間隔が等しい検出電極を配置すると二次元上の電位差が検出され、その電位差が最小となる場合、二つの検出電極の中間点が単軸の電極Ｅ１−Ｅ２の直上に一致することになる。位相検波を用いていることから単軸の電極で形成される交流電界と同じ周波数成分を検波信号として利用することで雑音成分の除去も同時に行うことができる。
【００４０】
尚、第三軸Ｓ３及び検出電極ＥＥとＥＦは省略されても良く、この場合、検波信号は、検出電極ＥＡ〜ＥＤのいずれかの出力を用いる。
【００４１】
図１３は本発明を地すべり移動量の測定に適用する場合の第五実施例を示す図である。地すべり発生が予測される地帯にボーリングを行い、予想されるすべり面より下側の深さに、発振器１１と単軸コイル１２等を内蔵する発信機１０を設置する。ここで、ボーリング孔４５の跡は、前述した初期位置設定における第１の設定方法のマーキングとして利用することができる。前述したように発信機１０は内蔵のタイマーによって所定の時刻に発振器１１を起動して単軸コイル１２から磁界を発生させることにより、同じく内蔵のバッテリの消耗を防止することが可能となる。さらに、磁界方式の場合には、発信機１０に組み込まれている磁界発生用の単軸コイル１２を受信コイルとしても用い、単軸コイル１２には受信回路を組合せ、地表から磁気信号によって起動信号を与えることにより発振器１１を起動させることも可能である。これらの方法についての詳細は、例えば特許文献２、３に開示されている。
【００４２】
発信機１０埋設以後の地すべり移動量の測定は以下のようにして行われる。地上には非磁性材料で作られた移動台４１によって地表面に側線が設定され、この側線に沿って検出コイル系４０を移動可能とする。この移動台４１は水平が維持されるように構築することが好ましい。
【００４３】
第一実施例の場合について言えば、マーキング場所を基準として検出コイル系４０を水平移動させ、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる位置を探索する。もし、地すべりが無ければ位相検波器１８−１、１８−２の出力はマーキング場所で最小値となる。一方、地すべりによる移動が発生していれば、マーキング場所から水平方向に移動したある場所、つまり発信機１０の直上の位置で位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小値となる。この探索位置と地すべり発生後のマーキング位置との間の距離がずれ量(移動量)、両者を結ぶ線分の方向が移動方向となる。
【００４４】
検出コイル系４０及び信号処理回路系には、前述したすべての実施例を適用することができる。但し、電界方式の場合、図１０及び図１１の検出電極系及び信号処理回路系の形態をとることは言うまでも無い。
【００４５】
図１４は本発明を港湾等の埋め立て工事に適用する場合の第六実施例を示す図である。海上空港の建設工事では、陸地近くの港湾の土砂埋め立てを行って形成した人工地盤の上に空港施設の建設が行われる。この土砂埋め立てを行う場合、埋め立て領域の近くの海底地盤では埋め立て荷重による側方移動が発生する。この移動量を測定するため、海底地盤内に交流磁界発生用の発信機１０を設置して海中に磁界を発生させる。一方、海面近くにフロート５０等を用いて海水中に検出コイル系４０を配置し、フロート５０にはＧＰＳ受信機５１を設置する。ＧＰＳ受信機５１の位置はＧＰＳや光学測量によって容易に求めることができ、既に実用化されている。
【００４６】
本第六実施例においても、検出コイル系（検出電極系）及び信号処理回路系は前述の第一〜第五実施例のいずれを適用しても良い。尚、フロート５０と検出コイル系４０をつなぐワイヤ部分にはバネや板等（図示せず）を用いて波面の動きを伝えないようにする工夫が併用されることは言うまでもない。また、検出コイル系（検出電極系）は常時配置する形態でも良いが、測定を行わない場合には引き上げておき、測定に際して海上に投棄する形態でも良い。いずれにしても、各検出コイル（検出電極）からの検出信号はフロート５０を経由してケーブルにより船上の信号処理回路系に入力されるが、増幅器はフロート５０側に備えるようにしても良い。
【００４７】
本第六実施例では、あらかじめＧＰＳ受信機５１を用いて発信機１０を埋設した時の初期位置が測定される。以後、定期的に発信機１０を起動させ、検出コイル系４０を移動させて発信機１０の位置を二次元的に測定する作業を行う。例えば、第一実施例による検出コイル系及び信号処理回路系を用いる場合、仮に、海底地盤に側方移動が発生していると、位相検波器１８−１、１８−２の出力が最小となる位置も初期位置からずれることになる。ＧＰＳ受信機５１によれば、初期位置からずれた現在の位置を知ることができるので、２軸座標面上での初期位置と現在位置とから海底地盤の水平方向の移動量及び移動方向を容易に算出することができる。
【００４８】
図１５は本発明の第七実施例における電極の配置を示す図である。地中に埋設された発信機１０内の発振器１１から出力される交流(電圧)出力を単軸の電極Ｅ１、Ｅ２に印加することで電極Ｅ１、Ｅ２間に電界が形成される。ここでは、検出電極系が対の電極を等間隔に配置して構成され、第一〜第五の検出電極対ＥＧ〜ＥＫが地表又は海面近くに配置される。具体的には、第一軸Ｓ１上に第一、第三の電極対ＥＧ、ＥＩ、第二軸Ｓ２上に第二、第四の電極対ＥＨ、ＥＪ、さらに第一軸Ｓ１及び第二軸Ｓ２と直交する第三軸Ｓ３に第五の電極対ＥＫが配置される。前述したように、電極Ｅ１、Ｅ２の軸線が鉛直方向となり、第一軸Ｓ１と第二軸Ｓ２は互いに直交する配置とすることが望ましい。
【００４９】
図１６は図１５の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。各検出電極対ＥＧ〜ＥＫで検出された各々の対の電位から、はじめに差動回路６１Ｇ〜６１Ｋで差電位が取り出される。次に、差動回路６２−１、６２−２により第一の電極対ＥＧの差電位と第三の電極対ＥＩの差電位との差電位、第二の電極対ＥＨの差電位と第四の電極対ＥＪの差電位との差電位がそれぞれ取り出され、各軸の差電位として検出される。第一軸Ｓ１、第二軸Ｓ２の差電位からバンドパスフィルタ６３−１、６３−２により発振器１１の発振周波数と同じ周波数成分が取り出され、差動回路６１Ｋの差電位からバンドパスフィルタ６３−３により発振器１１の発振周波数と同じ周波数成分が取り出される。このようにして、第一の電極対ＥＧ〜第四の電極対ＥＪによって被検波信号が作られ、第五の電極対ＥＫによって検波信号が作られる。二組の位相検波回路６４−１、６４−２はこれらの信号を受けて同期検波を行い、第一軸Ｓ１方向と第二軸Ｓ２方向の電位差を出力する。
【００５０】
図１７は本発明の第七実施例における検出電極系の電極配置を示す断面図である。地中に埋設された単軸の電極Ｅ１、Ｅ２により形成された電界(電流)成分は地表または海面付近で大きく曲げられ、単軸の電極直上を始点として表面上を放射状に拡がる。これらの電界成分は水面下(近傍)に配置された検出電極系によって電位が検出され、同軸上の離れた２領域間の電極対同士の差信号を求めることで電位差として検出される。このことから、交叉する二軸上に各々間隔が等しい電極対を配置すると、二次元上の電位差が検出され、この電位差が最小となる場合に一軸上の２つの電極対の中間点が単軸の電極Ｅ１、Ｅ２の直上に位置することになる。
【００５１】
図１８は本発明を港湾等の海上埋め立て工事に適用する際の第八実施例を示す図である。海面近くに検出コイル系（あるいは検出電極系）を配置する場合、船舶から吊り下げると波浪による船舶の動きが検出コイル系（あるいは検出電極系）に伝わり、常に移動(変位)が伝わることになり安定した計測(測定)が難しい。この問題を解決するため、本実施例ではフロート５０と検出コイル系４０（あるいは検出電極系）との間にバネ等の伸縮性部材５５を１つ以上（ここでは２つ）介在させると共に、２つの伸縮性部材５５の間に水の抵抗を受ける板５６を併用させている。これにより検出コイル系４０（あるいは検出電極系）を水中で安定に維持することができ、波浪の影響を低減させる効果が得られる。尚、検出コイル系や検出電極系を固定するフレームを移動させる手段として、船で曳航しても良いが、フロート５０にモーターとスクリュー及び舵を取付け、船上からリモートコントロールを行うようにしても良い。尚、リモートコントロールを容易に行うため、フロート５０にはＧＰＳ受信機５１や方位計等を取付け、フロート５０の座標情報を船上で常にモニターしながら作業を行うことで作業性を高めることが容易となる。この実施例も、前述した第一〜第四、第七の実施例のいずれを適用しても良い。
【００５２】
図１９は本発明に使用される検出コイルから得られる磁界信号の検出出力が、単軸コイルに対する検出コイルの方向性と相対位置によって変化することを説明するための図である。図１９において、送信側の単軸コイルは零点の直下で距離ｅの場所に配置されているものとして検出コイルの出力から磁界強度を求めている。図１９の特性(ａ)は検出最大感度軸が垂直方向となる検出コイルを水平方向に移動させた際に測定される磁界強度分布を示し、単軸コイルの直上で最大となることは明らかである。一方、図１９の特性(ｂ)は検出最大感度軸が水平方向となる検出コイル（本発明の各実施例に相当）を移動させた際に測定される磁界強度分布を示している。ここで、特性(ｂ）が図中左半分で負となる領域は受信信号の位相成分を加味した演算を行っているために生じている。図１９の横軸は送信側の単軸コイルの中心までの距離ｅを用いて表している。なお、このような磁界強度分布あるいは磁界の分布（拡がり）は計算によって求めることも可能である。
【００５３】
図２０は本発明に使用される検出コイルが検出した磁界信号の出力を微分した結果を示す図である。図１９で求められた特性（ａ）、（ｂ）に対し、微分演算処理を行うと、図１９の特性(ａ)は図２０の特性(ｃ)となり、同じく図１９の特性(ｂ)は図２０の特性(ｄ)として示される。ここで注目すべき点は、特性(ｃ)と(ｄ)が図中左側の位置で交叉し、その交点座標が０．２１ｅすなわち、送信側の単軸コイルの中心までの距離ｅの２１％に相当することである。このことは、水平軸に最大感度を持つ検出コイルと垂直軸に最大感度を持つ検出コイルの両方を併用し、信号レベルが大きい方を選択する切換え位置として上記の値０．２１ｅを利用することで、測定上の利点となる。
【００５４】
図２１は本発明に用いられる検出コイル系の具体例を示す。固定部１００に、軸Ｓ１−１と軸Ｓ１−２とを取り付けて第一軸を構成し、軸Ｓ２−１と軸Ｓ２−２とを取り付けて第二軸を構成している。固定部１００及び各軸は塩化ビニール、アクリル等の非磁性材料でかつ非導電性の素材を用いて作られる。検出コイルＣＡ〜ＣＤは、各軸を固定部１００に取り付けた後に後加工で設置することができるので、防水加工も含めて製作上のメリットが大きい。本例は、図１に示した検出コイル系に適しているが、固定部１００を中空にして検出コイルを内蔵させ、このコイルの軸線を検出コイルＣＡ、ＣＣの軸線、検出コイルＣＢ、ＣＤの軸線に直交するように配置することで図４に示す検出コイル系を実現することができる。勿論、各軸に複数の検出コイルを設置することで図７に示す検出コイル系を実現できる。
【００５５】
図２２は、本発明に用いられる検出コイル系の他の例を示す。本例では立方格子状の枠体１１０を用い、その各コーナー部分に検出コイルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を設置するようにしている。枠体１１０の材料は、上述した図２１の例と同様、塩化ビニール、アクリル等の非磁性材料でかつ非導電性の素材を用いることが好ましい。１つのコーナーについて言えば、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸に検出コイルが設置された三成分のコイルと見なすことができる。コーナー毎にこれらの三成分のコイルの切換えを行う切換え手段を備えることでどの検出コイルを検出に用いるかを任意に選択することができる。図の上部又は下部の検出コイルを用いれば平面的な検出コイル系を構成することができ、上部及び下部の検出コイルの両方を用いれば立体的な検出コイル系を構成することができる。このような立方格子状の枠体１１０を用いることで、水中以外に地上での設置に際しても安定性を確保することが容易となる。なお例として、図中、一点鎖線で示すように、枠体１１０を形成している四角形の枠の中に更に交差する枠を設け、交差する枠に検出コイルを設置することで図１に示されるような検出コイル系をも兼ねる検出コイル系を実現できることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は本発明を磁界方式に適用した場合の第一実施例におけるコイルの配置を示す図である。
【図２】図２は図１の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は本発明の第一実施例における発信機とコイルの配置を断面図で示す。
【図４】図４は本発明を磁界方式に適用した場合の第二実施例におけるコイルの配置を示す図である。
【図５】図５は図４の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は本発明の第二実施例における発信機とコイルの配置を示す断面図である。
【図７】図７は本発明を磁界方式に適用した場合の第三実施例におけるコイルの配置を示す図である。
【図８】図８は図７の検出コイル系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は本発明の第三実施例における発信機とコイルの配置を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明を電界方式に適用した場合の第四実施例における電極の配置を示す図である。
【図１１】図１１は図１０の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明の第四実施例における発信機と電極の配置を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明を地すべり移動量の測定に適用する場合の第五実施例を示す図である。
【図１４】図１４は本発明を港湾等の埋め立て工事に適用する場合の第六実施例を示す図である。
【図１５】図１５は本発明を電界方式に適用した場合の第七実施例における電極の配置を示す図である。
【図１６】図１６は図１５の検出電極系のための信号処理回路系の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１７は本発明の第七実施例における発信機と電極の配置を示す断面図である。
【図１８】図１８は本発明を港湾等の海上埋め立て工事に適用する際の第八実施例を示す図である。
【図１９】図１９は本発明に使用される検出コイルから得られる磁界信号の検出出力が、単軸コイルに対する検出コイルの方向性と相対位置によって変化することを説明するための図である。
【図２０】図２０は図１９に示された磁界信号の出力を微分した結果を示す図である。
【図２１】図２１は本発明に用いられる検出コイル系の具体例を示した図である。
【図２２】図２２は本発明に用いられる検出コイル系の他の例を示した図である。
【符号の説明】
【００５７】
ＣＡ、ＣＢ、ＣＣ、ＣＤ、ＣＥ 検出コイル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 第一軸、第二軸、第三軸
ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ、ＥＥ、ＥＦ 検出電極
１５Ａ〜１５Ｅ 増幅器
１６Ａ〜１６Ｅ バンドパスフィルタ
１７−１、１７−２ 差動回路
１８−１、１８−２ 位相検波器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系とを含み、
前記第一から第四のコイルの出力から磁界強度を求め、第一から第四のコイルで得た磁界強度に基づいて前記単軸コイルの軸線の位置と前記検出コイル系中心の相対位置を二次元的に求めることを特徴とする位置測定方式。
【請求項２】
請求項１に記載の位置測定方式において、前記検出コイル系を、前記第一から第四のコイルの軸線が前記単軸コイルの軸線と平行又は垂直となるように配置することを特徴とする位置測定方式。
【請求項３】
請求項１に記載の位置測定方式において、前記第一から第四のコイルはそれぞれ、軸線がそれぞれ直交する三成分のコイルからなることを特徴とする位置測定方式。
【請求項４】
請求項１に記載の位置測定方式において、前記第一から第四のコイルをそれぞれ複数のコイルとしたことを特徴とする位置測定方式。
【請求項５】
地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、
前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系と、
前記第一から第四のコイルの出力を受ける第一から第四のバンドパスフィルタと、該第一及び第二のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、これら第一及び第二の差動回路の出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、
前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四のバンドパスフィルタのいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、
前記単軸コイルの上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を前記単軸コイルの直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式。
【請求項６】
請求項５に記載の位置測定方式において、前記検出コイル系はさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された第五のコイルを有し、前記信号処理回路系はさらに、前記第五のコイルの出力を受ける第五のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第五のバンドパスフィルタの出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項７】
請求項６に記載の位置測定方式において、前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四のコイルをそれぞれ２個ずつとし、これら２個ずつのコイル出力を切換え回路を用いて対応する前記バンドパスフィルタの入力に接続し、前記第五のコイルの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項８】
地中または海底地盤中に埋設され電界を生成する単軸の電極対を有する発信機と、
前記電界を検出するために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二の電極と前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四の電極とを含む検出電極系と、
前記第一及び第二の電極の出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四の電極の出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、前記第一及び第二の差動回路の出力を受ける第一及び第二のバンドパスフィルタと、これら第一及び第二のバンドパスフィルタの出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、
前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四の電極のいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、
前記単軸の電極対の上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出電極系の中心位置を前記単軸の電極対の直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式。
【請求項９】
請求項５に記載の位置測定方式において、前記検出電極系はさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された対の電極からなる第五の電極を有し、前記信号処理回路系はさらに、前記第五の電極の対の出力を受けて差信号を出力する第三の差動回路と、該第三の差動回路の出力を受ける第三のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第三のバンドパスフィルタの出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項１０】
請求項９に記載の位置測定方式において、前記検出電極系において前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四の電極をそれぞれ２個ずつとし、前記信号処理回路系においてはこれら２個ずつの電極出力をそれぞれ差動回路に出力し、前記第一軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第一の差動回路に入力し、前記第二軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第二の差動回路に入力し、前記第三のバンドパスフィルタの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項１１】
請求項５から７の何れかに記載の位置測定方式を用いて陸上の地すべりによる移動量及び移動方向を測定する方法であって、
前記発信機を、予想される地すべり面よりも下側の深さに埋設し、
埋設された発信機の直上の地表面に初期位置としてマーキングを施しておき、
以後、定期的に前記発信機を起動させると共に、前記検出コイル系を地表面上を移動させて、前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を前記発信機の直上の位置として検出し、
前記マーキングお施された初期位置と前記検出された位置との間の距離及び線分から移動量及び移動方向を計測するようにしたことを特徴とする地すべりによる移動量及び移動方向の測定方法。
【請求項１２】
請求項５から７の何れかに記載の位置測定方式を用いて海底地盤の側方移動量及び移動方向を測定する方法であって、
前記発信機を、側方移動が予想される海底地盤に埋設し、
埋設された発信機の直上の海面上の位置をあらかじめ初期位置として計測しておき、
以後、定期的に前記発信機を起動させると共に、前記検出コイル系を海面あるいは海面近傍で移動させて、前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を海面上での前記発信機の直上の位置として検出し、
前記初期位置と前記検出された位置との間の距離及び線分から側方移動量及び移動方向を計測するようにしたことを特徴とする海底地盤の側方移動量及び移動方向の測定方法。
【請求項１】
地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系とを含み、
前記第一から第四のコイルの出力から磁界強度を求め、第一から第四のコイルで得た磁界強度に基づいて前記単軸コイルの軸線の位置と前記検出コイル系中心の相対位置を二次元的に求めることを特徴とする位置測定方式。
【請求項２】
請求項１に記載の位置測定方式において、前記検出コイル系を、前記第一から第四のコイルの軸線が前記単軸コイルの軸線と平行又は垂直となるように配置することを特徴とする位置測定方式。
【請求項３】
請求項１に記載の位置測定方式において、前記第一から第四のコイルはそれぞれ、軸線がそれぞれ直交する三成分のコイルからなることを特徴とする位置測定方式。
【請求項４】
請求項１に記載の位置測定方式において、前記第一から第四のコイルをそれぞれ複数のコイルとしたことを特徴とする位置測定方式。
【請求項５】
地中または海底地盤中に埋設され交番磁界を生成する単軸コイルを内蔵した発信機と、
前記交番磁界を受けるために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二のコイルと前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四のコイルとを含む検出コイル系と、
前記第一から第四のコイルの出力を受ける第一から第四のバンドパスフィルタと、該第一及び第二のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四のバンドパスフィルタの出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、これら第一及び第二の差動回路の出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、
前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四のバンドパスフィルタのいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、
前記単軸コイルの上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を前記単軸コイルの直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式。
【請求項６】
請求項５に記載の位置測定方式において、前記検出コイル系はさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された第五のコイルを有し、前記信号処理回路系はさらに、前記第五のコイルの出力を受ける第五のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第五のバンドパスフィルタの出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項７】
請求項６に記載の位置測定方式において、前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四のコイルをそれぞれ２個ずつとし、これら２個ずつのコイル出力を切換え回路を用いて対応する前記バンドパスフィルタの入力に接続し、前記第五のコイルの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項８】
地中または海底地盤中に埋設され電界を生成する単軸の電極対を有する発信機と、
前記電界を検出するために地表または海面近傍に配置される第一軸上に間隔をおいて設置された第一及び第二の電極と前記第一軸と直交する第二軸上に間隔をおいて設置された第三及び第四の電極とを含む検出電極系と、
前記第一及び第二の電極の出力を受けて差信号を出力する第一の差動回路と、前記第三及び第四の電極の出力を受けて差信号を出力する第二の差動回路と、前記第一及び第二の差動回路の出力を受ける第一及び第二のバンドパスフィルタと、これら第一及び第二のバンドパスフィルタの出力をそれぞれ受ける第一及び第二の位相検波回路とを含む信号処理回路系とを含み、
前記第一及び第二の位相検波回路は、前記第一から第四の電極のいずれかの出力を検波信号として受けて同期検波を行い、
前記単軸の電極対の上方領域において前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出電極系の中心位置を前記単軸の電極対の直上の位置として求めることを特徴とする位置測定方式。
【請求項９】
請求項５に記載の位置測定方式において、前記検出電極系はさらに、前記第一軸及び第二軸と直交する第三軸に設置された対の電極からなる第五の電極を有し、前記信号処理回路系はさらに、前記第五の電極の対の出力を受けて差信号を出力する第三の差動回路と、該第三の差動回路の出力を受ける第三のバンドパスフィルタを有し、前記第一及び第二の位相検波回路の検波信号として前記第三のバンドパスフィルタの出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項１０】
請求項９に記載の位置測定方式において、前記検出電極系において前記第一軸及び第二軸にそれぞれ間隔をおいて設置される前記第一から第四の電極をそれぞれ２個ずつとし、前記信号処理回路系においてはこれら２個ずつの電極出力をそれぞれ差動回路に出力し、前記第一軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第一の差動回路に入力し、前記第二軸上の２個ずつの電極出力の２つの差信号を前記第二の差動回路に入力し、前記第三のバンドパスフィルタの出力を検波信号として同期検波を行うことで、一軸あたり２種類の出力を用いることを特徴とする位置測定方式。
【請求項１１】
請求項５から７の何れかに記載の位置測定方式を用いて陸上の地すべりによる移動量及び移動方向を測定する方法であって、
前記発信機を、予想される地すべり面よりも下側の深さに埋設し、
埋設された発信機の直上の地表面に初期位置としてマーキングを施しておき、
以後、定期的に前記発信機を起動させると共に、前記検出コイル系を地表面上を移動させて、前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を前記発信機の直上の位置として検出し、
前記マーキングお施された初期位置と前記検出された位置との間の距離及び線分から移動量及び移動方向を計測するようにしたことを特徴とする地すべりによる移動量及び移動方向の測定方法。
【請求項１２】
請求項５から７の何れかに記載の位置測定方式を用いて海底地盤の側方移動量及び移動方向を測定する方法であって、
前記発信機を、側方移動が予想される海底地盤に埋設し、
埋設された発信機の直上の海面上の位置をあらかじめ初期位置として計測しておき、
以後、定期的に前記発信機を起動させると共に、前記検出コイル系を海面あるいは海面近傍で移動させて、前記第一及び第二の位相検波回路の出力が最小となる時の前記検出コイル系の中心位置を海面上での前記発信機の直上の位置として検出し、
前記初期位置と前記検出された位置との間の距離及び線分から側方移動量及び移動方向を計測するようにしたことを特徴とする海底地盤の側方移動量及び移動方向の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００７−２５５９８６（Ｐ２００７−２５５９８６Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７８６１３（Ｐ２００６−７８６１３）
【出願日】平成１８年３月２２日（２００６．３．２２）
【出願人】（３９００２７１７７）坂田電機株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２２日（２００６．３．２２）
【出願人】（３９００２７１７７）坂田電機株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]