JPH0213249B2

JPH0213249B2 -

Info

Publication number: JPH0213249B2
Application number: JP54144223A
Authority: JP
Inventors: Naganori Sato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1990-04-03
Also published as: JPS5667723A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、被測定物体、特に地盤の層質を調べ
るための振動波の伝搬速度計測方式に関する。

一般に、従来から用いられている、例えば地盤
の振動波の伝搬速度を計る方法として、地盤上の
１点に振動検出器を設置し、定振動数でその地盤
を加振させ、加振点と上記振動検出器設定点との
延長上にもう１つの振動検出器を移動させなが
ら、両検出器の出力をオシロスコープ等で観察す
ることによつて１波長分離れた検出器の位置を見
出す方式がある。これによつて得られた両検出器
間の距離をＹ（ｍ）、その時の加振周波数をｆ（Hz）
とすれば、地盤上から1/2波長（Y/2）の深さま
での地層における振動波の平均伝搬速度Ｕ（ｍ／
ｓ）は、Ｕ＝Ｙ・ｆ（ｍ／ｓ）によつて求めるこ
とができる。

しかし、上記の方法によると、加振周波数を変
更して計測する都度、振動検出器の一方を移動し
て上記と同じ方法によつて１波長分を確認し、1/
２波長並びにその伝搬速度を求めなくてはならず、
時間と人手がかかり測定精度も悪くなるという欠
点があつた。従つて、両検出器間の距離を一定に
したまま計測することが出来れば望ましいわけ
で、その方法として、両検出器の出力信号の相互
相関を求めることにより検出器を移動することな
く１波長の長さを計ることが出来る。しかしなが
ら、この方法では、両検出器間の距離は測定され
る１波長の長さか、又はそれ以内になるように設
定されなければならないし、地盤のように各層に
より伝搬速度が異なる場合には１波長の長さの範
囲は、例えば１対100のように広いので、計測さ
れる１波長の長さの最短の距離を予め知つてお
き、その距離に両検出器を設置することになる
と、計測精度は波長が長くなるにしたがつておの
ずと低下してくるという欠点がある。

従つて、本発明の目的は、上記の欠点を除去
し、設定される両振動検出器の距離を固定したま
まで、時間と人手をかけることなしに、広い範
囲、かつ高い精度で伝搬波の速度および波長を計
測することのできる振動波の伝搬速度計測方式を
提供するにある。

本発明によれば、地盤等の被測定物体の表面に
一直線上に、該被測定物体を振動させて伝搬波を
発する加振機と、該伝搬波の１波長の長さに比べ
て以上および以内のいずれにも制約されることな
く選定された一定距離Ｓによつて隔てられた２つ
の振動検出器とを設置し、別に、周波数ｆの値の
変えられる正弦波である駆動波が前記一定距離Ｓ
より長い可変の繰返し周期を持つ輪郭波により変
調した波を、前記加振機を駆動するための駆動信
号として発生する駆動信号発生手段と、前記２つ
の振動検出器の各出力の対応繰返し周期内に存在
する振幅の急激な変化点から伝搬波がこれ等２つ
の振動検出器間を伝搬する時間τを求める相互相
関手段と、該時間τから該伝搬波の伝搬速度ｖ＝
Ｓ／τを算出し、さらに該算出された伝搬速度ｖ
と前記駆動信号発生手段の正弦波周波数ｆとから
該伝搬波の波長λ＝ｖ／ｆを算出する手段とを備
え、前記駆動信号発生手段の発する正弦波の周波
数ｆに応じて前記輪郭波の繰返し周期を選択的に
設定して計測を行うことを特徴とする、振動波の
伝搬速度計測方式が得られる。

次に、本発明による振動波の伝搬速度計測方式
について、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に
説明する。

まず、本発明による実施例の方式を適用するた
めの機器の設置状態を第１図ａによつて説明する
と、１は加振器、２および３は振動検出器であ
り、いずれも地層の質を測定しようとする地盤Ｇ
の上に間隔をおいて設置されている。加振機１
は、第２図に見られるように、ソフトスタートモ
ードと減衰との組合わせモードイ、またはロで変
調された適宜可変できる周波数ｆの正弦波を発生
する機能を備えており、これによつて、地盤Ｇに
接触している加振板が駆動され、地盤Ｇの内部、
周辺へ向けて振動を伝える。一方、振動検出器２
は加振機１から適当の距離をおいて設置される
が、振動検出器３は、振動検出器２の延長上、こ
の振動検出器２との間に距離Ｓをおいて設置され
ている。

上記の機器設置状態において、加振機１が、例
えば、第２図のモードイで駆動され、これによつ
て地盤Ｇが加振されると、その振動波は地盤Ｇ内
を伝搬波となつて伝わり、時間的に遅延してそれ
ぞれ振動検出器２および３によつて検出される。
第１図ｂはその場合の動作波形を示したもので、
そのうちの波形Ａは加振機１の駆動波、波形D₁
は振動検出器２の検出波、波形D₂は振動検出器
３の検出波である。かくして、得られた波形D₁
と波形D₂との相互相関を求めることによつて、
両者の間の検出時間の遅れτを知ることができ
る。そして、このτで振動検出器２と３の間の距
離Ｓを除すれば、伝搬波の伝搬速度ｖ＝Ｓ／τが
得られ、さらに、この速度ｖを加振周波数ｆで除
すことによつて、伝搬波の波長λ＝ｖ／ｆが得ら
れる。このことから明らかなように、伝搬波の波
長λは、測定された遅延時間τにより伝搬速度が
算出されたのちに加振周波数を役立てることに
より得られる。上記算出された伝搬速度ｖが地盤
Ｇの地表からλ/2の深さの地層に対応しているこ
とは前に述べたとおりである。

なお、加振周波数ｆを変えることによつて、前
述の同じ方法により伝搬波を検出し、その箇所に
おける伝搬波の時間遅れτを求めれば、終局的に
は、異つた地層における伝搬波の伝搬速度が得ら
れることが判るであろう。これによつて、各層の
伝搬速度を広い範囲に亘つて正確に測定すること
ができる。

ところで、加振機１を駆動する加振周波数ｆが
第２図のモードイ、またはモードロに示すような
形態に変調されていることは、検出された伝搬波
から前述の時間遅れτを相互相関により求める際
に、そのなかに存在する振幅の急激な変化点を活
かし、時間的な比較を確実にするために必要不可
欠なものである。なお、第２図において、モード
イおよびロは、それぞれ同じように振幅の急激な
変化点を活かしていることに変りはない。したが
つて、例えば、モードロのごとく、変調モードを
形成している輪郭波の急峻部のなかに含まれる正
弦波の波数の割合は多くとも少なくともよい。ま
た、加振周波数ｆの波形を正弦波にすることによ
つて、伝搬波の波長λの算定を可能にしている。

第２図から分かるように、輪郭波の繰返し周期
を２つの振動検出器間の距離より短くならない範
囲で駆動波の周期を輪郭波の繰返し周期の10分の
１から100分の１程度まで検知できる。一方周期
に長いものについては、両検出器が振動源の近く
に一定の間隔をおいて固定されているところか
ら、信号が大きくノイズの混入が少ないため、
100メータ程度まで測定が可能である。

第３図ａおよびｂは、本発明の実施例に適用さ
れるそれぞれ加振側装置および振動検出側装置の
具体的な構成例をブロツク図によつて示したもの
である。図ａにおいて、モード発振器１―１は周
波数ｆの正弦波を第２図のイ、またはロに見られ
るようなモードで変調するための輪郭用の波を発
生し、正弦波発振器１―２は周波数ｆの正弦波、
例えば１〜1000Hzの範囲で発振する。それぞれの
出力は振幅変調器１―３に与えられ、正弦波の周
波数ｆが変えられるごとに上記輪郭波の繰返し周
期を適宜変更して、順次変調された形で出力を生
ぜしめる。なお、一定に設定された２つの振動検
出器間の距離が長い場合や、加振用の正弦波周波
数ｆの値に対応してそれぞれの層質の伝搬速度が
異なることから、例えば、繰返し周期が両検出器
間距離より小さくなつてそのまま動作させれば両
検出器間に幾つものモード波が検出されることに
なる。従つてこのような場合は、相互相関による
振動検出器２と３の間に得られる遅延時間τの計
測値に誤りの生じないよう、上記輪郭波の繰返し
周期が、２つの振動検出器の間隔Ｓより小さくな
らない範囲で前記駆動波を変調出来る長さに選定
される。相互相関をとる場合の好ましい輪郭波の
繰返し周期は長いほどよいが、それでは大きな加
振エネルギーを必要とするので、計測値に誤りの
生じない範囲で短い値に選定される。このように
して、周波数ｆを変えるたびに、輪郭波の繰返し
周期を選択的に設定し、一連の測定が行われる。
この変調された出力は電力増幅器１―４で増幅さ
れて、加振機１に駆動用として与えられる。加振
機１は重量を有するマグネツトを備え、その磁気
回路に挿入された可動線輪に電流を流すことによ
つて、線輪に直結された加振板を駆動するように
形成されている。

第３図ｂにおいては、２つの振動検出器２およ
び３によつてそれぞれ上記のモード変調された伝
搬波をピツクアツプし、それぞれの出力は検出計
２―１および３―１にそれぞれ導かれて、その大
きさを検出したのち、相互相関計４に与えられ
る。相互相関計４は、従来技術によつて知られて
いるごとく、一方の検出信号を基準にして他方の
検出信号と掛け合わせるための乗算器を含んで構
成されており、これによつて、２つの検出入力の
相互相関を求め、伝搬波の検出された箇所におけ
る伝搬波の時間遅れτを計算し、その値を出力す
る。伝搬速度計５は相互相関計４から時間遅れτ
の計算値をうけると、このτで振動検出器２と３
の間の距離Ｓを除して伝搬波の伝搬速度ｖを算出
し、さらに波長λを得ることによつて伝搬波の検
出された地盤の深さ等を算出する。なお、この伝
搬速度計５には、必要により記憶装置を付加し、
自動的に計測結果を順次記憶しておき、その後に
記録紙等によつてそれぞれの地層における振動波
の伝搬速度表を得るようにすることもできる。

以上の説明によつて明らかなように、本発明に
よれば、正弦波をソフトスタートと減衰との組合
わせモードによる変調波の形式で被測定物体を加
振し、知られた距離をとつて固定された２つの振
動検出器により伝搬波を検出し、その相互相関を
正弦波の周波数を変えるごとに求めることによ
つて、時間と人手をかけることなしに、広い範囲
に亘つて伝搬速度を高い精度で計測することがで
きるから、地盤等を含む被測定物体の質的な調査
に際して、能率と正確度を向上すべく得られる効
果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは、それぞれ本発明による実
施例の方式を適用するための機器の設置状態およ
びこの方式による動作波形を示す図、第２図は、
第１図ａにおける加振機を駆動するモード変調波
の種類を示す図、第３図ａおよびｂは、第１図ａ
の実施例に適用されるそれぞれ加振側および振動
検出側装置の具体的な構成例を示すブロツク図で
ある。図において、１は加振機、１―１はモード
発振器、１―２は正弦波発振器、１―３は振幅変
調器、１―４は電力増幅器、２，３は振動検出
器、２―１，３―１は検出計、４は相互相関計、
５は伝搬速度計である。

Claims

【特許請求の範囲】１地盤等の被測定物体の表面に一直線上に、該
被測定物体を振動させて伝搬波を発する加振機
と、該伝搬波の１波長の長さに比べて以上および
以内のいずれにも制約されることなく選定された
一定距離Ｓによつて隔てられた２つの振動検出器
とを設置し、別に、周波数ｆの値の変えられる正弦波である
駆動波が前記一定距離Ｓより長い可変の繰返し周
期を持つ輪郭波により変調した波を、前記加振機
を駆動するための駆動信号として発生する駆動信
号発生手段と、前記２つの振動検出器の各出力の
対応繰返し周期内に存在する振幅の急激な変化点
から伝搬波がこれ等２つの振動検出器間を伝搬す
る時間τを求める相互相関手段と、該時間τから
該伝搬波の伝搬速度ｖ＝Ｓ／τを算出し、さらに
該算出された伝搬速度ｖと前記駆動信号発生手段
の正弦波周波数ｆとから該伝搬波の波長λ＝ｖ／
ｆを算出する手段とを備え、前記駆動信号発生手段の発する正弦波の周波数
ｆに応じて前記輪郭波の繰返し周期を選択的に設
定して計測を行うことを特徴とする、振動波の伝
搬速度計測方式。