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傾斜計は、地上または構造物内の垂直レベルからの非常に小さな変化を測定するように設計された高感度傾斜計です。 [1]傾斜計は、火山、ダムの満水に対する反応、潜在的な地滑りの小さな動き、水圧破砕の方向と量、および荷重や基礎沈下などのさまざまな影響に対する構造物の反応を監視するために広く使用されています。傾斜計は、完全に機械式の場合もあれば、電子測定用の振動ワイヤまたは電解センサーを組み込んだ場合もあります。高感度の機器は、1秒角ほどの変化も検出できます。
傾斜計には、地震計の歴史と似たような、長く多様な歴史があります。最初の傾斜計は、長い固定振り子でした。これらは、最初の大型コンクリートダムで使用され、レーザー反射器などの新しい技術が加わり、現在でも使用されています。火山監視などの他の用途にも使用されていましたが、長さが長すぎることや気流の影響を受けやすいことなど、明らかな欠点があります。ダムでも、徐々に現代の電子傾斜計に置き換えられつつあります。
火山や地球の動きの監視には、当時、水管式の長基線傾斜計が使用されていました。[2] 1919年、著名な物理学者アルバート・A・マイケルソンは、高感度と温度変動の影響を受けない最も好ましい配置は、半分満たされた埋設水道管内の水によって定義される等電位面を使用することだと指摘しました。 [3]これは、2つの水差しを長い水管で接続した単純な配置でした。傾斜の変化は、一方の水差しともう一方の水差しの満水マークの差として記録されます。地球科学の研究のために世界中で広く使用されていますが、操作が非常に難しいことが証明されています。たとえば、温度差に対する感度が高いため、常に真夜中に読み取らなければなりません。
徐々に他のすべての形式の傾斜計に取って代わっている現代の電子傾斜計は、一般的な大工の水準器で使用されているのと同じ単純な気泡水準器の原理を使用しています。 [4]図に示すように、電極の配置により、電解液内の気泡の正確な位置を高精度で感知します。レベルの小さな変化は、標準のデータロガーを使用して記録されます。この配置は温度にほとんど影響されず、内蔵の熱電子装置を使用して完全に補正できます。[5]
マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS) センサーを使用した新しい技術により、傾斜角度測定タスクを単軸モードと二軸モードの両方で便利に実行できます。超高精度の 2 軸 MEMS 駆動デジタル傾斜計/傾斜計は、1 秒角という非常に高い分解能と精度を必要とする高速角度測定アプリケーションや表面プロファイリングに使用できます。2 軸 MEMS 駆動傾斜計/傾斜計は、非線形性と動作温度の変化に対してデジタル補正および精密較正が可能で、より広い角度測定範囲とより広い動作温度範囲にわたって、より高い角度精度と安定性を実現します。さらに、読み取り値のデジタル表示により、離れた場所にある従来の「バブル」バイアルを見るときに発生する視差エラーを効果的に防ぐことができます。
傾斜計の最も劇的な応用は、火山噴火予測の分野です。[6] USGS のこの図に示されているように、ハワイの主火山(キラウエア) は、主室をマグマで満たし、その後横の噴火口にマグマを排出するパターンを持っています。グラフは、主室の膨張 (傾斜計によって記録)、そのマグマ室の排出、そして隣接する噴火口の噴火というこのパターンを示しています。グラフ上の傾斜のピークにある各数字は、記録された噴火です。
ギャラリー
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現代の電子傾斜計の原理 -
参照
参考文献
- ^ ジョン・ダニクリフ『現場パフォーマンス監視のための地質工学計測機器』 Wiley-IEEE、1993 ISBN 0-471-00546-0、pp. 216–219
- ^ 「火山の監視方法」 Volcanoes.usgs.gov. 2008-08-13 . 2014-05-30閲覧。
- ^ 「傾斜計とは何か?」 www.wisegeek.com. 2014-05-30 . 2014-05-30に閲覧。
- ^ 「Tiltmeter Basics」www.geomechanics.com。2006年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「地表の動きが地下に関する情報を提供する | 米国地質調査所」
- ^ 「火山の監視方法」 Volcanoes.usgs.gov. 2008-08-13 . 2014-02-05閲覧。