JP2002107122A - 光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用いた歪み測定装置 - Google Patents
光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用いた歪み測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造物等の歪み測定対象物に生じた歪みの位
置とともにその変位方向を特定できるようにする。 【解決手段】 歪み測定対象物１０の変形に追従するフ
レキシブルな棒状体２１の周囲４箇所に光ファイバ３０
からなる導光路２２，２３，２４，２５を棒状体２１の
軸線Ｏに対して平行に形成してなる光ファイバ歪みセン
サ２０を、歪み測定対象物１０に取り付ける。光ファイ
バ歪みセンサ２０の各導光路２２，２３，２４，２５に
それぞれ片端からパルス光を入射し戻ってきたブリルア
ン散乱光を検出する。そしてこのブリルアン散乱光に基
づいて各導光路２２，２３，２４，２５を形成する光フ
ァイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に歪み分布を算出し、こ
の歪み分布から歪み測定対象物１０の歪み位置及び変位
方向を測定する。
置とともにその変位方向を特定できるようにする。 【解決手段】 歪み測定対象物１０の変形に追従するフ
レキシブルな棒状体２１の周囲４箇所に光ファイバ３０
からなる導光路２２，２３，２４，２５を棒状体２１の
軸線Ｏに対して平行に形成してなる光ファイバ歪みセン
サ２０を、歪み測定対象物１０に取り付ける。光ファイ
バ歪みセンサ２０の各導光路２２，２３，２４，２５に
それぞれ片端からパルス光を入射し戻ってきたブリルア
ン散乱光を検出する。そしてこのブリルアン散乱光に基
づいて各導光路２２，２３，２４，２５を形成する光フ
ァイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に歪み分布を算出し、こ
の歪み分布から歪み測定対象物１０の歪み位置及び変位
方向を測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート等で
形成される梁や杭等の構造物の歪み測定、さらには土塊
の地すべり等によるせん断方向や曲げ方向の変位検知等
に利用される光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用
いた歪み測定装置に関する。
形成される梁や杭等の構造物の歪み測定、さらには土塊
の地すべり等によるせん断方向や曲げ方向の変位検知等
に利用される光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用
いた歪み測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の構造物に対する光ファイバを用い
た歪み測定装置の構成を図１０に示す。すなわち従来
は、コンクリート梁等の構造物１に対してその一方向
（Ｚ方向）に光ファイバ２を１本貼り付ける。そして、
この光ファイバ２が構造物１の変形に追従して伸縮した
際に光ファイバ２の長手方向に発生する歪みを歪み分布
測定器３で測定する仕組みである。
た歪み測定装置の構成を図１０に示す。すなわち従来
は、コンクリート梁等の構造物１に対してその一方向
（Ｚ方向）に光ファイバ２を１本貼り付ける。そして、
この光ファイバ２が構造物１の変形に追従して伸縮した
際に光ファイバ２の長手方向に発生する歪みを歪み分布
測定器３で測定する仕組みである。
【０００３】前記光ファイバ２の性質として、片端から
パルス光を入射すると、入射したパルス光が光ファイバ
２の内部で散乱して入射端側に後方散乱光として戻る。
このとき、光ファイバ２の伸縮で歪んだ箇所から来る後
方散乱光と、伸縮がない箇所から来る後方散乱光とは周
波数が異なることが知られている。そこで、前記歪み分
布測定器３は、前記光ファイバ２の片端からパルス光を
入射し、戻ってくる後方散乱光を測定して、異なった周
波数の散乱光が戻る時間から歪みが生じた箇所を特定し
ていた。
パルス光を入射すると、入射したパルス光が光ファイバ
２の内部で散乱して入射端側に後方散乱光として戻る。
このとき、光ファイバ２の伸縮で歪んだ箇所から来る後
方散乱光と、伸縮がない箇所から来る後方散乱光とは周
波数が異なることが知られている。そこで、前記歪み分
布測定器３は、前記光ファイバ２の片端からパルス光を
入射し、戻ってくる後方散乱光を測定して、異なった周
波数の散乱光が戻る時間から歪みが生じた箇所を特定し
ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光ファイバ２を用いた歪み測定技術においては、光ファ
イバ２の伸縮から構造物１の歪み有無及びその位置まで
は特定できるが、構造物１がどの方向に変位して歪んで
いるのかまでは知り得なかった。
光ファイバ２を用いた歪み測定技術においては、光ファ
イバ２の伸縮から構造物１の歪み有無及びその位置まで
は特定できるが、構造物１がどの方向に変位して歪んで
いるのかまでは知り得なかった。
【０００５】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たもので、その目的とするところは、構造物や土塊等の
歪み測定対象物に生じた歪みの位置のみならずその変位
方向までも特定できる光ファイバ歪みセンサ及びこのセ
ンサを用いた歪み測定装置を提供しようとするものであ
る。
たもので、その目的とするところは、構造物や土塊等の
歪み測定対象物に生じた歪みの位置のみならずその変位
方向までも特定できる光ファイバ歪みセンサ及びこのセ
ンサを用いた歪み測定装置を提供しようとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ歪み
センサは、歪み測定対象物の変形に追従するフレキシブ
ルな棒状体の周囲複数箇所に光ファイバからなる導光路
を棒状体の軸線に対して平行に形成してなるものであ
る。
センサは、歪み測定対象物の変形に追従するフレキシブ
ルな棒状体の周囲複数箇所に光ファイバからなる導光路
を棒状体の軸線に対して平行に形成してなるものであ
る。
【０００７】このものにおいて、棒状体の周囲複数箇所
に棒状体の軸線に沿って溝を形成し、この各溝内に光フ
ァイバを配設して、棒状体の周囲複数箇所に棒状体の軸
線に対して平行な導光路を形成してなることが望まし
い。
に棒状体の軸線に沿って溝を形成し、この各溝内に光フ
ァイバを配設して、棒状体の周囲複数箇所に棒状体の軸
線に対して平行な導光路を形成してなることが望まし
い。
【０００８】また、１本の光ファイバを棒状体の端部で
折り返すことによって、棒状体の周囲複数箇所に前記棒
状体の軸線に対して平行な導光路を形成してなることが
望ましい。
折り返すことによって、棒状体の周囲複数箇所に前記棒
状体の軸線に対して平行な導光路を形成してなることが
望ましい。
【０００９】また、本発明の光ファイバ歪みセンサは、
歪み測定対象物の変形に追従するフレキシブルな棒状体
の周囲４箇所に光ファイバからなる導光路を棒状体の軸
線に対して平行にかつ一定の間隔を空けて形成してなる
ものを含む。
歪み測定対象物の変形に追従するフレキシブルな棒状体
の周囲４箇所に光ファイバからなる導光路を棒状体の軸
線に対して平行にかつ一定の間隔を空けて形成してなる
ものを含む。
【００１０】また、本発明の歪み測定装置は、歪み測定
対象物の変形に追従するフレキシブルな棒状体の周囲複
数箇所に光ファイバからなる導光路を棒状体の軸線に対
して平行に形成してなる光ファイバ歪みセンサと、この
光ファイバ歪みセンサの各導光路にその片端からパルス
光を入射し戻ってきたブリルアン散乱光を検出する光検
出手段と、この光検出手段で検出されるブリルアン散乱
光に基づいて各導光路毎にその長手方向の歪み分布を計
測し出力する歪み分布出力手段とを備え、歪み分布出力
手段により出力される各導光路の長手方向の歪み分布か
ら光ファイバ歪みセンサが設けられた歪み測定対象物の
歪み位置及び変位方向を測定するようにしたものであ
る。
対象物の変形に追従するフレキシブルな棒状体の周囲複
数箇所に光ファイバからなる導光路を棒状体の軸線に対
して平行に形成してなる光ファイバ歪みセンサと、この
光ファイバ歪みセンサの各導光路にその片端からパルス
光を入射し戻ってきたブリルアン散乱光を検出する光検
出手段と、この光検出手段で検出されるブリルアン散乱
光に基づいて各導光路毎にその長手方向の歪み分布を計
測し出力する歪み分布出力手段とを備え、歪み分布出力
手段により出力される各導光路の長手方向の歪み分布か
ら光ファイバ歪みセンサが設けられた歪み測定対象物の
歪み位置及び変位方向を測定するようにしたものであ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を用いて説明する。はじめに、本発明をコンクリート
等で形成される梁や杭等の構造物の歪み測定に用いる場
合について説明する。
面を用いて説明する。はじめに、本発明をコンクリート
等で形成される梁や杭等の構造物の歪み測定に用いる場
合について説明する。
【００１２】図１は本実施の形態の模式図である。同図
において１０は例えばコンクリート材からなる平板状の
歪み測定対象物であり、２０は本発明に係わる光ファイ
バ歪みセンサ２０であり、３０は光ファイバであり、４
０は歪み分布測定器である。
において１０は例えばコンクリート材からなる平板状の
歪み測定対象物であり、２０は本発明に係わる光ファイ
バ歪みセンサ２０であり、３０は光ファイバであり、４
０は歪み分布測定器である。
【００１３】前記光ファイバ歪みセンサ２０は、図２
（ａ）の斜視図及び同図（ｂ）の正面図に示すように、
円筒状の棒状体であるファイバ固定部材２１の周囲４箇
所に、光ファイバ３０からなる導光路２２，２３，２
４，２５を、該ファイバ固定部材２１の軸線Ｏに対して
平行に、かつ一定の間隔を空けて形成してなるものであ
る。具体的には、先ず、１本の光ファイバ３０をファイ
バ固定部材２１の外周面所定位置に該ファイバ固定部材
２１の一方の端部（−Ｚ方向側端部）から他方の端部
（Ｚ方向側端部）に向けて軸線Ｏと平行になるように張
り合わせて第１の導光路２２を形成する。次に、この光
ファイバ３０をファイバ固定部材２１の他方の端部で折
り返した後、該ファイバ固定部材２１の外周面でかつ軸
線Ｏに対して前記第１の導光路２２と線対称となる位置
に他方の端部から一方の端部に向けて軸線Ｏと平行にな
るように張り合わせて第２の導光路２３を形成する。次
に、この光ファイバ３０をファイバ固定部材２１の一方
の端部で折り返した後、該ファイバ固定部材２１の外周
面でかつ第１の導光路２２までの距離と第２の導光路２
３までの距離とが等しくなる所定位置に一方の端部から
他方の端部に向けて軸線Ｏと平行になるように張り合わ
せて第３の導光路２４を形成する。最後に、この光ファ
イバ３０をファイバ固定部材２１の他方の端部で折り返
した後、該ファイバ固定部材２１の外周面でかつ軸線Ｏ
に対して前記第３の導光路２４と線対称となる位置に他
方の端部から一方の端部に向けて軸線Ｏと平行になるよ
うに張り合わせて第４の導光路２４を形成する。そし
て、第１の導光路２２乃至第４の導光路２５を形成した
１本の光ファイバ３０のいずれか一端を歪み分布測定器
４０のパルス光源４１に接続可能となるように延伸して
いる。
（ａ）の斜視図及び同図（ｂ）の正面図に示すように、
円筒状の棒状体であるファイバ固定部材２１の周囲４箇
所に、光ファイバ３０からなる導光路２２，２３，２
４，２５を、該ファイバ固定部材２１の軸線Ｏに対して
平行に、かつ一定の間隔を空けて形成してなるものであ
る。具体的には、先ず、１本の光ファイバ３０をファイ
バ固定部材２１の外周面所定位置に該ファイバ固定部材
２１の一方の端部（−Ｚ方向側端部）から他方の端部
（Ｚ方向側端部）に向けて軸線Ｏと平行になるように張
り合わせて第１の導光路２２を形成する。次に、この光
ファイバ３０をファイバ固定部材２１の他方の端部で折
り返した後、該ファイバ固定部材２１の外周面でかつ軸
線Ｏに対して前記第１の導光路２２と線対称となる位置
に他方の端部から一方の端部に向けて軸線Ｏと平行にな
るように張り合わせて第２の導光路２３を形成する。次
に、この光ファイバ３０をファイバ固定部材２１の一方
の端部で折り返した後、該ファイバ固定部材２１の外周
面でかつ第１の導光路２２までの距離と第２の導光路２
３までの距離とが等しくなる所定位置に一方の端部から
他方の端部に向けて軸線Ｏと平行になるように張り合わ
せて第３の導光路２４を形成する。最後に、この光ファ
イバ３０をファイバ固定部材２１の他方の端部で折り返
した後、該ファイバ固定部材２１の外周面でかつ軸線Ｏ
に対して前記第３の導光路２４と線対称となる位置に他
方の端部から一方の端部に向けて軸線Ｏと平行になるよ
うに張り合わせて第４の導光路２４を形成する。そし
て、第１の導光路２２乃至第４の導光路２５を形成した
１本の光ファイバ３０のいずれか一端を歪み分布測定器
４０のパルス光源４１に接続可能となるように延伸して
いる。
【００１４】前記ファイバ固定部材２１としては、歪み
測定対象物１０のしなりや伸縮等の変形に追随して変位
するフレキシブルなパイプを用いている。このパイプと
しては、その１例として、既に市販されている歪みゲー
ジを用いた歪みセンサに用いられている硬質塩化ビニル
管（呼び径４０mm×外径４８mm×肉厚mm）を利用でき
る。
測定対象物１０のしなりや伸縮等の変形に追随して変位
するフレキシブルなパイプを用いている。このパイプと
しては、その１例として、既に市販されている歪みゲー
ジを用いた歪みセンサに用いられている硬質塩化ビニル
管（呼び径４０mm×外径４８mm×肉厚mm）を利用でき
る。
【００１５】前記歪み分布測定器４０は、パルス光源４
１からパルス光を光ファイバ３０に光周波数を可変しな
がら入射し、光ファイバ３０から戻ってくる後方散乱光
のうちブリルアン散乱光を光検出部４２にて検出する。
そして、この光検出部４２にて検出された各光周波数の
ブリルアン散乱光から信号処理部４３にてブリルアン散
乱光のスペクトラム分布を測定し、次いでこのスペクト
ラム分布から光ファイバ３０の長さ方向のブリルアン周
波数シフトを求めて、このブリルアン周波数シフトから
光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布を得る。ここで、
光ファイバ３０の全長に対して各導光路２２，２３，２
４，２５を形成する光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは
予め分かっているので、信号処理部４３では、さらに前
記光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布から各光ファイ
バの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に歪み分布を抽出し、評価テ
ーブル４４に設定されているデータを参照してファイバ
固定部材２１の変位位置とともに変位方向を算出する。
そして、この算出結果等をモニタ４５に出力するもので
ある。
１からパルス光を光ファイバ３０に光周波数を可変しな
がら入射し、光ファイバ３０から戻ってくる後方散乱光
のうちブリルアン散乱光を光検出部４２にて検出する。
そして、この光検出部４２にて検出された各光周波数の
ブリルアン散乱光から信号処理部４３にてブリルアン散
乱光のスペクトラム分布を測定し、次いでこのスペクト
ラム分布から光ファイバ３０の長さ方向のブリルアン周
波数シフトを求めて、このブリルアン周波数シフトから
光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布を得る。ここで、
光ファイバ３０の全長に対して各導光路２２，２３，２
４，２５を形成する光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは
予め分かっているので、信号処理部４３では、さらに前
記光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布から各光ファイ
バの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に歪み分布を抽出し、評価テ
ーブル４４に設定されているデータを参照してファイバ
固定部材２１の変位位置とともに変位方向を算出する。
そして、この算出結果等をモニタ４５に出力するもので
ある。
【００１６】前記評価テーブル４４は、図３に示すよう
に、ファイバ固定部材２１の変位方向に対する各光ファ
イバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの伸縮（＋：伸長，−：収
縮）の関係を予め設定したテーブルである。
に、ファイバ固定部材２１の変位方向に対する各光ファ
イバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの伸縮（＋：伸長，−：収
縮）の関係を予め設定したテーブルである。
【００１７】すなわち、図２に示すように、光ファイバ
歪みセンサ２０を歪み測定対象物１０に取り付けたとき
のファイバ固定部材２１の軸線Ｏに対して第１の導光路
２２が位置する方向をＸ、第２の導光路２３が位置する
方向を−Ｘ、第３の導光路が位置する方向をＹ、第４の
導光路が位置する方向を−Ｙとしたとき、歪み測定対象
物１０の変形に追随してファイバ固定部材２１がＸ方向
に変位した場合には第１の導光路２２を形成する光ファ
イバの部位Ａが収縮し、第２の導光路２３を形成する光
ファイバの部位Ｂが伸長し、第３及び第４の導光路２
４，２５をそれぞれ形成する光ファイバの部位Ｃ，Ｄは
伸縮の中立軸上にあって歪みが検知されないので、光フ
ァイバの部位Ａに対して「−」，光ファイバの部位Ｂに
対して「＋」，光ファイバの部位Ｃ及びＤに対してそれ
ぞれ「０」が設定されている。同様に、ファイバ固定部
材２１が−Ｘ方向に変位した場合には、光ファイバの部
位Ａが伸長し、光ファイバの部位Ｂが収縮し、光ファイ
バの部位Ｃ，Ｄは歪みが検知されないので、光ファイバ
の部位Ａに対して「＋」，光ファイバの部位Ｂに対して
「−」，光ファイバの部位Ｃ及びＤに対してそれぞれ
「０」が設定されている。
歪みセンサ２０を歪み測定対象物１０に取り付けたとき
のファイバ固定部材２１の軸線Ｏに対して第１の導光路
２２が位置する方向をＸ、第２の導光路２３が位置する
方向を−Ｘ、第３の導光路が位置する方向をＹ、第４の
導光路が位置する方向を−Ｙとしたとき、歪み測定対象
物１０の変形に追随してファイバ固定部材２１がＸ方向
に変位した場合には第１の導光路２２を形成する光ファ
イバの部位Ａが収縮し、第２の導光路２３を形成する光
ファイバの部位Ｂが伸長し、第３及び第４の導光路２
４，２５をそれぞれ形成する光ファイバの部位Ｃ，Ｄは
伸縮の中立軸上にあって歪みが検知されないので、光フ
ァイバの部位Ａに対して「−」，光ファイバの部位Ｂに
対して「＋」，光ファイバの部位Ｃ及びＤに対してそれ
ぞれ「０」が設定されている。同様に、ファイバ固定部
材２１が−Ｘ方向に変位した場合には、光ファイバの部
位Ａが伸長し、光ファイバの部位Ｂが収縮し、光ファイ
バの部位Ｃ，Ｄは歪みが検知されないので、光ファイバ
の部位Ａに対して「＋」，光ファイバの部位Ｂに対して
「−」，光ファイバの部位Ｃ及びＤに対してそれぞれ
「０」が設定されている。
【００１８】また、ファイバ固定部材２１がＹ方向に変
位した場合には、光ファイバの部位Ｃが収縮し、光ファ
イバの部位Ｄが伸長し、光ファイバの部位Ａ，Ｂは伸縮
の中立軸上にあって歪みが検知されないので、光ファイ
バの部位Ｃに対して「−」，光ファイバの部位Ｄに対し
て「＋」，光ファイバの部位Ａ及びＢに対してそれぞれ
「０」が設定されている。同様に、ファイバ固定部材２
１が−Ｙ方向に変位した場合には、光ファイバの部位Ｃ
が収縮し、光ファイバの部位Ｄが伸長し、光ファイバの
部位Ａ，Ｂは歪みが検知されないので、光ファイバの部
位Ｃに対して「＋」，光ファイバの部位Ｄに対して
「−」，光ファイバの部位Ａ及びＢに対してそれぞれ
「０」が設定されている。
位した場合には、光ファイバの部位Ｃが収縮し、光ファ
イバの部位Ｄが伸長し、光ファイバの部位Ａ，Ｂは伸縮
の中立軸上にあって歪みが検知されないので、光ファイ
バの部位Ｃに対して「−」，光ファイバの部位Ｄに対し
て「＋」，光ファイバの部位Ａ及びＢに対してそれぞれ
「０」が設定されている。同様に、ファイバ固定部材２
１が−Ｙ方向に変位した場合には、光ファイバの部位Ｃ
が収縮し、光ファイバの部位Ｄが伸長し、光ファイバの
部位Ａ，Ｂは歪みが検知されないので、光ファイバの部
位Ｃに対して「＋」，光ファイバの部位Ｄに対して
「−」，光ファイバの部位Ａ及びＢに対してそれぞれ
「０」が設定されている。
【００１９】また、ファイバ固定部材２１がＸ・Ｙ方向
（Ｘ方向とＹ方向との間）に変位した場合には、光ファ
イバの部位Ａ，Ｃが収縮し、光ファイバの部位Ｂ，Ｄが
伸長するので、光ファイバの部位Ａ，Ｃに対してそれぞ
れ「−」，光ファイバの部位Ｂ，Ｄに対してそれぞれ
「＋」が設定されている。同様に、ファイバ固定部材２
１がＸ・−Ｙ方向（Ｘ方向と−Ｙ方向との間）に変位し
た場合には、光ファイバの部位Ａ，Ｄが収縮し、光ファ
イバの部位Ｂ，Ｃが伸長するので、光ファイバの部位
Ａ，Ｄに対してそれぞれ「−」，光ファイバの部位Ｂ，
Ｃに対してそれぞれ「＋」が設定され、ファイバ固定部
材２１が−Ｘ・−Ｙ方向（−Ｘ方向と−Ｙ方向との間）
に変位した場合には、光ファイバの部位Ｂ，Ｄが収縮
し、光ファイバの部位Ａ，Ｃが伸長するので、光ファイ
バの部位Ｂ，Ｄに対してそれぞれ「−」，光ファイバの
部位Ａ，Ｃに対してそれぞれ「＋」が設定され、ファイ
バ固定部材２１が−Ｘ・Ｙ方向（−Ｘ方向とＹ方向との
間）に変位した場合には、光ファイバの部位Ｂ，Ｃが収
縮し、光ファイバの部位Ａ，Ｄが伸長するので、光ファ
イバの部位Ｂ，Ｃに対してそれぞれ「−」，光ファイバ
の部位Ａ，Ｄに対してそれぞれ「＋」が設定されてい
る。
（Ｘ方向とＹ方向との間）に変位した場合には、光ファ
イバの部位Ａ，Ｃが収縮し、光ファイバの部位Ｂ，Ｄが
伸長するので、光ファイバの部位Ａ，Ｃに対してそれぞ
れ「−」，光ファイバの部位Ｂ，Ｄに対してそれぞれ
「＋」が設定されている。同様に、ファイバ固定部材２
１がＸ・−Ｙ方向（Ｘ方向と−Ｙ方向との間）に変位し
た場合には、光ファイバの部位Ａ，Ｄが収縮し、光ファ
イバの部位Ｂ，Ｃが伸長するので、光ファイバの部位
Ａ，Ｄに対してそれぞれ「−」，光ファイバの部位Ｂ，
Ｃに対してそれぞれ「＋」が設定され、ファイバ固定部
材２１が−Ｘ・−Ｙ方向（−Ｘ方向と−Ｙ方向との間）
に変位した場合には、光ファイバの部位Ｂ，Ｄが収縮
し、光ファイバの部位Ａ，Ｃが伸長するので、光ファイ
バの部位Ｂ，Ｄに対してそれぞれ「−」，光ファイバの
部位Ａ，Ｃに対してそれぞれ「＋」が設定され、ファイ
バ固定部材２１が−Ｘ・Ｙ方向（−Ｘ方向とＹ方向との
間）に変位した場合には、光ファイバの部位Ｂ，Ｃが収
縮し、光ファイバの部位Ａ，Ｄが伸長するので、光ファ
イバの部位Ｂ，Ｃに対してそれぞれ「−」，光ファイバ
の部位Ａ，Ｄに対してそれぞれ「＋」が設定されてい
る。
【００２０】一方、ファイバ固定部材２１が軸線方向に
伸長した場合には、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
がいずれも伸長するので、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに対してそれぞれ「−」が設定されている。同様
に、ファイバ固定部材２１が軸線方向に収縮した場合に
は、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄがいずれも収縮
するので、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して
それぞれ「＋」が設定されている。
伸長した場合には、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
がいずれも伸長するので、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに対してそれぞれ「−」が設定されている。同様
に、ファイバ固定部材２１が軸線方向に収縮した場合に
は、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄがいずれも収縮
するので、各光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して
それぞれ「＋」が設定されている。
【００２１】ここに、パルス光源４１及び光検出部４２
は、光ファイバ歪みセンサ２０を構成するファイバ固定
部材２１の周囲に該ファイバ固定部材２１の軸線Ｏに対
して平行に取り付けられた４本の導光路２２，２３，２
４，２５毎に片端からパルス光を入射し、各導光路２
２，２３，２４，２５から戻ってきた後方散乱光のうち
ブリルアン散乱光を検出する光検出手段として機能す
る。また、信号処理部４３，評価テーブル４４及びモニ
タ４５は、上記光検出手段で検出されるブリルアン散乱
光に基づいて各導光路２２，２３，２４，２５毎にその
長手方向の歪み分布を計測し出力する歪み分布出力手段
として機能する。
は、光ファイバ歪みセンサ２０を構成するファイバ固定
部材２１の周囲に該ファイバ固定部材２１の軸線Ｏに対
して平行に取り付けられた４本の導光路２２，２３，２
４，２５毎に片端からパルス光を入射し、各導光路２
２，２３，２４，２５から戻ってきた後方散乱光のうち
ブリルアン散乱光を検出する光検出手段として機能す
る。また、信号処理部４３，評価テーブル４４及びモニ
タ４５は、上記光検出手段で検出されるブリルアン散乱
光に基づいて各導光路２２，２３，２４，２５毎にその
長手方向の歪み分布を計測し出力する歪み分布出力手段
として機能する。
【００２２】このように構成された本実施の形態の光フ
ァイバ歪みセンサ２０及び歪み分布測定器４０を用い
て、図１に示す平板状の歪み測定対象物１０の歪み位置
及び変位方向を測定する場合、歪み測定対象物１０の表
面に光ファイバ歪みセンサ２０を図２に示すように取り
付ける。つまり、歪み測定対象物１０の表面に対して第
１の導光路２２と第２の導光路２３とを結ぶ平面が平行
となり、第３の導光路２４と第４の導光路２５とを結ぶ
平面が垂直となるように取り付ける。また、光ファイバ
歪みセンサ２０から延伸されている光ファイバ３０の片
端を歪み分布測定器４０に接続する。
ァイバ歪みセンサ２０及び歪み分布測定器４０を用い
て、図１に示す平板状の歪み測定対象物１０の歪み位置
及び変位方向を測定する場合、歪み測定対象物１０の表
面に光ファイバ歪みセンサ２０を図２に示すように取り
付ける。つまり、歪み測定対象物１０の表面に対して第
１の導光路２２と第２の導光路２３とを結ぶ平面が平行
となり、第３の導光路２４と第４の導光路２５とを結ぶ
平面が垂直となるように取り付ける。また、光ファイバ
歪みセンサ２０から延伸されている光ファイバ３０の片
端を歪み分布測定器４０に接続する。
【００２３】この状態で、歪み分布測定器４０のパルス
光源４１からパルス光を光ファイバ３０に光周波数を可
変しながら入射する。そうすると、入射したパルス光が
光ファイバ３０の内部で散乱し、入射した端部に後方散
乱光として戻る。このとき、光ファイバ３０の伸縮で歪
んだ箇所から戻る後方散乱光は、伸縮がない箇所から戻
る後方散乱光とは周波数が異なる。そこで、歪み分布測
定器４０では、光ファイバ３０から戻ってくる後方散乱
光のうちブリルアン散乱光を光検出部４２にて検出す
る。そして、この光検出部４２にて検出された各光周波
数のブリルアン散乱光から信号処理部４３にてブリルア
ン散乱光のスペクトラム分布を測定し、次いでこのスペ
クトラム分布から光ファイバ３０の長さ方向のブリルア
ン周波数シフトを求めて、このブリルアン周波数シフト
から光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布を得る。さら
に、この光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布から、各
導光路２２，２３，２４，２５をそれぞれ構成する光フ
ァイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に歪み分布を抽出し、評
価テーブル４４に設定されているデータを参照してファ
イバ固定部材２１の変位位置とともに変位方向を算出す
る。こうして、信号処理部４３にて算出された結果は、
モニタ４５に出力されるので、オペレータは、ファイバ
固定部材２１の変位位置と変位方向，つまりは歪み測定
対象物１０の変位位置と変位方向を確認できる。
光源４１からパルス光を光ファイバ３０に光周波数を可
変しながら入射する。そうすると、入射したパルス光が
光ファイバ３０の内部で散乱し、入射した端部に後方散
乱光として戻る。このとき、光ファイバ３０の伸縮で歪
んだ箇所から戻る後方散乱光は、伸縮がない箇所から戻
る後方散乱光とは周波数が異なる。そこで、歪み分布測
定器４０では、光ファイバ３０から戻ってくる後方散乱
光のうちブリルアン散乱光を光検出部４２にて検出す
る。そして、この光検出部４２にて検出された各光周波
数のブリルアン散乱光から信号処理部４３にてブリルア
ン散乱光のスペクトラム分布を測定し、次いでこのスペ
クトラム分布から光ファイバ３０の長さ方向のブリルア
ン周波数シフトを求めて、このブリルアン周波数シフト
から光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布を得る。さら
に、この光ファイバ３０の長さ方向の歪み分布から、各
導光路２２，２３，２４，２５をそれぞれ構成する光フ
ァイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎に歪み分布を抽出し、評
価テーブル４４に設定されているデータを参照してファ
イバ固定部材２１の変位位置とともに変位方向を算出す
る。こうして、信号処理部４３にて算出された結果は、
モニタ４５に出力されるので、オペレータは、ファイバ
固定部材２１の変位位置と変位方向，つまりは歪み測定
対象物１０の変位位置と変位方向を確認できる。
【００２４】例えば今、各導光路２２，２３，２４，２
５を形成する光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの歪み分
布が図４に示す通りであったとする。この場合、ファイ
バ固定部材２１の一端側より距離ｐ１〜ｐ２の位置で光
ファイバの部位Ａが収縮し、光ファイバの部位Ｂが伸長
しているので、歪み測定対象物１０は、位置ｐ１〜ｐ２
でＸ方向に歪んでいることが分かる。また、ファイバ固
定部材２１の一端側より距離ｐ３〜ｐ４の位置で光ファ
イバの部位Ａと光ファイバの部位Ｄが収縮し、光ファイ
バの部位Ｂと光ファイバの部位Ｃが伸長しているので、
歪み測定対象物１０は、位置ｐ３〜ｐ４でＸ・−Ｙ方向
に歪んでいることが分かる。
５を形成する光ファイバの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの歪み分
布が図４に示す通りであったとする。この場合、ファイ
バ固定部材２１の一端側より距離ｐ１〜ｐ２の位置で光
ファイバの部位Ａが収縮し、光ファイバの部位Ｂが伸長
しているので、歪み測定対象物１０は、位置ｐ１〜ｐ２
でＸ方向に歪んでいることが分かる。また、ファイバ固
定部材２１の一端側より距離ｐ３〜ｐ４の位置で光ファ
イバの部位Ａと光ファイバの部位Ｄが収縮し、光ファイ
バの部位Ｂと光ファイバの部位Ｃが伸長しているので、
歪み測定対象物１０は、位置ｐ３〜ｐ４でＸ・−Ｙ方向
に歪んでいることが分かる。
【００２５】このように、本実施の形態によれば、モニ
タ４５への出力結果から、誰もが容易に歪み測定対象物
１０に生じた歪みの位置とその変位方向を特定できるよ
うになる。
タ４５への出力結果から、誰もが容易に歪み測定対象物
１０に生じた歪みの位置とその変位方向を特定できるよ
うになる。
【００２６】ところで、前記実施の形態では、平板状の
歪み測定対象物１０の歪み測定について説明したが、図
５（ａ）に示すように、例えば橋脚５１の基板５２を支
えるコンクリート杭５３の歪み測定にも本発明を適用す
ることができる。この場合、同図（ｂ）に示すコンクリ
ート杭５３の水平断面図のように、コンクリート杭５３
の中心軸に沿って全長に亙り光ファイバ歪みセンサ２０
を埋設する。なお、符号５４はコンクリート杭５３の軸
方向に環状に埋設される鉄筋である。こうすることによ
り、コンクリート杭５３に生じる水平方向の歪みは勿論
のこと垂直方向の歪みまで、コンクリート杭５３の全長
に亙りその位置と方向を正確に測定することができる。
歪み測定対象物１０の歪み測定について説明したが、図
５（ａ）に示すように、例えば橋脚５１の基板５２を支
えるコンクリート杭５３の歪み測定にも本発明を適用す
ることができる。この場合、同図（ｂ）に示すコンクリ
ート杭５３の水平断面図のように、コンクリート杭５３
の中心軸に沿って全長に亙り光ファイバ歪みセンサ２０
を埋設する。なお、符号５４はコンクリート杭５３の軸
方向に環状に埋設される鉄筋である。こうすることによ
り、コンクリート杭５３に生じる水平方向の歪みは勿論
のこと垂直方向の歪みまで、コンクリート杭５３の全長
に亙りその位置と方向を正確に測定することができる。
【００２７】また、本発明の光ファイバ歪みセンサ２０
を用いて土塊の地すべり等によるせん断方向や曲げ方向
の変位も検知することができる。すなわち、図６に示す
ように、本発明の光ファイバ歪みセンサ２０を埋設した
地層の軟弱層が図中矢印Ｍ方向に滑動したとすると、導
光路２２を形成する光ファイバの部位Ａがすべり面ａで
伸張し、すべり面ｂで収縮する。逆に、導光路２３を形
成する光ファイバの部位Ｂがすべり面ａで収縮し、すべ
り面ｂで伸張する。導光路２４，２５を形成する光ファ
イバの部位Ｃ，Ｄは伸縮の中立軸上にあって歪みが検知
されない。その結果、光ファイバの各部位Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの歪み分布は、それぞれ図７の（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）のようになる。この歪み分布を確認する
ことにより、地盤がすべり面ａからすべり面ｂまでの幅
Ｌで図中矢印Ｍ方向に滑動していることが分かる。
を用いて土塊の地すべり等によるせん断方向や曲げ方向
の変位も検知することができる。すなわち、図６に示す
ように、本発明の光ファイバ歪みセンサ２０を埋設した
地層の軟弱層が図中矢印Ｍ方向に滑動したとすると、導
光路２２を形成する光ファイバの部位Ａがすべり面ａで
伸張し、すべり面ｂで収縮する。逆に、導光路２３を形
成する光ファイバの部位Ｂがすべり面ａで収縮し、すべ
り面ｂで伸張する。導光路２４，２５を形成する光ファ
イバの部位Ｃ，Ｄは伸縮の中立軸上にあって歪みが検知
されない。その結果、光ファイバの各部位Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの歪み分布は、それぞれ図７の（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）のようになる。この歪み分布を確認する
ことにより、地盤がすべり面ａからすべり面ｂまでの幅
Ｌで図中矢印Ｍ方向に滑動していることが分かる。
【００２８】なお、前記実施の形態では、ファイバ固定
部材２１の外周面に光ファイバ３０を張り付けて４本の
導光路２２，２３，２４，２５を形成したが、ファイバ
固定部材２１が本実施の形態のように円筒状の棒状体の
場合、内周面に光ファイバ３０を張り付けて４本の導光
路２２，２３，２４，２５を形成してもよい。この場
合、前記実施の形態のように外周面に光ファイバ３０を
張り付ける場合と比較して施工上の困難性はあるが、内
周面に張り付けることで光ファイバ３０が被測定対象物
１０と直接接触しなくなるので損傷しにくくなり、信頼
性を高めることができる。
部材２１の外周面に光ファイバ３０を張り付けて４本の
導光路２２，２３，２４，２５を形成したが、ファイバ
固定部材２１が本実施の形態のように円筒状の棒状体の
場合、内周面に光ファイバ３０を張り付けて４本の導光
路２２，２３，２４，２５を形成してもよい。この場
合、前記実施の形態のように外周面に光ファイバ３０を
張り付ける場合と比較して施工上の困難性はあるが、内
周面に張り付けることで光ファイバ３０が被測定対象物
１０と直接接触しなくなるので損傷しにくくなり、信頼
性を高めることができる。
【００２９】また、図８に示すように、ファイバ固定部
材２１の外周面に、その軸線Ｏに沿って４本の溝５１，
５２，５３，５４を等間隔で形成し、各溝内に前記実施
の形態と同様に光ファイバ３０を配線して、ファイバ固
定部材２１の軸線Ｏに対して平行となる４本の導光路２
２，２３，２４，２５を形成してもよい。こうすること
により、導光路２２，２３，２４，２５を形成する光フ
ァイバの部位がファイバ固定部材２１に対して安定に取
り付けられるので、測定精度を高めることができる。
材２１の外周面に、その軸線Ｏに沿って４本の溝５１，
５２，５３，５４を等間隔で形成し、各溝内に前記実施
の形態と同様に光ファイバ３０を配線して、ファイバ固
定部材２１の軸線Ｏに対して平行となる４本の導光路２
２，２３，２４，２５を形成してもよい。こうすること
により、導光路２２，２３，２４，２５を形成する光フ
ァイバの部位がファイバ固定部材２１に対して安定に取
り付けられるので、測定精度を高めることができる。
【００３０】なお、これまでの説明ではファイバ固定部
材２１の周囲４箇所に光ファイバからなる導光路２２，
２３，２４，２５を等間隔で形成したものを示したが、
導光路の数は４本に限定されるものではなく、例えば図
９に示すように、ファイバ固定部材２１の周囲３箇所に
光ファイバからなる導光路６１，６２，６３を等間隔で
形成したものであってもよい。また、相対する２箇所に
光ファイバからなる導光路を形成したものも本発明は含
むものである。ただし、前記実施の形態のように周囲４
箇所に導光路２２，２３，２４，２５を等間隔で形成し
た方が歪み方向を容易に算出できるという利点がある。
材２１の周囲４箇所に光ファイバからなる導光路２２，
２３，２４，２５を等間隔で形成したものを示したが、
導光路の数は４本に限定されるものではなく、例えば図
９に示すように、ファイバ固定部材２１の周囲３箇所に
光ファイバからなる導光路６１，６２，６３を等間隔で
形成したものであってもよい。また、相対する２箇所に
光ファイバからなる導光路を形成したものも本発明は含
むものである。ただし、前記実施の形態のように周囲４
箇所に導光路２２，２３，２４，２５を等間隔で形成し
た方が歪み方向を容易に算出できるという利点がある。
【００３１】また、前記実施の形態では、歪み分布測定
器４０に評価テーブル４４を設け、導光路２２，２３，
２４，２５をそれぞれ形成する光ファイバの部位Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の歪み分布から評価テーブル４４を参照し
て歪み測定対象物１０の歪み位置及び変位方向を測定す
るようにしたが、評価テーブル４４を設けず、光ファイ
バの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の歪み分布をモニタ４５に直
接出力するように構成しても、オペレータが各光ファイ
バの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の歪み分布から歪み測定対象
物１０の歪み位置及び変位方向を推測できるので、本発
明の効果を奏し得るものである。この他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論で
ある。
器４０に評価テーブル４４を設け、導光路２２，２３，
２４，２５をそれぞれ形成する光ファイバの部位Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の歪み分布から評価テーブル４４を参照し
て歪み測定対象物１０の歪み位置及び変位方向を測定す
るようにしたが、評価テーブル４４を設けず、光ファイ
バの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の歪み分布をモニタ４５に直
接出力するように構成しても、オペレータが各光ファイ
バの部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ毎の歪み分布から歪み測定対象
物１０の歪み位置及び変位方向を推測できるので、本発
明の効果を奏し得るものである。この他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論で
ある。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光ファイ
バ歪みセンサを用いて構造物等の歪み測定対象物の歪み
測定を行うことにより、歪み測定対象物に生じた歪みの
位置のみならずその変位方向までも特定できるようにな
るので、歪み測定対象物に生じた歪みによる悪影響を事
前に的確に察知できるようになる。また、本発明の光フ
ァイバ歪みセンサを地層に埋設することによって、土塊
の地すべり等によるせん断方向や曲げ方向の変位も的確
に検知できる効果を奏する。
バ歪みセンサを用いて構造物等の歪み測定対象物の歪み
測定を行うことにより、歪み測定対象物に生じた歪みの
位置のみならずその変位方向までも特定できるようにな
るので、歪み測定対象物に生じた歪みによる悪影響を事
前に的確に察知できるようになる。また、本発明の光フ
ァイバ歪みセンサを地層に埋設することによって、土塊
の地すべり等によるせん断方向や曲げ方向の変位も的確
に検知できる効果を奏する。
【００３３】また、本発明によれば、誰もが容易に歪み
測定対象物に生じた歪みの位置とその変位方向を特定す
ることができる歪み測定装置を提供できる。
測定対象物に生じた歪みの位置とその変位方向を特定す
ることができる歪み測定装置を提供できる。
【図１】 本発明の一実施の形態を示す模式図。
【図２】 同実施の形態における光ファイバ歪みセンサ
の構造を示す斜視図及び正面図。
の構造を示す斜視図及び正面図。
【図３】 同実施の形態で使用する評価テーブルの構成
図。
図。
【図４】 同実施の形態における各光ファイバの歪み分
布特性の一例を示す図。
布特性の一例を示す図。
【図５】 本発明の他の実施の形態を示す模式図。
【図６】 本発明のさらに他の実施の形態を示す模式
図。
図。
【図７】 同他の実施の形態における各光ファイバの歪
み分布特性の一例を示す図。
み分布特性の一例を示す図。
【図８】 光ファイバ歪みセンサの他の構造例を示す斜
視図。
視図。
【図９】 光ファイバ歪みセンサのさらに他の構造例を
示す正面図。
示す正面図。
【図１０】 従来の構成を示す模式図。
１０…歪み測定対象物 ２０…光ファイバ歪みセンサ ２１…ファイバ固定部材 ２２…第１の導光路 ２３…第２の導光路 ２４…第３の導光路 ２５…第４の導光路 ３０…光ファイバ ４０…歪み分布測定器 ４１…パルス光源 ４２…光検出部 ４３…信号処理部 ４４…評価テーブル ４５…モニタ
フロントページの続き (72)発明者 一久保 和幸 東京都中央区日本橋浜町２丁目31番１号 エヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会 社内 (72)発明者 佐々木 進 東京都台東区元浅草三丁目18番10号 アイ レック技建株式会社内 (72)発明者 永井 英二 東京都台東区元浅草三丁目18番10号 アイ レック技建株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA02 CC14 FF42 LL02 PP22 QQ16 UU07 2F076 BB09 BD06 BD17 BE13 2F103 BA31 CA06 CA07 EB02 EB19 EC09 FA02 FA11 2G086 DD05
Claims (5)
- 【請求項１】 歪み測定対象物の変形に追従するフレキ
シブルな棒状体の周囲複数箇所に光ファイバからなる導
光路を前記棒状体の軸線に対して平行に形成してなるこ
とを特徴とする光ファイバ歪みセンサ。 - 【請求項２】 棒状体の周囲複数箇所に前記棒状体の軸
線に沿って溝を形成し、この各溝内に光ファイバを配設
して、前記棒状体の周囲複数箇所に前記棒状体の軸線に
対して平行な導光路を形成してなることを特徴とする請
求項１記載の光ファイバ歪みセンサ。 - 【請求項３】 １本の光ファイバを棒状体の端部で折り
返すことによって、前記棒状体の周囲複数箇所に前記棒
状体の軸線に対して平行な導光路を形成してなることを
特徴とする請求項１記載の光ファイバ歪みセンサ。 - 【請求項４】 歪み測定対象物の変形に追従するフレキ
シブルな棒状体の周囲４箇所に光ファイバからなる導光
路を前記棒状体の軸線に対して平行にかつ一定の間隔を
空けて形成してなることを特徴とする光ファイバ歪みセ
ンサ。 - 【請求項５】 歪み測定対象物の変形に追従するフレキ
シブルな棒状体の周囲複数箇所に光ファイバからなる導
光路を前記棒状体の軸線に対して平行に形成してなる光
ファイバ歪みセンサと、この光ファイバ歪みセンサの各
導光路にその片端からパルス光を入射し戻ってきたブリ
ルアン散乱光を検出する光検出手段と、この光検出手段
で検出されるブリルアン散乱光に基づいて各導光路毎に
その長手方向の歪み分布を計測し出力する歪み分布出力
手段とを具備し、前記歪み分布出力手段により出力され
る各導光路の長手方向の歪み分布から前記光ファイバ歪
みセンサが設けられた歪み測定対象物の歪み位置及び変
位方向を測定することを特徴とする歪み測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000297525A JP2002107122A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用いた歪み測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000297525A JP2002107122A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用いた歪み測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002107122A true JP2002107122A (ja) | 2002-04-10 |
Family
ID=18779630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000297525A Pending JP2002107122A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | 光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを用いた歪み測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002107122A (ja) |
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-
2000
- 2000-09-28 JP JP2000297525A patent/JP2002107122A/ja active Pending
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