JP2009020016A - 光ファイバセンサケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】建築物に埋設して正確に変形を検出でき、耐久性に優れ、コンクリート中でもケーブルが移動せずに長時間の歪モニタリングが可能な光ファイバセンサケーブルの提供。
【解決手段】歪検出用光ファイバと、温度補償用光ファイバがルースに収納された保護管と、抗張力体とをケーブル外被により一括被覆してなり、該ケーブル外被は、前記歪検出用光ファイバと前記保護管とが埋設された測定部と、前記抗張力体が埋設された抗張力体収納部とが、首部を介して連結された断面形状をなし、且つ前記首部には長手方向に沿って多数の窓部が形成されていることを特徴とする光ファイバセンサケーブル。
【選択図】図２

Description

本発明は、とう道、ダム、堤防、橋梁、建物のようなモルタル、コンクリート構造物等の各種構造物の変形を検出する光ファイバセンサに使用可能な光ファイバセンサケーブルに関するものである。

従来、例えばとう道、ダム、堤防、橋梁、建物のような構造物の変形の検出は、伸縮計、傾斜計などの変位計（主に電気式センサ）を設置してポイント計測する方法が一般的であった。しかし、現在は、光ファイバセンサを用いる事が増えている。光ファイバセンサを用いた変形測定には、前述した構造物等の被測定対象に光ファイバを敷設し、光ファイバに歪が加わった際のレイリー散乱光やブリルアン散乱光の変化をＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry）やＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）を用いて測定する方法が一般に用いられている。

前述した光ファイバセンサに用いられる従来の光ファイバセンサケーブルとしては、例えば、特許文献１〜３に開示された構造のものが知られている。
特許文献１には、コンクリート等に埋設する歪センシング用光ファイバケーブルの外被に凹部を設けて、埋設物との密着性を高めた光ケーブルが開示されている。
特許文献２には、歪検知用光ファイバ心線をケーブル外被中にタイトに埋設し、一方、温度補償用光ファイバ心線をルースチューブ内に収納することで、ＢＯＴＤＲにより温度補償された歪を検知する歪検知装置が開示されている。
特許文献３には、光ファイバを収納するルースチューブを中心として、その両側に１対のテンションメンバを配置させて、両側からルースチューブを保持する連結首部を有すること、及び該連結首部には間欠的に空孔を設けても良いことが開示されている。
特開２００２−２３０３０号公報 特開２００２−２６７４２５号公報 米国特許第６５６３９９０号明細書

従来、構造物の変形を検出する光ファイバセンサケーブルは、構造物の外面に設置されることが多く、モルタル・コンクリート等の内部の変形、クラックを検出する事は困難であった。
また、ブリリアン散乱光の入射光に対する周波数シフト量は、光ファイバが無歪の状態でも約１ＭＨｚ／℃程度の温度依存性を有するため、大きい温度変化が生じる場合、温度補償が必要となる。
また、構造物に大きなクラックが生じた場合、光ファイバのみを敷設していると光ファイバに過張力がかかり、光ファイバの破断をまねく危険がある。
また、モルタルやコンクリートのような構造物内でクラックが発生しても、ケーブル表面が滑らかである場合、時間が経つとケーブルが移動し、クラックによる力が緩和され、歪ピークが低くなる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、建築物等に埋設して正確に変形を検出でき、耐久性に優れ、さらにコンクリート中でもケーブルが移動せずに長時間の歪モニタリングが可能な光ファイバセンサケーブルの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、歪検出用光ファイバと、温度補償用光ファイバがルースに収納された保護管と、抗張力体とをケーブル外被により一括被覆してなり、該ケーブル外被は、前記歪検出用光ファイバと前記保護管とが埋設された測定部と、前記抗張力体が埋設された抗張力体収納部とが、首部を介して連結された断面形状をなし、且つ前記首部には長手方向に沿って多数の窓部が形成されていることを特徴とする光ファイバセンサケーブルを提供する。

本発明の光ファイバセンサケーブルにおいて、前記歪検出用光ファイバと前記温度補償用光ファイバとの一方又は両方が複数本設けられた構成としてもよい。

本発明の光ファイバセンサケーブルにおいて、前記測定部の周囲に、複数の前記抗張力体収納部がそれぞれ首部を介して連結された構成とすることもできる。

本発明の光ファイバセンサケーブルは、ケーブル外被中に歪検出用ファイバ、温度補償用ファイバ及び抗張力体を収納した構成なので、このケーブルを、とう道、ダム、堤防、橋梁、建物のようなモルタル・コンクリート構造物に埋設固定することで、一括して歪み・温度のデータを得ることができ、温度補償された正確な歪測定値を得ることができる。
また、前記各光ファイバを収納した測定部に抗張力体収納部を連結した構成としたことで、光ファイバの許容張力を超えるクラックが生じた場合でも、その力を抗張力体が緩和するため、光ファイバの破断を防ぐことができる。
また、測定部と抗張力体収納部とを首部で連結し、更に該首部の長手方向に沿って多数の窓部を形成したことで、該ケーブルをモルタル・コンクリートに埋設した際にケーブルが移動することがなく長時間の歪モニタリングが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の光ファイバセンサケーブルの実施形態を説明する。
図１及び図２は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第１実施形態を示す図であり、図１は光ファイバセンサケーブル１の断面図、図２は斜視図である。これらの図中、符号１は光ファイバセンサケーブル、２は歪検出用光ファイバ、３は温度補償用光ファイバ、４は保護管、５は抗張力体、６はケーブル外被、７は測定部、８は抗張力体収納部、９は首部、１０はモルタル・コンクリート材、１１は窓部である。

本実施形態の光ファイバセンサケーブル１は、歪検出用光ファイバ２と、温度補償用光ファイバ３がルースに収納された保護管４と、抗張力体５とをケーブル外被６により一括被覆して構成されている。このケーブル外被６は、歪検出用光ファイバ２と保護管４とが埋設された測定部７と、抗張力体５が埋設された抗張力体収納部８とが、細い首部９を介して連結された断面形状をなしている。さらに、その首部９には、図２に示すように、長手方向に沿って多数の窓部１１が所定間隔毎に形成されている。

本実施形態において、歪検出用光ファイバ２及び温度補償用光ファイバ３は、その材質、コア径、クラッド径、被覆の構造などに関して、特に限定されず、従来より周知の各種光ファイバの中から適宜選択して使用することができ、特に、強度や安定性に優れ、且つ良好な伝送特性が得られることから、石英ガラス系光ファイバに１層以上の被覆を施した光ファイバ素線や光ファイバ心線などを用いることが好ましい。また、ケーブル被覆３や保護管４に収納する歪検出用光ファイバ２及び温度補償用光ファイバ３の本数は、１本に限定されることなく、それぞれ複数本を収納した構成とすることもできる。

本実施形態において、温度補償用光ファイバ３をルースに収納する保護管４としては、機械強度の高い合成樹脂製チューブ、例えば、ポリアミドチューブなどが好適に用いられる。なお、温度補償用光ファイバ３と保護管４との間には、アラミド繊維などの抗張力繊維からなる介在を設けても良い。

本実施形態において、抗張力体５としては、鋼線、アラミド繊維などの高強度繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などを用いることが好ましい。なお、この抗張力体５は、１本に限らず、複数本用いることもできる。

本実施形態において、ケーブル外被６としては、この光ファイバセンサケーブル１をモルタル・コンクリート材１０からなる強アルカリ材料中に埋設可能なように、耐アルカリ性を有することが望まれる。また、土砂やそれに含まれる水分の浸透を防ぐために、耐水特性についても有することが望まれる。このようなケーブル外被６として用いる樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ＡＢＳ系樹脂、また、これらの材料を組み込んだエラストマー材料が望ましい。

本実施形態の光ファイバセンサケーブル１は、ケーブル外被６中に歪検出用ファイバ２、温度補償用光ファイバ３及び抗張力体５を収納し、温度補償用光ファイバ３は、クラックが生じても力が加わらないように、ポリアミドチューブのような保護管４にルースに収納した構成なので、この光ファイバセンサケーブル１を、図１に示すように、とう道、ダム、堤防、橋梁、建物のようなモルタル・コンクリート材１０に埋設固定することで、一括して歪み・温度のデータを得ることができ、温度補償された正確な歪測定値を得ることができる。

また本実施形態の光ファイバセンサケーブル１は、歪検出用ファイバ２及び保護管４を収納した測定部７に、抗張力体収納部８を連結した構成としたことで、光ファイバの許容張力を超えるクラックが生じた場合でも、その力を抗張力体５が緩和するため、歪検出用ファイバ２及び温度補償用ファイバ３の破断を防ぐことができる。また、抗張力体５を光ファイバセンサケーブル１に収納することにより、敷設が容易になるメリットもある。

また本実施形態の光ファイバセンサケーブル１は、測定部７と抗張力体収納部８とを首部９で連結し、更に該首部９の長手方向に沿って多数の窓部１１を形成したことで、この光ファイバセンサケーブル１をモルタル・コンクリート材１０に埋設した際に、これらの窓部１１を通してモルタル・コンクリート材１０が繋がることで、アンカー構造が形成され、モルタル・コンクリート材１０に変位が生じた場合でも、光ファイバセンサケーブル１が滑って移動することがなくなり、クラックによる力の緩和を防止でき、長時間の歪モニタリングが可能になる。

図３は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第２実施形態を示す図である。
本実施形態の光ファイバセンサケーブル１２は、前述した図１及び図２に示す第１実施形態の光ファイバセンサケーブル１とほぼ同様の構成要素を備えて構成され、同一の構成要素には同一符号を付してある。

前記第１実施形態の光ファイバセンサケーブル１では、それぞれ１つの測定部７と抗張力体収納部８とを連結した構造としているが、本実施形態の光ファイバセンサケーブル１２は、歪検出用ファイバ２及び保護管４を収納した測定部７の左右に、２つの抗張力体収納部８を設けた構成としたことを特徴としている。中央の測定部７と、左右それぞれの抗張力体収納部８とは、窓部１１を有する首部９を介して連結されている。

本実施形態の光ファイバセンサケーブル１２は、前述した第１実施形態の光ファイバセンサケーブル１と同様の効果を得ることができ、さらに、測定部７の左右に２つの抗張力体収納部８を連結した構成としたので、長手方向の応力をさらに緩和することができるようになり、耐久性、耐破断性をより向上させることができる。

なお、本発明は前述した各実施形態に限定されず、種々の修正や変更が可能である。
例えば、測定部７の周囲に、３つ以上の抗張力体収納部８を連結した構成とすることもできる。
一方、中心に配した１つの抗張力体収納部８の周囲に、２つ以上の測定部７を連結した構成とすることもできる。これにより、測定可能範囲を広げることも可能である。

本発明の光ファイバセンサケーブルの第１実施形態を示す断面図である。 本発明の光ファイバセンサケーブルの第１実施形態を示す斜視図である。 本発明の光ファイバセンサケーブルの第２実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１，１２…光ファイバセンサケーブル、２…歪検出用光ファイバ、３…温度補償用光ファイバ、４…保護管、５…抗張力体、６…ケーブル外被、７…測定部、８…抗張力体収納部、９…首部、１０…モルタル・コンクリート材、１１…窓部。

Claims (3)

1. 歪検出用光ファイバと、温度補償用光ファイバがルースに収納された保護管と、抗張力体とをケーブル外被により一括被覆してなり、該ケーブル外被は、前記歪検出用光ファイバと前記保護管とが埋設された測定部と、前記抗張力体が埋設された抗張力体収納部とが、首部を介して連結された断面形状をなし、且つ前記首部には長手方向に沿って多数の窓部が形成されていることを特徴とする光ファイバセンサケーブル。
2. 前記歪検出用光ファイバと前記温度補償用光ファイバとの一方又は両方が複数本設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサケーブル。
3. 前記測定部の周囲に、複数の前記抗張力体収納部がそれぞれ首部を介して連結されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサケーブル。

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