JP2018096736A - Displacement meter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変位計に関する。 The present invention relates to a displacement meter.
従来、コアとクラッドからなる光ファイバである本線体と、当該光ファイバ本線体のコアとコア径が異なるコアを有した前記光ファイバセンサ本線体よりも長さが短い光ファイバである光センサ素子とを備えたセンサ用光ファイバが知られている（特許文献１参照）。 Conventionally, an optical sensor element which is an optical fiber having a length shorter than that of the optical fiber sensor main body having a core having a core diameter different from the core of the optical fiber main body, which is an optical fiber composed of a core and a clad. There is known an optical fiber for a sensor including (see Patent Document 1).
特許文献１の本線体と光センサ素子との間の界面における光のリークによるレーリ散乱光を測定することにより、本線体の歪み等を検出することが出来る。 By measuring the Rayleigh scattered light due to light leakage at the interface between the main line body and the optical sensor element of Patent Document 1, it is possible to detect distortion or the like of the main line body.
また、特許文献２には、このようなセンサ用光ファイバのセンサ素子の一方を保持する固定保持部と、固定保持部と所定の距離をおいて固定保持部に移動可能に配置され、光センサ素子を中心として前記一部と線対称の位置にあるセンサ用光ファイバの他部を保持する移動保持部とを有するセンサ用光ファイバが提案されている。 Further, in Patent Document 2, a fixed holding portion that holds one of the sensor elements of such an optical fiber for a sensor, a fixed holding portion that is movably disposed at a predetermined distance from the fixed holding portion, and an optical sensor There has been proposed a sensor optical fiber having a moving holding part for holding the other part of the sensor optical fiber in a line-symmetric position with respect to the part with the element as a center.
このセンサ用光ファイバは、移動保持部が固定保持部に接近するなど、移動保持部がセンサ用光ファイバを保持する点と固定保持部が前記センサ用光ファイバを保持する点とを結ぶ方向と同一の方向に応力が印加されたとき、その応力に応じて光センサ素子を中心としてセンサ用光ファイバを屈曲させ、当該応力が解除されたとき、屈曲状態から復帰させる機構を有する。 The sensor optical fiber has a direction connecting a point at which the movement holding unit holds the sensor optical fiber and a point at which the fixing holding unit holds the sensor optical fiber, such as the movement holding unit approaching the fixed holding unit. When a stress is applied in the same direction, the sensor optical fiber is bent around the optical sensor element in accordance with the stress, and when the stress is released, the mechanism returns to the bent state.
このセンサ用光ファイバにおいては、移動保持部に連結された測定対象に歪みが生じると、移動保持部が固定保持部に接近して光センサ素子が屈曲し、センサ用光ファイバに光伝送の損失が生じる。換言すれば、センサ用光ファイバに接続された光源と受光素子で光伝送の損失を検出することにより、移動保持部に連結された測定対象の歪みを検出することが出来る。 In this sensor optical fiber, when distortion occurs in the measurement object connected to the movable holding unit, the movable holding unit approaches the fixed holding unit and the optical sensor element bends, causing loss of optical transmission to the sensor optical fiber. Occurs. In other words, by detecting the loss of optical transmission with the light source and the light receiving element connected to the sensor optical fiber, it is possible to detect the distortion of the measurement object connected to the movement holding unit.
しかしながら、特許文献１記載の技術では、移動保持部に連結された測定対象が固定保持部に接近するような直線的な変位であれば検出できるものの、回転変位の検出は難しかった。 However, in the technique described in Patent Document 1, although it is possible to detect a linear displacement such that the measurement object connected to the movable holding unit approaches the fixed holding unit, it is difficult to detect the rotational displacement.
本発明は、このような問題に鑑み、回転変位を検出することが出来る変位計を提供することを目的とする。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a displacement meter that can detect rotational displacement.
本発明の変位計は、
検出用の光を入光する入光部と検出用の光を受光する受光部とに接続可能に構成された光ファイバと、
位置が固定され、かつ、光ファイバの第１部分を保持する固定保持部と、
固定保持部に対して接近または離反する方向に移動自在に設けられ、かつ、該光ファイバの第２部分を保持する移動保持部と、
固定保持部と移動保持部との間の光ファイバの第３部分に設けられ、固定保持部に対する移動保持部の接近または離反によって生じる自らの屈曲状態に応じて検出用の光の態様を変化させるセンサ素子と、
回転軸に軸支されて回転運動自在に設けられた回転運動部材と、
移動保持部と連結され、かつ、回転運動部材の回転運動の発生に伴って回転軸回りに回転することにより移動保持部を移動させる力を伝達する力伝達部とを備える。
The displacement meter of the present invention is
An optical fiber configured to be connectable to a light incident part for receiving detection light and a light receiving part for receiving detection light;
A fixed holding portion that is fixed in position and holds the first portion of the optical fiber;
A movable holding portion that is movable in a direction approaching or separating from the fixed holding portion, and holds the second portion of the optical fiber;
It is provided in the third part of the optical fiber between the fixed holding part and the moving holding part, and changes the detection light mode according to its own bending state caused by the movement holding part approaching or separating from the fixed holding part. A sensor element;
A rotationally-moving member that is pivotally supported by the rotational shaft and is provided to be freely rotatable;
A force transmission unit that is coupled to the movement holding unit and that transmits a force for moving the movement holding unit by rotating around the rotation axis in accordance with the generation of the rotational movement of the rotary movement member;
当該構成の変位計によれば、回転運動部材の回転運動の発生に伴って力伝達部が回転軸回りに回転することにより、前記移動保持部に対して力が伝達される。この力に応じて、移動保持部が移動することにより、移動保持部が固定保持部に対して接近または離間する。これにより、固定保持部の位置は固定されているので、移動保持部の移動に伴い、固定保持部と移動保持部との間の光ファイバの第３部分に設けられたセンサ素子が屈曲する。このセンサ素子の屈曲状態に応じて、入光部から入光された検出用の光の態様が変化する。この結果、受光部において受光される検出用の光の態様も変化する。 According to the displacement meter of the said structure, force is transmitted with respect to the said movement holding | maintenance part because a force transmission part rotates around a rotating shaft with generation | occurrence | production of the rotational motion of a rotational motion member. The movement holding unit moves according to this force, so that the movement holding unit approaches or separates from the fixed holding unit. Thereby, since the position of the fixed holding portion is fixed, the sensor element provided in the third portion of the optical fiber between the fixed holding portion and the moving holding portion bends with the movement of the moving holding portion. Depending on the bending state of the sensor element, the mode of detection light incident from the light incident portion changes. As a result, the mode of detection light received by the light receiving unit also changes.
換言すれば、当該構成の変位計によれば、受光部において受光される検出用の光の態様の変化により、回転軸に軸支された回転運動部材の回転運動、すなわち回転変位を検出することが出来る。 In other words, according to the displacement meter of the configuration, the rotational motion of the rotational motion member supported by the rotational shaft, that is, the rotational displacement is detected by the change in the mode of the detection light received by the light receiving unit. I can do it.
本発明の変位計において、
前記回転運動部材に回転運動が生じていない状態において前記移動保持部の位置を所定の位置に位置させる位置調節部を備えることが好ましい。
In the displacement meter of the present invention,
It is preferable to provide a position adjusting unit that positions the position of the movement holding unit at a predetermined position in a state in which no rotational motion is generated in the rotational motion member.
当該構成の変位計によれば、位置調節部によって、回転運動部材に回転運動が生じていない状態において移動保持部の位置が所定の位置に位置する。これにより、回転運動部材に回転運動が生じていない状態において移動保持部と固定保持部との距離が一定に保たれ、その間に存在するセンサ素子の屈曲状態も一定に保たれる。 According to the displacement meter of the said structure, the position of a movement holding | maintenance part is located in a predetermined position by the position adjustment part in the state in which the rotational motion has not arisen in the rotational motion member. As a result, the distance between the movable holding portion and the fixed holding portion is kept constant in a state where no rotational motion is generated in the rotational motion member, and the bending state of the sensor element existing therebetween is also kept constant.
これにより、回転運動部材に回転運動が生じていない状態において受光部で受光される検出用の光の態様が一定の態様となる。この結果、受光部で受光される検出用の光の態様が当該一定の態様か否かを判別することにより、容易に回転運動部材に回転運動の発生の有無、すなわち、回転変位の発生の有無を検出することが出来る。 Thereby, the mode of the light for detection received by the light receiving unit in a state where the rotary motion member is not rotating becomes a fixed mode. As a result, by determining whether or not the mode of the detection light received by the light receiving unit is the fixed mode, it is easy to determine whether or not rotational motion has occurred in the rotational motion member, that is, whether or not rotational displacement has occurred. Can be detected.
本発明の変位計において、
固定保持部及び移動保持部の間の光ファイバと回転運動部材との間に設けられた仕切板を備えることが好ましい。
In the displacement meter of the present invention,
It is preferable that a partition plate provided between the optical fiber between the fixed holding unit and the moving holding unit and the rotary motion member is provided.
当該構成の変位計によれば、固定保持部及び移動保持部の間の光ファイバと回転運動部材との間に設けられた仕切板によって、光ファイバの屈曲態様と回転運動部材の動作との干渉の発生が回避される。これにより、光ファイバと回転運動部材との干渉によってセンサ素子が屈曲することが回避されるので、センサ素子の屈曲態様が回転運動部材の回転態様をより反映しやすくなる。 According to the displacement meter of the said structure, interference with the bending | flexion aspect of an optical fiber and operation | movement of a rotational motion member is carried out by the partition plate provided between the optical fiber between a fixed holding | maintenance part and a movement holding | maintenance part, and a rotational motion member. Is avoided. Accordingly, the sensor element is prevented from bending due to interference between the optical fiber and the rotational motion member, so that the bending mode of the sensor element more easily reflects the rotational mode of the rotational motion member.
本発明の変位計において、
前記回転運動部材に回転運動が発生していない状態において回転軸に対して回転運動部材が存在する方向と、固定保持部に対して移動保持部の接近または離反する方向とが平行であり、
力伝達部材が回転運動部材に対して垂直となるように連結されるとともに、移動保持部に対して前記接近または離反する方向に垂直に連結していることが好ましい。
In the displacement meter of the present invention,
In a state where no rotational motion is generated in the rotational motion member, the direction in which the rotational motion member exists with respect to the rotational axis is parallel to the direction in which the movable holding portion approaches or separates from the fixed holding portion,
It is preferable that the force transmission member is connected so as to be perpendicular to the rotary motion member, and is connected vertically to the moving holding portion in the approaching or separating direction.
当該構成の変位計によれば、回転軸に対して回転運動部材が存在する方向と、固定保持部に対して移動保持部の接近または離反する方向とが平行であり、力伝達部材が回転運動部材に垂直となるように連結されるとともに、前記接近または離反する方向に垂直に連結しているので、これらの部材を直方体の収容室の内部に収容することが出来る。この結果、変位計をコンパクトに構成することが出来る。 According to the displacement meter of the configuration, the direction in which the rotational movement member exists with respect to the rotation axis is parallel to the direction in which the movement holding unit approaches or separates from the fixed holding unit, and the force transmission member rotates. Since it is connected so as to be perpendicular to the members and vertically connected in the approaching or separating direction, these members can be accommodated inside the rectangular parallelepiped accommodation chamber. As a result, the displacement meter can be configured compactly.
図１〜図６Ｃを参照して、本発明の変位計の実施形態を説明する。 An embodiment of the displacement meter of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、図１、図３、図４、図６Ａ〜図６Ｃにおいては、図１、図３、図４、図６Ａ〜図６Ｃの各図の紙面右下の矢印で示されるように、紙面の上方を上とし、紙面の下方を下（地球の重力により引き寄せられる方向）とし、紙面の左方を左とし、紙面の右方を右と定義する。また、図２においては、図２の紙面右下の矢印で示されるように、紙面の上方を上とし、紙面の下方を下とし、紙面の左方を前とし、紙面の右方を後と定義する。また、図５においては、図５の紙面右下の矢印で示されるように、紙面の上方を前とし、紙面の下方を後とし、紙面の左方を左とし、紙面の右方を右と定義する。 1, 3, 4, and 6 </ b> A to 6 </ b> C, as indicated by an arrow at the lower right of the page in FIGS. 1, 3, 4, and 6 </ b> A to 6 </ b> C, The upper side is defined as the upper side, the lower side of the page is defined as the lower side (direction attracted by the gravity of the earth), the left side of the page is defined as left, and the right side of the page is defined as right. In FIG. 2, as indicated by the arrow at the lower right of the page of FIG. 2, the upper side of the page is the upper side, the lower side of the page is the lower side, the left side of the page is the front, and the right side of the page is the rear. Define. In FIG. 5, as indicated by the arrow at the lower right of the page of FIG. 5, the upper side of the page is the front, the lower side of the page is the rear, the left side of the page is the left, and the right side of the page is the right. Define.
（構成）
図１及び図２に示されるように、変位計１０は、直方体状の筐体２０と、筐体２０の後面に配置された取付板３０とを備える。筐体２０は、光ファイバ４０を介してＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）５０（又は、光源及び受光素子）に接続されている。
(Constitution)
As shown in FIGS. 1 and 2, the displacement meter 10 includes a rectangular parallelepiped casing 20 and a mounting plate 30 disposed on the rear surface of the casing 20. The housing 20 is connected to an OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer) 50 (or a light source and a light receiving element) via an optical fiber 40.
図２に示されるように、筐体２０は、中空に形成された収容部２１と、収容部２１を覆う蓋部２２とを備える。筐体２０は、収容部２１と蓋部２２との間に、仕切板２３を備える。蓋部２２及び仕切板２３は、収容部２１にねじ止めされることにより収容部２１に対して固定される。蓋部２２と仕切板２３との間には、センサ部６０が設けられている。仕切板２３よりも後方の収容部２１の内部には、回転運動検出部７０が設けられている。 As illustrated in FIG. 2, the housing 20 includes a housing portion 21 that is formed in a hollow shape and a lid portion 22 that covers the housing portion 21. The housing 20 includes a partition plate 23 between the housing portion 21 and the lid portion 22. The lid portion 22 and the partition plate 23 are fixed to the housing portion 21 by being screwed to the housing portion 21. A sensor unit 60 is provided between the lid unit 22 and the partition plate 23. A rotational motion detector 70 is provided inside the accommodating part 21 behind the partition plate 23.
取付板３０は、筐体２０の後方にねじ止めされている。変位計１０は、取付板３０にねじ止めされたネジ３１，３２を介して橋梁、トンネルの壁又は大型建造部等の測定対象物に固定されている。 The mounting plate 30 is screwed to the rear of the housing 20. The displacement meter 10 is fixed to an object to be measured such as a bridge, a tunnel wall, or a large construction part via screws 31 and 32 screwed to the mounting plate 30.
光ファイバ４０は、コアとクラッドとを含む光伝搬部と光伝搬部を被覆する被覆部とを備えて構成される。コアは、クラッドよりも屈折率が高い素材で構成されており、コアの周りがクラッドで覆われている。光は、コアの屈折率とクラッドの屈折率との相違による全反射によりコア内を伝搬する。コア及びクラッドのそれぞれは、石英ガラスで形成されている。これに代えて、コア及びクラッドのそれぞれがプラスチック等の屈折率が高い素材で形成されていてもよい。被覆部は、光伝搬部を外圧から保護するため、光伝搬部を被覆している。被覆部は、例えばプラスチックで形成される。 The optical fiber 40 includes a light propagation part including a core and a clad and a covering part that covers the light propagation part. The core is made of a material having a refractive index higher than that of the cladding, and the core is covered with the cladding. Light propagates in the core by total reflection due to the difference between the refractive index of the core and the refractive index of the cladding. Each of the core and the clad is made of quartz glass. Instead, each of the core and the clad may be formed of a material having a high refractive index such as plastic. The covering portion covers the light propagation portion in order to protect the light propagation portion from external pressure. The covering portion is made of, for example, plastic.
ＯＴＤＲ５０は、検査用の光を光ファイバ４０に入射する入光部と、レーリ散乱光等の検査用の光を受光する受光部と、受光した検査用の光に基づいて、測定対象物の推定変位量を推定する変位量推定部とを備える。ＯＴＤＲ５０に代えて、変位計１０は、ＬＥＤ （ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）等の発光素子である入光部と、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、フォトダイオード）等の受光素子である受光部と、受光した検査用の光に基づいて、測定対象の推定変位量を推定する変位量推定部とを備えてもよい。 The OTDR 50 estimates a measurement object based on a light incident part that makes inspection light incident on the optical fiber 40, a light receiving part that receives inspection light such as Rayleigh scattered light, and the received inspection light. A displacement amount estimation unit for estimating the displacement amount. Instead of the OTDR 50, the displacement meter 10 received light with a light incident portion that is a light emitting element such as an LED (light-emitting diode) and a light receiving portion that is a light receiving element such as a PD (Photodiode). You may provide the displacement amount estimation part which estimates the estimated displacement amount of a measuring object based on the light for a test | inspection.
図３に示されるように、光ファイバ４０は、筐体２０の内部かつ仕切板２３の前方において、上方に設けられた接続口４１から伸びた内部光ファイバ４２が、おおよそ２回転して再度接続口４１に戻るように構成されている。 As shown in FIG. 3, the optical fiber 40 is connected again after approximately two rotations of the internal optical fiber 42 extending from the connection port 41 provided above in the housing 20 and in front of the partition plate 23. It is configured to return to the mouth 41.
この内部光ファイバ４２は、接続口４１から右方向にぐるりと回った後、左下において固定保持部６１に一部（第１部分）を保持されている。内部光ファイバ４２は、固定保持部６１からみると右方向への屈曲した部分が設けられ、その先で移動保持部６２に一部（第２部分）を保持されている。固定保持部６１と、移動保持部６２とは、上下方向に所定の距離を置いて設けられているが、左右方向及び前後方向の位置はほとんど同一である。 The inner optical fiber 42 is rotated around the connection port 41 in the right direction, and then a part (first portion) is held by the fixed holding portion 61 at the lower left. The inner optical fiber 42 is provided with a portion bent in the right direction when viewed from the fixed holding portion 61, and a part (second portion) is held by the moving holding portion 62 at the tip. The fixed holding unit 61 and the moving holding unit 62 are provided at a predetermined distance in the vertical direction, but the positions in the left-right direction and the front-back direction are almost the same.
固定保持部６１は、その位置が仕切板２３に対して例えばネジなどで固定されている。 The position of the fixed holding portion 61 is fixed to the partition plate 23 with, for example, screws.
移動保持部６２は、仕切板２３に設けられた縦長の開口２３ａの中で上下方向に移動自在に設けられて、固定保持部６１に対して接近または離反する方向に移動自在になっている。より詳しくは、移動保持部６２は、後述する回転運動検出部７０の軸７２回りに回転することにより、固定保持部６１に対して接近または離反する方向にも移動できるように構成されている。 The movement holding part 62 is provided so as to be movable in the vertical direction in a vertically long opening 23 a provided in the partition plate 23, and is movable in a direction approaching or separating from the fixed holding part 61. More specifically, the movement holding unit 62 is configured to move in a direction approaching or moving away from the fixed holding unit 61 by rotating around a shaft 72 of a rotational motion detection unit 70 described later.
固定保持部６１と移動保持部６２との間の内部光ファイバ４２は、屈曲時の被覆部によるヒステリシスの影響を軽減または防止するため、光伝搬部を露出させたものとしてもよい。 The internal optical fiber 42 between the fixed holding unit 61 and the moving holding unit 62 may be one in which the light propagation unit is exposed in order to reduce or prevent the influence of hysteresis due to the coating unit during bending.
固定保持部６１と移動保持部６２との間における内部光ファイバ４２の屈曲した部分の中心部分には、センサ素子６３が設けられている。センサ素子６３は、固定保持部６１に対する移動保持部６２の接近または離反によって生じる自らの屈曲状態に応じて内部光ファイバ４２内を通過する検出用の光の態様を変化させる。 A sensor element 63 is provided at the center of the bent portion of the internal optical fiber 42 between the fixed holding portion 61 and the moving holding portion 62. The sensor element 63 changes the mode of the detection light that passes through the internal optical fiber 42 according to its bending state caused by the movement holding unit 62 approaching or separating from the fixed holding unit 61.
また、センサ素子６３は、径が異なるコアとこれらのコアを覆うクラッドを互いに接続させることによって形成されてもよい。このようなセンサ素子６３としては、例えば、特許文献１に開示されているセンサ素子を採用しうる。固定保持部６１と移動保持部６２との間におけるセンサ素子６３とにより、センサ部６０が構成される。 Further, the sensor element 63 may be formed by connecting cores having different diameters and a clad covering these cores to each other. As such a sensor element 63, the sensor element currently disclosed by patent document 1 can be employ | adopted, for example. The sensor unit 60 is configured by the sensor element 63 between the fixed holding unit 61 and the moving holding unit 62.
図２及び図４に示されるように、仕切板２３の後方の収容部２１の内部には、回転運動検出部７０が設けられている。 As shown in FIGS. 2 and 4, a rotational motion detector 70 is provided inside the accommodating part 21 behind the partition plate 23.
図４及び図５に示されるように、回転運動検出部７０は、回転運動部材７１と、軸７２と、軸受部７３と、力伝達部７４と、位置調節部７５とを備える。 As shown in FIGS. 4 and 5, the rotational motion detection unit 70 includes a rotational motion member 71, a shaft 72, a bearing unit 73, a force transmission unit 74, and a position adjustment unit 75.
回転運動部材７１は、高剛性の部材に感度調整用におもり７１ａを付けて構成されている。回転運動部材７１は軸受部７３を介して仕切板２３に設けられた軸７２に回動自在に一体に支持されている。軸受部７３は、ベアリング７３aを備える。 The rotary motion member 71 is configured by attaching a weight 71a for sensitivity adjustment to a highly rigid member. The rotary motion member 71 is integrally supported by a shaft 72 provided on the partition plate 23 via a bearing portion 73 so as to be rotatable. The bearing portion 73 includes a bearing 73a.
回転運動部材７１が地震等の揺れに応じて軸７２回りに回転する。回転運動部材７１は、その中央位置が、軸７２の上下方向に引いた基準線Ｌに対して、軸７２回りに所定角度（例えば１０度）まで回転可能に構成されている。 The rotary motion member 71 rotates around the shaft 72 in response to shaking such as an earthquake. The rotational movement member 71 is configured such that its central position is rotatable about a shaft 72 to a predetermined angle (for example, 10 degrees) with respect to a reference line L drawn in the vertical direction of the shaft 72.
なお、回転運動部材７１は、収容部２１の外部に露出して、測定対象物と連結されることにより、測定対象物の歪みの発生に応じて回転運動するように構成されていてもよい。 Note that the rotational motion member 71 may be configured to be exposed to the outside of the housing portion 21 and connected to the measurement target, thereby rotating in response to the occurrence of distortion of the measurement target.
力伝達部７４は、軸受部７３と一体で構成された板状の高剛性の部材により構成され、軸受部７３の左方の移動保持部６２の台座部６２a連結されている。力伝達部７４は、回転運動部材７１の回転に応じて、回転運動部材７１の回転方向と同一の方向に回転するように構成されている。力伝達部７４が回転することにより、移動保持部６２が力伝達部７４の回転方向と同一方向に回転し仕切板２３の開口２３ａ内で移動する。 The force transmission part 74 is configured by a plate-like high-rigidity member that is integrally formed with the bearing part 73, and is connected to the pedestal part 62 a of the movement holding part 62 on the left side of the bearing part 73. The force transmission unit 74 is configured to rotate in the same direction as the rotation direction of the rotary motion member 71 according to the rotation of the rotary motion member 71. As the force transmission unit 74 rotates, the movement holding unit 62 rotates in the same direction as the rotation direction of the force transmission unit 74 and moves in the opening 23 a of the partition plate 23.
位置調節部７５は、ロッド７５ａ、７５ｂと、コイルばね固定部７５ｃ、７５ｄと、コイルばね７５ｅ、７５ｆとを備える。ロッド７５ａ、７５ｂは、夫々、軸受部７３に固定されている。コイルばね固定部７５ｃ、７５ｄは、ロッド７５ａ、７５ｂのそれぞれの下方に、収容部２１に固定されている。コイルばね７５ｅ、７５ｆは、それぞれ、ロッド７５ａ及びコイルばね固定部７５ｃ、又はロッド７５ｂ及びコイルばね固定部７５ｄに連結されている。 The position adjusting unit 75 includes rods 75a and 75b, coil spring fixing portions 75c and 75d, and coil springs 75e and 75f. The rods 75a and 75b are fixed to the bearing portion 73, respectively. The coil spring fixing portions 75c and 75d are fixed to the accommodating portion 21 below the rods 75a and 75b. The coil springs 75e and 75f are connected to the rod 75a and the coil spring fixing part 75c, or the rod 75b and the coil spring fixing part 75d, respectively.
この位置調節部７５はコイルばね７５e、７５fにより弾発的に回転運動部材７１を軸の真下の位置に保持し、回転の基準位置に保持する。 The position adjusting unit 75 elastically holds the rotary motion member 71 at a position directly below the shaft by the coil springs 75e and 75f and holds it at the reference position for rotation.
測定すべき変位、すなわち、揺れを生じさせる力Fは、バネ定数ｋとバネの伸縮量ｘを用いて、F＝ｋ・ｘと表現される。想定される最大の力Ｆ_max及び変位計の大きさ等から、想定される最大のバネの伸縮量x _maxを求め、力Ｆ_maxとバネの伸縮量x _maxと関係式F＝ｋ・ｘ・・（１）とから、適切なバネ定数を求めることが出来る。 The displacement to be measured, that is, the force F that causes the vibration, is expressed as F = k · x using the spring constant k and the amount of expansion / contraction x of the spring. From the assumed maximum force F_max and the size of the displacement meter, the maximum expected spring expansion / contraction amount x_max is obtained, and the relation F = k · x ·· ( From 1), an appropriate spring constant can be obtained.
ここで、軸７２から回転運動部材７１の重心までの長さをＬ１とし、軸７２から力伝達部７４と移動保持部６２との接続部分までの長さをＬ２とし、移動保持部６２と固定保持部６１との間の内部光ファイバ４２の長さをＬ３とする。 Here, the length from the shaft 72 to the center of gravity of the rotary motion member 71 is L1, and the length from the shaft 72 to the connecting portion between the force transmission portion 74 and the movement holding portion 62 is L2, and the movement holding portion 62 is fixed. The length of the internal optical fiber 42 between the holding unit 61 is L3.
この場合、長さＬ１に対する長さＬ２の比を調節することにより、計測の感度を変化させることができる。また、長さＬ３の調節により、感度に変化を生じさせることができるが、長さＬ３が短くなるとセンサ素子に与える曲率が大きくなり過ぎて破損するおそれがある。このような観点から、長さＬ３を所定の長さ以上にすることが好ましい。例えば、特許文献２では与える曲率半径を８mm以上としている。 In this case, the sensitivity of measurement can be changed by adjusting the ratio of the length L2 to the length L1. In addition, the sensitivity can be changed by adjusting the length L3. However, when the length L3 is shortened, the curvature applied to the sensor element becomes too large and may be damaged. From such a viewpoint, it is preferable to set the length L3 to a predetermined length or more. For example, in Patent Document 2, the radius of curvature given is 8 mm or more.
回転運動部材の質量をｍ、回転運動部材に発生する加速度をαとすると関係式F＝ｍα＝ｋ・ｘ・・（２）から、感度は式Δｘ／Δα＝m／ｋ‥（３）で表現される。この感度を示す式（３）と所望の測定感度とから、所望の測定感度にするための回転運動部材の質量ｍを決定することが出来る。 When the mass of the rotary member is m and the acceleration generated in the rotary member is α, the relationship is expressed by the equation Δx / Δα = m / k (3). Expressed. From the equation (3) indicating this sensitivity and the desired measurement sensitivity, the mass m of the rotary motion member for achieving the desired measurement sensitivity can be determined.
（回転運動検出の仕組み）
次に、図６Ａ〜図６Ｃを用いて、変位計１０における回転運動検出の仕組みを説明する。
(Mechanism of rotational motion detection)
Next, the mechanism of rotational motion detection in the displacement meter 10 will be described with reference to FIGS. 6A to 6C.
回転運動が生じていない状態では、図６Ａに示されるように、回転運動部材７１が、軸受部７３の真下に位置する。以下、この位置を基準位置という。 In a state where no rotational motion occurs, the rotational motion member 71 is positioned directly below the bearing portion 73 as shown in FIG. 6A. Hereinafter, this position is referred to as a reference position.
ここから、図６Ｂに示されるように、例えば地震の発生などにより回転運動部材７１に回転方向の力が働き、回転運動部材７１が軸７２回りに反時計回りに回転運動すると、軸受部７３も反時計回りに回転する。軸受部７３の反時計回りの回転に応じて、力伝達部７４も反時計回りに回転する。力伝達部７４の回転に応じて、移動保持部６２に反時計回りの力が与えられ、移動保持部６２も反時計回りに回転する。この結果、移動保持部６２が固定保持部６１に接近する方向（下方向）に移動する。移動保持部６２が固定保持部６１に接近すると、移動保持部６２と固定保持部６１との間のセンサ素子６３の屈曲が大きくなり、内部光ファイバ４２内を通過する検出用の光の態様が変化する。 From this point, as shown in FIG. 6B, when a rotational force acts on the rotary motion member 71 due to, for example, the occurrence of an earthquake, and the rotary motion member 71 rotates counterclockwise around the shaft 72, the bearing portion 73 is also Rotates counterclockwise. In response to the counterclockwise rotation of the bearing portion 73, the force transmission portion 74 also rotates counterclockwise. In response to the rotation of the force transmission unit 74, a counterclockwise force is applied to the movement holding unit 62, and the movement holding unit 62 also rotates counterclockwise. As a result, the movement holding unit 62 moves in the direction approaching the fixed holding unit 61 (downward). When the movement holding unit 62 approaches the fixed holding unit 61, the bending of the sensor element 63 between the movement holding unit 62 and the fixed holding unit 61 becomes large, and the mode of detection light passing through the internal optical fiber 42 is increased. Change.
また、図６Ｃに示されるように、例えば地震の発生などにより回転運動部材７１に回転方向の力が働き、回転運動部材７１が軸７２回りに時計回りに回転運動すると、軸受部７３も時計回りに回転する。軸受部７３の時計回りの回転に応じて、力伝達部７４も時計回りに回転する。力伝達部７４の回転に応じて、移動保持部６２に時計回りの力が与えられ、移動保持部６２も時計回りに回転する。この結果、移動保持部６２が固定保持部６１に離間する方向（上方向）に移動する。移動保持部６２が固定保持部６１から離間すると、移動保持部６２と固定保持部６１との間のセンサ素子６３の屈曲が小さくなり、内部光ファイバ４２内を通過する検出用の光の態様が変化する。 As shown in FIG. 6C, for example, when a rotational force acts on the rotary motion member 71 due to the occurrence of an earthquake or the like, and the rotary motion member 71 rotates clockwise around the shaft 72, the bearing 73 also rotates clockwise. Rotate to. In accordance with the clockwise rotation of the bearing portion 73, the force transmission portion 74 also rotates clockwise. In accordance with the rotation of the force transmission unit 74, a clockwise force is applied to the movement holding unit 62, and the movement holding unit 62 also rotates clockwise. As a result, the movement holding unit 62 moves in a direction away from the fixed holding unit 61 (upward direction). When the movement holding unit 62 is separated from the fixed holding unit 61, the bending of the sensor element 63 between the movement holding unit 62 and the fixed holding unit 61 becomes small, and the mode of the detection light passing through the internal optical fiber 42 is reduced. Change.
ＯＴＤＲ５０（又は光源および受光素子）において受光された検出用の光の態様の変化により、センサ素子６３の屈曲状態が推定できるので、ひいては、回転運動部材７１の回転状態、すなわち回転変位を検出することが出来る。 Since the bending state of the sensor element 63 can be estimated from the change in the mode of detection light received by the OTDR 50 (or the light source and the light receiving element), the rotational state of the rotary motion member 71, that is, the rotational displacement is detected. I can do it.
（回転運動が生じていない場合の位置調節の仕組み）
また、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、回転運動が生じていない場合の位置調節の仕組みを説明する。
(Position adjustment mechanism when there is no rotational motion)
In addition, with reference to FIG. 6A to FIG. 6C, a mechanism of position adjustment when no rotational motion is occurring will be described.
例えば、回転運動部材７１に外部からの力が解消された時点で、図６Ｂに示されるように回転運動部材７１が基準位置よりも反時計回りに回転した状態にあったとする。この場合、左側のコイルばね７５ｅは収縮し、右側のコイルばね７５ｆは伸展した状態となっている。この時、左側のコイルばね７５ｅからは伸展する方向への復元力（上方向への力）が生じ、右側のコイルばね７５ｆからは収縮する方向への復元力（下方向への力）が生じる。左側のコイルばね７５ｅと連結されたロッド７５ａ及び右側のコイルばね７５ｆと連結されたロッド７５ｂを介して、軸受部７３に時計回り方向の力が与えられ、時計回り方向に回転する。コイルばね７５ｅ、７５ｆに働く力は、回転運動部材７１が基準位置にある場合にゼロとなるので、回転運動部材７１が基準位置となるように調節される。この結果、力伝達部７４に連結された移動保持部６２の位置も、当該基準位置に対応した位置となる。 For example, it is assumed that the rotational motion member 71 has been rotated counterclockwise from the reference position as shown in FIG. 6B when the external force is removed from the rotational motion member 71. In this case, the left coil spring 75e contracts and the right coil spring 75f extends. At this time, a restoring force (upward force) is generated from the left coil spring 75e, and a restoring force (downward force) is generated from the right coil spring 75f. . A clockwise force is applied to the bearing portion 73 via the rod 75a connected to the left coil spring 75e and the rod 75b connected to the right coil spring 75f, and the clockwise rotation is performed. Since the force acting on the coil springs 75e and 75f becomes zero when the rotational motion member 71 is at the reference position, the rotational motion member 71 is adjusted so as to be at the reference position. As a result, the position of the movement holding unit 62 connected to the force transmission unit 74 is also a position corresponding to the reference position.
同様に、回転運動部材７１に外部からの力が解消された時点で、図６Ｃに示されるように回転運動部材７１が基準位置よりも時計回りに回転した状態にあった場合でも、回転運動部材７１が基準位置となるように調節され、力伝達部７４に連結された移動保持部６２の位置も、当該基準位置に対応した位置となる。 Similarly, even when the rotational motion member 71 is in a state in which the rotational motion member 71 is rotated clockwise from the reference position as shown in FIG. The position of the movement holding unit 62 adjusted so that 71 becomes the reference position and coupled to the force transmission unit 74 also corresponds to the reference position.
なお、位置調節部７５がなくとも、地球の重力と回転運動の減衰により、回転運動部材７１が基準位置となるように調節される。 Even if the position adjusting unit 75 is not provided, the rotary motion member 71 is adjusted to the reference position by the gravity of the earth and the attenuation of the rotary motion.
（作用効果）
当該構成の変位計１０によれば、回転運動部材７１の回転運動の発生に伴って力伝達部７４が回転軸回りに回転することにより、移動保持部６２に対して力が伝達される。この力に応じて、移動保持部６２が移動することにより、移動保持部６２が固定保持部６１に対して接近または離間する。これにより、固定保持部６１の位置は固定されているので、移動保持部６２の移動に伴い、固定保持部６１と移動保持部６２との間の内部光ファイバ４２の一部に設けられたセンサ素子６３が屈曲する。このセンサ素子６３の屈曲状態に応じて、内部光ファイバ４２内を通過する検出用の光の態様が変化する。この結果、受光部としてのＯＴＤＲ５０において受光される検出用の光の態様も変化する。
(Function and effect)
According to the displacement meter 10 configured as described above, the force transmission unit 74 rotates about the rotation axis in accordance with the generation of the rotational motion of the rotational motion member 71, whereby the force is transmitted to the movement holding unit 62. The movement holding unit 62 moves toward or away from the fixed holding unit 61 by moving the movement holding unit 62 according to this force. Thereby, since the position of the fixed holding unit 61 is fixed, a sensor provided in a part of the internal optical fiber 42 between the fixed holding unit 61 and the moving holding unit 62 as the moving holding unit 62 moves. The element 63 is bent. Depending on the bending state of the sensor element 63, the mode of detection light passing through the internal optical fiber 42 changes. As a result, the mode of detection light received by the OTDR 50 as the light receiving unit also changes.
換言すれば、当該構成の変位計１０によれば、ＯＴＤＲ５０（又は光源および受光素子）において受光される検出用の光の態様の変化により、軸７２に軸支された回転運動部材７１の回転運動、すなわち回転変位を検出することが出来る。 In other words, according to the displacement meter 10 configured as described above, the rotational motion of the rotational motion member 71 pivotally supported by the shaft 72 due to the change in the mode of the detection light received by the OTDR 50 (or the light source and the light receiving element). That is, the rotational displacement can be detected.
また、当該構成の変位計１０によれば、位置調節部７５によって、回転運動部材７１に回転運動が生じていない状態において移動保持部６２の位置が所定の位置に位置する。これにより、回転運動部材７１に回転運動が生じていない状態において移動保持部６２と固定保持部６１との距離が一定に保たれ、その間に存在するセンサ素子６３の屈曲状態も一定に保たれる。 Further, according to the displacement meter 10 having the configuration, the position adjusting unit 75 positions the movement holding unit 62 at a predetermined position in a state where the rotary motion member 71 is not rotating. As a result, the distance between the movable holding portion 62 and the fixed holding portion 61 is kept constant in a state where the rotational motion member 71 is not rotating, and the bending state of the sensor element 63 existing between them is also kept constant. .
これにより、回転運動部材７１に回転運動が生じていない状態においてＯＴＤＲ５０（又は光源および受光素子）で受光される検出用の光の態様が一定の態様となる。この結果、ＯＴＤＲ５０（又は光源および受光素子）で受光される検出用の光の態様が当該一定の態様か否かを判別することにより、容易に回転運動部材７１の回転運動の発生の有無、すなわち、回転変位の発生の有無を検出することが出来る。 Accordingly, the detection light received by the OTDR 50 (or the light source and the light receiving element) in a state in which no rotational motion is generated in the rotational motion member 71 becomes a constant mode. As a result, by determining whether or not the mode of the detection light received by the OTDR 50 (or the light source and the light receiving element) is the predetermined mode, whether or not the rotary motion of the rotary motion member 71 has occurred, that is, It is possible to detect the occurrence of rotational displacement.
また、当該構成の変位計１０によれば、固定保持部６１及び移動保持部６２の間の内部光ファイバ４２と回転運動部材７１との間に設けられた仕切板２３によって、内部光ファイバ４２の屈曲態様と回転運動部材７１の動作との干渉の発生が回避される。これにより、内部光ファイバ４２と回転運動部材７１との干渉によってセンサ素子６３が屈曲することが回避されるので、センサ素子６３の屈曲態様が回転運動部材７１の回転態様をより反映しやすくなる。 Further, according to the displacement meter 10 of the configuration, the partition plate 23 provided between the internal optical fiber 42 between the fixed holding unit 61 and the movable holding unit 62 and the rotary motion member 71 allows the internal optical fiber 42 to be Generation of interference between the bending mode and the operation of the rotary motion member 71 is avoided. Accordingly, the sensor element 63 is prevented from bending due to the interference between the internal optical fiber 42 and the rotational motion member 71, so that the bending mode of the sensor element 63 more easily reflects the rotational mode of the rotational motion member 71.
また、当該構成の変位計１０によれば、軸７２に対して回転運動部材７１が存在する方向（下方向）と、固定保持部６１に対して移動保持部６２の接近または離反する方向（上下方向）とが平行となるように構成されている。また、力伝達部７４が回転運動部材７１に垂直となるように連結されるとともに、前記接近または離反する方向に垂直に連結しているので、これらの部材を直方体の収容部２１の内部に収容することが出来る。この結果、変位計１０をコンパクトに構成することが出来る。 Further, according to the displacement meter 10 of the configuration, the direction in which the rotary motion member 71 exists with respect to the shaft 72 (downward direction) and the direction in which the movable holding portion 62 approaches or separates from the fixed holding portion 61 (up and down) The direction is parallel to the direction. Further, since the force transmitting portion 74 is connected to the rotary motion member 71 so as to be vertical, and is connected vertically to the approaching or separating direction, these members are accommodated in the rectangular parallelepiped accommodating portion 21. I can do it. As a result, the displacement meter 10 can be configured compactly.
また、本実施形態では、位置調節部７５が相異なる方向に力を加える２つのコイルばね７５e、７５ｆを含んで構成されているので、基準位置の調節が簡素な構成で容易に行うことが出来る。 In the present embodiment, the position adjustment unit 75 includes two coil springs 75e and 75f that apply forces in different directions, so that the reference position can be easily adjusted with a simple configuration. .
また、本実施形態では、回転運動部材７１が軸７２の下方に存在するので、重力を利用して回転運動部材７１の位置を基準位置に容易に調節することが可能となる。 In the present embodiment, since the rotary motion member 71 exists below the shaft 72, the position of the rotary motion member 71 can be easily adjusted to the reference position using gravity.
なお、図１及び図６Ａ〜図６Ｃの上下方向を左右方向にして、回転運動部材７１の基準位置を重力方向とを垂直にする場合、回転運動部材７１の基準位置を水平に保つためには、２つのコイルばね７５e、７５ｆとして、バネ定数の比率が互いに異なったバネを使用してもよいし、初期伸長の長さすなわち引張力の比率が互いに異なったバネを使用してもよい。 In addition, in order to keep the reference position of the rotary motion member 71 horizontal when the vertical direction of FIGS. 1 and 6A to 6C is set to the horizontal direction and the reference position of the rotary motion member 71 is perpendicular to the direction of gravity. As the two coil springs 75e and 75f, springs having different spring constant ratios may be used, or springs having different initial extension lengths, that is, tensile force ratios, may be used.
１０‥変位計、４０‥光ファイバ、６１‥固定保持部、６２‥移動保持部、６３‥センサ素子、７１‥回転運動部材、７２‥回転軸、７４‥力伝達部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Displacement meter, 40 ... Optical fiber, 61 ... Fixed holding part, 62 ... Movement holding part, 63 ... Sensor element, 71 ... Rotating motion member, 72 ... Rotating shaft, 74 ... Force transmission part.
Claims (4)
位置が固定され、かつ、光ファイバの第１部分を保持する固定保持部と、
固定保持部に対して接近または離反する方向に移動自在に設けられ、かつ、該光ファイバの第２部分を保持する移動保持部と、
固定保持部と移動保持部との間の光ファイバの第３部分に設けられ、固定保持部に対する移動保持部の接近または離反によって生じる自らの屈曲状態に応じて検出用の光の態様を変化させるセンサ素子と、
回転軸に軸支されて回転運動自在に設けられた回転運動部材と、
移動保持部と連結され、かつ、回転運動部材の回転運動の発生に伴って回転軸回りに回転することにより移動保持部を移動させる力を伝達する力伝達部とを備える変位計。 An optical fiber configured to be connectable to a light incident part for receiving detection light and a light receiving part for receiving detection light;
A fixed holding portion that is fixed in position and holds the first portion of the optical fiber;
A movable holding portion that is movable in a direction approaching or separating from the fixed holding portion, and holds the second portion of the optical fiber;
It is provided in the third part of the optical fiber between the fixed holding part and the moving holding part, and changes the detection light mode according to its own bending state caused by the movement holding part approaching or separating from the fixed holding part. A sensor element;
A rotationally-moving member that is pivotally supported by the rotational shaft and is provided to be freely rotatable;
A displacement meter that includes a force transmission unit that is coupled to the movement holding unit and transmits a force that moves the movement holding unit by rotating around the rotation axis in accordance with the generation of the rotation motion of the rotary movement member.
前記回転運動部材に回転運動が生じていない状態において前記移動保持部の位置を所定の位置に位置させる位置調節部を備える変位計。 The displacement meter according to claim 1,
A displacement meter comprising a position adjusting unit that positions the movement holding unit at a predetermined position in a state in which no rotational motion is generated in the rotational motion member.
固定保持部及び移動保持部の間の光ファイバと回転運動部材との間に設けられた仕切板を備える変位計。 The displacement meter according to claim 1 or 2,
A displacement meter comprising a partition plate provided between an optical fiber between a fixed holding part and a moving holding part and a rotary motion member.
前記回転運動部材に回転運動が発生していない状態において回転軸に対して回転運動部材が存在する方向と、固定保持部に対して移動保持部の接近または離反する方向とが平行であり、
力伝達部材が回転運動部材に対して垂直となるように連結されるとともに、移動保持部に対して前記接近または離反する方向に垂直に連結している変位計。 The displacement meter according to any one of claims 1 to 3,
In a state where no rotational motion is generated in the rotational motion member, the direction in which the rotational motion member exists with respect to the rotational axis is parallel to the direction in which the movable holding portion approaches or separates from the fixed holding portion,
A displacement meter in which a force transmission member is connected so as to be perpendicular to a rotary motion member, and is connected vertically to the moving holding portion in the direction of approaching or separating.
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