JP3599690B2 - 光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、斜面崩壊事故等の早期検知を目的に斜面の変位を計測するため、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化による光ファイバの透過光強度変化を利用して斜面変位量を計測する光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道、道路などの斜面は豪雨、地震による崩壊のみならず種々の環境変化による崩壊事故が多発している。これらの被害を防止するには地滑りや崩壊の危険性のある斜面の変位を計測・監視し異常を早期に検出する必要がある。これまでは斜面の変位を計測する方法として電気式伸縮センサが主に用いられていたが落雷などによる故障が多発している。しかし近年光ファイバ技術の義達と共に光ファイバは電磁誘導に強く落雷の影響を受けにくく、光ファイバを用いた変位センサは光を供給するだけで電源、信号線を必要としないなどの特長より多種方式の光変位センサが開発、実用化されている。
【０００３】
公開特許公報２０００−２９８０１０には光ファイバの曲率径に比例して透過光強度が変化することを利用した光変位センサ（明細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ）が示されている。本光変位センサは監視斜面の変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化に比例して光ファイバの透過光強度が変化することを利用して変位量を計測している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記光変位センサ（公開特許公報２０００−２９８０１０の明細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ）は斜面の変位で直接光ファイバ曲率を変化させる方式であり、常時光ファイバに大きな張力がかかり光ファイバの耐久性を低下させている。また変位量１００mm以上の計測や変位検知感度を向上することが困難であるなどの課題がある。以下にこれらの技術上の課題について説明する。
【０００５】
図９は公開特許公報２０００−２９８０１０に示される光ファイバを利用した光変位センサ１０１の構造で、図８は傾斜面への当該センサの設地状況である。図９において光ファイバ１０２は板バネ１０５に巻き付けてあり図示矢印のごとく光ファイバ１０２が引っ張られると板バネ１０５および光ファイバの直径が小さくなり、緩むと板バネ１０５の復元カで直径が大きくなる。光ファイバ１０２の一端から光源１０２ａが照射され他端に設けられた受光素子１０２ｂで透過光を光/電気変換している。
【０００６】
図８では傾斜面１５１に複数個のアンカー１５３が打ち込まれ上部に光変位センサ１０１が設置される。光変位センサ１０１からの光ファイバ１０２は隣接するアンカーに順次固定され、アンカー間距離の伸縮により当該光変位センサ１０１の光ループ直径が変化する機構となっている。本方式でアンカー間の変位に従い光変位センサのループ径を追従変化させるには、ファイバ１０２を弛み無く敷設するため約２kg程度の張力を加える必要がある。しかし石英ガラス等を素材とした光ファイバに常時張力を加えて敷設することは耐久性・寿命を低下させる要因となる。
【０００７】
図７は光ファイバ直径と透過光強度の関係でｘ軸に光ファイバ直径、ｙ軸に透過光強度を示している。本図よリファイバ直径が３５mmφ以上では透過光強度は減衰無く３mmφ以下は光ファイバの断線が起きることがわかる。従って図９光変位センサにおいても板バネ１０５および光ファイバ１０２の直径が最大３５mmφ〜最小３mmφ程度がセンサに適用範囲であり、変位計測範囲は下記式１より約１００mm程度となる。
（３５mm×π）−（３mm×π）＝１００mm …………………式１
しかし斜面変位監視においては１００mm以上の計測範囲が必要な場合がある。本方式では板バネ１０５に光ファイバ１０２を複数回巻き付ければ計測範囲の拡大が可能であるが、複数巻きの光ファイバ直径を均等に変化させるには構造が複雑になる。また変位の計測感度を上げるには光変位センサ自体の検知特性を上げることが必要である。図９光変位センサは光ファイバ１０２の伸縮量と光ファイバ直径変化量は１：１の関係にある。微少変位を高感度で測定するには斜面伸縮量と光ファイバ直径変化量を１：ｎ（ｎ＞１）の関係にするなどの機構が必要となる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、光ファイバセンサに極力張力を加えず、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換する機構を備え耐久性の向上を図ると共に、変位計測範囲および計測感度を要求に応じて簡易に変更可能な光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバの曲率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異なる２つの円盤に光ファイバが数回巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部を備え、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しない３５ mm φ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する３０ mm φ以下とし、緊張状態で配 設され変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化させる機構を備えた手段よりなるものである。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端を受光回路に接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発するようにした手段よりなるものである。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端に切替え光スイッチを介して受光回路を接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、警報出力回路からの警報信号によって切り替えられる切替え光スイッチを介して光ファイバの他端に切替え接続され変位検知箇所の変位発生位置を特定するＯＴＤＲ回路を設け、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発すると共に、上記ＯＴＤＲ回路によって変位検知箇所の特定の変位発生位置を検出するようにした手段よりなるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
【００１５】
〔実施の形態−１〕
ここで、図１は光ファイバを用いた光変位センサの概略構成図である。
【００１６】
図１において、光ファイバを用いた光変位センサ１は、変位を検知する箇所例えば斜面アンカーに設置された光ファイバ２の所定直径例えば直径３０mmφ以下の光減衰円形曲線部３の巻き数が変位により増減して透過光強度が変化することを利用して変位を検知する機器である。
【００１７】
光ファイバを用いた光変位センサ１は、弛緩状態で配設される光ファイバ２、光ファイバ２の所定直径の光減衰円形曲線部３と光非減衰円形曲線部４を内部に有するハウジング５、変位に連動して光非減衰円形曲線部４を回転させ緊張状態で配設される配線６などから主に構成されている。
【００１８】
弛緩状態で配設される光ファイバ２の一端には光源２ａが接続され、又光ファイバ２の他端には光源２ａが出た光を受ける受光素子２ｂが接続されている。受光素子２ｂが光源２ａから出た光の透過光強度の変化を検知することによって、変位検知箇所で光ファイバ２の光減衰円形曲線部３の巻き数の変化を検知して、変位検知箇所の変位の発生の有無及び変位の方向を検知できる。
【００１９】
光ファイバ２の光減衰円形曲線部３は、直径が所定直径例えば２５mmφからなる円盤３ａの側周面に光ファイバ２が数回巻かれた構成からなっている。光減衰円形曲線部３は光ファイバ２の巻き数の増減によって透過光強度が変化する構造になっている。また、数回巻かれた光ファイバ２はその一方が円盤３ａの側周面の固定点３ｂで固定されてハウジング５の機外に弛緩状態で取り出されている。光ファイバ２の他方は張設されて光非減衰円形曲線部４の円盤４ａの側周面に数回巻かれている。
【００２０】
円盤３ａの回転中心には回転軸３ｃの一端が連結されている。回転軸３ｃの他端はボールベアリング３ｄを介してハウジング５内の取付板５ａに取り付けられたゼンマイバネ３ｅに連結されている。ゼンマイバネ３ｅはボールベアリング３ｄを介して回転軸３ｃの一端に連結されている円盤３ａを矢印ｂ方向に回転させるように付勢している。ゼンマイバネ３ｅは約２００ｇの張力で矢印ｄ方向に引っ張っている。
【００２１】
光ファイバ２の光非減衰円形曲線部４は、直径が所定直径例えば５０mmφからなる円盤４ａの側周面に光ファイバ２が数回巻かれた構成からなっている。光非減衰円形曲線部４は光減衰円形曲線部３と異なり、光ファイバ２の巻き数の増減によって透過光強度が変化することはない。また、数回巻かれた光ファイバ２はその一方が円盤４ａの側周面の固定点４ｂで固定されてハウジング５の機外に弛緩状態で延びている。光ファイバ２の他方は張設されて光減衰円形曲線部３の円盤３ａの側周面に数回巻かれている。
【００２２】
円盤４ａの回転中心には回転軸４ｃの一端が連結されている。回転軸４ｃは上記回転軸３ｃと平行に取り付けられている。回転軸４ｃの他端はボールベアリング４ｄを介してハウジング５内の取付板５ａに取り付けられたゼンマイバネ４ｅに連結されている。ゼンマイバネ４ｅはボールベアリング４ｄを介して回転軸４ｃの一端に連結されている円盤４ａを矢印ａ方向に回転させるように付勢している。ゼンマイバネ４ｅは約２kgの張力で矢印ｃ方向に引っ張っている。
【００２３】
ハウジング５は光ファイバ２の光減衰円形曲線部３と光非減衰円形曲線部４を内部に有する箇所で、変位検知箇所例えば斜面アンカーの頭部に設置される。ハウジング５の内部には取付板５ａは取り付けられており、この取付板５ａに、光減衰円形曲線部３の円盤３ａが回転軸３ｃ、ボールベアリング３ｄ、ゼンマイバネ３ｅを介して、同様に、光非減衰円形曲線部４の円盤４ａが回転軸４ｃ、ボールベアリング４ｄ、ゼンマイバネ４ｅを介して、平行に取り付けられている。
【００２４】
配線６は、変位検知箇所に緊張状態で配設され、変位が発生すると伸張して光非減衰円形曲線部４の円盤４ａを回転させて、この光非減衰円形曲線部４の円盤４ａの回転を通じて、円盤４ａと円盤３ａに張設状態で数回巻かれている光ファイバ２の円盤３ａ側の巻き数を増減させるものである。この配線６には例えばワイヤーや高張力線が使用される。
【００２５】
配線６は円盤４ａと同軸の回転軸４ｃにその中心が取り付けられた円盤６ａの側周面にその一端が固定されて数回巻かれ、他端側はハウジング５内に取り付けられた滑車６ｂで方向変換されてハウジング５の外部に緊張状態で取り出され、図示しない隣接斜面アンカーに設置された光変位センサ１の光非減衰円形曲線部４のゼンマイバネ４ｅによる矢印ｃ反対方向約２kgの張力と均衡して設置される。光減衰円形曲線部３に数回巻かれた光ファイバ２の巻き数は変位が発生しない状態では変化せずに維持される。
【００２６】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
ハウジング５が設置された変位検知箇所で変位が発生、例えばハウジング５を設置したアンカーと隣接アンカー間に伸張変位が起きると張力の均衡がくずれ、配線６が矢印ｃ方向に動くために円盤６ａ、円盤４ａは反矢印ａ方向へ回転し円盤４ａに巻き付けられた光ファイバ２がほどけ円盤３ａに巻きとられる構造になっている。
【００２７】
光非減衰円形曲線部４の円盤４ａの直径を仮に５０mmφ、光減衰円形曲線部３の円盤３ａの直径を２５mmφとすると前記図７に示すごとく光ファイバ２は直径約３５mm以上では透過光の減衰は無く、直径２５mmφは透過光が減衰するので、円盤４ａより円盤３ａに巻き取られた光ファイバ量に比例して透過光強度が低下し、配線６の変位量を知ることができる。アンカー間変位が収縮すると円盤３ａの光ファイバ２が円盤４ａに巻き取られ前記と逆に透過光強度が増加する。
【００２８】
この発明では斜面アンカー間の変位は張力約２kgの配線伸縮に変換されるので、光ファイバにかかる張力は円盤４ａと円盤３ａ間に光ファイバ２の弛みを取るために設けられた約２００gの張力が加わる構造であり光ファイバ２の耐久性が向上する。
【００２９】
計測感度の向上は円盤６ａと円盤４ａの直径比を１：２にすればアンカー間変位量の２倍で光ファイバ２が伸縮し、反対に計測範囲を拡大する場合は上記円盤比を２：１にすれば良い。このように円盤６ａ、円盤４ａ、および円盤３ａの直径比を変えることにより間単に変位検知感度や、計測範囲長を変更できる。
【００４５】
〔実施の形態−２〕
ここで、図２は変状監視システムの概略構成図、図３は他例の変状監視システムの概略構成図である。
【００４６】
図２において、変状監視システム３１は、例えば、前記の実施の形態−１に記載の光ファイバを用いた光変位センサ１を、変状つまり変位を検知する箇所に複数配置し、各光変位センサ１の光ファイバ２の光減衰円形曲線部３の巻き数が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変状つまり変位を検知することによって、山地、崖などの傾斜面の変形や崩壊、構造物の変形や崩壊などを検知して警報を発するようにした監視システムである。
【００４７】
変状監視システム３１は、変位検知箇所に複数配置された光ファイバを用いた光変位センサ１、上記各光変位センサ１を弛緩状態で直列状に接続する光ファイバ２、上記光ファイバ２の一端が接続される投光回路３２、光ファイバ２の他端が接続される受光回路３３、受光回路３３に接続されて警報を発する警報出力回路４０、切替え光スイッチ４２によって光ファイバ２の他端に接続されるＯＴＤＲ回路４３などから主に構成されている。
【００４８】
また、受光回路３３と警報出力回路４０との間には、順に、光電アンプ３４、測定範囲設定回路３５、バッファ回路３６、リニアライズ回路３７、警報値設定回路３８、コンパレータ回路３９が接続されている。さらに、リニアライズ回路３７からは分岐して外部に伝送信号を出す外部インターフェース回路４１が接続されている。
【００４９】
光ファイバ２の他端には切替え光スイッチ４２が設けられている。この切替え光スイッチ４２は警報出力回路４０からの警告信号によって、受光回路３３からＯＴＤＲ回路４３への切り替えを自動的に行うものである。
【００５０】
ＯＴＤＲ回路４３は、Optical Time Domain Reflectometerの各頭文字をとった略語で、複数の各光変位センサ１のそれぞれの特定位置における変状つまり変位を計測できる機器である。
【００５１】
即ち、このＯＴＤＲ回路４３より光パルスを光ファイバ２に入射したとき、光ファイバ２に局所的な変状つまり変位が発生した場合、その部分の屈折率が変化することによりレイリー後方散乱光が発生し入射端に戻ってくる。このレイリー後方散乱光は反射点までの距離に比例した時間後に戻ってくるとともに、その強度は反射点における屈折率の変化、即ち、変状つまり変位の大きさに依存する。このような原理によって、このＯＴＤＲ回路４３はその時間と強度により変状の大きさと位置を知ることができるのである。
【００５２】
なお、ＯＴＤＲ回路４３は、価格が高いため、変状つまり変位の位置の特定を要さない低コストの監視システムの場合には、図３に図示するように、切替え光スイッチ４２と共に省略される。
【００５３】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく変状監視システム３１の動作について以下説明する。
光ファイバ２の一端が接続された投光回路３２からセンシング光が入射される。入射されたセンシング光は、変状つまり変位検知箇所に設置された複数の光変位センサ１の光減衰円形曲線部３を経て光ファイバ２の他端に到達する。
【００５４】
光ファイバ２の他端には切替え光スイッチ４２が設けられていて、この切替え光スイッチ４２は通常受光回路３３側に選択されており、透過光は受光回路３３の受光素子により電気信号に変換され、光電アンプ３４に導かれる。光電アンプ３４で増幅された信号は、測定範囲設定回路３５でセンサによって決まる検出特性の所要の部分を選択的に抽出するべく設定され、バッファ回路３６のインピーダンス変換を経てリニアライズ回路３７で直線化され警報値設定回路３８に送られる。
【００５５】
この信号は変状つまり変位の発生により見込まれる透過光量の変化に対応した所要の設定値とコンパレータ回路３９にて比較され、設定値以上になると、変位検知箇所で変状つまり変位が発生した旨の警報がリアルタイムで警報出力回路４０より発せられるようになっている。
【００５６】
さらに、この警報信号は切替え光スイッチ４２を駆動し、ＯＴＤＲ回路４３側へその光路を切り替える。これにより、変状つまり変位の発生箇所を特定するための高度の監視が継続される。
【００５７】
なお、リニアライズ回路３７を出た信号は外部インターフェース回路４１にも分配され、ここでデジタル変換されて伝送信号として取り出せるようになっている。
【００５８】
続いて、上記発明の実施の形態の構成に基づく変状監視システム３１の使用例について以下説明する。
図４は、山地、崖など傾斜面の土砂崩壊の前兆を早期かつ的確に検知するために、光ファイバを用いた光変位センサ１を敷設した変状監視システム３１の使用例である。
【００５９】
図４において、変状監視システム３１は図２又は図３に示すものであり、光ファイバ２は傾斜面５１及び傾斜面上部５２を、それぞれ複数の光ファイバを用いた光変位センサ１とともに図のように必要とする監視区域を上下に一周するように敷設されている。この場合、光ファイバ２は、山地、崖などの傾斜面５１の状況に応じて決定された間隔で打ち込まれたアンカー５３の頭部に取付けられ、通常、小動物や雑草による外乱を避けるために図示しないケーブルトラフなどで保護される。
【００６０】
図５は、図４における傾斜面上部５２における敷設状況の詳細を示すもので、バネ機構（ゼンマイバネ３ｅ，４ｅ）により、光の伝送損失の増加のみならず減少傾向も検出可能な本願発明の光ファイバを用いた光変位センサ１の特徴を有効に活用した敷設例である。
【００６１】
光ファイバ２を敷設しようとする山地、崖などの傾斜面５１は通常フラットの場合はまれであり、図のように凹凸のある地盤に敷設することが多いと考えられる。
【００６２】
ここで、図の破線で示す地盤の盛り上がった部分に設置された光ファイバを用いた光変位センサ１ｂは、隣接する光変位センサ１ａ或いは光変位センサ１ｃより少し高い位置にある。一連の光ファイバ２はそれぞれ、光変位センサ１のハウジング５の片側で固定されており、しかも光減衰円形曲線部３の変化域の中間を保持するように初期の段階で敷設されているので、それぞれの区間の変状（高低差）が光変位センサ１の変位すなわち光減衰円形曲線部３の変化として検知可能となる。
【００６３】
従って、土砂崩壊の前兆として傾斜面上部５２が僅かに崩落５４した場合でも、中央の光変位センサ１ｂの沈降により、光変位センサ１ｂ及び光変位センサ１ｃの光減衰円形曲線部３の巻き数は配線６の余長を取り込むかたち５５で当初は減少し、さらに沈降がすすむと配線６の不足長を繰り出すかたち５６で縮小するので、光減衰円形曲線部３の巻き数に対応した光の伝送損失５７は崩落の進行に応じて減少５８から増加５９をたどることになるが、組み合わせ使用される変状監視システム３１（図２）の警報値設定回路３８にて検出信号の負方向にたいする設定により減少傾向も土砂崩壊の前兆を示す信号として利用できる。
【００６４】
図６は、図４における傾斜面５１において土砂崩壊の前兆である傾斜面５１のはらみ６１を検知するための敷設例である。光ファイバ２は傾斜面５１に添って水平方向に光変位センサ１ａ、光変位センサ１ｂ、光変位センサ１ｃとともに敷設されている。
【００６５】
また、一連の光ファイバ２は、それぞれ光減衰円形曲線部３の変化域の中間を保持するよう光変位センサ１のハウジング５で固定されているので、それぞれの区間の変状が光ファイバ２の光減衰円形曲線部３の巻き数の変化として検知される。
【００６６】
ここで、光変位センサ１ｂの部位で傾斜面５１のはらみ６１が発生した場合、光変位センサ１ｂははらみ６１により光変位センサ１ａ、光変位センサ１ｃよりも前方へ迫り出すので、光変位センサ１ａ及び光変位センサ１ｃの光減衰円形曲線部３の巻き数は配線６の不足長を繰り出すかたち６２で大きくなる。
【００６７】
従って、光変位センサ１では光の伝送損失が増加することになり、これを監視することによって、土砂崩壊の前兆である傾斜面５１のはらみ６１を検知することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１の発明に係る光ファイバを用いた光変位センサによれば、変状つまり変位の正負方向の微小変化を高感度で検出することが可能となると共に、光ファイバを緊張状態でなく弛緩状態で使用できるので、光ファイバの耐久性を高めることができる。
【００６９】
また、請求項１の発明に係る光ファイバを用いた光変位センサによれば、前記の効果に加えて、光減衰円形曲線部と光非減衰円形曲線部の直径比を大きくすることにより、同一の変位量に対する感度を上げることができる。
【００７１】
また、請求項２〜３の発明に係る変状監視システムによれば、請求項１の光ファイバを用いた光変位センサを使用することにより、光ファイバの敷設方法において変状による伸縮の変化範囲を見込まれる変動量及び方向に応じて選択することができる。しかも、センサとして使用する光ファイバ一本で傾斜面のはらみ及び傾斜面上部の崩落を監視でき、土砂崩壊の早期検知を目的とした経済的かつ効果的なシステムを構成できる。
【００７２】
また、請求項２の発明に係る変状監視システムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構成する場合において、監視装置として高価なＯＴＤＲ回路を除いたシステムを採用することにより低コストが可能となる。
【００７３】
また、請求項３の発明に係る変状監視システムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構成する場合において、監視装置としてＯＴＤＲ回路を加えることにより、変状の発生箇所を特定することができ、高度の監視を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態−１を示す光ファイバを用いた光変位センサの概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態−２を示す変状監視システムの概略構成図である。
【図３】この発明の実施の形態−２を示す他例の変状監視システムの概略構成図である。
【図４】この発明の実施の形態−２を示す変状監視システムを傾斜面に敷設した概略斜視図である。
【図５】（Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す変状監視システムを敷設した傾斜面上部の変状状態の概略正面図である。
（Ｂ）は同図（Ａ）の側断面図である。
【図６】（Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す変状監視システムを敷設した傾斜面の変状状態の概略正面図である。
（Ｂ）は同図（Ａ）の側断面図である。
【図７】光ファイバループ直径と透過光強度の関係図である。
【図８】従来式光変位センサの斜面設置状況図である。
【図９】従来式光変位センサの概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバを用いた光変位センサ
２ 光ファイバ
２ａ 光源
２ｂ 受光素子
３ 光減衰円形曲線部
３ａ 円盤
３ｂ 固定点
３ｃ 回転軸
３ｄ ボールベアリング
３ｅ ゼンマイバネ
４ 光非減衰円形曲線部
４ａ 円盤
４ｂ 固定点
４ｃ 回転軸
４ｄ ボールベアリング
４ｅ ゼンマイバネ
５ ハウジング
５ａ 取付板
６ 配線
６ａ 円盤
６ｂ 滑車
３１ 変状監視システム
３２ 投光回路
３３ 受光回路
３４ 光電アンプ
３５ 測定範囲設定回路
３６ バッファ回路
３７ リニアライズ回路
３８ 警報値設定回路
３９ コンパレータ回路
４０ 警報出力回路
４１ 外部インターフェース回路
４２ 切替え光スイッチ
４３ ＯＴＤＲ回路
５１ 傾斜面
５２ 傾斜面上部
５３ アンカー
５４ 崩落
５５ 取り込むかたち
５６ 繰り出すかたち
５７ 損失
５８ 減少
５９ 増加
６１ はらみ
６２ 繰り出すかたち
【発明の属する技術分野】
この発明は、斜面崩壊事故等の早期検知を目的に斜面の変位を計測するため、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化による光ファイバの透過光強度変化を利用して斜面変位量を計測する光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道、道路などの斜面は豪雨、地震による崩壊のみならず種々の環境変化による崩壊事故が多発している。これらの被害を防止するには地滑りや崩壊の危険性のある斜面の変位を計測・監視し異常を早期に検出する必要がある。これまでは斜面の変位を計測する方法として電気式伸縮センサが主に用いられていたが落雷などによる故障が多発している。しかし近年光ファイバ技術の義達と共に光ファイバは電磁誘導に強く落雷の影響を受けにくく、光ファイバを用いた変位センサは光を供給するだけで電源、信号線を必要としないなどの特長より多種方式の光変位センサが開発、実用化されている。
【０００３】
公開特許公報２０００−２９８０１０には光ファイバの曲率径に比例して透過光強度が変化することを利用した光変位センサ（明細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ）が示されている。本光変位センサは監視斜面の変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化に比例して光ファイバの透過光強度が変化することを利用して変位量を計測している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記光変位センサ（公開特許公報２０００−２９８０１０の明細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ）は斜面の変位で直接光ファイバ曲率を変化させる方式であり、常時光ファイバに大きな張力がかかり光ファイバの耐久性を低下させている。また変位量１００mm以上の計測や変位検知感度を向上することが困難であるなどの課題がある。以下にこれらの技術上の課題について説明する。
【０００５】
図９は公開特許公報２０００−２９８０１０に示される光ファイバを利用した光変位センサ１０１の構造で、図８は傾斜面への当該センサの設地状況である。図９において光ファイバ１０２は板バネ１０５に巻き付けてあり図示矢印のごとく光ファイバ１０２が引っ張られると板バネ１０５および光ファイバの直径が小さくなり、緩むと板バネ１０５の復元カで直径が大きくなる。光ファイバ１０２の一端から光源１０２ａが照射され他端に設けられた受光素子１０２ｂで透過光を光/電気変換している。
【０００６】
図８では傾斜面１５１に複数個のアンカー１５３が打ち込まれ上部に光変位センサ１０１が設置される。光変位センサ１０１からの光ファイバ１０２は隣接するアンカーに順次固定され、アンカー間距離の伸縮により当該光変位センサ１０１の光ループ直径が変化する機構となっている。本方式でアンカー間の変位に従い光変位センサのループ径を追従変化させるには、ファイバ１０２を弛み無く敷設するため約２kg程度の張力を加える必要がある。しかし石英ガラス等を素材とした光ファイバに常時張力を加えて敷設することは耐久性・寿命を低下させる要因となる。
【０００７】
図７は光ファイバ直径と透過光強度の関係でｘ軸に光ファイバ直径、ｙ軸に透過光強度を示している。本図よリファイバ直径が３５mmφ以上では透過光強度は減衰無く３mmφ以下は光ファイバの断線が起きることがわかる。従って図９光変位センサにおいても板バネ１０５および光ファイバ１０２の直径が最大３５mmφ〜最小３mmφ程度がセンサに適用範囲であり、変位計測範囲は下記式１より約１００mm程度となる。
（３５mm×π）−（３mm×π）＝１００mm …………………式１
しかし斜面変位監視においては１００mm以上の計測範囲が必要な場合がある。本方式では板バネ１０５に光ファイバ１０２を複数回巻き付ければ計測範囲の拡大が可能であるが、複数巻きの光ファイバ直径を均等に変化させるには構造が複雑になる。また変位の計測感度を上げるには光変位センサ自体の検知特性を上げることが必要である。図９光変位センサは光ファイバ１０２の伸縮量と光ファイバ直径変化量は１：１の関係にある。微少変位を高感度で測定するには斜面伸縮量と光ファイバ直径変化量を１：ｎ（ｎ＞１）の関係にするなどの機構が必要となる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、光ファイバセンサに極力張力を加えず、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換する機構を備え耐久性の向上を図ると共に、変位計測範囲および計測感度を要求に応じて簡易に変更可能な光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、光ファイバの曲率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異なる２つの円盤に光ファイバが数回巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部を備え、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しない３５ mm φ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する３０ mm φ以下とし、緊張状態で配 設され変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化させる機構を備えた手段よりなるものである。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端を受光回路に接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発するようにした手段よりなるものである。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端に切替え光スイッチを介して受光回路を接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、警報出力回路からの警報信号によって切り替えられる切替え光スイッチを介して光ファイバの他端に切替え接続され変位検知箇所の変位発生位置を特定するＯＴＤＲ回路を設け、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発すると共に、上記ＯＴＤＲ回路によって変位検知箇所の特定の変位発生位置を検出するようにした手段よりなるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
【００１５】
〔実施の形態−１〕
ここで、図１は光ファイバを用いた光変位センサの概略構成図である。
【００１６】
図１において、光ファイバを用いた光変位センサ１は、変位を検知する箇所例えば斜面アンカーに設置された光ファイバ２の所定直径例えば直径３０mmφ以下の光減衰円形曲線部３の巻き数が変位により増減して透過光強度が変化することを利用して変位を検知する機器である。
【００１７】
光ファイバを用いた光変位センサ１は、弛緩状態で配設される光ファイバ２、光ファイバ２の所定直径の光減衰円形曲線部３と光非減衰円形曲線部４を内部に有するハウジング５、変位に連動して光非減衰円形曲線部４を回転させ緊張状態で配設される配線６などから主に構成されている。
【００１８】
弛緩状態で配設される光ファイバ２の一端には光源２ａが接続され、又光ファイバ２の他端には光源２ａが出た光を受ける受光素子２ｂが接続されている。受光素子２ｂが光源２ａから出た光の透過光強度の変化を検知することによって、変位検知箇所で光ファイバ２の光減衰円形曲線部３の巻き数の変化を検知して、変位検知箇所の変位の発生の有無及び変位の方向を検知できる。
【００１９】
光ファイバ２の光減衰円形曲線部３は、直径が所定直径例えば２５mmφからなる円盤３ａの側周面に光ファイバ２が数回巻かれた構成からなっている。光減衰円形曲線部３は光ファイバ２の巻き数の増減によって透過光強度が変化する構造になっている。また、数回巻かれた光ファイバ２はその一方が円盤３ａの側周面の固定点３ｂで固定されてハウジング５の機外に弛緩状態で取り出されている。光ファイバ２の他方は張設されて光非減衰円形曲線部４の円盤４ａの側周面に数回巻かれている。
【００２０】
円盤３ａの回転中心には回転軸３ｃの一端が連結されている。回転軸３ｃの他端はボールベアリング３ｄを介してハウジング５内の取付板５ａに取り付けられたゼンマイバネ３ｅに連結されている。ゼンマイバネ３ｅはボールベアリング３ｄを介して回転軸３ｃの一端に連結されている円盤３ａを矢印ｂ方向に回転させるように付勢している。ゼンマイバネ３ｅは約２００ｇの張力で矢印ｄ方向に引っ張っている。
【００２１】
光ファイバ２の光非減衰円形曲線部４は、直径が所定直径例えば５０mmφからなる円盤４ａの側周面に光ファイバ２が数回巻かれた構成からなっている。光非減衰円形曲線部４は光減衰円形曲線部３と異なり、光ファイバ２の巻き数の増減によって透過光強度が変化することはない。また、数回巻かれた光ファイバ２はその一方が円盤４ａの側周面の固定点４ｂで固定されてハウジング５の機外に弛緩状態で延びている。光ファイバ２の他方は張設されて光減衰円形曲線部３の円盤３ａの側周面に数回巻かれている。
【００２２】
円盤４ａの回転中心には回転軸４ｃの一端が連結されている。回転軸４ｃは上記回転軸３ｃと平行に取り付けられている。回転軸４ｃの他端はボールベアリング４ｄを介してハウジング５内の取付板５ａに取り付けられたゼンマイバネ４ｅに連結されている。ゼンマイバネ４ｅはボールベアリング４ｄを介して回転軸４ｃの一端に連結されている円盤４ａを矢印ａ方向に回転させるように付勢している。ゼンマイバネ４ｅは約２kgの張力で矢印ｃ方向に引っ張っている。
【００２３】
ハウジング５は光ファイバ２の光減衰円形曲線部３と光非減衰円形曲線部４を内部に有する箇所で、変位検知箇所例えば斜面アンカーの頭部に設置される。ハウジング５の内部には取付板５ａは取り付けられており、この取付板５ａに、光減衰円形曲線部３の円盤３ａが回転軸３ｃ、ボールベアリング３ｄ、ゼンマイバネ３ｅを介して、同様に、光非減衰円形曲線部４の円盤４ａが回転軸４ｃ、ボールベアリング４ｄ、ゼンマイバネ４ｅを介して、平行に取り付けられている。
【００２４】
配線６は、変位検知箇所に緊張状態で配設され、変位が発生すると伸張して光非減衰円形曲線部４の円盤４ａを回転させて、この光非減衰円形曲線部４の円盤４ａの回転を通じて、円盤４ａと円盤３ａに張設状態で数回巻かれている光ファイバ２の円盤３ａ側の巻き数を増減させるものである。この配線６には例えばワイヤーや高張力線が使用される。
【００２５】
配線６は円盤４ａと同軸の回転軸４ｃにその中心が取り付けられた円盤６ａの側周面にその一端が固定されて数回巻かれ、他端側はハウジング５内に取り付けられた滑車６ｂで方向変換されてハウジング５の外部に緊張状態で取り出され、図示しない隣接斜面アンカーに設置された光変位センサ１の光非減衰円形曲線部４のゼンマイバネ４ｅによる矢印ｃ反対方向約２kgの張力と均衡して設置される。光減衰円形曲線部３に数回巻かれた光ファイバ２の巻き数は変位が発生しない状態では変化せずに維持される。
【００２６】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
ハウジング５が設置された変位検知箇所で変位が発生、例えばハウジング５を設置したアンカーと隣接アンカー間に伸張変位が起きると張力の均衡がくずれ、配線６が矢印ｃ方向に動くために円盤６ａ、円盤４ａは反矢印ａ方向へ回転し円盤４ａに巻き付けられた光ファイバ２がほどけ円盤３ａに巻きとられる構造になっている。
【００２７】
光非減衰円形曲線部４の円盤４ａの直径を仮に５０mmφ、光減衰円形曲線部３の円盤３ａの直径を２５mmφとすると前記図７に示すごとく光ファイバ２は直径約３５mm以上では透過光の減衰は無く、直径２５mmφは透過光が減衰するので、円盤４ａより円盤３ａに巻き取られた光ファイバ量に比例して透過光強度が低下し、配線６の変位量を知ることができる。アンカー間変位が収縮すると円盤３ａの光ファイバ２が円盤４ａに巻き取られ前記と逆に透過光強度が増加する。
【００２８】
この発明では斜面アンカー間の変位は張力約２kgの配線伸縮に変換されるので、光ファイバにかかる張力は円盤４ａと円盤３ａ間に光ファイバ２の弛みを取るために設けられた約２００gの張力が加わる構造であり光ファイバ２の耐久性が向上する。
【００２９】
計測感度の向上は円盤６ａと円盤４ａの直径比を１：２にすればアンカー間変位量の２倍で光ファイバ２が伸縮し、反対に計測範囲を拡大する場合は上記円盤比を２：１にすれば良い。このように円盤６ａ、円盤４ａ、および円盤３ａの直径比を変えることにより間単に変位検知感度や、計測範囲長を変更できる。
【００４５】
〔実施の形態−２〕
ここで、図２は変状監視システムの概略構成図、図３は他例の変状監視システムの概略構成図である。
【００４６】
図２において、変状監視システム３１は、例えば、前記の実施の形態−１に記載の光ファイバを用いた光変位センサ１を、変状つまり変位を検知する箇所に複数配置し、各光変位センサ１の光ファイバ２の光減衰円形曲線部３の巻き数が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変状つまり変位を検知することによって、山地、崖などの傾斜面の変形や崩壊、構造物の変形や崩壊などを検知して警報を発するようにした監視システムである。
【００４７】
変状監視システム３１は、変位検知箇所に複数配置された光ファイバを用いた光変位センサ１、上記各光変位センサ１を弛緩状態で直列状に接続する光ファイバ２、上記光ファイバ２の一端が接続される投光回路３２、光ファイバ２の他端が接続される受光回路３３、受光回路３３に接続されて警報を発する警報出力回路４０、切替え光スイッチ４２によって光ファイバ２の他端に接続されるＯＴＤＲ回路４３などから主に構成されている。
【００４８】
また、受光回路３３と警報出力回路４０との間には、順に、光電アンプ３４、測定範囲設定回路３５、バッファ回路３６、リニアライズ回路３７、警報値設定回路３８、コンパレータ回路３９が接続されている。さらに、リニアライズ回路３７からは分岐して外部に伝送信号を出す外部インターフェース回路４１が接続されている。
【００４９】
光ファイバ２の他端には切替え光スイッチ４２が設けられている。この切替え光スイッチ４２は警報出力回路４０からの警告信号によって、受光回路３３からＯＴＤＲ回路４３への切り替えを自動的に行うものである。
【００５０】
ＯＴＤＲ回路４３は、Optical Time Domain Reflectometerの各頭文字をとった略語で、複数の各光変位センサ１のそれぞれの特定位置における変状つまり変位を計測できる機器である。
【００５１】
即ち、このＯＴＤＲ回路４３より光パルスを光ファイバ２に入射したとき、光ファイバ２に局所的な変状つまり変位が発生した場合、その部分の屈折率が変化することによりレイリー後方散乱光が発生し入射端に戻ってくる。このレイリー後方散乱光は反射点までの距離に比例した時間後に戻ってくるとともに、その強度は反射点における屈折率の変化、即ち、変状つまり変位の大きさに依存する。このような原理によって、このＯＴＤＲ回路４３はその時間と強度により変状の大きさと位置を知ることができるのである。
【００５２】
なお、ＯＴＤＲ回路４３は、価格が高いため、変状つまり変位の位置の特定を要さない低コストの監視システムの場合には、図３に図示するように、切替え光スイッチ４２と共に省略される。
【００５３】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく変状監視システム３１の動作について以下説明する。
光ファイバ２の一端が接続された投光回路３２からセンシング光が入射される。入射されたセンシング光は、変状つまり変位検知箇所に設置された複数の光変位センサ１の光減衰円形曲線部３を経て光ファイバ２の他端に到達する。
【００５４】
光ファイバ２の他端には切替え光スイッチ４２が設けられていて、この切替え光スイッチ４２は通常受光回路３３側に選択されており、透過光は受光回路３３の受光素子により電気信号に変換され、光電アンプ３４に導かれる。光電アンプ３４で増幅された信号は、測定範囲設定回路３５でセンサによって決まる検出特性の所要の部分を選択的に抽出するべく設定され、バッファ回路３６のインピーダンス変換を経てリニアライズ回路３７で直線化され警報値設定回路３８に送られる。
【００５５】
この信号は変状つまり変位の発生により見込まれる透過光量の変化に対応した所要の設定値とコンパレータ回路３９にて比較され、設定値以上になると、変位検知箇所で変状つまり変位が発生した旨の警報がリアルタイムで警報出力回路４０より発せられるようになっている。
【００５６】
さらに、この警報信号は切替え光スイッチ４２を駆動し、ＯＴＤＲ回路４３側へその光路を切り替える。これにより、変状つまり変位の発生箇所を特定するための高度の監視が継続される。
【００５７】
なお、リニアライズ回路３７を出た信号は外部インターフェース回路４１にも分配され、ここでデジタル変換されて伝送信号として取り出せるようになっている。
【００５８】
続いて、上記発明の実施の形態の構成に基づく変状監視システム３１の使用例について以下説明する。
図４は、山地、崖など傾斜面の土砂崩壊の前兆を早期かつ的確に検知するために、光ファイバを用いた光変位センサ１を敷設した変状監視システム３１の使用例である。
【００５９】
図４において、変状監視システム３１は図２又は図３に示すものであり、光ファイバ２は傾斜面５１及び傾斜面上部５２を、それぞれ複数の光ファイバを用いた光変位センサ１とともに図のように必要とする監視区域を上下に一周するように敷設されている。この場合、光ファイバ２は、山地、崖などの傾斜面５１の状況に応じて決定された間隔で打ち込まれたアンカー５３の頭部に取付けられ、通常、小動物や雑草による外乱を避けるために図示しないケーブルトラフなどで保護される。
【００６０】
図５は、図４における傾斜面上部５２における敷設状況の詳細を示すもので、バネ機構（ゼンマイバネ３ｅ，４ｅ）により、光の伝送損失の増加のみならず減少傾向も検出可能な本願発明の光ファイバを用いた光変位センサ１の特徴を有効に活用した敷設例である。
【００６１】
光ファイバ２を敷設しようとする山地、崖などの傾斜面５１は通常フラットの場合はまれであり、図のように凹凸のある地盤に敷設することが多いと考えられる。
【００６２】
ここで、図の破線で示す地盤の盛り上がった部分に設置された光ファイバを用いた光変位センサ１ｂは、隣接する光変位センサ１ａ或いは光変位センサ１ｃより少し高い位置にある。一連の光ファイバ２はそれぞれ、光変位センサ１のハウジング５の片側で固定されており、しかも光減衰円形曲線部３の変化域の中間を保持するように初期の段階で敷設されているので、それぞれの区間の変状（高低差）が光変位センサ１の変位すなわち光減衰円形曲線部３の変化として検知可能となる。
【００６３】
従って、土砂崩壊の前兆として傾斜面上部５２が僅かに崩落５４した場合でも、中央の光変位センサ１ｂの沈降により、光変位センサ１ｂ及び光変位センサ１ｃの光減衰円形曲線部３の巻き数は配線６の余長を取り込むかたち５５で当初は減少し、さらに沈降がすすむと配線６の不足長を繰り出すかたち５６で縮小するので、光減衰円形曲線部３の巻き数に対応した光の伝送損失５７は崩落の進行に応じて減少５８から増加５９をたどることになるが、組み合わせ使用される変状監視システム３１（図２）の警報値設定回路３８にて検出信号の負方向にたいする設定により減少傾向も土砂崩壊の前兆を示す信号として利用できる。
【００６４】
図６は、図４における傾斜面５１において土砂崩壊の前兆である傾斜面５１のはらみ６１を検知するための敷設例である。光ファイバ２は傾斜面５１に添って水平方向に光変位センサ１ａ、光変位センサ１ｂ、光変位センサ１ｃとともに敷設されている。
【００６５】
また、一連の光ファイバ２は、それぞれ光減衰円形曲線部３の変化域の中間を保持するよう光変位センサ１のハウジング５で固定されているので、それぞれの区間の変状が光ファイバ２の光減衰円形曲線部３の巻き数の変化として検知される。
【００６６】
ここで、光変位センサ１ｂの部位で傾斜面５１のはらみ６１が発生した場合、光変位センサ１ｂははらみ６１により光変位センサ１ａ、光変位センサ１ｃよりも前方へ迫り出すので、光変位センサ１ａ及び光変位センサ１ｃの光減衰円形曲線部３の巻き数は配線６の不足長を繰り出すかたち６２で大きくなる。
【００６７】
従って、光変位センサ１では光の伝送損失が増加することになり、これを監視することによって、土砂崩壊の前兆である傾斜面５１のはらみ６１を検知することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１の発明に係る光ファイバを用いた光変位センサによれば、変状つまり変位の正負方向の微小変化を高感度で検出することが可能となると共に、光ファイバを緊張状態でなく弛緩状態で使用できるので、光ファイバの耐久性を高めることができる。
【００６９】
また、請求項１の発明に係る光ファイバを用いた光変位センサによれば、前記の効果に加えて、光減衰円形曲線部と光非減衰円形曲線部の直径比を大きくすることにより、同一の変位量に対する感度を上げることができる。
【００７１】
また、請求項２〜３の発明に係る変状監視システムによれば、請求項１の光ファイバを用いた光変位センサを使用することにより、光ファイバの敷設方法において変状による伸縮の変化範囲を見込まれる変動量及び方向に応じて選択することができる。しかも、センサとして使用する光ファイバ一本で傾斜面のはらみ及び傾斜面上部の崩落を監視でき、土砂崩壊の早期検知を目的とした経済的かつ効果的なシステムを構成できる。
【００７２】
また、請求項２の発明に係る変状監視システムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構成する場合において、監視装置として高価なＯＴＤＲ回路を除いたシステムを採用することにより低コストが可能となる。
【００７３】
また、請求項３の発明に係る変状監視システムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構成する場合において、監視装置としてＯＴＤＲ回路を加えることにより、変状の発生箇所を特定することができ、高度の監視を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態−１を示す光ファイバを用いた光変位センサの概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態−２を示す変状監視システムの概略構成図である。
【図３】この発明の実施の形態−２を示す他例の変状監視システムの概略構成図である。
【図４】この発明の実施の形態−２を示す変状監視システムを傾斜面に敷設した概略斜視図である。
【図５】（Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す変状監視システムを敷設した傾斜面上部の変状状態の概略正面図である。
（Ｂ）は同図（Ａ）の側断面図である。
【図６】（Ａ）はこの発明の実施の形態−２を示す変状監視システムを敷設した傾斜面の変状状態の概略正面図である。
（Ｂ）は同図（Ａ）の側断面図である。
【図７】光ファイバループ直径と透過光強度の関係図である。
【図８】従来式光変位センサの斜面設置状況図である。
【図９】従来式光変位センサの概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光ファイバを用いた光変位センサ
２ 光ファイバ
２ａ 光源
２ｂ 受光素子
３ 光減衰円形曲線部
３ａ 円盤
３ｂ 固定点
３ｃ 回転軸
３ｄ ボールベアリング
３ｅ ゼンマイバネ
４ 光非減衰円形曲線部
４ａ 円盤
４ｂ 固定点
４ｃ 回転軸
４ｄ ボールベアリング
４ｅ ゼンマイバネ
５ ハウジング
５ａ 取付板
６ 配線
６ａ 円盤
６ｂ 滑車
３１ 変状監視システム
３２ 投光回路
３３ 受光回路
３４ 光電アンプ
３５ 測定範囲設定回路
３６ バッファ回路
３７ リニアライズ回路
３８ 警報値設定回路
３９ コンパレータ回路
４０ 警報出力回路
４１ 外部インターフェース回路
４２ 切替え光スイッチ
４３ ＯＴＤＲ回路
５１ 傾斜面
５２ 傾斜面上部
５３ アンカー
５４ 崩落
５５ 取り込むかたち
５６ 繰り出すかたち
５７ 損失
５８ 減少
５９ 増加
６１ はらみ
６２ 繰り出すかたち
Claims (3)
- 光ファイバの曲率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異なる２つの円盤に光ファイバが数回巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部を備え、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しない３５mmφ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する３０mmφ以下とし、緊張状態で配設され変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化させる機構を備えたことを特徴とする光ファイバを用いた光変位センサ。
- 請求項１に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端を受光回路に接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発するようにしたことを特徴とする変状監視システム。
- 請求項１に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端に切替え光スイッチを介して受光回路を接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、警報出力回路からの警報信号によって切り替えられる切替え光スイッチを介して光ファイバの他端に切替え接続され変位検知箇所の変位発生位置を特定するＯＴＤＲ回路を設け、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発すると共に、上記ＯＴＤＲ回路によって変位検知箇所の特定の変位発生位置を検出するようにしたことを特徴とする変状監視システム。
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