JP5412525B2 - ファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用のインテリジェントケーブルシステム - Google Patents

Description

本発明は、斜張橋、吊橋、アーチ橋などケーブル耐力構造に適用でき、センサを内設するインテリジェントケーブルシステムに関する。

現代の大スパンのブリッジのケーブルシステムは斜張橋と吊橋の中核部材で、大スパンのブリッジ構造の自重とブリッジ上の動荷重は圧倒的大部分がケーブルシステムを介して塔柱へ伝送され、ケーブルの稼働状態はブリッジが安全状態にあるか否かを直接反映する重要な印の一つである。しかし、構造の設計、環境による腐食、疲労の累積など原因により、使用期間でケーブルに各種各様の程度の損傷と劣化が現れることは不可避である。もしセンサを有機的にケーブル内部に集中し、それ自身が内部応力、温度などパラメータを測量できるようにさせ、それが１つの単純に耐力をするケーブルから自動感知能力を有するインテリジェントケーブルにレベルアップするとともに、ケーブルの全体受力と局部鋼線の受力のモニタリングに共に配慮する可能性も実現するようにさせることができれば、人々がケーブル自身及びブリッジ全体の構造安全性と運営状態を把握し、適時に事故の前兆を発見して、突発性事故の発生を防止することにさらに有利である。

ファイバグレーティングは性能の優良なセンシング部品で、ブラグ反射波長の移動によって外界の微小な損傷変化を感応して構造的応力、温度などパラメータに対しオンラインモニタリングを実現できる。それは悪い環境を嫌がることなく、騒音の影響を受けず、電磁干渉に対抗し、センシングと伝送を一体に集中し、構造が簡単で、使用が便利で、測量精度が高いなど利点を有する。しかし、特別処理をしていないファイバグレーティングはとても脆くて弱いため、直接ケーブルの中に配置すれば、壊れやすい。ファイバグレーティングをケーブルと合わせることは、ファイバグレーティングセンサ及びファイバがケーブル製造及び応用過程において成功率を向上させるように如何にファイバグレーティングを何種のパッケージ化形式でパッケージ化をするか、ファイバグレーティングセンサの埋設工芸の信頼性を確保するように如何にパッケージ化のファイバグレーティングセンサをケーブル内部に内設するか、如何にファイバグレーティング信号を損傷なしにケーブル本体外へ引出するかなど問題に係る。

中国特許第１７７９０６７Ａ号明細書 中国特許第１０１５３９４０３Ａ号明細書

本発明の目的は、上述した問題点を克服し、ケーブル製造及び応用過程においてファイバグレーティングセンサ及びファイバの残存率を向上させ、ファイバグレーティングセンサの埋設工程の信頼性を確保し、またファイバグレーティング信号を損傷なしにケーブル本体外へ有効に引出することができるファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用インテリジェントケーブルシステムを提供することである。

本発明の目的は下記技術手段の提供によって実現される。ファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用インテリジェントケーブルシステムは、アンカーカップと、ケーブル分岐プレートと、連接筒と、連接筒部に内設するファイバグレーティングセンサと、ケーブル本体と、を含み、前記ファイバグレーティングセンサはファイバグレーティング損傷センサとファイバグレーティング温度センサを含み、前記ファイバグレーティング損傷センサとファイバグレーティング温度センサに対し先ずパッケージ化を行い、且つファイバグレーティング損傷センサ及びファイバグレーティング温度センサのピグテールを引出し、パッケージ化後のファイバグレーティング損傷センサは連接筒部の外層鋼線に固接され、パッケージ化後のファイバグレーティング温度センサは連接筒部の鋼線に吊設され、前記ケーブル分岐プレートに穿孔を穿設し、前記連接筒及びアンカーカップ内に内蔵鋼管を予め埋設し、該内蔵鋼管は前記ケーブル分岐プレートにおける穿孔から引出され、ファイバグレーティング損傷センサとファイバグレーティング温度センサとピグテールをファイバチャンプケーブルに連結し、該ファイバチャンプケーブルは前記内蔵鋼管を介してケーブルの中から引出され、ケーブルの中から引出されたファイバチャンプケーブルを１つのファイバグレーティング復調器に連結し、ファイバグレーティングの中心波長の変化をモニターすることによって、ケーブル内の温度、ケーブルの全体受力状況及びケーブル内鋼線の応力分布状況に対してリアルモニタリングを行うことを実現できる。

前記ファイバグレーティングセンサのパッケージ化構造は下記通り、前記ファイバグレーティング損傷センサが第１ファイバグレーティング、中間軸方向第２鋼管、第１鋼管、直径が少し太い第１保護鋼管、及びケーブル用鋼線と連接するための支持台を含み、前記第１保護鋼管が１つ有し、第２鋼管、支持台及び第１鋼管が共に２つ有し、２つの第２鋼管、２つの支持台及び２つの第１鋼管を左右対称に前記第１保護鋼管の左右両側に配置し、第２鋼管の直径＜第１鋼管の直径＜第１保護鋼管の直径で、前記第２鋼管の中間に軸方向で溝付し、支持台の上部区域に穿孔を穿設し、所定標点距離の第１鋼管の中間は前記支持台の上部区域における穿孔を貫通して支持台に連接され、直径が少し太く、長さが適当な第１保護鋼管の両端をそれぞれ前記２つの第１鋼管の片端に被装し、第１鋼管の他端を前記第２鋼管の片端に被装し、第１ファイバグレーティングが第２鋼管、第１鋼管及び第１保護鋼管を貫通させ、グレーティング領域は第１保護鋼管の中心位置に位置され、第１ファイバグレーティングの両端を接着剤で２つの第２鋼管の溝内に固着し、溝部を保護するように第２鋼管の溝位置に第２熱収縮スリーブを被装し、前記第１ファイバグレーティング両端のピグテールを前記第２鋼管(９―２)の他端から引出し、ファイバグレーティング損傷センサの支持台を前記ケーブルの鋼線と連接し、ファイバグレーティング損傷センサの外に保護カバーを被せてそれを保護し、膠泥で保護カバーと鋼線のシール位置をシールし、膠泥でシールした後の鋼線シール位置の外面をさらに接着テープでシールして、完全シール後のファイバグレーティング損傷センサを形成する。

前記ファイバグレーティング温度センサのパッケージ化構造は下記通り、前記ファイバグレーティング温度センサが第２ファイバグレーティング、第２保護鋼管及び第２熱収縮スリーブを含み、第２ファイバグレーティングが第２保護鋼管内に吊設され、第２保護鋼管内からピグテールを引出し、引出位置を接着剤で固着し、且つ第２熱収縮スリーブで熱収縮保護を行う。

本発明によるケーブルの連接筒部にファイバグレーティングセンサを内設するインテリジェントケーブルシステムによれば、外部にファイバグレーティング復調器を連結することによってファイバグレーティングの中心波長の変化を測量するので、ケーブル内の応力分布状況及びケーブルの全体受力状況に対しリアルモニタリングを行い、特大ブリッジの安全性監視要件を満足させ、ブリッジの安全性を向上できる。

センサを内設する測量ケーブルの受力状態は従来から研究の難点で、ケーブルに内設するファイバグレーティング損傷センサ９のパッキング化構造は下記通りである。
図１を参照し、図１は本発明が係るファイバグレーティング損傷センサの構造説明図である。図１からわかるように、本発明が係るファイバグレーティング損傷センサ９は第１ファイバグレーティング９―１、第２鋼管９―２、第１鋼管９―３、直径が少し太い第１保護鋼管９―６、及びケーブル用鋼線と連接するための支持台９―４を含み、前記第１保護鋼管９―６が１つ有し、第１鋼管９―３、支持台９―４及び第２鋼管９―２が共に２つ有し、２つの第１鋼管９―３、２つの支持台９―４及び２つの第２鋼管９―２を左右対称に前記第１保護鋼管９―６の左右両側に配置し、第２鋼管９―２の直径＜第１鋼管９―３の直径＜第１保護鋼管９―６の直径で、図２のように、前記第２鋼管９―２の中間に軸方向で溝付し、支持台９―４の上部区域に穿孔を穿設し、図３と図４のように、所定標点距離の第１鋼管９―３の中間は前記支持台９―４の上部区域における穿孔を貫通して支持台９―４に連接され、前記第１鋼管９―３の中間を径方向で切開して２つに分け、切断の目的は力をファイバグレーティングに直接伝送することで、即ちファイバグレーティングを引き、第１鋼管９―３が大きな損傷を直接受けることを避けた。細い鋼管９―３の切開後の連接位置を保護するように、直径が少し大きく、長さが適当な第１保護鋼管９―６の両端をそれぞれ前記２つの第１鋼管９―３の片端に被装し、第１鋼管９―３の他端を前記第２鋼管９―２の片端に被装し、第１ファイバグレーティング９―１が第１鋼管９―３、第２鋼管９―２及び第１保護鋼管９―６を貫通させ、グレーティング領域は第１保護鋼管９―６の中心位置に位置され、第１ファイバグレーティング９―１の両端を接着剤で第２鋼管９―２の溝内に固着し、その溝部を保護するように第２鋼管９―２に第２熱収縮スリーブ９―５を被装し、前記第１ファイバグレーティング９―１両端のピグテールを前記第２鋼管９―２の他端から引出する。

前記ファイバグレーティング温度センサのパッケージ化構造は下記通り、図６のように、前記ファイバグレーティング温度センサ１０が第２ファイバグレーティング１０―１、第２保護鋼管１０―２及び第２熱収縮スリーブ１０―３を含み、第２ファイバグレーティング１０―１が第２保護鋼管内に吊設され、第２保護鋼管１０―２内からピグテールを引出し、引出位置を接着剤で固着し、且つ第２熱収縮スリーブ１０―３で熱収縮保護を行う。

ファイバグレーティング損傷センサ９とファイバグレーティング温度センサ１０をケーブル内部に配置することは、如何にファイバグレーティング損傷センサ９とファイバグレーティング温度センサ１０のセンシング信号を有効にケーブル本体外へ引出するかの問題に係る。常用ケーブルの構造説明図は図７に示すように、該ケーブルはアンカーカップ１、エポキシ鋳造アンカー補填材料２、鋼線３、連接筒４、ケーブル分岐プレート５、連接筒シール補填材料６、及びケーブル本体１１からなる。図８に示すように、ケーブル分岐プレート５に複数の孔５―１を予設する。適当な長さ、適当な直径の内蔵鋼管７は予設された孔５―１内を貫通し、ファイバチャンプケーブル８の引出のためにダクトを予設する。内蔵鋼管７に対する要求は所定の耐折強さとエポキシ鋳造アンカー補填材料２を注ぐ時に耐える必要がある横圧を耐えることができるということである。アンカーカップ１にエポキシ鋳造アンカー補填材料２を注入し、アンカーカップが内部の鋼線と一体になるようにアンカーカップ１を加熱炉に投入して加熱硬化を行う。アンカーカップに補填材料を注入する工程が完了した後、図５と図９のように、鋼線３が受ける力をファイバグレーティング損傷センサ９のファイバグレーティングに有効に伝送させるように、ファイバグレーティング損傷センサ９をその支持台９―４を介してケーブルの連接筒４部の外層鋼線３と連接する。図９に示すように、ファイバグレーティング損傷センサ９を保護カバーで保護し、ファイバグレーティング損傷センサを保護するように膠泥で保護カバーと鋼線の隙間位置をシールし、外面をさらに接着テープでシールして、完全パッキング化後のファイバグレーティング損傷センサ９を形成する。パッキング化後のファイバグレーティング温度センサ１０は前記連接筒４内の鋼線に吊設され、ファイバチャンプケーブル８を内蔵鋼管７内に貫入する。連接筒４を被装し、連接筒シール補填材料６を注入して、連接筒の常温硬化環節を行う。最終的なインテリジェントケーブル構造説明図は図１０に示すようである。

図１１に示すように、インテリジェントケーブルアンカー端から引出されるファイバチャンプケーブル８をファイバグレーティング復調器１２に連結し、ファイバグレーティングの中心波長の変化をモニターすることによって、内設されるファイバグレーティング温度センサを介して、ケーブル内の温度変化をリアルにモニターし、内設されるファイバグレーティング損傷センサを介して、且つ内設されるファイバグレーティング温度補償の結果と合わせて、ケーブル内鋼線の応力分布状況及びケーブルの全体受力に対しリアルモニタリングを行う。

本発明の一実施の形態に係るファイバグレーティング損傷センサの構造を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係る第２鋼管を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係る支持台部品を示した図である。 図３のＡ―Ａ断面図である。 本発明の一実施の形態に係るファイバグレーティング損傷センサとケーブルの鋼線の連接を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係るファイバグレーティング温度センサの構造を示した説明図である。 常用ケーブルの構造を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係るケーブル分岐プレートの断面を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係るケーブル内の内蔵鋼管を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係るファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用インテリジェントケーブルシステムの構造を示した説明図である。 本発明の一実施の形態に係るファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用インテリジェントケーブルシステムのモニタリングを示した説明図である。

１ アンカーカップ
２ エポキシ鋳造アンカー補填材料
３ 鋼線
４ 連接筒
５ ケーブル分岐プレート
５―１ 孔
６ 連接筒シール補填材料
７ 内蔵鋼管
８ ファイバチャンプケーブル
９ ファイバグレーティング損傷センサ
１０ とファイバグレーティング温度センサ
１１ ケーブル本体
１２ ファイバグレーティング復調器
９―１ 第１ファイバグレーティング
９―２ 第２鋼管
９―３ 第１鋼管
９―４ 支持台
９―５ 第２熱収縮スリーブ
９―６ 第１保護鋼管
１０―１ 第２ファイバグレーティング
１０―２ 第２保護鋼管
１０―３ 第２熱収縮スリーブ

Claims (1)

1. アンカーカップ（１）と、ケーブル分岐プレート（５）と、連接筒（４）と、連接筒（４）に内設するファイバグレーティング損傷センサ（９）とファイバグレーティング温度センサ（１０）と、ケーブル本体（１１）と、を含む、ファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用のインテリジェントケーブルシステムにおいて、
   ファイバグレーティング損傷センサ（９）とファイバグレーティング温度センサ（１０）に対し先ずパッケージ化を行い、且つファイバグレーティング損傷センサ（９）及びファイバグレーティング温度センサ（１０）のピグテール（９−７）を引出し、パッケージ化後のファイバグレーティング損傷センサ（９）は連接筒部（１１−１）の外層の鋼線（３）に固接され、パッケージ化後のファイバグレーティング温度センサ（１０）は連接筒部（１１−１）の鋼線（３）に吊設され、前記ケーブル分岐プレート（５）に穿孔（５―１）を穿設し、前記連接筒（４）及びアンカーカップ（１）内に内蔵鋼管（７）を予め埋設し、該内蔵鋼管（７）は前記ケーブル分岐プレート（５）における穿孔（５―１）を貫通し、ファイバグレーティング損傷センサ（９）とファイバグレーティング温度センサ（１０）のピグテール（９−７）を１つのファイバチャンプケーブル（８）に連結し、該ファイバチャンプケーブル（８）は前記内蔵鋼管（７）を介してケーブルの中から引出され、ケーブルの中から引出されたファイバチャンプケーブル（８）を１つのファイバグレーティング復調器（１２）に連結し、前記ファイバグレーティング損傷センサ（９）が第１ファイバグレーティング（９―１）、第１鋼管（９―３）、第２鋼管（９―２）、第１保護鋼管（９―６）及び支持台（９―４）を含み、前記第１保護鋼管（９―６）が１つ有し、第１鋼管（９―３）、支持台（９―４）及び第２鋼管（９―２）が共に２つ有し、２つの第１鋼管（９―３）、２つの支持台（９―４）及び２つの第２鋼管（９―２）を左右対称に前記第１保護鋼管（９―６）の左右両側に配置し、第２鋼管（９―２）の直径＜第１鋼管（９―３）の直径＜第１保護鋼管（９―６）の直径で、前記第２鋼管（９―２）の中間に軸方向で溝付し、支持台（９―４）の上部区域に穿孔を穿設し、第１鋼管（９―３）の中間は前記支持台（９―４）の上部区域における穿孔を貫通して支持台（９―４）に連接され、第１保護鋼管（９―６）の両端をそれぞれ前記２つの第１鋼管（９―３）の片端に被装し、第１鋼管（９―３）の他端を前記第２鋼管（９―２）の片端に被装し、第１ファイバグレーティング（９―１）に第２鋼管（９―２）、第１鋼管（９―３）及び第１保護鋼管（９―６）を貫通させ、第１ファイバグレーティング(９―１)の両端を接着剤で前記２つの第２鋼管(９―２)の溝内に固着し、第２鋼管(９―２)の溝位置に第２熱収縮スリーブ(９―５)を被装し、前記第１ファイバグレーティング(９―１)両端のピグテール（９−７）を前記第２鋼管(９―２)の他端から引出し、ファイバグレーティング損傷センサ(９)の支持台を前記ケーブルの鋼線と連接し、前記ファイバグレーティング温度センサ(１０)が第２ファイバグレーティング(１０―１)、第２保護鋼管(１０―２)及び第２熱収縮スリーブ(１０―３)を含み、第２ファイバグレーティング(１０―１)が第２保護鋼管(１０―２)内に吊設され、第２ファイバグレーティング(１０―１)が第２保護鋼管(１０―２)内からピグテール（９−７）を引出され、引出位置を接着剤で固着し、且つ第２熱収縮スリーブ（１０―３）に被装する、ファイバグレーティングセンサを内設するブリッジ用のインテリジェントケーブルシステム。
   

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