JP6761575B2 - Accelerometer - Google Patents
Accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- JP6761575B2 JP6761575B2 JP2016027503A JP2016027503A JP6761575B2 JP 6761575 B2 JP6761575 B2 JP 6761575B2 JP 2016027503 A JP2016027503 A JP 2016027503A JP 2016027503 A JP2016027503 A JP 2016027503A JP 6761575 B2 JP6761575 B2 JP 6761575B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- arm member
- accelerometer
- support shaft
- fiber sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、加速度計に関し、特に、光ファイバセンサの歪み量に基づいて加速度を計測する加速度計に関する。 The present invention relates to an accelerometer, and more particularly to an accelerometer that measures acceleration based on the amount of strain in an optical fiber sensor.
例えば、橋梁等の構造物の劣化や損傷の有無を監視するため、構造物に加速度を計測する計測装置を設置し、計測された加速度から構造物の固有振動数、減衰（構造減衰）、撓み量等を算出している。かかる計測装置として、例えば、歪みゲージを用いた電気式計測装置が一般に使用されている。 For example, in order to monitor the presence or absence of deterioration or damage of a structure such as a bridge, a measuring device for measuring acceleration is installed in the structure, and the natural frequency, damping (structural damping), and deflection of the structure are obtained from the measured acceleration. The amount etc. are calculated. As such a measuring device, for example, an electric measuring device using a strain gauge is generally used.
しかしながら、歪みゲージを用いた計測装置は、測定データを電気的に取得するため、例えば、過酷な環境下に置かれた構造物のような場合、断線やショートによる不具合が発生するおそれがある。また、歪みゲージが構造物から剥離してしまうと、計測自体が不可能になってしまう。 However, since the measuring device using the strain gauge electrically acquires the measurement data, for example, in the case of a structure placed in a harsh environment, a defect due to disconnection or short circuit may occur. Further, if the strain gauge is separated from the structure, the measurement itself becomes impossible.
そこで、上記の不具合を回避できる計測装置として、光信号を利用して測定データを取得するように構成した装置が種々開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。 Therefore, as a measuring device capable of avoiding the above-mentioned problems, various devices configured to acquire measurement data by using an optical signal have been developed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献１に記載された加速度計は、構造物に対して光ファイバ及びばね部材を介して重り部材を連結し、構造物の加速度を重り部材の変位方向と平行に配置した光ファイバの歪みに基づいて計測するように構成されている。 The accelerometer described in Patent Document 1 connects a weight member to a structure via an optical fiber and a spring member, and adjusts the acceleration of the structure to the strain of the optical fiber arranged in parallel with the displacement direction of the weight member. It is configured to measure based on.
また、特許文献２に記載された加速度計は、構造物に対して光ファイバ及びばね部材を介して重り部材を連結し、構造物の加速度を重り部材の変位方向と直交する方向に変形する光ファイバの変形量に基づいて計測するように構成されている。 Further, the accelerometer described in Patent Document 2 connects a weight member to a structure via an optical fiber and a spring member, and deforms the acceleration of the structure in a direction orthogonal to the displacement direction of the weight member. It is configured to measure based on the amount of deformation of the fiber.
しかしながら、特許文献１に記載された加速度計では、光ファイバに重り部材が直接連結されているため、計測可能な周波数領域は、光ファイバが弾性変形できる範囲内に制限されてしまうという問題がある。また、特許文献２に記載された加速度計では、光ファイバがばね部材に沿って配置されていることから、光ファイバの撓みに基づいて歪み量を算出することとなる。したがって、おもりの揺動量に対して光ファイバの撓み量が小さく、振幅の少ない振動や低周波領域の振動の計測が難しく、計測可能な周波数領域が狭いという問題がある。 However, in the accelerometer described in Patent Document 1, since the weight member is directly connected to the optical fiber, there is a problem that the measurable frequency range is limited to the range in which the optical fiber can be elastically deformed. .. Further, in the accelerometer described in Patent Document 2, since the optical fiber is arranged along the spring member, the amount of strain is calculated based on the deflection of the optical fiber. Therefore, there is a problem that the amount of deflection of the optical fiber is small with respect to the amount of vibration of the weight, it is difficult to measure vibration with a small amplitude and vibration in a low frequency region, and the measurable frequency region is narrow.
本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、広範囲の周波数領域の計測に対応することができる加速度計を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an accelerometer capable of supporting measurement in a wide frequency range.
本発明によれば、支軸を中心として揺動可能に配置されるアーム部材と、該アーム部材の端部に配置される重錘と、を備えた振動子と、該振動子の揺動方向に延伸するように前記アーム部材に配置された光ファイバセンサと、を備え、前記アーム部材は、長手方向に沿って形成され前記支軸が挿通される長孔を備えており、前記光ファイバセンサにより出力される歪み量に基づいて加速度を計測する、ことを特徴とする加速度計が提供される。
According to the present invention, an oscillator including an arm member that is swingably arranged about a support shaft and a weight that is arranged at an end of the arm member, and a swing direction of the vibrator. The optical fiber sensor is provided with an optical fiber sensor arranged in the arm member so as to extend to the arm member, and the arm member is provided with an elongated hole formed along the longitudinal direction through which the support shaft is inserted. Provided is an accelerometer characterized in that the acceleration is measured based on the amount of strain output by.
前記加速度計は、前記光ファイバセンサと平行に前記アーム部材に配置された弾性部材を備えていてもよい。 The accelerometer may include an elastic member arranged on the arm member in parallel with the optical fiber sensor.
また、前記光ファイバセンサ及び前記弾性部材は、前記アーム部材の両側に配置されていてもよい。 Further, the optical fiber sensor and the elastic member may be arranged on both sides of the arm member.
また、前記光ファイバセンサ及び前記弾性部材は、前記支軸を挟んで前記重錘と反対側に配置されていてもよい。 Further, the optical fiber sensor and the elastic member may be arranged on the side opposite to the weight with the support shaft interposed therebetween.
上述した本発明に係る加速度計によれば、振動子が揺動した際に光ファイバセンサが伸縮し、その歪み量に基づいて加速度を計測することができる。また、本発明によれば、計測対象物に生じる振動特性に応じてアーム部材の支軸の位置を変更することができ、広範囲の周波数領域の計測に対応することができる。 According to the accelerometer according to the present invention described above, the optical fiber sensor expands and contracts when the vibrator swings, and the acceleration can be measured based on the amount of strain. Further, according to the present invention, the position of the support shaft of the arm member can be changed according to the vibration characteristics generated in the measurement object, and the measurement in a wide frequency range can be supported.
以下、本発明の実施形態について図１（ａ）〜図４（ｃ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る加速度計の構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、である。図２は、図１に示した加速度計を橋梁の加速度計測に適用した場合の概略構成図である。なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したＸＹＺ軸は、Ｚ軸を鉛直方向とする三軸直交座標系を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 4 (c). Here, FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an accelerometer according to the first embodiment of the present invention, (a) is a vertical sectional view, and (b) is a sectional view taken along the line BB in FIG. 1 (a). The figure. FIG. 2 is a schematic configuration diagram when the accelerometer shown in FIG. 1 is applied to the acceleration measurement of a bridge. The XYZ axes shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) indicate a three-axis Cartesian coordinate system with the Z axis in the vertical direction.
本発明の第一実施形態に係る加速度計１は、例えば、図１に示したように、支軸２を中心として揺動可能に配置されるアーム部材３と、アーム部材３の端部に配置される重錘４と、を備えた振動子５と、振動子５の揺動方向（Ｚ軸方向）に延伸するようにアーム部材３に配置された光ファイバセンサ６と、光ファイバセンサ６と平行にアーム部材３に配置された弾性部材７と、振動子５等を収容する筐体８と、を備え、光ファイバセンサ６により出力される歪み量に基づいて加速度を計測するように構成されている。 As shown in FIG. 1, for example, the accelerometer 1 according to the first embodiment of the present invention is arranged at an arm member 3 that is swingably arranged about a support shaft 2 and an end portion of the arm member 3. The vibrator 5 provided with the weight 4 to be formed, the optical fiber sensor 6 arranged on the arm member 3 so as to extend in the swing direction (Z-axis direction) of the vibrator 5, and the optical fiber sensor 6. An elastic member 7 arranged in parallel on the arm member 3 and a housing 8 for accommodating the oscillator 5 and the like are provided, and the acceleration is measured based on the amount of strain output by the optical fiber sensor 6. ing.
加速度計１を構成する部品（振動子５、光ファイバセンサ６及び弾性部材７）は、略直方体形状の筐体８に収容されユニット化されている。筐体８は、計測対象物である構造物Ｓへの取付部を形成するフランジ部８ａを有していてもよい。筐体８は、加速度計１の各構成部品を外部環境から保護する容器であり、十分な剛性及び防水性を有していることが好ましい。 The parts (oscillator 5, optical fiber sensor 6 and elastic member 7) constituting the accelerometer 1 are housed in a substantially rectangular parallelepiped housing 8 and unitized. The housing 8 may have a flange portion 8a that forms an attachment portion to the structure S, which is an object to be measured. The housing 8 is a container that protects each component of the accelerometer 1 from the external environment, and preferably has sufficient rigidity and waterproofness.
支軸２は、図１（ｂ）に示したように、両端部が筐体８の側面に固定される。本実施形態において、支軸２は水平方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。なお、支軸２の支持方法は、図示した構成に限定されるものではなく、例えば、筐体８の下面に配置された一対の支持部材によって支軸２を支持するようにしてもよい。 As shown in FIG. 1B, both ends of the support shaft 2 are fixed to the side surface of the housing 8. In the present embodiment, the support shaft 2 is arranged along the horizontal direction (Y-axis direction). The method of supporting the support shaft 2 is not limited to the illustrated configuration, and for example, the support shaft 2 may be supported by a pair of support members arranged on the lower surface of the housing 8.
アーム部材３は、図１（ａ）に示したように、鉛直面（ＸＺ平面）内で揺動可能な状態となるように支軸２に軸支される。本実施形態では、アーム部材３の中間部に支軸２が挿通されている。 As shown in FIG. 1A, the arm member 3 is pivotally supported by a support shaft 2 so as to be swingable in a vertical plane (XZ plane). In the present embodiment, the support shaft 2 is inserted through the intermediate portion of the arm member 3.
また、アーム部材３の一端部には重錘４が配置される。本実施形態では、重錘４をアーム部材３の端部に固定しているが、アーム部材３の長手方向に沿って重錘４の位置を変更できるように構成してもよい。例えば、アーム部材３の一端にネジを切っておき、そのネジに重錘４を螺合させる構成であってもよい。また、重錘４にアーム部材３を挿通する開口部を形成しておき、アーム部材３及び重錘４を側面からピンで連結する構成であってもよい。また、重錘４は、用途に応じて重量の異なる重錘に交換可能であってもよい。 Further, a weight 4 is arranged at one end of the arm member 3. In the present embodiment, the weight 4 is fixed to the end of the arm member 3, but the position of the weight 4 may be changed along the longitudinal direction of the arm member 3. For example, a screw may be cut at one end of the arm member 3 and the weight 4 may be screwed into the screw. Further, an opening through which the arm member 3 is inserted may be formed in the weight 4, and the arm member 3 and the weight 4 may be connected by a pin from the side surface. Further, the weight 4 may be replaced with a weight having a different weight depending on the application.
かかるアーム部材３及び重錘４により振動子５が構成される。なお、本実施形態では、支軸２を筐体８に固定しアーム部材３を支軸２に対して揺動可能に構成しているが、支軸２を筐体８に回動可能に接続しアーム部材３を支軸２に固定して支軸２及びアーム部材３を揺動可能に構成してもよい。 The vibrator 5 is composed of the arm member 3 and the weight 4. In the present embodiment, the support shaft 2 is fixed to the housing 8 and the arm member 3 is configured to swing with respect to the support shaft 2, but the support shaft 2 is rotatably connected to the housing 8. The arm member 3 may be fixed to the support shaft 2 so that the support shaft 2 and the arm member 3 can swing.
光ファイバセンサ６は、例えば、光ファイバの内部に屈折率が周期的に変化するブラッグ格子６１が形成されたセンサである。ブラッグ格子６１は、光ファイバが伸縮して格子間隔が変化した際、その間隔に応じた特定の波長の光のみを反射する。したがって、光ファイバセンサ６に広帯域のスペクトルを有する光を導入し、反射された光の波長を計測することにより、光ファイバに発生した歪みを検出することができる。 The optical fiber sensor 6 is, for example, a sensor in which a Bragg lattice 61 whose refractive index changes periodically is formed inside the optical fiber. The Bragg lattice 61 reflects only light having a specific wavelength according to the interval when the optical fiber expands and contracts and the lattice interval changes. Therefore, by introducing light having a wide-band spectrum into the optical fiber sensor 6 and measuring the wavelength of the reflected light, the distortion generated in the optical fiber can be detected.
また、光ファイバセンサ６は、光ファイバセンサ６は、一本の光ファイバで多点計測が可能であることから、図１（ａ）に示したように、一本の光ファイバにより構成される光ファイバセンサ６をアーム部材３の両側に配置するようにしてもよい。具体的には、光ファイバセンサ６は、筐体８の下面に固定された一端と、筐体８の上面に固定された他端と、アーム部材３に貫通した状態で固定された中間部と、を備えている。 Further, since the optical fiber sensor 6 can measure multiple points with one optical fiber, the optical fiber sensor 6 is composed of one optical fiber as shown in FIG. 1A. The optical fiber sensors 6 may be arranged on both sides of the arm member 3. Specifically, the optical fiber sensor 6 includes one end fixed to the lower surface of the housing 8, the other end fixed to the upper surface of the housing 8, and an intermediate portion fixed in a state of penetrating the arm member 3. , Is equipped.
したがって、光ファイバセンサ６は、アーム部材３の揺動方向（Ｚ軸方向）に延伸するように配置される。また、光ファイバセンサ６の他端は、図示したように、光コネクタ１２を介して筐体８に固定されていてもよい。光コネクタ１２には光を伝送する光ケーブル１１が接続される。 Therefore, the optical fiber sensor 6 is arranged so as to extend in the swing direction (Z-axis direction) of the arm member 3. Further, the other end of the optical fiber sensor 6 may be fixed to the housing 8 via the optical connector 12 as shown in the figure. An optical cable 11 for transmitting light is connected to the optical connector 12.
なお、光ファイバセンサ６の構成は図示した構成に限定されるものではなく、例えば、複数本の光ファイバセンサ６を用いた構成であってもよい。例えば、図１（ａ）において、アーム部材３の上方に配置された光ファイバセンサ６と、アーム部材３の下方に配置された光ファイバセンサ６と、を異なる光ファイバセンサ６によって構成してもよい。この場合、それぞれの光ファイバセンサ６には、個別に光を伝送する光コネクタ及び光ケーブルが接続される。 The configuration of the optical fiber sensor 6 is not limited to the configuration shown in the figure, and may be, for example, a configuration using a plurality of optical fiber sensors 6. For example, in FIG. 1A, the optical fiber sensor 6 arranged above the arm member 3 and the optical fiber sensor 6 arranged below the arm member 3 may be configured by different optical fiber sensors 6. Good. In this case, an optical connector and an optical cable for individually transmitting light are connected to each optical fiber sensor 6.
また、図示しないが、アーム部材３の片側にのみ光ファイバセンサ６を配置するようにしてもよい。例えば、図１（ａ）において、アーム部材３の上方にのみ光ファイバセンサ６を配置するようにしてもよいし、アーム部材３の下方にのみ光ファイバセンサ６を配置するようにしてもよい。 Further, although not shown, the optical fiber sensor 6 may be arranged only on one side of the arm member 3. For example, in FIG. 1A, the optical fiber sensor 6 may be arranged only above the arm member 3, or the optical fiber sensor 6 may be arranged only below the arm member 3.
弾性部材７は、例えば、図１（ａ）に示したように、アーム部材３の両側に配置された一対のコイルスプリングである。アーム部材３の上方に配置された弾性部材７は、筐体８の上面に固定された一端と、アーム部材３に固定された他端と、を備えている。また、アーム部材３の下方に配置された弾性部材７は、筐体８の下面に固定された一端と、アーム部材３に固定された他端と、を備えている。 The elastic member 7 is, for example, a pair of coil springs arranged on both sides of the arm member 3, as shown in FIG. 1A. The elastic member 7 arranged above the arm member 3 includes one end fixed to the upper surface of the housing 8 and the other end fixed to the arm member 3. Further, the elastic member 7 arranged below the arm member 3 includes one end fixed to the lower surface of the housing 8 and the other end fixed to the arm member 3.
弾性部材７は、光ファイバセンサ６と平行に配置されており、加速度計１に鉛直方向の加速度が付与されていない静止状態において、アーム部材３を略水平状態に保持する。また、弾性部材７は、所定の弾性係数を有するものを任意に選択して使用することにより、アーム部材３の揺動範囲（上限及び下限）を規定することができ、計測可能な加速度の周波数領域を調整することができる。 The elastic member 7 is arranged in parallel with the optical fiber sensor 6 and holds the arm member 3 in a substantially horizontal state in a stationary state in which acceleration in the vertical direction is not applied to the accelerometer 1. Further, the elastic member 7 can define the swing range (upper limit and lower limit) of the arm member 3 by arbitrarily selecting and using a member having a predetermined elastic modulus, and the frequency of the measurable acceleration. The area can be adjusted.
なお、弾性部材７は、図示した構成に限定されるものではなく、アーム部材３を弾性的に支持できることができれば、ゴムやエアダンパ等を用いてもよい。また、図示しないが、アーム部材３の片側にのみ弾性部材７を配置するようにしてもよい。例えば、図１（ａ）において、アーム部材３の上方にのみ弾性部材７を配置するようにしてもよいし、アーム部材３の下方にのみ弾性部材７を配置するようにしてもよい。 The elastic member 7 is not limited to the illustrated configuration, and rubber, an air damper, or the like may be used as long as the arm member 3 can be elastically supported. Further, although not shown, the elastic member 7 may be arranged only on one side of the arm member 3. For example, in FIG. 1A, the elastic member 7 may be arranged only above the arm member 3, or the elastic member 7 may be arranged only below the arm member 3.
また、本実施形態において、光ファイバセンサ６及び弾性部材７は、支軸２を挟んで重錘４と反対側に配置されている。弾性部材７を重錘４と反対側の端部に配置することにより、重錘４によってアーム部材３に作用するモーメントを効果的に抑制することができ、アーム部材３の揺動する範囲（振幅）を低減することができる。したがって、本実施形態に係る加速度計１は、大きな振幅の振動を生じる場所にも適用することができる。 Further, in the present embodiment, the optical fiber sensor 6 and the elastic member 7 are arranged on the side opposite to the weight 4 with the support shaft 2 interposed therebetween. By arranging the elastic member 7 at the end opposite to the weight 4, the moment acting on the arm member 3 by the weight 4 can be effectively suppressed, and the swing range (amplitude) of the arm member 3 can be suppressed. ) Can be reduced. Therefore, the accelerometer 1 according to the present embodiment can be applied to a place where vibration having a large amplitude is generated.
また、光ファイバセンサ６は、重錘４と弾性部材７との間であれば、アーム部材３のどの位置に固定されていてもよいが、支軸２に近すぎると、光ファイバセンサ６の伸縮量が小さくなってしまい、歪み量の計測が困難になる場合もあり得る。したがって、光ファイバセンサ６は、重錘４と支軸２との中間部、又は、弾性部材７と支軸２との中間部に配置することが好ましい。なお、光ファイバセンサ６も一定の弾性力を有していることから、図示したように、弾性部材７と支軸２との中間部に配置すると効果的である。 Further, the optical fiber sensor 6 may be fixed at any position of the arm member 3 as long as it is between the weight 4 and the elastic member 7, but if it is too close to the support shaft 2, the optical fiber sensor 6 may be fixed. The amount of expansion and contraction becomes small, and it may be difficult to measure the amount of strain. Therefore, it is preferable that the optical fiber sensor 6 is arranged at an intermediate portion between the weight 4 and the support shaft 2 or an intermediate portion between the elastic member 7 and the support shaft 2. Since the optical fiber sensor 6 also has a certain elastic force, it is effective to arrange it in the intermediate portion between the elastic member 7 and the support shaft 2 as shown in the figure.
ここで、図２を参照しつつ、上述した加速度計１を用いて橋梁１３の振動計測に適用した場合の処理について説明する。橋梁１３は、例えば、一対の橋台１３ａと、橋台１３ａに支承を介して支持される上部構造体１３ｂとによって構成される。加速度計１は、上部構造体１３ｂの所定の箇所に複数配置される。また、これらの加速度計１は、光ケーブル１１を介して解析装置１４に接続される。 Here, with reference to FIG. 2, a process when the accelerometer 1 described above is applied to the vibration measurement of the bridge 13 will be described. The bridge 13 is composed of, for example, a pair of abutments 13a and an upper structure 13b supported by the abutments 13a via bearings. A plurality of accelerometers 1 are arranged at predetermined positions of the superstructure 13b. Further, these accelerometers 1 are connected to the analysis device 14 via an optical cable 11.
解析装置１４は、例えば、広帯域のスペクトルを有する光を供給する光源１４ａと、光源１４ａと光ケーブル１１とを連結するカプラ１４ｂと、加速度計１から戻ってきた光の波長を計測する光センサ１４ｃと、計測された波長に基づいて加速度を計測する加速度演算部１４ｄと、計測された加速度に基づいて橋梁１３の状態を解析する解析部１４ｅと、を備えている。 The analyzer 14 includes, for example, a light source 14a that supplies light having a wide-band spectrum, a coupler 14b that connects the light source 14a and the optical cable 11, and an optical sensor 14c that measures the wavelength of the light returned from the accelerometer 1. It includes an acceleration calculation unit 14d that measures acceleration based on the measured wavelength, and an analysis unit 14e that analyzes the state of the bridge 13 based on the measured acceleration.
光源１４ａから光ケーブル１１に供給された光は、各加速度計１の光ファイバセンサ６に伝送される。各光ファイバセンサ６のブラッグ格子６１により反射された光は、光ケーブル１１を介してカプラ１４ｂに伝送され、カプラ１４ｂから光センサ１４ｃに伝送される。光センサ１４ｃは、伝送された光の周波数を計測して波長を算出する。 The light supplied from the light source 14a to the optical cable 11 is transmitted to the optical fiber sensor 6 of each accelerometer 1. The light reflected by the Bragg lattice 61 of each optical fiber sensor 6 is transmitted to the coupler 14b via the optical cable 11, and is transmitted from the coupler 14b to the optical sensor 14c. The optical sensor 14c measures the frequency of the transmitted light and calculates the wavelength.
光センサ１４ｃで算出された波長のデータは、加速度演算部１４ｄに供給される。加速度演算部１４ｄは、橋梁１３が健全な状態にあるときに計測した基準波長のデータと、監視時において計測した波長のデータとを比較し、その波長の変化量から光ファイバセンサ６の歪み量を算出する。そして、加速度演算部１４ｄは、算出された歪み量に基づいて加速度を算出する。 The wavelength data calculated by the optical sensor 14c is supplied to the acceleration calculation unit 14d. The acceleration calculation unit 14d compares the reference wavelength data measured when the bridge 13 is in a healthy state with the wavelength data measured during monitoring, and the strain amount of the optical fiber sensor 6 is calculated from the change amount of the wavelength. Is calculated. Then, the acceleration calculation unit 14d calculates the acceleration based on the calculated strain amount.
加速度演算部１４ｄで算出された加速度のデータは解析部１４ｅに供給される。解析部１４ｅは、加速度計１により計測された加速度に基づいて橋梁１３の状態を解析する。例えば、解析部１４ｅは、橋梁１３の固有振動数、減衰（構造減衰）、撓み量等の解析データを算出して橋梁１３の状態を解析する。また、解析部１４ｅは、これらの算出した解析データと、橋梁１３の構造解析によって算出された理論値とを比較することにより、橋梁１３の状態（例えば、劣化や損傷の程度等）を判定するようにしてもよい。 The acceleration data calculated by the acceleration calculation unit 14d is supplied to the analysis unit 14e. The analysis unit 14e analyzes the state of the bridge 13 based on the acceleration measured by the accelerometer 1. For example, the analysis unit 14e calculates analysis data such as the natural frequency, damping (structural damping), and deflection amount of the bridge 13 to analyze the state of the bridge 13. Further, the analysis unit 14e determines the state of the bridge 13 (for example, the degree of deterioration or damage) by comparing the calculated analysis data with the theoretical value calculated by the structural analysis of the bridge 13. You may do so.
なお、図２では、加速度計１の計測対象物である構造物Ｓの一例として橋梁１３を図示しているが、構造物Ｓは橋梁１３に限定されるものではない。例えば、構造物Ｓは、水門、建築鉄骨、工場建屋、プラント構造物、海洋構造物等の他の構造物であってもよい。 In FIG. 2, the bridge 13 is illustrated as an example of the structure S which is the measurement target of the accelerometer 1, but the structure S is not limited to the bridge 13. For example, the structure S may be another structure such as a floodgate, a building steel frame, a factory building, a plant structure, or an offshore structure.
上述した本実施形態に係る加速度計１によれば、振動子５を構成するアーム部材３の揺動方向（Ｚ軸方向）に延伸するように光ファイバセンサ６を配置したことにより、振動子５が揺動した際に光ファイバセンサ６が伸縮し、その歪み量に基づいて加速度を計測することができる。 According to the accelerometer 1 according to the present embodiment described above, the optical fiber sensor 6 is arranged so as to extend in the swing direction (Z-axis direction) of the arm member 3 constituting the oscillator 5. The optical fiber sensor 6 expands and contracts when it swings, and the acceleration can be measured based on the amount of distortion.
ところで、上述した加速度計１では、構造物Ｓに鉛直方向（Ｚ軸方向）の振動が発生した際、重錘４の慣性力によりアーム部材３は支軸２を中心としてＺ軸方向に揺動する。揺動するアーム部材３の固有振動数は、一般に支軸２と重錘４との間の距離に依存する。例えば、支軸２と重錘４との間の距離を大きく設定すれば、固有振動数を小さくすることができ、支軸２と重錘４との間の距離を小さく設定すれば、固有振動数を大きくすることができる。したがって、支軸２の位置を調整することにより、広範囲の周波数領域で加速度を計測することができる。 By the way, in the accelerometer 1 described above, when the structure S vibrates in the vertical direction (Z-axis direction), the arm member 3 swings in the Z-axis direction about the support shaft 2 due to the inertial force of the weight 4. To do. The natural frequency of the swinging arm member 3 generally depends on the distance between the support shaft 2 and the weight 4. For example, if the distance between the support shaft 2 and the weight 4 is set large, the natural frequency can be reduced, and if the distance between the support shaft 2 and the weight 4 is set small, the natural frequency can be reduced. The number can be increased. Therefore, by adjusting the position of the support shaft 2, the acceleration can be measured in a wide frequency range.
例えば、特定の構造物Ｓに最適な加速度計１を設計する場合には、適用する構造物Ｓの振動特性に応じて支軸２の位置を設計すればよい。このとき、重錘４の重量や弾性部材７の弾性係数等も考慮して加速度計１の各構成部品を設計する。また、加速度計１のアーム部材３が交換可能に構成されている場合には、支軸２を固定する位置が異なる複数のアーム部材３を用意しておき、用途に応じてアーム部材３を選択するようにすればよい。 For example, when designing the optimum accelerometer 1 for a specific structure S, the position of the support shaft 2 may be designed according to the vibration characteristics of the applied structure S. At this time, each component of the accelerometer 1 is designed in consideration of the weight of the weight 4 and the elastic modulus of the elastic member 7. Further, when the arm member 3 of the accelerometer 1 is configured to be replaceable, a plurality of arm members 3 having different positions for fixing the support shaft 2 are prepared, and the arm member 3 is selected according to the application. You just have to do it.
このように、本実施形態に係る加速度計１によれば、計測対象物である構造物Ｓに生じる振動特性に応じてアーム部材３の支軸２の位置を変更することができ、広範囲の周波数領域の計測に対応することができる。したがって、橋梁のような低次の振動モード特性を有する大型構造物の振動計測だけでなく、高次の振動モード特性を有する構造物Ｓの振動計測にも適用することができる。 As described above, according to the accelerometer 1 according to the present embodiment, the position of the support shaft 2 of the arm member 3 can be changed according to the vibration characteristics generated in the structure S which is the measurement target, and the frequency is wide. It can correspond to the measurement of the area. Therefore, it can be applied not only to the vibration measurement of a large structure having a low-order vibration mode characteristic such as a bridge, but also to the vibration measurement of a structure S having a high-order vibration mode characteristic.
次に、本発明の他の実施形態に係る加速度計１について、図３及び図４を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の第二実施形態に係る加速度計を示す縦断面図である。図４は、本発明の他の実施形態に係る加速度計を示す縦断面図であり、（ａ）は第三実施形態、（ｂ）は第四実施形態、（ｃ）は第五実施形態、を示している。なお、各図において、上述した第一実施形態に係る加速度計１と同一の構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Next, the accelerometer 1 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Here, FIG. 3 is a vertical sectional view showing an accelerometer according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a vertical sectional view showing an accelerometer according to another embodiment of the present invention, (a) is a third embodiment, (b) is a fourth embodiment, and (c) is a fifth embodiment. Is shown. In each figure, the same components as those of the accelerometer 1 according to the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図３に示した第二実施形態に係る加速度計１は、重錘４と支軸２との間の距離を調整可能に構成したアーム部材３を有している。具体的には、アーム部材３は、長手方向に沿って形成され支軸２が挿通される長孔３１を備えている。かかる構成により、長孔３１の長手方向に沿って支軸２を移動させることができ、重錘４と支軸２との間の距離を調整することができる。 The accelerometer 1 according to the second embodiment shown in FIG. 3 has an arm member 3 configured so that the distance between the weight 4 and the support shaft 2 can be adjusted. Specifically, the arm member 3 includes an elongated hole 31 formed along the longitudinal direction through which the support shaft 2 is inserted. With such a configuration, the support shaft 2 can be moved along the longitudinal direction of the elongated hole 31, and the distance between the weight 4 and the support shaft 2 can be adjusted.
なお、支軸２の位置決め方法は種々の方法が考えられるが、例えば、長孔３１に挿通された支軸２とアーム部材３とを貫通するボルト・ナット３２によって位置決めするようにしてもよい。この場合、支軸２とアーム部材３とが固定されることから、支軸２は筐体８に軸受を介して回動可能に支持しておく。また、図示しないが、支軸２とアーム部材３との間に軸受を配置して、軸受を長孔３１に沿って相対移動可能かつ所定の位置で固定可能に構成してもよい。 Various methods can be considered for positioning the support shaft 2. For example, the support shaft 2 may be positioned by a bolt / nut 32 penetrating the support shaft 2 inserted through the elongated hole 31 and the arm member 3. In this case, since the support shaft 2 and the arm member 3 are fixed, the support shaft 2 is rotatably supported by the housing 8 via a bearing. Further, although not shown, a bearing may be arranged between the support shaft 2 and the arm member 3 so that the bearing can be relatively moved along the elongated hole 31 and fixed at a predetermined position.
図４（ａ）に示した第三実施形態に係る加速度計１は、図１に示した第一実施形態に係る加速度計１から弾性部材７を省略したものである。かかる第三実施形態では、光ファイバセンサ６は、センサ機能に加えて、アーム部材３を弾性的に支持する機能を併せ持っている。なお、かかる第三実施形態において、歪み量を高精度に検知するためには、光ファイバセンサ６の変形を弾性変形の範囲内とする必要がある。したがって、かかる加速度計１は、小さい振幅の振動や低い周波数領域の加速度の計測に適している。 The accelerometer 1 according to the third embodiment shown in FIG. 4A is the accelerometer 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 with the elastic member 7 omitted. In the third embodiment, the optical fiber sensor 6 has a function of elastically supporting the arm member 3 in addition to the sensor function. In the third embodiment, in order to detect the amount of strain with high accuracy, it is necessary to keep the deformation of the optical fiber sensor 6 within the range of elastic deformation. Therefore, the accelerometer 1 is suitable for measuring vibration having a small amplitude and acceleration in a low frequency region.
図４（ｂ）に示した第四実施形態に係る加速度計１は、重錘４と支軸２との間に光ファイバセンサ６及び弾性部材７を配置したものである。かかる構成の加速度計１であっても、上述した第一実施形態に係る加速度計１と同様の効果を有する。また、図示したように、光ファイバセンサ６を支軸２側に配置し、弾性部材７を重錘４側に配置することにより、光ファイバセンサ６に負荷される応力を低減することができる。勿論、光ファイバセンサ６と弾性部材７の位置を入れ替えてもよい。 The accelerometer 1 according to the fourth embodiment shown in FIG. 4B has an optical fiber sensor 6 and an elastic member 7 arranged between the weight 4 and the support shaft 2. Even the accelerometer 1 having such a configuration has the same effect as the accelerometer 1 according to the first embodiment described above. Further, as shown in the drawing, by arranging the optical fiber sensor 6 on the support shaft 2 side and arranging the elastic member 7 on the weight 4 side, the stress applied to the optical fiber sensor 6 can be reduced. Of course, the positions of the optical fiber sensor 6 and the elastic member 7 may be exchanged.
図４（ｃ）に示した第五実施形態に係る加速度計１は、図１に示した第一実施形態に係る加速度計１の向きを鉛直面（ＸＺ平面）内で９０°偏向させ、構造物Ｓの水平方向（Ｘ軸方向）の加速度を計測するように構成したものである。例えば、図示したように、支軸２はＹ軸方向に沿って配置され、光ファイバセンサ６及び弾性部材７はＸ軸方向に沿って配置され、アーム部材３は静止状態でＺ軸方向に沿って配置されている。 The accelerometer 1 according to the fifth embodiment shown in FIG. 4C has a structure in which the direction of the accelerometer 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is deflected by 90 ° in a vertical plane (XZ plane). It is configured to measure the acceleration of the object S in the horizontal direction (X-axis direction). For example, as shown in the figure, the support shaft 2 is arranged along the Y-axis direction, the optical fiber sensor 6 and the elastic member 7 are arranged along the X-axis direction, and the arm member 3 is arranged along the Z-axis direction in a stationary state. Is arranged.
このように、加速度計１は、構造物Ｓに配置する場所に応じて、筐体８の内部に収容される構成部品の向きを任意に変更することができる。また、第一実施形態に係る加速度計１及び第五実施形態に係る加速度計１の両方を用いることにより、鉛直方向及び水平方向の加速度を同時に計測することができる。 In this way, the accelerometer 1 can arbitrarily change the orientation of the components housed inside the housing 8 according to the location where the accelerometer 1 is arranged in the structure S. Further, by using both the accelerometer 1 according to the first embodiment and the accelerometer 1 according to the fifth embodiment, the acceleration in the vertical direction and the acceleration in the horizontal direction can be measured at the same time.
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１ 加速度計
２ 支軸
３ アーム部材
４ 重錘
５ 振動子
６ 光ファイバセンサ
７ 弾性部材
８ 筐体
１１ ケーブル
１２ コネクタ
１３ 橋梁
１３ａ 橋台
１３ｂ 上部構造体
１４ 解析装置
１４ａ 光源
１４ｂ カプラ
１４ｃ 光センサ
１４ｄ 加速度演算部
１４ｅ 解析部
３１ 長孔
３２ ボルト・ナット
６１ ブラッグ格子
1 Accelerometer 2 Support shaft 3 Arm member 4 Weight 5 Transducer 6 Optical fiber sensor 7 Elastic member 8 Housing 11 Cable 12 Connector 13 Bridge 13a Abutment 13b Superstructure 14 Analyst device 14a Light source 14b Coupler 14c Optical sensor 14d Accelerometer calculation Part 14e Analysis part 31 Long hole 32 Bolt / nut 61 Bragg lattice
Claims (4)
該振動子の揺動方向に延伸するように前記アーム部材に配置された光ファイバセンサと、を備え、
前記アーム部材は、長手方向に沿って形成され前記支軸が挿通される長孔を備えており、
前記光ファイバセンサにより出力される歪み量に基づいて加速度を計測する、
ことを特徴とする加速度計。 An oscillator having an arm member oscillated about a support shaft and a weight arranged at an end of the arm member.
An optical fiber sensor arranged on the arm member so as to extend in the swing direction of the vibrator is provided.
The arm member has an elongated hole formed along the longitudinal direction through which the support shaft is inserted.
Acceleration is measured based on the amount of strain output by the optical fiber sensor.
An accelerometer characterized by that.
The accelerometer according to claim 3, wherein the optical fiber sensor and the elastic member are arranged on the side opposite to the weight with the support shaft interposed therebetween.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016027503A JP6761575B2 (en) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | Accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016027503A JP6761575B2 (en) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | Accelerometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017146171A JP2017146171A (en) | 2017-08-24 |
| JP6761575B2 true JP6761575B2 (en) | 2020-09-30 |
Family
ID=59681281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016027503A Active JP6761575B2 (en) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | Accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6761575B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109991443B (en) * | 2019-04-01 | 2020-09-11 | 东南大学 | High-sensitivity temperature compensation type fiber bragg grating acceleration sensor |
-
2016
- 2016-02-17 JP JP2016027503A patent/JP6761575B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017146171A (en) | 2017-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101838053B1 (en) | System and method for determining movements and oscillations of moving structures | |
| US10401377B2 (en) | Optical sensor system and methods of use thereof | |
| US6826960B2 (en) | Triaxial acceleration sensor | |
| CN111879969B (en) | Medium-high frequency elliptical hinge double-fiber grating acceleration sensor and measurement method | |
| CA2763204C (en) | Low frequency folded pendulum with high mechanical quality factor, and seismic sensor utilizing such a folded pendulum | |
| EP3295184B1 (en) | Optical sensor device, sensor apparatus and cable | |
| Zhang et al. | 2-D medium–high frequency fiber Bragg gratings accelerometer | |
| CN101501443B (en) | Apparatus and method for measuring convergence using fiber Bragg grating sensor | |
| RU2376607C1 (en) | Three-axis accelerometre | |
| CN112254661A (en) | On-site calibration method and equipment for marine fiber grating strain sensor | |
| JP2000230935A (en) | Accelerometer and acceleration-measuring apparatus equipped with the same | |
| JP6761575B2 (en) | Accelerometer | |
| Wang et al. | A combined tri-dimensional fiber Bragg grating accelerometer for multi-directional measurements | |
| EP1839808A1 (en) | Method for determining and compensating deformation in complex structures of numerically controlled machine tools and composite optic sensor system | |
| CN116609548B (en) | Three-dimensional optical fiber acceleration sensor system capable of measuring inclination angle | |
| CN108613733A (en) | Resonant train bearing damage detection sensor based on fiber grating | |
| EP3173752A1 (en) | Transducer with stiffness adjustment | |
| CN212872521U (en) | Medium-high frequency elliptical hinge double-fiber grating acceleration sensor and calibration experiment system | |
| KR20230083504A (en) | Multi-axis acceleration sensor device that is capable of calibrating itself in operating condition and method thereof | |
| KR101427810B1 (en) | 3 axis optic acceleration sensor for seismometer | |
| JP2014032054A (en) | Acceleration sensor | |
| Lei et al. | Development of a high-precision and low cross-axis sensitivity 3-D accelerometer for low-frequency vibration measurement | |
| Devassy et al. | ID 318: A Review on Vibration sensors and control methods for cantilever beams | |
| KR102523833B1 (en) | Early Detection System of Building Collapse | |
| Pham et al. | An environmentally robust design of a high-speed pendulum-type laser vibrometer using an advanced position-sensitive detector for vibration frequency monitoring of tower-like structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200123 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200318 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200806 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200819 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6761575 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |