JPH11287626A - 光ファイバ式ひずみゲ―ジ及びひずみ測定システム - Google Patents
光ファイバ式ひずみゲ―ジ及びひずみ測定システムInfo
- Publication number
- JPH11287626A JPH11287626A JP37219398A JP37219398A JPH11287626A JP H11287626 A JPH11287626 A JP H11287626A JP 37219398 A JP37219398 A JP 37219398A JP 37219398 A JP37219398 A JP 37219398A JP H11287626 A JPH11287626 A JP H11287626A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- strain
- gauge
- strain gauge
- base
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型で安価に製造でき、しかも温度の影響を
受けにくく高精度なひずみ計測が可能な光ファイバ式ひ
ずみゲージ及び該光ファイバ式ひずみゲージを用いて多
点計測が可能なひずみ測定システムを提供すること。 【解決手段】 ゲージベース10と、ゲージベース10
の長手方向に沿って所定の間隔Gをおきつつ、ゲージベ
ース10の長手方向に対して傾斜させて形成された第1
の溝12及び第2の溝14と、第1及び第2の溝12及
び14内に配置され、間隔G内に屈曲部16Aを有する
光ファイバ16を有し、測定対象物にゲージベース10
を固着して用いる。測定対象物に応力が作用し、ゲージ
ベース10が引張り又は圧縮されると、間隔Gが引張り
の場合には増加し圧縮の場合には減少する。この間隔G
の増減により屈曲部16Aに曲げを発生し、光ファイバ
16の透過光量等の変化をもたらす。この光量変化をP
D等にて検出することによりひずみ量を計測する。
受けにくく高精度なひずみ計測が可能な光ファイバ式ひ
ずみゲージ及び該光ファイバ式ひずみゲージを用いて多
点計測が可能なひずみ測定システムを提供すること。 【解決手段】 ゲージベース10と、ゲージベース10
の長手方向に沿って所定の間隔Gをおきつつ、ゲージベ
ース10の長手方向に対して傾斜させて形成された第1
の溝12及び第2の溝14と、第1及び第2の溝12及
び14内に配置され、間隔G内に屈曲部16Aを有する
光ファイバ16を有し、測定対象物にゲージベース10
を固着して用いる。測定対象物に応力が作用し、ゲージ
ベース10が引張り又は圧縮されると、間隔Gが引張り
の場合には増加し圧縮の場合には減少する。この間隔G
の増減により屈曲部16Aに曲げを発生し、光ファイバ
16の透過光量等の変化をもたらす。この光量変化をP
D等にて検出することによりひずみ量を計測する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの曲げ
損失を利用した光ファイバ式ひずみゲージに関し、特
に、工業プロセス計測、リニアモータカー・送電線・発
電機等におけるひずみ測定等、強電磁界ノイズ環境下の
計測、落雷環境下の土木関連計測等に用いるのに好適な
光ファイバ式ひずみゲージに関する。
損失を利用した光ファイバ式ひずみゲージに関し、特
に、工業プロセス計測、リニアモータカー・送電線・発
電機等におけるひずみ測定等、強電磁界ノイズ環境下の
計測、落雷環境下の土木関連計測等に用いるのに好適な
光ファイバ式ひずみゲージに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、機械・構造物のひずみ測定に
は、電気抵抗式のひずみゲージが一般的に用いられてい
る。また、近年、光ファイバを利用した光ファイバ式ひ
ずみセンサも提案され、実用に供されている。
は、電気抵抗式のひずみゲージが一般的に用いられてい
る。また、近年、光ファイバを利用した光ファイバ式ひ
ずみセンサも提案され、実用に供されている。
【0003】即ち、知的材料/構造物に具備される機能
の一つであるセンサ機能には、長期間に亘るオンライン
計測が可能であることが求められる。無誘導性、防爆
性、耐腐食性等の特徴を持つ光ファイバは、その構成要
素として有望であり、光ファイバの種々の特性を利用し
てひずみを測定する光ファイバ式ひずみセンサとして実
用化されている。
の一つであるセンサ機能には、長期間に亘るオンライン
計測が可能であることが求められる。無誘導性、防爆
性、耐腐食性等の特徴を持つ光ファイバは、その構成要
素として有望であり、光ファイバの種々の特性を利用し
てひずみを測定する光ファイバ式ひずみセンサとして実
用化されている。
【0004】このような光ファイバを利用したひずみセ
ンサとして、例えば、いわゆるファブリペロー型の光フ
ァイバ式ひずみゲージ(第1の従来例)、日本機械学会
第37期通常総会講演会講演論文集(・)No96−1
掲載論文「屈曲型光ファイバひずみゲージ」江川幸一他
に記載されたもの(第2の従来例)、特開平9−149
27号公報記載のもの(第3の従来例)、Procee
ding of 19th Meeting on L
ightwave Sensing Technolo
gy, May 1997発表論文「光ファイバセンサ
を用いたコンクリート構造物の歪み分布測定」倉嶋利雄
他に記載されたもの(第4の従来例)等、種々のひずみ
センサが提案されている。
ンサとして、例えば、いわゆるファブリペロー型の光フ
ァイバ式ひずみゲージ(第1の従来例)、日本機械学会
第37期通常総会講演会講演論文集(・)No96−1
掲載論文「屈曲型光ファイバひずみゲージ」江川幸一他
に記載されたもの(第2の従来例)、特開平9−149
27号公報記載のもの(第3の従来例)、Procee
ding of 19th Meeting on L
ightwave Sensing Technolo
gy, May 1997発表論文「光ファイバセンサ
を用いたコンクリート構造物の歪み分布測定」倉嶋利雄
他に記載されたもの(第4の従来例)等、種々のひずみ
センサが提案されている。
【0005】これらのうち、第2の従来例等、いわゆる
屈曲型の光ファイバを利用したひずみセンサでは、光フ
ァイバに小さな曲げを与えておき、曲げに力を加えるこ
とによる透過光の減衰からひずみを検出する。即ち、光
ファイバは曲げる曲率半径によって、透過光量の損失が
異なり、曲率半径が大きい場含には、損失が発生しな
い。また、ある損失が発生する曲率半径に対して、曲率
半径が減少すると損失が大きくなり、曲率半径が増加す
ると、損失が小さくなる。屈曲型の光ファイバを用いた
ひずみゲージは、かかる原理を利用して、ゲージに加わ
る力により曲率半径を変化させ、透過光の光量変化から
ひずみを検出するものである。
屈曲型の光ファイバを利用したひずみセンサでは、光フ
ァイバに小さな曲げを与えておき、曲げに力を加えるこ
とによる透過光の減衰からひずみを検出する。即ち、光
ファイバは曲げる曲率半径によって、透過光量の損失が
異なり、曲率半径が大きい場含には、損失が発生しな
い。また、ある損失が発生する曲率半径に対して、曲率
半径が減少すると損失が大きくなり、曲率半径が増加す
ると、損失が小さくなる。屈曲型の光ファイバを用いた
ひずみゲージは、かかる原理を利用して、ゲージに加わ
る力により曲率半径を変化させ、透過光の光量変化から
ひずみを検出するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来からの電気抵抗式
のひずみゲージでは、電磁界の影響下では使用に適さな
いという問題がある。また、多点計測の場合は必然的に
ケーブルが太くならざるを得ず、取り扱いが不便であ
り、更に、絶縁が低下する等の問題も避けられない。
一方、上述した光ファイバを用いたひずみセンサでは、
例えば、第1の従来例に係るものでは、ゲージ構成部品
の加工及び組立に高い精度が要求されるが、そのような
高精度のものを製作するには、コストが高くなってしま
う。また、いわゆるOTDR(Optical Tim
e−Domain Reflectometry:光時
間領域反射測定法)を用いた多点計測には、利用できな
い。
のひずみゲージでは、電磁界の影響下では使用に適さな
いという問題がある。また、多点計測の場合は必然的に
ケーブルが太くならざるを得ず、取り扱いが不便であ
り、更に、絶縁が低下する等の問題も避けられない。
一方、上述した光ファイバを用いたひずみセンサでは、
例えば、第1の従来例に係るものでは、ゲージ構成部品
の加工及び組立に高い精度が要求されるが、そのような
高精度のものを製作するには、コストが高くなってしま
う。また、いわゆるOTDR(Optical Tim
e−Domain Reflectometry:光時
間領域反射測定法)を用いた多点計測には、利用できな
い。
【0007】また、第2の従来例に係る屈曲型光ファイ
バ式ひずみゲージは、楕円状あるいは1/4円弧状の屈
曲形状の屈折率差の異なる光ファイバを組み合わせて使
用するものであるが、この形状出実際にゲージベース上
に精度良く成形することは大変困難であり、また、温度
補償については何等の考慮もなされていないので、実用
性の点で疑問がある。
バ式ひずみゲージは、楕円状あるいは1/4円弧状の屈
曲形状の屈折率差の異なる光ファイバを組み合わせて使
用するものであるが、この形状出実際にゲージベース上
に精度良く成形することは大変困難であり、また、温度
補償については何等の考慮もなされていないので、実用
性の点で疑問がある。
【0008】更に、第3の従来例に係る光ファイバ式ひ
ずみゲージは、ゲージの小型化が難しく局部的な応力や
ひずみを計測するには不適であり、またゲージ単体での
温度補償ができないという問題もある。
ずみゲージは、ゲージの小型化が難しく局部的な応力や
ひずみを計測するには不適であり、またゲージ単体での
温度補償ができないという問題もある。
【0009】更にまた、第4の従来例に係るものでは、
距離にして1m程度の平均ひずみは光ファイバに沿って
計測できるが、局部的な応力やひずみを高感度に計測す
ることはできない。また、温度による影響は、電気抵抗
式のひずみゲージと比較して10倍程度あるので、温度
の影響を無視できない。
距離にして1m程度の平均ひずみは光ファイバに沿って
計測できるが、局部的な応力やひずみを高感度に計測す
ることはできない。また、温度による影響は、電気抵抗
式のひずみゲージと比較して10倍程度あるので、温度
の影響を無視できない。
【0010】本発明の目的は、小型で安価に製造でき、
しかも温度の影響を受けにくく高精度なひずみ計測が可
能な光ファイバ式ひずみゲージ及び該光ファイバ式ひず
みゲージを用いて多点計測が可能なひずみ測定システム
を提供することにある。
しかも温度の影響を受けにくく高精度なひずみ計測が可
能な光ファイバ式ひずみゲージ及び該光ファイバ式ひず
みゲージを用いて多点計測が可能なひずみ測定システム
を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、いわゆる屈曲型の光ファイバを利用し
たひずみセンサとして、新規且つ有用な光ファイバ式ひ
ずみゲージ及び該ひずみゲージを複数個用いて多点計測
が可能なひずみ測定システムを考案した。
め、本発明では、いわゆる屈曲型の光ファイバを利用し
たひずみセンサとして、新規且つ有用な光ファイバ式ひ
ずみゲージ及び該ひずみゲージを複数個用いて多点計測
が可能なひずみ測定システムを考案した。
【0012】即ち、本発明の第1の様相による光ファイ
バ式ひずみゲージでは、ゲージベースの一方向に対して
傾斜させた2本の溝を所定の間隔をおいて形成し、該間
隔内に光ファイバを配置することにより、この光ファイ
バが前記間隔内に屈曲部を有するようにしている。これ
により、光ファイバの屈曲部を簡単に形成することがで
き、小型且つ安価な光ファイバ式ひずみゲージを製作す
ることが可能となる。
バ式ひずみゲージでは、ゲージベースの一方向に対して
傾斜させた2本の溝を所定の間隔をおいて形成し、該間
隔内に光ファイバを配置することにより、この光ファイ
バが前記間隔内に屈曲部を有するようにしている。これ
により、光ファイバの屈曲部を簡単に形成することがで
き、小型且つ安価な光ファイバ式ひずみゲージを製作す
ることが可能となる。
【0013】即ち、請求項1記載の光ファイバ式ひずみ
ゲージでは、ゲージベースと、該ゲージベースの一方向
に沿って所定の間隔をおいて、前記ゲージベースの一方
向に対して傾斜させた第1及び第2の溝と、該第1及び
第2の溝に配置され該第1及び第2の溝の傾斜により前
記間隔内に屈曲部を有する少なくとも1本の光ファイバ
とを有することを特徴としている。
ゲージでは、ゲージベースと、該ゲージベースの一方向
に沿って所定の間隔をおいて、前記ゲージベースの一方
向に対して傾斜させた第1及び第2の溝と、該第1及び
第2の溝に配置され該第1及び第2の溝の傾斜により前
記間隔内に屈曲部を有する少なくとも1本の光ファイバ
とを有することを特徴としている。
【0014】また、請求項2記載の光ファイバ式ひずみ
ゲージにおいては、前記間隔は、前記ゲージベースの中
央部に設けられたH型のスリットにより構成されている
ことを特徴としている。更に、請求項3記載の光ファイ
バ式ひずみゲージにおいては、前記ゲージベースは、金
属により形成されていることを特徴としている。
ゲージにおいては、前記間隔は、前記ゲージベースの中
央部に設けられたH型のスリットにより構成されている
ことを特徴としている。更に、請求項3記載の光ファイ
バ式ひずみゲージにおいては、前記ゲージベースは、金
属により形成されていることを特徴としている。
【0015】更にまた、請求項4記載の光ファイバ式ひ
ずみゲージにおいては、前記屈曲部は、前記ゲージベー
スの一方向に対して傾斜させた第1及び第2の溝に沿っ
て前記光ファイバを配置することにより、前記間隔内の
略中央に形成される第1の屈曲部と、該第1の屈曲部を
曲げの内側から押しながら前記第1及び第2の溝内に前
記光ファイバを固定することにより前記間隔の両端部に
それぞれ形成される第2及び第3の屈曲部とを含むこと
を特徴としている。これにより、ひずみの検出感度を向
上させることができる。
ずみゲージにおいては、前記屈曲部は、前記ゲージベー
スの一方向に対して傾斜させた第1及び第2の溝に沿っ
て前記光ファイバを配置することにより、前記間隔内の
略中央に形成される第1の屈曲部と、該第1の屈曲部を
曲げの内側から押しながら前記第1及び第2の溝内に前
記光ファイバを固定することにより前記間隔の両端部に
それぞれ形成される第2及び第3の屈曲部とを含むこと
を特徴としている。これにより、ひずみの検出感度を向
上させることができる。
【0016】尚、請求項5記載のひずみ測定システムで
は、以上の光ファイバ式ひずみゲージを複数個それぞれ
所定の間隔をおいて配置し、該複数個の光ファイバ式ひ
ずみゲージに挿通されて全体として1つの光伝送路を形
成する少なくとも1本の光ファイバを用い、前記複数個
の光ファイバ式ひずみゲージによりひずみの多点計測を
行うことを特徴としている。
は、以上の光ファイバ式ひずみゲージを複数個それぞれ
所定の間隔をおいて配置し、該複数個の光ファイバ式ひ
ずみゲージに挿通されて全体として1つの光伝送路を形
成する少なくとも1本の光ファイバを用い、前記複数個
の光ファイバ式ひずみゲージによりひずみの多点計測を
行うことを特徴としている。
【0017】次に、本発明の第2の様相による光ファイ
バ式ひずみゲージでは、ゲージベースの一方向に沿って
相互に所定の間隔をおいて偏芯して形成した2本の溝内
に光ファイバを配置することにより、この光ファイバが
前記間隔内に屈曲部を有するようにしている。この第2
の様相によっても、光ファイバの屈曲部を簡単に形成す
ることができ、小型且つ安価な光ファイバ式ひずみゲー
ジを製作することが可能となる。
バ式ひずみゲージでは、ゲージベースの一方向に沿って
相互に所定の間隔をおいて偏芯して形成した2本の溝内
に光ファイバを配置することにより、この光ファイバが
前記間隔内に屈曲部を有するようにしている。この第2
の様相によっても、光ファイバの屈曲部を簡単に形成す
ることができ、小型且つ安価な光ファイバ式ひずみゲー
ジを製作することが可能となる。
【0018】即ち、請求項6記載の光ファイバ式ひずみ
ゲージでは、ゲージベースと、該ゲージベースの一方向
に沿って相互に所定の間隔をおいて偏芯して形成された
第1及び第2の溝と、該第1及び第2の溝に配置され該
第1及び第2の溝の偏芯により前記間隔内に屈曲部を有
する少なくとも1本の光ファイバとを有することを特徴
としている。
ゲージでは、ゲージベースと、該ゲージベースの一方向
に沿って相互に所定の間隔をおいて偏芯して形成された
第1及び第2の溝と、該第1及び第2の溝に配置され該
第1及び第2の溝の偏芯により前記間隔内に屈曲部を有
する少なくとも1本の光ファイバとを有することを特徴
としている。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第1の実
施の形態に係る光ファイバ式ひずみゲージは、図1〜3
に示すように、ゲージベース10と、ゲージベース10
の長手方向に沿って所定の間隔Gをおきつつ、該ゲージ
ベース10の長手方向に対して傾斜させて形成した第1
の溝12及び第2の溝14と、第1及び第2の溝12及
び14内に配置され両溝の傾斜により間隔G内に屈曲部
を有する光ファイバ16を有している。ゲージベース1
0は、図1に示すように、全体として矩形状を有してお
り、中央部には、H型のスリット22が形成されてい
る。また、ゲージベース10は、図2に示すように、厚
肉部24と薄肉部26とから成る。尚、本実施の形態で
は、ゲージベース10の長手方向の寸法は、20mm〜
30mm、厚肉部24の肉厚は0.5mm、薄肉部26
の肉厚は0.2mmに形成した。また、間隔Gが3mm
になるようにH型のスリット22を形成した。
て、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第1の実
施の形態に係る光ファイバ式ひずみゲージは、図1〜3
に示すように、ゲージベース10と、ゲージベース10
の長手方向に沿って所定の間隔Gをおきつつ、該ゲージ
ベース10の長手方向に対して傾斜させて形成した第1
の溝12及び第2の溝14と、第1及び第2の溝12及
び14内に配置され両溝の傾斜により間隔G内に屈曲部
を有する光ファイバ16を有している。ゲージベース1
0は、図1に示すように、全体として矩形状を有してお
り、中央部には、H型のスリット22が形成されてい
る。また、ゲージベース10は、図2に示すように、厚
肉部24と薄肉部26とから成る。尚、本実施の形態で
は、ゲージベース10の長手方向の寸法は、20mm〜
30mm、厚肉部24の肉厚は0.5mm、薄肉部26
の肉厚は0.2mmに形成した。また、間隔Gが3mm
になるようにH型のスリット22を形成した。
【0020】厚肉部24は、図1に示すように、上述し
たH型のスリット22により第1の厚肉部24Aと第2
の厚肉部24Bとに分けられ、H型のスリット22の中
央のスリット部により所定の間隔Gだけ離間して形成さ
れている。第1の厚肉部24Aは、図2及び図3に示す
ように、その下面側に第1の光ファイバ用溝12が形成
されている。第2の厚肉部24Bは、図1及び図3に示
すように、その下面側に第2の光ファイバ用溝14が形
成されている。第1の光ファイバ用溝12と第2の光フ
ァイバ用溝14とは、図3に示すように、ゲージベース
10の長手方向に対して角度θだけ傾斜するように設け
られている。
たH型のスリット22により第1の厚肉部24Aと第2
の厚肉部24Bとに分けられ、H型のスリット22の中
央のスリット部により所定の間隔Gだけ離間して形成さ
れている。第1の厚肉部24Aは、図2及び図3に示す
ように、その下面側に第1の光ファイバ用溝12が形成
されている。第2の厚肉部24Bは、図1及び図3に示
すように、その下面側に第2の光ファイバ用溝14が形
成されている。第1の光ファイバ用溝12と第2の光フ
ァイバ用溝14とは、図3に示すように、ゲージベース
10の長手方向に対して角度θだけ傾斜するように設け
られている。
【0021】図1〜3に示すように、ゲージベース10
の第1及び第2の溝12及び14内には、1本の光ファ
イバ16が挿通されている。この光ファイバ16は、第
1及び第2の溝12及び14内に挿通されることにより
間隔G内で曲げを与えられ、更に接着剤を充填すること
により第1及び第2の溝12及び14内に接着されてい
る。
の第1及び第2の溝12及び14内には、1本の光ファ
イバ16が挿通されている。この光ファイバ16は、第
1及び第2の溝12及び14内に挿通されることにより
間隔G内で曲げを与えられ、更に接着剤を充填すること
により第1及び第2の溝12及び14内に接着されてい
る。
【0022】光ファイバ16は、図3に示すように、ゲ
ージベース10において第1の溝12と第2の溝14が
ゲージベース10の長手方向に対して傾斜させて形成さ
れているため、間隔G内に屈曲部16Aを有している。
尚、光ファイバ16を第1及び第2の溝12及び14内
に接着する際に、屈曲部16Aを、図3に矢印Yで示す
方向に押しながら、接着固定した。これにより、間隔G
内の光ファイバ16のエッジ部分にも、それぞれ屈曲部
16B、16Cが形成されている。
ージベース10において第1の溝12と第2の溝14が
ゲージベース10の長手方向に対して傾斜させて形成さ
れているため、間隔G内に屈曲部16Aを有している。
尚、光ファイバ16を第1及び第2の溝12及び14内
に接着する際に、屈曲部16Aを、図3に矢印Yで示す
方向に押しながら、接着固定した。これにより、間隔G
内の光ファイバ16のエッジ部分にも、それぞれ屈曲部
16B、16Cが形成されている。
【0023】次に、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲ
ージの使用方法について説明する。本実施形態の光ファ
イバ式ひずみゲージは、測定対象物のひずみを、検出部
として設けた光ファイバ16の屈曲部16Aに伝えて検
出する。即ち、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ
を用いるには、図1及び図2に示すように、測定対象物
30にゲージベース10を固定し、光ファイバ16の一
端をLED等の光源側(図示せず)に接続し、他端をP
D等の光検出側(図示せず)に接続して用いる。
ージの使用方法について説明する。本実施形態の光ファ
イバ式ひずみゲージは、測定対象物のひずみを、検出部
として設けた光ファイバ16の屈曲部16Aに伝えて検
出する。即ち、本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ
を用いるには、図1及び図2に示すように、測定対象物
30にゲージベース10を固定し、光ファイバ16の一
端をLED等の光源側(図示せず)に接続し、他端をP
D等の光検出側(図示せず)に接続して用いる。
【0024】さて、測定対象物30に応力が作用してひ
ずみが生じると、ゲージベース10も同じように、引張
り又は圧縮される。この結果、上述した間隔Gが引張り
の場合には増加し圧縮の場合には減少する。この間隔G
が増減することにより光ファイバ16の屈曲部16Aに
曲げが発生し、光の透過光量に変化をもたらす。即ち、
引張りの場合には屈曲部16Aの曲率半径が増加するた
め損失が小さくなる結果、透過光量が増加するのに対
し、圧縮の場合には屈曲部16Aの曲率半径が減少する
ため損失が大きくなる結果、透過光量が減少する。この
光量変化をPD等を含む検出手段にて検出することによ
りひずみ量を計測することができる。このように、本実
施形態の光ファイバ式ひずみゲージによれば、引張りひ
ずみだけでなく圧縮ひずみの測定も可能であり、更に、
クラックの変位測定も可能である。
ずみが生じると、ゲージベース10も同じように、引張
り又は圧縮される。この結果、上述した間隔Gが引張り
の場合には増加し圧縮の場合には減少する。この間隔G
が増減することにより光ファイバ16の屈曲部16Aに
曲げが発生し、光の透過光量に変化をもたらす。即ち、
引張りの場合には屈曲部16Aの曲率半径が増加するた
め損失が小さくなる結果、透過光量が増加するのに対
し、圧縮の場合には屈曲部16Aの曲率半径が減少する
ため損失が大きくなる結果、透過光量が減少する。この
光量変化をPD等を含む検出手段にて検出することによ
りひずみ量を計測することができる。このように、本実
施形態の光ファイバ式ひずみゲージによれば、引張りひ
ずみだけでなく圧縮ひずみの測定も可能であり、更に、
クラックの変位測定も可能である。
【0025】尚、上述したように、光ファイバ16を第
1及び第2の溝12及び14内に接着する際に、屈曲部
16Aを、図3に矢印Yで示す方向に押しながら、接着
固定することにより、間隔G内の光ファイバ16のエッ
ジ部分にも、それぞれ屈曲部16B、16Cを形成し、
検出感度を向上させることが可能である。即ち、間隔G
内の光ファイバ16のエッジ部分にも、それぞれマイク
ロベンド(屈曲部)16B、16Cが形成され、これら
のマイクロベンド(屈曲部)16B、16Cも、引張り
の場合に曲率半径が増加し、圧縮の場合には曲率半径が
減少する。特に、これらのマイクロベンド(屈曲部)1
6B、16Cの曲率半径は、その形状からも、間隔Gの
増減に対して敏感に反応する。従って、屈曲部16Aと
相俟って、本ひずみゲージの検出感度を大きく向上させ
得る。この点に着目すれば、この光ファイバ式ひずみゲ
ージは、ゲージベース10の第1の溝12と第2の溝1
4をゲージベース10の長手方向に対して傾斜させるこ
とで、光ファイバ16の屈曲部16Aを形成した上に、
更に、この屈曲部16Aをゲージベース10の幅方向に
押しながら、光ファイバ16を第1の溝12と第2の溝
14内に接着固定することで、マイクロベンド(屈曲
部)16B、16Cも簡単に形成することができる。
1及び第2の溝12及び14内に接着する際に、屈曲部
16Aを、図3に矢印Yで示す方向に押しながら、接着
固定することにより、間隔G内の光ファイバ16のエッ
ジ部分にも、それぞれ屈曲部16B、16Cを形成し、
検出感度を向上させることが可能である。即ち、間隔G
内の光ファイバ16のエッジ部分にも、それぞれマイク
ロベンド(屈曲部)16B、16Cが形成され、これら
のマイクロベンド(屈曲部)16B、16Cも、引張り
の場合に曲率半径が増加し、圧縮の場合には曲率半径が
減少する。特に、これらのマイクロベンド(屈曲部)1
6B、16Cの曲率半径は、その形状からも、間隔Gの
増減に対して敏感に反応する。従って、屈曲部16Aと
相俟って、本ひずみゲージの検出感度を大きく向上させ
得る。この点に着目すれば、この光ファイバ式ひずみゲ
ージは、ゲージベース10の第1の溝12と第2の溝1
4をゲージベース10の長手方向に対して傾斜させるこ
とで、光ファイバ16の屈曲部16Aを形成した上に、
更に、この屈曲部16Aをゲージベース10の幅方向に
押しながら、光ファイバ16を第1の溝12と第2の溝
14内に接着固定することで、マイクロベンド(屈曲
部)16B、16Cも簡単に形成することができる。
【0026】さて、本実施形態では、測定対象物30は
鋼材とし、光ファイバ式ひずみゲージを、図1及び図2
に示すように、測定対象物30にゲージベース10を薄
肉部26をスポット溶接することにより固定した。図1
及び図2に、スポット溶接の溶接点を参照符号31にて
示す。これに対して、例えば、コンクリートの測定対象
物の場合なら、ゲージベース10を測定対象物に接着剤
を用いて接着することにより固定しても良い。
鋼材とし、光ファイバ式ひずみゲージを、図1及び図2
に示すように、測定対象物30にゲージベース10を薄
肉部26をスポット溶接することにより固定した。図1
及び図2に、スポット溶接の溶接点を参照符号31にて
示す。これに対して、例えば、コンクリートの測定対象
物の場合なら、ゲージベース10を測定対象物に接着剤
を用いて接着することにより固定しても良い。
【0027】以上のように、上記実施形態では、ゲージ
ベース10の第1の溝12と第2の溝14をゲージベー
ス10の長手方向に対して傾斜させることで、光ファイ
バ16の屈曲部16A(更には、屈曲部16B、16
C)を、検出部として形成した点にその特徴がある。
尚、間隔G内の光ファイバ16の曲率半径を変え、測定
対象に応じて検出感度を変化させることもできる。例え
ば、測定対象がひずみの小さいコンクリートの場合に
は、曲率半径を小さくとり、ひずみの大きい鉄の場合に
は、曲率半径を大きくとれば良い。
ベース10の第1の溝12と第2の溝14をゲージベー
ス10の長手方向に対して傾斜させることで、光ファイ
バ16の屈曲部16A(更には、屈曲部16B、16
C)を、検出部として形成した点にその特徴がある。
尚、間隔G内の光ファイバ16の曲率半径を変え、測定
対象に応じて検出感度を変化させることもできる。例え
ば、測定対象がひずみの小さいコンクリートの場合に
は、曲率半径を小さくとり、ひずみの大きい鉄の場合に
は、曲率半径を大きくとれば良い。
【0028】本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージに
ついて、その効果を確認するため以下のような実験を行
った。即ち、上述した第1の溝12と第2の溝14のゲ
ージベース10の長手方向に対する傾斜角度θを6度
(6 deg)とした本実施形態の光ファイバ式ひずみ
ゲージを片持ち梁の上面側と下面側にそれぞれ固定し、
片持ち梁に載荷する荷重を増加させていき、引張りひず
みの増加(上面側)又は減少(下面側)に対する透過光
出力の変化を調べた。尚、ひずみの増加又は減少は、片
持ち梁の上面側と下面側にそれぞれ本実施形態の光ファ
イバ式ひずみゲージの近傍に固定した電気抵抗式ひずみ
ゲージにより計測したものである。その結果を図4に示
す。
ついて、その効果を確認するため以下のような実験を行
った。即ち、上述した第1の溝12と第2の溝14のゲ
ージベース10の長手方向に対する傾斜角度θを6度
(6 deg)とした本実施形態の光ファイバ式ひずみ
ゲージを片持ち梁の上面側と下面側にそれぞれ固定し、
片持ち梁に載荷する荷重を増加させていき、引張りひず
みの増加(上面側)又は減少(下面側)に対する透過光
出力の変化を調べた。尚、ひずみの増加又は減少は、片
持ち梁の上面側と下面側にそれぞれ本実施形態の光ファ
イバ式ひずみゲージの近傍に固定した電気抵抗式ひずみ
ゲージにより計測したものである。その結果を図4に示
す。
【0029】図4から明らかなように、ひずみ(με)
の増加又は減少に応じて、透過光出力も直線的に変化し
ており、ひずみセンサとしての実用的効果も充分得られ
ることが分かった。
の増加又は減少に応じて、透過光出力も直線的に変化し
ており、ひずみセンサとしての実用的効果も充分得られ
ることが分かった。
【0030】次に、上記実施形態の変形例に係る光ファ
イバ式ひずみゲージについて、図5を参照して説明す
る。本変形例の光ファイバ式ひずみゲージも、図1〜3
に示したものと同様に、H型のスリット22により、厚
肉部24が第1の厚肉部24Aと第2の厚肉部24Bと
に分けられ、H型のスリット22の中央のスリット部に
より所定の間隔Gだけ離間して形成されている。そし
て、本変形例では、厚肉部24の下面と薄肉部26の下
面とが、図5に示すように、段差を有しており、この結
果、同図に示すように、本変形例の光ファイバ式ひずみ
ゲージが測定対象物30に固着された状態において、厚
肉部24の下面と測定対象物30との間には、間隙が形
成されるようになっている。従って、本変形例では、図
5に示すように、間隔G内において、第1の厚肉部24
Aと第2の厚肉部24Bそれぞれは自由端を構成してい
る。かかる構造を有する本変形例の光ファイバ式ひずみ
ゲージにおいては、例えば、温度の上昇により測定対象
物30に固定されたゲージベース10全体が伸長した場
合には、第1の厚肉部24Aと第2の厚肉部24Bもそ
れに伴って伸長する分、間隔Gが増加して屈曲部16A
と16Bの曲率半径は大きくなるが、第1の厚肉部24
Aと第2の厚肉部24Bそれぞれの自由端側も間隔G内
で伸長する結果、その分だけ間隔Gを減少させる方向に
作用する。このため間隔Gの増加がその分だけ相殺され
るので、温度変化による影響を減少させ得る構造となっ
ている。
イバ式ひずみゲージについて、図5を参照して説明す
る。本変形例の光ファイバ式ひずみゲージも、図1〜3
に示したものと同様に、H型のスリット22により、厚
肉部24が第1の厚肉部24Aと第2の厚肉部24Bと
に分けられ、H型のスリット22の中央のスリット部に
より所定の間隔Gだけ離間して形成されている。そし
て、本変形例では、厚肉部24の下面と薄肉部26の下
面とが、図5に示すように、段差を有しており、この結
果、同図に示すように、本変形例の光ファイバ式ひずみ
ゲージが測定対象物30に固着された状態において、厚
肉部24の下面と測定対象物30との間には、間隙が形
成されるようになっている。従って、本変形例では、図
5に示すように、間隔G内において、第1の厚肉部24
Aと第2の厚肉部24Bそれぞれは自由端を構成してい
る。かかる構造を有する本変形例の光ファイバ式ひずみ
ゲージにおいては、例えば、温度の上昇により測定対象
物30に固定されたゲージベース10全体が伸長した場
合には、第1の厚肉部24Aと第2の厚肉部24Bもそ
れに伴って伸長する分、間隔Gが増加して屈曲部16A
と16Bの曲率半径は大きくなるが、第1の厚肉部24
Aと第2の厚肉部24Bそれぞれの自由端側も間隔G内
で伸長する結果、その分だけ間隔Gを減少させる方向に
作用する。このため間隔Gの増加がその分だけ相殺され
るので、温度変化による影響を減少させ得る構造となっ
ている。
【0031】ここで、上記変形例に係る光ファイバ式ひ
ずみゲージにおいて、かかる温度変化による影響を可及
的に小さくするための条件等につき、図5を参照しつ
つ、説明する。ここでは、説明を簡単にするために、測
定対象物30のひずみが図5に示す接合部32上のゲ−
ジべ−ス10に100%伝達し、ゲ−ジべ−ス10のひ
ずみは光ファイバ16に100%伝達するものとして説
明する。
ずみゲージにおいて、かかる温度変化による影響を可及
的に小さくするための条件等につき、図5を参照しつ
つ、説明する。ここでは、説明を簡単にするために、測
定対象物30のひずみが図5に示す接合部32上のゲ−
ジべ−ス10に100%伝達し、ゲ−ジべ−ス10のひ
ずみは光ファイバ16に100%伝達するものとして説
明する。
【0032】各部の寸法を図5に示すものとすると、ひ
ずみεによるGの変化は、以下の数1により表される。
ずみεによるGの変化は、以下の数1により表される。
【0033】
【数1】(L+G)ε ひずみεと温度変化dTによるGの変化は、以下の数2
により表される。
により表される。
【0034】
【数2】{(L+G)(1+ε)(1+αs dT)−L
(1+αG dT)}−G≒(L+G)ε+{L(αs −
αG )+Gαs }dT (αs :測定対象物の線膨張係数 αG :ゲ−ジべ−ス
の線膨張係数) 尚、αs は測定対象物の線膨張係数、αG はゲ−ジべ−
スの線膨張係数を示す。 Gの温度による変化分が感度
に影響するため、上記数2における右辺の第2項の温度
変化dTの係数、即ち、以下の数3により表される項
(1+αG dT)}−G≒(L+G)ε+{L(αs −
αG )+Gαs }dT (αs :測定対象物の線膨張係数 αG :ゲ−ジべ−ス
の線膨張係数) 尚、αs は測定対象物の線膨張係数、αG はゲ−ジべ−
スの線膨張係数を示す。 Gの温度による変化分が感度
に影響するため、上記数2における右辺の第2項の温度
変化dTの係数、即ち、以下の数3により表される項
【0035】
【数3】L(αs −αG )+Gαs を0に近づければ、温度影響を少なくできることにな
る。従って、以下の数4より、数5が求められる。
る。従って、以下の数4より、数5が求められる。
【0036】
【数4】L(αG −αs )=Gαs
【0037】
【数5】 L/G=αs /(αG −αs ) (αG >αs の場合) 具体的な計算例としては、αG 、αs がそれぞれ以下の
数6、数7により表される場合であれば、
数6、数7により表される場合であれば、
【0038】
【数6】αG =16×10-6
【0039】
【数7】αs =11×10-6 L/G=11/5となり、従って、G=1mmとすれ
ば、L=2.2mm、一方、G=3mmとすれば、L=
6.6mmとなる。かかる寸法に形成することにより、
温度影響が少ない光ファイバ式ひずみゲージを実現でき
る。
ば、L=2.2mm、一方、G=3mmとすれば、L=
6.6mmとなる。かかる寸法に形成することにより、
温度影響が少ない光ファイバ式ひずみゲージを実現でき
る。
【0040】実際の設計にあたっては、上記で前提とし
たひずみの伝達は100%でないため、各部材間での伝
達効率を実測またはFEM(有限要素法)等で求め、そ
れらのひずみ伝達効率を考え合わせることにより最適形
状を求めれば良い。
たひずみの伝達は100%でないため、各部材間での伝
達効率を実測またはFEM(有限要素法)等で求め、そ
れらのひずみ伝達効率を考え合わせることにより最適形
状を求めれば良い。
【0041】次に、本発明の第2の実施の形態に係るひ
ずみ測定システムについて説明する。本実施形態のひず
み測定システムは、上述した第1の実施形態と同様の光
ファイバ式ひずみゲージを複数個それぞれ所定の間隔を
おいて配置し、これら複数個の光ファイバ式ひずみゲー
ジに1本の光ファイバを挿通し、この光ファイバをOT
DRの測定装置に接続して複数個の光ファイバ式ひずみ
ゲージによりひずみの多点計測を行うものである。
ずみ測定システムについて説明する。本実施形態のひず
み測定システムは、上述した第1の実施形態と同様の光
ファイバ式ひずみゲージを複数個それぞれ所定の間隔を
おいて配置し、これら複数個の光ファイバ式ひずみゲー
ジに1本の光ファイバを挿通し、この光ファイバをOT
DRの測定装置に接続して複数個の光ファイバ式ひずみ
ゲージによりひずみの多点計測を行うものである。
【0042】本実施形態のひずみ測定システムを考案す
る前提として、本発明者らは、上述した第1の実施形態
の光ファイバ式ひずみゲージの多点計測への応用の可能
性を探るため、以下のような実験を行った。即ち、上述
した第1の溝12と第2の溝14のゲージベース10の
長手方向に対する傾斜角度θを6度(6 deg)とし
た第1の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージを、図6
に示すように、2つ設置し、それぞれ多点計測における
検出部1、2を構成せしめ、OTDR測定装置を用い
て、ひずみの増加又は減少に対する差分出力の変化を調
べた。尚、検出部1、2においては、それぞれ光ファイ
バ式ひずみゲージを片持ち梁の上面側と下面側にそれぞ
れ固定し、片持ち梁に載荷する荷重を増加させていくこ
とで、引張りひずみを増加(上面側)させ又は減少(下
面側)させた。また、ひずみの増加又は減少は、片持ち
梁の光ファイバ式ひずみゲージの近傍に固定した電気抵
抗式ひずみゲージにより計測したものである。その結果
を図7に示す。
る前提として、本発明者らは、上述した第1の実施形態
の光ファイバ式ひずみゲージの多点計測への応用の可能
性を探るため、以下のような実験を行った。即ち、上述
した第1の溝12と第2の溝14のゲージベース10の
長手方向に対する傾斜角度θを6度(6 deg)とし
た第1の実施形態の光ファイバ式ひずみゲージを、図6
に示すように、2つ設置し、それぞれ多点計測における
検出部1、2を構成せしめ、OTDR測定装置を用い
て、ひずみの増加又は減少に対する差分出力の変化を調
べた。尚、検出部1、2においては、それぞれ光ファイ
バ式ひずみゲージを片持ち梁の上面側と下面側にそれぞ
れ固定し、片持ち梁に載荷する荷重を増加させていくこ
とで、引張りひずみを増加(上面側)させ又は減少(下
面側)させた。また、ひずみの増加又は減少は、片持ち
梁の光ファイバ式ひずみゲージの近傍に固定した電気抵
抗式ひずみゲージにより計測したものである。その結果
を図7に示す。
【0043】図7から明らかなように、ひずみ(με)
の増加又は減少に応じて、OTDR測定装置により得ら
れる差分出力も単調に変化しており、多点計測への応用
が充分可能であることが分かった。
の増加又は減少に応じて、OTDR測定装置により得ら
れる差分出力も単調に変化しており、多点計測への応用
が充分可能であることが分かった。
【0044】さて、本実施形態のひずみ測定システム
は、光ファイバ式ひずみゲージ42a,42b,42
c,・・・,42nをそれぞれ所定の間隔をおいて配置
し、これら複数個の光ファイバ式ひずみゲージに光ファ
イバ40を挿通し、この光ファイバ40を、図8に示す
ように、OTDRの測定装置に接続して複数個の光ファ
イバ式ひずみゲージによりひずみの多点計測を行うもの
である。
は、光ファイバ式ひずみゲージ42a,42b,42
c,・・・,42nをそれぞれ所定の間隔をおいて配置
し、これら複数個の光ファイバ式ひずみゲージに光ファ
イバ40を挿通し、この光ファイバ40を、図8に示す
ように、OTDRの測定装置に接続して複数個の光ファ
イバ式ひずみゲージによりひずみの多点計測を行うもの
である。
【0045】即ち、本実施形態のひずみ測定システムで
は、図8に示すように、パルス発振器51により駆動さ
れたレーザダイオード(LD)52は、光パルスを出力
し、光パルスは方向性結合器53を経て光ファイバ40
に入射する。光ファイバ40内の各光ファイバ式ひずみ
ゲージ42a,42b,42c,・・・,42nで生じ
た後方レーリ散乱光、あるいはフレネル反射光は入射端
に戻ってくる。入射端に戻ってきた光は、方向性結合器
53を通して受光素子(PD)54に入射し、電気信号
に変換される。変換された電気信号は、増幅器55によ
り所要のレベルまで増幅された後、解析処理部/表示部
56により時間領域で解析され、解析結果が表示され
る。例えば、埋設配管等に1mごとに検出部として光フ
ァイバ式ひずみゲージ42a,42b,42c,・・
・,42nを固着し、かかるOTDR測定装置に接続す
ることによりひずみ測定システムを構成すれば、損傷等
の存在する位置とひずみ量を同時に計測することが可能
である。
は、図8に示すように、パルス発振器51により駆動さ
れたレーザダイオード(LD)52は、光パルスを出力
し、光パルスは方向性結合器53を経て光ファイバ40
に入射する。光ファイバ40内の各光ファイバ式ひずみ
ゲージ42a,42b,42c,・・・,42nで生じ
た後方レーリ散乱光、あるいはフレネル反射光は入射端
に戻ってくる。入射端に戻ってきた光は、方向性結合器
53を通して受光素子(PD)54に入射し、電気信号
に変換される。変換された電気信号は、増幅器55によ
り所要のレベルまで増幅された後、解析処理部/表示部
56により時間領域で解析され、解析結果が表示され
る。例えば、埋設配管等に1mごとに検出部として光フ
ァイバ式ひずみゲージ42a,42b,42c,・・
・,42nを固着し、かかるOTDR測定装置に接続す
ることによりひずみ測定システムを構成すれば、損傷等
の存在する位置とひずみ量を同時に計測することが可能
である。
【0046】次に、本発明の第3の実施の形態に係る光
ファイバ式ひずみゲージについて、図面を参照して説明
する。本実施形態におけるゲージベースの全体形状等
は、上述した第1の実施形態のものと同様であり、同様
の部分には同一の参照符号を付してある。
ファイバ式ひずみゲージについて、図面を参照して説明
する。本実施形態におけるゲージベースの全体形状等
は、上述した第1の実施形態のものと同様であり、同様
の部分には同一の参照符号を付してある。
【0047】本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージ
は、図9〜12に示すように、ゲージベース10と、ゲ
ージベース10の長手方向に沿って相互に所定の間隔G
をおきつつ偏芯して形成された第1の溝12´及び第2
の溝14´と、第1及び第2の溝12´及び14´内に
配置され両溝の偏芯により間隔G内に屈曲部を有する光
ファイバ16を有している。
は、図9〜12に示すように、ゲージベース10と、ゲ
ージベース10の長手方向に沿って相互に所定の間隔G
をおきつつ偏芯して形成された第1の溝12´及び第2
の溝14´と、第1及び第2の溝12´及び14´内に
配置され両溝の偏芯により間隔G内に屈曲部を有する光
ファイバ16を有している。
【0048】ゲージベース10は、図9に示すように、
全体として矩形状を有しており、中央部には、H型のス
リット22が形成されている。また、ゲージベース10
は、図10及び図11に示すように、厚肉部24と薄肉
部26とから成る。尚、本実施の形態においても、ゲー
ジベース10の長手方向の寸法は、20mm〜30m
m、厚肉部24の肉厚は0.5mm、薄肉部26の肉厚
は0.2mmに形成した。また、間隔Gが3mmになる
ようにH型のスリット22を形成した。
全体として矩形状を有しており、中央部には、H型のス
リット22が形成されている。また、ゲージベース10
は、図10及び図11に示すように、厚肉部24と薄肉
部26とから成る。尚、本実施の形態においても、ゲー
ジベース10の長手方向の寸法は、20mm〜30m
m、厚肉部24の肉厚は0.5mm、薄肉部26の肉厚
は0.2mmに形成した。また、間隔Gが3mmになる
ようにH型のスリット22を形成した。
【0049】厚肉部24は、上述したH型のスリット2
2により第1の厚肉部24Aと第2の厚肉部24Bとに
分けられ、H型のスリット22の中央のスリット部によ
り所定の間隔Gだけ離間して形成されている。第1の厚
肉部24Aは、図10及び図11に示すように、その下
面側に第1の光ファイバ用溝12´が形成されている。
第2の厚肉部24Bは、図1及び図4に示すように、そ
の下面側に第2の光ファイバ用溝14´が形成されてい
る。第1の光ファイバ用溝12´と第2の光ファイバ用
溝14´とは、図9及び図12に示すように、距離Fだ
けオフセットするように設けられている。
2により第1の厚肉部24Aと第2の厚肉部24Bとに
分けられ、H型のスリット22の中央のスリット部によ
り所定の間隔Gだけ離間して形成されている。第1の厚
肉部24Aは、図10及び図11に示すように、その下
面側に第1の光ファイバ用溝12´が形成されている。
第2の厚肉部24Bは、図1及び図4に示すように、そ
の下面側に第2の光ファイバ用溝14´が形成されてい
る。第1の光ファイバ用溝12´と第2の光ファイバ用
溝14´とは、図9及び図12に示すように、距離Fだ
けオフセットするように設けられている。
【0050】図9〜12に示すように、ゲージベース1
0の第1及び第2の溝12´及び14´内には、1本の
光ファイバ16が挿通されている。この光ファイバ16
は、第1及び第2の溝12´及び14´内に挿通された
後、接着剤を充填することにより第1及び第2の溝12
´及び14´内に接着されている。光ファイバ16は、
図12に示すように、ゲージベース10において第1の
溝12´と第2の溝14´が距離Fだけオフセットさ
れ、偏芯して形成されているため、間隔G内に2つの屈
曲部16´A及び16´Bを有している。
0の第1及び第2の溝12´及び14´内には、1本の
光ファイバ16が挿通されている。この光ファイバ16
は、第1及び第2の溝12´及び14´内に挿通された
後、接着剤を充填することにより第1及び第2の溝12
´及び14´内に接着されている。光ファイバ16は、
図12に示すように、ゲージベース10において第1の
溝12´と第2の溝14´が距離Fだけオフセットさ
れ、偏芯して形成されているため、間隔G内に2つの屈
曲部16´A及び16´Bを有している。
【0051】本実施形態の光ファイバ式ひずみゲージの
使用方法も、上述した第1の実施形態のものと略同様で
あるが、測定対象物のひずみを、検出部として設けた光
ファイバ16の屈曲部16´Aと16´Bに伝えて検出
する。即ち、測定対象物30に応力が作用してひずみが
生じると、ゲージベース10も同じように引張り又は圧
縮され、間隔Gが増減することにより光ファイバ16の
屈曲部16´Aと16´Bそれぞれに曲げを発生し、光
の透過光量に変化をもたらす。この光量変化をPD等を
含む検出手段にて検出することによりひずみ量を計測す
ることができる。
使用方法も、上述した第1の実施形態のものと略同様で
あるが、測定対象物のひずみを、検出部として設けた光
ファイバ16の屈曲部16´Aと16´Bに伝えて検出
する。即ち、測定対象物30に応力が作用してひずみが
生じると、ゲージベース10も同じように引張り又は圧
縮され、間隔Gが増減することにより光ファイバ16の
屈曲部16´Aと16´Bそれぞれに曲げを発生し、光
の透過光量に変化をもたらす。この光量変化をPD等を
含む検出手段にて検出することによりひずみ量を計測す
ることができる。
【0052】本実施形態においても、測定対象物30は
鋼材とし、光ファイバ式ひずみゲージを、図9及び図1
1に示すように、測定対象物30にゲージベース10を
薄肉部26をスポット溶接することにより固定した。図
9及び図11に、スポット溶接の溶接点を参照符号31
にて示す。これに対して、例えば、コンクリートの測定
対象物の場合なら、ゲージベース10を測定対象物に接
着剤を用いて接着することにより固定しても良い。
鋼材とし、光ファイバ式ひずみゲージを、図9及び図1
1に示すように、測定対象物30にゲージベース10を
薄肉部26をスポット溶接することにより固定した。図
9及び図11に、スポット溶接の溶接点を参照符号31
にて示す。これに対して、例えば、コンクリートの測定
対象物の場合なら、ゲージベース10を測定対象物に接
着剤を用いて接着することにより固定しても良い。
【0053】以上のように、本実施形態では、検出部と
して設けた光ファイバ16の屈曲部(16´Aと16´
B)を、ゲージベース10の第1の溝12´と第2の溝
14´を距離Fだけオフセットし偏芯させることにより
形成した点にその特徴がある。尚、第1の溝12´と第
2の溝14´の偏芯量を変えることにより、測定対象に
応じて検出感度を変化させることもできる。例えば、測
定対象がひずみの小さいコンクリートの場合には、オフ
セット量Fを大きくとり、ひずみの大きい鉄の場合に
は、オフセット量Fを小さくとれば良い。
して設けた光ファイバ16の屈曲部(16´Aと16´
B)を、ゲージベース10の第1の溝12´と第2の溝
14´を距離Fだけオフセットし偏芯させることにより
形成した点にその特徴がある。尚、第1の溝12´と第
2の溝14´の偏芯量を変えることにより、測定対象に
応じて検出感度を変化させることもできる。例えば、測
定対象がひずみの小さいコンクリートの場合には、オフ
セット量Fを大きくとり、ひずみの大きい鉄の場合に
は、オフセット量Fを小さくとれば良い。
【0054】また、上記実施形態の光ファイバ式ひずみ
ゲージの使用方法として、上述した光ファイバ式ひずみ
ゲージを、測定対象物30にスポット溶接又は接着後、
図9に破線で示すA部及びB部をペンシルグラインダー
等で除去してひずみゲージとしての感度を向上させるこ
とが考えられる。このような使用形態では、測定対象物
30に生じたひずみが、A部及びB部によって規制され
ることなく、間隔Gの増減として伝達されるので、測定
対象物30に生じたひずみをより高感度に検出すること
ができる。例えば、上述した光ファイバ式ひずみゲージ
を極めて薄い鉄板に固着してひずみの測定を行う場合に
は、ひずみゲージにより薄い鉄板が補強されることとな
り、正確な測定が困難になる虞れもある。このような場
合に、本使用形態が有効と考えられる。
ゲージの使用方法として、上述した光ファイバ式ひずみ
ゲージを、測定対象物30にスポット溶接又は接着後、
図9に破線で示すA部及びB部をペンシルグラインダー
等で除去してひずみゲージとしての感度を向上させるこ
とが考えられる。このような使用形態では、測定対象物
30に生じたひずみが、A部及びB部によって規制され
ることなく、間隔Gの増減として伝達されるので、測定
対象物30に生じたひずみをより高感度に検出すること
ができる。例えば、上述した光ファイバ式ひずみゲージ
を極めて薄い鉄板に固着してひずみの測定を行う場合に
は、ひずみゲージにより薄い鉄板が補強されることとな
り、正確な測定が困難になる虞れもある。このような場
合に、本使用形態が有効と考えられる。
【0055】以上に述べた第3の実施形態の光ファイバ
式ひずみゲージにおいても、図4に示したものと同様の
変形例の製作が可能であり、温度変化による影響を減少
させ得る構造が得られるのは、第1の実施形態の場合と
同様である。また、この第3の実施形態の光ファイバ式
ひずみゲージを複数個それぞれ所定の間隔をおいて配置
し、1本の光ファイバを挿通してOTDR測定装置に接
続することにより、上述した第2の実施形態と同様のひ
ずみ測定システムを設計することができ、これにより、
ひずみの多点計測が可能となるのは勿論である。
式ひずみゲージにおいても、図4に示したものと同様の
変形例の製作が可能であり、温度変化による影響を減少
させ得る構造が得られるのは、第1の実施形態の場合と
同様である。また、この第3の実施形態の光ファイバ式
ひずみゲージを複数個それぞれ所定の間隔をおいて配置
し、1本の光ファイバを挿通してOTDR測定装置に接
続することにより、上述した第2の実施形態と同様のひ
ずみ測定システムを設計することができ、これにより、
ひずみの多点計測が可能となるのは勿論である。
【0056】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ゲージベースの一方向に沿って所定の間隔を
おいた第1の溝と第2の溝を、該ゲージベースの一方向
に対して傾斜させて形成し、あるいは前記ゲージベース
の一方向に沿って相互に偏芯して形成し、該第1の溝と
第2の溝内に少なくとも1本の光ファイバを挿通するよ
うにしたので、前記所定の間隔内に光ファイバの屈曲部
を簡単に形成することができ、安価な光ファイバ式ひず
みゲージを製作することが可能となった。また、ゲージ
長の小さい小型の光ファイバ式ひずみゲージを製作し得
るので、局部的な応力及びひずみを測定し得る。
によれば、ゲージベースの一方向に沿って所定の間隔を
おいた第1の溝と第2の溝を、該ゲージベースの一方向
に対して傾斜させて形成し、あるいは前記ゲージベース
の一方向に沿って相互に偏芯して形成し、該第1の溝と
第2の溝内に少なくとも1本の光ファイバを挿通するよ
うにしたので、前記所定の間隔内に光ファイバの屈曲部
を簡単に形成することができ、安価な光ファイバ式ひず
みゲージを製作することが可能となった。また、ゲージ
長の小さい小型の光ファイバ式ひずみゲージを製作し得
るので、局部的な応力及びひずみを測定し得る。
【0057】更に、前記間隔内の光ファイバの曲率半径
を変えることにより、測定対象に応じて検出感度を変化
させることもできる。更にまた、ひずみの1点計測であ
れば、本発明の光ファイバ式ひずみゲージにLEDとP
Dを組み合わせるだけで可能となるので、安価な計測が
可能である。
を変えることにより、測定対象に応じて検出感度を変化
させることもできる。更にまた、ひずみの1点計測であ
れば、本発明の光ファイバ式ひずみゲージにLEDとP
Dを組み合わせるだけで可能となるので、安価な計測が
可能である。
【0058】また、請求項2記載の発明によれば、H型
のスリットにより所定の間隔を設け、該間隔内に光ファ
イバの屈曲部を形成したので、かかる構造によりゲージ
感度の温度依存性を低下させることが可能となった。更
に、請求項3記載の発明によれば、ゲージベースを金属
により形成しているので、測定対象物と用途に応じ、溶
接及び接着のいずれによっても取り付けることができ
る。
のスリットにより所定の間隔を設け、該間隔内に光ファ
イバの屈曲部を形成したので、かかる構造によりゲージ
感度の温度依存性を低下させることが可能となった。更
に、請求項3記載の発明によれば、ゲージベースを金属
により形成しているので、測定対象物と用途に応じ、溶
接及び接着のいずれによっても取り付けることができ
る。
【0059】また、請求項4記載の発明によれば、前記
屈曲部は、前記ゲージベースの一方向に対して傾斜させ
た第1及び第2の溝に沿って前記光ファイバを配置する
ことにより、前記間隔内の略中央に形成される第1の屈
曲部と、該第1の屈曲部を曲げの内側から押しながら前
記第1及び第2の溝内に前記光ファイバを固定すること
により前記間隔の両端部にそれぞれ形成される第2及び
第3の屈曲部とを含むので、ひずみの検出感度を大きく
向上させることができる。一方、請求項5記載の発明に
よれば、OTDRを用いることで、1本の光ファイバで
ひずみの多点計測が可能である。即ち、損傷等の発生位
置とひずみ量を同時に計測し得る。
屈曲部は、前記ゲージベースの一方向に対して傾斜させ
た第1及び第2の溝に沿って前記光ファイバを配置する
ことにより、前記間隔内の略中央に形成される第1の屈
曲部と、該第1の屈曲部を曲げの内側から押しながら前
記第1及び第2の溝内に前記光ファイバを固定すること
により前記間隔の両端部にそれぞれ形成される第2及び
第3の屈曲部とを含むので、ひずみの検出感度を大きく
向上させることができる。一方、請求項5記載の発明に
よれば、OTDRを用いることで、1本の光ファイバで
ひずみの多点計測が可能である。即ち、損傷等の発生位
置とひずみ量を同時に計測し得る。
【0060】以上により、橋梁・原子炉等の健全性監視
(ヘルスモニタリング)による損傷の感知用、埋設配管
の安全性モニタリング用(特にガス用配管等防爆性を要
求されるもの)、トンネル等の土木構造物の異常検出、
建築物の設備診断用等に優れたひずみゲージ及びひずみ
測定システムを提供することができる。
(ヘルスモニタリング)による損傷の感知用、埋設配管
の安全性モニタリング用(特にガス用配管等防爆性を要
求されるもの)、トンネル等の土木構造物の異常検出、
建築物の設備診断用等に優れたひずみゲージ及びひずみ
測定システムを提供することができる。
【0061】即ち、無誘導性、防爆性、耐腐食性を備
え、航空機・船舶・橋梁・原子炉等の健全性監視(ヘル
スモニタリング)、及び電磁波の影響があり電気抵抗ひ
ずみゲージが利用できない環境下でのひずみ測定に用い
るのに好適なひずみゲージ及びひずみ測定システムを提
供し得る。
え、航空機・船舶・橋梁・原子炉等の健全性監視(ヘル
スモニタリング)、及び電磁波の影響があり電気抵抗ひ
ずみゲージが利用できない環境下でのひずみ測定に用い
るのに好適なひずみゲージ及びひずみ測定システムを提
供し得る。
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る光ファイバ式
ひずみゲージの平面図である。
ひずみゲージの平面図である。
【図2】図1に示した光ファイバ式ひずみゲージのX−
X線に沿った断面図である。
X線に沿った断面図である。
【図3】図1に示したA部の詳細拡大図である。
【図4】本発明の第1の実施形態の光ファイバ式ひずみ
ゲージにおけるひずみの増加又は減少に応じた透過光出
力の変化を示すグラフである。
ゲージにおけるひずみの増加又は減少に応じた透過光出
力の変化を示すグラフである。
【図5】図1に示した光ファイバ式ひずみゲージにおけ
る温度補償の考え方を説明するための図である。
る温度補償の考え方を説明するための図である。
【図6】本発明の第1の実施形態の光ファイバ式ひずみ
ゲージを用いたOTDR法による多点ひずみ計測試験の
概要を示す図である。
ゲージを用いたOTDR法による多点ひずみ計測試験の
概要を示す図である。
【図7】図6に示した多点ひずみ計測試験の結果を示す
グラフであり、ひずみの増加又は減少に応じたOTDR
測定装置を介した差分出力の変化を示す。
グラフであり、ひずみの増加又は減少に応じたOTDR
測定装置を介した差分出力の変化を示す。
【図8】本発明の第2の実施の形態に係る光ファイバ式
ひずみ測定システムの構成を示す図である。
ひずみ測定システムの構成を示す図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態に係る光ファイバ式
ひずみゲージの平面図である。
ひずみゲージの平面図である。
【図10】図9に示した光ファイバ式ひずみゲージのX
方向矢視図である。
方向矢視図である。
【図11】図9に示した光ファイバ式ひずみゲージのY
−Y線に沿った断面図である。
−Y線に沿った断面図である。
【図12】図9に示したC部の詳細拡大図である。
10 ゲージベース 12 第1の(光ファイバ用)溝 12´ 第1の(光ファイバ用)溝 14 第2の(光ファイバ用)溝 14´ 第2の(光ファイバ用)溝 16 光ファイバ 16A 屈曲部 16´A 屈曲部 16B 屈曲部 16´B 屈曲部 16C 屈曲部 22 H型のスリット 24 厚肉部 24A 第1の厚肉部 24B 第2の厚肉部 26 薄肉部 F オフセット(距離) G 間隔 30 測定対象物 32 接合部 40 光ファイバ 42a 光ファイバ式ひずみゲージ 42b 光ファイバ式ひずみゲージ 42c 光ファイバ式ひずみゲージ 42n 光ファイバ式ひずみゲージ 51 パルス発振器 52 レーザダイオード(LD) 53 方向性結合器 54 受光素子(PD) 55 増幅器 56 解析処理部/表示部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤島 絵里子 東京都調布市調布ケ丘3丁目5番地1号 株式会社共和電業内
Claims (6)
- 【請求項1】 ゲージベースと、該ゲージベースの一方
向に沿って所定の間隔をおいて、前記ゲージベースの一
方向に対して傾斜させた第1及び第2の溝と、該第1及
び第2の溝に配置され該第1及び第2の溝の傾斜により
前記間隔内に屈曲部を有する少なくとも1本の光ファイ
バとを有することを特徴とする光ファイバ式ひずみゲー
ジ。 - 【請求項2】 請求項1記載の光ファイバ式ひずみゲー
ジにおいて、前記間隔は、前記ゲージベースの中央部に
設けられたH型のスリットにより構成されていることを
特徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。 - 【請求項3】 請求項1及び2記載の光ファイバ式ひず
みゲージにおいて、前記ゲージベースは、金属により形
成されていることを特徴とする光ファイバ式ひずみゲー
ジ。 - 【請求項4】 請求項1〜3記載の光ファイバ式ひずみ
ゲージにおいて、前記屈曲部は、前記ゲージベースの一
方向に対して傾斜させた第1及び第2の溝に沿って前記
光ファイバを配置することにより、前記間隔内の略中央
に形成される第1の屈曲部と、該第1の屈曲部を曲げの
内側から押しながら前記第1及び第2の溝内に前記光フ
ァイバを固定することにより前記間隔の両端部にそれぞ
れ形成される第2及び第3の屈曲部とを含むことを特徴
とする光ファイバ式ひずみゲージ。 - 【請求項5】 請求項1〜4記載の光ファイバ式ひずみ
ゲージを複数個それぞれ所定の間隔をおいて配置し、該
複数個の光ファイバ式ひずみゲージに挿通されて全体と
して1つの光伝送路を形成する少なくとも1本の光ファ
イバを用い、前記複数個の光ファイバ式ひずみゲージに
よりひずみの多点計測を行うことを特徴とするひずみ測
定システム。 - 【請求項6】 ゲージベースと、該ゲージベースの一方
向に沿って相互に所定の間隔をおいて偏芯して形成され
た第1及び第2の溝と、該第1及び第2の溝に配置され
該第1及び第2の溝の偏芯により前記間隔内に屈曲部を
有する少なくとも1本の光ファイバとを有することを特
徴とする光ファイバ式ひずみゲージ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10372193A JP3035533B2 (ja) | 1997-12-26 | 1998-12-28 | 光ファイバ式ひずみゲ―ジ及びひずみ測定システム |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9-366991 | 1997-12-26 | ||
JP36699197 | 1997-12-26 | ||
JP10372193A JP3035533B2 (ja) | 1997-12-26 | 1998-12-28 | 光ファイバ式ひずみゲ―ジ及びひずみ測定システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11287626A true JPH11287626A (ja) | 1999-10-19 |
JP3035533B2 JP3035533B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=26581858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10372193A Expired - Fee Related JP3035533B2 (ja) | 1997-12-26 | 1998-12-28 | 光ファイバ式ひずみゲ―ジ及びひずみ測定システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3035533B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4580037B1 (ja) * | 2010-03-29 | 2010-11-10 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
JP4580038B1 (ja) * | 2010-04-27 | 2010-11-10 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
US8758916B2 (en) | 2010-10-29 | 2014-06-24 | Empire Technology Development Llc | Energy storage apparatus |
JP2017198630A (ja) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | 株式会社コアシステムジャパン | 変位計 |
CN109141271A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-04 | 中国地震局地壳应力研究所 | 多点式光纤光栅孔底应变计 |
JP2021043052A (ja) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 学校法人 創価大学 | 光ファイバセンサ |
-
1998
- 1998-12-28 JP JP10372193A patent/JP3035533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4580037B1 (ja) * | 2010-03-29 | 2010-11-10 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
JP2011210442A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Emprie Technology Development LLC | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
US8808890B2 (en) | 2010-03-29 | 2014-08-19 | Empire Technology Development Llc | Battery system and battery safety alarm system |
JP4580038B1 (ja) * | 2010-04-27 | 2010-11-10 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
JP2011233343A (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Emprie Technology Development LLC | 電池システム、及び電池の安全警報システム |
US8097352B2 (en) | 2010-04-27 | 2012-01-17 | Empire Technology Development Llc | Battery system and battery safety alarm system |
US8758916B2 (en) | 2010-10-29 | 2014-06-24 | Empire Technology Development Llc | Energy storage apparatus |
JP2017198630A (ja) * | 2016-04-28 | 2017-11-02 | 株式会社コアシステムジャパン | 変位計 |
CN109141271A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-04 | 中国地震局地壳应力研究所 | 多点式光纤光栅孔底应变计 |
CN109141271B (zh) * | 2018-10-22 | 2023-08-15 | 应急管理部国家自然灾害防治研究院 | 多点式光纤光栅孔底应变计 |
JP2021043052A (ja) * | 2019-09-11 | 2021-03-18 | 学校法人 創価大学 | 光ファイバセンサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3035533B2 (ja) | 2000-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Murayama et al. | Structural health monitoring by using fiber-optic distributed strain sensors with high spatial resolution | |
US6687011B1 (en) | Transmission-type extrinsic fabry-perot interferometric optical fiber sensor | |
KR100984378B1 (ko) | 차량 축 중량 측정 장치 | |
US5841034A (en) | Bonded joint analysis | |
JP2983018B1 (ja) | 光ファイバセンサ | |
Luo et al. | A fiber optic microbend sensor for distributed sensing application in the structural strain monitoring | |
Murayama et al. | Distributed strain sensing from damaged composite materials based on shape variation of the Brillouin spectrum | |
JP3035533B2 (ja) | 光ファイバ式ひずみゲ―ジ及びひずみ測定システム | |
Choquet et al. | New generation of Fabry-Perot fiber optic sensors for monitoring of structures | |
JP2003222507A (ja) | 光ファイバセンサ及びそれを利用した歪み監視システム | |
JP4981356B2 (ja) | 光学式振動歪み計測方法 | |
JP3319591B2 (ja) | 光ファイバセンサ及び光ファイバセンサ多点計測システム | |
KR100324117B1 (ko) | 전반사형 외부 패브리-페로 광섬유 센서와 이를 이용한변형률 측정방법 | |
JP2012088155A (ja) | Fbgセンサを用いた計測方法およびその装置 | |
CN110375824A (zh) | 基于光纤光栅的加油站储罐液位和密度传感器 | |
US11525750B2 (en) | Metal-embedded optical fibers for monitoring pressure or corrosion at high temperatures | |
RU2728725C1 (ru) | Устройство прецизионной калибровки волоконно-оптических датчиков с решёткой брэгга | |
CN210108985U (zh) | 一种光纤裂纹传感器 | |
JPH11132732A (ja) | 内空断面測定装置 | |
JP2014032054A (ja) | 加速度センサ | |
Jones et al. | Cantilever plate deformation monitoring using wavelength division multiplexed fiber Bragg grating sensors | |
CN113960328A (zh) | 感测装置及其感测二维流速、二维加速度的方法 | |
JPH10221049A (ja) | ロープ伸び測定装置及びロープ伸び測定方法 | |
Yao et al. | Self-compensating fiber optic flow sensor based on dual fiber Bragg gratings | |
JP4825621B2 (ja) | 光学式振動歪み計測装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |