JP2003065731A

JP2003065731A - 歪み計測装置

Info

Publication number: JP2003065731A
Application number: JP2001254708A
Authority: JP
Inventors: Akio Kondo; 明生近藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】歪み計測装置が設置されている設置場所の温
度変化を補償することができる歪み計測装置を提供する
こと。【解決手段】光源と、被計測物Ｓに沿って配設されて
前記光源からの光の伸縮率に応じた特定波長の光を反射
するファイバブラッググレーティング部１０１を有する
センサ用光ファイバと、該センサ用光ファイバの前記フ
ァイバブラッググレーティング１０１部にて反射した光
から、前記センサ用光ファイバの伸縮を検出する計測器
とを有し、前記センサ用光ファイバの伸縮の検出結果に
基づいて前記被計測物Ｓの歪みを計測する歪み計測装置
であって、当該歪み計測装置が設置されている設置場所
の温度が変化しても、前記ファイバブラッググレーティ
ング部１０１の反射あるいは反射波長を一定に保つこと
のできる温度補償手段１００が設けられていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバによっ
て各種構造物の歪みや地盤等の変位を検出する際に使用
される歪み計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、土砂や岩盤の崩落などの危険
を回避するために、監視員が巡回して状況の把握を行う
ことがなされている。しかしながら、このような監視員
の巡回による監視は、極めて効率が悪いばかりか正確性
にも欠けるため、歪みゲージによって地殻変動を検出し
て、その状況を把握することが行われており、この技術
は、たとえば、鉄橋などの鉄鋼構造物やビルディングな
どの建築物の歪みの検出にも用いられ、これらの不具合
を事前に把握することが行われている。

【０００３】ところが、歪みゲージは、局部的な歪みの
検出しか行うことができず、したがって、長尺な構造物
などには適さなかった。このため、近年では、光ファイ
バを用い、この光ファイバの伸縮率に対応する反射光の
波長の変化を検出して歪みを計測する歪み計測装置が開
発されつつある。

【０００４】以下、このような歪み計測装置の一例につ
いて説明する。図７において、符号１は歪み計測装置で
ある。この歪み計測装置１は、複数本の歪み計測用光フ
ァイバ２を有しており、これら歪み計測用光ファイバ２
が、光チャンネルセレクタ３に接続されている。この光
チャンネルセレクタ３には、サーキュレータ４を介し
て、光源５及び多波長計（計測器）６が接続されてい
る。

【０００５】光源５からの計測光は、サーキュレータ４
を介して光チャンネルセレクタ３へ送られ、複数の歪み
計測用光ファイバ２のうちの光チャンネルセレクタ３に
よって選択された歪み計測用光ファイバ２に送られるよ
うになっている。そして、この計測光が送られた歪み計
測用光ファイバ２からの反射光は、光チャンネルセレク
タ３からサーキュレータ４を介して多波長計６に送られ
るようになっている。

【０００６】次に、歪み計測用光ファイバ２について説
明する。図８に示すように、歪み計測用光ファイバ２
は、複数のセンサ用光ファイバ１１を有しており、これ
らセンサ用光ファイバ１１同士及びセンサ用光ファイバ
１１と光チャンネルセレクタ３との間は、伝送用光ファ
イバ１２によって連結されている。

【０００７】これらセンサ用光ファイバ１１は、被計測
物Ｓに取り付けられたもので、これら被計測物Ｓの歪み
を計測するものである。図９及び図１０に示すように、
被計測物Ｓには、間隔をあけて設置された一対の支持部
（固定部）１３が設けられており、これら支持部１３
に、歪み計測用光ファイバ２のセンサ用光ファイバ１１
が被計測物Ｓに沿って隙間をあけて支持されている。

【０００８】図１１にも示すように、センサ用光ファイ
バ１１は、その両端に、被覆材１２ａによって被覆され
た伝送用光ファイバ１２が融着されて接続され、一本の
歪み計測用光ファイバ２とされており、この融着部１４
には、その外周に、おねじ１５が形成されたねじ部１６
が設けられている。そして、このセンサ用光ファイバ１
１は、そのおねじ１５が形成されたねじ部１６が、被計
測物Ｓに設けられた支持部１３のめねじ１７にねじ込ま
れて支持されている。

【０００９】ここで、このセンサ用光ファイバ１１の両
端のねじ部１６のおねじ１５及び支持部１３のめねじ１
７は、互いに逆ねじとされている。つまり、センサ用光
ファイバ１１を回動させることにより、両端のねじ部１
６の支持部１３へのねじ込み量が変化されて、センサ用
光ファイバ１１を捻ることなく伸縮させることができる
ようになっている。

【００１０】図１２に示すように、支持部１３は、被計
測物Ｓに固定されたベース支持部１３ａと、このベース
支持部１３ａの上部にネジ１３ｃによって固定されるカ
バー支持部１３ｂとから構成されており、ベース支持部
１３ａのめねじ１７にねじ部１６を配設した状態にてカ
バー支持部１３ｂを被せてネジ１３ｃによって固定して
一体化することにより、ねじ部１６が支持部１３のめね
じ１７に螺合された状態に支持されるようになってい
る。

【００１１】センサ用光ファイバ１１は、その中間部
に、ファイバブラッググレーティング部（以下、ＦＢＧ
部という）２１を有している。このＦＢＧ部２１は、光
をブラッグ回折させて反射させるもので、図１３に示す
ように、クラッド１１ａの中心に形成されたコア１１ｂ
には、側方からレーザー光線を照射して屈折率を変化さ
せるレーザ照射法などの加工方法によって他の部分に対
して屈折率が異なる複数の反射板部２２が形成されてい
る。

【００１２】つまり、このＦＢＧ部２１に光が入射する
と、その光の一部がＦＢＧ部２１の各反射板部２２にて
反射し、互いに干渉して強め合い、比較的大きな反射光
として戻されるようになっている。そして、このＦＢＧ
部２１が、伸縮されると、反射板部２２同士の間隔が変
化し、これにより、互いに干渉して戻される反射光の波
長も変化することとなる。すなわち、このＦＢＧ部２１
からの反射光の波長の変化を検出することにより、セン
サ用光ファイバ１１の伸縮量を割り出し、このセンサ用
光ファイバ１１が設けられた被計測物Ｓの歪みが求めら
れるようになっている。

【００１３】なお、各歪み計測用光ファイバ２に設けら
れた各センサ用光ファイバ１１には、それぞれ異なる所
定の張力が予め付与されており、これにより、各センサ
用光ファイバ１１における反射光の波長が重ならないよ
うにされ、各歪み計測用光ファイバ２における各センサ
用光ファイバ１１の反射光をそれぞれ特定することがで
きるようになっている。

【００１４】つまり、図１４及び図１５に示すように、
計測可能な光の波長の範囲である計測可能波長範囲Ｗｓ
（図１４参照）内において、センサ用光ファイバ１１か
らの反射光の被計測物Ｓの歪みによる変動を含めた波長
の範囲である反射波長範囲Ｗｂ（図１５参照）同士が、
互いに重なることのないようにされている。

【００１５】また、上記構造のＦＢＧ部２１を有するセ
ンサ用光ファイバ１１は、その外周側が紫外線硬化性樹
脂からなる被覆２３によって覆われている。さらに、こ
のセンサ用光ファイバ１１には、ＦＢＧ部２１の形成部
分における被覆２３の外周側に、プラスチックなどの樹
脂からなるチューブ状の補強材２４が接着固定され、こ
の補強材２４によってＦＢＧ部２１部分の硬度が高めら
れて他の部分よりも相対的に弾性率が低くされている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような歪み計測装置では、当該歪み計測装置が設置さ
れている設置場所の温度変化により、ＦＢＧ部からの反
射光の波長が変化してしまい、このため被計測物に歪み
が生じていなくても、ＦＢＧ部の反射光の波長変化によ
り被計測物に歪みが生じたように検出されてしまうとい
った問題点があった。

【００１７】つまり、図１６に示すように、たとえば温
度が上昇すればＦＢＧ部もそれに伴って伸びることとな
る。この際、この伸びに伴ってＦＢＧ部の反射板部２２
同士の間隔が拡がり、反射光の波長も変化する。また、
図１７に示すように、ＦＢＧ自体に温度上昇による伸び
が生じないとしても、温度変化により反射光の波長は線
形的に変化する。よって、これらの要因によりＦＢＧ部
の反射光の波長が変化すると被計測物自体には歪みが生
じていなくても、多波長計では被計測物に歪みが生じた
ように表示されてしまうこととなる。

【００１８】このように、実際には被計測物に歪みが生
じていないのに、温度変化により歪みが生じたように検
出されてしまうといった問題点があった。

【００１９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、当該歪み計測装置が設置されている設置場所の温度
変化を補償することができる歪み計測装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の歪み計測装置で
は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の歪み計測装置によれば、光源
と、被計測物に沿って配設されて前記光源からの光の伸
縮率に応じた特定波長の光を反射するファイバブラッグ
グレーティング部を有するセンサ用光ファイバと、該セ
ンサ用光ファイバの前記ファイバブラッググレーティン
グ部にて反射した光から、前記センサ用光ファイバの伸
縮を検出する計測器とを有し、前記センサ用光ファイバ
の伸縮の検出結果に基づいて前記被計測物の歪みを計測
する歪み計測装置であって、当該歪み計測装置が設置さ
れている設置場所の温度が変化しても、前記ファイバブ
ラッググレーティング部の反射あるいは反射波長を一定
に保つことのできる温度補償手段が設けられていること
を特徴とする。この歪み計測装置においては、当該歪み
計測装置が設置されている設置場所の温度が変化して
も、ＦＢＧ部の反射あるいは反射波長が変化することは
ない。すなわち、被計測物で実際に生じた歪みのみが検
出されることとなる。

【００２１】請求項２記載の歪み計測装置によれば、請
求項１に記載の歪み計測装置において、前記温度補償手
段は、前記ファイバブラッググレーティング部の長手軸
線に沿って前記ファイバブラッググレーティング部の外
周面に密着して取り付けられた包囲部材と、該包囲部材
の両端部に、前記包囲部材の少なくとも長手軸線方向に
応力を伝達し得るようにそれぞれ取り付けられた支持部
材と、前記被計測物に固定され、前記支持部材の前記包
囲部材とは反対の側に位置する端部をそれぞれ固定する
少なくとも２つの固定部とを備えていることを特徴とす
る。この歪み計測装置においては、ＦＢＧ部が支持部材
を介して被計測物に固定された固定部に固定されること
となる。すなわち、ＦＢＧ部が支持部材を介して固定部
に固定されているので、従来のように光ファイバ自体に
テンションをかけて固定部に支持する必要はない。

【００２２】請求項３記載の歪み計測装置によれば、請
求項２に記載の歪み計測装置において、前記支持部材
は、前記包囲部材の長手方向寸法に対して十分に長尺で
かつ細長い部材であって、前記支持部材および前記包囲
部材は互いに、線膨張率および／または弾性率の異なる
材料からなることを特徴とする。この歪み計測装置にお
いては、支持部材および包囲部材の線膨張率および／ま
たは弾性率が異なるように適宜選択されることとなる。
すなわち、ＦＢＧ部の反射あるいは反射波長が一定に保
たれるように、支持部材および包囲部材の線膨張率およ
び／または弾性率が適宜選択されることとなる。

【００２３】請求項４記載の歪み計測装置によれば、請
求項３に記載の歪み計測装置において、前記支持部材の
線膨張率は、前記包囲部材の線膨張率よりも大きいこと
を特徴とする。この歪み計測装置においては、支持部材
の線膨張率が包囲部材の線膨張率よりも大きいので、た
とえば周囲の温度が上昇した場合には、包囲部材がその
両側に位置する支持部材によりその長さが減少されるこ
ととなる。すなわち、包囲部材の長さが減少されるのに
伴いＦＢＧ部の長さも減少されることとなる。

【００２４】請求項５記載の歪み計測装置によれば、請
求項３に記載の歪み計測装置において、前記支持部材の
弾性率は、前記包囲部材の弾性率よりも大きいことを特
徴とする。この歪み計測装置においては、支持部材の弾
性率が包囲部材の弾性率よりも大きいので、たとえば周
囲の温度が上昇した場合には、包囲部材がその両側に位
置する支持部材によりその長さが減少されることとな
る。すなわち、包囲部材の長さの減少されるのに伴いＦ
ＢＧ部の長さも減少されることとなる。

【００２５】請求項６記載の歪み計測装置によれば、請
求項３に記載の歪み計測装置において、前記支持部材お
よび前記包囲部材はそれぞれ、少なくとも一種類の合成
樹脂からなることを特徴とする。この歪み計測装置にお
いては、支持部材および包囲部材が少なくともそれぞれ
一種類の合成樹脂から作り出されることとなる。すなわ
ち、合成樹脂自体の特性（たとえば、線膨張率、弾性率
など）を変更するだけで種々の特性を持つ支持部材およ
び包囲部材が作り出されることとなる。

【００２６】請求項７記載の歪み計測装置によれば、請
求項６に記載の歪み計測装置において、前記支持部材
は、第１の合成樹脂および第２の合成樹脂からなり、か
つ前記第１の合成樹脂が前記第２の合成樹脂によって被
覆されて構成されていることを特徴とする。この歪み計
測装置においては、支持部材が、第１の合成樹脂および
第２の合成樹脂から作られ、かつ第１の合成樹脂が第２
の合成樹脂によって被覆されて構成されることとなる。
すなわち、各合成樹脂自体の特性（たとえば、線膨張
率、弾性率など）を変更するとともにこれらを適宜組み
合わせることによりさらに幅広い特性を持つ支持部材お
よび包囲部材が作り出されることとなる。

【００２７】請求項８記載の歪み計測装置によれば、請
求項６に記載の歪み計測装置において、前記包囲部材
は、第１の合成樹脂および第２の合成樹脂からなり、か
つ前記ファイバブラッググレーティング部が前記第１の
合成樹脂によって被覆されるとともに、該第１の合成樹
脂が第２の合成樹脂によって被覆されて構成されている
ことを特徴とする。この歪み計測装置においては、包囲
部材が、第１の合成樹脂および第２の合成樹脂から作ら
れ、かつファイバブラッググレーティング部が第１の合
成樹脂によって被覆されるとともに、第１の合成樹脂が
第２の合成樹脂によって被覆されて構成されることとな
る。すなわち、各合成樹脂自体の特性（たとえば、線膨
張率、弾性率など）を変更するとともにこれらを適宜組
み合わせることによりさらに幅広い特性を持つ支持部材
および包囲部材が作り出されることとなる。

【００２８】請求項９記載の歪み計測装置によれば、請
求項６に記載の歪み計測装置において、前記支持部材
は、板状形態を有する１枚の第１の合成樹脂と板状形態
を有する２枚の第２の合成樹脂とからなり、かつ前記第
１の合成樹脂が前記第２の合成樹脂によって挟み込まれ
るようにして構成されていることを特徴とする。この歪
み計測装置においては、支持部材が、板状形態を有する
１枚の第１の合成樹脂と板状形態を有する２枚の第２の
合成樹脂とから作られ、かつ第１の合成樹脂が第２の合
成樹脂によって挟み込まれるようにして構成されること
となる。すなわち、各合成樹脂自体の特性（たとえば、
線膨張率、弾性率など）を変更するとともにこれらを適
宜組み合わせることによりさらに幅広い特性を持つ支持
部材および包囲部材が作り出されることとなる。

【００２９】請求項１０記載の歪み計測装置によれば、
請求項６に記載の歪み計測装置において、前記包囲部材
は、前記ファイバブラッググレーティング部を包含する
とともに板状形態を有する１枚の第１の合成樹脂と板状
形態を有する２枚の第２の合成樹脂からなり、かつ前記
第１の合成樹脂が前記第２の合成樹脂によって挟み込ま
れるようにして構成されていることを特徴とする。この
歪み計測装置においては、包囲部材が、ファイバブラッ
ググレーティング部を包含するとともに板状形態を有す
る１枚の第１の合成樹脂と板状形態を有する２枚の第２
の合成樹脂から作られ、かつ第１の合成樹脂が第２の合
成樹脂によって挟み込まれるようにして構成されること
となる。すなわち、各合成樹脂自体の特性（たとえば、
線膨張率、弾性率など）を変更するとともにこれらを適
宜組み合わせることによりさらに幅広い特性を持つ支持
部材および包囲部材が作り出されることとなる。

【００３０】請求項１１記載の歪み計測装置によれば、
請求項６に記載の歪み計測装置において、前記支持部材
は、棒状形態を有する第１の合成樹脂とワイヤ状形態を
有する第２の合成樹脂および第３の合成樹脂とからな
り、かつ前記第１の合成樹脂の外周面上に、前記第２の
合成樹脂および第３の合成樹脂が巻き付けられるように
して構成されていることを特徴とする。この歪み計測装
置においては、支持部材が、棒状形態を有する第１の合
成樹脂とワイヤ状形態を有する第２の合成樹脂および第
３の合成樹脂とから作られ、かつ第１の合成樹脂の外周
面上に、第２の合成樹脂および第３の合成樹脂が巻き付
けられるようにして構成されることとなる。すなわち、
各合成樹脂自体の特性（たとえば、線膨張率、弾性率な
ど）を変更するとともにこれらを適宜組み合わせること
によりさらに幅広い特性を持つ支持部材および包囲部材
が作り出されることとなる。

【００３１】請求項１２記載の歪み計測装置によれば、
請求項６に記載の歪み計測装置において、前記包囲部材
は、ワイヤ状形態を有する第１の合成樹脂および第２の
合成樹脂からなり、かつ前記ファイバブラッググレーテ
ィング部の外周面上に、第１の合成樹脂および第２の合
成樹脂が巻き付けられるようにして構成されていること
を特徴とする。この歪み計測装置においては、包囲部材
が、ワイヤ状形態を有する第１の合成樹脂および第２の
合成樹脂から作られ、かつファイバブラッググレーティ
ング部の外周面上に、第１の合成樹脂および第２の合成
樹脂が巻き付けられるようにして構成されることとな
る。すなわち、各合成樹脂自体の特性（たとえば、線膨
張率、弾性率など）を変更するとともにこれらを適宜組
み合わせることによりさらに幅広い特性を持つ支持部材
および包囲部材が作り出されることとなる。

【００３２】請求項１３記載の歪み計測装置によれば、
請求項２から７，９，１１のいずれか１項に記載の歪み
計測装置において、当該歪み計測装置が傾斜面に取り付
けられるときには、前記支持部材のうち、傾斜面の上側
に位置する支持部材の剛性を、傾斜面の下側に位置する
支持部材の剛性よりも高くしておくことを特徴とする。
この歪み計測装置においては、当該歪み計測装置が傾斜
面に取り付けられるとき、支持部材のうち、傾斜面の上
側に位置する支持部材の剛性が、傾斜面の下側に位置す
る支持部材の剛性よりも高く設定される。すなわち、傾
斜面の下側に位置する支持部材にかかる、ＦＢＧ部およ
び傾斜面の上側に位置する支持部材の重量が予め補償さ
れることとなる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。なお、歪み計測装置
１（図７参照）を構成する主な構成要素の説明、および
計測原理などの説明は、前述した内容と同一であるの
で、ここではその説明を省略する。よって、ここでは本
発明の特徴部についてのみ説明することにする。また、
従来と同一の部材については同一の符号を付している。

【００３４】本発明は、図７に示す光源５と、被計測物
に沿って配設されて前記光源５からの光の伸縮率に応じ
た特定波長の光を反射するＦＢＧ部を有するセンサ用光
ファイバ１１と、該センサ用光ファイバ１１の前記ＦＢ
Ｇ部にて反射した光から、前記センサ用光ファイバ１１
の伸縮を検出する計測器６とを有し、前記センサ用光フ
ァイバ１１の伸縮の検出結果に基づいて前記被計測物の
歪みを計測する歪み計測装置１であって、当該歪み計測
装置１が設置されている設置場所の温度が変化しても、
前記ＦＢＧ部の反射あるいは反射波長を一定に保つこと
のできる温度補償手段が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００３５】図１を参照されたい。図１に示すように、
温度補償手段１００は、ＦＢＧ部１０１の長手軸線に沿
ってＦＢＧ部１０１の外周面に密着して取り付けられた
包囲部材１０２と、この包囲部材１０２の両端部に、包
囲部材１０２の少なくとも長手軸線方向に応力を伝達し
得るようにそれぞれ取り付けられた支持部材１０３と、
被計測物Ｓに固定され、支持部材１０３の包囲部材１０
２とは反対の側に位置する端部をそれぞれ固定する少な
くとも２つの固定部１０４とを備えているものである。
また、支持部材１０３は、包囲部材１０２の長手方向寸
法に対して十分に長くかつ細長い部材である。

【００３６】すなわち、本発明のセンサ用光ファイバ１
１は、包囲部材１０２および支持部材１０３を介して固
定部１０４に支持されている（従来においては、センサ
用光ファイバ１１（図８参照）自体が支持部１３に直接
支持されていた）。したがって、光ファイバ１１は被計
測物Ｓに対して中空の状態（被計測物Ｓに対して隙間を
有した状態）で支持されている。これにより伝送用光フ
ァイバ１２は単に被計測物Ｓ上に横たわった状態で延在
することとなる。

【００３７】この構成により、光ファイバにテンション
をかけて支持する必要がなくなるので、固定部１３には
光ファイバによるテンションがかかることはない。した
がって、固定部１３と被計測物Ｓとの間の固定力（接着
力）は、従来に比べて弱くてもよいこととなる。

【００３８】図２は、温度補償手段１００についてさら
に詳しく示した図である。図２を参照されたい。図２に
示すように、複数の反射板部２２が形成されたＦＢＧ部
１０１を有するセンサ用光ファイバ１１は、その両端
で、融着部１４により伝送用光ファイバ１２と接続され
ている。この実施形態では、センサ用光ファイバ１１と
して、その外周側に紫外線硬化性樹脂からなる被覆２３
（図１３参照）を有しないものを採用している。したが
って、包囲部材１０２はクラッド１１ａの外周面に密着
して取り付けられていることになる。

【００３９】なお、図示していないが、センサ用光ファ
イバ１１として、従来のように被覆２３を有するものを
採用することもできる。この場合、包囲部材１０２は前
記被覆２３の外周面に密着させて取り付けられることと
なる。

【００４０】また、支持部材１０３と固定部１０４との
接続方法としては、従来の技術の欄で説明したような方
法と同じような方法を採用することができる。すなわ
ち、支持部材１０３の端部におねじを形成し、固定部１
０４にめねじを形成することにより支持部材１０３を固
定部１０４に取り付けることができる。

【００４１】なお、本発明において、支持部材１０３と
固定部１０４との接続方法は、上記のものに限定される
ものではなく、支持部材１０３が固定部１０４に固定さ
れ得るものであれば、いかなる構成を有するものであっ
てもよい。

【００４２】図３を参照されたい。図３はＦＢＧ部にお
ける反射光の波長が変化しないようにしたときのＦＢＧ
部１０１の長さ（縦軸）と温度（横軸）との関係を示す
グラフである。この図から反射光の波長が変わらないよ
うにするためには、温度が上昇した場合にはＦＢＧ部１
０１の長さを短くし、また温度が低下した場合にはＦＢ
Ｇ部１０１の長さを長くするようにすればよいことがわ
かる。

【００４３】したがって、実際に温度変化により反射光
の波長が変わらないようにするためには、支持部材１０
３および包囲部材１０２を互いに、線膨張率および／ま
たは弾性率の異なる材料からつくること、すなわち、支
持部材１０３の線膨張率が包囲部材１０２の線膨張率よ
りも大きくなるようにすればよい。言い換えれば、包囲
部材１０２の両側に位置する支持部材１０３が、これら
支持部材１０３の間に位置する包囲部材１０２の長さ
を、ＦＢＧ部１０１における反射光の波長が変化しない
ように増減させればよい。

【００４４】これら支持部材１０３および包囲部材１０
２はそれぞれ、少なくとも一種類の合成樹脂から作られ
れば有利である。さらに詳しくいえば、図４に示すよう
に、支持部材１０３は、第１の合成樹脂１０３ａおよび
第２の合成樹脂１０３ｂからなり、かつ第１の合成樹脂
１０３ａが第２の合成樹脂１０３ｂによって被覆されて
構成されている。

【００４５】また、包囲部材１０２は、第１の合成樹脂
１０２ａおよび第２の合成樹脂１０２ｂからなり、かつ
ＦＢＧ部１０１が第１の合成樹脂１０２ａによって被覆
されるとともに、第１の合成樹脂１０２ａが第２の合成
樹脂１０２ｂによって被覆されて構成されている。

【００４６】さらに図５に示すように、支持部材１０３
は、板状形態を有する１枚の第１の合成樹脂１０３ｃと
板状形態を有する２枚の第２の合成樹脂１０３ｄとから
なり、かつ第１の合成樹脂１０３ｃが第２の合成樹脂１
０３ｄによって挟み込まれるようにして構成させること
もできる。

【００４７】また、包囲部材１０２は、ＦＢＧ部１０１
を包含するとともに板状形態を有する１枚の第１の合成
樹脂１０２ｃと板状形態を有する２枚の第２の合成樹脂
１０２ｄからなり、かつ第１の合成樹脂１０２ｃが第２
の合成樹脂１０２ｄによって挟み込まれるようにして構
成させることもできる。

【００４８】さらにまた図６に示すように、支持部材１
０３は、棒状形態を有する第１の合成樹脂１０３ｅとワ
イヤ状形態を有する第２の合成樹脂１０３ｆおよび第３
の合成樹脂１０３ｇとからなり、かつ第１の合成樹脂１
０３ｅの外周面上に、第２の合成樹脂１０３ｆおよび第
３の合成樹脂１０３ｇが巻き付けられるようにして構成
させることもできる。

【００４９】また、包囲部材１０２は、ワイヤ状形態を
有する第１の合成樹脂１０２ｅおよび第２の合成樹脂１
０２ｆからなり、かつＦＢＧ部１０１の外周面上に、第
１の合成樹脂１０２ｅおよび第２の合成樹脂１０２ｆが
巻き付けられるようにして構成させることもできる。

【００５０】なお、図４ないし図６を用いて説明してき
た支持部材１０３を構成する第１の合成樹脂と包囲部材
１０２を構成する第１の合成樹脂とは、それぞれ異なる
線膨張率および／または弾性率を有するものであっても
よいし、すべて同じ線膨張率および／または弾性率を有
するものであってもよい。

【００５１】また同様に、支持部材１０３を構成する第
２の合成樹脂と包囲部材１０２を構成する第２の合成樹
脂とは、それぞれ異なる線膨張率および／または弾性率
を有するものであってもよいし、すべて同じ線膨張率お
よび／または弾性率を有するものであってもよい。

【００５２】ここで重要なことは、これら合成樹脂の特
性（たとえば、線膨張率、弾性率など）を適宜選択し、
温度が変化してもＦＢＧ部１０１の反射光の波長が変わ
らないようにすることである。

【００５３】また、歪み計測装置１が傾斜面（たとえば
図２において被計測物Ｓの左側が低く右側が高くなるよ
うな傾斜面）に取り付けられるようなときには、支持部
材１０３のうち、傾斜面の上側（この場合右側）に位置
する支持部材１０３の剛性を、傾斜面の下側（この場合
左側）に位置する支持部材１０３の剛性よりも高くして
おけばさらに有利である。

【００５４】なお、被計測物Ｓが歪んだことによりＦＢ
Ｇ部がたとえば１mm伸びたとした場合、ＦＢＧ部の反射
あるいは反射光の波長は、そのときの周辺温度により異
なってしまう。すなわち、２３℃でのＦＢＧ部の１mmの
伸びと、−２０℃でのＦＢＧ部の１mmの伸びとが、伸び
た長さとしては同じであっても、ＦＢＧ部の反射あるい
は反射光の波長が異なってしまい、被計測物Ｓが実際に
いくら歪んだかを正確に計測することは難しい。そこで
本願発明を用いれば、たとえばＦＢＧ部に１mmの伸びが
生じた場合でも、ＦＢＧ部の反射あるいは反射光の波長
を、見かけ上、周辺温度に関係なく同じにすることがで
きるので、被計測物に生じた実際の歪みを正確に計測す
ることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明の歪み計測装置によれば、以下の
効果が得られる。すなわち、請求項１記載の歪み計測装
置によれば、当該歪み計測装置が設置されている設置場
所の温度が変化しても、ＦＢＧ部の反射あるいは反射波
長が変化することはないので、被計測物で実際に生じた
歪みのみを検出することができるという効果を奏する。

【００５６】請求項２記載の歪み計測装置によれば、Ｆ
ＢＧ部が支持部材を介して被計測物に固定された固定部
に固定されているとともに、光ファイバ自体はテンショ
ンフリーの状態となっているので、前記固定部の被計測
物に対する固定力（接着力）を大幅に減少させることが
できるという効果を奏する。

【００５７】請求項３記載の歪み計測装置によれば、支
持部材および包囲部材の線膨張率および／または弾性率
を適宜選択することにより、ＦＢＧ部の反射あるいは反
射波長を温度変化に関係なく一定に保つことができると
いう効果を奏する。

【００５８】請求項４記載の歪み計測装置によれば、Ｆ
ＢＧ部の長さを、たとえば周囲の温度が上昇した場合に
は減少させ、反対に低下した場合には増加させることに
よりＦＢＧ部の反射あるいは反射波長を一定に保つこと
ができるという効果を奏する。

【００５９】請求項５記載の歪み計測装置によれば、Ｆ
ＢＧ部の長さを、たとえば周囲の温度が上昇した場合に
は減少させ、反対に低下した場合には増加させることに
よりＦＢＧ部の反射あるいは反射波長を一定に保つこと
ができるという効果を奏する。

【００６０】請求項６記載の歪み計測装置によれば、合
成樹脂自体の特性（たとえば、線膨張率、弾性率など）
を変更することによりＦＢＧ部の反射あるいは反射波長
を温度変化に関係なく一定に保つことができるという効
果を奏する。

【００６１】請求項７ないし１２記載の歪み計測装置に
よれば、各合成樹脂自体の特性（たとえば、線膨張率、
弾性率など）を変更するとともにこれらを適宜組み合わ
せることによりＦＢＧ部の反射あるいは反射波長を温度
変化に関係なく一定に保つことができるという効果を奏
する。

【００６２】請求項１３記載の歪み計測装置によれば、
傾斜面の下側に位置する支持部材の剛性を、傾斜面の上
側に位置する支持部材の剛性よりも高めておくことによ
り、傾斜面の下側に位置する支持部材にかかる、ＦＢＧ
部および傾斜面の上側に位置する支持部材の重量を予め
補償することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の歪み計測装置を構成す
る歪み計測用光ファイバを説明する概略図である。

【図２】本発明の一実施形態の歪み計測装置を構成す
る温度補償手段を説明する概略図である。

【図３】ＦＢＧ部の反射あるいは反射波長が変わらな
いとしたときのＦＢＧ部の長さと温度との関係を示すグ
ラフ図である。

【図４】図１および図２に示す支持部材および包囲部
材の側面図および断面図である。

【図５】図４と同様の図であって、他の構成を有する
ものを示す図である。

【図６】図４と同様の図であって、別の構成を有する
ものを示す図である。

【図７】従来の歪み計測装置の構成を説明する歪み計
測装置の概略構成図である。

【図８】従来の歪み計測装置を構成する歪み計測用光
ファイバを説明する概略図である。

【図９】従来の歪み計測装置の歪み計測用光ファイバ
のセンサ用光ファイバの被計測物への取り付け状態を説
明する平面図である。

【図１０】従来の歪み計測装置の歪み計測用光ファイ
バのセンサ用光ファイバの被計測物への取り付け状態を
説明する側断面図である。

【図１１】従来の歪み計測装置のセンサ用光ファイバ
の構造を説明する斜視図である。

【図１２】従来の歪み計測装置のセンサ用光ファイバ
を支持する支持部の構造を説明する斜視図である。

【図１３】従来の歪み計測装置のセンサ用光ファイバ
に設けられたＦＢＧ部の構造を説明する概略斜視図であ
る。

【図１４】光ファイバを用いた歪み計測装置における
反射光の分布を説明するグラフ図である。

【図１５】光ファイバを用いた歪み計測装置における
反射光の分布を説明するグラフ図である。

【図１６】のびと温度との関係を示すグラフ図であ
る。

【図１７】温度と反射光の波長との関係を示すグラフ
図である。

【符号の説明】

１歪み計測装置５光源６多波長計（計測器）１１センサ用光ファイバ２１ＦＢＧ部（ファイバブラッググレーティング部）１００温度補償手段１０１ＦＢＧ部（ファイバブラッググレーティング
部）１０２包囲部材１０３支持部材１０４固定部Ｓ被計測物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、被計測物に沿って配設されて前
記光源からの光の伸縮率に応じた特定波長の光を反射す
るファイバブラッググレーティング部を有するセンサ用
光ファイバと、該センサ用光ファイバの前記ファイバブ
ラッググレーティング部にて反射した光から、前記セン
サ用光ファイバの伸縮を検出する計測器とを有し、前記
センサ用光ファイバの伸縮の検出結果に基づいて前記被
計測物の歪みを計測する歪み計測装置であって、当該歪み計測装置が設置されている設置場所の温度が変
化しても、前記ファイバブラッググレーティング部の反
射あるいは反射波長を一定に保つことのできる温度補償
手段が設けられていることを特徴とする歪み計測装置。
【請求項２】請求項１に記載の歪み計測装置におい
て、前記温度補償手段は、前記ファイバブラッググレーティ
ング部の長手軸線に沿って前記ファイバブラッググレー
ティング部の外周面に密着して取り付けられた包囲部材
と、該包囲部材の両端部に、前記包囲部材の少なくとも
長手軸線方向に応力を伝達し得るようにそれぞれ取り付
けられた支持部材と、前記被計測物に固定され、前記支
持部材の前記包囲部材とは反対の側に位置する端部をそ
れぞれ固定する少なくとも２つの固定部とを備えている
ことを特徴とする歪み計測装置。
【請求項３】請求項２に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材は、前記包囲部材の長手方向寸法に対して
十分に長尺でかつ細長い部材であって、前記支持部材および前記包囲部材は互いに、線膨張率お
よび／または弾性率の異なる材料からなることを特徴と
する歪み計測装置。
【請求項４】請求項３に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材の線膨張率は、前記包囲部材の線膨張率よ
りも大きいことを特徴とする歪み計測装置。
【請求項５】請求項３に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材の弾性率は、前記包囲部材の弾性率よりも
大きいことを特徴とする歪み計測装置。
【請求項６】請求項３に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材および前記包囲部材はそれぞれ、少なくと
も一種類の合成樹脂からなることを特徴とする歪み計測
装置。
【請求項７】請求項６に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材は、第１の合成樹脂および第２の合成樹脂
からなり、かつ前記第１の合成樹脂が前記第２の合成樹
脂によって被覆されて構成されていることを特徴とする
歪み計測装置。
【請求項８】請求項６に記載の歪み計測装置におい
て、前記包囲部材は、第１の合成樹脂および第２の合成樹脂
からなり、かつ前記ファイバブラッググレーティング部
が前記第１の合成樹脂によって被覆されるとともに、該
第１の合成樹脂が第２の合成樹脂によって被覆されて構
成されていることを特徴とする歪み計測装置。
【請求項９】請求項６に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材は、板状形態を有する１枚の第１の合成樹
脂と板状形態を有する２枚の第２の合成樹脂とからな
り、かつ前記第１の合成樹脂が前記第２の合成樹脂によ
って挟み込まれるようにして構成されていることを特徴
とする歪み計測装置。
【請求項１０】請求項６に記載の歪み計測装置におい
て、前記包囲部材は、前記ファイバブラッググレーティング
部を包含するとともに板状形態を有する１枚の第１の合
成樹脂と板状形態を有する２枚の第２の合成樹脂からな
り、かつ前記第１の合成樹脂が前記第２の合成樹脂によ
って挟み込まれるようにして構成されていることを特徴
とする歪み計測装置。
【請求項１１】請求項６に記載の歪み計測装置におい
て、前記支持部材は、棒状形態を有する第１の合成樹脂とワ
イヤ状形態を有する第２の合成樹脂および第３の合成樹
脂とからなり、かつ前記第１の合成樹脂の外周面上に、
前記第２の合成樹脂および第３の合成樹脂が巻き付けら
れるようにして構成されていることを特徴とする歪み計
測装置。
【請求項１２】請求項６に記載の歪み計測装置におい
て、前記包囲部材は、ワイヤ状形態を有する第１の合成樹脂
および第２の合成樹脂からなり、かつ前記ファイバブラ
ッググレーティング部の外周面上に、第１の合成樹脂お
よび第２の合成樹脂が巻き付けられるようにして構成さ
れていることを特徴とする歪み計測装置。
【請求項１３】請求項２から７，９，１１のいずれか
１項に記載の歪み計測装置において、当該歪み計測装置が傾斜面に取り付けられるときには、
前記支持部材のうち、傾斜面の上側に位置する支持部材
の剛性を、傾斜面の下側に位置する支持部材の剛性より
も高くしておくことを特徴とする歪み計測装置。