JP2000329530A - 変位計測装置の変位センサーおよびその設置方法 - Google Patents

変位計測装置の変位センサーおよびその設置方法

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JP2000329530A
JP2000329530A JP11143335A JP14333599A JP2000329530A JP 2000329530 A JP2000329530 A JP 2000329530A JP 11143335 A JP11143335 A JP 11143335A JP 14333599 A JP14333599 A JP 14333599A JP 2000329530 A JP2000329530 A JP 2000329530A
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optical fibers
displacement sensor
optical fiber
displacement
optical
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English (en)
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Kazuhiko Isoda
和彦 磯田
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光ファイバーからなる変位センサーでファイバ
ー材軸方向と材軸直交方向の変位を同時に得られるよう
にし、光ファイバーの長所を生かした三次元変位センサ
ーとする。 【解決手段】平行にして隣り合う間隔が保持された少な
くとも三本の光ファイバー2、3、4から変位センサー
1を構成し、三本の光ファイバー2、3、4を、該光フ
ァイバーの材軸方向に直交する平面での三角形の頂点位
置を通るように配置した。これら複数の光ファイバーの
歪を同時に計測することで、三次元変位を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は変位計測装置の計測
部位である変位センサーとその変位センサーの建物など
に対する設置方法に関するものである。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】近年、建物の歪みを計
測する変位計測装置としてはその計測部位に歪センサー
として光ファイバーからなる変位センサーが用いられる
ようになってきており、従来の歪ゲージとは異なり連続
的な歪計測が可能であり、経年劣化がないという利点が
ある。しかしながら、この光ファイバーからなる変位セ
ンサーは光ファイバーの材軸方向の伸縮量からこの変位
センサーが設置されている長手方向での歪を計測するも
のであるため、材軸直交方向の歪についてはそのままで
は計測できないという問題があった。本発明は三本以上
の光ファイバーを平行に所定間隔で立体的に並べ置き、
光ファイバーそれぞれの材軸方向の歪から変位センサー
の材軸方向、材軸直交方向での歪を算定できる点に着目
したものである。そこで上記事情に鑑み、光ファイバー
からなる変位センサーで光ファイバー材軸方向と材軸直
交方向の変位をも同時に得られるようにすることを課題
とし、光ファイバーの長所を生かした三次元変位を計測
できるセンサーを実現することを目的とする。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を考慮
してなされたもので、変位計測装置の変位センサーであ
って、平行にして隣り合う間隔が保持された少なくとも
三本の光ファイバーからなり、三本の光ファイバーが、
該光ファイバーの材軸方向に直交する平面での三角形の
頂点位置を通るように配置されていることを特徴とする
変位計測装置の変位センサーを提供して、上記課題を解
決するものである。そして、本発明においては、上記平
面での四角形の頂点位置を通るように配置されている四
本の光ファイバーからなり、前記四角形の対角頂点位置
を通る光ファイバー同士が一端側で屈曲部を介して連続
しているものとすることができるものである。また、も
う一つの発明は、上記変位センサーを計測対象の構造体
に設けるに当たり、上記光ファイバー同士の間隔を保持
する支持体を変位センサー設置位置に沿って配置し、該
支持体を介して隣り合う間隔を保持した状態で光ファイ
バーを変位センサー設置位置に敷設した後、光ファイバ
ー間に硬化剤を充填しながら該硬化剤により光ファイバ
ーを覆って前記構造体と一体化することを特徴とする変
位センサーの設置方法であり、この変位センサーの設置
方法を提供して上記課題を解決するものである。そし
て、上記発明にあっては、構造体の変位センサー設置位
置に沿って取付固定した受け台に上記支持体が配置さ
れ、上記複数本の光ファイバーを前記支持体に支持させ
た状態で敷設した後にカバー体を前記受け台に取り付
け、前記受け台とカバー体とからなる型枠にて光ファイ
バーを覆い、前記型枠内にカバー体に設けた開口から充
填した硬化剤を硬化させて一体化することができるもの
である。また、光ファイバーの敷設工事に当たっては、
変位センサー設置位置に設ける光ファイバーの本数に対
応した複数本の光ファイバーが一組にして巻き取られて
いるロール体から、該一組の光ファイバーを変位センサ
ー設置位置に亘って敷設するようにすることが良好であ
る。
【0004】
【作用】三次元の変位を計測するには最低でも三つの自
由度が必要になり、本発明では、三本の光ファイバーが
材軸方向に直交する平面での三角形の頂点位置を通るよ
うに配置されている。その三本の光ファイバーにおいて
前記三角形を例えば二等辺三角形となるように所定の間
隔で配置し、三本の光ファイバーの歪みを同時に計測す
ると材軸方向のみならず材軸直交方向の変形についても
容易に計測結果を得ることができる。図1の光ファイバ
ーの歪と座標系で示すように変位計測装置の変位センサ
ー1を三本の光ファイバー2(図1の上)、3(図1の
左下)、4(図1の右下)の歪をε1 、ε2 、ε3 とす
ると、材軸方向(X方向)、材軸直交方向(Y方向、Z
方向)の二方向の変位は微分形式で表1に示すように表
される。ここで、aは下二本の光ファイバーの間隔、b
は上下の光ファイバーの間隔である。従って、三方向の
変位は下記数1に示す光ファイバーの材軸長さ方向に積
分することで容易に得られる。
【0005】
【数1】
【0006】また、変位センサーを設置するに際して光
ファイバーを支持体に支持させ、硬化剤を光ファイバー
の間にも詰まるようにして充填して全体を覆うことで、
光ファイバーの間の間隔が常時保たれる状態のまま計測
位置にその複数本の光ファイバーが一体化される。
【0007】
【発明の実施の形態】つぎに本発明を図2から図6に示
す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図2に示すよ
うに変位計測装置の変位センサー1は三本の光ファイバ
ー2、3、4からなるもので、この三本の光ファイバー
2、3、4を支持体5に支持させることで、これらの光
ファイバー2、3、4が平行にして隣り合う間隔を保持
した状態にして計測対象の構造体6に設置されている。
図示されているように前記三本の光ファイバー2、3、
4は、該光ファイバーの材軸方向に直交する平面での三
角形Aの頂点位置を通るように配置されている。そし
て、この三本の光ファイバー2、3、4は樹脂モルタル
からなる硬化剤7で光ファイバの間も詰まるようにして
全体が覆われて構造体6とも一体化されている。なお、
前記硬化剤7の断面形状は後述する型枠により形成され
た形状のものであり、また、光ファイバーそれぞれは外
被を有するケーブル形態としたものが用いられている。
【0008】上記変位センサー1を設置するに当たって
は、図3に示すように構造体6の変位センサー設置位置
として予め設定された位置に沿って例えば樋状とした受
け台8を設置し、その受け台8の底面に形成した孔8a
に合わせて樹脂アンカー9を打ち込み形成して構造体6
に固定する。その樹脂アンカー9は受け台8から所定長
さで上方に突出していて充填される後述の硬化剤にその
突出部分が埋め込まれることで剪断ダボ効果を発揮する
ものである。この後、前記受け台8の上に所定間隔にし
て複数の上記支持体5を配置する。この支持体5は複数
本の光ファイバーの相互の間隔を予め設定された間隔と
なるように支持するもので、敷設される光ファイバーの
本数に対応した形態の支持体5が選択される。図示した
支持体5にあっては櫓状のものとしており、三本の光フ
ァイバー2、3、4が上述した三角形頂点位置を通る配
置となるように支持している。三本の光ファイバーを敷
設した後にその上からカバー体10を被せ付けて光ファ
イバーと支持体とを覆う断面略六角形状の型枠11を形
成する。このとき、受け台8とカバー体10とは嵌合、
或いはボルトなどにより一体化してもよく、このように
一体化された型枠11を用いれば、後述の樹脂モルタル
の打設時の光ファイバー位置の安定性を一層高める効果
がある。上記カバー体10は図4に示すように天面の所
要位置に開口12が設けられていて、この開口12から
樹脂モルタルなどの硬化剤7を密に充填する。その硬化
剤7を硬化させることで、光ファイバーからなる変位セ
ンサー1と構造体6とが前記樹脂アンカー9を介して一
体化される。なお、上記の設置手順は必ずしも変位セン
サー1の全長に亘って一度に(同時に)行なう必要はな
く、工区を区切って硬化剤を打ち継ぎながら施工を進め
るようにすることも可能である。
【0009】図5は設置位置に繰り出す光ファイバー
2、3、4を示していて、上記変位センサーの設置に際
しては、変位センサー1を構成する三本の光ファイバー
を一組にして巻き取られているロール体13を予め用意
し、このロール体13からその一組の光ファイバー2、
3、4をまとめてドラムから繰り出して変位センサー設
置位置に亘って敷設している。このように一組としてま
とめて繰り出すようにすれば、現場で取り扱うロール体
が一つとなり、作業スペースを削減しながら効率よく敷
設が行なえ、光ファイバーの長さも揃え易くなる。
【0010】図6は四本の光ファイバー2、3、4、1
4からなる変位センサー1を示していて、上述したよう
に支持体5に支持され硬化剤7にて覆われた状態となり
構造体6に一体化され、四本の光ファイバーは材軸方向
に直交する平面での四角形Bの頂点位置を通るように配
置されている。そして、この例にあっては、四角形の対
角位置にある光ファイバー2と4とが、また、光ファイ
バー3と14とが変位センサー1の一端にて屈曲部15
を介して連続しているものである。即ち、この例では変
位センサー1の一端側で二本の光ファイバーを交差させ
た状態でU字状に折り返すことで四本の光ファイバーか
らなる変位センサーを形成しているものである。このよ
うに一端側で交差させて折り返すことで四角形の対角頂
点位置を通る配置となる光ファイバーを一本の光ファイ
バーから形成しており、計測に当たっては、例えば光を
図面上において上側に並ぶ光ファイバー2、14に発信
(光入射)し、下側に並ぶ光ファイバー3、4で受信す
るようにする。このように発信と受信とを一本の光ファ
イバーで行なうようにすることで、片端のみから受発信
する形式よりも高精度の計測が可能となる。一本の光フ
ァイバーの片端で受発信する場合、その片端でレーザー
光の送信と散乱光の受信とを行なうこととなり、計測精
度は100μ(=1/10000))程度となるが、光
ファイバーを上述のように折り曲げて一本の光ファイバ
ーの両端を送信側と受信側とすることで変位計測精度を
さらに向上させることができる。
【0011】なお、上記実施の例では変位センサーの設
置位置として平板状のものを示したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、トンネル、共同溝、埋設配
管、道路(橋、路肩)などの構造体に取り付けるように
してもよい。
【0012】
【発明の効果】以上説明した発明により、光ファイバー
それぞれの変位から三次元の変位が簡単に得られるよう
になり、そして、その変位も変位センサーの長さ方向に
連続して得ることが可能となり、従来の離散的な計測点
のみの場合では異常な変形が生じても取りこぼす可能性
があったが、本発明によりもれなく確実に検知できる。
また、必要とされる計測精度に応じて光ファイバー間隔
を調節すればよく、光ファイバーの配置が任意な形状の
変位センサーを構築できる。また、従来の歪ゲージなど
とは異なって光ファイバーには錆や経年変化が生じず安
定した状態で計測が行なえるとともに、歪ゲージなどの
機械電気式変位計とは異なって基本的にはメンテナンス
が不要となる。さらに光ファイバーには通電をしていな
いので電気的なショートなども生じず、耐久性に優れた
変位センサーとなって水中での使用に際しても変質する
ことがない。また、光を使用しているため、電界、磁
界、放射線の影響で変位センサーが誤作動することがな
いため、原子力施設や超電導関係施設での変位計測にも
適用できるようになる。
【0013】そして、本発明の設置方法により、各部品
毎に現場に搬入して現地で組み立て一体化できるので、
容易に長尺な光ファイバーをジョイントなしに構築でき
るようになる。そして、充填物とする硬化剤として液体
(モルタル系材料)を使用することで一体化した変位セ
ンサーをいくらでも長く構築することができる。また、
光ファイバー同士の間隔を保持する支持体を介して敷設
するようにしているため、光ファイバー同士の相対的な
位置関係が適正にして、簡単に敷設でき、計測結果の信
頼性を向上させることができる。そして、変位センサー
設置位置に設ける複数本の光ファイバーが一組にして巻
き取られているロール体から、その一組の光ファイバー
を変位センサー設置位置に亘って敷設することで、敷設
作業が簡単になるとともに、光ファイバーを巻いたロー
ル体が一つとなって作業スペースが削減できるなど、実
用性に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る変位センサーにおける三本の光フ
ァイバーの歪と座標系とを示す説明図である。
【図2】変位センサーの一例を示すもので、(イ)は横
断面で光ファイバーの配置を示す説明図、(ロ)は縦断
面で光ファイバーの支持状態を示す説明図である。
【図3】カバー体の取付を示す説明図である。
【図4】型枠を形成した状態を示す説明図である。
【図5】複数本の光ファイバーを組として引き出すロー
ル体を示す説明図である。
【図6】四本の光ファイバーからなる変位センサーを示
すもので、(イ)は横断面で光ファイバーの配置を示す
説明図、(ロ)は縦断面で光ファイバーの支持状態を示
す説明図、(ハ)は硬化剤を除いた状態で光ファイバー
の屈曲部を示す説明図である。
【符号の説明】
1…変位センサー 2、3、4、14…光ファイバー 5…支持体 6…構造体 7…硬化剤 11…型枠 12…開口 13…ロール体 15…屈曲部 A…三角形 B…四角形

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】変位計測装置の変位センサーであって、平
    行にして隣り合う間隔が保持された少なくとも三本の光
    ファイバーからなり、三本の光ファイバーが、該光ファ
    イバーの材軸方向に直交する平面での三角形の頂点位置
    を通るように配置されていることを特徴とする変位計測
    装置の変位センサー。
  2. 【請求項2】上記平面での四角形の頂点位置を通るよう
    に配置されている四本の光ファイバーからなり、前記四
    角形の対角頂点位置を通る光ファイバー同士が一端側で
    屈曲部を介して連続している請求項1に記載の変位計測
    装置の変位センサー。
  3. 【請求項3】上記請求項1または2の変位センサーを計
    測対象の構造体に設けるに当たり、上記光ファイバー同
    士の間隔を保持する支持体を変位センサー設置位置に沿
    って配置し、該支持体を介して隣り合う間隔を保持した
    状態で光ファイバーを変位センサー設置位置に敷設した
    後、光ファイバー間に硬化剤を充填しながら該硬化剤に
    より光ファイバーを覆って前記構造体と一体化すること
    を特徴とする変位センサーの設置方法。
  4. 【請求項4】構造体の変位センサー設置位置に沿って取
    付固定した受け台に上記支持体が配置され、上記複数本
    の光ファイバーを前記支持体に支持させた状態で敷設し
    た後にカバー体を前記受け台に取り付け、前記受け台と
    カバー体とからなる型枠にて光ファイバーを覆い、前記
    型枠内にカバー体に設けた開口から充填した硬化剤を硬
    化させて一体化する請求項3に記載の変位センサーの設
    置方法。
  5. 【請求項5】変位センサー設置位置に設ける光ファイバ
    ーの本数に対応した複数の光ファイバーが一組にして巻
    き取られているロール体から、該一組の光ファイバーを
    変位センサー設置位置に亘って敷設する請求項3または
    4の記載の変位センサーの設置方法。
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