JP2001124529A - 光ファイバ利用歪、変位センサ - Google Patents

光ファイバ利用歪、変位センサ

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JP2001124529A
JP2001124529A JP30218399A JP30218399A JP2001124529A JP 2001124529 A JP2001124529 A JP 2001124529A JP 30218399 A JP30218399 A JP 30218399A JP 30218399 A JP30218399 A JP 30218399A JP 2001124529 A JP2001124529 A JP 2001124529A
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optical fiber
pipe
strain
displacement sensor
fixed
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JP30218399A
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Takeshi Kawamura
武司 川村
Takashi Fujieda
敬史 藤枝
Koji Sato
浩二 佐藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 組立、設置が容易で取扱い性にも優れ、長さ
規制も受け難く、性能も安定した光ファイバ利用の歪、
変位センサを提供する。 【解決手段】 地盤等の監視対象に穴をあけてその穴に
パイプ1を観測したい深さまで挿入する。そして、その
パイプ1内にU字状に折り返した光ファイバケーブル2
を挿入し、さらに、コンクリート等の凝固剤3を流し入
れて光ファイバケーブル2をパイプ1と一体化させ、こ
のケーブルの光ファイバに生じる歪を測定するようにし
た。パイプ1内にクリート4を設けてそのクリートに光
ファイバケーブル2を固定すると好ましい。また、ケー
ブル2の折り返し点にウエイト5を取付けるとそのウエ
イトが自然落下する力でケーブル2をパイプ1内にスム
ーズに挿入することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバを用
いて地盤等の歪、変位と言った現象を検出する歪、変位
センサに関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバを用いて地盤等の変位、歪を
検出し、地すべり、崩落などの予知を行う方法は、これ
までにも何例か提案されている。
【0003】その方法に用いられる従来のセンサには、
ワイヤストランドの撚り溝に光ファイバを入れて固定し
たものなどがある。
【0004】また、別法として、パイプの外面に歪ゲー
ジを貼り付け、そのゲージで歪を測定する方法もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバ利用
のセンサは、監視点に固定具を設置し、その固定具に光
ファイバやワイヤストランドを固定したり、光ファイバ
にプレストレスを加えるために緊張金具を用いて張力を
管理するなど現地作業を行う部分が多く、監視対象への
センサの取付け、設置に多くの手間を要する。
【0006】また、ワイヤストランドの撚り溝に光ファ
イバを組込むセンサは製作に手間取るほか、ストランド
の巻取りを慎重に行わないと光ファイバが断線するなど
の問題があって取扱いにも気をつかう。さらに、取扱い
性が悪いため長尺のセンサを製作するのも難しい。
【0007】一方、歪ゲージを用いたセンサは、スポッ
トセンサであるので、監視領域が広い或いは長い場合、
数多くのゲージと個々のゲージに接続するリード線及び
測定器を必要とし、設置の手間だけでなくコスト面でも
不利になる。
【0008】また、この方式のセンサは、歪ゲージをパ
イプの外面に貼り付ける必要があるので、パイプによる
歪ゲージの保護がなされず、従って、ボーリング穴に挿
入する場合には特に、歪ゲージを貼り付けた状態で穴に
挿入せざるを得ないため、ゲージを損傷する可能性が高
い。
【0009】この発明は、上記の不具合を無くすことを
課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、監視対象中に埋めるパイプ内
に光ファイバを挿入し、その光ファイバをパイプ内に充
填する凝固材を介してパイプに固定し、監視対象の歪、
変位によるパイプの撓み、曲げによりパイプ内の光ファ
イバに引っ張り歪が生じるようにしたセンサを提供す
る。
【0011】このセンサの好ましい形態を下に列挙す
る。 (1)パイプ内に光ファイバの固定具を設け、その固定
具に光ファイバの長手途中を固定する。 (2)光ファイバを折り返してパイプ内に挿入し、この
光ファイバの折り返し点に向かう行き部と折り返し点か
らの帰り部をパイプ内に千鳥配置にして設けた固定具
に、行き部の固定点と帰り部の固定点が千鳥配置となる
ように固定する。 (3)固定具として、並列配置の2つの巻芯に光ファイ
バを8の字状に巻付け、巻付け点の両側をクリップ部の
溝に入れて挾持するクリートを用いる。 (4)光ファイバの折り返し点にウェイトを取付ける。 (5)ウェイトとして、パイプ内で転動するころ付きの
滑車を用いる。
【0012】
【作用】この発明のセンサは、地盤等に穴をあけて観測
したい深さまでパイプを挿入し、その後、パイプ内にU
字状に折り返した光ファイバを垂らして入れ、パイプの
周辺とパイプ内に凝固剤を流し込む方法で組立て、設置
することができる。この方法を採ると、光ファイバとパ
イプを別々にして取扱うことができ、取扱い中の光ファ
イバの断線、センサの長さ規制などの問題が起こらな
い。また、作業自体が単純で作業性にも優れる。
【0013】さらに、光ファイバがパイプによって外部
から保護されるので、センサの機能を損なうこともな
い。
【0014】なお、パイプ内に入れる光ファイバは、そ
の固定が不充分であると、時間をかけて徐々に引っ張り
歪が加わるときに滑りを生じて歪が緩和され、検出感度
の鈍化や検出不能の事態を招く。従って、パイプ内に固
定具による固定点を設けて固定をより確実化することを
奨める。
【0015】使用する固定具は、(3)で挙げたクリー
トが好ましい。このクリートは摩擦力を利用して光ファ
イバを引き止めるので、クリップ部による光ファイバの
挾持をきつくする必要がなく、光ファイバを損傷させず
に確実に引き止めることができる。
【0016】固定具は、出荷前に工場内で光ファイバに
取付けておくことができる。これにより、現地での作業
工数を減らし、また、固定具への光ファイバの巻付け張
力を安定させることができ、品質管理も容易になる。巻
付け張力がばらつくと固定の安定性が低下し、経時変化
による滑りで検出精度が悪くなる虞れがある。
【0017】このほか、光ファイバの行き部と帰り部の
固定具による固定点を千鳥配置にしたものは、検出部が
細分化されて検出感度の向上ときめ細かな検出が可能に
なる。
【0018】また、光ファイバの折り返し点にウェイト
を取付けたものは、ウェイトの自由落下による力で光フ
ァイバを弛みなくパイプ内に引込むことができ、作業が
より楽になる。ウェイトとしてころ付きの滑車を用いた
ものは、傾斜したパイプの中にも光ファイバをスムーズ
に挿入することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】図1に、この発明の歪、変位セン
サの実施形態を示す。図中1は、塩化ビニール管等のパ
イプである。監視対象である地盤や崖、堤防などの法面
に所定の大きさのボーリング穴Hをあけ、その穴Hにパ
イプ1を観測したい深さまで挿入し、その後、パイプ1
内にU字状に折り返した光ファイバケーブル2を折り返
し点を先端にして挿入している。
【0020】また、光ファイバ挿入後にパイプ1の周囲
と内部に流動性の高いコンクリート等の凝固剤3を流し
込み、固化後の凝固剤3を介して光ファイバケーブル2
を周囲の地盤に固定している。
【0021】さらに、例示のセンサSは、パイプ1内に
クリート4を千鳥配置にして設け、光ファイバケーブル
2の途中を各クリート4に固定している。クリート4
は、4個以上とし、光ファイバケーブル2の折り返し点
に至る行き部2aと折り返し点からの帰り部2bのクリ
ート4による固定点が千鳥配置になるように光ファイバ
の固定を行っている。
【0022】図1の5は、光ファイバケーブル2の折り
返し点に取付けたウェイトであり、例示のセンサSは、
以上の要素によって構成されている。
【0023】次に、このセンサSの詳細について述べ
る。
【0024】光ファイバは、ケーブル化する際にコアガ
ラスの周囲をシリコン層でコーティングするのが普通で
ある。特に、生産量が最も多い長距離通信用光ファイバ
はその構造のものが多い。このような構造の光ファイバ
ケーブルは、被覆をきっちりと固定しても、コアガラス
とコーティング材との間或いは心線と被覆との間で滑り
が発生し易い。従って、光ファイバに長い時間をかけて
徐々に引っ張り荷重が作用するときには、内部で滑りが
発生して歪が緩和される可能性が高い。この滑りによる
歪緩和が起こるとセンサの感度が鈍くなり、急激な応力
印加で光ファイバが断線する場合を除いてまともな検出
が望めなくなる。クリート4は、かかる不具合を回避す
るために設けている。
【0025】また、光ファイバの伸び量が一定であるな
ら、固定部間の距離が短いほど光ファイバに発生する歪
が大きくなるので、クリートによる固定部を複数箇所に
して固定部間の距離を縮めており、これにより、センサ
の感度が向上する。
【0026】さらに、光ファイバの行き部2aと帰り部
2bの固定点を千鳥配置にしたことでセンサのほぼ全域
で安定した検出がなされる。クリート4による固定部で
は、検出感度が下がるが、図のように、行き部2aと帰
り部2bの固定点を千鳥配置にすると検出感度の悪い部
分が隣りの検出感度の良い部分によって補完され、全域
で高感度検出がなされる。
【0027】図2、図3は、クリート4の具体例を示し
ている。この図2、図3のクリート4は、いずれも樹脂
等の一体成形品である。
【0028】図2のクリート4は、ベース板4a上に円
柱状の巻芯4bを2個並列配置にして立設し、さらに、
ベース板4aの両端に縦溝4cを形成した円柱状のクリ
ップ部4dを設けて成る。
【0029】また、図3のクリート4は、図2のクリッ
プ部4dを省いて縦溝4cを巻芯4bに設け、この巻芯
4bをクリップ部として兼用する構造にしている。
【0030】図2のクリート4は、同図(b)に示すよ
うに、光ファイバケーブル2を片方のクリップ部の縦溝
4cを経由して巻芯設置部に導き、適度の張力を加えて
2つの巻芯4bに8の字を画くように数回巻付け、他方
のクリップ部の縦溝4cを通して外に出す。そして、各
クリップ部4dを締付けバンド6等を用いて図2(c)
に示すように外側から締付け、溝4cに押し込んだ光フ
ァイバケーブル2を挾持する。
【0031】図3のクリート4は、2つの巻芯4bの縦
溝4cが無い下側部分に光ファイバケーブル2を8の字
状に巻付け、巻付け点の両側を各巻芯の縦溝4cに押し
込んだ後、巻芯4bの縦溝形成部を締付けバンド等で締
付ける。この図3のクリート4は、図2のクリートより
もコンパクトな固定部を構成できる。
【0032】図1のセンサSは、ここで述べたようなク
リート4を工場で予め光ファイバケーブル2に取付けて
おき、それを現地でパイプ1内に挿入することが可能で
あり、現地での作業を大幅に削減できる。
【0033】また、パイプ1は、図1のように継ぎ足す
ことができ(Jが接続部)、これにより、センサの長さ
を自由に長くすることができる。
【0034】図5は、ウェイト5の好ましい形態である
ころ付き滑車を示している。
【0035】このころ付き滑車は、光ファイバケーブル
2の折り返し点に掛ける溝付き円環5aの内側に球形こ
ろ5bを組込んで成る。円環5aがあると光ファイバを
無理なくターンさせることができる。この円環5aは、
光ファイバを外れ止めする口筒5cを連結すると回転不
能の環になるがそれでも差し支えない。このころ付き滑
車を設けると、傾斜したパイプに対しても光ファイバを
スムーズに挿入することができる。
【0036】図6に、この発明の歪、変位センサSを用
いた歪、変位監視システムを示す。図のように、各監視
点にセンサSを設置し、各センサの光ファイバケーブル
を遠隔の監視所や中継所に引込まれる光ファイバケーブ
ル7にシリアルに接続する。また、光ファイバケーブル
7の片端に歪分布計測器8とデータ処理、表示装置9を
接続してシステムを構築しており、複数地点の地盤のず
れ等を1本の光ファイバラインを用いて遠隔監視するこ
とができる。
【0037】なお、センサの光ファイバに歪が生じると
光ファイバの光伝送損失変化が起こるので、光歪分布測
定器の代わりに光伝送損失分布測定装置(OTDR)を
用いて各監視点の歪、変位の発生状況を検知することも
可能である。
【0038】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の歪、変位
センサは、取扱い性の向上、長さ規制の緩和、現地での
作業の簡易化が図れ、作業中のミスによる機能破壊等も
生じ難い。
【0039】また、パイプ内に固定具による光ファイバ
の固定点を設けたものは、光ファイバの滑りによる歪緩
和が防止され、歪、変位の緩やかな変化も確実に検出す
ることができる。
【0040】折り返した光ファイバの行き部と帰り部の
固定具による固定点を千鳥配置にしたものは、検出感度
が高く、しかも、その感度がセンサのほぼ全域で均一化
されるため変位等の発生位置を細かく監視することが可
能であり、監視対象の状況把握がし易くなる。
【0041】また、光ファイバの折り返し点にウェイト
を取付けたものは、ウェイトが自然落下する力で光ファ
イバケーブルをパイプ内に弛みなく挿入することがで
き、設置時の作業性がより良くなる。ころ付き滑車をウ
ェイトとして用いたものは傾斜したパイプにもスムーズ
に光ファイバケーブルを挿入でき、ウェイト使用の効果
が特に高い。
【0042】このほか、固定具を用いるものは、その固
定具を工場で予め光ファイバケーブルに取付けてセンサ
の性能、品質の安定化を図ることができ、歪、変位検出
の緻密化や信頼性向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の歪、変位センサの実施形態を示す断
面図
【図2】(a)クリートの具体例を示す斜視図 (b)同上のクリートによる光ファイバケーブルの固定
状態を示す正面図 (c)クリップ部の拡大端面図
【図3】(a)クリートの他の実施形態の斜視図 (b)同上のクリートによる光ファイバケーブルの固定
状態を示す正面図 (c)クリートの拡大端面図
【図4】ウェイトの一例(ころ付き滑車)を示す斜視図
【図5】この発明のセンサを用いた歪、変位監視システ
ムの概念図
【符号の説明】
S センサ 1 パイプ 2 光ファイバケーブル 2a 行き部 2b 帰り部 3 凝固材 4 クリート 5 ウェイト 6 締付けバンド 7 光ファイバケーブル 8 歪分布計測器 9 データ処理、表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 浩二 大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 Fターム(参考) 2D043 AA00 AB00 BA10 2F065 AA65 CC40 DD16 FF41 FF58 FF61 LL02 2F076 BA11 BB09 BD02 BD06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 監視対象中に埋めるパイプ内に光ファイ
    バを挿入し、その光ファイバをパイプ内に充填する凝固
    材を介してパイプに固定し、監視対象の歪、変位による
    パイプの撓み、曲げによりパイプ内の光ファイバに引っ
    張り歪が生じるようにした光ファイバ利用歪、変位セン
    サ。
  2. 【請求項2】 パイプ内に光ファイバの固定具を設け、
    その固定具に光ファイバの長手途中を固定した請求項1
    記載の光ファイバ利用歪、変位センサ。
  3. 【請求項3】 光ファイバを折り返してパイプ内に挿入
    し、この光ファイバの折り返し点に向かう行き部と折り
    返し点からの帰り部をパイプ内に千鳥配置にして設けた
    固定具に、行き部の固定点と帰り部の固定点が千鳥配置
    となるように固定した請求項1記載の光ファイバ利用
    歪、変位センサ。
  4. 【請求項4】 前記固定具として、並列配置の2つの巻
    芯に光ファイバを8の字状に巻付け、巻付け点の両側を
    クリップ部の溝に入れて挾持するクリートを用いた請求
    項2又は3記載の光ファイバ利用歪、変位センサ。
  5. 【請求項5】 光ファイバの折り返し点にウェイトを取
    付けた請求項3又は4記載の光ファイバ利用歪、変位セ
    ンサ。
  6. 【請求項6】 前記ウェイトとして、パイプ内で転動す
    るころ付きの滑車を用いた光ファイバ利用歪、変位セン
    サ。
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