JP2001194109A - Displacement measuring apparatus using rayleigh scattering - Google Patents

Displacement measuring apparatus using rayleigh scattering

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JP2001194109A
JP2001194109A JP2000006742A JP2000006742A JP2001194109A JP 2001194109 A JP2001194109 A JP 2001194109A JP 2000006742 A JP2000006742 A JP 2000006742A JP 2000006742 A JP2000006742 A JP 2000006742A JP 2001194109 A JP2001194109 A JP 2001194109A
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JP
Japan
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displacement
optical fiber
civil engineering
engineering structure
crack
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Application number
JP2000006742A
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Masato Murakami
正人 村上
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NIPPON KOEI YOKOHAMA WORKS CO Ltd
Original Assignee
NIPPON KOEI YOKOHAMA WORKS CO Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for continuously and safely measuring the displacement of a civil engineering structure by use of Rayleigh scattering occurring in an optical fiber, while amplifying microscopic displacements. SOLUTION: The apparatus detects the displacement of the civil engineering structure 12 from changes in the backscattered light of a light pulse input to the optical fiber 11. The optical fiber 11 is fixedly connected to the displacement amplifying rod 23 of a displacement amplifying means 21 provided in a displacement detecting part. When it is assumed that a crack 29 occurs in the civil engineering structure 12 and the structure 12 is displaced by x, the distance over which the fiber supporting point 27 of the displacement amplifying means 21 is displaced is amplified for detection. When the optical fiber 11 is pulled by the displacement amplifying rod 23, it is curved at an acute angle and the amount of backscattered light decreases sharply. This is measured by an optical time domain reflection measuring instrument 13. The distance to the place of occurrence of the crack 29 is determined from light reception time and the velocity of light within the optical fiber 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーの後
方散乱光(以下、レイリー散乱という)を用いて土木構
造物などの変位を計測するためのレイリー散乱を利用し
た変位計測装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring apparatus utilizing Rayleigh scattering for measuring the displacement of civil engineering structures or the like using backscattered light from an optical fiber (hereinafter referred to as Rayleigh scattering).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、トンネル、橋梁、その他の土木構
造物の変形(歪)を検査するには、人間が暗いトンネル
などを徒歩で巡回し目視点検によりクラックなどの変位
をさがしたり、変位が生じている個所にテストモルタル
を塗布し、このテストモルタルの状態により変位を確認
していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, to inspect deformation (strain) of tunnels, bridges, and other civil engineering structures, a person walks on a dark tunnel on foot and looks for displacement such as cracks by visual inspection. A test mortar was applied to the generated location, and displacement was confirmed by the state of the test mortar.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来のように、人間が
徒歩で巡回し目視点検する方法では、長距離の点検作業
に多くの時間を要し、連続的に常時観測できないという
問題があった。また、すでに亀裂などが発生しているト
ンネルなどでは、落盤や土砂崩れなどがいつ発生するか
わからないので、その進行状態を観測するのに危険が大
きすぎるという問題があった。また、土木構造物や岩盤
などでは、亀裂の進行がmm単位かそれ以下の場合、目
視による進行状態の判断がきわめて困難であるだけでな
く、経時的な変化を把握するのが困難であるという問題
があった。
In the conventional method of visually inspecting a person on a patrol by walking, there is a problem that a long-distance inspection requires a lot of time and continuous observation is not always possible. . Further, in a tunnel or the like where cracks or the like have already occurred, there is a problem that it is too dangerous to observe the progress of the tunnel because it is difficult to know when a fall or a landslide will occur. Also, in civil engineering structures and bedrock, when the progress of cracks is mm or less, it is extremely difficult not only to visually judge the progress but also to grasp changes over time. There was a problem.

【0004】本発明は、光ファイバーのレイリー散乱を
利用することによって、トンネルなどの長大な土木構造
物の変位を連続的に、安全に、しかも微小変位を増幅し
て確実に計測する装置を提供することを目的とするもの
である。
[0004] The present invention provides an apparatus for continuously and safely measuring the displacement of a long civil engineering structure such as a tunnel by utilizing the Rayleigh scattering of an optical fiber, and amplifying the small displacement to reliably measure the displacement. The purpose is to do so.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバ1
1を土木構造物12に張り巡らし、この光ファイバ11
の一端に入力した光パルスの後方散乱光の変化により前
記土木構造物12の変位を検知するようにした装置にお
いて、前記土木構造物12の変位検出個所に変位増幅手
段21を設け、この変位増幅手段21の変位増幅ロッド
23に前記光ファイバ11を連結固定してなり、変位増
幅手段21は、変位伝達部材22と変位増幅ロッド23
とが連結点24にて回動自在に連結され、変位伝達部材
22の固定点25は、亀裂29を挾んだ土木構造物12
の一方の壁面に固定的に取り付けられ、また、変位増幅
ロッド23の固定点26は、亀裂29を挾んだ固定点2
5とは反対側の土木構造物12の壁面に固定的に取り付
けられ、前記固定点26は、連結点24からできるだけ
近い位置に設定され、前記変位増幅ロッド23の先端部
には、光ファイバ11を支持するファイバー支持点27
が設けられていることを特徴とするレイリー散乱を利用
した変位計測装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an optical fiber 1;
1 is stretched around a civil engineering structure 12, and this optical fiber 11
In a device for detecting the displacement of the civil engineering structure 12 by a change in the backscattered light of the light pulse input to one end of the civil engineering structure, a displacement amplifying means 21 is provided at a position where the displacement of the civil engineering structure 12 is detected. The optical fiber 11 is connected and fixed to a displacement amplifying rod 23 of the means 21. The displacement amplifying means 21 comprises a displacement transmitting member 22 and a displacement amplifying rod 23.
Are connected rotatably at a connection point 24, and the fixed point 25 of the displacement transmitting member 22 is connected to the civil structure 12 with a crack 29 interposed therebetween.
The fixed point 26 of the displacement amplifying rod 23 is fixedly attached to one of the wall surfaces.
5 is fixedly attached to the wall surface of the civil engineering structure 12 on the opposite side to the fixed point 26, the fixed point 26 is set as close as possible to the connection point 24, and the tip of the displacement amplification rod 23 is Fiber support point 27 for supporting
Is a displacement measuring device using Rayleigh scattering.

【0006】以上のような構成において、土木構造物1
2に亀裂29が発生し、xだけ変位移動したものとする
と、ファイバー支持点27における変位移動距離は、増
幅されて検出される。
In the above construction, the civil engineering structure 1
Assuming that a crack 29 has occurred in 2 and has been displaced and moved by x, the displacement movement distance at the fiber support point 27 is amplified and detected.

【0007】光ファイバ11が変位増幅ロッド23によ
り引っ張られると、先鋭端部46の位置で鋭角に曲げら
れる。この光ファイバ11の鋭角な曲げにより、後方へ
の散乱光量は、激減する。これを光学時間領域反射測定
器13によって計測する。このときの受光時間と光ファ
イバ11内での光速から亀裂29の発生地点の距離が求
められる。
When the optical fiber 11 is pulled by the displacement amplification rod 23, it is bent at a sharp end 46 at an acute angle. Due to the sharp bending of the optical fiber 11, the amount of scattered light backward decreases drastically. This is measured by the optical time domain reflectometer 13. At this time, the distance to the point where the crack 29 occurs is determined from the light receiving time and the speed of light in the optical fiber 11.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】光ファイバ11内の散乱現象に
は、レイリー散乱、ブリルアン散乱、ラマン散乱があ
り、これらの散乱光のスペクトラムは、図7に示され
る。レイリー散乱は、入射光と同じ周波数をもつ成分の
媒質内の密度揺らぎにより生じる。ブリルアン散乱は、
入射光とわずかに周波数の異なる成分と、媒質内の音波
との相互作用により生じる。ラマン散乱は、入射光とわ
ずかに周波数の異なる成分と、媒質内の分子振動などの
相互作用により生じる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Scattering phenomena in the optical fiber 11 include Rayleigh scattering, Brillouin scattering, and Raman scattering, and the spectrum of these scattered lights is shown in FIG. Rayleigh scattering is caused by density fluctuation in a medium of a component having the same frequency as incident light. Brillouin scattering is
It is caused by the interaction of a component slightly different in frequency from the incident light with the sound wave in the medium. Raman scattering is caused by an interaction between a component having a frequency slightly different from that of incident light and molecular vibration in a medium.

【0009】本発明は、以上のような光ファイバ11内
の散乱現象のうち、レイリー散乱を利用して土木構造物
などの変位を計測する装置に関するものであり、図1に
基づき本発明の原理を説明する。11は、光ファイバ
で、この光ファイバ11は、トンネルなどの長大な土木
構造物12の被測定個所に取り付けられる。前記光ファ
イバ11の基端部14は、光学時間領域反射測定器13
に結合される。
The present invention relates to an apparatus for measuring the displacement of civil engineering structures by utilizing Rayleigh scattering among the scattering phenomena in the optical fiber 11 as described above. The principle of the present invention will be described with reference to FIG. Will be described. Reference numeral 11 denotes an optical fiber, and the optical fiber 11 is attached to a position to be measured on a long civil engineering structure 12 such as a tunnel. The proximal end portion 14 of the optical fiber 11 is provided with an optical time domain reflectometer 13
Is combined with

【0010】このような構成において、光学時間領域反
射測定器13から光ファイバ11へ光パルス17を送り
こむと、この光パルス17は、光ファイバ11の内部を
伝播する。ここで、土木構造物12の壁面などの被測定
部位に変位が生じ、これに伴い光ファイバ11に屈曲部
16が生じたものとする。すると、この屈曲部16の部
位にて光パルス17の一部がレイリー散乱光18とな
り、光パルス17の一部が基端部14側に戻され、残り
は、進行光パルス19となって末端部15側へ伝播す
る。
In such a configuration, when an optical pulse 17 is sent from the optical time domain reflectometer 13 to the optical fiber 11, the optical pulse 17 propagates inside the optical fiber 11. Here, it is assumed that a displacement occurs in a measurement target portion such as a wall surface of the civil engineering structure 12, and a bent portion 16 is generated in the optical fiber 11 with the displacement. Then, a part of the light pulse 17 becomes the Rayleigh scattered light 18 at the bent portion 16, a part of the light pulse 17 is returned to the base end 14 side, and the rest becomes a traveling light pulse 19 and the end Propagation to the part 15 side.

【0011】屈曲部16の部位では、直線部分よりも大
きな光損失が生じるので、光損失曲線20の傾斜がこの
部位で大きくなる。また、光ファイバ11の末端部15
部位にても大きな光損失が生じる。この光損失曲線20
は、光学時間領域反射測定器13の表示部で、縦軸を光
損失、横軸を光ファイバ11の敷設距離として表示され
る。
At the bent portion 16, a larger light loss occurs than at the straight portion, so that the slope of the light loss curve 20 becomes larger at this portion. Also, the end 15 of the optical fiber 11
Significant light loss also occurs at the site. This light loss curve 20
Is a display unit of the optical time domain reflectometer 13, in which the vertical axis represents light loss and the horizontal axis represents the installation distance of the optical fiber 11.

【0012】光ファイバ11の敷設距離は、土木構造物
12の長さ、土木構造物12から光学時間領域反射測定
器13の設置場所までの距離などにより決定されるが、
10km程度まで可能である。
The laying distance of the optical fiber 11 is determined by the length of the civil engineering structure 12, the distance from the civil engineering structure 12 to the installation place of the optical time domain reflectometer 13, and the like.
It is possible up to about 10 km.

【0013】光ファイバ11におけるレイリー散乱光1
8を捕らえるためには、光ファイバ11の変位により直
径が7mm程度まで屈曲させることが必要である。とこ
ろが、土木構造物12の変位は、微小であり、光ファイ
バ11の屈曲から直接レイリー散乱光18を捕らえるこ
とは困難である。
Rayleigh scattered light 1 in optical fiber 11
In order to catch 8, it is necessary to bend the optical fiber 11 to a diameter of about 7 mm by displacement. However, the displacement of the civil engineering structure 12 is very small, and it is difficult to directly capture the Rayleigh scattered light 18 from the bending of the optical fiber 11.

【0014】そこで、本発明では、土木構造物12の変
位を増幅して検出することにより、1mmかそれ以下の
変位をも検出できるようにしてある。これを可能にした
変位増幅手段21を図2〜図5により土木構造物12が
トンネルの場合を例として説明する。光ファイバ11
は、図2に示すように、土木構造物12内に数10cm
から1m間隔程度に固定して張り巡らせるが、前記変位
増幅手段21は、土木構造物12内の亀裂29の発生個
所など、変位を測定しようとする個所に取り付けられ
る。この変位増幅手段21は、変位を増幅して検出する
部分と、その変位により光ファイバ11をより確実に屈
曲させる部分とからなる。
Therefore, in the present invention, a displacement of 1 mm or less can be detected by amplifying and detecting the displacement of the civil engineering structure 12. The displacement amplifying means 21 that makes this possible will be described with reference to FIGS. 2 to 5 as an example in the case where the civil engineering structure 12 is a tunnel. Optical fiber 11
As shown in FIG. 2, several tens of cm
The displacement amplifying means 21 is attached to a location where displacement is to be measured, such as a location where a crack 29 occurs in the civil engineering structure 12. The displacement amplifying means 21 includes a portion for amplifying and detecting the displacement and a portion for bending the optical fiber 11 more reliably by the displacement.

【0015】前記変位増幅手段21は、図3に示すよう
に、変位伝達部材22と変位増幅ロッド23とが連結点
24にて回動自在に連結され、前記変位伝達部材22の
固定点25は、亀裂29を挾んだ土木構造物12の一方
の壁面に固定的に取り付けられ、また、変位増幅ロッド
23の固定点26は、亀裂29を挾んだ固定点25とは
反対側の土木構造物12の壁面に固定的に取り付けられ
る。前記固定点26は、連結点24からできるだけ近い
位置に設定される。また、変位増幅ロッド23の先端部
には、光ファイバ11を固定的に支持するファイバー支
持点27が設けられている。前記ファイバー支持点27
の両側には、それぞれ屈曲発生装置30が設けられ、さ
らにそれぞれの外側の位置で光ファイバ11がファイバ
固定具28により土木構造物12に固定されている。
As shown in FIG. 3, the displacement amplifying means 21 has a displacement transmitting member 22 and a displacement amplifying rod 23 rotatably connected at a connecting point 24, and a fixed point 25 of the displacement transmitting member 22 is The fixed point 26 of the displacement amplifying rod 23 is fixedly attached to one wall surface of the civil structure 12 sandwiching the crack 29, and the civil structure opposite to the fixed point 25 sandwiching the crack 29. It is fixedly attached to the wall surface of the object 12. The fixed point 26 is set as close to the connection point 24 as possible. Further, a fiber support point 27 for fixedly supporting the optical fiber 11 is provided at the tip of the displacement amplification rod 23. The fiber support point 27
The bending generators 30 are provided on both sides of the optical fiber 11, and the optical fibers 11 are fixed to the civil engineering structure 12 by the fiber fixtures 28 at the respective outer positions.

【0016】前記屈曲発生装置30を図4および図5に
基づき説明する。前記屈曲発生装置30は、一辺の長さ
が5〜10cm程度で、厚さが1cm程度の耐腐食性の
器体35と、この器体35に被せる蓋板36からなる。
前記器体35には、第1凹部39と第2凹部40が光フ
ァイバ11の直径の数倍の深さで、かつ互いに連通して
形成され、この連通部分の第1凹部39側には、案内突
部42が設けられている。この案内突部42の外周と第
1凹部39の内周の間隙部分は、光ファイバ11の直径
と略同一の案内通路43となっており、また、案内突部
42の両端部分は、先鋭端部46となっている。
The bending generator 30 will be described with reference to FIGS. The bending generator 30 includes a corrosion-resistant body 35 having a side length of about 5 to 10 cm and a thickness of about 1 cm, and a cover plate 36 to cover the body 35.
A first concave portion 39 and a second concave portion 40 are formed in the vessel 35 at a depth several times the diameter of the optical fiber 11 and communicate with each other. A guide projection 42 is provided. A gap between the outer circumference of the guide projection 42 and the inner circumference of the first recess 39 forms a guide passage 43 having substantially the same diameter as the optical fiber 11, and both end portions of the guide projection 42 have a sharp end. It is a part 46.

【0017】前記第1凹部39の左右両側部から差し込
み孔37が外部まで連通形成され、この差し込み孔37
は、途中が光ファイバ11の直径と略同一のくびれ部3
8となり、また、このくびれ部38の両端開口部分は、
ラッパ状に広がって第1凹部39に連通するとともに、
外部に連通している。前記案内突部42の外周と対峙
し、かつ、光ファイバ11の直径と略同じ間隔をもっ
て、保持体44がワッシャ49とねじ45によって取付
けられる。
Insertion holes 37 are formed to communicate from the left and right sides of the first recess 39 to the outside.
Is a constricted portion 3 whose middle is approximately the same as the diameter of the optical fiber 11.
8 and the opening portions at both ends of the constricted portion 38
Spreads like a trumpet and communicates with the first recess 39,
It communicates with the outside. The holding body 44 is attached by a washer 49 and a screw 45 so as to face the outer periphery of the guide projection 42 and at substantially the same interval as the diameter of the optical fiber 11.

【0018】前記第2凹部40の略中央には、光ファイ
バ11を数回巻き付けできる間隔を持って巻き付け部4
1が設けられ、この巻き付け部41と、前記蓋板36と
を貫通する取付け孔48が穿設されている。47は、器
体35と蓋板36の取付け用の組み立て孔である。
At the approximate center of the second concave portion 40, the winding portion 4 is provided with an interval at which the optical fiber 11 can be wound several times.
1 is provided, and a mounting hole 48 penetrating the winding portion 41 and the cover plate 36 is formed. Reference numeral 47 denotes an assembly hole for mounting the container 35 and the cover plate 36.

【0019】この状態で、光ファイバ11を、器体35
の一方の差し込み孔37からくびれ部38、第1凹部3
9へ嵌め込み、さらに、案内通路43を経て第2凹部4
0の内部で巻き付け部41に1、2回巻きつけ、再び他
方の案内通路43を経て第1凹部39に嵌め込み、他方
の差し込み孔37からくびれ部38を経て取り出され
る。
In this state, the optical fiber 11 is connected to the container 35.
The constricted portion 38, the first concave portion 3 from one of the insertion holes 37
9 and further through the guide passage 43 to the second recess 4.
The wire is wound once or twice around the winding portion 41 inside the inner portion 0, is again fitted into the first concave portion 39 through the other guide passage 43, and is taken out from the other insertion hole 37 through the narrow portion 38.

【0020】前記光ファイバ11を屈曲発生装置30に
セットするには、光ファイバ11は、第1凹部39と第
2凹部40の内部で可及的に小さな曲げ損となるよう
に、充分大きな曲率半径を持って嵌め込まれる。つぎ
に、光ファイバ11が案内通路43、43で交差する部
分に保持体44をあてがい、ワッシャ49とねじ45に
よって締め付けることにより、光ファイバ11を固定す
る。
In order to set the optical fiber 11 in the bending generator 30, the optical fiber 11 has a sufficiently large curvature so that the bending loss is as small as possible inside the first concave portion 39 and the second concave portion 40. Fitted with a radius. Next, the holding body 44 is applied to a portion where the optical fiber 11 intersects the guide passages 43, 43, and the optical fiber 11 is fixed by tightening with the washer 49 and the screw 45.

【0021】同様にして全ての屈曲発生装置30の器体
35に光ファイバ11を嵌め込み固定する。このとき、
光ファイバ11に、引っ張り力がかからないようにし
て、ファイバー固定具28で固定する。
Similarly, the optical fibers 11 are fitted and fixed in the bodies 35 of all the bending generators 30. At this time,
The optical fiber 11 is fixed by a fiber fixing device 28 without applying a pulling force.

【0022】つぎに土木構造物12に亀裂29が発生し
たときの作用を説明する。図3において、光ファイバ1
1に亀裂29が発生したものとする。変位伝達部材22
が固定点25で固定され、変位増幅ロッド23が固定点
26で固定されているので、亀裂29が図示矢印方向に
xだけ変位移動したものとすると、固定点26も同様に
xだけ変位移動する。ところが、連結点24は、変位伝
達部材22に連結されているので、変位しない。
Next, the operation when the crack 29 occurs in the civil engineering structure 12 will be described. In FIG. 3, the optical fiber 1
It is assumed that a crack 29 has occurred in No. 1. Displacement transmitting member 22
Is fixed at the fixed point 25, and the displacement amplification rod 23 is fixed at the fixed point 26. If the crack 29 is displaced and moved by x in the direction of the arrow shown in the figure, the fixed point 26 is also displaced and moved by x. . However, the connecting point 24 is not displaced because it is connected to the displacement transmitting member 22.

【0023】ここで、連結点24から固定点26までの
距離をa、連結点24からファイバー支持点27まで間
距離をbとすると、ファイバー支持点27における変位
移動距離yは、y=x・b/aとなる。b>aとする
と、b/a倍(少なくとも10倍程度)だけ増幅された
こととなる。
Here, assuming that the distance from the connection point 24 to the fixed point 26 is a and the distance between the connection point 24 and the fiber support point 27 is b, the displacement movement distance y at the fiber support point 27 is y = x · b / a. If b> a, the amplification is b / a times (at least about 10 times).

【0024】光ファイバ11が変位増幅ロッド23によ
り引っ張られると、光ファイバ11は、図3および図4
の鎖線に示されるように、案内突部42の先鋭端部46
の位置で鋭角に曲げられるか、場合によっては、この先
鋭端部46の位置で光ファイバ11が切断する。
When the optical fiber 11 is pulled by the displacement amplification rod 23, the optical fiber 11
As shown by the dashed line in FIG.
The optical fiber 11 is bent at an acute angle at the position, or may be cut at the position of the sharp end 46 in some cases.

【0025】この光ファイバ11の鋭角な曲げまたは切
断により、光ファイバ11の曲げ損が急増し、後方への
散乱光量は、激減する。これを光学時間領域反射測定器
13内のOTDR(光ファイバリフレクトメータ)によ
って計測する。この光学時間領域反射測定器13で検出
された光量は、微弱であるから、何回も平均化処理を行
ない、図1のような波形となる。このときの受光時間と
光ファイバ11内での光速から災害発生地点の距離が求
められる。
The bending or cutting of the optical fiber 11 sharply increases the bending loss of the optical fiber 11, and the amount of scattered light backward decreases sharply. This is measured by an OTDR (optical fiber reflectometer) in the optical time domain reflectometer 13. Since the amount of light detected by the optical time domain reflectometer 13 is weak, the averaging process is performed many times to obtain a waveform as shown in FIG. The distance to the disaster occurrence point is determined from the light receiving time at this time and the speed of light in the optical fiber 11.

【0026】光学時間領域反射測定器13は、このよう
にして土木構造物12に亀裂29などの変位を検出する
と、内部の発信回路などを介して管理者などに知らせ
る。
When the optical time domain reflectometer 13 detects a displacement such as a crack 29 in the civil engineering structure 12 in this way, it notifies the manager or the like via an internal transmission circuit or the like.

【0027】図3に示した前記実施例では、変位増幅ロ
ッド23の固定点26の位置を、連結点24とファイバ
ー支持点27との間に設けたので、増幅後の変位yが変
位xの方向と同一方向になり、図中左側の屈曲発生装置
30が屈曲作用点となるが、固定点26の位置を連結点
24を挾んで反対方向としてもよく、この場合には、増
幅後の変位yは、変位xと反対方向になり、図中右側の
屈曲発生装置30が屈曲作用点となる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the position of the fixed point 26 of the displacement amplification rod 23 is provided between the connection point 24 and the fiber support point 27, so that the amplified displacement y is equal to the displacement x. In this case, the bending generator 30 on the left side in the figure becomes the bending action point. However, the position of the fixed point 26 may be the opposite direction across the connection point 24. In this case, the displacement after amplification is increased. The y is in the opposite direction to the displacement x, and the bending generator 30 on the right side in the figure becomes the bending action point.

【0028】前記屈曲発生装置30は、図4および図5
に示すような構造に限られるものではなく、図6に示す
ような簡単な構造でもよく、要するに、光ファイバ11
が引っ張られたとき、大直径L1から小直径L2に変化
することにより、光ファイバ11の曲げ損が急増し、後
方への散乱光量が激減するものであればよい。
The bending generator 30 is shown in FIGS.
The structure is not limited to the structure shown in FIG. 6, but may be a simple structure as shown in FIG.
Is pulled from the large diameter L1 to the small diameter L2 so that the bending loss of the optical fiber 11 sharply increases and the amount of scattered light backward decreases drastically.

【0029】また、前記変位増幅手段21は、図3に示
すような変位伝達部材22と変位増幅ロッド23とを主
体として構成したものに限られるものではなく、歯車、
その他の機構により変位を増幅して検出できるものであ
ってもよい。
Further, the displacement amplifying means 21 is not limited to one mainly composed of a displacement transmitting member 22 and a displacement amplifying rod 23 as shown in FIG.
A mechanism that can amplify and detect the displacement by another mechanism may be used.

【0030】[0030]

【発明の効果】従来のような人間が徒歩で巡回し目視点
検する方法に比較し、長距離の点検作業が短時間で、連
続的に常時観測できる。また、光ファイバ11と変位増
幅手段21の設置のとき以外、亀裂29の発生している
トンネル12などに直接人間が入る必要がないので、落
盤や土砂崩れなどが発生しても安全である。
As compared with the conventional method in which a person walks on foot and performs a visual inspection, long-distance inspection work can be continuously and constantly observed in a short time. Also, except when the optical fiber 11 and the displacement amplifying means 21 are installed, it is not necessary for a human to directly enter the tunnel 12 where the crack 29 is generated, so that it is safe even if a falling board or a landslide occurs.

【0031】土木構造物12や岩盤などにおける亀裂2
9の進行がmm単位かそれ以下の微小であっても、変位
増幅手段21により進行状態の判断がきわめて正確で、
経時的な変化を把握することが容易である。屈曲発生装
置30は、光ファイバ11の途中を可及的に小さな曲げ
損となるような曲率を持って収納固定するとともに、こ
の固定位置に、先鋭端部46を有する案内突部42を設
けた構成としたので、機械的に可動する部品がなく、長
期間設置したたままであっても確実に動作する。
Cracks 2 in civil engineering structure 12 and bedrock
Even if the progress of 9 is a minute unit of mm or less, the displacement amplifying means 21 can determine the progress state extremely accurately,
It is easy to grasp changes over time. The bend generator 30 accommodates and fixes the middle of the optical fiber 11 with a curvature such that the bending loss is as small as possible, and a guide projection 42 having a sharp end 46 is provided at this fixed position. Since it has a configuration, there is no mechanically movable part, and it operates reliably even if it is installed for a long time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるレイリー散乱を利用した変位計測
装置の原理的な動作の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle operation of a displacement measuring device using Rayleigh scattering according to the present invention.

【図2】本発明によるレイリー散乱を利用した変位計測
装置を土木構造物12内に設置した状態の一部切り欠い
た説明図である。
FIG. 2 is a partially cutaway explanatory view showing a state in which a displacement measuring device using Rayleigh scattering according to the present invention is installed in a civil engineering structure 12.

【図3】本発明による変位増幅手段21の拡大説明図で
ある。
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of the displacement amplification means 21 according to the present invention.

【図4】屈曲発生装置30の断面図である。4 is a cross-sectional view of the bending generator 30. FIG.

【図5】図4における屈曲発生装置30のA−A線断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view of the bending generator 30 taken along line AA in FIG. 4;

【図6】屈曲発生装置30の他の実施例の説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory view of another embodiment of the bending generator 30.

【図7】光ファイバ11内の散乱現象を説明する散乱光
のスペクトラムである。
FIG. 7 is a scattered light spectrum for explaining a scattering phenomenon in the optical fiber 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…光ファイバ、12…土木構造物、13…光学時間
領域反射測定器、14…基端部、15…末端部、16…
屈曲部、17…光パルス、18…レイリー散乱光、19
…進行光パルス、20…光損失曲線、21…変位増幅手
段、22…変位伝達部材、23…変位増幅ロッド、24
…連結点、25…固定点、26…固定点、27…ファイ
バー支持点、28…ファイバー固定具、29…亀裂、3
0…屈曲発生装置、35…器体、36…蓋板、37…差
し込み孔、38…くびれ部、39…第1凹部、40…第
2凹部、41…巻き付け部、42…案内突部、43…案
内通路、44…保持体、45…ねじ、46…先鋭端部、
47…組み立て孔、48…取付け孔、49…ワッシャ。
11: Optical fiber, 12: Civil structure, 13: Optical time domain reflectometer, 14: Base end, 15: End, 16 ...
Bent part, 17: light pulse, 18: Rayleigh scattered light, 19
... traveling light pulse, 20 ... light loss curve, 21 ... displacement amplification means, 22 ... displacement transmission member, 23 ... displacement amplification rod, 24
... Connection point, 25 ... Fixed point, 26 ... Fixed point, 27 ... Fiber support point, 28 ... Fiber fixing tool, 29 ... Crack, 3
0: bending generator, 35: body, 36: cover plate, 37: insertion hole, 38: constricted portion, 39: first concave portion, 40: second concave portion, 41: winding portion, 42: guide projection, 43 ... Guide passage, 44 ... Holder, 45 ... Screw, 46 ... Sharp end
47 ... assembly holes, 48 ... mounting holes, 49 ... washers.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光ファイバ11を土木構造物12に張り
巡らし、この光ファイバ11の一端に入力した光パルス
の後方散乱光の変化により前記土木構造物12の変位を
検知するようにした装置において、前記土木構造物12
の変位検出個所に変位増幅手段21を設け、この変位増
幅手段21の変位増幅ロッド23に前記光ファイバ11
を連結固定してなることを特徴とするレイリー散乱を利
用した変位計測装置。
1. An apparatus in which an optical fiber 11 is stretched around a civil engineering structure 12, and a displacement of the civil engineering structure 12 is detected by a change in backscattered light of a light pulse input to one end of the optical fiber 11. , The civil engineering structure 12
A displacement amplifying means 21 is provided at a displacement detecting position of the optical fiber 11 and the optical fiber 11
A displacement measuring device using Rayleigh scattering, characterized by being connected and fixed.
【請求項2】 変位増幅手段21は、変位伝達部材22
と変位増幅ロッド23とが連結点24にて回動自在に連
結され、変位伝達部材22の固定点25は、亀裂29を
挾んだ土木構造物12の一方の壁面に固定的に取り付け
られ、また、変位増幅ロッド23の固定点26は、亀裂
29を挾んだ固定点25とは反対側の土木構造物12の
壁面に固定的に取り付けられ、前記固定点26は、連結
点24からできるだけ近い位置に設定され、前記変位増
幅ロッド23の先端部には、光ファイバ11を支持する
ファイバー支持点27が設けられていることを特徴とす
る請求項1記載のレイリー散乱を利用した変位計測装
置。
2. The displacement amplifying means 21 includes a displacement transmitting member 22.
And a displacement amplification rod 23 are rotatably connected at a connection point 24, and a fixed point 25 of the displacement transmission member 22 is fixedly attached to one wall surface of the civil engineering structure 12 sandwiching the crack 29, Further, the fixed point 26 of the displacement amplification rod 23 is fixedly attached to the wall surface of the civil engineering structure 12 opposite to the fixed point 25 sandwiching the crack 29. 2. The displacement measuring apparatus using Rayleigh scattering according to claim 1, wherein a fiber support point 27 for supporting the optical fiber 11 is provided at a position close to the distal end of the displacement amplification rod 23. .
【請求項3】 変位増幅手段21は、変位伝達部材22
と変位増幅ロッド23とが連結点24にて回動自在に連
結され、変位伝達部材22の固定点25は、亀裂29を
挾んだ土木構造物12の一方の壁面に固定的に取り付け
られ、また、変位増幅ロッド23の固定点26は、亀裂
29を挾んだ固定点25とは反対側の土木構造物12の
壁面に固定的に取り付けられ、前記固定点26は、連結
点24からできるだけ近い位置に設定され、前記変位増
幅ロッド23の先端部には、光ファイバ11を支持する
ファイバー支持点27が設けられ、このファイバー支持
点27の両側には、それぞれ屈曲発生装置30が設けら
れ、さらにそれぞれの外側の位置で光ファイバ11が土
木構造物12に固定されていることを特徴とする請求項
1記載のレイリー散乱を利用した変位計測装置。
3. The displacement amplifying means 21 includes a displacement transmitting member 22.
And a displacement amplification rod 23 are rotatably connected at a connection point 24, and a fixed point 25 of the displacement transmission member 22 is fixedly attached to one wall surface of the civil engineering structure 12 sandwiching the crack 29, Further, the fixed point 26 of the displacement amplification rod 23 is fixedly attached to the wall surface of the civil engineering structure 12 opposite to the fixed point 25 sandwiching the crack 29. A fiber support point 27 that supports the optical fiber 11 is provided at the distal end of the displacement amplification rod 23, and a bending generator 30 is provided on each side of the fiber support point 27. 2. The displacement measuring apparatus using Rayleigh scattering according to claim 1, wherein the optical fibers 11 are fixed to the civil engineering structure 12 at respective outer positions.
【請求項4】 変位増幅手段21は、変位伝達部材22
と変位増幅ロッド23とが連結点24にて回動自在に連
結され、変位伝達部材22の固定点25は、亀裂29を
挾んだ土木構造物12の一方の壁面に固定的に取り付け
られ、また、変位増幅ロッド23の固定点26は、亀裂
29を挾んだ固定点25とは反対側の土木構造物12の
壁面に固定的に取り付けられ、前記固定点26は、連結
点24からできるだけ近い位置に設定され、前記変位増
幅ロッド23の先端部には、光ファイバ11を支持する
ファイバー支持点27が設けられ、このファイバー支持
点27の両側には、それぞれ屈曲発生装置30が設けら
れ、さらにそれぞれの外側の位置で光ファイバ11が土
木構造物12に固定され、前記屈曲発生装置30は、光
ファイバ11の途中を可及的に小さな曲げ損となるよう
な曲率を持って収納固定するとともに、この固定位置に
先鋭端部46を有する案内突部42を設けてなることを
特徴とする請求項1記載のレイリー散乱を利用した変位
計測装置。
4. The displacement amplifying means 21 includes a displacement transmitting member 22.
And a displacement amplification rod 23 are rotatably connected at a connection point 24, and a fixed point 25 of the displacement transmission member 22 is fixedly attached to one wall surface of the civil engineering structure 12 sandwiching the crack 29, Further, the fixed point 26 of the displacement amplification rod 23 is fixedly attached to the wall surface of the civil engineering structure 12 opposite to the fixed point 25 sandwiching the crack 29. A fiber support point 27 that supports the optical fiber 11 is provided at the distal end of the displacement amplification rod 23, and a bending generator 30 is provided on each side of the fiber support point 27. Further, the optical fiber 11 is fixed to the civil engineering structure 12 at each of the outer positions, and the bending generator 30 accommodates the optical fiber 11 with a curvature such that bending loss is as small as possible in the middle of the optical fiber 11. Is fixed, the displacement measuring apparatus utilizing a Rayleigh scattering according to claim 1, characterized by being provided with a guide projection 42 having a sharp tip portion 46 to the fixed position.
【請求項5】 屈曲発生装置30は、耐腐食性の器体3
5と蓋板36からなり、前記器体35内に、第1凹部3
9と第2凹部40を互いに連通して形成し、この連通部
分との間に案内通路43を持って両端部分を先鋭端部4
6とした案内突部42を設け、前記第1凹部39の左右
両側部から外部まで途中にくびれ部38を有する差し込
み孔37を連通形成し、前記第2凹部40内に、案内突
部42との間に光ファイバセンサ32の直径と略同じ間
隔をもって保持体44を設けてなることを特徴とする請
求項4記載のレイリー散乱を利用した変位計測装置。
5. The bending generator 30 includes a corrosion-resistant container 3.
5 and a cover plate 36, and the first recess 3
9 and the second concave portion 40 are formed so as to communicate with each other.
6 is provided, and an insertion hole 37 having a constricted portion 38 is formed in the middle from the left and right sides of the first concave portion 39 to the outside, and the guide convex portion 42 is formed in the second concave portion 40. 5. The displacement measuring apparatus using Rayleigh scattering according to claim 4, wherein the holding members 44 are provided at substantially the same interval as the diameter of the optical fiber sensor 32 therebetween.
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