JP2001194191A

JP2001194191A - 土木構造物の変位計測方法および装置

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Publication number: JP2001194191A
Application number: JP2000006745A
Authority: JP
Inventors: Masato Murakami; 正人村上
Original assignee: NIPPON KOEI YOKOHAMA WORKS CO; NIPPON KOEI YOKOHAMA WORKS CO Ltd
Current assignee: NIPPON KOEI YOKOHAMA WORKS CO; NIPPON KOEI YOKOHAMA WORKS CO Ltd
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバ中のブリルアン散乱現象を利用し
て、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方法および装置を
提供すること。【解決手段】土木構造物12に所定間隔で固定した光フ
ァイバ11の一端に周波数可変できる光周波数Ｖｐ＝Ｖ＋
Δｖのパルス光17を入射し、光ファイバ11の他端に光周
波数Ｖｃｗ＝Ｖの連続光18を入射し、土木構造物12の変
位による光ファイバ11のブリルアン散乱光の周波数シフ
ト変化から土木構造物12の歪の大きさを検出し計測す
る。Δｖ＝Ｖｐ−Ｖｃｗを光ファイバ11固有のブリルア
ン周波数シフトＶｂに一致させると、連続光18は、光フ
ァイバ11中でブリルアン増幅され、出力光19として取り
出され、電気信号に変換され、パルス光17が伝播する距
離Ｌの2倍に相当する時間で電気信号をサンプリングし
て連続光18の強度を測定し、当初の波形に対して受光レ
ベルに、凹部、突部などの波形の変化55が生じているこ
とを検出することにより、土木構造物12の亀裂などの変
位29が測定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバのブリ
ルアン散乱を用いて土木構造物の変位を計測するための
ブリルアン散乱を利用した変位計測方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネルの変形（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。橋梁、その他の土
木構造物においても同様である。

【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、連続的な常時観測ができないとい
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。

【０００４】本発明は、光ファイバ中のブリルアン散乱
現象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方法および装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、土木構造物１
２の計測地点に所定間隔で固定的に張り巡らした光ファ
イバ１１と、この光ファイバ１１の一端に周波数可変で
きる光パルスを入力するポンプ光光源３２と、光ファイ
バ１１の他端に連続光を入力するプローブ光光源３５
と、前記土木構造物１２の変位による前記光ファイバ１
１のブリルアン散乱光の周波数シフト変化から前記土木
構造物１２の歪の大きさを検出し計測する歪検出装置４
６とからなり、前記ポンプ光光源３２は、パルス光１７
の光周波数Ｖｐと、連続光１８の光周波数Ｖｃｗとの差
Δｖ＝Ｖｐ−Ｖｃｗを、光ファイバ１１の歪εにともな
う固有のブリルアン周波数シフトＶｂに一致させる光周
波数可変信号入力端子３３を結合してなり、前記歪検出
装置４６は、光増幅された連続光１８を出力光１９とし
て取り出すハーフミラー３４と、ブリルアン周波数シフ
トＶｂに一致した光周波数を抽出する光フィルタ３６
と、この光フィルタ３６の出力を電気信号に変換する受
光器３７と、パルス光１７が伝播する距離Ｌの２倍に相
当する時間で電気信号をサンプリングして連続光１８の
強度を測定し表示する表示器３８とからなることを特徴
とする土木構造物の変位計測装である。

【０００６】以上のような構成において、光ファイバ１
１の一端部１４側へ光周波数Ｖｐ＝Ｖ＋Δｖのパルス光
１７を入射し、他端部１５側へ光周波数Ｖｃｗ＝Ｖの連
続光１８を入射する。また、パルス光１７の光周波数Ｖ
ｐと、連続光１８の光周波数Ｖｃｗとの差Δｖ＝Ｖｐ−
Ｖｃｗを光ファイバ１１固有のブリルアン周波数シフト
Ｖｂに一致させる。すると、誘導ブリルアン散乱による
パルス光１７から連続光１８への光電力変換が生じ、連
続光１８は、光ファイバ１１中でブリルアン増幅され
る。光増幅された連続光１８は、出力光１９として取り
出され、電気信号に変換され、パルス光１７が伝播する
距離Ｌの２倍に相当する時間で電気信号をサンプリング
して連続光１８の強度を測定し、当初の波形に対して受
光レベルに、凹部、突部などの波形の変化５５が生じて
いることを検出することにより、土木構造物１２の亀裂
などの変位２９が測定される。

【０００７】

【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
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。これらの散乱光のスペクトラム
は、図８に示される。

【０００８】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、ブリルアン散乱光の周波数シフト変
化から歪を計測することができる、という現象を利用し
て土木構造物などの変位を計測する方法および装置に関
するものであるが、まず、ブリルアン散乱光の特性につ
いて説明する。

【０００９】図５は、特性の異なる光ファイバを連結し
てブリルアン利得の３次元表示をしたものである。Ｘ軸
は、光ファイバの距離をとってあり、最初の５００ｍが
１．５５μｍ零分散シフトファイバ、つぎの５００ｍが
通常のシングルモードファイバ、後の２０００ｍが１．
５５μｍ零分散シフトファイバを順次連結したものであ
る。Ｙ軸は、利得（受光レベル）である。Ｚ軸は、相対
光周波数差を示し、ｆ１＝１０．７００ＧＨｚ〜ｆ２＝
１１．１００ＧＨｚの間の４００ＭＨＺを１０ＭＨｚス
テップで４１周波数トレースし、３次元表示した波形で
ある。この３次元波形から、５００ｍ〜１０００ｍにか
けてブリルアン周波数シフトが観測され、これは、１．
５５μｍ零分散シフトファイバとシングルモードファイ
バの媒質の特性の相違によるブリルアン周波数シフトの
相違であることがわかる。

【００１０】また、図６は、図５におけるブリルアン利
得の３次元表示データからブリルアン周波数シフトを求
めて歪分布波形としたもので、Ｘ軸が距離、Ｙ軸が歪量
（％）を示している。この歪分布波形によれば、５００
ｍ〜１０００ｍにかけて約０．７％の擬似的な歪、すな
わち、１．５５μｍ零分散シフトファイバとシングルモ
ードファイバの媒質の特性の相違によるブリルアン周波
数シフトの差から換算した擬似的な歪が観測されること
がわかる。

【００１１】前記シングルモードファイバにおけるブリ
ルアン周波数シフトＶｂと歪εは、直線的に比例するこ
とも知られている。すなわち、シングルモードファイバ
の歪εに比例して、ブリルアン周波数シフトＶｂが直線
的に増加するという現象がある。

【００１２】光ファイバの長さ方向のブリルアン周波数
シフトＶｂが分かれば、歪εの分布が求められるはずで
あり、このために、光ファイバの一端に光パルスを入射
し、その後方散乱光の信号を時間分解する測定方法が考
えられる。しかし、光ファイバ中で発生する自然ブリル
アン散乱光パワーは、非常に微弱であり、測定が困難で
ある。

【００１３】そこで、光ファイバの両端からパルス光Ｖ
ｐと連続光Ｖｃｗを対向して入射し、両信号間の誘導ブ
リルアン散乱相互作用を利用する方法が提案されてい
る。これは、光ファイバの一端から周波数Ｖｐ＝Ｖ＋Δ
ｖのポンプパルス光を入射し、他端から周波数Ｖｃｗ＝
Ｖのプローブ連続光を対向して入射し、２つの光源の周
波数差Δｖを掃引してブリルアン周波数シフトＶｂと一
致させる。このとき、誘導ブリルアン散乱によるパルス
光Ｖｐから連続光Ｖｃｗへの光電力変換過程により、連
続光Ｖｃｗは、光ファイバ中でブリルアン増幅され、光
増幅された連続光Ｖｃｗは、光検出器で電気信号に変換
される。その波形の一例が図７に示される。

【００１４】本発明は、以上のような光ファイバにおけ
るブリルアン散乱光の周波数シフト変化から歪を計測で
きる、という現象を利用して土木構造物などの変位を計
測する方法および装置に関するものである。図１に基づ
き本発明の実施例を説明する。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、一定間隔（たとえば２ｍ間隔）
で土木構造物１２と一体となるように固定具２８により
固定した状態で張り巡らされる。前記光ファイバ１１の
一端部１４に臨ませてポンプ光光源３２が設けられ、他
端部１５に臨ませてプローブ光光源３５が設けられる。
また、前記光ファイバ１１の一端部とポンプ光光源３２
との間には、出力光１９を取り出すためのハーフミラー
３４が介在されている。

【００１５】前記ハーフミラー３４の反射光側には、光
フィルタ３６、受光器３７、表示器３８が順次設けら
れ、これらハーフミラー３４、光フィルタ３６、受光器
３７、表示器３８によって歪検出装置４６が構成されて
いる。また、前記ポンプ光光源３２には、光周波数可変
信号入力端子３３が結合されている。

【００１６】このような構成によるブリルアン散乱を利
用した変位計測方法および装置の作用を説明する。光フ
ァイバ１１の一端部１４側へポンプ光光源３２から光周
波数Ｖｐ＝Ｖ＋Δｖのパルス光１７を入射し、他端部１
５側へプローブ光光源３５から光周波数Ｖｃｗ＝Ｖの連
続光１８を入射する。また、パルス光１７の光周波数Ｖ
ｐと、連続光１８の光周波数Ｖｃｗとの差Δｖ＝Ｖｐ−
Ｖｃｗを光ファイバ１１固有のブリルアン周波数シフト
Ｖｂに一致させる。すると、誘導ブリルアン散乱による
パルス光１７から連続光１８への光電力変換が生じ、連
続光１８は、光ファイバ１１中でブリルアン増幅され
る。光増幅された連続光１８は、ハーフミラー３４から
出力光１９として取り出され、光フィルタ３６を通過
後、受光器３７により電気信号に変換される。パルス光
１７が伝播する距離Ｌの２倍に相当する時間で電気信号
をサンプリングして連続光１８の強度を測定する。

【００１７】一方、ブリルアン周波数シフトＶｂは、光
ファイバ１１に加わった歪εにより、つぎのように変化
する。Ｖｂ（ε）＝Ｖｂ（０）・（１＋Ｃ・ε）ここで、Ｖｂ（０）：歪εが０のときのブリルアン周波
数シフトＣ：比例係数ポンプ光光源３２からのパルス光１７の周波数を光周波
数可変信号入力端子３３で変化させ、プローブ光光源３
５の連続光１８が増幅されるときの相対光周波数差Ｖｂ
（ε）から歪を求める。

【００１８】これを図１の波形図（ａ）（ｂ）（ｃ）に
よりさらに詳しく説明する。（ａ）は、Ｖｐ−Ｖｃｗ＝
Ｖｂ（０）のとき、すなわち、歪εが０のときの受光レ
ベルの特性図である。亀裂２９の位置する固定具２８、
２８間の光ファイバ１１にもともと歪があって受光レベ
ルの特性に凹部５４があったとしても、光ファイバ１１
にそれ以上の歪の進行がなければ、この状態で監視状態
にあり、ポンプ光光源３２からのパルス光１７の周波数
を光周波数可変信号入力端子３３で変化させても、受光
レベルに変化は現われない。

【００１９】（ｂ）は、Ｖｐ−Ｖｃｗ＝Ｖｂ（ε）のと
き、すなわち、歪εが変化したときの受光レベルの特性
図である。亀裂２９が広がり、光ファイバ１１が伸び、
歪εが変化すると、前述のように、この歪εに比例し
て、ブリルアン周波数シフトＶｂが直線的に増加する。
パルス光光周波数Ｖｐと、連続光光周波数Ｖｃｗとの差
Δｖ＝Ｖｐ−ＶｃｗがＶｂに一致するように、光周波数
可変信号入力端子３３でパルス光光周波数Ｖｐを変化さ
せると、ブリルアン周波数シフトＶｂ＝Ｖｐ−Ｖｃｗ＝
Ｖｂ（ε）のとき、誘導ブリルアン散乱によるパルス光
１７から連続光１８への光電力変換が生じ、連続光１８
は、光ファイバ１１中でブリルアン増幅され、亀裂２９
の位置する固定具２８、２８間の受光レベルに、突部な
どの波形の変化５５が生じる。

【００２０】（ｃ）は、演算処理をした出力波形図を表
示器３８で表示している状態を表わしている。このよう
に、光周波数可変信号入力端子３３でパルス光光周波数
Ｖｐを変化させながら、光ファイバ１１の据付け時の特
性との相違を監視することにより、光増幅された連続光
１８は、ハーフミラー３４から出力光１９として取り出
され、光フィルタ３６を通過後、受光器３７により電気
信号に変換される。パルス光１７が伝播する距離Ｌの２
倍に相当する時間で電気信号をサンプリングして連続光
１８の強度を測定し、もし、当初の波形に対して受光レ
ベルに、凹部、突部などの波形の変化５５が生じている
ことを検出することにより、土木構造物１２の亀裂など
の変位２９が測定される。

【００２１】つぎに、光ファイバ１１を長大な土木構造
物１２に取り付けた本発明の具体的例が図２に示され
る。前記土木構造物１２は、地下に埋設された長大な導
水路４２とし、この導水路４２は、縦坑３９によって地
上と連絡され、この縦坑３９の地上付近に計測室４０が
設けられ、有線や無線アンテナ４１にて中央管理所と結
合されている。

【００２２】前記計測室４０から図３（ａ）に示すよう
な電気信号ケーブル４５と光ファイバ１１を収納した保
護管４４が垂下され、途中を管固定具４７で支え、アン
カーボルト４８により固定するとともに、水面４３を検
出する超音波式水位計５２が設けられている。この超音
波式水位計５２は、図３（ｃ）に示すように、土木構造
物１２の側壁にアンカーボルト４８により下向きに取り
付けられ、保護カバー５３で被覆されている。

【００２３】前記保護管４４の下端部は、導水路４２の
略中央部のプルボックス２０に中継され、本発明による
ブリルアン散乱を利用した変位計測方法および装置のた
めの光ファイバ１１が連結されている。また、必要に応
じて、レイリー散乱を利用した変位計測装置のための光
ファイバ１１が分岐して連結されている。

【００２４】ブリルアン散乱を利用した変位計測方法お
よび装置のための光ファイバ１１は、変位計測しようと
する導水路４２の側壁に沿って数１００ｍから数ｋｍ、
さらに数１０ｋｍにわたって一定間隔で固定具２８によ
り固定されつつ張り巡らされる。この光ファイバ１１に
は、その一端部１４に臨ませてポンプ光光源３２を設
け、また、他端部１５に臨ませてプローブ光光源３５を
設けるが、光ファイバ１１を往復して張り巡らせ、光フ
ァイバ１１の両端部１４、１５を同一個所のプルボック
ス２０または計測室４０に設けておけば、ポンプ光光源
３２とプローブ光光源３５も同一個所に配置でき、か
つ、電気信号線も同一個所から引き出すことができる。
また、光ファイバ１１を往復で張り巡らせれば、略同一
個所を２回計測することとなり、変位計測精度もそれだ
け向上する。

【００２５】この光ファイバ１１は、図３（ｂ）に示す
ように、光ファイバ押え４９で挾みつけて固定し、溝型
鋼５０を被せ、所定間隔（たとえば２ｍ間隔）の固定具
２８でアンカーボルト４８により固定する。このため、
導水路４２の亀裂２９が広がると、光ファイバ１１に引
っ張り力が生じ伸びが発生し、導水路４２の亀裂２９が
縮まると光ファイバ１１に圧縮や曲がりが発生するなど
して光ファイバ１１に歪が発生する。

【００２６】光ファイバ１１を張り巡らす距離が比較的
短いときには、片道だけとし、一端部１４に臨ませてポ
ンプ光光源３２を設け、また、他端部１５に臨ませてプ
ローブ光光源３５を設けるようにしてもよい。

【００２７】以上のような構成によるブリルアン散乱を
利用した変位計測方法および装置の作用は、図１と同様
であるが、出力波形の例が図４に示される。すなわち、
図４（ａ）に示す波形は、光ファイバ１１の据付け時の
特性線であり、この図４における（１）（２）（３）
（４）（５）（６）は、図２における光ファイバ１１の
位置と対応している。この図４（ａ）において、計測前
であって監視中の波形が一定のレベルを示していないの
は、据付け時に光ファイバ１１にかかる張力の違いによ
るものであり、図４（ａ）に示す状態の波形が監視のた
めの基本形となる。

【００２８】監視中において、固定具２８ａと２８ｂ
間、２８ｃと２８ｄ間において、亀裂２９が発生し、光
ファイバ１１に歪εが生じたものとすると、図４（ｂ）
に示すように、この歪εに対応したブリルアン周波数シ
フトＶｂ（ε）のとき、突部などの波形の変化５５が生
じる。この変化５５により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ことができる。

【００２９】つぎに、レイリー散乱を利用した変位計測
装置を説明する。光学時間領域反射測定器から光ファイ
バ１１へパルス光１７を送りこむと、このパルス光１７
は、光ファイバ１１の内部を伝播する。光ファイバ１１
におけるレイリー散乱光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
乱光を捕らえることは困難である。

【００３０】そこで、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。すなわち、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間隔程度に固定具２８で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。

【００３１】前記変位増幅手段２１は、図３（ｅ）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。

【００３２】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（ｅ）において、光ファ
イバ１１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。

【００３３】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。

【００３４】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、鎖線にて示され
るように、鋭角に曲げられるか、場合によっては切断す
る。

【００３５】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
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う。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。

【００３６】光学時間領域反射測定器は、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。

【００３７】

【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。

【００３８】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。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。また、ブリルアン散乱を利用した変位計
測装置と、レイリー散乱を利用した変位計測装置とを併
用することにより、より一層正確な土木構造物の変位計
測装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブリルアン散乱を利用した土木構
造物の変位計測装置の原理的な説明図である。

【図２】本発明によるブリルアン散乱を利用した変位計
測装置と、レイリー散乱を利用した変位計測装置とを併
用した土木構造物の変位計測装置の具体的実施例を示す
説明図である。

【図３】図２における（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部、
（ｄ）部、（ｅ）部の各部のそれぞれの詳細な説明図で
ある。

【図４】（ａ）は、監視中の波形図（ｂ）は、歪ε発生
時の波形図である。

【図５】特性の異なる光ファイバを連結してブリルアン
利得の３次元表示をした波形図である。

【図６】図５に示したブリルアン利得の３次元表示デー
タからブリルアン周波数シフトを求めて表わした歪分布
波形図である。

【図７】受信連続光パワーの時間的な変化を表わした波
形図である。

【図８】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。

【符号の説明】

１１…光ファイバ、１２…土木構造物、１４…一端部、
１５…他端部、１６…屈曲部、１７…パルス光、１８…
レイリー散乱光、１９…出力光、２０…プルボックス、
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、３０…屈曲発生装置、３２…ポンプ光
光源、３３…光周波数可変信号入力端子、３４…ハーフ
ミラー、３５…プローブ光光源、３６…光フィルタ、３
７…受光器、３８…表示器、３９…縦坑、４０…計測
室、４１…アンテナ、４２…導水路、４３…水面、４４
…保護管、４５…電気信号ケーブル、４６…歪検出装
置、４７…管固定具、４８…アンカーボルト、４９…光
ファイバ押え、５０…溝型鋼、５２…超音波式水位計、
５３…保護カバー、５４…凹部、５５…変化（凸部）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ１１を土木構造物１２に所定
間隔で固定的に張り巡らし、この光ファイバ１１の一端
に光パルスを入力し、他端に連続光を入力し、前記土木
構造物１２の変位による前記光ファイバ１１のブリルア
ン散乱光の周波数シフト変化から前記土木構造物１２の
歪の大きさを計測するようにしたことを特徴とする土木
構造物の変位計測方法。
【請求項２】土木構造物１２の計測地点に所定間隔で
固定的に張り巡らした光ファイバ１１と、この光ファイ
バ１１の一端に周波数可変できる光パルスを入力するポ
ンプ光光源３２と、光ファイバ１１の他端に連続光を入
力するプローブ光光源３５と、前記土木構造物１２の変
位による前記光ファイバ１１のブリルアン散乱光の周波
数シフト変化から前記土木構造物１２の歪の大きさを検
出し計測する歪検出装置４６とからなることを特徴とす
る土木構造物の変位計測装置。
【請求項３】ポンプ光光源３２は、パルス光１７の光
周波数Ｖｐと、連続光１８の光周波数Ｖｃｗとの差Δｖ
＝Ｖｐ−Ｖｃｗを、光ファイバ１１の歪εにともなう固
有のブリルアン周波数シフトＶｂに一致させる光周波数
可変信号入力端子３３を結合してなることを特徴とする
請求項２記載の土木構造物の変位計測装置。
【請求項４】歪検出装置４６は、光増幅された連続光
１８を出力光１９として取り出すハーフミラー３４と、
ブリルアン周波数シフトＶｂに略一致した光周波数を抽
出する光フィルタ３６と、この光フィルタ３６の出力を
電気信号に変換する受光器３７と、パルス光１７が伝播
する距離Ｌの２倍に相当する時間で電気信号をサンプリ
ングして連続光１８の強度を測定し表示する表示器３８
とからなることを特徴とする請求項２記載の土木構造物
の変位計測装置。
【請求項５】土木構造物１２の計測地点に所定間隔で
固定的に張り巡らした光ファイバ１１と、この光ファイ
バ１１の一端に周波数可変できる光パルスを入力するポ
ンプ光光源３２と、光ファイバ１１の他端に連続光を入
力するプローブ光光源３５と、前記土木構造物１２の変
位による前記光ファイバ１１のブリルアン散乱光の周波
数シフト変化から前記土木構造物１２の歪の大きさを検
出し計測する歪検出装置４６とからなるブリルアン散乱
を利用した変位計測装置と、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
なるレイリー散乱を利用した変位計測装置とを併用した
ことを特徴とする土木構造物の変位計測装置。