JP2001289617A - 光ファイバを用いた変位計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光強度計測装置により変位発生を検知すると
共に、光強度計測装置により変位発生の検知時には、特
別に設ける光ファイバ歪分布計測装置により変位発生位
置を特定する。 【解決手段】 変位計測領域ａに緊張状態で第１光ファ
イバ３と第２光ファイバ４を並行して配設し、光ファイ
バを利用した歪センサ１１を第１光ファイバ３の途中に
それぞれ接続して設け、歪センサ１１の光の透過光量の
増減を計測する光強度計測装置２１を設け、光強度計測
装置２１により変位発生の検知時には、第２光ファイバ
４の特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分布計測装
置４１を特別に設け、光ファイバ歪分布計測装置４１に
より変位発生位置を特定する。

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、例えば山地、崖
などの斜面の変形や崩壊、構造物の変形や崩壊などを検
知する変位計測システムに係り、特に、変位を検知する
箇所に複数配設された光ファイバの曲率半径が歪みによ
り変化して光の透過光量が増減することを利用して光強
度計測装置により変位発生を検知すると共に、光強度計
測装置により変位発生の検知時には、特別に設ける光フ
ァイバ歪分布計測装置により変位発生位置を特定するよ
うにした光ファイバを用いた変位計測システムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】山岳、道路などの斜面は豪雨、地震によ
る崩壊事故が多発している。これらの被害を最小限にと
どめるためには、地滑りや崩壊の危険性がある斜面の変
位を計測・監視し異常を早期に検知する必要がある。こ
れまで斜面の変位は伸縮計や歪ゲージ等により計測され
ていたが、近年光ファイバ技術の発達に伴い光ファイバ
の特長を利用して、斜面の変位を計測する方法が検討・
実用化されている。

【０００３】このうち、図６に図示する従来方式１にお
いては、変位計測領域ａの斜面ｂに任意間隔で杭２−１
〜２−Ｎが打ち込まれている。各杭には光ファイバ５１
が固定され、光ファイバ５１の一端はＢＯＴＤＲ（Bril
louin Optical Fiber TimeDomain Reflector)と呼ばれ
る光ファイバ歪分布計測装置４１に接続されている。こ
のＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計測装置４１
は光ファイバ全長の歪分布を計測できる装置で、計測原
理は（信学論誌、B-I Vol.J73-B-I,No.2,pp.144-155,19
90;Technical Digest of International Quantum Elect
ronicsConference(IQE'92),Paper no.Mol.4.pp,42-43,1
992)等に報告されているが、光ファイバに光パルスを照
射し戻って来る後方ブリルアン散乱光の周波数が光ファ
イバの歪と関係して変化することから歪値を、後方ブリ
ルアン散乱光が戻って来る時間から歪位置を計測してい
る。図６に図示するように、地滑りｃが起こると、崩壊
土砂ｄと共に杭２−４が下方に移動し光ファイバ５１の
杭２−３と杭２−４間及び杭２−４と杭２−５間が引っ
張られるため、ＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布
計測装置４１による歪計分布の計測値から地滑りｃの発
生とその位置を知ることができる。図６は杭２を使用し
た光ファイバ５１の敷設例を示したが、斜面変位を光フ
ァイバ５１の伸縮に変換する敷設法として光ファイバ５
１を斜面ｂに埋め込んだり、杭２の代わりに重りを適用
した例もある。

【０００４】また、図７に図示する従来方式２は、光フ
ァイバ曲率の変化と光の透過光強度に一定の関係がある
ことを利用した斜面変位の計測方法である。斜面ｂには
杭２−１〜２−Ｎが打ち込まれ、杭間には光センサ６１
−１〜６１−Ｎが設置されている。光センサ６１−１〜
６１−Ｎは両端の光ファイバ６２が伸縮すると、内部の
光ファイバループ径いわゆる曲率が変化する構造になっ
ている。このため地滑りｃが発生し崩壊土砂ｄと共に杭
２−４が下方に移動すると杭２−３と杭２−４間及び杭
２−４と杭２−５間の光ファイバ６２が引っ張られ光セ
ンサ６１−３と６１−４内部の光ファイバループ径が変
化する。光強度計測装置２１は光ファイバ６２の６２ａ
端から照射した光が光ファイバ６２内部を透過し６２ｂ
端で得られる光強度を計測しており、光強度の変化から
地滑りｃ等による杭の移動を知ることができる。この計
測方法は、本願の出願人が平成１１年４月に、「光ファ
イバを利用した歪センサ及びこの歪センサを用いた変状
監視システム」として特許出願（特願平１１−１０７１
５９）している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図６の従来方式１は、広範囲の斜面変位を計測し、変状
位置も知ることができる長所を備えているが、下記の欠
点があるため、現実にはほとんど使用されていない。欠
点の一つは、ＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計
測装置４１が非常に高価なことである。このため広範囲
の斜面変位を監視するなど、規模が大きくなるほど経済
降下がでてくる反面、広範囲な斜面変位を監視するの
は、既に変状の起きている事が判明している場合が多
く、高価なＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計測
装置４１を用いて監視する費用で補強工事を実施可能な
場合がある等適用箇所が限定される。もう一つの欠点
は、変位計測に時間がかかることである。これら計測時
間は光ファイバ長、変位分解能および計測精度などによ
り多少異なるが、数分から数十分が必要である。一方斜
面崩壊は突発的に発生する場合もあり、発生場所によっ
ては人命にかかわる為計測時間がかかるのは問題とな
る。

【０００６】また、前述の図７の従来方式２で使用され
る光強度計測装置２１は、従来方式１で使用されるＢＯ
ＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計測装置４１の約１
００分の１程度の価格であり、かつ透過光強度を計測す
るため測定時間も１秒以内と長所の反面、光センサの設
置数の制限と変位の発生位置がわからない欠点がある。

【０００７】この発明は、上記のような課題に鑑み、そ
の課題を解決すべく創案されたものであって、その目的
とするところは、例えば山地、崖などの斜面の変位計測
領域の変位を検知する箇所に複数配設された光ファイバ
の曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量が増減す
ることを利用して光強度計測装置により変位発生を短時
間に検知すると共に、光強度計測装置により変位発生の
検知時には、特別に設ける高価な光ファイバ歪分布計測
装置により変位発生位置を特定することのできる光ファ
イバを用いた変位計測システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、変位計測領域に複数の杭を取
付け、全杭間に緊張状態で折れ線直線状に支持される第
１光ファイバと第２光ファイバを並行して配設し、光フ
ァイバの曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量が
増減することを利用して歪発生を検知する光ファイバを
利用した歪センサを、各杭間の第１光ファイバの途中に
それぞれ接続して設け、第１光ファイバと第２光ファイ
バの終端同士を接続し、第１光ファイバの途中に接続さ
れた上記歪センサの光の透過光量の増減を計測する光強
度計測装置を設けると共に、当該光強度計測装置に第１
光ファイバと第２光ファイバの基端をそれぞれ接続し、
光強度計測装置により変位発生の検知時には、第２光フ
ァイバに光パルスを入射し戻ってくる後方ブリルアン散
乱光の周波数が第２光ファイバの歪と関係して変化する
ことを利用して後方ブリルアン散乱光が戻ってくる時間
から第２光ファイバの特定位置の歪みを計測する光ファ
イバ歪分布計測装置を特別に設けると共に、当該光ファ
イバ歪分布計測装置に第２光ファイバの基端をその基端
側に設けた光分岐接続器を介して接続して、光ファイバ
歪分布計測装置により変位発生位置を特定する手段より
なるものである。

【０００９】また、請求項２の発明は、変位計測領域に
複数の杭を取付け、全杭間に折れ線直線状に支持される
第１光ファイバと全杭間に緊張状態で折れ線直線状に支
持される第２光ファイバを並行して配設し、第１光ファ
イバの緊張を緩和するインバー線を全杭間に緊張状態で
折れ線直線状に第１光ファイバに並行して配設し、光フ
ァイバの曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量が
増減することを利用して歪発生を検知する光ファイバを
利用した歪センサを、各杭間の第１光ファイバの途中に
それぞれ接続して設け、各杭間のインバー線の途中に歪
センサをそれぞれ接続すると共に各歪センサ内の光ファ
イバの曲率半径がインバー線に作用する張力の増減によ
って変化可能に各インバー線を接続し、第１光ファイバ
と第２光ファイバの終端同士を接続し、第１光ファイバ
の途中に接続された上記歪センサの光の透過光量の増減
を計測する光強度計測装置を設けると共に、当該光強度
計測装置に第１光ファイバと第２光ファイバの基端をそ
れぞれ接続し、光強度計測装置により変位発生の検知時
には、第２光ファイバに光パルスを入射し戻ってくる後
方ブリルアン散乱光の周波数が第２光ファイバの歪と関
係して変化することを利用して後方ブリルアン散乱光が
戻ってくる時間から第２光ファイバの特定位置の歪みを
計測する光ファイバ歪分布計測装置を特別に設けると共
に、当該光ファイバ歪分布計測装置に第２光ファイバの
基端をその基端側に設けた光分岐接続器を介して接続し
て、光ファイバ歪分布計測装置により変位発生位置を特
定する手段よりなるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に記載の発明の実施の
形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。こ
こで、図１は変位計測システムを変位計測領域に敷設し
た概略斜視図、図２は光ファイバを利用した歪センサの
概略構成図、図３は変位計測システムの概略構成図、図
４は他の変位計測システムを変位計測領域に敷設した概
略斜視図、図５は他の光ファイバを利用した歪センサの
概略構成図である。

【００１１】図１において、光ファイバを用いた変位計
測システム１は、例えば山地、崖などの斜面ｂの変位計
測領域ａの変位を検知する箇所に複数配設された第１光
ファイバ３の曲率半径が歪みにより変化して光の透過光
量が増減することを利用して光強度計測装置２１により
例えば斜面ｂの変位発生を検知すると共に、光強度計測
装置２１により変位発生の検知時には、特別に設ける光
ファイバ歪分布計測装置４１により変位発生位置を特定
するようにした監視システムである。

【００１２】光ファイバを用いた変位計測システム１
は、例えば山地、崖などの斜面ｂの変位計測領域ａに複
数取付けられる杭２−１〜２−Ｎ、全ての杭２−１〜２
−Ｎ間に緊張状態で折れ線直線状に支持される第１光フ
ァイバ３と第２光ファイバ４、各杭２−１〜２−Ｎ間の
第１光ファイバ３の途中にそれぞれ接続して設けられる
光ファイバを利用した歪センサ１１、第１光ファイバ３
の途中に接続された上記歪センサ１１の光の透過光量の
増減を計測する光強度計測装置２１、光強度計測装置２
１により変位計測領域ａの変位発生の検知時には、第２
光ファイバ４に光パルスを照射し戻ってくる後方ブリル
アン散乱光の周波数が第２光ファイバ４の歪と関係して
変化することを利用して後方ブリルアン散乱光が戻って
くる時間から第２光ファイバ４の特定位置の歪みを計測
するために特別に設けられる光ファイバ歪分布計測装置
４１、第２光ファイバ４の基端を光強度計測装置２１、
光ファイバ歪分布計測装置４１に接続する光分岐接続器
５などから主に構成されている。

【００１３】例えば山地、崖などの斜面ｂの変位計測領
域ａに取付けられる複数の杭２−１〜２−Ｎは、変位計
測領域ａの地盤に一定の間隔をあけて打ち込まれて支持
されて取付けられる。この実施の形態では各杭２−１〜
２−Ｎは交互に折れ線の交点上に取付けられている。

【００１４】変位計測領域ａに取付けられた全の杭２−
１〜２−Ｎ間には、第１光ファイバ３と第２光ファイバ
４とが緊張状態で折れ線直線状に支持されて並行して配
設されている。並設された第１光ファイバ３と第２光フ
ァイバ４はその終端同士が接続、例えば一体型つまり第
１光ファイバ３と第２光ファイバ４とは１本の光ファイ
バから構成されていたり、或いは接続器によって接続さ
れている。また、第１光ファイバ３と第２光ファイバ４
の基端はそれぞれ光強度計測装置２１に接続されてい
る。このうち、第１光ファイバ３の基端は光強度計測装
置２１の投光回路２２に接続され、又第２光ファイバ４
の基端４ａは光強度計測装置２１の受光回路２３に接続
される。

【００１５】また、第２光ファイバ４の基端側には光分
岐接続器５が設けられている。第２光ファイバ４の基端
４ａはこの光分岐接続器５を介して光強度計測装置２１
に接続され、又第２光ファイバ４の基端４ｂはこの光分
岐接続器５を介して光ファイバ歪分布計測装置４１に接
続される。なお、光分岐接続器５には切り換えスイッチ
型が使用されることもある。

【００１６】光ファイバを利用した歪センサ１１は、光
ファイバの曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量
が増減することを利用して歪発生を検知するセンサで、
各杭２−１〜２−Ｎ間の第１光ファイバ３の途中にそれ
ぞれ接続して設けられる。

【００１７】光ファイバを利用した歪センサ１１は、図
２に示すように、緊張状態で配設される第１光ファイバ
３、第１光ファイバ３の曲線部１２を内部に有するハウ
ジング１３、ハウジング１３内に形成された曲線部１２
を弾性支持する板バネ１４などから主に構成されてい
る。

【００１８】第１光ファイバ３は、曲線部１２を内側か
ら弾性支持する板バネ１４と釣り合って変位検知箇所で
変位発生時以外に曲率半径が変化するのを防ぐために、
又変位検知箇所以外の部分で簡単に撓んだり変形したり
して曲率半径が変化するのを防ぐために、一定の張力で
引っ張られて緊張状態で配設されている。

【００１９】緊張状態で配設される第１光ファイバ３の
基端は前述したように光強度計測装置２１の投光回路２
２に接続され、又第１光ファイバ３の終端側は第１光フ
ァイバ３の終端が接続された第２光ファイバ４を介して
光強度計測装置２１の受光回路２３に接続されている。
受光回路２３が投光回路２２から出た光の透過光量の増
減を検知することによって、第１光ファイバ３の曲線部
１２の曲率半径の変化を検知して、変位発生の有無を検
知できる。

【００２０】第１光ファイバ３の曲線部１２は、変位検
知箇所に、所定の曲率半径を有する円形の閉ループ状に
形成されている。第１光ファイバ３の曲線部１２は、１
回巻き又は複数回巻きの円形の閉ループ状になってい
る。複数回巻きのときには円形の螺旋巻きになる。この
第１光ファイバ３の曲線部１２は、第１光ファイバ３を
緊張し且つ円形の閉ループ状の内側に筒状に巻いた板バ
ネ１４によって、歪みが発生しない状態では所定の曲率
半径に維持される。

【００２１】ハウジング１３は第１光ファイバ３の円形
の曲線部１２を内部に有する箇所で、変位検知箇所に設
置される。ハウジング１３の内部には円形の空間１３ａ
が形成されており、この円形の空間１３ａ内に円形の閉
ループ状に形成された第１光ファイバ３の曲線部１２が
配置されている。

【００２２】ハウジング１３内に形成された円形の空間
１３ａは、第１光ファイバ３の曲線部１２の所定の曲率
半径の円形の閉ループの直径よりも大きく形成されてい
て、第１光ファイバ３の曲線部１２は歪み発生時に所定
の曲率半径より大きな曲率半径に可変することができる
ようになっている。

【００２３】板バネ１４は、ハウジング１３内の円形の
空間１３ａ内に取付けられ、緊張状態の第１光ファイバ
３の円形の曲線部１２を内側から付勢して、変位発生時
以外で所定の曲率半径で釣り合って弾性支持するもの
で、薄い平板からなる。この薄い平板からなる板バネ１
４は、円筒状に巻いた状態で緊張状態の第１光ファイバ
３の曲線部１２の内側に密着した状態で装着されてい
る。

【００２４】円筒状に巻いた板バネ１４の付勢力によっ
て第１光ファイバ３の円形の曲線部１２は、第１光ファ
イバ３を引っ張ることによって作用して曲線部１２の曲
率半径を小さくしようとする力と、円筒状に巻いた板バ
ネ１４が平面状に拡がろうとすることによって作用して
曲線部１２の曲率半径を大きくしようとする力とが釣り
合うことによって、歪み発生時以外で所定の曲率半径が
維持される。

【００２５】光強度計測装置２１には、変位計測領域ａ
の変位検知箇所に複数配置された光ファイバを利用した
歪センサ１１−１〜１１−Ｎを緊張状態で直列状に接続
する第１光ファイバ３の基端が接続される投光回路２
２、第１光ファイバ３の終端と接続された第２光ファイ
バ４の基端４ａが接続される受光回路２３などが含まれ
ている。さらに、光強度計測装置２１には、受光回路２
３に接続されて警報を発する警報出力回路３０が必要に
応じて配設されている。また、受光回路２３と警報出力
回路３０との間には、順に、光電アンプ２４、測定範囲
設定回路２５、バッファ回路２６、リニアライズ回路２
７、警報値設定回路２８、コンパレータ回路２９が接続
されている。さらに、リニアライズ回路２７からは分岐
して外部に伝送信号を出す外部インターフェース回路３
１が接続されている。

【００２６】光ファイバ歪分布計測装置４１には、ＢＯ
ＴＤＲ（Brillouin Optical FiberTime Domain Reflect
or)と呼ばれる装置が使用される。このＢＯＴＤＲから
なる光ファイバ歪分布計測装置４１は、光パルスを第２
光ファイバ４に入射したとき、第２光ファイバ４に局所
的な変状つまり歪みが発生した場合、その部分の屈折率
が変化することにより後方ブリルアン散乱光が発生し入
射端に戻ってくる。この後方ブリルアン散乱光は反射点
までの距離に比例した時間後に戻ってくるとともに、そ
の強度は反射点における屈折率の変化、即ち、歪みの大
きさに依存する。このような原理によって、このＢＯＴ
ＤＲを使用した光ファイバ歪分布計測装置４１は、散乱
光が戻ってくる時間から変位計測領域ａの変位発生位置
を特定することができるのである。

【００２７】なお、光ファイバ歪分布計測装置４１は、
価格が非常に高く、光強度計測装置２１の例えば１００
倍程もし、また、例えば、数分〜数十分程度も計測する
のに時間がかかる。このため、価格が安くしかも短時間
例えば１秒以内で変位発生の有無を検知する光強度計測
装置２１を変位計測領域ａに多数設置しておき、価格の
高い光ファイバ歪分布計測装置４１は設置しない。そし
て、光強度計測装置２１で変位発生が検知された場合に
のみ、光分岐接続器５に接続して光ファイバ歪分布計測
装置４１を用いて変位計測領域ａの変位発生位置を特定
するために使用される。

【００２８】また、図４に図示するように、全の杭２−
１〜杭２−Ｎで第１光ファイバ３が緊張状態で配設され
るのを回避するために、インバー線１５が第１光ファイ
バ３に並行に全の杭２−１〜杭２−Ｎで緊張状態で折れ
線直線状に配設されることがある。インバー線１５は、
温度変化、張力の影響による伸びを生じにくい金属線
で、線膨張係数が１×１０^-6／℃以下の直径0.5 mmのも
のが使用されている。また、インバー線１５の材質は、
例えば、鉄６４％、ニッケル３６％からできている。

【００２９】そして、インバー線１５を使用する場合に
は、歪センサ１１は図５に図示するような構造となる。
歪センサ１１のハウジング１３内には引張スプリング１
６が取付けられている。引張スプリング１６の一端は光
ファイバ・引張スプリング・インバー線固定部１７に連
結され、引張スプリング１６の他端は光ファイバ・引張
スプリング・インバー線移動部１８は連結されている。
光ファイバ・引張スプリング・インバー線固定部１７は
ハウジング１３内の端部に固定され、光ファイバ・引張
スプリング・インバー線移動部１８はハウジング１３内
に形成された摺動溝１３ａ内を移動できるように取付け
られている。

【００３０】引張スプリング１６の一端が連結された光
ファイバ・引張スプリング・インバー線固定部１７に
は、第１光ファイバ３とインバー線１５の端部が連結さ
れている。また、引張スプリング１６の他端が連結され
た光ファイバ・引張スプリング・インバー線移動部１８
には、第１光ファイバ３と別個のインバー線１５の端部
が連結されている。第１光ファイバ３はその曲線部１２
の両外側で光ファイバ・引張スプリング・インバー線固
定部１７と光ファイバ・引張スプリング・インバー線移
動部１８に連結されている。

【００３１】引張スプリング１６の両端に連結された各
インバー線１５は、引張スプリング１６によって、引っ
張られて弛緩するのが防がれて全て杭２−１〜杭２−Ｎ
間で緊張状態が維持される。また、変位計測領域ａの斜
面ｂで地滑りｃなどが生じて例えば杭２−４が移動する
と、インバー線１５に張力が作用したりこれまで作用し
ていた張力が弱くなったりして、インバー線１５の端部
が連結された光ファイバ・引張スプリング・インバー線
移動部１８は作用する張力が増減することによって移動
する。

【００３２】そして、光ファイバ・引張スプリング・イ
ンバー線移動部１８が移動すると連結された部分の第１
光ファイバ３も一体となって移動し、このため、第１光
ファイバ３の曲線部１２は光ファイバ・引張スプリング
・インバー線移動部１８の移動によってその曲率は変化
して、歪センサ１１によって変位計測領域ａの変位の発
生が検知される。

【００３３】次に、上記発明の実施の形態の構成に基づ
く変位計測システムの動作について以下説明する。第１
光ファイバ３の基端が接続された光強度計測装置２１の
投光回路２２からセンシング光が第１光ファイバ３に入
射される。入射されたセンシング光は、変位計測領域ａ
の変位検知箇所に設置された複数の歪センサ１１−１〜
１１−Ｎの各曲線部１２を経て第１光ファイバ３から第
２光ファイバ４に入る。

【００３４】この場合において、地滑りｃが発生し崩壊
土砂ｄと共に杭２−４が下方に移動すると杭２−３と杭
２−４間及び杭２−４と杭２−５間の第１光ファイバ３
及び第２光ファイバ４が引っ張られ、歪センサ１１−３
と歪センサ１１−４内部の光ファイバループ径が変化す
る。即ち、歪センサ１１−３と歪センサ１１−４のハウ
ジング１３が変位し、ハウジング１３の変位によって、
ハウジング１３内の円形の曲線部１２の両側の直線部分
の第１光ファイバ３の長さは伸長又は縮小する。

【００３５】曲線部１２の両側の直線部分の第１光ファ
イバ３の長さが伸長又は縮小した場合、その伸長又は縮
小した長さ部分だけ、逆に曲線部１２の第１光ファイバ
３の長さが縮小又は伸長する。つまり、直線部分の第１
光ファイバ３の長さが伸長するとその伸長した長さだけ
曲線部１２の第１光ファイバ３の長さが縮小し、逆に、
直線部分の第１光ファイバ３の長さが縮小するとその縮
小した長さだけ曲線部１２の第１光ファイバ３の長さが
伸長する。

【００３６】即ち、ハウジング１３が変位して円形の曲
線部１２の両側の直線部分の第１光ファイバ３の長さが
伸長すると、曲線部１２を締め付ける張力が高くなり、
曲線部１２の内側の円筒状の板バネ１４の付勢力に抗し
て曲線部１２の第１光ファイバ３の長さは縮小して径が
小さくなる。

【００３７】そして、曲線部１２の第１光ファイバ３の
径が小さくなって、その曲率半径が小さくなると、光の
透過光量が減少する。これから、変位検知箇所に設置さ
れたハウジング１３が曲線部１２の曲率半径が小さくな
る方向に変位したことが検知される。また、光の透過光
量が減少量から曲率半径の減少量が計算され、曲率半径
の減少量から変位検知箇所の変位量も計測可能となる。

【００３８】これに対して、ハウジング１３が上記と逆
方向に変位して曲線部１２の両側の直線部分の第１光フ
ァイバ３の長さが縮小すると、内側から曲線部１２を付
勢している円筒状の板バネ１４の付勢力によって曲線部
１２の第１光ファイバ３の長さは伸長して曲線部１２の
径が大きくなる。

【００３９】そして、曲線部１２の第１光ファイバ３の
径が大きくなって、その曲率半径が大きくなると、図２
に示すように、光の透過光量が増加する。これから、変
位検知箇所に設置されたハウジング１３が曲線部１２の
曲率半径が大きくなる方向に変位したことが検知され
る。また、光の透過光量が増加量から曲率半径の増加量
が計算され、曲率半径の増加量から変位検知箇所の変位
量も計測可能となる。

【００４０】このように、歪センサ１１は、円形の曲線
部１２の第１光ファイバ３の内側にこれを内側から外側
に向けて付勢する円筒状に巻いた板バネ１４によって、
曲線部１２の両側の直線部分の第１光ファイバ３の長さ
が伸長する方向に変位検知箇所が変位したことを計測す
ることができるのは勿論のこと、更に、曲線部１２の両
側の直線部分の第１光ファイバ３の長さが縮小する方向
に変位検知箇所が変位した場合は、円形の曲線部１２の
径を大きくして、変位検知箇所が曲線部１２の径を大き
くする方向に変位したことの計測も可能となる。

【００４１】そして、複数の歪センサ１１−１〜１１−
Ｎの各曲線部１２を経て第１光ファイバ３から第２光フ
ァイバ４に入り、第２光ファイバ４を透過した光は第２
光ファイバ４の基端から光強度計測装置２１の受光回路
２３に入り、受光回路２３の受光素子により電気信号に
変換され、光電アンプ２４に導かれる。光電アンプ２４
で増幅された信号は、測定範囲設定回路２５でセンサに
よって決まる検出特性の所要の部分を選択的に抽出する
べく設定され、バッファ回路２６のインピーダンス変換
を経てリニアライズ回路２７で直線化され警報値設定回
路２８に送られる。

【００４２】この信号は歪みの発生により見込まれる透
過光量の変化に対応した所要の設定値とコンパレータ回
路２９にて比較され、一致した場合、変位検知箇所で変
位が発生した旨の警報がリアルタイムで警報出力回路３
０より発せられるようになっている。

【００４３】警報により、作業者は、変位の発生を検知
した光強度計測装置２１に、光ファイバ歪分布計測装置
４１を持参して、光分岐接続器５に接続して、第２光フ
ァイバ４の基端４ｂを光ファイバ歪分布計測装置４１に
接続させる。

【００４４】そして、第２光ファイバ４の基端４ｂに接
続した光ファイバ歪分布計測装置４１を作動させて、第
２光ファイバ４の基端４ｂから光パルスを入射させる。
第２光ファイバ４に局所的な歪みが発生すると、その部
分の屈折率が変化することにより後方ブリルアン散乱光
が発生し入射端に戻ってくる。この後方ブリルアン散乱
光は反射点までの距離に比例した時間後に戻ってくると
ともに、その強度は反射点における屈折率の変化、即
ち、歪みの大きさに依存する。このような原理によっ
て、このＢＯＴＤＲを使用した光ファイバ歪分布計測装
置４１は、散乱光が戻ってくる時間から斜面ｂの変位計
測領域ａの変位発生位置を特定することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上の記載より明らかなように、請求項
１の発明に係る光ファイバを用いた変位計測システムに
よれば、例えば山地、崖などの斜面の変位計測領域の変
位を検知する箇所に複数配設された光ファイバの曲率半
径が歪みにより変化して光の透過光量が増減することを
利用して光強度計測装置により変位発生を短時間に検知
することができると共に、光強度計測装置により変位発
生の検知時には、変位発生を検知した光強度計測装置に
接続された第２光ファイバの基端を光分岐接続器を介し
て持参した高価な光ファイバ歪分布計測装置に接続する
ことにより変位計測領域での変位発生位置を特定するこ
とができる。このようにして、変位計測領域の通常の変
位発生の有無の計測は、廉価な光強度計測装置を多数使
用して短時間で計測して警報することができ、そして、
変位が発生した時には高価な光ファイバ歪分布計測装置
を用いて変位発生位置を特定するようにすることによっ
て、低コストで変位計測領域の監視を行うことが可能と
なる。

【００４６】また、請求項２の発明に係る光ファイバを
用いた変位計測システムによれば、前記請求項１と同一
の効果を有すると共に、これに加えて、第１光ファイバ
の緊張を緩和するインバー線を全杭間に緊張状態で折れ
線直線状に第１光ファイバに並行して配設したことによ
り、第１光ファイバが長期間緊張状態で配設されること
に伴う第１光ファイバの劣化、断線を防ぐことができ、
第１光ファイバの寿命を延ばすことができる。また、イ
ンバー線によって各杭間に強い張力を付与することによ
って、歪センサは微小の変位から計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す変位計測システム
を変位計測領域に敷設した概略斜視図である。

【図２】この発明の実施の形態を示す光ファイバを利用
した歪センサの概略構成図である。

【図３】この発明の実施の形態を示す変位計測システム
の概略構成図である。

【図４】この発明の実施の形態を示す他の変位計測シス
テムを変位計測領域に敷設した概略斜視図である。

【図５】この発明の実施の形態を示す他の光ファイバを
利用した歪センサの概略構成図である。

【図６】従来技術１の説明図である。

【図７】従来技術２の説明図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバを用いた変位計測システム ２ 杭 ３ 第１光ファイバ ４ 第２光ファイバ ４ａ 第２光ファイバの基端 ４ｂ 第２光ファイバの基端 ５ 光分岐接続器 １１ 光ファイバを利用した歪センサ １２ 曲線部 １３ ハウジング １３ａ 空間 １３ｂ 摺動溝 １４ 板バネ １５ インバー線 １６ 引張スプリング １７ 光ファイバ・引張スプリング・インバー線固定
部 １８ 光ファイバ・引張スプリング・インバー線移動
部 ２１ 光強度計測装置 ２２ 投光回路 ２３ 受光回路 ２４ 光電アンプ ２５ 測定範囲設定回路 ２６ バッファ回路 ２７ リニアライズ回路 ２８ 警報値設定回路 ２９ コンパレータ回路 ３０ 警報出力回路 ３１ 外部インターフェース回路 ４１ 光ファイバ歪分布計測装置 ａ 変位計測領域 ｂ 斜面 ｃ 地滑り ｄ 崩壊土砂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA65 BB05 CC00 CC14 FF31 FF41 FF46 GG08 HH15 JJ01 JJ05 LL00 LL02 PP01 SS09 2F076 BB09 BD01 BD02 BD06 BD17 BE17

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変位計測領域に複数の杭を取付け、全杭
   間に緊張状態で折れ線直線状に支持される第１光ファイ
   バと第２光ファイバを並行して配設し、光ファイバの曲
   率半径が歪みにより変化して光の透過光量が増減するこ
   とを利用して歪発生を検知する光ファイバを利用した歪
   センサを、各杭間の第１光ファイバの途中にそれぞれ接
   続して設け、第１光ファイバと第２光ファイバの終端同
   士を接続し、第１光ファイバの途中に接続された上記歪
   センサの光の透過光量の増減を計測する光強度計測装置
   を設けると共に、当該光強度計測装置に第１光ファイバ
   と第２光ファイバの基端をそれぞれ接続し、光強度計測
   装置により変位発生の検知時には、第２光ファイバに光
   パルスを入射し戻ってくる後方ブリルアン散乱光の周波
   数が第２光ファイバの歪と関係して変化することを利用
   して後方ブリルアン散乱光が戻ってくる時間から第２光
   ファイバの特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分布
   計測装置を特別に設けると共に、当該光ファイバ歪分布
   計測装置に第２光ファイバの基端をその基端側に設けた
   光分岐接続器を介して接続して、光ファイバ歪分布計測
   装置により変位発生位置を特定するようにしたことを特
   徴とする光ファイバを用いた変位計測システム。
2. 【請求項２】 変位計測領域に複数の杭を取付け、全杭
   間に折れ線直線状に支持される第１光ファイバと全杭間
   に緊張状態で折れ線直線状に支持される第２光ファイバ
   を並行して配設し、第１光ファイバの緊張を緩和するイ
   ンバー線を全杭間に緊張状態で折れ線直線状に第１光フ
   ァイバに並行して配設し、光ファイバの曲率半径が歪み
   により変化して光の透過光量が増減することを利用して
   歪発生を検知する光ファイバを利用した歪センサを、各
   杭間の第１光ファイバの途中にそれぞれ接続して設け、
   各杭間のインバー線の途中に歪センサをそれぞれ接続す
   ると共に各歪センサ内の光ファイバの曲率半径がインバ
   ー線に作用する張力の増減によって変化可能に各インバ
   ー線を接続し、第１光ファイバと第２光ファイバの終端
   同士を接続し、第１光ファイバの途中に接続された上記
   歪センサの光の透過光量の増減を計測する光強度計測装
   置を設けると共に、当該光強度計測装置に第１光ファイ
   バと第２光ファイバの基端をそれぞれ接続し、光強度計
   測装置により変位発生の検知時には、第２光ファイバに
   光パルスを入射し戻ってくる後方ブリルアン散乱光の周
   波数が第２光ファイバの歪と関係して変化することを利
   用して後方ブリルアン散乱光が戻ってくる時間から第２
   光ファイバの特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分
   布計測装置を特別に設けると共に、当該光ファイバ歪分
   布計測装置に第２光ファイバの基端をその基端側に設け
   た光分岐接続器を介して接続して、光ファイバ歪分布計
   測装置により変位発生位置を特定するようにしたことを
   特徴とする光ファイバを用いた変位計測システム。