JP2002005759A - Strain sensor using optical fiber - Google Patents

Strain sensor using optical fiber

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JP2002005759A
JP2002005759A JP2000180796A JP2000180796A JP2002005759A JP 2002005759 A JP2002005759 A JP 2002005759A JP 2000180796 A JP2000180796 A JP 2000180796A JP 2000180796 A JP2000180796 A JP 2000180796A JP 2002005759 A JP2002005759 A JP 2002005759A
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JP
Japan
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optical fiber
fiber core
strain sensor
thin metal
metal tube
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JP2000180796A
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Koichi Takahashi
浩一 高橋
Tsutomu Oshima
務 大島
Hiroshi Keiruma
浩 慶留間
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OCC Corp
Original Assignee
OCC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a strain sensor using an optical fiber capable of holding sufficient strength while securing the deformation detecting precision of a measured position. SOLUTION: An optical fiber coated fiber 11 is directly covered with a thin metal pipe 12, and the thin metal pipe 12 and the optical fiber coated fiber 11 are integrally deformed by the friction between them.

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、土砂崩れや地盤変
動、あるいは、ビルや橋、または、トンネル等の人工構
造物の変位等を連続的に監視する際に好適に用いられる
光ファイバを用いた歪みセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses an optical fiber which is suitably used for continuously monitoring a landslide, a ground deformation, a displacement of an artificial structure such as a building, a bridge or a tunnel. It relates to a strain sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の光ファイバを用いた歪み
センサは、光ファイバ心線に歪みが加わった際に、光フ
ァイバ心線のブリリアン散乱周波数がずれるという特性
を利用して、その歪みの発生位置と歪み量とを測定する
ようにしたものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a strain sensor using an optical fiber of this type utilizes the characteristic that when a strain is applied to an optical fiber core, the Brillouin scattering frequency of the optical fiber core shifts, and the strain sensor uses this characteristic. The position and the amount of distortion are measured.

【0003】そして、従来では、図4に示すように、光
ファイバ1の表面をシリコンおよびナイロンによって形
成された保護材2を被覆して形成された光ファイバ心線
3を、被測定個所に直接張り付ける方法が採られてい
る。
Conventionally, as shown in FIG. 4, an optical fiber core 3 formed by coating the surface of an optical fiber 1 with a protective material 2 made of silicon and nylon is directly applied to a location to be measured. The method of sticking is adopted.

【0004】しかしながら、このような従来の方法にあ
っては、光ファイバ心線3の強度が十分でないといった
問題点がある。
However, such a conventional method has a problem that the strength of the optical fiber core 3 is not sufficient.

【0005】そこで、図5に示すように、光ファイバ心
線3をアラミドヤーン等によって形成された緩衝材4に
よって被覆するとともに、さらに、この緩衝材4をPV
C等によって形成された被覆材5によって被覆して歪み
センサ6を構成したり、あるいは、図6に示すように、
前記光ファイバ心線3を、大径の金属管7内に挿入する
とともに、これらの光ファイバ心線3と金属管7との隙
間に充填剤8を充填して一体化して歪みセンサ9を構成
することにより、これらの歪みセンサ6・9の補強を行
うことが試みられている。
Therefore, as shown in FIG. 5, the optical fiber core 3 is covered with a cushioning material 4 formed of aramid yarn or the like, and the cushioning material 4 is further covered with PV.
The strain sensor 6 is formed by covering with the covering material 5 formed of C or the like, or as shown in FIG.
The optical fiber core 3 is inserted into a large-diameter metal tube 7, and a gap 8 between the optical fiber core 3 and the metal tube 7 is filled with a filler 8 to form a strain sensor 9. Thus, it has been attempted to reinforce these strain sensors 6 and 9.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な対処方法においても、なお、つぎのような改善すべき
問題点が残されている。
However, even in such a method, the following problems still remain to be improved.

【0007】すなわち、前述したように補強が施された
歪みセンサ6・9にあっては、被測定個所の変形は、ま
ず、最外層に位置する被覆材5や金属管7に作用した後
に、緩衝材4や充填剤8を介して光ファイバ心線3へ伝
達されて、この光ファイバ心線3に歪みを生じさせる。
このとき、前記緩衝材4や充填剤8の変形によって、前
記被覆材5や金属管7と光ファイバ心線3との間にずれ
が生じ、この結果、歪みの検出精度が低下するといった
問題点である。
That is, in the strain sensors 6 and 9 reinforced as described above, the deformation of the measurement target is first performed on the coating material 5 and the metal tube 7 located on the outermost layer. The light is transmitted to the optical fiber core 3 via the buffer material 4 and the filler 8, and causes distortion in the optical fiber core 3.
At this time, the deformation of the cushioning material 4 and the filler 8 causes a displacement between the coating material 5 and the metal tube 7 and the optical fiber core wire 3, and as a result, the accuracy of distortion detection decreases. It is.

【0008】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、被測定個所の変形の検出精度を確保
しつつ、十分な強度を保持することのできる光ファイバ
を用いた歪みセンサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a conventional problem, and has been made in consideration of a distortion using an optical fiber that can maintain sufficient strength while ensuring accuracy in detecting deformation of a measured portion. It is intended to provide a sensor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の光ファイバを用いた歪みセンサは、前述した目的を達
成するために、光ファイバ心線を、薄肉金属管によって
直接被覆してなり、この薄肉金属管と前記光ファイバ心
線とを、両者間の摩擦により一体的に変形させるように
したことを特徴とする。本発明の請求項2に記載の光フ
ァイバを用いた歪みセンサは、請求項1に記載の前記薄
肉金属管の内径が、前記光ファイバ心線の外径に対し、
±10%の範囲に設定されていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a strain sensor using an optical fiber in which an optical fiber core is directly covered with a thin metal tube to achieve the above-mentioned object. The thin metal tube and the optical fiber core are integrally deformed by friction between them. In the strain sensor using the optical fiber according to claim 2 of the present invention, the inner diameter of the thin metal tube according to claim 1 is larger than the outer diameter of the optical fiber core.
It is characterized in that it is set within a range of ± 10%.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図1ないし図3を参照して説明する。図1中、符号1
0は、本実施形態に係わる光ファイバを用いた歪みセン
サ(以下、歪みセンサと略称する)を示し、この歪みセ
ンサ10は、光ファイバ心線11を、薄肉金属管12に
よって直接被覆してなり、この薄肉金属管12と前記光
ファイバ心線11とを、両者間の摩擦により一体的に変
形させるようにした構成となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In FIG.
Numeral 0 indicates a strain sensor using an optical fiber according to the present embodiment (hereinafter, abbreviated as a strain sensor). The strain sensor 10 is obtained by directly covering an optical fiber core 11 with a thin metal tube 12. The thin metal tube 12 and the optical fiber core 11 are integrally deformed by friction between them.

【0011】さらに詳述すれば、前記薄肉金属管12の
内径は、前記光ファイバ心線11の外径に対し、±10
%の範囲に設定されており、この範囲内に設定すること
により、前記光ファイバ心線11の損失が増加せずに、
この光ファイバ心線11と前記薄肉金属管12との摩擦
が十分に得られる。
More specifically, the inner diameter of the thin metal tube 12 is ± 10% of the outer diameter of the optical fiber core wire 11.
%, And by setting within this range, the loss of the optical fiber core 11 does not increase,
Sufficient friction between the optical fiber core 11 and the thin metal tube 12 can be obtained.

【0012】また、前記薄肉金属管12の肉厚は、歪み
センサ10に要求される機械特性に応じて設定されるも
ので、たとえば、0.05mmから0.2mmの範囲内
で適宜設定される。
The thickness of the thin metal tube 12 is set in accordance with the mechanical characteristics required for the strain sensor 10, and is appropriately set in the range of, for example, 0.05 mm to 0.2 mm. .

【0013】そして、前記薄肉金属管12を光ファイバ
心線11に被覆する方法としては、前記薄肉金属管12
をシームレス構造としておき、この薄肉金属管12の一
端部から前記光ファイバ心線11を圧入気味に挿入して
いく方法、あるいは、平板状の金属板を湾曲形成させつ
つ前記光ファイバ心線11を包み込んだ後に、金属板の
突き合わせ部を溶接等によって連結することにより、前
記光ファイバ心線11を被覆する方法等が挙げられる。
The method for coating the thin metal tube 12 on the optical fiber core 11 is as follows.
Into a seamless structure, and inserting the optical fiber core 11 slightly from one end of the thin metal tube 12 by press-fitting, or forming the optical fiber core 11 while bending a flat metal plate. After wrapping, a method of covering the optical fiber core 11 by connecting the butted portions of the metal plates by welding or the like may be used.

【0014】このように構成された本実施形態に係わる
歪みセンサ10は、たとえば、図3に示すように、人工
構造物13の壁の内部に埋設されることによって設置さ
れ、外部に設置されている歪み/歪み位置検出器である
BOTDR14へ接続されることにより、歪み検出可能
な状態となされる。
The thus constructed strain sensor 10 according to the present embodiment is installed by being buried inside the wall of the artificial structure 13 as shown in FIG. 3, for example, and installed outside. By being connected to the BOTDR 14 which is a distortion / distortion position detector, the state is set such that distortion can be detected.

【0015】そして、図3に示すように、あるポイント
Pに対応する部分において、前記人工構造物13が、同
図の矢印方向に変形した場合、そのポイントPに対応し
た位置において、前記歪みセンサ10に歪みが発生し、
その位置と歪みが、前記BOTDR14によって検出さ
れる。
As shown in FIG. 3, when the artificial structure 13 is deformed in a direction corresponding to a point P in a direction indicated by an arrow in FIG. 10 is distorted,
The position and the distortion are detected by the BOTDR 14.

【0016】ここで、前記歪みセンサ10は、光ファイ
バ心線11を薄肉金属管12によって被覆されているこ
とにより、その強度が確保され、内部の光ファイバ心線
11が損傷することはない。また、前記光ファイバ心線
11と薄肉金属管12との間の摩擦が適切に設定されて
いることにより、光ファイバ心線11の損失が抑制され
るとともに、前記薄肉金属管12に生じる歪みが、精度
よく前記光ファイバ心線11へ伝達され、この結果、前
記人工構造物13の変形量が高精度に検出される。
Since the optical fiber core 11 is covered with the thin metal tube 12, the strength of the strain sensor 10 is ensured, and the internal optical fiber core 11 is not damaged. In addition, since the friction between the optical fiber core 11 and the thin metal tube 12 is appropriately set, the loss of the optical fiber core 11 is suppressed, and the distortion generated in the thin metal tube 12 is reduced. , Is accurately transmitted to the optical fiber core 11, and as a result, the deformation amount of the artificial structure 13 is detected with high accuracy.

【0017】そして、検出精度の検証のために、前記歪
みセンサ10を30mとし、その略中間点に強制的に3
%の伸びを与え、前記光ファイバ心線11の歪みを測定
し、その結果を図2に示す。この図2からも明らかなよ
うに、強制的に与えた歪みに対して、その位置ならびに
歪み量が高精度に検出されている。
In order to verify the detection accuracy, the length of the strain sensor 10 is set to 30 m, and a force of 3
% Of elongation, the strain of the optical fiber core 11 was measured, and the results are shown in FIG. As is clear from FIG. 2, the position and the amount of distortion are detected with high accuracy for the forcibly applied distortion.

【0018】このように、本実施形態に係わる歪みセン
サ10によれば、薄肉金属管12によって光ファイバ心
線11を直接被覆して、これらの間に所定の摩擦を生じ
させた構成とすることにより、歪みセンサ10の強度を
十分に確保しつつ、歪みの発生位置や歪み量を高精度に
検出することができる。
As described above, according to the strain sensor 10 according to the present embodiment, the optical fiber core 11 is directly covered with the thin metal tube 12, and a predetermined friction is generated between them. Accordingly, the position at which the distortion occurs and the amount of distortion can be detected with high accuracy while the strength of the distortion sensor 10 is sufficiently ensured.

【0019】なお、前記実施形態において示した各構成
部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基
づき種々変更可能である。
The various shapes, dimensions, and the like of the components shown in the above embodiment are merely examples, and can be variously changed based on design requirements and the like.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ファイ
バを用いた歪みセンサによれば、薄肉金属管によって光
ファイバ心線を直接被覆して、これらの間に所定の摩擦
を生じさせた構成とすることにより、歪みセンサの強度
を十分に確保しつつ、歪みの発生位置や歪み量を高精度
に検出することができる。
As described above, according to the strain sensor using the optical fiber of the present invention, the optical fiber core is directly covered with the thin metal tube, and a predetermined friction is generated between them. With this configuration, it is possible to detect the position where the distortion occurs and the amount of distortion with high accuracy while sufficiently securing the strength of the distortion sensor.

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

【図1】本発明の一実施形態を示す要部の縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態による歪みの検出結果を歪
みー距離線図である。
FIG. 2 is a distortion-distance diagram showing distortion detection results according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態を、被測定物に装着した状
態を示す要部の縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part showing a state in which one embodiment of the present invention is mounted on an object to be measured.

【図4】一従来例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing one conventional example.

【図5】従来の他の例を示す縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing another conventional example.

【図6】従来の他の例を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバ 2 保護材 3 光ファイバ心線 4 緩衝材 5 被覆材 6 歪みセンサ 7 金属管 8 充填剤 9 歪みセンサ 10 歪みセンサ 11 光ファイバ心線 12 薄肉金属管 13 人工構造物 14 BOTDR DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Protective material 3 Optical fiber core wire 4 Buffer material 5 Coating material 6 Strain sensor 7 Metal tube 8 Filler 9 Strain sensor 10 Strain sensor 11 Optical fiber core wire 12 Thin metal tube 13 Artificial structure 14 BOTDR

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 慶留間 浩 東京都港区芝浦1丁目2番1号 株式会社 オーシーシー内 Fターム(参考) 2H050 AD06 BB26S BC11 BD06 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Keiruma 1-2-1 Shibaura, Minato-ku, Tokyo F-term in OCC Corporation (reference) 2H050 AD06 BB26S BC11 BD06

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光ファイバ心線を、薄肉金属管によって
直接被覆してなり、この薄肉金属管と前記光ファイバ心
線とを、両者間の摩擦により一体的に変形させるように
したことを特徴とする光ファイバを用いた歪みセンサ。
1. An optical fiber core wire is directly covered with a thin metal tube, and the thin metal tube and the optical fiber core wire are integrally deformed by friction between the two. A strain sensor using an optical fiber.
【請求項2】 前記薄肉金属管の内径が、前記光ファイ
バ心線の外径に対し、±10%の範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバを用いた
歪みセンサ。
2. The optical fiber according to claim 1, wherein an inner diameter of the thin metal tube is set within a range of ± 10% with respect to an outer diameter of the optical fiber core. Strain sensor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1979741A2 (en) * 2006-02-01 2008-10-15 AFL Telecommunications LLC Strain sensing device and method of measuring strain
JP2017110910A (en) * 2015-12-14 2017-06-22 株式会社オーシーシー Optical fiber cable for distortion measurement, and manufacturing method thereof

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