JP2002221407A

JP2002221407A - 光ファイバーによる歪分布測定の温度補正システム

Info

Publication number: JP2002221407A
Application number: JP2001019889A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Tsukano; 正純塚野; Yoshiaki Inoue; 好章井上; Katsuaki Inoue; 克明井上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】温度が場所によって異なる構造物等の長い距
離に亘っての歪分布を光ファイバーにより測定する際
に、温度補正を行なって実際の歪を精度良く測定するた
めのシステムを構築する。【解決手段】構造物等に歪測定用と温度測定用の光フ
ァイバーを近接して布設し、歪計測装置と温度計測装置
を具備し、温度計測結果を用いて歪計測値に対する温度
補正を含むデータ処理を行なうデータ処理装置を具備す
ることを特徴とする光ファイバーによる歪分布測定の温
度補正システムとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物等の表面に
光ファイバーを布設して歪分布を測定する際に、測定値
に対して温度補正を行う補正システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近光ファイバーセンシング技術著しい
進歩により、長距離に亘る歪分布が精度良く測定できる
ようになってきた。しかし光ファイバーの特性が温度の
影響を受けるため、精度良く歪を測定するためには温度
補正を行う必要がある。特に屋外に設置される鉄鋼構造
物やコンクリート構造物に光ファイバーを取付けて歪分
布を計測する場合、昼間は太陽光の影響で温度が場所に
よって異なるので、正確な温度補正が必要である。ま
た、光ファイバーによる歪計測値に対する温度の影響
は、光ファイバー自体の温度による影響のほかに光ファ
イバーの取付け状態も影響するが、従来その影響は明確
にされていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、温度分布が
一様でない構造物等の歪分布を光ファイバーにより測定
する際に、温度補正を行なって実際の歪を精度良く測定
するためのシステムを構築することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、構造物等に歪測定用と温度測定用の光ファイバーを
近接して布設し、歪計測装置と温度計測装置を具備し、
温度計測結果を用いて歪計測値に対する温度補正を含む
データ処理を行なうデータ処理装置を具備することを特
徴とする光ファイバーによる歪分布測定の温度補正シス
テムを提案する。

【０００５】そして、前記構造物等に布設する歪計測用
光ファイバーは、タンク側板の膨張・収縮を計測できる
ように若干の初期張力を与えて側板外周に接着剤で固定
される。接着剤はシリコン系、エポキシ系等により、屋
外の環境下において十分な接着力を長期間に亘って保持
できるようにすると共に太陽光及び雨等から光ファイバ
を保護するため接着剤のシリコンシーラント等で光ファ
イバのタンク布設部を均一に覆う。前記歪測定用光ファ
イバーと温度測定用光ファイバーは同じ温度となるよう
に近接して布設される。

【０００６】光ファイバーの歪計測部位における光ファ
イバーの温度と基準温度との差ΔＴ℃と該部位における
光ファイバーに発生している歪ε０と前記歪測定装置で
計測される歪値εＢとの間の関係式をε０＝εＢ−α・
ΔＴとして温度補正を行い、構造物等が鉄鋼製の場合は
温度−３０°〜５０°の環境下でα＝０．００３％歪／
℃とするのが良いことが後述する実験結果によって確か
められた。

【０００７】また、前記構造物が鉄鋼製の貯蔵タンクで
ある場合、該貯蔵タンクの底板に接合された側板の該接
合部近傍及び前記底板から適宜位置の全周に亘って歪測
定用の光ファイバーをリング状に布設し、前記側板上の
適宜高さ位置に全周に亘って布設された歪測定用光ファ
イバーに近接して温度測定用の光ファイバーを布設し、
該光ファイバーによる温度測定結果を用いて前記歪測定
用光ファイバーによる歪測定値に対する温度補正を行う
のがよい。貯蔵タンクの場合、該貯蔵タンクの底板に接
合された側板の該接合部近傍及び前記底板から適宜位置
の全周に亘る温度分布は略同じであるから、温度測定用
光ファイバーは前記底板から適宜位置の全周に亘って布
設するのみで、前記接合部近傍には布設しなくてよい。
前記側板上の底板からの適宜位置については後述する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な
記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１は、本発明
の実施例に係わる光ファイバーによる歪分布測定の温度
補正システムの構成を示す。同図では構造物として石油
貯蔵タンクを例示しているが、このような貯蔵タンクに
限るものではないことは勿論である。

【０００９】図１において、１は貯蔵タンクの底板、２
は側板であり、側板２は円筒形である。該側板２は前記
底板１に隅肉溶接接合３されている。前記側板２の外周
には前記底板１から高さＨの位置に歪測定用の光ファイ
バー４と該光ファイバー４に隣接して温度測定用の光フ
ァイバー６がそれぞれリング状に布設され、前記歪測定
用光ファイバー４は延長されて前記底板と側板の接合部
近傍の側板外周にリング状に布設された光ファイバー５
となっている。歪測定用光ファイバー４、５は若干の初
期張力を与えて側板外周に接着剤で固定されている。接
着剤はシリコン系、エポキシ系等により、屋外の環境下
において十分な接着力を長期間に亘って保持できるよう
にすると共に太陽光及び雨等から光ファイバを保護する
ための接着剤のシリコンシーラント等で光ファイバのタ
ンク布設部を均一に覆う。７、８はそれぞれ側板２から
歪計測装置９、温度計測装置１０に接続される部分の光
ファイバーである。

【００１０】前記歪測定装置９は歪分布測定機（ＢＯＴ
ＤＲ：Brillouin 0ptical Time Domain Reflectomete
r）で、光ファイバーの一端からレーザー光パルスを入
射し、それによって光ファイバー内で発生した自然ブリ
ルアン後方散乱光を同一端で観察して散乱した部位の歪
を測定するものである。光ファイバーに光を入射すると
入射光は光ファイバーを構成する例えば石英ガラス等の
分子等に衝突して散乱され、その一部が後方散乱光とし
て入射端にもどってくる。

【００１１】その後方散乱光の一つであるブリルアン散
乱光のパワースペクトルの周波数が光ファイバーに生じ
ている歪に依存して変化することを利用するもので、こ
のブリルアン周波数シフトを測定して歪を測定する。ブ
リルアン後方散乱光は光ファイバーの任意の位置で生じ
るので、入射端にもどってくるまでの時間によって散乱
された位置が分り、次々ともどってくる散乱光を分析す
ることにより光ファイバーの任意の位置における歪を知
ることができる。ＢＯＴＤＲの距離分解能が１ｍの場
合、計測ピッチは１０ｃｍ間隔で１ｍの平均歪を連続的
に計測する。

【００１２】前記温度計測装置１０は、温度測定用光フ
ァイバー８の一端からレーザ光パルスを入射し、それに
よって光ファイバー内に発生したラマン散乱光中のスト
ークス光とアンチストークス光の強度の比が散乱光を発
した場所の光ファイバーの温度と一定の関係があること
を利用して温度を測定するもので、ラマン散乱光は光フ
ァイバーの任意の位置で生じるので、入射端にもどって
くるまでの時間によって散乱された位置が分り、次々と
もどってくる散乱光を分析することにより光ファイバー
の任意の位置における温度を知ることができる。

【００１３】データ処理装置１１は、前記温度計測用光
ファイバー８を介して前記温度計測装置１０で測定され
た温度に基づいて前記歪測定用光ファイバー４、５、７
を介して前記歪計測装置で測定された歪の温度補正を含
むデータ処理を行ない、歪分布を示す状態表示１２をア
ウトプットする。また、前記データ処理装置には処理さ
れたデータが記憶されてデータベース１３として保存さ
れているので、歪分布の経年変化を監視し、危険を予知
することができる。

【００１４】さて、光ファイバーを構造物に布設して歪
を計測する際の温度の影響は、つぎの式におけるα′と
β′の２つに分けて考えることができる。 εＢ＝α′（ｔ）＋β′（ｔ）・ε０式（１）ただし、 ε０：光ファイバーの歪、 εＢ：ＢＯＴＤＲによる歪計測値、 α′（ｔ）：歪計測値の温度による変化分（ドリフ
ト）、 β′（ｔ）：光ファイバーの歪変化に対するＢＯＴＤＲ
による歪計測値の変化の比率、である。α′（ｔ）、
β′（ｔ）の（ｔ）は、α′、β′が温度ｔによって変
わることを表す。

【００１５】光ファイバー自体の特性が温度によって変
化することにより、ＢＯＴＤＲでの計測値は１℃の温度
変化に対して０．００２％歪だけ変化する。したがっ
て、構造物に掛る応力が変化しない場合でも、構造物の
温度が上昇すると、ＢＯＴＤＲでの歪計測値が増加す
る。さらに、光ファイバーのコアはクラッド、被覆材に
より被覆されており、被覆された光ファイバーを構造物
の表面に布設するのであるから、前記α′は、光ファイ
バーの被覆状態や構造物表面への固定状態によっても影
響を受けると考えられる。また前記β′も、被覆された
光ファイバーでは温度によって変わることがあるかも知
れない。

【００１６】上記した点を調べるために、以下に述べる
試験を行なった。式（１）におけるα′を求めるために
は、たとえば構造物が鉄鋼製の場合、鋼板に光ファイバ
ーを布設して鋼板の温度を変化させて光ファイバーによ
り歪を測定すればよい。これに対し、β′を求めるには
鋼板の温度の変化に加え歪を変化させる必要がある。し
かしながら、鋼板に歪を加えるには大型に引張試験装置
を要し、該装置の熱伸びにより歪が変化するので正確な
測定が困難である。そこで、α′の評価は、光ファイバ
ーを鋼板に布設して恒温槽で温度を昇降させて光ファイ
バーの歪をＢＯＴＤＲで計測して行なった。β′の評価
は、左右２枚の鋼板に光ファイバーを固定して、高温お
よび低温の環境でこの２枚の鋼板を引張試験装置で引張
ることによって光ファイバーのみに歪を加える方法で行
なった。

【００１７】図２は試験用に鋼板上に光ファイバーを布
設した状態を示し、（Ａ）は、光ファイバー１５を鋼板
１６上に２ｍ間隔で固定点１７、１７、…と１８、１
８、…でエポキシ系の接着剤で固定して各光ファイバー
の間隔２０ｍｍで並べ、前記固定点１８、１８、…間は
１００ｍｍのループで折り返してある。（Ｂ）は（Ａ）
の場合と同様に布設し、固定点１７’、１７’、…と１
８’、１８’、…間の光ファイバーは鋼板１６’にエポ
キシ系の接着剤で両端固定の上シリコン樹脂で全面接着
してある。前記鋼板１６、１６’は高張力鋼（ＳＭ４０
０Ｂ）を用い、前記光ファイバー１５、１５’の固定点
１７〜１８間及び１７’〜１８’間には約０．２％歪の
初期張力が与えてある。図示しないが、図２（Ａ）と同
様の光ファイバー布設で固定点間に初期張力を与えない
場合の光ファイバーも光ファイバー１５の先に連結して
同時に試験した。

【００１８】図３は、これらの光ファイバー布設鋼板を
恒温槽に入れて一定の温度に保ち、各温度における鋼板
の温度とＢＯＴＤＲによる歪計測値の関係を示したもの
である。なお、前記鋼板温度は熱伝対で測定した。前記
恒温槽内では十分に時間かけて温度を均一化したので、
前記鋼板と光ファイバーの温度は同じである。

【００１９】図３において、初期張力あり（両端固定）
即ち図２（Ａ）の布設鋼板と初期張力あり（両端固定＋
前面接着）即ち図２（Ｂ）の布設鋼板では、歪値は鋼板
の温度が−３０℃から６０℃に亘って平行な直線上に乗
っており、温度上昇に対する歪値増大率、即ちαは温度
に依らず、また両者の場合で等しいことが分る。一方、
初期張力なしの場合は前記２者に比べて温度上昇に対す
る歪値増大が大きいとともに、直線からのばらつきも大
きい。温度昇降は２度行なっており、前記２者の初期張
力ありの場合は再現性が良好であるのに対して、初期張
力なしの場合は再現性が少し悪いことが分る。

【００２０】図３に示されるように歪計測値は温度に比
例しているので、前記α′はつぎの（２）式で表され
る。 α′(ΔＴ）＝α・ΔＴ式（２）ただし、ΔＴは基準温度からの温度差（℃）で、基準温
度よりも高い場合が＋、低い場合が−である。αを温度
係数と呼ぶこととすると、図３における直線の勾配から
下の表１に示す値が得られる。温度係数、即ち温度上昇
１℃当りのＢＯＴＤＲによる計測歪値の増大は、初期張
力ありの場合は０．００３０％歪／℃、初期張力なしの
場合は０．００５５％歪／℃であり、温度が−３０℃か
ら６０℃に亘って温度にはよらないが、初期張力あり、
なしで異なることが分った。

【表１】

【００２１】先に述べたように、光ファイバー自体の温
度係数は０．００２であるが、上に示すように光ファイ
バー布設状態では温度係数αは大きくなっている。これ
は鋼板と光ファイバーの熱膨張係数が異なるためと考え
られる。初期張力ありの場合が初期張力なしの場合より
も温度係数αが小さいのは、光ファイバーの被覆である
ナイロンの熱伸び量が鋼板（α=０．００１１％／℃）
のそれに比べて大きいこと、及び初期張力ありの場合に
は予め光ファイバーに初期伸びが発生しているため、ナ
イロンの熱伸びが初期伸びに吸収されてしまうためと考
えられる。また、初期張力なしの場合、歪計測値にばら
つきがあり、再現性が悪いのは、光ファイバー自体（コ
ア）と被覆の熱伸びの差が大きいのに対し、両者の弾性
強度差が小さいため、被覆の厚みの不均一性が影響し、
過熱による熱伸び、および冷却時収縮が不均一になって
いると考えられる。

【００２２】つぎに、光ファイバーが低温及び高温の場
合で光ファイバーの歪が変化した場合に、ＢＯＴＤＲで
計測した歪値が実際の歪と同じ割合で変化するかどう
か、即ちβ′の評価を行なうために、先にのべた方法に
より−３０℃〜５０℃の環境下で光ファイバーに歪を加
え、該歪とＢＯＴＤＲによる計測歪値の関係を調べた。
試験結果を図４に示す。同図から、各温度について、光
ファイバーに加えた歪とＢＯＴＤＲによる計測歪値の関
係は略平行な直線となっており、また計測値は直線上に
ばらつきなく乗っていることがわかる。各温度における
試験はそれぞれ初期条件が若干異なるので、図は光ファ
イバーに加えた或る大きさの歪に対する温度の影響とし
ての計測値としては意味がなく、温度一定の線の傾斜の
みが意味を持つものである。

【００２３】図５は、図４から、光ファイバーに加えた
歪に対するＢＯＴＤＲによる計測歪値の増分を温度毎に
プロットしたものである。図５から、ＢＯＴＤＲによる
計測歪値の増分は試験温度に関係なく略一本の直線上に
乗っていることがわかる。同図から、各温度についてＢ
ＯＴＤＲによる計測歪値の増分と光ファイバーに加えた
歪との比である歪計測値係数βを求めたものを下の表２
に示す。下表から、前記した（１）式におけるβは−３
０℃から５０℃の範囲では温度によらないので、β
（ｔ）＝βとしてよいことがわかり、βを歪計測値の変
化率と呼ぶこととすると、歪計測値変化率βは温度によ
らず、β＝１として良いことがわかる。

【表２】

【００２４】以上の結果より、鋼板に光ファイバーを両
端固定で布設した場合の光ファイバーの歪、即ち鋼板の
歪ε０は、ＢＯＴＤＲによる歪計測値εＢからつぎに示
す式（３）で温度補正を行なって求めることができる。 ε０＝εＢ−０．００３・ΔＴ式（３）ここに、ΔＴは、前記したように、基準温度からの温度
差である。構造物が鉄鋼以外の、例えばコンクリート等
の場合は、前記温度係数αを試検により求める必要があ
るが、前記歪計測値変化率βについては鉄鋼構造物以外
の場合もβ＝１としてよい。

【００２５】構造物が図１に示した石油貯蔵タンクの場
合の側板２の周方向歪測定結果について説明する。図
６は側板外径８２ｍの貯蔵タンクについて、石油液面高
さと側板外周の周方向歪の関係を有限要素法によって計
算した結果を示し、（Ａ）は液面高さ３種類について底
板からの側板外周の高さ位置と該位置における周方向歪
を、（Ｂ）は底板から０．０５ｍ及び１．６ｍの高さ位
置における側板外周の周方向歪と液面高さとの関係を示
したものである。なお、有限要素法による解析結果は実
測結果とよく一致することが確かめられている。

【００２６】図６（Ａ）において、各液面高さについ
て、高さ位置の増大に伴って周方向歪は増大するが、あ
る高さで最大となり、それ以上の高さ位置では歪は減少
し、液面高さの高さ位置で歪は零となる。液面高さ２
０．５ｍの場合、高さ位置１３ｍを越えたところで歪が
急激に低下している箇所が見られるのは、補強リングの
位置と一致しており、補強リングによる拘束効果を示す
ものである。歪が最大となる高さ位置は液面高さによっ
て異なるが、高さ位置を１．６ｍに選ぶと各液面高さに
ついて比較的大きな歪が発生することが分る。

【００２７】図６（Ｂ）において、底板からの高さ位置
が０．０５ｍと１．６ｍの両位置とも周方向歪は液面高
さに対して直線的に増大している。ただし、底板から
０．０５ｍの高さ位置では液面高さが２０．５ｍの場合
で歪は０．００７％であり、歪の計測精度が０．０２％
歪であることから実際の計測は困難と考えられる。しか
し、底板から１．６ｍの高さ位置での周方向歪は液面高
さ５ｍの場合で０．０１５％であり、以後１ｍ当り０．
００４２％歪変化しているので、１．６ｍの高さ位置に
おける側板の周方向歪を測定することにより、液面高さ
５ｍからの液面監視が可能である。

【００２８】石油満載時である液面高さ２０．５ｍの場
合、側板の周方向歪は底板から３．５ｍｍの高さ位置で
最大値０．１１３％であり、側版外径８２ｍであるか
ら、これは半径で４６ｍｍの変形に相当するが、目視で
この程度の膨らみを確認することは難しいと言われてい
る。したがって、図１に示す実施形態によって、目視で
は確認できない側板の膨らみを検出することができ、上
記したように、液面高さ５ｍからの液面監視が可能であ
る。

【００２９】貯蔵タンクの損傷原因として底板基礎の陥
没や沈下が考えられるが、タンク構造上外観からの目視
観察は困難である。図７は、側板外径８２ｍの石油満載
の貯蔵タンクについて、側板から内側に０．５ｍ、１．
０ｍ、１．７５ｍ、２．０ｍの幅で全周に亘って基礎が
陥没（基礎抜け）した場合及び基礎抜けがない正常時に
ついて有限要素法により解析した結果を示すもので、
（Ａ）は各基礎抜け幅について底板からの側板外周の高
さ位置と該位置における周方向歪を、（Ｂ）は底板から
０．０５ｍ及び１．６ｍの側板外周高さ位置における周
方向歪と基礎抜け幅との関係を示したものである。

【００３０】図７（Ａ）から、基礎抜け幅により周方向
歪が異なるのは底板から７ｍ程度の高さ位置までであ
り、それ以上の高さ位置では周方向歪は基礎抜け幅には
無関係であることが分る。そして基礎抜け幅によって周
方向歪が大きく変化するのは底板からの高さ位置が１〜
２ｍ付近であり、この高さ位置が基礎抜けを監視するの
の有効である。

【００３１】図７（Ｂ）は、底板からの高さ位置０．０
５ｍ及び１．６ｍについて基礎抜け幅と周方向歪の関係
を示すが、基礎陥没幅の広がり（基礎抜け幅の増大）と
ともに周方向歪は増大している。ただし、底板から０．
０５ｍの高さ位置では基礎抜け幅２ｍの時、歪は０．０
２２％であり、基礎抜けがない時の歪が０．００７％で
あるから、基礎抜けがない時からの歪の変化量は０．０
１５％である。したがって、計測精度０．０２％歪を考
えると、０．０５ｍ高さ位置における歪測定で陥没状況
を予知するのは困難と考えられる。

【００３２】一方、底板から１．６ｍの高さ位置での歪
は、基礎抜け幅２ｍ時で０．１３５％であり、基礎抜け
がない時の歪が０．０８８％であるから、基礎抜けがな
い時からの歪の変化量は０．０４７％歪である。したが
って、１ｍ以上の基礎抜け幅であれば、底板から１．６
ｍ高さ位置における周方向歪を測定することによって基
礎陥没の監視が可能である。なお、上記の有限要素法に
よる解析は、基礎抜けは全周に亘るとした場合の解析結
果であるが、陥没の長さが陥没幅（基礎抜け幅）の４倍
以上では陥没長さの中央での歪は全周陥没とした上記解
析結果に一致するので、光ファイバーで全周に亘っての
歪変化を検出することにより陥没位置の同定も可能であ
る。

【００３３】貯蔵タンクの損傷として、底板と側板の隅
肉溶接接合部の亀裂が懸念されるが、タンク内部の亀裂
は外観の目視観察では発見不可能である。底板に対する
側板の傾き角を変えて側板上の高さ位置と該位置におけ
る周方向歪との関係を、側板外径８２ｍの石油満載の貯
蔵タンクについて有限要素方法により解析した結果、図
示しないが、側板の傾き角によって周方向歪が異なるの
は側板上の高さ位置７ｍまでであり、それ以上の高さ位
置では周方向歪は側板上の高さ位置には無関係であっ
た。そして側板の傾き角によって周方向歪が大きく変化
するのは底板からの高さ位置が１〜２ｍ付近であった。

【００３４】図８は、側板外径８２ｍの石油満載の貯蔵
タンクについて、有限要素法で解析した、底板に対する
側板の傾き角と周方向歪との関係を、側板上の高さ位置
０．０５ｍ及び１．６ｍについて示す。図で側板の傾き
θは、底板と側板が直角の時が零で、＋が外側への傾き
を示し、−は内側への傾きを示す。底板から１．６ｍの
高さ位置における周方向歪の側板傾きに対する変化は
０．０５ｍの位置におけるそれよりも緩やかである。な
お、石油満載によって側版は外側に３．２゜傾いてい
る。

【００３５】側板の傾き角に対する歪の変化が急である
０．０５ｍ位置について見ると、傾き角２２゜の時に歪
は０．２１％であり、また、側板の内面側傾き角度では
傾き角度−１９°で歪は−０．０９％である。傾き角度
２２°から傾き角度−１９°までの歪の変化量は０．０
３％であるため、３°当り歪変化量は０．０２２％歪変
化である。したがって、本システムの歪計測精度が０．
０２％であることを考慮すると、底板より０．０５ｍ位
置での周方向歪を測定することにより隅肉溶接部の局部
的塑性変形を３°以上で監視が可能である。実験結果に
よれば、側板が無負荷状態から約１３゜傾くと溶接部に
ミクロ亀裂が発生し、約２３゜傾くとマクロ亀裂が発生
することが確認されているので、地震等により傾き角が
大きく変化した場合、傾き角によって局部的塑性変形、
亀裂の発生位置と範囲を推定することができる。

【００３６】以上、石油貯蔵タンク側板の底板との溶接
接合部近傍及び該底板から適宜高さ位置の全周に亘って
光ファイバーをリング状に布設して、側板の周方向歪を
測定すれば、石油の液面、底板下基礎の陥没、溶接接合
部の局部的塑性変形等を監視できることを説明した。屋
外に設置された石油貯蔵タンク等は昼間は太陽光や日陰
等環境の影響で側板の温度は周方向位置によって大幅に
異なる。したがって、周方向の歪分布を精度良く測定す
るには、週方向の温度分布を測定して、精度の高い温度
補正を行なう必要がある。

【００３７】図９は、上述の石油満載のタンク底板から
１．６ｍ高さ位置における側板外周の温度分布が時刻に
より異なる状況を示し、（Ａ）には午前３時から午後４
時までの測定値が含まれ、（Ｂ）には午後７時から翌日
午前３時までの測定値が含まれている。なお、底板から
０．０５ｍ高さ位置における温度分布も図５と略同様で
あった。図から、夜間は温度分布が一定であるが、昼間
は時刻によって温度分布が大幅に異なることがわかる。
なお、タンク周囲は距離８０ｍから３２０ｍの間であ
る。

【００３８】図１０は、底板から１．６ｍの高さ位置に
おける側板外周の周方向歪分布を計測した結果を示し、
（Ａ）は温度補正をしない場合を、（Ｂ）は本発明によ
るシステムによって温度補正を行なった場合を示す。計
測は午前３時から翌日の午前３時まで行なったものであ
る。温度補正を行なわない（Ａ）では時刻によって歪分
布が変動しているが、温度補正を行なった（Ｂ）では歪
分布の時刻による変動は殆どなくなっている。

【００３９】図１１は、タンク側板の底板との溶接接合
部近傍、即ち底板から５０ｃｍ高さ位置における側板外
周の温度補正前の歪分布計測結果を示し、（Ａ）は午前
３時から翌日午前３時までの計測結果を、（Ｂ）は６日
間に亘る午前３時の計測結果を示す。６日間の午前３時
の温度計測結果は図示しないがばらつきは２℃前後であ
った。（Ａ）では、図１０の１．６ｍ高さ位置と同様に
歪分布は時刻によってばらつくが、（Ｂ）の午前３時に
おける計測結果では上に述べたように温度分布のばらつ
きが小さいために、温度補正を行なわなくても歪分布の
ばらつきは小さいことがわかる。

【００４０】図１２は、タンクに石油を受入れる間の
１．６ｍ高さ位置における側板外周の温度分布を液面高
さ毎に示し、図１３は液面高さ毎の温度補正前の歪分布
を、図１４は温度補正後の歪分布を示す。石油受入れは
午前５時３１分から翌日の午後２時４０分に亘って行な
われた。図１２のような外周の円周位置による温度分布
のばらつきにより、図１３の温度補正前は液面高さと歪
値の関係は合っていないが、図１４の温度補正後ではタ
ンク液面が１ｍ高くなる毎に歪が増加している。

【００４１】図１５は１．６ｍ高さ位置における石油液
面高さと歪の関係を示すもので、ＦＥＭ法による解析結
果を実線で示し、外周の円周位置１００ｍ、２００ｍ、
３００ｍにおける計測値を温度補正した歪値と平均値が
プロットしてある。上記の円周位置及び平均値の歪値は
ＦＥＭ解析結果と精度良く一致を示していることがわか
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシステム
によれば、構造物等に歪測定用と温度測定用の光ファイ
バーを近接して布設して歪分布と温度分布を同時に計測
し、その際歪測定用の光ファイバーは歪測定範囲に初期
張力を与えて布設し、鉄鋼構造物の場合、式（３）によ
ってＢＯＴＤＲによる計測値の温度補正を行なうことに
より、構造物の長距離に亘る温度が太陽光その他の影響
で時刻及び測定位置により大きく異なる場合でも、構造
物に発生している歪を精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる光ファイバーによる
歪分布測定の温度補正システムの構成を示す図である。

【図２】試験用に鋼板上に光ファイバーを布設した状
態を示す図である。

【図３】図２の光ファイバー布設片による試験結果で
鋼板の温度とＢＯＴＤＲによる歪計測値の関係を示すグ
ラフである。

【図４】図２の光ファイバー布設片による試験結果で光
ファイバーに加えた歪とＢＯＴＤＲによる歪計測値の関
係を示すグラフである。

【図５】光ファイバーに加えた歪に対するＢＯＴＤＲ
による計測歪値の増分を示すグラフである。

【図６】貯蔵タンク内の石油液面高さ、側版外周の高
さ位置及び周方向歪の関係を有限要素法によって計算し
た結果を示すグラフである。

【図７】貯蔵タンクの底板下基礎陥没幅、側板外周の
高さ位置及び周方向歪の関係を有限要素法によって計算
した結果を示すグラフである。

【図８】貯蔵タンクの底板に対する側板の傾き角と側
板外周の周方向歪との関係を有限要素法によって計算し
た結果を示すグラフである。

【図９】貯蔵タンクの底板から適宜位置における側板
外周の温度分布が時刻によって異なる状況を示すグラフ
で、（Ａ）は昼間に時刻毎の、（Ｂ）は夜間における時
刻毎の分布状況を示す。

【図１０】貯蔵タンクの底板から１．６ｍ高さにおけ
る側板外周の円周方向歪分布実測結果を示グラフで、
（Ａ）は温度補正をしない場合を、（Ｂ）は本発明によ
るシステムによって温度補正を行なった場合を示す。

【図１１】貯蔵タンクの底板から５０ｃｍ高さにおけ
る側板外周の温度補正前の円周方向歪分布実測結果を示
グラフで、（Ａ）は午前３時から翌日午前３時までの計
測結果を、（Ｂ）は６日間に亘る午前３時の計測結果を
示す。

【図１２】貯蔵タンクに石油を受入れる間の１．６ｍ
高さ位置における側板外周の温度分布を各液面高さ時に
ついて示すグラフである。

【図１３】貯蔵タンクに石油を受入れる間の１．６ｍ
高さ位置における側板外周の温度補正前の歪分布を液面
高さ毎に示すグラフである。

【図１４】貯蔵タンクに石油を受入れる間の１．６ｍ
高さ位置における側板外周の温度補正後の歪分布を液面
高さ毎に示すグラフである。

【図１５】貯蔵タンク内の石油液面高さと円周方向歪
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１底板２側板３底板と側板の接合部４歪測定用光ファイバー６温度測定用ファイバー７歪測定用光ファイバー８温度測定用ファイバー９歪計測装置１０温度計測装置１１データ処理装置１２状態表示１３データベース１５光ファイバー１６鋼板１７固定点１８固定点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上克明長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内Ｆターム(参考） 2F056 VF02 VF11 2F065 AA65 CC14 EE01 FF41 GG04 LL02 UU07 2G043 AA03 CA07 EA03 EA14 FA01 GA08 HA05 LA01 NA01 NA06 NA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物等に歪測定用と温度測定用の光フ
ァイバーを近接して布設し、歪計測装置と温度計測装置
を具備し、温度計測結果を用いて歪計測値に対する温度
補正を含むデータ処理を行なうデータ処理装置を具備す
ることを特徴とする光ファイバーによる歪分布測定の温
度補正システム。
【請求項２】前記構造物等に布設する歪計測用光ファ
イバーは測定始端と終端を光ファイバーに初期張力を与
えた状態で前記構造物に固定することを特徴とする請求
項１記載の光ファイバーによる歪分布測定の温度補正シ
ステム。
【請求項３】前記構造物等に布設する歪計測用光ファ
イバーは測定始端と終端を光ファイバーに初期張力を与
えた状態で前記構造物に固定し、前記固定点間の光ファ
イバーを前記構造物等に接着することを特徴とする請求
項１記載の光ファイバーによる歪分布測定の温度補正シ
ステム。
【請求項４】前記構造物等に布設する光ファイバーの
歪計測部位における光ファイバーの温度と基準温度との
差ΔＴ℃と該部位における光ファイバーに発生している
歪ε０と前記歪測定装置で計測される歪値εＢとの間の
関係式をε０＝εＢ−α・ΔＴとして温度補正を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の光ファイバーによる歪分
布測定の温度補正システム。
【請求項５】前記構造物が鉄鋼製の貯蔵タンクである
場合、該貯蔵タンクの底板に接合された側板の該接合部
近傍及び前記底板から適宜高さ位置の全周に亘って歪測
定用の光ファイバーをリング状に布設し、前記側板上の
適宜高さ位置に全周に亘って布設された歪測定用光ファ
イバーに近接して温度測定用の光ファイバーを布設し、
該光ファイバーによる温度測定結果を用いて前記歪測定
用光ファイバーによる歪測定値に対する温度補正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバーによる歪
分布測定の温度補正システム。