JP2002267425A - 歪み検知装置および歪み検知用複合ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブリルアン散乱光を用いたＯＴＤＲ手法によ
り、測定対象物上に固定した光ケーブルにおける歪み分
布を測定することによって、その測定対象物における歪
みを検知する際に、温度変化によって生じる測定誤差を
容易かつ高精度に補償して、歪み検知精度の向上を図
る。 【解決手段】温度補償用光ファイバを金属管内に余長を
有する状態で収容してなる温度補償用光ケーブル１を、
歪み検知用光ケーブル２０と平行に配した状態で、測定
対象物２５上に間欠的に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブリルアン散乱光
を用いたＯＴＤＲ（optical time domain reflectometr
y）手法により、測定対象物上に固定した光ケーブルに
おける歪み分布を測定することによって、前記測定対象
物における歪みを検知する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、道路脇斜面などの地盤や、とう
道あるいはトンネルの内壁面などの建造物といった測定
対象物上に、長尺な光ケーブルをたるみのない状態、ま
たは張力を付与した状態で配して間欠的に固定し、ブリ
ルアン散乱光を用いたＯＴＤＲ手法（ＢＯＴＤＲ）によ
り、この光ケーブルにおける歪み分布を測定することに
よって、前記測定対象物における歪みを検知する装置が
提案されている。このような装置にあっては、クラック
が発生するなどして測定対象物に歪みが生じると、該歪
みが生じた部位の近傍で光ケーブルに歪みが生じる。ブ
リルアン光増幅におけるブリルアン周波数シフト量は光
ファイバ中を伝搬する超音波の速度に依存し、光ファイ
バ中の超音波速度は光ファイバの機械的歪みの関数であ
る。したがって、この関係に基づいてブリルアン周波数
シフト量を測定することによって光ケーブルに生じた歪
みを評価することができ、これによってこの光ケーブル
が固定されている測定対象物に生じた歪みを評価するこ
とができる。またこれと同時に、ＯＴＤＲの原理により
歪みの位置も測定可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
して歪みを検知する場合に問題になるのは、ブリルアン
周波数シフト量は歪みに依存する他に、温度にも依存し
て変化するので、光ケーブルの布設場所において温度変
化が生じると、歪みの検知を正確に行うことができなく
なることである。これに対しては、例えば歪み検知用の
光ケーブルの布設場所の一箇所または複数箇所に温度計
を設置して温度を測定し、その温度測定値から温度変化
に起因するブリルアン周波数シフト量を推定し、その結
果を用いて歪み検知用光ケーブルにおける測定データを
補正する方法が考えられる。しかしながら、このような
方法では、温度の測定場所が間欠的にしか得られないう
え、温度計による実測温度からブリルアン周波数シフト
量を推定するので、実際のブリルアン周波数シフト量と
は誤差があり、精度が十分でないという問題がある。

【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、ブリルアン散乱光を用いたＯＴＤＲ手法により、測
定対象物上に固定した光ケーブルにおける歪み分布を測
定することによって、その測定対象物における歪みを検
知する際に、温度変化によって生じる測定誤差を容易か
つ高精度に補償して、歪み検知精度の向上を図ることを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の歪み検知装置は、歪み検知用光ケーブルを
測定対象物上に弛みのない状態で間欠的に固定し、ブリ
ルアン散乱光を用いたＯＴＤＲ手法により前記歪み検知
用光ケーブルにおける歪み分布を測定することによっ
て、前記測定対象物における歪みを検知する歪み検知装
置において、温度補償用光ファイバを金属管内に余長を
有する状態で収容してなる温度補償用光ケーブルが、前
記歪み検知用光ケーブルと平行に配された状態で、前記
測定対象物上に間欠的に固定されていることを特徴とす
る。前記金属管の周上にプラスチックシースが設けられ
ていることが好ましい。前記歪み検知用光ケーブルと前
記温度補償用光ケーブルとを一体化してもよい。 前記
温度補償用光ケーブルにおいて、前記金属管内における
前記温度補償用光ファイバの余長量が０．１％以上２％
以下であることが好ましい。また、本発明の歪み検知用
複合ケーブルは、歪み検知用光ファイバ心線の周上にプ
ラスチックシースを有する歪み検知用光ケーブルと、温
度補償用光ファイバが金属管内に余長を有する状態で収
容され、前記金属管の周上にプラスチックシースを有す
る温度補償用光ケーブルとが、平行に配された状態で一
体化されていることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明において用いられる温度補償用光ケーブル
の実施形態を示した断面図であり、図２は図１の温度補
償用光ケーブルの変形例を示した断面図である。図３お
よび図４は、本実施形態の温度補償用光ケーブル１
（５）を用いて構成される歪み検知装置の実施形態を示
すものであり、これらを測定対象物上に固定した状態を
例示した概略図である。本実施形態の装置は、例えば図
３に示すように、検知用光ケーブル２０と温度補償用光
ケーブル１（５）を、測定対象物２５上に間欠的に固定
するとともに、両者の端部を、ブリルアン散乱光を用い
たＯＴＤＲ手法（ＢＯＴＤＲ）により歪み分布を測定す
るように構成された測定装置（図示せず）に接続するこ
とによって構成されている。図中符号２１は固定部を示
しており、検知用光ケーブル２０と温度補償用光ケーブ
ル１（５）が共通の固定具で一括的に把持され、該固定
具が測定対象物に固定されている。

【０００７】歪み検知用光ケーブル２０としては、歪み
検知用光ファイバ心線の周上にシースを被覆するととも
に、シース中に抗張力体を光ファイバ心線と平行となる
ように埋め込んだ構成のものが好適に用いられる。歪み
検知用光ファイバ心線は特に限定されず、一般的なシン
グルモード光ファイバを用いたものを使用することがで
きる。歪み検知用光ケーブル２０を構成する歪み検知用
光ファイバ心線の数や配置は適宜変更可能である。抗張
力体としては、例えば鋼線、ステンレス線（ＳＵＳ
線）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が用いられ
る。抗張力体の数や配置は適宜変更可能である。シース
は、ポリエチレンなどの一般的なシース材料が用いら
れ、シースの外径は、例えば３ｍｍ〜２０ｍｍ程度に好
ましく設定される。

【０００８】図１に示した温度補償用光ケーブル１は、
金属管２内に温度補償用光ファイバ心線３をルースな状
態に収容したものである。温度補償用光ファイバ心線３
は、これと平行配置される歪み検知用光ファイバ心線と
同一のものが用いられ、余長を有する状態で金属管２内
に収容される。本実施形態では外径２５０μｍの光ファ
イバ心線が用いられている。金属管２の材質、厚さ、大
きさ等は特に限定されないが、この金属管２内の温度補
償用光ファイバ心線３の温度変化が、歪み検知用光ケー
ブル２０内の歪み検知用光ファイバ心線の温度変化と、
常に略同一となるように設計するのが好ましい。金属管
２の好適な例としてはステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる
管が挙げられる。本実施形態において、金属管２はＳＵ
Ｓ管であり、その内径は０．７ｍｍで外径は０．９ｍｍ
である。

【０００９】本実施形態の温度補償用光ケーブル１にお
いて、金属管２内における温度補償用光ファイバ心線３
の余長量は、測定対象物２５の想定される変位量によっ
ても異なるが、０．１％以上２％以下程度の範囲内とす
ることが好ましい。ここで、金属管２内における温度補
償用光ファイバ心線３の余長量とは、長さＬｍの金属管
２内に収容されている光ファイバ心線３の長さをＬｏと
するとき、（Ｌｏ−Ｌｍ）／Ｌｍ×１００で表される値
（単位：％）をいう。温度補償用光ファイバ心線３の余
長量が大き過ぎると歪み検知用光ファイバ心線と温度補
償用光ファイバ心線３との条長の差が大きくなり、正確
な歪み測定を行うことができなくなってしまう。一方、
温度補償用光ファイバ心線３の余長量が小さ過ぎると、
例えば図４に示すように、測定対象物２５にクラックが
発生するなどして歪みが生じたときに、温度補償用光フ
ァイバ心線３にも歪みが生じて、正確な測定ができなく
なってしまう。

【００１０】図２に示した温度補償用光ケーブル５は、
図１に示した温度補償用光ケーブル１の金属管２の周上
にプラスチックシース４を被覆したものである。プラス
チックシース４の材質としては、歪み検知用光ケーブル
２０のシースと同じ樹脂材料を好ましく使用することが
でき、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル等が好まし
く用いられる。またプラスチックシース４の厚さは特に
限定されないが、好ましくは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの
範囲内で設定される。

【００１１】本実施形態の歪み検知装置にあっては、図
４に示すように測定対象物２５にクラックが生じるなど
して歪みが生じると、その近傍に固定されている歪み検
知用光ケーブル２０に歪みが生じる。一方、温度補償用
光ケーブル１（５）においては、金属管２自体は測定対
象物２５の歪みの影響を受けるが、温度補償用光ファイ
バ心線３は余長を有しているので歪みの影響を受けな
い。したがって、歪み検知用光ケーブル２０内の歪み検
知用光ファイバ心線と、温度補償用光ケーブル１（５）
内の温度補償用光ファイバ心線３について、ＢＯＴＤＲ
で同時に測定を行い、両者のデータの差分をとることに
よって、検知用光ファイバ心線についてのデータのう
ち、温度変化に起因する分を精度良くキャンセルするこ
とができるので、測定対象物２５の歪みを高精度で検知
することができる。

【００１２】また、本発明の歪み検知装置において、温
度補償用光ケーブル１（５）は、温度補償用光ファイバ
心線３を金属管２内に収容して構成されているので、温
度補償用光ファイバ心線３の余長制御が容易であり、温
度補償用光ケーブル１（５）の製造も容易である。また
温度補償用光ケーブル１（５）は取り扱い性が良いの
で、測定対象物２５上への布設も作業性良く行うことが
できる。特に、図２に示す温度補償用光ケーブル５は、
金属管２の周上にプラスチックシース４が設けられてい
るので、外的応力による金属管の損傷や損が防止され
る。

【００１３】また、上記実施形態においては、検知用光
ケーブル２０と温度補償用光ケーブル１（５）とを別体
とし、これらを共通の固定具を用いて一括的に測定対象
物に固定したが、予め検知用光ケーブルと温度補償用光
ケーブルとが一体化されている歪み検知用複合ケーブル
を用いることもできる。図５は本発明の歪み検知用複合
ケーブルの第１の実施形態を示した断面図であり、
（ａ）は温度補償用光ファイバを挿通する前の状態を示
したもので、（ｂ）は温度補償用光ファイバを挿通した
後の状態を示したものである。本実施形態の歪み検知用
複合ケーブル１０は、歪み検知用光ケーブル１１と温度
補償用光ケーブル１２とが連結部１６によって一体化さ
れている。

【００１４】歪み検知用光ケーブル１１としては、歪み
検知用光ファイバ心線３ａの周上にシース１５を被覆す
るとともに、シース１５中に抗張力体１４を光ファイバ
心線３ａと平行となるように埋め込んだ構成のものが好
適に用いられる。歪み検知用光ファイバ心線３ａは特に
限定されず、一般的なシングルモード光ファイバを用い
たものを使用することができる。歪み検知用光ケーブル
１１を構成する歪み検知用光ファイバ心線３ａの数や配
置は適宜変更可能である。抗張力体１４としては、例え
ば鋼線、ステンレス線（ＳＵＳ線）、繊維強化プラスチ
ック（ＦＲＰ）等が用いられる。抗張力体の数や配置は
適宜変更可能である。シース１５は、ポリエチレンなど
の一般的なシース材料が用いられ、シースの外径は、例
えば３ｍｍ〜２０ｍｍ程度に好ましく設定される。

【００１５】温度補償用光ケーブル１２は、プラスチッ
クシース１７で被覆された金属管１３ｂ内に温度補償用
光ファイバ心線１３ａがルースな状態で収容されてい
る。温度補償用光ファイバ心線１３ａは、これと平行配
置される歪み検知用光ファイバ心線３ａと同一のものが
好ましく用いられ、余長を有する状態で金属管２内に収
容されている。本実施形態では外径２５０μｍの光ファ
イバ心線が用いられている。金属管１３ｂの材質、厚
さ、大きさ等は特に限定されないが、この金属管１３ｂ
内の温度補償用光ファイバ心線１３ａの温度変化が、歪
み検知用光ケーブル１１内の歪み検知用光ファイバ心線
３ａの温度変化と、常に略同一となるように設計するの
が好ましい。金属管１３ｂの好適な例としてはステンレ
ス鋼（ＳＵＳ）からなる管が挙げられる。本実施形態に
おいて、金属管１３ｂはＳＵＳ管であり、その内径は
０．７ｍｍで外径は０．９ｍｍである。プラスチックシ
ース１７の材質としては、歪み検知用光ケーブル１１の
シース１５と同じ樹脂材料を好ましく使用することがで
き、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル等が好ましく
用いられる。連結部１６は、歪み検知用光ケーブル１１
と温度補償用光ケーブル１２とを並列状態で一体化でき
るものであればよく、特に限定されない。連結部１６
は、好ましくは温度補償用光ケーブル１２のプラスチッ
クシース１７および歪み検知用光ケーブル１１のシース
１５と同じ材料で構成される。

【００１６】本実施形態の歪み検知用複合ケーブル１０
は、例えば次のようにして製造される。すなわち、図５
（ａ）に示すように、まず金属管１３ｂの周上にプラス
チックシース１７を被覆したシース付き金属管１８を作
製し、これと歪み検知用光ケーブル１１とを一体化す
る。具体的には、例えばシース付き金属管１８と歪み検
知用光ケーブル１１とを平行に配した状態で、これらの
周囲に一括シース（図示略）を形成してして両者を一体
化する。一括シースの断面形状は、シース付き金属管１
８と歪み検知用光ケーブル１１との間にくびれた連結部
１６を有する断面略瓢箪型とする。一括シースおよび連
結部１６は、歪み検知用複合ケーブル１０の全長にわた
って設けてもよく、長さ方向において間欠的に設けても
よい。そして、歪み検知装置を構成する際に、シース付
き金属管１８と歪み検知用光ケーブル１１とを一体化し
た物を測定対象物上に弛みのない状態で間欠的に固定し
た後、図５（ｂ）に示すように、金属管１３ｂ内に温度
補償用光ファイバ心線１３ａを挿通させる。温度補償用
光ファイバ心線１３ａの挿通は、空気圧送方式を用いて
もよく、布設区間が数１０ｍなど比較的短い場合には、
押し込み方式で挿通させてもよい。金属管１３ｂ内にお
ける温度補償用光ファイバ心線１３ａの余長量は、測定
対象物の想定される変位量によっても異なるが、０．１
％以上２％以下程度の範囲内とすることが好ましい。

【００１７】本実施形態によれば、特に、シース付き金
属管１８と歪み検知用光ケーブル１１とを一体化した物
を測定対象物上に弛みのない状態で布設した後に、金属
管１３ｂ内に温度補償用光ファイバ心線１３ａを挿通さ
せるので、布設時に温度補償用光ファイバ心線１３ａが
引っ張り歪みなどの影響を受けることがなく、測定精度
に優れた歪み検知装置が得られる。

【００１８】図６は本発明の歪み検知用複合ケーブルの
第２の実施形態を示した断面図であり、（ａ）は温度補
償用光ファイバを挿通する前の状態を示したもので、
（ｂ）は温度補償用光ファイバを挿通した後の状態を示
したものである。本実施形態の歪み検知用複合ケーブル
３０が前記第１の実施形態の歪み検知用複合ケーブル１
０と異なる点は、温度補償用光ファイバ挿通前におい
て、金属管１３ｂ内に引き込み用の紐３１が挿通されて
いる点である。図６において図５と同じ構成要素には同
一の符号を付してその説明を省略する。

【００１９】本実施形態の歪み検知用複合ケーブル３０
は、例えば次のようにして製造される。すなわち、図６
（ａ）に示すように、まず引き込み用紐３１が挿通され
た金属管１３ｂの周上にプラスチックシース１７を被覆
したシース付き金属管３８を作製し、これと歪み検知用
光ケーブル１１とを一体化する。具体的には、例えばシ
ース付き金属管３８と歪み検知用光ケーブル１１とを平
行に配した状態で、これらの周囲に一括シース（図示
略）を形成してして両者を一体化する。一括シースの断
面形状は、シース付き金属管３８と歪み検知用光ケーブ
ル１１との間にくびれた連結部１６を有する断面略瓢箪
型とする。一括シースおよび連結部１６は、歪み検知用
複合ケーブル３０の全長にわたって設けてもよく、長さ
方向において間欠的に設けてもよい。そして、歪み検知
装置を構成する際に、シース付き金属管３８と歪み検知
用光ケーブル１１との一体化物を被測定物上に弛みのな
い状態で間欠的に固定した後、金属管１３ｂ内に温度補
償用光ファイバ心線１３ａを挿通させる。温度補償用光
ファイバ心線１３ａの挿通は、図７に示すように、まず
金属管１３ｂ内に挿通されている引き込み用紐３１の一
端を、用意した温度補償用光ファイバ心線１３ａの端部
に結びつけた後、引き込み用紐３１の他端側を引っ張る
ことによって、温度補償用光ファイバ心線１３ａを金属
管１３ｂ内に挿通させる。引き込み用紐３１は金属管１
３ｂの外部に引き出される。金属管１３ｂ内における温
度補償用光ファイバ心線１３ａの余長量は、測定対象物
の想定される変位量によっても異なるが、０．１％以上
２％以下程度の範囲内とすることが好ましい。

【００２０】本実施形態によれば、特に、シース付き金
属管３８と歪み検知用光ケーブル１１との一体化物を測
定対象物上に弛みのない状態で布設した後に、金属管１
３ｂ内に温度補償用光ファイバ心線１３ａを挿通させる
ので、布設時に温度補償用光ファイバ心線１３ａが引っ
張り歪みなどの影響を受けることがなく、測定精度に優
れた歪み検知装置が得られる。また引き込み用紐３１を
用いて温度補償用光ファイバ１３ａを金属管１３ｂ内に
挿通させるので、挿通作業が簡単である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
歪み検知用光ケーブルを測定対象物上に弛みのない状態
で間欠的に固定し、ブリルアン散乱光を用いたＯＴＤＲ
手法により前記歪み検知用光ケーブルにおける歪み分布
を測定することによって、前記測定対象物における歪み
を検知する歪み検知装置において、温度補償用光ファイ
バを金属管内に余長を有する状態で収容してなる温度補
償用光ケーブルを、前記歪み検知用光ケーブルと平行に
配し、前記歪み検知用光ケーブルと一括的に前記測定対
象物上に間欠的に固定して、前記温度補償用光ケーブル
および歪み検知用光ケーブルそれぞれにおけるブリルア
ン周波数シフト量を同時に測定し、両者のデータの差分
をとることによって、温度変化に起因するブリルアン周
波数シフト量をキャンセルすることができる。また、温
度補償用光ケーブルは、金属管内に光ファイバ心線を余
長を有する状態で収容したものであるので、余長の制御
が容易であり、製造性や布設作業性も良い。したがって
本発明によれば、ＢＯＴＤＲを用いた歪み検知装置にお
いて、温度変化によって生じる測定誤差を容易かつ高精
度に補償して、歪みの検知精度の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度補償用光ケーブルの一例を示
した断面図である。

【図２】本発明に係る温度補償用光ケーブルの他の例を
示した断面図である。

【図３】本発明に係る歪み検知用光ケーブルと温度補償
用光ケーブルを測定対象物上に固定した状態を例示した
概略図である。

【図４】本発明の装置において測定対象物に歪みが生じ
た状態を説明するための概略図である。

【図５】本発明に係る歪み検知用複合ケーブルの第１の
実施形態を示した断面図であり、（ａ）は温度補償用光
ファイバ挿通前、（ｂ）は温度補償用光ファイバ挿通後
をそれぞれ示している。

【図６】本発明に係る歪み検知用複合ケーブルの第２の
実施形態を示した断面図であり、（ａ）は温度補償用光
ファイバ挿通前、（ｂ）は温度補償用光ファイバ挿通後
をそれぞれ示している。

【図７】本発明に係る歪み検知用複合ケーブルの第２の
実施形態における、温度補償用光ファイバの挿通方法を
説明するための縦断面図である。

【符号の説明】

１、５、１２…温度補償用光ケーブル、２、１３ｂ…金
属管、３…温度補償用光ファイバ心線、３ａ…歪み検知
用光ファイバ心線 １０、３０…歪み検知用複合ケーブル、１１、２０…歪
み検知用光ケーブル、１３ａ…温度補償用光ファイバ心
線、１７…プラスチックシース、２５…測定対象物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草刈 雅広 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 田中 志明 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 宮本 末広 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 浅野 哲也 東京都中央区日本橋浜町２−31−１ エ ヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会社 内 (72)発明者 松本 剛平 東京都中央区日本橋浜町２−31−１ エ ヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会社 内 (72)発明者 吉海 達 東京都中央区日本橋浜町２−31−１ エ ヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会社 内 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA65 CC00 CC14 CC40 EE01 FF32 FF41 LL03 2H038 CA68

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歪み検知用光ケーブルを測定対象物上に
   弛みのない状態で間欠的に固定し、ブリルアン散乱光を
   用いたＯＴＤＲ手法により前記歪み検知用光ケーブルに
   おける歪み分布を測定することによって、前記測定対象
   物における歪みを検知する歪み検知装置において、 温度補償用光ファイバを金属管内に余長を有する状態で
   収容してなる温度補償用光ケーブルが、前記歪み検知用
   光ケーブルと平行に配された状態で、前記測定対象物上
   に間欠的に固定されていることを特徴とする歪み検知装
   置。
2. 【請求項２】前記金属管の周上にプラスチックシースが
   設けられていることを特徴とする請求項１記載の歪み検
   知装置。
3. 【請求項３】前記歪み検知用光ケーブルと前記温度補償
   用光ケーブルとが一体化されていることを特徴とする請
   求項２記載の歪み検知装置。
4. 【請求項４】 前記温度補償用光ケーブルにおいて、前
   記金属管内における前記温度補償用光ファイバの余長量
   が０．１％以上２％以下であることを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載の歪み検知装置。
5. 【請求項５】 歪み検知用光ファイバ心線の周上にプラ
   スチックシースを有する歪み検知用光ケーブルと、温度
   補償用光ファイバが金属管内に余長を有する状態で収容
   され、前記金属管の周上にプラスチックシースを有する
   温度補償用光ケーブルとが、平行に配された状態で一体
   化されていることを特徴とする歪み検知用複合ケーブ
   ル。