JP2003028618A

JP2003028618A - 歪み検知用光ケーブルおよびこれを用いた歪み検知装置

Info

Publication number: JP2003028618A
Application number: JP2001209881A
Authority: JP
Inventors: Kazunaga Kobayashi; 和永小林; Masahiro Kusakari; 雅広草刈; Suehiro Miyamoto; 末広宮本; Tetsuya Asano; 哲也浅野; Gohei Matsumoto; 剛平松本; Tatsu Yoshiumi; 達吉海
Original assignee: Fujikura Ltd; NTT Infrastructure Network Corp
Current assignee: Fujikura Ltd; NTT Infrastructure Network Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】歪み検知用光ケーブルの温度特性を改善して、
歪み検知における信頼性の向上を図る。【解決手段】測定対象物における歪みを検知するため
に、該測定対象物上に固定して用いられる光ケーブルで
あって、光ファイバ３と抗張力体１がシース２で一括的
に被覆されてなり、線膨張係数が３×１０^-5以下であ
り、かつ０．１％の伸びでの引張応力が４０Ｎ以下であ
ることを特徴とする歪み検知用光ケーブル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物におけ
る歪みを検知するために、該測定対象物上に固定して用
いられる歪み検知用光ケーブルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図４（ａ）に例示するように、
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歪み測定の対象物４０上に、
長尺な光ケーブル３０を弛みのない状態、または張力を
付与した状態で配して間欠的に固定し、ブリルアン光増
幅とＯＴＤＲ（optical time domain reflectometer）
を組み合わせたＢＯＴＤＲなどの測定装置によって、光
ファイバの歪み分布を測定する歪み検知装置が提案され
ている。図中符号３１は光ケーブルの固定部を示してい
る。このような歪み検知装置によれば、例えば図４
（ｂ）に示すように、クラックが発生するなどして測定
対象物４０に歪みが生じると、その近傍の光ケーブル３
０にも歪みが生じて光の伝搬状態が変化するので、これ
を監視することによってクラックの発生等を検知するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
歪み検知装置における問題点の１つとして、光ケーブル
が布設されている場所の温度変化に伴って、光ケーブル
にその線膨張係数に応じた伸縮が生じ、これに起因して
光の伝搬状態が変化する場合がある。この場合には、Ｂ
ＯＴＤＲなどの測定装置で検知された歪みが、果たして
地盤の変位に伴うものであるのか、あるいは光ケーブル
の伸縮によるものなのかが判断できなくなってしまう、
という問題があった。

【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、歪み検知用光ケーブルの温度特性を改善して、歪み
検知における信頼性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】本発明者等は、光ケーブ
ルの伸縮が歪み検知装置における測定結果に与える影響
について鋭意研究した結果、歪み検知用光ケーブルを測
定対象物上に間欠的に固定する際には、固定箇所の間隔
を１〜５ｍ程度の範囲内、好適には２ｍ程度とし、歪み
検知用光ケーブルの伸びが０．２％以内、好適には０．
１％程度となるように伸張させた状態で固定することが
好ましいこと、そして、この場合に、歪み検知用光ケー
ブルの線膨張係数を３×１０^-5以下とし、かつ０．１％
伸びでの引張応力を４０Ｎ以下とすれば、温度変化に起
因する測定誤差を０．０５％以内に抑えることが可能で
あることを見出して本発明に至った。すなわち前記課題
は、測定対象物における歪みを検知するために、該測定
対象物上に固定して用いられる光ケーブルであって、光
ファイバと抗張力体がシースで一括的に被覆されてな
り、線膨張係数が３×１０^-5以下であり、かつ０．１％
の伸びでの引張応力が４０Ｎ以下であることを特徴とす
る歪み検知用光ケーブルによって解決できる。本発明の
歪み検知用光ケーブルを用いて歪み検知装置を構成する
場合、測定対象物上に固定する際の歪み検知用光ケーブ
ルの伸びは０．２％以内とする。

【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、本発明の歪み検知用光ケーブル（以下、単に光
ケーブルということもある）の一実施形態を示した断面
図である。本実施形態の光ケーブル１０は、４本の光フ
ァイバ３を一括被覆層４で一体化してなる光ファイバテ
ープ心線５を用い、この光ファイバテープ心線５の周上
にシース２を被覆するとともに、シース２中に２本の抗
張力体１を光ファイバ３と平行となるように埋め込んだ
構成を有している。各光ファイバ３の中心軸および各抗
張力体１の中心軸は一平面上にある。

【０００７】本実施形態の光ケーブル１０は、線膨張係
数が３×１０^-5以下であり、かつ０．１％の伸びでの引
張応力が４０Ｎ以下となるように設計される。ここで、
光ケーブル１０の線膨張係数αおよび伸び０．１％での
引張応力Ｅ（単位：Ｎ）は、光ケーブル１０を構成して
いる抗張力体１、シース２、光ファイバ３、および一括
被覆層４のそれぞれの線膨張係数をα1、α2、α3、お
よびα4、それぞれの剛性率（伸び０．１％での単位面
積当たり剛性、単位：ｋｇ／ｍｍ ²）をE1、E2、E3、お
よびE4、それぞれの断面積（単位：ｍｍ²）をA1、A2、A
3、およびA4とするとき、次の計算式（１）（２）によ
り理論的に計算される。 α＝（α1・E1・A1＋α2・E2・A2＋α3・E3・A3＋α4・E4・A4）／（E1・A1＋ E2・A2＋E3・A3＋E4・A4） ……（１）Ｅ＝（E1・A1＋E2・A2＋E3・A3＋E4・A4）／１０００ ……（２）

【０００８】本発明において、光ケーブル１０の線膨張
係数が３×１０^-5以下であり、かつ０．１％の伸びでの
引張応力が４０Ｎ以下であるならば、光ケーブル１０
を、固定間隔１〜５ｍ、より好ましくは１〜２ｍ、初期
伸び０．２％以下の好ましい条件で間欠的に固定して布
設したときに、通常の歪み検知装置の使用環境での温度
変化の範囲内（−３０〜６０℃）において、温度変化に
起因する光ケーブル１０の伸び変化を０．０５％以内に
抑えることができ、したがって歪み検知における温度変
化による測定誤差を０．０５％以内に抑えることができ
る。歪み検知における測定誤差が０．０５％より大きい
と、測定対象物の歪みを正確に検知するのが困難となる
ため望ましくない。

【０００９】光ケーブル１０を測定対象物上に間欠的に
固定する際、ある程度伸張させた状態で固定すること
は、測定対象物の伸び側および圧縮側の両方の歪みを検
知するのに好ましく、さらには線膨張に伴う光ケーブル
１０の伸縮を極力なくすためにも好ましい。逆に、布設
時の初期伸びが大きすぎると、僅かな応力で光ケーブル
１０を構成している光ファイバが破断するおそれがある
ので、初期伸びは０．２％以下とするのが好ましく、
０．１％程度がより好ましい。また、光ケーブル１０の
固定間隔は、大きいほど歪みが発生した部位を特定する
精度が悪くなり、小さいほど固定箇所が多くなって布設
コストや作業時間の点で不利になる。実用的には１〜５
ｍが好ましく、１〜２ｍがより好ましい。また、光ケー
ブル１０を、人手によって壁面に固定するなどの布設時
の作業性を考慮すると、初期伸びにおける引張応力が４
０Ｎ以下であることが望ましい。

【００１０】一方、光ケーブル１０の線膨張係数の下限
値は小さいほど好ましいが、光ケーブル１０を構成する
抗張力体の線膨張係数が、一般的には１．０×１０^-5以
上であるので、光ケーブル１０の線膨張係数をこれより
小さくすることは製造上困難である。また光ケーブル１
０の引張応力の下限値は、光ケーブル１０を構成する１
本の光ファイバ３について、０．１％の伸びでの引張応
力が約１Ｎであるので、光ケーブル１０の伸び０．１％
での引張応力を１Ｎより小さくすることは製造上不可能
である。

【００１１】本実施形態の光ケーブル１０について具体
的に説明すると、光ファイバ３としてはシングルモード
ファイバガラス等が用いられる。本実施形態において好
ましくは、光ファイバ３の線膨張率α3は３．０×１０
^-7、剛性率（伸び０．１％、以下同様）E3は７２００ｋ
ｇ／ｍｍ²、断面積A3は０．０５ｍｍ²程度である。ま
た、光ファイバテープ心線５における一括被覆層４は、
一般的に紫外線硬化型樹脂等を用いて、厚さ０．３〜
０．４ｍｍ程度に形成される。本実施形態において好ま
しくは、一括被覆層４の線膨張率α4は１．０×１
０^-4、剛性率E4は５０ｋｇ／ｍｍ²、断面積A4は０．３
ｍｍ²程度である。

【００１２】抗張力体１としては、ステンレス（ＳＵ
Ｓ）線や鋼線が好適に用いられる。抗張力体１の材質、
太さ、数、配置等は適宜変更可能ではあるが、抗張力体
１の材質が変わると線膨張率α1および剛性率E1が変化
し、太さおよび数が変わると断面積A1が変化するので、
光ケーブル１０の線膨張係数および０．１％の伸びでの
引張応力が、好ましい範囲内となるように設計する。本
実施形態では、外径０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍのステン
レス（ＳＵＳ）線や鋼線が好適に用いられ、その線膨張
率α1は１．０×１０^-5、剛性率E1は２００００ｋｇ／
ｍｍ²程度である。

【００１３】シース２の材料は特に限定されないが、例
えばポリエチレン、難燃化ポリエチレン、ポリ塩化ビニ
ル等が好適に用いられる。シース２の材質、厚さ、断面
形状等は適宜変更可能ではあるが、シース２の材質が変
わると線膨張率α2および剛性率E2が変化し、厚さや断
面形状が変わると断面積A2が変化するので、光ケーブル
１０の線膨張係数および０．１％の伸びでの引張応力
が、好ましい範囲内となるように設計する。本実施形態
において、シース２は難燃化ポリエチレンを用いて、厚
さ２〜３ｍｍ程度に形成され、その線膨張率α2は１．
０×１０^-4、剛性率E2は２０〜５０ｋｇ／ｍｍ²、断面
積A2は５〜６ｍｍ²程度である。

【００１４】本発明の歪み検知装置の一実施形態は、例
えば本実施形態の歪み検知用光ケーブル１０を、測定対
象物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に接
続することによって構成される。光ケーブル１０の固定
方法は特に限定されないが、例えば光ケーブル１０を、
その光伝送特性を損なわないように把持できる固定具で
間欠的に把持し、該固定具を測定対象物上に固定する。
固定具を測定対象物上に固定する際には、固定箇所の間
隔を１〜２ｍ程度の範囲内、好適には２ｍ程度とし、光
ケーブル１０の伸びが０．２％以内、好適には０．１％
程度となるように伸張させた状態で固定する。

【００１５】本実施形態の歪み検知装置にあっては、測
定対象物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光ケーブル１０に歪みが生じ
る。光ケーブル１０に歪みが生じると光の伝搬状態が変
化するので、これを監視することによってクラックの発
生等を検知することができる。また、光ケーブル１０
は、線膨張係数が３×１０^-5以下であり、かつ０．１％
の伸びでの引張応力が４０Ｎ以下となるように設計され
ているので、常温〜６０℃の範囲の温度変化に起因する
伸びの変化量を０．０５％以内に抑えることができる。
したがって、本実施形態の歪み検知装置によれば、温度
変化が生じ得る使用環境下においても、測定対象物の歪
みを高精度で検知することができる。

【００１６】なお、本実施形態では光ファイバテープ心
線５を用いて光ケーブル１０を構成したが、この構成に
限らず、光ファイバ３と抗張力体１がシース２で一括的
に被覆された構成であれば適宜変更可能である。また光
ファイバ３は、必要に応じて被覆が施されていてもよ
い。

【００１７】

【実施例】以下、具体的な実施例を示して本発明の効果
を明らかにする。（実施例１）図１に示す構成の光ケーブル１０を作製し
た。抗張力体１としては外径０．２ｍｍのＳＵＳ線を用
い、シース２の材料としては難燃化ポリエチレンを用い
た。この光ケーブル１０を構成している抗張力体１、シ
ース２、光ファイバ３、および一括被覆層４のそれぞれ
の線膨張係数α1、α2、α3、α4、それぞれの剛性率E
1、E2、E3、E4、それぞれの断面積A1、A2、A3、A4は、
下記表の通りであった。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１に基づいて、この光ケーブル１０の線
膨張係数αおよび伸び０．１％での引張応力Ｅを上記計
算式（１）（２）により求めると、線膨張係数α＝３．
０×１０^-5、引張応力Ｅ（０．１％伸び）＝約２０Ｎで
あった。一方、作製した光ケーブル１０について、環境
温度が６０℃の高温、および−３０℃の低温であるとき
の伸びを実験により測定した。具体的には、まず常温下
において光ケーブル１０を、初期伸びが０．１％となる
ように張力をかけた状態で２ｍ間隔で間欠的に固定し
た。そして、高温環境下（あるいは低温環境下）に１時
間放置した後の伸びを測定した。その結果、６０℃での
伸びは０．１３％、−３０℃での伸びは０．１０％であ
った。

【００２０】（試験例１）また、実施例１において、シ
ースの目付けや、シースのヤング率を適宜変更すること
によって、光ケーブル１０の線膨張係数αを１．０×１
０^-5〜５．０×１０^-5の範囲で変化させ、実施例１と同
様にして高温下および低温下での伸びを測定した。高温
下での測定結果を図２のグラフに実線で示し、低温下
での測定結果を図３のグラフに実線で示す。

【００２１】（実施例２）上記実施例１において、抗張
力体であるＳＵＳ線の外径を０．３ｍｍに変更した他は
同様にして光ケーブル１０を作製した。この光ケーブル
１０を構成している抗張力体１、シース２、光ファイバ
３、および一括被覆層４のそれぞれの線膨張係数α1、
α2、α3、α4、それぞれの剛性率E1、E2、E3、E4、そ
れぞれの断面積A1、A2、A3、A4は、下記表の通りであっ
た。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２に基づいて、この光ケーブル１０の線
膨張係数αおよび伸び０．１％での引張応力Ｅを上記計
算式（１）（２）により求めると、線膨張係数α＝１．
３×１０^-5、引張応力Ｅ（０．１％伸び）＝約４０Ｎで
あった。一方、作製した光ケーブル１０について、上記
実施例１と同様にして高温下および低温下での伸びを測
定した。その結果、６０℃での伸びは０．１１％、−３
０℃での伸びは０．１０％であった。

【００２４】（試験例２）また、実施例２において、シ
ースの目付けや、シースのヤング率を適宜変更すること
によって、光ケーブル１０の線膨張係数αを１．０×１
０^-5〜５．０×１０^-5の範囲で変化させ、実施例１と同
様にして高温下および低温下での伸びを測定した。高温
下での測定結果を図２のグラフに実線で示し、低温下
での測定結果を図３のグラフに実線で示す。

【００２５】（比較試験例１）図５は、従来よりインド
アケーブルとして用いられているケーブルの例を示した
断面図であるが、この構成を有するインドアケーブル２
０を作製し、比較のために試験を行った。すなわち、光
ファイバ素線２３と平行に２本の抗張力体２１，２１を
配し、これらの周上にシース２２を一括的に被覆した。
シース２２の断面形状は略楕円形で光ファイバ素線２３
を通る短径方向において切欠部２２ａ、２２ａを有する
形状とした。抗張力体２１としては外径０．４ｍｍの鋼
線を用い、シース２２は繊維強化ポリエチレン（FRPE）
で形成した。このインドアケーブル２０を構成している
抗張力体２１、シース２２のそれぞれの線膨張係数α
1、α2、それぞれの剛性率E1、E2、それぞれの断面積A
1、A2は、下記表の通りであった。なお、光ファイバ素
線２３の目付けは小さく、ケーブル全体から見るとほと
んど寄与しないので０とみなした。

【００２６】

【表３】

【００２７】表３に基づいて、この光ケーブル１０の線
膨張係数αおよび伸び０．１％での引張応力Ｅを上記計
算式（１）（２）により求めると、線膨張係数α＝約
２．１×10^-5、引張応力Ｅ（０．１％伸び）＝約５１Ｎ
であった。一方、作製したインドアケーブル２０につい
て、上記実施例１と同様にして高温下および低温下での
伸びを測定したところ、６０℃での伸びは０．１２％で
−３０℃での伸びは０．１０％であった。このインドア
ケーブル２０を用いて間欠固定を試みたが、引張応力が
大きいため、好ましく伸張させた状態で固定するのに必
要な張力で把持するのが困難であった。

【００２８】これらの結果より、図２および図３のグラ
フにも示されるように、間欠的に固定されている光ケー
ブル１０の伸びは、低温時には常温時とほとんど変わら
ないが、高温時には線膨張係数の影響を大きく受けて伸
びが増大する。歪み検知用光ケーブルとしては、線膨張
係数が３×１０^-5以下とすることにより、温度変化に起
因する伸びを０．０５％以下に抑えることができること
が認められた。また、所定張力による布設作業において
は、引張応力Ｅ（０．１％伸び）が４０Ｎ以下であれ
ば、作業が容易であった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
測定対象物における歪みを検知するために、該測定対象
物上に固定して用いられる歪み検知用光ケーブルを、光
ファイバと抗張力体がシースで一括的に被覆された構成
とするとともに、線膨張係数が３×１０^-5以下であり、
かつ０．１％の伸びでの引張応力が４０Ｎ以下となるよ
うに設計することにより、歪み検知用光ケーブルの温度
特性を改善して、温度変化に起因する測定誤差を０．０
５％以内に抑えることができ、また所定張力での布設作
業も容易に行うことができるので、歪み検知における信
頼性を向上させることができる。また、本発明の歪み検
知装置は、本発明の歪み検知用光ケーブルを用いたもの
であるので、温度変化が生じ得る使用環境下において
も、測定対象物の歪みを高精度で検知することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例を示す断面図である。

【図２】本発明に係る試験例の結果を示すグラフであ
る。

【図３】本発明に係る試験例の結果を示すグラフであ
る。

【図４】（ａ）および（ｂ）は歪み検知用光ケーブルを
用いて歪みを検知する方法の説明図である。

【図５】従来のインドアケーブルの例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…抗張力体、２…シース、３…光ファイバ、１０…歪
み検知用光ケーブル、４０…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二丁目31番１号エヌ・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二丁目31番１号エヌ・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二丁目31番１号エヌ・ティ・ティ・インフラネット株式会社内Ｆターム(参考） 2F051 AA06 AB03 BA07 2F065 AA01 AA65 BB05 CC14 DD11 FF32 FF41 LL02 LL03 PP01 UU03 2H001 DD06 DD09 DD11 DD23 KK06 KK17 PP01 2H038 AA03 AA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物における歪みを検知するため
に、該測定対象物上に間欠的に固定して用いられる光ケ
ーブルであって、光ファイバと抗張力体がシースで一括的に被覆されてな
り、線膨張係数が３×１０^-5以下であり、かつ０．１％
の伸びでの引張応力が４０Ｎ以下であることを特徴とす
る歪み検知用光ケーブル。
【請求項２】歪み検知用光ケーブルを測定対象物上に
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、前記歪み検知用光ケーブルとして、請求項１記載の歪み
検知用光ケーブルを用い、該歪み検知用光ケーブルを測
定対象物上に０．２％以内の伸びで伸張させた状態で間
欠的に固定してなることを特徴とする歪み検知装置。