JP2003057013A - 光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システム - Google Patents
光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムInfo
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Abstract
変位を光ファイバの曲率変化に変換する機構を備え耐久
性の向上を図ると共に、変位計測範囲および計測感度を
要求に応じて簡易に変更可能なことにある。 【解決手段】 光ファイバ2の曲率変化による透過光強
度変化を利用して変位量を計測する光変位センサ1にお
いて、光ファイバ2を弛緩状態で配設すると共に直径の
異なる2つの円盤3a,4aに光ファイバ2が数回巻か
れた光非減衰円形曲線部4と光減衰円形曲線部3を備
え、光非減衰円形曲線部4の円盤直径を透過光の減衰し
ない35mmφ以上、光減衰円形曲線部3の円盤直径を透
過光の減衰する30mmφ以下とし、緊張状態で配設され
変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線6の伸縮量
で光非減衰円形曲線部4と光減衰円形曲線部3における
光ファイバ2の巻き数を変化させ、計測変位により両円
盤3a,4aへの光ファイバ2の巻きつけ比を変化させ
る機構を備えた。
Description
の早期検知を目的に斜面の変位を計測するため、斜面変
位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化による光
ファイバの透過光強度変化を利用して斜面変位量を計測
する光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位セ
ンサを用いた変状監視システムに関するものである。
る崩壊のみならず種々の環境変化による崩壊事故が多発
している。これらの被害を防止するには地滑りや崩壊の
危険性のある斜面の変位を計測・監視し異常を早期に検
出する必要がある。これまでは斜面の変位を計測する方
法として電気式伸縮センサが主に用いられていたが落雷
などによる故障が多発している。しかし近年光ファイバ
技術の義達と共に光ファイバは電磁誘導に強く落雷の影
響を受けにくく、光ファイバを用いた変位センサは光を
供給するだけで電源、信号線を必要としないなどの特長
より多種方式の光変位センサが開発、実用化されてい
る。
光ファイバの曲率径に比例して透過光強度が変化するこ
とを利用した光変位センサ(明細書での使用名称は「歪
センサ」以下同じ)が示されている。本光変位センサは
監視斜面の変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率
変化に比例して光ファイバの透過光強度が変化すること
を利用して変位量を計測している。
変位センサ(公開特許公報2000−298010の明
細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ)は斜面の変
位で直接光ファイバ曲率を変化させる方式であり、常時
光ファイバに大きな張力がかかり光ファイバの耐久性を
低下させている。また変位量100mm以上の計測や変位
検知感度を向上することが困難であるなどの課題があ
る。以下にこれらの技術上の課題について説明する。
10に示される光ファイバを利用した光変位センサ10
1の構造で、図10は傾斜面への当該センサの設地状況
である。図11において光ファイバ102は板バネ10
5に巻き付けてあり図示矢印のごとく光ファイバ102
が引っ張られると板バネ105および光ファイバの直径
が小さくなり、緩むと板バネ105の復元カで直径が大
きくなる。光ファイバ102の一端から光源102aが
照射され他端に設けられた受光素子102bで透過光を
光/電気変換している。
ー153が打ち込まれ上部に光変位センサ101が設置
される。光変位センサ101からの光ファイバ102は
隣接するアンカーに順次固定され、アンカー間距離の伸
縮により当該光変位センサ101の光ループ直径が変化
する機構となっている。本方式でアンカー間の変位に従
い光変位センサのループ径を追従変化させるには、ファ
イバ102を弛み無く敷設するため約2kg程度の張力を
加える必要がある。しかし石英ガラス等を素材とした光
ファイバに常時張力を加えて敷設することは耐久性・寿
命を低下させる要因となる。
でx軸に光ファイバ直径、y軸に透過光強度を示してい
る。本図よリファイバ直径が35mmφ以上では透過光強
度は減衰無く3mmφ以下は光ファイバの断線が起きるこ
とがわかる。従って図11光変位センサにおいても板バ
ネ105および光ファイバ102の直径が最大35mmφ
〜最小3mmφ程度がセンサに適用範囲であり、変位計測
範囲は下記式1より約100mm程度となる。 (35mm×π)−(3mm×π)=100mm …………………式1 しかし斜面変位監視においては100mm以上の計測範囲
が必要な場合がある。本方式では板バネ105に光ファ
イバ102を複数回巻き付ければ計測範囲の拡大が可能
であるが、複数巻きの光ファイバ直径を均等に変化させ
るには構造が複雑になる。また変位の計測感度を上げる
には光変位センサ自体の検知特性を上げることが必要で
ある。図11光変位センサは光ファイバ102の伸縮量
と光ファイバ直径変化量は1:1の関係にある。微少変
位を高感度で測定するには斜面伸縮量と光ファイバ直径
変化量を1:n(n>1)の関係にするなどの機構が必
要となる。
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、光ファイバセンサに極力張力を加え
ず、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換する機構を
備え耐久性の向上を図ると共に、変位計測範囲および計
測感度を要求に応じて簡易に変更可能な光ファイバを用
いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監
視システムを提供することにある。
めに、請求項1の発明は、光ファイバの張力を軽減する
ため変位量を緊張状態で配設される配線の伸縮量に変換
し、当該配線の伸縮を利用して光ファイバの曲率を変化
させ、光ファイバの透過光強度より変位量を計測する手
段よりなるものである。
率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測す
る光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設
すると共に直径の異なる2つの円盤に光ファイバが数回
巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部を備
え、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しな
い35mmφ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光
の減衰する30mmφ以下とし、緊張状態で配設され変位
検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非
減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバ
の巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファ
イバの巻きつけ比を変化させる機構を備えた手段よりな
るものである。
率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測す
る光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設
すると共に光ファイバを30mmφ以下のコイル状に巻い
た光減衰円形コイル部を備え、緊張状態で配設され変位
検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量による
計測変位により光減衰円形コイル部のコイルピッチを変
化させ、透過光強度変化より変位を計測する手段よりな
るものである。
項3に記載の何れかの光ファイバを用いた光変位センサ
を変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛
緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光
ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端
を受光回路に接続し、受光回路に警報を発する警報出力
回路を接続し、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻
き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度
が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知し
て警報を発するようにした手段よりなるものである。
項3に記載の何れかの光ファイバを用いた光変位センサ
を変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛
緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光
ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端
に切替え光スイッチを介して受光回路を接続し、受光回
路に警報を発する警報出力回路を接続し、警報出力回路
からの警報信号によって切り替えられる切替え光スイッ
チを介して光ファイバの他端に切替え接続され変位検知
箇所の変位発生位置を特定するOTDR回路を設け、変
位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径
が変位により変化して光の透過光強度が変化することを
利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発すると
共に、上記OTDR回路によって変位検知箇所の特定の
変位発生位置を検出するようにした手段よりなるもので
ある。
形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
イバを用いた光変位センサの概略構成図である。
センサ1は、変位を検知する箇所例えば斜面アンカーに
設置された光ファイバ2の所定直径例えば直径30mmφ
以下の光減衰円形曲線部3の巻き数が変位により増減し
て透過光強度が変化することを利用して変位を検知する
機器である。
緩状態で配設される光ファイバ2、光ファイバ2の所定
直径の光減衰円形曲線部3と光非減衰円形曲線部4を内
部に有するハウジング5、変位に連動して光非減衰円形
曲線部4を回転させ緊張状態で配設される配線6などか
ら主に構成されている。
には光源2aが接続され、又光ファイバ2の他端には光
源2aが出た光を受ける受光素子2bが接続されてい
る。受光素子2bが光源2aから出た光の透過光強度の
変化を検知することによって、変位検知箇所で光ファイ
バ2の光減衰円形曲線部3の巻き数の変化を検知して、
変位検知箇所の変位の発生の有無及び変位の方向を検知
できる。
径が所定直径例えば25mmφからなる円盤3aの側周面
に光ファイバ2が数回巻かれた構成からなっている。光
減衰円形曲線部3は光ファイバ2の巻き数の増減によっ
て透過光強度が変化する構造になっている。また、数回
巻かれた光ファイバ2はその一方が円盤3aの側周面の
固定点3bで固定されてハウジング5の機外に弛緩状態
で取り出されている。光ファイバ2の他方は張設されて
光非減衰円形曲線部4の円盤4aの側周面に数回巻かれ
ている。
が連結されている。回転軸3cの他端はボールベアリン
グ3dを介してハウジング5内の取付板5aに取り付け
られたゼンマイバネ3eに連結されている。ゼンマイバ
ネ3eはボールベアリング3dを介して回転軸3cの一
端に連結されている円盤3aを矢印b方向に回転させる
ように付勢している。ゼンマイバネ3eは約200gの
張力で矢印d方向に引っ張っている。
直径が所定直径例えば50mmφからなる円盤4aの側周
面に光ファイバ2が数回巻かれた構成からなっている。
光非減衰円形曲線部4は光減衰円形曲線部3と異なり、
光ファイバ2の巻き数の増減によって透過光強度が変化
することはない。また、数回巻かれた光ファイバ2はそ
の一方が円盤4aの側周面の固定点4bで固定されてハ
ウジング5の機外に弛緩状態で延びている。光ファイバ
2の他方は張設されて光減衰円形曲線部3の円盤3aの
側周面に数回巻かれている。
が連結されている。回転軸4cは上記回転軸3cと平行
に取り付けられている。回転軸4cの他端はボールベア
リング4dを介してハウジング5内の取付板5aに取り
付けられたゼンマイバネ4eに連結されている。ゼンマ
イバネ4eはボールベアリング4dを介して回転軸4c
の一端に連結されている円盤4aを矢印a方向に回転さ
せるように付勢している。ゼンマイバネ4eは約2kgの
張力で矢印c方向に引っ張っている。
曲線部3と光非減衰円形曲線部4を内部に有する箇所
で、変位検知箇所例えば斜面アンカーの頭部に設置され
る。ハウジング5の内部には取付板5aは取り付けられ
ており、この取付板5aに、光減衰円形曲線部3の円盤
3aが回転軸3c、ボールベアリング3d、ゼンマイバ
ネ3eを介して、同様に、光非減衰円形曲線部4の円盤
4aが回転軸4c、ボールベアリング4d、ゼンマイバ
ネ4eを介して、平行に取り付けられている。
され、変位が発生すると伸張して光非減衰円形曲線部4
の円盤4aを回転させて、この光非減衰円形曲線部4の
円盤4aの回転を通じて、円盤4aと円盤3aに張設状
態で数回巻かれている光ファイバ2の円盤3a側の巻き
数を増減させるものである。この配線6には例えばワイ
ヤーや高張力線が使用される。
の中心が取り付けられた円盤6aの側周面にその一端が
固定されて数回巻かれ、他端側はハウジング5内に取り
付けられた滑車6bで方向変換されてハウジング5の外
部に緊張状態で取り出され、図示しない隣接斜面アンカ
ーに設置された光変位センサ1の光非減衰円形曲線部4
のゼンマイバネ4eによる矢印c反対方向約2kgの張力
と均衡して設置される。光減衰円形曲線部3に数回巻か
れた光ファイバ2の巻き数は変位が発生しない状態では
変化せずに維持される。
く作用について以下説明する。ハウジング5が設置され
た変位検知箇所で変位が発生、例えばハウジング5を設
置したアンカーと隣接アンカー間に伸張変位が起きると
張力の均衡がくずれ、配線6が矢印c方向に動くために
円盤6a、円盤4aは反矢印a方向へ回転し円盤4aに
巻き付けられた光ファイバ2がほどけ円盤3aに巻きと
られる構造になっている。
仮に50mmφ、光減衰円形曲線部3の円盤3aの直径を
25mmφとすると前記図4に示すごとく光ファイバ2は
直径約35mm以上では透過光の減衰は無く、直径25mm
φは透過光が減衰するので、円盤4aより円盤3aに巻
き取られた光ファイバ量に比例して透過光強度が低下
し、配線6の変位量を知ることができる。アンカー間変
位が収縮すると円盤3aの光ファイバ2が円盤4aに巻
き取られ前記と逆に透過光強度が増加する。
約2kgの配線伸縮に変換されるので、光ファイバにかか
る張力は円盤4aと円盤3a間に光ファイバ2の弛みを
取るために設けられた約200gの張力が加わる構造で
あり光ファイバ2の耐久性が向上する。
径比を1:2にすればアンカー間変位量の2倍で光ファ
イバ2が伸縮し、反対に計測範囲を拡大する場合は上記
円盤比を2:1にすれば良い。このように円盤6a、円
盤4a、および円盤3aの直径比を変えることにより間
単に変位検知感度や、計測範囲長を変更できる。
光変位センサ初期状態を示す概略図、図2(B)は光変
位センサ変位状態を示す概略図、図3は変位と透過光強
度の関係を示す一例図である。
センサ11は、変位を検知する箇所例えば斜面アンカー
に設置された光ファイバ12の所定直径例えば直径30
mmφ以下の光減衰円形コイル部13のコイルピッチが変
位により変化して透過光強度が変化することを利用して
変位を検知する機器である。
弛緩状態で配設される光ファイバ12、光ファイバ12
の所定直径の光減衰円形コイル部13とバネ14を内部
に有するハウジング15、変位に連動して光減衰円形コ
イル部13のコイルピッチを変化させ緊張状態で配設さ
れる配線16などから主に構成されている。
端には光源12aが接続され、又光ファイバ12の他端
には光源12aが出た光を受ける受光素子12bが接続
されている。受光素子12bが光源12aから出た光の
透過光強度の変化を検知することによって、変位検知箇
所で光ファイバ12の光減衰円形コイル部13のコイル
ピッチの変化を検知して、変位検知箇所の変位の発生の
有無及び変位の方向を検知できる。
は、例えば200g程度の引っ張りバネ定数が小さいコ
イルバネ13aの外周に、光ファイバ12を所定直径例
えば20mmφの直径でコイル状に例えば3〜4回巻いた
構成からなっている。光減衰円形コイル部13は光ファ
イバ2のコイルピッチの変化によって透過光強度が変化
する構造になっている。
衰円形コイル部13の形状をコイル状つまり螺旋状に保
持する機能を果たす。コイルバネ13aの一端は筒状の
ハウジング15内を移動する可動盤15aの内面に連結
され、他端は筒状のハウジング15の閉塞端面に連結さ
れている。
コイル部13の光ファイバ2はその一方が、筒状のハウ
ジング15の内部に移動自在に配置された可動盤15a
の内面の固定点15bで固定されてハウジング15の機
外に弛緩状態で取り出されている。光ファイバ12の他
方はハウジング15の筒状の閉塞端面の固定点15cで
固定されてハウジング15の機外に弛緩状態で取り出さ
れている。
状の一端は閉塞端面に形成され、他端は開口されてい
る。ハウジング15はファイバ12の光減衰円形コイル
部13とバネ14を内部に有する箇所で、変位検知箇所
例えば斜面アンカーの頭部に設置される。ハウジング1
5の内部には可動盤15aが移動自在に配置され、可動
盤15aの内面には光減衰円形コイル部13の一端とバ
ネ14の一端とが固定されている。
動盤15aの内面に連結され、他端はハウジング15の
閉塞端面の内面に連結され、約2kgの張力で可動盤15
aを図示のように左側に引き付けている。
設され、変位が発生すると伸張してハウジング15内の
可動盤15aを移動させて、光減衰円形コイル部13の
一端が固定されたこの可動盤15aの移動を通じて、光
減衰円形コイル部13のコイルピッチを変化させるもの
である。この配線16には例えばワイヤーや高張力線が
使用される。
され、他端側はハウジング15の外部に緊張状態で取り
出され、図示しない隣接斜面アンカーに設置された光変
位センサ11のバネ14による矢印a反対方向約2kgの
張力と均衡して設置される。光ファイバ12の光減衰円
形コイル部13のコイルピッチは変位が発生しない状態
では変化せずに維持される。
く作用について以下説明する。ハウジング15が設置さ
れた変位検知箇所で変位が発生、例えばハウジング15
を設置したアンカーと隣接アンカー間に伸張変位が起き
ると張力の均衡がくずれ、配線16が矢印a方向に動く
ためにハウジング15内の可動盤15aは矢印a方向へ
移動し、光ファイバ12の光減衰円形コイル部13のコ
イルピッチが大きくなる構造になっている。
のコイルピッチが大きくなるのに比例して透過光強度が
低下し、配線16の変位量を知ることができる。アンカ
ー間変位が収縮すると、バネ14の引っ張り力によって
可動盤15aは図示のように左側に移動して、光減衰円
形コイル部13のコイルピッチは小さくなり、前記と逆
に透過光強度が増加する。
約2kgの配線伸縮に変換されるので、光ファイバにかか
る張力はほとんどなく、光ファイバ2の耐久性が向上す
る。また、変位検知感度や計測範囲長は光減衰円形コイ
ル部13の直径や巻き数により変更することができる。
したもので、コイル状光ファイバ径20mmφ、4巻きを
100mm伸張した時のデータである。本光変位センサ1
1も光ファイバ12に張力をほとんど掛けないため耐久
性が向上する。計測範囲長や検知感度はコイル状ファイ
バ径、巻き数により変更することができる。
視システムの概略構成図、図5は他例の変状監視システ
ムの概略構成図である。
例えば、前記の実施の形態−1又は実施の形態−2に記
載の光ファイバを用いた光変位センサ1又は11を、変
状つまり変位を検知する箇所に複数配置し、各光変位セ
ンサ1又は11の光ファイバ2の光減衰円形曲線部3の
巻き数又は光ファイバ12の光減衰円形コイル部13の
コイルピッチが変位により変化して光の透過光強度が変
化することを利用して変状つまり変位を検知することに
よって、山地、崖などの傾斜面の変形や崩壊、構造物の
変形や崩壊などを検知して警報を発するようにした監視
システムである。
複数配置された光ファイバを用いた光変位センサ1又は
11、上記各光変位センサ1又は11を弛緩状態で直列
状に接続する光ファイバ2又は12、上記光ファイバ2
又は12の一端が接続される投光回路32、光ファイバ
2又は12の他端が接続される受光回路33、受光回路
33に接続されて警報を発する警報出力回路40、切替
え光スイッチ42によって光ファイバ2又は12の他端
に接続されるOTDR回路43などから主に構成されて
いる。
の間には、順に、光電アンプ34、測定範囲設定回路3
5、バッファ回路36、リニアライズ回路37、警報値
設定回路38、コンパレータ回路39が接続されてい
る。さらに、リニアライズ回路37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41が接続
されている。
スイッチ42が設けられている。この切替え光スイッチ
42は警報出力回路40からの警告信号によって、受光
回路33からOTDR回路43への切り替えを自動的に
行うものである。
n Reflectometer の各頭文字をとった略語で、複数の各
光変位センサ1又は11のそれぞれの特定位置における
変状つまり変位を計測できる機器である。
を光ファイバ2又は12に入射したとき、光ファイバ2
又は12に局所的な変状つまり変位が発生した場合、そ
の部分の屈折率が変化することによりレイリー後方散乱
光が発生し入射端に戻ってくる。このレイリー後方散乱
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、変状つまり変位の大きさに依存する。このような原
理によって、このOTDR回路43はその時間と強度に
より変状の大きさと位置を知ることができるのである。
め、変状つまり変位の位置の特定を要さない低コストの
監視システムの場合には、図5に図示するように、切替
え光スイッチ42と共に省略される。
く変状監視システム31の動作について以下説明する。
光ファイバ2又は12の一端が接続された投光回路32
からセンシング光が入射される。入射されたセンシング
光は、変状つまり変位検知箇所に設置された複数の光変
位センサ1の光減衰円形曲線部3又は光変位センサ11
の光減衰円形コイル部13を経て光ファイバ2又は12
の他端に到達する。
スイッチ42が設けられていて、この切替え光スイッチ
42は通常受光回路33側に選択されており、透過光は
受光回路33の受光素子により電気信号に変換され、光
電アンプ34に導かれる。光電アンプ34で増幅された
信号は、測定範囲設定回路35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36のインピーダンス変換を経てリニ
アライズ回路37で直線化され警報値設定回路38に送
られる。
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39にて比較され、設定値以上になると、
変位検知箇所で変状つまり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40より発せられるようにな
っている。
42を駆動し、OTDR回路43側へその光路を切り替
える。これにより、変状つまり変位の発生箇所を特定す
るための高度の監視が継続される。
外部インターフェース回路41にも分配され、ここでデ
ジタル変換されて伝送信号として取り出せるようになっ
ている。
づく変状監視システム31の使用例について以下説明す
る。図6は、山地、崖など傾斜面の土砂崩壊の前兆を早
期かつ的確に検知するために、光ファイバを用いた光変
位センサ1又は11を敷設した変状監視システム31の
使用例である。
4又は図5に示すものであり、光ファイバ2又は12は
傾斜面51及び傾斜面上部52を、それぞれ複数の光フ
ァイバを用いた光変位センサ1又は11とともに図のよ
うに必要とする監視区域を上下に一周するように敷設さ
れている。この場合、光ファイバ2又は12は、山地、
崖などの傾斜面51の状況に応じて決定された間隔で打
ち込まれたアンカー53の頭部に取付けられ、通常、小
動物や雑草による外乱を避けるために図示しないケーブ
ルトラフなどで保護される。
ける敷設状況の詳細を示すもので、バネ機構(ゼンマイ
バネ3e,4e又はバネ14)により、光の伝送損失の
増加のみならず減少傾向も検出可能な本願発明の光ファ
イバを用いた光変位センサ1又は11の特徴を有効に活
用した敷設例である。
山地、崖などの傾斜面51は通常フラットの場合はまれ
であり、図のように凹凸のある地盤に敷設することが多
いと考えられる。
た部分に設置された光ファイバを用いた光変位センサ1
b又は11bは、隣接する光変位センサ1a又は11a
或いは光変位センサ1c又は11cより少し高い位置に
ある。一連の光ファイバ2又は12はそれぞれ、光変位
センサ1のハウジング5又は光変位センサ11ハウジン
グ15の片側で固定されており、しかも光減衰円形曲線
部3又は光減衰円形コイル部13の変化域の中間を保持
するように初期の段階で敷設されているので、それぞれ
の区間の変状(高低差)が光変位センサ1又は11の変
位すなわち光減衰円形曲線部3又は光減衰円形コイル部
13の変化として検知可能となる。
52が僅かに崩落54した場合でも、中央の光変位セン
サ1b又は11bの沈降により、光変位センサ1b及び
光変位センサ1cの光減衰円形曲線部3の巻き数は配線
6の余長を取り込むかたち55で当初は減少し(光変位
センサ11b及び光変位センサ11cの光減衰円形コイ
ル部13のコイルピッチは小さくなり)、さらに沈降が
すすむと配線6又は16の不足長を繰り出すかたち56
で縮小するので、光減衰円形曲線部3の巻き数に対応し
た光の伝送損失57は崩落の進行に応じて減少58から
増加59をたどることになるが、組み合わせ使用される
変状監視システム31(図4)の警報値設定回路38に
て検出信号の負方向にたいする設定により減少傾向も土
砂崩壊の前兆を示す信号として利用できる。
土砂崩壊の前兆である傾斜面51のはらみ61を検知す
るための敷設例である。光ファイバ2又は12は傾斜面
51に添って水平方向に光変位センサ1a又は11a、
光変位センサ1b又は11b、光変位センサ1c又は1
1cとともに敷設されている。
12は、それぞれ光減衰円形曲線部3又は光減衰円形コ
イル部13の変化域の中間を保持するよう光変位センサ
1又は11のハウジング5又は15で固定されているの
で、それぞれの区間の変状が光ファイバ2の光減衰円形
曲線部3の巻き数又は光ファイバ12の光減衰円形コイ
ル部13のコイルピッチの変化として検知される。
位で傾斜面51のはらみ61が発生した場合、光変位セ
ンサ1b又は11bははらみ61により光変位センサ1
a又は11a、光変位センサ1c又は11cよりも前方
へ迫り出すので、光変位センサ1a及び光変位センサ1
cの光減衰円形曲線部3の巻き数は配線6の不足長を繰
り出すかたち62で大きくなる。
が増加することになり、これを監視することによって、
土砂崩壊の前兆である傾斜面51のはらみ61を検知す
ることができる。
1〜3の発明に係る光ファイバを用いた光変位センサに
よれば、変状つまり変位の正負方向の微小変化を高感度
で検出することが可能となると共に、光ファイバを緊張
状態でなく弛緩状態で使用できるので、光ファイバの耐
久性を高めることができる。
用いた光変位センサによれば、前記の効果に加えて、光
減衰円形曲線部と光非減衰円形曲線部の直径比を大きく
することにより、同一の変位量に対する感度を上げるこ
とができる。
用いた光変位センサによれば、前記の効果に加えて、光
ファイバが捩れるのを回避することができる。
システムによれば、請求項1〜3の光ファイバを用いた
光変位センサを使用することにより、光ファイバの敷設
方法において変状による伸縮の変化範囲を見込まれる変
動量及び方向に応じて選択することができる。しかも、
センサとして使用する光ファイバ一本で傾斜面のはらみ
及び傾斜面上部の崩落を監視でき、土砂崩壊の早期検知
を目的とした経済的かつ効果的なシステムを構成でき
る。
テムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構
成する場合において、監視装置として高価なOTDR回
路を除いたシステムを採用することにより低コストが可
能となる。
テムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構
成する場合において、監視装置としてOTDR回路を加
えることにより、変状の発生箇所を特定することがで
き、高度の監視を行うことが可能となる。
用いた光変位センサの概略構成図である。
位センサ初期状態を示す概略図である。(B)はこの発
明の実施の形態−2を示す光変位センサ変位状態を示す
概略図である。
の関係を示す一例図である。
テムの概略構成図である。
視システムの概略構成図である。
テムを傾斜面に敷設した概略斜視図である。
監視システムを敷設した傾斜面上部の変状状態の概略正
面図である。(B)は同図(A)の側断面図である。
監視システムを敷設した傾斜面の変状状態の概略正面図
である。(B)は同図(A)の側断面図である。
ある。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 光ファイバの張力を軽減するため変位量
を緊張状態で配設される配線の伸縮量に変換し、当該配
線の伸縮を利用して光ファイバの曲率を変化させ、光フ
ァイバの透過光強度より変位量を計測することを特徴と
する光ファイバを用いた光変位センサ。 - 【請求項2】 光ファイバの曲率変化による透過光強度
変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおい
て、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異な
る2つの円盤に光ファイバが数回巻かれた光非減衰円形
曲線部と光減衰円形曲線部を備え、光非減衰円形曲線部
の円盤直径を透過光の減衰しない35mmφ以上、光減衰
円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する30mmφ以下
とし、緊張状態で配設され変位検出箇所の変位に対応し
て伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰
円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計
測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化
させる機構を備えたことを特徴とする光ファイバを用い
た光変位センサ。 - 【請求項3】 光ファイバの曲率変化による透過光強度
変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおい
て、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に光ファイバ
を30mmφ以下のコイル状に巻いた光減衰円形コイル部
を備え、緊張状態で配設され変位検出箇所の変位に対応
して伸縮する配線の伸縮量による計測変位により光減衰
円形コイル部のコイルピッチを変化させ、透過光強度変
化より変位を計測することを特徴とする光ファイバを用
いた光変位センサ。 - 【請求項4】 請求項1〜請求項3に記載の何れかの光
ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配
置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直
列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回
路に接続し、光ファイバの他端を受光回路に接続し、受
光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、変位検知
箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位
により変化して光の透過光強度が変化することを利用し
て変位検知箇所の変位を検知して警報を発するようにし
たことを特徴とする変状監視システム。 - 【請求項5】 請求項1〜請求項3に記載の何れかの光
ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配
置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直
列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回
路に接続し、光ファイバの他端に切替え光スイッチを介
して受光回路を接続し、受光回路に警報を発する警報出
力回路を接続し、警報出力回路からの警報信号によって
切り替えられる切替え光スイッチを介して光ファイバの
他端に切替え接続され変位検知箇所の変位発生位置を特
定するOTDR回路を設け、変位検知箇所で光ファイバ
の曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光
の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の
変位を検知して警報を発すると共に、上記OTDR回路
によって変位検知箇所の特定の変位発生位置を検出する
ようにしたことを特徴とする変状監視システム。
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