JP2003065732A - 光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法 - Google Patents
光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造部材に発生する応力集中部位を高い距離
分解能をもってより狭い範囲で適確に検出し得る光ファ
イバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法を提供
する。 【解決手段】 部材３に光ファイバセンサ１を固定し、
この固定された光ファイバセンサ１の一端にひずみ測定
装置２を接続し、このひずみ測定装置２から光ファイバ
センサ１の一端に光パルスを入力し、この入力された光
パルスが部材３に固定された光ファイバセンサ１の例え
ば領域１３に存在する応力集中部位において散乱光の光
学特性変化であるブリルアン後方散乱光の周波数スペク
トルのスペクトル幅変化を受け、このスペクトル変化を
受けて戻ってくる散乱光をひずみ測定装置２で受信し、
このスペクトル変化と散乱光の戻り時間に基づいて応力
集中部位を検出する。
分解能をもってより狭い範囲で適確に検出し得る光ファ
イバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法を提供
する。 【解決手段】 部材３に光ファイバセンサ１を固定し、
この固定された光ファイバセンサ１の一端にひずみ測定
装置２を接続し、このひずみ測定装置２から光ファイバ
センサ１の一端に光パルスを入力し、この入力された光
パルスが部材３に固定された光ファイバセンサ１の例え
ば領域１３に存在する応力集中部位において散乱光の光
学特性変化であるブリルアン後方散乱光の周波数スペク
トルのスペクトル幅変化を受け、このスペクトル変化を
受けて戻ってくる散乱光をひずみ測定装置２で受信し、
このスペクトル変化と散乱光の戻り時間に基づいて応力
集中部位を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造部材に光ファ
イバセンサを固定し、この光ファイバセンサを用いて構
造部材において応力が集中している部位を検出する光フ
ァイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法に関
する。
イバセンサを固定し、この光ファイバセンサを用いて構
造部材において応力が集中している部位を検出する光フ
ァイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】航空機や船舶、土木・建築などの構造物
を構成する構造部材には、設計時に適正な強度、すなわ
ちその構造物が耐えうる応力が、想定される外力や使用
される環境などを考慮して設定される。設計者は、使用
中の構造物に生じる構造部材内の応力が、設定された応
力以下となるように構造部材の材料や寸法などを決定す
る。ところが、不適切な設計、製造不良、使用中に発生
した欠陥・損傷などによって、構造部材に悪影響を及ぼ
す可能性のある応力集中部位が存在することがある。
を構成する構造部材には、設計時に適正な強度、すなわ
ちその構造物が耐えうる応力が、想定される外力や使用
される環境などを考慮して設定される。設計者は、使用
中の構造物に生じる構造部材内の応力が、設定された応
力以下となるように構造部材の材料や寸法などを決定す
る。ところが、不適切な設計、製造不良、使用中に発生
した欠陥・損傷などによって、構造部材に悪影響を及ぼ
す可能性のある応力集中部位が存在することがある。
【０００３】この応力集中によって、想定された範囲内
にある外力であっても構造物の破壊に至ることがあるの
で、こうした応力集中部位を検出する技術は構造物の安
全性を高める上で必要不可欠な技術である。
にある外力であっても構造物の破壊に至ることがあるの
で、こうした応力集中部位を検出する技術は構造物の安
全性を高める上で必要不可欠な技術である。
【０００４】構造部材の応力集中部位を検出する従来の
方法には光弾性法がある。また、ひずみセンサを用いた
方法もある。
方法には光弾性法がある。また、ひずみセンサを用いた
方法もある。
【０００５】光弾性法によって構造部材の応力集中部位
を測定する場合、面的なひずみの状態を把握することが
でき、そのひずみの状態から応力集中部位を検出するこ
とができるが、計測装置が大掛かりになる上、実際に使
用されている構造物の部材に適用することは非常な困難
を要し、更に構造物の形状や材料によっては測定するこ
とが不可能である。
を測定する場合、面的なひずみの状態を把握することが
でき、そのひずみの状態から応力集中部位を検出するこ
とができるが、計測装置が大掛かりになる上、実際に使
用されている構造物の部材に適用することは非常な困難
を要し、更に構造物の形状や材料によっては測定するこ
とが不可能である。
【０００６】また、ひずみセンサを利用して応力集中部
位を検出する場合、代表的なものとして、局所的なひず
みを測定するひずみゲージや「光ファイバ内に格子を形
成する方法」（特開昭６２−５０００５２号公報）によ
り作成される光ファイバセンサを用いる「分散的、離散
的に解析する光ファイバひずみ計」（特開昭６１−５０
２９８０号公報）がある。
位を検出する場合、代表的なものとして、局所的なひず
みを測定するひずみゲージや「光ファイバ内に格子を形
成する方法」（特開昭６２−５０００５２号公報）によ
り作成される光ファイバセンサを用いる「分散的、離散
的に解析する光ファイバひずみ計」（特開昭６１−５０
２９８０号公報）がある。
【０００７】ひずみゲージによりひずみの大きさを測定
し、そのひずみの値から応力集中を検出する場合、１つ
のひずみゲージでは局所的なひずみしか計測できないた
め、多数の測定点が必要となり、配線コードが増えて測
定系が大掛かりになってしまう。更に、電磁ノイズに影
響されやすく、防爆性が必要なタンカーなどへの適用は
難しい。
し、そのひずみの値から応力集中を検出する場合、１つ
のひずみゲージでは局所的なひずみしか計測できないた
め、多数の測定点が必要となり、配線コードが増えて測
定系が大掛かりになってしまう。更に、電磁ノイズに影
響されやすく、防爆性が必要なタンカーなどへの適用は
難しい。
【０００８】また、「分散的、離散的に解析する光ファ
イバひずみ計」（特開昭６１−５０２９８０号公報）を
用いてひずみの大きさを測定し、そのひずみの値から応
力集中を検出する場合、上記ひずみゲージのように配線
コードは増えないが、センサ部が限定された範囲でしか
ひずみを測定できないため、予め予測できない場所で発
生する応力集中部位を検出することは困難となる。
イバひずみ計」（特開昭６１−５０２９８０号公報）を
用いてひずみの大きさを測定し、そのひずみの値から応
力集中を検出する場合、上記ひずみゲージのように配線
コードは増えないが、センサ部が限定された範囲でしか
ひずみを測定できないため、予め予測できない場所で発
生する応力集中部位を検出することは困難となる。
【０００９】更に、ひずみセンサとしてブリルアン後方
散乱光を利用した「後方散乱光の測定方法およびその装
置」（特開平５−２３１９２３号公報）も提案されてい
る。これは、図７に示すように、光ファイバセンサ１の
片端に光ひずみ測定装置２を接続し、この装置からパル
ス光９を入力したときに、光ファイバセンサ１の各位置
で生じるブリルアン散乱光の周波数スペクトル６の変
化、すなわち周波数スペクトルのピーク位置の移動から
光ファイバセンサ１に生じたひずみの大きさを検出し、
またブリルアン散乱光が戻ってくるのに要する時間に基
づき光ファイバセンサ１に生じたひずみの発生位置１３
を連続的に測定するものである。また、距離分解能は、
パルス光９の幅によって決まる。例えば、１０ナノ秒の
パルス光９では、１ｍの距離分解能に相当する。これに
より測定された連続的なひずみの分布を利用して応力集
中部位を検出することができるが、距離分解能パルス光
９の幅により制限されるため、空間分解能以下の大きさ
で応力が変動するような応力集中部位を検出することが
困難である。
散乱光を利用した「後方散乱光の測定方法およびその装
置」（特開平５−２３１９２３号公報）も提案されてい
る。これは、図７に示すように、光ファイバセンサ１の
片端に光ひずみ測定装置２を接続し、この装置からパル
ス光９を入力したときに、光ファイバセンサ１の各位置
で生じるブリルアン散乱光の周波数スペクトル６の変
化、すなわち周波数スペクトルのピーク位置の移動から
光ファイバセンサ１に生じたひずみの大きさを検出し、
またブリルアン散乱光が戻ってくるのに要する時間に基
づき光ファイバセンサ１に生じたひずみの発生位置１３
を連続的に測定するものである。また、距離分解能は、
パルス光９の幅によって決まる。例えば、１０ナノ秒の
パルス光９では、１ｍの距離分解能に相当する。これに
より測定された連続的なひずみの分布を利用して応力集
中部位を検出することができるが、距離分解能パルス光
９の幅により制限されるため、空間分解能以下の大きさ
で応力が変動するような応力集中部位を検出することが
困難である。
【００１０】上記「後方散乱光の測定方法およびその装
置」（特開平５−２３１９２３号公報）によって、測定
されたひずみ分布では、距離分解能の制限から応力集中
部位を検出できない例を図面により説明を行う。例え
ば、図２に示されているような応力集中がない場合と、
応力集中がある場合のひずみ分布をそれぞれひずみ分布
４１とひずみ分布４２として特開平５−２３１９２３号
公報に記載されている「後方散乱光の測定方法およびそ
の装置」を用いて距離に対応させて測定したとする。図
２の横軸は距離で、縦軸はひずみである。このとき、測
定されるひずみ分布は図６のようになる。図６では、横
軸が距離で、縦軸がひずみである。図６からわかるよう
に、応力集中がない場合に測定されたひずみ分布４１ａ
は図２に示されているひずみ分布４１と良く一致する
が、応力集中がある場合に測定されたひずみ分布４２ａ
は、図２に示されているひずみ分布４２の測定領域５に
おけるひずみ分布を正確に測定することができず、応力
集中の発生を検出することができない。なお、図６の測
定領域５は図２に示されている測定領域５に対応してい
る。
置」（特開平５−２３１９２３号公報）によって、測定
されたひずみ分布では、距離分解能の制限から応力集中
部位を検出できない例を図面により説明を行う。例え
ば、図２に示されているような応力集中がない場合と、
応力集中がある場合のひずみ分布をそれぞれひずみ分布
４１とひずみ分布４２として特開平５−２３１９２３号
公報に記載されている「後方散乱光の測定方法およびそ
の装置」を用いて距離に対応させて測定したとする。図
２の横軸は距離で、縦軸はひずみである。このとき、測
定されるひずみ分布は図６のようになる。図６では、横
軸が距離で、縦軸がひずみである。図６からわかるよう
に、応力集中がない場合に測定されたひずみ分布４１ａ
は図２に示されているひずみ分布４１と良く一致する
が、応力集中がある場合に測定されたひずみ分布４２ａ
は、図２に示されているひずみ分布４２の測定領域５に
おけるひずみ分布を正確に測定することができず、応力
集中の発生を検出することができない。なお、図６の測
定領域５は図２に示されている測定領域５に対応してい
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の応力集
中部位の検出方法のうち、ひずみセンサを用いる方法、
すなわち、ひずみゲージや特開昭６１−５０２９８０号
公報に開示されているように「分散的、離散的に解析す
る光ファイバひずみ計」を用いて、ひずみを計測し、そ
の値から応力集中部位を検出する場合は、センサ部分が
限定されるため、発生位置が不明の応力集中部位を検出
するには人的な労力が必要であるという困難がある。
中部位の検出方法のうち、ひずみセンサを用いる方法、
すなわち、ひずみゲージや特開昭６１−５０２９８０号
公報に開示されているように「分散的、離散的に解析す
る光ファイバひずみ計」を用いて、ひずみを計測し、そ
の値から応力集中部位を検出する場合は、センサ部分が
限定されるため、発生位置が不明の応力集中部位を検出
するには人的な労力が必要であるという困難がある。
【００１２】また、特開平５−２３１９２３号公報に記
載されているように、「後方散乱光の測定方法およびそ
の装置」を用いて距離に対応した連続的なひずみを測定
し、そのひずみの分布から応力集中部位を検出する場
合、距離分解能が低いために、上述したように狭い範囲
で発生する応力集中部位の検出は困難であるという問題
がある。
載されているように、「後方散乱光の測定方法およびそ
の装置」を用いて距離に対応した連続的なひずみを測定
し、そのひずみの分布から応力集中部位を検出する場
合、距離分解能が低いために、上述したように狭い範囲
で発生する応力集中部位の検出は困難であるという問題
がある。
【００１３】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、構造部材に発生する応力集中
部位を高い距離分解能をもってより狭い範囲で適確に検
出し得る光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位
検出方法を提供することにある。
その目的とするところは、構造部材に発生する応力集中
部位を高い距離分解能をもってより狭い範囲で適確に検
出し得る光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位
検出方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、構造部材に光ファイバセ
ンサを固定し、この光ファイバセンサを用いて構造部材
において応力が集中している部位を検出する方法であっ
て、前記光ファイバセンサの一端から光パルスを入力
し、この入力された光パルスに対して光ファイバセンサ
で生じる散乱光の光学的特性の変化であるブリルアン後
方散乱光の周波数スペクトルのスペクトル幅変化から構
造部材に生じている応力集中部位を検出することを要旨
とする。
め、請求項１記載の本発明は、構造部材に光ファイバセ
ンサを固定し、この光ファイバセンサを用いて構造部材
において応力が集中している部位を検出する方法であっ
て、前記光ファイバセンサの一端から光パルスを入力
し、この入力された光パルスに対して光ファイバセンサ
で生じる散乱光の光学的特性の変化であるブリルアン後
方散乱光の周波数スペクトルのスペクトル幅変化から構
造部材に生じている応力集中部位を検出することを要旨
とする。
【００１５】請求項１記載の本発明にあっては、構造部
材に光ファイバセンサを固定し、光ファイバセンサの一
端から光パルスを入力し、この入力された光パルスに対
して光ファイバセンサで生じる散乱光の光学的特性の変
化であるブリルアン後方散乱光の周波数スペクトルのス
ペクトル幅変化から構造部材に生じている応力集中部位
を検出するため、従来の方法に比較して、距離分解能を
向上させることができ、より狭い範囲で発生する応力集
中部位を検出することができる。
材に光ファイバセンサを固定し、光ファイバセンサの一
端から光パルスを入力し、この入力された光パルスに対
して光ファイバセンサで生じる散乱光の光学的特性の変
化であるブリルアン後方散乱光の周波数スペクトルのス
ペクトル幅変化から構造部材に生じている応力集中部位
を検出するため、従来の方法に比較して、距離分解能を
向上させることができ、より狭い範囲で発生する応力集
中部位を検出することができる。
【００１６】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記光パルスを光ファイバセンサ
の一端に入力してから、前記散乱光が光ファイバセンサ
の一端に戻ってくるまでの時間を測定し、この測定した
光ファイバセンサにおける散乱光の戻り時間に基づいて
構造部材の応力集中発生位置を検出することを要旨とす
る。
記載の発明において、前記光パルスを光ファイバセンサ
の一端に入力してから、前記散乱光が光ファイバセンサ
の一端に戻ってくるまでの時間を測定し、この測定した
光ファイバセンサにおける散乱光の戻り時間に基づいて
構造部材の応力集中発生位置を検出することを要旨とす
る。
【００１７】請求項２記載の本発明にあっては、散乱光
が光ファイバセンサの一端に戻ってくるまでの戻り時間
に基づいて構造部材の応力集中発生位置を検出するた
め、従来の方法に比較して、構造部材の応力集中の発生
位置をより正確に検出することができる。
が光ファイバセンサの一端に戻ってくるまでの戻り時間
に基づいて構造部材の応力集中発生位置を検出するた
め、従来の方法に比較して、構造部材の応力集中の発生
位置をより正確に検出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法
を実施する装置構成を示す斜視図である。
の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法
を実施する装置構成を示す斜視図である。
【００１９】本実施形態の光ファイバセンサによる応力
集中部位検出方法では、図１に示すように、構造部材３
に対して光ファイバセンサ１を樹脂などで固定し、該光
ファイバセンサ１の一端に光ファイバひずみ測定装置２
を接続する。なお、本発明で使用される光ファイバひず
み測定装置２は特開平５−２３１９２３号公報の「後方
散乱光の測定方法およびその装置」に開示されている光
ファイバひずみ測定装置を用いるものである。
集中部位検出方法では、図１に示すように、構造部材３
に対して光ファイバセンサ１を樹脂などで固定し、該光
ファイバセンサ１の一端に光ファイバひずみ測定装置２
を接続する。なお、本発明で使用される光ファイバひず
み測定装置２は特開平５−２３１９２３号公報の「後方
散乱光の測定方法およびその装置」に開示されている光
ファイバひずみ測定装置を用いるものである。
【００２０】次に、図１のように設定した光ファイバセ
ンサ１と部材３の位置関係を予め求めておき、部材３に
生じた応力集中とそれを検出する光ファイバセンサ１の
位置を対応させる。具体的には、光ファイバセンサ１の
内、部材３に固定されている部分の始点１１および終点
１２の間の光ファイバセンサ１が、部材３のどの位置に
存在するかを求めておき、光ファイバセンサ１で測定さ
れた応力集中の位置の対応付けを行う。
ンサ１と部材３の位置関係を予め求めておき、部材３に
生じた応力集中とそれを検出する光ファイバセンサ１の
位置を対応させる。具体的には、光ファイバセンサ１の
内、部材３に固定されている部分の始点１１および終点
１２の間の光ファイバセンサ１が、部材３のどの位置に
存在するかを求めておき、光ファイバセンサ１で測定さ
れた応力集中の位置の対応付けを行う。
【００２１】本実施形態の応力集中部位検出方法では、
光ファイバひずみ測定装置２から光ファイバセンサ１に
光パルスを入力し、この入力された光パルスに対して光
ファイバセンサ１で生じる散乱光の光学的特性の変化、
すなわちブリルアン後方散乱光の周波数スペクトルのス
ペクトル幅変化から部材３の応力集中部位を検出すると
ともに、散乱光が戻ってくるまでに要する時間を測定
し、この散乱光の戻り時間から応力集中の発生した位置
を検出するものである。
光ファイバひずみ測定装置２から光ファイバセンサ１に
光パルスを入力し、この入力された光パルスに対して光
ファイバセンサ１で生じる散乱光の光学的特性の変化、
すなわちブリルアン後方散乱光の周波数スペクトルのス
ペクトル幅変化から部材３の応力集中部位を検出すると
ともに、散乱光が戻ってくるまでに要する時間を測定
し、この散乱光の戻り時間から応力集中の発生した位置
を検出するものである。
【００２２】具体的には、図１に示すように、部材３に
固定された光ファイバセンサ１の始点１１および終点１
２の間にある領域１３において、応力集中が存在してい
ない場合と、応力集中が存在し、それに伴いひずみが局
所的に変化する場合では、ブリルアン後方散乱光の周波
数スペクトルのスペクトル幅が変化する。すなわち、光
ファイバひずみ測定装置２から光ファイバセンサ１に光
パルスを入力し、この入力した光パルスに対して光ファ
イバセンサ１で生じるブリルアン散乱光の周波数スペク
トルのスペクトル幅を測定した場合、領域１３で応力集
中がある場合とない場合でスペクトル幅が変化する。ま
た、散乱光が戻ってくる時間を光ファイバひずみ測定装
置２で測定すれば、測定された散乱光の周波数スペクト
ルのスペクトル幅が光ファイバセンサ１のどの位置で得
られたものかを判定することができ、応力集中が領域１
３で生じていることがわかる。
固定された光ファイバセンサ１の始点１１および終点１
２の間にある領域１３において、応力集中が存在してい
ない場合と、応力集中が存在し、それに伴いひずみが局
所的に変化する場合では、ブリルアン後方散乱光の周波
数スペクトルのスペクトル幅が変化する。すなわち、光
ファイバひずみ測定装置２から光ファイバセンサ１に光
パルスを入力し、この入力した光パルスに対して光ファ
イバセンサ１で生じるブリルアン散乱光の周波数スペク
トルのスペクトル幅を測定した場合、領域１３で応力集
中がある場合とない場合でスペクトル幅が変化する。ま
た、散乱光が戻ってくる時間を光ファイバひずみ測定装
置２で測定すれば、測定された散乱光の周波数スペクト
ルのスペクトル幅が光ファイバセンサ１のどの位置で得
られたものかを判定することができ、応力集中が領域１
３で生じていることがわかる。
【００２３】図３は、図１に示す実施形態において領域
１３の応力集中の検出を行った実験結果を示すグラフで
ある。横軸は周波数で、縦軸は受光パワーを表してい
る。図３には、２つのブリルアン散乱光の周波数スペク
トルとそのスペクトル幅が示されている。１つは、領域
１３に応力集中がない場合に測定された周波数スペクト
ル６１とそのスペクトル幅７１、もう一方は、領域１３
に応力集中がある場合に測定された周波数スペクトル６
２とそのスペクトル幅７２である。それぞれの周波数ス
ペクトルおよびスペクトル幅は、領域１３の中間点で測
定されたものであることが散乱光の戻り時間から求めら
れている。図３のスペクトル幅７１およびスペクトル幅
７２は、それぞれ受光パワーの最大値８１および最大値
８２の半値、すなわち図３の周波数スペクトルは対数表
示されているので、最大値８１または最大値８２から３
ｄＢ差し引いた値でのスペクトル幅を示している。これ
を半値幅と言うこともある。
１３の応力集中の検出を行った実験結果を示すグラフで
ある。横軸は周波数で、縦軸は受光パワーを表してい
る。図３には、２つのブリルアン散乱光の周波数スペク
トルとそのスペクトル幅が示されている。１つは、領域
１３に応力集中がない場合に測定された周波数スペクト
ル６１とそのスペクトル幅７１、もう一方は、領域１３
に応力集中がある場合に測定された周波数スペクトル６
２とそのスペクトル幅７２である。それぞれの周波数ス
ペクトルおよびスペクトル幅は、領域１３の中間点で測
定されたものであることが散乱光の戻り時間から求めら
れている。図３のスペクトル幅７１およびスペクトル幅
７２は、それぞれ受光パワーの最大値８１および最大値
８２の半値、すなわち図３の周波数スペクトルは対数表
示されているので、最大値８１または最大値８２から３
ｄＢ差し引いた値でのスペクトル幅を示している。これ
を半値幅と言うこともある。
【００２４】図３のスペクトル幅７１とスペクトル幅７
２を比較すると、応力集中の有無でスペクトル幅の値が
変化することがわかり、これにより応力集中の発生とそ
の位置を検出することが可能となる。なお、この実験で
は、図２に示すように、部材３に固定された光ファイバ
センサ１の始点１１と終点１２の長さ４ｍで測定を行
い、その中央部の領域１３の長さ０．３ｍにおいて一様
なひずみ分布４１で応力集中がない場合と、ひずみが変
化するひずみ分布４２で応力集中がある場合に関して、
ブリルアン散乱光の周波数スペクトルとそのスペクトル
幅を比較した。図２の横軸は、光ファイバセンサ１の始
点１１から終点１２に対応する部材３の位置であり、同
図中にある測定領域５が領域１３に対応する。
２を比較すると、応力集中の有無でスペクトル幅の値が
変化することがわかり、これにより応力集中の発生とそ
の位置を検出することが可能となる。なお、この実験で
は、図２に示すように、部材３に固定された光ファイバ
センサ１の始点１１と終点１２の長さ４ｍで測定を行
い、その中央部の領域１３の長さ０．３ｍにおいて一様
なひずみ分布４１で応力集中がない場合と、ひずみが変
化するひずみ分布４２で応力集中がある場合に関して、
ブリルアン散乱光の周波数スペクトルとそのスペクトル
幅を比較した。図２の横軸は、光ファイバセンサ１の始
点１１から終点１２に対応する部材３の位置であり、同
図中にある測定領域５が領域１３に対応する。
【００２５】図４も、図１に示す実施形態において、光
ファイバセンサ１の始点１１と終点１２の間に図２のひ
ずみ分布４１あるいはひずみ分布４２のようなひずみが
生じている場合に、領域１３の応力集中の検出を行った
実験結果を示すグラフである。図４では、横軸が距離
で、縦軸がブリルアン散乱光の周波数スペクトルのスペ
クトル幅である。図４は、周波数スペクトルのスペクト
ル幅を距離に対応させて連続的に示したスペクトル幅分
布であり、横軸は光ファイバセンサ１の始点１１から終
点１２に対応する部材３の位置である。同図中にある測
定領域５が領域１３に対応する。図４から、応力集中が
ある場合、測定領域５付近で測定されたスペクトル幅
が、測定領域５以外で測定されたスペクトル幅に比べて
値が大きくなっていることから、領域１３で応力集中が
存在していることがわかる。
ファイバセンサ１の始点１１と終点１２の間に図２のひ
ずみ分布４１あるいはひずみ分布４２のようなひずみが
生じている場合に、領域１３の応力集中の検出を行った
実験結果を示すグラフである。図４では、横軸が距離
で、縦軸がブリルアン散乱光の周波数スペクトルのスペ
クトル幅である。図４は、周波数スペクトルのスペクト
ル幅を距離に対応させて連続的に示したスペクトル幅分
布であり、横軸は光ファイバセンサ１の始点１１から終
点１２に対応する部材３の位置である。同図中にある測
定領域５が領域１３に対応する。図４から、応力集中が
ある場合、測定領域５付近で測定されたスペクトル幅
が、測定領域５以外で測定されたスペクトル幅に比べて
値が大きくなっていることから、領域１３で応力集中が
存在していることがわかる。
【００２６】また、応力集中によってブリルアン後方散
乱光の周波数スペクトルのスペクトル幅が変化すること
は、理論的に予測することができる。ブリルアン後方散
乱光はローレンツ型関数によって表せる周波数スペクト
ルを持ち、その形状は、
乱光の周波数スペクトルのスペクトル幅が変化すること
は、理論的に予測することができる。ブリルアン後方散
乱光はローレンツ型関数によって表せる周波数スペクト
ルを持ち、その形状は、
【数１】
と表せる。ここで、ｇB0 はブリルアンゲイン係数、ｖB
はブリルアン周波数シフト、ΔｖBはブリルアンゲイン
線幅と呼ばれるもので、スペクトル幅に対応するもので
ある。またΔｖはパルス光の周波数シフトである。ブリ
ルアン周波数シフトは光ファイバセンサに生じるひずみ
によって変化し、 ｖB＝ｖB0＋Ｍε(ｚ) …（２） と表せる。ここでｖB0 はひずみがゼロの時のブリルア
ン周波数シフト、Ｍはひずみ係数、ε(ｚ)は光ファイバ
センサの長手方向の位置ｚに対応するひずみである。特
開平５−２３１９２３号公報に記載されている「後方散
乱光の測定方法およびその装置」で測定される実際の周
波数スペクトルは、距離分解能がＬの時、
はブリルアン周波数シフト、ΔｖBはブリルアンゲイン
線幅と呼ばれるもので、スペクトル幅に対応するもので
ある。またΔｖはパルス光の周波数シフトである。ブリ
ルアン周波数シフトは光ファイバセンサに生じるひずみ
によって変化し、 ｖB＝ｖB0＋Ｍε(ｚ) …（２） と表せる。ここでｖB0 はひずみがゼロの時のブリルア
ン周波数シフト、Ｍはひずみ係数、ε(ｚ)は光ファイバ
センサの長手方向の位置ｚに対応するひずみである。特
開平５−２３１９２３号公報に記載されている「後方散
乱光の測定方法およびその装置」で測定される実際の周
波数スペクトルは、距離分解能がＬの時、
【数２】
と表すことができる。光ファイバセンサ１の始点１１か
ら終点１２に図２のひずみ分布４２が生じた場合、周波
数スペクトルのスペクトル幅分布の測定値と上記の式か
ら予測した理論値は図５のようになる。測定領域５を含
むすべての位置で、測定値と理論値は良く一致するとい
える。
ら終点１２に図２のひずみ分布４２が生じた場合、周波
数スペクトルのスペクトル幅分布の測定値と上記の式か
ら予測した理論値は図５のようになる。測定領域５を含
むすべての位置で、測定値と理論値は良く一致するとい
える。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造部材に光ファイバセンサを固定し、光ファイバセン
サの一端から光パルスを入力し、この入力された光パル
スに対して光ファイバセンサで生じる散乱光の光学的特
性の変化であるブリルアン後方散乱光の周波数スペクト
ルのスペクトル幅変化から構造部材に生じている応力集
中部位を検出するので、従来の方法に比較して、距離分
解能を向上させることができ、より狭い範囲で発生する
応力集中部位を検出することができる。
構造部材に光ファイバセンサを固定し、光ファイバセン
サの一端から光パルスを入力し、この入力された光パル
スに対して光ファイバセンサで生じる散乱光の光学的特
性の変化であるブリルアン後方散乱光の周波数スペクト
ルのスペクトル幅変化から構造部材に生じている応力集
中部位を検出するので、従来の方法に比較して、距離分
解能を向上させることができ、より狭い範囲で発生する
応力集中部位を検出することができる。
【００２８】また、本発明によれば、散乱光が光ファイ
バセンサの一端に戻ってくるまでの戻り時間に基づいて
構造部材の応力集中発生位置を検出するので、従来の方
法に比較して、構造部材の応力集中の発生位置をより正
確に検出することができる。
バセンサの一端に戻ってくるまでの戻り時間に基づいて
構造部材の応力集中発生位置を検出するので、従来の方
法に比較して、構造部材の応力集中の発生位置をより正
確に検出することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサに
よる構造部材応力集中部位検出方法を実施する装置構成
を示す斜視図である。
よる構造部材応力集中部位検出方法を実施する装置構成
を示す斜視図である。
【図２】応力集中がある場合とない場合の実際のひずみ
分布を示す図である。
分布を示す図である。
【図３】図１に示す実施形態の装置構成により図２のひ
ずみ分布において測定された周波数スペクトルとスペク
トル幅を示す図である。
ずみ分布において測定された周波数スペクトルとスペク
トル幅を示す図である。
【図４】図１に示す実施形態の装置構成により図２のひ
ずみ分布において測定されたスペクトル幅分布を示す図
である。
ずみ分布において測定されたスペクトル幅分布を示す図
である。
【図５】図１に示す実施形態の装置構成により図２のひ
ずみ分布において測定されたスペクトル幅分布と理論に
より予測されたスペクトル幅分布を示す図である。
ずみ分布において測定されたスペクトル幅分布と理論に
より予測されたスペクトル幅分布を示す図である。
【図６】従来技術の「後方散乱光の測定方法およびその
装置」（特開平５−２３１９２３号公報）により図２の
ひずみ分布において測定されたひずみ分布を示す図であ
る。
装置」（特開平５−２３１９２３号公報）により図２の
ひずみ分布において測定されたひずみ分布を示す図であ
る。
【図７】従来技術の「後方散乱光の測定方法およびその
装置」（特開平５−２３１９２３号公報）におけるひず
みの計測原理を示す模式図である。
装置」（特開平５−２３１９２３号公報）におけるひず
みの計測原理を示す模式図である。
１ 光ファイバセンサ
２ 光ファイバセンサひずみ測定装置
３ 構造部材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 影山 和郎
茨城県牛久市田宮町235−８
(72)発明者 村山 英晶
東京都練馬区桜台１−16−25 アーバンコ
ート116 202号室
(72)発明者 木村 學
静岡県御殿場市板妻11−６ 株式会社ジー
エイチクラフト内
(72)発明者 鵜沢 潔
静岡県御殿場市板妻11−６ 株式会社ジー
エイチクラフト内
Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA65 CC14 FF12 FF32
FF41 GG08 LL02 PP01
Claims (2)
- 【請求項１】 構造部材に光ファイバセンサを固定し、
この光ファイバセンサを用いて構造部材において応力が
集中している部位を検出する方法であって、 前記光ファイバセンサの一端から光パルスを入力し、 この入力された光パルスに対して光ファイバセンサで生
じる散乱光の光学的特性の変化であるブリルアン後方散
乱光の周波数スペクトルのスペクトル幅変化から構造部
材に生じている応力集中部位を検出することを特徴とす
る光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方
法。 - 【請求項２】 前記光パルスを光ファイバセンサの一端
に入力してから、前記散乱光が光ファイバセンサの一端
に戻ってくるまでの時間を測定し、この測定した光ファ
イバセンサにおける散乱光の戻り時間に基づいて構造部
材の応力集中発生位置を検出することを特徴とする請求
項１記載の光ファイバセンサによる構造部材応力集中部
位検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255133A JP3795779B2 (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001255133A JP3795779B2 (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003065732A true JP2003065732A (ja) | 2003-03-05 |
| JP3795779B2 JP3795779B2 (ja) | 2006-07-12 |
Family
ID=19083163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001255133A Expired - Fee Related JP3795779B2 (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 光ファイバセンサによる構造部材応力集中部位検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3795779B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1568981A3 (en) * | 2004-02-25 | 2008-10-22 | Korea Advanced Institute of Science and Technology | Physical quantity measuring method using brillouin optical fiber sensor |
| JP2010038829A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ライニング材で補修した管路のひずみ計測方法 |
| CN107687811A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-13 | 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 | 一种用于大长径比空心薄壁细长轴类零件检测的装置 |
-
2001
- 2001-08-24 JP JP2001255133A patent/JP3795779B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1568981A3 (en) * | 2004-02-25 | 2008-10-22 | Korea Advanced Institute of Science and Technology | Physical quantity measuring method using brillouin optical fiber sensor |
| JP2010038829A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ライニング材で補修した管路のひずみ計測方法 |
| CN107687811A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-13 | 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 | 一种用于大长径比空心薄壁细长轴类零件检测的装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3795779B2 (ja) | 2006-07-12 |
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