JP2004053437A

JP2004053437A - 変位測定装置

Info

Publication number: JP2004053437A
Application number: JP2002212017A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 佐藤　貢一; Yoshiaki Nagataki; 長瀧　慶明
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】本発明は、建造物等の変位量を測定するために、建造物の任意の箇所に簡単に設置できると共に高精度の測定ができる変位測定装置を提供する。
【解決手段】構造物駆体４の水平方向に設置された光ファイバ３Ａと高さ方向に光ファイバ３Ｂが設置されて直列に連結されている状態で、構造物駆体４が僅かに傾くと、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）は収縮すると共に内部で反射光が生じ、この反射光と入射光の周波数の変化を測定することで、変形があった構造物駆体４の場所と、変位量を解析装置２で測定する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定部の変位測定を行うための光ファイバを用いた変位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤変化や地震等によって生じる構造物駆体の歪みを測定する測定装置として、光ファイバ等をセンサとして構造物駆体に設置して測定する歪み測定装置がある。
この歪み測定装置は、構造物駆体（被測定部）に設置した光ファイバに歪みや変形が生じると光ファイバの内部で反射光がおこり、この反射光を測定装置で周波数解析を行うことで、構造物駆体の歪み量を１本の線で多点を測定することができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直線型の光ファイバを用いたセンサは、長さが１ｍ以上も必要となり、構造物駆体に設置する際に予め緊張力を与えた状態で設置しないと測定を行うことが難しく、設置に手間がかかるという問題があった。
また、高精度で測定を行うためには、複数のセンサを測定する箇所に個々に設置する必要があり、それぞれのセンサを接続するために配線が複雑になるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、簡単に設置できると共に高精度の測定ができ、複雑な配線を必要としない変位測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するため、本発の変位測定装置は、光ファイバをコイル状に形成すると共に、前記コイルの伸縮によって発生する歪から変位量を測定することを特徴とする。
【０００６】
本発明の変位測定装置によれば、光ファイバをコイル状に形成することで、微小な被測定部の変形を高精度で測定でき、また、簡単に被測定部に設置を行うことができる。
【０００７】
また、本発明の変位測定装置は、前記光ファイバを筒状部材の内部に収納することを特徴とする。
【０００８】
本発明の変位測定装置によれば、コイル状に形成された光ファイバを筒状部材の内部に収納することで座屈を防止することができると共に、光ファイバの設置時に光ファイバを破損することを防止できる。
【０００９】
また、本発明の変位測定装置は、光ファイバをコイル状に形成すると共に、前記光ファイバを直列に連結して、複数箇所の変位量を同時に測定することを可能としたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の変位測定装置によれば、光ファイバを連結して複数接続することで、複数の箇所の構造物駆体の変位量を同時に測定することができ、複雑な配線などを取り回す必要もなく簡単に設置することができる。
【００１１】
また、本発明の変位測定装置は、前記光ファイバをコイル毎に筒状部材の内部に収納することを特徴とする。
【００１２】
本発明の変位測定装置によれば、コイル状に形成された光ファイバのコイル毎に筒状部材に収納することで、光ファイバを直列に連結しても座屈を防止することができ、光ファイバの設置時に破損を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の係る変位測定装置を、適宣図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、解析装置と光ファイバの接続状態を示す構成図であり、図１（ｂ）は、コイル状に形成された光ファイバを示す斜視図である。図２は、構造物駆体に変位測定装置を設置した状態を示す側面図である。図３（ａ）は、図２に示した光ファイバと構造物駆体の配置の拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す構造物駆体に変位が生じた時の光ファイバの状態を示した側面図である。図４（ａ）は、光ファイバの内部でブリルアン反射が生じた時の光の状態を示す断面図であり、図４（ｂ）は、光ファイバの内部でブラッグ反射が生じた時の光の状態を示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、変位測定装置１は、解析装置２と、コイル状に形成された光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を直列に連結した状態で構成されている。
【００１５】
ここで、解析装置２は、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）にパルス光（広帯域光を含む）を照射するための光源と、このパルス光の入射光と反射光の振動数を測定して変位量を解析する解析手段を備えて構成されている。
【００１６】
光ファイバ３Ａ（３Ｂ）は、解析装置２から照射されたパルス光を伝送すると共に、図１（ｂ）に示すようにコイル状に形成されることで、変位の計測点が増加すると共にバネの原理を利用して構造物駆体４等の微小な伸び縮みの変位量を高精度に測定することができる。
【００１７】
このように構成された変位測定装置１は、図２に示すように、例えば、免震構造物の水平方向及び高さ方向の変形を計測するために、基礎Ｂと構造物駆体４の水平方向に沿って設けられている光ファイバ３Ａと、免震装置５の高さ方向に沿って設けられている光ファイバ３Ｂとで構成され、この光ファイバ３Ａ及び光ファイバ３Ｂは直結して接続（連結）されている。
【００１８】
次に、変位測定装置１を用いた測定方法を説明する。
解析装置２からパルス光を光ファイバ３Ａ（３Ｂ）に照射して、図３（ａ）に示すように構造物駆体４の水平方向及び高さ方向の変位量を測定する。構造物駆体４が僅かに傾くと、図３（ｂ）に示すように、水平方向の光ファイバ３Ａと高さ方向の光ファイバ３Ｂは構造物駆体４の傾きに応じて収縮する。この時、光ファイバ３Ａ及び光ファイバ３Ｂの内部では、後記するＢ−ＯＴＤＲ方式ではブリルアン反射が生じ、ＦＢＧ方式ではブラッグ反射が生じる。この反射光と入射光の周波数変化を解析装置２で測定することで、変形があった構造物駆体４の場所と変位量を測定することができる。
【００１９】
ここで、変位を測定する原理として、前記したＢ−ＯＴＤＲ方式のブリルアン反射とＦＢＧ方式のブラッグ反射を用いることができる。
【００２０】
Ｂ−ＯＴＤＲ方式によるブリルアン反射は、図４（ａ）に示すように、構造物駆体４の変形Ｓが生じると、設置してある光ファイバ３Ａ（３Ｂ）も同時に変形Ｓが生じ、変形Ｓが生じた光ファイバ３Ａ（３Ｂ）の内部では、入射光であるパルス光６に対して透過光７とブリルアン反射光８を生じる。これらのブリルアン反射光８と入射光であるパルス光６の周波数を解析することで、変形が生じている構造物駆体４の場所を特定することができると共に、変位量を測定することができる。
【００２１】
また、ＦＢＧ方式によるブラッグ反射は、図４（ｂ）に示すように、構造物駆体４の変形Ｓが生じると設置してある光ファイバ３Ａ（３Ｂ）も同時に変形Ｓが生じる。このとき、変形Ｓが生じた光ファイバ３Ａ（３Ｂ）の内部では、屈折率が変化した箇所ができ、入射光であるパルス光６を光ファイバ３Ａ（３Ｂ）に入射させると、透過光７と屈折率が変化した箇所によってブラッグ反射光９が生じる。このブラッグ反射光９と入射光であるパルス光６の周波数を解析することで、変形が生じている構造物駆体４の場所を特定することができると共に、変位量を測定することができる。
【００２２】
この結果、本発明の変位測定装置１は、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を直線状に形成したものに比べて、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）をコイル状に形成することで、長い寸法で巻くことができるため測定点が増加する。
また、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）をコイル状に形成したことによって、バネの原理を利用して構造物駆体４の微細な変形でも高精度の測定を行うことができる。また、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を連結することで、１つの解析装置２で構造物駆体４の複数箇所の変位測定を同時に行うことができ、複雑な配線などを必要としないで簡単に設置することができる。
【００２３】
さらに、実施形態に示した個々の光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を筒状部材に収納することで、コイル状の光ファイバ３Ａ（３Ｂ）の座屈防止することができ、設置する際の破損を防止することができる。
【００２４】
なお、光ファイバ３Ａ（３Ｂ）でコイル状に形成したコイルの大きさや半径は、特に限定するものではなく、例えば、半径５ｃｍ以上、好ましくは半径３ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２５】
また、実施形態において構造物駆体４に光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を設置するとしたが、構造物駆体４が２棟並んだ間に光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を設け、２棟間の相対変位の挙動を測定することができる。その他の構造物では、例えば、橋やトンネル等に用いることができる。
また、精密機械等に光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を設置することで、精密機械の振動による挙動を測定するのに用いることができる。
【００２６】
また、構造物駆体４の水平方向に光ファイバ３Ａ及び高さ方向に光ファイバ３Ｂを設置するとしたが本発明を特に限定するものではなく、構造物駆体４の任意の方向に対して光ファイバ３Ａ（３Ｂ）を設置しても利用することができる。
【００２７】
さらに、実施形態に示した解析装置２に通信手段を備える構成とすれば、１つの場所で一括して複数の構造物駆体４の変位量を管理することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上より、本発明の変位測定装置によれば、コイル状に光ファイバを形成することで、同一の長さの直線状に形成された光ファイバと比べて、長い光ファイバを多く巻くことができ、より細かい測定点を設け、より高精度の変位測定を行うことができる。
【００２９】
また、光ファイバを連結して構造物駆体に設置することで、構造物駆体の複数箇所の変位測定を一度に行うことができ、また、複雑な配線等を必要としないため、光ファイバの設置場所が限定されることなく簡単に設置することができる。
【００３０】
さらに、コイル状の光ファイバを筒状部材の内部に収納することによって、座屈防止を行うことができるため、簡単に構造物駆体に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）　解析装置と光ファイバの接続状態を示す構成図である。
（ｂ）　コイル状に形成された光ファイバを示す斜視図である。
【図２】構造物駆体に変位測定装置を設置した状態を示す側面図である。
【図３】（ａ）　図２に示した光ファイバと建築物の配置の拡大図である。
（ｂ）　図３（ａ）に示す建築物に変位が生じた時の光ファイバの状態を示した側面図である。
【図４】（ａ）　光ファイバの内部でブリルアン反射が生じた時の光の状態を示す断面図である。
（ｂ）　光ファイバの内部でブラッグ反射が生じた時の光の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　・・・変位測定装置
２　　・・・解析装置
３Ａ　・・・光ファイバ
３Ｂ　・・・光ファイバ
４　　・・・構造物駆体
５　　・・・免震装置
６　　・・・パルス光
７　　・・・透過光
８　　・・・ブリルアン反射光
９　　・・・ブラッグ反射光
Ｂ　　・・・基礎
Ｓ　　・・・変形

Claims

光ファイバをコイル状に形成すると共に、前記コイルの伸縮によって発生する歪から変位量を測定することを特徴とする変位測定装置。
前記光ファイバを筒状部材の内部に収納することを特徴とする請求項１に記載の変位測定装置。
光ファイバをコイル状に形成すると共に、前記光ファイバを直列に連結して、複数箇所の変位量を同時に測定することを可能としたことを特徴とする変位測定装置。
前記光ファイバをコイル毎に筒状部材の内部に収納することを特徴とする請求項３に記載の変位測定装置。