JP2004191142A - 光ファイバセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】埋設先の局所変動を良く検出しうる光ファイバセンサーを実現する。
【解決手段】環境条件変動観測用の光ファイバ１０と、これを長手方向に亘って支持する支持体５１とを備えた光ファイバセンサー５０に、センシング区間４３を設ける。この区間４３は、光ファイバ１０の長手方向上に間隔をあけて設定した２点に亘る測定範囲であり、センシング区間４３においては、光ファイバ１０が、その２点を支点４２として支持体５１に支持され且つその２点に挟まれた部分では湾曲部を有する変形可能な形態となっている。このような光ファイバセンサー５０を土壌４４に埋設すると、支持体５１が変形しないような局所的変動の場合でも、特に湾曲部の凸側への変動は感度良く検出することができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、土中等に埋設等の形態で設置されてそこの変形量等の検出に用いられる光ファイバセンサーに関し、詳しくは、光ファイバが単列状態または複列状態・並走状態で支持体に装着された光ファイバセンサーに関する。
このような光ファイバセンサーは、例えば、光ファイバのブリルアン散乱光を利用して光ファイバの長手方向の歪み分布を測定するＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）等を行うに際して、測定端子（検出子・検出端）として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
地滑り等の環境条件変動を監視するために監視対象箇所に長い光ファイバを設置する技術として、光ファイバに長手方向の伸び歪を与えた状態で固定するもの（例えば、特許文献１参照。）、光ファイバに張力を掛けたままで構造物表面に骨材入反応硬化性樹脂で覆装するものが（例えば、特許文献２参照。）、知られている。これらは何れも埋設しないで用いるものであり、監視対象物とは別体に製造され測定範囲（センシング区間）に亘って延びる支持体は、採用されていない。すなわち、前者は、光ファイバが支点毎に設けられた杭に固定されており、光ファイバの長手方向に離れた２点の支点を持つ支持体は導入されていない。後者は、測定範囲の全域に亘って光ファイバが構造物に覆装固定されており、やはり、光ファイバの長手方向に離れた２点の支点を持つ支持体は導入されていない。また、何れも、測定範囲では、光ファイバが真っ直ぐに張設されている。
【０００３】
これに対し、土中等に埋設して用いる技術としては、可撓性ケーシング管（条材）に光ファイバを挿入して充填材で固定したものや（例えば、特許文献３参照。）、塩ビパイプ（条材）を継ぎ足しながら外周に光ファイバをバンド等で固定したもの（例えば、特許文献４参照。）、短尺管体（条材）を繋ぎ合わせながら光ファイバに張力を掛けた状態で固定するものが（例えば、特許文献５参照。）、知られている。これらの場合は、光ファイバの長手方向に離れた２点以上の支点を持つ支持体として、条材が採用され、それが測定範囲に亘って延びた状態で埋設されるが、やはり、この場合も、測定範囲では、光ファイバが真っ直ぐに張設されている。
【０００４】
図９は、そのような光ファイバセンサーを縦にして簡略表示した正面図であり、（ａ）は、埋設直後の状態、（ｂ）は、想定される環境変動が発生した後の状態を示している。
この光ファイバセンサー２０は（図９（ａ）参照）、条材からなる支持体２１と４列の光ファイバ１０とを組み合わせたものであり、光ファイバ１０が何れも支持体２１と長手方向を揃えて支持体２１の外周面に装着されている。その装着に際し、各光ファイバ１０は、支持体２１の外周面を周方向に４等分するところに分配され、センシング区間を画する所定ピッチで支持体２１外周面上に付設された複数・多数の支点２２によって支持される。
このような光ファイバセンサー２０の埋設は、土壌に掘削した穴に光ファイバセンサー２０を挿入してから、その穴に充填材を投入する等のことで、行われる。
そして（図９（ｂ）参照）、地滑り等が発生し、その土壌変形に伴って光ファイバセンサー２０が弓なりに湾曲すると、凹側の光ファイバ１０は縮む一方、凸側の光ファイバ１０は伸びるので、それらの歪みの量や差に基づいて、変動の程度や方向を検知することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２９６１１２号公報 （第１頁、図２−３）
【特許文献２】
特開２００２−１３１０２４号公報 （第１−２頁、図１）
【特許文献３】
特開平２−５２２２２号公報 （第１頁、第６図）
【特許文献４】
特開平１０−１９７２９８号公報 （第１頁、図４）
【特許文献５】
特開２００２−５４９５６号公報 （第１頁、図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の光ファイバセンサーでは、環境条件変動が複数のセンシング区間に亘って分布する状態で発生することを想定していることから、単一センシング区間内で生じる狭い変動などの局所的な変動に対しては変形状態が異なるので、満足のいく測定結果が得られるとは限らない。例えば（図９（ｃ）参照）、単一センシング区間より狭い地層だけ光ファイバセンサー２０を横切って変位したような場合、支持体２１の変形モードがほぼ両端固定梁の状態になることから、支持体２１と共に光ファイバ１０が変形し難くなるうえ、凹凸いずれでも光ファイバ１０が同じように変形して、歪みにほとんど差がなくなるので、変動程度の検出感度が不足するばかりか、変動方向の検知能力も喪失してしまう。このため、例えば急峻な断層の発生が予想されるような場合には、従来の光ファイバセンサーだけで十分とは言えない。
【０００７】
このような支持体の変形不足に起因する不都合に対しては、或る程度の剛性を具備した支持体を用いる場合、例えば（図１０（ａ）参照）、従来より細い条材からなる支持体３１を採用し、その代わりに支持体３１の周りに充填資材３２を付着させてセンサー全体の太さを維持し、その中に光ファイバ１０を埋め込むことで、光ファイバ１０を従来同様に配設することも考えられる。この場合、支持体３１が変形しないときでも、充填資材３２が細い支持体３１の両脇を通過して容易に移動変形することから、局所的な土壌変形等にも、光ファイバ１０が良く追従して変形するので、変動程度の検出感度が高くなる。もっとも、この光ファイバセンサー３０でも、光ファイバ１０が凹側でも凸側でも同じように歪むため（図１０（ｂ），（ｃ）参照）、変動方向まで十分に検知できる訳ではない。
【０００８】
そこで、監視対象箇所に埋設して用いるという使用目的と、保管・運搬・設置などが容易に行えるよう監視対象物より剛な支持体に光ファイバを装着させておくという製造態様は、維持したうえで、監視対象の環境変動が局所的な場合でも、高い感度で変動程度を検出することができるばかりか、変動方向の検出も可能になるよう、光ファイバセンサーの構造に工夫を凝らすことが、技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、埋設先などの設置対象の局所変動を良く検出しうる光ファイバセンサーを実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために創案された本発明の解決手段について、その要旨を、図面を引用して説明する。図１は、本発明の原理を示し、（ａ）が光ファイバセンサーの端面図・平面図、（ｂ）及び（ｃ）が光ファイバセンサー設置箇所の縦断正面図である。
【００１０】
本発明の光ファイバセンサーは、局所変動の予想されるところに、光ファイバ１０を湾曲させて設置し、この湾曲部分を測定に用いることを、本旨とする。そのため、この光ファイバセンサー４０には（図１（ａ）参照）、光ファイバ１０に加えて、それを２点で支持する一対の支点４２も具備される。支点４２は固定のためそれぞれ固定部材４１等に取着される。
そして、監視対象の土壌等４４に光ファイバセンサー４０を設置するときには（図１（ｂ）参照）、測定範囲であるセンシング区間４３の両端位置それぞれに支点４２が来るよう固定部材４１を配置する。また、光ファイバ１０には、センシング区間４３よりも長いものを採用して、弓状に湾曲させ、その中央部・中間部の凸側を測定希望方向に向けておく。
【００１１】
そうすると、センシング区間４３内で局所的に土壌等４４が変形移動すると、その部分の土壌等４４が光ファイバ１０を押して、光ファイバ１０に力Ｆが作用する。土壌等４４の変動方向が光ファイバ１０の凸側の向きと一致している場合（図１（ｃ）参照）、力Ｆは、光ファイバ１０の湾曲を更に深めようとして、光ファイバ１０には長手方向引張力が加わる。
これに対し、図示は割愛したが、土壌等４４の変動方向が光ファイバ１０の凸側の向きと直交する場合には、光ファイバ１０はその湾曲形状がほぼそのままに保たれた状態で側方に移動するので、外力が加わらない。また、土壌等４４の変動方向が光ファイバ１０の凸側と逆向きの場合には、外力が湾曲を浅くするように作用したり湾曲形状を高調波的に歪ませるように作用したりして、光ファイバ１０に圧縮力が加わる傾向となる。何れの場合も、光ファイバ１０に長手方向引張力が加わることはない。
【００１２】
このように光ファイバ１０を湾曲させて設置したことにより、光ファイバ１０が支持体等の変形能に束縛されることなく環境変動に随伴して忠実に変形するうえ、凸側への変形には強く感応して大きな歪みを生じるので、検出感度が向上する。しかも、その検出特性には湾曲方向に対応した異方性が付与されるので、支持体の変形態様などに束縛されることなく、望みの方向の変動を検出することが可能となる。
したがって、この発明によれば、監視対象箇所に光ファイバセンサーを設置して変動状態を測定するという使用目的の下で、監視対象の環境変動が局所的な場合でも、高い感度で変動程度を検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明の光ファイバセンサーについて、その実施に向けた幾つかの形態について、構成および作用効果を説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
本発明の第１実施形態の光ファイバセンサーは、出願当初の請求項１に記載の如く、環境条件変動観測用の光ファイバと、これを長手方向に亘って支持する支持体とを備えた光ファイバセンサーであって、次のような構造のセンシング区間を設けたことを特徴とするものである。すなわち、センシング区間は、前記光ファイバの長手方向上に間隔をあけて設定した２点に亘る測定範囲であり、このセンシング区間においては、前記光ファイバが、前記２点を支点として前記支持体に支持され且つ前記２点に挟まれた部分では湾曲部を有する変形可能な形態となっている、というものである。なお、前記支持体は、少なくとも前記２点に亘って延びている。
【００１５】
この場合、センシング区間で光ファイバを湾曲させたことで、埋設箇所の変動が局所的な場合でも特に凸側への変動程度を高い感度で検出することができるという上述の利点が得られ、さらに、光ファイバの湾曲可能性・変形可能性を維持しつつセンシング区間の両端で光ファイバが支持体にて支持されるようにしたことにより、センシング区間の長さや光ファイバの湾曲程度を予め確立しておくとともに、少なくとも光ファイバよりは剛な支持体を持って取り扱うこともできるので、保管・運搬・設置なども容易になる。
これにより、監視対象箇所に埋設して用いるという使用目的と、保管・運搬・設置などが容易に行えるよう監視対象物より剛な支持体に光ファイバを装着させておくという製造態様とを、維持したうえで、監視対象の環境変動が局所的な場合でも、高い感度で変動程度を検出することができるばかりか、変動方向の検出も可能なようになる。
【００１６】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施形態は、出願当初の請求項２に記載の如く、上述した第１実施形態の光ファイバセンサーであって、前記光ファイバが複列配置されたものである。しかも、その各列の光ファイバについては各々に前記センシング区間すなわち上述した構造のセンシング区間が望ましくは複列状態で設けられる。さらに、それら各列の光ファイバに係る前記湾曲部の凸側が相互に独立した方位を向く状態で、すなわちそれら複数の湾曲部の向きが異なる状態で、前記光ファイバの複列配置がなされている、というものである。
これにより、複数方位を対象として変動状態の検出が行えることとなる。あるいは、変動方向をより正確に検出できるようになる。
【００１７】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施形態は、出願当初の請求項３に記載の如く、上述した第１，第２実施形態の光ファイバセンサーであって、前記センシング区間が前記光ファイバの長手方向上に複数連ねて設けられている。すなわち、前記光ファイバに沿って前記センシング区間が直列に連なっている、というものである。
これにより、広い範囲を監視することができる。
【００１８】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施形態は、出願当初の請求項４に記載の如く、上述した第１〜第３の実施形態の光ファイバセンサーであって、前記センシング区間において、その両端に位置する前記２点で前記光ファイバが前記支持体に支持されていることに加えて、この２点に挟まれた部分では、前記光ファイバが前記支持体でなく充填資材によって支持されている、というものである。具体的には、前記光ファイバの包絡線もしくは包絡面が閉じている場合や概ね閉じている場合にはそれを含む仮想空間に関してその内部空間が、又は、前記光ファイバの包絡線もしくは包絡面が閉じていない場合には前記光ファイバに前記支持体も加えてそれらの包絡線もしくは包絡面を含む仮想空間を閉状態に近づけたものについてその内部空間が、次のような充填資材により埋め尽くされている、というものである。すなわち、この充填資材には、前記支持体よりも変形し易い物が採用されて、例えば軟らかいもの・弾性率の小さいもの・弾性限の低いもの等が採用されていて、前記内部空間が、内部に亘る歪伝達の可能な中実体となっている。
この場合、光ファイバの初期状態の湾曲態様・湾曲形状が製造時に充填資材によって規定・確定されるので、後の埋設作業等が容易かつ正確に行えることとなる。
【００１９】
［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施形態は、出願当初の請求項５に記載の如く、上述した第４実施形態の光ファイバセンサーであって、前記中実体が直に又は介在物と共に可撓性の膜体で包まれている、というものである。
これにより、光ファイバや支持体で構成されるセンシング機構から充填資材が剥落するのを防止することができる。
【００２０】
［第６の実施の形態］
本発明の第６の実施形態は、出願当初の請求項６に記載の如く、上述した第３〜第５の実施形態の光ファイバセンサーであって、渡り区間で折畳み可能な長尺状に構成したものである。具体的には、有限長さのものを複数個用いて前記支持体を構成し、それら有限長さのもの各々に対し前記センシング区間を１又は２以上配したものについて前記有限長さのものに対応する各有限長部分を棒状の集合センサーとし、前記光ファイバを共有する形で前記光ファイバの長手方向に前記集合センサーの複数基を連ね、この連なりにおいて隣り合う集合センサー同士の間を渡り区間として確保し、この渡り区間では前記光ファイバを前記支持体から自由にしている。
これにより、必要に応じて光ファイバセンサーを折り畳むことが可能となるので、長尺の光ファイバセンサーに関しても保管や運搬が容易になる。
【００２１】
［第７の実施の形態］
本発明の第７の実施形態は、出願当初の請求項７に記載の如く、上述した第１〜第６の実施形態の光ファイバセンサーであって、前記光ファイバが、金属製の鞘体によって覆装され、しかも、その鞘体から張力を及ぼされている、というものである。
これにより、保護と張力付与とを同時に叶えることができる。なお、張力にて光ファイバに伸びの歪みを予め持たせておくことで、凸側だけでなく凹側への変動も明確に且つ区別して検出することができる。
【００２２】
このような解決手段や実施形態で達成された本発明の光ファイバセンサーについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の第１〜第６実施例により説明する。
図２に示した第１実施例は、上述した第１実施形態を具現化したものであり、図３，図４に示した第２実施例は、上述した第２〜第３の実施形態を具現化したものであり、図５の第３実施例および図６の第４実施例は、何れも、上述した第４〜第５の実施形態を具現化したものであり、図７に示した第５実施例は、上述した第６実施形態を具現化したものであり、図８に示した第６実施例は、上述した第７実施形態を具現化したものである。
【００２３】
【第１実施例】
本発明の光ファイバセンサーの第１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図２は、（ａ）が光ファイバセンサーの端面図・平面図、（ｂ）が縦断正面図である。
【００２４】
この光ファイバセンサー５０は、ＢＯＴＤＲで土壌の歪み（環境条件変動）を観測するために、その測定端子となる１本の光ファイバ１０と、これを支持するための２個の支点４２及び１本の支持体５１とを具えている。
光ファイバ１０は、例えば特許文献１〜５記載の公知のもので足りるが、測定目的に適うものであれば、それ以外のものでも良い。その典型的な直径は２ｍｍである。その長さは、測定個所に応じて適宜選定され、数ｍの場合もあれば、数ｋｍの場合もある。
【００２５】
支持体５１は、光ファイバ１０を長手方向に亘って支持し、土壌４４に埋設されるので、腐食し難い剛な条材が適している。例えば、アルミニウムやステンレスの真っ直ぐな筒材が用いられる。
支持体５１は、光ファイバ１０を支点４２にて局所固定できれば、特許文献１〜５記載の公知のものでも良く、その他の締結具や挟持具等を利用したものでも良い。２個の支点４２は、支持体５１上に所定間隔をあけて設定される。その所定間隔は、測定しようとする範囲であるセンシング区間４３の区間長に一致・対応している。
【００２６】
光ファイバ１０を支持体５１に装着させて光ファイバセンサー５０を組み上げるとき、支点４２を用いて２点で光ファイバ１０が支持体５１に固定されるが、その際、センシング区間４３には、その区間長に湾曲のための余長をプラスした長さ分の光ファイバが支点４２間に仕込まれる。これにより、光ファイバ１０は、その長手方向上に間隔をあけて設定した２点を支点４２として支持体５１に支持され且つその２点に挟まれた部分では湾曲部を有する変形可能な形態のものとなる。また、センシング区間４３は、そのような構造を具有することとなる。
【００２７】
この第１実施例の光ファイバセンサー５０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図２は、（ｂ）及び（ｃ）共に光ファイバセンサー埋設箇所の縦断正面図であり、（ｂ）は埋設直後の状態、（ｃ）は環境変動後の状態を示している。
【００２８】
この例では（図２（ｂ）参照）、光ファイバセンサー５０を鉛直に設置するので、先ず土壌４４に縦穴５２を掘削し、その中へ光ファイバセンサー５０を挿し入れ、それから穴５２を土や充填材等で満たして、光ファイバセンサー５０を埋設する。
その際、適宜な方法で更に必要であれば適宜な道具や補助具も用いて、センシング区間４３部分の光ファイバ１０を弓形に湾曲させ、その凸側を土壌４４の局所変動の予想される方向に向けておく（図では右へ向いている）。
【００２９】
なお、センシング区間４３内での土壌４４の局所変動時に支持体５１が追随変形したり追随移動したりするおそれがある場合には、センシング区間４３の外側に固定部材４１を設置し、それで支持体５１の端部を固定するのが望ましい。固定部材４１は、金属製の厚板やコンクリートブロックなどの製造品でも良く、埋まっていた岩石などを流用したものでも良い。支持体５１の剛性が高くて及び／又は支持体５１がセンシング区間４３外へ十分に突き出ていて、センシング区間４３内での土壌４４の局所変動では支持体５１が大して変形したり移動したりしないような場合には、固定部材４１は必要ない。
【００３０】
土壌４４中のセンシング区間４３から延びた光ファイバ１０は、支持体５１の中空等を利用して地上に至り、ＢＯＴＤＲの測定装置１２に接続される。測定装置１２や、その測定手法は、例えば特許文献１〜５で言及されている公知のもので足りる。
こうして歪み測定の準備が調う。
【００３１】
そして（図２（ｃ）参照）、センシング区間４３のところで、土壌４４に局所変動が生じると（図では中間層部分が左から右へずれている）、それによってセンシング区間４３のところの支持体５１と光ファイバ１０とが押されるが、両端部を固定されている細長い支持体５１はほとんど変形せず、変動中の土壌４４が支持体５１の両脇を通過して移動するので、支点４２の位置もほぼ固定され移動しない。そのため、変動中の土壌４４による推力Ｆが効率よく光ファイバ１０の湾曲部に掛かることとなる。この力Ｆによって支点４２間の光ファイバ１０が伸張し、その延び歪み量が測定装置１２によって光学的に検出される。
こうして、この光ファイバセンサー５０にあっては、監視対象の土壌４４の変動が局所的な場合でも、その変動を的確に検出することができる。
【００３２】
【第２実施例】
本発明の光ファイバセンサーの第２実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図３は、（ａ）が光ファイバセンサーの端面図・正面図、（ｂ）がその側面図である。
この光ファイバセンサー５０が上述した光ファイバセンサー４０と相違するのは、複数・多数のセンシング区間４３が直列に連なっている点である。
【００３３】
センシング区間４３の数は、測定範囲の長さに対応して適宜設定され、支持体５１及び光ファイバ１０は、その区間長さよりも長くされる。一方向の変動のみ測定すれば足りる場合には、光ファイバ１０の湾曲部の凸側を支持体５１から見て同じ向きに揃えても良いが、この例では、双方向・往復方向の変動を測定しうるよう、光ファイバ１０の湾曲部の凸側が、センシング区間４３の連なりを基準として交互に且つ支持体５１を基準として反対側へ、向けられている。また、光ファイバ１０は単列のままで、隣り合うセンシング区間４３で支点４２を共用している。ここで数値例を挙げると、支持体５１の直径Ａの典型値は２ｍｍ〜１０ｍｍ、光ファイバ１０の湾曲に関する振幅Ｂは５ｍｍ〜５０ｍｍ、センシング区間の幅Ｃは１ｍ程度であるが、それを上回るものも下回るものも測定状況に応じて適宜採用される。
【００３４】
この第２実施例の光ファイバセンサー５０について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図３は、（ｃ）が挟持タイプ充填資材の斜視図、（ｄ）が光ファイバセンサーと充填資材とを組み立てたところの側面図、（ｅ）がその埋設箇所の縦断側面図である。
【００３５】
この場合、光ファイバセンサー５０の埋設に先だって、光ファイバセンサー５０を一組の充填資材５４＋５６で包み込む作業が行われる。充填資材５４＋５６は（図３（ｃ）参照）、粘土ケーキや発泡ゴムなどの扱い易く変形に追随しやすい材料からなる丸棒を二つ割りした形状に成形して充填資材５４，５６を構成し、必要に応じて一方の充填資材５４の分割面における軸芯対応箇所に溝５５を彫ったものである。
【００３６】
このような溝５５に支持体５１を納めながら、充填資材５４の分割面上に光ファイバセンサー５０を乗せて、光ファイバ１０の湾曲部の形状を整え、それから充填資材５６を重ねる。そして、充填資材５４，５６を圧着その他の手段で結合させると（図３（ｄ）参照）、光ファイバセンサー５０が充填資材５４＋５６によって挟持され、所要構造のセンシング区間４３を光ファイバ１０の長手方向に複数連ねた状態が確立される。
【００３７】
このような光ファイバセンサー５０は、充填資材５４＋５６の形状を大きく崩さない限り、各センシング区間４３の所要構造が維持されるので、埋設作業が容易かつ的確に行える。そして（図３（ｅ）参照）、光ファイバセンサー５０を充填資材５４＋５６と共に土壌４４に埋設すれば、どのセンシング区間４３でも、光ファイバ１０の湾曲部の凸側に向けた土壌４４の局所変動が、これに追随して起こる充填資材５４＋５６の局所変動により媒介伝達されて、高感度で検出される。なお、図示の例では、光ファイバセンサー５０を水平に設置して、土壌４４の上下動を検出するようになっているが、設置の向きに制約は無く、測定したい変動の向きに応じて決められる。
【００３８】
なお、図４（ａ）に示した変形例は、２本の光ファイバ１０を半波長分だけずらして複列化したものであり、どのセンシング区間４３でも双方向・往復方向に歪み測定を行えるようになっている。
図４（ｂ）に示した変形例は、１本の長い光ファイバ１０を折り返して複列化したものである。この例では光ファイバ１０が支持体５１のところで折り返しており、図４（ａ）の例では光ファイバ１０が支持体５１と交叉しているが、何れであっても、総てのセンシング区間４３で双方向測定可能になっている。
図４（ｃ）に示した変形例は、図４（ｂ）の２列の光ファイバ１０を２組採用しそれらを１／４半波長分だけずらして合計４列にしたものであり、センシング区間４３が半分ずつずれて多重化された結果、センシング区間４３端部の不感帯が解消されている。
【００３９】
図４（ｄ）に示した変形例は、やはり図４（ｂ）の２列の光ファイバ１０を２組採用したものであるが、この場合は、長手方向にずらすのでなく、支持体５１を軸にして一方を９０゜回転させており、端面視で直交状態にしている。これにより、この光ファイバセンサー５０は、各列の光ファイバ１０に係る湾曲部が相互に独立した方位に凸側を配向したものとなっている。
この場合、支持体５１を中心として光ファイバ１０が四方に配置されているので、土壌４４の変動量について、各配置方向への成分が、該当する方向の光ファイバ１０によって検出される。そのため、それらのベクトル和を算出するといった演算により、支持体５１に直交する任意方向の変動が検知される。
【００４０】
【第３実施例】
図５に製造過程を示した本発明の光ファイバセンサー６０が上述した光ファイバセンサー５０と相違するのは、充填資材６１と膜体６２とが予め組み付けられている点である。なお、ここでは、上述した光ファイバセンサー５０のうち図４（ｄ）の変形例をベースにしたものを具体例にして、説明する。
【００４１】
この場合、先ず（図５（ａ）参照）、支持体５１にセンシング区間４３対応の所定ピッチで支点４２を取着し、次に（図５（ｂ）参照）、支点４２のところを残して支持体５１の周囲に粘土等の充填資材６１を付けるが、充填資材６１は支点４２に近いほど薄く支点４２から遠いほど厚くなるようにする。そのとき、支持体５１を中心軸にした軸対称形にすると形を整えやすい。充填資材６１が中膨らみの紡錘形になったら、その上に光ファイバ１０を重ね（図５（ｃ）参照）、その光ファイバ１０を支点４２のところで支持体５１に係止する。光ファイバ１０が弛まないよう留意しながら、光ファイバ１０を充填資材６１の表面に沿って延ばす。そのようにして、光ファイバ１０を、端面視で支持体５１の四方から、装着する。それから（図５（ｄ）参照）、市販の薄い熱収縮チューブから適宜な径のものを選出した可撓性の膜体６２を被せ、それをドライヤー等で加熱収縮させて、充填資材６１上に密着させる。
【００４２】
これにより、充填資材６１の不所望な乾燥や剥落が防止される。また、光ファイバ１０が、充填資材６１と膜体６２とに挟持されて保護されると同時に、センシング区間４３において必要とされる変形可能な湾曲部を具有することとなる。さらに、光ファイバセンサー６０は、各センシング区間４３において、光ファイバ１０と支持体５１との包絡線や包絡面のなす内部空間が、充填資材６１により埋め封じられて、内部に亘る歪伝達の可能な中実体となる。
このような光ファイバセンサー６０は、充填資材６１の装着まで工場等で済ませて長く保管しておくことができるうえ、保管や運搬時に破損するおそれもほとんど無く、現場で埋設するときにも迅速施工が可能なので、実用価値が高い。
【００４３】
【第４実施例】
図６に製造過程を示した本発明の光ファイバセンサーが上述した第３実施例のものと相違するのは、光ファイバ１０の包絡線・包絡面の外部にも充填資材６３が付加されている点である。
すなわち、この光ファイバセンサー６０は、支持体５１に充填資材６１を付けその上に光ファイバ１０を張るところまでは上述したのと同じであるが（図５（ｃ），図６（ａ）参照）、それを膜体６２で直に包むのでなく、外周部分に充填資材６３を付け足して丸棒状にし（図６（ｂ）参照）、それから膜体６２を被せ（図６（ｃ）参照）、加熱収縮させて仕上げるのである（図６（ｄ）参照）。
【００４４】
充填資材６３の材質は、土壌４４に似ていて土壌４４の歪みを良く伝達しうるものであれば良く、充填資材６１と同じでも異なっていても良い。
この場合、上述した第３実施例の作用効果を引き継ぐのに加えて、長手方向に直交する横断面の形状が一様になって、埋設先の一般的形状である丸穴に良く適合するので、施工が更に容易になる。
【００４５】
【第５実施例】
本発明の光ファイバセンサーの第５実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図７は、（ａ）及び（ｂ）何れも光ファイバセンサー７０の側面透視図であり、（ａ）が展開状態、（ｂ）が折畳状態である。
この光ファイバセンサー７０が上述した光ファイバセンサー６０と相違するのは、折り畳み可能になったことである。
すなわち、光ファイバセンサー７０は、上述した光ファイバセンサー６０を長尺にするに際して、保管や運搬などの取扱を容易に行えるよう、集合センサー７１と渡り区間７２とを交互に配して直列接続した状態に改造することで、折り畳み可能にしたものである。
【００４６】
具体的には（図７（ａ）参照）、集合センサー７１毎に、有限長さの支持体５１を用いて、部分的には上述の光ファイバセンサー６０と同様に幾つかのセンシング区間４３を配して棒状体に仕上げる。ただし、光ファイバ１０は、複数基の集合センサー７１を長手方向に数珠繋がり状態で一列に連ねるために、長手方向に分割しないで、複数基の集合センサー７１に共有させる。また、その連なりにおいて隣り合う集合センサー７１の間、これは支持体５１の無い渡り区間７２となるが、この渡り区間７２では、損傷することなく１８０゜以上曲げられる長さの光ファイバ１０を、自由状態で確保する。
【００４７】
望ましくは何回も捲回可能な自由長さを確保して、複数回・多数回の捲回を施して、渡り区間７２では光ファイバ１０を図示のようなコイル状に形成しておくと良い。さらに、渡り区間７２では、可撓性のカバー７３で光ファイバ１０を包んで、自由状態の光ファイバ１０を保護するとともに、捲回が解けるのを防止するのが好ましい。なお、図示は割愛したが、カバー７３に代えて又はそれに加えて光ファイバ１０の内側に可撓性チューブを設けても良く、それらが軸方向に移動可能になっていても良い。数値例を挙げると、集合センサー７１の長さは２ｍ〜１０ｍ、渡り区間７２の区間長は１００ｍｍ〜６００ｍｍ、渡り区間７２における光ファイバ１０の自由長は１５００ｍｍ〜３０００ｍｍ、渡り区間７２における光ファイバ１０の捲回数は５回〜１０回であるが、それを上回るものも下回るものも適宜採用される。
【００４８】
この場合、渡り区間７２で光ファイバ１０を支持体５１から自由にしたことにより、渡り区間７２で曲げ伸ばしすることで、光ファイバセンサー７０をコンパクトに折り畳むことも長く引き延ばすことも容易に行える。
そして、このような長尺の光ファイバセンサーは、工場で組み立てた後の保管や運搬は嵩張らないよう折り畳んだ状態で行われ（図７（ｂ）参照）、現場では一本の棒状に伸ばして土壌４４に埋設され（図７（ａ）参照）、それから測定装置１２に接続されて使用に供される。
こうして、この光ファイバセンサー７０にあっては、長尺であるにも拘わらず、保管も運搬も設置も楽に行える。
【００４９】
【第６実施例】
本発明の光ファイバセンサーの第６実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図８は、（ａ）及び（ｂ）何れも光ファイバの横断面図であり、（ｃ）が光ファイバの外観図である。
この光ファイバセンサーが上述した光ファイバセンサー５０，６０，７０と相違するのは、光ファイバ１０が鞘体１１で覆装されている点である。
【００５０】
鞘体１１は、ステンレス製の薄いチューブであり、光ファイバ１０の保護および張力付与のために、光ファイバ１０を中空内に納め（図８（ａ）参照）、光ファイバ１０に張力を与えた状態で所定ピッチ毎に「かしめ」を行って（図８（ｂ），（ｃ）参照）、光ファイバ１０の張力および鞘体１１の反力が恒常的に維持されるようになっている。鞘体１１は、外径が２ｍｍ、肉厚が０．２ｍｍで、「かしめ」ピッチは１０００ｍｍであるが、これらは典型値であり、応用目的に応じて適宜設計変更される。
【００５１】
この場合、鞘体１１を利用して予め光ファイバ１０に張力が付与される。張力付与は、測定目的に応じて必要なとき必要なだけ行うが、一般に、歪み測定では、光ファイバ１０を例えば０．５％伸ばす程度にする。そうすることで、伸びだけでなく縮みも測定可能となる。
そのため、センシング区間４３における光ファイバ１０の湾曲部が凸側へ押されて伸び歪みを生じたときはもちろん上述したようにして検知できるのに加えて、同じか又は重複するセンシング区間４３において湾曲部の凸側を反対側に向けて設置された光ファイバ１０及び鞘体１１については、その湾曲部が凹側へ押されて、鞘体１１に縮み歪みを生じると同時に、光ファイバ１０の張力および予歪みが減るので、両者を合わせると検出能力がほぼ倍増する。
【００５２】
【その他】
なお、上記の各実施例では、監視対象の環境条件変動の具体例として土壌の歪みを挙げ、また、センサーの設置形態として埋設を挙げたが、本発明のセンサーの利用は、これに限られるものでなく、防波堤，ダム，堤防のようなコンクリート構造物の変形を埋込みや貼りつけ（図４（ａ）〜（ｃ）のセンサーなど）設置して監視し、あるいは、湖沼の氷結挙動を水中に浸漬設置して観察するなど、設置した光ファイバケーブルの光学的状態に影響を及ぼす利用条件であれば良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光ファイバセンサーにあっては、センシング区間で光ファイバを湾曲させるようにしたことにより、特に凸側への検出感度が向上するので、埋設先の局所変動を良く検出しうる光ファイバセンサーを実現することができたという有利な効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示し、（ａ）が光ファイバセンサーの端面図・平面図、（ｂ）及び（ｃ）が光ファイバセンサー埋設箇所の縦断正面図である。
【図２】本発明の第１実施例について、（ａ）が光ファイバセンサーの端面図・平面図、（ｂ）及び（ｃ）が光ファイバセンサー埋設箇所の縦断正面図である。
【図３】本発明の第２実施例について、（ａ）が光ファイバセンサーの端面図・正面図、（ｂ）がその側面図、（ｃ）が挟持タイプ充填資材の斜視図、（ｄ）が光ファイバセンサーと充填資材とを組み立てたところの側面図、（ｅ）がその埋設箇所の縦断側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）何れも、第２実施例の変形例を示し、左側が光ファイバセンサーの端面図・正面図であり、右側が側面図である。
【図５】本発明の光ファイバセンサーの第３実施例について、製造過程を示し、（ａ）〜（ｄ）何れも、左側が端面図・正面図であり、右側が側面図である。
【図６】本発明の光ファイバセンサーの第４実施例について、製造過程を示し、（ａ）〜（ｄ）何れも、左側が端面図・正面図であり、右側が側面図である。
【図７】本発明の光ファイバセンサーの第５実施例について、（ａ）及び（ｂ）共に側面透視図であり、（ａ）が展開状態、（ｂ）が折畳状態である。
【図８】本発明の光ファイバセンサーの第６実施例について、（ａ）及び（ｂ）共に光ファイバの横断面図であり、（ｃ）は光ファイバの外観図である。
【図９】従来の光ファイバセンサーについて、（ａ）〜（ｃ）何れも正面図である。
【図１０】その改良案について、（ａ）〜（ｃ）何れも光ファイバセンサーの縦断正面図である。
【符号の説明】
１０…光ファイバ、１１…鞘体、１２…測定装置、
２０…光ファイバセンサー、２１…支持体、２２…支点、
３０…光ファイバセンサー、３１…支持体、３２…充填資材、
４０…光ファイバセンサー、４１…固定部材、４２…支点、
４３…センシング区間、４４…土壌、
５０…光ファイバセンサー、５１…支持体、５２…穴、
５４…充填資材、５５…溝、５６…充填資材、
６０…光ファイバセンサー、６１…充填資材、６２…膜体、６３…充填資材、
７０…光ファイバセンサー、７１…集合センサー、
７２…渡り区間、７３…カバー

Claims (7)

1. 環境条件変動観測用の光ファイバと、これを長手方向に亘って支持する支持体とを備えた光ファイバセンサーであって、前記光ファイバがその長手方向上に間隔をあけて設定した２点を支点として前記支持体に支持され且つ前記２点に挟まれた部分では湾曲部を有する変形可能な形態となっている構造のセンシング区間を設けたことを特徴とする光ファイバセンサー。
2. 前記光ファイバは複列配置されていて、その各列の光ファイバについて前記センシング区間が設けられており、各列の光ファイバに係る前記湾曲部は、相互に独立した方位に凸側が配向するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサー。
3. 前記センシング区間が前記光ファイバの長手方向上に複数連ねて設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバセンサー。
4. 前記センシング区間において、前記光ファイバの又はそれと前記支持体との包絡線もしくは包絡面の内部空間が、充填資材により埋め封じられて、内部に亘る歪伝達の可能な中実体となっている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光ファイバセンサー。
5. 前記中実体は可撓性の膜体で包まれていることを特徴とする請求項４記載の光ファイバセンサー。
6. 請求項３乃至請求項５の何れかに記載の光ファイバセンサーであって、前記支持体には有限長さのものを複数用い、それぞれに前記センシング区間を１又は２以上配して棒状の集合センサーとし、前記光ファイバを共有する形で前記光ファイバの長手方向に前記集合センサーの複数基を連ねるとともに、この連なりにおいて隣り合う集合センサーの間の渡り区間では前記光ファイバを前記支持体から自由にしたことにより、前記渡り区間で折畳み可能な長尺状に構成したことを特徴とする光ファイバセンサー。
7. 前記光ファイバは、金属製の鞘体により、この鞘体から張力を及ぼされる形で覆装されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光ファイバセンサー。

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