JP2004257773A

JP2004257773A - Optical fiber type displacement gauge

Info

Publication number: JP2004257773A
Application number: JP2003046526A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fujihashi; 一彦藤橋; Masaru Okutsu; 大奥津; Hiroyuki Komatsu; 宏至小松
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP3910924B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber type displacement gauge hardly affected by the external factor and reducing the initial installation cost and maintenance cost. <P>SOLUTION: This optical fiber type displacement gauge 1 detects the displacement of a measured object. The displacement gauge 1 comprises a displacement receiving part 3 for receiving the displacement of the measured object, a coil spring member 2 having the hollow shape and elastically supporting the displacement receiving part 3 along the specific direction, a deformation part 6 elastically deforming in the direction approximately perpendicular to the moving direction in accordance with the movement along the specific direction of the entire coil spring member 2 on the basis of the displacement of the measured object, a first optical fiber wound around the deformation part 6 on a central axis in the direction in parallel with the moving direction of the coil spring member 2, and a second optical fiber 15 including a displacement detecting fiber part 15a and mounted in a hollow part of the coil spring member 2 integrally movably in accordance with the movement of the coil spring member 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、トンネル、橋梁、ダム、ビル、河川堤防、港湾施設等の大型土木構造物や地盤、雪氷に対して、災害防止あるいは災害の事前検知のためにその測定対象物の変位を監視する必要がある場合に好適な光ファイバ式変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２１世紀を迎え、より安全な生活環境を実現するために、上記トンネル、橋梁、ダム、ビル、河川堤防、港湾施設等の大型土木構造物の経年劣化や地盤、雪氷の崩壊予測等を監視するシステムの確立が望まれている。
【０００３】
この点、従来では、上述した大型土木構造物や地盤、雪氷等の測定対象の変位を、ひずみゲージを含む電気式センサにより電気抵抗の変化として検出する計測方式（例えば、非特許文献１参照）や、測定対象の変位から生じる音響放出（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）に基づいて電気的に検出する計測方式（非特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
また、上記測定対象にレーザ受光部を設置し、そのレーザ受光部にレーザを照射してその回転角の変化量から測定対象の変位を計測するシステム（非特許文献３参照）や、高精度カメラにより計測対象を連続的に撮影し、得られた撮影画像を画像解析処理して測定対象の変位を計測するシステム（非特許文献４参照）が知られている。
【０００５】
【非特許文献１】
”変位計”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年２月１４日、株式会社共和電業、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｗａ−ｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｊａｐａｎｅｓｅ／ｐｒｏｄｕｃｔ／２００２−１０／１０−３３．ｐｄｆ＞
【０００６】
【非特許文献２】
”岩盤崩壊予測システム”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年２月１９日、明治コンサルタント株式会社、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｉｃｏｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｔｕｄｙ／ｒｏｃｋ／＞
【０００７】
【非特許文献３】
”レーザ変位計（ＰＭ−１０００）”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年２月６日、株式会社計測リサーチコンサルタント、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｒｃｎｅｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ／ＰＭ１０００／ＰＭ１０００＿０１．ｈｔｍ＞
【０００８】
【非特許文献４】
”ＣＣＤカメラを用いた変位計測システム”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１３年８月３０日、株式会社大林組、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｂａｙａｓｈｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｎｅｗｓｒｅｌｅａｓｅ／ｎｅｗｓ２００１０８／ｎｅｗｓ２００１０８２３．ｈｔｍｌ＞
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上述した電気式センサは高精度である。
【００１０】
しかしながら、電気式センサは、変位を電気的に計測しているため、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因に対して影響され易く、また、センサ自体が高価であり、初期設置コストおよび維持コストも高価であるという問題が生じていた。
【００１１】
さらに、上述した大型の測定対象に対する変位計測の場合、その測定対象を複数点で計測する必要があるが、その複数点計測を複数の電気式センサで行った場合、システムが複雑になり、また、電気式センサ毎に電源が必要であるという問題が生じていた。
【００１２】
その測定対象を複数点で計測する必要があるが、その複数点計測を複数の電気式センサで行った場合、システムが複雑になり、また、電気式センサ毎に電源が必要であるという問題が生じていた。
【００１３】
特に、高精度カメラによる連続撮影・画像解析方式の変位計測システムでは、豪雨等の悪天候時や夜間時の監視が困難であった。また、高精度カメラの撮影範囲に起因して監視対象地域や、高精度カメラの設置密度に限界がある等の問題があった。
【００１４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、天候、高圧電線等の外的要因の影響を受けにくく、初期設置コストおよび維持コストの低減が図れる光ファイバ式変位計を提供することをその目的とする。
【００１５】
また、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上記光ファイバ式変位計を複数個用いて複数点計測を行った場合においても、システム構成が簡易であり、各光ファイバ式変位計の電源を不要とすることを他の目的とする。
【００１６】
さらに、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、変位発生の有無を遠隔地から一元的に監視することができる光ファイバ式変位計を提供することを他の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、請求項１に記載されたように、測定対象の変位を検知する光ファイバ式変位計であって、前記測定対象の変位を受ける変位受け部と、中空形状を有しており、前記変位受け部を所定方向に沿って弾性支持する弾性支持部と、前記弾性支持部を前記所定方向に沿って移動自在に支持しており、前記測定対象の変位に基づく前記弾性支持部全体の前記所定方向に沿った移動に応じてその移動方向に略直交する方向に弾性変形する弾性変形部と、前記弾性変形部の変形方向に略直交し、かつ前記弾性支持部の移動方向に平行な方向を中心軸として当該弾性変形部の周囲に巻回された第１の光ファイバと、前記弾性支持部の中空部内に、当該弾性支持部の移動に応じて一体に移動自在に配置された変位検知用ファイバ部を含む第２の光ファイバと、
を備えている。
【００１８】
請求項２に記載された発明によれば、前記変位検知用ファイバ部は、前記変位受け部から離間した位置に当該変位受け部と対向して配置されており、前記変位検知用ファイバ部における所定距離離間した第１および第２の部位をそれぞれ固定支持する固定支持部と、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位を前記弾性支持部と一体に移動自在に支持する移動支持部と、をさらに備えている。
【００１９】
請求項３に記載された発明によれば、前記弾性支持部は略環状の形状を有し、前記弾性変形部は環状の側面部を有し前記弾性支持部と同軸状に配置されており、前記第１の光ファイバは前記弾性変形部の前記環状側面部に巻回されており、前記弾性支持部および前記弾性変形部の中心軸方向に沿って配置されており、前記変位受け部を前記弾性変形部に対して同軸状に支持する同軸支持部をさらに備えている。
【００２０】
請求項４に記載された発明によれば、前記弾性変形部は前記環状側面部を含む略中空円筒形状を有しており、前記変位受け部は、前記弾性変形部の中空部と同軸状に形成された中空円板形状を有しており、前記同軸支持部は、前記弾性変形部の中空部分および前記変位受け部の中空部分に挿入配置された略円筒部材である。
【００２１】
請求項５に記載された発明によれば、前記固定支持部は、前記変位検知用ファイバ部における所定距離離間した第１および第２の部位をそれぞれ前記同軸支持部に対して固定支持しており、前記移動支持部は、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位に固定されたファイバ支持部と、このファイバ支持部を、前記弾性支持部における当該ファイバ支持部に対向する部位に取り付ける屈曲自在な取付アーム部とを備えている。
【００２２】
請求項６に記載された発明によれば、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位の前記弾性支持部に対する支持位置は、前記測定対象が所定長変位した場合に弾性変形し始める位置である。
【００２３】
請求項７に記載された発明によれば、前記弾性支持部および前記弾性変形部は、互いに異なる弾性係数を有する。
【００２４】
請求項８に記載された発明によれば、前記弾性支持部はバネ部材であり、このバネ部材のバネ定数を、前記測定対象、その測定対象に対する変位の測定範囲および該測定対象の変位に対する要求精度に応じて可変設定している。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる光ファイバ式変位計１の概略構成を示す図である。
【００２６】
図１に示すように、光ファイバ式変位計１は、測定対象、その測定対象に対する変位の測定範囲および該測定対象の変位に対する要求精度に応じて可変設定された弾性係数であるバネ定数を有する中空かつコイル状バネ部材２と、このコイル状バネ部材２の一端部に同軸状に取り付けられた略中空円板状の変位受け部３とを備えており、この変位受け部３の端面３ａが測定対象の変位を受ける変位受け面として構成されている。
【００２７】
変位受け部３は、コイル状バネ部材２により中心軸方向に沿って移動自在に弾性支持されている。
【００２８】
また、光ファイバ式変位計１は、コイル状バネ部材２の他端部に一端面５ａを介して同軸状に取り付けられた略中空円板状を有するバネ受け部５と、このバネ受け部５の他端面５ｂに同軸状に取り付けられており、ゴム等の弾性範囲が広くポアソン比が大きい弾性部材から形成された略中空円筒形状を有する弾性変形部（変状部）６とを備えている。
【００２９】
また、変状部６の弾性係数は、コイル状バネ部材２のバネ定数（弾性係数）とは異なる値に設定されている。
【００３０】
コイル状バネ部材２およびバネ受け部５は、変状部６に対して、その弾性変形により中心軸方向に沿って移動自在に支持されている。
【００３１】
また、光ファイバ式変位計１は、変状部６の環状側面６ａに巻回された第１の光ファイバ７と、変状部６の他端面に同軸状に取り付けられており、バネ受け部５と略同一の形状を有する変位計取付部８とを備えており、光ファイバ式変位計１は、例えば測定対象部位の変位方向に対向するように変位計取付部８を介して固定取付されている。
【００３２】
変位受け部３、バネ受け部５、変状部６および変位計取付部８それぞれの中空部は、同一面積を有し同軸状に配置されている。
【００３３】
さらに、光ファイバ式変位計１は、この変位受け部３、バネ受け部５、変状部６および変位計取付部８それぞれの中空部に挿入配置されており、変位受け部３、バネ受け部５、変状部６および変位計取付部８それぞれの中心軸を調整して同軸配置状態を保持するための同軸支持部としての略円筒状の軸調整具９とを備えており、変位受け部３は、この軸調整具９に対してスライド自在に支持されている。
【００３４】
そして、光ファイバ式変位計１は、コイル状バネ部材２の中空部２ａ内に、変位受け部３から中心軸方向に沿って所定距離だけ離間した位置に変位受け部３と対向して配置された変位検知用ファイバ部１５ａを含む第２の光ファイバ１５と、変位検知用ファイバ部１５ａにおける所定距離離間した第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２をそれぞれ固定支持する固定支持部１６ａ１および１６ａ２とを備えている。
【００３５】
さらに、光ファイバ式変位計１は、変位検知用ファイバ部５ａにおける第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２間の所定部位である例えば中央部１５ａ３を弾性支持部２と一体に移動自在に支持する移動支持部１７を備えている。
【００３６】
すなわち、図３に示すように、固定支持部１６ａ１および１６ａ２は、変位検知用ファイバ部１５ａにおける第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２をそれぞれ変位受け面対向側とは反対側（バネ受け部５側）から固定支持する第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２と、この第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２を、変位検知用ファイバ部１５ａにおける上記第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２間の部分が変位受け部３の変位受け面３ａに平行かつ中心軸に対して直交に配置されるように軸調整具９に対して固定支持する第１および第２の固定支持アーム２２ａ１および２２ａ１とを備えている。
【００３７】
さらに、移動支持部１７は、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３における変位受け部３に対する対向面に当接して固定された第３のファイバ支持部２５と、例えば屈曲自在な可撓性部材により形成されており、この第３のファイバ支持部２５を、コイル状バネ部材２における第３のファイバ支持部２５における該中央部１５ａ３に径方向に沿って対向する輪状のコイル部２ｂに対して取り付ける取付アーム部２６とを備えており、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３および取付アーム部２６は、コイル状バネ部材２の中心軸方向に沿った移動（弾性変形）に応じて中心軸方向に沿って一体に移動するようになっている。
【００３８】
次に、本実施形態の光ファイバ式変位計１の作用について図４（ａ）、図４（ｂ）および図５を用いて説明する。
【００３９】
最初に、変状部６および第１の光ファイバ７による測定対象部位の変位量を定量的に計測する際の作用について図４（ａ）を用いて説明する。
【００４０】
光ファイバ式変位計１の変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、さらに測定対象部位が変位計取付部８に向かって変位した場合、変位受け部３がその測定対象部位の変位と一体に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動（スライド）し、コイル状バネ部材２は、その変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮し、そのコイル状バネ部材２の圧縮による変位計取付部８側への中心軸方向に沿った弾性力がバネ受け部５の一端面５ａに作用する。
【００４１】
このとき、変位受け部３、バネ受け部５および変状部６は軸調整具９により互いに同軸状に配置されており、また、コイル状バネ部材２も変位受け部３、バネ受け部５および変状部６に対して同軸状に配置されているため、測定対象部位の変位は、変位受け部３の移動に基づくコイル状バネ部材２の弾性力として中心軸方向に沿ってロス（損失）なく変状部６に作用される。
【００４２】
変状部６は、弾性範囲が広くポアソン比が大きい弾性部材から形成されているため、コイル状バネ部材２から作用される弾性力によりバネ受け部５が変位計取付部８側へ移動し、そのバネ受け部５の移動に応じて変状部６が中心軸方向に対して略直交する方向（径方向）に沿って外方へ樽状に弾性変形する（図４（ａ）参照）。
【００４３】
この弾性変形により、変状部６の環状側面６ａに巻回された光ファイバ７には引っ張り荷重が印加され、この結果、第１の光ファイバ７に引っ張り歪みが発生する。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、変位受け部３に対して測定対象部位の変位が作用していない状態と比べて、変位受け部３に測定対象部位の変位が作用すると、その変位量を、第１の光ファイバ７に生じた引っ張り歪みの量により検出することができる。
【００４５】
続いて、第２の光ファイバ１５の変位検知用ファイバ部１５ａによる測定対象部位の閾値に至る変位発生の有無を監視する際の作用について図４（ｂ）、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明する。
【００４６】
光ファイバ式変位計１の変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、続いて変位計取付部８に向かって変位した場合、変位受け部３がその測定対象部位の変位と一体に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動（スライド）し、コイル状バネ部材２は、その変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮する。
【００４７】
このとき、コイル状バネ部材２の圧縮に応じて、その輪状のコイル部２ｂも次第に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動し始める。
【００４８】
そして、測定対象部位の変位量が一定の量（閾値）を超えると、対応するコイル状バネ部材２の圧縮に応じて、輪状コイル部２ｂに取付アーム部２６を介して一体に取り付けられた第３のファイバ支持部２５が輪状コイル部２ｂの移動と共に変位計取付部８に向かって移動し、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３を変位計取付部８側へ向かって押圧する（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。
【００４９】
このとき、変位受け部３は軸調整具９により軸ズレなくその中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動し、また、コイル状バネ部材２も変位受け部３に対して同軸状に配置されているため、測定対象部位の変位は、変位受け部３の移動に基づくコイル状バネ部材２の輪状コイル部２ｂの移動としてロス（損失）なく移動支持部１７の第３のファイバ支持部２５に対する押圧力として作用される。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、取付アーム部２６が屈曲自在であり、変位検知用ファイバ部１５における第３のファイバ支持部２５に当接された中央部１５ａ３の両側の上記第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２がそれぞれ第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２により固定されているため、第３のファイバ支持部２５の変位計取付部８側への移動により、図５（ｂ）に示すように、第３のファイバ支持部２５が取付アーム部２６の屈曲により変位計取付部８側へ移動し、この結果、変位検知用ファイバ部１５ａは、第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２を支点としてその中央部１５ａ３が変位計取付部８側へ移動して、その中央部１５ａ３に曲げが生じる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、変位受け部３に対して測定対象部位の変位が一定量（閾値）を超えると、その閾値を超えた測定対象部位の変位を第２の光ファイバ１５の変位検知用ファイバ部１５ａに発生した曲げ損失により検知することができる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態によれば、測定対象部位の変位量および閾値を超えた変位の発生の有無を電気的に計測するのではなく、測定対象部位の変位に基づく第１の光ファイバ７の引っ張り歪みおよび第２の光ファイバ１５における変位検知用ファイバ部１５ａに発生した曲げ損失に応じてそれぞれ計測することができるため、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因に対する影響を受けにくくなり、計測精度を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、電気的構成要素を用いることなく、測定対象部位の変位量および閾値を超えた変位の発生の有無をそれぞれ計測することができるため、光ファイバ式変位計１自体のコストを低減することができる。
【００５４】
この結果、光ファイバ式変位計１を測定対象部位の変位量検出用および閾値を超えた変位検知用として最初に設置する場合のコスト（初期設置コスト）および交換時等に伴う維持コストをそれぞれ低減することが可能になる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係わる変位計測システム２８の概略構成を示す図である。
【００５６】
この変位計側システム２８は、例えば、大型の測定対象の変位量および閾値を超えた変位の計測を行う場合のシステムであり、その測定対象を複数点で計測するシステムである。
【００５７】
すなわち、変位計側システム２８は、図１に示す光ファイバ式変位計１を複数個用いて第１の光ファイバ７に発生した引っ張り歪みを計測し、さらに、第２の光ファイバ１５の変位検知ファイバ部１５ａに発生した曲げ損失を検知するシステムである。
【００５８】
図６に示すように、変位計側システム２８は、測定対象部位の変位を複数点、すなわち、面的に受けるために、図１に示す光ファイバ式変位計１を複数（ｎ：２以上の整数）個有しており、この複数の光ファイバ式変位計１（以下、１ａ１〜１ａｎとする）は、例えばその変位受け部３の変位受け面３ａが線状あるいはマトリクス状に配列されており、測定対象部位の変位を面的に受けることが可能になっている。
【００５９】
また、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎの変状部６には、同一の第１の光ファイバ７がそれぞれ巻回され、この第１の光ファイバ７を介して直列に接続されている。
【００６０】
さらに、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎのコイル状バネ部材２における中空部２ａ内には、同一の第２の光ファイバ１５における異なる部位がそれぞれ変位検知用ファイバ部１５ａとして配置されており、第２の光ファイバ１５を介しても直列に接続されている。
【００６１】
なお、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎのその他の構成要素については、図１と同様であるため、その説明は省略する。
【００６２】
また、変位計測システム２８は、同一の第１の光ファイバ７を介して直列接続された複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・１ａｎにおける一端側の光ファイバ式変位計１ａ１から外側に引き出されたファイバ引出し部ＦＴ１に接続されており、第１の光ファイバ７の歪み（ひずみ）分布を測定して電気的な歪データに変換して出力する歪み分布測定器２９と、同一の第２の光ファイバ１５を介して直列接続された複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・１ａｎにおける他端側の光ファイバ式変位計１ａｎから外側に引き出されたファイバ引出し部ＦＴ２に接続されており、第２の光ファイバ１５の曲げ損失を測定して電気的な曲げ損失データに変換して出力する曲げ損失測定器３０と、歪み分布測定器２９および曲げ損失測定器３０に対して、例えば、通信ケーブル、ＬＡＮ、公衆回線、専用線等の通信ネットワーク等を介して通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の計算機３１とを備えている。
【００６３】
この計算機３１は、歪み分布測定器２９および曲げ損失測定器３０からそれぞれ出力された歪みデータおよび曲げ損失データを受信し、受信した歪みデータおよび曲げ損失データに基づいて測定対象の変位量や閾値を超えた変位発生の有無を算出し、算出結果に基づいて警報等を発出する処理を行うようになっている。
【００６４】
図６に示すように、歪み分布測定器２９は、第１の光ファイバ７に沿って連続的な歪み分布の測定が可能なブリルアン後方散乱光を用いた光学時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ（ＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｒ））に基づく測定器である。
【００６５】
すなわち、歪み分布測定器２９は、レーザ光等の信号光Ｓ１および参照光Ｓ２をそれぞれ出力する光源３２と、この光源３２から出力された信号光Ｓ１の光周波数を、例えば約１０ＧＨｚ上昇した周波数に変換する光周波数変換器３３と、この光周波数変換器３３により周波数変換された信号光Ｓ１をパルス変調して光パルスＰ１を生成して出力する光パルス変調器３４と、この光パルス変調器３４から出力された光パルスＰ１をファイバ引出し部ＦＴ１を介して第１の光ファイバ７に出力し、ファイバ引出し部ＦＴ１を介して戻ってくる後方散乱光を分岐（スプリット）して後述するコヒーレント光受信機３６に出力するビームスプリッタ３５とを備えている。
【００６６】
また、歪み分布測定器２９は、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ側からファイバ引き出し部ＦＴ１およびビームスプリッタ３５を介して戻ってくるブリルアン散乱に起因する後方散乱光Ｂ１を受信し、受信された後方散乱光Ｂ１と参照光Ｓ２とを比較して、第１の光ファイバ７全体、すなわち、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ内での歪み分布を測定し、測定された歪み分布を電気的な歪データに変換して計算機３１に出力するコヒーレント光受信機３６を備えている。
【００６７】
一方、曲げ損失測定器３０は、光パルスＰ２を出力する発光部４０と、この発光部４０から出力された光パルスＰ２をファイバ引出し部ＦＴ２を介して第２の光ファイバ１５に出力し、ファイバ引出し部ＦＴ２を介して戻ってくる後方散乱光Ｂ２を分岐して後述する受光部に出力するビームスプリッタ４１と、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ側からファイバ引き出し部ＦＴ２およびビームスプリッタ４１を介して戻ってくる後方散乱光Ｂ２を受信し、受信された後方散乱光Ｂ２に基づいて第２の光ファイバ１５全体、すなわち、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ内での損失分布を測定し、測定された損失分布を電気的な損失データに変換して計算機３１に出力する受光部４２とを備えている。
【００６８】
次に、本実施形態の変位計測システム２８の作用について図６を用いて説明する。
【００６９】
複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎは、それぞれ変位計取付部８を介して測定対象部位の変位方向に対向するように固定取付されており、また、歪み分布測定器２９からは、光パルスＰ１が送信されて光ファイバ式変位計１ａ１のファイバ引出し部ＦＴ１から第１の光ファイバ７に入射され、曲げ損失測定器３０からは、光パルスＰ２が送信されて光ファイバ式変位計１ａｎのファイバ引出し部ＦＴ２から第２の光ファイバ１５に入射されている。
【００７０】
このとき、複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎの内の例えば複数（例えばｋ（≦ｎ）個の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋそれぞれの変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、さらに測定対象部位がそれぞれの変位計取付部８に向かって変位した場合、第１実施形態と同様に、測定対象部位の変位により、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋの変位受け部３が変位計取付部８に向かって移動し、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋのコイル状バネ部材２がその変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮する。
【００７１】
このとき、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋの変状部６は、対応するコイル状バネ部材２から作用される弾性力に基づバネ受け部５の移動に応じて、中心軸方向に対して略直交する方向（径方向）に沿って外方へ樽状に弾性変形する（図４（ｂ）参照）。
【００７２】
この弾性変形により、第１の光ファイバ７における各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋにおける変状部６の環状側面部６ａに巻回された部分（以下、ファイバ部位７ａ１〜７ａｋとする）には引っ張り荷重が印加され、この結果、ファイバ部位７ａ１〜７ａｋに引っ張り歪みが発生する。
【００７３】
このとき、第１の光ファイバ７に入射された光パルスＰ１は、その第１の光ファイバ７内を伝播しながらブリルアン散乱に基づく後方散乱光（戻り光；約１０ＧＨｚ周波数ダウンする）を発生している。
【００７４】
特に、第１の光ファイバ７における各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋにおいて引っ張り歪みが生じているため、この各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋからの後方散乱光には、引っ張り歪みに起因した周波数シフトが発生している。
【００７５】
このようにして発生した後方散乱光Ｂ１は、第１の光ファイバ７内を光パルス入射側に向かって伝播し、ファイバ引き出し部ＦＴ１およびビームスプリッタ３５を介して分岐してコヒーレント光受信機３６に入射する。
【００７６】
このコヒーレント光受信機３６では、後方散乱光Ｂ１および参照光Ｓ２間において例えば光ヘテロダイン検波が実行され、上記後方散乱光Ｂおよび参照光Ｓ２間の周波数差を表す分布（周波数分布）に対応する電気データ、すなわち、上記引っ張り歪みに起因した周波数シフト部分に対応する周波数差の分布（歪み分布）を表す歪みデータが生成される。
【００７７】
生成された歪みデータは、計算機３１に送信される。計算機３１では、歪みデータに基づいて解析処理が実行され、測定対象部位の荷重変化量や変化位置が算出される。
【００７８】
複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎの内の例えば複数（例えばｋ（≦ｎ）個の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋそれぞれの変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、さらに測定対象部位がそれぞれの変位計取付部８に向かって変位した場合、第１実施形態と同様に、測定対象部位の変位により、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋの変位受け部３が変位計取付部８に向かって移動し、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋのコイル状バネ部材２がその変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮する。
【００７９】
このとき、コイル状バネ部材２の圧縮に応じて、その輪状のコイル部２ｂも次第に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動し始め、測定対象部位の変位量が一定の量（閾値）を超えると、第３のファイバ支持部２５が輪状コイル部２ｂの移動と共に変位計取付部８に向かって移動し、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３を変位計取付部８側へ向かって押圧し、この結果、変位検知用ファイバ部１５ａは、第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２を支点としてその中央部１５ａ３が変位計取付部８側へ移動して、その中央部１５ａ３に曲げが生じる。
【００８０】
このとき、第２の光ファイバ１５に入射された光パルスＰ２は、その第２の光ファイバ１５内を伝播しながら後方散乱光を発生している。
【００８１】
特に、第１の光ファイバ７における各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋにおいて曲げが生じているため、この各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋからの後方散乱光には、曲げに起因した曲げ損失（減衰）が発生している。
【００８２】
このようにして発生した後方散乱光Ｂ２は、第２の光ファイバ１５内を光パルス入射側に向かって伝播し、ファイバ引き出し部ＦＴ２およびビームスプリッタ４１を介して分岐して受光部４２に受光される。
【００８３】
受光部４２では、後方散乱光Ｂ２に基づいて損失分布に対応する電気データ、すなわち、発生した曲げ損失を含む損失データが生成される。
【００８４】
生成された損失データは、計算機３１に送信される。計算機３１では、損失データに基づいて解析処理が実行され、測定対象部位の閾値を超えた変位の発生の有無が判定される。
【００８５】
そして、計算機３１では、測定対象部位が閾値を超えて変位したと判定された場合には、計算機３１から警報が出力される。
【００８６】
以上述べたように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果、すなわち、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因からの影響を大幅に低減して計測精度を向上し、さらに、各光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎのコスト低減に基づいてシステム２８全体のコストを低減させることができ、初期設置コストおよび維持コストをそれぞれ低減することが可能になる。
【００８７】
特に、本実施形態では、大型の計測対象部位を複数点計測しているが、それぞれの光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎと歪み分布測定器２９および曲げ損失発生器３０との間を第１の光ファイバ７と第２の光ファイバ１５とで配線することができ、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎ毎に個別に配線する必要がないため、システム２８全体を簡素化することが可能になる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、各光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎに対して電源は不要であり、電源分のコストを低減し、また、電源交換等のメンテナンスも不要になる。
【００８９】
そして、本実施形態では、上述したように、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎと歪み分布測定器２９との間を第１の光ファイバ７のみで配線することができ、さらに、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎと曲げ損失発生器３０との間を第２の光ファイバ１５で配線することができるため、歪み分布測定器２９および曲げ損失器３０（計算機３１）を光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎに対して遠隔配置することに適しており、遠隔側において計測対象部位の変位量および閾値を超えた変位の発生の有無を一元的に監視することができる。
【００９０】
本実施形態では、異なる弾性係数をそれぞれ有するコイル状バネ部材２および変状部６を直列に接続することにより、測定対象部位の変位量をコイル状バネ部材２および変状部６に分配することができる。
【００９１】
ここで、図７は、コイル状バネ部材２に作用する荷重とコイルバネ部材２の変位との間の関係、および変状部６に作用する荷重と変状部６の変位との間の関係をそれぞれ傾きとして示すグラフである。
【００９２】
すなわち、変状部６の弾性係数とコイル状バネ部材２の弾性係数との比率を４：１（図７中ａ：ｂ＝４：１）に設定した場合、変状部６およびコイル状バネ部材２それぞれに発生する変位の比率は１：４となる。
【００９３】
したがって、測定対象の変位が大きいと予想される場合、弾性係数比を調整（変状部６の弾性係数＜＜コイル状バネ部材２の弾性係数）することにより、変位検知用ファイバ部１５ａに対し、その許容歪みの範囲内で曲げを生じさせることができる。
【００９４】
一方、測定対象の変位が小さいと予想される場合、弾性係数比を調整（変状部６の弾性係数＞＞コイル状バネ部材２の弾性係数）することにより、閾値を超えた変位発生の検知精度を向上させることができる。
【００９５】
なお、第１および第２の実施の形態において、光ファイバ式変位計における変状部は、略中空円筒形状を有していたが、本実施形態では、この構成に限定されるものではなく、その横断面が楕円状であってもよく、また、環状側面を有する中空の角筒形状であってもよい。また、筒形状に限らず、側面に光ファイバがそのファイバ自体に対して支障なく巻回できるのであれば、他の形状も可能である。
【００９６】
また、第１および第２の実施の形態において、光ファイバ式変位計における変位受け部およびバネ受け部は、略中空円板形状を有していたが、本実施形態では、この構成に限定されるものではなく、その横断面が楕円状であっても、多角形形状であってもよい。
【００９７】
さらに、第１および第２の実施の形態では、変位受け部を支持する部材をコイル状バネ部材としたが、変位受け部を弾性的に支持できる他の弾性部材であってもよい。
【００９８】
さらに、また、第１および第２の実施の形態では、変状部をゴムにより形成したが、ゴム以外の他の弾性部材により形成してもよい。
【００９９】
そして、第１および第２の実施の形態では、変位検知用ファイバ部を３点（固定支持部１６ａ１、１６ａ２および移動支持部１７）で支持したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、３点以上で支持してもよい。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係わる光ファイバ式変位計によれば、変位受け部に作用する変位量を第１の光ファイバの引っ張り歪みにより検出することができるとともに、変位受け部に対する閾値を超えた変位発生の有無を、第２の光ファイバの変位検知用ファイバ部の曲げ損失として検出することができるため、変位検出用の電気的構成要素が不要となる。この結果、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因に対する影響を受けにくくなり、計測精度を向上させることができる。
【０１０１】
本発明に係わる光ファイバ式変位計によれば、電気的構成要素を不要としたため、その電気的構成要素部分に相当する光ファイバ式変位計自体のコスト低減を図ることができる。この結果、光ファイバ式変位計の初期設置コストおよび交換時等での維持コストをそれぞれ低減することが可能になる。
【０１０２】
さらに、本発明に係わる光ファイバ式変位計を複数個用いて複数点計測を行った場合においても、それぞれの光ファイバ式変位計と歪み分布測定用の歪み分布測定器および曲げ損失計測器等の監視制御系との間を光ファイバのみで配線することができ、光ファイバ式変位計毎に個別に配線する必要がないため、光ファイバ式変位計を複数個用いたシステム全体を簡素化することができる。
【０１０３】
さらにまた、本発明では、各光ファイバ式変位計に対して電源は不要であり、電源分のコストを低減し、また、電源交換等のメンテナンスも不要とすることができ、実用性の高いシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる光ファイバ式変位計の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１に示す光ファイバ式変位計におけるコイル状バネ部材の内部を示す斜視図。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図。
【図４】（ａ）は、図１に示す光ファイバ式変位計における変位量検出時の作用を説明するための図１に対応する斜視図、（ｂ）は、図１に示す光ファイバ式変位計における閾値を超えた変位発生の有無検知時における作用を説明するための図１に対応する斜視図。
【図５】（ａ）は、測定対象部位の変位検知前の図２におけるＶ−Ｖ矢視断面図、（ｂ）は、測定対象部位の変位検知時の図３におけるＶ−Ｖ矢視断面図。
【図６】図１に示す光ファイバ式変位計を複数個備えた変位計測システムの概略構成を示すブロック図。
【図７】図１に示すコイル状バネ部材に作用する荷重とコイルバネ部材の変位との間の関係、および変状部に作用する荷重と変状部の変位との間の関係をそれぞれ傾きとして示すグラフ。
【符号の説明】
１、１ａ１〜１ａｎ…光ファイバ式変位計
２…コイル状バネ部材
２ａ…環状側面部
３…変位受け部
３ａ…端面
５…バネ受け部
６…変状部
７…第１の光ファイバ
７ａ１〜７ａｋ…ファイバ部位
８…変位計取付部
９…軸調整具
１５…第２の光ファイバ
１５ａ…変位検知用ファイバ部
１５ａ１…第１の部位
１５ａ２…第２の部位
１５ａ３…中央部
１６ａ１、１６ａ２…固定支持部
１７…移動支持部
２０ａ１…第１のファイバ支持部
２０ａ２…第２のファイバ支持部機
２２ａ１…第１の固定支持アーム
２２ａ２…第２の固定支持アーム
２５…第３のファイバ支持部
２６…取付アーム部
２８…変位計測システム
２９…歪み分布測定器
３０…曲げ測定器
３１…計算機
３２…光源
３３…光周波数変換器
３４…光パルス変調器
３５、４１…ビームスプリッタ
３６…コヒーレント光受信機
４０…発光部
４２…受光部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a large civil engineering structure such as a tunnel, a bridge, a dam, a building, a river embankment, a harbor facility, a ground, and snow and ice. The present invention relates to a fiber optic displacement meter suitable for monitoring.
[0002]
[Prior art]
In order to realize a safer living environment in the 21st century, we will monitor the aging of large civil engineering structures such as tunnels, bridges, dams, buildings, river embankments, port facilities, etc. The establishment of a system is desired.
[0003]
In this regard, conventionally, a measurement method of detecting displacement of a measurement target such as the large civil engineering structure, the ground, and snow and ice as a change in electric resistance using an electric sensor including a strain gauge (for example, see Non-Patent Document 1) In addition, there is known a measurement method for electrically detecting a sound based on acoustic emission (Acoustic Emission) generated from displacement of a measurement target (see Non-Patent Document 2).
[0004]
In addition, a system (see Non-Patent Document 3) in which a laser light receiving unit is installed on the above-mentioned measuring object, and the laser light receiving unit is irradiated with laser to measure the displacement of the measuring object from the amount of change in the rotation angle thereof, There has been known a system (see Non-Patent Document 4) for continuously photographing a measurement target by using a computer and measuring the displacement of the measurement target by performing image analysis processing on the obtained captured image.
[0005]
[Non-patent document 1]
"Displacement meter", [online], February 14, 2003, Kyowa Dengyo Co., Ltd., [Searched February 19, 2003], Internet <URL: http: // www. kyowa-ei. co. jp / japanese / product / 2002/10 / 10-33. pdf>
[0006]
[Non-patent document 2]
"Boulder Collapse Prediction System", [online], February 19, 2003, Meiji Consultant Co., Ltd., [Search February 19, 2003], Internet <URL: http: // www. meicon. co. jp / study / rock / >>
[0007]
[Non-Patent Document 3]
"Laser Displacement Meter (PM-1000)", [online], February 6, 2003, Measurement Research Consultant Co., Ltd., [Search February 19, 2003], Internet <URL: http: // www. krcnet. co. jp / technical / PM1000 / PM1000 — 01. htm>
[0008]
[Non-patent document 4]
"Displacement measurement system using CCD camera", [online], August 30, 2001, Obayashi Corporation, [searched February 19, 2003], Internet <URL: http: // www. obayashi. co. jp / news / newsrelease / news200108 / news20010823. html>
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Certainly, the above-mentioned electric sensor has high accuracy.
[0010]
However, since the electric sensor measures displacement electrically, it is susceptible to external factors such as weather changes such as lightning, high voltage lines, and the like, and the sensor itself is expensive. The problem that cost and maintenance cost were also expensive occurred.
[0011]
Furthermore, in the case of displacement measurement for the large measurement object described above, it is necessary to measure the measurement object at a plurality of points, but if the measurement is performed at a plurality of electric sensors, the system becomes complicated, and In addition, there has been a problem that a power supply is required for each electric sensor.
[0012]
It is necessary to measure the measurement target at multiple points, but when the multiple points are measured with multiple electrical sensors, the system becomes complicated and the power supply is required for each electrical sensor. Had occurred.
[0013]
In particular, with a displacement measuring system of a continuous shooting and image analysis method using a high-precision camera, it was difficult to monitor during bad weather such as heavy rain or at night. In addition, there is a problem that the monitoring target area and the installation density of the high precision camera are limited due to the photographing range of the high precision camera.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides an optical fiber type displacement meter which is hardly affected by external factors such as weather and high-voltage wires and can reduce initial installation costs and maintenance costs. For that purpose.
[0015]
In addition, the present invention has been made in view of the above circumstances, even in the case of performing a multi-point measurement using a plurality of the optical fiber type displacement meter, the system configuration is simple, each optical fiber type Another object is to eliminate the need for a power supply for a displacement meter.
[0016]
A further object of the present invention is to provide an optical fiber type displacement meter which can monitor the presence or absence of displacement from a remote location in a unified manner.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, as described in claim 1, an optical fiber type displacement meter that detects a displacement of a measurement target, the displacement receiving portion receiving the displacement of the measurement target, and has a hollow shape. An elastic support portion elastically supporting the displacement receiving portion along a predetermined direction; and an elastic support portion movably supporting the elastic support portion along the predetermined direction, the elastic support portion being based on a displacement of the measurement object. An elastic deformation portion that elastically deforms in a direction substantially perpendicular to the moving direction in response to the movement of the whole along the predetermined direction; and a direction substantially orthogonal to the deformation direction of the elastic deformation portion, and the moving direction of the elastic support portion. A first optical fiber wound around the elastically deformable portion with the parallel direction as a central axis, and a first optical fiber disposed within the hollow portion of the elastic support portion so as to be integrally movable in accordance with the movement of the elastic support portion. Second including the displacement detecting fiber portion And the fiber,
It has.
[0018]
According to the invention described in claim 2, the displacement detecting fiber portion is disposed at a position separated from the displacement receiving portion so as to face the displacement receiving portion, and the predetermined portion of the displacement detecting fiber portion is provided. A fixed support portion for fixedly supporting the first and second portions separated from each other, and a predetermined portion between the first and second portions in the displacement detection fiber portion, which is integrally movable with the elastic support portion. And a moving support unit for supporting the moving unit.
[0019]
According to the invention described in claim 3, the elastic support portion has a substantially annular shape, and the elastic deformation portion has an annular side surface portion and is arranged coaxially with the elastic support portion, The first optical fiber is wound around the annular side surface portion of the elastically deformable portion, is disposed along a center axis direction of the elastically deformable portion and the elastically deformable portion, and includes the displacement receiving portion. The apparatus further includes a coaxial support portion that coaxially supports the elastic deformation portion.
[0020]
According to the invention described in claim 4, the elastic deformation portion has a substantially hollow cylindrical shape including the annular side surface portion, and the displacement receiving portion is coaxial with the hollow portion of the elastic deformation portion. It has a formed hollow disk shape, and the coaxial support part is a substantially cylindrical member inserted and arranged in the hollow part of the elastic deformation part and the hollow part of the displacement receiving part.
[0021]
According to the invention as set forth in claim 5, the fixed support portion fixedly supports the first and second portions separated by a predetermined distance in the displacement detection fiber portion with respect to the coaxial support portion, respectively. The moving support portion, a fiber support portion fixed to a predetermined portion between the first and second portions in the displacement detecting fiber portion, and the fiber support portion, the fiber support portion in the elastic support portion And a bendable mounting arm that is mounted on a portion facing the mounting arm.
[0022]
According to the invention described in claim 6, the support position of the predetermined portion between the first and second portions in the displacement detection fiber portion with respect to the elastic support portion is determined when the measurement target is displaced by a predetermined length. This is the position where elastic deformation starts.
[0023]
According to the invention described in claim 7, the elastic support portion and the elastic deformation portion have different elastic coefficients from each other.
[0024]
According to the invention as set forth in claim 8, the elastic support portion is a spring member, and the spring constant of the spring member is required for the measurement object, the measurement range of the displacement with respect to the measurement object, and the displacement of the measurement object. It is variably set according to the accuracy.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical fiber displacement meter 1 according to a first embodiment of the present invention.
[0026]
As shown in FIG. 1, the optical fiber type displacement meter 1 has a spring constant, which is an elastic coefficient variably set according to a measurement target, a measurement range of displacement with respect to the measurement target, and a required accuracy for the displacement of the measurement target. The coil spring member 2 includes a hollow and coil-shaped spring member 2, and a substantially hollow disk-shaped displacement receiving portion 3 coaxially attached to one end of the coil-shaped spring member 2. It is configured as a displacement receiving surface that receives the displacement of the measurement object.
[0027]
The displacement receiving portion 3 is elastically supported by the coiled spring member 2 so as to be movable along the central axis direction.
[0028]
The optical fiber type displacement meter 1 includes a substantially hollow disk-shaped spring receiving portion 5 coaxially attached to the other end portion of the coiled spring member 2 via one end surface 5a. And an elastically deformable portion (deformed portion) 6 having a substantially hollow cylindrical shape formed of an elastic member having a wide elastic range such as rubber and a large Poisson's ratio, and is coaxially attached to the other end surface 5b of the elastic member. .
[0029]
Further, the elastic coefficient of the deformed portion 6 is set to a value different from the spring constant (elastic coefficient) of the coiled spring member 2.
[0030]
The coiled spring member 2 and the spring receiving portion 5 are supported by the deformed portion 6 so as to be movable along the central axis direction by elastic deformation thereof.
[0031]
The optical fiber displacement meter 1 is coaxially attached to the first optical fiber 7 wound around the annular side surface 6a of the deformed portion 6 and the other end surface of the deformed portion 6, and has a spring receiving portion. 5 and a displacement meter mounting portion 8 having substantially the same shape, and the optical fiber type displacement meter 1 is fixedly mounted via the displacement meter mounting portion 8 so as to face, for example, the direction of displacement of the portion to be measured. ing.
[0032]
The hollow portions of the displacement receiving portion 3, the spring receiving portion 5, the deformed portion 6, and the displacement meter mounting portion 8 have the same area and are arranged coaxially.
[0033]
Further, the optical fiber type displacement meter 1 is inserted and arranged in the hollow portion of each of the displacement receiving portion 3, the spring receiving portion 5, the deformed portion 6, and the displacement meter attaching portion 8, and the displacement receiving portion 3, the spring receiving portion 5, a substantially cylindrical shaft adjuster 9 as a coaxial support portion for adjusting the central axes of the deformed portion 6 and the displacement meter mounting portion 8 to maintain the coaxial arrangement state. Reference numeral 3 is slidably supported by the shaft adjuster 9.
[0034]
The optical fiber displacement meter 1 is disposed in the hollow portion 2a of the coiled spring member 2 at a position separated from the displacement receiving portion 3 by a predetermined distance along the center axis direction and opposed to the displacement receiving portion 3. A second optical fiber 15 including the displacement detecting fiber portion 15a, fixed support portions 16a1 and 16a2 for fixing and supporting the first and second portions 15a1 and 15a2 of the displacement detecting fiber portion 15a separated by a predetermined distance, respectively. It has.
[0035]
Furthermore, the optical fiber type displacement meter 1 movably supports, for example, a central portion 15a3, which is a predetermined portion between the first and second portions 15a1 and 15a2 in the displacement detecting fiber portion 5a, integrally with the elastic support portion 2. The moving support unit 17 is provided.
[0036]
That is, as shown in FIG. 3, the fixed support portions 16a1 and 16a2 connect the first and second portions 15a1 and 15a2 of the displacement detection fiber portion 15a to the opposite sides of the displacement receiving surface (spring receiving portion 5a). Side), the first and second fiber support portions 20a1 and 20a2 fixedly supported from the side, and the first and second portions of the first and second fiber support portions 20a1 and 20a2 in the displacement detection fiber portion 15a. First and second fixed support arms for fixedly supporting the shaft adjuster 9 such that a portion between 15a1 and 15a2 is disposed parallel to the displacement receiving surface 3a of the displacement receiving portion 3 and perpendicular to the central axis. 22a1 and 22a1.
[0037]
Further, the moving support portion 17 is provided with a third fiber support portion 25 fixed in contact with the surface facing the displacement receiving portion 3 in the central portion 15a3 of the displacement detecting fiber portion 15a, and a flexible member, for example, which is bendable. The third fiber supporting portion 25 is formed with respect to the ring-shaped coil portion 2b radially opposed to the central portion 15a3 of the third fiber supporting portion 25 of the coiled spring member 2 in the radial direction. A mounting arm 26 is provided. The center 15a3 of the displacement detecting fiber 15a and the mounting arm 26 are moved along the central axis of the coiled spring member 2 (elastic deformation). It moves integrally along the direction.
[0038]
Next, the operation of the optical fiber type displacement meter 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (a), 4 (b) and 5.
[0039]
First, the operation of quantitatively measuring the amount of displacement of the measurement target portion by the deformed portion 6 and the first optical fiber 7 will be described with reference to FIG.
[0040]
When the measurement target portion comes into contact with the displacement receiving surface 3a of the displacement receiving portion 3 of the optical fiber displacement meter 1, and the measurement target portion is further displaced toward the displacement meter mounting portion 8, the displacement receiving portion 3 performs the measurement. The coil spring member 2 moves (slides) toward the displacement meter mounting portion 8 along the central axis direction integrally with the displacement of the target portion, and moves along the central axis direction according to the movement of the displacement receiving portion 3. The compression force of the coiled spring member 2 causes the elastic force in the direction of the central axis toward the displacement gauge mounting portion 8 to act on the one end surface 5 a of the spring receiving portion 5.
[0041]
At this time, the displacement receiving part 3, the spring receiving part 5, and the deformed part 6 are arranged coaxially with each other by the shaft adjuster 9, and the coil-shaped spring member 2 also has the displacement receiving part 3, the spring receiving part 5, Since the measurement target portion is disposed coaxially with the deformed portion 6, the displacement of the measurement target portion is lost along the center axis direction as the elastic force of the coiled spring member 2 based on the movement of the displacement receiving portion 3. And acts on the deformed portion 6.
[0042]
Since the deformed portion 6 is formed of an elastic member having a wide elastic range and a large Poisson's ratio, the spring receiving portion 5 moves toward the displacement meter mounting portion 8 by the elastic force applied from the coiled spring member 2, In response to the movement of the spring receiving portion 5, the deformed portion 6 is elastically deformed outward in a barrel shape in a direction (radial direction) substantially orthogonal to the central axis direction (see FIG. 4A).
[0043]
Due to this elastic deformation, a tensile load is applied to the optical fiber 7 wound around the annular side surface 6a of the deformed portion 6, and as a result, tensile strain is generated in the first optical fiber 7.
[0044]
As described above, according to the present embodiment, when the displacement of the measurement target portion acts on the displacement receiving portion 3 as compared with the state where the displacement of the measurement target portion does not act on the displacement receiving portion 3, the displacement amount Can be detected based on the amount of tensile strain generated in the first optical fiber 7.
[0045]
4B, FIG. 5A, and FIG. 5B, the operation when monitoring whether or not the displacement of the second optical fiber 15 due to the displacement detecting fiber portion 15a reaches the threshold of the measurement target portion. This will be described using b).
[0046]
When the measurement target portion comes into contact with the displacement receiving surface 3a of the displacement receiving portion 3 of the optical fiber displacement meter 1, and subsequently displaces toward the displacement meter mounting portion 8, the displacement receiving portion 3 The coil spring member 2 moves (slides) toward the displacement meter mounting portion 8 along the central axis direction integrally with the displacement, and is compressed along the central axis direction in accordance with the movement of the displacement receiving portion 3.
[0047]
At this time, according to the compression of the coil-shaped spring member 2, the ring-shaped coil portion 2b also gradually starts moving toward the displacement meter mounting portion 8 along the central axis direction.
[0048]
Then, when the displacement amount of the measurement target portion exceeds a certain amount (threshold value), the second coil member 2 b is integrally attached to the ring-shaped coil portion 2 b via the attachment arm 26 in accordance with the compression of the corresponding coiled spring member 2. The fiber supporting portion 25 moves toward the displacement meter mounting portion 8 with the movement of the annular coil portion 2b, and presses the central portion 15a3 of the displacement detecting fiber portion 15a toward the displacement meter mounting portion 8 (FIG. 5). (A) and FIG. 5 (b)).
[0049]
At this time, the displacement receiving portion 3 is moved toward the displacement meter mounting portion 8 along the center axis direction thereof without any misalignment by the shaft adjuster 9, and the coil spring member 2 is also coaxial with the displacement receiving portion 3. The third fiber of the moving support portion 17 has no loss as the displacement of the portion to be measured is moved as the movement of the ring-shaped coil portion 2b of the coiled spring member 2 based on the movement of the displacement receiving portion 3. It acts as a pressing force against the support 25.
[0050]
As shown in FIG. 5 (a), the mounting arm 26 is bendable, and the first and second portions on both sides of the central portion 15a3 of the displacement detecting fiber portion 15 which are in contact with the third fiber support portion 25. Since the second portions 15a1 and 15a2 are fixed by the first and second fiber supporting portions 20a1 and 20a2, respectively, the third fiber supporting portion 25 is moved toward the displacement meter mounting portion 8 side, thereby causing the third fiber supporting portion 25 to move to the position shown in FIG. As shown in ()), the third fiber supporting portion 25 moves toward the displacement meter mounting portion 8 due to the bending of the mounting arm portion 26. As a result, the displacement detecting fiber portion 15a becomes the first and second fiber supporting portions. The central portion 15a3 moves toward the displacement meter mounting portion 8 with the portions 20a1 and 20a2 as fulcrums, and the central portion 15a3 is bent.
[0051]
As described above, according to the present embodiment, when the displacement of the measurement target portion with respect to the displacement receiving portion 3 exceeds a certain amount (threshold), the displacement of the measurement target portion that exceeds the threshold value is transferred to the second optical fiber 15. Can be detected by the bending loss generated in the displacement detecting fiber portion 15a.
[0052]
As described above, according to the present embodiment, the first light based on the displacement of the measurement target part is not electrically measured instead of electrically measuring the displacement amount of the measurement target part and the occurrence of the displacement exceeding the threshold value. Since the measurement can be performed in accordance with the tensile strain of the fiber 7 and the bending loss generated in the displacement detecting fiber portion 15a of the second optical fiber 15, for example, weather change such as lightning, external factors such as high voltage lines, etc. It is hard to be affected, and the measurement accuracy can be improved.
[0053]
Further, according to the present embodiment, since the displacement amount of the measurement target portion and the presence or absence of the displacement exceeding the threshold can be measured without using the electrical components, the optical fiber displacement meter 1 itself can be measured. Cost can be reduced.
[0054]
As a result, the cost of initially installing the optical fiber displacement meter 1 for detecting the amount of displacement of the measurement target site and for detecting the displacement exceeding the threshold (initial installation cost) and the maintenance cost associated with replacement are reduced. It becomes possible to do.
[0055]
(Second embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a displacement measurement system 28 according to the second embodiment of the present invention.
[0056]
The displacement meter side system 28 is, for example, a system for measuring a displacement amount of a large measurement target and a displacement exceeding a threshold, and is a system for measuring the measurement target at a plurality of points.
[0057]
That is, the displacement meter side system 28 measures the tensile strain generated in the first optical fiber 7 using a plurality of optical fiber displacement meters 1 shown in FIG. 1 and further detects the displacement of the second optical fiber 15. This is a system for detecting a bending loss generated in the fiber section 15a.
[0058]
As shown in FIG. 6, the displacement meter-side system 28 includes a plurality (n: 2 or more) of the optical fiber type displacement meters 1 shown in FIG. In the plurality of optical fiber displacement meters 1 (hereinafter, 1a1 to 1an), for example, the displacement receiving surfaces 3a of the displacement receiving portions 3 are arranged in a linear or matrix shape. In addition, it is possible to receive the displacement of the measurement target area two-dimensionally.
[0059]
In addition, the same first optical fibers 7 are wound around the deformed portions 6 of the plurality of optical fiber type displacement meters 1a1 to 1an, respectively, and are connected in series via the first optical fibers 7. .
[0060]
Further, in the hollow portion 2a of the coiled spring member 2 of the plurality of optical fiber displacement meters 1a1 to 1an, different portions of the same second optical fiber 15 are arranged as displacement detecting fiber portions 15a. , Are also connected in series via the second optical fiber 15.
[0061]
The other components of the optical fiber displacement meters 1a1,..., 1an are the same as those in FIG.
[0062]
Further, the displacement measuring system 28 is pulled out from the optical fiber type displacement meter 1a1 on one end side of the plurality of optical fiber type displacement meters 1a1,... 1an connected in series via the same first optical fiber 7. And a strain distribution measuring device 29 that measures the strain (strain) distribution of the first optical fiber 7, converts the strain distribution into electrical strain data, and outputs the data. Are connected in series via the optical fiber 15 to a fiber pull-out portion FT2 which is drawn out from the optical fiber type displacement meter 1an at the other end of the plurality of optical fiber type displacement meters 1a1,... 1an. A bending loss measuring device 30 for measuring the bending loss of the second optical fiber 15 and converting it into electrical bending loss data and outputting the data; a strain distribution measuring device 29 and a bending loss measuring device 30; And, for example, a communication cable, a LAN, public line, and a computer 31, such as communicatively connected personal computer via a communication network such as a dedicated line or the like.
[0063]
The calculator 31 receives the strain data and the bending loss data output from the strain distribution measuring device 29 and the bending loss measuring device 30, respectively, and determines a displacement amount and a threshold value of the measurement target based on the received strain data and bending loss data. A process for calculating the presence or absence of an excessive displacement and issuing a warning or the like based on the calculation result is performed.
[0064]
As shown in FIG. 6, a strain distribution measuring device 29 is an optical time domain reflection measurement method (BOTDR (Brillouin) using Brillouin backscattered light capable of measuring a continuous strain distribution along the first optical fiber 7. Optical Time Domain Reflector).
[0065]
That is, the strain distribution measuring device 29 includes a light source 32 that outputs the signal light S1 such as a laser beam and the reference light S2, and an optical frequency of the signal light S1 output from the light source 32, for example, increased by about 10 GHz. An optical frequency converter 33 for converting, an optical pulse modulator 34 for pulse-modulating the signal light S1 frequency-converted by the optical frequency converter 33 to generate and output an optical pulse P1, and an optical pulse modulator 34 Is output to the first optical fiber 7 via the fiber lead-out section FT1, and the backscattered light returning through the fiber lead-out section FT1 is split (split) to receive coherent light, which will be described later. And a beam splitter 35 for outputting to the device 36.
[0066]
Further, the strain distribution measuring device 29 receives and receives the backscattered light B1 caused by Brillouin scattering returning from the plurality of optical fiber displacement meters 1a1 to 1an via the fiber pull-out section FT1 and the beam splitter 35. The backscattered light B1 and the reference light S2 are compared to measure the strain distribution in the first optical fiber 7 as a whole, that is, in the plurality of optical fiber displacement meters 1a1 to 1an. A coherent optical receiver 36 that converts the data into electrical distortion data and outputs the converted data to the computer 31 is provided.
[0067]
On the other hand, the bending loss measuring device 30 outputs the light pulse P2 output from the light emitting unit 40 and the light pulse P2 output from the light emitting unit 40 to the second optical fiber 15 via the fiber lead-out unit FT2. The beam splitter 41 branches the backscattered light B2 returning via the lead-out section FT2 and outputs it to the light-receiving section described later, and the fiber lead-out section FT2 and the beam splitter 41 from the plurality of optical fiber type displacement meters 1a1 to 1an. Receiving the backscattered light B2 returned via the second optical fiber 15, and measuring the loss distribution in the entire second optical fiber 15, that is, the plurality of optical fiber displacement meters 1a1 to 1an based on the received backscattered light B2. The light receiving unit 42 converts the measured loss distribution into electrical loss data and outputs the data to the calculator 31.
[0068]
Next, the operation of the displacement measurement system 28 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0069]
The plurality of optical fiber displacement meters 1a1,..., 1an are fixedly mounted so as to be opposed to the displacement direction of the portion to be measured via the displacement meter mounting portion 8, respectively. Is transmitted to the first optical fiber 7 from the fiber lead-out section FT1 of the optical fiber displacement meter 1a1, and the optical pulse P2 is transmitted from the bending loss measuring device 30 to transmit the optical fiber P1. A total of 1 an is incident on the second optical fiber 15 from the fiber lead-out section FT2.
[0070]
At this time, the displacement receiving surface 3a of the displacement receiving portion 3 of each of the plurality (for example, k (≦ n) of the optical fiber displacement meters 1a1 to 1ak) of the plurality of optical fiber displacement meters 1a1,. In the case where the measurement target portion abuts against and the measurement target portion is further displaced toward the respective displacement meter mounting portions 8, the displacement of the measurement target portion causes the displacement of each optical fiber type displacement meter, as in the first embodiment. The displacement receiving portions 3a1 to 1ak move toward the displacement meter mounting portion 8, and the coiled spring members 2 of the optical fiber displacement meters 1a1 to 1ak move in the central axis direction according to the movement of the displacement receiving portions 3. Compress along.
[0071]
At this time, the deformed portion 6 of each of the optical fiber type displacement meters 1a1 to 1ak is moved with respect to the center axis direction in accordance with the movement of the spring receiving portion 5 based on the elastic force applied from the corresponding coiled spring member 2. And elastically deforms outward in a barrel shape along a direction (radial direction) substantially perpendicular to the outer surface (see FIG. 4B).
[0072]
Due to this elastic deformation, the portions (hereinafter referred to as fiber portions 7a1 to 7ak) of the first optical fiber 7 that are wound around the annular side surface portion 6a of the deformed portion 6 in each of the optical fiber displacement meters 1a1 to 1ak. A tensile load is applied, and as a result, tensile strain occurs in the fiber portions 7a1 to 7ak.
[0073]
At this time, the light pulse P1 incident on the first optical fiber 7 generates backscattered light (return light; frequency of about 10 GHz is reduced) based on Brillouin scattering while propagating in the first optical fiber 7. ing.
[0074]
In particular, since tensile strain occurs in each of the fiber portions 7a1 to 7ak in the first optical fiber 7, a frequency shift due to the tensile strain occurs in the backscattered light from each of the fiber portions 7a1 to 7ak. I have.
[0075]
The backscattered light B1 generated in this manner propagates through the first optical fiber 7 toward the light pulse incident side, branches via the fiber lead-out section FT1 and the beam splitter 35, and is transmitted to the coherent optical receiver 36. Incident.
[0076]
In the coherent light receiver 36, for example, optical heterodyne detection is performed between the backscattered light B1 and the reference light S2, and the electric power corresponding to the distribution (frequency distribution) representing the frequency difference between the backscattered light B and the reference light S2 is obtained. Data, that is, strain data representing a distribution (strain distribution) of a frequency difference corresponding to a frequency shift portion caused by the tensile strain is generated.
[0077]
The generated distortion data is transmitted to the computer 31. The computer 31 performs an analysis process based on the strain data, and calculates a load change amount and a change position of the measurement target portion.
[0078]
For example, a plurality (for example, k (≦ n) of the optical fiber displacement meters 1a1 to 1ak) of the plurality of optical fiber displacement meters 1a1,. When the measurement target portion abuts and further the measurement target portion is displaced toward the respective displacement meter mounting portion 8, the displacement of the measurement target portion causes the respective optical fiber displacement meters 1a1 to 1ak to be displaced similarly to the first embodiment. The displacement receiving portion 3 moves toward the displacement meter mounting portion 8, and the coiled spring member 2 of each of the optical fiber displacement meters 1a1 to 1ak is compressed along the center axis direction according to the movement of the displacement receiving portion 3. I do.
[0079]
At this time, in accordance with the compression of the coil spring member 2, the annular coil portion 2b also gradually starts moving toward the displacement meter mounting portion 8 along the central axis direction, and the displacement amount of the measurement target portion is a fixed amount. When the threshold value is exceeded, the third fiber support portion 25 moves toward the displacement meter mounting portion 8 together with the movement of the annular coil portion 2b, and the central portion 15a3 of the displacement detecting fiber portion 15a is moved to the displacement meter mounting portion 8 side. As a result, the fiber portion 15a for displacement detection moves the center portion 15a3 toward the displacement meter mounting portion 8 with the first and second fiber support portions 20a1 and 20a2 as fulcrums, and The portion 15a3 is bent.
[0080]
At this time, the light pulse P2 incident on the second optical fiber 15 generates backscattered light while propagating in the second optical fiber 15.
[0081]
In particular, since bending occurs at each of the fiber portions 7a1 to 7ak in the first optical fiber 7, bending loss (attenuation) due to the bending occurs in the backscattered light from each of the fiber portions 7a1 to 7ak. ing.
[0082]
The backscattered light B2 generated in this way propagates through the second optical fiber 15 toward the light pulse incident side, branches via the fiber lead-out section FT2 and the beam splitter 41, and is received by the light receiving section 42. You.
[0083]
In the light receiving unit 42, electric data corresponding to the loss distribution, that is, loss data including the generated bending loss, is generated based on the backscattered light B2.
[0084]
The generated loss data is transmitted to the computer 31. In the computer 31, an analysis process is executed based on the loss data, and it is determined whether or not a displacement exceeding a threshold of the measurement target site has occurred.
[0085]
When the computer 31 determines that the measurement target part has been displaced beyond the threshold, the computer 31 outputs an alarm.
[0086]
As described above, also in the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment, that is, the effects of external factors such as weather changes such as lightning, high-voltage lines, etc., are greatly reduced, and measurement accuracy is reduced. , And further, the cost of the entire system 28 can be reduced based on the cost reduction of each optical fiber displacement meter 1a1,... 1an, and the initial installation cost and the maintenance cost can be reduced respectively. Become.
[0087]
In particular, in the present embodiment, a plurality of large measurement target portions are measured at a plurality of points, but between each of the optical fiber displacement meters 1a1,..., 1an and the strain distribution measuring device 29 and the bending loss generator 30. Can be wired with the first optical fiber 7 and the second optical fiber 15, and there is no need to separately wire each optical fiber displacement meter 1a1,. Will be possible.
[0088]
Further, in the present embodiment, a power supply is not required for each of the optical fiber displacement meters 1a1,..., 1an, so that the cost for the power supply is reduced, and maintenance such as power supply replacement is also unnecessary.
[0089]
Then, in the present embodiment, as described above, the optical fiber displacement meters 1a1,..., 1an and the strain distribution measuring device 29 can be wired with only the first optical fiber 7, and furthermore, Since the second optical fiber 15 can be connected between the optical fiber displacement meters 1a1,... 1an and the bending loss generator 30, the strain distribution measuring device 29 and the bending loss device 30 (computer 31) Is suitable for remote placement with respect to the optical fiber displacement meters 1a1,..., 1an, and remotely monitors the amount of displacement of the measurement target portion and the occurrence of displacement exceeding a threshold value on the remote side. be able to.
[0090]
In the present embodiment, the displacement of the measurement target portion is distributed to the coil-shaped spring member 2 and the deformed portion 6 by connecting the coil-shaped spring member 2 and the deformed portion 6 having different elastic coefficients in series. Can be.
[0091]
Here, FIG. 7 shows the relationship between the load acting on the coil spring member 2 and the displacement of the coil spring member 2, and the relationship between the load acting on the deformed portion 6 and the displacement of the deformed portion 6. It is a graph shown as each inclination.
[0092]
That is, when the ratio between the elastic modulus of the deformed portion 6 and the elastic modulus of the coiled spring member 2 is set to 4: 1 (a: b = 4: 1 in FIG. 7), the deformed portion 6 and the coiled spring The ratio of the displacement generated in each of the members 2 is 1: 4.
[0093]
Therefore, when the displacement of the measurement object is expected to be large, the elastic modulus ratio is adjusted (the elastic modulus of the deformed portion 6 << the elastic modulus of the coiled spring member 2) to adjust the displacement detecting fiber portion 15a. , Can be bent within the range of the allowable strain.
[0094]
On the other hand, if the displacement of the measurement target is expected to be small, the occurrence of a displacement exceeding the threshold value is detected by adjusting the elastic modulus ratio (the elastic modulus of the deformed portion 6 >> the elastic modulus of the coiled spring member 2). Accuracy can be improved.
[0095]
In the first and second embodiments, the deformed portion in the optical fiber displacement meter has a substantially hollow cylindrical shape. However, the present embodiment is not limited to this configuration. The cross section may be elliptical, or may be a hollow rectangular tube having an annular side surface. The shape is not limited to the cylindrical shape, and other shapes are possible as long as the optical fiber can be wound around the side surface of the fiber itself without any trouble.
[0096]
In the first and second embodiments, the displacement receiving portion and the spring receiving portion in the optical fiber type displacement meter have a substantially hollow disk shape. However, in the present embodiment, the present invention is limited to this configuration. Instead, the cross section may be elliptical or polygonal.
[0097]
Further, in the first and second embodiments, the member that supports the displacement receiving portion is a coil-shaped spring member. However, another elastic member that can elastically support the displacement receiving portion may be used.
[0098]
Further, in the first and second embodiments, the deformed portion is formed of rubber, but may be formed of an elastic member other than rubber.
[0099]
In the first and second embodiments, the displacement detecting fiber portion is supported at three points (fixed support portions 16a1, 16a2 and movable support portion 17), but the present invention is not limited to this configuration. Instead, it may be supported at three or more points.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical fiber type displacement meter according to the present invention, the amount of displacement acting on the displacement receiving portion can be detected by the tensile strain of the first optical fiber, and the displacement amount exceeds the threshold value for the displacement receiving portion. Since the presence or absence of the generated displacement can be detected as a bending loss of the displacement detecting fiber portion of the second optical fiber, no electrical component for detecting the displacement is required. As a result, for example, it is less likely to be affected by weather changes such as lightning, external factors such as high-voltage lines, and the measurement accuracy can be improved.
[0101]
According to the optical fiber type displacement meter according to the present invention, since no electric component is required, the cost of the optical fiber type displacement meter itself corresponding to the electric component part can be reduced. As a result, it becomes possible to reduce the initial installation cost of the optical fiber type displacement meter and the maintenance cost at the time of replacement or the like.
[0102]
Further, even when a plurality of points are measured using a plurality of optical fiber displacement meters according to the present invention, each of the optical fiber displacement meters and a strain distribution measuring instrument for measuring strain distribution, a bending loss measuring instrument, etc. Since it is possible to wire only the optical fiber between the supervisory control system and the optical fiber type displacement meter, there is no need to individually wire each optical fiber type displacement meter, so the entire system using multiple optical fiber type displacement meters can be simplified. Can be.
[0103]
Furthermore, in the present invention, a power supply is not required for each optical fiber type displacement meter, so that the cost for the power supply can be reduced, and maintenance such as power supply replacement can be eliminated, thus providing a highly practical system. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an optical fiber displacement meter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the inside of a coiled spring member in the optical fiber type displacement meter shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III shown in FIG. 2;
4A is a perspective view corresponding to FIG. 1 for explaining the operation of the optical fiber displacement meter shown in FIG. 1 when detecting a displacement amount, and FIG. 4B is an optical fiber type displacement meter shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view corresponding to FIG. 1 for explaining an operation when detecting the presence / absence of a displacement exceeding a threshold in a displacement meter.
5A is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 2 before detecting displacement of the measurement target portion, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 3 at the time of detecting displacement of the measurement target portion. FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a displacement measurement system including a plurality of optical fiber displacement meters shown in FIG.
FIG. 7 shows the relationship between the load acting on the coil spring member and the displacement of the coil spring member shown in FIG. 1 and the relationship between the load acting on the deformed portion and the displacement of the deformed portion as inclinations, respectively. Graph shown.
[Explanation of symbols]
1, 1a1-1an ... optical fiber displacement meter
2. Coiled spring member
2a: annular side surface
3. Displacement receiver
3a ... End face
5. Spring receiving part
6 ... deformed part
7 First optical fiber
7a1-7ak ... fiber part
8: Displacement gauge mounting part
9 ... Axis adjustment tool
15 Second optical fiber
15a: Fiber section for displacement detection
15a1... First part
15a2: second part
15a3: Central part
16a1, 16a2 ... fixed support portion
17 Moving support
20a1... First fiber support
20a2... Second fiber support unit machine
22a1... First fixed support arm
22a2... Second fixed support arm
25... Third fiber support
26 ... Mounting arm
28 Displacement measurement system
29… Strain distribution measuring instrument
30 ... Bending measuring device
31 ... Calculator
32 ... light source
33 ... Optical frequency converter
34 ... optical pulse modulator
35, 41 ... Beam splitter
36 ... Coherent optical receiver
40 ... Light emitting unit
42 ... Light receiving unit

Claims

An optical fiber displacement meter that detects a displacement of a measurement object,
A displacement receiving portion that receives the displacement of the measurement object,
An elastic support portion having a hollow shape and elastically supporting the displacement receiving portion along a predetermined direction;
The elastic support portion is movably supported in the predetermined direction, and the direction substantially orthogonal to the moving direction in response to the movement of the entire elastic support portion in the predetermined direction based on the displacement of the measurement object. An elastically deforming portion that elastically deforms into
A first optical fiber wound around the elastic deformation portion with a central axis substantially perpendicular to the deformation direction of the elastic deformation portion and parallel to the moving direction of the elastic support portion;
A second optical fiber including a displacement detection fiber portion that is integrally and movably disposed within the hollow portion of the elastic support portion in accordance with the movement of the elastic support portion;
An optical fiber type displacement meter comprising:

The displacement detection fiber portion is disposed at a position separated from the displacement receiving portion and opposed to the displacement receiving portion,
A fixed support portion for fixedly supporting the first and second portions separated by a predetermined distance in the displacement detection fiber portion,
A moving support portion that movably supports a predetermined portion between the first and second portions in the displacement detection fiber portion integrally with the elastic support portion;
The optical fiber displacement meter according to claim 1, further comprising:

The elastic supporting portion has a substantially annular shape, the elastic deforming portion has an annular side surface portion, and is arranged coaxially with the elastic supporting portion, and the first optical fiber is formed of the elastic deforming portion. Wound around the annular side surface,
The apparatus further includes a coaxial support portion disposed along a central axis direction of the elastic support portion and the elastic deformation portion, and supporting the displacement receiving portion coaxially with the elastic deformation portion. The optical fiber displacement meter according to claim 2.

The elastic deformation portion has a substantially hollow cylindrical shape including the annular side surface portion, and the displacement receiving portion has a hollow disk shape formed coaxially with the hollow portion of the elastic deformation portion. ,
The optical fiber type displacement meter according to claim 3, wherein the coaxial support part is a substantially cylindrical member inserted and arranged in a hollow part of the elastic deformation part and a hollow part of the displacement receiving part.

The fixed support section fixedly supports first and second portions separated by a predetermined distance in the displacement detection fiber section with respect to the coaxial support section, respectively, and the movable support section includes the displacement detection fiber section. A fiber support portion fixed to a predetermined portion between the first and second portions in the portion, and a bendable mounting arm portion for attaching the fiber support portion to a portion of the elastic support portion facing the fiber support portion. The optical fiber type displacement meter according to claim 4, comprising:

A support position of the predetermined portion between the first and second portions in the displacement detection fiber portion with respect to the elastic support portion is a position at which the measurement target starts elastically deforming when displaced by a predetermined length. The optical fiber displacement meter according to any one of claims 1 to 5, wherein:

The optical fiber type displacement meter according to any one of claims 1 to 6, wherein the elastic support portion and the elastic deformation portion have different elastic coefficients from each other.

The elastic support portion is a spring member, and a spring constant of the spring member is variably set according to the measurement object, a measurement range of displacement with respect to the measurement object, and a required accuracy for displacement of the measurement object. The optical fiber displacement meter according to any one of claims 1 to 7.