JP2005337831A - Optical fiber sensor composite cable and network for optical fiber monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一部に歪センサが形成された光ファイバを含む光ファイバセンサ複合ケーブルと、その光ファイバセンサ複合ケーブルを有するネットであって、主として防犯、防災用の光ファイバ監視システムに用いられる光ファイバ監視システム用ネットに関するものである。 The present invention is an optical fiber sensor composite cable including an optical fiber partially formed with a strain sensor and a net having the optical fiber sensor composite cable, and is mainly used in an optical fiber monitoring system for crime prevention and disaster prevention. The present invention relates to an optical fiber monitoring system net.
近年、光を利用した歪みセンサ及び光ファイバを用いた光ファイバ監視システムが広く防犯、防災用に利用されるようになって来ている。
例えば、進入検知システムとして、有刺鉄線中に光ファイバを内蔵し、有刺鉄線により侵入を防止しつつ、光ファイバの歪による伝送損失を検出して侵入の検知する方法が知られている。
In recent years, strain sensors using light and optical fiber monitoring systems using optical fibers have been widely used for crime prevention and disaster prevention.
For example, as an approach detection system, a method is known in which an optical fiber is built in a barbed wire, and the intrusion is detected by detecting a transmission loss due to distortion of the optical fiber while preventing the penetration by the barbed wire.
また、従来の防御管理システムとして、例えば、特許文献1に開示されたファイバグレーティング型光ファイバセンサ(以下、FBGセンサと略記することもある)を用いた落石情報管理システムがある。この落石情報管理システムは、複数のワイヤーロープ101を組んでなる落石防止用の網(図17A)を、落石を防止すべき岩に被せてワイヤーローブ101端部をアンカーボルトで固定し、そのワイヤーロープ101にFBG102を取り付けて監視するものである。
Further, as a conventional defense management system, for example, there is a rock fall information management system using a fiber grating type optical fiber sensor (hereinafter also abbreviated as FBG sensor) disclosed in
この落石情報管理システムでは、ワイヤーロープ101の適当な数箇所にワイヤロープの歪みを検出するためのFBGセンサを含んで構成された歪みセンサ105を締結部104にて固定して(図17B)監視している。尚、図17Bに示すように、歪みセンサ105は、歪み測定器106に信号伝送用光ファイバケーブル103で接続されている。
In this rockfall information management system, a
この防御管理システムに用いられる光ファイバグレーティング型歪みセンサは、マイクロストレインオーダーの動的歪みを検出できる検出感度の優れたセンサであり、この検出素子に入ってきた光のうち、屈折率の周期に対応した特定の波長(ブラッグ波長)のみがファイバグレーティングにおいて選択的に反射される現象を利用したものである。すなわち、検出素子部(長さは例えば、10mm)に歪みが加えられると、ファイバグレーティングの周期が変化するため、反射光の波長にシフトが生じ、その波長のシフト量から加えられた歪み量を測定することができるというものである。 The fiber optic grating type strain sensor used in this defense management system is a sensor with excellent detection sensitivity that can detect dynamic strain of the microstrain order. This utilizes the phenomenon that only the corresponding specific wavelength (Bragg wavelength) is selectively reflected in the fiber grating. That is, when strain is applied to the detection element portion (length is, for example, 10 mm), the period of the fiber grating changes, so that a shift occurs in the wavelength of the reflected light, and the amount of distortion added from the shift amount of the wavelength is calculated. It can be measured.
光ファイバグレーティング型歪みセンサは、例えば、特許文献2に開示されているように、FBG102をフィルム109に接着し、そのフィルムを被検出物にはるという貼り付け型の構造が提案されている(図18)。すなわち、被検出箇所にフィルム109を均一に薄く伸ばした接着剤111により面接合または面接着し、FBG102を樹脂110で覆い、その樹脂110をフィルム状に整形し硬化した構造である。
As an optical fiber grating type strain sensor, for example, as disclosed in
また、光ファイバの曲がり具合により歪を検出して侵入を検知する方法もあった。図19A,19Bは、従来の歪み検出用の光ファイバケーブルを表わしている。これは、ファイバの曲がりによる伝送損失の変化を感知して侵入を検出するセンサケーブルであり、外周部に溝が形成された弾性体からなるスペーサ202と、前記溝に収納された少なくとも1本の光ファイバ204と、前記スペーサの外周に螺旋状に巻かれた抗張力繊維205がシース206に収められることにより構成されている。このように構成された光ファイバケーブルに張力が加えられると、抗張力繊維205に向心力が働き、スペーサ202が抗張力繊維205によって締め付けられる。所定の張力以上になると、スペーサ202の変形が大きくなり、抗張力繊維205が、スペーサの溝内の光ファイバを巻き込んだ状態で締め付けを行なう。これにより光ファイバは曲げられて損失が増加し、この伝送損失の増加を測定することによって、センサケーブル204に張力が加えられたことを検知するものである。このシステムは特許文献3に記載されている。
There has also been a method of detecting intrusion by detecting distortion by the bending condition of the optical fiber. 19A and 19B show a conventional optical fiber cable for strain detection. This is a sensor cable for detecting intrusion by sensing a change in transmission loss due to bending of a fiber, and includes a
また、見えない部分にあるコンクリートの損傷を検知するシステムにも光ファイバが用いられている。図20に、特許文献4に開示された光ファイバを用いた損傷検知部を示す。この損傷探知部は、コンクリート構造物と補強材間に、一本の連続した光ファイバケーブル307を折り返して固定用縦糸303で編んで網状に形成した歪センサーを介在させておき、引き出した光ファイバケーブルの一端からブリルアン散乱光を検出することで歪を測定することにより損傷の進行を確認するものである。
しかしながら、従来の光ファイバグレーティング型歪センサは、図18に示すように、テープなどに固定されて、被検物に面で接着して用いるものであり、例えば、太いロープに容器ごと縛り付けるように構成されていたため、小さいものには不向きであるという問題があった。
また、従来の光ファイバグレーティング型歪センサは、例えば、防災ネット等に組み込んだときに、センサの数を多くする必要があるという問題があった。
さらに、光ファイバケーブルを用いて、異常を検知する方法では、異常の発生した場所を精度よく特定することができず、歪み検出感度が低く、歪みの経時変化を測定するような動的変動の検出において問題があった。
However, as shown in FIG. 18, the conventional optical fiber grating type strain sensor is used by being fixed to a tape or the like and adhered to a test object with a surface. For example, the container is tied to a thick rope. Since it was configured, there was a problem that it was not suitable for small ones.
In addition, the conventional optical fiber grating type strain sensor has a problem that it is necessary to increase the number of sensors when incorporated in a disaster prevention net or the like.
Furthermore, in the method of detecting an abnormality using an optical fiber cable, the location where the abnormality has occurred cannot be accurately identified, the strain detection sensitivity is low, and dynamic fluctuations such as measuring strain over time are not possible. There was a problem in detection.
従って、本発明は、小型で、例えば防災ネットに組み込んだときに少ない数で広い範囲の歪みの検出が可能で、光ファイバ監視システムの低コスト化が図れ、外観を損ねることなく施工できる光ファイバセンサ複合ケーブルを提供することを第1の目的とする。 Accordingly, the present invention is an optical fiber that is small in size and capable of detecting a wide range of strains with a small number when it is incorporated into a disaster prevention net, for example, can reduce the cost of an optical fiber monitoring system and can be installed without impairing the appearance. It is a first object to provide a sensor composite cable.
また、本発明は、少ない数の光ファイバグレーティング型歪センサでかつ広範囲の歪を感度よく検出できる光ファイバ監視システムネットを提供することを第2の目的とする。 A second object of the present invention is to provide an optical fiber monitoring system net that can detect a wide range of strains with a small number of optical fiber grating strain sensors.
以上の目的を達成するために、本発明に係る光ファイバセンサ複合ケーブルは、光ファイバグレーティング型歪センサが少なくとも1つ形成された光ファイバを、弾性体からなる補強材に埋設してなる光ファイバセンサ複合ケーブルにおいて、上記補強材は、光ファイバグレーティング型歪センサが形成された部分を被覆するセンサ被覆部の弾性率が他の部分に比較して低くなるように設定されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical fiber sensor composite cable according to the present invention is an optical fiber in which an optical fiber in which at least one optical fiber grating type strain sensor is formed is embedded in a reinforcing material made of an elastic body. In the sensor composite cable, the reinforcing material is set such that an elastic modulus of a sensor covering portion covering a portion where the optical fiber grating type strain sensor is formed is lower than that of other portions. .
以上のように構成された本発明に係る光ファイバセンサ複合ケーブルは、一部に光ファイバグレーティング型歪センサが一体化された光ファイバを用いて構成されているので、センサ部を極めて小型にできる上、センサ部以外に伝達された歪みを高い弾性率のケーブルにより効果的に光ファイバグレーティング型歪センサに伝達でき、低いセンサ被覆部により感度よく検出できる。
従って、例えば、一般家庭、学校などで使用される比較的細い糸でできた網などに取り付けることが可能であり、その場合でも景観が悪くなることもなく、またセンサ部が出っ張って邪魔になることもない。
また、光ファイバ監視システム用ネットに用いられた場合、検出感度を低下させることなく、光ファイバグレーティング型歪センサの敷設箇所を減らすことのでき、広範囲の面における歪みの検出が可能になり、光ファイバ監視システムの低コストが実現できる。
Since the optical fiber sensor composite cable according to the present invention configured as described above is configured by using an optical fiber in which an optical fiber grating type strain sensor is integrated in part, the sensor unit can be extremely small. In addition, the strain transmitted to the part other than the sensor part can be effectively transmitted to the optical fiber grating type strain sensor by the high elastic modulus cable, and can be detected with high sensitivity by the low sensor covering part.
Therefore, for example, it can be attached to a net made of a relatively thin thread used in ordinary households, schools, etc., and even in that case, the scenery does not deteriorate, and the sensor part protrudes and becomes an obstacle. There is nothing.
In addition, when used in an optical fiber monitoring system net, the number of installed fiber optic grating strain sensors can be reduced without lowering the detection sensitivity, and strain can be detected over a wide range of surfaces. The low cost of the fiber monitoring system can be realized.
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
本発明に係る実施の形態1は、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)2が一部に形成された光ファイバを含んでなる光ファイバセンサ複合ケーブルに係るものである。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
具体的には、光ファイバグレーティング型歪センサ2がその一部に形成された光ファイバ1をファイバ強化プラスチックに埋設することにより構成されており、その光ファイバ1を被覆するファイバ強化プラスチックにおいて、光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成された部分(センサ被覆部)と他の部分とで弾性率を異ならせていることを特徴としている。尚、上記他の部分は、後述するように、フェンスのネット部が受けた外力を回転モーメントとしてセンサ被覆部に曲げ応力をかける働きがあり、以下、外力伝達部という。
Specifically, the optical fiber grating
すなわち、実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルでは、センサ被覆部4のファイバ強化プラスチックの弾性率を、外力伝達部5のファイバ強化プラスチックの弾性率より低くなるように設定し、センサ被覆部4以外の光ファイバセンサ複合ケーブルにかかった張力がセンサ被覆部4に伝達されるようにして、光ファイバセンサ複合ケーブルのどの場所で張力がかかった場合であっても光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)2により検出できるようにしている。
That is, in the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment, the elastic modulus of the fiber reinforced plastic of the
以下、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルの製造方法について、いくつかの例を示す。 Hereinafter, some examples of the manufacturing method of the optical fiber sensor composite cable according to the first embodiment will be described.
<第1の製造方法>
本第1の製造方法では、まず、図1Aに示すような、その一部に光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)2が形成された光ファイバ1を準備する。尚、この光ファイバ1は、例えば、カラー樹詣で被覆されている。
次に、繊維を編んでなる円筒形状のスリーブであって、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)2が収納される部分が他の部分に比較して伸縮しやすくなるように緩く編んだスリーブ3に、図1Aの光ファイバ1を通し(図1B)、スリーブの内側及び外側に樹脂を流し込む。
ここでは、例えば、プラスチック強化用繊維としてアルミナ繊維を用い、そのアルミナ繊維を円筒形状に編むことによって作製された内径0.8mmのスリーブ3を用いる。また、FBG2が位置するセンサ被覆部4は、他の部分に比較して繊維充填率を、例えば、約25%小さくする。
<First manufacturing method>
In the first manufacturing method, first, an
Next, a cylindrical sleeve formed by knitting fibers, which is loosely knitted so that the portion in which the optical fiber grating type strain sensor (FBG) 2 is accommodated is more easily expanded and contracted than the other portions. Then, the
Here, for example, an alumina fiber is used as the plastic reinforcing fiber, and a
また、樹脂の成形の際には、底部の曲率半径を1.8mmとした凹型の流し型にスリーブ3を固定して、ファイバ強化プラスチックのマトリックス樹脂として透明エポキシ樹脂を流し入れて硬化させる(硬化時間は樹脂により異なるが例えば、3日間硬化させる。)。流し型には、スリーブ3から光ファイバがはみだすようにしておいて、両端の光ファイバをスリーブに押し付けるようにしてスリーブ3及び光ファイバ1を固定することができる。尚、流し型にはあらかじめ離形シートを引くか、離形剤を塗布しておくことが好ましい。
When molding the resin, the
以上のようにして、図1Cに示す、ファイバ強化プラスチックに光ファイバ1が埋設されてなる光ファイバセンサ複合ケーブルを作製することができる。
このようにして作製した光ファイバセンサ複合ケーブルは、光ファイバグレーティング型歪センサ2が収納される部分では、スリーブ3の繊維が緩く編まれているので、センサ被覆部4のファイバ強化プラスチックの弾性率を、他の部分のファイバ強化プラスチックより低くできる(高弾性率の外力伝達部5−低弾性率のセンサ被覆部4−高弾性率の外力伝達部5とできる)。
この光ファイバセンサ複合ケーブルにおいて、センサ被覆部4以外の光ファイバセンサ複合ケーブルにかかった張力はセンサ被覆部4に伝達されて、センサ被覆部4の光ファイバグレーティング型歪センサ2を伸縮させる。
As described above, the optical fiber sensor composite cable in which the
In the optical fiber sensor composite cable produced in this way, the fiber of the
In this optical fiber sensor composite cable, the tension applied to the optical fiber sensor composite cable other than the
<第2の製造方法>
本第2の製造方法では、まず、図1Aの光ファイバ1を、例えば、内径0.5mmのアラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)からなるスリーブに通して、樹脂を含浸させ、例えば、約1日間硬化させ、第1ファイバ強化プラスチック線材を作製する。
次に、第1ファイバ強化プラスチック線材を、例えば、内径1.3mmのアルミナ繊維でできたスリーブに通し、両端から徐々にマトリックス樹脂をしみ込ませ、外側のスリーブに十分に樹脂がしみ込んだところで、乾燥、硬化を行う。
以上のようにして、アラミド繊維で強化された他の部分より細くて弾性率の低いセンサ被覆部4とその両側において、アラミド繊維と外側スリーブにより2重に強化された太くて弾性率の高い外力伝達部5からなる図2Aに示す光ファイバセンサ複合ケーブルを作製することができる。
<Second production method>
In the second manufacturing method, first, the
Next, the first fiber reinforced plastic wire is passed through, for example, a sleeve made of alumina fiber having an inner diameter of 1.3 mm, and the matrix resin is gradually soaked from both ends, and the resin is sufficiently soaked in the outer sleeve. , Cure.
As described above, the
<第3の製造方法>
本第3の製造方法では、第1の製造方法で使用したアルミナ繊維でできた内径0.8mmのスリーブの一部を引っ張って細くしておき、その細くした部分に光ファイバグレーティング型歪センサ2が位置するようにして、光ファイバ1をスリーブに通す。
そして、スリーブ3全体に樹脂を含浸させ、乾燥、硬化させる。
以上のようにして、他の部分より細くて弾性率の低いセンサ被覆部4とその両側の太くて弾性率の高い外力伝達部5からなる図2Bに示す光ファイバセンサ複合ケーブルを作製することができる。
<Third production method>
In the third manufacturing method, a part of the 0.8 mm inner diameter sleeve made of the alumina fiber used in the first manufacturing method is pulled and thinned, and the optical fiber grating
Then, the
As described above, it is possible to manufacture the optical fiber sensor composite cable shown in FIG. 2B, which includes the
尚、本発明では、上述した方法以外のさまざまな方法によっても、高弾性率−低弾性率−高弾性率となるファイバ強化プラスチックに埋設された光ファイバセンサ複合ケーブルを容易に作製できる。 In the present invention, an optical fiber sensor composite cable embedded in a fiber reinforced plastic having a high elastic modulus-low elastic modulus-high elastic modulus can be easily manufactured by various methods other than the method described above.
次に、実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルの網との一体化例(網に組み込んだ例)について説明する。
本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルでは、センサ被覆部4以外の外力伝達部5の剛性が比較的高く設定されている。従って、比較的メッシュの小さい金網に取り付ける場合には、その金網の剛性と光ファイバセンサ複合ケーブルの剛性(特に、センサ被覆部以外の外力伝達部の剛性)を利用して単に金網に通すだけで固定することができる(図3A,図3B)。
Next, an example of integration with the network of the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment (an example of incorporation into the network) will be described.
In the optical fiber sensor composite cable according to the first embodiment, the rigidity of the external
図3A,図3Bには、外径0.5mmのステンレス線を糸としてスパイラル編みで編んだ金網6に光ファイバセンサ複合ケーブルを通して固定した例を示す。
また、金網の編み目が大きく光ファイバセンサ複合ケーブルがしっかり固定できない場合には、図4に示すように、金網の編み目を部分的に細かくすることによりしっかりと固定することができる。
このように、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルは、その剛性を利用して、必要に応じて金網の編み目の大きさを調整することにより簡単に金網に組み込むことができる。
3A and 3B show an example in which a stainless steel wire having an outer diameter of 0.5 mm is fixed to a
Further, when the mesh of the wire mesh is large and the optical fiber sensor composite cable cannot be fixed firmly, as shown in FIG. 4, it can be firmly fixed by making the mesh of the wire mesh partially fine.
As described above, the optical fiber sensor composite cable according to the first embodiment can be easily incorporated into the wire mesh by adjusting the size of the wire mesh stitches as necessary using its rigidity.
<光ファイバ監視システムに組み込んだ設置例>
図5Aに、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルを光ファイバ監視システム用ネットに組み込んだ一設置例を示す。本例では、図3に使用したものと同様、0.5mmのステンレス線を糸としてスパイラル編みで編んだものを用い、縦1m、横2mの金網6を2枚繋げ、柱8で支えている。尚、本発明では、各網ごとに剛性のある光ファイバ複合ケーブルを組み込んで構成されていればよく、2枚の網を繋げた部分における光ファイバ複合ケーブル間の接続部分は、図5A,図5Bに示すように柔軟性のある光ファイバF5で接続されていてもよい。尚、図5Bは、図5Aにおける2枚の網を繋げた部分における光ファイバ複合ケーブル間の接続部分を拡大して示す図であり、図5Cは、その変形例を示す図である。この金網6の歪伝達可能距離(金網の材質によるところが大きい)は、50cmであったことから、本例では、実施の形態1(図1)の1本の光ファイバセンサ複合線材を、金網の弾性に合わせてその中央部の編み目に通した。この配置により、金網のどの部分についても、光ファイバセンサ複合ケーブルまでの最短距離は50cm以内となり、金網のどの部分に加わった力であっても、光ファイバセンサ複合ケーブルに伝達される。尚、ここでは、光ファイバグレーティング型歪センサ2が2つ形成された光ファイバを使用し、センサ2が各網に1個配置するようにした。また、比較として従来の市販の貼り付け式光ファイバグレーティング型歪センサをアラミド繊維でできた糸で巻いて固定した例を図5Dに示す。
<Example of installation in an optical fiber monitoring system>
FIG. 5A shows an installation example in which the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment is incorporated in an optical fiber monitoring system net. In this example, similar to the one used in FIG. 3, a wire knitted by spiral knitting using a 0.5 mm stainless wire as a thread is connected, and two 1 m long and 2 m wide wire meshes 6 are connected and supported by a
図5Aに示す、実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルを用いた例では、例えば、場所7に加えられた力は、最短距離で光ファイバセンサ複合ケーブルに伝達され、その伝達された力はさらに光ファイバセンサ複合ケーブルを矢印10の方向に減衰することなく伝わり、センサ被覆部4の内部の光ファイバグレーティング型歪センサ2が歪を検知した。また、金網の他の場所に力を加えた場合も同様に、センサ被覆部4の内部の光ファイバグレーティング型歪センサ2が歪を検知した。
In the example using the optical fiber sensor composite cable of
このように、光ファイバセンサ複合ケーブルは金網の中央に1本配備しているだけであるが、金網のどこに力がかかっても光ファイバセンサ複合ケーブルに伝わり、光ファイバグレーティング型歪センサ2が歪を検知した。
As described above, only one optical fiber sensor composite cable is provided at the center of the wire mesh. However, no matter where the force is applied to the wire mesh, it is transmitted to the optical fiber sensor composite cable, and the optical fiber grating
一方、比較例1の場合では、光ファイバ101には歪伝達能力はないため、光ファイバグレーティング型歪センサ102が検出できる金網の歪みは、金網の歪伝達可能距離が50cmであることから、その歪みセンサ102を中心とする半径50cmの円内に限られる。従って、金網のどの部分に加えられた力であっても検出することができるようにするためには、図5Dに示すように数多くの光ファイバグレーティング型歪センサ102が取り付けられている必要がある。具体的には、合計18個の光ファイバグレーティング型歪センサ102を設置しなければ、歪を検知することはできない。また、この比較例のように、多くの光ファイバグレーティング型歪センサ102を金網のステンレスワイヤーにそれぞれ固定する作業は極めて作業性の悪いものであることは言うまでもない。
On the other hand, in the case of the comparative example 1, since the optical fiber 101 does not have the strain transmission capability, the strain of the wire mesh that can be detected by the optical fiber grating
以上のように、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルによれば、光ファイバセンサ監視システムにおける歪の検出感度を低下させることなく、光ファイバグレーティング型歪センサの設置箇所を少なくできる。
また、光ファイバセンサ監視システムを設置する際の施工もきわめて簡単にでき、景観も損ねることがなく、大変良好なシステムの提供が可能になる。
これに対して、従来の歪センサを用いた光ファイバセンサ監視システムでは、歪みセンサを多数個敷設する必要があり、比較的高価な歪みセンサが多数必要となるだけではなく、工事の手間がかがるために設置に多額の費用がかかり、光源及び光を測定する検出システムも大掛かりになるという問題があった。
As described above, according to the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment, it is possible to reduce the number of installation locations of the optical fiber grating type strain sensor without reducing the strain detection sensitivity in the optical fiber sensor monitoring system.
In addition, the installation when installing the optical fiber sensor monitoring system can be very simple, and the scenery can be provided without deteriorating the scenery.
On the other hand, in a conventional optical fiber sensor monitoring system using strain sensors, it is necessary to lay a large number of strain sensors, which not only requires a relatively expensive strain sensor but also requires a lot of work. Therefore, there is a problem that installation is expensive and the detection system for measuring the light source and light becomes large.
また、図6には、実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルを光ファイバセンサ監視システムに用いた他の例を示す。
本例では、図5の例と同じ材質及び構造の、縦幅1m、長手方向の横幅5mの網を用いている。
本例では特に、網の両側に、網目の詰まった部分7を設けて、光ファイバセンサ複合ケーブルを確実に固定するようにした点に特徴がある。このように金網の長さ(横幅)を大きくした場合であっても、1つの歪みセンサによる監視領域をより広げていくことが可能となり、従来の方法に比べ、歪みセンサの設置数を10分の1以下に減らすことが可能になる。
FIG. 6 shows another example in which the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment is used in an optical fiber sensor monitoring system.
In this example, a net having the same material and structure as the example of FIG. 5 and having a vertical width of 1 m and a horizontal width of 5 m is used.
This example is particularly characterized in that the
以上の実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルを、光ファイバ監視システムへの応用を意図して、金網に組み込む場合、金網の弾性率はセンサ被覆部4の弾性率より小さくてもよい。このように、網が比較的柔らかく異常な歪が網に吸収されて歪がセンサ被覆部に伝わりにくい場合でも、外力伝達部5の弾性率が高くなっているので、外力伝達部5が受けた応力がすみやかに、かつほとんど減衰することなくセンサ被覆部4に伝達される。
また、歪センサ2が埋設されているセンサ被覆部4の弾性率が低いために伝達された応力、又は振動により光ファイバグレーティング型歪センサ2を効果的に歪ませることができる。
When the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment described above is incorporated into a wire mesh for the purpose of application to an optical fiber monitoring system, the elastic modulus of the wire mesh may be smaller than the elastic modulus of the
Further, since the elastic modulus of the
以上のように、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルによれば、光ファイバセンサ監視システムにおける光ファイバグレーティング型歪センサの敷設箇所を減らすことができ低コスト化が図れると共に、監視領域のより広域化が可能になる。
また、光ファイバセンサ複合ケーブルを網に通すことで一体化できるので、外観を損ねることがない。また、施工性もよく、また線材と一体化された光ファイバグレーティング型歪センサが網に組み込まれているので、光ファイバグレーティング型歪センサの脱落がなく、信頼性及び安全性が高められ、施工場所が限定されることもない。
また、従来のように、光ファイバケーブルを張り巡らせ、センサ部が出っ張って取り付けられていると、外観を損ねるだけではなく、破損、落下のおそれもあり、設置場所が限られるが、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルでは、かかる不都合もない。
As described above, according to the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment, the number of installed optical fiber grating strain sensors in the optical fiber sensor monitoring system can be reduced, and the cost can be reduced. A wider area becomes possible.
Further, since the optical fiber sensor composite cable can be integrated by passing it through a net, the appearance is not impaired. Also, the workability is good, and the optical fiber grating strain sensor integrated with the wire is built into the net, so the optical fiber grating strain sensor does not fall off and the reliability and safety are improved. The place is not limited.
In addition, if the fiber optic cable is stretched and the sensor unit is protruded and attached as in the conventional case, not only the appearance will be damaged, but there is a risk of damage or dropping, and the installation location is limited. The optical fiber sensor composite cable according to
さらに、光ファイバをファイバ強化プラスチックで被覆した構造であるため、その弾性率を、線径、ファイバ強化プラスチックに含まれる繊維の種類、繊維の充填密度、および樹脂の種類により制御することが可能である。これにより、光ファイバセンサ複合ケーブルの弾性率を、組み込む網の材質、検知したい領域の大きさなどアプリケーションに応じて制御することが可能になる。 Furthermore, since the structure is such that the optical fiber is coated with fiber reinforced plastic, its elastic modulus can be controlled by the wire diameter, the type of fiber contained in the fiber reinforced plastic, the fiber packing density, and the type of resin. is there. As a result, the elastic modulus of the optical fiber sensor composite cable can be controlled in accordance with the application such as the material of the net to be incorporated and the size of the region to be detected.
また、本実施の形態1の光ファイバセンサ複合ケーブルは、光ファイバ1の一部に光ファイバグレーティング型歪センサを形成して一体化されているので、そのセンサ部が出っ張ることもなく極めて小型にできる。従って、例えば、一般家庭、学校などで使用される比較的細い糸でできた網などに取り付けることが可能であり、その場合でも景観が悪くなることもなく、またセンサ部が出っ張って邪魔になることもない。
Further, since the optical fiber sensor composite cable of the first embodiment is integrated by forming an optical fiber grating type strain sensor in a part of the
尚、本実施の形態1では、好ましい例として、ファイバ強化プラスチックを用いて光ファイバセンサ複合ケーブルを構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、センサ被覆部4と外力伝達部5との間で弾性率を異ならせることができる他の弾性体からなる補強材により構成することができる。
In the first embodiment, the optical fiber sensor composite cable is configured using fiber reinforced plastic as a preferable example. However, the present invention is not limited to this, and the
実施の形態2.
本発明に係る実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルは、光ファイバグレーティング型歪センサが形成された光ファイバを、樹脂補強材に埋設した光ファイバセンサ複合ケーブルであり、樹脂補強材の断面形状が長軸と短軸を有する楕円でありかつその補強材の中で光ファイバが中心から短軸方向に偏心して設けられていることを特徴とするものである。
尚、本実施の形態2では、補強材の断面形状を楕円としたが本発明はこれに限られるものではなく、異方的な弾性を有するように長軸と短軸を持った扁平な形状であればよい。
The optical fiber sensor composite cable according to the second embodiment of the present invention is an optical fiber sensor composite cable in which an optical fiber on which an optical fiber grating type strain sensor is formed is embedded in a resin reinforcing material. Is an ellipse having a major axis and a minor axis, and the optical fiber is eccentrically provided in the minor axis direction from the center in the reinforcing material.
In the second embodiment, the cross-sectional shape of the reinforcing material is an ellipse, but the present invention is not limited to this, and a flat shape having a major axis and a minor axis so as to have anisotropic elasticity. If it is.
以上のように構成された実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルは、補強材の断面形状を楕円としたことにより長軸方向と短軸方向とで弾性が異なる異方性を有しており、かつその曲がりやすい方向(短軸方向)に偏心して光ファイバが埋設されているので、曲げによる検出効率が上がり感度を向上させることができる。
また、歪みがない状態におけるゼロ歪波長のバラツキを小さくでき、しかも一定の応力がかかった場合のゼロ歪波長からの波長シフト量のばらつきを小さくできる。
The optical fiber sensor composite cable according to the second embodiment configured as described above has anisotropy with different elasticity in the major axis direction and the minor axis direction due to the elliptical cross-sectional shape of the reinforcing material. In addition, since the optical fiber is embedded in an eccentric direction (short axis direction), the detection efficiency by bending is increased, and the sensitivity can be improved.
In addition, the variation in the zero strain wavelength in the absence of strain can be reduced, and the variation in the amount of wavelength shift from the zero strain wavelength when a constant stress is applied can be reduced.
以下に、実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルの製造方法について説明する。
本製造方法では、光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成された光ファイバ1(図7A)を準備し、例えば、アラミド繊維でできた内径0.8mmのスリーブ23に通して(図7B)、両端のファイバをスリーブに押し付ける。
尚、ここでは、光ファイバ1として、カラー樹脂で被覆されたものを用いる。
Below, the manufacturing method of the optical fiber sensor composite cable of
In this manufacturing method, an optical fiber 1 (FIG. 7A) on which an optical fiber grating
Here, as the
次に、光ファイバ1を通したスリーブ3を、底部の曲率半径が0.5mmである凹型の流し型に固定して、透明エポキシ樹脂を流し入れて、上部から曲率半径0.45mmの凹型の押し型で押した状態で樹脂を硬化させる。なお流し型にはあらかじめ離形シートを引くか、離形剤を塗布しておくことが好ましい。
そして、例えば、3日間硬化させた後、線材を型から取り出すと、図7Cに示す、光ファイバ1が樹脂補強材24に埋設された光ファイバセンサ複合ケーブルが得られる。
Next, the
For example, when the wire is taken out of the mold after being cured for 3 days, an optical fiber sensor composite cable in which the
このようにして作製した光ファイバセンサ複合ケーブルの断面は、図8に示すように楕円となっており、光ファイバグレーティング型歪センサ2の位置は、中心から離れ短軸方向に偏心していた。
As shown in FIG. 8, the cross section of the optical fiber sensor composite cable produced in this way is an ellipse, and the position of the optical fiber grating
以上のようにして作製した実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルは、短軸方向に曲がりやすい弾性異方性を有しており、短軸方向の力に対して高い感度が得られた。
また、本実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルには、(a)光ファイバグレーティング型歪センサ2が偏心してスリーブ3の近くに埋設されていること、(b)光ファイバにおいて光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成されている部分はカラー樹脂コートが剥がされて無色であるのに対して他の部分はカラー樹脂コートにより着色されていること、(c)透明エポキシ樹脂を用いて樹脂補強材を形成していることより、光ファイバグレーティング型歪センサ2が埋設されている位置が外側から見て容易に認識できるという利点がある。このことは、たとえば編みに組み付けて敷設する上でも、施工上においても大変好都合である。
The optical fiber sensor composite cable of
Further, in the optical fiber sensor composite cable of the second embodiment, (a) the optical fiber grating
上述した方法で、本実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルを3本作製し、比較として、断面形状が真円に近いもので光ファイバの埋設位置は制御することなく埋設した線材を3本作製して比較した。尚、比較例の3本中、2本は光ファイバグレーティング型歪センサの位置が比較的表面近くにあったが、他の一本については光ファイバグレーティング型歪センサの位置がどこにあるか確認できなかった。 Three optical fiber sensor composite cables according to the second embodiment are manufactured by the above-described method, and for comparison, three wires are embedded without controlling the embedment position of the optical fiber having a cross-sectional shape close to a perfect circle. Made and compared. Of the three comparative examples, two were relatively close to the surface of the fiber optic grating strain sensor, but the other could confirm where the fiber optic grating strain sensor was. There wasn't.
これらについて、歪試験を実施した。
3本の実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルには、曲がりやすい方向(図8において25の符号を付して示す方向)と平行に徐々に力を加えていき、歪量と波長シフト量との関係を調べた。また、比較例については、光ファイバグレーティング型歪センサの位置が比較的表面近くにできた2本について、光ファイバグレーティング型歪センサが手前に位置するようにセットして前後に曲げることによって、同様な試験を実施した。
A strain test was performed on these.
The three optical fiber sensor composite cables according to the second embodiment are gradually applied with a force parallel to the direction in which they are easily bent (the direction indicated by
その結果、本実施の形態2に係る3本の光ファイバセンサ複合ケーブルについては、同じ曲げ量に対し、同じ中心波長、波長シフトが得られた。これに対し、比較例では、中心波長、波長シフトのばらつきが大きく、数nmの波長シフトで検知を行う多点測定が必要な浸入検知システムでの要求仕様は満たさなかった。
また、比較例で得られた歪に対する波長シフト量は、同じ歪に対する本実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルで得られた波長シフト量よりも小さいものであった。
以上の結果から、本実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルでは、線材にかかる歪が効率よく光ファイバグレーティング型歪センサにかかる構成であり、光ファイバグレーティング型歪センサの有する高い感度を無駄なく生かすことができる。
As a result, with respect to the three optical fiber sensor composite cables according to the second embodiment, the same center wavelength and wavelength shift were obtained with respect to the same bending amount. On the other hand, in the comparative example, the dispersion of the center wavelength and the wavelength shift is large, and the required specification in the intrusion detection system that requires multipoint measurement that performs detection with a wavelength shift of several nm is not satisfied.
Further, the wavelength shift amount with respect to the strain obtained in the comparative example was smaller than the wavelength shift amount obtained with the optical fiber sensor composite cable according to the second embodiment with respect to the same strain.
From the above results, in the optical fiber sensor composite cable according to the second embodiment, the strain applied to the wire is efficiently applied to the optical fiber grating type strain sensor, and the high sensitivity of the optical fiber grating type strain sensor is not wasted. You can save it.
さらに、本実施の形態2に係る光ファイバセンサ複合ケーブルは、光ファイバグレーティング型歪センサが形成された光ファイバをファイバ強化プラスチックの中に埋設させたことにより作製されるので簡単に作製することができ、また、検出したい、例えば対象物の重さ、応力の大きさ、歪の方向に合わせて、線材の弾性を調整することが可能となり、結果として、誤動作を防止することができ信頼性を向上させることができる。 Furthermore, since the optical fiber sensor composite cable according to the second embodiment is manufactured by embedding an optical fiber in which an optical fiber grating type strain sensor is formed in a fiber reinforced plastic, it can be easily manufactured. It is also possible to adjust the elasticity of the wire according to the weight of the object, the magnitude of the stress, and the direction of the strain to be detected. As a result, malfunction can be prevented and reliability can be prevented. Can be improved.
実施の形態3.
本発明に係る実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルは、補強部24のうち光ファイバグレーティング型歪センサを覆う部分のみを長軸と短軸を有する扁平に断面形状にして、センサ被覆部のみに弾性異方性を持たしている(図9A,図9B)。
尚、図9A及びBは本実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルを直交する2方向から見た外観図である。また、実施の形態3では、センサ被覆部26の断面形状は楕円となるように作製している。
In the optical fiber sensor composite cable according to
9A and 9B are external views of the optical fiber sensor composite cable according to
この実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルは、以下のようにして作製できる。
まず、実施の形態2と同様にスリーブと光ファイバを流し型にセットし、次に光ファイバグレーティング型歪センサが形成されている部分に樹脂を流し、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)が収まる程度に短い押さジグで固定して樹脂を硬化させる。
次に、両端の光ファイバを引っ張って張力を測定しながら張力ゼロとなるようにしかつスリーブの中心に光ファイバが位置するようにセットした状態で樹脂を流し込む。
再度、押し型をセットした後、再び高さ調整して張力がゼロになるように調整し流し込んだ樹脂を硬化させる。
以上のようにして、図9A,Bに示す実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルは作製できる。
The optical fiber sensor composite cable according to
First, as in the second embodiment, the sleeve and the optical fiber are set in a casting mold, and then the resin is poured into the portion where the optical fiber grating strain sensor is formed, so that the optical fiber grating strain sensor (FBG) is accommodated. Fix the resin with a pressing jig that is short enough to cure the resin.
Next, the optical fiber at both ends is pulled to measure the tension so that the tension becomes zero and the resin is poured in a state where the optical fiber is positioned at the center of the sleeve.
After the pressing mold is set again, the height is adjusted again to adjust the tension to zero, and the poured resin is cured.
As described above, the optical fiber sensor composite cable of
以上の行程により、実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルを3本作製し、実施の形態2と同様の歪試験を実施したところ、実施の形態2と同様に同じ曲げ量に対し、中心波長、及び波長シフトのばらつきが殆どないことが確認された。
また、実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルは、光ファイバのうちセンサ被覆部26を除く部分では補強材24の断面を円形としてその円形の補強材24の中心に光ファイバ1を配置しているので、当該部分では、光ファイバセンサ複合ケーブルを曲げても光ファイバの歪みは少なくできる。
従って、例えば、網に織り込んで光ファイバセンサ複合ケーブルを固定するような場合には、実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルでは網に織り込んだときの線材の曲がりによる伝送損失の低下を少なくできる点で実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルより有利である。
尚、殆ど曲がりがないように光ファイバセンサ複合ケーブルを設置できる場合には、実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルと実施の形態3の光ファイバセンサ複合ケーブルとの間に遜色はない。
According to the above process, three optical fiber sensor composite cables according to the third embodiment were manufactured, and a strain test similar to that of the second embodiment was performed. It was confirmed that there was almost no variation in wavelength shift.
Further, in the optical fiber sensor composite cable according to the third embodiment, the section of the reinforcing
Therefore, for example, when the optical fiber sensor composite cable is woven into the net and the optical fiber sensor composite cable is fixed, the optical fiber sensor composite cable of the third embodiment can reduce a decrease in transmission loss due to the bending of the wire when woven into the net. This is more advantageous than the optical fiber sensor composite cable of the second embodiment.
When the optical fiber sensor composite cable can be installed so that there is almost no bending, there is no inferiority between the optical fiber sensor composite cable of the second embodiment and the optical fiber sensor composite cable of the third embodiment.
実施の形態4.
本実施の形態4の光ファイバセンサ複合ケーブルは、実施の形態2の光ファイバセンサ複合ケーブルにおいて、補強材の中心に光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成された基準光ファイバをさらに備えていることを特徴とし(図10)、歪がほとんどかかることのない基準光ファイバの光ファイバグレーティング型歪センサを基準により精度よく、正確に歪を検出しようとするものである。尚、図10には、光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成された部分における光ファイバセンサ複合ケーブルの断面を示している。
尚、光ファイバグレーティング型歪センサが埋設されている部分の線材の断面形状は楕円又はそれに近い形状とするが、他の部分は、断面を楕円として実施の形態2と同様の構成にしてもよいし、断面を円形にして実施の形態3と同様の構成としてもよい。
The optical fiber sensor composite cable according to the fourth embodiment further includes a reference optical fiber in which the optical fiber grating
In addition, although the cross-sectional shape of the wire rod in the portion where the optical fiber grating type strain sensor is embedded is an ellipse or a shape close thereto, other portions may have the same configuration as in the second embodiment with the cross-section being an ellipse. However, the cross section may be circular so that the configuration is the same as that of the third embodiment.
この実施の形態4の光ファイバセンサ複合ケーブルは、以下のようにして作製できる。
まず、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)が設けられた光ファイバを2本準備し、内径1.3mmのTガラスファイバスリーブに通して、曲率半径0.8mmの流し型にセットする。スリーブ中において、一本の光ファイバは底部に固定し、他の一本は実施の形態3と同様にして、両端の光ファイバを引っ張り張力を測定しながら張力ゼロとなるようにしながらスリーブの中心にセットする。その状態で樹脂を流し込んで、押し型をセットした後、再び光ファイバの高さを調整しさらに張力がゼロになるように調整してそのまま硬化させる。
以上の工程により、実施の形態4の光ファイバセンサ複合ケーブルが作製できる。
The optical fiber sensor composite cable of the fourth embodiment can be manufactured as follows.
First, two optical fibers provided with an optical fiber grating type strain sensor (FBG) are prepared, passed through a T glass fiber sleeve having an inner diameter of 1.3 mm, and set to a flow type having a curvature radius of 0.8 mm. In the sleeve, one optical fiber is fixed to the bottom, and the other one is the same as in the third embodiment, and the center of the sleeve is measured while measuring the tensile tension of the optical fibers at both ends so that the tension becomes zero. Set to. In this state, the resin is poured, and after setting the pressing die, the height of the optical fiber is adjusted again, and further, the tension is adjusted to be zero and cured as it is.
Through the above steps, the optical fiber sensor composite cable of
次に、上述したように作製した本発明の実施の形態4の光ファイバセンサ複合ケーブルについて歪試験を実施したところ、線材中心に配備した光ファイバでは、曲げに対して殆ど波長シフトがなく、中心に配備した光ファイバは基準光ファイバとして利用できることが確認された。この基準光ファイバは、例えば、温度センサとして機能させることができる。また、外側に配備した光ファイバの波長は曲げに応じて変化し、その波長と中心に配備した光ファイバの波長の差から、歪量が得られた。このような本発明の実施の形態4の光ファイバセンサ複合ケーブルは、温度変化が比較的生じる場所への設置に好適である。
Next, when a strain test was performed on the optical fiber sensor composite cable according to
実施の形態5.
本発明に係る実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルは、実施の形態4の光ファイバセンサ複合ケーブルにおいてさらに、光ファイバグレーティング型歪センサが形成された第2の光ファイバを補強材の中心から上記長軸方向に偏心して設けたことを特徴としている。すなわち、本実施の形態5では、楕円の短軸上で外周に近い位置に1本、中心に1本、および楕円の長軸上で外周に近い位置に1本を光ファイバを配備した。
In the optical fiber sensor composite cable according to
図11には、光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成された部分における実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルの断面を示している。
尚、光ファイバグレーティング型歪センサが埋設されている部分の線材の断面形状は楕円又はそれに近い形状とするが、他の部分は、断面を楕円として実施の形態2と同様の構成にしてもよいし、断面を円形にして実施の形態3と同様の構成としてもよい。
FIG. 11 shows a cross section of the optical fiber sensor composite cable according to the fifth embodiment in a portion where the optical fiber grating
In addition, although the cross-sectional shape of the wire rod in the portion where the optical fiber grating type strain sensor is embedded is an ellipse or a shape close thereto, other portions may have the same configuration as in the second embodiment with the cross-section being an ellipse. However, the cross section may be circular so that the configuration is the same as that of the third embodiment.
以上の実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルは、実施の形態3、および実施の形態4で示したように、治具を使って光ファイバの位置と張力を調整することで作製することができる。 The optical fiber sensor composite cable of the fifth embodiment as described above can be manufactured by adjusting the position and tension of the optical fiber using a jig as shown in the third and fourth embodiments. it can.
本実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルは、乱流成分が多くあり、センサーに多方向の力がかかる、例えば、川の流速を歪により測るシステムで利用するのに好適である。本実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルは、弾性異方性があり、一方向以外には曲がりにくい形状であるが、光ファイバグレーティング型歪センサは敏感であるために、曲がりにくい方向(長軸方向)に力がかかった場合にその方向にかかった歪が測定できる。
これらの短軸方向と長軸方向の2つの外乱パラメーターを補正することで流速が測定できることを本発明者らは実験室レベルの模擬実験により確認した。
また、本実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルは、中心に配置した基準光ファイバにより温度計測も可能である。
The optical fiber sensor composite cable according to the fifth embodiment is suitable for use in, for example, a system in which a turbulent flow component is applied and multidirectional force is applied to the sensor. The optical fiber sensor composite cable of the fifth embodiment has elastic anisotropy and has a shape that is difficult to bend except in one direction. However, since the optical fiber grating strain sensor is sensitive, it is difficult to bend (long). When a force is applied in the axial direction, the strain applied in that direction can be measured.
The present inventors have confirmed through a laboratory-level simulation that the flow velocity can be measured by correcting these two disturbance parameters in the short axis direction and the long axis direction.
In addition, the optical fiber sensor composite cable according to the fifth embodiment can also measure temperature with a reference optical fiber arranged in the center.
また、本実施の形態5の光ファイバセンサ複合ケーブルでは、該線材の曲がりにおいてわずかにひねりが発生しているかどうかについても楕円の長軸上で外周に近い位置に配備した光ファイバグレーティング型歪センサで観測された波長と中心に配置された光ファイバグレーティング型歪センサで観測された波長から知ることができる。 Further, in the optical fiber sensor composite cable according to the fifth embodiment, an optical fiber grating type strain sensor arranged at a position close to the outer circumference on the major axis of the ellipse as to whether or not a slight twist is generated in the bending of the wire. And the wavelength observed by the optical fiber grating type strain sensor placed in the center.
実施の形態6.
本発明に係る実施の形態6は、光ファイバ監視システム用ネットであり、図12Aの平面図にその構成を示す。
本実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットは、異方的な弾性率を有する網33に、光ファイバグレーティング型歪センサ2が形成されている光ファイバセンサ複合ケーブル30が組み込まれてることにより構成されており、光ファイバグレーティング型歪センサ2に平行な方向の網33の弾性率が光ファイバセンサ複合ケーブル30の弾性率より低く設定されており、かつ網33の光ファイバグレーティング型歪センサ2に直交する方向の弾性率が光ファイバセンサ複合ケーブル30の弾性率より高く設定されていることを特徴としている。
In the optical fiber monitoring system net of the sixth embodiment, the optical fiber
本実施の形態6において、網33は、一方向の弾性率が低く(弾性が高く)、曲がりやすいようにスパイラル編みで編んでおり、その一方向に平行に光ファイバセンサ複合ケーブル30を組み込んでいる。
この網33は、例えば、ビニールで被覆された外径0.5mmの鉄線を編んで造られており、網33の網目に光ファイバ線材を通している。
In the sixth embodiment, the
The net 33 is made of, for example, a braided iron wire with an outer diameter of 0.5 mm covered with vinyl, and an optical fiber wire is passed through the net of the net 33.
実施の形態6において、光ファイバセンサ複合ケーブルは、その一部に光ファイバグレーティング型歪センサ2が書き込まれた光ファイバ1が角線34とともに、例えば、ビニールチューブ36で被覆されてなっている。図12Bには、ビニールチューブ36で被覆する前の、光ファイバ1と角線34とからなる線材を示しており、光ファイバ1は、例えば、断面が0.6mm×0.4mmの角線34上に載置され、光ファイバグレーティング型歪センサ2は角線34上に弾性樹脂35により固定(モールド固定)した。図12Cには、光ファイバセンサ複合ケーブルの断面を示している。
In the sixth embodiment, the optical fiber sensor composite cable is formed by covering the
実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットの検知感度を調べるために、幅6m、高さ1mの網33の中央に光ファイバグレーティング型歪センサ2が位置するように光ファイバセンサ複合ケーブルを、網の長手方向に直交する方向に設けた光ファイバ監視システム用ネットを作製した。光ファイバグレーティング型歪センサ2と同じ高さで、光ファイバセンサ複合ケーブルから横に2m離れたところに、奥に(網の面に直交する方向に)1cm突き出すような力をかけた(この力を加えた場所をA点とする)。このような力を加えたとき、光ファイバグレーティング型歪センサ2をはさんでA点の対称の点において0.5cm以上の突き出しがあった。
In order to check the detection sensitivity of the net for the optical fiber monitoring system of the sixth embodiment, the optical fiber sensor composite cable is arranged so that the optical fiber grating
次に、光ファイバグレーティング型歪センサ2の位置よりも50cm高い高さで、光ファイバセンサ複合ケーブルから2mはなれた点Bで、同様の変形試験を行ったところ、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)と同じ高さで行った実験とほぼ同じように対称の地点で網の大きな変形が確認された。
Next, when the same deformation test was performed at a point B at a height of 50 cm higher than the position of the optical fiber grating
次に、光ファイバグレーティング型歪センサ2で反射されて戻ってきた光の波長を分析した。上記のA,Bの2箇所に力をかけたときの波長シフト量を比較した。この結果、A点で得られた波長のシフト量に対しB点に力をかけたシフト量は80%以上となった。このような実験を網のいろいろな部分で実施したところ、本網の材料、構成では、1m×4mに1個の光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)を設ける程度で容易に進入(網の変形)が検知できることがわかった。
Next, the wavelength of the light reflected and returned by the optical fiber grating
すなわち、以上のように構成された実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットにおいて、光ファイバグレーティング型歪センサ2から離れているところで網33が受けた力は、網33の光ファイバグレーティング型歪センサ2に直交する方向の弾性率が高いのでその方向に伝達されやすい。
従って、光ファイバグレーティング型歪センサ2から離れたところで網33が受けた力は、光ファイバグレーティング型歪センサ2に直交する方向に効率よく伝達されて光ファイバセンサ複合ケーブルに伝わる。
That is, in the optical fiber monitoring system net of the sixth embodiment configured as described above, the force received by the
Accordingly, the force received by the net 33 away from the optical fiber grating
また、実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットにおいて、光ファイバグレーティング型歪センサ2と平行な方向では弾性率が低くその方向には曲がりやすいために、比較的小さな力で光ファイバセンサ複合ケーブル(光ファイバグレーティング型歪センサ2)が曲げられるので、歪みの検出感度が低下することはない。
従って、実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットでは、光ファイバセンサ複合ケーブルから離れたところで受けた歪みは、光ファイバグレーティング型歪センサ2によって高い感度で検出される。
In the optical fiber monitoring system net of the sixth embodiment, since the elastic modulus is low in the direction parallel to the optical fiber grating
Therefore, in the optical fiber monitoring system net of the sixth embodiment, the strain received away from the optical fiber sensor composite cable is detected by the optical fiber grating
以上説明したように、実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットでは、ネットの一部に加えられた歪みが、ネットの弾性率の高い方向に効率よく伝達され、ネットの弾性率の低い方向に設けられた光ファイバグレーティング型歪センサによって感度よく検出されるので、1つの光ファイバグレーティング型歪センサ2で広い範囲の歪みを検出することが可能になり、光ファイバグレーティング型歪センサの設置個数を減らすことができ、コストの削減が可能になる。
As described above, in the optical fiber monitoring system net of the sixth embodiment, the strain applied to a part of the net is efficiently transmitted in the direction in which the net elastic modulus is high, and the direction in which the net elastic modulus is low. Is detected with high sensitivity by the optical fiber grating type strain sensor provided in the optical fiber grating, so that it is possible to detect a wide range of strains with one optical fiber grating
また、実施の形態6の光ファイバ監視システム用ネットでは、鉄線を編んだ網を用い、その網の編み方をスパイラル編みとしていることで、もともと網に弾性異方性があり、特に網に弾性異方性を付与することなく容易に面センシングが実現できる。 Further, in the optical fiber monitoring system net of the sixth embodiment, a net knitted with a steel wire is used, and the net is knitted spirally so that the net originally has elastic anisotropy. Surface sensing can be realized easily without imparting anisotropy.
実施の形態7.
図13は、本発明に係る実施の形態7の光ファイバ監視システム用ネットの構成を示す平面図である。
本実施の形態7の光ファイバ監視システム用ネットに用いた網33aは、外径1mmのアラミド繊維による撚り糸を編んだものである。網33aは全体に柔軟性があり(弾性が高く)、一箇所に力がかかっても一部が変形するだけであった。そこで、例えば、ビニールコートされた鉄からなる弾性体棒37を網33aに通して、長手方向に平行(光ファイバセンサ複合ケーブルと直交する方向)に組み付けた。尚、光ファイバセンサ複合ケーブルは、実施の形態6と同じものを用い、弾性体棒37と交差するように組み込んだ。
FIG. 13: is a top view which shows the structure of the optical fiber monitoring system net | network of
The net 33a used in the optical fiber monitoring system net according to the seventh embodiment is a knitted yarn made of aramid fibers having an outer diameter of 1 mm. The net 33a was flexible as a whole (high elasticity), and even if a force was applied to one place, only a part was deformed. Therefore, for example, an
すなわち、本実施の形態7の光ファイバ監視システム用ネットは、弾性異方性がほとんどない網33aの一方向に弾性体棒37を通すことにより、その一方向の弾性率を他の方向に比較して高くし、その一方向に直交する方向に光ファイバセンサ複合ケーブルを組み込んでいる。
これにより、網33aに弾性異方性を付与して実施の形態6と同様の効果を得ている。
That is, the net for the optical fiber monitoring system according to the seventh embodiment compares the elastic modulus in one direction with the other direction by passing the
Thereby, elastic anisotropy is imparted to the net 33a, and the same effect as in the sixth embodiment is obtained.
実施の形態7の網による効果及び検知感度を調べるために、実施の形態6と同様に、幅6m、高さ1mの網の中央に光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)を設けた網を作製して評価した。網は地面に水平にはった。光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)より長手方向に2m離れたところに上から10kgの錘をおいた。この場所をC点とする。光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)をはさんでA点の対称の点でも50%以上の網の沈みがあった。 In order to investigate the effect and detection sensitivity of the network of the seventh embodiment, as in the sixth embodiment, a network having an optical fiber grating type strain sensor (FBG) provided at the center of a network having a width of 6 m and a height of 1 m is manufactured. And evaluated. The net was horizontal to the ground. A weight of 10 kg from above was placed at a distance of 2 m in the longitudinal direction from the optical fiber grating strain sensor (FBG). Let this location be point C. There was more than 50% sinking of the net even at the point A symmetrical across the optical fiber grating type strain sensor (FBG).
次に、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)から50cm光ファイバにそってはなれ、更に、ファイバより2mはなれた点Dで、同様の変形試験を行ったところ、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)と同じ高さで行った実験とほぼ同じように対称の地点で網の大きな変形が確認された。 Next, when a similar deformation test was performed at point D, which was separated from the optical fiber grating strain sensor (FBG) by 50 cm, and further from the fiber by 2 m, the optical fiber grating strain sensor (FBG) was obtained. As in the experiment conducted at the same height, a large deformation of the net was confirmed at a symmetrical point.
これに対し、弾性体棒37を取り除いた比較例の光ファイバ監視システム用ネットでは、C点、D点の光ファイバを中心として対称となる部分では網の沈みは殆どなかった。
次に、実施の形態7の光ファイバ監視システム用ネットを用いて、光ファイバグレーティング型歪センサ2で反射されて戻ってきた光の波長を分析した。上記のC及びD点の2箇所に力をかけたときの波長シフト量を比較した。この結果、C点で得られた波長のシフト量に対しD点に力をかけたシフト量は80%以上となった。
On the other hand, in the net for the optical fiber monitoring system of the comparative example from which the
Next, the wavelength of the light reflected and returned by the optical fiber grating
このような実験を網のいろいろな部分で実施したところ、本網の材料、構成では、1m×4mに1個の光ファイバグレーティング型歪センサ2を設ける程度で容易に進入(網の変形)が検知できることがわかった。これに対し、弾性体棒37を取り除いた比較例の網では、C点、D点を乗せたことによる歪は殆ど検出されなかった。
When such an experiment was carried out in various parts of the network, the material and configuration of this network can easily enter (deform the network) just by providing one optical fiber grating
以上のように、本実施の形態8によれば、光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)と直行する方向に剛性の高い弾性体棒を挿入することにより、もともと異方性の無い網に簡易かつ容易に弾性異方性を付与することができ、実施の形態6と同様の作用効果が得られる。
また、網に挿入する棒の本数又は剛性を変化させることにより、容易に網の弾性異方性を調整することが可能である。尚、網に剛性の高い棒を挿入することにより網の弾性異方性を調整する場合、網そのものは本来的に弾性異方性を有していてもよいし、弾性異方性を持ってなくてもよい。
As described above, according to the eighth embodiment, an elastic rod having a high rigidity is inserted in a direction perpendicular to the optical fiber grating type strain sensor (FBG), so that it can be easily and easily added to a net having no anisotropy. Elastic anisotropy can be easily imparted, and the same effect as in the sixth embodiment can be obtained.
In addition, the elastic anisotropy of the net can be easily adjusted by changing the number or rigidity of the bars inserted into the net. In addition, when adjusting the elastic anisotropy of the net by inserting a rigid rod into the net, the net itself may inherently have an elastic anisotropy. It does not have to be.
実施の形態8.
本発明に係る実施の形態8の光ファイバ監視システム用ネットは、図14に示すように、実施の形態6又は7の光ファイバ監視システム用ネット33を複数連結した大規模なネットL33(図14では、6つの網を連結して示している)であり、1つの網33に1つの光ファイバグレーティング型歪センサ2を設け、全体では6個の光ファイバグレーティング型歪センサ2が設けられている。尚、光ファイバグレーティング型歪センサ2が各網33の中央にそれぞれ位置するように光ファイバセンサ複合ケーブル30は取り付けられており、隣接する網33間において光ファイバセンサ複合ケーブルは互いに接続されている。尚、図14において、30aの符号で示す部分は、光ファイバセンサ複合ケーブルの接続部である。
光ファイバセンサ複合ケーブル30は、6つの光ファイバグレーティング型歪センサ2が例えば一定の間隔で設けられた1本で構成してもよいことは言うまでもない。
As shown in FIG. 14, the optical fiber monitoring system net according to the eighth embodiment of the present invention is a large-scale net L33 (FIG. 14) in which a plurality of optical fiber monitoring system nets 33 according to the sixth or seventh embodiment are connected. In FIG. 6, one
Needless to say, the optical fiber
このように複数個の網に、光ファイバグレーティング型歪センサが複数設けられている1本の光ファイバセンサ複合ケーブル30を組み込んだ光ファイバ監視システム用ネットを、例えば、防護ネット、防護柵として用いると、設置が簡単で、美観、景観を損ねることがなく、幅広い応用が可能である。
As described above, an optical fiber monitoring system net in which one optical fiber
本実施の形態8のように、複数の網33(33a)を組み合わせて大規模な網L33を構成し、個々の網33(33a)にそれぞれ光ファイバグレーティング型歪センサ2を取り付けて光ファイバを分岐せずに連結することにより、個々の網が受けた歪みを、周囲の影響を受けることなく検知することができる。
又、順次網を連結して伸ばしていくことで、システムの拡張を容易にでき、光の波長を検出する上で特に問題を生じることもなかった。
As in the eighth embodiment, a large-scale network L33 is configured by combining a plurality of networks 33 (33a), and an optical fiber grating
In addition, the system can be easily expanded by connecting and extending the networks in sequence, and there is no particular problem in detecting the wavelength of light.
以上、実施の形態6〜8では、スパイラル編みにより構成された網を用いた例で説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、弾性異方性を持っているものであれば、他の編み方で編んだ網を用いてもよい。
また、網自体が弾性異方性を持つものでなくても、例えば、実施の形態7のように弾性率が高い弾性体棒を組み込んで弾性異方性を持たせて、本発明に適用することが可能である。
As described above, in the sixth to eighth embodiments, the example using the net formed by spiral knitting has been described, but the present invention is not limited to this, and any one having elastic anisotropy can be used. A net knitted by other knitting methods may be used.
Further, even if the net itself does not have elastic anisotropy, for example, an elastic rod having a high elastic modulus is incorporated as in the seventh embodiment so as to have elastic anisotropy and is applied to the present invention. It is possible.
例えば、平織りの網33bを用いた光ファイバ監視システム用ネットを、図15に示す。この図15に示す例は、平織りの網33bに光ファイバセンサ複合ケーブル1を編みこんだものである。この平織り網33bは、量産性が高く、低コストで網の製作が可能であり、かつ縦糸、横糸の間隔を替えること、材質、太さで容易に弾性異方性を付与することができる。更に、剛性の高い棒を組み込むことで、縦、横、斜めにも大きな弾性異方性を付与することができる。図16には、網33bを連結して拡張した網の例を示している。この例では、各網33bにさらに剛性の高い棒材37を組み込んで各網33bの弾性異方性を調整している。
For example, an optical fiber monitoring system net using a plain weave net 33b is shown in FIG. In the example shown in FIG. 15, the optical fiber
また、実施の形態6〜8では、金属、繊維などによる糸で編まれた網を使った例で説明したが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
さらに、本発明で用いられる光ファイバセンサ複合ケーブルは、上述の実施の形態で示した材料、構成に限定されるものではなく、適用するシステムに応じて最適な光ファイバ線材の材質、構成を採用することができる。
Moreover, although Embodiment 6-8 demonstrated the example using the net | network knitted with the thread | yarn by a metal, a fiber, etc., this invention is not limited to these materials.
Furthermore, the optical fiber sensor composite cable used in the present invention is not limited to the materials and configurations shown in the above-described embodiment, but adopts the optimal material and configuration of the optical fiber wires according to the system to be applied. can do.
以上述べたように、本発明に係る実施の形態6〜8及びその変形例の光ファイバ監視システム用ネットによれば、少ない数の光ファイバグレーティング型歪センサで広い範囲の歪みの検出が可能な光ファイバ監視システム用ネットを提供できる。
また、動的な歪の検出が可能な光ファイバグレーティング型歪センサを検知部として採用し、検出感度を低下させることなく光ファイバグレーティング型歪センサ(FBG)の敷設箇所をできるだけ減らすことのでき、面でセンシングが行える網を低コストで製造、設置することができる。
広域的な監視に適した光ファイバ監視システムを安価に提供することができる。
As described above, according to the optical fiber monitoring system nets of the sixth to eighth embodiments and the modifications thereof according to the present invention, a wide range of strains can be detected with a small number of optical fiber grating strain sensors. A network for optical fiber monitoring systems can be provided.
In addition, an optical fiber grating type strain sensor capable of detecting dynamic strain can be adopted as the detection unit, and the number of installed optical fiber grating type strain sensors (FBG) can be reduced as much as possible without reducing the detection sensitivity. A network that can perform surface sensing can be manufactured and installed at low cost.
An optical fiber monitoring system suitable for wide-area monitoring can be provided at low cost.
1 光ファイバ、2 光ファイバグレーティング型歪センサ、3 スリーブ、4 センサ被覆部(低弾性率)、5 外力伝達部(高弾性率)、6,33,33a,33b 網、8 柱、30 光ファイバセンサ複合ケーブル、30a 光ファイバセンサ複合ケーブルの接続部、34 角線、5 弾性樹脂、36 ビニールチューブ、37 弾性体棒。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
上記補強材は、光ファイバグレーティング型歪センサが形成された部分を被覆するセンサ被覆部の弾性率が他の部分に比較して低くなるように設定されたことを特徴とする光ファイバセンサ複合ケーブル。 In an optical fiber sensor composite cable in which an optical fiber in which at least one optical fiber grating type strain sensor is formed is embedded in a reinforcing material made of an elastic body,
The optical fiber sensor composite cable, wherein the reinforcing material is set so that an elastic modulus of a sensor covering portion covering a portion where the optical fiber grating type strain sensor is formed is lower than other portions. .
上記網の弾性率は、上記光ファイバセンサ複合ケーブルの上記センサ被覆部における弾性率より低くなるように設定されたことを特徴とする光ファイバ監視システム用ネット。 An optical fiber monitoring system net in which the optical fiber sensor composite cable according to any one of claims 1 to 5 is incorporated in a network,
The net for an optical fiber monitoring system, wherein the elastic modulus of the net is set to be lower than the elastic modulus of the sensor covering portion of the optical fiber sensor composite cable.
上記光ファイバグレーティング型歪センサを埋設する上記補強材は長軸と短軸を有する扁平な断面形状を有しており、上記光ファイバグレーティング型歪センサは上記補強材内において中心から上記短軸方向に偏心して設けられていることを特徴とする光ファイバセンサ複合ケーブル。 An optical fiber sensor composite cable in which an optical fiber in which at least one optical fiber grating type strain sensor is formed is embedded in a reinforcing material made of an elastic body,
The reinforcing material for embedding the optical fiber grating type strain sensor has a flat cross-sectional shape having a major axis and a minor axis, and the optical fiber grating type strain sensor is arranged in the minor axis direction from the center in the reinforcing material. An optical fiber sensor composite cable characterized by being provided eccentrically.
13. The elastic modulus of the mesh in the direction orthogonal to the optical fiber grating strain sensor is increased by assembling a highly rigid elastic rod to the mesh in a direction perpendicular to the optical fiber grating strain sensor. The net | network for optical fiber monitoring systems as described in any one of -16.
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