JP2005345376A - Displacement measuring system and method - Google Patents

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Kentaro Nakamura
中村  健太郎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure displacement in a structure, by performing measurement once later on, without acquiring the backward scattered light in real time, by always operating an expensive analyzer. <P>SOLUTION: A plastic optical fiber 11 is laid in advance in the structure 21. The signal light is made incident from one end of this laid plastic optical fiber 11. The backward scattered signal light is detected in response to plastic deformation caused in the plastic optical fiber 11. A displacement position and its displacement quantity are also measured by an OTDR device 12 based on the chronological changing trend in the quantity of the detected signal light. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、トンネルやビルディング等の構造物において地震等により生じた変位を測定するための変位測定システム及び方法に関する。   The present invention relates to a displacement measuring system and method for measuring a displacement caused by an earthquake or the like in a structure such as a tunnel or a building.

従来では、地震等によりビルディングやトンネル等の構造物に生じた変位を検出する場合には、歪みゲージを用いてこれを電気的に検出する方法が一般的に用いられていた。しかしながら、かかる方法においては、埋め込むセンサの数だけ電線が必要となるためコストの削減を図ることができず、またこれら電気的センサに対して常時通電して測定値を記録し続けなければならないため、地震により停電が生じた場合には、かかる変位を検出することができないという問題点があった。   Conventionally, when detecting a displacement generated in a structure such as a building or a tunnel due to an earthquake or the like, a method of electrically detecting the displacement using a strain gauge is generally used. However, in this method, as many wires as the number of sensors to be embedded are required, so it is not possible to reduce the cost, and it is necessary to continuously energize these electrical sensors and continue to record measured values. When a power failure occurs due to an earthquake, there is a problem that such a displacement cannot be detected.

このため、光ファイバを構造物に埋め込むことにより歪み計測を行う技術が特に近年において提案されている(例えば、非特許文献1,2参照。)。この歪み計測技術では、BOTDR(Brillouin Optical-fiber Time Domain Reflectometry)を用いることにより、歪みセンシング用の光ファイバの一端から信号光を入射し、当該光ファイバ内で発生した後方散乱光を同一端で観測することにより、発生した歪みを測定する。   For this reason, a technique for measuring strain by embedding an optical fiber in a structure has been proposed particularly in recent years (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). In this strain measurement technology, BOTDR (Brillouin Optical-fiber Time Domain Reflectometry) is used to allow signal light to enter from one end of the strain sensing optical fiber, and the backscattered light generated in the optical fiber at the same end. By observing, the generated distortion is measured.

また、この歪み計測技術では、1本の光ファイバを構造物中に予め埋め込んでおくことにより、光ファイバに沿った全ての点につき加わった歪みを検出することが可能となる。   Further, in this strain measurement technique, it is possible to detect the strain applied to all points along the optical fiber by embedding one optical fiber in the structure in advance.

しかしながら、この光ファイバを用いた歪み計測技術では、地震が発生している場合においても後方散乱光をリアルタイムに取得しなければ、それに伴う歪みを同定することができないという問題点があった。   However, the strain measurement technique using this optical fiber has a problem that even if an earthquake occurs, unless the backscattered light is acquired in real time, the associated strain cannot be identified.

また、この歪み計測においては、通常、ガラス製の光ファイバを使用することになるため、5%程度の歪みで破断してしまう。このため、地震等により構造物中において大きな変位が生じた場合には、光ファイバ自体が破断してしまうことから、かかる変位に応じた後方散乱光を検出することができないという問題点もあった。   In this strain measurement, since a glass optical fiber is usually used, the strain is broken at a strain of about 5%. For this reason, when a large displacement occurs in the structure due to an earthquake or the like, the optical fiber itself breaks, and there is a problem that backscattered light corresponding to the displacement cannot be detected. .

成瀬央、“BOTDRによるひずみ分布センシング”,OPTRONICS(2000),No.3,pp.144-148Naruse, “Strain distribution sensing by BOTDR”, OPTRONICS (2000), No.3, pp.144-148 岩城英郎“建設分野における光ファイバセンシングの現状と未来”、第32回光波センシング技術研究会、LST32-11,pp.79-84,Dec.2003Hideo Iwaki “Current Status and Future of Optical Fiber Sensing in Construction Field”, 32nd Lightwave Sensing Technology Study Group, LST32-11, pp.79-84, Dec.2003

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、高価な分析装置を常時稼働させることにより、後方散乱光をリアルタイムに取得することなく、事後的に一度だけ計測を実行することにより、構造物中の変位を測定することができる変位測定システム及び方法を提供することにあり、また構造物中に大きな変位が生じた場合においてもそれを精度よく測定することができる変位測定システム及び方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the purpose thereof is to always operate an expensive analyzer without acquiring backscattered light in real time. It is intended to provide a displacement measuring system and method capable of measuring displacement in a structure by performing measurement only once after the fact, and in the case where a large displacement occurs in the structure. It is an object of the present invention to provide a displacement measuring system and method capable of measuring with high accuracy.

本発明では、上述した課題を解決するために、構造物中に予めプラスチック光ファイバを敷設し、この敷設したプラスチック光ファイバの一端から信号光を入射させるとともに、プラスチック光ファイバに生じた塑性変形に応じて後方散乱された信号光を検出し、さらに検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、変位の位置並びにその変位量を測定する。   In the present invention, in order to solve the above-described problem, a plastic optical fiber is laid in advance in a structure, and signal light is incident from one end of the laid plastic optical fiber, and plastic deformation generated in the plastic optical fiber is reduced. Accordingly, the backscattered signal light is detected, and further, the position of the displacement and the amount of the displacement are measured based on the temporal change tendency of the detected light amount of the signal light.

即ち、本発明に係る変位測定システムは、構造物中に生じた変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定システムにおいて、構造物中に予め敷設されたプラスチック光ファイバと、プラスチック光ファイバの一端から信号光を入射させるとともに、プラスチック光ファイバに生じた塑性変形に応じて後方散乱された信号光を検出し、さらに検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定装置とを備える。   That is, a displacement measuring system according to the present invention is a displacement measuring system for measuring the position and amount of displacement generated in a structure, and a plastic optical fiber previously laid in the structure and one end of the plastic optical fiber. In addition, the signal light is incident on the plastic optical fiber, and the backscattered signal light is detected according to the plastic deformation generated in the plastic optical fiber. A displacement measuring device for measuring the amount of displacement.

また、本発明に係る変位測定方法は、構造物中に生じた変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定方法において、構造物中に予めプラスチック光ファイバを敷設する敷設工程と、敷設工程において敷設したプラスチック光ファイバの一端から信号光を入射させるとともに、プラスチック光ファイバに生じた塑性変形に応じて後方散乱された信号光を検出し、さらに検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定工程とを有する。   Further, the displacement measuring method according to the present invention is a displacement measuring method for measuring the position of the displacement generated in the structure and the amount of the displacement. In the laying process, the plastic optical fiber is laid in advance in the structure, and the laying process. The signal light is incident from one end of the laid plastic optical fiber, and the backscattered signal light is detected according to the plastic deformation generated in the plastic optical fiber, and the detected signal light quantity tends to change over time. And a displacement measuring step for measuring the position of the displacement and the amount of the displacement.

本発明に係る変位測定システム及び方法は、構造物中に予めプラスチック光ファイバを予め敷設し、この敷設したプラスチック光ファイバの一端から信号光を入射させるとともに、プラスチック光ファイバに生じた塑性変形に応じて後方散乱された信号光を検出し、さらに検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、変位の位置並びにその変位量を測定する。   In the displacement measuring system and method according to the present invention, a plastic optical fiber is laid in advance in a structure, signal light is incident from one end of the laid plastic optical fiber, and in response to plastic deformation generated in the plastic optical fiber. Then, the back-scattered signal light is detected, and the position of the displacement and the amount of the displacement are measured based on the temporal change tendency of the detected light amount of the signal light.

これにより、本発明を適用した変位システム及び方法は、高価な分析装置を常時稼働させることにより、後方散乱光をリアルタイムに取得することなく、事後的に一度だけ計測を実行することにより、構造物中の変位を測定することができ、また構造物中において大きな変位が生じた場合においてもそれを精度よく測定することができる。   As a result, the displacement system and method to which the present invention is applied are structured by performing measurement once afterwards without acquiring backscattered light in real time by always operating an expensive analyzer. The displacement inside can be measured, and even when a large displacement occurs in the structure, it can be accurately measured.

以下、本発明を実施するための最良の形態として、構造物において地震等により生じた変位を測定するための変位測定システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, as a best mode for carrying out the present invention, a displacement measuring system for measuring a displacement caused by an earthquake or the like in a structure will be described in detail with reference to the drawings.

この変位測定システム1は、例えば図1に示すように、ビルディング等の構造物21中に予め敷設されたプラスチック光ファイバ11と、このプラスチック光ファイバ11の一端側に接続されたOTDR(Optical-fiber Time Domain Reflectometry)装置12とを備えている。   For example, as shown in FIG. 1, the displacement measuring system 1 includes a plastic optical fiber 11 laid in advance in a structure 21 such as a building, and an OTDR (Optical-fiber) connected to one end of the plastic optical fiber 11. Time Domain Reflectometry) device 12.

プラスチック光ファイバ(POF)11は、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)を母材とし、100%近い引っ張り歪みを加えても破断することなく光を伝送することができる。POF11は、一般的にクラッド外径1mm、コア径が0.98mmで構成され、ポリエチレン等からなるジャケットで被覆される。ちなみに、このPOF11は、ガラス製の光ファイバと比較して伝送損失が大きいため、100m程度の長さ毎に分割して敷設し、分割した各POF11の端面にOTDR装置12を順次接続して測定を行うようにしてもよい。   The plastic optical fiber (POF) 11 uses PMMA (polymethyl methacrylate) as a base material, and can transmit light without breaking even when a tensile strain of nearly 100% is applied. The POF 11 is generally configured with a cladding outer diameter of 1 mm and a core diameter of 0.98 mm, and is covered with a jacket made of polyethylene or the like. By the way, this POF 11 has a larger transmission loss than a glass optical fiber. Therefore, the POF 11 is divided into about 100 m lengths, and an OTDR device 12 is sequentially connected to the end faces of the divided POFs 11 for measurement. May be performed.

OTDR装置12は、POF11の一端から信号光を入射させるとともに、POF11に生じた塑性変形に応じて後方散乱された上記信号光を検出する。このOTDR装置12は、検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、POF11に生じた変位(歪みε)の位置並びにその変位量(歪み量)を測定する。   The OTDR device 12 allows signal light to enter from one end of the POF 11 and detects the signal light backscattered according to plastic deformation generated in the POF 11. The OTDR apparatus 12 measures the position of the displacement (strain ε) generated in the POF 11 and the amount of displacement (strain amount) based on the tendency of the detected amount of signal light to change over time.

ちなみに、このOTDR装置12では、検出した上記信号光の光子数を計測することにより、上記変位の位置並びにその変位量を測定するようにしてもよい。かかる場合には、波長650nm、パルス幅5ns、出力約10mWの信号光をOTDR装置12から出射し、その後方散乱光を図示しないフォトカウンタで計測する。OTDR装置12は、このパルス光としての信号光をPOF11内へ何度も入射し、その都度フォトン時系列パルスを記録し、積算する。   Incidentally, the OTDR device 12 may measure the position of the displacement and the amount of the displacement by measuring the number of photons of the detected signal light. In such a case, signal light having a wavelength of 650 nm, a pulse width of 5 ns, and an output of about 10 mW is emitted from the OTDR device 12, and the backscattered light is measured by a photo counter (not shown). The OTDR device 12 makes the signal light as the pulsed light enter the POF 11 many times, and records and integrates the photon time-series pulses each time.

図2は、POF内に入射した各信号光#1〜#nにつき取得したパルス列を時系列で示している。この図2(a)に示すようにPOF11中において点Hにおいて変位が生じていた場合には、これに基づいてパルス列は密度変調される。これを信号光#nに至るまで計測し、時間に対してパルス度数分布を記録すると、図2(b)に示すように、点Hにピークを持つヒストグラムを構成することができる。このヒストグラムの結果は、図2(c)に示すような通常のOTDRで検出した後方散乱光の応答と比較してもほぼ同様の傾向が示されていることが分かる。このような信号光の光子数を計測することが可能なOTDR装置12では、時間読み取り精度に対応する空間分解能を10mm程度まで向上させることが可能となる。   FIG. 2 shows the pulse train acquired for each of the signal lights # 1 to #n incident in the POF in time series. As shown in FIG. 2A, when a displacement occurs at the point H in the POF 11, the pulse train is density-modulated based on this displacement. When this is measured up to the signal light #n and the pulse frequency distribution is recorded with respect to time, a histogram having a peak at the point H can be formed as shown in FIG. It can be seen that the result of this histogram shows a similar tendency even when compared with the response of backscattered light detected by a normal OTDR as shown in FIG. In the OTDR device 12 capable of measuring the number of photons of such signal light, the spatial resolution corresponding to the time reading accuracy can be improved to about 10 mm.

次に、本発明を適用した変位測定システム1による変位測定方法につき、説明をする。   Next, a displacement measuring method by the displacement measuring system 1 to which the present invention is applied will be described.

先ず、この変位測定システム1により変位を測定する対象としての構造物21内に、POF11を敷設する。POF11の敷設箇所については、構造物21の状況や建築方法に応じて変位の測定を望む任意の箇所とする。ちなみに、POF11を敷設する際には、敷設箇所に応じてこれにつき弾性歪み又は塑性歪みが予め加わっている状態で配設してもよい。また、このPOF11の敷設方法は、コンクリート等を使用することによりこれを構造物21中へ埋め込む場合も含めて、いかなる方法に基づいてもよい。   First, the POF 11 is laid in the structure 21 as an object whose displacement is measured by the displacement measuring system 1. About the installation place of POF11, it is set as the arbitrary places which want to measure a displacement according to the condition of the structure 21 and the construction method. Incidentally, when the POF 11 is laid, it may be arranged in a state in which an elastic strain or a plastic strain is applied in advance according to the laying location. The method of laying the POF 11 may be based on any method including the case of embedding the POF 11 in the structure 21 by using concrete or the like.

次に、OTDR装置12により、構造物21中に敷設したPOF11の変位測定を行う。この変位測定は、地震等が発生した後における構造物21の損傷の度合いを判別し、或いは構造物21における経年劣化を診断する時に実行するものであって、上述POF11の敷設よりも事後的に行うのが一般的である。   Next, the displacement of the POF 11 laid in the structure 21 is measured by the OTDR device 12. This displacement measurement is performed when determining the degree of damage to the structure 21 after the occurrence of an earthquake or the like, or when diagnosing aging deterioration in the structure 21, and is performed after the laying of the POF 11 described above. It is common to do it.

図3は、変位が生じたPOF11に入射した信号光を後方散乱させて検出した結果を示している。上記信号光の応答の経時的な変化を、POF11におけるOTDR装置12からの距離Dに対応させると、図3に示すように、距離Dが30mのところにピークが発生していることを確認することができる。このピークは、POF11における距離Dが30mの箇所において、信号光が後方散乱された結果生じたものである。   FIG. 3 shows the result of detecting the signal light incident on the POF 11 where the displacement has occurred by backscattering. When the time-dependent change in the response of the signal light corresponds to the distance D from the OTDR device 12 in the POF 11, as shown in FIG. 3, it is confirmed that a peak occurs at the distance D of 30 m. be able to. This peak occurs as a result of signal light being backscattered at a location where the distance D in the POF 11 is 30 m.

図4は、POF11に加えた引っ張り歪みに対する信号光の応答の関係を示している。この図4に示すように、POF11に対して負荷すべき引っ張り荷重を増加させていくにつれて、引っ張り歪みが増加し、これに応じて信号光の応答は徐々に大きくなる。ちなみに、このPOF11に加えた引っ張り荷重によりPOF11が弾性変形したに過ぎない場合には、かかる荷重を取り去ることにより歪みも消え、信号光の応答はこれに伴って低下する。しかしながら、このPOF11に加えた引っ張り荷重により、POF11が塑性変形した場合には、かかる荷重を取り去っても塑性歪みが残存する結果、図4中点線で示すように信号光の応答は元に戻ることはなくなる。   FIG. 4 shows the relationship of the signal light response to the tensile strain applied to the POF 11. As shown in FIG. 4, as the tensile load to be applied to the POF 11 is increased, the tensile strain increases, and the response of the signal light gradually increases accordingly. Incidentally, when the POF 11 is only elastically deformed by the tensile load applied to the POF 11, the distortion is eliminated by removing the load, and the response of the signal light is reduced accordingly. However, when the POF 11 is plastically deformed due to the tensile load applied to the POF 11, even if the load is removed, the plastic strain remains, so that the response of the signal light returns to the original as shown by the dotted line in FIG. Will disappear.

このPOF11に生じる塑性歪みは、一旦塑性変形が生じた後においては、半永久的に残存する。このため、このPOF11を構造物21中に敷設することにより、例えば、図5(a)に示すように、時刻t1において発生した地震により構造物21に生じた塑性変形を、時刻t2において事後的に検出することが可能となる。これに対して、POF11の代替として、一般的なガラス製の光ファイバを構造物21中に敷設した場合には、時刻t1において発生した地震により光ファイバ自体が破断してしまう。このため、時刻t2において、当該光ファイバに信号光を入射しても、図5(b)に示すように、かかる変位に応じた後方散乱光を検出することができない。   The plastic strain generated in the POF 11 remains semipermanently once the plastic deformation has occurred. Therefore, by laying this POF 11 in the structure 21, for example, as shown in FIG. 5 (a), the plastic deformation caused in the structure 21 due to the earthquake that occurred at the time t1 is post-mortem at the time t2. Can be detected. On the other hand, when a general glass optical fiber is laid in the structure 21 as an alternative to the POF 11, the optical fiber itself is broken by the earthquake that occurred at time t1. For this reason, even if signal light is incident on the optical fiber at time t2, backscattered light corresponding to the displacement cannot be detected as shown in FIG.

即ち本発明では、このPOF11中に残存した塑性歪みにより、POF11の光学的特性変化を残留させるとともにこれに対する信号光の応答も維持させるいわゆるメモリ効果が生じることに着目し、このPOF11が敷設された構造物21に生じた変位の位置並びに変位量を事後的に測定する。これにより、本発明を適用した変位測定システム1では、高価な分析装置を常時稼働させることにより後方散乱光をリアルタイムに取得することなく、事後的に一度だけ計測を実行することにより構造物21中の変位を測定することが可能となる。   That is, in the present invention, paying attention to the fact that the plastic strain remaining in the POF 11 causes a so-called memory effect that causes the optical characteristic change of the POF 11 to remain and also maintains the response of the signal light thereto. The position and amount of displacement generated in the structure 21 are measured afterwards. As a result, in the displacement measurement system 1 to which the present invention is applied, the expensive analysis device is always operated to acquire the backscattered light in real time, and the measurement is performed only once afterwards in the structure 21. It is possible to measure the displacement.

また、この変位測定システム1では、プラスチック(PMMA)を母材としているため、より大きな負荷がこれに加わっても塑性変形するだけであり、100%近い歪みが生じてもガラス製の光ファイバの如く破断することもない。このため、本発明は、POF11により大きな負荷が加わる場合にこれをPOF11に与えられる塑性変形として記憶させることができる点において、特に大きな地震が発生した場合において有用となる。   In addition, since the displacement measuring system 1 uses plastic (PMMA) as a base material, it only plastically deforms even when a larger load is applied thereto. It will not break. For this reason, the present invention is useful particularly when a large earthquake occurs in that a large load is applied to the POF 11 and can be stored as a plastic deformation applied to the POF 11.

なお、上述したメモリ効果は、電源の供給が必須となるセンサ等により発現させる場合が多いが、本発明を適用した変位測定システム1では、かかる効果を無電源で発現させることが可能となり、大きな地震等が発生した場合において停電等が生じた場合においても、これに影響を受けることなく変位測定を行うことが可能となる。特に停電等が生じた場合においては、分析装置を常時稼働させるのは困難を極めるが、上述の構成からなる本発明では、POF11に生じた塑性変形を半永久的に残存させておくことが可能であるため、地震後において都市における送配電機能が十分に復旧した後において、これを事後的に測定することが可能となる。また、上記信号光の光子数を計測することにより、構造物21中の変位測定の分解能をより向上させることも可能となる。   The above-described memory effect is often expressed by a sensor or the like that must be supplied with power. However, in the displacement measurement system 1 to which the present invention is applied, such an effect can be expressed with no power source, which is large. Even when a power failure or the like occurs in the event of an earthquake or the like, displacement measurement can be performed without being affected by this. In particular, when a power failure occurs, it is extremely difficult to always operate the analyzer, but in the present invention having the above-described configuration, it is possible to leave the plastic deformation generated in the POF 11 semipermanently. Therefore, after the power transmission and distribution function in the city is fully restored after the earthquake, it is possible to measure this after the fact. In addition, by measuring the number of photons of the signal light, the resolution of displacement measurement in the structure 21 can be further improved.

なお、本発明を適用した変位測定システム1では、さらに構造物21中に生じた変位の量についても測定することができる。例えば100mのPOF11をOTDR装置12の光源から40m離れた箇所につき、丸棒に半周巻き付けた場合において、検出すべき信号光のプロファイルは、図6(a)に示すように丸棒の直径dに応じて互いに差異が生じる。ここで信号光のプロファイルにつき図6(b)に示すように、ピーク部分を反射量と損失量とに分離した場合において、丸棒の直径dが大きくなるにつれて、反射量、損失量は共に減少していくことになる。POF11に加わる歪み量は、丸棒の直径dのサイズに依存するため、かかるPOF11の加わる歪みに応じて信号光のピーク部分における反射量と損失量は変化することになる。   In the displacement measuring system 1 to which the present invention is applied, the amount of displacement generated in the structure 21 can also be measured. For example, when a 100 m POF 11 is wound around a round bar about 40 m away from the light source of the OTDR device 12, the profile of the signal light to be detected is the diameter d of the round bar as shown in FIG. There will be differences between them. Here, as shown in FIG. 6B for the signal light profile, when the peak portion is separated into the reflection amount and the loss amount, both the reflection amount and the loss amount decrease as the diameter d of the round bar increases. Will do. Since the distortion amount applied to the POF 11 depends on the size of the diameter d of the round bar, the reflection amount and the loss amount at the peak portion of the signal light change according to the distortion applied to the POF 11.

本発明を適用した変位測定システム1では、かかる信号光の光量の変化傾向を予め分析しておくことにより、構造物21に敷設されたPOF11の塑性変形を検出する際に、その信号光の光量のピーク部分における反射量と損失量を識別することで、当該塑性変形に基づく変位の位置と変位量とをより精度よく判別することが可能となる。   In the displacement measurement system 1 to which the present invention is applied, when the plastic deformation of the POF 11 laid on the structure 21 is detected by analyzing the change tendency of the light amount of the signal light in advance, the light amount of the signal light is detected. By identifying the amount of reflection and the amount of loss at the peak portion, it is possible to more accurately determine the position and amount of displacement based on the plastic deformation.

ちなみに、この検出する信号光は、上述した曲げ変形に加え、さらにPOF11に加わった引っ張り変形、ねじり変形、さらにはPOF11に加わる側圧や温度上昇等の各変位のモードに応じて、その反射量や損失量を始めとしたプロファイル傾向が異なってくる。図7は、POF11に対して側圧を負荷した場合、ねじり変形を加えた場合、引っ張り変形を加えた場合において検出した信号光のプロファイルを示している。   Incidentally, the signal light to be detected is reflected in accordance with each of the displacement modes such as tensile deformation and torsional deformation applied to the POF 11 and lateral pressure and temperature rise applied to the POF 11 in addition to the bending deformation described above. The profile tendency including the amount of loss is different. FIG. 7 shows a profile of signal light detected when a side pressure is applied to the POF 11, when torsional deformation is applied, and when tensile deformation is applied.

例えば図7(a)に示すように、POF11に対して側圧を荷重を143、301、372kgfと負荷した場合に、反射量は0に近づき、損失量のみが生じたプロファイルとなる。また、図7(b)に示すようにPOF11に対してねじり角が0、900、1440degとなるように変形を加えた場合には、ピーク部分の損失量が反射量よりも大きい形となる信号光のプロファイルを得ることができる。図7(c)に示すようにPOF11に対して歪み量0,50,70%となるように引っ張り変形を加えた場合には、ピーク部分の反射量が損失量よりも大きい形となる信号光のプロファイルを得ることができる。   For example, as shown in FIG. 7A, when the lateral pressure is applied to the POF 11 as 143, 301, and 372 kgf, the reflection amount approaches 0 and only the loss amount is generated. Further, as shown in FIG. 7B, when the POF 11 is deformed so that the torsion angle is 0, 900, and 1440 deg, a signal in which the loss amount at the peak portion is larger than the reflection amount. A light profile can be obtained. As shown in FIG. 7C, when tensile deformation is applied to the POF 11 so that the distortion amount is 0, 50, 70%, the signal light has a shape in which the reflection amount at the peak portion is larger than the loss amount. Can be obtained.

これら予め分析しておいたピーク部分における反射量と損失量を含むプロファイルを参照することにより、実際に測定すべきPOF11からの後方散乱光を検出した場合に、その変位のモードをより詳細に識別することも可能となる。   By referring to the profile including the reflection amount and the loss amount at the peak portion analyzed in advance, when the back scattered light from the POF 11 to be actually measured is detected, the mode of the displacement is identified in more detail. It is also possible to do.

例えば、曲げ変形と側圧負荷の何れかを判別する場合には、信号光の反射量が0であれば側圧が負荷されているものと判別することができる。また、曲げ変形とねじり変形の何れかを判別する場合には、ともにプロファイルが類似しているため、簡単に判別することはできないが、信号光の光量の距離Dに対する変化傾向が両者間で多少異なることから、これらの差異に基づいて判別を行うことは可能である。曲げ変形とねじり変形の何れかを判別する場合には、損失量が反射量よりも大きければ曲げ変形であると判別することができる。また側圧負荷とねじり変形の何れかを判別する場合には、信号光の反射量が0であれば側圧が負荷されているものと判別することができる。また、側圧負荷と引っ張り変形の何れかを判別する場合には、信号光の反射量が0であれば側圧が負荷されているものと判別することができる。また、ねじり変形と引っ張り変形の何れかを判別する場合には、損失量が反射量よりも大きければ引っ張り変形が加わっているものと判別することができる。   For example, when discriminating between bending deformation and a side pressure load, if the amount of reflection of the signal light is 0, it can be determined that the side pressure is loaded. Further, when determining either bending deformation or torsional deformation, since the profiles are similar to each other, it cannot be easily determined, but the change tendency of the amount of signal light with respect to the distance D is somewhat between the two. Because they are different, it is possible to make a determination based on these differences. When discriminating between the bending deformation and the torsional deformation, if the loss amount is larger than the reflection amount, it can be discriminated as the bending deformation. Further, when determining either the side pressure load or the torsional deformation, it can be determined that the side pressure is loaded if the amount of reflection of the signal light is zero. Further, when determining either the side pressure load or the tensile deformation, it can be determined that the side pressure is loaded if the reflection amount of the signal light is zero. Further, when determining either torsional deformation or tensile deformation, it can be determined that tensile deformation is applied if the loss amount is larger than the reflection amount.

なお、上述した変位測定システム1の実施の形態として、ビルディング等の構造物にPOF11を敷設する場合を例に挙げて説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、家屋を始めとした小規模な建築物、ガス管、水道管等の変位測定や、道路、斜面、橋等のヘルスモニタリングに対して適用可能であることは勿論である。   In addition, as an embodiment of the displacement measurement system 1 described above, the case where the POF 11 is laid on a structure such as a building has been described as an example. However, the present invention is not limited to such a case, and includes a house. Of course, it can be applied to displacement measurement of small buildings, gas pipes, water pipes, etc. and health monitoring of roads, slopes, bridges, etc.

本発明を適用した変位測定システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the displacement measuring system to which this invention is applied. POF内に入射した各信号光#1〜#nにつき取得したパルス列を時系列で示す図である。It is a figure which shows the pulse train acquired about each signal light # 1- # n which injected into POF in time series. 変位が生じたPOFに入射した信号光を後方散乱させてOTDR装置により検出した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having backscattered the signal light which injected into POF which the displacement produced, and having detected it with the OTDR apparatus. POFに加えた引っ張り歪みに対する信号光の応答の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the response of the signal light with respect to the tensile distortion added to POF. 時刻t1において発生した地震により構造物に生じた塑性変形を事後的に検出する場合につき説明するための図である。It is a figure for demonstrating about the case where the plastic deformation which arose in the structure by the earthquake which generate | occur | produced at the time t1 is detected afterwards. 丸棒に巻き付けたPOFの反射プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the reflection profile of POF wound around the round bar. 各変形モードにおける信号光のプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the profile of the signal light in each deformation | transformation mode.

符号の説明Explanation of symbols

1 変位測定システム、11 プラスチック光ファイバ(POF)、12 OTDR装置、21 構造物   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Displacement measurement system, 11 Plastic optical fiber (POF), 12 OTDR apparatus, 21 Structure

Claims (6)

構造物中に生じた変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定システムにおいて、
上記構造物中に予め敷設されたプラスチック光ファイバと、
上記プラスチック光ファイバの一端から信号光を入射させるとともに、上記プラスチック光ファイバに生じた塑性変形に応じて後方散乱された上記信号光を検出し、さらに上記検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、上記変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定装置とを備えること
を特徴とする変位測定システム。
In a displacement measurement system for measuring the position of displacement generated in a structure and the amount of displacement,
A plastic optical fiber previously laid in the structure;
The signal light is incident from one end of the plastic optical fiber, the signal light backscattered according to the plastic deformation generated in the plastic optical fiber is detected, and the change in the light amount of the detected signal light over time is detected. A displacement measuring system comprising: a displacement measuring device that measures the position of the displacement and the amount of displacement based on the tendency.
上記変位測定装置は、検出した上記信号光の光子数を計測することにより、上記変位の位置並びにその変位量を測定すること
を特徴とする請求項1の変位測定システム。
The displacement measuring system according to claim 1, wherein the displacement measuring device measures the position and the amount of the displacement by measuring the number of photons of the detected signal light.
上記変位測定装置は、検出した上記信号光の光量に基づいて、上記変位のモードを識別すること
を特徴とする請求項1の変位測定システム。
The displacement measuring system according to claim 1, wherein the displacement measuring device identifies the displacement mode based on the detected amount of the signal light.
構造物中に生じた変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定方法において、
上記構造物中に予めプラスチック光ファイバを敷設する敷設工程と、
上記敷設工程において敷設した上記プラスチック光ファイバの一端から信号光を入射させるとともに、上記プラスチック光ファイバに生じた塑性変形に応じて後方散乱された上記信号光を検出し、さらに上記検出した信号光の光量の経時的な変化傾向に基づき、上記変位の位置並びにその変位量を測定する変位測定工程とを有すること
を特徴とする変位測定方法。
In a displacement measuring method for measuring the position of a displacement generated in a structure and the amount of the displacement,
A laying step of laying a plastic optical fiber in the structure in advance;
The signal light is incident from one end of the plastic optical fiber laid in the laying step, the signal light backscattered according to the plastic deformation generated in the plastic optical fiber is detected, and the detected signal light A displacement measuring method comprising: a displacement measuring step of measuring the position of the displacement and the amount of displacement based on a change tendency of the amount of light with time.
上記変位測定工程では、検出した上記信号光の光子数を計測することにより、上記変位の位置並びにその変位量を測定すること
を特徴とする請求項4の変位測定方法。
The displacement measuring method according to claim 4, wherein, in the displacement measuring step, the position of the displacement and the amount of the displacement are measured by measuring the number of photons of the detected signal light.
上記変位測定工程では、検出した上記信号光の光量に基づいて、上記変位のモードを識別すること
を特徴とする請求項4の変位測定方法。
The displacement measuring method according to claim 4, wherein, in the displacement measuring step, the displacement mode is identified based on the detected light amount of the signal light.
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