JP2006003197A - Ｆｂｇセンサ用光ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 温度補正の精度が高いＦＢＧセンサ用光ケーブルを提供する。
【解決手段】 測定対象物に沿って布設されるセンサ用光ファイバ４２に、測定対象物の変位を検出するためのセンサ用ＦＢＧ４４を書き込んだＦＢＧセンサ用光ケーブル１において、センサ用光ファイバ４２に沿って温度補正用光ファイバ２を設け、その温度補正用光ファイバ２に、センサ用ＦＢＧ４４を温度補正するための温度補正用ＦＢＧ３を、センサ用ＦＢＧ４４と同じ位置に書き込んだものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）式センサに用いる、ＦＢＧセンサ用光（ファイバ）ケーブルに関する。

図４に示すようなＦＢＧセンサ用光ケーブル（センサケーブル）４１は、１本のセンサ用光ファイバ４２を鋼線やシース４３で補強したものである。センサ用光ファイバ４２には、測定対象物の変位を検出するためのセンサ用ＦＢＧ４４が複数個書き込まれている。センサ用光ファイバ４２の一端は、災害監視施設４５と接続される。施設４５には、センサ用光ファイバ４２に広帯域の光を入射する光源や、測定対象物の変位に応じて、センサ用ＦＢＧ４４で反射された入射光の反射波長の変化を測定する測定手段が備えられる。

このセンサケーブル４１は、例えば、ＦＢＧ式崩落検知センサ、落石検知センサ、洗掘検知センサとして使用される。ここでは、崩落センサの原理を説明するが、落石検知センサや洗掘検知センサも同様の原理である。

まず、センサケーブル４１を道路斜面などの崩落現象を検知したい地帯に張り巡らせておく。道路斜面の崩落が起こると、センサケーブル４１に応力が加わり、ＦＢＧ４４部分が伸縮する仕組みになっている。ＦＢＧ４４が伸縮すると、ＦＢＧ４４の反射波長が変化するため、その反射波長の変化から崩落現象発生の有無が検知できる。また、反射波長の変化量から、センサケーブル４１にかかる応力が計算でき、崩落の規模を検知することもできる。

しかし、ＦＢＧは伸縮だけでなく、温度変化によっても反射波長が変化するため、温度による反射波長変化を補正し、ＦＢＧの伸縮による反射波長変化のみを検出しなければならない。

そこで、センサケーブル４１の複数個のＦＢＧのうち、１つのＦＢＧ（ここでは、施設４５に最も近いＦＢＧ）を温度補正用ＦＢＧ４６として使用する。温度補正用ＦＢＧ４６は応力が加わることはなく、温度変化によってのみ反射波長が変化するものである。そして、センサ用ＦＢＧ４４の反射波長変化から温度補正用ＦＢＧ４６の反射波長変化を引くことで、センサ用ＦＢＧ４４の伸縮による反射波長変化のみを検出できる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開２００２−６２２００号公報 特開２００３−１８５８９７号公報

しかしながら、上述したＦＢＧ式センサは、広範囲（数〜数十ｋｍ）にセンサケーブル４１を張り巡らせるため、温度補正用ＦＢＧ４６とセンサ用ＦＢＧ４４の位置が異なり、温度補正用ＦＢＧ４６とセンサ用ＦＢＧ４４では周囲温度が同じではない。そのため、温度補正の精度が低く、センサ用ＦＢＧ４４の伸縮による反射波長変化を正確に検出することができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、温度補正の精度が高いＦＢＧセンサ用光ケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、測定対象物に沿って布設されるセンサ用光ファイバに、測定対象物の変位を検出するためのセンサ用ＦＢＧを書き込んだＦＢＧセンサ用光ケーブルにおいて、上記センサ用光ファイバに沿って温度補正用光ファイバを設け、その温度補正用光ファイバに、上記センサ用ＦＢＧを温度補正するための温度補正用ＦＢＧを、上記センサ用ＦＢＧと同じ位置に書き込んだＦＢＧセンサ用光ケーブルである。

請求項２の発明は、上記温度補正用光ファイバは余長を持たせ弛ませておき、上記センサ用光ファイバには張力を掛けておく請求項１記載のＦＢＧセンサ用光ケーブルである。

請求項３の発明は、上記温度補正用光ファイバを上記センサ用光ファイバにらせん状に巻き付けた請求項２記載のＦＢＧセンサ用光ケーブルである。

請求項４の発明は、上記温度補正用光ファイバと上記センサ用光ファイバとを保持部材で保持した請求項２記載のＦＢＧセンサ用光ケーブルである。

本発明によれば、センサ用ＦＢＧと温度補正用ＦＢＧの周囲温度を一致させることができ、温度補正の精度が高いという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態を示すＦＢＧセンサ用光ケーブルの概略図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るＦＢＧセンサ用光ケーブル（センサケーブル）１は、センサ用光ファイバ４２と、温度補正用光ファイバ２との２本の光ファイバで主に構成される。センサ用光ファイバ４２は、測定対象物に沿って布設され、測定対象物の変位（ひずみ、ズレ）を検出（検知）するためのセンサ用ＦＢＧ４４が所定の間隔で複数個書き込まれて（形成されて）構成される。

温度補正用光ファイバ２は、センサ用光ファイバ４２に沿って設けられ、各センサ用ＦＢＧ４４をそれぞれ温度補正するための複数個の温度補正用ＦＢＧ３が、各センサ用ＦＢＧ４４と同じ位置に書き込まれて構成される。言い換えれば、センサ用光ファイバ４２の各センサ用ＦＢＧ４４と同じ位置に、温度補正用光ファイバ２の各温度補正用ＦＢＧ３をそれぞれ設けている。

ＦＢＧは、光ファイバのコアの一部に、屈折率の高い部分と低い部分とが長手方向に一定の間隔（周期）で交互に繰り返されるグレーティング（回折格子）を書き込んで構成される。ＦＢＧの反射波長はＦＢＧのグレーティング間隔とコア屈折率によって決定される。したがって、ＦＢＧの波長シフトは、グレーティング間隔やコアの屈折率を変化させる物理量によって変化することになる。同じ位置の各センサ用ＦＢＧ４４と各温度補正用ＦＢＧ３とは、同じ周期で形成される。

測定対象物の変位が起きた場合、センサ用ＦＢＧ４４は伸縮し、反射波長が変化するが、温度補正用ＦＢＧは伸縮せず、反射波長が一定でなければならない。そのために、センサ用光ファイバ４２には所定の張力を掛けて（加えて）おき、温度補正用光ファイバ２は余長を持たせ弛ませておく。

各センサ用ＦＢＧ４４と各温度補正用ＦＢＧ３を同じ位置に設けるには、例えば、ＦＢＧを形成する前に、センサ用光ファイバ４２に沿って温度補正用光ファイバ２を設けた後、センサ用光ファイバ４２にセンサ用ＦＢＧ４４を形成すると同時に、温度補正用光ファイバ２に温度補正用ＦＢＧ３をセンサ用ＦＢＧ４４と同じ位置で形成する。また、予め温度補正用光ファイバ２に、センサ用ＦＢＧ４４同士の間隔よりも所定の余長分だけ長い間隔で温度補正用ＦＢＧ３を形成しておき、その温度補正用光ファイバ２を、センサ用ＦＢＧ４４を形成したセンサ用光ファイバ４２に沿って設けてもよい。

これら２本のセンサ用光ファイバ４２と温度補正用光ファイバ２とは、図示しない鋼線などのテンションメンバやシース４３でそれぞれ、あるいは一括して補強される。センサ用光ファイバ４２の一端と温度補正用光ファイバ２の一端は、災害監視施設４５と接続される。

詳細は図示していないが、施設４５には、センサ用光ファイバ４２と温度補正用光ファイバ２とに広帯域の光を入射する光源（例えば、スーパールミネッセンスダイオード）や、測定対象物の変位に応じて、各センサ用ＦＢＧ４４と各温度補正用ＦＢＧ３とで反射された入射光の反射波長の変化を測定する測定手段（例えば、スペクトラムアナライザ、ＯＴＤＲ）が備えられる。

このセンサケーブル１は、盛土や掘削した道路斜面、堤防や河川洗掘箇所などの測定対象物に沿って布設、例えば、崩落、落石、洗掘現象などの測定対象物の変位を検知したい地帯に埋設して広範囲（数〜数十ｋｍ）に張り巡らされ、ＦＢＧ式崩落検知センサ、落石検知センサ、洗掘検知センサとして使用される。

本実施の形態の作用を説明する。

災害監視施設４５の光源からセンサ用光ファイバ４２と温度補正用光ファイバ２とに広帯域の光を入射すると、各センサ用ＦＢＧ４４と各温度補正用ＦＢＧ３において、ＦＢＧの周期に対応した波長を有する入射光がそれぞれ反射され、各反射波長が測定手段によってそれぞれ測定される。

センサケーブル１は、センサ用ＦＢＧ４４と温度補正用ＦＢＧ３とが同じ位置に設けられるので、センサ用ＦＢＧ４４と温度補正用ＦＢＧ３との周囲温度を一致させることができ、温度補正の精度が高い。すなわち、センサ用ＦＢＧ４４と温度補正用ＦＢＧ３との温度による反射波長変化は等しくなり、正確な温度補正が可能となる。

また、測定対象物に変位が起きてセンサケーブル１に応力が加わった時、センサ用光ファイバ４２には、張力が掛けられているため応力が伝達され、センサ用ＦＢＧ４４は伸縮するので、測定対象物の変位に応じて反射波長が変化する。一方、温度補正用光ファイバ２には、余長を持たせた分の弛みがあるため応力が伝達されず、温度補正用ＦＢＧ３は伸縮しないので、反射波長が変化しない。したがって、センサケーブル１は、温度補正用ＦＢＧ３の反射波長変化の要因を温度変化のみにすることができる。

これにより、測定手段を用いて、センサ用ＦＢＧ４４のトータル反射波長変化から、温度変化による反射波長変化量をキャンセルする（温度補正用ＦＢＧ３の反射波長変化を引く）ことで、応力によるセンサ用ＦＢＧ４４の反射波長変化を正確に求めることができる。つまり、センサケーブル１は、周囲温度によらず、測定対象物の変位発生の有無やその大きさを高精度に検出できる。

第２の実施の形態を説明する。

図２（ａ）に示すように、センサケーブル２１は、センサ用光ファイバ４２の外周に温度補正用ファイバ２をらせん状に巻き付けたものである。図１のセンサケーブル１と同様に、センサ用ＦＢＧ４４と温度補正用ＦＢＧ３とは同じ位置に設けられる。また、センサ用光ファイバ４２には所定の張力を加えておく。温度補正用光ファイバ２は、センサ用光ファイバ４２の外周にらせん状に巻き付けることにより、余長を持たせ弛ませておく。

図２（ｂ）に示すように、センサケーブル２１に応力が加わると、センサ用光ファイバ４２は応力により伸縮し（図２（ｂ）では、下方に伸び）、センサ用ＦＢＧ４４は伸縮する（図２（ｂ）では、下方に伸びる）。一方、温度補正用光ファイバ２はらせん状になっており、余長がある分応力による伸縮はなく、温度補正用ＦＢＧ３は伸縮（変化）しない。

このセンサケーブル２１によっても、上述と同様の理由で、図１のセンサケーブル１と同じ作用効果が得られる。

温度補正用光ファイバ２がセンサ用光ファイバ４２の伸縮に引っ張られても、温度補正用光ファイバ２に伸縮が加わることがないように、温度補正用光ファイバ２やセンサ用光ファイバ４２の被覆（シース）として、摩擦係数の低いものを用いる。

第３の実施の形態を説明する。

図３に示すように、センサケーブル３１は、温度補正用光ファイバ２とセンサ用光ファイバ４２とを、所定間隔ごとに取り付けられる保持部材としてのハンガ部３２，３２に挿通することで、一体に保持して主に構成される。図１のセンサケーブル１と同様に、センサ用ＦＢＧ４４と温度補正用ＦＢＧ３とは同じ位置に設けられる。また、センサ用光ファイバ４２には所定の張力を加えておく。温度補正用光ファイバ２は、ハンガ部３２，３２間で余長を持たせ下方に弛ませておく。この温度補正用光ファイバ２は、ハンガ部３２，３２により、センサ用光ファイバ４２に沿って下方に設けられる。

より詳細には、複数本の光ファイバをシース３３で被覆して構成される上側光ケーブル３４ｕを用いる。上側光ケーブル３４ｕのうち、少なくとも１本の光ファイバをセンサ用光ファイバ４２として用いる。

また、中心にテンションメンバ３５を配置した溝付きスペーサ３６の各らせん状溝３７に、光ファイバテープ（複数本並列に配置した光ファイバを被覆して構成される）３８を複数条積層して収納し、スペーサ３６をシース３９で被覆して構成される下側光ケーブル３４ｄを用いる。下側光ケーブル３４ｄのうち、少なくとも１本の光ファイバを温度補正用光ファイバ２として用いる。

各ハンガ部３２は、全体が略扇形板状に形成される。各ハンガ部３２には、上側光ケーブル３４ｕが挿通される上側挿通穴４０ｕが形成され、下側光ケーブル３４ｄが挿通される下側挿通穴４０ｄが形成される。

センサケーブル３１に応力が加わると、センサ用光ファイバ４２は応力により伸縮し、センサ用ＦＢＧ４４は伸縮する。一方、温度補正用光ファイバ２は下方に弛んでおり、余長がある分応力による伸縮はなく、温度補正用ＦＢＧ３は伸縮しない。

このセンサケーブル３１によっても、上述と同様の理由で、図１のセンサケーブル１と同じ作用効果が得られる。

本発明の好適実施の形態を示すＦＢＧセンサ用光ケーブルの概略図である。 第２の実施の形態において、図２（ａ）はセンサケーブルに応力がかかっていない状態の主要部を示す概略図、図２（ｂ）はセンサケーブルに応力がかかっている状態の主要部を示す概略図である。 第３の実施の形態を示す斜視図である。 背景技術のＦＢＧセンサ用光ケーブルの概略図である。

符号の説明

１ ＦＢＧセンサ用光ケーブル
２ 温度補正用光ファイバ
３ 温度補正用ＦＢＧ
４２ センサ用光ファイバ
４４ センサ用ＦＢＧ
４５ 災害監視施設

Claims (4)

1. 測定対象物に沿って布設されるセンサ用光ファイバに、測定対象物の変位を検出するためのセンサ用ＦＢＧを書き込んだＦＢＧセンサ用光ケーブルにおいて、上記センサ用光ファイバに沿って温度補正用光ファイバを設け、その温度補正用光ファイバに、上記センサ用ＦＢＧを温度補正するための温度補正用ＦＢＧを、上記センサ用ＦＢＧと同じ位置に書き込んだことを特徴とするＦＢＧセンサ用光ケーブル。
2. 上記温度補正用光ファイバは余長を持たせ弛ませておき、上記センサ用光ファイバには張力を掛けておく請求項１記載のＦＢＧセンサ用光ケーブル。
3. 上記温度補正用光ファイバを上記センサ用光ファイバにらせん状に巻き付けた請求項２記載のＦＢＧセンサ用光ケーブル。
4. 上記温度補正用光ファイバと上記センサ用光ファイバとを保持部材で保持した請求項２記載のＦＢＧセンサ用光ケーブル。
   

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