JP2009063357A - 光ファイバセンサケーブル - Google Patents

光ファイバセンサケーブル Download PDF

Info

Publication number
JP2009063357A
JP2009063357A JP2007230259A JP2007230259A JP2009063357A JP 2009063357 A JP2009063357 A JP 2009063357A JP 2007230259 A JP2007230259 A JP 2007230259A JP 2007230259 A JP2007230259 A JP 2007230259A JP 2009063357 A JP2009063357 A JP 2009063357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
sheath
cable
strain
fiber sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007230259A
Other languages
English (en)
Inventor
Daiki Takeda
大樹 竹田
Takeshi Shimomichi
毅 下道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP2007230259A priority Critical patent/JP2009063357A/ja
Publication of JP2009063357A publication Critical patent/JP2009063357A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

【課題】コンクリート、モルタル構造物、土壌等の埋設対象物との間の密着性に優れ、かつ製造が容易な光ファイバセンサケーブルを提供する。
【解決手段】断面外形が略矩形状のシース15と、シース15内に充実押出しされた歪検知用光ファイバ11と、シース15内に形成された空隙16内に抗張力繊維13とともにルースに収納された温度補償用光ファイバ12と、シース15内に設けられたテンションメンバ14とからなり、シース15は、長辺側15aに、幅Wが一定で、高さHが長手方向にわたって変化する少なくとも一つの突出部17Aを有する光ファイバセンサケーブル10A。
【選択図】図2

Description

本発明は、建築物、橋梁、トンネル等のコンクリート構造物、モルタル構造物、河川の堤防、山岳の斜面等の土壌に埋め込んで、歪みセンシング用に使いられる光ファイバセンサケーブルに関する。
近年、建築物、橋梁、トンネル等のコンクリート構造物、モルタル構造物、河川の堤防、山岳の斜面等の土壌に、光ファイバケーブルを直線的に、あるいはループ状に埋設し、光ファイバに光を伝播させることにより、各構造物の歪みをオンラインで測定する方法が開発されている。従来、これらの光ファイバケーブルは、埋設対象物中で接着剤を塗布したり、間欠的にアンカー等で固定したりして使用されている。
特許文献1、4には、外皮の上下面に溝を設けることで、構造物との接着性を高めた歪センサ用複芯型光ファイバケーブルが記載されている。
特許文献2、3には、断面矩形のシースに溝を形成することで、光ファイバの許容曲げ半径の範囲内での曲げやすさを確保した光通信用光ファイバケーブルが記載されている。
特許文献5、6には、光ファイバとテンションメンバを撚り合わせ、その外周をポリマーチューブで被覆して、下撚り形状がチューブ上に反映されるようにした光ファイバケーブルが記載されている。
特開2006−64761号公報 特開2006−58771号公報 特開2005−128326号公報 特開2002−23030号公報 米国特許第4687294号明細書 米国特許第6912347号明細書
しかし、この種の歪みセンシング用の光ファイバケーブルは、ケーブル外被が平滑であるとコンクリート、モルタル構造物や土壌との密着度が低く、引っ張り荷重や振動を受けると内部のケーブルが移動し、正確な歪み測定ができなくなるという問題が生じた。
また、特許文献4のようにケーブルの製造時にシースの表面に回転物で凹凸を設け、引き止める構造とする場合、ケーブルを回転物で挟み込んで凹凸を形成するときに、
(1)歪検知用光ファイバに曲げによる損失増加を与え、測定不能になる。
(2)歪検知用光ファイバに異常な初期歪を与え、正確な歪測定ができなくなる(例えば歪測定機器の分解能より小さな大小の歪等を与え、それらを平均化したときに異常な結果となってしまう。)
(3)温度補償用光ファイバの配置された空隙部を変形させてしまい、温度補償用光ファイバのルース性が保たれず、伸び等による影響が加わり温度補償ができなくなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンクリート、モルタル構造物、土壌等の埋設対象物との間の密着性に優れ、かつ製造が容易な光ファイバセンサケーブルを提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、断面外形が略矩形状のシースと、前記シース内に充実押出しされた歪検知用光ファイバと、前記シース内に形成された空隙内に抗張力繊維とともにルースに収納された温度補償用光ファイバと、前記シース内に設けられたテンションメンバとからなり、前記シースは、長辺側に、幅が一定で、高さが長手方向にわたって変化する少なくとも一つの突出部を有することを特徴とする光ファイバセンサケーブルを提供する。
本発明の光ファイバセンサケーブルによれば、コンクリート、モルタル構造物、土壌等の埋設対象物との間の密着性に優れ、良好な伝送特性を有し、正確な歪センシングが可能になる。
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図1に示すように、本形態例の光ファイバセンサケーブル10は、断面外形が略矩形状のシース15と、シース15内に充実押出しされた歪検知用光ファイバ11と、シース15内に形成された空隙16内に抗張力繊維13とともにルースに収納された温度補償用光ファイバ12と、シース15内に設けられたテンションメンバ14とからなり、シース15は、長辺側15aに、幅Wが一定で、高さHが長手方向にわたって変化する少なくとも一つの突出部17を有するものである。
シース15は、コンクリートやモルタルの強アルカリに対抗するために、耐アルカリ性を有することが望ましい。また、土砂やそれに含まれる水分の浸透を防ぐために、耐水特性を有することが望ましい。このようなシース(外被)として用いられる樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)系樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)系樹脂、また、これらの材料を組み込んだエラストマー材料が挙げられる。シース用の樹脂は、シースの押出成形時に、凹凸の形成が実現しやすいように、樹脂の流動性が小さすぎず、かつ、ケーブル形状が維持しやすいように、樹脂の流動性が大きすぎないことが好ましく、メルトフローレート(MFR)で0.2〜20g/10minの範囲にあることが好ましい。
シース15の断面外形は略矩形状であり、シース15の外面は、長辺側15aの2面と短辺側15bの2面とからなる。本実施形態において、歪検知用光ファイバ11及び温度補償用光ファイバ12は、その材質、コア径、クラッド径、被覆の構造などに関して、特に限定されず、適宜選択して使用することができる。特に、強度や安定性に優れ、且つ良好な伝送特性が得られることから、石英ガラス系光ファイバに1層以上の被覆を施した光ファイバ素線や光ファイバ心線などを用いることが好ましい。また、歪検知用光ファイバ11及び温度補償用光ファイバ12の本数は、1本に限定されることなく、それぞれ1本または複数本を設けた構成とすることができる。
歪検知用光ファイバ11は、光ファイバに歪が加わった際のレイリー散乱光やブリルアン散乱光の変化をOTDR(Optical Time Domain Reflectometry)やBOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)などを用いて測定することにより、コンクリート構造物、モルタル構造物、土壌などの検知対象物に生じた歪を検知するためのものであり、シース15内に充実押出しされている。これにより、対象物に歪が生じたとき、その歪みがシース15を通じて歪検知用光ファイバ11へと確実に印加される。
本形態例の光ファイバセンサケーブルにおいては、シース15の長辺側15aの両面のそれぞれに、ケーブルの長手方向に延在する溝18、18が設けられ、歪検知用光ファイバ11は、これら一対の溝18、18の間に配置されている。
温度補償用光ファイバ12は、シース15内に形成された空隙16内に、抗張力繊維13とともにルースに収納されている。これにより、温度変化によらないケーブル(シース等)の伸縮やクラック等があっても、温度補償用光ファイバ12に外力等の影響を受けにくく、より確実な温度補償が可能になる。歪検知用光ファイバ11と温度補償用光ファイバ12を同一の光ファイバセンサケーブルに設けることで、一括して歪み・温度のデータを得ることができ、温度補償された正確な歪検知を行うことができる。
本実施形態における抗張力繊維13は、温度補償用光ファイバ12をルースに支持して、温度補償用光ファイバ12がシース15に密着するのを防止する機能を有する。抗張力繊維13としては、特に限定されるものではないが、例えば、アラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)等の高強度繊維強化プラスチック(FRP)が挙げられる。温度補償用光ファイバ12は、抗張力繊維13とともに撚り合わせても良く、あるいは撚りを加えずに縦添えしても良い。
また、ケーブルの抗張力体として、テンションメンバ14が設けられる。テンションメンバ14としては、特に限定されるものではないが、例えば、鋼線などの金属線のほか、アラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)等の高強度繊維強化プラスチック(FRP)を用いても良い。このテンションメンバ14は、シース15と密着して設けられる。
突出部17は、シース15の長辺側15aに、一定の幅Wで少なくとも一つ設けられる。また、突出部17が形成される凸部によるケーブルの引き留め性能を向上するため、突出部17の高さHが長手方向にわたって変化する形状とされ、その具体例としては、例えば図2〜図7に示す形態が挙げられる。
図2に示す光ファイバセンサケーブル10Aの場合、突出部17Aには、高さHの高い部分と、高さが低い部分(図2に示すように、低い部分が高さ0でも良い)とが、長手方向に沿って交互に存在する。このような突出部17Aは、ローラー21を突出部17Aの高さ方向の上面に当接させ、ローラー21の成形用凸部21aで突出部17Aを潰して高さの低い部分を成形することにより、形成することができる。
図3に示す光ファイバセンサケーブル10Bの場合、突出部17Bは、シース15の長辺側15aの上下両面に設けられ、突出部17Bの上面が周期的な波形の曲線部となっている。このような突出部17Bは、断面楕円形のローラー22を突出部17Bの上面に当接させ、長径側の端部22aが上下の突出部17Bに対して同期して当接するようにローラー22を回転させ、突出部17Bの上面を成形することにより、形成することができる。
図4に示す光ファイバセンサケーブル10Cの場合、突出部17Cは、シース15の長辺側15aの上下両面に設けられ、突出部17Cは正面視で弧状に突出した部分と、平坦な部分とを有する。このような突出部17Cは、高さが円弧状に変化した部分を成形するための非円弧状の部分と、平坦な部分を成形するための円弧状の部分を有するローラー(図示略)を突出部17Cの上面に当接させて回転させ、突出部17Cの上面を成形することにより、形成することができる。
図5に示す光ファイバセンサケーブル10Dの場合、突出部17Dは、ケーブルの上面と下面とで長手方向に沿って交互に存在する。このような突出部17Dは、図2(c)に示すようなローラー21をケーブルの上下面に当接させるに際し、成形用凸部21aが上面と下面とに対して交互に当接するようにして、突出部17Dを潰して高さの低い部分を成形することにより、形成することができる。
図6に示す光ファイバセンサケーブル10Eの場合、突出部17Eは、ケーブルの上面と下面とで長手方向に沿って交互に存在し、かつそれぞれの突出部17Eは高さが円弧状に変化している。このような突出部17Eは、高さが円弧状に変化した部分を成形するための非円弧状の部分と、平坦な部分を成形するための円弧状の部分を有するローラー(図示略)をケーブルの上下面に当接させるに際し、円弧状の部分が上面と下面とに対して交互に当接するようにして、突出部17Eを潰して高さを変化させることにより、形成することができる。
図7に示す光ファイバセンサケーブル10Fの場合、突出部17Fは、ケーブルの片面面のみに存在する。このような突出部17Fは、押し出し成形の際に、上面のみ突出部を形成し、図2(c)に示すようなローラー21をケーブルの上面に、円筒状のローラー20をケーブルの下面に当接させ、上面の突出部を潰して高さの低い部分を成形することにより、形成することができる。
本形態例の光ファイバセンサケーブルの製造方法の一例を説明する。歪検知用光ファイバ11と、温度補償用光ファイバ12を抗張力繊維13中に実装したものと、テンションメンバ14とをケーブルの長手方向に沿わせて互いに位置合わせし、これらの周囲に樹脂を押し出し成形して、図1に示すように、幅Wが一定の突出部17を少なくとも一つ有する断面形状のシース15を成形する。ダイで成形する時点における突出部17は、高さHおよび幅Wがともに、長手方向にわたって一定である。また、突出部17は、後述のローラーが歪検知用光ファイバ11および温度補償用光ファイバ12を挟み込まないように、これらの光ファイバの位置を避けた箇所(この形態例では、テンションメンバ14が配置された部分のシース短径方向片側または両側)に設けられる。
次いで、押出成形用ダイの出口において、一対または複数対の凹凸成形用ローラーを突出部17の高さ方向(図1の上下方向)両側に当接させ、突出部17の高さを変化させることにより、高さHが長手方向にわたって周期的に変化するように成形することができる。凹凸成形用ローラーは、対の少なくとも一方が円形でないものであれば良く、図2に示すように外周面に凹凸を有するもの、図3に示すように断面が楕円状のものなどが挙げられる。
このようにして、突出部に凹凸を形成すると、凹凸成形用ローラーが歪検知用光ファイバ11および温度補償用光ファイバ12を挟み込むことがなく、光ファイバへの悪影響を回避することができる。このため、ローラーによる側圧が歪検知用光ファイバ11に曲げや異常な初期歪を与えたり、温度補償用光ファイバ12がルースに収納された空隙部16を変形させたりすることがない。
テンションメンバ14の数は、特に限定されるものではなく、図1に示すようにシース長径方向(図1の左右方向)両側に一対で、あるいは図8に示すようにシース15の中央部に一本を配置する例が挙げられる他、様々な位置にテンションメンバ14を配置しても本発明の効果を奏する。
図1では、突出部の位置として、シース長径方向両側に設けられたテンションメンバ14の位置に対応して、テンションメンバ部のシース短径方向(図1の上下方向)両側に計4箇所設けたものを例示しているが、本発明は特にこれに限定されるものではない。例えば、図8に示す例では、テンションメンバ14がシースの中央部に一本配置され、突出部17は、テンションメンバ14のシース短径方向両側に設けられている。
これらの例からも分かるように、本形態例の光ファイバセンサケーブルによれば、突出部の位置や数は問わない。また、図7に示すように、上下面のうち片面のみに突出部を設けるのでも、同様の効果を奏する。
以下に具体的な数値を挙げて実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1の断面形状を有する光ファイバセンサケーブルは、対象物の歪検知を行うφ0.25mmの歪検知用光ファイバと、歪測定時の温度補償を行う温度補償用光ファイバ(抗張力繊維としてのアラミド繊維中により、実装したもの)と、テンションメンバとして実装されるφ0.4mmの鋼線と、これらの外周に被覆されたケーブルシースで構成されている。ケーブルシースのテンションメンバ部のシース短径方向両側に突出部(高さ0.5mm、幅0.7mm)を設け、押し出し成形時、ダイ出口において、凹凸を有するローラー間を通過させることで突出部を連続的につぶし、図2に示すような「引留め部」を形成した。その長さLおよび間隔Pを変えて、シースに引留め部を有する光ファイバセンサケーブルを製造し、それぞれのケーブルについてモルタル密着度を測定した。なお、つぶした引留め部の形状は、高さHが0mm、幅Wが0.8mmであった。
これらの結果を表1に示す。なお、モルタル密着度は、得られた光ファイバセンサケーブルを埋設長が100mmとなるようにモルタル(林工業セメント株式会社製:「デザインワークス」)に十分脱泡しながら埋め込み、23±5℃で7日間放置養生したサンプルを使用し、引張試験機を用いて、埋め込んだケーブルの片端に荷重30kgfの引抜荷重を1分間印加した際のケーブル移動量を(ケーブルのモルタル埋設部際に印を付け、上記荷重印加後の印の移動量として)測定した。
Figure 2009063357
表1の結果より、Lを0.5〜30mmの範囲で、P−Lを10mm、50mmから選択して、種々評価した結果では、いずれの例においてもモルタル中におけるケーブルの移動はみられなかった。また、このようにして得られた光ファイバセンサケーブルをコンクリートやモルタル、土砂に埋設した際の伝送性能は、いずれの例においても、1.0dB/km以下であり、十分に歪検出が可能な値であることを確認した。
さらに、歪検出試験を実施したところ、環境温度が−30〜+70℃の範囲で、初期歪印加量が100〜5000μStrainの条件で、表2に示すように、良好な歪測定結果が得られることを確認した。
Figure 2009063357
ここで、歪検出試験は、ケーブルに初期歪を印加した状態でBOTDAを用い、歪検知用光ファイバのみでの歪値、および温度補償光ファイバによる補償を行った後の歪値を測定した。なお、比較として歪ゲージによる測定結果を併記した。
本発明の光ファイバセンサケーブルは、建築物、橋梁、トンネル等のコンクリート構造物、モルタル構造物、河川の堤防、山岳の斜面等の土壌における歪みセンシング用として、好適に利用することができる。
本発明の光ファイバセンサケーブルの一例を示す断面図である。 (a)は本発明の光ファイバセンサケーブルの第1形態例を示す斜視図、(b)はその突出部の成形工程を説明する正面図、(c)は成形用ローラーの部分斜視図である。 (a)は本発明の光ファイバセンサケーブルの第2形態例を示す斜視図、(b)はその突出部の成形工程を説明する正面図、(c)は成形用ローラーの部分斜視図である。 (a)は本発明の光ファイバセンサケーブルの第3形態例を示す斜視図、(b)はその正面図である。 (a)は本発明の光ファイバセンサケーブルの第4形態例を示す斜視図、(b)はその正面図である。 (a)は本発明の光ファイバセンサケーブルの第5形態例を示す斜視図、(b)はその正面図である。 (a)は本発明の光ファイバセンサケーブルの第6形態例を示す斜視図、(b)はその突出部の成形工程を説明する正面図である。 本発明の光ファイバセンサケーブルの他の例を示す断面図である。
符号の説明
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F…光ファイバセンサケーブル、11…歪検知用光ファイバ、12…温度補償用光ファイバ、13…抗張力繊維、14…テンションメンバ、15…シース、15a…シースの長辺側、15b…シースの短辺側、16…空隙、17,17A,17B,17C,17D,17E,17F…突出部。

Claims (1)

  1. 断面外形が略矩形状のシースと、前記シース内に充実押出しされた歪検知用光ファイバと、前記シース内に形成された空隙内に抗張力繊維とともにルースに収納された温度補償用光ファイバと、前記シース内に設けられたテンションメンバとからなり、前記シースは、長辺側に、幅が一定で、高さが長手方向にわたって変化する少なくとも一つの突出部を有することを特徴とする光ファイバセンサケーブル。
JP2007230259A 2007-09-05 2007-09-05 光ファイバセンサケーブル Pending JP2009063357A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007230259A JP2009063357A (ja) 2007-09-05 2007-09-05 光ファイバセンサケーブル

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007230259A JP2009063357A (ja) 2007-09-05 2007-09-05 光ファイバセンサケーブル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009063357A true JP2009063357A (ja) 2009-03-26

Family

ID=40558066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007230259A Pending JP2009063357A (ja) 2007-09-05 2007-09-05 光ファイバセンサケーブル

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009063357A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103955037A (zh) * 2014-04-21 2014-07-30 江苏通光海洋光电科技有限公司 一种金属带传感光缆及其生产设备和方法
JP2020016464A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 太平洋セメント株式会社 収縮評価方法およびコンクリート試験体
WO2022079855A1 (ja) * 2020-10-15 2022-04-21 ニューブレクス株式会社 分布型位置検知ロープおよび分布型位置検知システム
JP7378365B2 (ja) 2020-07-31 2023-11-13 鹿島建設株式会社 構造物管理方法及び構造物管理装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103955037A (zh) * 2014-04-21 2014-07-30 江苏通光海洋光电科技有限公司 一种金属带传感光缆及其生产设备和方法
JP2020016464A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 太平洋セメント株式会社 収縮評価方法およびコンクリート試験体
JP7075658B2 (ja) 2018-07-23 2022-05-26 太平洋セメント株式会社 収縮評価方法およびコンクリート試験体
JP7378365B2 (ja) 2020-07-31 2023-11-13 鹿島建設株式会社 構造物管理方法及び構造物管理装置
WO2022079855A1 (ja) * 2020-10-15 2022-04-21 ニューブレクス株式会社 分布型位置検知ロープおよび分布型位置検知システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI109490B (fi) Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus
Michie et al. Distributed pH and water detection using fiber-optic sensors and hydrogels
US10739169B2 (en) Flat profile optical fiber cable for distributed sensing applications
US20070196059A1 (en) Tape-shaped optical fiber cable
US20120300807A1 (en) Flexible strip comprising at least one optical fibre for carrying out deformation and/or temperature measurements
JP2009063357A (ja) 光ファイバセンサケーブル
CN101435779A (zh) 基于光纤布里渊传感的智能钢绞线及其制备与全尺度监测方法
JP2009020016A (ja) 光ファイバセンサケーブル
EP3314202B1 (en) Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor
JP2009063356A (ja) 光ファイバセンサケーブル
CN206270218U (zh) 一种温度自补偿光纤光栅钢筋锈蚀传感器
JP2009103495A (ja) 光ファイバセンサケーブル
JP6989285B2 (ja) 光ファイバセンサケーブル
KR20050108328A (ko) 광섬유센서를 내장한 철근 및 이의 활용방안
KR101001104B1 (ko) 대공간 구조물의 상시 모니터링을 위한 광섬유 브래그 격자센서(fbg)의 부착장치 및 fbg를 부착하는 방법
JP2009103496A (ja) 光ファイバセンサケーブル
JP2008298672A (ja) 歪みセンシング用光ケーブル
KR20090123347A (ko) 센서 유니트를 가진 복합강연선 및 이의 제조방법
KR100301774B1 (ko) 다각형 도르래를 갖는 광변형센서
CN110672004A (zh) 一种将光纤光栅与碳纤维增强复合材料特性相结合的应变传感器
KR100305381B1 (ko) 광변형센서
JP3111744B2 (ja) 構造体の変形検知方法
KR100301775B1 (ko) 광변형센서
KR100301776B1 (ko) 리본형 광변형센서
KR100339978B1 (ko) 광변형센서