JP2010140501A - テンションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ源を発生することなく、消費電力を低減し、調整を容易にするテンションセンサを得る。
【解決手段】検知対象物が接触することで張力が掛かる警戒線２１ａ，２１ｂと、警戒線２１ｂの一端に連結され、警戒線２１ｂからの張力に応じて変形する受力板２２と、受力板２２に一体化され、入力光を受力板２２に発生した歪に応じて波長変化させて反射するＦＢＧセンサ９とを備え、受力板２２は、受力板２２に垂直に警戒線２１ａ，２１ｂが張られ、警戒線２１ａ，２１ｂが連結されない端部が固定され、ＦＢＧセンサ９の反射光の波長変化量に応じて警戒線２１ａ，２１ｂに掛かった張力を検出する。
【選択図】図４

Description

この発明は、張力を検出するテンションセンサおよびそのテンションセンサを利用してフェンス等の施設区分への侵入者を監視するテンションセンサに関するものである。

従来の侵入監視システムとして、電界形成型センサを利用したものがある。これは、間隔をおいて立設された支柱の前後側面に外装パネル式外壁を対向させて固定し、支柱の上方に笠木を固定してフェンスを形成する。そのフェンスにおける互いに対向する外壁間に形成された中空スペース内に、静電容量の変化を捉えて侵入者を検知する電界式センサの検知用電線を支柱に絶縁状態で貫通させて外壁および地面と略平行に設置する。検知用電線に、交流電源ユニットより正弦波電流を供給し電界を発生させ、侵入者がフェンスに接近することにより生じる静電容量の変化を検出し、警報装置を作動させるものである（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の侵入監視システムとして、変位検出センサを利用したものがある。これは、変位検出センサが、テンションワイヤの移動により回転するローラに取り付けられた磁石の接近あるいは離反によりスイッチを開閉する構造になっている。スイッチと磁石については、通常時はスイッチと磁石とが離れていて、ワイヤに荷重が掛かりローラが回転すると、スイッチと磁石とが接近することで接点が閉となり、検出回路および表示装置によりテンションワイヤへの荷重を検出するものである（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−２３７３８９号公報 特開２０００−１４９１５３号公報

従来の侵入監視システムは以上のように構成されているので、以下のような課題があった。
電界形成型センサを利用したものでは、正弦波を用いて電界を発生させるため、フェンス周辺の電話回線や電子回路等のノイズ源になる。したがって、設置場所が限定されてしまう。
また、フェンスの内部に電線を張り渡した領域のみを検出可能領域とするため、フェンスの設計上の制約が伴う。
さらに、常に電界を発生させておく必要があるため、消費電力が大きくなる。

変位検出センサを利用したものでは、警報を出す最適荷重条件でスイッチが作動するように位置合わせしなければならず、温度上昇または長期仕様によりテンションワイヤが伸びた場合に磁石の位置がずれるため、スイッチ開閉のテンションの大きさが変わり、張力の検出精度が低下する。
また、スイッチ位置の調整も困難なので、スイッチを開閉させるテンションの大きさの調整が困難である。
さらに、テンションの大きさをモニタすることができない。

さらに、電界形成型センサまたは変位検出センサを複数設置して、どこで異常が起きたかを監視センタで遠隔監視するには、通信用ネットワークシステムを構築する必要があるが、このためには、通信用の電子部品をテンションセンサに内蔵する必要がある。ここで、フェンスに設置するテンションセンサは屋外で使用するため、屋外環境にさらされ、電子部品は故障が起き易く、点検やメンテナンスが煩雑になる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ノイズ源を発生することなく、消費電力を低減し、調整を容易にするテンションセンサおよび侵入監視システムを得ることを目的とする。

この発明に係るテンションセンサは、検知対象物が接触することで張力が掛かる警戒線と、警戒線の一端に連結され、警戒線からの張力に応じて変形する受力板と、受力板に一体化され、入力光を受力板に発生した歪に応じて波長変化させて反射する光ファイバブラッググレーティングセンサとを備え、受力板は、受力板に垂直に警戒線が張られ、警戒線が連結されない端部が固定され、光ファイバブラッググレーティングセンサの反射光の波長変化量に応じて警戒線に掛かった張力を検出するものである。

この発明によれば、テンションセンサとして光ファイバブラッググレーティングセンサを適用するように構成したので、光を入力するだけなので、電界等のノイズ源を発生することなく、消費電力も低減することができる。また、警戒線の温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、さらに、波長情報、すなわち張力の大きさをモニタすることができるので、現場設置後の調整を、波長情報をモニタしながらソフトウエア上で設定することができ、調整を容易にすることができる。また、テンションセンサの構造を、端部が固定された受力板からなるもので構成したので、構成が簡単で安価なテンションセンサを得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるテンションセンサを示す構成図である。 受力板に一体化されたＦＢＧセンサの詳細を示す断面図である。 この発明の実施の形態１によるテンションセンサの荷重と波長変化量との関係を示す特性図である。 この発明の実施の形態２によるテンションセンサを示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるテンションセンサの荷重と波長変化量との関係を示す特性図である。 この発明の実施の形態３によるテンションセンサを利用した侵入監視システムを示す構成図である。 テンションセンサを利用した侵入監視システムの詳細を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるテンションセンサを利用した他の侵入監視システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるテンションセンサを示す斜視図である。 この発明の実施の形態４によるテンションセンサを示す正面図である。 この発明の実施の形態４によるテンションセンサを示す平面図である。 この発明の実施の形態４によるテンションセンサを示す側面図である。 この発明の実施の形態５によるテンションセンサを示す斜視図である。 この発明の実施の形態５によるテンションセンサを示す側面図である。 この発明の実施の形態５によるテンションセンサを利用した侵入監視システムを示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるテンションセンサを示す構成図であり、図において、警戒線１ａ，１ｂは、金属または炭素繊維により形成されたワイヤー、ロープまたはケーブルよりなり、検知対象物が接触することで張力が掛かるように配置されたものである。受力板（受力部材）２は、金属または繊維強化プラスチックにより形成され、警戒線１ａの一端に連結ジグ４を介して接続されたものである。なお、警戒線１ｂは、台３に警戒線固定ジグ５を介して接続されている。ばね（伸縮部材）６は、受力板２の警戒線１ａが連結されない端部に連結ジグ７を介して接続され、受力板２が接続されていない端部は台３に固定されたものである。ローラ（曲面状部材）８は、表面が曲面状に形成され、且つ受力板２に接するように設けられ、警戒線１ａまたは１ｂからの張力に応じてその警戒線の張力方向とばね６の伸縮方向とがほぼ直交するように受力板２を曲げて出し引きさせるものである。

光ファイバブラッググレーティングセンサ（以下、ＦＢＧセンサと言う）９は、光ファイバ１０に一体成形され、さらに、受力板２に一体化され、光ファイバ１０からの入力光を受力板２に発生した歪に応じて波長変化させて反射するものである。ストッパ１１は、連結ジグ４に当接することにより受力板２の変形量を規制すると共に、警戒線１ａに荷重Ｆが加わった場合等にその警戒線１ａをガイドするものである。

図２は受力板に一体化されたＦＢＧセンサの詳細を示す断面図であり、図において、保護膜２ａは、エステルまたはエポキシ系樹脂からなり、受力板２上に塗布されたものである。ケブラーの布２ｂは、保護膜２ａの塗布後に光ファイバ１０のＦＢＧセンサ９を設置して、そのＦＢＧセンサ９の部分を覆うように配置したものである。なお、このケブラーの布２ｂの配置後に、さらに、布２ｂを覆うように保護膜２ａが形成されるものである。

次に動作について説明する。
一般にＦＢＧ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可能な検出感度の優れた歪みセンサであることが知られている。これは、光ファイバを通じた入力光のうち、屈折率の周期に対応した特定波長（ブラッグ波長）のみがＦＢＧセンサにおいて選択的に反射される。また、ＦＢＧセンサに歪みが加えられると、ＦＢＧセンサの周期が変化するため、反射光の波長にシフト（変化）が生じ、反射光の波長変化量から加えられた歪み量が測定されるものである。

図１に示したテンションセンサは、そのＦＢＧセンサ９をテンションセンサに適用し、警戒線１ａまたは１ｂに掛かる張力を検出するものである。
テンションセンサの検出素子であるＦＢＧセンサ（長さは、例えば、１０ｍｍ）９は、光ファイバ１０の一部を加工することにより形成されるものである。このＦＢＧセンサ９は、図２に示したように、受力板２上の保護膜２ａの塗布後に設置して、その上からＦＢＧセンサ９の部分を覆うようにケブラーの布２ｂを配置して、さらに、布２ｂを覆うように保護膜２ａを塗布することにより、受力板２に一体化されるものである。

図１に示したように、テンションセンサの警戒線１ａ，１ｂを配置し、例えば、警戒線１ａに荷重Ｆを掛ければ、警戒線１ａは図の破線のように低下し、張力が掛かる。警戒線１ａ、連結ジグ４、受力板２、連結ジグ７、ばね６および台３は、直列に連結されているので、警戒線１ａに張力が掛かることによりばね６が伸ばされ、受力板２がローラ８の表面でガイドされ、警戒線１ａの方向に引き出されるように移動する。この時、受力板２が変形すると共にＦＢＧセンサ９に歪みが発生する。このＦＢＧセンサ９の歪みは、警戒線１ａ，１ｂに掛かる張力の大きさに応じて変化する。

そこで、ＦＢＧセンサ９の特定波長を満たす帯域波長の光を発生し、光ファイバ１０に入力することが可能な張力検出装置を用意する。この張力検出装置は、光ファイバ１０からの反射光を受光し、その反射光の波長変化量を検出し、その波長変化量に応じた張力も検出可能なものである。この張力検出装置から光ファイバ１０に、ＦＢＧセンサ９の特定波長を満たす帯域波長の入力光を供給しておき、警戒線１ａまたは１ｂに張力が掛かり、ＦＢＧセンサ９に歪みが発生した時の光ファイバ１０からの反射光をその張力検出装置で受光し、その張力検出装置により、反射光の波長変化量と共に波長変化量に応じた張力を検出する。

次に実験結果について説明する。
（サンプルＡ）受力板２として、厚さ０．３ｍｍ、幅８ｍｍのニッケル板を用い、ＦＢＧセンサ９の取り付け位置として、警戒線１ａが移動して連結ジグ４がストッパ１１に当接する前に、ＦＢＧセンサ９が途中からローラ８に到達する位置に取り付け、引っ張りモードと曲げモードとの合成モードで、警戒線１ａに掛かる張力を間接的にモニタした。
（サンプルＢ）受力板２として、厚さ０．５ｍｍ、幅８ｍｍのインバー合金板を用い、ＦＢＧセンサ９の取り付け位置として、警戒線１ａが移動して連結ジグ４がストッパ１１に当接した時でも、ＦＢＧセンサ９がローラ８に到達しない位置に取り付け、引っ張りモードだけで、警戒線１ａに掛かる張力を間接的にモニタした。
警戒線１ａ，１ｂとしては、直径１ｍｍのＳＵＳ３０４（ステンレススチール）ワイヤーを１０メートル張った。ワイヤーの中間点に錘を掛けてＦＢＧセンサ９の反射光の波長変化量を測定した。

図３はこの発明の実施の形態１によるテンションセンサの荷重と波長変化量との関係を示す特性図である。曲線Ａ（サンプルＡ）は、荷重１．５ｋｇの部分で折れ曲がっており、この荷重１．５ｋｇから、ＦＢＧセンサ９は、ローラ８に達して曲げモードの働く領域となった。
また、この実施の形態１によるテンションセンサを侵入監視システムとして用いる場合に、曲線Ａ（サンプルＡ）および曲線Ｂ（サンプルＢ）の両者とも荷重２．５ｋｇから、警報を出すようにして用いた。さらに、両者とも荷重３ｋｇから連結ジグ４がストッパ１１に当接するように設定した。連結ジグ４のストッパ１１への当接開始時で、曲線Ａの波長変化量は２ｎｍ、曲線Ｂの波長変化量は１ｎｍであった。このように、受力板２の材料およびＦＢＧセンサ９の取り付け位置、さらに、ばね６の種類によって、テンションセンサの感度や波長変化量が変わり、調整することができることを本発明者らは見出した。

以上のように、この実施の形態１によれば、テンションセンサとしてＦＢＧセンサ９を適用するようにしたので、光を入力するだけなので、電界等のノイズ源を発生することなく、消費電力も低減することができる。また、警戒線１ａ，１ｂの温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、さらに、波長情報、すなわち張力の大きさをモニタすることができるので、現場設置後の調整を、波長情報をモニタしながらソフトウエア上で設定することができ、調整を容易にすることができる。
また、テンションセンサの構造を、ばね６およびローラ８からなるもので構成したので、警戒線１ａ，１ｂからの張力に応じて受力板２、すなわち、ＦＢＧセンサ９を確実に変形（引っ張りモードと曲げモードとの合成モード）させることができ、高精度の検出を行うことができる。
さらに、受力板２の変形量を規制するストッパ１１を備えるようにしたので、ＦＢＧセンサ９および受力板２を保護することができる。また、ＦＢＧセンサ９の波長変化量を制限することができ、複数のテンションセンサを連結する場合に、他のテンションセンサのＦＢＧセンサ９の帯域波長区分に影響を与えることなく、広域監視を維持することができる。
さらに、受力板２を、金属または繊維強化プラスチックから形成されるようにしたので、受力板２を弾性変形させ、再現性良く使用することができる。
さらに、テンションセンサとしてＦＢＧセンサ９を適用するようにしたので、警戒線１ａ，１ｂの温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、したがって、警戒線１ａ，１ｂを、金属のように線膨張するもので形成しても良ければ、炭素繊維のように線膨張しないもので形成しても良く、警戒線１ａ，１ｂを形成する材料の適用範囲を広げることができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるテンションセンサを示す構成図であり、図において、警戒線２１ａ，２１ｂは、検知対象物が接触することで張力が掛かるように配置されたものである。受力板（受力部材）２２は、金属または繊維強化プラスチックにより形成され、警戒線２１ｂの一端に連結ジグ２４を介してその受力板２２と警戒線２１ｂとがほぼ垂直になるように接続されたものである。なお、警戒線２１ａは、台２３に警戒線固定ジグ２５を介して接続されている。ストッパ２６は、台２３に固定され、受力板２２は、受力板固定金具２７によってストッパ２６に連結されている。受力板２２とストッパ２６の側面には、隙間２８が形成されている。これは、警戒線２１ａまたは２１ｂの張力発生時に、受力板２２が引っ張られて曲がるが、張力が所定の大きさに到達するとストッパ２６に当接し、それ以上に曲がらなくするものである。こうして、ストッパ２６は、受力板２２に当接することにより受力板２２の変形量を規制するものである。なお、ＦＢＧセンサ９および光ファイバ１０の構成と、受力板２２との一体化の構成については、実施の形態１と同等である。

次に動作について説明する。
図４に示したように、テンションセンサの警戒線２１ａ，２１ｂを配置し、例えば、警戒線２１ｂに荷重を掛ければ、警戒線２１ｂに張力が掛かる。警戒線２１ｂと受力板２２が連結されているので、警戒線２１ｂに張力が掛かることにより、受力板２２が引っ張られ警戒線２１ｂ方向に曲げられる。この時、受力板２２が変形すると共にＦＢＧセンサ９に歪みが発生する。このＦＢＧセンサ９の歪みは、警戒線２１ａ，２１ｂに掛かる張力の大きさに応じて変化する。
そこで、実施の形態１と同様に、張力検出装置から光ファイバ１０に、ＦＢＧセンサ９の特定波長を満たす帯域波長の入力光を供給しておき、警戒線２１ａまたは２１ｂに張力が掛かり、ＦＢＧセンサ９に歪みが発生した時の光ファイバ１０からの反射光をその張力検出装置で受光し、その張力検出装置により、反射光の波長変化量と共に波長変化量に応じた張力を検出する。

次に実験結果について説明する。
（サンプルＣ）受力板２２として、ＳＵＳ３０４（ステンレススチール）板を用い、警戒線２１ｂに掛かる張力を間接的にモニタした。
（サンプルＤ）受力板２２として、サンプルＣと同一サイズでＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）板を用い、警戒線２１ｂに掛かる張力を間接的にモニタした。
図５はこの発明の実施の形態２によるテンションセンサの荷重と波長変化量との関係を示す特性図である。曲線Ｃ（サンプルＣ）および曲線Ｄ（サンプルＤ）の両者とも荷重２．５ｋｇから、警報を出すようにして用いた。さらに、両者とも荷重４ｋｇから受力板２２がストッパ２６に当接するように設定した。受力板２２のストッパ２６への当接開始時で、曲線Ｃの波長変化量は０．６ｎｍ、曲線Ｄの波長変化量は０．７ｎｍであった。このように、受力板２２の材料によって、テンションセンサの感度や波長変化量が変わり、調整することができることを本発明者らは見出した。

以上のように、この実施の形態２によれば、テンションセンサとしてＦＢＧセンサ９を適用するようにしたので、光を入力するだけなので、電界等のノイズ源を発生することなく、消費電力も低減することができる。また、警戒線２１ａ，２１ｂの温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、さらに、波長情報、すなわち張力の大きさをモニタすることができるので、現場設置後の調整を、波長情報をモニタしながらソフトウエア上で設定することができ、調整を容易にすることができる。
また、テンションセンサの構造を、端部が固定された受力板２２からなるもので構成したので、構成が簡単で安価なテンションセンサを得ることができる。
さらに、受力板２２の変形量を規制するストッパ２６を備えるようにしたので、ＦＢＧセンサ９および受力板２２を保護することができる。また、ＦＢＧセンサ９の波長変化量を制限することができ、複数のテンションセンサを連結する場合に、他のテンションセンサのＦＢＧセンサ９の帯域波長区分に影響を与えることなく、広域監視を維持することができる。
さらに、受力板２２を、金属または繊維強化プラスチックから形成されるようにしたので、受力板２２を弾性変形させ、再現性良く使用することができる。
さらに、テンションセンサとしてＦＢＧセンサ９を適用するようにしたので、警戒線２１ａ，２１ｂの温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、したがって、警戒線２１ａ，２１ｂを、金属のように線膨張するもので形成しても良ければ、炭素繊維のように線膨張しないもので形成しても良く、警戒線２１ａ，２１ｂを形成する材料の適用範囲を広げることができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるテンションセンサを利用した侵入監視システムを示す構成図であり、図において、柱（固定物）３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，・・・は、監視対象区域に所定の間隔で設置されたものであり、金網等を取り付けることによりフェンス３６を構成するものである。テンションセンサ３２ａ，３２ｂは、柱３１ａに設置され、テンションセンサ３２ｃ，３２ｄは、柱３１ｃに設置されたものであり、ここでは、上記実施の形態２で示したテンションセンサを適用するが、上記実施の形態１で示したテンションセンサを適用しても良い。テンションセンサ３２ｂ，３２ｃのそれぞれの警戒線２１ｂの他端は、柱３１ｂに警戒線固定ジグ３３によって固定され、テンションセンサ３２ｄの警戒線２１ｂの他端は、柱３１ｄに警戒線固定ジグ３３によって固定されている。このように、複数の柱３１の各間に警戒線２１ｂが直列に張られたものである。

光ファイバ１０は、１本の光ファイバで各テンションセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，・・・を通過し、テンションセンサの外では少したるませてフェンス３６の上部に布設されたものである。
監視センタ（監視装置）３４は、この監視対象区域から離れた所に設置されたものであり、光ファイバ１０に各テンションセンサ３２のＦＢＧセンサ９の帯域波長区分を満たす帯域波長の入力光を供給すると共に、各テンションセンサ３２のＦＢＧセンサ９からの反射光を受光し、その反射光の各帯域波長区分の波長変化量に応じて警報するものである。

図７はテンションセンサを利用した侵入監視システムの詳細を示す構成図であり、図において、図６における柱３１ｃ，３１ｄの周辺の詳細を示したものである。柱３１ｃに設置され、ケースを外したテンションセンサ３２ｃ，３２ｄの構成は、ほぼ図４に示した構成と同等であるが、図４における受力板固定金具２７の代わりに受力板固定金具３５を用いて、受力板２２と共にストッパ２６が柱３１ｃに固定されたものである。

次に動作について説明する。
図６に示したように、監視対象区域にテンションセンサ３２、警戒線２１ｂ、光ファイバ１０を配置する。テンションセンサ３２および警戒線２１ｂについては、図７に示したように、１本の柱３１ｃに背中合わせに２個のテンションセンサ３２ｃ，３２ｄを受力板固定金具３５により固定し、その隣の柱３１ｄには、警戒線固定ジグ３３を背中合わせに設置し、警戒線２１ｂを張るようにして設置する。

また、この監視対象区域から離れた所に設置された監視センタ３４から、光ファイバ１０に各テンションセンサ３２のＦＢＧセンサ９の帯域波長区分を満たす帯域波長の入力光を供給する。これは、各テンションセンサ３２のＦＢＧセンサ９毎に予め異なる帯域波長区分を設定しておき、それら全ての帯域波長区分を満たす帯域波長の入力光を供給するものである。この入力光は、光ファイバ１０を通じて各テンションセンサ３２のＦＢＧセンサ９に供給されるが、例えば、柱３１ｃ，３１ｄ間の警戒線２１ｂに侵入者等により荷重を掛かれば、警戒線２１ｂに張力が掛かり、テンションセンサ３２ｄのＦＢＧセンサ９に歪みが発生する。このＦＢＧセンサ９の歪みに応じて、光ファイバ１０からの入力光のうちの、このテンションセンサ３２ｄのＦＢＧセンサ９に割り当てられた帯域波長区分の入力光を波長変化させて、監視センタ３４側に反射する。

監視センタ３４では、各テンションセンサ３２のＦＢＧセンサ９からの反射光を受光し、その反射光の各帯域波長区分の波長変化量に応じて警報する。すなわち、監視センタ３４では、図３または図５に示したように荷重と波長変化量との特性に基づいて、警報する波長変化量が予め設定され、反射光の各帯域波長区分の波長変化量と波長変化量の設定値との比較により、警報すると共にどの区画（テンションセンサ）から異常が発生したかを報知する。

以上のように、この実施の形態３によれば、監視対象区域に複数のテンションセンサ３２を設置して侵入監視システムを構成したので、テンションセンサ３２には電子部品が内蔵されていないので、テンションセンサ３２を屋外に設置しても故障の発生を抑えることができる。また、監視対象区域のうちのどのテンションセンサ３２で、すなわち、どこで異常が発生したかを監視センタ３４が認識し、報知することができる。さらに、テンションセンサ３２の故障は、監視センタ３４が光ファイバ１０からの反射光を受光することで検出することができ、このように監視センタ３４から光ファイバ１０に入力光を供給するだけで、監視対象区域の全てのテンションセンサ３２を一括監視することができ、遠隔監視および広域監視可能なシステムを構築することができる。

なお、上記実施の形態３では、図６に示したように、柱３１ａにテンションセンサ３２ａ，３２ｂを設置し、柱３１ｃにテンションセンサ３２ｃ，３２ｄを設置したが、図８に示すように、各柱３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，・・・に、テンションセンサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，・・・を設置するようにしても良く、同様な効果を奏することができる。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４によるテンションセンサを示す斜視図、図１０はそのテンションセンサの正面図、図１１はそのテンションセンサの平面図、図１２はそのテンションセンサの側面図であり、図において、受力板（受力部材）５１は、ＣＦＲＰ製の角パイプの一つの面に、その角パイプの管軸方向に２つの切り込み部５１ａ，５１ｂが設けられたものからなるものである。警戒線固定穴５２は、受力板５１を形成する２つの切り込み部５１ａ，５１ｂ間の中央上部に設けられ、警戒線通し穴５３は、角パイプの受力板５１と対向する面の中央上部に設けられ、警戒線５４は、警戒線固定穴５２に一端が固定されると共に、警戒線通し穴５３を通して受力板５１に対してほぼ垂直になり、検知対象物が接触することで張力が掛かるように配置されたものである。

このテンションセンサの固定用の台５５は、受力板５１および警戒線通し穴５３が設けられていない角パイプの一つの面を他の面よりも管軸方向に長くすることにより形成され、その台５５の４つの隅には、台５５を固定物に螺子またはボルト等で取り付けるための台取り付け部５５ａ〜５５ｄが設けられたものである。
光ファイバ１０に一体形成されたＦＲＢセンサ９は、ＣＦＲＰ薄板５６に貼り付けられ、そのＣＦＲＰ薄板５６が受力板５１の内面に接着固定されたものである。
ストッパ５７は、角パイプの横断面（管軸に垂直な断面）の形状に応じたＣＦＲＰ製の平板から形成され、角パイプの上部端面に受力板５１との間に隙間５７ａを設けて内挿され、警戒線５４の張力発生時に、受力板５１が引っ張られて曲がるが、張力が所定の大きさに到達すると受力板５１がその平板の一片に当接し、それ以上に曲がらなくするものである。こうして、ストッパ５７は、受力板５１に当接することにより受力板５１の変形量を規制するものである。

次に動作について説明する。
図９に示したように、この実施の形態４によるテンションセンサは、螺子等を一切使わずに、ＣＦＲＰ製の角パイプを利用して作製したものである。
まず、このテンションセンサの作製方法について説明する。
図９から図１２において、ＣＦＲＰ製の角パイプを所定の長さに切り、さらに、角パイプの三つの面の上部および下部を切り落とし、他の一つの面のみ管軸方向に長くすることにより、テンションセンサの固定用の台５５を設ける。
また、角パイプの上部および下部を切り落とした三つの面のうちの一つの面（図１２では側面）に、その角パイプの管軸方向に２つの切り込み部５１ａ，５１ｂを設け、２つの切り込み部５１ａ，５１ｂ間の中央上部に警戒線固定穴５２を、その対向する面の中央上部に警戒線通し穴５３を、台５５の４つの隅に台取り付け部５５ａ〜５５ｄをそれぞれ設ける。

ＦＢＧセンサ９は、光ファイバ１０に形成されたもので、ＦＢＧセンサ９の部分で非常に折れ易いという性質があるので、角パイプの内面に貼る場合には特に注意が必要である。ＦＢＧセンサ９は受力板５１に直接貼っても良いが、予め０．２ｍｍ以下程度の厚みで、１５ｍｍ×１５ｍｍ程度の大きさに切ったＣＦＲＰ薄板５６にＦＢＧセンサ９を一旦接着して、さらに、ＣＦＲＰ薄板５６を受力板５１の内面に接着する方が、ハンドリングによるセンサ感度のばらつきが小さく、細くてもろいＦＢＧセンサ９を折るような作製ミスを回避できる。
つぎに、警戒線５４の一端を警戒線通し穴５３に通して、警戒線固定穴５２に固定する。
さらに、ストッパ５７をＣＦＲＰ製の平板から形成し、角パイプの上部端面に受力板５１との間に隙間５７ａを設けて内挿し、接着剤等で固定する。
このように、テンションセンサが作製されれば、このテンションセンサの台５５を所定の固定物に配置すると共に、台取り付け部５５ａ〜５５ｄを螺子またはボルト等で取り付け、さらに、警戒線５４が受力板５１に対してほぼ垂直になり、検知対象物が接触することで張力が掛かるように、その警戒線５４の他端を他の所定の固定物に固定する。

このようにテンションセンサを配置し、例えば、警戒線５４に荷重を掛ければ、警戒線５４に張力が掛かる。警戒線５４と受力板５１が連結されているので、警戒線５４に張力が掛かることにより、受力板５１が引っ張られ警戒線５４方向に曲げられる。この時、受力板５１が変形すると共にＦＢＧセンサ９に歪みが発生する。このＦＢＧセンサ９の歪みは、警戒線５４に掛かる張力の大きさに応じて変化する。
そこで、実施の形態１と同様に、張力検出装置から光ファイバ１０に、ＦＢＧセンサ９の特定波長を満たす帯域波長の入力光を供給しておき、警戒線５４に張力が掛かり、ＦＢＧセンサ９に歪みが発生した時の光ファイバ１０からの反射光をその張力検出装置で受光し、その張力検出装置により、反射光の波長変化量と共に波長変化量に応じた張力を検出する。

次に実験結果について説明する。
外寸が５０〜５５ｍｍ×３０〜３５ｍｍ、厚さが３〜６ｍｍのＣＦＲＰ製の角パイプを長さ１００ｍｍに切断した。また、台５５の面は、上下それぞれ２０ｍｍずつ、他の面より長くなるように切り出した。さらに、３２ｍｍの面の上方両サイドに切り込み部５１ａ，５１ｂを入れて長さ３２ｍｍ、幅２０ｍｍの受力板５１を形成した。受力板５１には、警戒線固定穴５２を切り込み部５１ａ，５１ｂ間の管軸方向の中心線上で上方端部より１０ｍｍ下がった位置に設けた。対向する面にも管軸について線対称の位置に警戒線通し穴５３を設けた。つぎに、厚さ０．２ｍｍ以下のクロス繊維のＣＦＲＰ薄板５６上に繊維の目に沿ってＦＢＧセンサ９をシアネート系接着剤で固定した。さらに、エポキシ樹脂でＣＦＲＰ薄板５６をＦＢＧセンサ９が管軸方向と平衡になるように受力板５１の内面に接着した。アラミド繊維ワイヤーからなる警戒線５４の一端を警戒線通し穴５３に通し、警戒線固定穴５２に固定すると共に、警戒線５４に僅かな張力が掛かるように他端を固定した。最後に厚さ５ｍｍのＣＦＲＰ製の板を、受力板５１に垂直に、高さを受力板５１の上面に合わせ、且つ、受力板５１に平行に１ｍｍの隙間５７ａを空けて接着し、ストッパ５７を設けた。

作製したテンションセンサの特性は、受力板５１に垂直に引張り試験を行った所、荷重と共にＦＢＧセンサ９の反射波長は、短い方向にシフトし、約３０Ｋｇで１ｎｍシフトした。約４０Ｋｇで受力板５１はストッパ５７に当接した。テンションセンサは、定常的に約５Ｋｇのプリテンションを掛けて使用した。部品点数を減らし、光ファイバ１０と警戒線５４以外を一体化したことによる問題はなく、良い実験の再現性が得られた。
なお、センサ感度は、波長のシフト量で決まるものであるが、波長のシフト量は、受力板５１の材料、厚さ、幅、長さの他に、ＣＦＲＰ薄板５６の有無、ＣＦＲＰ薄板５６への接着角度でも調整が可能である。
さらに、受力板５１を形成する２つの切り込み部５１ａ，５１ｂは、角パイプの管軸方向でなくても良く、ハの字形状であったり、受力板５１が半円状に形成されるようにしても良い。

以上のように、この実施の形態４によれば、テンションセンサとしてＦＢＧセンサ９を適用するようにしたので、光を入力するだけなので、電界等のノイズ源を発生することなく、消費電力も低減することができる。また、警戒線５４の温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、さらに、波長情報、すなわち張力の大きさをモニタすることができるので、現場設置後の調整を、波長情報をモニタしながらソフトウエア上で設定することができ、調整を容易にすることができる。
また、テンションセンサを角パイプにより構成することにより、部品点数が少なく、作製も容易にすることができる。
さらに、角パイプの一つの面を他の面よりも管軸方向に長くするだけで、テンションセンサを固定物等に固定するための台５５を容易に製作することができる。また、台取り付け部５５ａ〜５５ｄは、管軸方向に長くした固定用の台５５に設けられているので、台５５を固定物に螺子またはボルト等で取り付ける際には、角パイプの他の面に邪魔されることなく、容易に取り付けることができる。
さらに、警戒線５４を警戒線通し穴５３を通して張ることにより、警戒線５４を受力板５１に対して垂直方向にガイドすることができ、張力を精度良く検出することができる。
さらに、ＦＢＧセンサ９を、一旦、ＣＦＲＰ薄板５６に貼り付けてから、そのＣＦＲＰ薄板５６を受力板５１に接着固定するようにしたので、作製を容易にすると共に、センサ感度のばらつきを小さくすることができる。
さらに、受力板５１の変形量を規制するストッパ５７を備えるようにしたので、ＦＢＧセンサ９および受力板５１を保護することができる。また、ＦＢＧセンサ９の波長変化量を制限することができ、複数のテンションセンサを連結する場合に、他のテンションセンサのＦＢＧセンサ９の帯域波長区分に影響を与えることなく、広域監視を維持することができる。
さらに、受力板５１を、繊維強化プラスチックから形成されるようにしたので、受力板５１を弾性変形させ、再現性良く使用することができる。
さらに、テンションセンサとしてＦＢＧセンサ９を適用するようにしたので、警戒線５４の温度変化や長期使用による伸縮により検出精度が著しく低下することなく、したがって、警戒線５４を、金属のように線膨張するもので形成しても良ければ、炭素繊維のように線膨張しないもので形成しても良く、警戒線５４を形成する材料の適用範囲を広げることができる。

なお、この実施の形態４によるテンションセンサを、上記実施の形態３に示した、図６における侵入監視システムのテンションセンサ３２として、あるいは、図８における侵入監視システムのテンションセンサ４１として適用しても良く、上記実施の形態３と同様な効果を奏することができる。

実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５によるテンションセンサを示す斜視図、図１４はそのテンションセンサの側面図であり、図において、受力板（受力部材）６１は、受力板５１を形成する角パイプの対向する面に、その受力板５１に点対称（角パイプの管軸上であり、且つ角パイプの長さの中間点について点対称）となる位置に、その角パイプの管軸方向に２つの切り込み部６１ａ，６１ｂが設けられたものからなるものである。警戒線固定穴６２および警戒線通し穴６３は、警戒線固定穴５２および警戒線通し穴５３に点対称となる位置に設けられ、警戒線６４は、警戒線５４に点対称となる位置に配置されたものである。
また、この受力板６１の内面にも受力板５１の内面と同様に、受力板５１の内面に接着固定された光ファイバ１０に繋がるＦＲＢセンサ９が、ＣＦＲＰ薄板５６に貼り付けられ、そのＣＦＲＰ薄板５６が接着固定されたものである。
さらに、ストッパ（図示せず）についても、ストッパ５７に点対称となる位置に配置されたものである。
その他の構成については、上記実施の形態４と同等である。

次に動作について説明する。
上記実施の形態４によるテンションセンサでは、角パイプの上部に一つのセンサのみを設けたが、この実施の形態５によるテンションセンサでは、角パイプの下部、すなわち、上記実施の形態４によるセンサに点対称となる位置にもセンサを設け、２方向センシング機能を有するテンションセンサを作製したものである。
作製方法については、受力板５１、警戒線固定穴５２および警戒線通し穴５３の作製工程で、受力板６１、警戒線固定穴６２および警戒線通し穴６３についても設け、その後、２枚のＣＦＲＰ薄板に各ＦＢＧセンサ９をそれぞれ一旦接着して、さらに、各ＣＦＲＰ薄板を受力板５１，６１の内面にそれぞれ接着する。
つぎに、警戒線５４と同様に、警戒線６４についても一端を警戒線通し穴６３に通して、警戒線固定穴６２に固定する。
さらに、ストッパ５７と同様に、ストッパを角パイプの下部端面に受力板６１との間に隙間を設けて内挿し、接着剤等で固定する。

次に実験結果について説明する。
上記実施の形態４と同様の角パイプを長さ３００ｍｍに切断し、台５５の面は、上下それぞれ２０ｍｍずつ、他の面より長くなるように切り出した。さらに、上記実施の形態４と同様に角パイプの上部にセンサを設けると共に、角パイプの下部にもセンサを設けた。
実験結果は、センシングポイントを増やし、２方向センシング機能としたことによる問題はなく、良い実験の再現性が得られた。

図１５はこの発明の実施の形態５によるテンションセンサを利用した侵入監視システムを示す構成図であり、図において、テンションセンサ７１ａ，７１ｂ，・・・は、１本おきの柱３１ａ，３１ｃ，・・・に設置されたこの実施の形態５によるテンションセンサである。このように、テンションセンサ７１ａ，７１ｂ，・・・の設置台数を低減することができる。

以上のように、この実施の形態５によれば、上記実施の形態４に加えて、角パイプの切り込み加工を少し増やし、ＦＢＧセンサを貼り付けるだけで、一つの角パイプによる二方向の二つのテンションセンサを容易に作製することができる。
また、侵入監視システムに適用した場合には、テンションセンサ７１ａ，７１ｂ，・・・の設置台数を低減することができる。

なお、この実施の形態５によるテンションセンサでは、一つの角パイプによる二方向の二つのテンションセンサを作製したが、台５５の面に対向する面に受力板を設け、ＦＢＧセンサを貼り付けるだけで、一つの角パイプによる三方向の三つのテンションセンサを角パイプにより容易に作製することができる。

１ａ，１ｂ，２１ａ，２１ｂ，５４，６４ 警戒線、２，２２，５１，６１ 受力板（受力部材）、２ａ 保護膜、２ｂ 布、３，２３ 台、４，７，２４ 連結ジグ、５，２５，３３ 警戒線固定ジグ、６ ばね（伸縮部材）、８ ローラ（曲面状部材）、９ ＦＢＧセンサ（光ファイバブラッググレーティングセンサ）、１０ 光ファイバ、１１，２６ ストッパ、２７，３５ 受力板固定金具、２８ 隙間、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，・・・ 柱（固定物）、３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，・・・，４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，・・・，７１ａ，７１ｂ，・・・ テンションセンサ、３４ 監視センタ（監視装置）、３６ フェンス、５１ａ，５１ｂ，６１ａ，６１ｂ 切り込み部、５２，６２ 警戒線固定穴、５３，６３ 警戒線通し穴、５５ 台、５５ａ〜５５ｄ 台取り付け部、５６ ＣＦＲＰ薄板、５７ ストッパ、５７ａ 隙間。

Claims (6)

1. 検知対象物が接触することで張力が掛かる警戒線と、
   上記警戒線の一端に連結され、その警戒線からの張力に応じて変形する受力板と、
   上記受力板に一体化され、入力光をその受力板に発生した歪に応じて波長変化させて反射する光ファイバブラッググレーティングセンサとを備え、
   受力板は、
   その受力板に垂直に警戒線が張られ、その警戒線が連結されない端部が固定され、
   上記光ファイバブラッググレーティングセンサの反射光の波長変化量に応じて上記警戒線に掛かった張力を検出することを特徴とするテンションセンサ。
2. 受力板は、
   角パイプの一つの面に２つの切り込み部が設けられたものからなり、
   それら２つの切り込み部の間にその受力板に対して垂直に警戒線が張られたことを特徴とする請求項１記載のテンションセンサ。
3. 受力板は、
   角パイプの互いに対向する面であって、角パイプの管軸上であり且つ角パイプの長さの中間点について点対称となる位置に、それぞれ２つの切り込み部が設けられたものからなり、
   それぞれの２つの切り込み部の間に受力板に対して垂直に且つ互いに反対方向に警戒線がそれぞれ張られたことを特徴とする請求項１記載のテンションセンサ。
4. 角パイプの受力板が設けられていない一つの面を他の面よりも管軸方向に長くした固定用の台が設けられ、その台に固定物等への台取り付け部が設けられたことを特徴とする請求項２または請求項３記載のテンションセンサ。
5. 角パイプの受力板と対向する面に警戒線通し穴が設けられ、
   警戒線がその警戒線通し穴を通して張られたことを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載のテンションセンサ。
6. 光ファイバブラッググレーティングセンサは、
   繊維強化プラスチック薄板に貼り付けられ、その繊維強化プラスチック薄板が受力板に接着固定されたことを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載のテンションセンサ。

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