JP2013104700A - 光ファイバセンサとこれを用いた測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光ファイバセンサ(1)は、光ファイバ(2)と、その周囲に配置された連続繊維(3)と、連続繊維(3)に含浸された結合剤とを備える。光ファイバ(2)は、中間部を連続繊維(3)で製紐された筒状の紐体(5)内に収容してある。紐体(5)の内周長は光ファイバ(2)の外周長よりも長く、一部が光ファイバ(2)の外周面に当接され、残部が紐体(5)の内周面同士で互いに当接してある。紐体(5)の外周面に、紐体(5)の長さ方向に延びた着座面(16)が形成してある。着座面(16)を被測定物(14)の表面へ当接した状態で、固定部材(17)で光ファイバセンサ(1)を被測定物(14)側へ押圧して固定する。光ファイバ(2)の端部に測定器(15)を接続して、被測定物(14)の歪や温度を測定する。
【選択図】図1
Description
またこれらの光ファイバセンサは、被測定物の表面へ熱硬化型などの接着剤により固定されている。しかしこれらの接着剤は固くて伸度が低く、応力等で被測定物の寸法が変化した際、その寸法変化に対しこれらの接着剤が容易に追随できず、被測定物の寸法変化が光ファイバセンサへ伝わりにくい問題がある。また被測定物の寸法変化に接着剤が追随できないため、この接着剤が被測定物の表面から早期に剥離してしまう虞もある。例えば地震などで配管の伸縮部が大きく伸長したり、構造物にひび割れを生じると、その部分が剥離して光ファイバセンサが落下する虞があり、被測定物の歪や温度を測定できなくなる問題がある。さらに上記の接着剤は、経年変化により一層固化したり劣化したりして、被測定物から剥離してしまう問題もある。
即ち、本発明1は光ファイバセンサに関し、光ファイバ(2)と、その周囲に配置された連続繊維(3)と、その連続繊維(3)に含浸された結合剤とを備え、上記の光ファイバ(2)は、少なくとも長さ方向の中間部が上記の連続繊維(3)で製紐された筒状の紐体(5)内に収容してあり、上記の紐体(5)の内周長は上記の光ファイバ(2)の外周長よりも長く形成してあり、この紐体(5)の内周面は、一部が上記の光ファイバ(2)の外周面に当接され、残部が紐体(5)の内周面同士で互いに当接してあり、この紐体(5)の外周面に、紐体(5)の長さ方向に延びた着座面(16)が、被測定物(14)の表面へ当接可能に形成してあることを特徴とする。
また上記の光ファイバは連続繊維で製紐された紐体内に収容されており、従ってこの連続繊維は光ファイバの周囲へ螺旋状に配置されている。このため、紐体全体として伸長性があるので、光ファイバセンサは、被測定物の歪や温度変化等の挙動に対し、良好に追随する。そして上記の光ファイバの少なくとも一端に測定器が接続され、光ファイバに伝わった被測定物の歪や温度が、この測定器での操作により正確に測定される。
また上記の着座面は、光ファイバの長さ方向と直交する断面において、中央部が光ファイバ側へ突出した湾曲状に形成したものであってもよい。この場合は、被測定物の表面が平面上である場合はもとより、配管など被測定物の表面が曲面である場合にも、この着座面を安定良く当接できて好ましい。
(1)本発明1にあっては、光ファイバを筒状の紐体内へ収容するだけで、この紐体で確実に包み込むことができるので、きわめて簡単に光ファイバセンサを製造することができる。
図1(a)に示すように、この第1実施形態の光ファイバセンサ(1)は、光ファイバ(2)と、その周囲に配置された連続繊維(3)と、その連続繊維(3)に含浸された結合剤とを備えており、被測定物(14)である配管の長さ方向に沿って配設してある。
上記の連続繊維(3)は互いに組み合わせて筒状の紐体(5)に製紐してあり、上記の光ファイバ(2)の長さ方向中間部を上記の筒状の紐体(5)内に収容したのち、この紐体(5)を扁平化してある。
図3に示すように、最初に上記の連続繊維(3)からなるストランド(12)を、任意の本数だけ用いて筒状の紐体(5)に製紐する。例えば、約6000デニールのパラ系アラミド繊維からなる、約72000デニールのストランド(12)を、例えば8本用いて丸打紐状に編成することにより、例えば直径約10mm程度の紐体(5)が製紐される。
なお、光ファイバ(2)の端部は、紐体(5)の端部または端部近傍の編目から紐体(5)の外部へ引き出し、例えば可撓管で覆っておく。この可撓管の先端には前記の接続ボックス(6)を取り付けて、この接続ボックス(6)内に、可撓管の先端から飛び出した光ファイバ(2)の先端部を収容してもよい。また、光ファイバ(2)の先端には、必要に応じてコネクタが付設される。上記の接続ボックス(6)は、下記に説明する結合剤の含浸や硬化の処理の後で、可撓管の先端に取り付けてもよい。
その後、この紐体(5)を温度約80℃程度以下に設定された冷却炉を通過させて常温まで冷却する。
しかし本発明では、光ファイバセンサの厚さや幅の寸法、断面形状などは特定のものに限定されず、例えば図7に示すさまざまな変形例のように、任意の形状を採用することが可能である。
この変形例2では、被測定物の表面が上記の着座面(16)と同じ曲率半径である場合、この着座面(16)を被測定物の表面へ良好に当接できて好ましい。しかしこの変形例2の上記の着座面(16)は、被測定物の表面の曲率半径と異なっていてもよい。
また本発明では、上記の光ファイバに形成するFBGの数や、紐体内に配置する光ファイバの本数を、それぞれ任意に設定することができ、これらも上記の実施形態のものに限定されない。
さらに上記の実施形態では、被測定物が配管や柱、橋梁、壁面などの場合について説明した。しかし本発明の被測定物は、他の構造物であってもよく、これらの構造物のいずれの部位に光ファイバセンサを付設してもよいことは、言うまでもない。
2…光ファイバ
3…連続繊維
4…スペーサ
5…紐体
6…接続ボックス
9…FBG
10…一次被覆層
11…二次被覆層
12…ストランド
14…被測定物
15…測定器
16…着座面
17…固定部材(締結バンド、サドル)
18…伸縮部
19…配線カバー
20…締結手段
d…光ファイバ(2)の外径
T…光ファイバセンサ(1)の厚さ
W0…光ファイバセンサ(1)の幅
w…着座面(16)の幅
Claims (9)
- 光ファイバ(2)と、その周囲に配置された連続繊維(3)と、その連続繊維(3)に含浸された結合剤とを備え、
上記の光ファイバ(2)は、少なくとも長さ方向の中間部が上記の連続繊維(3)で製紐された筒状の紐体(5)内に収容してあり、
上記の紐体(5)の内周長は上記の光ファイバ(2)の外周長よりも長く形成してあり、
この紐体(5)の内周面は、一部が上記の光ファイバ(2)の外周面に当接され、残部が紐体(5)の内周面同士で互いに当接してあり、
この紐体(5)の外周面に、紐体(5)の長さ方向に延びた着座面(16)が、被測定物(14)の表面へ当接可能に形成してあることを特徴とする、光ファイバセンサ。 - 上記の光ファイバ(2)の長さ方向と直交する断面において、上記の着座面(16)は直線状に形成してある、請求項1に記載の光ファイバセンサ。
- 上記の光ファイバ(2)の長さ方向と直交する断面において、上記の着座面(16)は中央部が光ファイバ(2)側へ突出した湾曲状に形成してある、請求項1に記載の光ファイバセンサ。
- 上記の光ファイバ(2)の長さ方向と直交する断面において、上記の光ファイバ(2)は上記の着座面(16)の中央部で直交する直線上に配設してある、請求項1から3のいずれかに記載の光ファイバセンサ。
- 上記の光ファイバ(2)には、上記の紐体(5)で覆われた部位に1又は複数のFBG(9)が形成してある、請求項1から4のいずれかに記載の光ファイバセンサ。
- 上記の連続繊維(3)が高強度繊維からなる、請求項1から5のいずれかに記載の光ファイバセンサ。
- 請求項1から6のいずれかに記載の光ファイバセンサ(1)の上記の着座面(16)を被測定物(14)の表面に当接させ、固定部材(17)によりこの光ファイバセンサ(1)を被測定物(14)側へ押圧してこの被測定物(14)の表面に固定し、
上記の光ファイバセンサ(1)が有する光ファイバ(2)の少なくとも一端に測定器(15)を接続して、上記の被測定物(14)の歪や温度を測定することを特徴とする、光ファイバセンサを用いた測定方法。 - 上記の光ファイバ(2)には、1又は複数のFBG(9)が形成してあり、この光ファイバ(2)の長さ方向における上記のFBG(9)を挟んだ両側を上記の固定部材(17)により被測定物(14)の表面に固定する、請求項7に記載の光ファイバセンサを用いた測定方法。
- 上記の被測定物(14)が伸縮部(18)を備えており、光ファイバ(2)のうちのセンサとして機能する部位をこの伸縮部(18)に沿って配設し、この伸縮部(18)を挟んだ両側でそれぞれ上記の光ファイバセンサ(1)を被測定物(14)の表面に固定する、請求項7又は請求項8に記載の光ファイバセンサを用いた測定方法。
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