JP2024058024A - Ｆｂｇセンサ固定治具及びｆｂｇセンサ固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＢＧセンサを容易に着脱することができ、ＦＢＧセンサの再利用を図ることができる、ＦＢＧセンサ固定治具及びＦＢＧセンサ固定方法を提供する。【解決手段】ＦＢＧセンサ固定治具１は、光ファイバ２内にブラッグ格子３を形成したＦＢＧセンサ４を磁性体の測定対象物５に対して固定する治具であって、ブラッグ格子３を挟んで両側に位置するように光ファイバ２の外周部に形成された固定端子６（第一固定端子６１及び第二固定端子６２）と、固定端子６を係止可能かつ測定対象物５に磁力で固定可能に形成された固定台７（第一固定台７１及び第二固定台７２）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＢＧセンサ固定治具及びＦＢＧセンサ固定方法に関し、特に、ＦＢＧセンサを磁性体の測定対象物に対して固定するためのＦＢＧセンサ固定治具及びＦＢＧセンサ固定方法に関する。

近年、光ファイバセンサの１つであるＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）センサが土木建築分野から航空宇宙分野まで幅広く利用されている。ＦＢＧセンサは、光ファイバのコア部分に形成されたブラッグ格子によりセンサ部を構成し、特定の波長の光信号であるブラッグ波長の光を反射させるようにしたものである。

例えば、ＦＢＧセンサが固定された測定対象物にひずみ変化や温度変化が生じると、光ファイバの伸縮によりブラッグ波長が変化するため、その変化に基づいてひずみ変化や温度変化を計測することができる。

このようなＦＢＧセンサでは、例えば、センサ部の両側の光ファイバの外周部にフレームを配置し、このフレームを介してＦＢＧセンサを測定対象物に固定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５３６７６５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように、光ファイバを支持するフレームを接着剤で測定対象物に固定すると、ＦＢＧセンサを再利用することができなくなってしまうという問題がある。また、接着剤は、経年劣化するため、ＦＢＧセンサが測定対象物から脱落したり、固定位置がずれてしまったりすることがあり、測定の不具合を惹起する問題もある。

また、光ファイバを支持するフレームをボルトで固定することも考えられるが、ボルトで固定するためには測定対象物にボルト穴を穿孔する必要があり、任意の場所にＦＢＧセンサを取り付けることができない、ＦＢＧセンサの着脱に手間がかかる等の問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、ＦＢＧセンサを容易に着脱することができ、ＦＢＧセンサの再利用を図ることができる、ＦＢＧセンサ固定治具及びＦＢＧセンサ固定方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、光ファイバ内にブラッグ格子を形成したＦＢＧセンサを磁性体の測定対象物に対して固定するＦＢＧセンサ固定治具であって、前記ブラッグ格子を挟んで両側に位置するように前記光ファイバの外周部に形成された固定端子と、前記固定端子を係止可能かつ前記測定対象物に磁力で固定可能に形成された固定台と、を備えたことを特徴とするＦＢＧセンサ固定治具が提供される。

前記固定台は、着磁状態と消磁状態とを切り替え可能な磁力スイッチを備えていてもよい。

前記固定台は、前記光ファイバを挿通する溝部と、該溝部に形成され前記固定端子を係止する係止部と、を備えていてもよい。

前記係止部は、前記固定端子の両側に配置されるように形成されていてもよい。

前記光ファイバは、複数のブラッグ格子を備え、前記固定端子は、前記複数のブラッグ格子よりも一つ多い個数を備え、前記ブラッグ格子及び前記固定端子は交互に配置されていてもよい。

また、本発明によれば、光ファイバ内にブラッグ格子を形成したＦＢＧセンサを磁性体の測定対象物に対して固定するＦＢＧセンサ固定方法であって、前記ブラッグ格子を挟んで両側に位置するように前記光ファイバの外周部に固定端子を形成し、前記固定端子を固定台に係止させた状態で前記固定台を前記測定対象物に磁力で固定するようにした、ことを特徴とするＦＢＧセンサ固定方法が提供される。

前記ブラッグ格子の一方の側に配置される第一固定端子及び第一固定台と、前記ブラッグ格子を挟んで反対側に配置される第二固定端子及び第二固定台と、を備え、前記第一固定台を消磁状態にした状態で前記第一固定端子を前記第一固定台に係止させ、前記第一固定台を前記測定対象物の表面に接地させた状態で前記第一固定台を着磁状態に切り替え、前記第二固定台を消磁状態にした状態で前記第二固定端子を前記第二固定台に係止させ、前記光ファイバに張力が生じるように前記第二固定台を前記測定対象物の表面に接地させた状態で前記第二固定台を着磁状態に切り替えるようにしてもよい。

上述した本発明に係るＦＢＧセンサ固定治具及びＦＢＧセンサ固定方法によれば、ＦＢＧセンサを構成する光ファイバに固定端子を形成し、前記固定端子を固定台に係止させた状態で前記固定台を磁性体の測定対象物に磁力で固定するようにしたことにより、ＦＢＧセンサを容易に着脱することができ、ＦＢＧセンサの再利用を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るＦＢＧセンサ固定治具を含む全体構成図である。 図１に示したＦＢＧセンサ固定治具の斜視図である。 図３（Ａ）は、図１に示したＦＢＧセンサ固定治具の底面図であり、図３（Ｂ）は、図１に示したＦＢＧセンサ固定治具の断面図である。 図１に示したＦＢＧセンサ固定治具を測定対象物に固定した状態の説明図である。 ＦＢＧセンサ固定治具の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図１～図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係るＦＢＧセンサ固定治具を含む全体構成図である。図２は、図１に示したＦＢＧセンサ固定治具の斜視図である。図３（Ａ）は、図１に示したＦＢＧセンサ固定治具の底面図であり、図３（Ｂ）は、図１に示したＦＢＧセンサ固定治具の断面図である。図４は、図１に示したＦＢＧセンサ固定治具を測定対象物に固定した状態の説明図である。

本発明の一実施形態に係るＦＢＧセンサ固定治具１は、図１に示したように、光ファイバ２内にブラッグ格子３を形成したＦＢＧセンサ４を磁性体の測定対象物５に対して固定する治具であって、ブラッグ格子３を挟んで両側に位置するように光ファイバ２の外周部に形成された固定端子６（例えば、第一固定端子６１及び第二固定端子６２）と、固定端子６を係止可能かつ測定対象物５に磁力で固定可能に形成された固定台７（例えば、第一固定台７１及び第二固定台７２）と、を備えている。

また、図１に示したように、ＦＢＧセンサ４は計測装置８に接続されている。計測装置８は、例えば、光ファイバ２にブラッグ波長を含む測定光を出力する光源８１と、光サーキュレータ８２と、ブラッグ格子３からの反射光を電気信号に変換する光電変換部８３と、反射光の波長を解析する解析部８４と、を備えている。

光サーキュレータ８２は、光源８１からの測定光を透過し、ブラッグ格子３からの反射光を反射させて取り出す光部品である。ブラッグ格子３は、広帯域なスペクトルを持つ光のうちブラッグ波長の光のみを選択的に反射させる機能を有する。

光電変換部８３で電気信号に変換された反射光を解析部８４で解析することにより、測定対象物５のブラッグ格子３が形成された箇所のひずみ変化や温度変化を計測することができる。

測定対象物５は、例えば、橋梁やタンク等の鋼板により構成された部材である。本実施形態では、ＦＢＧセンサ固定治具１の固定に磁力を利用していることから、測定対象物５は、磁力により固定台７を固定可能な磁性体であることが必要である。ただし、測定対象物５の全体が磁性体である必要はなく、固定台７を配置する箇所が部分的に磁性体により構成されていてもよい。

固定端子６は、例えば、ブラッグ格子３の一方の側に配置される第一固定端子６１と、ブラッグ格子３を挟んで反対側に配置される第二固定端子６２と、を備えている。固定端子６は、例えば、図２に示したように、光ファイバ２の外周部に形成された円筒形状を有している。

固定端子６は、例えば、接着剤により光ファイバ２に固定されるが、他の手段により固定してもよい。また、固定端子６は、固定台７に係止可能な形状であれば、円筒形状以外の形状であってもよい。

固定台７は、例えば、ブラッグ格子３の一方の側に配置される第一固定台７１と、ブラッグ格子３を挟んで反対側に配置される第二固定台７２と、を備えている。第一固定端子６１は第一固定台７１に係止され、第二固定端子６２は第二固定台７２に係止される。

固定台７は、例えば、図２及び図３（ａ）に示したように、光ファイバ２を挿通する溝部７ａと、溝部７ａに形成され固定端子６を係止する係止部７ｂと、着磁状態と消磁状態とを切り替え可能な磁力スイッチ７ｃと、を備えている。なお、固定台７は、磁力スイッチ７ｃを省略して単なる永久磁石を備える構成であってもよい。

固定台７は、例えば、ブロック形状を有し、測定対象物５の表面に接触する底面に直線状の溝部７ａが形成されている。溝部７ａは、固定端子６の全体を収納可能な深さを有している。

係止部７ｂは、溝部７ａ内の固定端子６の両側に配置される位置に形成された板部材である。係止部７ｂには、光ファイバ２を挿通可能な切り欠き部が形成されている。なお、係止部７ｂの形状は図示した形状に限定されるものではなく、固定端子６を係止することができれば爪形状等であってもよい。

固定端子６は、溝部７ａ及び係止部７ｂにより形成された空間に嵌合することにより固定台７に固定される。接着剤を用いて固定端子６を固定台７に固定してもよい。また、係止部７ｂは、光ファイバ２に張力を発生させる必要があるため、少なくともブラッグ格子３の側に配置されていることが必要である。

磁力スイッチ７ｃは、例えば、極性の方向を切り替えることのできる２つの永久磁石により構成される磁石部７ｄと、固定台７の上面部に設けられたスイッチ部７ｅと、を備えている。磁力スイッチ７ｃは、スイッチ部７ｅを操作して永久磁石の一方を回転させて極性の方向を切り替えることにより、磁化された着磁状態（ＯＮ）と、磁化されていない消磁状態（ＯＦＦ）とに切り替えることができる。

ＦＢＧセンサ固定治具１は、第一固定台７１を消磁状態（ＯＦＦ）にした状態で第一固定端子６１を第一固定台７１に係止させ、第一固定台７１を測定対象物５の表面に接地させた状態で第一固定台７１を着磁状態（ＯＮ）に切り替え、第二固定台７２を消磁状態（ＯＦＦ）にした状態で第二固定端子６２を第二固定台７２に係止させ、光ファイバ２に張力が生じるように第二固定台７２を測定対象物５の表面に接地させた状態で第二固定台７２を着磁状態（ＯＮ）に切り替えることにより測定対象物５の表面に固定される。

このように、ＦＢＧセンサ４は、ブラッグ格子３に所定の張力を掛けた状態で測定対象物５に対して磁力で固定される。この状態において、例えば、図４に示したように、測定対象物５に亀裂Ｘ等が生じて状態が変化すると、ブラッグ格子３の間隔が変化し、この変化により計測装置８によって測定対象物５のひずみが計測される。

ＦＢＧセンサ４を再利用する場合には、スイッチ部７ｅを操作して固定台７を消磁状態（ＯＦＦ）に切り替えることにより、ＦＢＧセンサ４を測定対象物５から容易に取り外すことができる。そして、ＦＢＧセンサ４を所望の測定対象物５に再度設置することにより、高価なＦＢＧセンサ４を繰り返して使用することができる。

したがって、上述した本実施形態に係るＦＢＧセンサ固定治具１及びＦＢＧセンサ固定方法によれば、ＦＢＧセンサ４を構成する光ファイバ２に固定端子６を形成し、固定端子６を固定台７に係止させた状態で固定台７を磁性体の測定対象物５に磁力で固定するようにしたことにより、ＦＢＧセンサ４を容易に着脱することができ、ＦＢＧセンサ４の再利用を図ることができる。

また、測定対象物５のひずみを計測するには、ＦＢＧセンサ４が測定対象物５の表面の近くに配置されている方がひずみの変化を正確に計測することができる。本実施形態では、光ファイバ２に固定端子６を形成し、固定端子６を固定台７に係止させて固定していることから、光ファイバ２を支持するフレームを配置する必要がなく、ＦＢＧセンサ４を測定対象物５の表面の近くに配置することができる。

次に、ＦＢＧセンサ固定治具の変形例について図５を参照しつつ説明する。ここで、図５は、ＦＢＧセンサ固定治具の変形例を示す平面図である。図５に示した変形例は、一本の光ファイバ２に複数のＦＢＧセンサ４を配置したものである。

光ファイバ２は、複数のブラッグ格子３（例えば、第一ブラッグ格子３１及び第二ブラッグ格子３２）を備え、固定端子６（例えば、第一固定端子６１～第三固定端子６３）は、複数のブラッグ格子３よりも一つ多い個数を備え、ブラッグ格子３及び固定端子６は交互に配置されている。

図５に示した変形例では、二つのＦＢＧセンサ４（第一ＦＢＧセンサ４１及び第二ＦＢＧセンサ４２）を有し、光ファイバ２には、第一ブラッグ格子３１及び第二ブラッグ格子３２の二つのブラッグ格子３が形成されている。

このとき、第一ブラッグ格子３１には第二ブラッグ格子３２と反対側の光ファイバ２の端部から測定光が供給され、第二ブラッグ格子３２には第一ブラッグ格子３１と反対側の光ファイバ２の端部から測定光が供給される。なお、図５では光源８１を含む計測装置８の図を省略してある。

また、第一ブラッグ格子３１及び第二ブラッグ格子３２を異なるブラッグ波長に反応するように構成した場合には、光ファイバ２の片側にのみ計測装置８を配置し、光ファイバ２の片側からのみ測定光を供給するようにしてもよい。

第一ＦＢＧセンサ４１は、第一ブラッグ格子３１と、第一ブラッグ格子３１の両側に配置された第一固定端子６１・第一固定台７１及び第二端子６２・第二固定台７２とを含むように構成される。また、第二ＦＢＧセンサ４２は、第二ブラッグ格子３２と、第二ブラッグ格子３２の両側に配置された第二固定端子６２・第二固定台７２及び第三固定端子６３・第三固定台７３とを含むように構成される。

かかる変形例によれば、一本の光ファイバで測定対象物５の複数箇所のひずみ変化を計測することができる。なお、図５では二つＦＢＧセンサ４を配置した場合について説明しているが、ＦＢＧセンサ４の個数は三つ以上であってもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ ＦＢＧセンサ固定治具
２ 光ファイバ
３ ブラッグ格子
４ ＦＢＧセンサ
５ 測定対象物
６ 固定端子
７ 固定台
７ａ 溝部
７ｂ 係止部
７ｃ 磁力スイッチ
７ｄ 磁石部
７ｅ スイッチ部
８ 計測装置
３１ 第一ブラッグ格子
３２ 第二ブラッグ格子
４１ 第一ＦＢＧセンサ
４２ 第二ＦＢＧセンサ
６１ 第一固定端子
６２ 第二固定端子
６３ 第三固定端子
７１ 第一固定台
７２ 第二固定台
７３ 第三固定台
８１ 光源
８２ 光サーキュレータ
８３ 光電変換部
８４ 解析部

Claims (7)

1. 光ファイバ内にブラッグ格子を形成したＦＢＧセンサを磁性体の測定対象物に対して固定するＦＢＧセンサ固定治具であって、
   前記ブラッグ格子を挟んで両側に位置するように前記光ファイバの外周部に形成された固定端子と、
   前記固定端子を係止可能かつ前記測定対象物に磁力で固定可能に形成された固定台と、
   を備えたことを特徴とするＦＢＧセンサ固定治具。
2. 前記固定台は、着磁状態と消磁状態とを切り替え可能な磁力スイッチを備える、請求項１に記載のＦＢＧセンサ固定治具。
3. 前記固定台は、前記光ファイバを挿通する溝部と、該溝部に形成され前記固定端子を係止する係止部と、を備えている請求項１に記載のＦＢＧセンサ固定治具。
4. 前記係止部は、前記固定端子の両側に配置されるように形成されている、請求項３に記載のＦＢＧセンサ固定治具。
5. 前記光ファイバは、複数のブラッグ格子を備え、前記固定端子は、前記複数のブラッグ格子よりも一つ多い個数を備え、前記ブラッグ格子及び前記固定端子は交互に配置されている、請求項１に記載のＦＢＧセンサ固定治具。
6. 光ファイバ内にブラッグ格子を形成したＦＢＧセンサを磁性体の測定対象物に対して固定するＦＢＧセンサ固定方法であって、
   前記ブラッグ格子を挟んで両側に位置するように前記光ファイバの外周部に固定端子を形成し、
   前記固定端子を固定台に係止させた状態で前記固定台を前記測定対象物に磁力で固定するようにした、
   ことを特徴とするＦＢＧセンサ固定方法。
7. 前記ブラッグ格子の一方の側に配置される第一固定端子及び第一固定台と、前記ブラッグ格子を挟んで反対側に配置される第二固定端子及び第二固定台と、を備え、
   前記第一固定台を消磁状態にした状態で前記第一固定端子を前記第一固定台に係止させ、前記第一固定台を前記測定対象物の表面に接地させた状態で前記第一固定台を着磁状態に切り替え、
   前記第二固定台を消磁状態にした状態で前記第二固定端子を前記第二固定台に係止させ、前記光ファイバに張力が生じるように前記第二固定台を前記測定対象物の表面に接地させた状態で前記第二固定台を着磁状態に切り替えるようにした、
   請求項６に記載のＦＢＧセンサ固定方法。