JP2656838B2 - 歪検知用センサ - Google Patents
歪検知用センサInfo
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/243—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、構造物等の歪量の分布を検知するための
歪検知用センサに関する。
歪検知用センサに関する。
光ファイバを用いた歪検知用センサは、例えば第３図
に示すように構造物01に沿わせてセンサケーブルとして
の光ファイバ02をセンサアンカ03により固定し、その構
造物に何らかの原因により生じる歪量の分布を調べるの
に用いられる。
に示すように構造物01に沿わせてセンサケーブルとして
の光ファイバ02をセンサアンカ03により固定し、その構
造物に何らかの原因により生じる歪量の分布を調べるの
に用いられる。
光ファイバ02の歪検知用センサで検知された信号は、
光学時間領域反射測定器（OTDR:Optical Time Domain R
eflectometer）04を介して演算処理装置05へ送られ、検
知された歪量の分布、変化が測定され、プロッタ06等へ
表示される。
光学時間領域反射測定器（OTDR:Optical Time Domain R
eflectometer）04を介して演算処理装置05へ送られ、検
知された歪量の分布、変化が測定され、プロッタ06等へ
表示される。
OTDR04は、光ファイバの一端からパルス信号を入射
し、構造物等に加えられた圧力や変位によって発生する
光伝送損失を光ファイバ各部分から戻ってくる後方散乱
光の強度により測定するものである。
し、構造物等に加えられた圧力や変位によって発生する
光伝送損失を光ファイバ各部分から戻ってくる後方散乱
光の強度により測定するものである。
歪検知用センサは地すべり検知用に地中に埋設される
パイプに沿わせてパイプに加わる地すべりによる歪量変
化を検知するのに用いることもできる。
パイプに沿わせてパイプに加わる地すべりによる歪量変
化を検知するのに用いることもできる。
上記歪検知用センサにより歪量を検知する場合、光フ
ァイバとしては歪が加わることにより光伝送損失が変化
するセンサ構造のものが必要となる。
ァイバとしては歪が加わることにより光伝送損失が変化
するセンサ構造のものが必要となる。
このようなセンサ構造を有する従来のものとして、光
ファイバ素線に圧縮力を加えて光ファイバ素線にうねり
を生じさせ、そのうねりによる光伝送損失から圧縮歪を
検知する構成のものが知られている。この圧縮歪と光伝
送損失との関係は、電子情報通信学会論文誌B VOL.J71
−B No.6頁733〜740、1988年６月、「樹脂中光ファイバ
心線の低温時における光損増加」に示されている。
ファイバ素線に圧縮力を加えて光ファイバ素線にうねり
を生じさせ、そのうねりによる光伝送損失から圧縮歪を
検知する構成のものが知られている。この圧縮歪と光伝
送損失との関係は、電子情報通信学会論文誌B VOL.J71
−B No.6頁733〜740、1988年６月、「樹脂中光ファイバ
心線の低温時における光損増加」に示されている。
この論文による光ファイバの構成は、保護被覆に被わ
れた樹脂中に光ファイバを挿通させたGI型光ファイバで
ある。そしてこのGI型光ファイバを低温状態にすると、
各構成材料の線膨張係数が一般に異なるため、この線膨
張係数の差によって各材料に応力が発生し、光ファイバ
周囲の材料が一層収縮してその収縮力がある臨界値（臨
界座屈荷重）を超えると座屈が始まり、光ファイバは正
弦波状に波打って曲がる。
れた樹脂中に光ファイバを挿通させたGI型光ファイバで
ある。そしてこのGI型光ファイバを低温状態にすると、
各構成材料の線膨張係数が一般に異なるため、この線膨
張係数の差によって各材料に応力が発生し、光ファイバ
周囲の材料が一層収縮してその収縮力がある臨界値（臨
界座屈荷重）を超えると座屈が始まり、光ファイバは正
弦波状に波打って曲がる。
上記のように光ファイバを低温状態で正弦波状にうね
られせて、その光伝送損失を測定すると、その光伝送損
失は曲げ回数の増加に伴なって増大し、ある曲げ回数以
上ではほゞ飽和する。
られせて、その光伝送損失を測定すると、その光伝送損
失は曲げ回数の増加に伴なって増大し、ある曲げ回数以
上ではほゞ飽和する。
しかし、上述した論文での圧縮歪と光伝送損失の問題
は低温状態での熱収縮により生じるものであり、上記論
文によるGI型光ファイバの構成のまゝでは常温状態で低
圧縮歪に対して光伝送損失を生じさせることはできな
い。この場合、低圧縮歪とは0.1％以下の歪量をいう。
は低温状態での熱収縮により生じるものであり、上記論
文によるGI型光ファイバの構成のまゝでは常温状態で低
圧縮歪に対して光伝送損失を生じさせることはできな
い。この場合、低圧縮歪とは0.1％以下の歪量をいう。
すなわち、圧縮力が臨界座屈荷重より小さい場合は光
伝送損失が発生せずこのような低い圧縮力では光ファイ
バに顕著なうねりが発生しないため、低歪量の検知を測
定するための歪検知用センサとして用いることができな
いという問題がある。
伝送損失が発生せずこのような低い圧縮力では光ファイ
バに顕著なうねりが発生しないため、低歪量の検知を測
定するための歪検知用センサとして用いることができな
いという問題がある。
この発明は、上記のような歪検知用センサとして用い
られる光ファイバの現状に鑑みてなされたものであり、
その目的は予め光ファイバ素線に圧縮歪を加え、うねり
が発生する直前の状態に設定した光ファイバを用いた歪
検知用センサを提供するにある。
られる光ファイバの現状に鑑みてなされたものであり、
その目的は予め光ファイバ素線に圧縮歪を加え、うねり
が発生する直前の状態に設定した光ファイバを用いた歪
検知用センサを提供するにある。
そこでこの発明では上記課題を解決するための手段と
して、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂被覆した光
ファイバ素線と、この素線をその溝内に収納したスペー
サと、前記スペーサ溝内に光ファイバ素線を固定する樹
脂とから成り、上記スペーサは光ファイバ素線を真直に
張った状態でその溝内に収納する際に所定の弾性域内で
の伸びを適宜手段により予め与えて光ファイバ素線を一
部あるいは全長を樹脂により固定し、その後スペーサの
伸びを元に戻して光ファイバ素線に圧縮歪を加えて成る
歪検知用センサの構成を採用したのである。
して、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂被覆した光
ファイバ素線と、この素線をその溝内に収納したスペー
サと、前記スペーサ溝内に光ファイバ素線を固定する樹
脂とから成り、上記スペーサは光ファイバ素線を真直に
張った状態でその溝内に収納する際に所定の弾性域内で
の伸びを適宜手段により予め与えて光ファイバ素線を一
部あるいは全長を樹脂により固定し、その後スペーサの
伸びを元に戻して光ファイバ素線に圧縮歪を加えて成る
歪検知用センサの構成を採用したのである。
上記の伸びは光ファイバ素線がうねりを発生する直前
の状態となるよう設定する。
の状態となるよう設定する。
また、前記光ファイバ素線をスペーサの中心軸に収縮
するようにスペーサ溝を構成するのがよい。
するようにスペーサ溝を構成するのがよい。
そして前記スペーサは、アルミなどの金属や、ポリエ
チレンなどのプラスチック、あるいはそれらの複合体の
いずれかで形成することができる。
チレンなどのプラスチック、あるいはそれらの複合体の
いずれかで形成することができる。
上記のように構成した光ファイバケーブルから成る歪
検知用センサでは、低歪量の検知を可能とするための手
段として、予め光ファイバ素線に圧縮歪を加えてうねり
が発生する歪量の直前の状態に設定されている。
検知用センサでは、低歪量の検知を可能とするための手
段として、予め光ファイバ素線に圧縮歪を加えてうねり
が発生する歪量の直前の状態に設定されている。
上記圧縮歪を加えて光ファイバ素線にうねりを発生さ
せるためには、その光ファイバの樹脂中の臨界座屈荷重
等が問題となる。
せるためには、その光ファイバの樹脂中の臨界座屈荷重
等が問題となる。
光ファイバの樹脂中の臨界座屈荷重Ｆは、前述した電
子情報通信学会論文によると、 Ｆ＝1.19（ΕＩβ）0.5 で与えられる。こゝで、Ε：ヤング率、I:断面２次モー
メント、β：ばね定数である。
子情報通信学会論文によると、 Ｆ＝1.19（ΕＩβ）0.5 で与えられる。こゝで、Ε：ヤング率、I:断面２次モー
メント、β：ばね定数である。
そこで、例えば光ファイバのコア径50μ、クラッド径
125μ、シリコン樹脂被覆径40μの光ファイバ素線の場
合は、Ｆ＝0.23kgとなり、圧縮歪量では0.26％となる。
125μ、シリコン樹脂被覆径40μの光ファイバ素線の場
合は、Ｆ＝0.23kgとなり、圧縮歪量では0.26％となる。
従って、この例の光ファイバ素線を収納するスペーサ
に0.26％の伸びを予め加えた状態で光ファイバ素線を収
納し、樹脂で固定した後スペーサの伸びを０に戻すと、
光ファイバ素線は0.26％の圧縮歪を受けることになる。
に0.26％の伸びを予め加えた状態で光ファイバ素線を収
納し、樹脂で固定した後スペーサの伸びを０に戻すと、
光ファイバ素線は0.26％の圧縮歪を受けることになる。
なお、この計算値は光ファイバ素線が全長にわたって
理想的に軸方向に圧縮力を受ける場合であり光ファイバ
素線をスペーサ内に収納する時の初期的な曲りなどがあ
るため、実際に光ファイバ素線がうねりを発生するのは
計算値より小さくスペーサに与える伸び量は光ファイバ
素線の臨界座屈荷重に相当する値以下を選択するのが好
ましい。
理想的に軸方向に圧縮力を受ける場合であり光ファイバ
素線をスペーサ内に収納する時の初期的な曲りなどがあ
るため、実際に光ファイバ素線がうねりを発生するのは
計算値より小さくスペーサに与える伸び量は光ファイバ
素線の臨界座屈荷重に相当する値以下を選択するのが好
ましい。
また、スペーサの形状としては、線状体の中心軸に光
ファイバ素線を収納できるのが好ましいが、これは光フ
ァイバ素線が中心軸以外の位置にある場合、輸送時等に
おいてこのスペーサを曲げた時に大きな圧縮又は引張り
歪を受けることゝなり、センサの特性の安定上好ましく
ないからである。
ファイバ素線を収納できるのが好ましいが、これは光フ
ァイバ素線が中心軸以外の位置にある場合、輸送時等に
おいてこのスペーサを曲げた時に大きな圧縮又は引張り
歪を受けることゝなり、センサの特性の安定上好ましく
ないからである。
以下この発明の実施例について添付図を参照して説明
する。
する。
第１図はこの発明による歪検知用センサとして用いら
れるこの実施例の光ファイバの断面図である。
れるこの実施例の光ファイバの断面図である。
光ファイバ素線１は外径0.4mmで、図示省略している
が、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂を被覆して形
成されている。上記、光ファイバ素線１は、スペーサ２
の溝３内に収納され、その溝内に樹脂４による固定され
ている。５は保護被覆である。
が、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂を被覆して形
成されている。上記、光ファイバ素線１は、スペーサ２
の溝３内に収納され、その溝内に樹脂４による固定され
ている。５は保護被覆である。
スペーサ２は外径2mmのアルミ製で、光ファイバ素線
１を真直に張った状態でその溝３の中心軸部に収納する
際に、この実施例では0.1％の伸びを適宜手段により予
め与えられており、その状態で光ファイバ素線１を樹脂
４により固定され、その後スペーサ２の伸びを０に戻し
て光ファイバ素線１に圧縮歪を与えている。
１を真直に張った状態でその溝３の中心軸部に収納する
際に、この実施例では0.1％の伸びを適宜手段により予
め与えられており、その状態で光ファイバ素線１を樹脂
４により固定され、その後スペーサ２の伸びを０に戻し
て光ファイバ素線１に圧縮歪を与えている。
上記のように構成した光ファイバケーブルから成る歪
検知用センサの圧縮歪量（％）とその時の光伝送損失増
加量を測定すると第２図のようになる。なお、比較のた
め本発明の歪検知用センサの光ファイバケーブルのよう
に圧縮歪を加えない通常の構成から成る従来の光ファイ
バによる測定結果も同図に示してある。曲線Ａが本発明
によるもの、曲線Ｂが従来のものである。
検知用センサの圧縮歪量（％）とその時の光伝送損失増
加量を測定すると第２図のようになる。なお、比較のた
め本発明の歪検知用センサの光ファイバケーブルのよう
に圧縮歪を加えない通常の構成から成る従来の光ファイ
バによる測定結果も同図に示してある。曲線Ａが本発明
によるもの、曲線Ｂが従来のものである。
この測定結果から分るように、従来のものでは歪量が
0.1％以上になってから光伝送損失が増大するのに対し
て、本発明によるものでは0.02％程度の歪量でも光伝送
損失が増加しており、低歪量の検知に効果のあることが
分る。
0.1％以上になってから光伝送損失が増大するのに対し
て、本発明によるものでは0.02％程度の歪量でも光伝送
損失が増加しており、低歪量の検知に効果のあることが
分る。
以上詳細に説明したように、この発明による歪検知用
センサは光ファイバ素線をスペーサ内の溝内に収納し、
その際スペーサには予め所定の弾性域内での伸びを与え
て樹脂により固定し、その後スペーサの伸びを元に戻し
て光ファイバ素線に圧縮歪を加えたものとして構成され
ているから、光ファイバ素線には圧縮歪によるうねりが
生じており、光伝送損失の増加が大きく、従って0.1％
以下の低歪量の検知でも測定可能であるため、極めて感
度のよい歪検知用センサが得られる。
センサは光ファイバ素線をスペーサ内の溝内に収納し、
その際スペーサには予め所定の弾性域内での伸びを与え
て樹脂により固定し、その後スペーサの伸びを元に戻し
て光ファイバ素線に圧縮歪を加えたものとして構成され
ているから、光ファイバ素線には圧縮歪によるうねりが
生じており、光伝送損失の増加が大きく、従って0.1％
以下の低歪量の検知でも測定可能であるため、極めて感
度のよい歪検知用センサが得られる。
第１図はこの発明による歪検知用センサとして用いられ
る光ファイバケーブルの主要断面図、第２図は本発明と
従来例の歪検知用センサの光ファイバケーブルの圧縮歪
量と光伝送損失増加量との関係の測定結果を示すグラ
フ、第３図は一般的な構造物の歪量測定方法の概略ブロ
ック図である。 １……光ファイバ素線、２……スペーサ、３……溝、４
……樹脂、５……保護被覆。
る光ファイバケーブルの主要断面図、第２図は本発明と
従来例の歪検知用センサの光ファイバケーブルの圧縮歪
量と光伝送損失増加量との関係の測定結果を示すグラ
フ、第３図は一般的な構造物の歪量測定方法の概略ブロ
ック図である。 １……光ファイバ素線、２……スペーサ、３……溝、４
……樹脂、５……保護被覆。
フロントページの続き (72)発明者 森 克博 神奈川県相模原市西橋本５丁目９番１号 新日本製鐵株式会社鉄構海洋事業部内 (56)参考文献 特開 昭63−109306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−104235（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−232228（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−10620（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭58−501336（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】光ファイバのコア、クラッド上に樹脂被覆
した光ファイバ素線と、この素線をその溝内に収納した
スペーサと、前記スペーサ溝内に光ファイバ素線を固定
する樹脂とから成り、上記スペーサは光ファイバ素線を
真直に張った状態でその溝内に収納する際に所定の弾性
域内での伸びを適宜手段により予め与えて光ファイバ素
線を一部あるいは全長を樹脂により固定し、その後スペ
ーサの伸びを元に戻して光ファイバ素線に圧縮歪を加え
て成ることを特徴とする歪検知用センサ。 - 【請求項２】上記所定の弾性域をセンサとして使用する
光ファイバ素線の臨界座屈荷重に相当する伸び量以下で
あることを特徴とする請求項１に記載の歪検知用セン
サ。 - 【請求項３】前記光ファイバ素線をスペーサの中心軸に
収納するように溝を構成したことを特徴とする請求項１
又は２に記載の歪検知用センサ。 - 【請求項４】前記スペーサをアルミなどの金属や、ポリ
エチレンなどのプラスチック、あるいはそれらの複合体
のいずれかで形成したことを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の歪検知用センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31489489A JP2656838B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 歪検知用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31489489A JP2656838B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 歪検知用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03175328A JPH03175328A (ja) | 1991-07-30 |
| JP2656838B2 true JP2656838B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=18058911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31489489A Expired - Lifetime JP2656838B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 歪検知用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656838B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028618A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Fujikura Ltd | 歪み検知用光ケーブルおよびこれを用いた歪み検知装置 |
| JP4881011B2 (ja) * | 2006-01-16 | 2012-02-22 | 日立電線株式会社 | 衝撃検知光ファイバセンサの製造方法 |
| CN106873105A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-20 | 湖北同广和新材料有限公司 | 高性能微预应力热塑型智能光纤棒及其制作方法 |
| WO2022223766A1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Politecnico Di Milano | Method for embedding a monitoring system in a device |
-
1989
- 1989-12-04 JP JP31489489A patent/JP2656838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03175328A (ja) | 1991-07-30 |
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