JP3365286B2 - 歪み分布測定システム - Google Patents
歪み分布測定システムInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバそのも
のや光ファイバ敷設周囲環境の歪み分布測定を行う歪み
分布測定システムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】光ファイバ中に入射した光と光ファイバ
中の伝搬光媒質中に生じる音波との相互作用により入射
光の光周波数から媒質固有の周波数だけずれたブリルア
ン散乱光が発生する。 【０００３】光ファイバに伸び歪みεが発生したときの
ブリルアン散乱光の光周波数シフト量νB （ε）は、
(1) 式で表されることが知られている。 【０００４】 νB （ε）＝νB0（０）（１＋Ｃ・ε） …(1) νB （ε）：歪みεが生じたときのブリルアン周波数シ
フト νB0（０）：歪みが０のときのブリルアン周波数シフト Ｃ：比例係数 ε：歪み量 したがって、光ファイバ中で発生したブリルアン散乱光
の周波数シフト量νB（ε）を求めれば、光ファイバに
発生した歪みを求めることができる。よって、ＯＴＤＲ
（Optical Time Domain Reflectometry ）の手法等によ
りνB （ε）を光ファイバの長手方向の距離の関数とし
て測定すれば、光ファイバに発生した歪み分布を求める
ことができる。 【０００５】このようにして光ファイバに生じた歪み分
布を求めることにより、光ファイバの製造・敷設管理に
用いたり、敷設後の光ファイバの寿命診断に用いること
ができる。またコンクリート構造物や土木構造物中に光
ファイバを埋設したり張り付けることにより、これらの
構造物の歪み分布を測定することができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブリル
アン周波数シフトは、光ファイバに生じた歪みだけでな
く温度によっても変化するため、ブリルアン周波数シフ
ト量から光ファイバに発生した歪みを求めると誤差を生
じる可能性があった。歪みによるブリルアン周波数シフ
ト量が約０．０５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎであるのに対
し、温度によるブリルアン周波数シフト量が約１ＭＨｚ
／℃であるため、温度が１℃変化すると２０μｓｔｒａ
ｉｎの測定誤差が発生することになり、高精度の歪み分
布測定を行う妨げとなっていた。 【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度変化があっても高精度に歪み分布を測定できる
歪み分布測定システムを提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、光ファイバ心線をセンサとし、
該光ファイバ心線中のブリルアン散乱光を用いて光ファ
イバケーブルの歪み分布を測定する歪み分布測定システ
ムにおいて、上記光ファイバ心線の温度分布を測定し、
ブリルアン散乱光分布測定結果から光ファイバケーブル
の歪み分布を導出する際に、温度分布測定結果を用いて
歪み分布を導出する歪み分布測定システムであって、前
記温度測定結果を用いる際に、光ファイバ心線の種類、
光ファイバ心線の光ファイバケーブルへの複合状態や光
ファイバケーブルの布設状態等の影響で決まる感度係数
を用いて歪み分布を導出する歪み分布測定システムであ
って、前記感度係数が、温度条件の異なる複数回の温度
分布測定結果、及びブリルアン散乱光分布測定結果を用
いて求めたものであることを特徴とするものである。 【０００９】 【００１０】 【００１１】上記の構成によれば、歪み測定用光ファイ
バケーブルの長さ方向各部の温度分布をラマン散乱光分
布測定方式等の光ファイバ分布型温度測定方式により求
め、ブリルアン散乱光分布測定によって得られたブリル
アン散乱光の光周波数シフト量νB （ε）を温度による
変化分だけ補正して歪み分布（光ファイバ各部の歪み
量）に変換するようにして、温度変化により生じる歪み
測定誤差を軽減することができる。 【００１２】具体的には、ブリルアン散乱光の光周波数
シフト量νB （ε）を温度依存性も考慮して下記(2) 式
で表し、(2) 式より導出した(3) 式を用いて歪みを求め
るようにした。 【００１３】 νB ( ε(x),ΔT(x),x)=νB0(0,T0 ,x) ・(1+C s ・ ε(x)+C T ・ ΔT(x)) …(2) C s ：歪み感度 C T ：温度感度 T 0 ：基準温度 ｘ：距離 ΔT(x)：距離ｘでの基準温度との差 ε(x) ：距離ｘでの歪 νB ( ε(x),ΔT(x),x) ：歪みがε，基準温度との差が
ΔT ，距離がｘでのブリルアン周波数シフト量（ブリル
アン周波数シフト量は、ε,Tが同じでも距離ｘでの光フ
ァイバ心線の種類により異なった値となる） νB0(0,T0 ,x) ：歪みが０，温度がT 0 ，距離がｘでの
ブリルアン周波数シフト量 ε(x)=( νB ( ε(x),ΔT(x),x)/νB0(0,T0 ,x)-1-C T ・ ΔT(x))/C s …(3) さらに、ブリルアン散乱光分布測定結果から光ファイバ
ケーブルの歪み分布を導出するために温度分布測定結果
を用いる際に、温度分布感度C T を光ファイバ心線の種
類、光ファイバ心線のケーブルへの複合状態や光ファイ
バケーブルの敷設状態によって異なることに対応して精
度良く測定することができるようになる。光ファイバ心
線の被覆材料として紫外線硬化樹脂を用いた場合の温度
感度C Tは１ＭＨｚ／℃、ナイロンを用いた場合は３Ｍ
Ｈｚ／℃と異なっていたので被覆材料に対応した温度感
度を用いる必要があることが分かった。また、ナイロン
被覆光ファイバ心線をプラスティ ック製のスペーサに収
容してケーブル化した場合（スペーサ型ケーブル）、温
度感度は４ＭＨｚ／℃であったので、光ファイバの複合
構造も考慮する必要のあることが分かった。また、上記
ナイロン心線のスペーサ型ケーブルをコンクリートに直
接埋設した場合、温度感度は０．５ＭＨｚ／℃であり、
敷設方法も考慮する必要のあることが分かった。 【００１４】スペーサ型光ファイバケーブルや金属管内
に光ファイバ心線を収容する金属管シース光ファイバケ
ーブルの場合、光ファイバ心線とケーブル構造体（シー
ス）の密着度が場所により異なる場合があることが予想
される。そこで、このような場合にも対応して精度良く
歪み分布を測定できるようにする方式も検討した。すな
わち、温度条件の異なる複数回の温度分布測定時の光フ
ァイバ歪みが一定（複数回の測定で同じ）であると仮定
して、複数回の温度分布測定結果に最も良く適合するよ
うに、最小二乗法近似手法等により光ファイバ各部（距
離ｘ）に対応する温度感度ＣT （ｘ）を求めるようにし
た。この場合、(4)式を変形した(5) 式を用いることによ
り、センサ用光ファイバの長さ方向のケーブル複合構造
や敷設方法の違いにより生じる温度感度の違いを考慮し
て精度良く歪みを求めることができる。 【００１５】 νB ( ε(x),ΔT(x),x)=νB0(0,T0 ,x) ・(1+C s ・ ε(x)+C T (x) ・ ΔT(x)) …(4) ε(x)=( νB ( ε(x),ΔT(x),x)/νB0(0,T0 ,x)-1-C T (x) ・ ΔT(x)) /Cs …(5) センサ用光ファイバの長さ方向の歪み分布や温度感度が
周囲環境の変化により変化し、温度感度を求めるための
一連の複数回の測定中に変化することも考えられる。こ
のような場合、その複数回の温度分布及びブリルアン散
乱光分布測定結果を用いて最小二乗近似などで温度感度
ＣT （ｘ）を求めずに、再度複数回の温度分布、及び、
ブリルアン散乱光分布測定の組を選定し直し（あるいは
測定し直し）て温度感度ＣT （ｘ）を求めるようにすれ
ば良い。距離ｘ毎に使用する測定データの組を変えても
良い。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。 【００１７】図１に示すように、長さ１０００ｍのセン
サ用光ファイバケーブル３０にはブリルアン散乱光の周
波数シフト量分布測定装置１に接続された光ファイバ心
線３１と温度分布測定装置２に接続された光ファイバ心
線３２が複合されている。 【００１８】光ファイバ心線３１，３２は、コアとクラ
ッドよりなるガラスの上にシリコーン樹脂が被覆され、
その上にナイロンが被覆されており、スペーサ型の光フ
ァイバケーブル３０に収容されている。 【００１９】スペーサ型の光ファイバケーブル３０は、
コンクリート４の中に直接埋設されており、コンクリー
ト４の歪みによるブリルアン周波数シフト感度Ｃｓは、
０．０５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎ、温度Ｔによるブリル
アン周波数シフトの係数ＣTは、０．５ＭＨｚ／℃であ
った。 【００２０】歪み分布測定に際し、約２５０ｍの位置で
コンクリート外部から圧力Ｐを加えた。また、約７００
ｍの位置のコンクリート中に温水を充填した容器５を埋
め込んだ。 【００２１】図２（ａ）に温度分布測定結果、図２
（ｂ）にブリルアン散乱光の周波数シフト量分布測定結
果及びこれらを用いて(3) 式で求めた歪み分布の例を図
２（ｃ）に示す。 【００２２】図２（ｂ）に示すように、ブリルアン散乱
光のシフト周波数は、２５０ｍ付近と７００ｍ付近で大
きくなっていた。この情報だけで歪み分布を求めた場
合、２５０ｍ付近と７００ｍ付近に歪みの大きい部分が
存在することになる。 【００２３】一方、図２（ａ）に示すように温度分布測
定結果は、７００ｍ付近で高くなっていた。 【００２４】(3) 式を用いて温度分布の情報も利用して
求めた歪み分布測定結果では、図２（ｃ）に示すよう
に、２５０ｍ付近の歪みは大きかったが、７００ｍ付近
の歪みは特に変化が見られず、温度変化の影響を受けず
に、圧力を印加した場合に発生した歪みを測定できた。 【００２５】次に、センサ用光ファイバの敷設状態が２
種類ある場合の実施の形態を図３を用いて説明する。 【００２６】センサ用光ファイバには、図１の実施の形
態と同じナイロン被覆光ファイバ心線３１，３２をスペ
ーサ型ケーブル化したものを用いた。 【００２７】スペーサ型ケーブル３０は、長さ１０００
ｍまではコンクリート４中に埋設し、１０００〜１４０
０ｍまでは土壌６中に埋設した。 【００２８】コンクリート４中に埋設した光ファイバ心
線３１の歪みによるブリルアン周波数シフト感度Ｃｓ
は、図１の実施の形態と同様に０．０５ＭＨｚ／μｓｔ
ｒａｉｎ、光ファイバ心線３２の温度によるブリルアン
周波数シフトの係数ＣT は、３ＭＨｚ／℃であった。一
方土壌６中に埋設した場合の感度を別途測定したとこ
ろ、光ファイバ心線３１，３２のブリルアン周波数シフ
トの歪み感度Ｃｓはコンクリート中埋設と同様に０．０
５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎであったが、温度感度Ｃ
T は、１ＭＨｚ／℃とコンクリート中よりも大きかっ
た。 【００２９】したがって、歪み感度は全長同じ値（０．
０５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎ）を用い、温度感度は、０
〜１０００ｍまでは０．５ＭＨｚ／℃、１０００〜１４
００ｍまでは１ＭＨｚ／℃を用いて歪み分布測定を行う
ことになる。 【００３０】土壌６中に埋設した光ファイバ心線３２の
温度感度を土壌の固め具合が異なる場合につき測定した
ところ、土壌６中の固め具合で温度感度が多少異なるこ
とが分かった。温度感度は、土壌６の固め具合以外にも
種類や組成で異なることも考えられる。 【００３１】このような条件で温度感度が変化すると、
別途測定しておいた温度感度を用いたのでは正確な温度
補正が行えず、高精度での歪み分布測定が行えないこと
になる。このような場合には、以下に示すようにセンサ
用光ファイバを敷設して使用している状態で随時温度感
度の校正を行うことで対応できる。 【００３２】例えば、道路や鉄道の土盛り部の土壌中に
センサ用光ファイバを敷設した場合を考える。土壌中の
光ファイバ部の温度は、１日の経時変化では日中は高
く、夜間低くなり、一般にその温度差は１０〜２０℃程
度ある。しかし、歪み分布は地震などの特異現象がなけ
れば１日程度の短時間ではほとんど変化しないと考える
ことができる。このような環境で時刻ｔに測定したブリ
ルアン周波数シフト量及び温度分布を測定したときのx=
x1での温度に対するブリルアン周波数シフト量の関係を
図４に示す。 【００３３】２４時間分のデータ（１時間毎）の最小二
乗近似直線を求めたものは点線のようになった。この直
線の傾きが温度感度に相当する。このとき標準偏差σが
予め定めた値σ0 よりも小さい場合、１連の測定中にｘ
1 地点での歪みや温度感度が変化していないと判断し
て、歪み分布を求める際の温度感度として直線の傾きを
用いることができる。標準偏差σがσ0 以上であった場
合、これら一連のデータで温度感度を算出して用いるこ
とはせず、新たな２４時間分のデータの組を選定（ある
いは測定）し直して傾き、及び標準偏差を求めるように
する。 【００３４】このような計算を全ての距離ｘに対して行
うことにより、全ての距離での温度感度を求めることが
できる。 【００３５】なお、上述の実施の形態では、ブリルアン
周波数シフト量分布測定用光ファイバ心線と温度分布測
定用光ファイバ心線を同じケーブルに複合された異なる
光ファイバ心線として説明したが、同一の光ファイバ心
線を用いても良い。この場合、ブリルアン周波数シフト
量分布と温度分布を交互に測定したり、あるいはブリル
アン散乱光とラマン散乱光を両方測定できる構成の計測
器を用いる。歪分布測定と温度分布測定でそれぞれ別の
光ファイバ心線を用いた場合には、それぞれの光ファイ
バ心線に作用する歪や温度が多少異なることも考えられ
るが、同一の光ファイバ心線をセンサとして用いること
で、このような影響を受けなくなり、測定精度を向上す
ることができる。また交互にブリルアン散乱光とラマン
散乱光を測定しても短時間的には変化は少ないため、測
定精度に支障はない。 【００３６】このように、本発明を用いると、ダムなど
のコンクリート構造物、鉄道などの土盛部、高架部等の
土木構造物や建造物などの歪み分布を精度良く測定する
ことができる。 【００３７】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ブリルア
ン散乱光の周波数シフトを利用した歪み測定を温度変動
の影響を受けずに精度良く測定することができる。また
センサ用光ファイバの温度分布に対するブリルアン周波
数シフト量変化の感度が敷設周囲状態によって異なった
り、敷設後に変化するような場合でも、随時温度感度を
全長に亘り校正して歪み分布測定に使用できる。
のや光ファイバ敷設周囲環境の歪み分布測定を行う歪み
分布測定システムに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】光ファイバ中に入射した光と光ファイバ
中の伝搬光媒質中に生じる音波との相互作用により入射
光の光周波数から媒質固有の周波数だけずれたブリルア
ン散乱光が発生する。 【０００３】光ファイバに伸び歪みεが発生したときの
ブリルアン散乱光の光周波数シフト量νB （ε）は、
(1) 式で表されることが知られている。 【０００４】 νB （ε）＝νB0（０）（１＋Ｃ・ε） …(1) νB （ε）：歪みεが生じたときのブリルアン周波数シ
フト νB0（０）：歪みが０のときのブリルアン周波数シフト Ｃ：比例係数 ε：歪み量 したがって、光ファイバ中で発生したブリルアン散乱光
の周波数シフト量νB（ε）を求めれば、光ファイバに
発生した歪みを求めることができる。よって、ＯＴＤＲ
（Optical Time Domain Reflectometry ）の手法等によ
りνB （ε）を光ファイバの長手方向の距離の関数とし
て測定すれば、光ファイバに発生した歪み分布を求める
ことができる。 【０００５】このようにして光ファイバに生じた歪み分
布を求めることにより、光ファイバの製造・敷設管理に
用いたり、敷設後の光ファイバの寿命診断に用いること
ができる。またコンクリート構造物や土木構造物中に光
ファイバを埋設したり張り付けることにより、これらの
構造物の歪み分布を測定することができる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブリル
アン周波数シフトは、光ファイバに生じた歪みだけでな
く温度によっても変化するため、ブリルアン周波数シフ
ト量から光ファイバに発生した歪みを求めると誤差を生
じる可能性があった。歪みによるブリルアン周波数シフ
ト量が約０．０５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎであるのに対
し、温度によるブリルアン周波数シフト量が約１ＭＨｚ
／℃であるため、温度が１℃変化すると２０μｓｔｒａ
ｉｎの測定誤差が発生することになり、高精度の歪み分
布測定を行う妨げとなっていた。 【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度変化があっても高精度に歪み分布を測定できる
歪み分布測定システムを提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、光ファイバ心線をセンサとし、
該光ファイバ心線中のブリルアン散乱光を用いて光ファ
イバケーブルの歪み分布を測定する歪み分布測定システ
ムにおいて、上記光ファイバ心線の温度分布を測定し、
ブリルアン散乱光分布測定結果から光ファイバケーブル
の歪み分布を導出する際に、温度分布測定結果を用いて
歪み分布を導出する歪み分布測定システムであって、前
記温度測定結果を用いる際に、光ファイバ心線の種類、
光ファイバ心線の光ファイバケーブルへの複合状態や光
ファイバケーブルの布設状態等の影響で決まる感度係数
を用いて歪み分布を導出する歪み分布測定システムであ
って、前記感度係数が、温度条件の異なる複数回の温度
分布測定結果、及びブリルアン散乱光分布測定結果を用
いて求めたものであることを特徴とするものである。 【０００９】 【００１０】 【００１１】上記の構成によれば、歪み測定用光ファイ
バケーブルの長さ方向各部の温度分布をラマン散乱光分
布測定方式等の光ファイバ分布型温度測定方式により求
め、ブリルアン散乱光分布測定によって得られたブリル
アン散乱光の光周波数シフト量νB （ε）を温度による
変化分だけ補正して歪み分布（光ファイバ各部の歪み
量）に変換するようにして、温度変化により生じる歪み
測定誤差を軽減することができる。 【００１２】具体的には、ブリルアン散乱光の光周波数
シフト量νB （ε）を温度依存性も考慮して下記(2) 式
で表し、(2) 式より導出した(3) 式を用いて歪みを求め
るようにした。 【００１３】 νB ( ε(x),ΔT(x),x)=νB0(0,T0 ,x) ・(1+C s ・ ε(x)+C T ・ ΔT(x)) …(2) C s ：歪み感度 C T ：温度感度 T 0 ：基準温度 ｘ：距離 ΔT(x)：距離ｘでの基準温度との差 ε(x) ：距離ｘでの歪 νB ( ε(x),ΔT(x),x) ：歪みがε，基準温度との差が
ΔT ，距離がｘでのブリルアン周波数シフト量（ブリル
アン周波数シフト量は、ε,Tが同じでも距離ｘでの光フ
ァイバ心線の種類により異なった値となる） νB0(0,T0 ,x) ：歪みが０，温度がT 0 ，距離がｘでの
ブリルアン周波数シフト量 ε(x)=( νB ( ε(x),ΔT(x),x)/νB0(0,T0 ,x)-1-C T ・ ΔT(x))/C s …(3) さらに、ブリルアン散乱光分布測定結果から光ファイバ
ケーブルの歪み分布を導出するために温度分布測定結果
を用いる際に、温度分布感度C T を光ファイバ心線の種
類、光ファイバ心線のケーブルへの複合状態や光ファイ
バケーブルの敷設状態によって異なることに対応して精
度良く測定することができるようになる。光ファイバ心
線の被覆材料として紫外線硬化樹脂を用いた場合の温度
感度C Tは１ＭＨｚ／℃、ナイロンを用いた場合は３Ｍ
Ｈｚ／℃と異なっていたので被覆材料に対応した温度感
度を用いる必要があることが分かった。また、ナイロン
被覆光ファイバ心線をプラスティ ック製のスペーサに収
容してケーブル化した場合（スペーサ型ケーブル）、温
度感度は４ＭＨｚ／℃であったので、光ファイバの複合
構造も考慮する必要のあることが分かった。また、上記
ナイロン心線のスペーサ型ケーブルをコンクリートに直
接埋設した場合、温度感度は０．５ＭＨｚ／℃であり、
敷設方法も考慮する必要のあることが分かった。 【００１４】スペーサ型光ファイバケーブルや金属管内
に光ファイバ心線を収容する金属管シース光ファイバケ
ーブルの場合、光ファイバ心線とケーブル構造体（シー
ス）の密着度が場所により異なる場合があることが予想
される。そこで、このような場合にも対応して精度良く
歪み分布を測定できるようにする方式も検討した。すな
わち、温度条件の異なる複数回の温度分布測定時の光フ
ァイバ歪みが一定（複数回の測定で同じ）であると仮定
して、複数回の温度分布測定結果に最も良く適合するよ
うに、最小二乗法近似手法等により光ファイバ各部（距
離ｘ）に対応する温度感度ＣT （ｘ）を求めるようにし
た。この場合、(4)式を変形した(5) 式を用いることによ
り、センサ用光ファイバの長さ方向のケーブル複合構造
や敷設方法の違いにより生じる温度感度の違いを考慮し
て精度良く歪みを求めることができる。 【００１５】 νB ( ε(x),ΔT(x),x)=νB0(0,T0 ,x) ・(1+C s ・ ε(x)+C T (x) ・ ΔT(x)) …(4) ε(x)=( νB ( ε(x),ΔT(x),x)/νB0(0,T0 ,x)-1-C T (x) ・ ΔT(x)) /Cs …(5) センサ用光ファイバの長さ方向の歪み分布や温度感度が
周囲環境の変化により変化し、温度感度を求めるための
一連の複数回の測定中に変化することも考えられる。こ
のような場合、その複数回の温度分布及びブリルアン散
乱光分布測定結果を用いて最小二乗近似などで温度感度
ＣT （ｘ）を求めずに、再度複数回の温度分布、及び、
ブリルアン散乱光分布測定の組を選定し直し（あるいは
測定し直し）て温度感度ＣT （ｘ）を求めるようにすれ
ば良い。距離ｘ毎に使用する測定データの組を変えても
良い。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。 【００１７】図１に示すように、長さ１０００ｍのセン
サ用光ファイバケーブル３０にはブリルアン散乱光の周
波数シフト量分布測定装置１に接続された光ファイバ心
線３１と温度分布測定装置２に接続された光ファイバ心
線３２が複合されている。 【００１８】光ファイバ心線３１，３２は、コアとクラ
ッドよりなるガラスの上にシリコーン樹脂が被覆され、
その上にナイロンが被覆されており、スペーサ型の光フ
ァイバケーブル３０に収容されている。 【００１９】スペーサ型の光ファイバケーブル３０は、
コンクリート４の中に直接埋設されており、コンクリー
ト４の歪みによるブリルアン周波数シフト感度Ｃｓは、
０．０５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎ、温度Ｔによるブリル
アン周波数シフトの係数ＣTは、０．５ＭＨｚ／℃であ
った。 【００２０】歪み分布測定に際し、約２５０ｍの位置で
コンクリート外部から圧力Ｐを加えた。また、約７００
ｍの位置のコンクリート中に温水を充填した容器５を埋
め込んだ。 【００２１】図２（ａ）に温度分布測定結果、図２
（ｂ）にブリルアン散乱光の周波数シフト量分布測定結
果及びこれらを用いて(3) 式で求めた歪み分布の例を図
２（ｃ）に示す。 【００２２】図２（ｂ）に示すように、ブリルアン散乱
光のシフト周波数は、２５０ｍ付近と７００ｍ付近で大
きくなっていた。この情報だけで歪み分布を求めた場
合、２５０ｍ付近と７００ｍ付近に歪みの大きい部分が
存在することになる。 【００２３】一方、図２（ａ）に示すように温度分布測
定結果は、７００ｍ付近で高くなっていた。 【００２４】(3) 式を用いて温度分布の情報も利用して
求めた歪み分布測定結果では、図２（ｃ）に示すよう
に、２５０ｍ付近の歪みは大きかったが、７００ｍ付近
の歪みは特に変化が見られず、温度変化の影響を受けず
に、圧力を印加した場合に発生した歪みを測定できた。 【００２５】次に、センサ用光ファイバの敷設状態が２
種類ある場合の実施の形態を図３を用いて説明する。 【００２６】センサ用光ファイバには、図１の実施の形
態と同じナイロン被覆光ファイバ心線３１，３２をスペ
ーサ型ケーブル化したものを用いた。 【００２７】スペーサ型ケーブル３０は、長さ１０００
ｍまではコンクリート４中に埋設し、１０００〜１４０
０ｍまでは土壌６中に埋設した。 【００２８】コンクリート４中に埋設した光ファイバ心
線３１の歪みによるブリルアン周波数シフト感度Ｃｓ
は、図１の実施の形態と同様に０．０５ＭＨｚ／μｓｔ
ｒａｉｎ、光ファイバ心線３２の温度によるブリルアン
周波数シフトの係数ＣT は、３ＭＨｚ／℃であった。一
方土壌６中に埋設した場合の感度を別途測定したとこ
ろ、光ファイバ心線３１，３２のブリルアン周波数シフ
トの歪み感度Ｃｓはコンクリート中埋設と同様に０．０
５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎであったが、温度感度Ｃ
T は、１ＭＨｚ／℃とコンクリート中よりも大きかっ
た。 【００２９】したがって、歪み感度は全長同じ値（０．
０５ＭＨｚ／μｓｔｒａｉｎ）を用い、温度感度は、０
〜１０００ｍまでは０．５ＭＨｚ／℃、１０００〜１４
００ｍまでは１ＭＨｚ／℃を用いて歪み分布測定を行う
ことになる。 【００３０】土壌６中に埋設した光ファイバ心線３２の
温度感度を土壌の固め具合が異なる場合につき測定した
ところ、土壌６中の固め具合で温度感度が多少異なるこ
とが分かった。温度感度は、土壌６の固め具合以外にも
種類や組成で異なることも考えられる。 【００３１】このような条件で温度感度が変化すると、
別途測定しておいた温度感度を用いたのでは正確な温度
補正が行えず、高精度での歪み分布測定が行えないこと
になる。このような場合には、以下に示すようにセンサ
用光ファイバを敷設して使用している状態で随時温度感
度の校正を行うことで対応できる。 【００３２】例えば、道路や鉄道の土盛り部の土壌中に
センサ用光ファイバを敷設した場合を考える。土壌中の
光ファイバ部の温度は、１日の経時変化では日中は高
く、夜間低くなり、一般にその温度差は１０〜２０℃程
度ある。しかし、歪み分布は地震などの特異現象がなけ
れば１日程度の短時間ではほとんど変化しないと考える
ことができる。このような環境で時刻ｔに測定したブリ
ルアン周波数シフト量及び温度分布を測定したときのx=
x1での温度に対するブリルアン周波数シフト量の関係を
図４に示す。 【００３３】２４時間分のデータ（１時間毎）の最小二
乗近似直線を求めたものは点線のようになった。この直
線の傾きが温度感度に相当する。このとき標準偏差σが
予め定めた値σ0 よりも小さい場合、１連の測定中にｘ
1 地点での歪みや温度感度が変化していないと判断し
て、歪み分布を求める際の温度感度として直線の傾きを
用いることができる。標準偏差σがσ0 以上であった場
合、これら一連のデータで温度感度を算出して用いるこ
とはせず、新たな２４時間分のデータの組を選定（ある
いは測定）し直して傾き、及び標準偏差を求めるように
する。 【００３４】このような計算を全ての距離ｘに対して行
うことにより、全ての距離での温度感度を求めることが
できる。 【００３５】なお、上述の実施の形態では、ブリルアン
周波数シフト量分布測定用光ファイバ心線と温度分布測
定用光ファイバ心線を同じケーブルに複合された異なる
光ファイバ心線として説明したが、同一の光ファイバ心
線を用いても良い。この場合、ブリルアン周波数シフト
量分布と温度分布を交互に測定したり、あるいはブリル
アン散乱光とラマン散乱光を両方測定できる構成の計測
器を用いる。歪分布測定と温度分布測定でそれぞれ別の
光ファイバ心線を用いた場合には、それぞれの光ファイ
バ心線に作用する歪や温度が多少異なることも考えられ
るが、同一の光ファイバ心線をセンサとして用いること
で、このような影響を受けなくなり、測定精度を向上す
ることができる。また交互にブリルアン散乱光とラマン
散乱光を測定しても短時間的には変化は少ないため、測
定精度に支障はない。 【００３６】このように、本発明を用いると、ダムなど
のコンクリート構造物、鉄道などの土盛部、高架部等の
土木構造物や建造物などの歪み分布を精度良く測定する
ことができる。 【００３７】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ブリルア
ン散乱光の周波数シフトを利用した歪み測定を温度変動
の影響を受けずに精度良く測定することができる。また
センサ用光ファイバの温度分布に対するブリルアン周波
数シフト量変化の感度が敷設周囲状態によって異なった
り、敷設後に変化するような場合でも、随時温度感度を
全長に亘り校正して歪み分布測定に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１の測定データを示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態を示す図であ
る。 【符号の説明】 １ ブリルアン散乱光周波数シフト量分布測定装置 ２ 温度分布測定装置 ４ コンクリート ６ 土壌 ３０ 光ファイバケーブル ３１，３２ 光ファイバ心線
る。 【符号の説明】 １ ブリルアン散乱光周波数シフト量分布測定装置 ２ 温度分布測定装置 ４ コンクリート ６ 土壌 ３０ 光ファイバケーブル ３１，３２ 光ファイバ心線
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01M 11/00 - 11/08
G01D 5/26
G01L 1/24
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】光ファイバ心線をセンサとし、該光ファイ
バ心線中のブリルアン散乱光を用いて光ファイバケーブ
ルの歪み分布を測定する歪み分布測定システムにおい
て、上記光ファイバ心線の温度分布を測定し、ブリルア
ン散乱光分布測定結果から光ファイバケーブルの歪み分
布を導出する際に、温度分布測定結果を用いて歪み分布
を導出する歪み分布測定システムであって、前記温度測
定結果を用いる際に、光ファイバ心線の種類、光ファイ
バ心線の光ファイバケーブルへの複合状態や光ファイバ
ケーブルの布設状態等の影響で決まる感度係数を用いて
歪み分布を導出する歪み分布測定システムであって、前
記感度係数が、温度条件の異なる複数回の温度分布測定
結果、及びブリルアン散乱光分布測定結果を用いて求め
たものであることを特徴とする歪み分布測定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33899497A JP3365286B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | 歪み分布測定システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33899497A JP3365286B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | 歪み分布測定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11173943A JPH11173943A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3365286B2 true JP3365286B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=18323271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33899497A Expired - Fee Related JP3365286B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | 歪み分布測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3365286B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6813403B2 (en) | 2002-03-14 | 2004-11-02 | Fiber Optic Systems Technology, Inc. | Monitoring of large structures using brillouin spectrum analysis |
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| CN103344272A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-10-09 | 南京航空航天大学 | 用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法 |
| CN104596583B (zh) * | 2015-01-22 | 2018-03-27 | 国家电网公司 | 一种用于监测输电线路运行状态的oppc在线监控系统 |
-
1997
- 1997-12-09 JP JP33899497A patent/JP3365286B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11173943A (ja) | 1999-07-02 |
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