JP3373188B2 - Displacement measurement system using optical fiber - Google Patents
Displacement measurement system using optical fiberInfo
- Publication number
- JP3373188B2 JP3373188B2 JP2000104004A JP2000104004A JP3373188B2 JP 3373188 B2 JP3373188 B2 JP 3373188B2 JP 2000104004 A JP2000104004 A JP 2000104004A JP 2000104004 A JP2000104004 A JP 2000104004A JP 3373188 B2 JP3373188 B2 JP 3373188B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- strain
- displacement
- measuring device
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば山地、崖
などの斜面の変形や崩壊、構造物の変形や崩壊などを検
知する変位計測システムに係り、特に、変位を検知する
箇所に複数配設された光ファイバの曲率半径が歪みによ
り変化して光の透過光量が増減することを利用して光強
度計測装置により変位発生を検知すると共に、光強度計
測装置により変位発生の検知時には、特別に設ける光フ
ァイバ歪分布計測装置により変位発生位置を特定するよ
うにした光ファイバを用いた変位計測システムに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring system for detecting deformation and collapse of slopes such as mountains and cliffs, deformation and collapse of structures, and more particularly to a plurality of displacement measuring systems arranged at positions where displacement is detected. Using the fact that the radius of curvature of the optical fiber changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases, the light intensity measuring device detects displacement occurrence, and when the light intensity measuring device detects displacement occurrence, The present invention relates to a displacement measuring system using an optical fiber in which a displacement occurrence position is specified by an optical fiber strain distribution measuring device provided.
【０００２】[0002]
【従来の技術】山岳、道路などの斜面は豪雨、地震によ
る崩壊事故が多発している。これらの被害を最小限にと
どめるためには、地滑りや崩壊の危険性がある斜面の変
位を計測・監視し異常を早期に検知する必要がある。こ
れまで斜面の変位は伸縮計や歪ゲージ等により計測され
ていたが、近年光ファイバ技術の発達に伴い光ファイバ
の特長を利用して、斜面の変位を計測する方法が検討・
実用化されている。2. Description of the Related Art Slopes such as mountains and roads are often subject to heavy rain and collapse due to earthquakes. In order to minimize these damages, it is necessary to measure and monitor the displacement of slopes that are at risk of landslides and collapses, and detect abnormalities early. Up to now, the displacement of the slope has been measured by an extensometer or strain gauge, but with the recent development of optical fiber technology, a method of measuring the displacement of the slope by utilizing the features of the optical fiber has been studied.
It has been put to practical use.
【０００３】このうち、図６に図示する従来方式１にお
いては、変位計測領域ａの斜面ｂに任意間隔で杭２−１
〜２−Ｎが打ち込まれている。各杭には光ファイバ５１
が固定され、光ファイバ５１の一端はＢＯＴＤＲ（Bril
louin Optical Fiber TimeDomain Reflector)と呼ばれ
る光ファイバ歪分布計測装置４１に接続されている。こ
のＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計測装置４１
は光ファイバ全長の歪分布を計測できる装置で、計測原
理は（信学論誌、B-I Vol.J73-B-I,No.2,pp.144-155,19
90;Technical Digest of International Quantum Elect
ronicsConference(IQE'92),Paper no.Mol.4.pp,42-43,1
992)等に報告されているが、光ファイバに光パルスを照
射し戻って来る後方ブリルアン散乱光の周波数が光ファ
イバの歪と関係して変化することから歪値を、後方ブリ
ルアン散乱光が戻って来る時間から歪位置を計測してい
る。図６に図示するように、地滑りｃが起こると、崩壊
土砂ｄと共に杭２−４が下方に移動し光ファイバ５１の
杭２−３と杭２−４間及び杭２−４と杭２−５間が引っ
張られるため、ＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布
計測装置４１による歪計分布の計測値から地滑りｃの発
生とその位置を知ることができる。図６は杭２を使用し
た光ファイバ５１の敷設例を示したが、斜面変位を光フ
ァイバ５１の伸縮に変換する敷設法として光ファイバ５
１を斜面ｂに埋め込んだり、杭２の代わりに重りを適用
した例もある。Among them, in the conventional method 1 shown in FIG. 6, the piles 2-1 are arranged at arbitrary intervals on the slope b of the displacement measuring region a.
~ 2-N has been driven in. Optical fiber 51 on each pile
Is fixed, and one end of the optical fiber 51 has a BOTDR (Bril
It is connected to an optical fiber strain distribution measuring device 41 called a louin optical fiber time domain reflector. This optical fiber strain distribution measuring device 41 called BOTDR
Is a device that can measure the strain distribution over the entire length of the optical fiber. The measurement principle is (Bi-Journal, BI Vol.J73-BI, No.2, pp.144-155, 19
90; Technical Digest of International Quantum Elect
ronicsConference (IQE'92), Paper no.Mol.4.pp, 42-43,1
992) etc., the frequency of the backward Brillouin scattered light returning after irradiating the optical fiber with an optical pulse changes in relation to the strain of the optical fiber. The strain position is measured from the coming time. As shown in FIG. 6, when the landslide c occurs, the pile 2-4 moves downward together with the collapsed sand d, and the pile 2-4 and the pile 2-4 of the optical fiber 51 and the pile 2-4 and the pile 2-. Since the area between 5 is pulled, the occurrence and the position of the landslide c can be known from the measured value of the strain gauge distribution by the optical fiber strain distribution measuring device 41 called BOTDR. Although FIG. 6 shows an example of laying the optical fiber 51 using the pile 2, the optical fiber 5 is used as a laying method for converting the slope displacement into expansion and contraction of the optical fiber 51.
There are also examples in which 1 is embedded in the slope b, or a weight is applied instead of the pile 2.
【０００４】また、図７に図示する従来方式２は、光フ
ァイバ曲率の変化と光の透過光強度に一定の関係がある
ことを利用した斜面変位の計測方法である。斜面ｂには
杭２−１〜２−Ｎが打ち込まれ、杭間には光センサ６１
−１〜６１−Ｎが設置されている。光センサ６１−１〜
６１−Ｎは両端の光ファイバ６２が伸縮すると、内部の
光ファイバループ径いわゆる曲率が変化する構造になっ
ている。このため地滑りｃが発生し崩壊土砂ｄと共に杭
２−４が下方に移動すると杭２−３と杭２−４間及び杭
２−４と杭２−５間の光ファイバ６２が引っ張られ光セ
ンサ６１−３と６１−４内部の光ファイバループ径が変
化する。光強度計測装置２１は光ファイバ６２の６２ａ
端から照射した光が光ファイバ６２内部を透過し６２ｂ
端で得られる光強度を計測しており、光強度の変化から
地滑りｃ等による杭の移動を知ることができる。この計
測方法は、本願の出願人が平成１１年４月に、「光ファ
イバを利用した歪センサ及びこの歪センサを用いた変状
監視システム」として特許出願（特願平１１−１０７１
５９）している。The conventional method 2 shown in FIG. 7 is a slope displacement measuring method which utilizes the fact that there is a fixed relationship between the change in optical fiber curvature and the transmitted light intensity of light. Piles 2-1 to 2-N are driven into the slope b, and an optical sensor 61 is provided between the piles.
-1 to 61-N are installed. Optical sensor 61-1
61-N has a structure in which when the optical fibers 62 at both ends expand and contract, the internal optical fiber loop diameter, so-called curvature, changes. Therefore, when the landslide c occurs and the pile 2-4 moves downward together with the collapsed sand d, the optical fibers 62 between the pile 2-3 and the pile 2-4 and between the pile 2-4 and the pile 2-5 are pulled, and the optical sensor. The optical fiber loop diameter inside 61-3 and 61-4 changes. The light intensity measuring device 21 is 62a of the optical fiber 62.
The light emitted from the end passes through the inside of the optical fiber 62, and 62b
The light intensity obtained at the edge is measured, and the movement of the pile due to the landslide c or the like can be known from the change in the light intensity. This measurement method was filed by the applicant of the present application in April 1999 as a “strain sensor using an optical fiber and a deformation monitoring system using this strain sensor” (Japanese Patent Application No. 11-1071).
59) Yes.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図６の従来方式１は、広範囲の斜面変位を計測し、変状
位置も知ることができる長所を備えているが、下記の欠
点があるため、現実にはほとんど使用されていない。欠
点の一つは、ＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計
測装置４１が非常に高価なことである。このため広範囲
の斜面変位を監視するなど、規模が大きくなるほど経済
降下がでてくる反面、広範囲な斜面変位を監視するの
は、既に変状の起きている事が判明している場合が多
く、高価なＢＯＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計測
装置４１を用いて監視する費用で補強工事を実施可能な
場合がある等適用箇所が限定される。もう一つの欠点
は、変位計測に時間がかかることである。これら計測時
間は光ファイバ長、変位分解能および計測精度などによ
り多少異なるが、数分から数十分が必要である。一方斜
面崩壊は突発的に発生する場合もあり、発生場所によっ
ては人命にかかわる為計測時間がかかるのは問題とな
る。However, the above-mentioned conventional method 1 shown in FIG. 6 has an advantage that the displacement of a wide range of slopes can be measured and the deformed position can be known, but it has the following drawbacks. , Rarely used in reality. One of the drawbacks is that the optical fiber strain distribution measuring device 41 called BOTDR is very expensive. For this reason, as the scale increases, such as observing a wide range of slope displacement, an economic decline will occur, while it is often known that a wide range of slope displacement has already occurred. There are cases where reinforcement work can be performed at the cost of monitoring using an expensive optical fiber strain distribution measuring device 41 called BOTDR. Another drawback is that the displacement measurement takes time. These measurement times are somewhat different depending on the optical fiber length, displacement resolution, measurement accuracy, etc., but several minutes to several tens of minutes are required. On the other hand, slope failure may occur suddenly, and depending on the place of occurrence, it may be a life-threatening problem, and it takes a long time for measurement, which is a problem.
【０００６】また、前述の図７の従来方式２で使用され
る光強度計測装置２１は、従来方式１で使用されるＢＯ
ＴＤＲと呼ばれる光ファイバ歪分布計測装置４１の約１
００分の１程度の価格であり、かつ透過光強度を計測す
るため測定時間も１秒以内と長所の反面、光センサの設
置数の制限と変位の発生位置がわからない欠点がある。The light intensity measuring device 21 used in the conventional method 2 shown in FIG.
About 1 of the optical fiber strain distribution measuring device 41 called TDR
Although the price is about 1/00 and the measurement time is less than 1 second because the intensity of transmitted light is measured, it has the disadvantage that the number of optical sensors installed is limited and the position of displacement is unknown.
【０００７】この発明は、上記のような課題に鑑み、そ
の課題を解決すべく創案されたものであって、その目的
とするところは、例えば山地、崖などの斜面の変位計測
領域の変位を検知する箇所に複数配設された光ファイバ
の曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量が増減す
ることを利用して光強度計測装置により変位発生を短時
間に検知すると共に、光強度計測装置により変位発生の
検知時には、特別に設ける高価な光ファイバ歪分布計測
装置により変位発生位置を特定することのできる光ファ
イバを用いた変位計測システムを提供することにある。The present invention was made in view of the above problems and was devised to solve the problems. The purpose of the present invention is to measure the displacement of a displacement measurement region of a slope such as a mountain or a cliff. Utilizing the fact that the radius of curvature of a plurality of optical fibers arranged at the location to be detected changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases, the occurrence of displacement is detected in a short time by the light intensity measuring device, and the light intensity is measured. An object of the present invention is to provide a displacement measuring system using an optical fiber, which can specify a displacement occurrence position by an expensive optical fiber strain distribution measuring device which is specially provided when the device detects displacement occurrence.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、変位計測領域に複数の杭を取
付け、全杭間に緊張状態で折れ線直線状に支持される第
１光ファイバと第２光ファイバを並行して配設し、光フ
ァイバの曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量が
増減することを利用して歪発生を検知する光ファイバを
利用した歪センサを、各杭間の第１光ファイバの途中に
それぞれ接続して設け、第１光ファイバと第２光ファイ
バの終端同士を接続し、第１光ファイバの途中に接続さ
れた上記歪センサの光の透過光量の増減を計測する光強
度計測装置を設けると共に、当該光強度計測装置に第１
光ファイバと第２光ファイバの基端をそれぞれ接続し、
上記歪センサの光の透過光量の増減を計測する光強度計
測装置により変位発生の検知時には、第２光ファイバに
光パルスを入射し戻ってくる後方ブリルアン散乱光の周
波数が第２光ファイバの歪と関係して変化することを利
用して後方ブリルアン散乱光が戻ってくる時間から第２
光ファイバの特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分
布計測装置を特別に設けると共に、当該光ファイバ歪分
布計測装置に第２光ファイバの基端をその基端側に設け
た光分岐接続器を介して接続して、第２光ファイバの特
定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分布計測装置によ
り変位発生位置を特定する手段よりなるものである。In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 attaches a plurality of piles to a displacement measuring region, and the piles are supported linearly in a straight line in a tension state between all piles. A first optical fiber and a second optical fiber are arranged in parallel, and the fact that the radius of curvature of the optical fiber changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases is used to detect the occurrence of strain. A sensor is provided by connecting each of the piles in the middle of the first optical fiber between the piles, connecting ends of the first optical fiber and the ends of the second optical fiber, and connecting the middle of the first optical fiber to the strain sensor. A light intensity measuring device for measuring an increase or decrease in the amount of transmitted light is provided, and the light intensity measuring device is provided with a first
Connect the base ends of the optical fiber and the second optical fiber,
When a displacement occurrence is detected by the light intensity measuring device that measures the increase or decrease in the amount of transmitted light of the strain sensor, the frequency of the backward Brillouin scattered light that returns by injecting an optical pulse into the second optical fiber is the strain of the second optical fiber. The time from the time when the backward Brillouin scattered light returns using the change related to
The optical fiber strain distribution measuring device for measuring the strain at a specific position of the optical fiber is specially provided, and the optical fiber strain distribution measuring device is provided with an optical branching connector provided with the base end of the second optical fiber on the base end side thereof. Connected through the second optical fiber
The optical fiber strain distribution measuring device for measuring the strain at a fixed position comprises means for specifying the displacement occurrence position.
【０００９】また、請求項２の発明は、変位計測領域に
複数の杭を取付け、全杭間に折れ線直線状に支持される
第１光ファイバと全杭間に緊張状態で折れ線直線状に支
持される第２光ファイバを並行して配設し、第１光ファ
イバの緊張を緩和するインバー線を全杭間に緊張状態で
折れ線直線状に第１光ファイバに並行して配設し、光フ
ァイバの曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量が
増減することを利用して歪発生を検知する光ファイバを
利用した歪センサを、各杭間の第１光ファイバの途中に
それぞれ接続して設け、各杭間のインバー線の途中に歪
センサをそれぞれ接続すると共に各歪センサ内の光ファ
イバの曲率半径がインバー線に作用する張力の増減によ
って変化可能に各インバー線を接続し、第１光ファイバ
と第２光ファイバの終端同士を接続し、第１光ファイバ
の途中に接続された上記歪センサの光の透過光量の増減
を計測する光強度計測装置を設けると共に、当該光強度
計測装置に第１光ファイバと第２光ファイバの基端をそ
れぞれ接続し、上記歪センサの光の透過光量の増減を計
測する光強度計測装置により変位発生の検知時には、第
２光ファイバに光パルスを入射し戻ってくる後方ブリル
アン散乱光の周波数が第２光ファイバの歪と関係して変
化することを利用して後方ブリルアン散乱光が戻ってく
る時間から第２光ファイバの特定位置の歪みを計測する
光ファイバ歪分布計測装置を特別に設けると共に、当該
光ファイバ歪分布計測装置に第２光ファイバの基端をそ
の基端側に設けた光分岐接続器を介して接続して、第２
光ファイバの特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分
布計測装置により変位発生位置を特定する手段よりなる
ものである。According to the second aspect of the present invention, a plurality of piles are attached to the displacement measuring region, and the piles are linearly supported in a tension state between the first optical fiber which is linearly supported between all the piles and all the piles. The second optical fiber is arranged in parallel, and the invar wire for relieving the tension of the first optical fiber is arranged in parallel with the first optical fiber in a straight line in a tension state between all the piles. A strain sensor using an optical fiber that detects the occurrence of strain by using the fact that the radius of curvature of the fiber changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases is connected to each of the first optical fibers between the piles. The strain sensor is connected in the middle of the Invar wire between the piles, and the radius of curvature of the optical fiber in each strain sensor is connected to the Invar wire so that it can be changed by increasing or decreasing the tension acting on the Invar wire. 1 optical fiber and 2nd optical fiber A light intensity measuring device for connecting the ends to each other and measuring an increase / decrease in the amount of transmitted light of the strain sensor connected in the middle of the first optical fiber is provided, and the light intensity measuring device includes the first optical fiber and the second optical fiber. Connect the base ends of the optical fibers to measure the increase or decrease in the amount of light transmitted by the strain sensor.
When detecting the occurrence of displacement by the light intensity measuring device for measuring, by utilizing the fact that the frequency of the backward Brillouin scattered light returning after the optical pulse is incident on the second optical fiber changes in relation to the strain of the second optical fiber. An optical fiber strain distribution measuring device for measuring the strain at a specific position of the second optical fiber from the time when the backward Brillouin scattered light returns is specially provided, and the proximal end of the second optical fiber is attached to the optical fiber strain distribution measuring device. It is connected via an optical branching connector provided on the base end side, and the second
The optical fiber strain distribution measuring device measures the strain at a specific position of the optical fiber, and comprises means for specifying the displacement occurrence position.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面に記載の発明の実施の
形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。こ
こで、図１は変位計測システムを変位計測領域に敷設し
た概略斜視図、図２は光ファイバを利用した歪センサの
概略構成図、図３は変位計測システムの概略構成図、図
４は他の変位計測システムを変位計測領域に敷設した概
略斜視図、図５は他の光ファイバを利用した歪センサの
概略構成図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on the embodiments of the invention shown in the drawings. Here, FIG. 1 is a schematic perspective view of a displacement measurement system laid in a displacement measurement region, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a strain sensor using an optical fiber, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the displacement measurement system, and FIG. FIG. 5 is a schematic perspective view in which the displacement measurement system of FIG. 1 is laid in a displacement measurement region, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a strain sensor using another optical fiber.
【００１１】図１において、光ファイバを用いた変位計
測システム１は、例えば山地、崖などの斜面ｂの変位計
測領域ａの変位を検知する箇所に複数配設された第１光
ファイバ３の曲率半径が歪みにより変化して光の透過光
量が増減することを利用して光強度計測装置２１により
例えば斜面ｂの変位発生を検知すると共に、光強度計測
装置２１により変位発生の検知時には、特別に設ける光
ファイバ歪分布計測装置４１により変位発生位置を特定
するようにした監視システムである。In FIG. 1, a displacement measuring system 1 using an optical fiber has a curvature of a plurality of first optical fibers 3 arranged at a position for detecting a displacement in a displacement measuring region a of a slope b such as a mountain or a cliff. Utilizing the fact that the radius changes due to distortion and the amount of transmitted light increases or decreases, for example, the light intensity measuring device 21 detects displacement occurrence of the slope b, and when the light intensity measuring device 21 detects displacement occurrence, This is a monitoring system in which a displacement occurrence position is specified by an optical fiber strain distribution measuring device 41 provided.
【００１２】光ファイバを用いた変位計測システム１
は、例えば山地、崖などの斜面ｂの変位計測領域ａに複
数取付けられる杭２−１〜２−Ｎ、全ての杭２−１〜２
−Ｎ間に緊張状態で折れ線直線状に支持される第１光フ
ァイバ３と第２光ファイバ４、各杭２−１〜２−Ｎ間の
第１光ファイバ３の途中にそれぞれ接続して設けられる
光ファイバを利用した歪センサ１１、第１光ファイバ３
の途中に接続された上記歪センサ１１の光の透過光量の
増減を計測する光強度計測装置２１、光強度計測装置２
１により変位計測領域ａの変位発生の検知時には、第２
光ファイバ４に光パルスを照射し戻ってくる後方ブリル
アン散乱光の周波数が第２光ファイバ４の歪と関係して
変化することを利用して後方ブリルアン散乱光が戻って
くる時間から第２光ファイバ４の特定位置の歪みを計測
するために特別に設けられる光ファイバ歪分布計測装置
４１、第２光ファイバ４の基端を光強度計測装置２１、
光ファイバ歪分布計測装置４１に接続する光分岐接続器
５などから主に構成されている。Displacement measuring system 1 using an optical fiber
Are piles 2-1 to 2-N, all of which are attached to the displacement measurement region a of a slope b such as a mountain or a cliff, and all the piles 2-1 to 2-1.
The first optical fiber 3 and the second optical fiber 4, which are supported linearly in a tension state between -N, are connected and provided in the middle of the first optical fiber 3 between the piles 2-1 to 2-N. Strain sensor 11 using first optical fiber, first optical fiber 3
A light intensity measuring device 21 and a light intensity measuring device 2 for measuring the increase or decrease in the amount of transmitted light of the strain sensor 11 connected in the middle of
When the occurrence of displacement in the displacement measurement area a is detected by 1
By utilizing the fact that the frequency of the backward Brillouin scattered light that is returned by irradiating the optical fiber 4 with an optical pulse changes in relation to the strain of the second optical fiber 4, the backward Brillouin scattered light returns from the second light to the second light. An optical fiber strain distribution measuring device 41, which is specially provided for measuring the strain at a specific position of the fiber 4, a light intensity measuring device 21, which is a base end of the second optical fiber 4.
It is mainly composed of an optical branching / connecting device 5 and the like connected to the optical fiber strain distribution measuring device 41.
【００１３】例えば山地、崖などの斜面ｂの変位計測領
域ａに取付けられる複数の杭２−１〜２−Ｎは、変位計
測領域ａの地盤に一定の間隔をあけて打ち込まれて支持
されて取付けられる。この実施の形態では各杭２−１〜
２−Ｎは交互に折れ線の交点上に取付けられている。For example, a plurality of piles 2-1 to 2-N attached to a displacement measuring region a of a slope b such as a mountain or a cliff are driven and supported at regular intervals in the ground of the displacement measuring region a. Mounted. In this embodiment, each pile 2-1 to
2-N are mounted alternately on the intersections of the polygonal lines.
【００１４】変位計測領域ａに取付けられた全の杭２−
１〜２−Ｎ間には、第１光ファイバ３と第２光ファイバ
４とが緊張状態で折れ線直線状に支持されて並行して配
設されている。並設された第１光ファイバ３と第２光フ
ァイバ４はその終端同士が接続、例えば一体型つまり第
１光ファイバ３と第２光ファイバ４とは１本の光ファイ
バから構成されていたり、或いは接続器によって接続さ
れている。また、第１光ファイバ３と第２光ファイバ４
の基端はそれぞれ光強度計測装置２１に接続されてい
る。このうち、第１光ファイバ３の基端は光強度計測装
置２１の投光回路２２に接続され、又第２光ファイバ４
の基端４ａは光強度計測装置２１の受光回路２３に接続
される。All the piles 2 attached to the displacement measuring area a
Between 1 and 2-N, the first optical fiber 3 and the second optical fiber 4 are arranged in parallel while being supported in a linear straight line in a tensioned state. The first optical fiber 3 and the second optical fiber 4 arranged side by side have their ends connected to each other, for example, the integrated type, that is, the first optical fiber 3 and the second optical fiber 4 are composed of one optical fiber, Alternatively, they are connected by a connector. In addition, the first optical fiber 3 and the second optical fiber 4
The base ends of are connected to the light intensity measuring device 21, respectively. Of these, the base end of the first optical fiber 3 is connected to the light projecting circuit 22 of the light intensity measuring device 21, and the second optical fiber 4 is connected.
The base end 4a of is connected to the light receiving circuit 23 of the light intensity measuring device 21.
【００１５】また、第２光ファイバ４の基端側には光分
岐接続器５が設けられている。第２光ファイバ４の基端
４ａはこの光分岐接続器５を介して光強度計測装置２１
に接続され、又第２光ファイバ４の基端４ｂはこの光分
岐接続器５を介して光ファイバ歪分布計測装置４１に接
続される。なお、光分岐接続器５には切り換えスイッチ
型が使用されることもある。An optical branching / connecting device 5 is provided on the base end side of the second optical fiber 4. The base end 4a of the second optical fiber 4 is connected to the optical intensity measuring device 21 via the optical branching / connecting device 5.
The base end 4b of the second optical fiber 4 is connected to the optical fiber strain distribution measuring device 41 via the optical branching / connecting device 5. The optical branching / connecting device 5 may be of a changeover switch type.
【００１６】光ファイバを利用した歪センサ１１は、光
ファイバの曲率半径が歪みにより変化して光の透過光量
が増減することを利用して歪発生を検知するセンサで、
各杭２−１〜２−Ｎ間の第１光ファイバ３の途中にそれ
ぞれ接続して設けられる。The strain sensor 11 using an optical fiber is a sensor that detects the strain occurrence by utilizing the fact that the radius of curvature of the optical fiber changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases.
The piles are connected and provided in the middle of the first optical fiber 3 between the piles 2-1 to 2-N.
【００１７】光ファイバを利用した歪センサ１１は、図
２に示すように、緊張状態で配設される第１光ファイバ
３、第１光ファイバ３の曲線部１２を内部に有するハウ
ジング１３、ハウジング１３内に形成された曲線部１２
を弾性支持する板バネ１４などから主に構成されてい
る。As shown in FIG. 2, a strain sensor 11 using an optical fiber includes a housing 13 having a first optical fiber 3 arranged in a tensioned state, a curved portion 12 of the first optical fiber 3 therein, and a housing. Curved portion 12 formed in 13
It is mainly composed of a leaf spring 14 for elastically supporting the.
【００１８】第１光ファイバ３は、曲線部１２を内側か
ら弾性支持する板バネ１４と釣り合って変位検知箇所で
変位発生時以外に曲率半径が変化するのを防ぐために、
又変位検知箇所以外の部分で簡単に撓んだり変形したり
して曲率半径が変化するのを防ぐために、一定の張力で
引っ張られて緊張状態で配設されている。The first optical fiber 3 balances with the leaf spring 14 that elastically supports the curved portion 12 from the inside, and prevents the radius of curvature from changing at a displacement detection point except when displacement occurs.
Further, in order to prevent the radius of curvature from changing by being easily bent or deformed in a portion other than the displacement detection portion, it is arranged in a tensioned state by being pulled by a constant tension.
【００１９】緊張状態で配設される第１光ファイバ３の
基端は前述したように光強度計測装置２１の投光回路２
２に接続され、又第１光ファイバ３の終端側は第１光フ
ァイバ３の終端が接続された第２光ファイバ４を介して
光強度計測装置２１の受光回路２３に接続されている。
受光回路２３が投光回路２２から出た光の透過光量の増
減を検知することによって、第１光ファイバ３の曲線部
１２の曲率半径の変化を検知して、変位発生の有無を検
知できる。The base end of the first optical fiber 3 arranged in a tensioned state has the light projecting circuit 2 of the light intensity measuring device 21 as described above.
2 and the end side of the first optical fiber 3 is connected to the light receiving circuit 23 of the optical intensity measuring device 21 via the second optical fiber 4 to which the end of the first optical fiber 3 is connected.
By detecting an increase or decrease in the amount of transmitted light of the light emitted from the light projecting circuit 22 by the light receiving circuit 23, it is possible to detect a change in the radius of curvature of the curved portion 12 of the first optical fiber 3 and to detect the occurrence of displacement.
【００２０】第１光ファイバ３の曲線部１２は、変位検
知箇所に、所定の曲率半径を有する円形の閉ループ状に
形成されている。第１光ファイバ３の曲線部１２は、１
回巻き又は複数回巻きの円形の閉ループ状になってい
る。複数回巻きのときには円形の螺旋巻きになる。この
第１光ファイバ３の曲線部１２は、第１光ファイバ３を
緊張し且つ円形の閉ループ状の内側に筒状に巻いた板バ
ネ１４によって、歪みが発生しない状態では所定の曲率
半径に維持される。The curved portion 12 of the first optical fiber 3 is formed in a circular closed loop shape having a predetermined radius of curvature at the displacement detection location. The curved portion 12 of the first optical fiber 3 is 1
It is in the form of a closed loop with multiple turns or multiple turns. When it is wound multiple times, it becomes a circular spiral winding. The curved portion 12 of the first optical fiber 3 is maintained at a predetermined radius of curvature in a state in which no distortion is generated by the leaf spring 14 that tensions the first optical fiber 3 and is wound in a circular closed loop in a cylindrical shape. To be done.
【００２１】ハウジング１３は第１光ファイバ３の円形
の曲線部１２を内部に有する箇所で、変位検知箇所に設
置される。ハウジング１３の内部には円形の空間１３ａ
が形成されており、この円形の空間１３ａ内に円形の閉
ループ状に形成された第１光ファイバ３の曲線部１２が
配置されている。The housing 13 is a portion having the circular curved portion 12 of the first optical fiber 3 therein, and is installed at a displacement detection portion. A circular space 13a is provided inside the housing 13.
Is formed, and the curved portion 12 of the first optical fiber 3 formed in a circular closed loop shape is arranged in the circular space 13a.
【００２２】ハウジング１３内に形成された円形の空間
１３ａは、第１光ファイバ３の曲線部１２の所定の曲率
半径の円形の閉ループの直径よりも大きく形成されてい
て、第１光ファイバ３の曲線部１２は歪み発生時に所定
の曲率半径より大きな曲率半径に可変することができる
ようになっている。The circular space 13a formed in the housing 13 is formed larger than the diameter of the circular closed loop of the curved portion 12 of the first optical fiber 3 having a predetermined radius of curvature, and The curved portion 12 can be changed to have a larger radius of curvature than a predetermined radius of curvature when strain occurs.
【００２３】板バネ１４は、ハウジング１３内の円形の
空間１３ａ内に取付けられ、緊張状態の第１光ファイバ
３の円形の曲線部１２を内側から付勢して、変位発生時
以外で所定の曲率半径で釣り合って弾性支持するもの
で、薄い平板からなる。この薄い平板からなる板バネ１
４は、円筒状に巻いた状態で緊張状態の第１光ファイバ
３の曲線部１２の内側に密着した状態で装着されてい
る。The leaf spring 14 is mounted in the circular space 13a in the housing 13 and biases the circular curved portion 12 of the first optical fiber 3 in a tensioned state from the inside so that the leaf spring 14 has a predetermined shape except when displacement occurs. It is a thin flat plate that is elastically supported by the radius of curvature. Leaf spring 1 consisting of this thin flat plate
4 is attached in a state in which it is in close contact with the inside of the curved portion 12 of the first optical fiber 3 which is wound in a cylindrical shape and is in a tension state.
【００２４】円筒状に巻いた板バネ１４の付勢力によっ
て第１光ファイバ３の円形の曲線部１２は、第１光ファ
イバ３を引っ張ることによって作用して曲線部１２の曲
率半径を小さくしようとする力と、円筒状に巻いた板バ
ネ１４が平面状に拡がろうとすることによって作用して
曲線部１２の曲率半径を大きくしようとする力とが釣り
合うことによって、歪み発生時以外で所定の曲率半径が
維持される。The circular curved portion 12 of the first optical fiber 3 is acted by pulling the first optical fiber 3 by the urging force of the leaf spring 14 wound in a cylindrical shape so as to reduce the radius of curvature of the curved portion 12. And the force that acts by increasing the radius of curvature of the curved portion 12 by the force of the flat spring 14 wound in a cylindrical shape to spread in a plane balance with each other. The radius of curvature is maintained.
【００２５】光強度計測装置２１には、変位計測領域ａ
の変位検知箇所に複数配置された光ファイバを利用した
歪センサ１１−１〜１１−Ｎを緊張状態で直列状に接続
する第１光ファイバ３の基端が接続される投光回路２
２、第１光ファイバ３の終端と接続された第２光ファイ
バ４の基端４ａが接続される受光回路２３などが含まれ
ている。さらに、光強度計測装置２１には、受光回路２
３に接続されて警報を発する警報出力回路３０が必要に
応じて配設されている。また、受光回路２３と警報出力
回路３０との間には、順に、光電アンプ２４、測定範囲
設定回路２５、バッファ回路２６、リニアライズ回路２
７、警報値設定回路２８、コンパレータ回路２９が接続
されている。さらに、リニアライズ回路２７からは分岐
して外部に伝送信号を出す外部インターフェース回路３
１が接続されている。The light intensity measuring device 21 has a displacement measuring area a
Of the strain sensors 11-1 to 11-N using the optical fibers arranged at the displacement detection positions of the first optical fiber 3 connected in series in a tension state in series.
2. The light receiving circuit 23 to which the base end 4a of the second optical fiber 4 connected to the end of the first optical fiber 3 is connected is included. Further, the light intensity measuring device 21 includes a light receiving circuit 2
An alarm output circuit 30 which is connected to 3 and issues an alarm is provided as required. Further, between the light receiving circuit 23 and the alarm output circuit 30, in order, a photoelectric amplifier 24, a measurement range setting circuit 25, a buffer circuit 26, and a linearizing circuit 2.
7, an alarm value setting circuit 28, and a comparator circuit 29 are connected. Furthermore, the external interface circuit 3 that branches from the linearization circuit 27 and outputs a transmission signal to the outside
1 is connected.
【００２６】光ファイバ歪分布計測装置４１には、ＢＯ
ＴＤＲ（Brillouin Optical FiberTime Domain Reflect
or)と呼ばれる装置が使用される。このＢＯＴＤＲから
なる光ファイバ歪分布計測装置４１は、光パルスを第２
光ファイバ４に入射したとき、第２光ファイバ４に局所
的な変状つまり歪みが発生した場合、その部分の屈折率
が変化することにより後方ブリルアン散乱光が発生し入
射端に戻ってくる。この後方ブリルアン散乱光は反射点
までの距離に比例した時間後に戻ってくるとともに、そ
の強度は反射点における屈折率の変化、即ち、歪みの大
きさに依存する。このような原理によって、このＢＯＴ
ＤＲを使用した光ファイバ歪分布計測装置４１は、散乱
光が戻ってくる時間から変位計測領域ａの変位発生位置
を特定することができるのである。The optical fiber strain distribution measuring device 41 has a BO
TDR (Brillouin Optical FiberTime Domain Reflect
A device called or) is used. The optical fiber strain distribution measuring device 41 composed of this BOTDR transmits the optical pulse to the second optical pulse.
When the second optical fiber 4 is locally deformed, that is, when the optical fiber 4 is incident on the optical fiber 4, backward Brillouin scattered light is generated by the change in the refractive index of the portion and returns to the incident end. The backward Brillouin scattered light returns after a time proportional to the distance to the reflection point, and its intensity depends on the change in the refractive index at the reflection point, that is, the magnitude of distortion. Based on this principle, this BOT
The optical fiber strain distribution measuring device 41 using DR can specify the displacement generation position of the displacement measurement region a from the time when the scattered light returns.
【００２７】なお、光ファイバ歪分布計測装置４１は、
価格が非常に高く、光強度計測装置２１の例えば１００
倍程もし、また、例えば、数分〜数十分程度も計測する
のに時間がかかる。このため、価格が安くしかも短時間
例えば１秒以内で変位発生の有無を検知する光強度計測
装置２１を変位計測領域ａに多数設置しておき、価格の
高い光ファイバ歪分布計測装置４１は設置しない。そし
て、光強度計測装置２１で変位発生が検知された場合に
のみ、光分岐接続器５に接続して光ファイバ歪分布計測
装置４１を用いて変位計測領域ａの変位発生位置を特定
するために使用される。The optical fiber strain distribution measuring device 41 is
The price is very high, for example 100 of the light intensity measuring device 21.
It takes a long time to measure, for example, several minutes to several tens of minutes. Therefore, a large number of optical intensity measuring devices 21 that are inexpensive and detect the occurrence of displacement within a short time, for example, within 1 second, are installed in the displacement measuring region a, and the expensive optical fiber strain distribution measuring device 41 is installed. do not do. Then, only when the occurrence of displacement is detected by the light intensity measuring device 21, in order to specify the displacement occurrence position of the displacement measuring region a by connecting to the optical branching connector 5 and using the optical fiber strain distribution measuring device 41. used.
【００２８】また、図４に図示するように、全の杭２−
１〜杭２−Ｎで第１光ファイバ３が緊張状態で配設され
るのを回避するために、インバー線１５が第１光ファイ
バ３に並行に全の杭２−１〜杭２−Ｎで緊張状態で折れ
線直線状に配設されることがある。インバー線１５は、
温度変化、張力の影響による伸びを生じにくい金属線
で、線膨張係数が１×１０-6／℃以下の直径0.5 mmのも
のが使用されている。また、インバー線１５の材質は、
例えば、鉄６４％、ニッケル３６％からできている。Further, as shown in FIG. 4, all the piles 2-
In order to avoid that the first optical fiber 3 is arranged in a tension state in the first to the second piles 2-N, the invar wire 15 is parallel to the first optical fibers 3 and all the piles 2-1 to the second piles 2-N. It may be arranged in a straight line in a tense state. Invar wire 15
A metal wire that does not easily expand due to temperature changes and tensions and has a linear expansion coefficient of 1 × 10 −6 / ° C. or less and a diameter of 0.5 mm is used. The material of the invar wire 15 is
For example, it is made of 64% iron and 36% nickel.
【００２９】そして、インバー線１５を使用する場合に
は、歪センサ１１は図５に図示するような構造となる。
歪センサ１１のハウジング１３内には引張スプリング１
６が取付けられている。引張スプリング１６の一端は光
ファイバ・引張スプリング・インバー線固定部１７に連
結され、引張スプリング１６の他端は光ファイバ・引張
スプリング・インバー線移動部１８は連結されている。
光ファイバ・引張スプリング・インバー線固定部１７は
ハウジング１３内の端部に固定され、光ファイバ・引張
スプリング・インバー線移動部１８はハウジング１３内
に形成された摺動溝１３ａ内を移動できるように取付け
られている。When the invar wire 15 is used, the strain sensor 11 has a structure as shown in FIG.
A tension spring 1 is provided in the housing 13 of the strain sensor 11.
6 is attached. One end of the tension spring 16 is connected to the optical fiber / tensile spring / invar wire fixing portion 17, and the other end of the tension spring 16 is connected to the optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 18.
The optical fiber / tensile spring / invar wire fixing portion 17 is fixed to an end portion in the housing 13, and the optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 18 is movable in a sliding groove 13a formed in the housing 13. Installed on.
【００３０】引張スプリング１６の一端が連結された光
ファイバ・引張スプリング・インバー線固定部１７に
は、第１光ファイバ３とインバー線１５の端部が連結さ
れている。また、引張スプリング１６の他端が連結され
た光ファイバ・引張スプリング・インバー線移動部１８
には、第１光ファイバ３と別個のインバー線１５の端部
が連結されている。第１光ファイバ３はその曲線部１２
の両外側で光ファイバ・引張スプリング・インバー線固
定部１７と光ファイバ・引張スプリング・インバー線移
動部１８に連結されている。The ends of the first optical fiber 3 and the invar wire 15 are connected to the optical fiber / tensile spring / invar wire fixing portion 17 to which one end of the tension spring 16 is connected. Further, the optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 18 to which the other end of the tension spring 16 is connected.
Is connected to the end of the invar wire 15 which is separate from the first optical fiber 3. The first optical fiber 3 has a curved portion 12
The optical fiber / tensile spring / invar wire fixing portion 17 and the optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 18 are connected on both outer sides of the.
【００３１】引張スプリング１６の両端に連結された各
インバー線１５は、引張スプリング１６によって、引っ
張られて弛緩するのが防がれて全て杭２−１〜杭２−Ｎ
間で緊張状態が維持される。また、変位計測領域ａの斜
面ｂで地滑りｃなどが生じて例えば杭２−４が移動する
と、インバー線１５に張力が作用したりこれまで作用し
ていた張力が弱くなったりして、インバー線１５の端部
が連結された光ファイバ・引張スプリング・インバー線
移動部１８は作用する張力が増減することによって移動
する。Each of the invar wires 15 connected to both ends of the tension spring 16 is prevented from being pulled and loosened by the tension spring 16, and all the piles 2-1 to 2-N are provided.
The tension is maintained between. In addition, when a landslide c or the like occurs on the slope b of the displacement measurement region a and the pile 2-4 moves, for example, tension acts on the invar wire 15 or the tension that has been acting so far becomes weaker, and thus the invar wire is weakened. The optical fiber / tensile spring / invar wire moving unit 18 to which the ends of 15 are connected moves when the applied tension increases or decreases.
【００３２】そして、光ファイバ・引張スプリング・イ
ンバー線移動部１８が移動すると連結された部分の第１
光ファイバ３も一体となって移動し、このため、第１光
ファイバ３の曲線部１２は光ファイバ・引張スプリング
・インバー線移動部１８の移動によってその曲率は変化
して、歪センサ１１によって変位計測領域ａの変位の発
生が検知される。When the optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 18 moves, the first portion of the connected portion is moved.
The optical fiber 3 also moves as a unit, so that the curved portion 12 of the first optical fiber 3 changes its curvature by the movement of the optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 18, and is displaced by the strain sensor 11. The occurrence of displacement in the measurement area a is detected.
【００３３】次に、上記発明の実施の形態の構成に基づ
く変位計測システムの動作について以下説明する。第１
光ファイバ３の基端が接続された光強度計測装置２１の
投光回路２２からセンシング光が第１光ファイバ３に入
射される。入射されたセンシング光は、変位計測領域ａ
の変位検知箇所に設置された複数の歪センサ１１−１〜
１１−Ｎの各曲線部１２を経て第１光ファイバ３から第
２光ファイバ４に入る。Next, the operation of the displacement measuring system based on the configuration of the above embodiment of the present invention will be described below. First
Sensing light is incident on the first optical fiber 3 from the light projecting circuit 22 of the light intensity measuring device 21 to which the base end of the optical fiber 3 is connected. The incident sensing light is the displacement measurement area a.
Strain sensors 11-1 to 11-1 installed at the displacement detection points of
The first optical fiber 3 enters the second optical fiber 4 via the curved portions 12 of 11-N.
【００３４】この場合において、地滑りｃが発生し崩壊
土砂ｄと共に杭２−４が下方に移動すると杭２−３と杭
２−４間及び杭２−４と杭２−５間の第１光ファイバ３
及び第２光ファイバ４が引っ張られ、歪センサ１１−３
と歪センサ１１−４内部の光ファイバループ径が変化す
る。即ち、歪センサ１１−３と歪センサ１１−４のハウ
ジング１３が変位し、ハウジング１３の変位によって、
ハウジング１３内の円形の曲線部１２の両側の直線部分
の第１光ファイバ３の長さは伸長又は縮小する。In this case, when a landslide c occurs and the pile 2-4 moves downward together with the collapsed sediment d, the first light between the pile 2-3 and the pile 2-4 and between the pile 2-4 and the pile 2-5. Fiber 3
And the second optical fiber 4 is pulled, and the strain sensor 11-3
And the optical fiber loop diameter inside the strain sensor 11-4 changes. That is, the strain sensor 11-3 and the housing 13 of the strain sensor 11-4 are displaced, and by the displacement of the housing 13,
The length of the first optical fiber 3 in the linear portion on both sides of the circular curved portion 12 in the housing 13 is expanded or contracted.
【００３５】曲線部１２の両側の直線部分の第１光ファ
イバ３の長さが伸長又は縮小した場合、その伸長又は縮
小した長さ部分だけ、逆に曲線部１２の第１光ファイバ
３の長さが縮小又は伸長する。つまり、直線部分の第１
光ファイバ３の長さが伸長するとその伸長した長さだけ
曲線部１２の第１光ファイバ３の長さが縮小し、逆に、
直線部分の第１光ファイバ３の長さが縮小するとその縮
小した長さだけ曲線部１２の第１光ファイバ３の長さが
伸長する。When the lengths of the first optical fibers 3 in the straight portions on both sides of the curved portion 12 are expanded or contracted, the lengths of the extended or contracted lengths of the first optical fibers 3 of the curved portion 12 are reversed. Is reduced or expanded. That is, the first part of the straight line
When the length of the optical fiber 3 is extended, the length of the first optical fiber 3 of the curved portion 12 is reduced by the extended length, and conversely,
When the length of the first optical fiber 3 in the straight line portion is reduced, the length of the first optical fiber 3 in the curved portion 12 is extended by the reduced length.
【００３６】即ち、ハウジング１３が変位して円形の曲
線部１２の両側の直線部分の第１光ファイバ３の長さが
伸長すると、曲線部１２を締め付ける張力が高くなり、
曲線部１２の内側の円筒状の板バネ１４の付勢力に抗し
て曲線部１２の第１光ファイバ３の長さは縮小して径が
小さくなる。That is, when the housing 13 is displaced and the lengths of the first optical fibers 3 in the linear portions on both sides of the circular curved portion 12 are extended, the tension for fastening the curved portion 12 becomes high,
The length of the first optical fiber 3 in the curved portion 12 is reduced and the diameter is reduced against the biasing force of the cylindrical leaf spring 14 inside the curved portion 12.
【００３７】そして、曲線部１２の第１光ファイバ３の
径が小さくなって、その曲率半径が小さくなると、光の
透過光量が減少する。これから、変位検知箇所に設置さ
れたハウジング１３が曲線部１２の曲率半径が小さくな
る方向に変位したことが検知される。また、光の透過光
量が減少量から曲率半径の減少量が計算され、曲率半径
の減少量から変位検知箇所の変位量も計測可能となる。Then, when the diameter of the first optical fiber 3 of the curved portion 12 becomes small and the radius of curvature thereof becomes small, the amount of transmitted light decreases. From this, it is detected that the housing 13 installed at the displacement detection location is displaced in the direction in which the radius of curvature of the curved portion 12 becomes smaller. Further, the amount of decrease in the radius of curvature is calculated from the amount of decrease in the amount of transmitted light, and the amount of displacement at the displacement detection point can also be measured from the amount of decrease in the radius of curvature.
【００３８】これに対して、ハウジング１３が上記と逆
方向に変位して曲線部１２の両側の直線部分の第１光フ
ァイバ３の長さが縮小すると、内側から曲線部１２を付
勢している円筒状の板バネ１４の付勢力によって曲線部
１２の第１光ファイバ３の長さは伸長して曲線部１２の
径が大きくなる。On the other hand, when the housing 13 is displaced in the direction opposite to the above and the length of the first optical fiber 3 in the linear portions on both sides of the curved portion 12 is reduced, the curved portion 12 is urged from the inside. Due to the urging force of the cylindrical leaf spring 14, the length of the first optical fiber 3 of the curved portion 12 is extended and the diameter of the curved portion 12 is increased.
【００３９】そして、曲線部１２の第１光ファイバ３の
径が大きくなって、その曲率半径が大きくなると、図２
に示すように、光の透過光量が増加する。これから、変
位検知箇所に設置されたハウジング１３が曲線部１２の
曲率半径が大きくなる方向に変位したことが検知され
る。また、光の透過光量が増加量から曲率半径の増加量
が計算され、曲率半径の増加量から変位検知箇所の変位
量も計測可能となる。Then, when the diameter of the first optical fiber 3 of the curved portion 12 becomes large and the radius of curvature thereof becomes large, FIG.
As shown in, the amount of transmitted light increases. From this, it is detected that the housing 13 installed at the displacement detection location is displaced in the direction in which the radius of curvature of the curved portion 12 increases. Further, the amount of increase in the radius of curvature is calculated from the amount of increase in the amount of transmitted light, and the amount of displacement at the displacement detection location can be measured from the amount of increase in the radius of curvature.
【００４０】このように、歪センサ１１は、円形の曲線
部１２の第１光ファイバ３の内側にこれを内側から外側
に向けて付勢する円筒状に巻いた板バネ１４によって、
曲線部１２の両側の直線部分の第１光ファイバ３の長さ
が伸長する方向に変位検知箇所が変位したことを計測す
ることができるのは勿論のこと、更に、曲線部１２の両
側の直線部分の第１光ファイバ３の長さが縮小する方向
に変位検知箇所が変位した場合は、円形の曲線部１２の
径を大きくして、変位検知箇所が曲線部１２の径を大き
くする方向に変位したことの計測も可能となる。As described above, the strain sensor 11 is configured such that the inside of the first optical fiber 3 of the circular curved portion 12 is wound by the leaf spring 14 which is wound in a cylindrical shape and biases the optical fiber 3 from the inside toward the outside.
It is of course possible to measure the displacement of the displacement detection portion in the direction in which the length of the first optical fiber 3 in the straight line portion on both sides of the curved portion 12 extends, and further, the straight line on both sides of the curved portion 12 can be measured. When the displacement detection location is displaced in the direction in which the length of the first optical fiber 3 in the portion is reduced, the diameter of the circular curved portion 12 is increased so that the displacement detection location is increased in the diameter of the curved portion 12. It is possible to measure the displacement.
【００４１】そして、複数の歪センサ１１−１〜１１−
Ｎの各曲線部１２を経て第１光ファイバ３から第２光フ
ァイバ４に入り、第２光ファイバ４を透過した光は第２
光ファイバ４の基端から光強度計測装置２１の受光回路
２３に入り、受光回路２３の受光素子により電気信号に
変換され、光電アンプ２４に導かれる。光電アンプ２４
で増幅された信号は、測定範囲設定回路２５でセンサに
よって決まる検出特性の所要の部分を選択的に抽出する
べく設定され、バッファ回路２６のインピーダンス変換
を経てリニアライズ回路２７で直線化され警報値設定回
路２８に送られる。The plurality of strain sensors 11-1 to 11-
The light that has entered the second optical fiber 4 from the first optical fiber 3 via each curved portion 12 of N and has passed through the second optical fiber 4 is
From the base end of the optical fiber 4 enters the light receiving circuit 23 of the light intensity measuring device 21, is converted into an electric signal by the light receiving element of the light receiving circuit 23, and is guided to the photoelectric amplifier 24. Photoelectric amplifier 24
The signal amplified by is set by the measurement range setting circuit 25 to selectively extract a required portion of the detection characteristic determined by the sensor, is linearized by the linearization circuit 27 through the impedance conversion of the buffer circuit 26, and is set to the alarm value. It is sent to the setting circuit 28.
【００４２】この信号は歪みの発生により見込まれる透
過光量の変化に対応した所要の設定値とコンパレータ回
路２９にて比較され、一致した場合、変位検知箇所で変
位が発生した旨の警報がリアルタイムで警報出力回路３
０より発せられるようになっている。This signal is compared with a required set value corresponding to a change in the amount of transmitted light expected due to the occurrence of distortion in the comparator circuit 29, and if they match, an alarm indicating that a displacement has occurred at the displacement detection point is made in real time. Alarm output circuit 3
It is supposed to be emitted from 0.
【００４３】警報により、作業者は、変位の発生を検知
した光強度計測装置２１に、光ファイバ歪分布計測装置
４１を持参して、光分岐接続器５に接続して、第２光フ
ァイバ４の基端４ｂを光ファイバ歪分布計測装置４１に
接続させる。By the alarm, the operator brings the optical fiber strain distribution measuring device 41 to the optical intensity measuring device 21 which has detected the occurrence of displacement, connects the optical fiber strain distribution measuring device 41 to the optical branch connector 5, and connects the second optical fiber 4 to the optical fiber connecting device 5. The base end 4b of is connected to the optical fiber strain distribution measuring device 41.
【００４４】そして、第２光ファイバ４の基端４ｂに接
続した光ファイバ歪分布計測装置４１を作動させて、第
２光ファイバ４の基端４ｂから光パルスを入射させる。
第２光ファイバ４に局所的な歪みが発生すると、その部
分の屈折率が変化することにより後方ブリルアン散乱光
が発生し入射端に戻ってくる。この後方ブリルアン散乱
光は反射点までの距離に比例した時間後に戻ってくると
ともに、その強度は反射点における屈折率の変化、即
ち、歪みの大きさに依存する。このような原理によっ
て、このＢＯＴＤＲを使用した光ファイバ歪分布計測装
置４１は、散乱光が戻ってくる時間から斜面ｂの変位計
測領域ａの変位発生位置を特定することができる。Then, the optical fiber strain distribution measuring device 41 connected to the base end 4b of the second optical fiber 4 is operated to make the optical pulse enter from the base end 4b of the second optical fiber 4.
When a local strain is generated in the second optical fiber 4, the refractive index of that portion is changed, so that backward Brillouin scattered light is generated and returns to the incident end. The backward Brillouin scattered light returns after a time proportional to the distance to the reflection point, and its intensity depends on the change in the refractive index at the reflection point, that is, the magnitude of distortion. Based on such a principle, the optical fiber strain distribution measuring device 41 using this BOTDR can specify the displacement occurrence position of the displacement measuring region a of the slope b from the time when the scattered light returns.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上の記載より明らかなように、請求項
１の発明に係る光ファイバを用いた変位計測システムに
よれば、例えば山地、崖などの斜面の変位計測領域の変
位を検知する箇所に複数配設された光ファイバの曲率半
径が歪みにより変化して光の透過光量が増減することを
利用して光強度計測装置により変位発生を短時間に検知
することができると共に、光強度計測装置により変位発
生の検知時には、変位発生を検知した光強度計測装置に
接続された第２光ファイバの基端を光分岐接続器を介し
て持参した高価な光ファイバ歪分布計測装置に接続する
ことにより変位計測領域での変位発生位置を特定するこ
とができる。このようにして、変位計測領域の通常の変
位発生の有無の計測は、廉価な光強度計測装置を多数使
用して短時間で計測して警報することができ、そして、
変位が発生した時には高価な光ファイバ歪分布計測装置
を用いて変位発生位置を特定するようにすることによっ
て、低コストで変位計測領域の監視を行うことが可能と
なる。As is apparent from the above description, according to the displacement measuring system using the optical fiber of the first aspect of the present invention, for example, the location of detecting the displacement in the displacement measuring region of the slope such as a mountain or a cliff. It is possible to detect displacement occurrence in a short time by the light intensity measuring device by utilizing the fact that the radius of curvature of a plurality of optical fibers arranged in the line changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases. When detecting the occurrence of displacement by the device, connect the proximal end of the second optical fiber connected to the optical intensity measuring device that detected the occurrence of displacement to an expensive optical fiber strain distribution measuring device brought through an optical branching connector. The displacement occurrence position in the displacement measurement region can be specified by. In this way, the measurement of the presence or absence of normal displacement in the displacement measurement region can be performed by using a number of inexpensive light intensity measuring devices in a short time to give an alarm, and
When the displacement occurs, an expensive optical fiber strain distribution measuring device is used to identify the displacement occurrence position, so that the displacement measurement region can be monitored at low cost.
【００４６】また、請求項２の発明に係る光ファイバを
用いた変位計測システムによれば、前記請求項１と同一
の効果を有すると共に、これに加えて、第１光ファイバ
の緊張を緩和するインバー線を全杭間に緊張状態で折れ
線直線状に第１光ファイバに並行して配設したことによ
り、第１光ファイバが長期間緊張状態で配設されること
に伴う第１光ファイバの劣化、断線を防ぐことができ、
第１光ファイバの寿命を延ばすことができる。また、イ
ンバー線によって各杭間に強い張力を付与することによ
って、歪センサは微小の変位から計測が可能となる。According to the displacement measuring system using the optical fiber of the second aspect of the present invention, the same effect as that of the first aspect is obtained, and in addition to this, the tension of the first optical fiber is relaxed. By arranging the invar wire between all the piles in a straight line in parallel with the first optical fiber in a tensioned state, the first optical fiber is arranged in a tensioned state for a long period of time. Deterioration and disconnection can be prevented,
The life of the first optical fiber can be extended. Further, by applying a strong tension between the piles with the invar wire, the strain sensor can measure from a minute displacement.
【図１】この発明の実施の形態を示す変位計測システム
を変位計測領域に敷設した概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view in which a displacement measuring system showing an embodiment of the present invention is installed in a displacement measuring region.
【図２】この発明の実施の形態を示す光ファイバを利用
した歪センサの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a strain sensor using an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
【図３】この発明の実施の形態を示す変位計測システム
の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a displacement measuring system showing an embodiment of the present invention.
【図４】この発明の実施の形態を示す他の変位計測シス
テムを変位計測領域に敷設した概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of another displacement measuring system showing an embodiment of the present invention installed in a displacement measuring region.
【図５】この発明の実施の形態を示す他の光ファイバを
利用した歪センサの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a strain sensor using another optical fiber according to the embodiment of the present invention.
【図６】従来技術１の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of Prior Art 1.
【図７】従来技術２の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of prior art 2.
１ 光ファイバを用いた変位計測システム
２ 杭
３ 第１光ファイバ
４ 第２光ファイバ
４ａ 第２光ファイバの基端
４ｂ 第２光ファイバの基端
５ 光分岐接続器
１１ 光ファイバを利用した歪センサ
１２ 曲線部
１３ ハウジング
１３ａ 空間
１３ｂ 摺動溝
１４ 板バネ
１５ インバー線
１６ 引張スプリング
１７ 光ファイバ・引張スプリング・インバー線固定
部
１８ 光ファイバ・引張スプリング・インバー線移動
部
２１ 光強度計測装置
２２ 投光回路
２３ 受光回路
２４ 光電アンプ
２５ 測定範囲設定回路
２６ バッファ回路
２７ リニアライズ回路
２８ 警報値設定回路
２９ コンパレータ回路
３０ 警報出力回路
３１ 外部インターフェース回路
４１ 光ファイバ歪分布計測装置
ａ 変位計測領域
ｂ 斜面
ｃ 地滑り
ｄ 崩壊土砂1 Displacement Measurement System Using Optical Fiber 2 Piles 3 First Optical Fiber 4 Second Optical Fiber 4a Base End 4b of Second Optical Fiber 5 Base End 5 of Second Optical Fiber Optical Branch Connector 11 Strain Sensor Using Optical Fiber 12 curved portion 13 housing 13a space 13b sliding groove 14 leaf spring 15 invar wire 16 tension spring 17 optical fiber / tensile spring / invar wire fixing portion 18 optical fiber / tensile spring / invar wire moving portion 21 light intensity measuring device 22 light projection Circuit 23 Light receiving circuit 24 Photoelectric amplifier 25 Measuring range setting circuit 26 Buffer circuit 27 Linearization circuit 28 Alarm value setting circuit 29 Comparator circuit 30 Warning output circuit 31 External interface circuit 41 Optical fiber strain distribution measuring device a Displacement measuring area b Slope c Landslide d collapsed sediment
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−272213（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−257928（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−86510（ＪＰ，Ａ) 特開2000−46528（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−304549（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34367（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34401（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/16 G01D 21/00 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP 2000-272213 (JP, A) JP 11-257928 (JP, A) JP 4-86510 (JP, A) JP 2000-46528 ( JP, A) JP 11-304549 (JP, A) JP 6-34367 (JP, A) JP 6-34401 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/16 G01D 21/00
Claims (2)
間に緊張状態で折れ線直線状に支持される第１光ファイ
バと第２光ファイバを並行して配設し、光ファイバの曲
率半径が歪みにより変化して光の透過光量が増減するこ
とを利用して歪発生を検知する光ファイバを利用した歪
センサを、各杭間の第１光ファイバの途中にそれぞれ接
続して設け、第１光ファイバと第２光ファイバの終端同
士を接続し、第１光ファイバの途中に接続された上記歪
センサの光の透過光量の増減を計測する光強度計測装置
を設けると共に、当該光強度計測装置に第１光ファイバ
と第２光ファイバの基端をそれぞれ接続し、上記歪セン
サの光の透過光量の増減を計測する光強度計測装置によ
り変位発生の検知時には、第２光ファイバに光パルスを
入射し戻ってくる後方ブリルアン散乱光の周波数が第２
光ファイバの歪と関係して変化することを利用して後方
ブリルアン散乱光が戻ってくる時間から第２光ファイバ
の特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分布計測装置
を特別に設けると共に、当該光ファイバ歪分布計測装置
に第２光ファイバの基端をその基端側に設けた光分岐接
続器を介して接続して、第２光ファイバの特定位置の歪
みを計測する光ファイバ歪分布計測装置により変位発生
位置を特定するようにしたことを特徴とする光ファイバ
を用いた変位計測システム。1. A plurality of piles are attached to a displacement measurement region, and a first optical fiber and a second optical fiber, which are supported in a linear straight line in a tension state in a tension state, are arranged in parallel between all the piles, and the curvature of the optical fibers is set. A strain sensor using an optical fiber that detects the occurrence of strain by utilizing the fact that the radius changes due to strain and the amount of transmitted light increases or decreases is provided by connecting each of the first optical fibers between the piles, respectively. A light intensity measuring device is provided which connects the ends of the first optical fiber and the second optical fiber to each other, and measures the increase or decrease in the amount of transmitted light of the strain sensor connected in the middle of the first optical fiber. The proximal ends of the first optical fiber and the second optical fiber are connected to a measuring device, respectively, and the strain sensor
When the displacement intensity is detected by the light intensity measuring device that measures the increase / decrease in the amount of transmitted light of the optical signal, the frequency of the backward Brillouin scattered light returning after the optical pulse is incident on the second optical fiber is equal to the second frequency.
An optical fiber strain distribution measuring device that measures the strain at a specific position of the second optical fiber from the time when the backward Brillouin scattered light returns by utilizing the fact that it changes in relation to the strain of the optical fiber is provided, and The base end of the second optical fiber is connected to the optical fiber strain distribution measuring device through an optical branching / connecting device provided on the base end side of the optical fiber strain distribution measuring device so that the strain of the specific position of the second optical fiber is distorted.
A displacement measuring system using an optical fiber, characterized in that a displacement generation position is specified by an optical fiber strain distribution measuring device for measuring only the displacement.
間に折れ線直線状に支持される第１光ファイバと全杭間
に緊張状態で折れ線直線状に支持される第２光ファイバ
を並行して配設し、第１光ファイバの緊張を緩和するイ
ンバー線を全杭間に緊張状態で折れ線直線状に第１光フ
ァイバに並行して配設し、光ファイバの曲率半径が歪み
により変化して光の透過光量が増減することを利用して
歪発生を検知する光ファイバを利用した歪センサを、各
杭間の第１光ファイバの途中にそれぞれ接続して設け、
各杭間のインバー線の途中に歪センサをそれぞれ接続す
ると共に各歪センサ内の光ファイバの曲率半径がインバ
ー線に作用する張力の増減によって変化可能に各インバ
ー線を接続し、第１光ファイバと第２光ファイバの終端
同士を接続し、第１光ファイバの途中に接続された上記
歪センサの光の透過光量の増減を計測する光強度計測装
置を設けると共に、当該光強度計測装置に第１光ファイ
バと第２光ファイバの基端をそれぞれ接続し、上記歪セ
ンサの光の 透過光量の増減を計測する光強度計測装置に
より変位発生の検知時には、第２光ファイバに光パルス
を入射し戻ってくる後方ブリルアン散乱光の周波数が第
２光ファイバの歪と関係して変化することを利用して後
方ブリルアン散乱光が戻ってくる時間から第２光ファイ
バの特定位置の歪みを計測する光ファイバ歪分布計測装
置を特別に設けると共に、当該光ファイバ歪分布計測装
置に第２光ファイバの基端をその基端側に設けた光分岐
接続器を介して接続して、第２光ファイバの特定位置の
歪みを計測する光ファイバ歪分布計測装置により変位発
生位置を特定するようにしたことを特徴とする光ファイ
バを用いた変位計測システム。2. A plurality of piles are attached to the displacement measuring region, and a first optical fiber supported linearly between the piles and a second optical fiber supported linearly in the tension between all piles. The invar wire, which is arranged in parallel and relaxes the tension of the first optical fiber, is arranged between all the piles in a tension state in a straight line and in parallel with the first optical fiber. A strain sensor using an optical fiber that detects the occurrence of strain by using the change in the amount of transmitted light to change is provided in the middle of the first optical fiber between the piles, respectively.
A strain sensor is connected in the middle of the invar wire between the piles, and the radius of curvature of the optical fiber in each strain sensor is variably connected to the invar wire by increasing or decreasing the tension acting on the invar wire. And a second optical fiber are connected to each other, and a light intensity measuring device for measuring an increase / decrease in the amount of transmitted light of the strain sensor connected in the middle of the first optical fiber is provided. 1 optical fiber and the proximal end of the second optical fiber connected respectively, the Ibitsuse
When the optical intensity measuring device that measures the increase or decrease in the amount of transmitted light of the sensor detects the occurrence of displacement, the frequency of the backward Brillouin scattered light that returns after the optical pulse is incident on the second optical fiber is related to the distortion of the second optical fiber. The optical fiber strain distribution measuring device is specially provided to measure the strain at a specific position of the second optical fiber from the time when the backward Brillouin scattered light returns by utilizing the change To the specific position of the second optical fiber by connecting the proximal end of the second optical fiber to the optical fiber via the optical branching connector provided on the proximal end side .
A displacement measuring system using an optical fiber, characterized in that a displacement occurrence position is specified by an optical fiber strain distribution measuring device for measuring strain.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000104004A JP3373188B2 (en) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | Displacement measurement system using optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000104004A JP3373188B2 (en) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | Displacement measurement system using optical fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001289617A JP2001289617A (en) | 2001-10-19 |
| JP3373188B2 true JP3373188B2 (en) | 2003-02-04 |
Family
ID=18617624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000104004A Expired - Fee Related JP3373188B2 (en) | 2000-04-05 | 2000-04-05 | Displacement measurement system using optical fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3373188B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104864820A (en) * | 2015-06-10 | 2015-08-26 | 中南大学 | System and optical fiber laying method for slope deformation real-time monitoring |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007108330A1 (en) * | 2006-03-02 | 2007-09-27 | National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology | Distance measuring system |
| EP2124705B1 (en) | 2007-01-29 | 2019-05-08 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | System for controlling an instrument using shape sensors |
| CN103344396B (en) * | 2013-07-16 | 2016-01-20 | 吉林大学 | Based on the bridge deflection measurement system and method for close-range photogrammetry |
| JP6276089B2 (en) * | 2014-03-31 | 2018-02-07 | 株式会社オーシーシー | Landslide detection system |
| CN103983755B (en) * | 2014-05-29 | 2015-07-08 | 中国地质科学院岩溶地质研究所 | Simulation test system in variable load fiber strain karst collapse process |
| KR101698836B1 (en) * | 2016-10-11 | 2017-01-23 | 화이버트론 주식회사 | Acceleration measuring system using optical fiber |
| JP7374562B2 (en) | 2020-03-09 | 2023-11-07 | 西松建設株式会社 | position measurement system |
-
2000
- 2000-04-05 JP JP2000104004A patent/JP3373188B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104864820A (en) * | 2015-06-10 | 2015-08-26 | 中南大学 | System and optical fiber laying method for slope deformation real-time monitoring |
| CN104864820B (en) * | 2015-06-10 | 2017-11-10 | 中南大学 | A kind of slope deforming real-time monitoring system and optical fiber laying method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001289617A (en) | 2001-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6813403B2 (en) | Monitoring of large structures using brillouin spectrum analysis | |
| US9109883B2 (en) | High resolution large displacement/crack sensor | |
| JPH0261698B2 (en) | ||
| JP3668199B2 (en) | Tunnel deformation measurement method | |
| JP3373188B2 (en) | Displacement measurement system using optical fiber | |
| JP2000039309A (en) | Method and device for deformation inspection | |
| CA2372858A1 (en) | Fiber optic sensing instrument and system with fiber of adjustable optical path length and method of using it | |
| JPH09281146A (en) | Power cable line with current detector using supermagnetostrictive alloy and supermagnetostrictive alloy sensor | |
| JP2001304822A (en) | Optical fiber sensor and monitoring system | |
| US5072110A (en) | Fiber optic strain and impact sensor system for composite materials | |
| CN102175170B (en) | Detecting method and sensor for cracks of civil structure based on optical fiber long chirped grating frequency domain reflection technology | |
| JP3860488B2 (en) | Wide-area strain distribution measurement system | |
| CN115420410B (en) | Bridge stress detection system | |
| JP3599690B2 (en) | Optical displacement sensor using optical fiber and deformation monitoring system using this optical displacement sensor | |
| JP2000018981A (en) | Optical fiber sensor | |
| EP0278143B1 (en) | Structural monitoring system using fiber optics | |
| JP2005024427A (en) | Optical fiber sensor for detecting vehicle weight | |
| CN201974183U (en) | Sensor for crack detection of civil structure based on optical fiber long chirping grating frequency domain reflection technology | |
| JP4032124B2 (en) | Optical fiber sensor device | |
| JP2003014561A (en) | Strain sensor and strain sensing unit | |
| JP3544861B2 (en) | Measurement target section identification method | |
| Rivera et al. | Structural health monitoring of composite poles using fiber optic sensors | |
| JP3354860B2 (en) | Sediment collapse detection system | |
| Furrow et al. | Fiber optic health monitoring system for composite bridge decks | |
| JP2001296112A (en) | Strain observing device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081122 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091122 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |