JP3403355B2 - Strain sensor using optical fiber - Google Patents
Strain sensor using optical fiberInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、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
とを利用して歪みを検知する光ファイバを利用した歪セ
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】山地、崖などの傾斜面では、豪雨、地震
などによる土砂崩壊が多発している。これらの土砂崩壊
による被害を最小限にとどめるためには、土砂崩壊の前
兆を早期かつ的確に検知することが必要である。この種
の技術で地盤の変状を直接的に監視する方法の一つとし
ては、地盤の変状を光ファイバの曲げに変換し、光ファ
イバが曲がることにより光の透過光量が減衰することを
利用する方法（マイクロベンディング法）がある。
【０００３】従来技術１の図２（Ａ）〜（Ｃ）は、上記
マイクロベンディング法による従来の傾斜崩落の検知シ
ステムを示す図である。図２（Ａ）は道路に面した斜面
７２に光ファイバ７１及び計測器７３を設置した例であ
り、図２（Ｂ）〜（Ｃ）は検出部となる光ファイバ７１
の圧縮部７４とその構造を示す図である。この方法によ
れば、道路脇の斜面７２に添って据え付けられた杭７５
に梁７６が取付けられている。その位置関係は図２
（Ｂ）に示すように１本の梁７６ａは隣の梁７６ｂと１
〜２ｍの重複区間をもち上下に位置するとともに、その
端に光ファイバ７１の圧縮部７４が取付けられている。
光ファイバ７１の圧縮部７４は図２（Ｃ）に示すように
上部の梁７６ａに取付けてある複数の突起状の板７４ａ
と下部の梁７６ｂに連結された金具に貼り付けられたゴ
ム板７４ｂとで構成されており、光ファイバ７１は突起
状の板７４ａとゴム板７４ｂの間を通してある。ここ
で、斜面７２の崩落７７が発生した場合、その崩落７７
による変状は斜面７２に据え付けられた杭７５の移動量
としてその杭７５に取付けられた梁７６ａ又は７６ｂに
伝えられる。これにより複数の突起状の板７４ａで光フ
ァイバ７１を圧縮７８してゴム板７４ｂにより光ファイ
バ７１の屈曲が生じ光の伝送損失が既定値以上に増加す
ることで斜面７２の崩落７７を検知することができる。
【０００４】従来技術２の図３（Ａ）〜（Ｄ）は前記従
来技術１と同じくマイクロベンディング法による従来の
土砂崩壊の検知システムを示す図である。図３（Ａ）は
光ファイバ８１の敷設例を示す斜視図である。図３
（Ａ）に示すように、地面８２または地面８２に設けた
図示しない溝内に複数のトラフ８３を並べる。このと
き、一個または複数個のトラフ８３毎（図３（Ａ）では
４個毎）に空隙８４を設けて長手方向に並べ、各空隙８
４の地面８２に棒状体８５を立てる。そして一本の光フ
ァイバ８１を各トラフ８３の溝に沿い、且つ各空隙８４
にて棒状体８５と交差するループ８６を作るように配線
した後、各トラフ８３に蓋８７を被せる。なお、各トラ
フ８３内に小動物が侵入しないように充填物（小石等）
を詰めることが望ましい。図３（Ｂ）〜（Ｄ）は、上記
地面８２が崩壊した場合を示す図である。地面８２の一
部が崩壊すると、図３（Ｂ）に示すようにその地面８２
上に設置されていたトラフ８３が崩壊する。すると、そ
のトラフ８３により隣接する棒状体８５に交差していた
光ファイバ８１が引っ張られるため、ループ８６が図３
（Ｃ）〜（Ｄ）の破線で示す崩落前の状態から、同じく
実線で示すようにその径が小さくなるよう変形する。こ
の方法では、光ファイバ８１の一端からセンシング光を
入射して他端で受光強度を検知するため、ループ８６の
径が小さくなると光ファイバ８１の透過光の減衰が大き
くなり、受光強度が既定値以下になり、トラフ８３が崩
壊したことを検知することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術１の方法では、風圧、車両の通過による振動、
及び移動量の伝達系すなわち杭７５、梁７６、圧縮部７
４そのものの機械的歪みによる微小変動が見込まれる。
よって、これらの微小変動に対する不感領域を設ける目
的から複数の突起状の板７４ａとゴム板７４ｂとの間に
あそび幅を持たせる必要があり、早期の崩落検知に寄与
する斜面７２の微小な変状を検知することができない。
また、この方式では、光ファイバ７１の屈曲による光の
伝送損失の増加傾向を監視し、既定値以上に達したこと
で斜面７２の崩落７７を検知している。よって、変状の
検出部はＯＮ／ＯＦＦ的動作に適合したものであり、光
の伝送損失の減少傾向をとらえて変状を検知する方法に
は適さないとともに、その位置の検出も不可能である。
【０００６】また、前述の従来技術２の方法では、光フ
ァイバ８１をその外径に対して十分大きな空間をもつト
ラフ８３内に敷設することでたるみが生じることは避け
られない。しかも、小石等の充填物を詰めることで光フ
ァイバ８１の地面８２の変状に対応したスムーズな変形
が得られにくくなる。このことは、前記の従来技術１の
場合と同じく、崩落につながる地面８２の微小な変動を
検知することができないので早期の崩落検知には適さな
い。さらに、光ファイバ８１のループ８６を構成する部
分は単に棒状体８５に交叉して敷設されておりループ８
６の径が小さくなる方向、すなわち光ファイバ８１の屈
曲による光の伝送損失の増加傾向のみを監視することが
考慮されている。従って、これも従来技術１と同じく変
状の検出部はＯＮ／ＯＦＦ的動作に適合したものであ
り、光の伝送損失の減少傾向をとらえて変状を検知する
方法には適さないとともに、その位置の検出も不可能で
ある。
【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、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みを検
知することのできる光ファイバを利用した歪センサを提
供することにある。
【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、緊張状態で配設される光ファ
イバの一部を、歪み検知箇所に設置されたハウジング内
部に設けられた固定ローラ及び可動ローラの協動により
所定の曲率半径を有する円弧状の曲線部に形成すると共
に、この曲線部の内側を押圧する可動ローラが取付けら
れた回転盤に捩じりバネで回転モーメントを付与して上
記曲線部を可変自在に弾性支持し、歪み検知箇所に設置
されたハウジングの変位で光ファイバの曲線部の曲率半
径が変化して光の透過光量が増減することを利用して、
ハウジングが設置された歪み検知箇所の歪みを検知する
手段よりなるものである。
【０００９】
【００５２】ここで、図１は光ファイバを利用した歪セ
ンサの概略構成図である。
【００５３】図において、光ファイバを利用した歪セン
サ２１は、光ファイバ２２の曲線部２３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
て歪みを検知する機器である。
【００５４】光ファイバを利用した歪センサ２１は、緊
張状態で配設される光ファイバ２２、光ファイバ２２の
曲線部２３を内部に有するハウジング２４、ハウジング
２４内に形成された曲線部２３を弾性支持する捩じりバ
ネ２５などから主に構成されている。
【００５５】光ファイバ２２は、曲線部２３を内側から
弾性支持する捩じりバネ２５と釣り合って歪み検知箇所
で歪み発生時以外に曲率半径が変化するのを防ぐため
に、又歪み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。
【００５６】緊張状態で配設される光ファイバ２２の一
端には光源２２ａが接続され、又光ファイバ２２の他端
には光源２２ａが出た光を受ける受光素子２２ｂが接続
されている。受光素子２２ｂが光源２２ａから出た光の
透過光量の増減を検知することによって、歪み検知箇所
で光ファイバ２２の曲線部２３の曲率半径の変化を検知
して、歪み検知箇所の歪みの発生の有無及び歪みの方向
を検知できる。
【００５７】光ファイバ２２の曲線部２３は、歪み検知
箇所に、所定の曲率半径を有する円弧状に形成されてい
る。この実施の形態では、２つの円弧状の曲線部２３が
互いに反対方向に凸部を有するように形成されている。
つまり、左右の２つの円弧状の曲線部２３は互いに点対
称に形成されている。この光ファイバ２２の２つの円弧
状の曲線部２３は、光ファイバ２２を緊張し且つ円弧状
の内側を外側にそれぞれ付勢して回転モーメントを付与
する各捩じりバネ２５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。
【００５８】ハウジング２４は光ファイバ２２の２つの
円弧状の曲線部２３を内部に有する箇所で、歪み検知箇
所に設置される。ハウジング２４の内部には２つの円弧
状の各曲線部２３をそれぞれ形成する一対の固定ローラ
２４ａと捩じりバネ２５に支持される可動ローラ２４ｂ
とがそれぞれ設けられている。
【００５９】一対の固定ローラ２４ａ及び可動ローラ２
４ｂは、ハウジング２４の中心で左右で点対称に配置さ
れている。これらの固定ローラ２４ａと可動ローラ２４
ｂ及び捩じりバネ２５によって、光ファイバ２２は円弧
状の曲線部２３に形成される。
【００６０】このうち、一対の各固定ローラ２４ａは２
つの円弧状の曲線部２３の両側に設けられていて、各可
動ローラ２４ｂと協動して両側から直線状の光ファイバ
２２を円弧状の曲線部２３に曲げる部分である。各固定
ローラ２４ａは円形の形状を有している。
【００６１】また、一対の各可動ローラ２４ｂは、ハウ
ジング２４内に設けられた回転盤２４ｃ上にその回転中
心部２４ｄを中心として向かい側つまり１８０度の位置
に取付けられている。各可動ローラ２４ｂは回転盤２４
ｃが回転することによって回転して可動する。
【００６２】回転盤２４ｃの相対向する位置に設けられ
た一対の可動ローラ２４ｂは、円弧状の曲線部２３の内
側に位置して、捩じりバネ２５の付勢によっる回転モー
メントによって、光ファイバ２２の曲線部２３を円弧状
に押圧する部分で、円形の形状を有している。各可動ロ
ーラ２４ｂはそれぞれ逆向きに光ファイバ２２の曲線部
２３を付勢するように回転盤２４ｃ上に配置されてい
る。
【００６３】各可動ローラ２４ｂを回転盤２４ｃを介し
て回転モーメントを付与して付勢する捩じりバネ２５
は、ハウジング２４内に取付けられた回転盤２４ｃの回
転中心部２４ｄに、図において時計回り方向に付勢して
回転モーメントを付与するように設けられている。
【００６４】捩じりバネ２５は、回転盤２４ｃ及び可動
ローラ２４ｂを介して緊張状態の光ファイバ２２の円弧
状の曲線部２３を曲線部２３の内側からそれぞれ付勢し
て、歪み発生時以外で所定の曲率半径で釣り合って弾性
支持するものである。捩じりバネ２５は回転盤２４ｃの
回転中心部２４ｄで螺旋状に巻かれ、その一端はハウジ
ング２４に固定され、又他端は回転盤２４ｃの円周側に
固定されている。
【００６５】可動ローラ２４ｂを介して光ファイバ２２
の曲線部２３の内側を回転モーメントを付与して付勢す
る捩じりバネ２５の付勢力によって光ファイバ２２の円
弧状の曲線部２３は、光ファイバ２２を引っ張ることに
よって作用して曲線部２３の曲率半径を大きくしようと
する力と、回転盤２４ｃ及び可動ローラ２４ｂを介して
光ファイバ２２の円弧状の曲線部２３の内側を回転モー
メントによって付勢する捩じりバネ２５の付勢力によっ
て作用して曲線部２３の曲率半径を小さくしようとする
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。
【００６６】次に、上記発明の実施の形態の構成に基づ
く作用について以下説明する。ハウジング２４が設置さ
れた歪み検知箇所で歪みが発生すると、ハウジング２４
が変位し、ハウジング２４の変位によって、ハウジング
２４内の２つの円弧状の曲線部２３の両側の直線部分の
光ファイバ２２の長さは伸長又は縮小する。
【００６７】２つの円弧状の曲線部２３の両側の直線部
分の光ファイバ２２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２３の光
ファイバ２２の長さが縮小又は伸長する。つまり、直線
部分の光ファイバ２２の長さが伸長するとその伸長した
長さだけ曲線部２３の光ファイバ２２の長さが縮小し、
逆に、直線部分の光ファイバ２２の長さが縮小するとそ
の縮小した長さだけ曲線部２３の光ファイバ２２の長さ
が伸長する。
【００６８】即ち、ハウジング２４が変位して２つの円
弧状の曲線部２３の両側の直線部分の光ファイバ２２の
長さが伸長すると、曲線部２３の張力が高くなり、円弧
状の曲線部２３の内側を回転盤２４ｃ及び可動ローラ２
４ｂを介して外側に向けて捩じり付勢する捩じりバネ２
５の回転モーメントに抗して回転盤２４ｃを反時計回り
に回転させ、円弧状の曲線部２３の形状は低い山形形状
に変形し、曲線部２３の光ファイバ２２の長さは縮小す
る。
【００６９】そして、光ファイバ２２の曲線部２３の形
状は低い山形形状に変形して、その曲率半径が大きくな
ると、光の透過光量が増加する。これから、歪み検知箇
所に設置されたハウジング２４が曲線部２３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歪み検知箇所の変位量も計測
可能となる。
【００７０】これに対して、ハウジング２４が上記と逆
方向に変位して２つの円弧状の曲線部２３の両側の直線
部分の光ファイバ２２の長さが縮小すると、円弧状の曲
線部２３の内側を回転盤２４ｃ及び可動ローラ２４ｂを
介して外側に向けて捩じり付勢する捩じりバネ２５の回
転モーメントによって回転盤２４ｃは時計回りに回転し
て、円弧状の曲線部２３の形状は半円形の形状に変形
し、曲線部２３の光ファイバ２２の長さは伸長する。
【００７１】そして、光ファイバ２２の曲線部２３の形
状が半円形に変形して、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、歪み検知箇所に設
置されたハウジング２４が曲線部２３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
半径の減少量から歪み検知箇所の変位量も計測可能とな
る。
【００７２】このように、この発明に係る光ファイバを
利用した歪センサ２１は、２つの円弧状の曲線部２３の
光ファイバ２２の内側を回転盤２４ｃ及び可動ローラ２
４ｂを介して外側に向けて回転モーメントにより付勢す
る捩じりバネ２５により、曲線部２３の両側の直線部分
の光ファイバ２２の長さが伸長する方向に歪み検知箇所
が変位した場合は、曲線部２３の曲率半径を大きくし
て、歪み検知箇所が曲線部２３の曲率半径を大きくする
方向に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２３の両側の直線部分の光ファイバ
２２の長さが縮小する方向に歪み検知箇所が変位した場
合は、曲線部２３の曲率半径を小さくして、歪み検知箇
所が曲線部２３の曲率半径を小さくする方向に変位した
ことの計測も可能となる。
【００９６】
【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利用した歪センサによれ
ば、光ファイバの一部を所定の曲率半径を有する曲線部
に形成すると共に、この曲線部を可変自在に弾性支持し
たことにより、変状つまり歪みの正負方向の微小変化を
高感度で検出することが可能となる。BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] [Technical Field of the Invention The invention relates to an optical fiber which curvature of the optical fiber radius is changed by the distortion detecting distortion using the quantity of transmitted light of light increases or decreases Distortion using
Related to sensors . 2. Description of the Related Art On slopes such as mountains and cliffs, landslides frequently occur due to heavy rain, earthquakes and the like. In order to minimize the damage caused by these landslides, it is necessary to detect the signs of landslides early and accurately. One method of directly monitoring ground deformation with this type of technology is to convert the ground deformation into optical fiber bending, and to reduce the amount of transmitted light by bending the optical fiber. There is a method to use (microbending method). FIGS. 2A to 2C of the prior art 1 are diagrams showing a conventional tilt-fall detection system by the micro-bending method. FIG. 2A shows an example in which an optical fiber 71 and a measuring device 73 are installed on a slope 72 facing a road, and FIGS. 2B to 2C show an optical fiber 71 serving as a detection unit.
FIG. 4 is a diagram showing a compression unit 74 and its structure. According to this method, the pile 75 is installed along the slope 72 beside the road.
The beam 76 is attached to the. Fig. 2
As shown in (B), one beam 76a is connected to the adjacent beam 76b by one beam.
A compression section 74 of the optical fiber 71 is attached to an end of the overlap section having an overlapped section of up to 2 m.
As shown in FIG. 2 (C), the compression portion 74 of the optical fiber 71 has a plurality of projecting plates 74a attached to the upper beam 76a.
And a rubber plate 74b attached to a metal fitting connected to the lower beam 76b, and the optical fiber 71 passes between the protruding plate 74a and the rubber plate 74b. Here, when the collapse 77 of the slope 72 occurs, the collapse 77
Is transmitted to the beam 76a or 76b attached to the pile 75 as the amount of movement of the pile 75 installed on the slope 72. As a result, the optical fiber 71 is compressed 78 by the plurality of projecting plates 74a, and the optical fiber 71 is bent by the rubber plate 74b, and the light transmission loss increases beyond a predetermined value, thereby detecting the collapse 77 of the slope 72. be able to. FIGS. 3 (A) to 3 (D) of the prior art 2 are diagrams showing a conventional detection system for detecting a landslide by the micro-bending method as in the above prior art 1. FIG. FIG. 3A is a perspective view showing an example of laying the optical fiber 81. FIG. FIG.
As shown in (A), a plurality of troughs 83 are arranged in the ground surface 82 or a groove (not shown) provided in the ground surface 82. At this time, a gap 84 is provided for each of one or a plurality of troughs 83 (every four in FIG. 3A) and arranged in the longitudinal direction.
A rod 85 is erected on the ground 82 of No.4. Then, one optical fiber 81 is passed along the groove of each trough 83 and each gap 84
After wiring in such a manner as to form a loop 86 intersecting with the rod-shaped body 85, a lid 87 is put on each trough 83. In order to prevent small animals from entering each trough 83, packing materials (such as pebbles) are used.
It is desirable to pack. FIGS. 3B to 3D are diagrams showing a case where the ground 82 has collapsed. When a part of the ground 82 collapses, as shown in FIG.
The trough 83 installed above collapses. Then, the optical fiber 81 intersecting the adjacent rod-like body 85 is pulled by the trough 83, so that the loop 86 is formed as shown in FIG.
From the state before collapse shown by the broken lines (C) to (D), the diameter is reduced so as to become smaller as shown by the solid line. In this method, since the sensing light is incident from one end of the optical fiber 81 and the received light intensity is detected at the other end, when the diameter of the loop 86 becomes smaller, the attenuation of the transmitted light of the optical fiber 81 becomes larger, and the received light intensity becomes a predetermined value. As described below, it can be detected that the trough 83 has collapsed. [0005] However, in the method of the prior art 1 described above, the wind pressure, the vibration caused by the passage of the vehicle,
And the transmission system of the movement amount, ie, the pile 75, the beam 76, the compression unit 7
Small fluctuations due to mechanical distortion of 4 itself are expected.
Therefore, it is necessary to provide a play width between the plurality of protruding plates 74a and the rubber plate 74b for the purpose of providing an insensitive region to these minute fluctuations, and a minute change in the slope 72 contributing to early fall detection. Condition cannot be detected.
Further, in this method, the tendency of the light transmission loss due to the bending of the optical fiber 71 to increase is monitored, and when the light transmission loss exceeds a predetermined value, the collapse 77 of the slope 72 is detected. Therefore, the deformation detection unit is suitable for ON / OFF-like operation, and is not suitable for a method of detecting the deformation by grasping the tendency of light transmission loss to decrease, and its position cannot be detected. is there. Further, in the method of the above-mentioned prior art 2, it is inevitable that the optical fiber 81 is slackened by being laid in the trough 83 having a space large enough for its outer diameter. In addition, by filling a filler such as pebbles, it becomes difficult to obtain a smooth deformation corresponding to the deformation of the ground surface 82 of the optical fiber 81. This is not suitable for early fall detection because it is not possible to detect a minute change in the ground 82 that leads to the fall, as in the case of the above-described prior art 1. Further, a portion constituting the loop 86 of the optical fiber 81 is simply laid so as to intersect with the rod-shaped body 85, and
It is considered that only the direction in which the diameter of the optical fiber 6 becomes smaller, that is, only the increasing tendency of the optical transmission loss due to the bending of the optical fiber 81, is monitored. Therefore, similarly to the prior art 1, the deformation detecting unit is adapted for ON / OFF operation, and is not suitable for a method of detecting the deformation by catching the tendency of reduction in light transmission loss. Position detection is also not possible. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention has been made to solve the problems. It is an object of the present invention to change the radius of curvature of an optical fiber due to distortion and to transmit light. An object of the present invention is to provide a strain sensor using an optical fiber capable of detecting a strain by using an increase and a decrease in the amount of light. [0008] In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to an optical fiber disposed in a tensioned state.
Part of the housing inside the housing installed at the strain detection point.
By the cooperation of the fixed roller and the movable roller
When formed in an arc-shaped curved part having a predetermined radius of curvature,
A movable roller that presses the inside of this curved part is
To the rotating plate with a torsion spring
The curved part is elastically supported variably and installed at the strain detection point
Half of the curvature of the curved part of the optical fiber due to the
Using the fact that the diameter changes and the amount of transmitted light increases or decreases,
Means for detecting a distortion at a distortion detection position where the housing is installed . FIG. 1 is a schematic structural view of a strain sensor using an optical fiber. In the figure, a strain sensor 21 using an optical fiber is a device for detecting distortion by utilizing the fact that the radius of curvature of the curved portion 23 of the optical fiber 22 changes due to the distortion to increase or decrease the amount of transmitted light. is there. The strain sensor 21 using an optical fiber is composed of an optical fiber 22 disposed in a tensioned state, a housing 24 having a curved portion 23 of the optical fiber 22 therein, and a curved portion 23 formed in the housing 24 elastically. It is mainly composed of a torsion spring 25 to be supported. The optical fiber 22 is balanced with a torsion spring 25 that elastically supports the curved portion 23 from the inside to prevent the radius of curvature from changing at a distortion detection location other than when distortion occurs. In order to prevent the portion from easily bending or deforming and changing the radius of curvature, the portion is tensioned by being pulled with a constant tension. A light source 22a is connected to one end of the optical fiber 22 arranged in a tensioned state, and a light receiving element 22b for receiving light emitted from the light source 22a is connected to the other end of the optical fiber 22. The light receiving element 22b detects a change in the radius of curvature of the curved portion 23 of the optical fiber 22 at the distortion detection point by detecting an increase or decrease in the amount of transmitted light of the light emitted from the light source 22a. Presence / absence and direction of distortion can be detected. The curved portion 23 of the optical fiber 22 is formed in an arc shape having a predetermined radius of curvature at the position where distortion is detected. In this embodiment, two arc-shaped curved portions 23 are formed so as to have convex portions in directions opposite to each other.
That is, the left and right two arc-shaped curved portions 23 are formed point-symmetric with each other. The two arcuate curved portions 23 of the optical fiber 22 are distorted by the respective torsion springs 25 that tension the optical fiber 22 and urge the arcuate inner side outward to impart a rotational moment. If not, the radius of curvature is maintained at a predetermined value. The housing 24 is a portion having two arc-shaped curved portions 23 of the optical fiber 22 therein, and is installed at a distortion detecting portion. A pair of fixed rollers 24a and two movable rollers 24b supported by a torsion spring 25 respectively form two arc-shaped curved portions 23 inside the housing 24.
Are provided respectively. A pair of fixed roller 24a and movable roller 2
4 b is arranged point-symmetrically on the left and right at the center of the housing 24. These fixed roller 24a and movable roller 24
The optical fiber 22 is formed into an arcuate curved portion 23 by b and the torsion spring 25. Of these, a pair of fixed rollers 24a
It is provided on both sides of the two arc-shaped curved portions 23 and bends the linear optical fiber 22 into the arc-shaped curved portions 23 from both sides in cooperation with the movable rollers 24b. Each fixed roller 24a has a circular shape. Each of the pair of movable rollers 24b is mounted on a rotating plate 24c provided in the housing 24 at a position opposite to the rotation center 24d, that is, at a position of 180 degrees. Each movable roller 24b is a rotary disc 24
When c rotates, it rotates and moves. A pair of movable rollers 24 b provided at opposing positions of the rotary disk 24 c are located inside the arcuate curved portion 23, and are rotated by the rotation moment by the bias of the torsion spring 25. A portion that presses the curved portion 23 of the optical fiber 22 in an arc shape, and has a circular shape. Each movable roller 24b is disposed on the turntable 24c so as to bias the curved portion 23 of the optical fiber 22 in the opposite direction. A torsion spring 25 for applying a rotational moment to each movable roller 24b via a rotary disk 24c to urge the movable roller 24b.
Is provided so as to apply a rotational moment to the rotation center portion 24d of the turntable 24c mounted in the housing 24 in the clockwise direction in the drawing. The torsion spring 25 urges the arcuate curved portion 23 of the tensioned optical fiber 22 from the inside of the curved portion 23 via the turntable 24c and the movable roller 24b, respectively, except when distortion occurs. And are elastically supported at a predetermined radius of curvature. The torsion spring 25 is spirally wound around the rotation center 24d of the rotating disk 24c, and has one end fixed to the housing 24 and the other end fixed to the circumferential side of the rotating disk 24c. The optical fiber 22 passes through the movable roller 24b.
The curved portion 23 of the optical fiber 22 is actuated by pulling the optical fiber 22 by the urging force of the torsion spring 25 which applies a rotational moment to the inside of the curved portion 23 of And a torsion spring 25 for urging the inside of the arcuate curved portion 23 of the optical fiber 22 with a rotational moment via the rotating disk 24c and the movable roller 24b. As a result, a predetermined radius of curvature is maintained at times other than when distortion occurs because the force for reducing the radius of curvature of the curved portion 23 is balanced. Next, the operation based on the configuration of the embodiment of the present invention will be described below. When distortion occurs at the distortion detection location where the housing 24 is installed, the housing 24
Is displaced, and the displacement of the housing 24 causes the length of the optical fiber 22 in the straight portions on both sides of the two arc-shaped curved portions 23 in the housing 24 to expand or contract. When the length of the optical fiber 22 in the straight portion on both sides of the two arc-shaped curved portions 23 is elongated or reduced, the length of the elongated or reduced optical fiber 22 is reversed. The length shrinks or grows. That is, when the length of the optical fiber 22 in the straight line portion is extended, the length of the optical fiber 22 in the curved portion 23 is reduced by the extended length,
Conversely, when the length of the optical fiber 22 in the straight portion is reduced, the length of the optical fiber 22 in the curved portion 23 is extended by the reduced length. That is, when the housing 24 is displaced and the length of the optical fiber 22 in the straight portion on both sides of the two arc-shaped curved portions 23 is elongated, the tension of the curved portion 23 is increased, and the arc-shaped curved portion 23 is increased. Of the rotary disk 24c and the movable roller 2
4b torsionally urges outwardly through 4b
By rotating the turntable 24c counterclockwise against the rotational moment of 5, the shape of the arc-shaped curved portion 23 is deformed into a low chevron shape, and the length of the optical fiber 22 in the curved portion 23 is reduced. Then, the shape of the curved portion 23 of the optical fiber 22 is deformed into a low chevron shape, and as the radius of curvature increases, the amount of transmitted light increases. From this, it is detected that the housing 24 installed at the distortion detection location has been displaced in the direction in which the radius of curvature of the curved portion 23 increases. Also,
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 of the distortion detection point can be measured from the amount of increase in the radius of curvature. On the other hand, when the housing 24 is displaced in the opposite direction to the above and the length of the optical fiber 22 in the straight portion on both sides of the two arc-shaped curved portions 23 is reduced, the arc-shaped curved portion 23 The rotating disk 24c is rotated clockwise by the rotational moment of the torsion spring 25 that urges the inside toward the outside via the rotating disk 24c and the movable roller 24b, and the shape of the arc-shaped curved portion 23 is formed. Is deformed into a semicircular shape, and the length of the optical fiber 22 in the curved portion 23 is elongated. When the shape of the curved portion 23 of the optical fiber 22 is deformed into a semicircle and the radius of curvature is reduced,
The amount of transmitted light decreases. From this, it is detected that the housing 24 installed at the distortion detection location has been displaced in the direction in which the radius of curvature of the curved portion 23 decreases. Also, 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 of the distortion detection point can be measured from the amount of decrease in the radius of curvature. As described above, in the strain sensor 21 using the optical fiber according to the present invention, the inside of the optical fiber 22 of the two arc-shaped curved portions 23 is formed by the rotating disk 24 c and the movable roller 2.
When the strain detecting portion is displaced in the direction in which the length of the optical fiber 22 of the linear portion on both sides of the curved portion 23 is extended by the torsion spring 25 biased outward by the rotational moment via 4b, By increasing the radius of curvature of the curved portion 23, it is of course possible to measure that the distortion detection point has been displaced in the direction of increasing the radius of curvature of the curved portion 23, and furthermore, it is also possible to measure straight lines on both sides of the curved portion 23 When the strain detection portion is displaced in the direction in which the length of the optical fiber 22 is reduced, the radius of curvature of the curved portion 23 is reduced, and the strain detection portion is displaced in the direction of decreasing the radius of curvature of the curved portion 23. Measurement of things is also possible. As is clear from the above description, the claims
According to the strain sensor using the optical fiber according to the first aspect of the present invention, a part of the optical fiber is formed into a curved portion having a predetermined radius of curvature, and the curved portion is variably and elastically supported, thereby deforming the optical fiber. That is, it is possible to detect a small change in the distortion in the positive and negative directions with high sensitivity.
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は従来技術１の説明図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は従来技術２の説明図である。
【符号の説明】
２１ 光ファイバを利用した歪センサ
２２ 光ファイバ
２２ａ 光源
２２ｂ 受光素子
２３ 曲線部
２４ ハウジング
２４ａ 固定ローラ
２４ｂ 可動ローラ
２４ｃ 回転盤
２４ｄ 回転中心部
２５ 捩じりバネBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a strain sensor using an optical fiber according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2A to 2C are explanatory diagrams of Conventional Technique 1. FIG. 3 (A) to 3 (D) are explanatory diagrams of the prior art 2. FIG. [Description of Signs] 21 Strain sensor 22 using optical fiber 22 Optical fiber 22a Light source 22b Light receiving element 23 Curved portion 24 Housing 24a Fixed roller 24b Movable roller 24c Rotating disk 24d Rotation center portion 25 Torsion spring
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｇ０２Ｂ 6/00 Ｂ Ｇ０８Ｂ 21/10 Ｇ０８Ｂ 21/10 (72)発明者 山口 憲幸 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 長菱制 御システム株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−178713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−256224（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−104834（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−113139（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01D 21/00 - 21/02 G01L 1/00 - 1/26 G01M 11/00 - 11/08 G01V 1/00 - 13/00 G02B 6/00 - 6/00 346 G08B 19/00 - 21/24 E02D 17/00 - 17/20 106 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G02B 6/00 G02B 6/00 B G08B 21/10 G08B 21/10 (72) Inventor Noriyuki Yamaguchi 1-1-1, Akunouracho, Nagasaki City, Nagasaki Prefecture (56) References JP-A-8-178713 (JP, A) JP-A-61-256224 (JP, A) JP-A-3-104834 (JP, U) JP-A-2- 113139 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 G01D 21/00-21/02 G01L 1/00-1/26 G01M 11 / 00-11/08 G01V 1/00-13/00 G02B 6/00-6/00 346 G08B 19/00-21/24 E02D 17/00-17/20 106
Claims (1)
を、歪み検知箇所に設置されたハウジング内部に設けら
れた固定ローラ及び可動ローラの協動により所定の曲率
半径を有する円弧状の曲線部に形成すると共に、この曲
線部の内側を押圧する可動ローラが取付けられた回転盤
に捩じりバネで回転モーメントを付与して上記曲線部を
可変自在に弾性支持し、歪み検知箇所に設置されたハウ
ジングの変位で光ファイバの曲線部の曲率半径が変化し
て光の透過光量が増減することを利用して、ハウジング
が設置された歪み検知箇所の歪みを検知することを特徴
とする光ファイバを利用した歪センサ。(57) [Claims 1] A part of an optical fiber disposed in a tensioned state is cooperated by a fixed roller and a movable roller provided inside a housing installed at a strain detection point. It is formed into an arc-shaped curved portion having a predetermined radius of curvature, and a rotating moment is applied to a rotating plate on which a movable roller for pressing the inside of the curved portion is attached by a torsion spring, so that the curved portion can be changed freely. Elastically supported by the displacement of the housing installed at the strain detection location, utilizing the fact that the radius of curvature of the curved portion of the optical fiber changes and the amount of transmitted light increases or decreases. A strain sensor using an optical fiber, which detects a strain.
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