JP3599690B2 - Optical displacement sensor using optical fiber and deformation monitoring system using this optical displacement sensor - Google Patents

Optical displacement sensor using optical fiber and deformation monitoring system using this optical displacement sensor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、斜面崩壊事故等の早期検知を目的に斜面の変位を計測するため、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化による光ファイバの透過光強度変化を利用して斜面変位量を計測する光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
鉄道、道路などの斜面は豪雨、地震による崩壊のみならず種々の環境変化による崩壊事故が多発している。これらの被害を防止するには地滑りや崩壊の危険性のある斜面の変位を計測・監視し異常を早期に検出する必要がある。これまでは斜面の変位を計測する方法として電気式伸縮センサが主に用いられていたが落雷などによる故障が多発している。しかし近年光ファイバ技術の義達と共に光ファイバは電磁誘導に強く落雷の影響を受けにくく、光ファイバを用いた変位センサは光を供給するだけで電源、信号線を必要としないなどの特長より多種方式の光変位センサが開発、実用化されている。
【0003】
公開特許公報2000−298010には光ファイバの曲率径に比例して透過光強度が変化することを利用した光変位センサ(明細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ)が示されている。本光変位センサは監視斜面の変位を光ファイバの曲率変化に変換し、曲率変化に比例して光ファイバの透過光強度が変化することを利用して変位量を計測している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記光変位センサ(公開特許公報2000−298010の明細書での使用名称は「歪センサ」以下同じ)は斜面の変位で直接光ファイバ曲率を変化させる方式であり、常時光ファイバに大きな張力がかかり光ファイバの耐久性を低下させている。また変位量100mm以上の計測や変位検知感度を向上することが困難であるなどの課題がある。以下にこれらの技術上の課題について説明する。
【0005】
図9は公開特許公報2000−298010に示される光ファイバを利用した光変位センサ101の構造で、図8は傾斜面への当該センサの設地状況である。図9において光ファイバ102は板バネ105に巻き付けてあり図示矢印のごとく光ファイバ102が引っ張られると板バネ105および光ファイバの直径が小さくなり、緩むと板バネ105の復元カで直径が大きくなる。光ファイバ102の一端から光源102aが照射され他端に設けられた受光素子102bで透過光を光/電気変換している。
【0006】
図8では傾斜面151に複数個のアンカー153が打ち込まれ上部に光変位センサ101が設置される。光変位センサ101からの光ファイバ102は隣接するアンカーに順次固定され、アンカー間距離の伸縮により当該光変位センサ101の光ループ直径が変化する機構となっている。本方式でアンカー間の変位に従い光変位センサのループ径を追従変化させるには、ファイバ102を弛み無く敷設するため約2kg程度の張力を加える必要がある。しかし石英ガラス等を素材とした光ファイバに常時張力を加えて敷設することは耐久性・寿命を低下させる要因となる。
【0007】
図7は光ファイバ直径と透過光強度の関係でx軸に光ファイバ直径、y軸に透過光強度を示している。本図よリファイバ直径が35mmφ以上では透過光強度は減衰無く3mmφ以下は光ファイバの断線が起きることがわかる。従って図9光変位センサにおいても板バネ105および光ファイバ102の直径が最大35mmφ〜最小3mmφ程度がセンサに適用範囲であり、変位計測範囲は下記式1より約100mm程度となる。
(35mm×π)−(3mm×π)=100mm …………………式1
しかし斜面変位監視においては100mm以上の計測範囲が必要な場合がある。本方式では板バネ105に光ファイバ102を複数回巻き付ければ計測範囲の拡大が可能であるが、複数巻きの光ファイバ直径を均等に変化させるには構造が複雑になる。また変位の計測感度を上げるには光変位センサ自体の検知特性を上げることが必要である。図9光変位センサは光ファイバ102の伸縮量と光ファイバ直径変化量は1:1の関係にある。微少変位を高感度で測定するには斜面伸縮量と光ファイバ直径変化量を1:n(n>1)の関係にするなどの機構が必要となる。
【0008】
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、光ファイバセンサに極力張力を加えず、斜面変位を光ファイバの曲率変化に変換する機構を備え耐久性の向上を図ると共に、変位計測範囲および計測感度を要求に応じて簡易に変更可能な光ファイバを用いた光変位センサ及びこの光変位センサを用いた変状監視システムを提供することにある。
【0009】
【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、光ファイバの曲率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異なる2つの円盤に光ファイバが数回巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部を備え、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しない35 mm φ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する30 mm φ以下とし、緊張状態で配 設され変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化させる機構を備えた手段よりなるものである。
【0012】
また、請求項の発明は、請求項1に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端を受光回路に接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発するようにした手段よりなるものである。
【0013】
また、請求項の発明は、請求項1に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端に切替え光スイッチを介して受光回路を接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、警報出力回路からの警報信号によって切り替えられる切替え光スイッチを介して光ファイバの他端に切替え接続され変位検知箇所の変位発生位置を特定するOTDR回路を設け、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発すると共に、上記OTDR回路によって変位検知箇所の特定の変位発生位置を検出するようにした手段よりなるものである。
【0014】
【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。
【0015】
〔実施の形態−1〕
ここで、図1は光ファイバを用いた光変位センサの概略構成図である。
【0016】
図1において、光ファイバを用いた光変位センサ1は、変位を検知する箇所例えば斜面アンカーに設置された光ファイバ2の所定直径例えば直径30mmφ以下の光減衰円形曲線部3の巻き数が変位により増減して透過光強度が変化することを利用して変位を検知する機器である。
【0017】
光ファイバを用いた光変位センサ1は、弛緩状態で配設される光ファイバ2、光ファイバ2の所定直径の光減衰円形曲線部3と光非減衰円形曲線部4を内部に有するハウジング5、変位に連動して光非減衰円形曲線部4を回転させ緊張状態で配設される配線6などから主に構成されている。
【0018】
弛緩状態で配設される光ファイバ2の一端には光源2aが接続され、又光ファイバ2の他端には光源2aが出た光を受ける受光素子2bが接続されている。受光素子2bが光源2aから出た光の透過光強度の変化を検知することによって、変位検知箇所で光ファイバ2の光減衰円形曲線部3の巻き数の変化を検知して、変位検知箇所の変位の発生の有無及び変位の方向を検知できる。
【0019】
光ファイバ2の光減衰円形曲線部3は、直径が所定直径例えば25mmφからなる円盤3aの側周面に光ファイバ2が数回巻かれた構成からなっている。光減衰円形曲線部3は光ファイバ2の巻き数の増減によって透過光強度が変化する構造になっている。また、数回巻かれた光ファイバ2はその一方が円盤3aの側周面の固定点3bで固定されてハウジング5の機外に弛緩状態で取り出されている。光ファイバ2の他方は張設されて光非減衰円形曲線部4の円盤4aの側周面に数回巻かれている。
【0020】
円盤3aの回転中心には回転軸3cの一端が連結されている。回転軸3cの他端はボールベアリング3dを介してハウジング5内の取付板5aに取り付けられたゼンマイバネ3eに連結されている。ゼンマイバネ3eはボールベアリング3dを介して回転軸3cの一端に連結されている円盤3aを矢印b方向に回転させるように付勢している。ゼンマイバネ3eは約200gの張力で矢印d方向に引っ張っている。
【0021】
光ファイバ2の光非減衰円形曲線部4は、直径が所定直径例えば50mmφからなる円盤4aの側周面に光ファイバ2が数回巻かれた構成からなっている。光非減衰円形曲線部4は光減衰円形曲線部3と異なり、光ファイバ2の巻き数の増減によって透過光強度が変化することはない。また、数回巻かれた光ファイバ2はその一方が円盤4aの側周面の固定点4bで固定されてハウジング5の機外に弛緩状態で延びている。光ファイバ2の他方は張設されて光減衰円形曲線部3の円盤3aの側周面に数回巻かれている。
【0022】
円盤4aの回転中心には回転軸4cの一端が連結されている。回転軸4cは上記回転軸3cと平行に取り付けられている。回転軸4cの他端はボールベアリング4dを介してハウジング5内の取付板5aに取り付けられたゼンマイバネ4eに連結されている。ゼンマイバネ4eはボールベアリング4dを介して回転軸4cの一端に連結されている円盤4aを矢印a方向に回転させるように付勢している。ゼンマイバネ4eは約2kgの張力で矢印c方向に引っ張っている。
【0023】
ハウジング5は光ファイバ2の光減衰円形曲線部3と光非減衰円形曲線部4を内部に有する箇所で、変位検知箇所例えば斜面アンカーの頭部に設置される。ハウジング5の内部には取付板5aは取り付けられており、この取付板5aに、光減衰円形曲線部3の円盤3aが回転軸3c、ボールベアリング3d、ゼンマイバネ3eを介して、同様に、光非減衰円形曲線部4の円盤4aが回転軸4c、ボールベアリング4d、ゼンマイバネ4eを介して、平行に取り付けられている。
【0024】
配線6は、変位検知箇所に緊張状態で配設され、変位が発生すると伸張して光非減衰円形曲線部4の円盤4aを回転させて、この光非減衰円形曲線部4の円盤4aの回転を通じて、円盤4aと円盤3aに張設状態で数回巻かれている光ファイバ2の円盤3a側の巻き数を増減させるものである。この配線6には例えばワイヤーや高張力線が使用される。
【0025】
配線6は円盤4aと同軸の回転軸4cにその中心が取り付けられた円盤6aの側周面にその一端が固定されて数回巻かれ、他端側はハウジング5内に取り付けられた滑車6bで方向変換されてハウジング5の外部に緊張状態で取り出され、図示しない隣接斜面アンカーに設置された光変位センサ1の光非減衰円形曲線部4のゼンマイバネ4eによる矢印c反対方向約2kgの張力と均衡して設置される。光減衰円形曲線部3に数回巻かれた光ファイバ2の巻き数は変位が発生しない状態では変化せずに維持される。
【0026】
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5が設置された変位検知箇所で変位が発生、例えばハウジング5を設置したアンカーと隣接アンカー間に伸張変位が起きると張力の均衡がくずれ、配線6が矢印c方向に動くために円盤6a、円盤4aは反矢印a方向へ回転し円盤4aに巻き付けられた光ファイバ2がほどけ円盤3aに巻きとられる構造になっている。
【0027】
光非減衰円形曲線部4の円盤4aの直径を仮に50mmφ、光減衰円形曲線部3の円盤3aの直径を25mmφとすると前記図7に示すごとく光ファイバ2は直径約35mm以上では透過光の減衰は無く、直径25mmφは透過光が減衰するので、円盤4aより円盤3aに巻き取られた光ファイバ量に比例して透過光強度が低下し、配線6の変位量を知ることができる。アンカー間変位が収縮すると円盤3aの光ファイバ2が円盤4aに巻き取られ前記と逆に透過光強度が増加する。
【0028】
この発明では斜面アンカー間の変位は張力約2kgの配線伸縮に変換されるので、光ファイバにかかる張力は円盤4aと円盤3a間に光ファイバ2の弛みを取るために設けられた約200gの張力が加わる構造であり光ファイバ2の耐久性が向上する。
【0029】
計測感度の向上は円盤6aと円盤4aの直径比を1:2にすればアンカー間変位量の2倍で光ファイバ2が伸縮し、反対に計測範囲を拡大する場合は上記円盤比を2:1にすれば良い。このように円盤6a、円盤4a、および円盤3aの直径比を変えることにより間単に変位検知感度や、計測範囲長を変更できる。
【0045】
〔実施の形態−
ここで、図2は変状監視システムの概略構成図、図3は他例の変状監視システムの概略構成図である。
【0046】
図2において、変状監視システム31は、例えば、前記の実施の形態−1に記載の光ファイバを用いた光変位センサ1を、変状つまり変位を検知する箇所に複数配置し、各光変位センサ1の光ファイバ2の光減衰円形曲線部3の巻き数が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変状つまり変位を検知することによって、山地、崖などの傾斜面の変形や崩壊、構造物の変形や崩壊などを検知して警報を発するようにした監視システムである。
【0047】
変状監視システム31は、変位検知箇所に複数配置された光ファイバを用いた光変位センサ1、上記各光変位センサ1を弛緩状態で直列状に接続する光ファイバ2、上記光ファイバ2の一端が接続される投光回路32、光ファイバ2の他端が接続される受光回路33、受光回路33に接続されて警報を発する警報出力回路40、切替え光スイッチ42によって光ファイバ2の他端に接続されるOTDR回路43などから主に構成されている。
【0048】
また、受光回路33と警報出力回路40との間には、順に、光電アンプ34、測定範囲設定回路35、バッファ回路36、リニアライズ回路37、警報値設定回路38、コンパレータ回路39が接続されている。さらに、リニアライズ回路37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41が接続されている。
【0049】
光ファイバ2の他端には切替え光スイッチ42が設けられている。この切替え光スイッチ42は警報出力回路40からの警告信号によって、受光回路33からOTDR回路43への切り替えを自動的に行うものである。
【0050】
OTDR回路43は、Optical Time Domain Reflectometerの各頭文字をとった略語で、複数の各光変位センサ1のそれぞれの特定位置における変状つまり変位を計測できる機器である。
【0051】
即ち、このOTDR回路43より光パルスを光ファイバ2に入射したとき、光ファイバ2に局所的な変状つまり変位が発生した場合、その部分の屈折率が変化することによりレイリー後方散乱光が発生し入射端に戻ってくる。このレイリー後方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、変状つまり変位の大きさに依存する。このような原理によって、このOTDR回路43はその時間と強度により変状の大きさと位置を知ることができるのである。
【0052】
なお、OTDR回路43は、価格が高いため、変状つまり変位の位置の特定を要さない低コストの監視システムの場合には、図3に図示するように、切替え光スイッチ42と共に省略される。
【0053】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく変状監視システム31の動作について以下説明する。
光ファイバ2の一端が接続された投光回路32からセンシング光が入射される。入射されたセンシング光は、変状つまり変位検知箇所に設置された複数の光変位センサ1の光減衰円形曲線部3を経て光ファイバ2の他端に到達する。
【0054】
光ファイバ2の他端には切替え光スイッチ42が設けられていて、この切替え光スイッチ42は通常受光回路33側に選択されており、透過光は受光回路33の受光素子により電気信号に変換され、光電アンプ34に導かれる。光電アンプ34で増幅された信号は、測定範囲設定回路35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36のインピーダンス変換を経てリニアライズ回路37で直線化され警報値設定回路38に送られる。
【0055】
この信号は変状つまり変位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39にて比較され、設定値以上になると、変位検知箇所で変状つまり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40より発せられるようになっている。
【0056】
さらに、この警報信号は切替え光スイッチ42を駆動し、OTDR回路43側へその光路を切り替える。これにより、変状つまり変位の発生箇所を特定するための高度の監視が継続される。
【0057】
なお、リニアライズ回路37を出た信号は外部インターフェース回路41にも分配され、ここでデジタル変換されて伝送信号として取り出せるようになっている。
【0058】
続いて、上記発明の実施の形態の構成に基づく変状監視システム31の使用例について以下説明する。
図4は、山地、崖など傾斜面の土砂崩壊の前兆を早期かつ的確に検知するために、光ファイバを用いた光変位センサ1を敷設した変状監視システム31の使用例である。
【0059】
図4において、変状監視システム31は図2又は図3に示すものであり、光ファイバ2は傾斜面51及び傾斜面上部52を、それぞれ複数の光ファイバを用いた光変位センサ1とともに図のように必要とする監視区域を上下に一周するように敷設されている。この場合、光ファイバ2は、山地、崖などの傾斜面51の状況に応じて決定された間隔で打ち込まれたアンカー53の頭部に取付けられ、通常、小動物や雑草による外乱を避けるために図示しないケーブルトラフなどで保護される。
【0060】
図5は、図4における傾斜面上部52における敷設状況の詳細を示すもので、バネ機構(ゼンマイバネ3e,4e)により、光の伝送損失の増加のみならず減少傾向も検出可能な本願発明の光ファイバを用いた光変位センサ1の特徴を有効に活用した敷設例である。
【0061】
光ファイバ2を敷設しようとする山地、崖などの傾斜面51は通常フラットの場合はまれであり、図のように凹凸のある地盤に敷設することが多いと考えられる。
【0062】
ここで、図の破線で示す地盤の盛り上がった部分に設置された光ファイバを用いた光変位センサ1bは、隣接する光変位センサ1a或いは光変位センサ1cより少し高い位置にある。一連の光ファイバ2はそれぞれ、光変位センサ1のハウジング5の片側で固定されており、しかも光減衰円形曲線部3の変化域の中間を保持するように初期の段階で敷設されているので、それぞれの区間の変状(高低差)が光変位センサ1の変位すなわち光減衰円形曲線部3の変化として検知可能となる。
【0063】
従って、土砂崩壊の前兆として傾斜面上部52が僅かに崩落54した場合でも、中央の光変位センサ1bの沈降により、光変位センサ1b及び光変位センサ1cの光減衰円形曲線部3の巻き数は配線6の余長を取り込むかたち55で当初は減少し、さらに沈降がすすむと配線6の不足長を繰り出すかたち56で縮小するので、光減衰円形曲線部3の巻き数に対応した光の伝送損失57は崩落の進行に応じて減少58から増加59をたどることになるが、組み合わせ使用される変状監視システム31(図2)の警報値設定回路38にて検出信号の負方向にたいする設定により減少傾向も土砂崩壊の前兆を示す信号として利用できる。
【0064】
図6は、図4における傾斜面51において土砂崩壊の前兆である傾斜面51のはらみ61を検知するための敷設例である。光ファイバ2は傾斜面51に添って水平方向に光変位センサ1a光変位センサ1b光変位センサ1cとともに敷設されている。
【0065】
また、一連の光ファイバ2は、それぞれ光減衰円形曲線部3の変化域の中間を保持するよう光変位センサ1ハウジング5で固定されているので、それぞれの区間の変状が光ファイバ2の光減衰円形曲線部3の巻き数の変化として検知される。
【0066】
ここで、光変位センサ1bの部位で傾斜面51のはらみ61が発生した場合、光変位センサ1bははらみ61により光変位センサ1a光変位センサ1cよりも前方へ迫り出すので、光変位センサ1a及び光変位センサ1cの光減衰円形曲線部3の巻き数は配線6の不足長を繰り出すかたち62で大きくなる。
【0067】
従って、光変位センサ1では光の伝送損失が増加することになり、これを監視することによって、土砂崩壊の前兆である傾斜面51のはらみ61を検知することができる。
【0068】
【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光変位センサによれば、変状つまり変位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と共に、光ファイバを緊張状態でなく弛緩状態で使用できるので、光ファイバの耐久性を高めることができる。
【0069】
また、請求項1の発明に係る光ファイバを用いた光変位センサによれば、前記の効果に加えて、光減衰円形曲線部と光非減衰円形曲線部の直径比を大きくすることにより、同一の変位量に対する感度を上げることができる。
【0071】
また、請求項2〜3の発明に係る変状監視システムによれば、請求項1の光ファイバを用いた光変位センサを使用することにより、光ファイバの敷設方法において変状による伸縮の変化範囲を見込まれる変動量及び方向に応じて選択することができる。しかも、センサとして使用する光ファイバ一本で傾斜面のはらみ及び傾斜面上部の崩落を監視でき、土砂崩壊の早期検知を目的とした経済的かつ効果的なシステムを構成できる。
【0072】
また、請求項2の発明に係る変状監視システムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構成する場合において、監視装置として高価なOTDR回路を除いたシステムを採用することにより低コストが可能となる。
【0073】
また、請求項3の発明に係る変状監視システムによれば、前記の効果に加えて、監視システムを構成する場合において、監視装置としてOTDR回路を加えることにより、変状の発生箇所を特定することができ、高度の監視を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態−1を示す光ファイバを用いた光変位センサの概略構成図である。
図2】この発明の実施の形態−を示す変状監視システムの概略構成図である。
図3】この発明の実施の形態−を示す他例の変状監視システムの概略構成図である。
図4】この発明の実施の形態−を示す変状監視システムを傾斜面に敷設した概略斜視図である。
図5】(A)はこの発明の実施の形態−を示す変状監視システムを敷設した傾斜面上部の変状状態の概略正面図である。
(B)は同図(A)の側断面図である。
図6】(A)はこの発明の実施の形態−を示す変状監視システムを敷設した傾斜面の変状状態の概略正面図である。
(B)は同図(A)の側断面図である。
図7】光ファイバループ直径と透過光強度の関係図である。
図8】従来式光変位センサの斜面設置状況図である。
図9】従来式光変位センサの概略構成図である。
【符号の説明】
1 光ファイバを用いた光変位センサ
2 光ファイバ
2a 光源
2b 受光素子
3 光減衰円形曲線部
3a 円盤
3b 固定点
3c 回転軸
3d ボールベアリング
3e ゼンマイバネ
4 光非減衰円形曲線部
4a 円盤
4b 固定点
4c 回転軸
4d ボールベアリング
4e ゼンマイバネ
5 ハウジング
5a 取付板
6 配線
6a 円盤
6b 滑車
31 変状監視システム
32 投光回路
33 受光回路
34 光電アンプ
35 測定範囲設定回路
36 バッファ回路
37 リニアライズ回路
38 警報値設定回路
39 コンパレータ回路
40 警報出力回路
41 外部インターフェース回路
42 切替え光スイッチ
43 OTDR回路
51 傾斜面
52 傾斜面上部
53 アンカー
54 崩落
55 取り込むかたち
56 繰り出すかたち
57 損失
58 減少
59 増加
61 はらみ
62 繰り出すかたち
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention converts a slope displacement into a change in the curvature of an optical fiber in order to measure the displacement of the slope for the purpose of early detection of a slope collapse accident, etc., and utilizes the change in the transmitted light intensity of the optical fiber due to the change in the curvature to change the slope displacement. The present invention relates to an optical displacement sensor using an optical fiber for measuring an amount and a deformation monitoring system using the optical displacement sensor.
[0002]
[Prior art]
Slope such as railroads and roads are not only collapsing due to heavy rain and earthquake, but also collapsing due to various environmental changes. In order to prevent these damages, it is necessary to measure and monitor the displacement of the slope which may cause landslide or collapse, and to detect abnormalities early. Until now, electric expansion / contraction sensors were mainly used as a method of measuring the displacement of a slope, but failures due to lightning strikes and the like have occurred frequently. However, in recent years, along with the development of optical fiber technology, optical fibers are strongly affected by electromagnetic induction and are not easily affected by lightning strikes, and displacement sensors using optical fibers only supply light and do not require power supply and signal lines. Are developed and put into practical use.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-298010 discloses an optical displacement sensor (the use name in the specification is the same hereinafter, "strain sensor") utilizing the fact that the intensity of transmitted light changes in proportion to the radius of curvature of an optical fiber. . This optical displacement sensor converts the displacement of the monitoring slope into a change in the curvature of the optical fiber, and measures the amount of displacement using the fact that the transmitted light intensity of the optical fiber changes in proportion to the change in the curvature.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the optical displacement sensor (the name used in the specification of Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2000-298010 is the same hereinafter) is a method in which the curvature of the optical fiber is directly changed by the displacement of the slope, and a large tension is always applied to the optical fiber. This reduces the durability of the optical fiber. Further, there is a problem that it is difficult to measure the displacement amount of 100 mm or more and to improve the displacement detection sensitivity. Hereinafter, these technical problems will be described.
[0005]
FIG. 9 shows a structure of an optical displacement sensor 101 using an optical fiber disclosed in JP-A-2000-298010, and FIG. 8 shows a state of installation of the sensor on an inclined surface. In FIG. 9 , the optical fiber 102 is wound around a leaf spring 105. When the optical fiber 102 is pulled as shown by the arrow in the drawing, the diameter of the leaf spring 105 and the optical fiber decreases, and when the optical fiber 102 is loosened, the diameter of the leaf spring 105 is increased by the restoring force of the leaf spring 105. . A light source 102a is irradiated from one end of the optical fiber 102, and a light receiving element 102b provided at the other end converts the transmitted light into light / electricity.
[0006]
In FIG. 8 , a plurality of anchors 153 are driven into the inclined surface 151, and the optical displacement sensor 101 is installed on the upper part. The optical fibers 102 from the optical displacement sensor 101 are sequentially fixed to adjacent anchors, and have a mechanism in which the optical loop diameter of the optical displacement sensor 101 changes due to expansion and contraction of the distance between the anchors. In order to change the loop diameter of the optical displacement sensor according to the displacement between the anchors in this method, it is necessary to apply a tension of about 2 kg to lay the fiber 102 without loosening. However, laying the optical fiber made of quartz glass or the like with constant tension is a factor of reducing the durability and life.
[0007]
FIG. 7 shows the optical fiber diameter on the x-axis and the transmitted light intensity on the y-axis in relation to the optical fiber diameter and the transmitted light intensity. From this figure, it can be seen that the transmitted light intensity is not attenuated when the re-fiber diameter is 35 mmφ or more, and the optical fiber is broken when it is 3 mmφ or less. Therefore, in the optical displacement sensor shown in FIG. 9 as well, the maximum diameter of the leaf spring 105 and the optical fiber 102 is about 35 mmφ to about 3 mmφ, and the displacement measurement range is about 100 mm according to the following equation (1).
(35 mm × π) − (3 mm × π) = 100 mm Equation 1
However, monitoring a slope displacement may require a measurement range of 100 mm or more. In this method, the measurement range can be expanded by winding the optical fiber 102 around the leaf spring 105 a plurality of times, but the structure becomes complicated to uniformly change the diameter of the optical fiber having a plurality of turns. In order to increase the displacement measurement sensitivity, it is necessary to improve the detection characteristics of the optical displacement sensor itself. In the optical displacement sensor of FIG. 9, the amount of expansion and contraction of the optical fiber 102 and the amount of change in the diameter of the optical fiber have a 1: 1 relationship. In order to measure the minute displacement with high sensitivity, a mechanism is required such that the slope expansion and contraction amount and the optical fiber diameter change amount have a relationship of 1: n (n> 1).
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has been made in order to solve the problems. The object of the present invention is to reduce the slope displacement of the optical fiber by applying as little tension as possible to the optical fiber sensor. An optical displacement sensor that uses an optical fiber that has a mechanism that converts it into a change, improves durability, and allows the displacement measurement range and measurement sensitivity to be easily changed as required, and a deformation monitoring using this optical displacement sensor It is to provide a system.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an optical displacement sensor for measuring a displacement amount using a change in transmitted light intensity due to a change in curvature of an optical fiber, wherein the optical fiber is disposed in a relaxed state. with two discs in optical fiber several times wound optical undamped circular curved portion and the light attenuating circular curved section having different diameters, without the disc diameter of the optical undamped circular curved portion to the attenuation of the transmitted light 35 mm phi above, a disc diameter of the optical attenuating the circular curved portion is more than 30 mm phi of attenuation of transmitted light, under tension disposed are light and non-light-attenuation-circular curved portion stretchable amount of wiring that expands and contracts in response to displacement of the displacement detecting portion It comprises means having a mechanism for changing the number of turns of the optical fiber in the attenuation circular curve portion and changing the winding ratio of the optical fiber to both disks by the measured displacement .
[0012]
According to a second aspect of the present invention, a plurality of optical displacement sensors using the optical fiber according to the first aspect are arranged at a displacement detection location, and the optical displacement sensors are connected in series with an optical fiber in a relaxed state. One end of the optical fiber is connected to the light emitting circuit, the other end of the optical fiber is connected to the light receiving circuit, an alarm output circuit for issuing an alarm is connected to the light receiving circuit, and the winding of the curved portion of the optical fiber at the displacement detection point. It comprises means for detecting a displacement at a displacement detection point by using the fact that the number or radius of curvature changes due to the displacement to change the transmitted light intensity of the light, and issues an alarm.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, a plurality of optical displacement sensors using the optical fiber according to the first aspect are arranged at a displacement detection location, and each of the optical displacement sensors is connected in series with an optical fiber in a relaxed state. One end of the optical fiber is connected to a light emitting circuit, the other end of the optical fiber is connected to a light receiving circuit via a switching optical switch, and the light receiving circuit is connected to an alarm output circuit for issuing an alarm. An OTDR circuit that is connected to the other end of the optical fiber via a switching optical switch that is switched by an alarm signal and that specifies the displacement occurrence position of the displacement detection point is provided, and the number of turns or the radius of curvature of the curved portion of the optical fiber at the displacement detection point Is used to detect the displacement of the displacement detection location using the fact that the transmitted light intensity of the light changes due to the displacement, and to issue an alarm. Displacement generation position of those made of means adapted to detect.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on embodiments of the invention illustrated in the drawings.
[0015]
[Embodiment 1]
Here, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical displacement sensor using an optical fiber.
[0016]
In FIG. 1, an optical displacement sensor 1 using an optical fiber is configured such that the number of turns of a light-attenuating circular curve portion 3 having a predetermined diameter, for example, a diameter of 30 mmφ or less, of an optical fiber 2 installed at a position for detecting a displacement, for example, a slope anchor, is determined by the displacement. This is a device that detects displacement using the fact that the transmitted light intensity changes due to increase or decrease.
[0017]
An optical displacement sensor 1 using an optical fiber includes an optical fiber 2 disposed in a relaxed state, a housing 5 having therein a light-attenuating circular curve portion 3 and a light-attenuating circular curve portion 4 having a predetermined diameter of the optical fiber 2, It mainly comprises a wiring 6 and the like which are arranged in a tensioned state by rotating the light non-attenuating circular curve portion 4 in conjunction with the displacement.
[0018]
A light source 2a is connected to one end of the optical fiber 2 disposed in a relaxed state, and a light receiving element 2b receiving light emitted from the light source 2a is connected to the other end of the optical fiber 2. The light receiving element 2b detects a change in the transmitted light intensity of the light emitted from the light source 2a, thereby detecting a change in the number of turns of the light attenuation circular curve portion 3 of the optical fiber 2 at the displacement detection point, and The presence / absence of displacement and the direction of displacement can be detected.
[0019]
The optical attenuation circular curve portion 3 of the optical fiber 2 has a configuration in which the optical fiber 2 is wound several times around the side peripheral surface of a disk 3a having a predetermined diameter, for example, 25 mmφ. The light attenuation circular curve portion 3 has a structure in which the transmitted light intensity changes depending on the number of turns of the optical fiber 2. One of the optical fibers 2 wound several times is fixed at a fixing point 3b on the side peripheral surface of the disk 3a, and is taken out of the housing 5 in a relaxed state. The other end of the optical fiber 2 is stretched and wound several times around the side peripheral surface of the disk 4 a of the light non-attenuating circular curve portion 4.
[0020]
One end of a rotating shaft 3c is connected to the center of rotation of the disk 3a. The other end of the rotating shaft 3c is connected to a spring 3e mounted on a mounting plate 5a in the housing 5 via a ball bearing 3d. The mainspring 3e urges the disk 3a connected to one end of the rotating shaft 3c via a ball bearing 3d so as to rotate in the direction of arrow b. The mainspring 3e is pulled in the direction of arrow d with a tension of about 200 g.
[0021]
The non-attenuating circular curve portion 4 of the optical fiber 2 has a configuration in which the optical fiber 2 is wound several times around the side peripheral surface of a disk 4a having a predetermined diameter, for example, 50 mmφ. The light non-attenuation circular curve portion 4 differs from the light attenuation circular curve portion 3 in that the transmitted light intensity does not change due to the increase or decrease in the number of turns of the optical fiber 2. One of the optical fibers 2 wound several times is fixed at a fixing point 4b on the side peripheral surface of the disk 4a and extends out of the housing 5 in a relaxed state. The other end of the optical fiber 2 is stretched and wound several times around the side peripheral surface of the disk 3 a of the light attenuation circular curve portion 3.
[0022]
One end of a rotating shaft 4c is connected to the center of rotation of the disk 4a. The rotating shaft 4c is mounted parallel to the rotating shaft 3c. The other end of the rotating shaft 4c is connected via a ball bearing 4d to a mainspring spring 4e mounted on a mounting plate 5a in the housing 5. The mainspring 4e urges the disk 4a connected to one end of the rotary shaft 4c via a ball bearing 4d so as to rotate in the direction of arrow a. The mainspring 4e is pulled in the direction of arrow c with a tension of about 2 kg.
[0023]
The housing 5 has a light attenuation circular curve portion 3 and a light non-attenuation circular curve portion 4 of the optical fiber 2 therein, and is installed on a displacement detection point, for example, a head of a slope anchor. A mounting plate 5a is mounted inside the housing 5, and a disk 3a of the light attenuation circular curve portion 3 is similarly mounted on the mounting plate 5a via a rotating shaft 3c, a ball bearing 3d, and a mainspring 3e. A disk 4a of the damping circular curve portion 4 is mounted in parallel via a rotating shaft 4c, a ball bearing 4d, and a mainspring 4e.
[0024]
The wiring 6 is arranged in a tensioned state at the displacement detection point, and when the displacement occurs, it expands and rotates the disk 4a of the light non-attenuating circular curve portion 4, and rotates the disk 4a of the light non-attenuating circular curve portion 4. Through this, the number of turns of the optical fiber 2 wound on the disk 4a and the disk 3a several times in a stretched state on the disk 3a side is increased or decreased. For example, a wire or a high tension wire is used for the wiring 6.
[0025]
The wiring 6 is wound several times with one end fixed on a side peripheral surface of a disk 6a whose center is mounted on a rotating shaft 4c coaxial with the disk 4a, and the other end is a pulley 6b mounted in a housing 5. The direction is changed and taken out of the housing 5 in a tensioned state. The tension is about 2 kg in the opposite direction to the arrow c by the mainspring 4 e of the light non-attenuating circular curve portion 4 of the optical displacement sensor 1 installed on the adjacent slope anchor (not shown). Installed. The number of turns of the optical fiber 2 wound several times around the light attenuation circular curve portion 3 is maintained without change in a state where no displacement occurs.
[0026]
Next, the operation based on the configuration of the embodiment of the present invention will be described below.
When a displacement occurs at a displacement detection point where the housing 5 is installed, for example, when an extension displacement occurs between the anchor on which the housing 5 is installed and an adjacent anchor, the tension balance is disturbed and the wiring 6 moves in the direction of the arrow c, so that the disk 6a, The disk 4a rotates in the direction indicated by the arrow a so that the optical fiber 2 wound around the disk 4a is unwound and wound around the disk 3a.
[0027]
Assuming that the diameter of the disk 4a of the light non-attenuating circular curve portion 4 is 50 mmφ and the diameter of the disk 3a of the light attenuating circular curve portion 3 is 25 mmφ, as shown in FIG. Since the transmitted light is attenuated when the diameter is 25 mmφ, the transmitted light intensity decreases in proportion to the amount of the optical fiber wound on the disk 3a from the disk 4a, and the displacement of the wiring 6 can be known. When the displacement between the anchors is contracted, the optical fiber 2 of the disk 3a is wound around the disk 4a, and the intensity of the transmitted light is increased contrary to the above.
[0028]
In the present invention, the displacement between the slope anchors is converted into a wiring expansion and contraction of a tension of about 2 kg. Therefore, the tension applied to the optical fiber is about 200 g of tension provided between the disk 4a and the disk 3a to loosen the optical fiber 2. Is added, and the durability of the optical fiber 2 is improved.
[0029]
To improve the measurement sensitivity, if the diameter ratio between the disk 6a and the disk 4a is 1: 2, the optical fiber 2 expands and contracts at twice the amount of displacement between the anchors. Conversely, if the measurement range is expanded, the disk ratio is set to 2: It should be set to 1. By changing the diameter ratio of the disks 6a, 4a, and 3a in this manner, the displacement detection sensitivity and the measurement range length can be easily changed.
[0045]
[Embodiment- 2 ]
Here, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a modification monitoring system, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram of another modification monitoring system.
[0046]
2, Deformation monitoring system 31, for example, an optical displacement sensor 1 using the optical fiber according to Embodiment -1 of said embodiment, a plurality placed at a location to detect the Deformation i.e. displacement, each optical displacement By detecting the deformation, that is, the displacement, by utilizing the fact that the number of turns of the light attenuation circular curve portion 3 of the optical fiber 2 of the optical fiber 2 of the sensor 1 changes due to the displacement and the intensity of the transmitted light of the light changes, it is possible to detect a mountain or a cliff. This is a monitoring system that detects deformation and collapse of slopes, deformation and collapse of structures, etc., and issues an alarm.
[0047]
The deformation monitoring system 31 includes an optical displacement sensor 1 using a plurality of optical fibers arranged at displacement detection locations, an optical fiber 2 for connecting the optical displacement sensors 1 in a relaxed state in series, and one end of the optical fiber 2 . light projecting circuit 32 but which are connected, the light receiving circuit 33 to which the other end of the optical fiber 2 is connected, the alarm output circuit 40 for issuing an alarm connected to the light receiving circuit 33, by switching the light switch 42 to the other end of the optical fiber 2 It mainly includes an OTDR circuit 43 connected thereto.
[0048]
Further, between the light receiving circuit 33 and the alarm output circuit 40, a photoelectric amplifier 34, a measurement range setting circuit 35, a buffer circuit 36, a linearize circuit 37, an alarm value setting circuit 38, and a comparator circuit 39 are sequentially connected. I have. Further, an external interface circuit 41 which branches from the linearize circuit 37 and outputs a transmission signal to the outside is connected.
[0049]
A switching optical switch 42 is provided at the other end of the optical fiber 2 . The switching light switch 42 automatically switches from the light receiving circuit 33 to the OTDR circuit 43 in response to a warning signal from the warning output circuit 40.
[0050]
The OTDR circuit 43 is an abbreviation that takes the initials of the Optical Time Domain Reflectometer, and is a device that can measure deformation or displacement at a specific position of each of the plurality of optical displacement sensors 1 .
[0051]
That is, when an optical pulse is incident on the optical fiber 2 from the OTDR circuit 43, if local deformation or displacement occurs in the optical fiber 2 , Rayleigh backscattered light is generated due to a change in the refractive index of that portion. Then it returns to the incident end. The Rayleigh backscattered 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 deformation or displacement. With this principle, the OTDR circuit 43 can know the size and position of the deformation based on the time and intensity.
[0052]
In addition, since the OTDR circuit 43 is expensive, in the case of a low-cost monitoring system that does not need to specify the position of the deformation or displacement, as shown in FIG. 3 , the OTDR circuit 43 is omitted together with the switching optical switch 42. .
[0053]
Next, the operation of the deformation monitoring system 31 based on the configuration of the embodiment of the present invention will be described below.
Sensing light enters from a light projecting circuit 32 to which one end of the optical fiber 2 is connected. The incident sensing light reaches the other end of the optical fiber 2 via the light attenuation circular curve portion 3 of the plurality of optical displacement sensors 1 installed at the deformation, that is, the displacement detection point.
[0054]
A switching optical switch 42 is provided at the other end of the optical fiber 2 , and the switching optical switch 42 is normally selected on the light receiving circuit 33 side, and the transmitted light is converted into an electric signal by the light receiving element of the light receiving circuit 33. , To the photoelectric amplifier 34. The signal amplified by the photoelectric amplifier 34 is set to selectively extract a required portion of the detection characteristic determined by the sensor by the measurement range setting circuit 35, and is linearized by the linearize circuit 37 through the impedance conversion of the buffer circuit 36. Then, it is sent to the alarm value setting circuit 38.
[0055]
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 the deformation, that is, the displacement, by the comparator circuit 39. Is issued from the alarm output circuit 40 in real time.
[0056]
Further, this alarm signal drives the switching optical switch 42 to switch its optical path to the OTDR circuit 43 side. As a result, the altitude monitoring for identifying the location where the deformation or displacement occurs is continued.
[0057]
Note that the signal output from the linearize circuit 37 is also distributed to the external interface circuit 41, where it is digitally converted and can be extracted as a transmission signal.
[0058]
Subsequently, a usage example of the deformation monitoring system 31 based on the configuration of the embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 4 shows an example of use of the deformation monitoring system 31 in which the optical displacement sensor 1 using an optical fiber is laid in order to quickly and accurately detect a sign of a landslide on a slope such as a mountain area or a cliff.
[0059]
In FIG. 4 , the deformation monitoring system 31 is the one shown in FIG. 2 or FIG. 3 , and the optical fiber 2 includes an inclined surface 51 and an upper inclined surface 52 together with the optical displacement sensor 1 using a plurality of optical fibers. It is laid so as to go around the required monitoring area vertically. In this case, the optical fiber 2 is attached to the head of an anchor 53 driven at an interval determined according to the situation of the slope 51 such as a mountain or a cliff, and is usually shown in order to avoid disturbance due to small animals and weeds. Not protected by cable troughs etc.
[0060]
FIG. 5 shows details of the laying condition on the inclined surface upper portion 52 in FIG. 4. The light of the present invention in which not only an increase in light transmission loss but also a decrease tendency can be detected by a spring mechanism ( spring springs 3e, 4e ). This is a laying example in which the features of the optical displacement sensor 1 using fibers are effectively used.
[0061]
The slopes 51 such as mountains and cliffs on which the optical fiber 2 is to be laid are usually rarely flat, and are often laid on uneven ground as shown in the figure.
[0062]
Here, the optical displacement sensor 1b using an optical fiber installed on the raised portion of the ground indicated by the broken line in the drawing is located at a position slightly higher than the adjacent optical displacement sensor 1a or 1c . Each of the series of optical fibers 2 is fixed on one side of the housing 5 of the optical displacement sensor 1 and laid at an early stage so as to maintain the middle of the change range of the light attenuation circular curve portion 3 . The deformation (height difference) of each section can be detected as a displacement of the optical displacement sensor 1 , that is, a change of the light attenuation circular curve portion 3 .
[0063]
Therefore, even when the upper slope 52 slightly collapses 54 as a precursor to the landslide, the number of turns of the light attenuation circular curve portion 3 of the optical displacement sensor 1b and the optical displacement sensor 1c is reduced by the settling of the central optical displacement sensor 1b. At first, the length is reduced in the form 55 in which the extra length of the wiring 6 is taken in , and further reduced in the form 56 in which the insufficient length of the wiring 6 is extended as the sedimentation proceeds, so that the light transmission loss corresponding to the number of turns of the light attenuation circular curve portion 3 is obtained. Numeral 57 follows an increase 59 from a decrease 58 as the collapse progresses, but decreases due to the setting of the detection signal in the negative direction in the alarm value setting circuit 38 of the combination monitoring system 31 ( FIG. 2 ) . Trends can also be used as a signal to signal a landslide.
[0064]
Figure 6 is an installation example for detecting conceive 61 of the inclined surface 51 is a precursor of landslides in the inclined surface 51 in FIG. 4. The optical fiber 2 is laid along the inclined surface 51 in the horizontal direction together with the optical displacement sensors 1a , 1b , and 1c .
[0065]
Further, since a series of optical fibers 2 are fixed by the housing 5 of the optical displacement sensor 1 so as to maintain the middle of the change range of the light attenuation circular curve portion 3, the deformation of each section is This is detected as a change in the number of turns of the light attenuation circular curve portion 3.
[0066]
Here, if the conceive 61 of the inclined surface 51 at the site of the optical displacement sensor 1b has occurred, the optical displacement sensor 1a by the optical displacement sensor 1b is conceive 61, since pushed out forward from the optical displacement sensor 1c, light displacement sensor 1a In addition, the number of turns of the light attenuation circular curve portion 3 of the optical displacement sensor 1c increases in a form 62 in which the shortage of the wiring 6 is extended.
[0067]
Accordingly, the optical displacement sensor 1 causes an increase in light transmission loss, and by monitoring this, it is possible to detect the bulge 61 of the inclined surface 51, which is a precursor to the collapse of earth and sand.
[0068]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the optical displacement sensor using the optical fiber according to the first aspect of the present invention, it is possible to detect the deformation, that is, the minute change in the positive and negative directions of the displacement with high sensitivity. Since the optical fiber can be used in a relaxed state instead of a tension state, the durability of the optical fiber can be enhanced.
[0069]
Further, according to the optical displacement sensor using the optical fiber according to the first aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, the same is achieved by increasing the diameter ratio between the light attenuation circular curve portion and the light non-attenuation circular curve portion. Can be increased with respect to the amount of displacement.
[0071]
Further, according to the deformation monitoring system according to the second and third aspects of the present invention, by using the optical displacement sensor using the optical fiber according to the first aspect , a change range of expansion and contraction due to the deformation in the optical fiber laying method. Can be selected according to the expected variation and direction. In addition, a single optical fiber used as a sensor can monitor the steepness of the inclined surface and the collapse of the upper part of the inclined surface, so that an economical and effective system for early detection of earth and sand collapse can be configured.
[0072]
Further, according to the deformation monitoring system according to the second aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, when configuring a monitoring system, low cost is obtained by adopting a system excluding an expensive OTDR circuit as a monitoring device. Becomes possible.
[0073]
According to the deformation monitoring system according to the third aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, when a monitoring system is configured, an OTDR circuit is added as a monitoring device to specify a location where the deformation has occurred. And high-level monitoring can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical displacement sensor using an optical fiber according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a deformation monitoring system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of another modification monitoring system showing Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view in which a deformation monitoring system according to Embodiment 2 of the present invention is laid on an inclined surface.
FIG . 5A is a schematic front view of a deformed state of an upper part of an inclined surface on which a deformation monitoring system according to Embodiment 2 of the present invention is laid.
(B) is a side sectional view of the same figure (A).
FIG. 6A is a schematic front view showing a deformed state of an inclined surface on which a deformation monitoring system according to Embodiment 2 of the present invention is laid.
(B) is a side sectional view of the same figure (A).
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an optical fiber loop diameter and transmitted light intensity.
FIG. 8 is a view showing a state where a conventional optical displacement sensor is installed on a slope.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a conventional optical displacement sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical displacement sensor using optical fiber 2 Optical fiber 2a Light source 2b Light receiving element 3 Light attenuation circular curve part 3a Disk 3b Fixed point 3c Rotating shaft 3d Ball bearing 3e Spring spring 4 Light non-attenuation circular curve part 4a Disk 4b Fixed point 4c Rotation Axis 4d Ball bearing 4e Spring spring 5 Housing 5a Mounting plate 6 Wiring 6a Disk 6b Pulley 31 Deformation monitoring system 32 Light emitting circuit 33 Light receiving circuit 34 Photoelectric amplifier 35 Measurement range setting circuit 36 Buffer circuit 37 Linearize circuit 38 Alarm value setting circuit 39 Comparator circuit 40 Alarm output circuit 41 External interface circuit 42 Switching optical switch 43 OTDR circuit 51 Inclined surface 52 Inclined surface upper portion 53 Anchor 54 Collapse 55 Incorporation form 56 Protrusion form 57 Loss 58 Decrease 59 Increase 61 Slip 62 Extension method

Claims (3)

光ファイバの曲率変化による透過光強度変化を利用して変位量を計測する光変位センサにおいて、光ファイバを弛緩状態で配設すると共に直径の異なる2つの円盤に光ファイバが数回巻かれた光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部を備え、光非減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰しない35mmφ以上、光減衰円形曲線部の円盤直径を透過光の減衰する30mmφ以下とし、緊張状態で配設され変位検出箇所の変位に対応して伸縮する配線の伸縮量で光非減衰円形曲線部と光減衰円形曲線部における光ファイバの巻き数を変化させ、計測変位により両円盤への光ファイバの巻きつけ比を変化させる機構を備えたことを特徴とする光ファイバを用いた光変位センサ。In an optical displacement sensor that measures the amount of displacement using a change in transmitted light intensity due to a change in the curvature of an optical fiber, the optical fiber is disposed in a relaxed state, and the optical fiber is wound several times around two disks having different diameters. With a non-attenuating circular curve part and a light attenuating circular curve part, the disk diameter of the light non-attenuating circular curve part is 35 mmφ or more that does not attenuate transmitted light, and the disk diameter of the light attenuating circular curve part is 30 mmφ or less that attenuates transmitted light, The number of windings of the optical fiber in the light non-attenuating circular curve and the light attenuating circular curve is changed according to the amount of expansion and contraction of the wiring that is arranged in tension and expands and contracts in response to the displacement of the displacement detection point, and the measured displacement is applied to both disks. An optical displacement sensor using an optical fiber, comprising a mechanism for changing a winding ratio of the optical fiber. 請求項1に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端を受光回路に接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発するようにしたことを特徴とする変状監視システム。 A plurality of optical displacement sensors using the optical fiber according to claim 1 are arranged at a displacement detection position, and each of the optical displacement sensors is connected in series with an optical fiber in a relaxed state, and one end of the optical fiber is projected. Connected to the circuit, the other end of the optical fiber is connected to the light receiving circuit, the alarm output circuit that issues an alarm is connected to the light receiving circuit, and the number of turns or the radius of curvature of the curved portion of the optical fiber changes due to displacement at the displacement detection point A deformation monitoring system characterized in that a displacement of a displacement detection point is detected by using a change in transmitted light intensity of the light to generate an alarm. 請求項1に記載の光ファイバを用いた光変位センサを変位検知箇所に複数配置し、上記各光変位センサを弛緩状態の光ファイバで直列状に接続すると共に、上記光ファイバの一端を投光回路に接続し、光ファイバの他端に切替え光スイッチを介して受光回路を接続し、受光回路に警報を発する警報出力回路を接続し、警報出力回路からの警報信号によって切り替えられる切替え光スイッチを介して光ファイバの他端に切替え接続され変位検知箇所の変位発生位置を特定するOTDR回路を設け、変位検知箇所で光ファイバの曲線部の巻き数又は曲率半径が変位により変化して光の透過光強度が変化することを利用して変位検知箇所の変位を検知して警報を発すると共に、上記OTDR回路によって変位検知箇所の特定の変位発生位置を検出するようにしたことを特徴とする変状監視システム。 A plurality of optical displacement sensors using the optical fiber according to claim 1 are arranged at a displacement detection position, and each of the optical displacement sensors is connected in series with an optical fiber in a relaxed state, and one end of the optical fiber is projected. Circuit, a light receiving circuit is connected to the other end of the optical fiber via a switching optical switch, an alarm output circuit that issues an alarm is connected to the light receiving circuit, and a switching optical switch that is switched by an alarm signal from the alarm output circuit is connected. An OTDR circuit that is connected to the other end of the optical fiber via a switch and specifies the displacement occurrence position of the displacement detection point is provided. At the displacement detection point, the number of turns or the radius of curvature of the curved portion of the optical fiber changes due to the displacement and light transmission. Utilizing the change in light intensity, the displacement of the displacement detection point is detected and an alarm is issued, and the OTDR circuit detects a specific displacement occurrence position of the displacement detection point. Deformation monitoring system, characterized in that the the like.
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