JP3702160B2 - 構造物の変形量測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の変形量測定装置に関する。例えば、土木建築物や火力・原子力プラント等の構造物の健全性を評価する評価システムに関わり、特に構造物の歪み等の変形量を光ファイバーの伸張により測定するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来技術に係る構造物の変形量測定装置を図5及び図6に示す。
この例は、トンネル1の内壁2の変形量を測定する装置である。
図5に示すように、トンネル1の内壁2には、光ファイバーセンサ10が接着剤等により貼り付けられている。
【0003】
この光ファイバーセンサ10は、図6に示すように、幅Wの薄板12に光ファイバー11を一定間隔Lで複数巻回することによりループCを形成し、これらのループCを薄板12の長手方向にそって配列したものである。
ループCは、薄板12の長手方向に沿って往復する直線部と、この直線部に少なくとも一定以上の曲率半径で湾曲させた湾曲部Aをつなげるように、光ファイバー11を巻回したものであり、隣接するループCとの間も光ファイバー11でつなげられている。
【0004】
ここで、光ファイバー11の一端には、光ファイバー歪分布計測器4が接続されている。
この光ファイバー歪分布計測器4は、光ファイバー11内にレーザパルス光を照射し、光ファイバー11の伸縮によりブリルアン散乱光の周波数がシフトすることを利用してトンネル内壁2の伸縮量を求め、かつ、レーザパルス光を照射して後方散乱光が戻ってくるまでの時間からその位置を測定する機能を有している。
【0005】
従って、トンネル内壁2がひび割れ5により伸縮すると、これに応じて光ファイバー11が伸縮し、光ファイバー歪分布計測器4は、光ファイバー11内にレーザパルス光を照射し、光ファイバー11の伸縮によりブリルアン散乱光の周波数がシフトすることを利用してトンネル内壁2の伸縮量を求め、かつレーザパルス光を照射して後方散乱光が戻ってくるまでの時間からその位置を測定する。
ここで、各ループCは、光ファイバー11を薄板12上で数回巻回しているため、光ファイバー11を薄板12の長手方向に沿って単に直線的に敷設した場合に比較して、巻回する長さに応じて、計測感度が向上する利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、光ファイバ11を巻回してなるループCを計測方向にそって配置しているため、図7に示すように測定方向に沿うループCの直線部では計測感度が向上する利点がある。
しかし、光ファイバー11は屈曲による破断や減衰増加を防止するため、少なくとも一定以上の曲率半径としなければならず、図7に示すように、ループCの湾曲部Aにおいては、計測感度が悪くなるという不具合があった。
【0007】
つまり、測定感度の良くないループCの湾曲部Aの介在により、計測感度の良いループCの直線部が不連続となっていたため、例えば、上記ひび割れ5がループCの湾曲部Aに位置すると、トンネル内壁2の伸縮量を正確に求めることができないおそれがあった。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、光ファイバーをループ状に巻回した場合であっても、感度低下部分を生じないようにすることを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の請求項1に係る構造物の変形量測定装置は、光ファイバーの伸張による歪みに基づいて構造物の変形量を測定する構造物の変形量測定装置において、前記光ファイバーを一定間隔で少なくとも1回以上巻回してループを形成し、湾曲部を重ね合わせて前記ループを測定方向に沿って連続体とし、前記ループは前記光ファイバを横に並べて複数巻回されると共に各ループの左右の湾曲部の曲率半径が異なり、且つ、異なる曲率半径を持つ湾曲部が相互に重ね合わされることを特徴とする。
【0009】
上記目的を達成する本発明の請求項2に係る構造物の変形量測定装置は、請求項1において、前記ループは測定方向に対して横方向にも重ね合わされることを特徴とする。
【0010】
上記目的を達成する本発明の請求項3に係る構造物の変形量測定装置は、請求項1又は2において、前記ループは湾曲部の間に位置する直線部のみ前記構造物に対して接着されることを特徴とする。
【0011】
上記目的を達成する本発明の請求項4に係る構造物の変形量測定装置は、請求項3において、前記湾曲部における前記光ファイバーの間に保護具を介在させることを特徴とする請求項3記載の構造物の変形量測定装置。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施例に係る構造物の変形量測定装置を図1に示す。
本実施例は、前述した従来技術と同様に、トンネルの内壁の変形量を測定する装置に適用したものである。
ここで、本実施例においては、光ファイバー11を一定間隔で少なくとも1回以上巻回してループCを形成し、湾曲部Aを重ね合わせてループCを測定方向(図1中の左右方向)に沿って連続体としたものである。
【0014】
即ち、ループCは、往復する直線部に少なくとも一定以上の曲率半径で湾曲させた湾曲部Aをつなげるよう光ファイバー11を巻回してなるものであり、更に、隣接するループCとの間に重ね合わせ部Bが設けられている。
従って、ループCの湾曲部Aを測定方向に沿って重ね合せて重ね合わせ部Bを設けた結果、ループCが測定方向に沿った連続体となるため、ループCの湾曲部Aに関係なく、ループCの直線部において歪を計測することができ、全ての範囲について計測感度が良好となる。
【0015】
いいかえると、ループCの湾曲部Aの計測感度に係わらず、重なり合ったループCの直線部は計測感度が良好であるため、ループCの直線部により感度良く計測することができるのである。
尚、重ね合わせ部Bにおいては、ループCの湾曲部Aのみが重ね合わされば良く、必ずしも直線部が重なりあう必要はない。
特に、光ファイバ11の敷設長さを削減するためには、重ね合わせ部Bにおいて、直線部の重ね合わせは短いほうが望ましい。
【0016】
本発明の第2の実施例に係る構造物の変形量測定装置を図2に示す。
本実施例では、光ファイバー11を一定間隔で少なくとも1回以上巻回してループCを形成し、湾曲部Aを重ね合わせてループCを測定方向に沿って連続体とし、更に、ループCを測定方向に対して横方向(図2中における上下方向)にも重ね合わさせたものである。
【0017】
つまり、ループCを測定方向のみならず、その横方向にも重ね合わせて重ね合わせ部Bを設けた結果、ループCの直線部を測定方向に沿って多数配列させたものである。
従って、本実施例においても、全ての範囲について計測感度が良好となるという前述した実施例と同様な効果を奏する他、更に、ループCの重ね合わせ部Bを測定方向に対して横方向にも設けるため、測定方向に対して横方向の歪分布も測定可能となる利点がある。
【0018】
このことは、計測方向に沿った歪の分布のみならず、計測方向に対して横方向の歪分布の測定可能となり、このことは、測定対象物の全面に渡る歪分布の測定が可能となることを意味する。
尚、図2に示すように、ループCの測定方向の重ね合わせ部Bと測定方向に対して横方向の重ね合わせ部Bとが相互に重ね合わされていても何ら差し障りはない。
【0019】
本発明の第3の実施例に係る構造物の変形量測定装置を図3に示す。
本実施例は、光ファイバ11を複数巻回してループCを形成する場合での改良に関する。
即ち、ループCが光ファイバ11を複数巻回して構成される場合、敷設幅を狭くすることが望ましいが、光ファイバ11を上下に重ねて敷設することは極めて困難である。
特に、複数の光ファイバ11の湾曲部を重ね合わせる場合には、その傾向が顕著になる。
【0020】
そこで、本実施例では、図3に示すように、光ファイバ11を横に並べて複数巻回してループCを構成すると共に各ループCの左右の湾曲部の曲率半径R1,R2(R2=R1+α)を異ならせ、異なる曲率半径の湾曲部を相互に重ね合わせて重ね合わせ部Bとしたものである。
このようにすれば、ループCの幅の増加を抑えることができ、光ファイバ11の重なり部分を一部に限定することができるため、耐久性向上、敷設作業の簡素化にも寄与する。
【0021】
尚、各湾曲部の曲率半径R1,R2としては、特に限定するものではないが、一般的には、10mm程度の差を設けると良い。
また、図3では、ループCは光ファイバ11を三重に巻回して構成されていたが、2回以上巻回される場合であれば、上述した有効な効果を奏するものである。
【0022】
本発明の第4の実施例に係る構造物の変形量測定装置を図4に示す。
本実施例は、ループCの重ね合わせ部Bにおける改良である。
即ち、光ファイバ11は、計測対象となる構造体の変形に追従して伸縮しなければ、歪を計測できないため、光ファイバは構造体に対して接着されるものとされていた。
【0023】
しかし、光ファイバ11を重ね合わせて配置する場合、光ファイバ自身が屈曲に弱いため、土中に埋設する場合など光ファイバに外力が加わると、破断や減衰の増加という問題や耐久性での問題を生じる。
そこで、本実施例では、重なり合ったループCの湾曲部においては、光ファイバ11を構造体に接着することなくフリーとしたものである。つまり、ループCの直線部のみを構造体に接着したのである。
また、各光ファイバ11間で外力が作用しないように、光ファイバ11間にスペーサ等の保護具20を介在させたのである。
【0024】
従って、本実施例では、重ね合わされたループCの湾曲部での光ファイバ11の接着を不要とできるため取付け作業が簡素化し、更に、各光ファイバ11間に介在する保護具により耐久性等の向上が図れるという利点がある。
また、本実施例でも、上述した実施例のようにループCの湾曲部を重ね合わせて連続体とするため、感度低下を防止できるという前述した実施例と同様な効果を奏する。
【0025】
尚、上述した実施例は、トンネルの内壁の変形量を測定する装置に適用したものであったが、例えば、土木建築物や火力・原子力プラント等の構造物の健全性を評価する評価システム、特に構造物の歪み等の変形量を光ファイバーの伸張により測定する装置に本発明は広く適用できるものである。
【0026】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の請求項1に係る構造物の変形量測定装置は、光ファイバーの伸張による歪みに基づいて構造物の変形量を測定する構造物の変形量測定装置において、前記光ファイバーを一定間隔で少なくとも1回以上巻回してループを形成し、湾曲部を重ね合わせて前記ループを測定方向に沿って連続体と、前記ループは前記光ファイバを横に並べて複数巻回されると共に各ループの左右の湾曲部の曲率半径が異なり、且つ、異なる曲率半径を持つ湾曲部が相互に重ね合わされるので、ループの湾曲部の計測感度に係わらず、重なり合ったループの直線部は計測感度が良好であるため、ループの直線部により感度良く計測することができ、更に、光ファイバの重なり部分を一部に限定することができるため、耐久性向上、敷設作業の簡素化にも寄与する。
【0027】
また、本発明の請求項2に係る構造物の変形量測定装置は、請求項1において、前記ループは測定方向に対して横方向にも重ね合わされるため、請求項1と同様な効果を奏する他、ループの重ね合わせ部を測定方向に対して横方向にも設けるため、測定方向に対して横方向の歪分布も測定可能となる利点がある。
【0028】
また、本発明の請求項3に係る構造物の変形量測定装置は、請求項1又は2において、前記ループは湾曲部の間に位置する直線部のみ前記構造物に対して接着されるため、重ね合わされたループの湾曲部での光ファイバの接着を不要とできるため取付け作業が簡素化するという効果を奏する。
【0029】
また、本発明の請求項4に係る構造物の変形量測定装置は、請求項3において、前記湾曲部における前記光ファイバーの間に保護具を介在させるため、光ファイバ間に介在する保護具により耐久性等の向上が図れるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る構造物の変形量測定装置の配置図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係る構造物の変形量測定装置の配置図である。
【図3】本発明の第3の実施例に係る構造物の変形量測定装置の配置図である。
【図4】本発明の第4の実施例に係る構造物の変形量測定装置の配置図である。
【図5】従来技術に係る構造物の変形量測定装置の構成図である。
【図6】光ファイバーセンサの構成図である。
【図7】光ファイバを巻回したループの配置図である。
【符号の説明】
1 トンネル
2 内壁
4 光ファイバ歪分布計測器
5 ひび割れ
10 光ファイバセンサ
11 光ファイバ
12 薄板
20 保護具
A 湾曲部
B 重ね合わせ部
C ループ
Claims (4)
- 光ファイバーの伸張による歪みに基づいて構造物の変形量を測定する構造物の変形量測定装置において、前記光ファイバーを一定間隔で少なくとも1回以上巻回してループを形成し、湾曲部を重ね合わせて前記ループを測定方向に沿って連続体とし、前記ループは前記光ファイバを横に並べて複数巻回されると共に各ループの左右の湾曲部の曲率半径が異なり、且つ、異なる曲率半径を持つ湾曲部が相互に重ね合わされることを特徴とする構造物の変形量測定装置。
- 前記ループは測定方向に対して横方向にも重ね合わされることを特徴とする請求項1記載の構造物の変形量測定装置。
- 前記ループは湾曲部の間に位置する直線部のみ前記構造物に対して接着されることを特徴とする請求項1又は2記載の構造物の変形量測定装置。
- 前記湾曲部における前記光ファイバーの間に保護具を介在させることを特徴とする請求項3記載の構造物の変形量測定装置。
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