JP3848660B2

JP3848660B2 - Damage detection device

Info

Publication number: JP3848660B2
Application number: JP2004137516A
Authority: JP
Inventors: 寛明筒井; 昭夫川又; 順一木元; 暁磯江
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: JP2005321223A

Description

本発明は、光ファイバを用いて損傷を検知可能な損傷検知装置に関する。 The present invention relates to detectable damage detecting apparatus damage using optical fiber.

評価対象物である構造体を破壊することなく、構造体の損傷を検知する非破壊検査には、目視検査、ＡＥ法および超音波探傷法などの種々の技術がある。 There are various techniques such as visual inspection, AE method, and ultrasonic flaw detection as non-destructive inspection for detecting damage to a structure without destroying the structure that is an evaluation object.

図２３は、目視検査を模式的に示す図である。目視検査では、検査者の目視によって構造体の損傷の有無を検知する。 FIG. 23 is a diagram schematically showing a visual inspection. In visual inspection, the presence or absence of damage to the structure is detected by visual inspection by an inspector.

図２４は、ＡＥ法による非破壊検査を模式的に示す図である。ＡＥ（Acoustic
Emission）法では、構造体物が変形したり亀裂が発生したりするときに放出される、材料がそれまで蓄えていた歪みエネルギーによる弾性波を、構造体の表面部に設置したＡＥセンサで検出して、構造体の損傷を検知する。 FIG. 24 is a diagram schematically showing nondestructive inspection by the AE method. AE (Acoustic
In the Emission method, the elastic wave generated by the strain energy stored in the material is detected by the AE sensor installed on the surface of the structure, which is released when the structure is deformed or cracked. Then, the damage of the structure is detected.

図２５は、超音波探傷法による非破壊検査を模式的に示す図である。超音波探傷法では、探触子から構造体に超音波を入射して、内部欠陥における反射波の有無によって、構造体の損傷を検知する。 FIG. 25 is a diagram schematically showing a nondestructive inspection by an ultrasonic flaw detection method. In the ultrasonic flaw detection method, ultrasonic waves are incident on a structure from a probe, and damage to the structure is detected based on the presence or absence of a reflected wave in an internal defect.

たとえば目視検査では、人為的ミスによって、構造体の損傷を見落としたりする危険性がある。またＡＥ法および超音波探傷法では、構造体の形状が複雑になると、適用が困難となるだけでなく、構造体の損傷検知のために多大な労力およびコストを要する。 For example, in visual inspection, there is a risk of overlooking damage to the structure due to human error. In addition, in the AE method and the ultrasonic flaw detection method, when the shape of the structure is complicated, the application becomes difficult, and a great deal of labor and cost are required for detecting damage to the structure.

このような問題を解決するために、構造体に設けられる複数本の光ファイバを用いて、各光ファイバの一端部から光信号を送信して、各光ファイバの他端部で光ファイバを通過した光信号を受信し、受信した光信号に基づいて、構造体の損傷を検知する装置がある（たとえば特許文献１〜３参照）。 In order to solve such a problem, an optical signal is transmitted from one end of each optical fiber using a plurality of optical fibers provided in the structure, and passes through the optical fiber at the other end of each optical fiber. There is an apparatus that receives a received optical signal and detects damage to the structure based on the received optical signal (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

米国特許第４９３６６４９号明細書U.S. Pat. No. 4,936,649 米国特許第５０１５８４２号明細書US Pat. No. 5,015,842 米国特許第５６３８１６５号明細書US Pat. No. 5,638,165

このような従来技術では、複数の部材から構成される構造体における、構成部材同士が接合される箇所が損傷しているか否かを検知することができない。また複数系統の光ファイバを通過した光信号に基づいて、構造体の損傷のおおよその位置を検出するので、該当する光ファイバのどの位置で損傷しているかを精度よく特定することが困難である。また各光ファイバを透過した光信号を検出する検出手段が光ファイバの本数と同数必要となる。また構造体の損傷の位置を検出するために、複数系統の光ファイバを通過した複数の光信号に基づいて演算するので、演算が複雑となる。 In such a prior art, it cannot detect whether the location where the structural members are joined in the structure composed of a plurality of members is damaged. In addition, since the approximate position of damage to the structure is detected based on optical signals that have passed through a plurality of systems of optical fibers, it is difficult to accurately identify at which position of the corresponding optical fiber it is damaged. . Further, the same number of detection means as the number of optical fibers is required to detect the optical signal transmitted through each optical fiber. In addition, since the calculation is based on a plurality of optical signals that have passed through a plurality of optical fibers in order to detect the position of damage to the structure, the calculation becomes complicated.

したがって本発明の目的は、光ファイバを用いて構成される光路形成体の損傷を判定して、構造体の損傷を容易に検知できる損傷検知装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a damage detection apparatus that can easily detect damage to a structure by determining damage to an optical path forming body configured using an optical fiber.

請求項１記載の本発明は、（ａ）複数の構成部材が接合されて構成される構造体の損傷を検知するための損傷検知装置であって、
（ｂ）光ファイバを用いて構成される光路形成体であり、
（ｂ１）各構成部材に挟み込まれて構造体に設けられ、
（ｂ２）互いに異なる周波数の光信号を反射する複数のセンサ部が、間隔をあけて形成される光路形成体と、
（ｃ）光路形成体の一端部から光路形成体に、各センサ部によって反射されるべき周波数成分および各センサ部を透過すべき周波数成分を含む評価用光信号を送信する送信手段と、
（ｄ）光路形成体の一端部および他端部で、送信手段から送信された評価用光信号を受信する受信手段と、
（ｅ）受信手段で受信された評価用光信号に基づいて、各センサ部によって反射されるべき周波数成分の有無および強度ならびに各センサ部を透過すべき周波数成分の有無および強度から、光路形成体の損傷の有無および位置を判定する判定手段とを含むことを特徴とする損傷検知装置である。 The present invention according to claim 1 is: (a) a damage detection device for detecting damage to a structure formed by joining a plurality of constituent members;
(B) an optical path forming body constituted by using an optical fiber,
(B1) sandwiched between the components and provided in the structure,
(B2) an optical path forming body in which a plurality of sensor portions that reflect optical signals having different frequencies are formed at intervals;
(C) transmitting means for transmitting an optical signal for evaluation including a frequency component to be reflected by each sensor unit and a frequency component to be transmitted through each sensor unit from one end of the optical path forming unit to the optical path forming unit;
(D) receiving means for receiving the evaluation optical signal transmitted from the transmitting means at one end and the other end of the optical path forming body;
(E) Based on the evaluation optical signal received by the receiving means, the optical path forming body is determined from the presence and intensity of the frequency component to be reflected by each sensor unit and the presence and intensity of the frequency component to be transmitted through each sensor unit. It is a damage detection apparatus characterized by including the determination means which determines the presence or absence and position of damage .

請求項２記載の本発明は、判定手段は、各センサ部で反射されるべき周波数成分の一部の周波数成分が欠落または強度低下している場合、欠落または強度低下している周波数成分に対応するセンサ部のうち光路形成体の最も一端部寄りのセンサ部と、欠落または強度低下していない周波数成分に対応するセンサ部のうち光路形成体の最も他端部寄りのセンサ部との間で、損傷が生じていると判定することを特徴とする。 According to the second aspect of the present invention, in the case where a part of the frequency components to be reflected by each sensor unit is missing or the intensity is reduced , the determination means corresponds to the missing or reduced frequency components. Between the sensor portion closest to one end of the optical path forming body and the sensor portion closest to the other end of the optical path forming body among the sensor portions corresponding to the frequency components that are not missing or not reduced in strength. It is characterized by determining that damage has occurred.

請求項３記載の本発明は、判定手段は、各センサ部で反射されるべき周波数成分の欠落および強度低下がなく、かつ各センサ部を透過すべき周波数成分が欠落また強度低下している場合、光路形成体の最も他端部寄りのセンサ部と、光路形成体の他端部との間で、損傷が生じていると判定することを特徴とする。 According to the third aspect of the present invention, the determination means has no missing or reduced intensity of frequency components to be reflected by each sensor unit, and missing or reduced intensity of frequency components to be transmitted through each sensor unit. It is characterized in that it is determined that damage has occurred between the sensor portion closest to the other end of the optical path former and the other end of the optical path former .

請求項１記載の本発明によれば、構造体に設けられる光路形成体は、光ファイバを用いて構成され、互いに異なる周波数の光信号を反射する複数のセンサ部が、間隔をあけて形成される。この光路形成体にその一端部から、各センサ部によって反射されるべき周波数成分および各センサ部を透過すべき周波数成分を含む評価用光信号が、送信手段によって送信される。光路形成体の一端部および他端部で、光路形成体から出射する評価用光信号を受信可能に受信手段が設けられ、各センサ部で反射された評価用光信号および各センサ部を透過した評価用光信号が、受信手段によって受信される。この受信手段で受信された評価用光信号に基づいて、各センサ部によって反射されるべき周波数成分の有無および強度ならびに各センサ部を透過すべき周波数成分の有無および強度から、光路形成体の損傷の有無および位置が、判定手段によって判定される。したがって光路形成体の損傷の有無および位置から、構造体の損傷の有無および損傷箇所を検知することができる。 According to the first aspect of the present invention, the optical path forming body provided in the structure is configured by using an optical fiber, and a plurality of sensor portions that reflect optical signals having different frequencies are formed at intervals. The An optical signal for evaluation including a frequency component to be reflected by each sensor unit and a frequency component to be transmitted through each sensor unit is transmitted from one end of the optical path forming body by the transmission unit. At one end and the other end of the optical path former, a receiving means is provided so as to be able to receive the evaluation optical signal emitted from the optical path former, and the evaluation optical signal reflected by each sensor part and each sensor part are transmitted. An evaluation optical signal is received by the receiving means. Based on the optical signal for evaluation received by the receiving means, the presence / absence and intensity of the frequency component to be reflected by each sensor unit, and the presence / absence and intensity of the frequency component to be transmitted through each sensor unit, damage the optical path forming body. The presence / absence and the position are determined by the determination means. Therefore, it is possible to detect the presence / absence and damage location of the structure from the presence / absence and position of the optical path former .

また構造体の損傷を検知するにあたって、光ファイバを用いて構成される光路形成体を利用するので、箔形歪ゲージを用いる構成などに比べて、強度的な信頼性が高く、またノイズが少なく、高い精度で損傷の有無を検知することができる。さらに光路形成体は、各構成部材に挟み込まれて設けられている。複数の構造部材が接合されて構成される構造体では、構造体に外力が作用した場合、各構造部材同士の接合状態が解除されやすいので、各構造部材に挟み込むように光路形成体を設けることによって、構成部材同士の接合状態が解除されているか否かを検知することができる。 In addition, when detecting damage to the structure, an optical path forming body composed of an optical fiber is used, so that it has higher strength reliability and less noise than a configuration using a foil-type strain gauge. The presence or absence of damage can be detected with high accuracy. Furthermore, the optical path forming body is provided so as to be sandwiched between the constituent members. In a structure configured by bonding a plurality of structural members, when an external force is applied to the structure, the bonded state between the structural members is easily released, so an optical path forming body is provided so as to be sandwiched between the structural members. Thus, it is possible to detect whether or not the joined state between the constituent members is released.

請求項２記載の本発明によれば、各センサ部で反射されるべき周波数成分の一部の周波数成分が欠落または強度低下している場合、判定手段で、欠落または強度低下している周波数成分に対応するセンサ部のうち光路形成体の最も一端部寄りのセンサ部と、欠落または強度低下していない周波数成分に対応するセンサ部のうち光路形成体の最も他端部寄りのセンサ部との間で、損傷が生じていると判定される。このようにして各センサ部間で生じている光路形成体の損傷の位置を判定し、構造体の損傷の有無と損傷箇所とを検知することができる。 According to the second aspect of the present invention, when a part of the frequency components to be reflected by each sensor unit is missing or the intensity is reduced, the frequency component that is missing or the intensity is reduced by the determination means. Between the sensor part closest to one end of the optical path former and the sensor part closest to the other end of the optical path former among the sensor parts corresponding to the frequency components that are not missing or not reduced in strength. In between, it is determined that damage has occurred. In this way, it is possible to determine the position of damage to the optical path forming body occurring between the sensor units, and to detect the presence / absence and damage location of the structure.

請求項３記載の本発明によれば、各センサ部で反射されるべき周波数成分の欠落および強度低下がなく、かつ各センサ部を透過すべき周波数成分が欠落また強度低下している場合、判定手段で、光路形成体の最も他端部寄りのセンサ部と、光路形成体の他端部との間で、損傷が生じていると判定される。このようにして各センサ部のうち最も他端部寄りのセンサ部と、他端部との間で生じている光路形成体の損傷の位置を判定し、構造体の損傷の有無と損傷箇所とを検知することができる。 According to the third aspect of the present invention , the determination is made when there is no missing or reduced intensity of the frequency component to be reflected by each sensor unit, and there is no missing or reduced intensity of the frequency component to be transmitted through each sensor unit. It is determined by the means that damage has occurred between the sensor portion closest to the other end of the optical path former and the other end of the optical path former. In this manner, the position of damage to the optical path forming body occurring between the sensor section closest to the other end of each sensor section and the other end is determined, and whether or not the structure is damaged and Can be detected.

図１は、本発明の損傷検知装置によって損傷の有無を検知する対象となる構造体１０を示す斜視図であり、（１）は、表面側を示す斜視図であり、（２）は、裏面側を示す斜視図である。構造体１０は構造部材である板部材１１に構造部材である複数の補強部材１２が接合、具体的には接着剤によって接着されて構成される。板部材１１の材質は、たとえばポリイミド樹脂などの高分子樹脂をマトリックスとするプリプレグシート（prepreg sheet）を板厚方向に積層して硬化成型したものに、光ファイバで構成される光ファイバセンサ１３が埋め込み成型される複合材料である。プリプレグ（pre-impregnated materialsの略称）シートは、マトリックスである樹脂を予め強化繊維基材に含浸させた成型用中間基材である。 FIG. 1 is a perspective view showing a structure 10 that is a target for detecting the presence or absence of damage by the damage detection apparatus of the present invention, (1) is a perspective view showing a front surface side, and (2) is a back surface. It is a perspective view which shows the side. The structural body 10 is configured by bonding a plurality of reinforcing members 12 as structural members to a plate member 11 as a structural member, specifically, bonding them with an adhesive. The material of the plate member 11 is, for example, an optical fiber sensor 13 composed of an optical fiber formed by laminating and curing a prepreg sheet (prepreg sheet) having a polymer resin such as polyimide resin as a matrix in the thickness direction. It is a composite material that is embedded and molded. A prepreg (abbreviation for pre-impregnated materials) sheet is an intermediate base material for molding in which a reinforcing fiber base material is impregnated with a matrix resin in advance.

図２は、図１（２）のセクションＩＩを拡大して示す平面図である。図３は、図２の切断面線Ｓ３−Ｓ３から見た断面図である。図４は、図３の切断面線Ｓ４−Ｓ４から見た断面図である。図５は、補強部材１２を示す平面図である。構造体１０の少なくとも損傷位置を検知したい箇所には、光路構成体である光ファイバセンサ１３が設けられる。図２では、理解を容易にするために光ファイバセンサ１３が露出しているように見えているけれども、実際には、図３および図４に示すように板部材１１に埋め込み成型されていたり、板部材１１と補強部材１２とによって挟み込まれていたり、補強部材１２同士に挟み込まれていたりして露出してはいない。 FIG. 2 is an enlarged plan view showing section II of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line S3-S3 in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along section line S4-S4 in FIG. FIG. 5 is a plan view showing the reinforcing member 12. An optical fiber sensor 13 that is an optical path constituting body is provided at least at a location where it is desired to detect the damage position of the structure 10. In FIG. 2, the optical fiber sensor 13 seems to be exposed for easy understanding, but actually, it is embedded in the plate member 11 as shown in FIGS. 3 and 4, It is not exposed between the plate member 11 and the reinforcing member 12 or between the reinforcing members 12.

板部材１１に埋め込み成型される光ファイバセンサ１３は、板部材１１の損傷位置を検知したい領域全体を蛇行するように配置される。さらに詳細に述べると、板部材１１の予め定める領域１１ａにおいて、光ファイバセンサ１３は、板部材１１の長手方向に沿って長く延びて、板部材１１の幅方向に所定の間隔をあけるようにして、幅方向上流側から幅方向下流側へと蛇行するように配置される。また板部材１１の前記領域１１ａとは異なる予め定める領域１１ｂにおいて、光ファイバセンサ１３は、板部材１１の幅方向に沿って長く延びて、板部材１１の長手方向に所定の間隔をあけるようにして、長手方向上流側から長手方向下流側へと蛇行するように配置される。このように板部材１１の各領域１１ａ，１１ｂにおいて、光ファイバセンサ１３の長く延びる方向は、互いに垂直となっているけれども、板部材１１の製造の都合で決定することができ、長手方向だけに長く延びても、幅方向だけに長く延びてもよい。 The optical fiber sensor 13 embedded and molded in the plate member 11 is disposed so as to meander the entire region where the damaged position of the plate member 11 is desired to be detected. More specifically, in the predetermined region 11 a of the plate member 11, the optical fiber sensor 13 extends long along the longitudinal direction of the plate member 11 so as to leave a predetermined interval in the width direction of the plate member 11. These are arranged to meander from the upstream side in the width direction to the downstream side in the width direction. Further, in the predetermined region 11 b different from the region 11 a of the plate member 11, the optical fiber sensor 13 extends long along the width direction of the plate member 11 so as to leave a predetermined interval in the longitudinal direction of the plate member 11. Thus, they are arranged to meander from the upstream side in the longitudinal direction to the downstream side in the longitudinal direction. As described above, in each of the regions 11a and 11b of the plate member 11, the extending direction of the optical fiber sensor 13 is perpendicular to each other, but can be determined for the convenience of manufacturing the plate member 11 and only in the longitudinal direction. Even if it extends long, it may extend long only in the width direction.

また図３に示すように、補強部材１２同士に挟み込まれる光ファイバセンサ１３は、補強部材１２の長手方向中央部同士で挟み込まれて、補強部材１２の長手方向一端部同士および長手方向他端部同士に挟み込まれていない。このような図３に示すように限ることなく、補強部材１２同士に挟み込まれる光ファイバセンサ１３は、参照符号１３Ａに示すように、補強部材１２の長手方向全体にわたって補強部材１２同士に挟み込まれてもよい。 As shown in FIG. 3, the optical fiber sensor 13 sandwiched between the reinforcing members 12 is sandwiched between the longitudinal center portions of the reinforcing members 12, and the longitudinal end portions and the other longitudinal end portions of the reinforcing members 12 are disposed. It is not sandwiched between each other. As shown in FIG. 3, the optical fiber sensor 13 sandwiched between the reinforcing members 12 is sandwiched between the reinforcing members 12 over the entire longitudinal direction of the reinforcing member 12, as indicated by reference numeral 13A. Also good.

光ファイバセンサ１３の配置間隔は、構造体１０において予想される損傷、または目標とする大きさの損傷に対応可能な寸法とする。板部材１１と補強部材１２との間に挟み込まれる光ファイバセンサ１３の配置位置は、たとえば図４に示すように、２つの補強部材１２が幅方向に接合されている補強部材１２の幅方向を寸法をＢとしたとき、一方の補強部材１２の端部からＢ／４の位置、および他方の補強部材１２の端部からＢ／４の位置としてもよい。また板部材１１と補強部材１２との間に挟み込まれる光ファイバセンサ１３の、板部材１１と補強部材１２の長手方向端部とによって挟み込まれる部分は、図５に示すように、湾曲して延びている。これによって板部材１１と補強部材１２との間に挟み込まれる光ファイバセンサ１３は１本で済む。またこのように延びる光ファイバセンサ１３の隙間に他の光ファイバセンサを配置することによって、隙間を補間することができる。 The arrangement interval of the optical fiber sensors 13 is set to a dimension that can cope with damage expected in the structure 10 or damage of a target size. For example, as shown in FIG. 4, the arrangement position of the optical fiber sensor 13 sandwiched between the plate member 11 and the reinforcing member 12 is the width direction of the reinforcing member 12 in which the two reinforcing members 12 are joined in the width direction. When the dimension is B, the position may be B / 4 from the end of one reinforcing member 12 and the position of B / 4 from the end of the other reinforcing member 12. Further, the portion of the optical fiber sensor 13 sandwiched between the plate member 11 and the reinforcing member 12 that is sandwiched between the longitudinal ends of the plate member 11 and the reinforcing member 12 extends in a curved manner as shown in FIG. ing. Thus, only one optical fiber sensor 13 is sandwiched between the plate member 11 and the reinforcing member 12. Further, by arranging another optical fiber sensor in the gap of the optical fiber sensor 13 extending in this way, the gap can be interpolated.

図６は、板部材１１と補強部材１２とが接合される前の状態を示す断面図である。補強部材１２は、詳細に述べると、図６に示すように、長手方向に垂直な断面がＬ字状の部材である。一対の補強部材１２が接合されて、図４に示すように長手方向に垂直な断面形状が略Ｔ字状の部材となる。光ファイバセンサ１３は、補強部材１２の長手方向に沿って延びるように配置され、前述のように接合される一対の補強部材１２によって挟み込まれ、補強部材１２同士が接着剤によって接着される。このとき光ファイバセンサ１３は、補強部材１２と補強部材１２との間のほぼ中央に配置される。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state before the plate member 11 and the reinforcing member 12 are joined. More specifically, the reinforcing member 12 is a member having an L-shaped cross section perpendicular to the longitudinal direction, as shown in FIG. The pair of reinforcing members 12 are joined to form a member having a substantially T-shaped cross section perpendicular to the longitudinal direction as shown in FIG. The optical fiber sensor 13 is disposed so as to extend along the longitudinal direction of the reinforcing member 12, and is sandwiched between the pair of reinforcing members 12 joined as described above, and the reinforcing members 12 are bonded together with an adhesive. At this time, the optical fiber sensor 13 is disposed substantially at the center between the reinforcing member 12 and the reinforcing member 12.

また光ファイバセンサ１３は、補強部材１２の長手方向に沿って延びるように配置され、前述のように接合された補強部材１２と板部材１１とによって挟み込まれ、補強部材１２と板部材１１とは、コキュアと呼ばれる一体成型によって接着される。このとき光ファイバセンサ１３は、板部材１１または補強部材１２に対して、その外径の半分を超えて埋まらないように配置される。前述のように接合された補強部材１２と板部材１１との間には空間が形成されるので、この空間に充填材１４が充填されるとともに、光ファイバセンサ１３が、補強部材１２の長手方向に沿って延びるように配置され、充填材１４と補強部材１２とに挟み込まれる。このように光ファイバセンサ１３は、補強部材１２同士に挟み込まれ、補強部材１２と板部材１１とに挟み込まれ、補強部材１２と充填材１４とに挟み込まれるので、少なくとも構造体１０に外力が与えられていない状態では、配置位置がずれることなく安定して保持される。 The optical fiber sensor 13 is disposed so as to extend along the longitudinal direction of the reinforcing member 12 and is sandwiched between the reinforcing member 12 and the plate member 11 joined as described above. They are bonded by integral molding called cocure. At this time, the optical fiber sensor 13 is arranged with respect to the plate member 11 or the reinforcing member 12 so as not to be buried more than half of the outer diameter. Since a space is formed between the reinforcing member 12 and the plate member 11 joined as described above, the space is filled with the filler 14 and the optical fiber sensor 13 is connected to the longitudinal direction of the reinforcing member 12. It is arrange | positioned so that it may extend along, and it is inserted | pinched between the filler 14 and the reinforcement member 12. FIG. As described above, the optical fiber sensor 13 is sandwiched between the reinforcing members 12, sandwiched between the reinforcing member 12 and the plate member 11, and sandwiched between the reinforcing member 12 and the filler 14, so that an external force is applied to at least the structure 10. In a state where it is not, the arrangement position is stably maintained without being shifted.

図７（１）は、光ファイバセンサ１３を示す断面図であり、図７（２）は、一般的な光ファイバ１００を示す断面図である。光ファイバセンサ１３は、評価情報を得るための評価用光信号が通過する光路を形成する光路形成体である。図７（２）に示す光通信に用いられる一般的な光ファイバ１００は、コア１００ａの外径が９．５マイクロメートルで、クラッド１００ｂの外径が１２５マイクロメートルで、被膜１００ｃの外径が２５０マイクロメートルである。一方、図７（１）に示す光ファイバセンサ１３は、コア１３ａの外径が８．５マイクロメートルまたは２０マイクロメートル、クラッド１３ｂの外径が４０マイクロメートル、被膜１３ｃの外径が５２マイクロメートルとなっており、従来の光ファイバ１００に比べて細径となっている。光ファイバセンサ１３の被膜１３ｃの材質は、板部材１１への埋め込み成型時に溶融しないような融点の充分に高い、たとえばポリイミド樹脂であってもよい。このように光ファイバセンサ１３は、非常に細径であるので、板部材１１に埋め込まれる状態、補強部材１２同士に挟み込まれる状態、補強部材１２と板部材１１とに挟み込まれる状態、および補強部材１２と充填材１４とに挟み込まれる状態でも、構造体１０の強度を低下させることを可及的に防止することができる。 FIG. 7A is a cross-sectional view showing the optical fiber sensor 13, and FIG. 7B is a cross-sectional view showing a general optical fiber 100. The optical fiber sensor 13 is an optical path forming body that forms an optical path through which an evaluation optical signal for obtaining evaluation information passes. In the general optical fiber 100 used for optical communication shown in FIG. 7 (2), the outer diameter of the core 100a is 9.5 micrometers, the outer diameter of the cladding 100b is 125 micrometers, and the outer diameter of the coating 100c. 250 micrometers. On the other hand, in the optical fiber sensor 13 shown in FIG. 7A, the outer diameter of the core 13a is 8.5 micrometers or 20 micrometers, the outer diameter of the cladding 13b is 40 micrometers, and the outer diameter of the coating 13c is 52 micrometers. The diameter is smaller than that of the conventional optical fiber 100. The material of the coating 13c of the optical fiber sensor 13 may be, for example, a polyimide resin having a sufficiently high melting point that does not melt when embedded in the plate member 11. As described above, since the optical fiber sensor 13 has a very small diameter, it is embedded in the plate member 11, is sandwiched between the reinforcing members 12, is sandwiched between the reinforcing member 12 and the plate member 11, and the reinforcing member. Even in a state of being sandwiched between 12 and the filler 14, it is possible to prevent the strength of the structure 10 from being lowered as much as possible.

図８は、板部材１１に埋め込まれる、または板部材１１と補強部材１２とに挟み込まれる光ファイバセンサ１３の連結構造５０を示す断面図である。光ファイバセンサ１３の光ファイバ５１は、板部材１１に外方から挿入される他の外部光ファイバ５２と光伝達可能に接続されて評価用光信号を外部に伝達する。たとえば光ファイバ５１と外部光ファイバ５２とは、その端面同士が突き合わされて、物理的に接続される。光ファイバセンサ１３の連結構造５０は、板部材１１に埋め込まれる、または板部材１１と補強部材１２とに挟み込まれる嵌合管５４と、挟持スリーブ５３と、光ファイバセンサ１３とを含む。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing the connection structure 50 of the optical fiber sensor 13 embedded in the plate member 11 or sandwiched between the plate member 11 and the reinforcing member 12. The optical fiber 51 of the optical fiber sensor 13 is connected to another external optical fiber 52 inserted into the plate member 11 from the outside so as to be able to transmit light, and transmits the evaluation optical signal to the outside. For example, the end faces of the optical fiber 51 and the external optical fiber 52 are abutted and physically connected. The connection structure 50 of the optical fiber sensor 13 includes a fitting tube 54 embedded in the plate member 11 or sandwiched between the plate member 11 and the reinforcing member 12, a sandwiching sleeve 53, and the optical fiber sensor 13.

光ファイバセンサ１３の光ファイバ５１の一端部５１ａには、光ファイバ５１を挟持スリーブ５３に保持固定させるためにフェルール５６が設けられる。フェルール５６は、円筒状に形成され、光ファイバ５１の一端部５１ａの外周部を全周にわたって覆う。また保護部材５７は、光ファイバ５１のフェルール５６から露出する露出部５１ｃのうち、フェルール寄りの光ファイバ部分５１ｄを覆う。保護部材５７は、弾発性および復元性を有する。保護部材５７は、光ファイバ５１の露出部５１ｃが中心軸線を通り、かつフェルール５６の他端部５６ｂ側端面と底面とが接する円錐状に形成され、光ファイバ５１の一部分５１ｄを覆う。 A ferrule 56 is provided at one end 51 a of the optical fiber 51 of the optical fiber sensor 13 for holding and fixing the optical fiber 51 to the sandwiching sleeve 53. The ferrule 56 is formed in a cylindrical shape and covers the outer periphery of the one end 51a of the optical fiber 51 over the entire periphery. The protective member 57 covers the optical fiber portion 51 d near the ferrule in the exposed portion 51 c exposed from the ferrule 56 of the optical fiber 51. The protection member 57 has elasticity and restoration property. The protection member 57 is formed in a conical shape in which the exposed portion 51 c of the optical fiber 51 passes through the central axis and the end surface on the other end portion 56 b side of the ferrule 56 is in contact with the bottom surface, and covers a part 51 d of the optical fiber 51.

フェルール５６は、挟持スリーブ５３の他端部５３ｂ側から挟持スリーブ５３の内方に挿入され、フェルール５６の一端部５６ａは、挟持スリーブ５３の長手方向の略中央位置まで挿入される。挟持スリーブ５３は、挟持スリーブ５３内に挿入されるフェルール５６の外周部分を、ほぼ全周にわたって内方に押圧するようにして挟持する。挟持スリーブ５３は、断面形状が略Ｃ字状となるような、半径方向に挿通するスリット状の切り欠きが形成され、切り欠きが長手方向両端にわたって延びる略円筒状に形成される。挟持スリーブ５３は、切り欠きによって半径方向の変形が容易になり、半径方向に可撓性および弾発性を有する。 The ferrule 56 is inserted into the holding sleeve 53 from the other end 53 b side of the holding sleeve 53, and the one end 56 a of the ferrule 56 is inserted to a substantially central position in the longitudinal direction of the holding sleeve 53. The sandwiching sleeve 53 sandwiches the outer peripheral portion of the ferrule 56 inserted into the sandwiching sleeve 53 so as to press inward substantially over the entire periphery. The sandwiching sleeve 53 is formed with a slit-shaped notch that is inserted in the radial direction so that the cross-sectional shape is substantially C-shaped, and the notch is formed in a substantially cylindrical shape that extends across both ends in the longitudinal direction. The sandwiching sleeve 53 is easily deformed in the radial direction by the notch, and has flexibility and elasticity in the radial direction.

挟持スリーブ５３の内径は、円管状に形成される嵌合管５４に挿入された状態で、フェルール５６の外径と同一または外径より若干小さく形成される。光ファイバセンサ１３が挟持スリーブ５３に挿入されると、挟持スリーブ５３が変形して、挟持スリーブ５３は、フェルール５６の外周面と当接し、光ファイバセンサ１３を挟持する。フェルール５６を挟持する挟持スリーブ５３は、嵌合管５４の軸線方向他端部５４ｂ側から挿入される。挟持スリーブ５３は、嵌合管５４に対して半径方向に隙間を形成した状態で配置される。また挟持スリーブ５３は、軸線方向に対して嵌合管５４よりも短く形成され、嵌合管５４の両端部５４ｂ、５４ｃから没入した位置に配置される。 The inner diameter of the holding sleeve 53 is formed to be the same as or slightly smaller than the outer diameter of the ferrule 56 in a state of being inserted into the fitting tube 54 formed in a circular tube shape. When the optical fiber sensor 13 is inserted into the sandwiching sleeve 53, the sandwiching sleeve 53 is deformed, and the sandwiching sleeve 53 comes into contact with the outer peripheral surface of the ferrule 56 to sandwich the optical fiber sensor 13. The holding sleeve 53 that holds the ferrule 56 is inserted from the other end 54 b side of the fitting tube 54 in the axial direction. The sandwiching sleeve 53 is arranged in a state where a gap is formed in the radial direction with respect to the fitting tube 54. The sandwiching sleeve 53 is formed shorter than the fitting tube 54 in the axial direction, and is disposed at a position where it is recessed from both ends 54b and 54c of the fitting tube 54.

フェルール５６の一端部５６ａは、挟持スリーブ５３に挟持され、フェルール５６の他端部５６ｂは、嵌合管５４の他端部５４ｂから嵌合管外方に突出して配置される。嵌合管５４には、その他端部５４ｂ側の開口を塞ぐように接着剤５８が詰められる。接着剤５８によって、フェルール５６は、嵌合管５４に固定される。接着剤５８は、嵌合管５４内に配置される挟持スリーブ５３にまで達することなく、嵌合管５４の他端部５４ｂの内周とフェルール５６の外周との間を塞ぐ。 One end portion 56 a of the ferrule 56 is held by the holding sleeve 53, and the other end portion 56 b of the ferrule 56 is disposed so as to protrude outward from the other end portion 54 b of the fitting tube 54. The fitting tube 54 is filled with an adhesive 58 so as to close the opening on the other end 54b side. The ferrule 56 is fixed to the fitting tube 54 by the adhesive 58. The adhesive 58 closes between the inner periphery of the other end 54 b of the fitting tube 54 and the outer periphery of the ferrule 56 without reaching the holding sleeve 53 disposed in the fitting tube 54.

フェルール５６が接着剤５８によって固定された嵌合管５４は、板部材１１の一端部１１ｃに埋設される。嵌合管５４の軸線方向一端面５４ａは、構造体１１の一端面１１ｄと面一に形成される。嵌合管５４は、板部材１１の厚み方向に略垂直な方向に延びる。嵌合管５４および挟持スリーブ５３は、たとえば金属またはセラミックスなどからなり、板部材１１の成形前の状態である前駆体に、考えられる加熱温度よりも、強度が大きく低下する温度が高く、成形時に考えられる応力よりも破壊強度が高くかつ熱膨張率の小さい材料が選ばれる。 The fitting tube 54 to which the ferrule 56 is fixed by the adhesive 58 is embedded in the one end portion 11 c of the plate member 11. One end surface 54 a in the axial direction of the fitting tube 54 is formed flush with one end surface 11 d of the structure 11. The fitting tube 54 extends in a direction substantially perpendicular to the thickness direction of the plate member 11. The fitting tube 54 and the sandwiching sleeve 53 are made of, for example, metal or ceramics, and the precursor, which is in a state before the plate member 11 is molded, has a higher temperature at which the strength is greatly reduced than a possible heating temperature. A material having a fracture strength higher than the possible stress and a low coefficient of thermal expansion is selected.

またフェルール５６の他端部５６ｂは、部分的に嵌合管５４から露出し、板部材１１内に埋設され、直接板部材１１と接触する。光ファイバ５１の一端部５１ａは、板部材１１の内部に配置され、板部材１１の一端面５０ｂおよび嵌合管５４の軸線方向一端面５４ａから没入して配置される。また板部材１１の外部に位置する他の外部光ファイバ５２が、嵌合管５４の一端面５４ａから挿入される。外部光ファイバ５２は、板部材１１に埋設される光ファイバ５１とほぼ同様の構成を有し、一端部５２ａをフェルール７３が覆う。外部光ファイバ５２の一端部５２ａを覆うフェルール７３は、埋設される光ファイバセンサ１３のフェルール５６と同一の外径を有する。外部光ファイバ５２を覆うフェルール７３は、挟持スリーブ５３の一端部側５３ａから挟持スリーブ５３の内方に向かって挿入され、外部光ファイバ５２の一端面５２ｂが、埋設される光ファイバ５１の一端面５１ｂと突き合わされる。板部材１１の外方から嵌合管５４内に延びる外部光ファイバ５２の一端部５２ａを覆うフェルール７３は、嵌合管５４に接着剤５５によって固定される。接着剤５５は、嵌合管５４の一端部５４ｃ側の開口を塞ぎ、接着剤５５は、嵌合管５４内に配置される挟持スリーブ５３にまで達することなく、嵌合管５４の一端部５４ｃの内周とフェルール７３の外周との間の空隙を埋める。 The other end portion 56 b of the ferrule 56 is partially exposed from the fitting tube 54, embedded in the plate member 11, and directly contacts the plate member 11. One end portion 51 a of the optical fiber 51 is disposed inside the plate member 11 and is disposed so as to be immersed from the one end surface 50 b of the plate member 11 and the one end surface 54 a in the axial direction of the fitting tube 54. Further, another external optical fiber 52 positioned outside the plate member 11 is inserted from one end face 54 a of the fitting tube 54. The external optical fiber 52 has substantially the same configuration as the optical fiber 51 embedded in the plate member 11, and the ferrule 73 covers one end 52 a. The ferrule 73 that covers the one end 52a of the external optical fiber 52 has the same outer diameter as the ferrule 56 of the embedded optical fiber sensor 13. A ferrule 73 covering the external optical fiber 52 is inserted from one end side 53a of the holding sleeve 53 toward the inside of the holding sleeve 53, and one end face 52b of the external optical fiber 52 is one end face of the embedded optical fiber 51. It is abutted with 51b. A ferrule 73 that covers one end 52 a of the external optical fiber 52 extending from the outside of the plate member 11 into the fitting tube 54 is fixed to the fitting tube 54 with an adhesive 55. The adhesive 55 closes the opening on the one end 54 c side of the fitting tube 54, and the adhesive 55 does not reach the clamping sleeve 53 arranged in the fitting tube 54, and the one end 54 c of the fitting tube 54. The gap between the inner periphery of the ferrule 73 and the outer periphery of the ferrule 73 is filled.

外部光ファイバ５２を覆うフェルール７３が、がたつきなく挟持スリーブ５３に挟持されることによって、板部材１１に埋設される光ファイバ５１の光軸と外部光ファイバ５２の光軸とを一致させる。この各光ファイバ５１，５２の接続は、各端面同士５１ｂ，５２ｂが当接することによって光伝達可能に接続される。 The ferrule 73 that covers the external optical fiber 52 is held by the holding sleeve 53 without rattling, so that the optical axis of the optical fiber 51 embedded in the plate member 11 matches the optical axis of the external optical fiber 52. The optical fibers 51 and 52 are connected so that light can be transmitted when the end faces 51b and 52b come into contact with each other.

表１は、構造体１０における光ファイバセンサ１３の配置に関する設計項目を示す表である。 Table 1 is a table showing design items related to the arrangement of the optical fiber sensor 13 in the structure 10.

光ファイバセンサ１３を埋め込む位置は、板部材１１を構成する複合材料の損傷特性に基づいて決定される。光ファイバセンサ１３を埋め込む厚み方向の位置は、板部材１１の内部亀裂および剥離の厚み方向の分布に基づいて決定される。光ファイバセンサ１３の埋め込み配置間隔は、板部材１１の内部亀裂および剥離の厚み方向に垂直な面内方向の分布、板部材１１の大きさ、ならびに光ファイバの曲げ損失特性に基づいて決定される。光ファイバセンサ１３の埋め込み本数は、構造体１０の損傷評価に必要な本数となるような冗長性、および光ファイバセンサ１３の特性に基づいて決定される。光ファイバセンサ１３の構造体１０からの取出し位置は、（ａ）板部材１１および補強部材１２を含む構造体１０の構造、（ｂ）複数の構造（ａ）を含む組立構造、（ｃ）前記組立構造を組立てるときに設けられるファスナ位置に基づいて決定される。 The position at which the optical fiber sensor 13 is embedded is determined based on the damage characteristics of the composite material constituting the plate member 11. The position in the thickness direction in which the optical fiber sensor 13 is embedded is determined based on the internal crack of the plate member 11 and the distribution in the thickness direction of peeling. The embedding arrangement interval of the optical fiber sensor 13 is determined based on the internal crack distribution of the plate member 11 and the distribution in the in-plane direction perpendicular to the thickness direction of the peeling, the size of the plate member 11, and the bending loss characteristics of the optical fiber. . The number of embedded optical fiber sensors 13 is determined based on the redundancy that is necessary for the damage evaluation of the structure 10 and the characteristics of the optical fiber sensor 13. The position where the optical fiber sensor 13 is taken out from the structure 10 is (a) the structure of the structure 10 including the plate member 11 and the reinforcing member 12, (b) the assembly structure including a plurality of structures (a), and (c) the above-described structure. It is determined based on the fastener position provided when the assembly structure is assembled.

図９は、本発明の実施の一形態の損傷検知装置２０を模式的に示す図である。損傷検知装置２０は、光ファイバセンサ１３を用いて構造体１０に対して非破壊検査を行って、損傷を検知する装置であって、光源２１、光検知器２２、ＦＢＧセンサシステム２３、データレコーダ２４および解析評価可視化システム２５を含んで構成される。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a damage detection apparatus 20 according to an embodiment of the present invention. The damage detection device 20 is a device that performs nondestructive inspection on the structure 10 using the optical fiber sensor 13 to detect damage, and includes a light source 21, a light detector 22, an FBG sensor system 23, a data recorder. 24 and an analysis evaluation visualization system 25.

図１０は、光ファイバセンサ１３に形成されるブラッグ格子２６を模式的に示す断面図である。図１１は、ブラッグ格子２６の特性を説明するために評価用光信号の一例を示すグラフであり、図１１（１）はブラッグ格子２６に到達した信号Ｉ_Ｏを示し、図１１（２）は、ブラッグ格子２６で反射される信号を示す。図１１（１）および（２）において、横軸は波長λを示し、縦軸は強度を示す。 FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a Bragg grating 26 formed in the optical fiber sensor 13. FIG. 11 is a graph showing an example of an optical signal for evaluation in order to explain the characteristics of the Bragg grating 26. FIG. 11 (1) shows the signal _IO that has reached the Bragg grating 26, and FIG. The signal reflected by the Bragg grating 26 is shown. 11 (1) and 11 (2), the horizontal axis indicates the wavelength λ, and the vertical axis indicates the intensity.

この光ファイバセンサ１３は、光ファイバを用いて構成され、その光ファイバの中途部にブラッグ格子２６が設けられるブラッグ格子形光ファイバ（Fiber Bragg Grating ；略称：ＦＢＧ）センサである。センサ部であるブラッグ格子２６は、軸線方向に格子間隔ｄを有して形成される回折格子である。このブラッグ格子２６は、次式（１）で示される波長λ_Ｒの光を反射し、残余の光を透過する特性を有している。
λ_Ｒ＝２×ｄ×ｎ …（１） The optical fiber sensor 13 is a Bragg grating type optical fiber (abbreviation: FBG) sensor that is configured by using an optical fiber and in which a Bragg grating 26 is provided in the middle of the optical fiber. The Bragg grating 26 as a sensor unit is a diffraction grating formed with a grating interval d in the axial direction. The Bragg grating 26 has a characteristic of reflecting the light with the wavelength λ _R represented by the following formula (1) and transmitting the remaining light.
λ _R = 2 × d × n (1)

ここでｎは、ブラッグ格子２６が形成される部分における光ファイバのコアにおける屈折率である。式（１）から分かるように、ブラッグ格子２６は、格子間隔ｄおよび屈折率ｎに基づく波長λ_Ｒの光だけを反射する特性を有している。 Here, n is the refractive index in the core of the optical fiber in the portion where the Bragg grating 26 is formed. As can be seen from equation (1), a Bragg grating 26 has a property of reflecting only the light of wavelength lambda _R based on the lattice spacing d and the refractive index n.

光ファイバセンサ１３が設けられる構造体１０に荷重が作用し、構造体１０に歪が生じると、構造体１０の歪に追従して光ファイバセンサ１３も同様に歪を生じる。ブラッグ格子２６が歪を生じると、ブラッグ格子２６の格子間隔ｄが変化する。これによって反射する光の波長λ_Ｒが、図１１（２）に示すように、歪の大きさに対応してシフトすなわち変化する。このようにブラッグ格子２６は、構造体１０に作用する荷重によって光学的特性が変化し、構造体１０に作用する荷重に対応した波長λ_Ｒの光を反射する。 When a load acts on the structure 10 where the optical fiber sensor 13 is provided and distortion occurs in the structure 10, the optical fiber sensor 13 similarly generates distortion following the distortion of the structure 10. When the Bragg grating 26 is distorted, the lattice interval d of the Bragg grating 26 changes. As a result, the wavelength λ _R of the reflected light is shifted or changed corresponding to the magnitude of the distortion, as shown in FIG. The Bragg grating 26 as the optical characteristics are changed by the load acting on the structure 10 and reflects light of wavelength lambda _R corresponding to the load acting on the structure 10.

したがって図１１（１）に示すように、外力が作用していない歪のない自然状態においてブラッグ格子２６が反射する波長λ_Ｒおよびその近傍の波長を含む光信号を、ブラッグ格子２６を有する光ファイバセンサ１３に送信し、反射して戻ってくる光信号を受信して、その光信号の波長からブラッグ格子２６における歪を求めることができる。これによって構造体１０の歪を求め、構造体１０に作用する荷重を求めることが可能になる。 Thus, as shown in FIG. 11 (1), an optical signal having a wavelength in the wavelength lambda _R and near the Bragg grating 26 is reflected in the natural state without distortion no external force is applied, the optical fiber having a Bragg grating 26 The optical signal transmitted to the sensor 13 and reflected and returned is received, and the distortion in the Bragg grating 26 can be obtained from the wavelength of the optical signal. As a result, the strain of the structure 10 can be obtained, and the load acting on the structure 10 can be obtained.

図１２は、光ファイバセンサ１３、光源２１および光検知器２２を模式的に示す図である。光ファイバセンサ１３には、複数のブラッグ格子２７が、相互に間隔をあけて、具体的には一定間隔毎に、形成されている。図１２では、理解を容易にするために、光ファイバセンサ１３には、３個のブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが形成されている。これら各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、構造体１０への荷重の作用状態に関わらず、反射する光の波長が互いに異なるように、格子間隔ｄ_Ａ，ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃおよび屈折率ｎ_Ａ，ｎ_Ｂ，ｎ_Ｃが設定されている。詳細に説明すると、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが、外力の作用していない自然状態において反射する波長λ_ＲＡ，λ_ＲＢ，λ_ＲＣを含み、かつ構造体１０に作用する荷重の変化に伴って各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおいて反射する光の波長λ_ＲＡ，λ_ＲＢ，λ_ＲＣが変化する範囲を、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの反射波長帯域として、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの反射波長帯域が相互に異なるように形成される。 FIG. 12 is a diagram schematically showing the optical fiber sensor 13, the light source 21, and the photodetector 22. A plurality of Bragg gratings 27 are formed in the optical fiber sensor 13 at intervals, specifically at regular intervals. In FIG. 12, three Bragg gratings 26A, 26B, and 26C are formed in the optical fiber sensor 13 for easy understanding. The Bragg gratings 26A, 26B, and 26C have grating intervals d _A , d _B , d _C and a refractive index n _A so that the wavelengths of reflected light are different from each other regardless of the action state of the load on the structure 10. , N _B , n _C are set. More specifically, each of the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C includes wavelengths λ _RA , λ _RB , and λ _RC that are reflected in a natural state where no external force is applied, and the load acting on the structure 10 is changed. The ranges in which the wavelengths λ _RA , λ _RB , and λ _{RC of} the light reflected by the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C change are defined as the reflection wavelength bands of the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C. The reflection wavelength bands of 26C are formed different from each other.

本実施の形態では、光ファイバセンサ１３におけるコアの屈折率は、全長にわたって同一の屈折率に形成され、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおける屈折率ｎ_Ａ，ｎ_Ｂ，ｎ_Ｃは同一である。各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、自然状態における格子間隔ｄ_Ａ，ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃが相互に異なるように形成され、相互に異なる反射波長帯域の波長λ_ＲＡ，λ_ＲＢ，λ_ＲＣの光を反射するように構成されている。このように光ファイバセンサ１３は、光ファイバを用いて構成されて構造体１０に設けられ、評価用光信号の透過特性が相互に異なる複数のブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが形成される。 In the present embodiment, the refractive index of the core in the optical fiber sensor 13 is formed to the same refractive index over the entire length, and the refractive indexes n _A , n _B , and n _C in the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C are the same. . The Bragg gratings 26A, 26B, and 26C are formed so that the lattice spacings d _A , d _B , and d _C in the natural state are different from each other, and light having wavelengths λ _RA , λ _RB , and λ _RC in different reflection wavelength bands. Is configured to reflect. As described above, the optical fiber sensor 13 is configured by using an optical fiber and is provided in the structure 10, and a plurality of Bragg gratings 26 </ b> A, 26 </ b> B, and 26 </ b> C having different transmission characteristics of the evaluation optical signal are formed.

送信手段である光源２１は、たとえばレーザ発振器で実現され、光ファイバセンサ１３の一端部１３ａに接続される。光源２１は、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃでそれぞれ反射される周波数成分（波長帯域）の全てと、全てのブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを透過する周波数成分（波長帯域）とを含む評価用光信号を、光ファイバセンサ１３の一端部１３ａから送信する。受信手段である光検知器２２は、光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂに接続される。光検知器２２は、光源２１から送信され、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを透過して光ファイバセンサ１３を通過した評価用光信号を受信して、その評価用光信号の光強度を測定する。 The light source 21 serving as a transmission means is realized by, for example, a laser oscillator and is connected to one end 13 a of the optical fiber sensor 13. The light source 21 includes all frequency components (wavelength bands) reflected by the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C and frequency components (wavelength bands) that pass through all the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C. An optical signal is transmitted from one end 13 a of the optical fiber sensor 13. The light detector 22 as a receiving means is connected to the other end 13 b of the optical fiber sensor 13. The photodetector 22 receives the evaluation optical signal transmitted from the light source 21 and transmitted through the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C and passed through the optical fiber sensor 13, and measures the light intensity of the evaluation optical signal. To do.

また光ファイバセンサ１３の一端部１３ａには、光スペクトルアナライザ（Optical
Spectrum Analizer ；略称：ＯＳＡ）２７がさらに接続される。受信手段であるＯＳＡ２７は、光源２１から送信され、ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃでそれぞれ反射されて光ファイバセンサ１３を通過した評価用光信号を受信して、その評価用信号をスペクトル解析する。また光ファイバセンサ１３の一端部１３ａと光源２１およびＯＳＡ２７との間には、サーキュレータ２８が接続される。サーキュレータ２８は、光源２１からの評価用光信号を光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂに向けて透過し、光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂから一端部１３ａに向かう評価用光信号をＯＳＡ２７に向けて透過する。このように光検知器２２およびＯＳＡ２７によって、光ファイバセンサ１３の両端部から戻る評価用光信号が受信される。 An optical spectrum analyzer (Optical) is provided at one end 13a of the optical fiber sensor 13.
Spectrum Analyzer (abbreviation: OSA) 27 is further connected. The OSA 27 serving as receiving means receives the evaluation optical signal transmitted from the light source 21, reflected by the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C and passed through the optical fiber sensor 13, and performs spectral analysis on the evaluation signal. A circulator 28 is connected between the one end 13 a of the optical fiber sensor 13 and the light source 21 and OSA 27. The circulator 28 transmits the evaluation optical signal from the light source 21 toward the other end 13b of the optical fiber sensor 13, and sends the evaluation optical signal from the other end 13b of the optical fiber sensor 13 toward the one end 13a to the OSA 27. Transparent to. Thus, the optical signal for evaluation returning from the both ends of the optical fiber sensor 13 is received by the optical detector 22 and the OSA 27.

また光ファイバセンサ１３の一端部１３ａとサーキュレータ２８とは、コネクタ２０ａによって着脱可能に連結されてもよい。また光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂと光検知器２２とは、コネクタ２０ｂによって着脱可能に連結されてもよい。 Moreover, the one end part 13a of the optical fiber sensor 13 and the circulator 28 may be detachably connected by a connector 20a. Further, the other end 13b of the optical fiber sensor 13 and the photodetector 22 may be detachably connected by a connector 20b.

図９に示すＦＢＧセンサシステム２３は、ＯＳＡ２７を含んで構成され、各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃで反射した評価用光信号の波長シフト量に基づいて、構造体１０の歪を測定する。データレコーダ１５は、ハードディスクドライブなどの記憶装置で実現され、光検知器２２からの光強度およびＦＢＧセンサシステム２３からの歪を記憶する。判定手段である解析評価可視化システム２５は、たとえばパーソナルコンピュータまたはワークステーションなどの電子計算装置で実現され、データレコーダ１５に記憶される光強度および歪に基づいて光ファイバセンサ１３の損傷を判定し、その判定結果を表示装置に表示する。 The FBG sensor system 23 shown in FIG. 9 includes an OSA 27, and measures the distortion of the structure 10 based on the wavelength shift amount of the evaluation optical signal reflected by the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C. The data recorder 15 is realized by a storage device such as a hard disk drive, and stores the light intensity from the light detector 22 and the distortion from the FBG sensor system 23. The analysis evaluation visualization system 25 that is a determination means is realized by an electronic computer such as a personal computer or a workstation, for example, determines damage of the optical fiber sensor 13 based on the light intensity and distortion stored in the data recorder 15, The determination result is displayed on the display device.

図１３は、解析評価可視化システム２５による損傷判定を模式的に示す図である。図１４は、光強度に基づく光ファイバセンサ１３の損傷の判定を説明するための図である。構造体１０のある部分（以後「損傷部位」と表記する場合がある）が損傷して、光ファイバセンサ１３の前記損傷部位に配置される部分が変形したり損傷したりすると、その部分を通過する評価用光信号の光強度が損失する。解析評価可視化システム２５は、光検知器２２からの光強度の時系列データに基づいて、式（２）に示す、損傷後の評価用光信号の光強度Ｉ_Ｒを損傷前の評価用光信号の光強度Ｉ_０で除算した基準化光強度ＮＯＩを求める。
ＮＯＩ＝Ｉ_Ｒ／Ｉ_０ …（２） FIG. 13 is a diagram schematically showing damage determination by the analysis evaluation visualization system 25. FIG. 14 is a diagram for explaining determination of damage to the optical fiber sensor 13 based on the light intensity. If a certain part of the structure 10 (hereinafter may be referred to as “damaged part”) is damaged and the part of the optical fiber sensor 13 disposed at the damaged part is deformed or damaged, the part passes through the part. The light intensity of the evaluation optical signal is lost. Analysis Evaluation visualization system 25, based on time-series data of the light intensity from the light detector 22, the formula (2) shows, the evaluation optical signal before damage the light intensity I _R of the evaluation optical signal after injury determination of the normalized light intensity NOI divided by the light intensity I _0.
NOI = I _R / I ₀ (2)

光ファイバセンサ１３が変形すると、ＯＳＡ２７によって受信される評価用光信号は、各ブラッグ格子２６の歪に対応した波長成分を有している。各ブラッグ格子２６の歪は、構造体１０の各ブラッグ格子２６が配置される部位（以後「評価部位」と表記する場合がある）の歪と同一である。この歪は、構造体１０に荷重が作用することによって発生し、歪の大きさは荷重に対応している。したがってＯＳＡ２７によって受信される評価用光信号は、構造体１０の評価部位に作用する荷重に対応した評価情報として、歪を表す評価情報を有している。ＦＢＧセンサシステム２３は、ＯＳＡ２７によって受信された評価用光信号から、その評価用光信号に含まれる波長成分に基づいて、構造体１０における各評価部位の歪を表す評価情報を取得する。つまり光ファイバセンサ１３内で反射して戻る評価用光信号を受信することによって、構造体１０における歪を生じている部位およびその歪の大きさを検出することができる。 When the optical fiber sensor 13 is deformed, the evaluation optical signal received by the OSA 27 has a wavelength component corresponding to the distortion of each Bragg grating 26. The distortion of each Bragg grating 26 is the same as the distortion of a portion of the structure 10 where each Bragg grating 26 is disposed (hereinafter may be referred to as “evaluation portion”). This strain is generated when a load acts on the structure 10, and the magnitude of the strain corresponds to the load. Therefore, the evaluation optical signal received by the OSA 27 has evaluation information representing strain as evaluation information corresponding to the load acting on the evaluation portion of the structure 10. The FBG sensor system 23 acquires evaluation information representing the distortion of each evaluation region in the structure 10 from the evaluation optical signal received by the OSA 27, based on the wavelength component included in the evaluation optical signal. That is, by receiving the evaluation optical signal that is reflected back in the optical fiber sensor 13, it is possible to detect the portion of the structure 10 that is distorted and the magnitude of the distortion.

このように各ブラッグ格子２６を形成した光ファイバセンサ１３を用いる構成では、１つの光ファイバセンサ１３、１つの光源２１および１つのＯＳＡ２７によって、複数の箇所における荷重に関する情報、すなわち歪を取得することができる。これによって簡単かつ小形の構成で装置を実現することができ、構造体１０への、形状および寸法の影響を可及的に小さくするこができる。 In the configuration using the optical fiber sensor 13 in which each Bragg grating 26 is formed in this way, information on loads at a plurality of locations, that is, strain is acquired by one optical fiber sensor 13, one light source 21, and one OSA 27. Can do. As a result, the apparatus can be realized with a simple and small configuration, and the influence of the shape and dimensions on the structure 10 can be minimized.

ＯＳＡ２７は、各ブラッグ格子２６からの評価用光信号を受信して、スペクトル解析を行い、パワースペクトル密度（Power Spectrum Density；略称：ＰＳＤ）を求める。以上のようにして求めたＮＯＩが予め定める閾値Ａ以下、かつパワースペクトル密度ＰＳＤを変数とする関数Ｆ（ＰＳＤ）が予め定める閾値Ｂ以上であれば、光ファイバセンサ１３の構造体１０における配置情報に基づいて、構造体１０に損傷部位が有ることを特定して、その損傷程度を推定することができる。閾値Ａ，Ｂは、数多くのクーポンレベルまたは構造要素レベルの試験結果に基づいて設定される値である。 The OSA 27 receives the optical signal for evaluation from each Bragg grating 26, performs spectrum analysis, and obtains a power spectrum density (abbreviation: PSD). If the NOI obtained as described above is not more than the predetermined threshold A and the function F (PSD) having the power spectral density PSD as a variable is not less than the predetermined threshold B, the arrangement information of the optical fiber sensor 13 in the structure 10 Based on the above, it is possible to specify that there is a damaged part in the structure 10 and to estimate the degree of damage. The thresholds A and B are values set based on a lot of coupon level or structural element level test results.

図１５は、歪に基づく光ファイバセンサ１３の損傷の判定を説明するための図である。光ファイバセンサ１３において、ブラッグ格子２６を３個程度設け、ＯＳＡ２７によって各ブラッグ格子２６からの評価用光信号を実時間で測定し、各ブラッグ格子２６からＯＳＡ２７への評価用光信号の到達時間がブラッグ格子２６毎にことなることを利用して、式（３）に示す関数Ｆの逆問題を解くことで、構造体１０の損傷部位の位置（ｘ，ｙ）を特定することができる。 FIG. 15 is a diagram for explaining determination of damage to the optical fiber sensor 13 based on strain. In the optical fiber sensor 13, about three Bragg gratings 26 are provided, and an evaluation optical signal from each Bragg grating 26 is measured in real time by the OSA 27, and the arrival time of the evaluation optical signal from each Bragg grating 26 to the OSA 27 is measured. By utilizing the fact that each Bragg lattice 26 is different, the position (x, y) of the damaged portion of the structure 10 can be specified by solving the inverse problem of the function F shown in Expression (3).

式（３）において、ｘ，ｙは、構造体１０の損傷部位の位置の座標を表し、添字ｉ，ｊは、ブラッグ格子２６の番号を表し、ｄＳは、ブラッグ格子２６と損傷部位の位置（ｘ，ｙ）との距離を表し、ｄｔは、各ブラッグ格子２６からの評価用光信号の到達時間の差を表し、Ｖは、構造体１０における歪波の速度を表し、クーポンレベルまたは構造要素レベルの試験結果および理論値に基づいて設定される。Ｆは目的関数であり、損傷部位の位置（ｘ，ｙ）の関数であり、ｄＳ，ｄｔ，Ｖと仮の値（ｘ，ｙ）から求めることができる。Ｆの値が最小となる最適値（ｘ，ｙ）を最適化手法によって求める。式（３）は、実測から求めた歪波速度と、設定した歪波速度との差の２乗で表される関数である。 In the expression (3), x and y represent the coordinates of the position of the damaged part of the structure 10, the suffixes i and j represent the numbers of the Bragg grating 26, and dS represents the position of the Bragg grating 26 and the damaged part ( x, y), dt represents the difference in arrival time of the optical signal for evaluation from each Bragg grating 26, V represents the velocity of the distorted wave in the structure 10, and the coupon level or structural element It is set based on the test result and theoretical value of the level. F is an objective function, which is a function of the position (x, y) of the damaged part, and can be obtained from dS, dt, V and a provisional value (x, y). An optimum value (x, y) that minimizes the value of F is obtained by an optimization method. Expression (3) is a function represented by the square of the difference between the distorted wave velocity obtained from actual measurement and the set distorted wave velocity.

図１６は、光源２１から送信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。光源から送信される評価用光信号には、たとえば１３１０ナノメートルの波長の光を含む、広範囲の波長域の光が含まれる。この波長域の光には、光ファイバセンサ１３のブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃで反射される波長λ_ＲＡ，λ_ＲＢ，λ_ＲＣの光が含まれ、これらの光強度は互いに等しい。また評価用光信号には、中心波長λ_Ｄが１５５０ナノメートルの波長域の光がさらに含まれ、この光は、光ファイバセンサ１３のブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを透過する。 FIG. 16 is a diagram showing a spectrum analysis of the evaluation optical signal transmitted from the light source 21. The evaluation optical signal transmitted from the light source includes light in a wide wavelength range including, for example, light having a wavelength of 1310 nanometers. The light in this wavelength band includes light of wavelengths λ _RA , λ _RB , and λ _RC reflected by the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C of the optical fiber sensor 13, and these light intensities are equal to each other. The evaluation optical signal further includes light having a wavelength region with a center wavelength λ _D of 1550 nanometers, and this light passes through the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C of the optical fiber sensor 13.

図１７（１）は、構造体１０に損傷が無い場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示し、図１７（２）は、構造体１０に損傷が無い場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。構造体１０に損傷が無い場合、光源２１から送信された図１６に示す評価用光信号は、光ファイバセンサ１３の各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃでそれぞれ反射される。ブラッグ格子２６Ａでは、波長λ_ＲＡの評価用光信号が反射され、ブラッグ格子２６Ｂでは、波長λ_ＲＢの評価用光信号が反射され、ブラッグ格子２６Ｃでは、波長λ_ＲＣの評価用光信号が反射されて、これらの評価用光信号がＯＳＡ２７によって受信される。光ファイバセンサ１３の各ブラッグ格子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを透過した波長λ_Ｄの評価用光信号は、光検知器２２で受信される。 FIG. 17A shows a spectrum analysis of the optical signal for evaluation received by the OSA 27 when the structure 10 is not damaged, and FIG. 17B shows the light when the structure 10 is not damaged. It is a figure which shows what carried out the spectrum analysis of the optical signal for evaluation received with the detector. When the structure 10 is not damaged, the evaluation optical signal shown in FIG. 16 transmitted from the light source 21 is reflected by the Bragg gratings 26A, 26B, and 26C of the optical fiber sensor 13, respectively. The Bragg grating 26A reflects an optical signal for evaluation of wavelength λ _RA , the Bragg grating 26B reflects an optical signal for evaluation of wavelength λ _RB , and the Bragg grating 26C reflects an optical signal for evaluation of wavelength λ _RC. These evaluation optical signals are received by the OSA 27. Evaluation optical signal having the wavelength lambda _D transmitted through the Bragg gratings 26A, 26B, the 26C of the optical fiber sensor 13 is received by the photodetector 22.

図１８（１）は、構造体１０に損傷が有る場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示し、図１８（２）は、構造体１０に損傷が有る場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。図１８（１）に示すように、波長λ_ＲＡの評価用光信号だけがＯＳＡ２７で受信されているので、構造体１０の光ファイバセンサ１３のブラッグ格子２６Ａとブラッグ格子２６Ｂとの間の位置で損傷している、具体的には光ファイバセンサ１３が破断する程度に損傷していると解析評価可視化システム２５によって判定される。 FIG. 18A shows a spectrum analysis of the optical signal for evaluation received by the OSA 27 when the structure 10 is damaged, and FIG. 18B shows the light when the structure 10 is damaged. It is a figure which shows what carried out the spectrum analysis of the optical signal for evaluation received with the detector. As shown in FIG. 18A, since only the evaluation optical signal having the wavelength λ _RA is received by the OSA 27, the optical fiber sensor 13 of the structure 10 is positioned between the Bragg grating 26A and the Bragg grating 26B. The analysis evaluation visualization system 25 determines that the optical fiber sensor 13 is damaged, specifically, that the optical fiber sensor 13 is damaged to the extent that it breaks.

図１９（１）は、構造体１０に損傷が有る場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示し、図１９（２）は、構造体１０に損傷が有る場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。図１６に示すように、波長λ_ＲＡ，λ_ＲＢ，λ_ＲＣの評価用光信号がＯＳＡ２７で受信されているけれども、波長λ_Ｄの評価用光信号が光検知器２２で受信されていないので、構造体１０の光ファイバセンサ１３のブラッグ格子２６Ｃと光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂとの間の位置で損傷している、具体的には光ファイバセンサ１３が破断する程度に損傷していると解析評価可視化システム２５によって判定される。 FIG. 19A shows a spectrum analysis of the evaluation optical signal received by the OSA 27 when the structure 10 is damaged, and FIG. 19B shows the light when the structure 10 is damaged. It is a figure which shows what carried out the spectrum analysis of the optical signal for evaluation received with the detector. As shown in FIG. 16, although the evaluation optical signals of the wavelengths λ _RA , λ _RB , and λ _RC are received by the OSA 27, the evaluation optical signal of the wavelength λ _D is not received by the photodetector 22. Damaged at a position between the Bragg grating 26C of the optical fiber sensor 13 of the structure 10 and the other end 13b of the optical fiber sensor 13, specifically, damaged to such an extent that the optical fiber sensor 13 is broken. Are determined by the analysis evaluation visualization system 25.

図２０は、構造体１０に損傷が有る場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。図２０に示すように波長λ_ＲＡ，λ_ＲＢ，λ_ＲＣの評価用光信号がＯＳＡ２７で受信されているけれども、波長λ_ＲＣの評価用光信号は残余の評価用光信号に比べて光強度が低い。したがって光ファイバセンサ１３の波長λ_ＲＢの評価用光信号を反射するブラッグ格子２６Ｂと、波長λ_ＲＣの評価用光信号を反射するブラッグ格子２６Ｃとの間で損傷していると判定され、構造体１０のその位置において損傷が有ると解析評価可視化システム２５によって判定される。 FIG. 20 is a diagram showing a spectrum analysis of the evaluation optical signal received by the OSA 27 when the structure 10 is damaged. As shown in FIG. 20, although the evaluation optical signals of the wavelengths λ _RA , λ _RB , and λ _RC are received by the OSA 27, the evaluation optical signal of the wavelength λ _RC has a light intensity as compared with the remaining evaluation optical signals. Low. Thus is determined the Bragg grating 26B that reflects the evaluation optical signal having the wavelength lambda _RB of the optical fiber sensor 13, and damaged between the Bragg grating 26C that reflects the evaluation optical signal having the wavelength lambda _RC, structure It is determined by the analysis evaluation visualization system 25 that there is damage at that 10 position.

図２１は、構造体１０に損傷が有る場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。図２１に示すように、光検知器２２で受信される波長λ_Ｄの評価用光信号の光強度は、図１７（２）に示す構造体１０に損傷が無い場合の光強度に比べて低い。したがってこの光ファイバセンサ１３には損傷があると解析評価可視化システム２５によって判定される。このような判定は、構造体１０を複数の領域に分割して、各領域に光ファイバセンサ１３を設けた場合に、どの領域が損傷しているかを判断するときに有効である。 FIG. 21 is a diagram showing a spectrum analysis of the evaluation optical signal received by the photodetector 22 when the structure 10 is damaged. As shown in FIG. 21, the light intensity of the optical signal for evaluation of wavelength λ _D received by the photodetector 22 is lower than the light intensity when the structure 10 shown in FIG. 17 (2) is not damaged. . Therefore, it is determined by the analysis evaluation visualization system 25 that the optical fiber sensor 13 is damaged. Such a determination is effective in determining which region is damaged when the structure 10 is divided into a plurality of regions and the optical fiber sensor 13 is provided in each region.

図２２は、解析評価可視化システム２５によって表示される損傷判定結果を示す図である。解析評価可視化システム２５は、評価対象物である構造体１０に損傷が有ると判定した場合、参照符号Ｐ１に示すように損傷が有ることを示す「ＤＡＭＡＧＥ」を表示するとともに、構造体１０の損傷部位の位置Ｐ２を示す平面図を表示する。 FIG. 22 is a diagram illustrating a damage determination result displayed by the analysis evaluation visualization system 25. When the analysis evaluation visualization system 25 determines that there is damage to the structure 10 that is the evaluation object, the analysis evaluation visualization system 25 displays “DAMAGE” indicating that there is damage as indicated by reference symbol P1, and also damages the structure 10. A plan view showing the position P2 of the part is displayed.

以上のように本実施の形態の構造体１０および損傷検知装置２０によれば、構造体１０は、板部材１１と補強部材１２とが接合される箇所に、光ファイバセンサ１３が設けられて、板部材１１に複数の補強部材１２が接合されて形成される。光ファイバセンサ１３は、光ファイバを用いて構成され、評価用光信号の透過特性が相互に異なる複数のブラッグ格子２６が形成される。これによって、光源２１によって、この光ファイバセンサ１３に評価用光信号を送信して、光検知器２２およびＯＳＡ２７によって光ファイバセンサ１３を通過した受信された評価用光信号に基づいて、解析評価可視化システム２５が構造体１０の損傷位置を検知することによって、構造体１０の各構成部材同士が接続される箇所のうち、どこが損傷しているかを検知することができる。 As described above, according to the structure 10 and the damage detection device 20 of the present embodiment, the structure 10 is provided with the optical fiber sensor 13 at the position where the plate member 11 and the reinforcing member 12 are joined, A plurality of reinforcing members 12 are joined to the plate member 11. The optical fiber sensor 13 is configured using an optical fiber, and a plurality of Bragg gratings 26 having different transmission characteristics of the evaluation optical signal are formed. As a result, the optical signal for evaluation is transmitted to the optical fiber sensor 13 by the light source 21, and the analysis evaluation visualization is made based on the received optical signal for evaluation that has passed through the optical fiber sensor 13 by the optical detector 22 and the OSA 27. By detecting the damage position of the structure 10 by the system 25, it is possible to detect which is damaged among the places where the structural members of the structure 10 are connected to each other.

また本実施の形態の構造体１０および損傷検知装置２０によれば、光ファイバセンサ１３は、外力によって構成部材同士の接合状態が解除され易い箇所に配置されるので、構造体１０に外力が与えられたときに、構成部材同士の接合状態が解除されているか否かを検知することができる。 Further, according to the structure 10 and the damage detection device 20 of the present embodiment, the optical fiber sensor 13 is disposed at a position where the joining state between the constituent members is easily released by the external force, and therefore the structure 10 is given an external force. It is possible to detect whether or not the joining state between the constituent members has been released.

また本実施の形態の損傷検知装置２０によれば、光ファイバセンサ１３が構造体１０に設けられ、前記光ファイバセンサ１３に光源２１から評価用光信号が送信され、光ファイバセンサ１３を通過した評価用光信号が光検知器２２およびＯＳＡ２７で受信される。光ファイバセンサ１３は、光ファイバを用いて構成されて評価用光信号の透過特性が相互に異なる複数のブラッグ格子２６が形成されている。光源２１から送信された評価用光信号は、各ブラッグ格子２６の透過特性に対応した信号となり、光検知器２２およびＯＳＡ２７によって受信される。解析評価可視化システム２５は、受信した評価用光信号に基づいて、光ファイバセンサ１３の損傷を容易に判定することができる。これによって光ファイバセンサ１３が設けられる構造体１０の損傷を検知することができる。このように構造体１０の損傷を判定するにあたって、光ファイバを用いて構成される光ファイバセンサ１３を利用している。このような構成は、箔形歪ゲージを用いる構成に比べて、強度的な信頼性が高く、またノイズが少なく、高精度な損傷の判定が可能になる。 Further, according to the damage detection device 20 of the present embodiment, the optical fiber sensor 13 is provided in the structure 10, and an evaluation optical signal is transmitted from the light source 21 to the optical fiber sensor 13, and passes through the optical fiber sensor 13. An optical signal for evaluation is received by the photodetector 22 and the OSA 27. The optical fiber sensor 13 is formed using an optical fiber, and a plurality of Bragg gratings 26 having different transmission characteristics of the evaluation optical signal are formed. The evaluation optical signal transmitted from the light source 21 becomes a signal corresponding to the transmission characteristics of each Bragg grating 26 and is received by the photodetector 22 and the OSA 27. The analysis evaluation visualization system 25 can easily determine the damage of the optical fiber sensor 13 based on the received evaluation optical signal. Thereby, it is possible to detect damage to the structure 10 provided with the optical fiber sensor 13. Thus, in determining damage to the structure 10, an optical fiber sensor 13 configured using an optical fiber is used. Such a configuration has high strength reliability and less noise than a configuration using a foil-type strain gauge, and enables highly accurate damage determination.

また本実施の形態の損傷検知装置２０によれば、光ファイバセンサ１３の各ブラッグ格子２６は、相互に異なる周波数成分の光を反射する特性を有し、光源２１は、各ブラッグ格子２６でそれぞれ反射される周波数成分の全てと、全てのブラッグ格子２６を透過する周波数成分とを含む評価用光信号を、光ファイバセンサ１３の一端部１３ａから送信し、光検知器２２およびＯＳＡ２７は、光ファイバセンサ１３の両端部から戻る評価用光信号を受信する。これによって各ブラッグ格子２６で反射された評価用光信号は、ＯＳＡ２７によっていずれのブラッグ格子２６で反射された評価用光信号であるかを特定できるので、たとえば評価用光信号の強度および有無に基づいて、いずれのブラッグ格子２６間において光ファイバセンサ１３が損傷しているかを確実かつ容易に判定することができる。したがって光ファイバセンサ１３が設けられる構造体１０の損傷箇所を検知することができる。また全てのブラッグ格子２６を透過する周波数成分の評価用光信号が光検知器２２によって受信されると、光ファイバセンサ１３全体にわたって損傷が無いと判断することもできる。 Further, according to the damage detection apparatus 20 of the present embodiment, each Bragg grating 26 of the optical fiber sensor 13 has a characteristic of reflecting light having different frequency components, and the light source 21 is each of the Bragg gratings 26. An optical signal for evaluation including all of the reflected frequency components and the frequency components transmitted through all the Bragg gratings 26 is transmitted from one end portion 13a of the optical fiber sensor 13, and the optical detector 22 and the OSA 27 are connected to the optical fiber. An evaluation optical signal returned from both ends of the sensor 13 is received. As a result, the evaluation optical signal reflected by each Bragg grating 26 can be identified as the evaluation optical signal reflected by which Bragg grating 26 by the OSA 27. For example, the evaluation optical signal is based on the intensity and presence of the evaluation optical signal. Thus, it is possible to reliably and easily determine between which Bragg gratings 26 the optical fiber sensor 13 is damaged. Therefore, the damaged part of the structure 10 in which the optical fiber sensor 13 is provided can be detected. Further, when the optical signal for evaluation of the frequency component transmitted through all the Bragg gratings 26 is received by the optical detector 22, it can be determined that there is no damage throughout the optical fiber sensor 13.

本実施の形態の損傷検知装置２０は、ブラッグ格子２７で反射した評価用光信号をスペクトル解析するＯＳＡ２７を有する構成であるけれども、ＯＳＡ２７の代わりに、たとえば波長検出器であってもよい。 Although the damage detection apparatus 20 of the present embodiment includes the OSA 27 that performs spectrum analysis on the evaluation optical signal reflected by the Bragg grating 27, a wavelength detector may be used instead of the OSA 27, for example.

また本実施の形態の損傷検知装置２０では、ブラッグ格子２７を透過した評価用光信号は、光検知器２２によってその光強度が測定されるとしたけれども、これに限ることはない。光検知器２２は、ブラッグ格子２７を透過した評価用光信号をスペクトル解析する構成であってもよい。 In the damage detection apparatus 20 of the present embodiment, the light intensity of the evaluation optical signal transmitted through the Bragg grating 27 is measured by the light detector 22, but the present invention is not limited to this. The photodetector 22 may be configured to perform spectrum analysis on the evaluation optical signal transmitted through the Bragg grating 27.

また本実施の形態の損傷検知装置２０では、光ファイバセンサ１３の一端部１３ａに光源２１およびＯＳＡ２７が接続され、光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂに光検知器２２が接続される構成であるけれども、これに限ることはない。たとえば光ファイバセンサ１３の一端部１３ａに光源２１およびＯＳＡ２７に加えて光検知器を接続してもよく、さらに光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂに光検知器２２に加えて光源、ＯＳＡおよびサーキュレータを接続するような構成であってもよい。このような構成で、光ファイバセンサ１３の両端部の光源から互い違いに評価用光信号を送信して、ブラッグ格子２６で反射した評価用光信号を、光ファイバセンサ１３の両端部に接続されるＯＳＡでスペクトル解析をするとともに、ブラッグ格子２６を透過した評価用光信号を、光ファイバセンサ１３の両端部に接続される光検知器で光強度を測定するようにしてもよい。これによって光ファイバセンサ１３の損傷位置を、さらに精度良く検知することができる。 Further, in the damage detection device 20 of the present embodiment, the light source 21 and the OSA 27 are connected to one end 13 a of the optical fiber sensor 13, and the photodetector 22 is connected to the other end 13 b of the optical fiber sensor 13. However, it is not limited to this. For example, a light detector may be connected to one end 13a of the optical fiber sensor 13 in addition to the light source 21 and the OSA 27, and a light source, OSA and circulator in addition to the light detector 22 to the other end 13b of the optical fiber sensor 13. May be configured to connect. With such a configuration, evaluation optical signals are alternately transmitted from the light sources at both ends of the optical fiber sensor 13, and the evaluation optical signals reflected by the Bragg grating 26 are connected to both ends of the optical fiber sensor 13. While performing spectrum analysis with OSA, the optical intensity of the optical signal for evaluation transmitted through the Bragg grating 26 may be measured by a photodetector connected to both ends of the optical fiber sensor 13. Thereby, the damage position of the optical fiber sensor 13 can be detected with higher accuracy.

また本実施の形態の損傷検知装置２０では、光ファイバセンサ１３の他端部１３ｂに光検知器２２が接続される構成であるけれども、この光検知器２２が無い構成であってもよい。 In the damage detection device 20 of the present embodiment, the optical detector 22 is connected to the other end 13b of the optical fiber sensor 13, but the optical detector 22 may be omitted.

本発明の損傷検知装置によって損傷の有無を検知する対象となる構造体１０を示す斜視図であり、（１）は、表面側を示す斜視図であり、（２）は、裏面側を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows the structure 10 used as the object which detects the presence or absence of damage with the damage detection apparatus of this invention, (1) is a perspective view which shows the surface side, (2) is a perspective view which shows a back surface side. FIG. 図１（２）のセクションＩＩを拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the section II of FIG. 1 (2). 図２の切断面線Ｓ３−Ｓ３から見た断面図である。It is sectional drawing seen from cut surface line S3-S3 of FIG. 図３の切断面線Ｓ４−Ｓ４から見た断面図である。It is sectional drawing seen from cut surface line S4-S4 of FIG. 補強部材１２を示す平面図である。3 is a plan view showing a reinforcing member 12. FIG. 板部材１１と補強部材１２とが接合される前の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state before the board member 11 and the reinforcement member 12 are joined. （１）は、光ファイバセンサ１３を示す断面図であり、（２）は、一般的な光ファイバ１００を示す断面図である。(1) is a cross-sectional view showing the optical fiber sensor 13, and (2) is a cross-sectional view showing a general optical fiber 100. 板部材１１に埋め込まれる、または板部材１１と補強部材１２とに挟み込まれる光ファイバセンサ１３の連結構造５０を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a connection structure 50 of an optical fiber sensor 13 embedded in a plate member 11 or sandwiched between a plate member 11 and a reinforcing member 12. FIG. 本発明の実施の一形態の損傷検知装置２０を模式的に示す図である。It is a figure showing typically damage detection device 20 of an embodiment of the invention. 光ファイバセンサ１３に形成されるブラッグ格子２６を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the Bragg grating | lattice 26 formed in the optical fiber sensor 13. FIG. ブラッグ格子２６の特性を説明するために評価用光信号の一例を示すグラフであり、（１）はブラッグ格子２６に到達した信号Ｉ_Ｏを示し、（２）は、ブラッグ格子２６で反射される信号を示す。FIG. 6 is a graph showing an example of an evaluation optical signal for explaining the characteristics of the Bragg grating, in which (1) shows a signal _IO that has reached the Bragg grating, and (2) is reflected by the Bragg grating. Signals are shown. 光ファイバセンサ１３、光源２１および光検知器２２を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the optical fiber sensor 13, the light source 21, and the photodetector 22. As shown in FIG. 解析評価可視化システム２５による損傷判定を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the damage determination by the analysis evaluation visualization system 25. FIG. 光強度に基づく光ファイバセンサ１３の損傷の判定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the damage determination of the optical fiber sensor 13 based on light intensity. 歪に基づく光ファイバセンサ１３の損傷の判定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the determination of the damage of the optical fiber sensor 13 based on distortion. 光源２１から送信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。It is a figure which shows what analyzed the optical signal for evaluation transmitted from the light source 21 by spectrum analysis. （１）は、構造体１０に損傷が無い場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示し、（２）は、構造体１０に損傷が無い場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。(1) shows a spectrum analysis of the optical signal for evaluation received by the OSA 27 when the structure 10 is not damaged, and (2) shows the photodetector 22 when the structure 10 is not damaged. It is a figure which shows what analyzed the optical signal for evaluation received. （１）は、構造体１０に損傷が有る場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示し、（２）は、構造体１０に損傷が有る場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。(1) shows a spectrum analysis of the optical signal for evaluation received by the OSA 27 when the structure 10 is damaged, and (2) shows the photodetector 22 when the structure 10 is damaged. It is a figure which shows what analyzed the optical signal for evaluation received. （１）は、構造体１０に損傷が有る場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示し、（２）は、構造体１０に損傷が有る場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。(1) shows a spectrum analysis of the optical signal for evaluation received by the OSA 27 when the structure 10 is damaged, and (2) shows the photodetector 22 when the structure 10 is damaged. It is a figure which shows what analyzed the optical signal for evaluation received. 構造体１０に損傷が有る場合のＯＳＡ２７で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。It is a figure which shows what analyzed the optical signal for evaluation received by OSA27 in case the structure 10 has damage.

構造体１０に損傷が有る場合の光検知器２２で受信される評価用光信号をスペクトル解析したものを示す図である。It is a figure which shows what analyzed the optical signal for evaluation received with the photodetector 22 in case the structure 10 has damage. 解析評価可視化システム２５によって表示される損傷判定結果を示す図である。It is a figure which shows the damage determination result displayed by the analysis evaluation visualization system 25. FIG. 目視検査を模式的に示す図である。It is a figure which shows a visual inspection typically. ＡＥ法による非破壊検査を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the nondestructive inspection by AE method. 超音波探傷法による非破壊検査を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the nondestructive inspection by an ultrasonic flaw detection method.

Explanation of symbols

１０構造体
１１板部材
１２補強部材
１３光ファイバセンサ
２０損傷検知装置
２１光源
２２光検知器
２５解析評価可視化システム
２６ブラッグ格子
２７ＯＳＡ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Structure 11 Plate member 12 Reinforcement member 13 Optical fiber sensor 20 Damage detection apparatus 21 Light source 22 Optical detector 25 Analysis evaluation visualization system 26 Bragg grating 27 OSA

Claims

(A) A damage detection device for detecting damage to a structure formed by joining a plurality of constituent members,
(B) an optical path forming body constituted by using an optical fiber,
(B1) sandwiched between the components and provided in the structure,
(B2) an optical path forming body in which a plurality of sensor portions that reflect optical signals having different frequencies are formed at intervals;
(C) transmitting means for transmitting an optical signal for evaluation including a frequency component to be reflected by each sensor unit and a frequency component to be transmitted through each sensor unit from one end of the optical path forming unit to the optical path forming unit;
(D) receiving means for receiving the evaluation optical signal transmitted from the transmitting means at one end and the other end of the optical path forming body;
(E) Based on the evaluation optical signal received by the receiving means, the optical path forming body is determined from the presence and intensity of the frequency component to be reflected by each sensor unit and the presence and intensity of the frequency component to be transmitted through each sensor unit. A damage detection apparatus comprising: determination means for determining presence / absence and position of damage .

When a part of the frequency components to be reflected by each sensor unit is missing or the strength is reduced, the determination unit is configured to detect the optical path forming body out of the sensor units corresponding to the missing or reduced frequency components. It is determined that damage has occurred between the sensor part closest to the one end and the sensor part closest to the other end of the optical path forming body among the sensor parts corresponding to the frequency components that are not missing or have no strength reduction. The damage detection apparatus according to claim 1.

The determination means is the other end portion of the optical path forming body when there is no missing frequency component and a decrease in intensity that should be reflected by each sensor unit, and there is a missing frequency component and a decrease in intensity that should be transmitted through each sensor unit. The damage detection device according to claim 1, wherein it is determined that damage has occurred between the close sensor portion and the other end portion of the optical path forming body .