JP4011196B2 - Optical fiber sensor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
河岸や海岸での浸食による災害発生を回避するには、巡視等を頻繁に行って浸食の進行状況等を把握する必要がある。しかしながら、測量を人手に頼ることになり効率が悪いため、近年では、浸食状況を自動的かつリアルタイムで計測するための技術が検討されている。
例えば、音響測深器を利用する技術では、浸食の影響を受けない適切に設置した音響測深器によって、超音波の反射を利用して河岸や海岸位置を検出する。この方法では、河岸や海岸の浸食状況を自動的かつリアルタイムに計測することができるが、しかしながら、河岸や海岸の広範囲に亘って計測を行うには、高価な音響計測器を多数設置することになり、コストが膨大になってしまう。
【0003】
また、特開平8−75595号公報には、光ファイバを利用したセンサ(以下、「光ファイバセンサ」)によって地盤の異常を検出するものが提案されており、この光ファイバセンサを河岸や海岸に設置して、浸食の有無を検出することが検討できる。例えば、河岸や海岸にて、河川や海洋の波涛による洗掘方向に沿って形成したボーリング孔に前記光ファイバセンサを設置し、前記ボーリング孔に沿って延在する光ファイバに入射した光のラマン散乱による後方散乱光を計測することで、光ファイバの温度変化を検出し、異常を検出することが考えられる。光ファイバは、温度変化によって入射光のラマン散乱が変化するため、ラマン散乱による後方散乱光を計測すると、この後方散乱光の計測器での受光強度の変化から、異常の有無を判別できる。したがって、河岸や海岸の浸食前と、浸食が生じて光ファイバが水に触れた時との温度差によって、計測器にて計測される後方散乱光の強度が変化すると異常が検出でき、また、後方散乱光の受光までの経過時間等から計測器から異常箇所までの距離を特定することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラマン散乱を利用した光ファイバセンサでは、正常時と異常時との間に温度差が確保される必要があり、河岸や海岸等の自然環境下では、異常を検出できないケースが懸念される。前記問題に鑑みて、例えば、ヒータ等によって光ファイバ温度を一定に保つことも考えられるが、コストが上昇するため、この光ファイバセンサを広範囲に亘って多数設置すると、コストが膨大になってしまうといった問題が発生する。さらに、ラマン散乱による後方散乱光から光ファイバの温度変化を検出するには、複雑かつ高価な装置を必要とすることからも、コストが高く付く。
また、前記光ファイバセンサは、河岸や海岸の浸食以外にも、各種接触型のセンサとして活用したい要求があるが、前述のように、温度差の確保のために設置場所等の限定が生じ、汎用性が低いといった問題があった。
【0005】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、
(a)低コスト化することができる、
(b)光ファイバの破断あるいは屈曲を検出することで、異常を容易かつ確実に検出できる、
(c)自然災害の回避以外にも、接触型のセンサとして高い汎用性を有する
光ファイバセンサを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明では、複数連結され、それぞれが円筒状をなすユニット(15、31、41、51)と、これらユニットに連通した光ファイバ(16)とを備え、隣接して連結されたユニット間が外力によって折れ曲がることにより、これらユニット間に連通された前記光ファイバに破断あるいは屈曲が生じたことを、前記光ファイバに光パルス試験器(9)から入射した光の反射光あるいは後方散乱光を測定することによって検出するように構成され、隣接して連結された前記ユニット間に連通させた光ファイバを、隣接して連結されたユニット間が折れ曲がった時には前記光ファイバとともに破断する拘束手段(49、59)により各ユニットに固定し、前記各ユニットごとに前記光ファイバの余長(16a)を確保し、前記光ファイバの余長は円筒状をなす前記ユニットに収納され、前記ユニット間が折れ曲がった時には各ユニットとともに前記光ファイバが一体的に変位して破断あるいは屈曲を生じるようになっていることを特徴とする光ファイバセンサを前記課題の解決手段としている。
【0007】
この光ファイバセンサでは、ユニットの連結状態が維持されている間(正常時)は、これらユニットに連通させた光ファイバの光伝送性能が確保され、隣接して連結されたユニット間が外力によって折り曲げられ、これらユニット間に連通された光ファイバに破断や、光伝送特性に影響を与えるような急激な屈曲が生じると、この光ファイバの破断点にて生じた反射光や屈曲位置にて生じた後方散乱光が光パルス試験器にて観測され、ユニット設置位置から離れた位置からも光ファイバの異常を検出できる。
また、この光ファイバセンサでは、隣接する各ユニットのそれぞれに対して、拘束手段によって光ファイバを固定しているので、ユニット間が折れ曲がった時には、ユニットとともに該ユニットに固定した光ファイバをも一体的に変位し、これらユニット間に連通されている光ファイバに破断や急激な屈曲が容易に生じる。このため、ユニット間の折れ曲がりに要する荷重(以下「折れ荷重」)を超える外力が作用すると、光ファイバに破断や屈曲が容易かつ確実に発生して、外力の作用を確実に検出することができる。なお、光ファイバの破断点や屈曲位置を検出するので、温度変化によるラマン散乱の変化を利用した従来構成の光ファイバセンサのように、温度差の確保は不要であり、高い汎用性が得られ、しかも、構成が簡単で済み低コスト化することができる。
【0008】
光ファイバの異常は、光パルス試験器から光ファイバに光パルス(例えばレーザパルス光)を入射して後方散乱光やフレネル反射による反射光を観測することで検出される。この光ファイバセンサの設置時(光ファイバの破断前)では、光パルス試験器によって光ファイバに光パルスを入射すると正常な状態が確認できるようにしておく。例えば、ユニットに連通した光ファイバの端部を無反射端にしておくと、正常時(光ファイバに破断や屈曲が無い時)では、反射光が検出されないが、光ファイバが破断した時は、破断点からの後方散乱光やフレネル反射による反射光を観測することで光ファイバの破断を検出できる。ユニットに連通した光ファイバを、光パルス試験器からの入射光を別の波長に変えて反射するように構成すると、正常時には、特定波長の反射光を検出できるが、光ファイバが破断あるいは屈曲あるいは伸縮した時は、入射光と同じ波長帯域の反射光が観測されることで光ファイバの破断、屈曲、伸縮を検出できる。
【0009】
このように、ユニットに連通した光ファイバ端部の構成としては、光パルス試験器による正常時と異常時の判別を可能にする構成であれば各種構成の採用が可能であるが、例えば、前記各ユニット毎に前記光ファイバの余長を確保すると、ユニットに連通した光ファイバの端部に無反射端等の特別な加工を施さなくても、光ファイバの異常の有無を確認することができる。すなわち、光パルス試験器から光ファイバへ光を入射した時に、入射から反射光の受光までの経過時間が、光ファイバの異常の有無によって異なってくることを利用して、光ファイバの破断の有無を確認することができる。光パルス試験器による試験では、光ファイバへの光の入射から反射光や後方散乱光の受光までの経過時間を検出することで、異常箇所から光パルス試験器までの距離を検出できるから、各ユニット毎に光ファイバの余長を確保しておくと、光パルス試験器から光ファイバの異常箇所までの離間距離が、ユニット単位で特定されることになり、外力の作用した箇所をより詳細に特定することが可能になる。
【0010】
請求項2記載の光ファイバセンサでは、請求項1記載の光ファイバセンサにおいて、前記光ファイバの余長(16a)は前記ユニットの本体側面(24)に巻き付けられていることを特徴としている。
また、請求項記載の光ファイバセンサでは、請求項1または2記載の光ファイバセンサにおいて、前記拘束手段が、隣接して連結されたユニット間に連通した鞘管であり、前記ユニット間が折れ曲がった時には、前記鞘管が破断するとともに、該鞘管内に収納した前記光ファイバも破断するようになっていることを特徴としている。鞘管は、ガラスや樹脂等の割れやすい素材から形成する。また、鞘管内では、光ファイバの変位を許容しないように拘束して収納し、鞘管の破断とともに光ファイバも容易に破断するようにする。隣接させて連結したユニットに対して個別の拘束手段により光ファイバを固定する時は、ユニット同士を近接させる等によって、光ファイバの破断や屈曲が確実になされるようにする必要があるが、光ファイバを鞘管に収納すると、隣接するユニット間に隙間が存在しても、光ファイバを容易に破断させることができ、光ファイバセンサの構成の自由度が向上する。
【0011】
請求項記載の光ファイバセンサは、請求項1ないし3いずれか1項記載の光ファイバセンサにおいて、隣接して連結されたユニット間の相対回転を規制する回転規制手段を具備することを特徴としている。回転規制手段は、隣接して連結したユニット間の相対回転を規制し、かつ、これらユニット間が外力によって折れ曲がることを許容する。隣接して連結したユニット間の相対回転を回転規制手段によって規制すると、ユニット間に渡すようにして連通させた光ファイバの捻れや破断等が規制され、この光ファイバセンサの搬送作業性や設置作業性が向上する。また、回転規制手段は、光ファイバセンサの設置完了後には、ユニット間の相対回転を許容する構成も採用可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の光ファイバセンサの第1実施形態を、図1から図3を参照して説明する。
図1において、本実施形態の光ファイバセンサ1は、河岸2に形成した長さ数mのボーリング孔3内に挿入して設置される。この光ファイバセンサ1は複数連結したユニット15、15…と、これらユニット15、15…に連通させた光ファイバ16とを備えて構成される。光ファイバ16は、分岐ケーブル5、光クロージャ6、光ケーブル7を介して、前記河岸2から離間させて設置した検出部8に接続している。
【0013】
検出部8は、光パルス試験器9(OTDR:Optical Time Domain Reflectometer)と、この光パルス試験器9を制御するコンピュータ10と、光成端箱12を介して光ケーブル7から分岐した複数の光線路の中から、光パルス試験器9から出力した光パルスを入射する光線路を選択するセレクタ11とを備えている。光ケーブル7としては、例えば数100芯のものが採用され、光パルス試験器9からの光パルスは、セレクタ11にて選択された光線路に入射されて光ケーブル7を伝送し、光クロージャ6にて接続された分岐ケーブル5を介して目的の光ファイバセンサ1に伝送される。
光クロージャ6では、1本の光ケーブル7に対して複数本の分岐ケーブル5が接続可能であり、セレクタ11にて光パルス試験器9と接続する光線路を選択することにより、光パルス試験器9の光パルスを入射する分岐ケーブル5や光ファイバセンサ1を簡便に選択することができる。また、光ケーブル7に接続される光クロージャ6の数は複数であっても良く、例えば、数10kmに亘って敷設した光ケーブル7の複数箇所に光クロージャ6を設置し、各光クロージャ6にて光ケーブル7に複数の分岐ケーブル5および光ファイバセンサ1を接続することも可能である。
光ケーブル7としては、既設の通信用光ケーブルを兼用とすることで、大幅な低コスト化を図ることができる。
【0014】
図1において、ボーリング孔3は、斜坑であるが、水平坑とすることも可能である。
図1では、斜坑であるボーリング孔3下端を川13の近傍にて川13の水位よりも低くし、ボーリング孔3上端を前記下端よりも川13から離間させて位置させているが、これに限定されず、ボーリング孔3下端を川13の水位よりも高くすることも可能である。ボーリング孔3内に収納した光ファイバセンサ1は、ボーリング孔3の上端近傍に設置した固定用ボックス14から吊支され、ボーリング孔3内の所定位置に支持される。河岸2が浸食され、ボーリング孔3が壊されると、川13の水流が光ファイバセンサ1に接触するようになっている。
水平坑の場合、河岸2にて川13に寸止め(近接)あるいは突破るように形成したボーリング孔の一端を川13の近傍に位置させ、川13から離間させた他端近傍に固定用ボックス14を設置して、ボーリング孔内の光ファイバセンサ1を支持する。固定用ボックス14は、河岸2上から別途掘削して形成したマンホール等の縦坑や、光ケーブル7の地下布設用の水平坑等を利用してボーリング孔他端近傍に設置することになる。
いずれのボーリング孔においても、充填剤を充填して、光ファイバセンサ1を安定支持することが好ましい。また、光ファイバセンサ1は、川13の浸食による河岸2の土塊崩壊を検出するものであるから、川13の水との接触が関係しない光ファイバセンサ1を適用する場合、いずれのボーリング孔の形成位置も、川13の浸食による崩壊等の影響を受ける箇所であれば河岸2の何処でも良く、川13の水位に対する高低は関係無い。
なお、図1に示したようにボーリング孔3を川13の水位よりも低くなるように形成し、光ファイバセンサ1を川13の水位よりも低い位置に設置すると、河岸2の浸食崩壊時には光ファイバセンサ1が川13の水流に直接曝されるようになり、川13の水流から作用する力によって、ユニット15、15間が折れ曲がることで河岸2の浸食を検出する構成も採用可能である。
【0015】
図2は光ファイバセンサ1を示す正面図、図3はユニット15を示す分解斜視図である。
図3において、ユニット15は、円筒状のユニット本体17と、このユニット本体17側面の外側に装着される円筒状の外装体18とを備えている。これらユニット本体17や外装体18は、いずれも、プラスチックや塩化ビニル等の軽量かつ防水性を有する素材から形成されている。隣接して連結されたユニット15、15間は、一方のユニット15のフランジ部20aから突設したジョイント突部19aを、他方のユニット15のフランジ部20bに形成したジョイント凹部19b(図2参照)に挿入、嵌合して連結状態を維持している。さらに、図2に示すように、ジョイント凹部19bには、ジョイント突部19aから突設した薄壁状の強度保持用突起19cを嵌合して、ユニット15、15間の連結状態を補強しているので、これにより光ファイバセンサ1の搬送やボーリング孔3への設置作業性を確保できる。
なお、図3に示すように、強度保持用突起19cは、ユニット15、15間の相対回転を規制し、請求項3記載の回転規制手段としても機能するので、ボーリング孔3に設置前の光ファイバセンサ1では、ユニット15、15間に渡すようにして連通させた光ファイバ16に捻れを生じる心配が無く、光ファイバ16の光伝送特性を維持することができる。
【0016】
ユニット本体17の軸方向両端のフランジ部20a、20bには、光ファイバ16を挿通するための光ファイバ溝21a、21bを、ユニット本体17の中心軸線に沿った同一直線上に連通させている。連結した全てのユニット本体17の光ファイバ溝21a、21bは同一直線上に連通している。
光ファイバ16は、光ファイバ溝21a、21b間にて余長16aを確保している。この余長16aは、両フランジ20a、20b間のユニット本体側面24に巻き付けるようにして収納している。図3中符号23の弾性体パッドは、ユニット本体側面24に引き込んだ光ファイバ16の湾曲半径を維持して、光伝送特性に影響を与えないようにするための半径維持手段である。
また、ユニット本体側面24に巻き付けた余長16aは、ユニット本体側面24と、このユニット本体側面24の外側に装着した外装体18との間に挟み込まれる。外装体18は、自身の弾性によって付勢力を以てユニット本体側面24に装着され、ユニット本体側面24に巻き付けた余長16aは、外装体18によって無駄な湾曲等が生じないように押さえ込まれる。
【0017】
また、光ファイバ溝21a、21bや、ユニット本体17と外装体18との間等は図示しないOリングや、防水性ゲル材等を使用して、防水性を図っている。また、光ファイバ溝21a、21b内では、防水性を有する接着剤等の拘束手段25により光ファイバ16を固定し、しかも防水性を図っている。光ファイバ16のユニット15、15間に渡すようにして連通された部分についても、接着剤等により防水性を確保している。このように、光ファイバセンサ1においては、光ファイバ16の防水性を確実に確保して、光ファイバ16の光伝送特性を維持している。
光ファイバ16は、隣接された一方のユニット15の端部(フランジ部20a)と、他方のユニット15の端部(フランジ部20b)のそれぞれに拘束手段25として採用した接着剤によって接着固定されているので、ユニット15、15間が相対変位しても、光ファイバ溝21a、21bから離脱しないように拘束される。なお、拘束手段25としては、接着剤に限定されず、光ファイバ16をユニット15に拘束可能であれば各種構成の採用が可能である。
なお、光ファイバ16は、固定用ボックス14(図1参照)にて分岐ケーブル5側の光ファイバと接続され、光ケーブル7を介して検出部8と接続されている。
【0018】
この光ファイバセンサ1をボーリング孔3内に設置するに際しては、強度保持用突起19cを切断してから光ファイバセンサ1をボーリング孔3に挿入する。強度保持用突起19cの切断前では、ユニット15、15間の折れ耐力が確保され、光ファイバ16の破断や屈曲が防止され、搬送性等に優れるが、強度保持用突起19cの切断後では、ユニット15、15間の折れ耐力が小さくなって折れ曲がりやすくなる。
【0019】
ボーリング孔3に収納した光ファイバセンサ1の外面はボーリング孔3内面に近接され、川13によって河岸2が浸食され、河岸2の土塊が崩れると同時に、崩壊土塊の境界部分の光ファイバセンサユニット15、15間が折れ、これらユニット15、15間に連通されている光ファイバ16も折れて破断するか屈曲する。この時、光ファイバ16は、拘束手段25によって各ユニット15、15に拘束されているため、ユニット15、15が折れ曲がるとガラス製の光ファイバ16も容易に破断または屈曲する。
【0020】
光ファイバ16の破断や屈曲の有無を調べる試験は、光パルス試験器9によって随時行われるので、光ファイバ16の破断や屈曲(異常箇所)を検出することで、この光ファイバ16に係る光ファイバセンサ1の設置個所に浸食が生じたことが判明する。
検出部8では、試験すべき光線路をセレクタ11によって自動的に選択して、順次光パルス試験器9に対する接続を切り替えつつ、各光ファイバセンサ1に係る光線路の異常箇所の有無を試験するので、広範囲に多数の光ファイバセンサ1を設置した場合であっても、全ての光ファイバセンサ1の設置位置について河岸2の浸食を迅速に検出することができる。光ファイバ16の異常箇所の有無は、セレクタ11によって選択した光線路毎に試験するので、光ファイバ16の破断を検出すると、浸食箇所の特定も容易である。
また、光ファイバ16の異常箇所を検出するので、ラマン散乱の変化から浸食を検出する構成に比べて、浸食の検知が容易であり、しかも、検出に係る分析も容易であり、複雑な分析装置を必要とせず、低コスト化できる。
河岸2の浸食がさらに進んで、再度ユニット15、15間の折れ曲がりが起こり、光ファイバ16が短くなると、最初の破断箇所の検出時と同様に光ファイバ16の破断または屈曲箇所を検出することで、浸食の進行状況を把握することができる。このことは、本実施形態に限定されず、本発明に係る各種光ファイバセンサに共通であり、以後の各実施形態記載の光ファイバセンサについても同様である。
【0021】
光パルス試験器9によって、各光ファイバ16に係る光線路の試験を随時行うことで、光ケーブル7等を含む各光線路全体の正常の確認を行うことも可能である。しかも、光パルス試験器9による光試験では、光パルス試験器9から光ファイバセンサ1までの間の光線路に異常(光ファイバ16の破断等)を検出すると、反射光や後方散乱光が光パルス試験器9に到達するまでの時間やその強度から異常箇所等を特定できるので、メンテナンスも容易であり、メンテナンスに係るコストの低減に寄与する。
【0022】
さらに、この光ファイバセンサ1によれば、ユニット15毎に光ファイバ16の余長16aを確保しているので、特定の光ファイバセンサ1における光ファイバ16の異常箇所の位置がユニット15単位で特定できる。
余長16aは数m程度確保し、光パルス試験器9によって光線路の試験を行った時に、光ファイバ16の異常箇所がユニット15単位で特定できるようになっている。これにより、光ファイバ16の異常箇所を特定すると同時に、河岸2の浸食の程度等を検出部8にて把握することができる。
余長16aの長さは、光パルス試験器9から入射した光パルスが光ファイバ16の破断位置に到達した時に生じる反射光や後方散乱光が光パルス試験器9へ戻るまでの経過時間が、ユニット15毎に異なるようにする。したがって、余長16aの長さは光パルス試験器9の光試験精度に従い、光パルス試験器9の測定精度が高ければ短くて済み、光パルス試験器9の測定精度が低ければ十分な長さを確保する。
【0023】
また、隣接されたユニット本体17、17間にて光ファイバ16に破断や屈曲を確実に生じさせるには、光ファイバ溝21a、21bが川13の水流の下流側となるようにして光ファイバセンサ1をボーリング孔3に設置して、ユニット15、15間が折れ曲がった時には、隣接された光ファイバ溝21a、21bの境界を中心としてユニット15、15間が回転するようにして相対変位することが好ましい。これにより、ユニット15、15間が折れ曲がり、各ユニット15に拘束された光ファイバ16が該ユニット15と一体的に変位すると、光ファイバ溝21a、21bの境界を中心として光ファイバ16が急激に折り曲げられることになり、破断や屈曲が容易かつ確実に生じ、浸食の検出精度が向上する。
前述以外の向きで光ファイバセンサ1を設置すると、ユニット15、15間の折れ曲がりが生じても光ファイバ16に破断や屈曲が生じにくくなる。したがって、この光ファイバセンサ1は折れ方向性を有し、特定方向の外力に対しては高い検出精度が得られるようになっているので、河岸2の土塊崩壊によって作用する荷重を敏感に検出し、それ以外の方向の外力に対しては検出精度が低くなり、河岸2の土塊崩壊以外の原因による誤作動が減少する。
【0024】
ボーリング孔3への光ファイバセンサ1の設置時に、強度保持用突起19cを完全に切断せずに部分的に残した状態にしておくと、連結部分の大きさ等を調整することで、ユニット15、15間の折れ耐力を調整できる。ユニット15、15間の折れ耐力を高めると、光ファイバ16が不用意に折れて破断することが防止されるので、例えば、河岸2が軟弱地盤である場合等では、浸食以外の地盤の変形によって光ファイバ16の破断や屈曲を生じる心配が無い。
すなわち、ユニット15、15間が折れやすいと、光ファイバセンサ1の設置時に、ボーリング孔3内壁に接触するだけでもユニット15、15間が折れてしまう可能性があるため、細心の注意を払いつつ光ファイバセンサ1を慎重にボーリング孔3に挿入していく必要が有り、設置作業性が低下してしまう。しかし、強度保持用突起19cによってユニット15、15間の折れ耐力を高めておくと、ボーリング孔3への挿入作業を、ユニット15、15間に折れ曲がりを生じさせること無く効率良く進めることができ、長大な光ファイバセンサ1であっても、ボーリング孔3に効率良く挿入することができる。
また、河岸2が軟弱地盤であると、近隣での工事等によって発生する振動によっても河岸2が変形し、ボーリング孔3が変形して、浸食による河岸2の崩壊以外の原因でユニット15、15が折れてしまう可能性があるが、強度保持用突起19cによってユニット15、15間の折れ耐力を高めておくと、河岸2の変形程度ではユニット15、15間が折れないようにすることが可能であり、河岸2の崩壊以外の原因による光ファイバ16の破断や屈曲を防止できる。
【0025】
次に、本発明の第2実施形態の光ファイバセンサを図4〜図6を参照して説明する。
図4は、光ファイバセンサ30を示す正面図である。図4において、この光ファイバセンサ30は、同一直線上に多数連結したユニット31、31…と、これらユニット31、31…に連通させた光ファイバ16とを備え、図1記載の光ファイバセンサ1と同様にボーリング孔3内に設置される。光ファイバ16を、固定用ボックス14、分岐ケーブル5、光クロージャ6、光ケーブル7を介して検出部8と接続することは、前記第1実施形態と同様である。
【0026】
図5は、ユニット31を示す分解斜視図である。
図5において、ユニット31は、円筒状のユニット本体32と、このユニット本体32の軸方向端部に取り外し可能に螺着される円板状の蓋33、34とを備えている。ユニット本体32および蓋33、34は、いずれもプラスチックや塩化ビニル等の防水性を有しかつ軽量の素材から形成される。
ユニット本体32の軸方向一端部に螺着される蓋33は、外面33a中央部から突出する円形突部33bと、径方向中央部を前記円形突部33bを含めて貫通する光ファイバ穴33cとを備えている。
図6に示すように、ユニット本体32の軸方向他端部に螺着される蓋34は、外面34a中央部が窪んだ形状の円形凹部34bと、径方向中央部を貫通する光ファイバ穴34cとを備えている。
【0027】
図4に示すように、ユニット本体32に蓋33、34を螺着すると、蓋33の光ファイバ穴33cと、蓋34の光ファイバ穴34cとは同一直線上に連通する。
また、光ファイバセンサ30にあっては、隣接して連結されたユニット31、31間では、一方のユニット31の蓋33の円形突部33bに、他方のユニット31の蓋34の円形凹部34bを嵌合して、ユニット31、31間の連結状態を確保している。円形突部33bの突出寸法と円形凹部34bの深さ寸法は、共に数mm程度であり、互いに嵌合された円形突部33bと円形凹部34bの間は、川13の水流等の外力が作用すると簡単に嵌合状態が解除され、ユニット31、31間が容易に折れ曲がるようになっている。
【0028】
円形突部33bと円形凹部34bとを嵌合すると、光ファイバ穴33c、34cが連通される。光ファイバ16は、これら光ファイバ穴33c、34cに連通することで、光ファイバセンサ30の全長に亘って全てのユニット31に連通している。また、光ファイバ穴33c、34cでは、接着剤等の拘束手段(図示せず)によって光ファイバ16を固定するとともに、防水性を図っている。このため、ユニット本体32の軸方向端部に蓋33、34をそれぞれ螺着固定して閉塞すると、ユニット本体32内の水密性が確保される。
【0029】
図1記載の光ファイバセンサ1と同様にボーリング孔3内に設置した光ファイバセンサ30は、川13によって河岸2が浸食されて土塊が崩れると、崩壊土塊の境界部分のユニット31、31間が折れ曲がり、これらユニット31、31間に連通されていた光ファイバ16が破断または屈曲する。したがって、光パルス試験器9によって、光ファイバ16の破断または屈曲を検出すると、河岸2の浸食が検出される。光ファイバ16の異常箇所の有無の試験は、第1実施形態と同様に、セレクタ11によって、検出部8に接続されている全ての光線路について随時なされ、検出部8に対して接続されている光ファイバセンサ30が多数であっても、光ファイバ16の異常箇所を検出することで、この光ファイバ16に係る光ファイバセンサ30が特定され、この特定された光ファイバセンサ30における光ファイバ16の異常箇所がユニット31単位で特定され、河岸2の浸食箇所、程度等が特定される。
なお、光パルス試験器9から光ファイバセンサ30までの光線路のメンテナンス性の向上は、第1実施形態と同様である。
【0030】
嵌合された円形突部33bと円形凹部34bとの間では、光ファイバ穴33c、34cに連通させた光ファイバ16を、円形突部33bまたは円形凹部34bのそれぞれに対して拘束手段により固定し、ユニット31、31間が折れ曲がっても離脱しないように拘束しているので、ユニット31、31が折れ曲がって相対変位すると、各ユニット31に追従して光ファイバ16も変位することになり、容易かつ確実に光ファイバ16が破断あるいは屈曲する。
【0031】
また、この光ファイバセンサ30では、共に円形の円形突部33bと円形凹部34bとの嵌合によって、ユニット31、31間の連結状態を確保しているので、ユニット31、31間の折れ曲がりには方向性が無い。しかも、光ファイバ16は隣接するユニット31、31間の中心軸線上を連通されているので、ユニット31、31間に折れ曲がりが生じると、折れ曲がりの方向に関係なく光ファイバ16に破断や屈曲が生じる。したがって、いずれの方向からの外力に対しても、ユニット31、31間は小さい荷重で容易に折れ曲がる。
例えば、川13の水流が強い場合、浸食によって河岸2から崩落する土塊が、垂直下方では無く、川13の水流に押し流されつつ水平方向へ崩落し、光ファイバセンサにも川13の水平方向方向への外力が作用するケースがある。この場合、折れ方向性を有する光ファイバセンサでは、土塊の崩落方向(下方)に折れ方向を合わせるため、河岸2の浸食を検出できない可能性がある。しかしながら、折れ方向性を有していない光ファイバセンサ30では、土塊の崩落方向によらず、ユニット31、31間の折れ曲がりが確実に生じて、浸食を検出できる。しかも、これにより、ボーリング孔3内での光ファイバセンサ30の設置向きが自由であるため、ボーリング孔3への設置作業性が向上するといった効果も得られる。
なお、互いに嵌合される円形突部、円形凹部の形状等を調整して、嵌合力を調整すると、ユニット31、31間の折れ耐力を調整できることは言うまでも無い。
【0032】
次に、本発明の第3実施形態の光ファイバセンサ40を図7から図9を参照して説明する。
図7に示すように、本実施形態の光ファイバセンサ40は、多数連結されたユニット41、41…と、これらユニット41、41…に連通させた光ファイバ16とを備え、図1記載の光ファイバセンサ1と同様にボーリング孔3内に設置される。光ファイバ16を、固定用ボックス14、分岐ケーブル5、光クロージャ6、光ケーブル7を介して検出部8と接続することは、前記第1実施形態と同様である。
【0033】
図9は、ユニット41を示す斜視図である。
ユニット41は、筒状のユニット本体42と、このユニット本体42の軸方向中央部の側面43外側に装着される外装体44とを備えている。ユニット本体42および外装体44は、共にプラスチックや塩化ビニル等の防水性が確保できかつ軽量の素材から形成している。外装体44は、断面C形筒状であって、自身の弾性力を以てユニット本体側面43に安定に装着される。
【0034】
ユニット本体42の軸方向一端のフランジ部45に形成した光ファイバ溝46と、軸方向他端のフランジ部47に形成した光ファイバ溝48は、共にユニット本体42の軸方向に沿って延在し、しかも同一直線上に位置している。連結した全てのユニット41、41…の(ユニット本体42の)光ファイバ溝46、48は同一直線上に連通している。
隣接して連結したユニット41、41間では、一方のユニット41のフランジ部45と、他方のユニット41のフランジ部47とを当接させ、しかも、光ファイバ溝46、48を連通させ、しかも、連通させた光ファイバ溝46、48に渡すようにして収納固定した鞘管49(ガラス管)を介して光ファイバ16を連通させている。
なお、鞘管としては防水性が確保可能なものであれば、ガラス管以外の各種構成が採用可能である。また、ガラス管の場合、光ファイバ16に近い線膨張係数が得られるので、設置場所の温度変化によっても光ファイバ16を傷める心配が無く、光ファイバ16の光伝送特性を長期に亘って維持することができる。
【0035】
また、当接させたフランジ部45、47間では、フランジ部45から突設したピン45a、45bを、フランジ部47に分割可能に備えた楔状の分割部47aに形成したピン穴(図示せず)に挿入して、ユニット41、41の中心軸線回りの相対回転を防止している。さらに、互いに当接したフランジ部45、47は、紙等からなる水溶性テープ41aを外側から巻き付けて連結状態を維持する。水溶性テープ41aは、やはり水溶性の澱粉糊等の接着剤によって接着固定することが好ましい。
なお、フランジ部47の光ファイバ溝48は、フランジ部47の分割部47a以外の部分に形成しているため、光ファイバ溝48に収納した鞘管49の収納位置は、フランジ部47における分割部47aの着脱の影響を受けない。
ピン45a、45b、水溶性テープ41aは、請求項3記載の回転規制手段として機能する。
【0036】
ユニット本体側面43には、光ファイバ16に確保した余長16aを巻き付け、この余長16aは、このユニット本体側面43に外側から装着した外装体44によって挟み込むようして押さえている。ユニット本体側面43では、光ファイバ溝46、48近傍に取り付けた弾性体パッド43aに沿って光ファイバ16を湾曲させて光伝送特性を維持できる規定以上の湾曲半径を確保している。弾性体パッド43aは、光ファイバ溝46または48の両側に一対対向配置し、対向配置された弾性体パッド43a、43aの間にはスポンジ等からなる弾性体クッション43b配置し、光ファイバ16の湾曲が急激にならないようにしている。
【0037】
ユニット本体42の両フランジ45、47と外装体44との間の境界等は全て接着剤やゲル材等により防水性を確保し、外装体44内側への浸水を防止しているので、ユニット本体側面43に巻き付けた余長16aは浸水から保護され、浸水によって光伝送特性に悪影響を受けるといった心配は無い。
前記光ファイバ16の外装体44によって保護されていない部分は、鞘管49によって保護されているので、したがって、この光ファイバセンサ40の光ファイバ16は、外装体44や鞘管49によってその全長が浸水から保護され、光伝送特性が維持される。
【0038】
この光ファイバセンサ40は、ボーリング孔3への設置前および設置時では、ピン45a、45bとピン穴の係合や、水溶性テープ41a等によって隣接するユニット41、41間の連結状態が安定に維持され、搬送作業性やボーリング孔3への設置作業性を確保できる。
【0039】
分割部47aは、正常時(河岸2の浸食前)には、フランジ部47内に収納され、フランジ部45、47に外側から巻き付けた水溶性テープ41aによってフランジ部47から突出することが規制されるが、川13の水流によって河岸2が浸食され、ボーリング孔3内に設置した光ファイバセンサ40が水流に曝され、水溶性テープ41aが溶けると、フランジ部47から離脱しやすくなり、フランジ部47に対して自由に変位するようになる(図8仮想線の符号47a参照)。この時、隣接して連結されたユニット41、41間では、一方のユニット41のフランジ部45と他方のユニット41の分割部47aとの間の連結状態がピン45a、45bによって確保されるものの、フランジ部47の分割部47a以外の部分とフランジ部45との間の連結力を負担するものは鞘管49および該鞘管49内に収納した光ファイバ16のみになり、ユニット41、41間に作用する変位力が、鞘管49および光ファイバ16に集中的に作用するようになる。このため、光ファイバセンサ40に川13の水流が直接作用するようになると、弱い力によっても簡単に鞘管49が割れてユニット41、41間が折れ曲がり、光ファイバ16も折れて破断する。光ファイバ16は、鞘管49内径とほぼ一致する外径を有し、鞘管49内では浮動不可能に拘束されているので、鞘管49が割れると光ファイバ16も簡単かつ確実に破断する。
【0040】
なお、分割部47aがフランジ部47に対して自由に変位可能になると、フランジ部47の分割部47a以外の部分と別のユニット41のフランジ部45とが鞘管49近傍にてほぼ点接触の状態になり、いずれの方向からの外力によってもユニット41、41間の折り曲げが可能であり、光ファイバセンサ40の折れ曲がりに方向性は無い。
このため、例えば、河岸2の浸食時に、川13の水流が障害物によって妨げられて直接光ファイバセンサ40に作用しない場合であっても、浸食による河岸2の崩壊等によって光ファイバ16の破断を生じることで、浸食を確実に検出することができる。しかも、これにより、ボーリング孔3内での光ファイバセンサ40の向きが自由になるため、ボーリング孔3への設置作業性が向上するといった効果も得られる。
【0041】
水溶性テープ41aや、この水溶性テープ41aを固定するための接着剤としては、自然分解可能な素材を採用することが好ましく、これにより、水に溶けても、川13の汚染を防止できる。
ボーリング孔3内に長期間埋設しておくと、水溶性テープ41aは腐食してユニット41、41間の拘束力を失い、ユニット41、41間の折れ耐力が殆どゼロになるので、河岸2の浸食によって光ファイバセンサ40が露出しただけでも、ユニット41の自重によってユニット41、41間が折れ曲がるようになり、河岸2の浸食をより敏感に検出することができる。
なお、生分解性を有する素材からなる水溶性テープ41aは、腐食によって河岸2を汚染する心配が無い。
【0042】
光パルス試験器9によって、光ファイバ16の破断を検出すると、河岸2の浸食が検出される。検出部8における光ファイバ16の破断の有無の試験は、第1実施形態と同様に、セレクタ11によって、この検出部8に接続されている全ての光線路について随時なされ、検出部8に対して接続されている光ファイバセンサ40が多数であっても、光ファイバ16の破断を検出することで、この光ファイバ16に係る光ファイバセンサ40が特定される。しかも、光ファイバセンサ40では、各ユニット41の内部に、光ファイバ16の余長16aを十分に確保し、光ファイバ16の破断箇所がユニット41単位で特定できるようになっているので、これにより、河岸2の浸食の程度等をユニット41単位で検出部8にて把握することができる。
なお、光パルス試験器9から光ファイバセンサ40までの光線路のメンテナンス性の向上は、第1実施形態と同様である。
【0043】
次に、本発明の第4実施形態の光ファイバセンサ50を図10および図11を参照して説明する。
図10に示すように、本実施形態の光ファイバセンサ50は、多数連結されたユニット51、52…と、これらユニット51、51…に連通させた光ファイバ16とを備え、図1記載の光ファイバセンサ1と同様にボーリング孔3内に設置される。光ファイバ16を、固定用ボックス14、分岐ケーブル5、光クロージャ6、光ケーブル7を介して検出部8と接続することは、前記第1実施形態と同様である。
【0044】
図11は、ユニット51を示す斜視図である。
ユニット51は、筒状のユニット本体52と、このユニット本体52の軸方向中央部の側面53外側に装着される外装体54とを備えている。ユニット本体52および外装体54は、共にプラスチックや塩化ビニル等の防水性が確保できかつ軽量の素材から形成している。外装体54は、断面C形筒状であって、自身の弾性力を以てユニット本体側面53に安定に装着される。
【0045】
ユニット本体52の軸方向一端のフランジ部55に形成した光ファイバ溝56と、軸方向他端のフランジ部57に形成した光ファイバ溝58は、共にユニット本体52の軸方向に沿って延在し、しかも同一直線上に位置している。
隣接して連結したユニット51、51間では、一方のユニット51のフランジ部55と、他方のユニット51のフランジ部57とを当接させ、しかも、光ファイバ溝56、58を連通させ、これら光ファイバ溝56、58に渡すようにして収納固定した鞘管59(ガラス管)を介して光ファイバ16を連通させている。なお、鞘管としては防水性が確保可能なものであれば、ガラス管以外の各種構成が採用可能である。また、ガラス管の場合、光ファイバ16に近い線膨張係数が得られるので、設置場所の温度変化によっても光ファイバ16を傷める心配が無く、光ファイバ16の光伝送特性を長期に亘って維持することができる。
【0046】
また、当接させたフランジ部55、57間では、フランジ部55から突設したピン55a、55b、55cを、フランジ部57に形成したピン溝57a、57b(ピン55cに対応するピン溝はユニット51よりも紙面奥側に存在し、図示していない)に挿入して、ユニット51、51の中心軸線回りの相対回転を防止している。
ピン55a、55b、55c、ピン溝57a、57bは、請求項3記載の回転規制手段として機能する。
鞘管59が割れると光ファイバ16が折れて破断する。光ファイバ16の破断を検出部8の光パルス試験器9により検出すると、光ファイバセンサ50に外力が作用してユニット51、51間が折り曲げられたことが検知される。
【0047】
前記ピン55a、55b、55cは、リング状のフランジ部55から径方向外側に突出され、フランジ部57のピン溝57a、57bに差し込むようになっている。二つのピン55a、55bは光ファイバ溝56の両側に配置され、別のピン55cは、光ファイバ溝56に対してフランジ部55の直径方向に対向配置され、しかも、全てのピン55a、55b、55cは平行になっている。このため、隣接されたユニット51、51間は、光ファイバ溝56とピン55cとを結ぶフランジ部55直径を中心とする軸回りには回転しにくく折れ耐力が高いが、ピン55aおよび55bを中心とするフランジ部55内外方向や、ピン55cを中心とするフランジ部55内外方向への回転は容易であり、ユニット51、51の折れ曲がりには方向性がある。
図10に示すように、全てのユニット51、51…は、光ファイバ溝56、58が同一直線上になるように連結され、全てのユニット51、51間の折れ曲がり方向は揃えられているので、ボーリング孔3に設置した光ファイバセンサ50のユニット51、51の折れ曲がりの容易な方向を川13の水流の向きに適合させると、浸食の有無を敏感に検知することができる。
【0048】
ユニット本体側面53には、光ファイバ16に確保した余長16aを巻き付け、ユニット本体側面53に外側から装着した外装体54によって前記余長16a押さえている。ユニット本体側面53では、光ファイバ溝56、58近傍に取り付けた弾性体パッド60に沿って光ファイバ16を湾曲させて光伝送特性を確保できる規定以上の湾曲半径を確保している。
ユニット本体52の両フランジ55、57と外装体54との間の境界等は全て接着剤やゲル材等により防水性を確保し、外装体54内側への浸水を防止しているので、ユニット本体側面53に巻き付けた余長16aは浸水から保護され、浸水によって光伝送特性に悪影響を受けるといった心配は無い。
前記光ファイバ16の外装体54によって保護されていない部分は、鞘管59によって保護されているので、したがって、この光ファイバセンサ50の光ファイバ16は、外装体54や鞘管59によってその全長が浸水から保護され、光伝送特性が維持される。
【0049】
この光ファイバセンサ50は、ボーリング孔3への設置前および設置時では、ピン55a、55b、55cとピン溝57a、57bとの係合によって隣接するユニット51、51間の連結状態が維持され、搬送作業性やボーリング孔3への設置作業性を確保できる。
【0050】
川13の水流によって河岸2が浸食されて土塊が崩壊すると、崩壊土塊の境界のユニット51、51間が折れ曲がり、鞘管59が割れ、光ファイバ16も折れて破断する。光ファイバ16は、鞘管59内径とほぼ一致する外径を有し、鞘管59内では浮動不可能に拘束され、鞘管59が割れると光ファイバ16も簡単かつ確実に破断するので、河岸2の浸食を確実に検出することができる。
また、ピン55a、55b、55cの径や、ピン溝57a、57bの大きさを調整すると、ユニット51、51間の折れ曲がりに要する折れ荷重を容易に調整でき、川13の水流の強さ等に対応できる。
【0051】
光パルス試験器9によって、光ファイバ16の破断を検出すると、河岸2の浸食が検出される。検出部8における光ファイバ16の破断の有無の試験は、第1実施形態と同様に、セレクタ11によって、この検出部8に接続されている全ての光線路について随時なされ、検出部8に対して接続されている光ファイバセンサ50が多数であっても、光ファイバ16の破断を検出することで、この光ファイバ16に係る光ファイバセンサ40の設置位置、すなわち、河岸2の浸食箇所が特定される。
この光ファイバセンサ50では、各ユニット51の内部に、光ファイバ16の余長16aを十分に確保し、光ファイバ16の破断箇所がユニット51単位で特定できるようになっているので、これにより、河岸2の浸食の程度等を検出部8にて把握することができる。
光パルス試験器9から光ファイバセンサ50までの光線路のメンテナンス性の向上は、第1実施形態と同様である。
【0052】
なお、前述の各実施形態では、河岸2の浸食の検出を対象したが、本発明の光ファイバセンサは、土石流や地滑りの検出用センサ、各種盛り土斜面や切土斜面の崩壊検出センサ等としても適用可能であり、その検出対象は限定されない。
また、本発明の光ファイバセンサの構成は、前記各実施形態に限定されるものでは無く、例えば、設置初期状態の光ファイバセンサのユニット間の連結状態を維持するための構成等は、適宜変更可能であることは言うまでも無い。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の光ファイバセンサによれば、複数連結したユニット間が外力によって折れ曲がった時に、これらユニット間に渡すようにして連通した光ファイバに破断や屈曲(異常箇所)が確実に生じるようになっているため、
(a)この光ファイバの異常箇所を光パルス試験器によって検出することで、ユニット間の折れ荷重を超える大きさの外力が作用したことを簡便かつ確実に検出できる、
(b)構成が簡便であり、しかも、一台の光パルス試験器によって、多数の光ファイバセンサについて荷重の作用を検出することができ、低コスト化できる、
(c)光パルス試験器に対して多数の光ファイバセンサを接続しても、光ファイバの破断や屈曲が生じた光ファイバセンサを容易に特定することができる、
(d)光パルス試験器から光ファイバセンサまでの光線路の異常をも随時光パルス試験器によって検出でき、しかも、異常箇所を容易に特定できるので、メンテナンスが容易になる
(e)各ユニット毎に光ファイバの余長を確保すると、光ファイバの異常箇所をユニット単位で検出でき、荷重が作用した箇所を高精度に特定することができるといった優れた効果を奏する。
【0054】
請求項2記載の光ファイバセンサによれば、隣接するユニット間が折れ曲がった時に、これらユニット間に連通させた鞘管が破断するとともに、この鞘管内に収納した光ファイバをも確実に破断するので、荷重が作用した箇所を一層確実に検出できるとともに、鞘管の寸法によってユニット間の離間距離を設定することができ、設計上の自由度が向上するといった優れた効果を奏する。
【0055】
請求項3記載の光ファイバセンサによれば、隣接して連結されたユニット間の相対回転を規制する回転規制手段を具備し、この光ファイバセンサの搬送時や設置時には、ユニット間に渡すようにして連通させた光ファイバの捻れや破断を規制できるようにしたので、搬送や設置の作業性が向上するといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の光ファイバセンサの設置状態を示す全体図である。
【図2】 本発明の第1実施形態の光ファイバセンサを示す正面図である。
【図3】 図2の光ファイバセンサを構成するユニットを示す分解斜視図である。
【図4】 本発明の第2実施形態の光ファイバセンサを示す正面図である。
【図5】 図4の光ファイバセンサを構成するユニットを示す分解斜視図である。
【図6】 図4のユニットの蓋を示す斜視図である。
【図7】 本発明の第3実施形態の光ファイバセンサを示す正面図である。
【図8】 図7の光ファイバセンサの背面図である。
【図9】 図7の光ファイバセンサを構成するユニットを示す分解斜視図である。
【図10】 本発明の第4実施形態の光ファイバセンサを示す正面図である。
【図11】 図10の光ファイバセンサを構成するユニットを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1、30、40、50…光ファイバセンサ、9…光パルス試験器、15、31、41、51…ユニット、16…光ファイバ、25…拘束手段(接着剤)、41a…回転規制手段(水溶性テープ)、45a、45b…回転規制手段(ピン)、49…拘束手段、鞘管(ガラス管)、55a、55b、55c…回転規制手段(ピン)、57a、57b…回転規制手段(ピン溝)、59…拘束手段、鞘管(ガラス管)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber sensor.
[0002]
[Prior art]
In order to avoid the occurrence of disasters due to erosion on riverbanks and coasts, it is necessary to perform frequent patrols to grasp the progress of erosion. However, since the survey is dependent on humans and the efficiency is low, in recent years, a technique for measuring the erosion state automatically and in real time has been studied.
For example, in a technique using an acoustic sounding device, a riverbank or a coastal position is detected using reflection of ultrasonic waves by an appropriately installed sounding sounding device that is not affected by erosion. This method can automatically and in real time measure the erosion status of riverbanks and coasts. However, in order to measure over a wide area of riverbanks and coasts, it is necessary to install many expensive acoustic measuring instruments. The cost becomes enormous.
[0003]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 8-75595 proposes a sensor that detects anomalies in the ground using an optical fiber sensor (hereinafter referred to as “optical fiber sensor”). It can be considered to install and detect the presence or absence of erosion. For example, the optical fiber sensor is installed in a borehole formed along the scouring direction of a river or ocean at the shore or coast, and the Raman of light incident on the optical fiber extending along the borehole is installed. It is conceivable to detect anomalies by measuring the temperature change of the optical fiber by measuring the backscattered light due to scattering. In the optical fiber, the Raman scattering of the incident light changes depending on the temperature change. Therefore, when the backscattered light due to the Raman scattering is measured, the presence or absence of abnormality can be determined from the change in the received light intensity of the backscattered light with the measuring instrument. Therefore, anomalies can be detected when the intensity of backscattered light measured by the measuring instrument changes due to the temperature difference between the erosion of the riverbank and coast and when the erosion occurs and the optical fiber touches the water. The distance from the measuring instrument to the abnormal part can be specified from the elapsed time until the reception of the backscattered light.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in optical fiber sensors using Raman scattering, it is necessary to ensure a temperature difference between normal and abnormal conditions, and there is a concern that abnormalities cannot be detected in natural environments such as riverbanks and coasts. . In view of the above problem, for example, it is conceivable to keep the optical fiber temperature constant by using a heater or the like. However, since the cost increases, if a large number of optical fiber sensors are installed over a wide range, the cost becomes enormous. Such a problem occurs. Furthermore, in order to detect the temperature change of the optical fiber from the backscattered light due to the Raman scattering, a complicated and expensive device is required, which is expensive.
In addition to the erosion on the riverbank and the coast, the optical fiber sensor is required to be used as various contact-type sensors. There was a problem that versatility was low.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems,
(A) The cost can be reduced.
(B) By detecting the breakage or bending of the optical fiber, the abnormality can be detected easily and reliably.
(C) In addition to avoiding natural disasters, it has high versatility as a contact-type sensor
An object is to provide an optical fiber sensor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In the invention of claim 1, a plurality of connected, Each has a cylindrical shapeUnit (15, 31, 41, 51) and an optical fiber (16) communicating with these units, and the light connected between these units is bent by an external force between adjacently connected units. It is configured to detect that a fiber is broken or bent by measuring reflected light or backscattered light incident on the optical fiber from an optical pulse tester (9), and is connected adjacently. Optical fibers communicated between the unitsWhen the adjacent connected units are bent, they break with the optical fiber.It is fixed to each unit by restraining means (49, 59), and an extra length (16a) of the optical fiber is secured for each unit,The extra length of the optical fiber is housed in the cylindrical unit,The optical fiber sensor is characterized in that, when the unit is bent, the optical fiber is integrally displaced together with each unit to be broken or bent.
[0007]
In this optical fiber sensor, while the unit connection state is maintained (normal), the optical transmission performance of the optical fiber communicated with these units is ensured, and the adjacent units are bent by an external force. When the optical fiber connected between these units breaks or a sharp bend that affects the optical transmission characteristics occurs, the reflected light generated at the break point of the optical fiber or the bent position occurs. Backscattered light is observed by an optical pulse tester, and an optical fiber abnormality can be detected from a position away from the unit installation position.
In this optical fiber sensor, the optical fiber is fixed to each adjacent unit by the restraining means. Therefore, when the unit is bent, the optical fiber fixed to the unit is integrated with the unit. The optical fiber communicated between these units easily breaks or suddenly bends. For this reason, when an external force exceeding the load required for bending between the units (hereinafter referred to as “folding load”) is applied, the optical fiber is easily and reliably broken or bent, and the action of the external force can be reliably detected. . In addition, since the break point and the bending position of the optical fiber are detected, it is not necessary to secure a temperature difference as in the conventional optical fiber sensor using changes in Raman scattering due to temperature changes, and high versatility is obtained. In addition, the configuration is simple and the cost can be reduced.
[0008]
Anomalies in the optical fiber are detected by irradiating a light pulse (for example, laser pulse light) from the optical pulse tester into the optical fiber and observing the backscattered light or the reflected light due to Fresnel reflection. When the optical fiber sensor is installed (before the optical fiber is broken), a normal state can be confirmed when an optical pulse is incident on the optical fiber by an optical pulse tester. For example, if the end of the optical fiber communicating with the unit is made a non-reflective end, the reflected light is not detected in the normal state (when the optical fiber is not broken or bent), but when the optical fiber is broken, The breakage of the optical fiber can be detected by observing the backscattered light from the breaking point and the reflected light by Fresnel reflection. When the optical fiber connected to the unit is configured to reflect the incident light from the optical pulse tester by changing it to another wavelength, the reflected light of a specific wavelength can be detected under normal conditions, but the optical fiber is broken or bent or When the optical fiber expands and contracts, the reflected light in the same wavelength band as the incident light is observed, so that breakage, bending, and expansion / contraction of the optical fiber can be detected.
[0009]
As described above, various configurations can be adopted as the configuration of the end portion of the optical fiber communicating with the unit as long as it is a configuration that enables discrimination between the normal time and the abnormal time by the optical pulse tester. If the extra length of the optical fiber is secured for each unit, it is possible to check whether there is an abnormality in the optical fiber without special processing such as a non-reflective end on the end of the optical fiber communicating with the unit. . That is, when light enters the optical fiber from the optical pulse tester, the elapsed time from the incident to the reception of the reflected light varies depending on whether there is an abnormality in the optical fiber. Can be confirmed. In the test using the optical pulse tester, the distance from the abnormal point to the optical pulse tester can be detected by detecting the elapsed time from the incident light to the optical fiber until the reflected light or backscattered light is received. If the extra length of the optical fiber is secured for each unit, the separation distance from the optical pulse tester to the abnormal part of the optical fiber will be specified in units, and the part where the external force is applied will be more detailed. It becomes possible to specify.
[0010]
  The optical fiber sensor according to claim 2 is characterized in that in the optical fiber sensor according to claim 1, the extra length (16a) of the optical fiber is wound around the side surface (24) of the main body of the unit.
  Also,Claim3The optical fiber sensor according to claim 1.Or 2In the optical fiber sensor described above, the restraining means is a sheath tube that communicates between adjacently connected units, and when the unit is bent, the sheath tube is broken and stored in the sheath tube. The optical fiber is also ruptured. The sheath tube is formed from a fragile material such as glass or resin. Further, in the sheath tube, the optical fiber is constrained and stored so as not to allow the displacement of the optical fiber, and the optical fiber is easily broken as the sheath tube is broken. When fixing optical fibers to adjacent units connected by individual restraining means, it is necessary to ensure that the optical fibers are broken or bent by bringing the units close to each other. When the fiber is accommodated in the sheath tube, the optical fiber can be easily broken even if there is a gap between adjacent units, and the degree of freedom of the configuration of the optical fiber sensor is improved.
[0011]
  Claim4The optical fiber sensor according to claim 1.1 to 3 itemsThe optical fiber sensor described above is characterized by comprising a rotation restricting means for restricting relative rotation between adjacently connected units. The rotation restricting means restricts relative rotation between adjacently connected units and allows the units to be bent by an external force. When the relative rotation between adjacently connected units is restricted by the rotation restricting means, twisting or breaking of the optical fiber communicated so as to pass between the units is restricted, and the workability and installation work of this optical fiber sensor are restricted. Improves. Further, the rotation restricting means may be configured to allow relative rotation between the units after the installation of the optical fiber sensor is completed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of an optical fiber sensor of the present invention will be described below with reference to FIGS.
In FIG. 1, the optical fiber sensor 1 of the present embodiment is installed by being inserted into a bored hole 3 having a length of several meters formed on a river bank 2. The optical fiber sensor 1 includes a plurality of connected units 15, 15... And an optical fiber 16 communicated with the units 15, 15. The optical fiber 16 is connected via a branch cable 5, an optical closure 6, and an optical cable 7 to a detection unit 8 that is installed apart from the river bank 2.
[0013]
The detection unit 8 includes an optical pulse tester 9 (OTDR: Optical Time Domain Reflectometer), a computer 10 that controls the optical pulse tester 9, and a plurality of optical lines branched from the optical cable 7 via the optical termination box 12. And a selector 11 for selecting an optical line on which the optical pulse output from the optical pulse tester 9 is incident. As the optical cable 7, for example, one having several hundred cores is adopted, and the optical pulse from the optical pulse tester 9 is incident on the optical line selected by the selector 11 and transmitted through the optical cable 7. It is transmitted to the target optical fiber sensor 1 through the connected branch cable 5.
In the optical closure 6, a plurality of branch cables 5 can be connected to one optical cable 7, and the optical pulse tester 9 is selected by selecting an optical line to be connected to the optical pulse tester 9 by the selector 11. The branch cable 5 and the optical fiber sensor 1 on which the light pulse is incident can be easily selected. Moreover, the number of the optical closures 6 connected to the optical cable 7 may be plural. For example, the optical closures 6 are installed at a plurality of locations of the optical cable 7 laid over several tens of kilometers, and each optical closure 6 has an optical cable. It is also possible to connect a plurality of branch cables 5 and the optical fiber sensor 1 to 7.
As the optical cable 7, the existing communication optical cable is also used, so that the cost can be greatly reduced.
[0014]
In FIG. 1, the boring hole 3 is an inclined shaft, but can also be a horizontal shaft.
In FIG. 1, the lower end of the borehole 3, which is a tilt shaft, is set lower than the water level of the river 13 in the vicinity of the river 13, and the upper end of the borehole 3 is positioned farther from the river 13 than the lower end. Without being limited, it is also possible to make the lower end of the borehole 3 higher than the water level of the river 13. The optical fiber sensor 1 housed in the boring hole 3 is suspended from a fixing box 14 installed near the upper end of the boring hole 3 and supported at a predetermined position in the boring hole 3. When the riverbank 2 is eroded and the borehole 3 is broken, the water flow of the river 13 comes into contact with the optical fiber sensor 1.
In the case of a horizontal pit, one end of a borehole formed so as to stop (close) or break through the river 13 at the riverbank 2 is positioned in the vicinity of the river 13 and a fixing box near the other end separated from the river 13 14 is installed to support the optical fiber sensor 1 in the borehole. The fixing box 14 is installed in the vicinity of the other end of the boring hole by using a vertical shaft such as a manhole formed by excavating from the river bank 2 or a horizontal shaft for laying the optical cable 7 underground.
In any of the bore holes, it is preferable that the optical fiber sensor 1 is stably supported by filling with a filler. Further, since the optical fiber sensor 1 detects the collapse of the mass of the riverbank 2 due to the erosion of the river 13, when applying the optical fiber sensor 1 that does not involve contact with the water of the river 13, any of the boreholes The formation position may be anywhere on the riverbank 2 as long as it is affected by the collapse of the river 13 due to erosion, and the height of the river 13 with respect to the water level is irrelevant.
As shown in FIG. 1, when the borehole 3 is formed so as to be lower than the water level of the river 13 and the optical fiber sensor 1 is installed at a position lower than the water level of the river 13, when the erosion collapse of the riverbank 2 occurs, It is also possible to adopt a configuration in which the fiber sensor 1 is directly exposed to the water flow of the river 13 and the erosion of the riverbank 2 is detected by bending between the units 15 and 15 by the force acting from the water flow of the river 13.
[0015]
FIG. 2 is a front view showing the optical fiber sensor 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view showing the unit 15.
In FIG. 3, the unit 15 includes a cylindrical unit body 17 and a cylindrical exterior body 18 attached to the outside of the side surface of the unit body 17. Each of the unit main body 17 and the exterior body 18 is formed of a lightweight and waterproof material such as plastic or vinyl chloride. Between adjacent units 15 and 15, a joint recess 19 b is formed by forming a joint protrusion 19 a protruding from the flange portion 20 a of one unit 15 on the flange portion 20 b of the other unit 15 (see FIG. 2). The connection state is maintained by being inserted into and fitted in. Further, as shown in FIG. 2, the joint recess 19b is fitted with a thin wall-shaped strength holding projection 19c projecting from the joint projection 19a to reinforce the connection state between the units 15 and 15. Therefore, this makes it possible to ensure the transportability of the optical fiber sensor 1 and the installation workability to the boring hole 3.
As shown in FIG. 3, the strength holding projection 19c regulates the relative rotation between the units 15 and 15 and also functions as the rotation regulating means according to claim 3, so that the light before being installed in the boring hole 3 can be used. In the fiber sensor 1, there is no fear that the optical fiber 16 communicated so as to pass between the units 15 and 15 is twisted, and the optical transmission characteristics of the optical fiber 16 can be maintained.
[0016]
Optical fiber grooves 21 a and 21 b for inserting the optical fiber 16 are communicated with the flange portions 20 a and 20 b at both axial ends of the unit main body 17 on the same straight line along the central axis of the unit main body 17. The optical fiber grooves 21a and 21b of all the connected unit bodies 17 communicate with each other on the same straight line.
The optical fiber 16 has a surplus length 16a between the optical fiber grooves 21a and 21b. The extra length 16a is accommodated so as to be wound around the side surface 24 of the unit main body between the flanges 20a and 20b. 3 is a radius maintaining means for maintaining the radius of curvature of the optical fiber 16 drawn into the side surface 24 of the unit main body so as not to affect the optical transmission characteristics.
The extra length 16 a wound around the unit main body side surface 24 is sandwiched between the unit main body side surface 24 and the exterior body 18 attached to the outside of the unit main body side surface 24. The exterior body 18 is attached to the unit main body side surface 24 with an urging force by its own elasticity, and the extra length 16a wound around the unit main body side surface 24 is pressed by the exterior body 18 so as not to cause unnecessary bending or the like.
[0017]
Further, the optical fiber grooves 21a and 21b, the space between the unit main body 17 and the exterior body 18 and the like are made waterproof by using an O-ring (not shown), a waterproof gel material, or the like. Further, in the optical fiber grooves 21a and 21b, the optical fiber 16 is fixed by a restraining means 25 such as an adhesive having a waterproof property, and the waterproof property is achieved. The portion of the optical fiber 16 that is communicated between the units 15 and 15 is also waterproofed with an adhesive or the like. Thus, in the optical fiber sensor 1, the waterproof property of the optical fiber 16 is ensured reliably and the optical transmission characteristic of the optical fiber 16 is maintained.
The optical fiber 16 is bonded and fixed to each of the end portion (flange portion 20a) of one adjacent unit 15 and the end portion (flange portion 20b) of the other unit 15 by an adhesive employed as the restraining means 25. Therefore, even if the units 15 and 15 are relatively displaced, the units 15 and 15 are restrained so as not to leave the optical fiber grooves 21a and 21b. The restraining means 25 is not limited to an adhesive, and various configurations can be adopted as long as the optical fiber 16 can be restrained to the unit 15.
The optical fiber 16 is connected to the optical fiber on the branch cable 5 side by a fixing box 14 (see FIG. 1), and is connected to the detection unit 8 through the optical cable 7.
[0018]
When the optical fiber sensor 1 is installed in the boring hole 3, the strength holding protrusion 19 c is cut and then the optical fiber sensor 1 is inserted into the boring hole 3. Before the strength holding projection 19c is cut, the bending strength between the units 15 and 15 is ensured, and the optical fiber 16 is prevented from being broken or bent, and has excellent transportability, but after the strength holding projection 19c is cut, The bending strength between the units 15 and 15 is reduced, and the unit 15 is easily bent.
[0019]
The outer surface of the optical fiber sensor 1 accommodated in the boring hole 3 is brought close to the inner surface of the boring hole 3, the river bank 2 is eroded by the river 13, and the mass of the river bank 2 collapses, and at the same time, the optical fiber sensor unit 15 at the boundary portion of the collapsed mass. 15 and the optical fiber 16 communicated between these units 15 and 15 is also broken and broken or bent. At this time, since the optical fiber 16 is restrained by the units 15 and 15 by the restraining means 25, the glass optical fiber 16 is easily broken or bent when the units 15 and 15 are bent.
[0020]
Since the test for checking whether the optical fiber 16 is broken or bent is performed at any time by the optical pulse tester 9, the optical fiber related to the optical fiber 16 can be detected by detecting the broken or bent (abnormal part) of the optical fiber 16. It is found that erosion has occurred at the location where the sensor 1 is installed.
The detection unit 8 automatically selects an optical line to be tested by the selector 11 and tests the presence / absence of an abnormal portion of the optical line related to each optical fiber sensor 1 while sequentially switching the connection to the optical pulse tester 9. Therefore, even when a large number of optical fiber sensors 1 are installed in a wide range, erosion of the river bank 2 can be quickly detected for all the installation positions of the optical fiber sensors 1. Since the presence or absence of an abnormal portion of the optical fiber 16 is tested for each optical line selected by the selector 11, it is easy to identify the eroded portion when the breakage of the optical fiber 16 is detected.
In addition, since an abnormal portion of the optical fiber 16 is detected, it is easier to detect erosion than a configuration in which erosion is detected from a change in Raman scattering, and the analysis relating to the detection is also easy, and a complicated analyzer. The cost can be reduced.
When the erosion of the river bank 2 further progresses, the bending between the units 15 and 15 occurs again and the optical fiber 16 becomes short, the broken or bent portion of the optical fiber 16 is detected in the same manner as when the first broken portion is detected. The progress of erosion can be grasped. This is not limited to the present embodiment, but is common to various optical fiber sensors according to the present invention, and the same applies to optical fiber sensors described in the following embodiments.
[0021]
The optical pulse tester 9 can test the optical line related to each optical fiber 16 at any time, thereby confirming the normality of the entire optical line including the optical cable 7 and the like. In addition, in the optical test by the optical pulse tester 9, when an abnormality (breaking of the optical fiber 16, etc.) is detected in the optical path between the optical pulse tester 9 and the optical fiber sensor 1, reflected light or backscattered light is emitted. Since an abnormal point or the like can be identified from the time until it reaches the pulse tester 9 and its strength, maintenance is easy, which contributes to a reduction in maintenance costs.
[0022]
Furthermore, according to this optical fiber sensor 1, since the extra length 16a of the optical fiber 16 is secured for each unit 15, the position of the abnormal portion of the optical fiber 16 in the specific optical fiber sensor 1 is specified in units of 15 units. it can.
The extra length 16a is secured about several meters, and when an optical line test is performed by the optical pulse tester 9, an abnormal portion of the optical fiber 16 can be specified in units of 15 units. Thereby, the abnormal part of the optical fiber 16 can be specified, and at the same time, the degree of erosion of the river bank 2 can be grasped by the detection unit 8.
The length of the extra length 16a is the elapsed time until the reflected light or backscattered light that is generated when the optical pulse incident from the optical pulse tester 9 reaches the breaking position of the optical fiber 16 returns to the optical pulse tester 9, Different for each unit 15. Therefore, the length of the extra length 16a is in accordance with the optical test accuracy of the optical pulse tester 9, and may be short if the measurement accuracy of the optical pulse tester 9 is high, and sufficient if the measurement accuracy of the optical pulse tester 9 is low. Secure.
[0023]
Further, in order to surely cause the optical fiber 16 to break or bend between the adjacent unit main bodies 17 and 17, the optical fiber sensor is formed so that the optical fiber grooves 21a and 21b are on the downstream side of the water flow of the river 13. 1 is installed in the boring hole 3 and when the unit 15 is bent, the unit 15 may be relatively displaced so that the unit 15 rotates about the boundary between the optical fiber grooves 21a and 21b. preferable. As a result, the units 15 and 15 are bent, and when the optical fiber 16 restrained by each unit 15 is displaced integrally with the unit 15, the optical fiber 16 is bent sharply around the boundary between the optical fiber grooves 21a and 21b. As a result, breakage and bending occur easily and reliably, and erosion detection accuracy is improved.
If the optical fiber sensor 1 is installed in a direction other than that described above, the optical fiber 16 is less likely to be broken or bent even if the unit 15 is bent. Therefore, this optical fiber sensor 1 has a bending directionality, and a high detection accuracy can be obtained for an external force in a specific direction. For external forces in other directions, the detection accuracy is low, and malfunctions due to causes other than the collapse of the lump on the river bank 2 are reduced.
[0024]
When the optical fiber sensor 1 is installed in the boring hole 3, if the strength holding projections 19 c are left in a partial state without being completely cut, the size or the like of the connecting portion can be adjusted to adjust the unit 15. , Folding strength between 15 can be adjusted. If the bending strength between the units 15 and 15 is increased, the optical fiber 16 is prevented from being carelessly broken and broken. For example, when the river bank 2 is soft ground, it is caused by deformation of the ground other than erosion. There is no fear of the optical fiber 16 being broken or bent.
That is, if the units 15 and 15 are easily broken, the units 15 and 15 may be broken even when they are in contact with the inner wall of the boring hole 3 when the optical fiber sensor 1 is installed. It is necessary to carefully insert the optical fiber sensor 1 into the boring hole 3, and the installation workability is lowered. However, if the bending resistance between the units 15 and 15 is increased by the strength-holding protrusion 19c, the insertion work into the boring hole 3 can be efficiently advanced without causing bending between the units 15 and 15, Even a long optical fiber sensor 1 can be efficiently inserted into the boring hole 3.
Further, if the riverbank 2 is soft ground, the riverbank 2 is deformed by the vibration generated by the construction in the vicinity and the borehole 3 is deformed, and the units 15 and 15 are caused by causes other than the collapse of the riverbank 2 due to erosion. However, if the strength of bending between the units 15 and 15 is increased by the strength retaining projection 19c, it is possible to prevent the units 15 and 15 from being broken when the river bank 2 is deformed. Thus, it is possible to prevent the optical fiber 16 from being broken or bent due to causes other than the collapse of the riverbank 2.
[0025]
Next, an optical fiber sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a front view showing the optical fiber sensor 30. 4, this optical fiber sensor 30 includes units 31, 31... Connected on the same straight line, and optical fibers 16 communicated with these units 31, 31. It is installed in the boring hole 3 in the same manner. The optical fiber 16 is connected to the detector 8 via the fixing box 14, the branch cable 5, the optical closure 6, and the optical cable 7 as in the first embodiment.
[0026]
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the unit 31.
In FIG. 5, the unit 31 includes a cylindrical unit main body 32 and disc-shaped lids 33 and 34 that are removably screwed to the axial end of the unit main body 32. The unit main body 32 and the lids 33 and 34 are both made of a waterproof and lightweight material such as plastic or vinyl chloride.
The lid 33 screwed to one end of the unit body 32 in the axial direction includes a circular protrusion 33b protruding from the central portion of the outer surface 33a, and an optical fiber hole 33c penetrating through the radial central portion including the circular protrusion 33b. It has.
As shown in FIG. 6, the lid 34 screwed to the other axial end of the unit main body 32 includes a circular concave portion 34b having a recessed central portion of the outer surface 34a, and an optical fiber hole 34c penetrating the radial central portion. And.
[0027]
As shown in FIG. 4, when the lids 33 and 34 are screwed onto the unit main body 32, the optical fiber hole 33c of the lid 33 and the optical fiber hole 34c of the lid 34 communicate with each other on the same straight line.
Further, in the optical fiber sensor 30, between the units 31 and 31 connected adjacently, the circular protrusion 33 b of the lid 33 of one unit 31 is formed on the circular recess 34 b of the lid 34 of the other unit 31. The connection state between the units 31 and 31 is ensured by fitting. The projecting dimension of the circular protrusion 33b and the depth dimension of the circular recess 34b are both about several millimeters, and an external force such as a water flow of the river 13 acts between the circular protrusion 33b and the circular recess 34b fitted to each other. Then, the fitting state is easily released, and the units 31 and 31 are easily bent.
[0028]
When the circular protrusion 33b and the circular recess 34b are fitted, the optical fiber holes 33c and 34c are communicated. The optical fiber 16 communicates with all the units 31 over the entire length of the optical fiber sensor 30 by communicating with the optical fiber holes 33c and 34c. Further, in the optical fiber holes 33c and 34c, the optical fiber 16 is fixed by a restraining means (not shown) such as an adhesive, and waterproofing is achieved. For this reason, when the lids 33 and 34 are screwed and fixed to the end portions of the unit body 32 in the axial direction, the water tightness in the unit body 32 is secured.
[0029]
As in the case of the optical fiber sensor 1 shown in FIG. 1, the optical fiber sensor 30 installed in the boring hole 3 has a space between the units 31, 31 at the boundary portion of the collapsed mass when the riverbank 2 erodes the riverbank 2 and collapses the mass. The optical fiber 16 communicated between the units 31 and 31 is broken or bent. Therefore, when the optical pulse tester 9 detects the breakage or bending of the optical fiber 16, erosion of the river bank 2 is detected. As in the first embodiment, the optical fiber 16 is tested for any optical line connected to the detection unit 8 by the selector 11 and connected to the detection unit 8 as in the first embodiment. Even if there are a large number of optical fiber sensors 30, the optical fiber sensor 30 related to the optical fiber 16 is identified by detecting an abnormal portion of the optical fiber 16, and the optical fiber 16 in the identified optical fiber sensor 30 is identified. An abnormal location is specified in units of 31 units, and an erosion location, degree, and the like of the river bank 2 are specified.
The improvement in the maintainability of the optical line from the optical pulse tester 9 to the optical fiber sensor 30 is the same as in the first embodiment.
[0030]
Between the fitted circular protrusion 33b and the circular recess 34b, the optical fiber 16 communicated with the optical fiber holes 33c and 34c is fixed to the circular protrusion 33b or the circular recess 34b by the restraining means. Since the units 31 and 31 are constrained so as not to be separated even if they are bent, when the units 31 and 31 are bent and relatively displaced, the optical fiber 16 is also displaced following the units 31 and easily and easily. The optical fiber 16 is surely broken or bent.
[0031]
Moreover, in this optical fiber sensor 30, since the connection state between the units 31 and 31 is ensured by fitting the circular protrusions 33b and the circular recesses 34b, both the units 31 and 31 are not bent. There is no direction. In addition, since the optical fiber 16 is communicated on the central axis between the adjacent units 31 and 31, when the bending occurs between the units 31, 31, the optical fiber 16 is broken or bent regardless of the direction of the bending. . Accordingly, the unit 31 can be easily bent with a small load against an external force from any direction.
For example, when the water flow of the river 13 is strong, a lump that collapses from the riverbank 2 due to erosion collapses in the horizontal direction while being pushed away by the water flow of the river 13 instead of vertically downward, and the optical fiber sensor also has a horizontal direction of the river 13. There are cases in which external force acts on. In this case, in the optical fiber sensor having the folding directionality, the folding direction is matched with the collapse direction (downward) of the clot, so that erosion of the river bank 2 may not be detected. However, in the optical fiber sensor 30 that does not have the folding directionality, the bending between the units 31 and 31 occurs with certainty regardless of the collapse direction of the mass, and erosion can be detected. Moreover, since the installation direction of the optical fiber sensor 30 in the borehole 3 is free, the effect of improving the installation workability in the borehole 3 can be obtained.
Needless to say, the bending resistance between the units 31 and 31 can be adjusted by adjusting the shape of the circular protrusions and circular recesses fitted to each other to adjust the fitting force.
[0032]
Next, an optical fiber sensor 40 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7, the optical fiber sensor 40 of the present embodiment includes units 41, 41... Connected in large numbers, and an optical fiber 16 communicated with these units 41, 41. Similar to the fiber sensor 1, it is installed in the borehole 3. The optical fiber 16 is connected to the detector 8 via the fixing box 14, the branch cable 5, the optical closure 6, and the optical cable 7 as in the first embodiment.
[0033]
FIG. 9 is a perspective view showing the unit 41.
The unit 41 includes a cylindrical unit main body 42 and an exterior body 44 that is mounted on the outer side surface 43 of the axially central portion of the unit main body 42. The unit main body 42 and the exterior body 44 are both made of a lightweight material that can ensure waterproofness such as plastic and vinyl chloride. The exterior body 44 has a C-shaped cross section and is stably attached to the side surface 43 of the unit body with its own elastic force.
[0034]
Both the optical fiber groove 46 formed in the flange portion 45 at one axial end of the unit body 42 and the optical fiber groove 48 formed in the flange portion 47 at the other axial end extend along the axial direction of the unit main body 42. And located on the same straight line. The optical fiber grooves 46 and 48 (of the unit main body 42) of all the connected units 41, 41... Communicate on the same straight line.
Between the units 41 and 41 connected adjacently, the flange portion 45 of one unit 41 and the flange portion 47 of the other unit 41 are brought into contact with each other, and the optical fiber grooves 46 and 48 are communicated. The optical fiber 16 is communicated through a sheath tube 49 (glass tube) that is housed and fixed so as to pass to the optical fiber grooves 46 and 48 that are communicated with each other.
As the sheath tube, various configurations other than the glass tube can be adopted as long as waterproofness can be ensured. In the case of a glass tube, a linear expansion coefficient close to that of the optical fiber 16 can be obtained, so that there is no fear of damaging the optical fiber 16 even when the temperature at the installation site is changed, and the optical transmission characteristics of the optical fiber 16 are maintained over a long period of time. be able to.
[0035]
Further, between the abutted flange portions 45 and 47, pin holes (not shown) formed in the wedge-shaped divided portion 47a provided so that the pins 45a and 45b protruding from the flange portion 45 can be divided into the flange portion 47 are provided. ) To prevent relative rotation around the central axis of the units 41 and 41. Further, the flange portions 45 and 47 that are in contact with each other maintain a connected state by winding a water-soluble tape 41a made of paper or the like from the outside. The water-soluble tape 41a is preferably bonded and fixed with an adhesive such as water-soluble starch paste.
Since the optical fiber groove 48 of the flange portion 47 is formed in a portion other than the split portion 47 a of the flange portion 47, the housing position of the sheath tube 49 stored in the optical fiber groove 48 is the split portion in the flange portion 47. It is not affected by the attachment / detachment of 47a.
The pins 45a and 45b and the water-soluble tape 41a function as rotation restricting means according to claim 3.
[0036]
A surplus length 16 a secured around the optical fiber 16 is wound around the unit main body side surface 43, and the surplus length 16 a is pressed by being sandwiched by an exterior body 44 attached to the unit main body side surface 43 from the outside. On the unit main body side surface 43, a radius of curvature greater than a prescribed value that can maintain the optical transmission characteristics by bending the optical fiber 16 along the elastic pad 43a attached in the vicinity of the optical fiber grooves 46 and 48 is secured. A pair of elastic pads 43a are disposed opposite to both sides of the optical fiber groove 46 or 48, an elastic cushion 43b made of sponge or the like is disposed between the opposed elastic pads 43a and 43a, and the optical fiber 16 is bent. Is not going to be abrupt.
[0037]
The boundary between the flanges 45 and 47 of the unit main body 42 and the exterior body 44 is all waterproofed by an adhesive or a gel material and prevents water from entering the exterior body 44. The extra length 16a wound around the side surface 43 is protected from water so that there is no concern that the light transmission characteristics will be adversely affected by water immersion.
Since the portion of the optical fiber 16 that is not protected by the outer casing 44 is protected by the sheath tube 49, the entire length of the optical fiber 16 of the optical fiber sensor 40 is reduced by the outer casing 44 and the sheath tube 49. It is protected from flooding and the optical transmission characteristics are maintained.
[0038]
In this optical fiber sensor 40, before and during installation in the boring hole 3, the engagement between the pins 45a and 45b and the pin holes and the connection state between the adjacent units 41 and 41 are stabilized by the water-soluble tape 41a and the like. Thus, it is possible to secure the transportability and the installation workability to the borehole 3.
[0039]
In a normal state (before erosion of the river bank 2), the division part 47a is housed in the flange part 47 and is restricted from protruding from the flange part 47 by the water-soluble tape 41a wound around the flange parts 45 and 47 from the outside. However, the river bank 2 is eroded by the water flow of the river 13, the optical fiber sensor 40 installed in the borehole 3 is exposed to the water flow, and the water-soluble tape 41a is melted. 47 (see reference numeral 47a of the phantom line in FIG. 8). At this time, between the units 41 and 41 connected adjacently, the connection state between the flange portion 45 of one unit 41 and the split portion 47a of the other unit 41 is ensured by the pins 45a and 45b. Only the sheath tube 49 and the optical fiber 16 housed in the sheath tube 49 bear the coupling force between the flange portion 47 other than the split portion 47a and the flange portion 45. The acting displacement force acts on the sheath tube 49 and the optical fiber 16 in a concentrated manner. Therefore, when the water flow of the river 13 directly acts on the optical fiber sensor 40, the sheath tube 49 is easily broken even by a weak force, the unit 41, 41 is bent, and the optical fiber 16 is also broken. Since the optical fiber 16 has an outer diameter that substantially matches the inner diameter of the sheath tube 49 and is restrained so as not to float in the sheath tube 49, the optical fiber 16 is easily and reliably broken when the sheath tube 49 is broken. .
[0040]
When the divided portion 47a is freely displaceable with respect to the flange portion 47, the portion other than the divided portion 47a of the flange portion 47 and the flange portion 45 of another unit 41 are substantially in point contact in the vicinity of the sheath tube 49. The unit 41 can be bent by an external force from any direction, and the optical fiber sensor 40 is not bent.
For this reason, for example, even when the water flow of the river 13 is obstructed by an obstacle and does not directly act on the optical fiber sensor 40 when the river bank 2 is eroded, the optical fiber 16 is broken by the collapse of the river bank 2 due to erosion or the like. As a result, erosion can be reliably detected. In addition, since the orientation of the optical fiber sensor 40 in the borehole 3 is thereby free, the effect of improving the installation workability in the borehole 3 can be obtained.
[0041]
As the water-soluble tape 41a and the adhesive for fixing the water-soluble tape 41a, it is preferable to employ a material that can be naturally decomposed, and this prevents the river 13 from being contaminated even if it is dissolved in water.
If buried in the borehole 3 for a long time, the water-soluble tape 41a corrodes and loses the binding force between the units 41 and 41, and the bending strength between the units 41 and 41 becomes almost zero. Even if the optical fiber sensor 40 is only exposed by erosion, the unit 41 and 41 are bent by the weight of the unit 41, and the erosion of the riverbank 2 can be detected more sensitively.
In addition, the water-soluble tape 41a made of a biodegradable material has no fear of contaminating the river bank 2 due to corrosion.
[0042]
When the optical pulse tester 9 detects the breakage of the optical fiber 16, the erosion of the river bank 2 is detected. The test of whether or not the optical fiber 16 is broken in the detection unit 8 is performed at any time for all optical lines connected to the detection unit 8 by the selector 11 as in the first embodiment. Even if there are a large number of optical fiber sensors 40 connected, the optical fiber sensor 40 related to the optical fiber 16 is specified by detecting the breakage of the optical fiber 16. In addition, in the optical fiber sensor 40, the extra length 16a of the optical fiber 16 is sufficiently secured inside each unit 41, and the broken portion of the optical fiber 16 can be specified in units of units 41. The degree of erosion of the riverbank 2 can be grasped by the detection unit 8 in units of 41 units.
The improvement in maintainability of the optical line from the optical pulse tester 9 to the optical fiber sensor 40 is the same as in the first embodiment.
[0043]
Next, an optical fiber sensor 50 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 10, the optical fiber sensor 50 of the present embodiment includes units 51, 52... Connected in large numbers, and an optical fiber 16 communicated with these units 51, 51. Similar to the fiber sensor 1, it is installed in the borehole 3. The optical fiber 16 is connected to the detector 8 via the fixing box 14, the branch cable 5, the optical closure 6, and the optical cable 7 as in the first embodiment.
[0044]
FIG. 11 is a perspective view showing the unit 51.
The unit 51 includes a cylindrical unit main body 52 and an exterior body 54 that is mounted on the outer side surface 53 of the axially central portion of the unit main body 52. The unit main body 52 and the exterior body 54 are both made of a lightweight material that can ensure waterproofness such as plastic and vinyl chloride. The exterior body 54 has a C-shaped cross section and is stably attached to the side surface 53 of the unit main body with its own elastic force.
[0045]
The optical fiber groove 56 formed in the flange portion 55 at one end in the axial direction of the unit body 52 and the optical fiber groove 58 formed in the flange portion 57 at the other end in the axial direction both extend along the axial direction of the unit body 52. And located on the same straight line.
Between the units 51 and 51 connected adjacently, the flange portion 55 of one unit 51 and the flange portion 57 of the other unit 51 are brought into contact with each other, and the optical fiber grooves 56 and 58 are communicated with each other. The optical fiber 16 is communicated through a sheath tube 59 (glass tube) that is housed and fixed so as to pass to the fiber grooves 56 and 58. As the sheath tube, various configurations other than the glass tube can be adopted as long as waterproofness can be ensured. In the case of a glass tube, a linear expansion coefficient close to that of the optical fiber 16 can be obtained, so that there is no fear of damaging the optical fiber 16 even when the temperature at the installation site is changed, and the optical transmission characteristics of the optical fiber 16 are maintained over a long period of time. be able to.
[0046]
Further, between the abutted flange portions 55 and 57, pins 55a, 55b and 55c projecting from the flange portion 55 are connected to pin grooves 57a and 57b formed on the flange portion 57 (pin grooves corresponding to the pins 55c are unit grooves). 51, which is located on the back side of the drawing sheet (not shown) to prevent relative rotation around the central axis of the units 51 and 51.
The pins 55a, 55b, 55c and the pin grooves 57a, 57b function as rotation restricting means according to claim 3.
When the sheath tube 59 is broken, the optical fiber 16 is broken and broken. When a break of the optical fiber 16 is detected by the optical pulse tester 9 of the detector 8, it is detected that an external force is applied to the optical fiber sensor 50 and the unit 51, 51 is bent.
[0047]
The pins 55a, 55b, and 55c protrude radially outward from the ring-shaped flange portion 55 and are inserted into the pin grooves 57a and 57b of the flange portion 57. The two pins 55a and 55b are disposed on both sides of the optical fiber groove 56, and another pin 55c is disposed to face the optical fiber groove 56 in the diameter direction of the flange portion 55, and all the pins 55a, 55b, 55c is parallel. For this reason, the adjacent units 51 and 51 are not easily rotated around the axis centering on the diameter of the flange portion 55 connecting the optical fiber groove 56 and the pin 55c, and have a high bending strength, but the pins 55a and 55b are the center. It is easy to rotate in and out of the flange portion 55, and in and out of the flange portion 55 with the pin 55c as the center, and the bending of the units 51 and 51 has directionality.
As shown in FIG. 10, all the units 51, 51... Are connected so that the optical fiber grooves 56, 58 are on the same straight line, and the bending directions between all the units 51, 51 are aligned. If the direction of easy bending of the units 51, 51 of the optical fiber sensor 50 installed in the borehole 3 is adapted to the direction of the water flow of the river 13, the presence or absence of erosion can be detected sensitively.
[0048]
The unit body side surface 53 is wound with a surplus length 16a secured to the optical fiber 16, and the surplus length 16a is pressed by an exterior body 54 attached to the unit body side surface 53 from the outside. On the side surface 53 of the unit main body, a radius of curvature that is greater than a prescribed value that ensures optical transmission characteristics by bending the optical fiber 16 along the elastic pad 60 attached in the vicinity of the optical fiber grooves 56 and 58 is secured.
Since the boundary between the flanges 55 and 57 of the unit main body 52 and the exterior body 54 is all waterproof by an adhesive or a gel material and prevents water from entering the interior of the exterior body 54, the unit body The extra length 16a wound around the side surface 53 is protected from water so that there is no concern that the light transmission characteristics will be adversely affected by water immersion.
Since the portion of the optical fiber 16 that is not protected by the outer casing 54 is protected by the sheath tube 59, the entire length of the optical fiber 16 of the optical fiber sensor 50 is reduced by the outer casing 54 and the sheath tube 59. It is protected from flooding and the optical transmission characteristics are maintained.
[0049]
In this optical fiber sensor 50, before and during installation in the boring hole 3, the connection state between the adjacent units 51 and 51 is maintained by the engagement between the pins 55a, 55b and 55c and the pin grooves 57a and 57b. Transport workability and installation workability to the boring hole 3 can be secured.
[0050]
When the riverbank 2 is eroded by the water flow of the river 13 and the clod collapses, the unit 51, 51 at the boundary of the collapsible clod is bent, the sheath tube 59 is broken, and the optical fiber 16 is also broken and broken. The optical fiber 16 has an outer diameter that substantially matches the inner diameter of the sheath tube 59, is constrained to be non-floatable in the sheath tube 59, and the optical fiber 16 is easily and reliably broken when the sheath tube 59 is broken. 2 erosion can be reliably detected.
Further, by adjusting the diameter of the pins 55a, 55b, 55c and the size of the pin grooves 57a, 57b, the bending load required for the bending between the units 51, 51 can be easily adjusted, and the strength of the water flow of the river 13 can be adjusted. Yes.
[0051]
When the optical pulse tester 9 detects the breakage of the optical fiber 16, the erosion of the river bank 2 is detected. The test of whether or not the optical fiber 16 is broken in the detection unit 8 is performed at any time for all optical lines connected to the detection unit 8 by the selector 11 as in the first embodiment. Even when there are a large number of optical fiber sensors 50 connected, by detecting the breakage of the optical fiber 16, the installation position of the optical fiber sensor 40 related to the optical fiber 16, that is, the erosion location of the river bank 2 is specified. The
In this optical fiber sensor 50, the extra length 16a of the optical fiber 16 is sufficiently secured inside each unit 51, and the broken portion of the optical fiber 16 can be specified in units of units 51. The degree of erosion of the riverbank 2 can be grasped by the detection unit 8.
The improvement in maintainability of the optical line from the optical pulse tester 9 to the optical fiber sensor 50 is the same as in the first embodiment.
[0052]
In each of the above-described embodiments, the detection of the erosion of the river bank 2 is targeted. However, the optical fiber sensor of the present invention can be used as a debris flow and landslide detection sensor, various embankment slopes and cut slope failure detection sensors, and the like. The detection target is not limited.
In addition, the configuration of the optical fiber sensor of the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the configuration for maintaining the connection state between the units of the optical fiber sensor in the initial installation state is appropriately changed. It goes without saying that it is possible.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical fiber sensor of the first aspect, when a plurality of connected units are bent by an external force, the optical fiber communicated so as to pass between the units is broken or bent (abnormal part). Is sure to occur,
(A) By detecting an abnormal portion of this optical fiber with an optical pulse tester, it is possible to easily and reliably detect that an external force having a magnitude exceeding the bending load between the units is applied.
(B) The configuration is simple, and the effect of the load can be detected for a number of optical fiber sensors by a single optical pulse tester, and the cost can be reduced.
(C) Even if a large number of optical fiber sensors are connected to the optical pulse tester, the optical fiber sensor in which the optical fiber is broken or bent can be easily identified.
(D) An optical line abnormality from the optical pulse tester to the optical fiber sensor can be detected at any time by the optical pulse tester, and the abnormal part can be easily identified, so that maintenance is facilitated.
(E) If the extra length of the optical fiber is ensured for each unit, an excellent effect is obtained such that an abnormal portion of the optical fiber can be detected in units and the portion to which the load is applied can be specified with high accuracy.
[0054]
According to the optical fiber sensor of the second aspect, when the adjacent units are bent, the sheath pipe communicated between these units is broken, and the optical fiber housed in the sheath pipe is also reliably broken. The location where the load is applied can be detected more reliably, and the separation distance between the units can be set according to the dimensions of the sheath tube, and an excellent effect is obtained in that the degree of freedom in design is improved.
[0055]
According to the optical fiber sensor of the third aspect of the present invention, the optical fiber sensor is provided with a rotation restricting means for restricting relative rotation between adjacently connected units, and is passed between the units when the optical fiber sensor is transported or installed. Since the twisting and breaking of the optical fiber communicated with each other can be controlled, an excellent effect of improving the workability of transportation and installation is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing an installation state of an optical fiber sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing the optical fiber sensor according to the first embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a unit constituting the optical fiber sensor of FIG. 2; FIG.
FIG. 4 is a front view showing an optical fiber sensor according to a second embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view showing a unit constituting the optical fiber sensor of FIG. 4; FIG.
6 is a perspective view showing a lid of the unit shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 7 is a front view showing an optical fiber sensor according to a third embodiment of the present invention.
8 is a rear view of the optical fiber sensor of FIG. 7. FIG.
9 is an exploded perspective view showing a unit constituting the optical fiber sensor of FIG. 7; FIG.
FIG. 10 is a front view showing an optical fiber sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
11 is an exploded perspective view showing a unit constituting the optical fiber sensor of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 30, 40, 50 ... Optical fiber sensor, 9 ... Optical pulse tester, 15, 31, 41, 51 ... Unit, 16 ... Optical fiber, 25 ... Restraint means (adhesive), 41a ... Rotation restriction means (water-soluble) 45a, 45b ... rotation restriction means (pin), 49 ... restraint means, sheath tube (glass tube), 55a, 55b, 55c ... rotation restriction means (pin), 57a, 57b ... rotation restriction means (pin groove) ), 59... Restraining means, sheath tube (glass tube).

Claims (4)

複数連結され、それぞれが円筒状をなすユニット(15、31、41、51)と、これらユニットに連通した光ファイバ(16)とを備え、隣接して連結されたユニット間が外力によって折れ曲がることにより、これらユニット間に連通された前記光ファイバに破断あるいは屈曲が生じたことを、前記光ファイバに光パルス試験器(9)から入射した光の反射光あるいは後方散乱光を測定することによって検出するように構成され、隣接して連結された前記ユニット間に連通させた光ファイバを、隣接して連結されたユニット間が折れ曲がった時には前記光ファイバとともに破断する拘束手段(49、59)により各ユニットに固定し、前記各ユニットごとに前記光ファイバの余長(16a)を確保し、前記光ファイバの余長は円筒状をなす前記ユニットに収納され、前記ユニット間が折れ曲がった時には各ユニットとともに前記光ファイバが一体的に変位して破断あるいは屈曲を生じるようになっていることを特徴とする光ファイバセンサ(1、30、40、50)。A plurality of connected units (15, 31, 41, 51) each having a cylindrical shape and an optical fiber (16) communicating with these units are bent by an external force between adjacently connected units. Detecting that the optical fiber communicated between these units is broken or bent by measuring reflected light or backscattered light incident on the optical fiber from the optical pulse tester (9). Each unit is configured by a restraining means (49, 59) that is configured as described above, and breaks together with the optical fiber when the optical fiber communicated between the adjacently connected units is bent between the adjacently connected units. fixed to said securing extra length of the optical fiber for each unit (16a), an extra length of the optical fiber having a cylindrical shape Housed in serial unit, optical fiber sensors which the optical fiber with each unit when between the unit is bent, characterized in that the adapted cause breakage or bending displaced integrally (1,30,40 50). 前記光ファイバの余長(16a)は前記ユニットの本体側面(24)に巻き付けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファイバセンサ。 The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the extra length (16a) of the optical fiber is wound around the side surface (24) of the main body of the unit. 前記拘束手段が、隣接して連結されたユニット間に連通した鞘管(49、59)であり、前記ユニット間が折れ曲がった時には、前記鞘管が破断するとともに、該鞘管内に収納した前記光ファイバも破断するようになっていることを特徴とする請求項1または2記載の光ファイバセンサ。 The restraint means is a sheath tube (49, 59) communicating between adjacent units, and when the unit is bent, the sheath tube is broken and the light stored in the sheath tube 3. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the fiber is also broken. 隣接して連結されたユニット間の相対回転を規制する回転規制手段(41a、45a、45b、55a、55b、55c、57a、57b)を具備することを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の光ファイバセンサ。 A rotation restricting means (41a, 45a, 45b, 55a, 55b, 55c, 57a, 57b) for restricting relative rotation between adjacently connected units is provided. An optical fiber sensor according to item.
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