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3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4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
[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
In the
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
In FIG. 1, the lower end of the
In the case of a horizontal pit, one end of a borehole formed so as to stop (close) or break through the
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
As shown in FIG. 1, when the
[0015]
FIG. 2 is a front view showing the optical fiber sensor 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view showing the
In FIG. 3, the
As shown in FIG. 3, the
[0016]
Optical fiber grooves 21 a and 21 b for inserting the
The
The
[0017]
Further, the optical fiber grooves 21a and 21b, the space between the unit
The
The
[0018]
When the optical fiber sensor 1 is installed in the
[0019]
The outer surface of the optical fiber sensor 1 accommodated in the
[0020]
Since the test for checking whether the
The detection unit 8 automatically selects an optical line to be tested by the
In addition, since an abnormal portion of the
When the erosion of the river bank 2 further progresses, the bending between the
[0021]
The optical pulse tester 9 can test the optical line related to each
[0022]
Furthermore, according to this optical fiber sensor 1, since the
The
The length of the
[0023]
Further, in order to surely cause the
If the optical fiber sensor 1 is installed in a direction other than that described above, the
[0024]
When the optical fiber sensor 1 is installed in the
That is, if the
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
[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
[0026]
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the
In FIG. 5, the
The
As shown in FIG. 6, the
[0027]
As shown in FIG. 4, when the
Further, in the
[0028]
When the
[0029]
As in the case of the optical fiber sensor 1 shown in FIG. 1, the
The improvement in the maintainability of the optical line from the optical pulse tester 9 to the
[0030]
Between the fitted
[0031]
Moreover, in this
For example, when the water flow of the
Needless to say, the bending resistance between the
[0032]
Next, an
As shown in FIG. 7, the
[0033]
FIG. 9 is a perspective view showing the
The
[0034]
Both the
Between the
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
[0035]
Further, between the abutted
Since the
The
[0036]
A
[0037]
The boundary between the
Since the portion of the
[0038]
In this
[0039]
In a normal state (before erosion of the river bank 2), the
[0040]
When the divided
For this reason, for example, even when the water flow of the
[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
If buried in the
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
The improvement in maintainability of the optical line from the optical pulse tester 9 to the
[0043]
Next, an
As shown in FIG. 10, the
[0044]
FIG. 11 is a perspective view showing the
The
[0045]
The
Between the
[0046]
Further, between the abutted
The
When the
[0047]
The
As shown in FIG. 10, all the
[0048]
The unit
Since the boundary between the
Since the portion of the
[0049]
In this
[0050]
When the riverbank 2 is eroded by the water flow of the
Further, by adjusting the diameter of the
[0051]
When the optical pulse tester 9 detects the breakage of the
In this
The improvement in maintainability of the optical line from the optical pulse tester 9 to the
[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
Claims (4)
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