JP4225759B2 - 長尺光ファイバセンサー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、長い光ファイバを複列状態（並走状態）に組み立てた長尺光ファイバセンサーに関し、詳しくは、光ファイバを条材にて固定支持する長尺光ファイバセンサーに関する。
このような長尺光ファイバセンサーは、例えば、光ファイバのブリルアン散乱光を利用して光ファイバの長手方向の歪み分布を測定するＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)等を行うに際して、測定端子（検出子・検出端）として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
地滑り等の環境条件変動を監視するために監視対象箇所に長い光ファイバを設置する技術として、可撓性ケーシング管（条材）に光ファイバを挿入して充填材で固定したものや（例えば、特許文献１参照。）、塩ビパイプ（条材）を継ぎ足しながら外周に光ファイバをバンド等で固定したもの（例えば、特許文献２参照。）、光ファイバに長手方向の伸び歪を与えた状態で固定するもの（例えば、特許文献３参照。）、短尺管体（条材）を繋ぎ合わせながら光ファイバに張力を掛けた状態で固定するもの（例えば、特許文献４参照。）、光ファイバに張力を掛けたままで構造物表面に骨材入反応硬化性樹脂で覆装するものが（例えば、特許文献５参照。）、知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−５２２２２号公報 （第１頁、第６図）
【特許文献２】
特開平１０−１９７２９８号公報 （第１頁、図４）
【特許文献３】
特開２００１−２９６１１２号公報 （第１頁、図２−３）
【特許文献４】
特開２００２−５４９５６号公報 （第１頁、図３）
【特許文献５】
特開２００２−１３１０２４号公報 （第１−２頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の長尺光ファイバセンサーでは、光ファイバの配設や張設が施工現場で行われていた。条材の継ぎ足しも一緒に施工現場で行われていた。
このため、作業環境が一定しないうえ、使える道具や治具など作業上の制約も多くて、適正な施工を成すには作業負担が重かった。
【０００５】
そこで、施工作業の負担が軽減され、しかも適切な施工結果が得られるよう、工場など環境の整ったところで施工準備してから現場へ運び込めるものに改良することが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、施工容易な長尺光ファイバセンサーを実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するためになされた本発明の長尺光ファイバセンサーは、環境条件変動観測用の長い光ファイバが複列配置されている長尺光ファイバセンサーであって、これを長手方向に沿って長尺区間と短尺区間とが交互に現れるように区間割り付けし、前記長尺区間については前記光ファイバを条材にて横断面内一様な位置関係に固定し、前記短尺区間については前記光ファイバを前記条材から自由にした、というものである。
ここで、上記の「横断面」とは、条材の長手方向に直交する断面をいう。
【０００７】
このような長尺光ファイバセンサーにあっては、条材に光ファイバを固定支持させることで、横断面内一様な位置関係が確保される。そして、長尺区間は、条材の曲げ変形が光ファイバの伸縮変形を引き起こすので、歪等を測定可能な言わばセンシング区間となる。また、短尺区間は、固定されない自由状態なので、測定には使えないが、測定を妨げるものでなく、光ファイバの曲げ伸ばしが自在に行える言わば渡り区間となる。
この場合、条材に光ファイバを固定する作業は、現場で行っても良いが、現場以外の工場等でも行える。
【０００８】
そして、現場以外で準備作業を済ませたときには、短尺区間が曲げ伸ばし自在であることを利用して、長尺光ファイバセンサーを長尺区間単位で折り畳んでから、現場へ運び込む。現場では、屈曲した短尺区間を開いて、条材を長手方向に連ねることで、必要な長さに長尺区間を伸ばす。
このように光ファイバの必要な位置関係を確保したうえで長尺光ファイバセンサーを折り畳んで運べるようにしたことにより、位置関係確保の準備作業も、現場での施工作業も、負担が軽減される。
したがって、この発明によれば、施工容易な長尺光ファイバセンサーを実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明の長尺光ファイバセンサーについて、これを実施するための形態を幾つか説明する。
【００１０】
本発明の第１の実施形態は、上述した解決手段の長尺光ファイバセンサーであって、前記条材の横断面が等方的か又はＺ軸ないし１軸対称的になっている、というものである。
これにより、長尺区間においては、条材での固定支持によって光ファイバの横断面内一様な位置関係が確保されることに加えて、条材に断面形状が等方的か対称なものを採用したことにより、環境条件変動が条材にその変形として的確に反映されるので、環境条件変動をより正確に測定することができる。
【００１１】
本発明の第２の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記長尺区間においては、前記光ファイバに対し、前記条材に反力をとって張力が付加されている、というものである。
これにより、張力付加の工程を長尺区間ごとに局所化して行えるので、作業が更に楽になる。
【００１２】
本発明の第３の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記短尺区間において前記光ファイバが可撓性部材にて結束されている、というものである。
これにより、条材に固定されていない短尺区間のところでも、光ファイバの損傷を防止することができる。
【００１３】
本発明の第４の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記光ファイバを固定する手段はコーキング封止である、というものである。
これにより、光ファイバの固定が確実になされるうえ、環境変動に応じて生じた条材の変形が的確に光ファイバへ伝わる。
【００１４】
本発明の第５の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記条材は、その長手方向に連続した溝を有するものであって、前記光ファイバは、前記溝の中に収容される形で、前記条材に固定支持されている、というものである。
これにより、光ファイバの条材への取付作業が容易になるうえ、光ファイバが条材に隠れて壊れ難くなる。しかも、条材が曲がっても光ファイバが条材から外れ難くなるうえ、条材の変形が的確に光ファイバへ伝わるようになる。
【００１５】
本発明の第６の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記短尺区間において前記光ファイバがその屈曲を妨げない部材にて結束されている、というものである。
これにより、短尺区間の折り曲げ自在性を損なうことなく、短尺区間においては条材から自由な状態の光ファイバが絡まったりして不所望な状態になるのを防止することができる。
【００１６】
本発明の第７の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記光ファイバは、金属製の鞘体により、この鞘体から張力を及ぼされる形で、覆装されている、というものである。
これにより、保護と張力付与とを同時に叶えることができる。
【００１７】
本発明の第８の実施形態は、上述した第７実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記短尺区間を構成する光ファイバの長さが、前記条材の外径のπ倍〜５０倍になっている、というものである。なお、「π」は、円周率であり、約３．１４である。
これにより、長尺光ファイバセンサーの折り畳みが光ファイバに損傷を与えることなく行える。
【００１８】
本発明の第９の実施形態は、上述した第７，第８実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記短尺区間において前記鞘体が除去されている、というものである。あるいは前記短尺区間において前記鞘体が数珠つなぎ状に分断されている、というものである。
これにより、短尺区間がより容易に且つより小さく折り曲げられるようになる。
【００１９】
本発明の第１０の実施形態は、上述した第７〜第９実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記短尺区間に、両側の長尺区間の条材に渡っていてその両条材を曲折可能に連結する連結部材が設けられている、というものである。
これにより、長尺光ファイバセンサーの折り畳みや展開時に、短尺区間を挟む両長尺区間の不所望な相対変位が規制されるので、短尺区間の光ファイバの損傷を防止することができる。
【００２０】
本発明の第１１の実施形態は、上述した解決手段および実施形態の長尺光ファイバセンサーであって、前記複列配置された光ファイバの束には前記長尺区間に係る或る長尺区間から次の長尺区間に渡る前記短尺区間において前記条材の軸線の回りに２ｎπ（ここで、ｎは正の整数、πは１８０゜）の捻りがかけられており、更に、前記次の長尺区間から次の次の長尺区間に渡る前記短尺区間においては、同様に−２ｎπの（即ち逆極性の）捻りがかけられている、というものである。
これにより、短尺区間を伸縮したときの径変化を抑制することができる。
【００２１】
このような解決手段や実施形態で達成された本発明の長尺光ファイバセンサーについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の第１〜第８実施例により説明する。
図１〜図３に示した第１実施例は、上述した解決手段および第１，第２，第８，第１０実施形態（出願当初請求項１，２，６，８）を具現化したものであり、図４及び図５に示した第２実施例は、上述した第４，第５，第７の実施形態（出願当初請求項３，５）を具現化したものであり、図６に示した第３実施例は、上述した第３実施形態（出願当初請求項４）を具現化したものであり、、図７に示した第４実施例は、それらの変形例である。また、図８に示した第５実施例は、上述した第９，第１０の実施形態（出願当初請求項７，８）を具現化したものであり、図９に示した第６実施例や、図１０に示した第７実施例は、その変形例である。さらに、図１０に示した第７実施例は、上述した第１１の実施形態（出願当初請求項９）を具現化したものである。
【００２２】
【第１実施例】
本発明の長尺光ファイバセンサーの第１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、全体構造を示し、（ａ）〜（ｄ）何れも平面図であり、（ａ）が折り畳んだ状態、（ｂ）が少し開いた状態、（ｃ）及び（ｄ）が真っ直ぐ伸ばした状態を示している。図２は、（ａ）〜（ｃ）何れも部分拡大図であり、（ａ）が条材の一端面、（ｂ）が条材長手方向のＡ−Ａ断面、（ｃ）が条材連結部のＡ−Ａ断面である。図３は、ファイバ挟持ユニットについて、（ａ）が平面図、（ｂ）及び（ｃ）が正面図である。
【００２３】
この長尺光ファイバセンサーは（図１参照）、ＢＯＴＤＲで土壌の歪み（環境条件変動）を測定するために、その測定端子となる複数条の光ファイバ１０を具えたものであって、それに長手方向に関して交互に長尺区間２０（センシング区間）と短尺区間３０（渡り区間、連結区間）とが発現するようにしたものである。長尺区間２０では、光ファイバ１０が条材２１に固定支持されている。これに対し、短尺区間３０では、光ファイバ１０が、条材２１に固定されることなく、開放された自由状態になっているか、あるいは図示しない可撓性の保護鞘か保護副木を伴った半自由状態になっていて、何れにしても屈曲可能な状態となっている。これにより、この長尺光ファイバセンサーは、光ファイバケーブルと条材とが複合化され、長尺区間が断続的に設けられ、短尺区間が長尺区間の合間に現れるものとなる。すなわち測定用の長尺区間と曲折用の短尺区間とが交互に現れるものとなる。
【００２４】
光ファイバ１０は、例えば特許文献１〜５記載の公知のもので足りるが、測定目的に適うものであれば、それ以外のものでも良い。その典型的な直径は２ｍｍである。その長さは、測定個所に応じて適宜選定され、数ｍの場合もあれば、数ｋｍの場合もある。
条材２１は、例えばアルミニウムの真っ直ぐな筒材からなり、光ファイバ１０の支持部材としては十分機能する程度に硬くて強く、固定設置先の地滑りなど土壌の変形には追随して変形する程度に柔軟なものである。その典型的なサイズは、太さが２０ｍｍ〜２００ｍｍ、長さが１ｍ〜１０ｍであるが、それを上回るものも下回るものも測定状況に応じて適宜採用される。
このような条材２１の端部には自在折畳手段・連結部材としてステンレス等からなるヒンジ３１が取り付けられていて、隣り合う条材２１同士がヒンジ３１を基点として折り畳めるようになっている。この例では（図２（ｃ）参照）、条材２１の端部であって、ヒンジ３１の反対側に、フック３２も付設されている。
【００２５】
ヒンジ３１の両側の条材２１の間が短尺区間３０であり（図１参照）、この短尺区間３０においては、両端境界を除いて光ファイバ１０が条材２１に固定されておらず、光ファイバ１０が３００ｍｍ以上に亘って自由状態になっている。この長さは光ファイバ１０を１８０゜屈曲可能な値として選定されたものであり、光ファイバ１０の材質や構造によって更には条材２１の太さによっても異なるので、上記値は一例にすぎない。また、短尺区間３０の区間長さは、それが長いほど光ファイバ１０の屈曲伸展が容易かつ安全になるが、長すぎると無駄が増えるうえ絡んだりもするので、屈曲可能な範囲から小さな値が選択される。このような観点から、短尺区間３０を構成する光ファイバ１０の好適な長さを一般化すると、その長さは条材２１を基準にしてその外径のπ倍〜１０倍にすると良い。また、鞘体１１が太い場合には、１０倍〜５０倍にするのも良い。さらに、そのような自由状態の光ファイバ１０を保護するために、短尺区間３０においては、例えば後述する鞘体１１のような可撓性の保護鞘などが光ファイバ１０に係合させる形で配備されている。設置時に取り外すような場合には保護鞘より保護副木の方が便利である。
【００２６】
条材２１の端面は（図２（ａ）参照）、横断面も同じであるが、正四角形の角に丸みを持たせた略四辺形状で、等方的なものとなっている。そして、その各辺の中央位置で、中空側の内壁面に、ファイバ挟持ユニット２２が装着されている。ファイバ挟持ユニット２２は（図２（ｂ）参照）、４個組が条材２１の両端部に設けられ、各条材２１に８個存在する。両端で対向する一対のファイバ挟持ユニット２２によって１本の光ファイバ１０が固定支持されるので、この長尺光ファイバセンサーは、４本の光ファイバ１０が各長尺区間２０において横断面内一様な位置関係で複列配置されたものとなっている。
【００２７】
ファイバ挟持ユニット２２は（図３（ａ），（ｂ）参照）、ステンレスやアルミニウム製の固定部２２ａと可動部２２ｂと調節ネジ２２ｃとからなり、可動部２２ｂに光ファイバ１０を挟み込んでネジ締め等にて固定するようになっている。固定部２２ａは条材２１に固定されるが、可動部２２ｂは固定部２２ａによって条材２１長手方向へスライド可能（滑動可能・移動可能）に保持されている。調節ネジ２２ｃは、固定部２２ａの貫通穴を遊挿状態で貫いてから可動部２２ｂの雌ネジに螺合しており、進入方向に回すと、可動部２２ｂを引いて進行させるようになっている（図３（ｃ）参照）。条材２１の両端で対向するファイバ挟持ユニット２２は互いに逆向きに取り付けられているので、両者の可動部２２ｂが離れる向きに調節ネジ２２ｃを操作することで、条材２１に圧縮力が生じると同時に、同じ大きさの張力が光ファイバ１０に付加される。
【００２８】
これにより、この長尺光ファイバセンサーは、長尺区間においては光ファイバ１０に対し条材２１に反力をとって張力が付加されるものとなっている。しかも、その張力が調節ネジ２２ｃの回転回数にて容易かつ確実に調節しうるようにもなっている。なお、固定部２２ａを条材２１の内壁に固定する代わりに、条材２１の端面を塞ぐ単板に調節ネジ２２ｃ貫通穴を複数形成することで、４個の固定部２２ａを単板に纏めて一体化することも可能である。
なお、ヒンジ３１やファイバ挟持ユニット２２が条材２１とは異材質の導電体である場合には、局部電池が形成されないよう、適宜の電気絶縁処置を講じることが望ましい。
【００２９】
この第１実施例の長尺光ファイバセンサーについて、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図１（ａ）は、長尺光ファイバセンサーを折り畳んだ状態、図１（ｂ）及び図２（ｂ）は、長尺光ファイバセンサーを少し開いた状態、図１（ｃ），（ｄ），及び図２（ｃ）は、長尺光ファイバセンサーを真っ直ぐ伸ばした状態を示している。図３（ｂ）は、ファイバを挟持した直後の状態、図３（ｃ）は張力を付加している状態を示している。
この長尺光ファイバセンサーは、工場での組み立て、折り畳んだ状態で保管や運搬を行い、現場で伸ばして設置し、測定装置に接続して使用に供するようになっているので、以下、その順に説明する。
【００３０】
工場での組立では、それぞれが現場の測定長をカバーする長さの光ファイバ１０を４本と、その長さを合計でカバーする複数本・多数本の条材２１と、その本数より１つ少ない個数のヒンジ３１及びフック３２と、条材２１の本数の８倍の個数のファイバ挟持ユニット２２とを準備し、上述した構造に組み上げる。その際（図１参照）、条材２１に対するヒンジ３１及びフック３２の取付位置は両端で逆向きにする。また（図３参照）、ファイバ挟持ユニット２２による光ファイバ１０の挟持は、可動部２２ｂを条材２１中央側へ後退させた状態で、光ファイバ１０を軽く引っ張って行い、光ファイバ１０を可動部２２ｂに固定する。それから、調節ネジ２２ｃを回し、可動部２２ｂを条材２１端部側へ前進させて、光ファイバ１０に張力を付与する。張力付与は、測定目的に応じて必要なとき必要なだけ行うが、一般に、歪み測定では、光ファイバ１０を例えば０．５％伸ばす程度にする。そうすることで、伸びだけでなく縮みも測定可能となる。組み立てた長尺光ファイバセンサーは（図１（ａ）参照）、折り畳んで保管する。その際、短尺区間３０の光ファイバ１０に保護副木も付けると安全である。
【００３１】
現場への搬入では、嵩張らないよう、長尺光ファイバセンサーを折り畳んだまま運搬する（図１（ａ）参照）。
現場での設置では、ヒンジ３１を基点として条材２１を少しずつ開き（図１（ｂ），図２（ｂ）参照）、短尺区間３０の光ファイバ１０が折損しないようその部分を丸めながら条材２１の中空内に収納し隣接条材２１同士が真っ直ぐになったらフック３２で止める（図２（ｃ）参照）。その作業を繰り返して（図１（ｃ）参照）、全体を一本の棒状にする（図１（ｄ）参照）。これを図示しない土壌掘削穴に埋設する。
こうして、この長尺光ファイバセンサーにあっては、組立も運搬も設置も楽に行える。
【００３２】
設置が済んだら、光ファイバ１０の端部をＢＯＴＤＲの測定装置に接続して、土壌歪み等を測定する。その測定手法や，測定装置は、公知のもので足りるので、詳細な説明は割愛するが、測定装置については本発明の長尺光ファイバセンサーの特徴に応じて一部改造を施すと使い易いので、その改造について言及する。すなわち、この測定装置は、データ処理プログラムや表示処理プログラムの改造にて、長尺区間２０及び短尺区間３０の長さデータを記憶保持していて、短尺区間３０に関する取得データは距離確認や補正など内部演算にだけ用い、長尺区間２０に関する取得データを連ねて有効な測定結果として表示するのである。各区間２０，３０の長さデータは、テーブル形式や配列形式で、各光ファイバ１０毎に保持され、メニューによるデフォルト値の選択や，設計値のキーボード入力にて、一括で設定できる他、組立後の実測値で上書き修正できる。
【００３３】
【第２実施例】
本発明の長尺光ファイバセンサーの第２実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図４は、（ａ）が、光ファイバを覆装してかしめていない部分の横断面図であり、（ｂ）が、光ファイバを覆装後にかしめた部分の横断面図であり、（ｃ）が、それらの外観図である。図５は、（ａ）が、条材のみの横断面図、（ｂ）が、光ファイバ装着後の条材の横断面図である。
この長尺光ファイバセンサーが上述した第１実施例のものと相違するのは、光ファイバ１０が鞘体１１で覆装されている点（図４参照）と、条材２１が四辺形状筒体から略円筒状筒体に変更された点（図５参照）である。
【００３４】
鞘体１１は、ステンレス製の薄いチューブであり、光ファイバ１０の保護および張力付与のために、光ファイバ１０を中空内に納め（図４（ａ）参照）、光ファイバ１０に張力を与えた状態で所定ピッチ毎に「かしめ」を行って（図４（ｂ），（ｃ）参照）、光ファイバ１０の張力および鞘体１１の反力が恒常的に維持されるようになっている。鞘体１１の厚みは０．２ｍｍで、「かしめ」ピッチは、１０００ｍｍであるが、これらは典型値であり、応用目的に応じて適宜設計変更される。
【００３５】
条材２１は（図５（ａ）参照）、断面形状が略円状で、やはり等方的かつ２軸対称的なものである。断面上で９０゜ずつ方向の異なる４箇所それぞれに溝２１ａが形成されている。溝２１ａは、条材２１の外壁を内側え凹ました形で、光ファイバ１０を収納可能な大きさになっている。この条材２１は、アルミニウムの押出成形等で量産され、外面に刻まれた４本の溝２１ａは長手方向に連続したものとなっている。
【００３６】
この場合（図５（ｂ）参照）、それぞれの溝２１ａに、１本ずつ鞘体１１付きの光ファイバ１０が収容され、それから、エポキシ樹脂等からなるコーキング材２３も充填される。それが固化すると、光ファイバ１０が条材２１に固定支持される。その状態で光ファイバ１０には鞘体１１から張力が付与されている。
また、ヒンジ３１等の自在折畳手段にて条材２１を端部で折り畳み自在に連結させて、長尺区間２０と短尺区間３０とを交互に確保すること等は、上述した第１実施例と同様なので、繰り返しとなる説明は割愛するが、この長尺光ファイバセンサーも、組立，運搬，及び設置が楽に行える。
【００３７】
【第３実施例】
図６に短尺区間３０部分の正面図を示した本発明の長尺光ファイバセンサーが上述した第１，２実施例のものと相違するのは、短尺区間３０に結束バンド３６が付加されていることである。
結束バンド３６は、プラスチック等からなる柔軟な細いバンド（可撓性部材、屈曲を妨げない部材）がコイル状に成形されており、電気配線を束ねるときなどに多用されている汎用品を適宜長さに切断したものである。
【００３８】
この場合、短尺区間３０において複数条の光ファイバ１０が結束バンド３６によって緩く結束されているので、光ファイバ１０の曲げ伸ばしを妨げることなく、光ファイバ１０を保護することができる。また、結束バンド３６がコイル状なのでそれを端から順に巻き付けたり解いたりすることで、結束バンド３６の着脱が容易に行える。
【００３９】
【第４実施例】
図７に折畳状態の正面図と側面図を示した本発明の長尺光ファイバセンサーが上述した第１〜３実施例のものと相違するのは、条材２１に対するヒンジ３１の取付位置が数本毎に（図示の例では５本毎に）９０゜変更されている点である。この場合、上述した第１実施例のように平面的に折り畳めるのに加えて、多段に重ねて折り畳むこともできるので、概ね立方体状や直方体状のコンパクトな形状にして保管や運搬することができる。
【００４０】
【第５実施例】
本発明の長尺光ファイバセンサーの第５実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図８は、条材連結部である短尺区間３０の構造を示し、（ａ）がＢ−Ｂ断面矢視図、（ｂ）及び（ｃ）が蛇腹を透かして見た正面図、（ｄ）が光ファイバ１０の外観図である。
この長尺光ファイバセンサーが上述した第１実施例引用の第２実施例と相違するのは、短尺区間３０における連結部材（自在折畳手段と保護手段も兼用）としてヒンジ３１に代えてインナーチューブ３３及びアウターチューブ３４が導入された点と、短尺区間３０においては光ファイバ１０から鞘体１１が除去されている点である。
【００４１】
インナーチューブ３３は（図８（ａ）〜（ｃ）参照）、柔軟で曲げやすいプラスチックチューブ等からなり、外寸が条材２１の中空より少し小さく、長さが短尺区間３０より長く、作られている。そして、両端が短尺区間３０の両側の条材２１にそれぞれ遊挿されて、両側の長尺区間２１の条材に渡るとともに、その両条材２１を曲折可能に連結するものとなっている。
アウターチューブ３４は、やはり柔軟なプラスチック等からなり、曲げ伸ばししやすく且つ潰れにくいよう蛇腹状に形成されている。その内径が条材２１の外径より少し大きめになっており、両端が短尺区間３０の両側の条材２１の端部外周面にそれぞれ固定されて、両側の長尺区間の条材２１に渡るとともに、その両条材２１を曲折可能に連結するものとなる。また、両側の長尺区間の条材２１の最大離間距離を規定して、条材２１からのインナーチューブ３３の抜けを防止するようにもなっている。
【００４２】
光ファイバ１０は、条材２１にて固定支持されている長尺区間２０においては上述の実施例と同様に鞘体１１から張力を及ぼされる形で鞘体１１に覆装されているが、条材２１から自由になっている短尺区間３０においては、鞘体１１が切除等にて剥ぎ取られて、ファイバだけになっている（図８（ｄ）参照）。
このような光ファイバ１０は、インナーチューブ３３とアウターチューブ３４との間に納められ保護される。また、アウターチューブ３４を条材２１に取り付ける際に両側の条材２１を軸中心で数回程度相対回転させてから固定することで、短尺区間３０においては光ファイバ１０がインナーチューブ３３の周りに緩く捲回された状態となる（図８（ｂ），（ｃ）参照）。
【００４３】
この場合、インナーチューブ３３もアウターチューブ３４も曲げやすい部材であるから、条材２１間の距離を十分に長く確保した状態では（図８（ｂ）参照）、短尺区間３０を曲げることで容易に、長尺光ファイバセンサーをコンパクトに折り畳むことができる。もちろん、展開も自在にできる。また、短尺区間３０では光ファイバ１０の変形が鞘体１１によって規制されないことから、光ファイバ１０は鞘体１１付きに比べて極めて柔軟に変形するので、光ファイバ１０は長尺光ファイバセンサーのコンパクトな曲げ伸ばしにも適合する。なお、光ファイバ１０が鞘体１１によって保護されない短尺区間３０については代わりにインナーチューブ３３及びアウターチューブ３４によって内外から保護されるので、損傷を受ける心配が無く、絡まるおそれも無い。
【００４４】
そして、長尺光ファイバセンサーの設置時には、短尺区間３０の両側の条材２１を近づけると（図８（ｃ）参照）、インナーチューブ３３が条材２１中空内に滑り込むと同時にアウターチューブ３４が縮むので、短尺区間３０も縮んで長さがほぼ零になる。これにより、センシング区間の間に発現する測定不能区間が無くなるか又は無視可能ほど小さくなる。しかも、短尺区間３０においては光ファイバ１０が予めインナーチューブ３３の周りに緩く捲回されていることから、軸方向に大きく伸縮させても、径の増減は僅かなもので済むため、インナーチューブ３３とアウターチューブ３４との径差を無理に広げなくて良いので、アウターチューブ３４は条材２１より少しだけ太ければ使用に耐える。そのため、長尺光ファイバセンサーの設置時に掘る穴が大きくなくても良い、という更なる効果もある。
【００４５】
【第６実施例】
本発明の長尺光ファイバセンサーの第６実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図９は、条材連結部である短尺区間３０の構造を示し、（ａ）がセンサー折り畳み時の平面図、（ｂ）がセンサー伸長時の平面図、（ｃ）がその正面図、（ｄ）がその底面図、（ｅ）が複数本の条材に亘る底面図、（ｆ）が光ファイバ１０の外観図である。
この長尺光ファイバセンサーが上述した第１〜第５実施例のものと相違するのは、短尺区間３０における連結部材（自在折畳手段）としてヒンジ３１に代えてリンク３５が導入された点と、光ファイバ１０を覆装している鞘体１１が短尺区間３０においては何箇所か切断されて数珠状になっている点である。
【００４６】
リンク３５は、細い金属棒等からなり、その両端には自在継手のような枢着部材が設けられていて、該当する短尺区間３０の両側の条材２１の端部にそれぞれ取り付けられる（図９（ａ）〜（ｅ）参照）。図示の例では短尺区間３０においては光ファイバ１０の保護のために上述のアウターチューブ３４が設けられているが、上述した結束バンド３６や、その他のコイル等でも良い。
光ファイバ１０は（図９（ｆ）参照）、短尺区間３０については、鞘体１１が数珠つなぎ状に分断されて、或る程度の保護機能を維持しつつ曲折容易性の向上が図られている。短尺区間３０では、自由状態なので、歪み測定には寄与しないが、測定の邪魔をすることもない。長尺区間２０においては、上述のように鞘体１１に覆装されて張力が付与されているので、引張・圧縮いずれの歪み測定にも寄与する。
【００４７】
この場合、長尺光ファイバセンサー折り畳み時に（図９（ａ）参照）、両側の条材２１が密着するのでなく、それらがリンク３５の長さの分だけ離れることから、そこの短尺区間３０における光ファイバ１０やアウターチューブ３４の曲げが緩やかになるので、光ファイバ１０やアウターチューブ３４に掛かるストレスが少なくなる。また、長尺光ファイバセンサー展開伸長時には（図９（ｂ）〜（ｅ）参照）、リンク３５を基点にして回転させながら両条材２１を逆向き（図では左右方向）にし、それから両条材２１を逆向きに引っ張ると、両条材２１はほぼ直径分だけ横にずれるが長手方向にはほぼ完全に連続したものとなる。また、短尺区間３０の光ファイバ１０は自然にアウターチューブ３４と共に一回りのループ状になるので、設置時の展開伸長作業が容易に行えて而も安全なものとなる。なお、短尺区間３０における鞘体１１の切断ピッチは、曲げ伸ばし時の曲率に応じて適宜選定される。
【００４８】
【第７実施例】
本発明の長尺光ファイバセンサーの第７実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１０（ａ）は、アウターチューブを透かして見た短尺区間部の正面図、同図（ｂ）は、その一部の拡大図であり条材は描いていない。
この長尺光ファイバセンサーが上述した第５実施例と相違するのは、短尺区間３０の構造の一部である。具体的には、インナーチューブ３３に代えて割嵌チューブ３７及び金属コイル３８が導入された点と、アウターチューブ３４が熱収縮チューブになった点とが、相違する。
【００４９】
金属コイル３８は、例えば細いステンレス製のスプリングで、その両端がそれぞれ両側の条材２１に締結や蝋付け等にて固定されている。
割嵌チューブ３７は、内径数ｍｍ程度の柔らかいプラスチックチューブからなり、縦に切り割かれて、割目３７ａが長手方向全長に亘って形成されている。
アウターチューブ３４は、上述した図８の例と同様に柔軟で曲げやすいプラスチックチューブであるが、蛇腹状に形成されているのでなく、熱収縮前には内径が条材２１や金属コイル３８の外径より大きい単純なチューブある。
【００５０】
この場合、短尺区間３０については、複数本の光ファイバ１０を金属コイル３８に沿って纏め、それらに割嵌チューブ３７を被せる。これにより、光ファイバ１０をコイル状の捲回状態に支持するとともに保護することができる。また、その際には、割目３７ａを開いて金属コイル３８等を割嵌チューブ３７の中空に納めることで、割嵌チューブ３７の装着が容易に行える。さらに、短尺区間３０にそれより少し長いアウターチューブ３４を被せ、それから熱風等で加熱する。そうすると、熱収縮によってアウターチューブ３４が縮み、これによって、アウターチューブ３４は、両側の条材２１を折り曲げ自在な状態で連結するとともに、割嵌チューブ３７を包絡線状に周りから包み込んで保護するものとなる。その後は上述の第５実施例と同様にして使用される。
【００５１】
【第８実施例】
本発明の長尺光ファイバセンサーの第８実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１１は、（ａ）〜（ｃ）何れも複数区間に亘る正面図であり、（ａ）が捻る前の状態、（ｂ）が捻っているときの状態、（ｃ）が捻った後の状態である。
この長尺光ファイバセンサーは、上記第５実施例において述べたような短尺区間３０における光ファイバ１０の捲回状態を簡便に実現できるものである。
【００５２】
具体的には、先ず短尺区間３０において光ファイバ１０が真っ直ぐに延びた状態で長尺光ファイバセンサーを組み上げ（図１１（ａ）参照）、それから条材２１を軸回りに回転させる（図１１（ｂ）参照）。その際、両側の条材２１は回転しないようにしておく。そして、ｎ回（ｎは正の整数）回転させると（図１１（ｃ）参照）、回転させた条材２１の両側の短尺区間３０に関して、一方には２ｎπの捻りがかけられ、他方には−２ｎπの捻りがかけられた状態となる。このような作業を一連の条材２１について一個おきに行うことにより、総ての短尺区間３０において光ファイバ１０の束に捻りがかけられる。
【００５３】
これにより、この長尺光ファイバセンサーは、複列配置された４本の光ファイバ１０の束について、間欠的に連なる多数の長尺区間２０，２０，…に係る或る長尺区間２０（図では左方の条材２１参照）から次の長尺区間（図では中央の条材２１参照）に渡る短尺区間３０（図では左側）において条材２０（図では中央の条材２１参照）の軸線の回りに２ｎπすなわちｎ回転の捻りがかけられており、更に、次の長尺区間２０（図では中央の条材２１参照）から次の次の長尺区間（図では右方の条材２１参照）に渡る短尺区間３０（図では右側）においては、同様に−２ｎπの即ち逆回転の捻りがかけられている、というものになる。
【００５４】
【その他】
なお、上記の各実施例では、監視対象の環境条件変動の具体例として土壌の歪みを挙げたが、本発明の応用は、これに限られるものでなく、構造物の変形など、光ファイバケーブルの光学的状態に影響を及ぼす環境条件であれば良い。
また、上記の各実施例では、複数条の長尺光ファイバ１０が複列配置されている場合を述べたが、長尺光ファイバ１０は樹脂条材２０の端部等で折り返してから逆走することで複列配置状態になっていても良い。
さらに、条材２１は、上述したように等方的な横断面を有するものが好ましいが、それに限定される訳でなく、Ｚ軸ないし１軸対称な横断面を有するものでも良い。例えば、円筒形は、Ｚ軸を基準として軸対称的な横断面を有するものであり、断面「Ｉ」字または「Ｈ」字の形状をしているものは、縦軸と横軸との２軸を基準として対称的であり、１軸対称性を多重に具備している。
また、自在折畳手段は、光ファイバの屈曲を妨げるものでなければ、上述したヒンジやリンクに限らず、その他の係合手段等を利用したものでも良く、その設置部位も、条材２１の端部に限らず、短尺区間の中や、その隣接部に及んでいても良い。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の長尺光ファイバセンサーにあっては、光ファイバの必要な位置関係を確保したうえで長尺光ファイバセンサーを折り畳んで運べるようにしたことにより、位置関係確保の準備作業も現場での施工作業も負担が軽減され、その結果、施工容易な長尺光ファイバセンサーを実現することができたという有利な効果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第１実施例について、（ａ）〜（ｄ）何れも平面図であり、（ａ）が折り畳んだ状態、（ｂ）が少し開いた状態、（ｃ）及び（ｄ）が真っ直ぐ伸ばした状態を示している。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）何れも部分拡大図であり、（ａ）が条材の一端面、（ｂ）が条材長手方向のＡ−Ａ断面、（ｃ）が条材連結部のＡ−Ａ断面である。
【図３】 ファイバ挟持ユニットについて、（ａ）が平面図、（ｂ）及び（ｃ）が正面図である。
【図４】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第２実施例について、（ａ），（ｂ）は何れも光ファイバの横断面図であり、（ｃ）は外観図である。
【図５】 （ａ）が条材のみの横断面図、（ｂ）が光ファイバ装着後の条材の横断面図である。
【図６】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第３実施例について、短尺区間部の正面図である。
【図７】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第４実施例について、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図８】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第５実施例について、条材連結部の構造を示し、（ａ）がＢ−Ｂ断面矢視図、（ｂ）及び（ｃ）が蛇腹を透かして見た正面図、（ｄ）が光ファイバ１０の外観図である。
【図９】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第６実施例について、条材連結部の構造を示し、（ａ）がセンサー折り畳み時の平面図、（ｂ）がセンサー伸長時の平面図、（ｃ）がその正面図、（ｄ）がその底面図、（ｅ）が複数本の条材に亘る底面図、（ｆ）が光ファイバ１０の外観図である。
【図１０】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第７実施例について、（ａ）が、アウターチューブを透かして見た短尺区間部の正面図、（ｂ）が、その一部の拡大図である。
【図１１】 本発明の長尺光ファイバセンサーの第８実施例について、何れも複数区間に亘る正面図であり、（ａ）が捻る前の状態、（ｂ）が捻っているときの状態、（ｃ）が捻った後の状態である。
【符号の説明】
１０ 光ファイバ
１１ 鞘体（保護鞘、張力付加手段）
２０ 長尺区間（歪等センシング区間）
２１ 条材
２１ａ 溝（外周面における長手方向連続溝）
２２ ファイバ挟持ユニット（固定、支持、反力発生、張力付加手段）
２２ａ 固定部
２２ｂ 可動部（バインダ＋スライダ、挟持兼滑動部材）
２２ｃ 調節ネジ（反力・張力）
２３ コーキング材（溝内封止手段、ファイバ固定手段）
３０ 短尺区間（渡り区間、連結区間）
３１ ヒンジ（蝶番、回動・回転支持、自在折畳手段、連結部材）
３２ フック
３３ インナーチューブ（保護手段、自在折畳手段、連結部材）
３４ アウターチューブ（保護手段、自在折畳手段、連結部材）
３５ リンク（自在継手、枢着部材、自在折畳手段、連結部材）
３６ 結束バンド（保護手段、可撓性部材、屈曲を妨げない部材）
３７ 割嵌チューブ（保護手段、可撓性部材、屈曲を妨げない部材）
３８ 金属コイル（弾性体、捻り状態・捲回状態を保持する手段）

Claims (5)

1. 環境条件変動観測用の長い光ファイバが複列配置されている長尺光ファイバセンサーであって、これを長手方向に沿って長尺区間と短尺区間とが交互に現れるように区間割り付けし、前記長尺区間については前記光ファイバを条材にて横断面内一様な位置関係に固定したことにより前記長尺区間が測定可能区間となり、前記短尺区間については前記光ファイバを前記条材から自由にしたことにより前記短尺区間が長尺区間単位での折り畳みを可能にするほど曲げ伸ばし自在な区間であって測定には使えないが測定を妨げないものになっていることを特徴とする長尺光ファイバセンサー。
2. 前記光ファイバは、金属製の鞘体により、この鞘体から張力を及ぼされる形で、覆装されていることを特徴とする請求項１記載の長尺光ファイバセンサー。
3. 前記光ファイバが金属製の鞘体によって覆装されており、前記長尺区間においては前記光ファイバが前記鞘体から張力を及ぼされており、前記短尺区間において前記鞘体が除去または数珠つなぎ状に分断されていることを特徴とする請求項１記載の長尺光ファイバセンサー。
4. 前記短尺区間に、両側の長尺区間の条材に渡っていてその両条材を曲折可能に連結する連結部材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の長尺光ファイバセンサー。
5. 前記複列配置された光ファイバの束には或る長尺区間から次の長尺区間に渡る短尺区間において前記条材の軸線の回りに捻りがかけられており、更に、前記次の長尺区間から次の次の長尺区間に渡る短尺区間においては、同様に逆極性の捻りがかけられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の長尺光ファイバセンサー。

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