JP4245769B2 - 光ファイバセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とう道などの構造物の変形を検出する光ファイバセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート等からなるとう道や、建築物、擁壁、堤体などの構造物の変形を検査するには、伸縮計、傾斜計などの電気式のセンサが用いられている。
この種のセンサは、通常、検査対象物である構造物において変形が起こりやすいと思われる箇所のみに設置され、この設置箇所における構造物の傾斜角の変化や伸縮を検知することで構造物の変形を検出することができるようにされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記センサでは、特定箇所のみにおける構造物の変形を検出するように構成されているため、構造物全体にわたる変形を検知することが難しい場合があった。すなわち、微小な変形が構造物全体にわたって生じている場合には、全体として大きな変形が生じている場合でも、局所的な変形が僅かであるため、この変形を上記センサによって検出することが難しかった。
また上記センサは、電気式センサであるため電力を消費することから、保守管理に多大な手間およびコストを要する不都合があった。
また上記センサは、電気式センサであることから誘導電流などの電磁ノイズの影響を受けやすく、検出精度の点で不利であった。
また上記センサからの信号を回収するために通信線が必要となることから、センサ設置に要する手間およびコストの面で不満があった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、構造物の変形を検出する精度に優れ、しかも設置および保守管理を容易かつ低コストで行うことが可能であるセンサを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、構造物の変形を検出する光ファイバセンサであって、構造物の複数箇所に設置された光ファイバ固定部と、これら光ファイバ固定部に固定されることで該固定部間に張設されて前記構造物に沿って布設された光ファイバとを備え、前記構造物の変形に伴って相隣接する光ファイバ固定部が互いに接近または離間することによって、これら光ファイバ固定部間に張設された光ファイバの伸び歪が変化するようになっており、光ファイバ固定部は、構造物に取り付けられる連結具と、光ファイバを把持する把持部と、連結具に対する把持部の位置を調整することにより相隣接する光ファイバ固定部の把持部間に張設される光ファイバの伸び歪を調整する歪み調整手段とを備え、前記把持部には、前記光ファイバを収納する光ファイバ収納溝が形成され、この光ファイバ収納溝は、その内面と前記光ファイバとの間の摩擦力によって、前記光ファイバを、引き抜き方向への引張力に抗して前記光ファイバ収納溝内に固定できる光ファイバセンサである。
一般に、歪みが与えられた光ファイバに試験光を入射した時に生じる後方散乱光の一つであるブリュアン散乱光の波長は、光ファイバに入射した試験光の波長に対しずれることが知られており、この周波数シフト量から、光ファイバの歪み量を把握することができる。上記光ファイバセンサでは、構造物が変形すると、光ファイバ固定部に固定された光ファイバが構造物と一体的に変形する。このため、光ファイバに光を入射し、その戻り光を観測し、光ファイバの損失増大や、ブリュアン散乱光を検出することで、光ファイバの変形の原因となった構造物の変形を検出することができる。また、試験光の入射後、ブリュアン散乱光が受光、観測されるまでの時間（戻り時間）により、光ファイバの歪み発生位置の概略を把握することができる。具体的には、例えば構造物に一体化させた光ファイバに、ブリュアン散乱光の観測用の光パルス試験器（いわゆるＢＯＴＤＲ）を接続し、この光パルス試験器を用いて光ファイバに光試験（試験光の入射と戻り光の観測）を行ってブリュアン散乱光を観測することで、構造物の変形を検出することができる。
本発明では、光ファイバ固定部は、構造物に取り付けられる連結具と、光ファイバを把持する把持部と、連結具に対する把持部の位置を調整することにより相隣接する光ファイバ固定部の把持部間に張設される光ファイバの伸び歪を調整する歪み調整手段とを備えた構成とする。
これによって、光ファイバセンサを設置する際に、光ファイバ固定部間に架け渡される光ファイバの張力を所望の値に設定することができるようになる。このため、光ファイバを、弛みを生じず、かつ、構造物の変形検出に悪影響を及ぼさない範囲の適度な張力が加えられた状態で光ファイバ固定部間に張設することが容易となる。従って、さらなる検出精度向上を図ることができる。
また、前記光ファイバ収納溝は、湾曲して形成されていることが望ましい。
連結具は、構造物に取り付られる連結具取付部と、この連結具取付部を中心とした回転移動による連結具の位置ずれを防ぐ回転防止部とを備え、この回転防止部は、構造物に係止可能とされた構成とすることができる。
これによって、連結具取付部において連結具を構造物に取り付けることで位置ずれが起きないように連結具を構造物に取り付けることができるようになる。このように、連結具の一箇所を構造物に取り付けることによって、連結具を位置ずれしないように取り付けることができることから、光ファイバセンサを設置する操作を容易にすることができる。
本発明の光ファイバセンサは、構造物の所定の設置面に沿って配列設置した光ファイバ固定部間に光ファイバを張設してなる第１センサ部と、光ファイバの少なくとも一部が前記設置面に対し傾斜した方向に張設された第２センサ部とを備えたものとすることができる。これによって、変形が設置面に沿って生じたものである場合に限らず、設置面に対し傾斜した方向に生じたものである場合でも、構造物変形の有無を確認できる。従って、変形検出精度をさらに高めることができる。
また、本発明では、以下に示す構成の構造物変形検査システムを構築することができる。すなわちこの構造物変形検査システムは、構造物の変形を検出する光ファイバセンサと、構造物の変形により生じる光ファイバセンサの変形量を測定する測定手段とを備え、光ファイバセンサが、構造物の複数箇所に設置された光ファイバ固定部と、これら光ファイバ固定部に固定されることで該固定部間に張設されるようにして前記構造物に沿って布設された光ファイバとを備え、前記構造物の変形に伴って相隣接する光ファイバ固定部が互いに接近または離間することによって、これら光ファイバ固定部間に張設された光ファイバの伸び歪が変化するようになっており、測定手段が、前記光ファイバに試験光を入射させる光源と、光ファイバから出射されるブリュアン散乱光を受光信号に変換して出力する受光部と、受光部からの受光信号に基づいて光ファイバの伸び歪量を演算する演算部とを備えている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光ファイバセンサの一実施形態を、図１を参照して説明する。
本実施形態では、本発明の光ファイバセンサをコンクリートなどからなるとう道に適用した例を説明する。
図１は、本実施形態の光ファイバセンサを用いた構造物の変形検査システムを示すもので、ここに示す変形検査システムは、検査対象となる構造物である第１および第２のとう道５１、５２の変形を検出する光ファイバセンサ１と、とう道５１、５２の変形により生じる光ファイバセンサ１の変形量を測定する測定手段２とを備えて構成されている。
【０００６】
光ファイバセンサ１は、とう道５１、５２の複数箇所に設置された光ファイバ固定部３と、これら光ファイバ固定部３に固定されることで、とう道５１、５２に沿ってその長さ方向にわたって布設された光ファイバ４とを備えている。
光ファイバ４は、弛みを生じず、かつ、とう道５１、５２の変形検出に悪影響を及ぼさない範囲の適度な張力が加えられた状態で光ファイバ固定部３間に張設されており、とう道５１、５２の変形に伴って相隣接する光ファイバ固定部３、３が互いに離間することによって、これら光ファイバ固定部３、３間に張設された光ファイバ４に伸び歪が与えられるようになっている。
光ファイバセンサ１では、光ファイバ４を、予めある程度の伸び歪（初期歪）を与えた状態とすることもできる。
【０００７】
測定手段２は、光ファイバ４に試験光を入射させる光源（図示略）と、試験光を光ファイバ４に入射させたときに光ファイバ４から出射される後方散乱光であるブリュアン散乱光を受光信号に変換して出力する受光部（図示略）と、受光部からの受光信号に基づいて光ファイバの伸び歪量を演算する演算部（図示略）とを内蔵した光パルス試験器５を備えている。
【０００８】
以下、この変形検査システムの使用方法を説明する。
光パルス試験器５の光源を用いて光ファイバ４に試験光を入射すると、光ファイバ４から後方散乱光であるブリュアン散乱光が出射され、受光部に達する。
受光部では、ブリュアン散乱光に応じた受光信号が演算部に出力される。
【０００９】
一般に、ブリュアン散乱光の周波数シフト量は、光ファイバの歪みに依存することが知られている。すなわち、歪みが与えられた光ファイバに試験光を入射した時に生じるブリュアン散乱光の波長は、光ファイバに入射した試験光の波長からずれており、この周波数シフト量から、光ファイバの歪み量を把握することができる。
この原理を利用して、演算部において光ファイバ４の伸び歪量を算出することができる。
【００１０】
とう道５１、５２に変形（ひび割れや圧縮変形など）が生じている場合には、この変形が生じた部分に近接して設置された光ファイバ固定部３が変位し、この光ファイバ固定部３と、これに隣接する光ファイバ固定部３とが互いに離間する。これによって、これら光ファイバ固定部３、３間に張設された光ファイバ４に引張力が加わり、光ファイバ４の伸び歪量が増加する。
これに対し、とう道５１、５２に変形が生じていない場合には、光ファイバ４の伸び歪み量は変化しない。
従って、ブリュアン散乱光を観測することにより光ファイバ４の伸び歪が検出されると、とう道５１、５２の歪み（変形）発生が検出されたことになり、とう道５１、５２の歪み（変形）発生を確認できる。
【００１１】
また光ファイバ４に予め所定の伸び歪（初期歪）が与えられている場合には、とう道５１、５２の変形によって相隣接する光ファイバ固定部３、３が互いに接近したときにも、光ファイバ４の伸び歪が減少しブリュアン散乱光の変化が観測されることから、とう道５１、５２の変形を検出することができる。
【００１２】
本実施形態の光ファイバセンサ１は、とう道５１、５２の複数箇所に設置された光ファイバ固定部３と、これら光ファイバ固定部３に固定されることで固定部３間に張設されるようにしてとう道５１、５２に沿って布設された光ファイバ４とを備え、とう道５１、５２の変形に伴って相隣接する光ファイバ固定部３、３が互いに接近または離間することによって、これら光ファイバ固定部３、３間に張設された光ファイバ４の伸び歪が変化するようになっているので、光ファイバ４に試験光を入射させたときに光ファイバ４から出射される後方散乱光であるブリュアン散乱光を観測することによって、とう道５１、５２の変形に起因する光ファイバ４の伸び歪量の変化を検出することができる。
光ファイバ４は、とう道５１、５２に沿ってその長さ方向にわたって布設されているため、とう道５１、５２に変形が生じた場合には、光ファイバ４に十分な伸び歪が生じる。
このため、光ファイバ４に生じた伸び歪量を測定することによって、構造物の変形が全体として小さい場合でも、とう道５１、５２に生じた変形を確実に検出することができる。
【００１３】
また、光ファイバセンサ１は光学式センサであるため、電力を消費する電気式センサに比べ、保守管理に必要なコストの点で有利である。また耐久性に優れ、メンテナンスが容易である。
また、誘導電流などの電磁ノイズの影響を受けやすい電気式センサに比べて外部環境の影響を受けにくいため、検出精度を高めることができる。
さらには、従来の電気式センサに比べ、センサからの信号を受け取るための通信線を別途設置する必要がなく、設置に要する手間およびコストの点で有利である。
従って、とう道５１、５２の変形を検出する精度を向上させ、しかも設置および保守管理を容易かつ低コストで行うことが可能となる。
【００１４】
また、この光ファイバセンサ１では、相隣接する２つの光ファイバ固定部３、３間に架設状態で布設（張設）されている光ファイバ４を１区間として、この区間単位でとう道５１、５２の変形を検出、監視することができる。
すなわち、光ファイバ４への試験光の入射からブリュアン散乱光の受光までの時間（以下「戻り時間」）から、伸び歪を生じた光ファイバ４の位置（光パルス試験器５からの距離）を計測できることから、とう道５１、５２の歪み発生位置を光ファイバ４の区間単位で把握できる。
【００１５】
次に、上記構造物の変形検査システムのさらに具体的な構成について説明する。図１において、符号５３は測定手段２が設置されたビルであり、符号５４、５５は縦坑であり、符号５６はビル５３と縦坑５４とを結ぶ連絡路である。
上述の第１のとう道５１は縦坑５４の下部と縦坑５５の下部との間に設けられている。第２のとう道５２は縦坑５４の下部から、とう道５１の延在方向に対し異なる方向に延びている。
【００１６】
光ファイバセンサ１に用いられる光ファイバ４としては、図２ないし図４に示す構成の光ケーブルを使用することができる。
図２に示す光ケーブル１１は、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）等の樹脂製の外被１１ａ内に、単心の光ファイバ心線１１ｂと、鋼線などの抗張力体１１ｃを収納した構造になっている。
図３に示す光ケーブル１２は、光ファイバ心線１１ｂに代えて複数心（図示例では４心）の光ファイバテープ心線１２ｂが用いられている点で図２に示す光ケーブル１１と異なる。
図４に示す光ケーブル１３は、外被１１ａ内に、カーボンコート光ファイバ心線１３ｂと、ステンレス等からなる保護管１３ｃとを収納し、保護管１３ｃ内に温度補正用光ファイバ１３ｄをルースに収容した構造となっている。
温度補正用光ファイバ１３ｄとしては、ＳＭ形光ファイバが好適である。温度補正用光ファイバ１３ｄは、保護管１３ｃ内にルースに収容されており、カーボンコート光ファイバ心線１３ｂに伸び歪みが与えられた場合でも、光ファイバ１３ｄには伸び歪みが作用せず、無歪み状態を維持することができるようになっている。温度補正用光ファイバ１３ｄとしては、カーボンコート光ファイバからなる光ファイバ心線等を採用することが耐久性向上の点で好ましい。
【００１７】
これら光ケーブル１１、１２、１３では、光ファイバ心線１１ｂ、光ファイバテープ心線１２ｂ、光ファイバ心線１３ｂを、試験光入射用（変形検出用）の光ファイバとして使用できるようになっている。光ファイバテープ心線１２ｂでは、複数の光ファイバ心線のうち１本を試験光入射用の光ファイバとして使用できるようにすることができる。
以下、第１のとう道５１に布設された光ファイバ４を光ファイバ４ａと呼び、第２のとう道５２に布設された光ファイバ４を光ファイバ４ｂと呼ぶ。
【００１８】
光ファイバ４ａは、測定手段２から連絡路５６、縦坑５４を経て、とう道５１に達し、とう道５１内において、その長手方向に沿って蛇行するように延在配置されている。
すなわち、光ファイバ４ａは、とう道５１の長手方向に沿う区画Ａと、短手方向に沿う区画Ｂとが交互に繰り返されつつ、長手方向に沿う帯状部分Ｃの全面にわたってとう道５１内に布設されている。とう道５１を経た光ファイバ４ａは縦坑５５に達し、縦坑５５に沿って上方に向けて延在配置されている。
光ファイバ４ｂは、測定手段２から連絡路５６、縦坑５４を経て、とう道５２の長手方向に沿って蛇行するように延在配置されている。
なお本実施形態では光ファイバ４ａ，４ｂをとう道５１、５２に蛇行するように設置したが、これに限らず、とう道５１、５２の長手方向に沿って直線的に設置することも可能である。
【００１９】
光ファイバ固定部３としては、図５ないし図７に示すものを用いるのが好適である。
ここに示す光ファイバ固定部３は、とう道５１、５２の内壁に取り付けられる連結具２１と、光ファイバ４を把持する把持部である把持ブロック２２と、押さえ部材２３と、連結具２１に対する把持ブロック２２の位置を調整することにより光ファイバ４の伸び歪を調整する歪み調整手段である歪み調整ネジ２４とを備えている。
【００２０】
連結具２１は、把持ブロック２２が載置される矩形トレイ状の受け部２６と、受け部２６の一辺から上方に延びる上方延出部２７と、上方延出部２７の上端から水平に延びる取付部２８とを備えている。
受け部２６の両側部には、上方に延びる側壁２９、２９が形成され、両側壁２９、２９には、それぞれ歪み調整ネジ２４が挿通する歪み調整ネジ挿通孔３０、３０が形成されている。
受け部２６の下面には、受け部２６の一側から他側にかけてスリット２６ａが形成されている。
【００２１】
取付部２８には、連結具２１をとう道５１、５２に取り付けるアンカー３３を挿通する連結具取付部であるアンカー挿通孔３１が形成されており、アンカー３３の使用によって、連結具２１をアンカー挿通孔３１においてとう道５１、５２の内壁面に取り付けることができるようになっている。
【００２２】
また取付部２８の上面には、アンカー挿通孔３１から離れた位置に、回転防止部である回転防止ピン３６が上方に向けて突出形成されている。
この回転防止ピン３６は、連結具２１のとう道５１、５２に対する位置ずれを防ぐためのもので、連結具２１がとう道５１、５２の内壁に取り付けられた状態で、とう道５１、５２の内壁に形成された嵌合孔３７に嵌合することによりとう道５１、５２に係止し、これによって、連結具２１のアンカー挿通孔３１を中心とした回転移動による位置ずれを防ぐことができるようになっている。
【００２３】
把持ブロック２２は、受け部２６よりもやや小さい矩形板状に形成されており、その上面には、光ファイバ４を収納する光ファイバ収納溝３２が形成されている。光ファイバ収納溝３２はＳ字状に形成されており、その延在方向両端は把持ブロック２２の両側面に開放されている。
収納溝３２は、収納溝３２内面と光ファイバ４との間の摩擦力によって、光ファイバ４を、収納溝３２からの引き抜き方向への引張力に抗して収納溝３２内に固定できるようになっている。
把持ブロック２２の下面には、把持ブロック２２を受け部２６上に固定する固定ピン３５が嵌合する嵌合部３４が形成されており、受け部２６の下面側からスリット２６ａを通して固定ピン３５を嵌合部３４に固定することにより把持ブロック２２が受け部２６から外れるのを防ぐことができるようになっている。
押さえ部材２３は、矩形の薄板状に形成され、把持ブロック２２上に積層した状態で把持ブロック２２に固定できるようになっている。
【００２４】
歪み調整ネジ２４、２４は、受け部２６の側壁２９、２９に形成された挿通孔３０、３０に、把持ブロック２２に向けて進退可能となるように挿通している。
歪み調整ネジ２４、２４は、把持ブロック２２を両側から挟み込むことによって、把持ブロック２２を、受け部２６上の任意の位置で固定することができるようになっており、これにより連結具２１に対する把持ブロック２２の位置を任意に調整できるようになっている。
これによって、歪み調整ネジ２４は、相隣接する光ファイバ固定部３，３の把持ブロック２２、２２間に張設される光ファイバ４の伸び歪を調整することができるようになっている。
なお光ファイバ固定部３としては、汎用の鬼目部材を使用することもできる。
【００２５】
測定手段２は、既述の光パルス試験器５と、光スイッチ６と、成端部７とを備えており、ビル５３内に引き込まれた光ファイバ４は、光ファイバ心線等が成端部７にて口出しされ、口出しされた光ファイバ心線等は光スイッチ６を経て光パルス試験器５（いわゆるＢＯＴＤＲ）に導入されている。
光スイッチ６は、光ファイバ４ａ、４ｂの接続を切り替えることによって各光ファイバ４ａ，４ｂのいずれかに試験光を入射することができるようになっている。
【００２６】
ここに示す光ファイバセンサ１は、上述の通り、とう道５１、５２の変形を検出する精度に優れ、しかも設置および保守管理を容易かつ低コストで行うことが可能であるばかりでなく、光ファイバ４がとう道５１、５２の長手方向に沿って蛇行するように配置されているので、とう道５１、５２の長手方向に沿う帯状部分Ｃにおける変形を検出することができる。
従って、とう道５１、５２の広い範囲を変形検出の対象とすることができる。
【００２７】
また、光ファイバ４として、図２に示す光ケーブル１１、すなわち外被１１ａ内に、光ファイバ心線１１ｂと抗張力体１１ｃとを収納した構造のものを採用した場合には、この光ケーブル１１が、構造が単純であるため安価であることから低コスト化が可能となる。
【００２８】
また、光ファイバ４として、図３に示す光ケーブル１２、すなわち光ファイバテープ心線１２ｂを用いたものを採用した場合には、光ファイバテープ心線１２ｂが複数（図示例では４本）の光ファイバ心線を有するものであるため、変形検出に利用する光ファイバ心線が破損した場合でも、他の光ファイバ心線を利用することができる。このため、破損時の補修が容易となる。
【００２９】
また、図４に示す光ケーブル１３、すなわち外被１１ａ内に、光ファイバ心線１３ｂと、保護管１３ｃとを収納し、保護管１３ｃ内に温度補正用光ファイバ１３ｄを収容した構造のものを採用した場合には、次のような効果が得られる。
すなわち、温度補正用光ファイバ１３ｄへの試験光の入射により観測されるブリュアン散乱光は、温度補正用光ファイバ１３ｄの温度により強度が変化するため、観測される散乱光の強度は、光ファイバの部分的な温度の違いに対応して異なることとなる。
このため、この散乱光の強度に基づいて所定の理論式から温度を求めることができることから、光ファイバ心線１３ｂからのブリュアン散乱光の計測データの温度補正が可能となり、検出精度をさらに高めることができる。
また、温度補正用光ファイバ１３ｄを保護管１３ｃ内にルースに収容した構成としたので、温度補正用光ファイバ１３ｄの無歪み状態を維持し、温度補正用光ファイバ１３ｄの歪みに起因する温度データの精度低下を防ぐことができる。
【００３０】
また、図５ないし図７に示す光ファイバ固定部３を採用した場合には、この光ファイバ固定部３が、光ファイバ４を収納する収納溝３２が形成された把持ブロック２２の、連結具２１に対する位置を調整することにより光ファイバ４の伸び歪を調整する歪み調整ネジ２４を備えているので、光ファイバセンサ１を設置する際に、光ファイバ固定部３、３間に架け渡される光ファイバ４の張力や初期歪みの値を所望の値に設定することができる。
このため、光ファイバ４を、弛みを生じず、かつ、とう道５１、５２の変形検出に悪影響を及ぼさない範囲の適度な張力が加えられた状態で光ファイバ固定部３間に張設することが容易となる。従って、さらなる検出精度向上を図ることができる。
【００３１】
また連結具２１の取付部２８に、連結具２１をとう道５１、５２に取り付けるアンカー３３が挿通するアンカー挿通孔３１と、アンカー挿通孔３１を中心とした回転移動による連結具２１の位置ずれを防ぐ回転防止ピン３６とが形成されているので、アンカー挿通孔３１においてアンカー３３を用いて連結具２１をとう道５１、５２に取り付けることによって、とう道５１、５２に対する位置ずれが起きないように連結具２１をとう道５１、５２に取り付けることができる。
このように、連結具２１の一箇所をとう道５１、５２に取り付けることによって、連結具２１を位置ずれしないように取り付けることができることから、光ファイバセンサ１を設置する操作を容易にすることができる。
【００３２】
また、収納溝３２をＳ字状に形成することによって、光ファイバ４が、Ｓ字状に湾曲されている光ファイバ収納溝３２によって湾曲されるため、収納溝３２に収納された部分の光ファイバ４の長さが、直線的に引き通した場合に比べて長くなる。このため、光ファイバ４と収納溝３２内面との間の摩擦力が大きくなり、光ファイバ固定部３からの引き抜き方向への引張力に対する引き抜き耐力が高められ、引張力に対して位置ずれを生じることなく固定状態が安定に維持されるようになる。
従って、光ファイバ４の局所的な把持固定力の集中を回避でき、例えば、一対の鬼目部品による把持固定する構造の光ファイバ固定部に比べて、光ファイバ４を傷めることなく確実に把持固定できる。
【００３３】
図８および図９は、本発明の光ファイバセンサの第２の実施形態を用いた構造物の変形検査システムを示すもので、ここに示す変形検査システムでは、図１に示す光ファイバセンサ１における光ファイバ４ａ，４ｂに代えて、光ファイバ１４、１５が用いられた光ファイバセンサ１１が用いられている。
【００３４】
光ファイバ１４は、測定手段２から連絡路５６、縦坑５４を経てとう道５１内をその長手方向に沿って蛇行しつつ縦坑５５下部に向けて延び、さらに縦坑５５に沿って上方に延び、縦坑５５の上部において下方に向きを変えられ、下方に延びて再びとう道５１に達し、とう道５１内をその長手方向に沿って縦坑５４に向けて延び、縦坑５４および連絡路５６に達している。
光ファイバ１５は、測定手段２から連絡路５６、縦坑５４を経てとう道５２内をその長手方向に沿って蛇行しつつ延び、折り返し点５２ａにおいて逆方向に向けられ、縦坑５４に向けて延びている。
【００３５】
以下、測定手段２から連絡路５６、縦坑５４、とう道５１を経て縦坑５５の上部に達するまでの部分の光ファイバ１４を往路光ファイバ１４ａと呼び、縦坑５５上部からとう道５１、縦坑５４、連絡路５６に配置された部分の光ファイバ１４を復路光ファイバ１４ｂと呼ぶ。
また測定手段２から連絡路５６、縦坑５４、とう道５２を経て折り返し点５２ａに達するまでの部分の光ファイバ１５を往路光ファイバ１５ａと呼び、折り返し点５２ａから縦坑５４に向けてとう道５２内に延在する部分の光ファイバ１５を復路光ファイバ１５ｂと呼ぶ。
【００３６】
とう道５１、５２に配置された往路光ファイバ１４ａ、１５ａは、図１における光ファイバ４ａと同様に、とう道５１、５２の長手方向に沿う区間Ａと、短手方向に沿う区間Ｂとが交互に繰り返されつつ、とう道５１、５２の天井部内壁面である設置面５７、５８に配列設置された光ファイバ固定部３間に張設されている。
これら設置面５７、５８に設置された光ファイバ固定部３と、これらに張設された往路光ファイバ１４ａ、１５ａは第１センサ部に相当する。
【００３７】
本実施形態の光ファイバセンサにおいて、復路光ファイバ１４ｂ、１５ｂは、長手方向に沿って延びる水平部１４ｃ、１５ｃと、ほぼ鉛直方向に沿う鉛直部１４ｄ、１５ｄとからなるように配置されており、これによって光ファイバ１４、１５はとう道５１、５２内に３次元的に配置されている。
鉛直部１４ｄ、１５ｄは、とう道５１、５２の長手方向に間隔をおいて形成されており、鉛直部１４ｄ、１５ｄにおいては、復路光ファイバ１４ｂ、１５ｂが、ほぼ鉛直下方に延び、とう道５１、５２の下部に位置する折り返し点１４ｅ、１５ｅにおいて鉛直上方に方向を変えられ、鉛直上方に延びるループ状に配置されている。
【００３８】
以下、鉛直部１４ｄにおける復路光ファイバ１４ｂの配置について詳細に説明する。
図９に示すように、とう道５１の上部および下部の内壁には、それぞれ上部連結部材１６および下部連結部材１７が固定されている。
これら上部および下部連結部材１６、１７には、それぞれ光ファイバ固定部３ａ、３ｂが取り付けられている。
図９において、上部連結部材１６に達した光ファイバ１４ｂ、１５ｂは、折曲点１８において下方に向けられ、上部連結部材１６に取り付けられた光ファイバ固定部３ａを経てさらに下方に延び、下部連結部材１７に取り付けられた光ファイバ固定部３ｂに達している。
【００３９】
光ファイバ固定部３ａから光ファイバ固定部３ｂに至るまでの間の光ファイバ１４ｂは、弛みを生じず、かつ、とう道５１の変形検出に悪影響を及ぼさない範囲の適度な張力が加えられた状態で光ファイバ固定部３ａ、３ｂ間に張設されており、とう道５１の変形に伴って光ファイバ固定部３ａ、３ｂが互いに接近または離間することによって、これら光ファイバ固定部３ａ、３ｂ間に張設された光ファイバ１４ｂの伸び歪が変化するようになっている。
【００４０】
光ファイバ固定部３ｂを経た光ファイバ１４ｂは、下部連結部材１７内において、光特性に影響しない範囲の湾曲半径で折り返され（折り返し点１４ｅ）、上方に向かって延び、上部連結部材１６に達し、折曲点１９において水平方向に向けられている。
【００４１】
このように、復路光ファイバ１４ｂ、１５ｂは、その一部が設置面５７、５８に対しほぼ垂直な方向に張設されている。復路光ファイバ１４ｂ、１５ｂとこれらが固定された光ファイバ固定部３とは第２センサ部に相当する。
なお、上記実施形態では第２センサ部を構成する復路光ファイバ１４ｂ、１５ｂの一部が設置面５７、５８に対しほぼ垂直に延びる構成を例示したが、これに限らず、第２センサを構成する光ファイバの少なくとも一部が設置面５７、５８に対し傾斜した方向に張設されていればよい。
【００４２】
本実施形態の光ファイバセンサ１１では、とう道５１、５２内においてほぼ水平な面内に配置された往路光ファイバ１４ａ、１５ａと、ほぼ鉛直方向に沿う鉛直部１４ｄ、１５ｄを有する復路光ファイバ１４ｂ、１５ｂとを有するので、とう道５１、５２に鉛直方向の変形が生じ、光ファイバ固定部３ａ、３ｂが互いに接近または離間した場合には、これら光ファイバ固定部３ａ、３ｂ間に張設された光ファイバ１４ｂ、１５ｂの伸び歪が変化する。
このため、とう道５１、５２の変形が水平方向に生じたものである場合に限らず、鉛直方向に生じたものである場合でも、とう道５１、５２の変形の有無を確認できる。従って、変形検出精度をさらに高めることができる。
【００４３】
なお、本発明の光ファイバセンサに用いられる光ファイバとしては、光ケーブルに限定されず、例えば、光コード等も採用可能である。光ケーブルを採用する場合でも、光ファイバセンサ部にて伸び歪みが印加される部分のみ、変形しやすい光コード等を採用することも可能である。
また上記実施形態では、本発明の光ファイバセンサをコンクリートなどからなるとう道に適用した例を示したが、本発明の光ファイバセンサによる変形検出対象物は、とう道に限らず、建築物、擁壁、堤体などであってもよい。
建築物の壁、擁壁、堤体などを検出対象物とする場合には、光ファイバセンサをこの検出対象物に張り巡らせることによって、広い範囲にわたる面的な変形検出が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の光ファイバセンサにあっては、構造物の複数箇所に設置された光ファイバ固定部と、これら光ファイバ固定部に固定されることで該固定部間に張設されて前記構造物に沿って布設された光ファイバとを備え、前記構造物の変形に伴って相隣接する光ファイバ固定部が互いに接近または離間することによって、これら光ファイバ固定部間に張設された光ファイバの伸び歪が変化するようになっているので、光ファイバに試験光を入射させたときに光ファイバから出射される後方散乱光であるブリュアン散乱光を観測することによって、構造物の変形に起因する光ファイバの伸び歪量の変化を検出することができる。
光ファイバは、構造物に沿って布設されているため、構造物に変形が生じた場合には、光ファイバに十分な伸び歪が生じる。このため、光ファイバに生じた伸び歪量を測定することによって、局所的な変形量が小さい場合でも、構造物に生じた変形を確実に検出することができる。
また、光学式センサであるため、電力を消費する電気式センサに比べ、保守管理に必要なコストの点で有利である。また耐久性に優れ、メンテナンスが容易である。
また、誘導電流などの電磁ノイズの影響を受けやすい電気式センサに比べ、外部環境の影響を受けにくく、検出精度を高めることができる。
さらには、従来の電気式センサに比べ、センサからの信号を受け取るための通信線を別途設置する必要がなく、設置に要する手間およびコストの点で有利である。
従って、構造物の変形を検出する精度を向上させ、しかも設置および保守管理を容易かつ低コストで行うことが可能となる。
【００４５】
また光ファイバ固定部を、構造物に取り付けられる連結具と、光ファイバを把持する把持部と、連結具に対する把持部の位置を調整することにより相隣接する光ファイバ固定部の把持部間に張設される光ファイバの伸び歪を調整する歪み調整手段とを備えた構成とすることによって、光ファイバセンサを設置する際に、光ファイバ固定部間に架け渡される光ファイバの張力を所望の値に設定することができる。
このため、光ファイバを、弛みを生じず、かつ、構造物の変形検出に悪影響を及ぼさない範囲の適度な張力が加えられた状態で光ファイバ固定部間に張設することが容易となる。従って、さらなる検出精度向上を図ることができる。
【００４６】
また連結具を、構造物に取り付られる連結具取付部と、この連結具取付部を中心とした回転移動による連結具の位置ずれを防ぐ回転防止部とを備え、この回転防止部を、構造物に係止可能に構成することによって、連結具取付部において連結具を構造物に取り付けることで位置ずれが起きないように連結具を構造物に取り付けることができるようになる。
このように、連結具の一箇所を構造物に取り付けることによって、連結具を位置ずれしないように取り付けることができることから、光ファイバセンサを設置する操作を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光ファイバセンサの一実施形態を使用した構造物の変形検査システムの概略構成図である。
【図２】 図１に示す光ファイバセンサに用いられる光ファイバの一例を示す断面図である。
【図３】 図１に示す光ファイバセンサに用いられる光ファイバの他の例を示す断面図である。
【図４】 図１に示す光ファイバセンサに用いられる光ファイバのさらに他の例を示す断面図である。
【図５】 図１に示す光ファイバセンサに用いられる光ファイバ固定部の一例を示す断面図である。
【図６】 図５に示す光ファイバ固定部の構造を示す図である。
【図７】 図６に示す光ファイバ固定部の構造を示す図である。
【図８】 本発明の光ファイバセンサの他の実施形態を使用した構造物の変形検査システムの概略構成図である。
【図９】 図６に示す光ファイバセンサの要部拡大図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１、１１・・・光ファイバセンサ、２・・・測定手段、３、３ａ、３ｂ・・・光ファイバ固定部、４、４ａ、４ｂ、１４、１５・・・光ファイバ、１４ａ，１５ａ・・・往路光ファイバ（第１センサ）、１４ｂ、１５ｂ・・・復路光ファイバ（第２センサ）、２１・・・連結具、２２・・・把持ブロック（把持部）、２４・・・歪み調整ネジ（歪み調整手段）、３１・・・アンカー挿通孔（連結具取付部）、３６・・・回転防止ピン（回転防止部）、５７、５８・・・設置面

Claims (3)

1. 構造物の変形を検出する光ファイバセンサであって、構造物の複数箇所に設置された光ファイバ固定部と、これら光ファイバ固定部に固定されることで該固定部間に張設されて前記構造物に沿って布設された光ファイバとを備え、
   前記構造物の変形に伴って相隣接する光ファイバ固定部が互いに接近または離間することによって、これら光ファイバ固定部間に張設された光ファイバの伸び歪が変化するようになっており、
   光ファイバ固定部は、構造物に取り付けられる連結具と、光ファイバを把持する把持部と、連結具に対する把持部の位置を調整することにより相隣接する光ファイバ固定部の把持部間に張設される光ファイバの伸び歪を調整する歪み調整手段とを備え、
   前記把持部には、前記光ファイバを収納する光ファイバ収納溝が形成され、この光ファイバ収納溝は、その内面と前記光ファイバとの間の摩擦力によって、前記光ファイバを、引き抜き方向への引張力に抗して前記光ファイバ収納溝内に固定できることを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 前記光ファイバ収納溝は、湾曲して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
3. 連結具は、構造物に取り付られる連結具取付部と、この連結具取付部を中心とした回転移動による連結具の位置ずれを防ぐ回転防止部とを備え、
   この回転防止部は、構造物に係止可能とされ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。

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