JP4627533B2 - Underground displacement measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、所定地盤内の地中変位を計測する地中変位計測装置に関するものである。 The present invention relates to an underground displacement measuring apparatus that measures underground displacement within a predetermined ground.
一般に、地中変位計測装置とは、地盤地中内の変位・変動が予測される地中内に設置され、当該地盤の地表面や地表面近傍位置に設置した構造物などの隆起・変形を招来する地中変位量を計測する装置と指標されている。
ここで、従来、地中変位計測装置としては、地中の変位量を電気信号へ変換する計測装置、電気抵抗の変化から地中の伸縮量を計算する計測装置などいわゆる電気式計測装置が一般に知られている。
In general, an underground displacement measuring device is installed in the ground where displacement or fluctuation in the ground is predicted, and it is used to measure uplift / deformation of structures, etc. installed on the ground surface or in the vicinity of the ground surface. It is indexed as a device that measures the amount of underground displacement that is introduced.
Here, conventionally, as an underground displacement measuring device, a so-called electric measuring device such as a measuring device that converts an underground displacement amount into an electric signal, or a measuring device that calculates an underground expansion / contraction amount from a change in electric resistance is generally used. Are known.
しかし、このような従来の電気式計測装置では、以下の様な課題が生じていた。
すなわち、地中内変動が起きる地盤内では地下水位が高く、従来の電気式地中変位計測装置では、電線、その他金属部材で形成された計測装置構成部材の腐食、絶縁不良やショートなどが起こりやすく、もって計測装置の耐久性に限界が認められ、長期間の使用ができないとの課題があった。
また、複数個の電気式地中変位計測装置を同時に用いる際には、通常、電気信号の伝送を行うにつき、1個の地中変位計測装置で1本のケーブルが必要となるため、複数本の伝送用ケーブルを用意しなければならないこととなり、その結果、ケーブルの材料費と設置費用がきわめて高価になってしまうとの課題があった。
さらに、電気式の地中変位計測装置であると、電気信号が通常の状態で伝送できる距離は最大1km程度とされており、それ以上の距離の場合は増幅装置が必要となるので、この点からも機械費用や設置費用が割高になるとの課題があった。
However, such a conventional electric measuring apparatus has the following problems.
In other words, the groundwater level is high in the ground where subsurface fluctuations occur, and in conventional electric underground displacement measuring devices, corrosion, insulation failure, short-circuiting, etc. of measuring device components formed of electric wires and other metal members occur. There was a problem that the durability of the measuring device was limited, and that it could not be used for a long time.
In addition, when a plurality of electric underground displacement measuring devices are used at the same time, normally, one cable is required for one underground displacement measuring device to transmit an electrical signal. As a result, there has been a problem that the material cost and installation cost of the cable become extremely expensive.
Furthermore, in the case of an electrical underground displacement measuring device, the distance that electrical signals can be transmitted in a normal state is about 1 km at maximum, and an amplifier is required for distances longer than this, Therefore, there was a problem that the machine cost and the installation cost were expensive.
そこで近年、光ファイバセンサを利用した地中変位計測装置が開発されるに至った(特開2004−163294号公報参照)。
しかして、この装置により従来の電気式地中変位計測装置の課題はほとんどが解決されるものとなった。
In recent years, therefore, an underground displacement measuring apparatus using an optical fiber sensor has been developed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-163294).
As a result, most of the problems of the conventional electric underground displacement measuring apparatus have been solved by this apparatus.
すなわち、いわゆるFBG式光ファイバセンサを利用することにより、伝送信号の減衰が激しい電線を用いる必要がない。また、FBG式光ファイバセンサは電気信号ではなく光信号を用いて計測を行うもので、単一の、すなわち1本の光ファイバケーブルで多数の地中計測装置を同時に接続し、計測可能となるため、伝送用光ケーブルの本数は伝送用電線に比較し圧倒的に少なくてすむものとなる。
さらに、光信号は長距離の伝送でも減衰が少なく、最大約9kmまで増幅装置を用いずに伝送可能とされる。
That is, by using a so-called FBG type optical fiber sensor, it is not necessary to use an electric wire in which the transmission signal is severely attenuated. In addition, the FBG type optical fiber sensor performs measurement using an optical signal instead of an electric signal, and a single, that is, a single optical fiber cable can be used to simultaneously connect a large number of underground measurement devices and perform measurement. Therefore, the number of transmission optical cables is far less than that of transmission wires.
Furthermore, optical signals are less attenuated even over long distance transmission, and can be transmitted up to about 9 km without using an amplifier.
かくして、本発明はいわゆるFBG式光ファイバセンサを利用した地中変位計測装置に、さらに改良を加え、品質を向上させたものであって、特に、地中内変動が起きる地盤内では地下水位が高く、耐水性の高い装置が要請されていることに応え開発されたものである。
すなわち、地下水位が高い地中内に設置した場合であっても、耐水性に優れているために長期間の使用にも耐え、しかも精度よく計測できる地中変位計測装置を提供することを目的とするものである。
Thus, the present invention is a further improvement to the underground displacement measuring device using the so-called FBG type optical fiber sensor to improve the quality, and in particular, the groundwater level in the ground where the underground fluctuation occurs. It was developed in response to the demand for high and water-resistant devices.
In other words, even when installed in the ground where the groundwater level is high, the object is to provide an underground displacement measuring device that can withstand long-term use and can measure with high accuracy due to its excellent water resistance. It is what.
本発明による地中変位計測装置は、
筒状収納部材と、前記筒状収納部材の上端部を閉塞する上端閉塞部と、筒状閉塞部の下端部を閉塞する下端閉塞部と、前記上端閉塞部及び前記下端閉塞部とにより上、下端部が閉塞され保護管とされた筒状収納部材に密閉状態で収納される計測部形成部と、を備え、
前記計測部形成部は、FBGによって構成された検出部と、該検出部が取り付けられると共に、検出された検出信号を伝送する1本の伝送用光ファイバケーブルと、前記検出部が取り付けられた伝送用光ファイバケーブルを被覆保護する被覆保護部と、前記被覆保護部の下端と前記下端閉塞部とを連結し、被覆保護部に張力を付加する張力付加部材と、を有し、
前記被覆保護部は、上、下の膨出部及び棒状被覆保護部を有する構成ユニットの1対を挟み合わせて内部を密閉状態となす構成とされ、少なくとも一方側の構成ユニットにおける前記上、下の膨出部及び棒状被覆保護部には、検出部つき伝送用光ファイバケーブルを導入、配置する導入溝が設けられ、上の膨出部における導入溝に沿って検出部つき伝送用光ファイバケーブルが導入されると共に、前記棒状被覆保護部における導入溝の略中間位置に前記検出部が配置され、下の膨出部において検出部つき伝送用光ファイバケーブルが折り返されて、棒状被覆保護部及び上の膨出部の導入溝に導入され、上の膨出部から外部へ向け退出させる構成とされ、
前記検出部つき伝送用光ファイバケーブルは、前記筒状収納部と前記被覆保護部とにより密閉、被覆され、外部から二重に遮断されてなり、
前記検出部が、地中の変化により伸縮してひずみを検出する際には、前記被覆保護部における棒状被覆保護部が該検出部と共に伸縮する構成とされた、
ことを特徴とし、
または、
筒状収納部材と、前記筒状収納部材の上端部を閉塞する上端閉塞部と、筒状閉塞部の下端部を閉塞する下端閉塞部と、前記上端閉塞部及び前記下端閉塞部とにより上、下端部が閉塞され保護管とされた筒状収納部材に密閉状態で収納される計測部形成部と、を備え、
前記計測部形成部は、FBGによって構成された検出部と、該検出部が取り付けられると共に、検出された検出信号を伝送する1本の伝送用光ファイバケーブルと、前記検出部が取り付けられた伝送用光ファイバケーブルを被覆保護する被覆保護部と、前記被覆保護部の下端と前記下端閉塞部とを連結し、被覆保護部に張力を付加する張力付加部材と、張力が付加されない伝送用光ファイバケーブル部分に設けられたFBGよりなる温度検出部と、を有し、
前記被覆保護部は、上、下の膨出部及び棒状被覆保護部を有する構成ユニットの1対を挟み合わせて内部を密閉状態となす構成とされ、少なくとも一方側の構成ユニットにおける前記上、下の膨出部及び棒状被覆保護部には、検出部つき伝送用光ファイバケーブルを導入、配置する導入溝が設けられ、上の膨出部における導入溝に沿って検出部つき伝送用光ファイバケーブルが導入されると共に、前記棒状被覆保護部における導入溝の略中間位置に前記検出部が配置され、下の膨出部において検出部つき伝送用光ファイバケーブルが折り返されて、棒状被覆保護部及び上の膨出部の導入溝に導入され、上の膨出部から外部へ向け退出させる構成とされ、
前記検出部つき伝送用光ファイバケーブルは、前記筒状収納部と前記被覆保護部とにより密閉、被覆され、外部から二重に遮断され、
前記検出部が、地中の変化により伸縮してひずみを検出する際には、前記被覆保護部における棒状被覆保護部が該検出部と共に伸縮する構成とされた、
ことを特徴とし、
または、
合成樹脂製の筒状収納部材と、前記筒状収納部材の上端部を閉塞する合成樹脂製の上端閉塞部と、筒状閉塞部の下端部を閉塞する合成樹脂製の下端閉塞部と、前記上端閉塞部及び前記下端閉塞部とにより上、下端部が閉塞され保護管とされた筒状収納部材に密閉状態で収納される計測部形成部と、を備え、
前記計測部形成部は、FBGによって構成された検出部と、該検出部が取り付けられると共に、検出された検出信号を伝送する1本の伝送用光ファイバケーブルと、前記検出部が取り付けられた伝送用光ファイバケーブルを被覆保護する繊維強化プラスチック材製の被覆保護部と、前記被覆保護部の下端と前記下端閉塞部とを連結し、被覆保護部に張力を付加する繊維強化プラスチック材製の張力付加部材と、張力が付加されない伝送用光ファイバケーブル部分に設けられたFBGよりなる温度検出部と、を有し、
前記被覆保護部は、上、下の膨出部及び棒状被覆保護部を有する構成ユニットの1対を挟み合わせて内部を密閉状態となす構成とされ、少なくとも一方側の構成ユニットにおける前記上、下の膨出部及び棒状被覆保護部には、検出部つき伝送用光ファイバケーブルを導入、配置する導入溝が設けられ、上の膨出部における導入溝に沿って検出部つき伝送用光ファイバケーブルが導入されると共に、前記棒状被覆保護部における導入溝の略中間位置に前記検出部が配置され、下の膨出部において検出部つき伝送用光ファイバケーブルが折り返されて、棒状被覆保護部及び上の膨出部の導入溝に導入され、上の膨出部から外部へ向け退出させる構成とされ、
前記検出部つき伝送用光ファイバケーブルは、前記筒状収納部と前記被覆保護部とにより密閉、被覆され、外部から二重に遮断され、
前記検出部が、地中の変化により伸縮してひずみを検出する際には、前記被覆保護部における棒状被覆保護部が該検出部と共に伸縮する構成とされた、
ことを特徴とし、
または、
前記筒状収納部材を長手方向に向かい複数個設置し、該複数個設置した筒状収納部材内の伝送用光ファイバケーブルを接続して構成した、
ことを特徴とし、
または、
前記筒状収納部材を並列に複数個設置し、該複数個設置した筒状収納部材内の伝送用光ファイバケーブルを接続して構成した、
ことを特徴とするものである。
The underground displacement measuring apparatus according to the present invention is
A cylindrical storage member, an upper end closing portion that closes an upper end portion of the cylindrical storage member, a lower end closing portion that closes a lower end portion of the cylindrical closing portion, and the upper end closing portion and the lower end closing portion, A measurement unit forming unit that is stored in a sealed state in a cylindrical storage member having a lower end closed and a protective tube ,
The measuring unit forming part includes a detection unit constituted by FBG, with detection portion is attached, one and the transmission optical fiber cable for transmitting a detection signal detected, the detection section is attached transmission A coating protection portion for coating and protecting the optical fiber cable, and a tension applying member for connecting the lower end of the coating protection portion and the lower end closing portion and applying tension to the coating protection portion,
The covering protection part is configured to sandwich a pair of constituent units having an upper and lower bulging part and a rod-like covering protecting part so that the inside is sealed, and the upper and lower parts in at least one of the constituent units The bulging part and the rod-shaped covering protection part are provided with an introduction groove for introducing and arranging a transmission optical fiber cable with a detection part, and the transmission optical fiber cable with a detection part along the introduction groove in the upper bulge part Is introduced, and the optical fiber cable for transmission with the detector is folded back at the lower bulging portion, and the rod-like sheath protector and It is introduced into the introduction groove of the upper bulging part, and is configured to exit outward from the upper bulging part,
The transmission optical fiber cable with the detection unit is hermetically sealed and covered by the cylindrical storage unit and the covering protection unit, and is double cut off from the outside.
When the detection unit detects strain by expanding and contracting due to a change in the ground, the rod-shaped coating protection unit in the coating protection unit is configured to expand and contract together with the detection unit.
It is characterized by
Or
A cylindrical storage member, an upper end closing portion that closes an upper end portion of the cylindrical storage member, a lower end closing portion that closes a lower end portion of the cylindrical closing portion, and the upper end closing portion and the lower end closing portion, A measurement unit forming unit that is stored in a sealed state in a cylindrical storage member having a lower end closed and a protective tube ,
The measuring unit forming part includes a detection unit constituted by FBG, with detection portion is attached, one and the transmission optical fiber cable for transmitting a detection signal detected, the detection section is attached transmission A coating protection part for coating and protecting the optical fiber cable, a tension applying member for connecting the lower end of the coating protection part and the lower end closing part, and applying tension to the coating protection part, and an optical fiber for transmission without applying tension A temperature detection unit made of FBG provided in the cable part ,
The covering protection part is configured to sandwich a pair of constituent units having an upper and lower bulging part and a rod-like covering protecting part so that the inside is sealed, and the upper and lower parts in at least one of the constituent units The bulging part and the rod-shaped covering protection part are provided with an introduction groove for introducing and arranging a transmission optical fiber cable with a detection part, and the transmission optical fiber cable with a detection part along the introduction groove in the upper bulge part Is introduced, and the optical fiber cable for transmission with the detector is folded back at the lower bulging portion, and the rod-like sheath protector and It is introduced into the introduction groove of the upper bulging part, and is configured to exit outward from the upper bulging part,
The optical fiber cable for transmission with the detection unit is hermetically sealed and covered by the cylindrical storage unit and the covering protection unit, and is double cut off from the outside,
When the detection unit detects strain by expanding and contracting due to a change in the ground, the rod-shaped coating protection unit in the coating protection unit is configured to expand and contract together with the detection unit.
It is characterized by
Or
A synthetic resin tubular housing member, and the cylindrical housing upper closed portion of synthetic resin for closing the upper end of the member, and the lower end closed portion of the synthetic resin for closing the lower end of the cylindrical closing part, the An upper end closing portion and a lower end closing portion, and a measurement portion forming portion that is housed in a sealed state in a cylindrical housing member that is closed at the lower end portion to form a protective tube ,
The measuring unit forming part includes a detection unit constituted by FBG, with detection portion is attached, one and the transmission optical fiber cable for transmitting a detection signal detected, the detection section is attached transmission a fiber-reinforced plastic material made of covering portions for covering and protecting the use optical fiber cables, said covering the lower end of the protective portion and connecting the said bottom closure portion, the tension of the manufactured fiber-reinforced plastic material for adding tension to the covering portion An additional member, and a temperature detection unit made of FBG provided in a transmission optical fiber cable portion to which no tension is applied,
The covering protection part is configured to sandwich a pair of constituent units having an upper and lower bulging part and a rod-like covering protecting part so that the inside is sealed, and the upper and lower parts in at least one of the constituent units The bulging part and the rod-shaped covering protection part are provided with an introduction groove for introducing and arranging a transmission optical fiber cable with a detection part, and the transmission optical fiber cable with a detection part along the introduction groove in the upper bulge part Is introduced, and the optical fiber cable for transmission with the detector is folded back at the lower bulging portion, and the rod-like sheath protector and It is introduced into the introduction groove of the upper bulging part, and is configured to exit outward from the upper bulging part,
The optical fiber cable for transmission with the detection unit is hermetically sealed and covered by the cylindrical storage unit and the covering protection unit, and is double cut off from the outside,
When the detection unit detects strain by expanding and contracting due to a change in the ground, the rod-shaped coating protection unit in the coating protection unit is configured to expand and contract together with the detection unit.
It is characterized by
Or
A plurality of the cylindrical storage members are installed facing in the longitudinal direction, and configured by connecting transmission optical fiber cables in the plurality of cylindrical storage members installed,
It is characterized by
Or
A plurality of the cylindrical storage members are installed in parallel, and configured by connecting transmission optical fiber cables in the plurality of cylindrical storage members installed,
It is characterized by this.
本発明による地中変位計測装置によれば、いわゆるFBG式光ファイバセンサを利用した地中変位計測装置にさらに改良を加え、特に、地中内変動が起きる地盤内では地下水位が高く、耐水性の高い装置が要請されるが、このような地下水位の高い箇所での計測であっても、充分に耐水性に優れているために長期間の使用にも耐えられ、しかも精度のよい計測ができるとの優れた効果を奏する。
According to the underground displacement measuring apparatus according to the present invention, the underground displacement measuring apparatus using the so-called FBG type optical fiber sensor is further improved. In particular, the groundwater level is high in the ground where underground changes occur, and the water resistance is high. However, even when measuring at such high groundwater levels, it is sufficiently water-resistant so that it can withstand long-term use and can be measured accurately. There is an excellent effect that can be done.
以下、本発明を図に示す発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the best mode for carrying out the invention shown in the drawings.
まず、図1から理解されるように、本発明による地中変位計測装置1は、筒状収納部材2と、前記筒状収納部材2の上端部を閉塞する上端閉塞部3と、筒状閉塞部2の下端部を閉塞する下端閉塞部4と、該筒状収納部材2に収納される計測部形成部5とを有して構成されている。
First, as understood from FIG. 1, the underground
そして、前記計測部形成部5は、検出信号伝送用光ファイバケーブル7が1本用いられ、かつこの伝送用光ファイバケーブル7の所定箇所にはファイバグーティング(FBG)20により構成された検出部6が設けられている。
しかして、該検出部6つき伝送用光ファイバケーブル7は、前記筒状収納部材2内へ挿入されると共に、検出部6を内部へ設置した後、折り返されて外部へむけて退出する構成とされている。
そして、当該検出部6及び伝送用光ファイバケーブル7を被覆保護する被覆保護部8と、該被覆保護部8の下端と下端閉塞部4とを連結し、検出部6及び伝送用光ファイバケーブル7に一定の張力を付加する弾性係数の大きい張力付加部材9をも有している。
The measurement
Thus, the transmission
Then, the
ここで、図1に示すように、筒状収納部材2は、塩化ビニル樹脂などの合成樹脂材で構成するとよい。該筒状収納部2は、内部に収納される検出部6や伝送用光ファイバケーブル7を地下水の浸水などから保護する保護管となるものだからである。
Here, as shown in FIG. 1, the
下端閉塞部4は、前記筒状収納部2の下端開口を塞ぐもので、図1から理解されるように、略栓状に形成されている。また、上端閉塞部3は前記筒状収納部2の上端開口を塞ぐよう略円盤状の形状になっている。
The lower
これら上端閉塞部3及び下端閉塞部4についても筒状収納部2と同様に塩化ビニル樹脂などの合成樹脂材で構成するとよい。
The upper
次に、被覆保護部8の構成につき、図1,図2,図3などを参照して説明すると、まず、該被覆保護部8は、2つの構成ユニット10,10を挟みあわせて、検出部6や伝送用の光ファイバケーブル7を外部から完全に遮蔽し被覆保護するように構成されている。この被覆保護部8の構成ユニット10は、図から理解されるように、上下の膨出部とその中間の棒状被覆保護部とにより形成されており、前記の棒状被覆保護部内部に検出部6が配置される構成となっている。
Next, the configuration of the
ここで、一方側の構成ユニット10には検出部6つき伝送用光ファイバケーブル7を導入する導入溝11が設けてある場合があり、該導入溝11内に沿って検出部6つき光ファイバケーブル7を前記棒状被覆保護部に配置する。そして、その両端側は上下の膨出部によって被覆保護されると共に、挟み込まれて固定される。
Here, there is a case where an
この様に、検出部6つき光ファイバケーブル7が導入溝11に沿って配設された前記一方側の構成ユニット10には、図2に示すように他方側の構成ユニット10が貼り付けられ、検出部6つき光ファイバケーブル7は挟み合わされて密閉状態とされ、完全に被覆保護されるものとなる。よって、地下水位の高い地中内にあっても、地下水の浸水を完全に防護でき、もって長期間の使用ができるものとされた。
In this way, to the one-
ここで、2つの構成ユニット10,10を貼り合わせて固定する方法については何ら限定されるものではないが、例えば、接着剤で接着するなど、両構成ユニット10,10を貼り合わせ固着し、密閉することが考えられる。
Here, the method of adhering and fixing the two
そして、前記被覆保護部8を繊維強化プラスチック(FRP)で形成しておけば、該繊維強化プラスチック(FRP)はきわめて耐水性が高い材質であり、もって密閉性もよく、たとえ地下水位の高い地中内で使用されたとしても、内部に浸水することがなく、長期間の使用に充分耐えうるものとなる。 また、被覆保護部8の下端からは前記張力付加部材9が接続される。
この張力付加部材9としては、比較的弾性係数の大きい繊維強化プラスチック部材(FRP)などで形成した棒状のコード部材が好ましい。そして、この張力付加部材9の下端を前記の下端閉塞部4に固着するものとなる。
And if the said
The
以上において次に、本発明による計測装置の組み立て及び設置につき説明する。
まず、検出部6つき光ファイバケーブル7を、被覆して保護する被覆保護部8を構成する構成ユニット10の導入溝11内に配置し、2つの構成ユニット10,10を貼り合わせ固着する。
Next, the assembly and installation of the measuring device according to the present invention will be described.
First, the
ここで、前記のように、検出部6は被覆保護部8の略中間位置に設置され、また被覆保護部8の先端側から挿入された伝送用光ファイバケーブル7は被覆保護部8の後端側に設けられた例えば円柱状の突起により構成された折り返し部12で折り返し、再度前記被覆保護部8の先端側から退出するよう構成される。
Here, as described above, the
しかして、検出部6と伝送用光ファイバ7が配置された被覆保護部8は筒状収納部材2内に収納され、収納された被覆保護部8の後端側には、下端閉塞部4に接続された棒状の張力付加部材9が連結される。
Thus, the
その後、上端閉塞部3を上下に貫通するボルト部材13を収納されている被覆保護部8の先端側に連結し、前記ボルト部材13を螺合することにより、筒状収納部材2内において、一定の張力をもって被覆保護部8を配置する。
Thereafter, a
しかして、筒状収納部材2の内部は上端閉塞部3と下端閉塞部4とによって密閉されると共に、さらに、検出部6と伝送用光ファイバケーブル7とは被覆保護部8によって厳重に遮蔽、密閉され、もって地下水によって浸水するおそれが全くないものとなる。
Thus, the inside of the
このように組み立てられ、作成された地中変位計測装置1は、たとえば図5に示すような箇所の地中内に設置される。
The underground
図5に示す地盤は、例えば変形しない堅牢な地盤部分14と、その上に位置する塑性圧により隆起し、変質する地盤部分15とよりなる。そして当該地盤は地下水位の高い地盤となっている。
The ground shown in FIG. 5 includes, for example, a
このような地盤上にトンネル23などが形成された場合、地盤の隆起などの地中変位がダイレクトにインバート16の隆起に直結する。よって、絶えず当該地盤の変位を計測し、監視する必要があるのである。
When the
そこで、トンネル23のインバート16を掘削し、この掘削孔に前記地中変位計測装置1を設置するのである。
Therefore, the
すると、被覆保護部8の上部膨出部と下部膨出部との中間位置に設置された棒状被覆保護部内の検出部6が、地中の変化により、例えば棒状被覆保護部と共に伸縮してひずみを生じ、該ひずみを検出することにより地中変位を計測することになる。
本発明では、検出部6の構成につき、図4に示すような、ファイバグレーティング型光ファイバセンサ、すなわちファイバグレーティング(FBG)をセンサとして使用している、
ここで、FBGタイプのセンサ原理につき、若干説明しておく。
Then, the
In the present invention, a fiber grating type optical fiber sensor, that is, a fiber grating (FBG) as shown in FIG.
Here, the FBG type sensor principle will be briefly described.
まず、図4に示すように、光ファイバケーブル7のコア21内に複数のブラッグ回折格子17を形成する。
そして、ブラッグ回折格子17に入射光18が入射されると、ブラッグ回折格子17の間隔xとコア21の屈折率の積に比例する周波数を持つ反射光19が発生する。
First, as shown in FIG. 4, a plurality of
When the
しかして、光ファイバケーブル7にひずみが生じると、ブラッグ回析格子17の間隔xが変化するため、反射光19の周波数も変化する。そして、ファイバグレーティング(FBG)20を利用したセンサ、すなわちファイバグレーティングセンサは、この変化量をもとにひずみを計算するものとなる。
Thus, when the
FBG、すなわちファイバグレーティング20は光ファイバケーブル7のコア内ブラッグ回析格子17を入射光18を用いてGeドープ領域に形成されたもので、格子間隔xで決まる特定の波長λの光を反射する特徴を有する。
The FBG, that is, the fiber grating 20 is formed by forming the
今、長さLの光ファイバケーブル7が張力を受けてΔLだけ伸張したとき、ひずみをεとして
Now, when the
従って、反射光19の波長を計測することでひずみεが得られることとなる。
Therefore, the strain ε can be obtained by measuring the wavelength of the reflected
しかして、ファイバグレーティング20を検出部6として構成すれば、その物体の歪みをファイバグレーティング20の歪みとして検出することができるのである。
Therefore, if the fiber grating 20 is configured as the
また、ファイバグレーティング20の透過光22は反射成分が欠落したスペクトルとなるので、欠落した波長を計測しても同様の計測が可能となる。
Further, since the transmitted
このように、ファイバグレーティング20は、光ファイバケーブル7のコア21内の屈折率を周期的に変化させたブラッグ回折格子17を有して構成されており、該ファイバグレーティング波長選択性をひずみ測定に応用したものと言える。
As described above, the fiber grating 20 includes the
また、ファイバグレーティング型光ファイバセンサの前記ファイバグレーティング20には1mmあたり約2000個のブラッグ回折格子17が配置可能と言われているのである。
In addition, it is said that about 2000
なお、図2に示すように、張力付加部材9によって張力が付加されない光ファイバケーブル部分、換言すれば被覆保護部8が伸縮しない部分、すなわち例えば、被覆保護部8の上方部分膨出部にファイバグレーティング(FBG)20よりなる温度検出部24を設けておくことが考えられる。
As shown in FIG. 2, the optical fiber cable portion to which no tension is applied by the
ファイバグレーティング(FBG)20は温度によっても変化するものであり、この温度検出部24によって温度変化の部分のひずみだけ計測できれば、それを本来のひずみ計測値の補正に使用することができるからである。
また、本発明の様に光ファイバケーブル7を使用する計測装置の場合は、1本の光ファイバケーブル7の長さ方向各箇所に間隔をあけて複数の検出部6を装着し、該光ファイバケーブル7を複数個の筒状収納部材2内に直列状態にして長手方向に接続し、長尺な計測装置を構成すれば、地中内深い箇所から地表面まで複数層からなる地盤の変位をそれぞれの検出部6で計測できる装置とすることができる(図10参照)。
さらに、図5に示すようなトンネル23内において、その長手方向へ向け、所定間隔をあけた状態で本発明による計測装置を設置することもでき、もって精度の高い地中変位計測、監視ができるものとなる(図9参照)。
This is because the fiber grating (FBG) 20 changes depending on the temperature, and if the
Further, in the case of a measuring device using the
Furthermore, in the
本発明による地中変位計測装置は、地中内の地下水位が高い箇所であって、供用中のトンネル23の変状監視や変状が継続的に進行している供用中のトンネル23におけるインバートの盤ぶくれ、さらには供用中のトンネル23における側壁・アーチ部の変形の長期監視など計測箇所が坑口から離れており、長距離の信号伝送が必要な変状監視にきわめて有効である。
さらには、地中内の地下水位が高い箇所であって、遠隔地の地すべり斜面の防災監視、地すべり斜面と、信号を受信し地すべりを監視する場所が離れている場合の地すべり斜面の防災監視などにもきわめて有効なものとなる(図11参照)。
The underground displacement measuring device according to the present invention is a place where the underground water level in the underground is high, and the inversion in the in-
In addition, disaster prevention monitoring of landslide slopes in the ground where the groundwater level is high, disaster prevention monitoring of landslide slopes when the landslide slope and the place where signals are received and monitored are remote Is extremely effective (see FIG. 11).
1 地中変位計測装置
2 筒状収納部
3 上端閉塞部
4 下端閉塞部
5 計測部形成部
6 検出部
7 伝送用光ファイバケーブル
8 被覆保護部
9 張力付加部材
10 構成ユニット
11 導入溝
12 折り返し部
13 ボルト部材
14 変形しない堅牢な地盤部分
15 塑性圧により隆起し、変質する地盤
16 インバート
17 ブラッグ回析格子
18 入射光
19 反射光
20 ファイバグレーティング
21 コア
22 透過光
23 トンネル
24 温度検出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記計測部形成部は、FBGによって構成された検出部と、該検出部が取り付けられると共に、検出された検出信号を伝送する1本の伝送用光ファイバケーブルと、前記検出部が取り付けられた伝送用光ファイバケーブルを被覆保護する被覆保護部と、前記被覆保護部の下端と前記下端閉塞部とを連結し、被覆保護部に張力を付加する張力付加部材と、を有し、
前記被覆保護部は、上、下の膨出部及び棒状被覆保護部を有する構成ユニットの1対を挟み合わせて内部を密閉状態となす構成とされ、少なくとも一方側の構成ユニットにおける前記上、下の膨出部及び棒状被覆保護部には、検出部つき伝送用光ファイバケーブルを導入、配置する導入溝が設けられ、上の膨出部における導入溝に沿って検出部つき伝送用光ファイバケーブルが導入されると共に、前記棒状被覆保護部における導入溝の略中間位置に前記検出部が配置され、下の膨出部において検出部つき伝送用光ファイバケーブルが折り返されて、棒状被覆保護部及び上の膨出部の導入溝に導入され、上の膨出部から外部へ向け退出させる構成とされ、
前記検出部つき伝送用光ファイバケーブルは、前記筒状収納部と前記被覆保護部とにより密閉、被覆され、外部から二重に遮断されてなり、
前記検出部が、地中の変化により伸縮してひずみを検出する際には、前記被覆保護部における棒状被覆保護部が該検出部と共に伸縮する構成とされた、
ことを特徴とする地中変位計測装置。
A cylindrical storage member, an upper end closing portion that closes an upper end portion of the cylindrical storage member, a lower end closing portion that closes a lower end portion of the cylindrical closing portion, and the upper end closing portion and the lower end closing portion, A measurement unit forming unit that is stored in a sealed state in a cylindrical storage member having a lower end closed and a protective tube ,
The measuring unit forming part includes a detection unit constituted by FBG, with detection portion is attached, one and the transmission optical fiber cable for transmitting a detection signal detected, the detection section is attached transmission A coating protection portion for coating and protecting the optical fiber cable, and a tension applying member for connecting the lower end of the coating protection portion and the lower end closing portion and applying tension to the coating protection portion,
The covering protection part is configured to sandwich a pair of constituent units having an upper and lower bulging part and a rod-like covering protecting part so that the inside is sealed, and the upper and lower parts in at least one of the constituent units The bulging part and the rod-shaped covering protection part are provided with an introduction groove for introducing and arranging a transmission optical fiber cable with a detection part, and the transmission optical fiber cable with a detection part along the introduction groove in the upper bulge part Is introduced, and the optical fiber cable for transmission with the detector is folded back at the lower bulging portion, and the rod-like sheath protector and It is introduced into the introduction groove of the upper bulging part, and is configured to exit outward from the upper bulging part,
The transmission optical fiber cable with the detection unit is hermetically sealed and covered by the cylindrical storage unit and the covering protection unit, and is double cut off from the outside.
When the detection unit detects strain by expanding and contracting due to a change in the ground, the rod-shaped coating protection unit in the coating protection unit is configured to expand and contract together with the detection unit.
An underground displacement measuring device characterized by that.
前記計測部形成部は、FBGによって構成された検出部と、該検出部が取り付けられると共に、検出された検出信号を伝送する1本の伝送用光ファイバケーブルと、前記検出部が取り付けられた伝送用光ファイバケーブルを被覆保護する被覆保護部と、前記被覆保護部の下端と前記下端閉塞部とを連結し、被覆保護部に張力を付加する張力付加部材と、張力が付加されない伝送用光ファイバケーブル部分に設けられたFBGよりなる温度検出部と、を有し、
前記被覆保護部は、上、下の膨出部及び棒状被覆保護部を有する構成ユニットの1対を挟み合わせて内部を密閉状態となす構成とされ、少なくとも一方側の構成ユニットにおける前記上、下の膨出部及び棒状被覆保護部には、検出部つき伝送用光ファイバケーブルを導入、配置する導入溝が設けられ、上の膨出部における導入溝に沿って検出部つき伝送用光ファイバケーブルが導入されると共に、前記棒状被覆保護部における導入溝の略中間位置に前記検出部が配置され、下の膨出部において検出部つき伝送用光ファイバケーブルが折り返されて、棒状被覆保護部及び上の膨出部の導入溝に導入され、上の膨出部から外部へ向け退出させる構成とされ、
前記検出部つき伝送用光ファイバケーブルは、前記筒状収納部と前記被覆保護部とにより密閉、被覆され、外部から二重に遮断され、
前記検出部が、地中の変化により伸縮してひずみを検出する際には、前記被覆保護部における棒状被覆保護部が該検出部と共に伸縮する構成とされた、
ことを特徴とする地中変位計測装置。
A cylindrical storage member, an upper end closing portion that closes an upper end portion of the cylindrical storage member, a lower end closing portion that closes a lower end portion of the cylindrical closing portion, and the upper end closing portion and the lower end closing portion, A measurement unit forming unit that is stored in a sealed state in a cylindrical storage member having a lower end closed and a protective tube ,
The measuring unit forming part includes a detection unit constituted by FBG, with detection portion is attached, one and the transmission optical fiber cable for transmitting a detection signal detected, the detection section is attached transmission A coating protection part for coating and protecting the optical fiber cable, a tension applying member for connecting the lower end of the coating protection part and the lower end closing part, and applying tension to the coating protection part, and an optical fiber for transmission without applying tension A temperature detection unit made of FBG provided in the cable part ,
The covering protection part is configured to sandwich a pair of constituent units having an upper and lower bulging part and a rod-like covering protecting part so that the inside is sealed, and the upper and lower parts in at least one of the constituent units The bulging part and the rod-shaped covering protection part are provided with an introduction groove for introducing and arranging a transmission optical fiber cable with a detection part, and the transmission optical fiber cable with a detection part along the introduction groove in the upper bulge part Is introduced, and the optical fiber cable for transmission with the detector is folded back at the lower bulging portion, and the rod-like sheath protector and It is introduced into the introduction groove of the upper bulging part, and is configured to exit outward from the upper bulging part,
The optical fiber cable for transmission with the detection unit is hermetically sealed and covered by the cylindrical storage unit and the covering protection unit, and is double cut off from the outside,
When the detection unit detects strain by expanding and contracting due to a change in the ground, the rod-shaped coating protection unit in the coating protection unit is configured to expand and contract together with the detection unit.
An underground displacement measuring device characterized by that.
前記計測部形成部は、FBGによって構成された検出部と、該検出部が取り付けられると共に、検出された検出信号を伝送する1本の伝送用光ファイバケーブルと、前記検出部が取り付けられた伝送用光ファイバケーブルを被覆保護する繊維強化プラスチック材製の被覆保護部と、前記被覆保護部の下端と前記下端閉塞部とを連結し、被覆保護部に張力を付加する繊維強化プラスチック材製の張力付加部材と、張力が付加されない伝送用光ファイバケーブル部分に設けられたFBGよりなる温度検出部と、を有し、
前記被覆保護部は、上、下の膨出部及び棒状被覆保護部を有する構成ユニットの1対を挟み合わせて内部を密閉状態となす構成とされ、少なくとも一方側の構成ユニットにおける前記上、下の膨出部及び棒状被覆保護部には、検出部つき伝送用光ファイバケーブルを導入、配置する導入溝が設けられ、上の膨出部における導入溝に沿って検出部つき伝送用光ファイバケーブルが導入されると共に、前記棒状被覆保護部における導入溝の略中間位置に前記検出部が配置され、下の膨出部において検出部つき伝送用光ファイバケーブルが折り返されて、棒状被覆保護部及び上の膨出部の導入溝に導入され、上の膨出部から外部へ向け退出させる構成とされ、
前記検出部つき伝送用光ファイバケーブルは、前記筒状収納部と前記被覆保護部とにより密閉、被覆され、外部から二重に遮断され、
前記検出部が、地中の変化により伸縮してひずみを検出する際には、前記被覆保護部における棒状被覆保護部が該検出部と共に伸縮する構成とされた、
ことを特徴とする地中変位計測装置。
A synthetic resin tubular housing member, and the cylindrical housing upper closed portion of synthetic resin for closing the upper end of the member, and the lower end closed portion of the synthetic resin for closing the lower end of the cylindrical closing part, the An upper end closing portion and a lower end closing portion, and a measurement portion forming portion that is housed in a sealed state in a cylindrical housing member that is closed at the lower end portion to form a protective tube ,
The measuring unit forming part includes a detection unit constituted by FBG, with detection portion is attached, one and the transmission optical fiber cable for transmitting a detection signal detected, the detection section is attached transmission a fiber-reinforced plastic material made of covering portions for covering and protecting the use optical fiber cables, said covering the lower end of the protective portion and connecting the said bottom closure portion, the tension of the manufactured fiber-reinforced plastic material for adding tension to the covering portion An additional member, and a temperature detection unit made of FBG provided in a transmission optical fiber cable portion to which no tension is applied,
The covering protection part is configured to sandwich a pair of constituent units having an upper and lower bulging part and a rod-like covering protecting part so that the inside is sealed, and the upper and lower parts in at least one of the constituent units The bulging part and the rod-shaped covering protection part are provided with an introduction groove for introducing and arranging a transmission optical fiber cable with a detection part, and the transmission optical fiber cable with a detection part along the introduction groove in the upper bulge part Is introduced, and the optical fiber cable for transmission with the detector is folded back at the lower bulging portion, and the rod-like sheath protector and It is introduced into the introduction groove of the upper bulging part, and is configured to exit outward from the upper bulging part,
The optical fiber cable for transmission with the detection unit is hermetically sealed and covered by the cylindrical storage unit and the covering protection unit, and is double cut off from the outside,
When the detection unit detects strain by expanding and contracting due to a change in the ground, the rod-shaped coating protection unit in the coating protection unit is configured to expand and contract together with the detection unit.
An underground displacement measuring device characterized by that.
ことを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の地中変位計測装置。
A plurality of the cylindrical storage members are installed facing in the longitudinal direction, and configured by connecting transmission optical fiber cables in the plurality of cylindrical storage members installed,
The underground displacement measuring device according to claim 1, claim 2, or claim 3 .
ことを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の地中変位計測装置。 A plurality of the cylindrical storage members are installed in parallel, and configured by connecting transmission optical fiber cables in the plurality of cylindrical storage members installed,
The underground displacement measuring apparatus according to claim 1, 2, or 3.
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