JP5378142B2 - 光ファイバセンサ - Google Patents

Description

この発明は、ＦＢＧ(Fiber Bragg Grating，ファイバ・ブラッグ・グレーティング，ブラッグ回折格子）を形成した光ファイバが歪み測定部材として組み込まれている光ファイバセンサに関し、詳しくは、歪みが集中的に生じる溶接箇所など局所的な歪を近傍域内で測定するのに好適な光ファイバセンサに関する。

光ファイバにＦＢＧを形成し、その光ファイバを被測定物に張設して、張設範囲の歪を測定する技術が知られている（例えば特許文献１，５参照）。光ファイバに送光してＦＢＧからの反射光を測りそのピーク波長のシフト量から歪みを算出するものである。
ＦＢＧを形成した光ファイバは折れやすく切れやすいので、巻付部材に巻き付けてから引っ張って支持するようになったものもある（例えば特許文献１，４参照）。巻付部材は円柱状や円筒状で縦置きか横置きで支持され、巻き量は半周もあれば数周もあるが、巻き方は右巻きであれ左巻きであれ総ての巻付部材で同じに向きになっている。

金属部材の使用中にその表面歪を測定して金属部材のクリープ余寿命を予測する方法が知られており（例えば特許文献２参照）、火力発電用ボイラ高温蒸気配管の溶接部の歪を長時間計測できる歪計や歪測定装置も開発されている（例えば特許文献３，非特許文献１参照）。これは、スライド式静電容量型ひずみ計と呼ばれ、測定対象物の歪に応じて第二電極が第一電極の内側へ進退移動することにより、コンデンサの静電容量が変化するのを利用して歪みを測定するものである。

特表平１１−５１３８０６号公報 特開２００７−３０３９８０号公報 特開２００７−３１５８５３号公報 特開２００８−２２４６３５号公報 特願２００８−１３２５４９号

西田秀高著「高温ひずみ計によるクリープ損傷オンラインモニタリングシステムの開発」日本機械学会論文集（Ａ編）７５巻７５３号（２００９−５）ｐ．１４８−１５０

しかしながら、スライド式静電容量型ひずみ計は、加工や組立ばかりか取付にも高い精度が求められるため、コストダウンが難しいうえ、取付先の形状や状態が制約されるので、適用範囲も限定されがちである。
これに対し、ＦＢＧを形成した光ファイバを歪み測定部材として用いれば、そのような不都合はなく、光ファイバを巻付部材に巻き付けて張設すれば、切れやすいといった弱点も克服される。
そこで、溶接部などの局所的な歪を近傍域内で測定するのに適した態様でＦＢＧ形成済み光ファイバを組み込んだ光ファイバセンサを実現することが課題となる。

本発明の光ファイバセンサは（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、周面が形成された第１巻付部材と、周面が形成された第２巻付部材と、両巻付部材の各周面に巻き付けられており両巻付部材間に張られた部分にＦＢＧが形成されている光ファイバと、被測定物の歪発生部の両側に分かれて固設され一方側で前記第１巻付部材を支持し他方側で前記第２巻付部材を支持する支持部とを備えている。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段２）、上記解決手段１の光ファイバセンサであって、前記第１巻付部材と前記第２巻付部材とに対する前記光ファイバの巻き方が一方は右巻きで他方は左巻きの逆巻きになっていることを特徴とする。

さらに、本発明の光ファイバセンサは（解決手段３）、上記解決手段１，２の光ファイバセンサであって、前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に前記光ファイバの巻き付け位置を規定する溝が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段４）、上記解決手段１〜３の光ファイバセンサであって、内部空間を囲う筐体を備え、前記支持部のうち前記被測定物への取付部が前記筐体から外に出ており、前記第１巻付部材と前記第２巻付部材と両巻付部材間に張られた部分の前記光ファイバとが前記内部空間に収容されており、その収容状態が前記光ファイバの伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で前記第１巻付部材と前記第２巻付部材との相対移動を許容する状態になっていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段５）、上記解決手段４の光ファイバセンサであって、前記取付部が前記筐体に関して可動部材になっていて、前記歪発生部に対する前記筐体の向きを変えても前記取付部を反対側に動かすことにより前記歪発生部に対する前記取付部の向きは同じに維持されるようになっていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段６）、上記解決手段４〜５の光ファイバセンサであって、前記内部空間が粘液で満たされていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段７）、上記解決手段１〜６の光ファイバセンサであって、前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が接着にて固定され、その接着程度が接着始端から徐々に若しくは段階的に又は間欠的に上がっていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段８）、上記解決手段７の光ファイバセンサであって、前記接着程度の上がるのが、接着剤の接着力の強弱と接着剤の弾性率の大小と接着剤の塗布幅の拡縮と接着剤の断面積の増減とのうち何れか一つ又は複数のものによって実現されていることを特徴とする。

また、本発明の光ファイバセンサは（解決手段９）、上記解決手段１〜６の光ファイバセンサであって、前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が、前記周面に８分の１周以上巻き付いてから接着にて固定されていることを特徴とする。

このような本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段１）、被測定物の歪発生部で生じた歪が支持部と両巻付部材と光ファイバとを介してＦＢＧに伝わるので、その歪が測定可能となる。また、両巻付部材が歪発生部の両側に分かれていれば離隔距離は比較的自由でかなり小さくすることも可能である。しかも、光ファイバは、巻付部材の周面に巻き付けられて張られているので、両巻付部材を近づけて設置しても、光ファイバに無理な曲げ力や引っ張り力が掛かる可能性は設置時も設置後も小さい。したがって、この発明によれば、溶接部などの局所的な歪を近傍域内で測定するのに適した態様でＦＢＧ形成済み光ファイバを組み込んだ光ファイバセンサを実現することができる。

また、本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段２）、両巻付部材で光ファイバが逆巻きになっているので、両巻付部材を単純に歪方向へ離しておく基本的な配置状態でさえ自然に光ファイバと歪拡大方向とが斜交する。そのため、歪発生部の歪量がそのまま光ファイバの歪量になるのでなく、光ファイバには射影成分に低減された歪が生じるだけなので、両巻付部材を接近させて配置せざるを得ないような場合でも、両巻付部材の近接配置による光ファイバの歪の過大化を回避できる余地が広い。

さらに、本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段３）、溝で光ファイバの巻き付け位置が案内されるので巻付作業が遣りやすいうえ、巻き付けた光ファイバが溝で移動を規制されて安定する。

また、本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段４）、各部材を筐体に収めて一体化したことにより、現場での設置作業が容易かつ迅速に行えることとなる。
また、本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段５）、一体化されていても、設置時の向き変更の自由度は失われずに維持される。
また、本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段６）、巻付部材間に張られた光ファイバの揺れや振れが粘性抵抗により抑制されるので、光ファイバが折切しにくい。

また、本発明の光ファイバセンサにあっては（解決手段７〜９）、光ファイバの巻き付け部分を巻付部材の周面に対して接着にて止めるに際し、巻付始端からいきなり固く止めるのでなく、最初は緩くて途中から固くなるようにしたことにより、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能が更に高まることとなる。

本発明の実施例１について、縦置きタイプの光ファイバセンサの構造を示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が変形例の平面図である。 本発明の実施例２について、横置きタイプの光ファイバセンサの構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が変形例の正面図である。 本発明の実施例３について、光ファイバセンサの巻付部材の構造例を幾つか示しており、（ａ）が一溝形の巻付部材の正面図と断面図、（ｂ）が対をなす二溝形の巻付部材の正面図、（ｃ）が対をなす螺旋溝形の巻付部材の正面図である。 本発明の実施例４について、光ファイバセンサのうち底板と巻付部材の部分に係る構造を示し、（ａ）が一部断面の正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が取付部の向きを変えたところの平面図である。 同じく実施例４について、光ファイバセンサの全体構造を示し、（ａ）が一部断面の正面図、（ｂ）が平面図である。 本発明の実施例５について、光ファイバセンサの構造を示す一部断面の正面図である。 本発明の実施例６について、光ファイバの巻付部材への取付構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ），（ｄ）が平面図、（ｅ），（ｆ）が溝部分の拡大断面図である。

このような本発明の光ファイバセンサについて、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜６により説明する。
図１に示した実施例１は、上述した解決手段１〜２（出願当初の請求項１〜２）を具現化したものであり、図２に示した実施例２は、巻付部材を縦置きから横置きにした変形例であり、図３に示した実施例３は、上述した解決手段３（出願当初の請求項３）を具現化したものであり、図４〜５に示した実施例４は、上述した解決手段４〜５（出願当初の請求項４〜５）を具現化したものであり、図６に示した実施例５は、上述した解決手段６（出願当初の請求項６）を具現化したものであり、図７に示した実施例６は、上述した解決手段７〜９（出願当初の請求項７〜９）を具現化したものである。
なお、それらの図示に際しては、簡明化等のため、ボルト等の締結具，仮止め部材や治具等の一時的部材，光ファイバセンサを使用する測定器などは図示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを中心に図示した。

本発明の光ファイバセンサの実施例１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、（ａ）が光ファイバセンサ１０の正面図、（ｂ）が平面図である。

光ファイバセンサ１０は、図示しないＦＢＧ光スペクトラム解析装置の歪測定用センサとしてその解析装置に接続されるとともに歪測定対象の被測定物１〜３に取り付けて用いられるものであり、そのために、光ファイバ５と巻付部材１１（第１巻付部材）と巻付部材１２（第２巻付部材）と支持部１３〜１５とを具備している。
被測定物１〜３は、一方側１と他方側２とが歪発生部３を挟んで両側に分かれており、歪発生部３は、歪の生じやすい例えば溶接部であり、直線状や曲線状に延びていて、その直交方向・幅方向（図では左右方向）が主たる歪方向になっている。

光ファイバ５は、ＦＢＧ５ａを形成できて歪測定に適したものであれば市販の汎用品でも特注品でも良く、例えばガラス製の光ファイバ裸線にプラスチック被覆を強接着した光ファイバ素線で良く、典型的な直径は２４５μｍ〜２５０μｍであるが、それより細くても太くても良い。ＦＢＧ５ａは、標準温度かつ無歪み状態でピーク波長（反射光のスペクトル中心波長）が例えば１５４０nmになるものが形成され、一つだけでも間に合うが、複数形成する場合はピーク波長が例えば１５３５nmや１５４５nmなど適宜ずらされる。

巻付部材１１と巻付部材１２は、何れも、光ファイバ５に無理のかからない穏やかな曲率で光ファイバ５を巻付けられる外周面が形成されたものであり、そのような周面が形成されていれば、円柱状部材でも、円筒状部材でも、環状部材でも、良い。外周面の横断面形状も、円形に限らず、楕円形でも、長円形でも、卵形でも、良い。金属製でも、非金属製でも良い。典型的な直径を挙げると３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるが、最小直径は光ファイバ５の許容曲率によって決まるので、それより太ければ良い。

支持部１３〜１４は、被測定物１〜３のうちの一方側１に固設されて巻付部材１１を支持する一組と、被測定物１〜３のうちの他方側２に固設されて巻付部材１２を支持するもう一組と、合わせて二組が設けられており、それぞれ、上端部が巻付部材に連結された例えば立設円柱状の支柱部１３と、その下端部が連結された例えば角材状の張出部１５と、その両端で被測定物に固定される取付部１４とを具えている。取付部１４は被測定物に固定できれば例えば溶接部でも接着部でもネジ止め部でも圧入部でも良く、支柱部１３と張出部１５は巻付部材１１，１２の支持に適う剛性を具備していれば足り、そして、巻付部材１１，１２の軸方向がほぼ鉛直になる縦置き状態で、光ファイバ５が概ね水平面に沿って引き回されている。

しかも、この光ファイバセンサ１０にあっては、巻付部材１１に対する光ファイバ５の巻き方と巻付部材１２に対する光ファイバ５の巻き方が逆巻きになっている。具体的には、光ファイバ５を左から右へ巻き進めるとして、一方の巻付部材１１には右巻き即ち平面視では時計回りで光ファイバ５が巻付けられているのに対し、他方の巻付部材１２には左巻き即ち平面視では反時計回りで光ファイバ５が巻付けられている（図１（ａ）参照）。そのため、巻付部材１１の奥側から出た光ファイバ５は歪発生部３の上方を通って巻付部材１２の手前側に来るので、両巻付部材１１，１２を歪発生部３の両側から真正面で対峙させると（図１（ｂ）参照）、光ファイバ５の張設方向と歪発生部３の歪方向とが平行でなく平面視で斜交する。巻付部材１１を奥へ巻付部材１２を手前へ移せば更に斜交の角度がきつくなる（図１（ｃ）参照）。

この実施例１の光ファイバセンサ１０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は、（ａ）が光ファイバセンサ１０の正面図、（ｂ）が標準的使用向け設置状態の平面図、（ｃ）が強調的使用向け設置状態の平面図である。

使用に先立ち、被測定物１〜３の仕様や設置状況から被測定物１〜３に対する光ファイバセンサ１０の設置条件が定まり、その条件によって巻付部材１１と巻付部材１２との離隔距離の下限と上限とが定まり、その条件を満たす範囲内の離隔距離で歪発生部３の両側に両巻付部材１１，１２が設置されるが、両巻付部材１１，１２に対する光ファイバ５の巻き付け方が逆巻きなので（図１（ａ）参照）、光ファイバ５のうち両巻付部材１１，１２間に張られた部分と歪発生部３の歪方向とが平面視で斜交して（図１（ｂ）参照）、該当部分の光ファイバ５の長さが両巻付部材１１，１２の離隔距離より長くなる。

そのため、両巻付部材１１，１２間に張られた光ファイバ５ひいてはそこのＦＢＧ５ａに生じる歪みは、歪発生部３に生じる歪みと同じではなく斜交角度に対応した射影成分に低減される。このようにして低減されても未だ光ファイバ５やＦＢＧ５ａの歪が過大になるおそれがあるにもかかわらず、両巻付部材１１，１２をそれ以上は歪発生部３から遠ざけることが許されない場合は、両巻付部材１１，１２間に張られた光ファイバ５が奥側から出ている巻付部材１１を被測定物の一方側１で奥へ移設するか、両巻付部材１１，１２間に張られた光ファイバ５が手前側から出ている巻付部材１１を被測定物の他方側２で手前へ移設して、光ファイバ５の張設方向と歪発生部３の歪方向との斜度を増し、両巻付部材１１，１２間の光ファイバ５及びＦＢＧ５ａに生じる歪みを更に低減しておく（図１（ｃ）参照）。

こうして光ファイバセンサ１０が被測定物１〜３に取り付けられたら、光ファイバ５を光コネクタ等で図示しないＦＢＧ光スペクトラム解析装置に接続して送受光を行わせ、歪を測定する（例えば特許文献４や特許文献５参照）。歪発生部３が横幅を広げる態様で歪む場合は、すなわち線状の歪発生部３が割れるかのように横幅拡大態様で歪むだけの場合は、設置段階で巻付部材１１，１２間の光ファイバ５を弛まないよう張っておけば歪測定を継続することができるが、歪発生部３の横幅が縮むこともある場合は、設置段階で巻付部材１１，１２間の光ファイバ５に適度な例えば０．５％程度の伸びを付与しておけば歪測定を継続することができる。

こうして、被測定物の歪発生部３の歪みが光ファイバセンサ１０を用いて長時間に亘って検出されるが、光ファイバ５が巻付部材１１，１２の周面に巻き付けられて張られているので、両巻付部材１１，１２が近接設置されていても、光ファイバ５に無理な曲げ力や引っ張り力が掛かることがない。しかも、両巻付部材１１，１２で光ファイバ５が逆巻きになっているため、光ファイバ５の張設方向と歪発生部３の歪方向とが平面視で斜交していて、光ファイバ５に生じる歪が射影成分に低減されるので、両巻付部材１１，１２が近接設置されていても、その割には光ファイバ５の歪が過大にならない。そのため、両巻付部材１１，１２を歪発生部３に従来よりも寄せなければならない場合でも、容易かつ的確に歪を測定することができる。

本発明の光ファイバセンサの実施例２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２は、（ａ）が光ファイバセンサ２０の平面図、（ｂ）が正面図である。
この光ファイバセンサ２０が上述した実施例１の光ファイバセンサ１０と相違する主な点は、両巻付部材１１，１２が縦置きから横置きになったことである。

この横置き状態では、巻付部材１１，１２の軸方向がほぼ水平になっていて、光ファイバ５が概ね鉛直面に沿って引き回されている。
また、横置き状態の具現化に際し、円柱状だった支柱部１３に代えて、例えば門形の支柱部２１が導入されている。
なお、巻付部材１１に対する光ファイバ５の巻き方と巻付部材１２に対する光ファイバ５の巻き方が逆巻きになっている点は維持されている。

この実施例２の光ファイバセンサ２０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２は、（ａ）が光ファイバセンサ２０の平面図、（ｂ）が標準的使用向け設置状態の正面図、（ｃ）が強調的使用向けに変形したところの正面図である。
両巻付部材１１，１２が縦置きから横置きになったことに伴って設置態様が変わること以外は上述したのと同じなので、一部は重複するが、設置態様を中心に説明する。

使用に先立ち、被測定物１〜３の仕様や設置状況から被測定物１〜３に対する光ファイバセンサ２０の設置条件が定まり、その条件によって巻付部材１１と巻付部材１２との離隔距離の下限と上限とが定まり、その条件を満たす範囲内の離隔距離で歪発生部３の両側に両巻付部材１１，１２が設置されるが、両巻付部材１１，１２に対する光ファイバ５の巻き付け方が逆巻きなので（図２（ａ）参照）、光ファイバ５のうち両巻付部材１１，１２間に張られた部分と歪発生部３の歪方向とが正面視で斜交していて（図２（ｂ）参照）、該当部分の光ファイバ５の長さが両巻付部材１１，１２の離隔距離より長くなる。

そのため、両巻付部材１１，１２間に張られた光ファイバ５ひいてはそこのＦＢＧ５ａに生じる歪みは、歪発生部３に生じる歪みと同じではなく斜交角度に対応した射影成分に低減される。このようにして低減されても未だ光ファイバ５やＦＢＧ５ａの歪が過大になるおそれがあるにもかかわらず、両巻付部材１１，１２をそれ以上は歪発生部３から遠ざけることが許されない場合は、両巻付部材１１，１２のうち両者間の光ファイバ５の高い方を更に高くする。図示の例では（図２（ｃ）参照）、巻付部材１１の支柱部２１を長くして、巻付部材１１の位置を高くする。

そうすると、両巻付部材１１，１２間に張られた光ファイバ５の傾斜がきつくなって、光ファイバ５の張設方向と歪発生部３の歪方向との斜度が増し、両巻付部材１１，１２間の光ファイバ５及びＦＢＧ５ａに生じる歪みが更に低減される。
こうして、光ファイバセンサ２０が被測定物１〜３に取り付けられたら、後は上述したのと同様にして、送受光が行われて、歪が測定される。
そして、この場合も、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能や、周面巻付に際しての逆巻きによる歪伝達低減効果を、享受することができる。

本発明の光ファイバセンサの実施例３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３は、巻付部材１１，１２の構造例を幾つか示しており、（ａ）が一溝形の巻付部材１１の正面図と断面図、（ｂ）が対をなす二溝形の巻付部材１１，１２の正面図、（ｃ）が対をなす螺旋溝形の巻付部材１１，１２の正面図である。

この光ファイバセンサの巻付部材１１，１２が上述した実施例１，２のものと相違するのは、光ファイバ５を巻付ける周面に溝３１が彫り込み形成されている点である。
溝３１は、周面において光ファイバ５の巻き付け位置を規定することができれば、閉じた輪状でも良く（図３（ａ），（ｂ）参照）、開いた螺旋状でも良く（図３（ｃ）参照）、光ファイバ５を複数本収容できる太溝でも良く（図３（ａ），（ｂ）参照）、光ファイバ５を一本だけ収容する細溝でも良く（図３（ｃ）参照）、巻付部材１１にだけ形成されていても良く（図３（ａ）参照）、巻付部材１２にだけ形成されていても良く（不図示）、両巻付部材１１，１２の双方に形成されていても良い（図３（ｂ），（ｃ）参照）。

この場合、光ファイバ５を両巻付部材１１，１２の周面に巻付けるとき、溝３１によって光ファイバ５の巻き付け位置が案内されるので、巻付作業が遣りやすい。また、巻き付けた後も、光ファイバ５が溝３１から出て横にずれるといった不所望なファイバ移動は溝３１によって規制されるので、光ファイバ５の巻付け状態が安定し良好に維持される。
なお（図３（ｂ），（ｃ）参照）、両巻付部材１１，１２間にもう一本の光ファイバ６を導入して、それに形成されたＦＢＧも両巻付部材１１，１２間に来るようにするが、光ファイバ６には張力がかからないよう光ファイバ６を弛ませておけば、公知の手法により温度補償を行うことができる。光ファイバ６は、光ファイバ５と別体のものでも良く、光ファイバ５を折り返したものでも良い。他の実施例でも同様の温度補償が可能である。光ファイバ６は光ファイバ５と共に溝３１に入れても良く専用の溝３２に入れても良い。

本発明の光ファイバセンサの実施例４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、光ファイバセンサ５０のうち筐体４０の底板４１と巻付部材１１，１２の部分に係る構造を示し、（ａ）が一部断面の正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が取付部１４の向きを変えたところの平面図である。また、図５（ａ）は光ファイバセンサ５０の全体を一部断面で示した正面図であり、同図（ｂ）は光ファイバセンサ５０を被測定物１〜３に対して歪測定可能に取り付けたところの平面図である。

この光ファイバセンサ５０が上述した実施例１の光ファイバセンサ１０と相違するのは、筐体４０が追加された点である。
筐体４０は、下側の底板４１と横四方の側板４３と天板４４とからなり、それらを箱形に組み立てて内部空間を囲っている。底板４１には丸穴が二つ貫通形成されており、一方の貫通穴には巻付部材１１の支柱部１３が挿通され、他方の貫通穴４２には巻付部材１２の支柱部１３が挿通されている。筐体４０の典型的サイズは７０ｍｍ×１３２ｍｍ×４０ｍｍであるが、それより小さくても大きくても良い。

支柱部１３の挿通に際して、取付部１４と張出部１５は筐体４０の外に出される。両巻付部材１１，１２は筐体４０の内部空間に収容され、それとともに光ファイバ５のうち両巻付部材１１，１２間に張られた部分も筐体４０の内部空間に収容される。そこから延びる光ファイバ５の両側は例えば側板４３のファイバ挿通穴から外へ引き出される。
また、巻付部材１２の支柱部１３は、貫通穴にぴったり収まっていて、軸回転はできるが、横移動すなわち軸方向と直交する方向への移動はできない。これに対し、巻付部材１１の支柱部１３は、その外径より挿通先の貫通穴４２の内径が大きくて、遊挿状態になっており、軸回転はもとより、貫通穴４２との遊び・ガタの範囲内なら横移動もできる。

貫通穴４２における支柱部１３の遊び代は歪発生部３の最大歪より大きくされるので、このような収容状態は、光ファイバ５の伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で巻付部材１１と巻付部材１２との相対移動を許容する状態になっている。
また、巻付部材１１の支柱部１３についても、巻付部材１２の支柱部１３についても、支柱部１３を軸回転させると随伴して取付部１４が旋回運動するので、取付部１４が筐体４０に関して可動部材になっていると言える。

この場合、両巻付部材１１，１２とその支持部１３〜１５とを底板４１に装着したら（図４（ａ），（ｂ）参照）、支柱部１３を軸にした回転にて取付部１４の向きを標準方向（例えば両巻付部材１１，１２を貫く方向に対して直交する方向、図４（ｂ）では上下方向）から所定角度だけ変える（図４（ｃ）参照）。この所定角度は、後述するセンサ取付時の筐体４０の歪発生部３に対する向き変更量に対応しており、歪発生部３ひいてはその歪方向に対する筐体４０の向きを変えても取付部１４を反対側に動かすことにより歪発生部３に対する取付部１４の向きは同じに維持されるようにするためである。

取付部１４の向きを巻付部材１１と巻付部材１２で揃えたら（図４（ｃ）参照）、図示しない適宜な仮止め部材たとえばボルトやスペーサ等で底板４１における巻付部材１１及び巻付部材１２の位置を仮に固定しておき、それから光ファイバ５を適度に引っ張りながら両巻付部材１１，１２の周面に巻付けて両巻付部材１１，１２の間にＦＢＧ５ａを位置させ、それから側板４３と天板４４も装着して筐体４０を組み上げて、光ファイバセンサ５０を完成させる（図５（ａ）参照）。このような光ファイバセンサ５０は、ユニット化されているので、予め工場等で作り置きしておき、必要になったら直ちに現場へ供給することができる。

現場で光ファイバセンサ５０を被測定物１〜３に設置するときは（図５（ｂ）参照）、平面視で、筐体４０が歪発生部３の上に重ねるようにして巻付部材１１を被測定物１〜３の一方側１に位置させるとともに巻付部材１２を被測定物１〜３の他方側２に位置させる。その際、筐体４０は上述の所定角度と同じだけ逆側に向きを変えておくが、そのように歪発生部３に対する筐体４０の向きを変えても、取付部１４を反対側に動かすことにより、厳密には取付部１４を反対側に動かしておいたことにより、歪発生部３に対する取付部１４の向きは、標準方向のままで筐体４０の向きを変えずに設置したときと（図４（ｂ），図１（ｂ）参照）、同じに維持される（図５（ｂ），図１（ｃ）参照）。

すなわち、巻付部材１１側で取付部１４と張出部１５と取付部１４とを連ねた部分も、巻付部材１２側で取付部１４と張出部１５と取付部１４とを連ねた部分も、線状の歪発生部３とほぼ平行になる。そして、このような光ファイバセンサ５０の設置状態は（図５（ｂ）参照）、上述した実施例１の光ファイバセンサ１０を標準的使用向け設置状態（図１（ｂ）参照）から強調的使用向け設置状態（図１（ｃ）参照）に変えたときと等価なので、同様の利点を享受することができる。しかも、光ファイバセンサ５０がユニット化されているので、所定角度だけ向きを変えることを守れば簡単かつ迅速に設置作業を遂行することができ、仮止めを外せば速やかに、的確な歪測定に適う設置作業が完了する。

図６に一部断面で正面図を示した本発明の光ファイバセンサ６０が上述した実施例４の光ファイバセンサ５０と相違するのは、現場でも簡単に取付部１４を動かせるよう支柱部１３と張出部１５との間に介在させて軸回転部材６１が導入された点と、筐体４０に粘液６２が充填されて内部空間が粘液６２によって満たされている点と、粘液６２の漏れを防止するためにシール部材６３，６４が追加された点である。

軸回転部材６１は、下端部が張出部１５に連結固定され上端部が支柱部１３の下端部に嵌合されていて、支柱部１３を軸回転させずに取付部１４を旋回させるのを可能にしている。ねじ込めば軸回転を止め戻せば軸回転を許容する止めネジ等を付設しても良い。
粘液６２は、例えばＪＩＳ Ｋ２２２０−２００３規定の混和ちょう度が３１０〜３４０（ｌ／１０ｍｍ）程度の適度な粘性を示す液体であり、好適な例としてはシリコングリースやベントングリースが挙げられる。

シール部材６３，６４はＯリングが使い易く、そのうちガスケット６３は側板４３のファイバ挿通穴を封止するものであり、パッキン６４は貫通穴４２を封止するものである。貫通穴４２のところにはパッキン６４だけでなくバランサ６５とプレート６６も付設されている。バランサ６５は、パッキン６４と同じＯリングを用いるのが良く、プレート６６で押さえられて、巻付部材１１の支柱部１３の横方向移動を許容しながらパッキン６４の緩みを防止するようになっている。

この場合、現場でも筐体４０を分解することなく簡単に取付部１４を動かせるので、被測定物１〜３に光ファイバセンサ６０を設置する際、歪発生部３ひいては歪方向に対して筐体４０の向きを所定角度だけ変えて斜めにしたときには、取付部１４を反対側に動かすことにより、しかも現場で筐体４０の位置決めを済ませた後であっても取付部１４を動かすことにより、歪発生部３に対する取付部１４の向きが、標準方向のままで筐体４０の向きを変えずに設置したときと同じに、維持される（図５（ｂ）参照）。
また、そのような設置作業中であれ設置後であれ、光ファイバセンサ６０に打撃等の衝撃を与えたとしても、光ファイバ５が、粘液６２の中に入っているため、振れにくく、振れても直ぐに収まるので、折損や破損を生じにくい。

本発明の光ファイバセンサの実施例６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７は、光ファイバ５の巻付部材１１，１２への取付構造を示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が斜視図、（ｃ），（ｄ）が平面図、（ｅ），（ｆ）が部分断面図である。

この光ファイバセンサが上述した実施例１〜５のものと相違するのは、巻付部材１１や巻付部材１２の周面に対して光ファイバ５が接着剤で固定されている点である。
周面への光ファイバ５の巻き付け部分の接着による固定は、巻付部材１１にだけでも良く、巻付部材１２にだけでも良く、両巻付部材１１，１２の双方に行っても良い。
何れの場合も、その接着程度が接着始端から巻付けの進行に伴って連続的に又は間欠的に上がっているのが好ましい。なお、そのうち連続的に上がる接着態様には、徐々に上がる接着態様の他、段階的に上がる接着態様も含まれる。なお、この実施例で、巻付始端や接着始端の始端は、両巻付部材１１，１２の間から巻付部を見た始端を指している。

具体的には、例えば（図７（ａ）参照）、巻付始端の少し後から接着し、接着始端から数十度程度の巻付け角度θａでは接着剤の接着力を弱くし、少し空けて次の数十度程度の巻付け角度θｂでは接着剤の接着力を中程度にし、また少し空けて次の数十度程度の巻付け角度θｃでは接着剤の接着力を強くし、さらに少し空けて以後の巻付け角度θｄでは総てそれまでの接着力を超える強さで接着するのである。あるいは、同様な間欠的接着において、巻付け角度θａでは接着剤の弾性率を小さくし、巻付け角度θｂでは接着剤の弾性率を中程度にし、巻付け角度θｃでは接着剤の弾性率を大きくし、巻付け角度θｄではそれまでの弾性率を超える最も大きな弾性率の接着剤で接着するのである。

また（図７（ｂ）参照）、接着剤７１を接着始端部７２では斜めに塗るといったことにより、光ファイバ５の巻付の進行に連れて接着剤の塗布幅が徐々に広がるようにしても良い。
さらに（図７（ｃ）参照）、巻付始端から８分の１周以上の巻付け角度θｅでは接着剤を付けないでおき、周面に８分の１周以上巻き付いてから接着剤を付けるのも良い。この場合も、更に、初めの巻付け角度θｆでは接着力や弾性率を弱小にし、巻付け角度θｇでは接着力や弾性率を中程度にし、最後の巻付け角度θｈでは接着力や弾性率を強大にする等のことも行って、その接着程度が接着始端から巻付けの進行に伴って間欠的に又は段階的に上がるようにすると、なお良い。

また（図７（ｄ）〜（ｆ）参照）、巻付始端から８分の１周以上の巻付け角度θｉではやはり接着剤を付けないでおき、周面に８分の１周以上巻き付いてから接着剤を付けるに際し、その後は巻付け角度θｊが増すのに連れて接着剤７１の断面積も増えるように塗布量を調整することにより、両巻付部材１１，１２の周面への光ファイバ５の巻き付け部分の接着の程度が接着始端から巻付けの進行に伴って徐々に上がるようにしても良い。

この場合、光ファイバ５の巻き付け部分を両巻付部材１１，１２の周面に対して接着にて止めるに際し、巻付始端からいきなり固く止めるのでなく、最初は緩く止めて途中から固さが増すようにしたことにより、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能が一層高まるので、光ファイバ５が両巻付部材１１，１２への巻き付け部分で折損したり破損するといった不所望な事態に至ることはほとんどない。接着剤の無い巻付け角度θｅ，θｉの部分も、光ファイバ５の伸びと摩擦力を分散させることで、周面巻付によるファイバの折損防止機能・切断防止機能の更なる向上に寄与している。

１…一方側（被測定物）、２…他方側（被測定物）、３…歪発生部（被測定物）、
５…光ファイバ（歪測定用）、６…光ファイバ（温度補償用）、
５ａ…ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング、Fiber Bragg Greting ）、
１０…光ファイバセンサ、１１，１２…巻付部材、
１３…支柱部（支持部）、１４…取付部（支持部）、１５…張出部（支持部）、
２０…光ファイバセンサ、２１…支柱部（支持部）、３１，３２…溝、
４０…筐体、４１…底板、４２…貫通穴、４３…側板、４４…天板、
５０…光ファイバセンサ、６０…光ファイバセンサ、
６１…軸回転部材、６２…粘液、６３…ガスケット、６４…パッキン、
６５…バランサ、６６…プレート、７１…接着剤、７２…接着始端部

Claims (10)

1. 周面が形成された第１巻付部材と、周面が形成された第２巻付部材と、両巻付部材の各周面に巻き付けられており両巻付部材間に張られた部分にＦＢＧが形成されている光ファイバと、被測定物の歪発生部の両側に分かれて固設され一方側で前記第１巻付部材を支持し他方側で前記第２巻付部材を支持する支持部と、内部空間を囲う筐体とを備え、前記支持部のうち前記被測定物への取付部が前記筐体から外に出ており、前記第１巻付部材と前記第２巻付部材と両巻付部材間に張られた部分の前記光ファイバとが前記内部空間に収容されており、その収容状態が前記光ファイバの伸縮に基づく歪測定を可能とする範囲で前記第１巻付部材と前記第２巻付部材との相対移動を許容する状態になっていることを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 前記取付部が前記筐体に関して可動部材になっていて、前記歪発生部に対する前記筐体の向きを変えても前記取付部を反対側に動かすことにより前記歪発生部に対する前記取付部の向きは同じに維持されるようになっていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサ。
3. 前記内部空間が粘液で満たされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された光ファイバセンサ。
4. 周面が形成された第１巻付部材と、周面が形成された第２巻付部材と、両巻付部材の各周面に巻き付けられており両巻付部材間に張られた部分にＦＢＧが形成されている光ファイバと、被測定物の歪発生部の両側に分かれて固設され一方側で前記第１巻付部材を支持し他方側で前記第２巻付部材を支持する支持部とを備え、前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が接着にて固定され、その接着程度が接着始端から徐々に若しくは段階的に又は間欠的に上がっていることを特徴とする光ファイバセンサ。
5. 前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が接着にて固定され、その接着程度が接着始端から徐々に若しくは段階的に又は間欠的に上がっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載された光ファイバセンサ。
6. 前記接着程度の上がるのが、接着剤の接着力の強弱と接着剤の弾性率の大小と接着剤の塗布幅の拡縮と接着剤の断面積の増減とのうち何れか一つ又は複数のものによって実現されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載された光ファイバセンサ。
7. 周面が形成された第１巻付部材と、周面が形成された第２巻付部材と、両巻付部材の各周面に巻き付けられており両巻付部材間に張られた部分にＦＢＧが形成されている光ファイバと、被測定物の歪発生部の両側に分かれて固設され一方側で前記第１巻付部材を支持し他方側で前記第２巻付部材を支持する支持部とを備え、前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が、前記周面に８分の１周以上巻き付いてから接着にて固定されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
8. 前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に対する前記光ファイバの巻き付け部分が、前記周面に８分の１周以上巻き付いてから接着にて固定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載された光ファイバセンサ。
9. 前記第１巻付部材と前記第２巻付部材とに対する前記光ファイバの巻き方が一方は右巻きで他方は左巻きの逆巻きになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載された光ファイバセンサ。
10. 前記第１巻付部材および前記第２巻付部材の何れか一方または双方の周面に前記光ファイバの巻き付け位置を規定する溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載された光ファイバセンサ。

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