JP6324058B2 - ひずみ計測方法及びひずみ計測装置 - Google Patents
ひずみ計測方法及びひずみ計測装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6324058B2 JP6324058B2 JP2013263956A JP2013263956A JP6324058B2 JP 6324058 B2 JP6324058 B2 JP 6324058B2 JP 2013263956 A JP2013263956 A JP 2013263956A JP 2013263956 A JP2013263956 A JP 2013263956A JP 6324058 B2 JP6324058 B2 JP 6324058B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strain
- difference
- bragg wavelength
- wavelength change
- fbg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 27
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 27
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 26
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 238000007526 fusion splicing Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Description
前記対象物は、準静的な状態で温度によるみかけのひずみを生じ且つ温度によるみかけのひずみの変動を予測し得るものであり、
前記対象物の一つの計測部位について一つのFBGセンサを使用し、
計測時には、ひずみと温度がともに変化する場合であっても計測部位のひずみ発生が異なることを利用し、一方のFBGセンサのブラッグ波長変化量から他のFBGセンサのブラッグ波長変化量を引き算してブラッグ波長変化量の差分を求め、ブラッグ波長変化量の差分を準静的なひずみ差に変換し、対象物のあらかじめ設定されたひずみ差分と比較することを特徴とするものである。
前記対象物は、準静的な状態で温度によるみかけのひずみを生じ且つ温度によるみかけのひずみの変動を予測し得るものであり、
前記対象物の一つの計測部位について一つのFBGセンサを使用し、
前記処理部は、計測時に、ひずみと温度がともに変化する場合であっても計測部位のひずみ発生が異なることを利用し、一方のFBGセンサのブラッグ波長変化量から他のFBGセンサのブラッグ波長変化量を引き算してブラッグ波長変化量の差分を求め、ブラッグ波長変化量の差分を準静的なひずみ差に変換し、対象物のあらかじめ設定されたひずみ差分と比較するように構成されたものである。
ひずみ勾配の時間変動について次のような試験を行った。
試験では、図2に示す如く、アルミ試験片fの一端(図2では左側)を自由端にすると共に他端を治具gにより固定端にして片持ちハリにすると共に、アルミ試験片fに80mmの間隔で二つのFBGセンサaを配置したものを用いた。そしてアルミ試験片の自由端側に所定の負荷を与え、一方のFBGセンサ(FBG1)から他方のFBGセンサ(FBG2)を減算して算出するひずみ勾配と、時間変化とを調べた。
その結果、図3に示すデータを得た。なおデータでは、原データの1Hzと、移動平均により0.1Hzのダウンサンプリングしたデータとを示しており、左右縦軸は10μεシフトさせている。
この結果からは、日中と夜間で変化するひずみ変動に対し、移動平均を行うことにより変動を減少させることが可能であるが、日中と夜間のひずみ勾配変動が残り易い傾向を示した。
ブラッグ波長変化履歴では次のような試験を行った。
試験では、ひずみ勾配の時間変動の試験で取得したデータを用いた。そして試験開始から約21時間まではアルミ試験片の自由端側に所定の負荷を与えず、約21時間以後に負荷を与え、一方のFBGセンサ(FBG1)のブラッグ波長変化量ΔλB1、他方のFBGセンサ(FBG2)のブラッグ波長変化量ΔλB2、ブラッグ波長変化量の差分(ΔλB1−ΔλB2)を取得した。
その結果、図4にブラッグ波長シフト履歴を示し、図5に計測開始後、ひずみゼロの間のブラッグ波長シフト履歴を示す。なお、このデータでは、10サンプルによる移動平均を行っている。
この結果から、以下の点の見地を得ることができた。
(1)ブラッグ波長変化量の差分の要因について
図5に示す如くブラッグ波長変化量の差分においてひずみが負荷されていない時間帯(0〜約21時間の範囲)では、0〜6時間まではマイナス側となり、9時間以降はプラス側にステップ状になっている。一方、ブラッグ波長変化量そのものは、連続的な変化をしている。
これにより、ブラッグ波長変化量の差分(ΔλB1−ΔλB2)に偏差があるということは、一方のFBGセンサ(FBG1)と他方のFBGセンサ(FBG2)の温度感度が異なることが理由の1つと考えられる。
またΔλB1およびΔλB2の21時間後のブラッグ波長変化量は約90pmである。一般的なFBGセンサの温度感度14pm/℃およびアルミの線膨張率21.6μ/℃を合わせると、アルミ試験片に接着されたFBGセンサの温度感度は、14+21.6*1.2=39.9pm/℃となる。 よって、90pmのブラッグ波長シフトは、90/39.9=2.3℃に相当する。更に(ΔλB1−ΔλB2)は約8.5pmで安定している。これを、温度感度の差であらわそうとすると、8.5pm/2.3℃=3.7pm/℃となり、これは、上記で仮定した温度感度39.9pm/℃の9.3%に相当する。
この結果は、FBGセンサ自身の温度感度を考慮する必要があることを意味している。
(2)ブラッグ波長変化量の差分(ΔλB1−ΔλB2)に過渡的な時間帯について
一方のFBGセンサ(FBG1)と他方のFBGセンサ(FBG2)の温度感度差のみの影響だけを受けるとすると、ブラッグ波長変化量の差分(ΔλB1−ΔλB2)は時間に対して、変動しなければならない。なぜならば、一方のFBGセンサ(FBG1)の温度感度をCT1、他方のFBGセンサ(FBG2)の温度感度をCT2とすると、Tは温度、tは時間を表す。
(ΔλB1−ΔλB2)=CT1×ΔT(t)−CT2×ΔT(t)=(CT1−CT2)×ΔT(t)
つまり、ΔTに依存して(ΔλB1−ΔλB2)も変動しなければならない。しかし、図5の過渡的な時間帯は限定されている。
この原因を推定すると、ΔT(t)が一方のFBGセンサ(FBG1)と他方のFBGセンサ(FBG2)で異なることが予想させる。すなわち(ΔλB1−ΔλB2)=CT1×ΔT1(t)−CT2×ΔT2(t)
t→∞において、ΔT1=ΔT2となるはずであるから、
(ΔλB1−ΔλB2)=(CT1−CT2)×ΔT(∞)となり、一定値となる。
ΔT1とΔT2となるのは、試験形態に依存すると考えられる。すなわち、一方のFBGセンサ(FBG1)は試験片の固定端に近く、温度変化は治具の熱容量の影響を受ける。一方、他方のFBGセンサ(FBG2)は試験片の自由端に近く、雰囲気温度の影響を受けやすい。よって、試験片の長手方向の温度分布の影響により、ブラッグ波長変化量の差分は、過渡的な(ΔλB1−ΔλB2)の変化を起こすと仮定できる。この仮定は、0〜6時間は日中であり、太陽光、照明および空調の影響で温度変化が頻繁に起きており、その影響は図5に現れている。図3において、日中に大きなひずみ勾配が生じていることは、上記の仮定により説明できる。
次にブラッグ波長変化量の差分を得ることにより、温度分布等の温度影響を実際に低減できるか試験をした。
試験では、ひずみ勾配の時間変動の試験や、ブラッグ波長変化履歴の試験と同じものを使用した。そしてアルミ試験片の自由端側にシム(重り)を配してひずみ負荷量を与えると共に、シムを変えてひずみ負荷量を変え、二つのFBGセンサにおけるブラッグ波長変化量(ひずみ)の温度変化と、二つのFBGセンサにおけるブラッグ波長変化量(ひずみ)の差分の温度変化とを評価した。
その結果、図6に示すデータ、表1に示すデータを得た。なお図6に示すデータでは、サンプリング周波数10Hzにて収録した原データを100秒毎に平均値を求めたものである。また表1に示すデータでは、各シム枚数時のブラッグ波長変化量(ひずみ)の最大値と最小値を示している。
[表1]
[試験4]
更に試験4では、試験3においてシム枚数2枚の時の二つのFBGセンサ間のブラッグ波長変化量(ひずみ)の差が大きかったため、その再現性を確認するために同じ条件で再度試験した。
その結果、図7に示すデータ、表2に示すデータを得た。
[表2]
よって試験3、試験4から、二つのFBGセンサのブラッグ波長変化量(ひずみ)の差分を得ることにより、温度影響を受けにくくなることが明らかとなった。これらの実験結果は、1つの計測部位について1つのFBGセンサを使用し、かつ、ひずみと温度がともに変化する場合であっても、計測部位のひずみ発生が異なることを利用し、FBGセンサ間のブラッグ波長変化量の差分に着目すれば、温度の影響を除去できることを例示するものである。
B 配管(対象物)
C 構造体(対象物)
D フレーム(対象物)
a FBGセンサ
ΔλB1 ブラッグ波長変化量
ΔλB2 ブラッグ波長変化量
Claims (6)
- 対象物に複数のFBGセンサを配置するひずみ計測方法であって、
前記対象物は、準静的な状態で温度によるみかけのひずみを生じ且つ温度によるみかけのひずみの変動を予測し得るものであり、
前記対象物の一つの計測部位について一つのFBGセンサを使用し、
計測時には、ひずみと温度がともに変化する場合であっても計測部位のひずみ発生が異なることを利用し、一方のFBGセンサのブラッグ波長変化量から他のFBGセンサのブラッグ波長変化量を引き算してブラッグ波長変化量の差分を求め、ブラッグ波長変化量の差分を準静的なひずみ差に変換し、対象物のあらかじめ設定されたひずみ差分と比較することを特徴とするひずみ計測方法。 - 実測のブラッグ波長変化量の差分からと、あらかじめ設定された比較用のブラッグ波長変化量の差分から準静的なひずみ差に変換し、監視対象のあらかじめ設定された値の一定範囲にある場合には正常と判断し、あらかじめ設定された一定範囲内にない場合には異常と判断することを特徴とする請求項1に記載のひずみ計測方法。
- 対象物を構造物とし、該構造物の健全性を監視することを特徴とする請求項1又は2に記載のひずみ計測方法。
- 対象物に配置される複数のFBGセンサと、複数のFBGセンサからのブラッグ波長変化量を処理する処理部とを備え、
前記対象物は、準静的な状態で温度によるみかけのひずみを生じ且つ温度によるみかけのひずみの変動を予測し得るものであり、
前記対象物の一つの計測部位について一つのFBGセンサを使用し、
前記処理部は、計測時に、ひずみと温度がともに変化する場合であっても計測部位のひずみ発生が異なることを利用し、一方のFBGセンサのブラッグ波長変化量から他のFBGセンサのブラッグ波長変化量を引き算してブラッグ波長変化量の差分を求め、ブラッグ波長変化量の差分を準静的なひずみ差に変換し、対象物のあらかじめ設定されたひずみ差分と比較するように構成されたことを特徴とするひずみ計測装置。 - 実測のブラッグ波長変化量の差分からと、あらかじめ設定された比較用のブラッグ波長変化量の差分から準静的なひずみ差に変換し、監視対象のあらかじめ設定された値の一定範囲にある場合には正常と判断し、あらかじめ設定された一定範囲内にない場合には異常と判断することを特徴とする請求項4に記載のひずみ計測装置。
- 対象物を構造物とし、該構造物の健全性を監視することを特徴とする請求項4又は5に記載のひずみ計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013263956A JP6324058B2 (ja) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | ひずみ計測方法及びひずみ計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013263956A JP6324058B2 (ja) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | ひずみ計測方法及びひずみ計測装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015121419A JP2015121419A (ja) | 2015-07-02 |
JP6324058B2 true JP6324058B2 (ja) | 2018-05-16 |
Family
ID=53533165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013263956A Active JP6324058B2 (ja) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | ひずみ計測方法及びひずみ計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6324058B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6839960B2 (ja) * | 2016-10-28 | 2021-03-10 | 株式会社Ihi検査計測 | 支承のモニタリングシステム及びモニタリング方法 |
CN110832879B (zh) * | 2017-05-16 | 2020-12-18 | Cach株式会社 | 远程状态监视系统及监视方法 |
CN113566726B (zh) * | 2021-07-06 | 2023-04-28 | 中国计量大学 | 一种光纤光栅应变传感器的动态标定装置及方法 |
CN113587836A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 中国计量大学 | 一种光纤光栅应变传感器的原位校准方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3711905B2 (ja) * | 2001-08-23 | 2005-11-02 | 日立電線株式会社 | 光ファイバグレーティング歪センサ及び歪計測方法 |
US7379631B2 (en) * | 2006-06-12 | 2008-05-27 | Baker Hughes Incorporated | Multi-core distributed temperature sensing fiber |
JP5155702B2 (ja) * | 2008-03-13 | 2013-03-06 | アンリツ株式会社 | 歪計測装置 |
JP5397767B2 (ja) * | 2009-12-10 | 2014-01-22 | 西日本旅客鉄道株式会社 | 構造物劣化監視方法および構造物劣化監視システム |
-
2013
- 2013-12-20 JP JP2013263956A patent/JP6324058B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015121419A (ja) | 2015-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8525979B2 (en) | Monitoring device for detecting stress strain and method for using same | |
Murayama et al. | Structural health monitoring by using fiber-optic distributed strain sensors with high spatial resolution | |
Büyüköztürk et al. | Overview of fiber optic sensors for NDT applications | |
CN103180688B (zh) | 高温结构变形放大测量引伸计 | |
JP6324058B2 (ja) | ひずみ計測方法及びひずみ計測装置 | |
CN103105138A (zh) | 一种光纤光栅应变灵敏度的校准装置和方法 | |
WO2009126991A1 (en) | Method and system for monitoring strain in a structure using an optical fibre | |
Kaur et al. | Experiment on a highly sensitive fiber Bragg grating optical sensor to monitor strain and corrosion in civil structures | |
Rodrigues et al. | Long-gauge fibre optic sensors: performance comparison and applications | |
Kesavan et al. | Performance assessment of indigenously developed FBG strain sensors under short-term and long-term loadings | |
Gebremichael et al. | Multiplexed fibre Bragg grating sensor system for structural integrity monitoring in large civil engineering applications | |
Mikel et al. | First setup of the optical fiber measuring system to monitoring structure health of nuclear power plant | |
Zhu et al. | Simultaneous measurement of dynamic strain and temperature distribution using high birefringence PANDA fiber Bragg grating | |
Frieling et al. | Tensile and fatigue properties of Fiber-Bragg-Grating (FBG) sensors | |
Gupta et al. | Development of fiber optic sensors for leak detection in underground energy storage pipelines | |
Kordell et al. | Fiber optic conjugate stress sensors for prognostic health monitoring of structures | |
Murayama et al. | Distributed strain measurement of welded tubular joint with long gauge FBG | |
Murayama et al. | Strain monitoring and defect detection in welded joints by using fiber-optic distributed sensors with high spatial resolution | |
Radzi et al. | A review on the bolted flange looseness detection method | |
Xu et al. | Fatigue behavior of metal-packaged regenerated fiber Bragg grating strain sensors at high temperatures: a preliminary study | |
Kaczorowski et al. | Carbon epoxy composite curing process monitoring using high resolution optical fiber sensors | |
Adhreena et al. | A Fiber Bragg Grating-Based Gap Elongation Sensor for The Detection of Gap Elongation in Bolted Flange Connection | |
Zychowicz et al. | Defect detection in steel materials using sensors based on fiber Bragg gratings | |
Zrelli et al. | Measurement of Temperature, Humidity and Strain Variation Using Bragg Sensor | |
Zhaoxia et al. | Bridge structure monitoring system based on practical FBG |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161129 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170921 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171003 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171201 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180327 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180410 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6324058 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |