JP6393421B2

JP6393421B2 - 分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置及び方法

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Publication number: JP6393421B2
Application number: JP2017524076A
Authority: JP
Inventors: ▲蘇懐▼智; ▲楊▼孟
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN104142224A; US9581522B2; EP3015840A4; CA2910468A1; AU2014388970A1; EP3015840A1; CA2910468C; AU2014388970B2; WO2016011775A1; JP2017528732A; US20160161363A1; CN104142224B

Description

本発明は分散型センシング光ファイバ性能の多目標多自由度の静的および動的試験統合プラットフォーム及び試験方法に関する。

人々の安全意識の継続的な向上及び各領域における工事の大量建設に従って、建造物に対する安全監視がさらに重要且つ緊急なものになり、光ファイバ知的材料は機能性センサとして、建造物の安全監視分野での応用が不断に増加している。分散型光ファイバ監視システムは電気信号を基礎とするセンシング監視システムやスポット型光ファイバ監視システムと比べて、その技術的難しさ、監視量の内容、指標、及び監視場所と範囲にはいずれも極大な利点を有する。

分散型光ファイバセンサの光学パラメータと比べて、その自体の一部の物理的なパラメータはすべて定量的な技術指標ではなく、国内外の一般的なやり方は関連の試験を行い、試験には破損されないと合格的な製品である。しかし、試験の発生は確率事象であり、各光ファイバの各所を試験することは不可能であるので、実際な工事に応用された光ファイバパラメータ性能はほぼ未知なものであり、破損試験に合格した光ファイバについても、その性能の良否に対する定量的な認識が欠乏するので、光ファイバの選定、設計、生産、購買、施工及び使用にいずれも極大な不便や無駄をもたらす。

現在の国内外の光ファイバ応用分野において、使用者が使用する分散型光ファイバセンサパラメータはほぼ光ファイバの工場出荷時に一般的に較正したパラメータである。複雑な作業環境、特に水工建物等の複雑な大規模工事の野外の特別な作業環境に応用される場合、監視結果の信頼性に影響することがあり、特に分散型光ファイバセンサの力学的性能及びセンシング性能は実際な監視精度に重大な影響を及ぼすことになる。

異なる光ファイバ原料又は異なる光ファイバ生産プロセスで製造された光ファイバは、各項の指標には大きな違いがあり、また、異なる光ファイバメーカー、異なる光ファイバタイプ、異なるシース材質、及び同一の光ファイバタイプの異なる生産バッチ等によっても、光ファイバの基本的なパラメータは差異があり、このため、科学研究にも生産応用にも、分散型光ファイバの力学的性能及びセンシング性能に対する試験は先に着手する前提作業となっている。

光ファイバの引張破断強度が小さいので、その発生・発展・破損のライフサイクル全体にわたる変形メカニズムをタイムリー且つ正確にスナップしてトラッキングするために、正確且つ機動的な多目標光ファイバ試験プラットフォームの研究が急務になる。光ファイバセンシング技術がスマート化、デジタル化、統合化及び小型化への発展に従って、監視の空間分解能の技術が不断に発展し、小さな構造体の監視は必然的な傾向となっているようになり、分散型光ファイバセンシング技術の発展と良く合わせるために、スケールを調整可能で、携帯しやすく、試験が正確で、構造が簡単な多目標試験統合プラットフォームを研究する必要がある。

本発明は、従来技術の不足に対して、実際な工事における分散型センシング光ファイバの力学的性能及びセンシング性能等の試験問題を解決するために、より効率的且つ正確な静的および動的多自由度光ファイバ性能試験プラットフォーム及び試験方法を提案することにより、タイトバッファ付き光ファイバの一部の性能を定性的指標から定量的指標に変換し、通常の意味から具体的な工事の実用化概念に広くすることを目的とする。本発明の装置及び方法は、高精度光ファイバの力学的性能の室内較正試験を行うことができ、光ファイバを実際な工事に応用する前の試験作業にも適用することができる。なお、もっと正確な較正結果が要求される場合、複数回計算して、その計算結果により正規分布原則に従って、最終的にもっと正確なキャリブレーション結果を取得することができる。

本発明は以下の技術的解決手段を採用する。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置は、光ファイバの多自由度固定システム、人工積み降ろし装置、油圧制御積み降ろし装置、被試験光ファイバ、分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム、データ処理分析システムを含み、光ファイバの多自由度固定システムは順次に人工積み降ろし装置及び油圧制御積み降ろし装置と接続され、被試験光ファイバは光ファイバの多自由度固定システム及び分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システムと接続される。多自由度固定システムにおける装置を制御することにより光ファイバ性能に対する試験を実現し、分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システムは、光ファイバの静的又は動的圧力条件でのブリルアン周波数シフト量の値等の光ファイバの光学的情報を採集することに用いられ、データ処理分析システムは、分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム及び力センサ、高感度温度計等で採集したデジタル化情報をオンライン処理及び分析することに用いられる。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置において、前記開始端弾性固定装置は、締め付けねじが弧状前キャビティを貫通することにより開始端弾性固定装置を開始固定端載置台に固定し、光ファイバは弧状前キャビティにおける小口径光ファイバ連通路と高弾性内環壁における微小口径光ファイバ連通路を通過し、連通ねじにおける調整ボルトを回転させることにより高弾性内環壁に軸方向の圧力を加え、円L状外環壁により高弾性内環壁に横方向の圧力を加え、高弾性内環壁により環方向制約を微小口径光ファイバ連通路に伝達する。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置において、光ファイバの多自由度固定システムは第1の中央滑車連動装置と第2の中央滑車連動装置を更に含み、後作業台の中央上部位置及び中央下部位置には、第1の中央滑車連動装置と第2の中央滑車連動装置を置くための前後に貫通する配置溝がそれぞれ設置され、第1の中央滑車連動装置において、スケールディスクと接続された角度調整ラウンドハンドルを操作することにより制御回転リンクを連動させ、固定支点ディスクを固定支点とし、水平接続滑車は開始端弾性固定装置から光ファイバを引き出し且つ水平に第1の中央滑車連動装置に移送し、上記装置は、弧状作業室にパッケージされ、且つ締め付けねじで後作業台内に固定され、後作業台上に設置される中央溝内接続滑車により、第1の中央滑車連動装置から引き出された被試験光ファイバを縦方向の小口径光ファイバ連通路内に引き、且つ第2の中央滑車連動装置に接続し、第2の中央滑車連動装置は、主に被試験光ファイバを後続試験段階に移送するための大直径移送滑車及び小直径移送滑車を含む。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置において、光ファイバの多自由度固定システムは末端非剛性固定装置を更に含み、末端非剛性固定装置において、回転リングキャップを回転させることにより回転リングのねじ込み及びねじ外しを制御し、回転リングの内環壁内にはねじ部材が設けられ、被試験光ファイバは外環壁にねじが設置された光ファイバ連通路を通過し、光ファイバ連通路の光ファイバに近接する側には弾性材料内壁が設けられ、被試験光ファイバと接触するとともに環方向荷重を被試験光ファイバに伝達し、弾性材料円壁は回転リングの水平方向圧力を受けて、外縁厚壁円筒により環方向制約を弾性材料円壁に加え、環方向荷重を光ファイバ連通路における弾性材料内壁に伝達する。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置において、一般的な接続滑車をスプリングが内蔵された特別な滑車に切り替えることができ、ねじ棒ハンドルはねじ棒と接続され、ねじ棒の一端は後作業台に伸び込まれ、弧状溝はそれぞれ上長尺状鋼ブロックと下長尺状鋼ブロックの一端に開けられ、その対応する他端にもそれぞれ溝が開けられ、高弾性スプリングは対向する弧状溝に縦方向の荷重を加えることにより、被試験光ファイバを環方向に制約する。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置は、2つの光ファイバ積み降ろし装置を更に含み、人工積み降ろし装置において、ねじ付きディスク及び固定ディスクにより人工制御ハンドルを前作業台と接続固定し、スケール付き水平ビームは移動ステージを貫通し、スケール付き水平ビームには目盛りが標記され、移動ステージと前作業台との間には双方向力センサを有し、人工制御ハンドルは回転水平ねじビームと接続され、人工制御ハンドルの両端にはそれぞれ回転ハンドルと微調整制御ハンドルを有し、移動ステージは水平ねじビームの水平回転力を受けて、水平荷重を開始端弾性固定装置に伝達し、油圧制御積み降ろし装置において、伸縮円柱は油圧積み降ろし制御ハンドルと接続される。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置は、特別な固定用ラウンドベースを更に含み、固定用ラウンドケーシングにより特別な固定用ラウンドベースを底部水平固定クロスコラムに接続し、且つ接続鋼板により固定用縦ラウンドベースを接続する。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置において、被試験光ファイバは最上端から試験装置に沿って試験プラットフォームの下端に延伸し、最後に、光ファイバブリルアン周波数シフト取得システムと接続される。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置において、光ファイバ積み降ろしシステムにより光ファイバに動的及び静的荷重を加えることができ、マッチングした分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システムとデータ処理分析システムは光ファイバ情報をリアルタイムに採集して分析することができ、光ファイバの異なる曲率での性能試験を完成するとともに、その極限引張荷重及び総合的な弾性係数等のパラメータを直接又は間接的に監視することができる。

本発明に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置を利用する試験方法は、
被試験光ファイバを開始端弾性固定装置と接続し、第1の中央滑車連動装置及び第2の中央滑車連動装置を通過した後、末端非剛性固定装置を介して水平に光ファイバブリルアン周波数シフト取得システムに引き出すステップと、
各部材を組み立てるとともに運転デバッグを行い、試験目的により特に特別な滑車装置を取り付けるとともに角度調整ラウンドハンドルを調整して回転させて試験曲率を規定し、被試験光ファイバを配置するステップ1と、
開始時間、温度及び被試験光ファイバ開始ゲージを記録し、積載タイプと動的や静的監視方式を確定し、双方向力センサで監視された結果により積載レベルを制御した後、被試験物に圧力試験を行うステップ2と、
試験目的に基づいて、各部位の長さ、角度及び荷重等の監視データを監視、採集するステップ3と、
被試験光ファイバの上記力学試験に基づいて、採集した監視データを利用してリアルタイムに静的および動的分析を行うステップ4と、を含む。

本発明による分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置及び方法は、光ファイバの選定、設計、生産、購買、施工及び使用に信頼可能な動的及び静的の多自由度積み降ろし制御システムを提供し、光ファイバのセンシングパラメータの較正、工事に応用される前の性能検出及び分散型光ファイバの理論及びその実際な応用の更なる改善に対して、良い試験プラットフォームを提供する。本発明は巧みに多種の光ファイバ弾性固定システムを設計し、光ファイバを無消耗且つ多自由度で固定し、特別な滑車リンク装置により光ファイバの曲げ角度を任意に改変し、多目標監視を実現することができる。特別に設計された人工と油圧という2つの積み降ろしシステムを採用して光ファイバの動的及び静的積み降ろしを自由に制御し、また、ブリルアン周波数シフト取得システム、力センシングシステム及び温度採集システム等の補助装置によりその力学的性能及びセンシング性能をリアルタイムに採集して分析することができる。

本発明は分散型光ファイバセンシング技術の実際な応用での精度のキャリブレーション及び向上に大きな役割を果たし、本試験プラットフォームの全ての部材を自由に着脱することができ、異なる試験要求を満たすために多目標の試験プラットフォームを確立し、それにより可能な試験研究に大きな二次開発の余地を提供し、本発明の装置は、構造が軽量且つ簡単で、低価格で、操作しやすく、干渉され難く、試験の種類が多く、適用性が強く、性能が安定的で、積み降ろしが便利である等の利点を有する。

図1は本発明の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置の模式的平面図である。図2は図1におけるI部分の構造の拡大模式図である。図3は図1におけるII部分の構造の拡大模式図である。図4は図1におけるIII部分の構造の拡大模式図である。図5は本発明の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置の正面図である。図6は本発明の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置の1-1断面図である。図7は本発明の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置の2-2断面図である。図8は本発明の試験装置における開始端弾性固定装置71の断面図である。図9は本発明の試験装置における第1の中央滑車連動装置72の断面図である。図10は本発明の試験装置における第2の中央滑車連動装置73の断面図である。図11は本発明の試験装置における末端非剛性固定装置74の断面図である。図12は本発明の試験装置における末端非剛性固定装置74の3-3断面図である。図13は本発明の試験装置における特別な滑車装置16の断面図である。図14は本発明の試験装置における特別な滑車装置16の4-4断面図である。図15は本発明の試験装置における特別な固定用ラウンドベース92の断面図である。図16は本発明の装置による光ファイバ水平引張試験の比較図である。

以下、図面を参照しながら本発明を更に詳しく説明する。

分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置及び方法を提供する。前記試験装置は、光ファイバの多自由度固定システム70、人工積み降ろし装置81、油圧制御積み降ろし装置40、被試験光ファイバ80、分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム50、データ処理分析システム60及び他の補助システムからなる。

光ファイバの多自由度固定システムは主に開始端弾性固定装置71、第1の中央滑車連動装置72、第2の中央滑車連動装置73及び末端非剛性固定装置74を含み、多自由度固定システム70における異なる装置を制御することにより、被試験光ファイバの異なる方向、異なる曲率での配置を実現する。光ファイバ分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム50は主に光ファイバの静的又は動的圧力条件でのブリルアン周波数シフト量の値等の光ファイバの光学的情報を採集することに用いられる。データ処理分析システム60は、主に分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム及び力センサ、高感度温度計等で採集したデジタル化情報をオンライン処理及び分析することに用いられる。他の補助試験装置は主に高感度電子温度計91、特別な固定用ラウンドベース92、油圧積み降ろし制御ハンドル93及びダンパー弾性ブラケット94等の付属装置を含む。

光ファイバの多自由度固定システム70は4種類の異なる設計アイデアと使用方法を有する光ファイバ多自由度固定装置を含む。開始端弾性固定装置71において、締め付けねじ1が弧状前キャビティ2を貫通することにより、開始端弾性固定装置をしっかりと開始固定端載置台46に固定し、光ファイバは弧状前キャビティ2における小口径光ファイバ連通路6及び高弾性内環壁5における微小口径光ファイバ連通路7を通過し、連通ねじ4における調整ボルト8を回転させることにより不断に高弾性内環壁5に軸方向の圧力を加え、高弾性内環壁5は軸方向圧力を受けるので不断に押圧されて軸方向圧縮が発生し、その縦方向の断面が円L状外環壁3の縦方向の圧力により制約されるので、不断に縦方向に微小口径光ファイバ連通路7を押圧し、最終的に微小口径光ファイバ連通路7における光ファイバをしっかりとその内に押圧し、横方向圧力で縦方向弾性変形を連動させる方法を採用して目標光ファイバを非剛性の方式で引張端に押圧し、光ファイバが剛性フィクスチャで挟持される際材料硬さの不適合による物理損傷を効果的に回避することができる。本発明の開始端弾性固定装置71は本試験プラットフォームの特別な要求に応じて設計されたものであり、取り替えやすく、操作が簡単で、実用性が強く、光ファイバ性能試験に強力な保障を提供する。

光ファイバの多自由度固定システム70は第1の中央滑車連動装置72と第2の中央滑車連動装置73を含む。第1の中央滑車連動装置72において、スケールディスク9と接続された角度調整ラウンドハンドル10を操作することにより、制御回転リンク18を連動させ、異なる試験需要に応じて角度調整可能な滑車15を調整し、それにより光ファイバの当該位置での曲げ角度が変化し、固定支点ディスク11は固定及び支点の役割を果たし、水平接続滑車14は主に開始端弾性固定装置71から引き出された光ファイバを水平に第1の中央滑車連動装置72に移送する。装置全体は、弧状作業室13にパッケージされ、光ファイバの取り付け及び制御操作が簡単になるように、自由に着脱することができ、主に各部材の接続及び操作空間を提供し、各部材が外部に存在可能な不利な環境で干渉されることを防止し、装置全体は締め付けねじ12で後作業台20にしっかりと固定される。ここで、本発明の第1の中央滑車連動装置72はレバーバランス原理を利用し、固定支点により光ファイバの曲げ角度を効率的且つ正確に制御し、その実用性が強い。後作業台上に設置される中央溝内接続滑車16により、第1の中央滑車連動装置72から引き出された被試験光ファイバ80を縦方向の小口径光ファイバ連通路17に引き、且つ第2の中央滑車連動装置73に接続する。第2の中央滑車連動装置73は主に大直径移送滑車18及び小直径移送滑車19を含み、それにより被試験光ファイバ80を簡単且つ効果的に後続試験段階に移送する。ここで、本発明の第2の中央滑車連動装置73は巧みに直径の異なるディスクの外側円弧の正接を利用して、被試験光ファイバ80を円滑に垂直位置から水平位置に移送し、光ファイバ位置を柔軟に調整するだけでなく、この位置の光ファイバの湾曲曲率を完全に試験要求に符合することができる。後作業プラットフォームの中央上部位置及び中央下部位置には、前後に貫通する配置溝がそれぞれ設置され、それにより第1の中央滑車連動装置72及び第2の中央滑車連動装置73を設置しやすい。

光ファイバの多自由度固定システム70は末端非剛性固定装置74を更に含む。該装置において、回転リングキャップ21を回転させることにより回転リング22のねじ込み及びねじ外しを制御することができ、回転リングの内壁はねじ付き部材であり、光ファイバ連通路25は外壁にねじを有する薄層光ファイバ通路であり、該光ファイバ通路の光ファイバに近接する側には一定の厚さがある弾性材料内壁47が設けられ、光ファイバと接触するとともに、環方向の荷重を効果的に被試験光ファイバ80に伝達することができ、且つ光ファイバが剛性レベルの差分の大きい高剛性部材の押圧により破壊されることを防止することができる。回転リング22を締め付ける際、その弾性材料円壁24に近接する端面は弾性材料円壁24を押圧し、その外縁厚壁円筒23の剛性が大きいので、光ファイバ連通路25の方向へ圧縮させ、更に、その内層の弾性材料内壁47が弾性膨張と圧縮特性を有するので、光ファイバを非剛性の方式で中に固定する。本発明の非剛性固定装置74は、力伝達及びバランス原理を合理的に利用し、弾性材料の特性を巧みに組み合わせて、ねじ間の回転により荷重を連動的に制御し、光ファイバの非剛性の連動固定を良く実現し、その操作は簡単で、光ファイバの効果的な操作及び制御に別の新たな方法を提供する。

本試験プラットフォームは温度効果影響又は環境温度の変化が大きい等の場合での温度補償計算を正確に計算する必要がある場合、一般的な接続滑車16をスプリングが内蔵された特別な滑車に切り替えることができる。本特別な滑車装置は主にねじ棒ハンドル26により一端が後作業台20に伸び込まれたねじ棒27を回転させることにより、高弾性スプリング30を連動させて圧縮させ、対向する弧状溝29を当接させ、その内に敷設された被試験光ファイバ80はそれに従って緊密に圧縮されるようになる。ここで、本発明の装置はスプリングの作動原理を利用して、ねじによる積み降ろしのアイデアを組み合わせて、力バランス原理により、外層に一定の厚さがある弾性材料が設置された対向に移動する弧状溝29により光ファイバを中に固定し、弾性固定装置であるが、この位置の縦方向の固定位置に特別な設計があるので、光ファイバと柔軟に接続して、同期に変形することができ、そのアイデアが新規で、構造が簡単である。弧状溝29はそれぞれ上長尺状鋼ブロック28と下長尺状鋼ブロック31の一端に開けられ、その対応する他端にもそれぞれ予備溝が開けられる。被試験光ファイバ80を固定した後、ここから下へ末端非剛性固定装置74まで延伸する被試験光ファイバ80は固定且つ自由な状態であり、積載装置の影響を受けることなく、温度変化のみによるブリルアン周波数シフト領域であり、分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム50によりこの位置を温度補償領域として分析して計算する。

本試験プラットフォームの光ファイバ積み降ろしシステムにおいて、異なる試験需要に応じて、2つの光ファイバ積み降ろし装置を設計する。1つは人工積み降ろし装置81であり、主に人工制御ハンドル33により水平ねじビーム32を回転させ、ねじを回転させることにより移動ステージ36を連動させて水平方向の力を受けて移動させ、更に開始端弾性固定装置71を連動させて水平に前進し、それにより光ファイバの人工積み降ろしを実現することができる。ねじ付きディスク35及び固定ディスク34により、その人工制御ハンドル33を前作業台37と接続固定し、図1において、人工制御ハンドル33の左右端にはそれぞれ回転ハンドルと微調整制御ハンドルを有し、異なる需要に応じて対応する操作を行うことができ、スケール付き水平ビーム38は移動ステージ36を貫通し、主にリアルタイムに表示目盛りを標記することに用いられ、移動ステージ36と前作業台37との間には双方向力センサ39を有し、主にセンシング光ファイバが積み降ろし装置の作用での動的及び静的積みと降ろし値を取得することに用いられる。第2の積載装置は油圧制御積み降ろし装置であり、主に伸縮円柱40、油圧積み降ろし制御ハンドル93及び油圧制御システム等の部材からなる。

本試験装置において別途に取り付けられた温度補償計算用高感度電子温度計91は、この際の温度を自動に読み取り、現在の日付及び時間を表示でき、外部環境温度の影響効果の判断、温度補償計算及び試験過程全体の記録に対する効果的な補足である。使用過程には過大な引張荷重があることにより、該装置の位置を移動するか又は実際な工事において非水平面内に使用される特別な状況がある可能性があるので、他の補助システムにおける特別な固定用ラウンドベース92を特別に設計する。固定用ラウンドケーシング42は特別な固定用ラウンドベース92を底部水平固定クロスコラム44に接続し、且つ接続鋼板41により固定用縦ラウンドベース43を接続し、固定する必要がある場合に、固定用縦ラウンドベース43及びボルト軸によりそれを必要な固定位置に固定する。試験プラットフォーム底部全体には硬いダンパー弾性ブラケット94が取り付けられ、主に内蔵された硬弾性材料からなり、外力干渉及び試験と輸送過程に存在する振動等の影響を防止し、外部環境の干渉を最大限に減少し、光ファイバ試験プラットフォームの試験結果の正確性と安定性を向上させることができる。

本試験装置における光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム50は、異なる分析装置に対してその空間分解能も大きく異なっており、被試験光ファイバ80は最上端から試験装置に沿って試験プラットフォームの下端まで延伸し、該特別な光ファイバ配置により、被試験光ファイバの長さを増加し、その理由の1つは本装置を異なる空間分解能の光ファイバ分析装置とより良く組み合わせて使用するためである。

データ処理分析システム60は、主に分析装置50、双方向力センサ39、高感度電子温度計91等で取得されたデジタル化測定値情報をアクセス、処理、分析し、且つ情報時間変化曲線を描画する。

実施例1
本実施例は一般的なシングルモード光ファイバであるSMF-28eを被試験光ファイバ80とする例として、本発明における主な装置の作製及び取り付けステップを説明する。

第1のステップとして、長さ180mm、幅30mm、高さ120mmの鋼板を採用して前作業台37に作製し、移動ステージ36を長さ180mm、幅60mm、高さ60mmの鋼板に作製し、長さ180mm、幅50mm、高さ140mmの鋼板を使用して後作業台20に作製し、前作業台37、移動ステージ36及び後作業台20の上端の2つの角部領域にM24標準ボルト穴をそれぞれ加工し、前作業台37と後作業台20の中下部にそれぞれM27標準ボルト穴を加工し、前作業台37の2つのボルト穴の中央下部に30mmのラウンド穴を加工し、後作業台20、移動ステージ36の最上部の対応する位置にM20ボルト穴を加工し、それにより異なるタイプの光ファイバ弾性固定装置を配置することができる。後作業台20の中央上部に、主に滑車装置16を配置するための前後に貫通する溝穴を開け、且つ溝穴の底部の外辺に近接する面に上下に貫通する小口径光ファイバ連通路を開け、後作業台20の中央下端位置に、第2の中央滑車連動装置73を配置するための前後に貫通する溝穴を開ける。

第2のステップとして、底部水平固定クロスコラム44は長さが620mmで、直径が27mmで、2つのポートにはねじを有し、まず、底部水平固定クロスコラム44よりもサイズがわずかに大きい特別な固定用ラウンドベース92を底部水平固定クロスコラム44に嵌設し、底部水平固定クロスコラム44により前作業台37と後作業台20を接続し、長さが620mmで、直径が24mmで、2つのポートにねじを有するスケール付き水平ビーム38により前作業台37、移動ステージ36及び後作業台20を接続し、直径が50mmで、厚さが30mmであるねじ付きディスク35に直径18mmの固定ディスク34を外接し、その人工制御ハンドル33を、前作業台37におけるラウンド穴により長さが500mmで、直径が30mmである回転水平ねじビーム32と接続し、最後に対応する規格のボルトを使用して上記部材を緊密に固定する。

第3のステップとして、各光ファイバ弾性固定装置及び他の精密部材の複雑度と高製造プロセスを考え、ここで、その詳しい製造ステップ及びプロセスを説明することなく、予め製造された各光ファイバ弾性固定装置を所定の設計で各部位の指定位置に取り付ける。

第4のステップとして、明細書における内容を参照して、他の補助システムにおける各部材に対して具体的な試験要求に従って選択及び取り付けを行う。最後に光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム50とデータ処理分析システム60を前記組み立てられた試験システムと接続することにより、積み降ろしシステム、力測定システム、センシングシステム及びデータ処理分析システムを一体的に包括する分散型センシング光ファイバ性能の多目標多自由度の静的および動的試験統合プラットフォームを組み立てる。

実施例2
本プラットフォームの最も基本的な操作ステップを便利に説明するために、試験光ファイバを水平且つ軸方向に引張する場合における分散型光ファイバ変形性能試験のみを例として具体的に説明する。

1.試験材料と被試験物
一般的なシングルモード光ファイバであるSMF-28eを使用し、SMF-28eはベア光ファイバではないので、その表面にはゴム保護層がある。タイトバッファ付き光ファイバを、順次に開始端弾性固定装置71、第1の中央滑車連動装置72、第2の中央滑車連動装置73及び末端非剛性固定装置74を通過させ、且つNBX-6050A型プリポンプブリルアン光時間領域における解析技術の分散型光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム、DVP-730型光ファイバ溶接機、複数の熱収縮チューブ及びDVP-105型光ファイバカッタ、Panasonic-CF-FGCYCDP型データ処理分析システム等の補助装置を使用する。

2.試験ステップ
ステップ1として、まず、一定の曲率で角度調整ラウンドハンドル10を回転させ、且つ対応する部材を調整することにより、既に被試験光ファイバが通過された開始端弾性固定装置71及び末端非剛性固定装置74を締め付ける。

ステップ2として、被試験光ファイバの両端をそれぞれNBX-6050A型プリポンプブリルアン光時間領域における解析技術の分散型光ファイバ監視システムのポートに接続し、双方向力センサ39を対応する位置に固定し、高感度電子温度計をオンし、Panasonic-CF-FGCYCDP型データ処理分析システムを各監視部材に接続し、積載前の準備作業を完成する。

ステップ3として、開始時間及び開始温度を記録し、積載タイプを選択し、本回の試験において、説明の便宜上、手動積載方式を選択し、積載前の開始ゲージを較正するとともに、その数値を記録し、そして、角度調整ラウンドハンドル10を回転させ、双方向力センサ39で監視された結果により積載レベルを制御し、角度調整ラウンドハンドル10におけるハンドヘルドの回転ハンドルを回転させることにより積載を微調整することにより、正確な制御をリアルタイムで動的に実現し、NBX-6050Aにより不断にブリルアン周波数シフト数値を採集するとともにPanasonic-CF-FGCYCDP型データ処理分析システムを利用してひずみ結果を算出する。

ステップ4として、本試験の目的に応じて、角度調整ラウンドハンドル10を一周り回転させた直後にこの際の温度計の数値を記録し、NBX-6050Aを使用して光ファイバのひずみ監視を行う。

試験検証及び結果の比較分析により、更に本発明の装置及び試験方法の合理性及び実用性を検証した。

以上のように、特定な好ましい実施例を参照して本発明を既に説明して記述したが、本発明を限定するものと解釈することができない。添付された特許請求の範囲で定義された本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、形態や細部に各種の変化を行うことができる。

Claims

被試験光ファイバ(80)を複数の自由度で固定する多自由度固定システム(70)と、
前記多自由度固定システム(70)に接続され、前記被試験光ファイバ(80)に動的又は静的荷重を付与する荷重付与装置(81)と、
前記試験光ファイバ(80)の他端と、前記被試験光ファイバ(80)の一端とに接続され、前記多自由度固定システム(70)により固定される前記被試験光ファイバ(80)のブリルアン周波数シフト量を採集する光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム(50)と、
環境温度を取得する高感度温度計(91)と、
前記荷重付与装置が付与する荷重値を取得する力センサ(39)と、
前記光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム(50)、前記高感度温度計(91)及び前記力センサ(39)に接続されるデータ処理分析システム(60)と、
を有し、
前記多自由度固定システム(70)は、
前記被試験光ファイバ(80)の一端側を固定可能であり、前記荷重付与装置(81)により前記被試験光ファイバ(80)の延出方向に移動自在に配置される開始端弾性固定装置(71)と、
前記開始端弾性固定装置に対して離れた位置に配置され、前記開始端弾性固定装置(71)から延出する前記被試験光ファイバ(80)の曲げ角度を改変して前記被試験光ファイバ(80)を通過させる第１の中央滑車連動装置(72)と、
前記第１の中央滑車連動装置(72)に対して、前記被試験光ファイバ(80)が前記第１の中央滑車連動装置(72)を通過する方向に配置され、前記第１の中央滑車連動装置(72)を通過した前記被試験光ファイバ(80)の延在方向を、前記開始端弾性固定装置(71)側に転換して前記開始端弾性固定装置(71)を避けて延在させる第２の中央滑車連動装置(73)と、
前記開始端弾性固定装置(71)に対して、前記第１の中央滑車連動装置（72)と反対側に配置され、前記第２の中央滑車連動装置(73)から延在する前記被試験光ファイバ(80)の他端側を導出させた状態で、固定可能な末端非剛性固定装置(74)と、
を有し、
前記光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム(50)は、前記荷重付与装置(81)の動的又は静的荷重が付与される前記被試験光ファイバ(80)のブリルアン周波数シフト量の値を採集し、
前記データ処理分析システム（60）は、前記光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム(50)により採集された前記ブリルアン周波数シフト量、前記力センサ(39)からの荷重値および前記高感度温度計(91)からの温度に基づいて、前記被試験光ファイバ(80)の引張荷重および弾性係数を算出する、
ことを特徴とする分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置。
前記開始端弾性固定装置(71)は、締め付けねじ(1)が弧状前キャビティ(2)を貫通することにより開始固定端載置台(46)に固定され、
前記被試験光ファイバ(80)は、弧状前キャビティ(2)における小口径光ファイバ連通路(6)と、円L状外環壁(3)内の高弾性内環壁(5)における微小口径光ファイバ連通路(7)を通過して配置され、
前記円L状外環壁(3)を軸方向と平行に挿通されるねじ(4)における調整ボルト(8)を回転させることにより前記高弾性内環壁(5)に軸方向の圧力を加え、前記円L状外環壁(3)が前記高弾性内環壁(5)に径方向内方の圧力を加え、前記高弾性内環壁(5)により径方向制約を微小口径光ファイバ連通路(7)に伝達する、
ことを特徴とする請求項１に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置。
請求項１または２に記載の分散型センシング光ファイバの多目標多自由度の静的および動的試験装置を利用する試験方法であって、
前記被試験光ファイバ(80)を前記開始端弾性固定装置(71)と接続し、前記第1の中央滑車連動装置(72)及び前記第2の中央滑車連動装置(73)を通過した後、前記末端非剛性固定装置(74)を介して水平に前記光ファイバブリルアン周波数シフト取得システム(50)に引き出すステップと、
前記開始端弾性固定装置(71)で前記被試験光ファイバ(80)の一端側を固定し、前記第１の滑車連動装置(72)において前記被試験光ファイバ(80)の試験曲率を規定し、前記末端非剛性固定装置(74)で、前記被試験光ファイバ(80)の他端側が水平に引き出された状態で、前記被試験光ファイバ(80)を固定して、前記被試験光ファイバ(80)を前記多自由度固定システム70(71,72,73,74)に配置するステップ１と、
開始時間、温度及び前記被試験光ファイバ開始ゲージを記録し、前記多自由度固定システム70(71,72,73,74)に配置された前記被試験光ファイバ(80)に前記荷重付与装置による荷重をかけることによる圧力試験を行うステップ２と、
前記荷重を掛けた際の前記被試験光ファイバのブリルアン周波数シフト変化量、前記荷重値及び前記温度を採集するステップ３と、
採集したブリルアン周波数シフト変化量、前記荷重値及び前記温度を用いてリアルタイムに静的および動的における前記被試験光ファイバ(80)の引っ張り荷重および弾性係数を算出するステップ４と、を含むことを特徴とする試験方法。