JP7199282B2 - Optical fiber cable for strain detection - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象物に設置されてその歪み検出に用いられる光ファイバケーブルに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber cable installed on an object to be measured and used for strain detection.
土木・建築分野において構造物や地盤などに生じる歪みを検出する方法の1つとして、測定対象物内に光ファイバケーブルを埋設し、光ファイバ内を伝搬する光の変調を確認する光ファイバセンシングシステムがある。この用途に用いられる光ファイバケーブルは、施工時の折れなどを防いで取り扱い性を確保するため、一般に、光ファイバ素線を繊維強化樹脂などで被覆することで強度向上が図られている。 An optical fiber sensing system that confirms the modulation of light propagating in the optical fiber by embedding an optical fiber cable in the object to be measured, as one of the methods for detecting distortion that occurs in structures and the ground in the fields of civil engineering and construction. There is The optical fiber cable used for this purpose is generally improved in strength by coating the optical fiber bare wire with a fiber-reinforced resin or the like in order to prevent breakage during installation and ensure handleability.
従来、コンクリート構造物などの測定対象物との間の密着性を向上させるため、外表面に凹凸構造を形成した歪みセンシング用光ケーブルが提案されている(特許文献1,2参照)。また、検出精度を向上させるため、外被外面に、長手方向に沿って所定間隔毎に、外被と異なる合成樹脂又は接着剤からなる複数の突起部を設けた光ケーブルも提案されている(特許文献3参照)。
Conventionally, there has been proposed a strain-sensing optical cable having an uneven structure formed on its outer surface in order to improve adhesion to an object to be measured such as a concrete structure (see
一方、環境湿度の影響による測定精度の低下を防止するため、繊維強化樹脂などからなる強化被覆層を設けず、光ファイバを保護する被覆部の引張弾性係数が光ファイバの引張弾性係数よりも小さくなるようにした光ファイバケーブルも提案されている(特許文献4)。 On the other hand, in order to prevent deterioration of measurement accuracy due to the influence of environmental humidity, a reinforced coating layer made of fiber-reinforced resin is not provided, and the tensile elastic modulus of the coating that protects the optical fiber is smaller than the tensile elastic modulus of the optical fiber. An optical fiber cable has also been proposed (Patent Document 4).
しかしながら、前述した従来技術には、以下に示す問題点がある。歪み検出用光ファイバケーブルを測定対象物に埋設する際は、コンクリートを打設した後、コンクリートを充填、緻密化させるためにバイブレータなどで振動を与えるが、特許文献1,2に記載の光ファイバケーブルでは、その振動が強化被覆層から光ファイバ素線に伝搬し、光ファイバに断線が生じる。また、特許文献1に記載の製造方法のように、ローラーを用いて表面に凹凸を形成すると、押出被覆層よりも内側に設けられている繊維強化樹脂層(強化被覆層)に応力がかかり、その応力がそのまま光ファイバ素線に伝搬して伝送損失が増大する。
However, the conventional techniques described above have the following problems. When the optical fiber cable for strain detection is embedded in the object to be measured, after placing the concrete, vibration is applied with a vibrator or the like to fill and densify the concrete. In the cable, the vibration propagates from the reinforcing coating layer to the optical fiber strand, causing breakage in the optical fiber. In addition, as in the manufacturing method described in
一方、特許文献4に記載の光ファイバケーブルは、光ファイバ素線への振動や応力の伝搬を少なくすることはできるが、強化被覆層を設けていないため、ケーブル自体の強度が低下し、施工時に光ファイバ素線に折れや断線が発生しやすく、取り扱い性の点で問題がある。また、特許文献3に記載の光ファイバケーブルのように、熱硬化樹脂を滴下する方法でケーブル外被表面に凸部を形成すると、凹凸形成時の応力印加による伝送損失の増大は防止できるが、ケーブル外被表面と凸部との間に界面が存在するため、敷設時に凸部が脱落しやすく、測定対象物に対してケーブルの定着性が悪いという問題がある。
On the other hand, the optical fiber cable described in
そこで、本発明は、取り扱い性に優れ、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fiber cable for strain detection that is easy to handle and has low transmission loss.
本発明に係る歪み検出用光ファイバケーブルは、測定対象物に設置され、前記測定対象物の歪み検出に用いられる光ファイバケーブルであり、1又は2以上の光ファイバ素線と、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層とを有し、前記樹脂被覆層は、少なくとも、最外層に設けられ、複数の凹部及び/又は凸部が形成された定着層と、前記定着層と前記光ファイバ素線との間に1又は2層以上設けられ、前記光ファイバ素線の強度を確保するための強化層と、前記定着層と前記光ファイバ素線との間に1又は2層以上設けられ、前記強化層よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成された保護緩衝層を備え、前記強化層は曲げ弾性率が10~700GPaである繊維強化プラスチックで形成されており、前記保護緩衝層は前記強化層と積層された状態での曲げ弾性率が3~65GPaである。
また、本発明の歪み検出用光ファイバケーブルは、前記光ファイバ素線の外面に離型剤を付着させ、横断面において、前記強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径をdμmとしたとき、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層の最内層の内面に接する内接円の直径Diμmと、前記光ファイバ素線の外面に接する外接円の直径Doμmとの差を下記数式1で示される範囲としてもよい。
その場合、前記光ファイバ素線の外面において前記樹脂被覆層の最内層に直接接触していない部分の周長Sは、下記数式2を満たす範囲とすればよい。
一方、前記保護緩衝層は、例えば曲げ弾性率が0.3~5GPaの樹脂で形成することができる。
An optical fiber cable for strain detection according to the present invention is an optical fiber cable installed on an object to be measured and used for strain detection of the object to be measured. a resin coating layer provided around the wire, the resin coating layer being provided at least as an outermost layer and having a plurality of concave portions and/or convex portions formed thereon; a fixing layer; 1 or 2 or more layers are provided between the optical fiber and the reinforcing layer for securing the strength of the optical fiber, and 1 or 2 or more layers are provided between the fixing layer and the optical fiber. and a protective buffer layer formed of a resin material having a lower bending elastic modulus than the reinforcing layer , wherein the reinforcing layer is formed of a fiber-reinforced plastic having a bending elastic modulus of 10 to 700 GPa, and the protective buffer The layer has a flexural modulus of 3 to 65 GPa when laminated with the reinforcing layer.
Further, in the strain detecting optical fiber cable of the present invention, a release agent is attached to the outer surface of the optical fiber strand, and the diameter of the reinforcing fiber in the fiber reinforced plastic constituting the reinforcing layer is d μm in the cross section. Then, the difference between the diameter Di μm of the inscribed circle contacting the inner surface of the innermost layer of the resin coating layer provided around the optical fiber strand and the diameter Do μm of the circumscribed circle contacting the outer surface of the optical fiber strand is The range shown by the following
In that case, the peripheral length S of the portion of the outer surface of the optical fiber that is not in direct contact with the innermost layer of the resin coating layer may be set to a range that satisfies
On the other hand, the protective buffer layer can be made of a resin having a flexural modulus of 0.3 to 5 GPa, for example.
なお、本発明の光ファイバケーブルが異形断面形状である場合は、上記数式1,2における各数値は、光ファイバケーブルの断面の空隙部分に接する最大の径を有する内接円又は光ファイバ素線と中心点を同じくする最大径の内接円を擬似円として計算すればよく、以下の説明においても同様である。
When the optical fiber cable of the present invention has an irregular cross-sectional shape, each numerical value in the
本発明によれば、取り扱い時や施工作業中に光ファイバ素線に折れや断線が発生しにくく、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an optical fiber cable for strain detection that is less likely to break or break in the optical fiber strand during handling or construction work, and that has low transmission loss.
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated in detail with reference to attached drawing. In addition, this invention is not limited to embodiment described below.
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態に係る光ファイバケーブルについて説明する。図1A,Bは本実施形態の光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、図1Aは縦断面図、図1Bは図1Aに示すx-x線による横断面図である。本実施形態の光ファイバケーブル10は、測定対象物の歪み検出に用いられるものであり、図1A,Bに示すように、光ファイバ素線1の周囲に、強化層2と保護緩衝層3と定着層4を備える樹脂被覆層5が設けられている。
(First embodiment)
First, an optical fiber cable according to a first embodiment of the present invention will be described. 1A and 1B are cross-sectional views showing the structure of the optical fiber cable of this embodiment, FIG. 1A being a vertical cross-sectional view, and FIG. 1B being a cross-sectional view taken along line xx shown in FIG. 1A. The
[光ファイバ素線1]
光ファイバ素線1は、石英ガラスなどの光透過率が高い材料からなる光ファイバの周囲に、1又は2層の樹脂保護層を形成したものである。保護層を形成する樹脂としては、一般に、紫外線硬化型ウレタンアクリレートなどの紫外線硬化型樹脂が用いられる。光ファイバ素線1の太さは特に限定されるものではないが、光ファイバの外径が0.125mmの場合、光ファイバ素線1の外径は例えば0.25mmである。
[Optical fiber strand 1]
The
[強化層2]
強化層2は、光ファイバ素線1の強度を確保するためのものであり、定着層4と光ファイバ素線1との間に1層又は2層以上設けられる。強化層2は、光ファイバケーブル10を敷設時や取り扱い時に光ファイバ素線1が容易に折れないよう保護するための強度と、測定対象物に設置する際にケーブルの直線性を維持する硬さを有するものであればよく、例えばガラスなどの強化繊維と樹脂との複合材料である繊維強化樹脂(繊維強化プラスチック)で形成することができる。
[Reinforcing layer 2]
The reinforcing
強化層2の曲げ弾性率が低すぎると補強効果が不十分になることがあり、また、高すぎると外部環境の歪検出感度が低下することがあるため、強化層2は、曲げ弾性率が10~700GPaの繊維強化樹脂で形成されていることが好ましい。これにより、歪検出感度を低下させずに、光ファイバ素線1を補強することができる。
If the flexural modulus of the reinforcing
[保護緩衝層3]
保護緩衝層3は、製造時に付加される応力を緩和すると共に、設置時の振動などから光ファイバ素線1を保護するためのものであり、強化層2よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成されている。この保護緩衝層3は、定着層4と光ファイバ素線1との間に1層又は2層以上設けられる。これにより、光ファイバケーブル製造時に負荷される物理的応力が緩和されるため、伝送損失の増大を防止することができる。また、保護緩衝層3を設けることで、振動が直接に光ファイバに伝わって折れや破損が発生することも防止できる。
[Protective buffer layer 3]
The
保護緩衝層3は、応力緩和の観点から、曲げ弾性率が0.3~5GPaの樹脂で形成されていることが好ましい。これにより、外力緩和効果が高まり、確実にファイバ素線1を保護することができる。例えば、強化層2がガラスロービングもビニルエステル樹脂を含浸させ硬化させた繊維強化樹脂で形成されている場合、保護緩衝層3はポリプロピレンなどで形成することができる。
From the viewpoint of stress relaxation, the
更に、保護緩衝層3は、強化層2と積層された状態での曲げ弾性率が3~65GPaとなるように、樹脂材料や厚さを選択することが好ましい。これにより、取り扱い性を良好とし、設置時のケーブルの折れを防止すると共に、光ファイバ素線1の断線や伝送損失の増大を防止することができる。
Further, it is preferable to select the resin material and thickness of the
[定着層4]
定着層4は、最外層に設けられ、構造物や地盤などの測定対象物に埋設された後、ケーブルとコンクリートや土壌などとの密着性を確保するためのものであり、複数の凹部4a及び/又は凸部が形成されている。なお、図1には定着層4に所定間隔をあけて凹部4aが形成された例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着層4には凸部を設けてもよく、凹凸形状を形成してもよい。また、凹部や凸部は、規則的に形成されていても、不規則(ランダム)に形成されていても、どちらでもよい。
[Fixing layer 4]
The
定着層4を設けることにより、コンクリートや土壌などからケーブルのみが脱落することを防止できると共に、埋設後に測定対象物に加わる歪や応力にケーブルが追従しやすくなり、良好な検出性能が得られる。定着層4は、例えばポリエチレンなどの樹脂材料で形成することができる。
By providing the
[使用方法]
本実施形態の光ファイバケーブル10は、測定対象物に埋設、貼付又は巻き付けられ、光ケーブル素線1により測定対象物の歪みを検出する。ここで「歪み」とは、物理量や音・光・圧力・温度などの変化点をいう。また、測定対象物としては、建築物、橋梁、トンネルなどのコンクリート構造物、河川の堤防、山岳の斜面等の土壌コンクリート構造物や地盤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
[how to use]
The
本実施形態の光ファイバケーブルは、光ファイバ素線の周囲に強化層及び定着層に加えて、保護緩衝層を設けているため、取り扱い時や敷設時に光ファイバ素線を保護しつつ、製造時にかかる応力による伝送損失の増大を防止することができる。これにより、本実施形態の光ファイバケーブルは、取り扱い性に優れ、かつ、低伝送損失である。 In the optical fiber cable of this embodiment, in addition to the reinforcing layer and the fixing layer, the protective buffer layer is provided around the optical fiber strands. An increase in transmission loss due to such stress can be prevented. As a result, the optical fiber cable of this embodiment is easy to handle and has low transmission loss.
なお、本実施形態の光ファイバケーブルは、埋設用途に有効であるが、埋設せずに、例えば測定対象物に貼付又は巻き付けて使用することも可能である。その場合、光ファイバケーブルに定着層を設けず、測定対象物に接着剤などで固定化して使用してもよい。 Although the optical fiber cable of the present embodiment is effective for burial use, it can also be used by being attached or wound around an object to be measured, for example, without being burried. In that case, the fixing layer may not be provided on the optical fiber cable, and the cable may be fixed to the object to be measured with an adhesive or the like.
(第1の実施形態の第1変形例)
次に、本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る光ファイバケーブルについて説明する。図2は本変形例の光ファイバケーブルの横断面図である。なお、図2においては、図1Bに示す第1の実施形態の光ファイバケーブル10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図1Bに示す光ファイバケーブル10では、光ファイバ素線1に接する層を強化層2としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図2に示す光ファイバケーブル20のように、光ファイバ素線1に接する層を保護緩衝層3とし、その外側に強化層2を設けてもよい。
(First Modification of First Embodiment)
Next, an optical fiber cable according to a first modified example of the first embodiment of the invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical fiber cable of this modification. 2, the same components as those of the
本変形例の光ファイバケーブル20のように、強化層2よりも内側に保護緩衝層3を設けても、取り扱い時や敷設時に光ファイバ素線を保護しつつ、製造時にかかる応力による伝送損失の増大を防止することができる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第1の実施形態と同様である。
Like the
(第1の実施形態の第2変形例)
次に、本発明の第1の実施形態の第2変形例に係る光ファイバケーブルについて説明する。図3は本変形例の光ファイバケーブルの横断面図である。なお、図3においては、図1Bに示す第1の実施形態の光ファイバケーブル10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Second modification of the first embodiment)
Next, an optical fiber cable according to a second modification of the first embodiment of the invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical fiber cable of this modification. 3, the same components as those of the
図1A,B及び図2には光ファイバ素線が1本の光ファイバケーブルを示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、2本以上の光ファイバ素線を備えていてもよい。その場合、例えば図3に示す光ファイバケーブル30のように、各光ファイバ素線1の周囲に保護緩衝層3及び強化層2をこの順に設けたものを複数本束ね、全体を保護緩衝層33で被覆し、その上に定着層4を形成した構成とすることもできる。
Although FIGS. 1A, B and 2 show an optical fiber cable having one optical fiber strand, the present invention is not limited to this, and may include two or more optical fiber strands. good too. In that case, for example, like the
本変形例の光ファイバケーブルのように、光ファイバ素線が2本以上の場合でも、その周囲に強化層、保護緩衝層及び定着層を設けているため、取り扱い性を確保しつつ、伝送損失の増大を防止できる。なお、本変形例における上記以外の構成及び効果は、前述した第1の実施形態及びその第1変形例と同様である。 As in the optical fiber cable of this modified example, even when there are two or more optical fiber strands, since a reinforcing layer, a protective buffer layer, and a fixing layer are provided around them, transmission loss is reduced while ensuring ease of handling. increase can be prevented. The configuration and effect of this modification other than the above are the same as those of the above-described first embodiment and its first modification.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る光ファイバケーブルについて説明する。図4A,Bは本実施形態の光ファイバケーブルの構造を示す断面図であり、図4Aは縦断面図、図4Bは図4Aに示すy-y線による横断面図である。また、図5は強化層2の拡大断面図である。なお、図4A,Bにおいては、図1A,Bに示す第1の実施形態の光ファイバケーブル10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, an optical fiber cable according to a second embodiment of the invention will be described. 4A and 4B are cross-sectional views showing the structure of the optical fiber cable of this embodiment, FIG. 4A being a vertical cross-sectional view, and FIG. 4B being a cross-sectional view taken along line yy shown in FIG. 4A. 5 is an enlarged sectional view of the reinforcing
図4A,Bに示すように、本実施形態の光ファイバケーブル40では、ファイバ素線1の外面の一部又は全部に離型剤6が付着している。即ち、光ファイバケーブル40は、ファイバ素線1と樹脂被覆層5との間に離型剤6が存在する部分があり、その部分はファイバ素線1と樹脂被覆層5とが接着していない非接着箇所となっている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, in the
本実施形態の光ファイバケーブル40のように、ファイバ素線1の外面の一部又は全部に離型剤6を付着させると、樹脂被覆層5形成時に線熱膨張係数の差によりファイバ素線1が受けるストレスや、強化層2の表面の凹凸によるマイクロベントが抑制され、伝送損失を低減することができる。
As in the
[離型剤6]
離型剤6は、ファイバ素線1の外面及び樹脂被覆層5の最内層(強化層2又は保護緩衝層3)の内面のどちらにも接着しないものであればよく、シリコーンオイルの他、公知の種々のワックスや粉末を用いることができる。
[Release agent 6]
The
離型剤6に用いるワックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘネート、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18-オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
Waxes used for the
また、粉末としては、窒化珪素(Si3N4)及び窒化ホウ素(BN)などが挙げられる。離型剤6に窒化ホウ素を用いると、光ファイバケーブル40の熱伝導性を向上させることができるため、歪み検出と同時に熱測定を行う場合に、熱測定の応答性を高めることができる。
Examples of powder include silicon nitride (Si 3 N 4 ) and boron nitride (BN). When boron nitride is used as the
離型剤6の付着量は、特に限定されるものではないが、光ファイバケーブル40の横断面において、樹脂被覆層5の最内層の内面に接する内接円の直径Diμmと、光ファイバ素線1の外面に接する外接円の直径Doμmとの差が下記数式3で示される範囲とすることが好ましい。ここで、下記数式3における「d」は、強化層2を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径(μm)である(図5参照)。
The amount of the
樹脂被覆層5の最内層の内面に接する内接円の直径Diμmと光ファイバ素線1の外面に接する外接円の直径Doμmの差(Di-Do)が、強化層2に含まれる強化繊維の直径dμmの1/3未満の場合、離型剤6が付着している面積が大きくなり、伝送損失を低下させる効果が十分に得られない。また、Di-Doが30μmを超えると、内部形状が崩れて歪みが生じ、円筒軸方向において曲げ強度のバラツキが発生する虞がある。これに対して、Di-Doが上記数式3に示す範囲になるよう離型剤6を付着させると、伝送損失の低下を防ぎ、曲げ強度の軸方向角度依存性が抑制された光ファイバケーブルを得ることができる。
The difference (Di-Do) between the diameter Diμm of the inscribed circle contacting the inner surface of the innermost layer of the
また、伝送損失低減効果を安定して得るためには、光ファイバ素線1の外面において樹脂被覆層5の最内層に直接接触していない(離型剤6が存在する)部分の周長S(μm)が、下記数式4を満たすことが好ましい。ここで、下記数式4におけるDo(μm)は、光ファイバ素線1の外接円の直径であり、πは円周率である。
In order to stably obtain the effect of reducing transmission loss, the peripheral length S (μm) preferably satisfies
ファイバ素線1の外面の一部に離型剤6を付着させる方法は、特に限定されるものではないが、離型剤6が液状の場合は塗布などの方法を採ることができる。また、離型剤6が粉状の場合は、例えば、前工程又は同一工程にて、窒化ホウ素などの粉状の離型剤6が貯留された槽に光ファイバ素線1を連続的に通過させ、その後、液状の熱硬化性樹脂を通過させて樹脂被覆層5を形成する方法を採ることができる。なお、離型剤6の付着と、樹脂被覆層5の形成は、同一工程で連続して行ってもよいが、別工程で行ってもよい。
The method of attaching the
本実施形態の光ファイバケーブル40は、ファイバ素線1の外面に離型剤6を付着させ、ファイバ素線1と樹脂被覆層5との間に非接着箇所を設けているため、樹脂被覆層5形成時のストレスや、強化層2の表面の凹凸を緩和し、伝送損失を低減することができる。この効果は、図4A,Bに示す光ファイバ素線1に接する層が強化層2である光ファイバケーブルで特に顕著であるが、図2に示す光ファイバ素線1に接する層が保護緩衝層3である光ファイバケーブル20でも、ファイバ素線1の外面に離型剤6を付着させることで、伝送損失低減効果を得ることができる。
In the
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記の方法で実施例及び比較例の光ファイバケーブルを作製し、その性能を評価した。 EXAMPLES Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples. In this example, optical fiber cables of examples and comparative examples were produced by the following method, and their performance was evaluated.
<実施例1>
280texのガラスロービング(日東紡績株式会社製 RS28)3本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ RF-313)を含浸させた後、その中心に外径250μmの光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は0.9mmであり、強化層における強化繊維含有量は56.7体積%であった。
<Example 1>
After impregnating three 280 tex glass rovings (Nitto Boseki Co., Ltd. RS28) with thermosetting vinyl ester resin (Showa Denko Co., Ltd. non-styrene type RF-313), an optical fiber with an outer diameter of 250 μm is placed in the center. The strands were placed and passed through a squeeze nozzle to form a reinforcing layer. The outer diameter after formation of the reinforcing layer was 0.9 mm, and the reinforcing fiber content in the reinforcing layer was 56.7% by volume.
引き続き、強化層の周囲に、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE;日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックUF240,デュロメーター硬さ49)を押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。保護緩衝層形成後の外径は4.2mmであった。その後、加熱処理を施して熱硬化性樹脂を硬化させた。 Subsequently, linear low-density polyethylene (LLDPE; Nippon Polyethylene Co., Ltd. Novatec UF240, durometer hardness 49) was extruded around the reinforcing layer and immediately water-cooled to form a protective buffer layer. The outer diameter after forming the protective buffer layer was 4.2 mm. After that, heat treatment was performed to cure the thermosetting resin.
次に、保護緩衝層の周囲に、LLDPE(プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス2540R,デュロメーター硬さ57)を外径が6.0mmになるよう押し出した。そして、冷却前にエンボスローラーの間を通して、表面にエンボス加工を施し、定着層を形成して、実施例1の光ファイバケーブルを得た。 Next, LLDPE (Neo-Zex 2540R manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., durometer hardness 57) was extruded around the protective buffer layer so as to have an outer diameter of 6.0 mm. Then, before cooling, the optical fiber cable of Example 1 was obtained by passing it between embossing rollers and embossing the surface to form a fixing layer.
<実施例2>
外径250μmの光ファイバ素線の周囲に、外径が350μmになるように紫外線硬化樹脂(大日本インキ化学株式会社製 ダイキュアコート8714A)をコーティングし、紫外線を照射して硬化させて保護緩衝層を形成した。次に、280texのガラスロービング(日東紡績株式会社製 RS28)10本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ RF-313)を含浸させた後、その中心に保護緩衝層を形成した光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は1.6mmであり、強化層における強化繊維含有量は57.9体積%であった。
<Example 2>
An ultraviolet curable resin (Dai-cure coat 8714A manufactured by Dainippon Ink and Chemicals Co., Ltd.) is coated around the optical fiber strand with an outer diameter of 250 μm so that the outer diameter is 350 μm, and is cured by irradiating ultraviolet rays to provide protective buffering. formed a layer. Next, 10 glass rovings of 280 tex (RS28 manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.) were impregnated with a thermosetting vinyl ester resin (non-styrene type RF-313 manufactured by Showa Denko Co., Ltd.), and then a protective buffer layer was placed in the center. was placed and passed through a squeeze nozzle to form a reinforced layer. The outer diameter after formation of the reinforcing layer was 1.6 mm, and the reinforcing fiber content in the reinforcing layer was 57.9% by volume.
次に、強化層の周囲に、LLDPE(プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス2540R,デュロメーター硬さ57)を外径が3.4mmになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、LLDPEが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、実施例2の光ファイバケーブルを得た。 Next, LLDPE (Neo-Zex 2540R manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., durometer hardness 57) was extruded around the reinforcing layer so that the outer diameter was 3.4 mm, immediately cooled with water, and then heated in a curing tank to make it thermosetting. The resin was allowed to cure. After that, the surface was softened by heating to a temperature at which LLDPE melts, and in this state, the surface was embossed by passing it between embossing rollers to form a fixing layer, and an optical fiber cable of Example 2 was obtained. .
<実施例3>
外径250μmの光ファイバ素線の周囲に、LLDPE(日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックUF240,デュロメーター硬さ49)を外径が1.0mmになるよう押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。次に、280texのガラスロービング(日東紡績株式会社製 RS28)10本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ RF-313)を含浸させた後、その中心に保護緩衝層を形成した光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は2.0mmであり、強化層における強化繊維含有量は56.5体積%であった。
<Example 3>
LLDPE (Novatec UF240 manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd., durometer hardness 49) was extruded around the optical fiber strand having an outer diameter of 250 μm so that the outer diameter became 1.0 mm, and immediately water-cooled to form a protective buffer layer. Next, 10 glass rovings of 280 tex (RS28 manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.) were impregnated with a thermosetting vinyl ester resin (non-styrene type RF-313 manufactured by Showa Denko Co., Ltd.), and then a protective buffer layer was placed in the center. was placed and passed through a squeeze nozzle to form a reinforced layer. The outer diameter after formation of the reinforcing layer was 2.0 mm, and the reinforcing fiber content in the reinforcing layer was 56.5% by volume.
次に、強化層の周囲に、LLDPE(プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス2540R,デュロメーター硬さ57)を外径が3.8mmになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、LLDPEが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、実施例3の光ファイバケーブルを得た。 Next, LLDPE (Neo-Zex 2540R manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., durometer hardness 57) was extruded around the reinforcing layer so that the outer diameter was 3.8 mm, immediately cooled with water, and then heated in a curing bath to make it thermosetting. The resin was allowed to cure. After that, the surface was softened by heating to a temperature at which LLDPE melts, and in this state, the surface was embossed by passing it through embossing rollers to form a fixing layer, and the optical fiber cable of Example 3 was obtained. .
<実施例4>
280texのガラスロービング(日東紡績株式会社製 RS28)3本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ RF-313)を含浸させた後、その中心に外径250μmの光ファイバ素線を配置した。そして、光ファイバ素線の表面にシリコーンオイル(信越シリコーン製KF-96-50CS)を染み込ませたウエスを接触させ、その後絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は0.9mmであり、強化層における強化繊維含有量は56.7体積%であった。
<Example 4>
After impregnating three 280 tex glass rovings (Nitto Boseki Co., Ltd. RS28) with thermosetting vinyl ester resin (Showa Denko Co., Ltd. non-styrene type RF-313), an optical fiber with an outer diameter of 250 μm is placed in the center. Placed the wires. Then, a waste cloth impregnated with silicone oil (KF-96-50CS manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) was brought into contact with the surface of the optical fiber, and then passed through a squeeze nozzle to form a reinforcing layer. The outer diameter after formation of the reinforcing layer was 0.9 mm, and the reinforcing fiber content in the reinforcing layer was 56.7% by volume.
引き続き、強化層の周囲に、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE;日本ポリエチレン株式会社製 ノバテックUF240,デュロメーター硬さ49)を押し出し、直ちに水冷して保護緩衝層を形成した。保護緩衝層形成後の外径は4.2mmであった。その後、加熱処理を施して熱硬化性樹脂を硬化させた。 Subsequently, linear low-density polyethylene (LLDPE; Nippon Polyethylene Co., Ltd. Novatec UF240, durometer hardness 49) was extruded around the reinforcing layer and immediately water-cooled to form a protective buffer layer. The outer diameter after forming the protective buffer layer was 4.2 mm. After that, heat treatment was performed to cure the thermosetting resin.
次に、保護緩衝層の周囲に、LLDPE(プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス2540R,デュロメーター硬さ57)を外径が6.0mmになるよう押し出した。そして、冷却前にエンボスローラーの間を通して、表面にエンボス加工を施し、定着層を形成して、実施例4の光ファイバケーブルを得た。 Next, LLDPE (Neo-Zex 2540R manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., durometer hardness 57) was extruded around the protective buffer layer so as to have an outer diameter of 6.0 mm. Then, before cooling, the optical fiber cable of Example 4 was obtained by passing it between embossing rollers and embossing the surface to form a fixing layer.
この実施例4の光ファイバケーブルは、任意の横断面において、強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径dが12.5~15.3μm、光ファイバ素線の外接円の直径Doが248~256μm、樹脂被覆層の最内層である強化層の内面に接する内接円の直径Diが253~264μmであり、Di-Doが5~8μmであった。また、実施例4の光ファイバケーブルは、任意の横断面において、樹脂被覆層の最内層が直接接触していない部分の周長Sが475μm(211°)であり、上記数式4を満たすものであった。
In the optical fiber cable of Example 4, in any cross section, the diameter d of the reinforcing fiber in the fiber-reinforced plastic constituting the reinforcing layer is 12.5 to 15.3 μm, and the diameter Do of the circumscribed circle of the optical fiber strand is was 248 to 256 μm, the diameter Di of the inscribed circle in contact with the inner surface of the reinforcing layer, which was the innermost layer of the resin coating layer, was 253 to 264 μm, and the Di-Do was 5 to 8 μm. In addition, in the optical fiber cable of Example 4, the peripheral length S of the portion where the innermost layer of the resin coating layer is not in direct contact is 475 μm (211°) in an arbitrary cross section, which satisfies
<比較例1>
280texのガラスロービング(日東紡績株式会社製 RS28)3本に、熱硬化性ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社製 ノンスチレンタイプ RF-313)を含浸させた後、その中心に外径250μmの光ファイバ素線を配置し、絞りノズルを通過させて強化層を形成した。強化層形成後の外径は0.9mmであり、強化層における強化繊維含有量は56.7体積%であった。
<Comparative Example 1>
After impregnating three 280 tex glass rovings (Nitto Boseki Co., Ltd. RS28) with thermosetting vinyl ester resin (Showa Denko Co., Ltd. non-styrene type RF-313), an optical fiber with an outer diameter of 250 μm is placed in the center. The strands were placed and passed through a squeeze nozzle to form a reinforcing layer. The outer diameter after formation of the reinforcing layer was 0.9 mm, and the reinforcing fiber content in the reinforcing layer was 56.7% by volume.
次に、強化層の周囲に、LLDPE(プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス2540R,デュロメーター硬さ57)を外径が6.0mmになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、LLDPEが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、比較例1の光ファイバケーブルを得た。 Next, LLDPE (Neo-Zex 2540R manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., durometer hardness 57) was extruded around the reinforcing layer so that the outer diameter was 6.0 mm, immediately cooled with water, and then heated in a curing bath to make it thermosetting. The resin was allowed to cure. After that, the surface was softened by heating to a temperature at which LLDPE melts, and in this state, the surface was embossed by passing it between embossing rollers to form a fixing layer, and an optical fiber cable of Comparative Example 1 was obtained. .
<比較例2>
外径250μmの光ファイバ素線の周囲に、外径が350μmになるように紫外線硬化樹脂(大日本インキ化学株式会社製 ダイキュアコート8714A)をコーティングし、紫外線を照射して硬化させて保護緩衝層を形成した。次に、保護緩衝層の周囲に、LLDPE(プライムポリマー株式会社製 ネオゼックス2540R,デュロメーター硬さ57)を外径が3.4mmになるよう押し出し、直ちに水冷した後、硬化槽で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、LLDPEが溶融する温度まで加熱して表面を軟化させ、その状態でエンボスローラーの間を通すことにより表面にエンボス加工を施して定着層を形成し、比較例2の光ファイバケーブルを得た。
<Comparative Example 2>
An ultraviolet curable resin (Dai-cure coat 8714A manufactured by Dainippon Ink and Chemicals Co., Ltd.) is coated around the optical fiber strand with an outer diameter of 250 μm so that the outer diameter is 350 μm, and is cured by irradiating ultraviolet rays to provide protective buffering. formed a layer. Next, LLDPE (Neo-Zex 2540R manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., durometer hardness 57) was extruded around the protective buffer layer so that the outer diameter was 3.4 mm, immediately cooled with water, and then heated in a curing bath to thermally cure. hardening resin. Thereafter, the cable was heated to a temperature at which LLDPE melted to soften the surface, and in this state, the cable was passed through embossing rollers to emboss the surface to form a fixing layer, and an optical fiber cable of Comparative Example 2 was obtained. .
(評価)
前述した方法で作製した実施例及び比較例の各光ファイバケーブルについて、以下に示す方法で、伝送損失、コンクリート埋設時の折れ発生の有無及び引抜加重の評価を行った。
(evaluation)
For each of the optical fiber cables of Examples and Comparative Examples produced by the above-described method, transmission loss, occurrence of breakage when embedded in concrete, and pull-out load were evaluated by the following methods.
<伝送損失>
安藤電気株式会社製 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) AQ7250を用いて、波長1.55μmの伝送損失を測定した。その際、光ファイバケーブルの一端から光ファイバ素線取り出してカットし、それをダミーファイバを介してOTDRにメカニカルスプライスで接続した。
<Transmission loss>
Transmission loss at a wavelength of 1.55 μm was measured using an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) AQ7250 manufactured by Ando Electric Co., Ltd. At that time, an optical fiber bare wire was taken out from one end of the optical fiber cable, cut, and connected to the OTDR by a mechanical splice through a dummy fiber.
<コンクリート埋設試験>
容量が50Lの強制2軸型ミキサーを使用し、全量が40Lになるように、セメントを350kg/m3、細骨材を870kg/m3、粗骨材を901kg/m3、水を175kg/m3、高性能AE減水剤を2.8kg/m3の比率で配合し、90秒間練り混ぜた。本試験で用いた材料を以下に示す。
・セメント:太平洋セメント株式会社製 普通ポルトラントセメント(比重:3.16)
・細骨材:陸砂(表乾比重2.60、最大粒度5mm)
・粗骨材:砕石(表乾比重2.67、最大粒度20mm)
・水:市水
・高性能AE減水剤:BASFジャパン株式会社製 SP8SV
<Concrete embedding test>
Using a forced twin-screw mixer with a capacity of 50 L, 350 kg/
・Cement: Ordinary portland cement manufactured by Taiheiyo Cement Co., Ltd. (specific gravity: 3.16)
・Fine aggregate: land sand (surface dry specific gravity 2.60,
・Coarse aggregate: crushed stone (surface dry specific gravity 2.67, maximum grain size 20mm)
・Water: city water ・High performance AE water reducing agent: SP8SV manufactured by BASF Japan Co., Ltd.
得られたフレッシュコンクリートを型枠内に流し込みながら、光ファイバケーブルを埋め込んだ。その際、コンクリートの充填不良が発生しないよう、木枠を木槌で叩き振動を与えながら充填を行った。 そして、常温養生を24時間行った後、離型し、更に6日間水中養生した。その後、大気中にて、材齢28日まで常温養生して得た試験体について、光ファイバチェッカで、埋め込まれた光ファイバケーブルの導通を確認し、導通があったものを合格(○)とした。 The optical fiber cable was embedded while pouring the obtained fresh concrete into the mold. At that time, the wooden frame was hit with a wooden mallet to vibrate it while filling so as not to cause poor filling of the concrete. Then, after curing at room temperature for 24 hours, the mold was released and further cured in water for 6 days. After that, the specimen was cured at room temperature in the atmosphere until the age of 28 days, and the continuity of the embedded optical fiber cable was confirmed with an optical fiber checker. did.
<引抜加重>
光ファイバケーブルの伝送損失は、光ファイバ素線が樹脂被覆層に強固に接しているほど低下する傾向がある。そこで、本実施例では、引抜試験により光ファイバ素線と樹脂被覆層(最内層)との接着力を測定し、間接的に伝送損失低下への影響を確認した。引抜試験は、実施例1,4の各光ファイバケーブルから任意の長さに切り出した測定用試料を用いて行った。各測定用試料は、一方の末端から10cmまでを残し、その他の部分については光ファイバ素線より外側に存在する樹脂被覆層などを取り除き、光ファイバ素線を露出させた。そして、露出している光ファイバ素線にバネばかりを取り付けて樹脂被覆層から引抜き、その際に得られた最大荷重を引抜荷重とした。
<Pullout load>
The transmission loss of an optical fiber cable tends to decrease as the optical fiber strands are in more firm contact with the resin coating layer. Therefore, in this example, the adhesive force between the optical fiber strand and the resin coating layer (innermost layer) was measured by a pull-out test, and the effect on the reduction in transmission loss was indirectly confirmed. The pull-out test was performed using a measurement sample cut out to an arbitrary length from each of the optical fiber cables of Examples 1 and 4. For each measurement sample, 10 cm from one end was left, and the resin coating layer and the like existing outside the optical fiber was removed from the other portions to expose the optical fiber. Then, a spring scale was attached to the exposed optical fiber strand and pulled out from the resin coating layer, and the maximum load obtained at that time was taken as the pull-out load.
以上の結果を、下記表1にまとめて示す。 The above results are summarized in Table 1 below.
上記表1に示すように、保護緩衝層を設けていない従来品と同様の構成の比較例1の光ファイバケーブルは、伝送損失が高く、コンクリート埋設時に光ファイバに折れが発生した。また、強化層を設けていない比較例2の光ファイバケーブルは、伝送損失は低かったが、コンクリート埋設時に光ファイバに折れが発生した。これに対して、本発明の範囲内で作製した実施例1~4の光ファイバケーブルは、伝送損失も低く、コンクリート埋設時に折れも発生しなかった。 As shown in Table 1 above, the optical fiber cable of Comparative Example 1 having the same structure as the conventional product without the protective buffer layer had a high transmission loss, and the optical fiber broke when embedded in concrete. In addition, the optical fiber cable of Comparative Example 2, in which no reinforcement layer was provided, had a low transmission loss, but the optical fiber was broken when embedded in concrete. On the other hand, the optical fiber cables of Examples 1 to 4 produced within the scope of the present invention had low transmission loss and did not break when buried in concrete.
ファイバ素線の表面にシリコーンオイルを塗布した実施例4の光ファイバケーブルは、実施例の光ファイバケーブルの中でも特に伝送損失が低かった。この実施例4の光ファイバケーブルは、実施例1の光ファイバケーブルに比べて引抜加重が70%以下に低減しており、ファイバ素線と強化層との接着度合が低かった。以上の結果から、本発明によれば、取り扱い性に優れ、かつ、伝送損失が低い歪み検出用光ファイバケーブルが得られることが確認された。 The optical fiber cable of Example 4, in which silicone oil was applied to the surfaces of the fiber strands, had a particularly low transmission loss among the optical fiber cables of Examples. In the optical fiber cable of Example 4, the drawing load was reduced to 70% or less compared to the optical fiber cable of Example 1, and the degree of adhesion between the fiber strands and the reinforcing layer was low. From the above results, it was confirmed that an optical fiber cable for strain detection with excellent handleability and low transmission loss can be obtained according to the present invention.
1 光ファイバ素線
2 強化層
3、33 保護緩衝層
4 定着層
4a 凹部
5 樹脂被覆層
6 離型剤
10、20、30、40 光ファイバケーブル
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
1又は2以上の光ファイバ素線と、
前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層と、
を有し、
前記樹脂被覆層は、少なくとも、
最外層に設けられ、複数の凹部及び/又は凸部が形成された定着層と、
前記定着層と前記光ファイバ素線との間に1又は2層以上設けられ、前記光ファイバ素線の強度を確保するための強化層と、
前記定着層と前記光ファイバ素線との間に1又は2層以上設けられ、前記強化層よりも曲げ弾性率が低い樹脂材料で形成された保護緩衝層と
を備え、
前記強化層は、曲げ弾性率が10~700GPaである繊維強化プラスチックで形成されており、
前記保護緩衝層は、前記強化層と積層された状態での曲げ弾性率が3~65GPaである歪み検出用光ファイバケーブル。 An optical fiber cable installed on a measurement object and used for strain detection of the measurement object,
one or more optical fiber strands;
a resin coating layer provided around the optical fiber strand;
has
The resin coating layer has at least
a fixing layer provided as the outermost layer and having a plurality of concave portions and/or convex portions;
a reinforcing layer provided between the fixation layer and the optical fiber strand and having one or more layers to ensure the strength of the optical fiber strand;
one or more layers provided between the fixing layer and the optical fiber strand, and a protective buffer layer formed of a resin material having a lower flexural modulus than the reinforcing layer ,
The reinforcing layer is made of a fiber-reinforced plastic having a flexural modulus of 10 to 700 GPa,
The optical fiber cable for strain detection , wherein the protective buffer layer has a flexural modulus of 3 to 65 GPa when laminated with the reinforcing layer .
横断面において、前記強化層を構成する繊維強化プラスチック中の強化繊維の直径をdμmとしたとき、前記光ファイバ素線の周囲に設けられた樹脂被覆層の最内層の内面に接する内接円の直径Diμmと、前記光ファイバ素線の外面に接する外接円の直径Doμmとの差が下記数式(I)で示される範囲である請求項1に記載の歪み検出用光ファイバケーブル。
A release agent is attached to the outer surface of the optical fiber,
In a cross section, when the diameter of the reinforcing fiber in the fiber-reinforced plastic constituting the reinforcing layer is dμm, the diameter of the inscribed circle in contact with the inner surface of the innermost layer of the resin coating layer provided around the optical fiber strand. 2. The optical fiber cable for strain detection according to claim 1 , wherein the difference between the diameter Di [mu]m and the diameter Do [mu]m of the circumscribed circle in contact with the outer surface of the optical fiber strand is within the range shown by the following formula (I).
3. The optical fiber cable for strain detection according to claim 2 , wherein a peripheral length S of a portion of the outer surface of the optical fiber that is not in direct contact with the innermost layer of the resin coating layer satisfies the following formula (II).
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