JPH01153918A - 光ファイバー式地震計 - Google Patents
光ファイバー式地震計Info
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- JPH01153918A JPH01153918A JP62312328A JP31232887A JPH01153918A JP H01153918 A JPH01153918 A JP H01153918A JP 62312328 A JP62312328 A JP 62312328A JP 31232887 A JP31232887 A JP 31232887A JP H01153918 A JPH01153918 A JP H01153918A
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- Japan
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- optical fiber
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- phase difference
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
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Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、地震動等の振動の内、回転成分を計測して地
震動の速度信号を取り出す光ファイバー式地震計に関す
る。
震動の速度信号を取り出す光ファイバー式地震計に関す
る。
地震予知・地震工学・振動計測においては、弾性体等の
媒質を伝わる弾性波を計測することが基本であり、従来
は、この計測のためのセンサーとして振子を使ったセン
サーや歪ゲージによるセンサーが用いられている。
媒質を伝わる弾性波を計測することが基本であり、従来
は、この計測のためのセンサーとして振子を使ったセン
サーや歪ゲージによるセンサーが用いられている。
しかしながら、上記従来の振子を使ったセンサーは、可
動部分があるため設置や運搬を行うに際して機器保全上
の問題があり、また、歪ゲージによるセンサーは、分解
能及び安定度が悪いという問題がある。
動部分があるため設置や運搬を行うに際して機器保全上
の問題があり、また、歪ゲージによるセンサーは、分解
能及び安定度が悪いという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するものであって、光フ
ァイバージャイロの回転検出機能を生かし、分解能及び
安定度の高い光ファイバー式地霞計を提供することを目
的とするものである。
ァイバージャイロの回転検出機能を生かし、分解能及び
安定度の高い光ファイバー式地霞計を提供することを目
的とするものである。
上記目的を達成するバめに本発明の光ファイバー式地震
計は、計測部位に光ファイバーループを埋め込んで固定
すると共に、光ファイバー方向性結合器により光信号を
分岐して光ファイバーループの左右両方向に伝播し、光
ファイバーループを抜け出た光を結合して２方向の光の
位相差を計測することによって光ファイバーループの軸
方向の回転角速度に比例した電気信号を取り出すことを
特徴とするものであり、さらには、三つの光ファイバー
ループを直交させて計測部位に埋め込んで固定し、直交
する３軸方向の速度に比例する信号を取り出すことを特
徴とするものである。
計は、計測部位に光ファイバーループを埋め込んで固定
すると共に、光ファイバー方向性結合器により光信号を
分岐して光ファイバーループの左右両方向に伝播し、光
ファイバーループを抜け出た光を結合して２方向の光の
位相差を計測することによって光ファイバーループの軸
方向の回転角速度に比例した電気信号を取り出すことを
特徴とするものであり、さらには、三つの光ファイバー
ループを直交させて計測部位に埋め込んで固定し、直交
する３軸方向の速度に比例する信号を取り出すことを特
徴とするものである。
本発明の光ファイバー式地震計では、光ファイバージャ
イロの回転検出機能を利用し、光ファイバーループの左
右両方向に分岐して伝播し抜け出た光信号を結合して２
方向の光の位相差を計測することによって、光ファイバ
ーループの軸方向の回転角速度に比例した電気信号を取
り出す。そのため、光ファイバー内の光伝播特性の周囲
条件依存性をキャンセルするものになっており、ファイ
バーの巻き数・径を選ぶことにより分解能をほぼ無限に
向上させることができる。また、三つの光ファイバール
ープを直交させて計測部位に埋め込んで固定するので、
これらの計測信号を演算することによって直交する３軸
方向の速度に比例する信号を取り出すことができる。
イロの回転検出機能を利用し、光ファイバーループの左
右両方向に分岐して伝播し抜け出た光信号を結合して２
方向の光の位相差を計測することによって、光ファイバ
ーループの軸方向の回転角速度に比例した電気信号を取
り出す。そのため、光ファイバー内の光伝播特性の周囲
条件依存性をキャンセルするものになっており、ファイ
バーの巻き数・径を選ぶことにより分解能をほぼ無限に
向上させることができる。また、三つの光ファイバール
ープを直交させて計測部位に埋め込んで固定するので、
これらの計測信号を演算することによって直交する３軸
方向の速度に比例する信号を取り出すことができる。
（実施例〕
以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
第１図は本発明に係る光ファイバー式地震計に用いられ
る光ファイバーループの１実施例を示す図、第２図は本
発明に係る光ファイバー式地震計の回路構成を示す図で
ある。図中、１は岩盤、２と７は光ファイバーループ、
３は充填用モルタル、４は垂直軸、５と６は水平軸、８
は光ファイバー方向性結合器、９はビームスプリンター
、１０は光源、１１は位相差検出器、１２はアンプ、１
３は出力を示す。
る光ファイバーループの１実施例を示す図、第２図は本
発明に係る光ファイバー式地震計の回路構成を示す図で
ある。図中、１は岩盤、２と７は光ファイバーループ、
３は充填用モルタル、４は垂直軸、５と６は水平軸、８
は光ファイバー方向性結合器、９はビームスプリンター
、１０は光源、１１は位相差検出器、１２はアンプ、１
３は出力を示す。
第１図において、光ファイバーループ２は、単一モード
の光ファイバーを用い、ループ状（コイル状）に巻きセ
ンサ一部分を形成する。そして、振動を計測しようとす
る岩盤１等の中に埋め込まれる。さらに、周囲との一体
的結合を計る為に膨張性モルタル３を光ファイバールー
プ２の周囲に充填する。このようにして岩盤１等の中に
埋設した光ファイバーループ２を光ファイバージャイロ
に用い、この光ファイバージャイロで弾性波動等に起因
する垂直軸４のまわりの歪みの回転成分を計測すること
によって、回転成分を計ａｔｌＩする地震計とするもの
である。従って、本発明の光ファイバー式地震計は、回
転部分の全くない地震計となる。
の光ファイバーを用い、ループ状（コイル状）に巻きセ
ンサ一部分を形成する。そして、振動を計測しようとす
る岩盤１等の中に埋め込まれる。さらに、周囲との一体
的結合を計る為に膨張性モルタル３を光ファイバールー
プ２の周囲に充填する。このようにして岩盤１等の中に
埋設した光ファイバーループ２を光ファイバージャイロ
に用い、この光ファイバージャイロで弾性波動等に起因
する垂直軸４のまわりの歪みの回転成分を計測すること
によって、回転成分を計ａｔｌＩする地震計とするもの
である。従って、本発明の光ファイバー式地震計は、回
転部分の全くない地震計となる。
次に、光ファイバージャイロの動作を第２図に示す回路
構成で説明する。
構成で説明する。
光ファイバージャイロでは、巻数Ｎで半径ａの光ファイ
バーループ７を第１図に示すようにして作る。そして、
光源１０からビームスプリッタ−９を通して光ファイバ
ー方向性結合器８に光信号を送り、光ファイバー方向性
結合器８により光信号を分岐して光ファイバーループ７
において左右両方向に伝播する。
バーループ７を第１図に示すようにして作る。そして、
光源１０からビームスプリッタ−９を通して光ファイバ
ー方向性結合器８に光信号を送り、光ファイバー方向性
結合器８により光信号を分岐して光ファイバーループ７
において左右両方向に伝播する。
光ファイバーループ７がその中心軸のまわりに回転する
と、両まわりの光の間に３’ａｇｎａｃ効果により位相
差が生ずる。そこで、この光信号を、ループを抜け出た
後再び光ファイバー方向性結合器８により結合した後、
ビームスプリッタ−９を。
と、両まわりの光の間に３’ａｇｎａｃ効果により位相
差が生ずる。そこで、この光信号を、ループを抜け出た
後再び光ファイバー方向性結合器８により結合した後、
ビームスプリッタ−９を。
通して光検出器等の位相差検出器１１に入射させ、両方
向の光の位相差を計測する。この位相差信号をアンプ１
２により増幅することによって出力１３が得られる。こ
のようにして光ファイバージャイロでは、光ファイバー
ループの軸方向角速度ωに比例する信号を検出する。
向の光の位相差を計測する。この位相差信号をアンプ１
２により増幅することによって出力１３が得られる。こ
のようにして光ファイバージャイロでは、光ファイバー
ループの軸方向角速度ωに比例する信号を検出する。
今、第１図において、直交する水平軸５．６及び垂直軸
４をそれぞれ座標軸ｘ、ｙ、ｚとし、ｙ＝（ｘｌ ｙＩ
ｚ）、 周波数をΩ、波数をｋ、時間をｔとすると、振動に伴う
変位ｕ （ｕｌ 、ｕｚ ％ ｕ３ ）は次のように表
される。
４をそれぞれ座標軸ｘ、ｙ、ｚとし、ｙ＝（ｘｌ ｙＩ
ｚ）、 周波数をΩ、波数をｋ、時間をｔとすると、振動に伴う
変位ｕ （ｕｌ 、ｕｚ ％ ｕ３ ）は次のように表
される。
ｔｌ＝ ａｅｉ Ｌｋ−Ｗ−Ａｔ）
従って、速度は、変位を時間微分することによって
ｕ＝−ｉ Ωａ ｅ ＩＩ ＆・１ｌ−Ａｌｌとなり
、角速度ベクトルωは、 ωニーΩ（、Ｉ Ｘ ｋ） ｅｌ（ｋ−ｗ−Ａｌｌとな
る。本発明の光ファイバー弐地震計は、このω（ω１、
ω２、ω３）のループの軸方向の成分を検出するもので
ある。従って例えば第１図で垂直軸４が鉛直軸であると
すると、二方向の光の位相差ΔΦは、 Δφ Ω（ａ、に、−ａ、Ｉｋ、） となり、振動のｙ方向とＸ方向の速度成分の合成となる
。そこで、各直交座標軸方向の速度成分を求めたいとき
には、三つの直交する光ファイバーループを埋設し、こ
れらの信号を演算器に通して各成分を抜き出せばよい。
、角速度ベクトルωは、 ωニーΩ（、Ｉ Ｘ ｋ） ｅｌ（ｋ−ｗ−Ａｌｌとな
る。本発明の光ファイバー弐地震計は、このω（ω１、
ω２、ω３）のループの軸方向の成分を検出するもので
ある。従って例えば第１図で垂直軸４が鉛直軸であると
すると、二方向の光の位相差ΔΦは、 Δφ Ω（ａ、に、−ａ、Ｉｋ、） となり、振動のｙ方向とＸ方向の速度成分の合成となる
。そこで、各直交座標軸方向の速度成分を求めたいとき
には、三つの直交する光ファイバーループを埋設し、こ
れらの信号を演算器に通して各成分を抜き出せばよい。
なお、両回りの光の位相差ΔΦは、
ΔΦ＝Ａω
ただし、Ａ＝４ πＬａ ｆ／Ｃ” 、Ｌ ：ファイバ
ー長（２πａ×Ｎ、、Ｎ：ループの巻数）、ａ：ファイ
ハーループの直径、Ｃ：光速、ｒ：光振動周波数である
。上記の式から明らかなように感度はループの長さと半
径に比例する。
ー長（２πａ×Ｎ、、Ｎ：ループの巻数）、ａ：ファイ
ハーループの直径、Ｃ：光速、ｒ：光振動周波数である
。上記の式から明らかなように感度はループの長さと半
径に比例する。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、感度
はループの長さと半径に比例するので、光ファイバーの
巻き数・径を選ぶことにより分解能をほぼ無限に向上さ
せることができ、特に低周波地震計測の面で有利である
。また、振子のような可動部分が全くない点も地震計と
して基本的な特徴であり、設置、運搬を行う」二で機器
保全上の問題も改善できる。しかも、歪みゲージによる
ものの欠点である分解能及び安定度の低さをいずれもカ
バーできる。さらに、光ファイバーがセンサーであり又
信号の伝達も兼ねているので、温度の高い深井戸での直
結式の地震計測にも適用できる。
はループの長さと半径に比例するので、光ファイバーの
巻き数・径を選ぶことにより分解能をほぼ無限に向上さ
せることができ、特に低周波地震計測の面で有利である
。また、振子のような可動部分が全くない点も地震計と
して基本的な特徴であり、設置、運搬を行う」二で機器
保全上の問題も改善できる。しかも、歪みゲージによる
ものの欠点である分解能及び安定度の低さをいずれもカ
バーできる。さらに、光ファイバーがセンサーであり又
信号の伝達も兼ねているので、温度の高い深井戸での直
結式の地震計測にも適用できる。
その他本発明は、大型構造物の振動計測において捩じれ
成分の検出にも有効である。
成分の検出にも有効である。
第１図は本発明に係る光ファイバー式地震計に用いる光
ファイバーループの１実施例を示す図、第２図は本発明
に係る光ファイバー式地震計の回路構成を示す図である
。 １・・・岩盤、２・・・光ファイバー、３・・・充填用
モルタル、４・・・垂直軸、５と６・・・水平軸、７・
・・光ファイバーループ、８・・・光方向性結合器、９
・・・ビームスプリッタ−１ｌＯ・・・光源、１１・・
・位相差検出器、１２・・・アンプ、１３・・・出力。
ファイバーループの１実施例を示す図、第２図は本発明
に係る光ファイバー式地震計の回路構成を示す図である
。 １・・・岩盤、２・・・光ファイバー、３・・・充填用
モルタル、４・・・垂直軸、５と６・・・水平軸、７・
・・光ファイバーループ、８・・・光方向性結合器、９
・・・ビームスプリッタ−１ｌＯ・・・光源、１１・・
・位相差検出器、１２・・・アンプ、１３・・・出力。
Claims (2)
- （１）計測部位に光ファイバーループを埋め込んで固定
すると共に、光ファイバー方向性結合器により光信号を
分岐して光ファイバーループの左右両方向に伝播し、光
ファイバーループを抜け出た光を結合して２方向の光の
位相差を計測することによって光ファイバーループの軸
方向の回転角速度に比例した電気信号を取り出すことを
特徴とする光ファイバー式地震計。 - （２）直交する三つの光ファイバーループを計測部位に
理め込んで固定すると共に、光ファイバー方向性結合器
により光信号を分岐して各光ファイバーループの左右両
方向に伝播し、各光ファイバーループを抜け出た光を結
合し２方向の光の位相差を計測して直交する３軸方向の
速度に比例する信号を取り出すことを特徴とする光ファ
イバー式地震計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312328A JPH01153918A (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 光ファイバー式地震計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62312328A JPH01153918A (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 光ファイバー式地震計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01153918A true JPH01153918A (ja) | 1989-06-16 |
| JPH0474654B2 JPH0474654B2 (ja) | 1992-11-26 |
Family
ID=18027912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62312328A Granted JPH01153918A (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 光ファイバー式地震計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01153918A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109374751A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-22 | 北京航空航天大学 | 一种光纤环声发射传感器及封装方法 |
| US11860461B2 (en) | 2019-10-17 | 2024-01-02 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Display panel and method for manufacturing the same |
-
1987
- 1987-12-11 JP JP62312328A patent/JPH01153918A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109374751A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-22 | 北京航空航天大学 | 一种光纤环声发射传感器及封装方法 |
| US11860461B2 (en) | 2019-10-17 | 2024-01-02 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Display panel and method for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0474654B2 (ja) | 1992-11-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |