JPH02234006A - 橋構造部監視用光導波体―たわみセンサを有する測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、橋構造部監視用光導波体−（ＬＷＬ−）たわ
みセンサを有する測定装置に関するこの測定装置の場合
、構造部に沿って蛇行形に、つまり少なくとも１つの大
きな湾曲部を有するようにマルチモード光導波体が配置
されており、さらに両端部には送光部ないし受光部が接
続されている。この測定装置は、例えばアーチ形天井、
ダムあるいは堰堤のような技術建築物や歴史的建造物の
ような他の構造部あるいは建造物のひずみや変形（伸縮
、曲げ）および破損（亀裂あるいは裂け目）を監視する
のにも適している。

従来技術 これに相応する装置はドイツ連邦共和国特許明細書第３
０１５３９１号に示されており、そこには構造部の表面
および／または内部にて検出される物理的荷重の大きさ
を監視するためのいくつかの方法が記載されている。さ
らに構造部内の光導波体または光ファイバをケースで覆
って蛇行形、波形または螺旋形に配置可能であることも
そこに記載されている。この配置については、比較的大
きな変形を監視するために用いられる、ということが簡
単に記されているだけである。しかしなから光導波体の
湾曲半径の変化に依存する光の減衰を、構造部監視用の
非ンサの製造のために利用することもできる。

発明が解決しようとする課題 したがって本発明の課題は、冒頭に述べた測定装置を下
記のように構成し、それとともに蛇行形の光導波体を、
例えば橋構造部など測定すべき変形側所に取り付ける、
即ち、伸縮や変形の際に湾曲半径の変化が起こりそれに
より光の減衰が生じるように、構成且取り付けることで
ある。

課題を解決するための手段 この課題は特許請求の範囲第１項の特徴部分により解決
される。この解決手段は基本的に次のことから成る。即
ち、ａ）光導波体が縦長の板の上に配置され、該板の下
面は構造部に接着可能であり、ｂ）該板の上面には縦溝
が設けられ、該縦溝には板中央に中間空間を有するよう
に２本の滑りレールが配置されており、さらに各レール
は外側の各端部で板と固定的にネジ止めされているが、
内側の端郁では縦穴を用いることにより可動に配設され
ており、さらにＣ）光導波体は滑りレール上では長手方
向に固定接着されているが、前記中間空間の部分では自
由に可動に弧を成して配置されている。

請求項２に従い光導波体を板の一方の端部かた他方の他
方へ導き、再び戻り経路で導びかれるようにすると、セ
ンサの感度は２倍になる。

これによりセンサとして作用する２″つの光導波体一弧
状湾曲部が形成される。さらにこれにより送光部および
受光部用の光導波体一接続部を相並べて配設できるとい
う利点も得られる．本発明により達せられる利点は基本
的に、橋構造部監視用の高感度な光導波体一たわみセン
サを備え、簡単に組み立てられる測定装置が得られると
いうことである。

本発明の有利な実施例がさらに別の従属請求項に示され
ており、請求項３には光導波体の被覆について、請求項
４から６には板、蓋および送／受光部用ケーシングから
成る測定装置の構造について示されている。

実施例の説明 本発明の実施例が図面に示されており、以下の記載に詳
細に説明されている。

第１図は、構造部と同種の材質、例えばアルミニウムか
ら成る縦長の板２上に光導波体ｌがどのように配置され
ているかを基本的に示している。この板の下面は平らで
あり、例えば商品名Ｇｕｐａ　Ｉｏｎとして入手可能な
建築用接着剤により構造部に接着される。

この板の上面３には縦軸方向に溝が設けられており、こ
の溝の中には、それぞれが板輻の約１／３の幅および板
長の約１／３の長さである２本の滑りレール４．４′が
、板の中央では中間空間５を有し、板の各端部では自由
空間を有するように配設されている。中間空間５はセン
サ空間として使われる。各滑りレール４ないし４′は外
側の端部ではネジ６により板２と固定的に結合されてい
るが、内側の端部では縦穴７および案内ビンを用いるこ
とにより板の縦軸方向に可動に配設されている． また、光導波体ｌは板の一方の端部から他方の端部へ次
のように導かれている。即ち、ガイドレール４上に長手
方向に固定接着され、中間空関５において自由に可動に
弧を成して他方のレールへ導かれており、さらにそのレ
ール４′上で同じく長手方向に固定接着されている。こ
れらのレール上の光導波体の固定的な部分Ｌは光学的伝
送路として使われるが、この部分は本発明にとって、自
由に動・けるようにした光導波体一弧状湾曲部Ｓ１即ち
センサ部分のように重要ではない。

もっともこのセンサ装置は、単に１本の滑りレールおよ
びそのレールの可動端部の光導波体一湾曲部を用いるだ
けでは、やはりたいして有利には動作しないであろう。

しかしなから第１図が示すように、光導波体ｌが板の縦
軸に対して一方の側で板の一方の端部（接続空間）から
他方の端部（方向転換空間）へと導かれ、そこでループ
Ｕを成して方向変換され、さらに該光導波体を板の縦軸
に対して他方の側で鏡像的な配置で再び戻り経路で導か
せれば、センサの感度は２倍になる。・これによりセン
サとして働く２つの光導波体一湾曲部Ｓが形成されてい
る。

光導波体一方向転換ループＵはｌｏ＋ｍ嘗より小さくて
はならない。さもないと基本減衰が大きすぎて、センサ
作用が打消されてしまうこととなるからである。そのた
め方向転換空間は十分なスペースを提供している。

橋のたわみを測定するために、センサ装置（板２の下面
）は橋桁の部分に接着される。測定すべきたわみ（曲げ
）はまず相応する伸縮量に変換されて板に伝達される。

そこにおいてたわみは滑りレールを用いることにより比
例する光導波体の湾曲半径の変化量に変換され、そこか
ら橘の伸縮ないしたわみに対する尺度となる光の減衰が
導き出される。光の減衰は両方の滑りレールの相互の間
隔に対して反比例する測定値をとる。そのため測定感度
はそれぞれ光導波体の初期の湾曲半径およびレールの間
隔によって広範囲に変化する（湾曲が大きく間隔が狭い
場合に高感度）。

第２図には測定装置の実際の構成の詳細が示されている
。硬質な２次被覆で被覆される光導波体ｌは各滑りレー
ル４ないし４′上の外側の部分ではポリ塩化ビニールチ
ューブ（ホース）８で巻装され、さらに内側のレール端
部の領域では太さ約０．６ｍｍの細いスチールパイプ９
で巻装されており、その際、ポリ塩化ビニールチューブ
（ホース）およびスチール小パイプは両方゛とも構造用
接着剤で固定されている。ポリ塩化ビニールチューブ（
ホース）は光導波体一伝送部分Ｌを保護するために使わ
れ、またスチール小パイプ内を導かれることにより光導
波体のセンサ部分の強制的たわみが促される。自由に動
く光波導体一湾曲部Ｓはシリコンチューブ（ホース）１
０に取り巻かれており、これによりセンサの機械的堅牢
さが実質的に助長されているセンサのケーシングは２つ
の外被により構成されている。板２の上面３には防湿用
シリコンシール１１用の周溝を有する隆起した縁が設け
られている。第３図からわかるように、その上に相応す
る板状の蓋１２が載置されて板とネジ止めされる。さら
にその上の接続端部の領域に、送光部１４および受光部
１５用の直方体の形状のケーシング１６（第４図参照）
がネジ止めされており、そこから光導波体ｌは穴１３を
通って板の接続場所へと導かれている。この組立形式は
荷重を受ける構造部へのセンサの取り付けを容易にする
ばかりでなく、取り付け後の個々のセンサ構成部への手
入れ操作も容易にする。なお上述の板２、ＩＩｌ２およ
び各ケーシング１４〜１６をアルミニウムにより形成す
ると有利である。

さらに第３図および第４図に示されているように、送光
部から受光部へセンサー光導波体ｌと並んでこれと同種
の基準−光導波体が導かれている。送光部／受光部用の
ケーシング１６内には、両方の光導波体への入力結合部
を有する発光ダイオード用ケーシング１３、および集積
された増幅器を有する各１つのシリコーンフォトダイオ
ード用の２つのケーシング１５が配置されている。さら
にこのケーシングの外側の端面には供給電圧および測定
信号のための、測定場所への電気導線用の６つの端子を
有する防水ソケット１７が設けられている。

送光部として放射角の小さな赤外線発光ダイオードが用
いられる。発光効率を高めるためにこの発光ダイオード
は目標（規定状態）の近くまで粗く研磨され、さらに再
び精密に磨かれる。発光ダイオードの光線（λ−８　５
　Ｏ　ｎ＋ｓ）は２つの同種の光導波体（センサー光導
波体および発光ダイオードの送光出力監視用の基準−光
導波体）へ入力結合されている。２つの発光ダイオード
は同じ製品ロフト（同時製造の製品群）に属し、同じ老
化特性を有するものとすることができるので、この構成
はビームスプリッタがなくても可能である。集積された
増幅器とともに据え付けられたシリコンーフォトダイオ
ードは、温度特性を考慮して２つの１組で選び出されて
いる。ダイオードの組み立ては問題ない。

発光ダイオードは両方の光導波体に十分に光を入力結合
するためには、なお十分な大きさの放射角を有する。受
光ダイオードは４１１１ｌ２の受光面を有しており、こ
れによりどんな場合にもこの受光面の前の光導波体の調
整を容易に行うことができる。

発明の効果 本発明により、橋構造部監視用の高感度な光導波体一た
わみセンサを備え簡単に組み立てることのできる測定装
置が提供される。そ．の傑、蛇行形の光導波体を、伸縮
の際に湾曲半径の変化が起こりそれにより光の減衰が生
じるように、例えば橋構造部など測定すべきひずみや変
形個所に取り付けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中央に２つの光導波体一センサ湾曲部を有し右
側に送光部／受光部の接続空間を有する伸縮一たわみセ
ンサの平面図（板上面の基本図）、第２図はそれに所属
する中央部分の斜視図、第３図は板、蓋および個々の送
光部／受光部用のケーシングを有する測定装置の接続端
部、第４図は個々のケーシングを覆う送光郁／受光部用
ケーシングをそれぞれ示す。 ｌ・・・マルチモード−光導波体、Ｌ・・・光導波体−
伝送部、Ｓ・・・光導波体一センサ部、Ｕ・・・光導波
体一方向転換部、２・・・測定装置の板、３・・・板の
上面、４．４’・・・滑りレール、５・・・２本の滑り
レール間の空間即ちセンサ空間、６・・・ネジ、゜７・
・・縦穴、８・・・ポリ塩化ビニールチューブ、９・・
・細いスチーノレパイプ、ｌＯ・・・シリコンバイプ１
１・・・蓋用シール、ｌ２・・・板の上面の蓋、１３・
・・蓋の穴、ｌ４・・・発光ダイオード即ち赤外線発光
ダイオード用ケーシング、１５・・・受光ダイオード即
ち集積された増幅器を備えるシリコンフォトダイオード
用の２つのケーシング、１６・・・送光部／受光部用ケ
ーシング、１７・・・差し込みソケット ＦＩＧ．１ ＦＩＧ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、橋構造部監視用光導波体−（ＬＷＬ−）たわみセン
   サを有する測定装置であって、マルチモード−光導波体
   が構造部に沿って蛇行形に配置されており、さらに該光
   導波体の両端部が送光部ないし受光部と接続されている
   、橋構造部監視用光導波体−たわみセンサを有する測定
   装置において、 −光導波体（１）が当該構造部と同じかまたは類似の材
   料から成る縦長の板（２）上に 配置され、該板の下面は平らで構造部に接 着可能であり、 −さらに該板の上面（３）は縦溝を有し、該縦溝にはそ
   れぞれが板幅の約１／３の幅お よび板長の約１／３の長さの２本の滑りレ ール（４、４′）が、板中央（センサスペ ース）では中間空間（５）を有し板の各端 部では自由空間を有するように配置され、 その際、各滑りレール（４、４′）は外側 の端部では板（２）と固定的にネジ止め（ ６）されているが、内側の端部では縦穴（ ７）と案内ピンを用いることにより板の縦 軸方向に可動に配設されており、 −さらに光導波体（１）は一方の板の端部から他方の板
   の端部へ導かれており、その際 、一方の滑りレール（４）上では長手方向 に固定接着され（伝送部分Ｌ）、上記中空 空間（５）では自由に可動に弧を成して他 方のレールに導かれており（センサ部分Ｓ ）、さらに他方のレール（４′）上では同 じく縦方向に固定接着されて導かれている ことを特徴とする、橋構造部監視用光導波 体−たわみセンサを有する測定装置。 ２、上記光導波体（１）は、縦軸に体して一方の側では
   一方の板端部（接続空間）から他方の板端部（方向変換
   場所）へ導かれ、そこでループ（Ｕ）を成して方向変換
   され、さらに縦軸に対して他方の側では鏡像的に戻り経
   路で導かれている請求項１記載の測定装置。 ３、硬質な２次被膜で巻装被覆された光導波体（１）が
   、各滑りレール（４、４′）上の外側の領域ではポリ塩
   化ビニールパイプ（８）で覆われ、滑りレールの内側の
   端部の領域では約０．６ｍｍの太さの細いスチールパイ
   プ（９）で覆われており、ポリ塩化ビニールパイプおよ
   び細いスチールパイプはともに構造用接着剤により、前
   記滑りレールに固着されており、 さらに前記光導波体は自由な弧状湾曲部（ Ｓ）ではシリコンパイプ（１０）により覆われている請
   求項１または２記載の測定装置。 ４、板（２）の上面にはシリコンシール（１１）用の周
   溝を有する隆起した縁が設けられており、 さらに前記板の上に相応の板状の蓋（１２ ）がネジ止めされており、 さらに前記蓋の上の接続端部の領域に送光 部および受光部（１４、１５）用の直方体のケーシング
   （１６）がネジ止めされており、そこから光導波体（１
   ）が穴（１３）を通り板の接続空間へと導かれている請
   求項２または３記載の測定装置。 ５、送光部から受光部へセンサー光導波体（１１）と並
   んで該光導波体と同種の基準−光導波体が導かれており
   、 送／受光部用ケーシング（１６）内には、 前記２本の光導波体への入力結合部を有する発光ダイオ
   ード用ケーシング（１３）、および集積された増幅器を
   備えた各１つのフォトダイオード用の２つのケーシング
   （１５）が配置されており、 さらに前記ケーシング（１６）の外側の端 面には測定空間への電気導線用の差し込みソケット（１
   ７）が設けられている請求項４記載の測定装置。