JPH11304440A

JPH11304440A - 変形監視装置

Info

Publication number: JPH11304440A
Application number: JP2865899A
Authority: JP
Inventors: Tokio Kai; 登喜雄開; Tsuyotoshi Yamaura; 剛俊山浦; Yoshiaki Inoue; 好章井上; Tadashi Sugimura; 忠士杉村; Masazumi Tsukano; 正純塚野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】監視対象の三次元方向への変形を高感度で検出
できる変形監視装置を提供すること。【解決手段】監視対象（５）に対してほぼ平行するよう
敷設された光ファイバ１と、前記監視対象（５）に対し
てほぼ平行するよう設けられた基準板（６）と、前記監
視対象（５）に変形が生じた際、前記監視対象（５）と
前記基準板（６）との三次元方向における相対的な位置
関係の変化を前記光ファイバ１へ伝達する伝達手段（２
１〜２ｎ）と、この伝達手段（２１〜２ｎ）の伝達によ
り生ずる前記光ファイバ１の歪量を計測することで前記
監視対象（５）に生じた変形を検出する検出手段と、か
ら構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル、ダム及
び建物などの大型構造物の形状変化を光ファイバを用い
て監視する変形監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル、ダム及び建物などの形状変化
を常時監視することは崩壊事故などの予防に有効であ
る。これらの形状変化を監視する方法として、トランシ
ットなど寸法計測器により代表点間の寸法を計測し、前
計測データとの比較により形状変化を監視する方法や、
歪ゲージを代表点に設置し歪計測器を用いて形状変化を
監視する方法がある。しかし、これらの方法はいずれも
代表点を計測、監視しているにすぎず、変形の発生する
個所が不明なトンネル、ダムなどを密に監視するために
は多数点にて計測を行なう必要がある。

【０００３】一方近年では、光ファイバの散乱光を分析
することにより、光ファイバにかかる歪量を計測する以
下のような方法が開発されている。この方法では、後方
ブリルアン散乱光の周波数シフト、すなわち入射光の光
周波数からブリルアン散乱光スペクトルの中心周波数を
引いた値が光ファイバに加わった引っ張り応力、すなわ
ちそれと等価な引っ張り応力による相対伸びである光フ
ァイバの伸び歪とともに増大することに着目し、ブリル
アン周波数シフトの変化から、光ファイバ（あるいは光
ケーブル）の異常点を検索する。

【０００４】この方法では、光ファイバの片端からパル
ス光を入射し、該光ファイバ内で生じるブリルアン散乱
光の後方散乱光をコヒーレント検波方法により高感度に
検出する。このとき、散乱光の光波と光ファイバ中の音
波との相互作用により入射したパルス光の光周波数に対
して上方及び下方にシフトしたブリルアン散乱光が検出
されることを利用し、ブリルアン散乱光の周波数シフト
分布から光ファイバの歪み分布を測定する。

【０００５】ブリルアン散乱光の周波数シフトと歪量と
の関係は、次式（１）で与えられる。

【０００６】ｆｂ（ε）＝ｆｂ（０）（１＋Ｃε） …（１）ここでｆｂ（０）は、歪量ε（％）がゼロのときのブリ
ルアン周波数シフト（入射光の周波数からブリルアン散
乱のスペクトルの中心周波数を引いた値）であり、入射
光の波長が１５００ｎｍのときの値は、１１ＧＨｚであ
る。また、Ｃは比例係数であり、約４．５である。上式
（１）をεについて解くと、 ε＝｛ｆｂ（ε）−ｆｂ（０）｝／｛Ｃｆｂ（０）｝ …（２）となる。したがって、ブリルアン周波数シフトを測定す
ることにより、光ファイバの歪みを求めることができ
る。

【０００７】このブリルアン周波数シフトを計測するた
めには、微弱なブリルアン散乱光を効率よく受光する必
要がある。この方法として、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Op
tical Fiber Domain Analysis)やＢＯＴＤＲ（Brilloui
n Optical Time Domain Reflectometry ）等が報告され
ている。

【０００８】ＢＯＴＤＡは、ブリルアン利得分光法を応
用するものであり、ポンプパルス光により発生した後方
ブリルアン散乱光の光パワーを、プローブ光により増大
させることができる。一方ＢＯＴＤＲは、コヒーレント
受信等の手段を使った高感度の受信により、微弱なブリ
ルアン散乱光を受信するものである。

【０００９】このように、ＢＯＴＤＡとＢＯＴＤＲは高
感度の測定ができるとともに、高精度な相対光周波数の
測定も可能であるため、どちらの方法を用いても光ファ
イバのブリルアン周波数シフトの分布を測定できる。こ
れらの方法は、文献（信学論誌、B-I Vol.J73-B-I,No.
2,pp.144-152,1990;Technical Digest of Internationa
l Quantum Electrinics Conference(IQEC'92),paper n
o. MoL.4,pp.42-43,1992）に開示されている。

【００１０】これらの方法では、ブリルアン周波数シフ
トを求めるために、投入光あるいは受光部の周波数をス
キャンしてブリルアン散乱光のピーク周波数を求めてい
る。また、入射光をパルス状にして散乱光が入射端に戻
ってくるまでの時間を計測することにより、光ファイバ
の各部分での歪の分布を求めることができるが、微弱な
信号を扱うため、一つの周波数の計測に２¹²〜２²⁰回程
度の加算平均演算を行なっている。

【００１１】近年では、上述した光ファイバを用いた歪
計測器（ＢＯＴＤＲ）の開発とともに、これらを用いた
変形監視装置が実用化されている。この変形監視装置
は、トンネル、ダム及び建物などの監視対象に光ファイ
バを敷設し、上述した原理により光ファイバの歪すなわ
ち変形を計測することで監視対象の形状変化を監視する
ものであり、パルス光を入射しブリルアン反射光が戻っ
てくるまでの時間から、光ファイバ全長に亘る変形の状
態を知ることができる。また、光ファイバの敷設後は、
監視対象の変形量を常時監視できるという利点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバを用
いた変形監視装置の第１の欠点は、光ファイバの布設方
向すなわち長さ方向以外の方向への変形に対して感度が
悪いことにある。例えば上記歪計測器は、トンネルの長
さ方向の変化に対して０．２ｍｍ／２ｍ程度の感度を有
するが、幅方向の変化は感度が悪い。よって、三次元方
向に発生する変形を高感度で検出するには、光ファイバ
を三次元的に布設する必要があり、多大な手間と費用が
必要とされる。以下、具体例により説明する。

【００１３】図６の（ａ）〜（ｄ）は、上記歪計測器を
用いた基礎試験の状況を示す図である。図６の（ａ）〜
（ｄ）では、試験片１００の長さ方向をｘ，幅方向を
ｙ，上下方向をｚとして記している。試験片１００の長
さＬは約２ｍである。

【００１４】図６の（ａ）は、試験片１００に変形が無
い状態であり、試験片１００上の長さ方向に光ファイバ
１を貼付け、光ファイバ１の変形を歪計測器３で計測し
ている。図６の（ｂ）では、試験片１００をｘ方向にΔ
ｘ伸ばしている。したがって、光ファイバ１もΔｘ伸
び、変形が発生している。歪計測器３を用いた計測によ
ると、２ｍ長の光ファイバでΔｘに０．２ｍｍ以上の伸
びがあれば、変形を充分検出することができる。

【００１５】図６の（ｃ）では、試験片１００の中央部
をｚ方向にΔｚ変形している。歪計測器３を用いた計測
によると、Δｚが約１４ｍｍ以上の変形であれば検出可
能である。図６の（ｄ）では、試験片１００の中央部を
ｙ方向にΔｙ変形している。歪計測器３を用いた計測に
よると、Δｙが約１４ｍｍ以上の変形であれば検出可能
である。

【００１６】図７は、図６に示した試験片１００の変形
と光ファイバ１の伸びの関係を示す図である。光ファイ
バ１は、Ａ点，Ｃ点，Ｂ点からなる直線１０１の状態で
長さが２ｍである。光ファイバ１の中央部Ｃ点に上部方
向へΔｚの変形を与えると、光ファイバ１はＡ点，Ｃ’
点，Ｂ点からなる円弧１０３になる。この円弧１０３
を、Ａ点，Ｃ’点，Ｂ点からなる三角形１０２とおおよ
そ等しいものとすると、光ファイバ１の伸び量ΔＬは次
式（３）で求められる。

【００１７】

【数１】

【００１８】このとき、ＡＣ＝１ｍ、ＡＢ＝２ｍであ
る。

【００１９】上式（３）からΔｚ＝１４ｍｍのとき、Δ
Ｌ＝０．２ｍｍとなる。したがって、図６の（ｃ）に示
すΔｚ、図６の（ｄ）に示すΔｙが、それぞれ約１４ｍ
ｍの変化で検出できるのは、２ｍ長の光ファイバ１が
０．２ｍｍ伸びたためであるといえる。

【００２０】図８の（ａ）〜（ｃ）は、トンネル内壁へ
の光ファイバの布設例を示す図である。図８の（ａ）
は、トンネル２の長手方向に光ファイバ１を直線的に布
設した例である。上記したように、トンネル２の長手方
向すなわちＸ方向は、２ｍあたり０．２ｍｍ以上の変形
が検出できる。仮にトンネル長を１００ｍとすると、ト
ンネル全長で２ｃｍ以上の伸び変形が検出できる。

【００２１】しかし図８の（ａ）では、トンネル２の幅
方向すなわちｙ方向、トンネル２の上下方向すなわちｚ
方向の変形は検出感度が悪い。トンネル２の中央部を頂
点とするなだらかなｙ方向への変化やｚ方向への変形に
対して、光ファイバ１が０．２ｍｍ／２ｍ以上伸びて変
形を検出できるようになるトンネル２中央部のｙ及びｚ
方向の変形量は１００ｃｍ以上になり、これは実用上問
題がある。

【００２２】図８の（ｂ）は、トンネル２のｙ方向の変
形検出を考慮した光ファイバ１の布設例を示す図であ
る。図８の（ｂ）では、光ファイバ１のｎ1 〜ｎ2 、ｎ
3 〜ｎ4 、…、をトンネル２の天井部にｙ方向へ布設し
ている。このような光ファイバ１の布設部分について
は、ｙ方向で０．２ｍｍ／２ｍ以上の変形を検出でき
る。しかし、トンネル２内の交通を考慮すると実布設に
制限がある。

【００２３】図８の（ｃ）は、トンネル２のｚ方向の変
形検出を考慮した光ファイバ１の布設例を示す図であ
る。図８の（ｃ）では、光ファイバ１のｎ1 〜ｎ2 、ｎ
3 〜ｎ4 、…、をトンネル２の上部から下部へ向けたｚ
方向に布設している。このような光ファイバ１の布設部
分については、ｚ方向で０．２ｍｍ／２ｍ以上の変形を
検出できる。

【００２４】以上、トンネルを例に記述したように、光
ファイバ１を用いた変形計測では被計測物が３次元的に
変形するので、光ファイバ１も３次元的に布設する必要
がある。また、ｙ，ｚ方向の変形を密に検出するために
は、ｙ，ｚ方向へ光ファイバ１を密に布設する必要があ
り、光ファイバ１の総延長距離が長くなり、布設に多く
の手間と時間が必要である。

【００２５】従来の光ファイバを用いた変形監視装置の
第２の欠点は、歪計測器が高価なことにある。歪計測器
は、光ファイバに照射した光パルスの反射波であるブリ
ルアン散乱光の周波数変化を計測する必要があるため、
電子回路も複雑で高価になる。

【００２６】本発明の目的は、以下の変形監視装置を提
供することにある。

【００２７】(1) 光ファイバの布設を容易にし、監視対
象の三次元方向への変形を高感度で検出できる変形監視
装置。

【００２８】(2) 安価な計測器を用いて監視対象の変形
を監視できる変形監視装置。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の変形監視装置は以下の如く構
成されている。

【００３０】（１）本発明の変形監視装置は、監視対象
に対してほぼ平行するよう敷設された光ファイバと、前
記監視対象に対してほぼ平行するよう設けられた基準板
と、前記監視対象に変形が生じた際、前記監視対象と前
記基準板との三次元方向における相対的な位置関係の変
化を前記光ファイバへ伝達する伝達手段と、この伝達手
段の伝達により生ずる前記光ファイバの歪量を計測する
ことで前記監視対象に生じた変形を検出する検出手段
と、から構成されている。

【００３１】（２）本発明の変形監視装置は上記（１）
に記載の装置であり、かつ前記伝達手段は、前記監視対
象と前記基準板との相対的な位置関係の変化をテコの原
理を利用して拡大し前記光ファイバへ伝達する変位拡大
治具を備えた。

【００３２】（３）本発明の変形監視装置は上記（２）
に記載の装置であり、かつ前記変位拡大治具は、前記位
置関係の変化の拡大比を変更可能とした。

【００３３】（４）本発明の変形監視装置は上記（１）
乃至（３）のいずれかに記載の装置であり、かつ前記光
ファイバにおける前記伝達手段と関わる個所の形状を輪
状にした。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は、本
発明の第１の実施の形態に係る変形監視装置の構成を示
す図であり、監視対象であるトンネルの内側壁を上方か
ら見た図である。図１は、トンネルの内側壁に光ファイ
バを布設した例を示しており、以下、光ファイバを布設
した方向すなわちトンネルの長手方向をｘ方向、幅方向
をｙ方向、上下方向をｚ方向とする。

【００３５】図１では、トンネルの内側壁５に、トンネ
ルの長手方向すなわちｘ方向に沿って所定間隔（例えば
１０ｍ）をもって複数の固定金具（コンクリート・ボル
ト）７が打ち込まれている。これら固定金具７により、
内側壁５に沿って治具取付板（基準板）６が固定されて
いる。

【００３６】また、トンネルの内側壁５に、トンネルの
長手方向に沿って任意の間隔をもって後述する複数の変
位拡大治具２１〜２ｎが取り付けられている。各変位拡
大治具２１〜２ｎの上部には一本の光ファイバ１がトン
ネルの内側壁５及び治具取付板６と平行するよう布設さ
れている。光ファイバ１の末端には、上述した後方ブリ
ルアン散乱光の周波数シフトにより光ファイバの歪量を
計測する歪計測器（ＢＯＴＤＲ）３が接続されている。

【００３７】図１では、トンネルの内側壁５の形状変化
を変位拡大治具２１〜２ｎを用いて光ファイバ１へ伝達
し、これらを歪計測器３を用いて常時監視し、規定値以
上の形状変化を検出した場合に音声あるいは表示等によ
る警報４を出力するようにしている。治具取付板６は、
監視対象の形状変化を検出する目的で設けられる基準面
であり、監視対象の形状変化は治具取付板６との相対的
変化により検出される。変位拡大治具２１〜２ｎの詳細
は後述するが、内側壁５に形状変化５ａが起きると、変
位拡大治具２１〜２ｎは形状変化５ａによる変位を拡大
して光ファイバ１へ伝達する。

【００３８】図２は、歪計測器３の構成を示すブロック
図である。歪計測器３では、送受光器３１から出力され
た測定光が光ファイバ１に入り、戻ってきた光をフィル
タ３２を介して送受光器３１で受ける。加算平均部３３
では、各周波数毎に戻ってきた光の強度分布を加算平均
し、加算平均が完了すると周波数制御部３４でフィルタ
３２の透過周波数を変更する。

【００３９】すべての周波数の加算平均処理が完了する
と、図３の（ａ）に示すような周波数、光ファイバの距
離、後方ブリルアン散乱光強度の関係が得られる。ピー
ク検出部３５では、図３の（ｂ）に示すような光ファイ
バ１の距離毎の後方ブリルアン散乱光の強度周波数分布
から散乱光強度がピークとなる周波数３７を検出してブ
リルアン周波数シフト３８を求め、歪算出部３６で歪量
に換算する。

【００４０】図４は、上記変位拡大治具２１〜２ｎの構
成を示す図である。図４において図１と同一な部分には
同一符号を付してある。監視対象であるトンネルの内側
壁５には、検出棒（コンクリート・ボルト）１０が内側
壁５に対して垂直に打ち込まれている（あるいは埋め込
まれている）。検出棒１０は、内側壁５に対して垂直な
方向への変形１６（以下、ｙ方向変形と称す）、上下方
向への変形（以下、ｚ方向変形と称す）、及び内側壁５
と平行な方向への変形１７（以下、ｘ方向変形と称す）
と同じ方向に動く。

【００４１】治具取付板６の内側壁５側には、治具取付
板６及び内側壁５とほぼ平行をなす変位拡大レバー１２
の端部が取付けられているとともに、前記端部の内側に
変位拡大レバー１２を支持するレバー支点部１３が設け
られている。変位拡大レバー１２には、内側壁５と対向
するよう支持座１１が設けられており、検出棒１０の先
端は支持座１１に接触している。また、変位拡大レバー
１２は、他端部がバネ１５を介して治具取付板６に取付
けられており、前記他端部の内側に保持部材２０が設け
られている。

【００４２】保持部材２０は、治具取付板６に設けられ
た貫通穴６１を介して光ファイバ固定部１４に固定され
ている。光ファイバ固定部１４は、光ファイバ１を固持
している。なお、変位拡大レバー１２は、通常バネ１５
の偏倚力による作用方向１８と検出棒１０とレバー支点
部１３の関係で決まる位置にあり、この条件で平衡な状
態にある。

【００４３】仮に、トンネルの内側壁５に幅方向すなわ
ちｙ方向の変形が生じた場合、検出棒１０がｙ方向１６
へ動き支持座１１を介して変位拡大レバー１２を押す。
これにより、前述した平衡条件がくずれ、テコの原理に
より変位拡大レバー１２に取付けられた保持部材２０と
固定部１４により固定されている光ファイバ１がｙ方向
１９へ変位する。このとき、レバー１２の支点ａと変位
座１１の中央点ｂとの間の長さＡと、支点ａと保持部材
２０の中央点ｃとの間の長さＢとのレバー比により決ま
る量だけ、光ファイバ１を矢印１９の方向に動かすこと
になる。

【００４４】仮に、レバー１２のａｃ／ａｂ比を１０と
し、光ファイバ１を複数の固定部１４にて１ｍ毎に保持
した場合、検出棒１０の約１．４ｍｍ以上のトンネル幅
方向の形状変化が検出可能になる。また、検出棒１０が
ｚ方向あるいはｘ方向１７に動いた場合でも、支持座１
１における検出棒１０との接触面が凹曲面をなしている
ため、ｙ方向１６に動いた場合と同様に光ファイバ１を
変形させることになる。

【００４５】上記の構成によれば、変位拡大レバー１２
の支点部１３と検出棒１０の作用点との間の長さＡと、
支点部１３と保持部材２０との間の長さＢとの関係をＢ
＞Ａにした場合に、微小な変形を光ファイバ１に拡大し
て伝達することができる。また、長さＡと長さＢとの関
係を変えることで、変形の拡大比を任意に決めることが
できる。また、トンネルの上下方向すなわちｚ方向の変
形は重力方向になるが、変位座１１における検出棒１０
と接する面が前述したように凹曲面をなしているため、
矢印１９に示す方向の動きに変換される。

【００４６】このように、図４に示した変位拡大治具２
１〜２ｎがトンネルの内側壁５に沿って１ｍの間隔で取
付けられ、矢印１６で示すように内側壁５が変形する
と、変位拡大治具２１〜２ｎは、この変位を拡大して光
ファイバ１を矢印１９の方向へ変形させる。上記の如く
内側壁５がｘ，ｚ方向に変形し、変位拡大治具２１〜２
ｎにてその感度を示すレバー比に応じて拡大された光フ
ァイバー１の長さの変化が０．２ｍｍ／２ｍを上回る場
合、歪計測器３を用いて光ファイバー１からのブリルア
ン散乱光を監視することで、内側壁５の変形を直接検出
できる。

【００４７】当該トンネルの長さを１００ｍとすると、
上記したように歪計測器３の検出感度が０．２ｍｍ／２
ｍ程度であるので、内側壁５のｘ方向に全長で約１ｃｍ
以上の変形が発生するか、あるいは局部的に光ファイバ
１に０．２ｍｍ／２ｍを越える変形が発生した場合に検
出が可能である。また、ｙ方向及びｚ方向についても、
局部的に光ファイバ１に０．２ｍｍ／２ｍ以上の変形が
発生すれば検出が可能である。よって、図８の（ｂ），
（ｃ）にｎ1 〜ｎ2 、ｎ3 〜ｎ4 、で示したように光フ
ァイバをｙ方向あるいはｚ方向に布設することなく、ｘ
方向に直線状に布設することで三次元方向の変形を検出
できる。

【００４８】（第２の実施の形態）図５は、本発明の第
２の実施の形態に係る変形監視装置の構成の一部を示す
図である。なお、当該変形監視装置において図５に図示
されていない部分の構成は、図１，図４に示したものと
同一である。

【００４９】図５では、光ファイバ１に光パルス計測器
３’が接続されており、光ファイバ１の所定個所がリン
グ形状１’をなしている。光パルス計測器は、本来光フ
ァイバの断線、伝送ロスを調べるためのものであり、光
ファイバに入射した光パルスの後方レーリー散乱光の強
度を計測する。レーリー散乱光はブリルアン散乱光に比
べて光量も非常に強いため、上記歪計測器に比べて電子
回路も簡単で安価である。

【００５０】光パルス計測器を用いた光ファイバの伝送
損失の試験結果によれば、光ファイバを通常のように直
線的に布線すると約−２ｄＢ／ｋｍ程度の光伝送ロスが
発生する。一方、光ファイバの一部をリング形状にする
と、そのリングの直径が約６０ｍｍφ以上であれば局所
的光伝送損失がほとんど無い。

【００５１】しかし、直径６０ｍｍφのリング形状を矢
印ｙ1 で示すように約１０ｍｍ押しつぶすと、局部的な
伝送ロスが発生する。言い換えれば、光ファイバ１の矢
印ｙ1 方向の約１０ｍｍ以上の変形を光パルス計測器
３’で検出することができる。初期伝送ロスを無視すれ
ば、リング形状の直径を小さくするほど変形の検出感度
は向上する。

【００５２】そこで、図４に示した光ファイバ１におけ
る固定部１４に固定される個所を直径６０ｍｍφのリン
グ形状にし、そのリングの頂部を図５に示すように固定
部１４で固持する。これにより、内側壁５にてｘ方向、
ｙ方向、あるいはｚ方向に変形が発生した場合、固定部
１４が矢印ｙ1 の方向へ動き、リング形状１’の径が変
化するため、光パルス計測器３’による光ファイバ１の
形状変化、すなわち内側壁５の変形を検出できる。

【００５３】なお、本発明は上記各実施の形態のみに限
定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施で
きる。

【００５４】（実施の形態のまとめ）実施の形態に示さ
れた構成及び作用効果をまとめると次の通りである。

【００５５】［１］実施の形態に示された変形監視装置
は、監視対象（５）に対してほぼ平行するよう敷設され
た光ファイバ１と、前記監視対象（５）に対してほぼ平
行するよう設けられた基準板（６）と、前記監視対象
（５）に変形が生じた際、前記監視対象（５）と前記基
準板（６）との三次元方向における相対的な位置関係の
変化を前記光ファイバ１へ伝達する伝達手段（２１〜２
ｎ）と、この伝達手段（２１〜２ｎ）の伝達により生ず
る前記光ファイバ１の歪量を計測することで前記監視対
象（５）に生じた変形を検出する検出手段（３）と、か
ら構成されている。

【００５６】したがって上記変形監視装置によれば、監
視対象（５）の三次元方向への変形を全て光ファイバ１
の歪に変換することができるため、監視対象（５）に生
じた変形を高感度で検出できる。また、光ファイバ１を
三次元的に布設する必要がなくなるため、光ファイバ布
設工事が容易になり、工事に係る手間と費用を大幅に削
減できる。

【００５７】［２］実施の形態に示された変形監視装置
は上記［１］に記載の装置であり、かつ前記伝達手段
（２１〜２ｎ）は、前記監視対象（５）と前記基準板
（６）との相対的な位置関係の変化をテコの原理を利用
して拡大し前記光ファイバ１へ伝達する変位拡大治具２
１〜２ｎを備えた。

【００５８】したがって上記変形監視装置によれば、変
位拡大治具２１〜２ｎを用いることで監視対象（５）の
変形検出の感度が向上する。

【００５９】［３］実施の形態に示された変形監視装置
は上記［２］に記載の装置であり、かつ前記変位拡大治
具２１〜２ｎは、前記位置関係の変化の拡大比を変更可
能とした。

【００６０】したがって上記変形監視装置によれば、監
視対象（５）と基準板（６）との相対的な位置関係の変
化の拡大比を任意に変更できるので、所望の変形検出の
感度を選択できる。

【００６１】［４］実施の形態に示された変形監視装置
は上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の装置であ
り、かつ前記光ファイバ１における前記伝達手段（２１
〜２ｎ）と関わる個所の形状を輪状（１’）にした。

【００６２】したがって上記変形監視装置によれば、監
視対象（５）の変形を光ファイバ１の微小な径湾曲変化
に変換することで、すなわち光ファイバ１の輪状
（１’）の部分の曲率を変化させることで、安価な光パ
ルス計測器（ＯＴＤＲ）３’を用いることができ、監視
対象（５）の変形を簡易に監視することが可能になる。

【００６３】

【発明の効果】本発明の変形監視装置によれば、監視対
象の三次元方向への変形を全て光ファイバの歪に変換す
ることができるため、監視対象に生じた変形を高感度で
検出できる。また、光ファイバを三次元的に布設する必
要がなくなるため、光ファイバ布設工事が容易になり、
工事に係る手間と費用を大幅に削減できる。

【００６４】本発明の変形監視装置によれば、変位拡大
治具を用いることで監視対象の変形検出の感度が向上す
る。

【００６５】本発明の変形監視装置によれば、監視対象
と基準板との相対的な位置関係の変化の拡大比を任意に
変更できるので、所望の変形検出の感度を選択できる。

【００６６】本発明の変形監視装置によれば、監視対象
の変形を光ファイバの微小な径湾曲変化に変換すること
で、安価な光パルス計測器を用いることができ、監視対
象の変形を簡易に監視することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る変形監視装置の構成
を示す図。

【図２】本発明の実施の形態に係る歪計測器の構成を示
すブロック図。

【図３】本発明の実施の形態に係る周波数、光ファイバ
の距離、後方ブリルアン散乱光強度の関係を示す図。

【図４】本発明の実施の形態に係る変位拡大治具の構成
を示す図。

【図５】本発明の実施の形態に係る変形監視装置の構成
の一部を示す図。

【図６】従来例に係る歪計測器を用いた基礎試験の状況
を示す図。

【図７】従来例に係る試験片の変形と光ファイバの伸び
の関係を示す図。

【図８】従来例に係るトンネル内壁への光ファイバの布
設例を示す図。

【符号の説明】

１…光ファイバ２１〜２ｎ…変位拡大治具３…歪計測器３’…光パルス計測器４…警報５…トンネルの内側壁５ａ…形状変化６…治具取付板７…固定金具１０…検出棒１１…支持座１２…変位拡大レバー１３…レバー支点部１４…光ファイバ固定部１５…バネ２０…保持部材３１…送受光器３２…フィルタ３３…加算平均部３４…周波数制御部３５…ピーク検出部３６…歪算出部

フロントページの続き (72)発明者杉村忠士長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者塚野正純長崎県長崎市飽の浦町１番１号三菱重工業株式会社長崎造船所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】監視対象に対してほぼ平行するよう敷設さ
れた光ファイバと、前記監視対象に対してほぼ平行するよう設けられた基準
板と、前記監視対象に変形が生じた際、前記監視対象と前記基
準板との三次元方向における相対的な位置関係の変化を
前記光ファイバへ伝達する伝達手段と、この伝達手段の伝達により生ずる前記光ファイバの歪量
を計測することで前記監視対象に生じた変形を検出する
検出手段と、を具備したことを特徴とする変形監視装置。
【請求項２】前記伝達手段は、前記監視対象と前記基準
板との相対的な位置関係の変化をテコの原理を利用して
拡大し前記光ファイバへ伝達する変位拡大治具を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の変形監視装置。
【請求項３】前記変位拡大治具は、前記位置関係の変化
の拡大比を変更可能としたことを特徴とする請求項２に
記載の変形監視装置。
【請求項４】前記光ファイバにおける前記伝達手段と関
わる個所の形状を輪状にしたことを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の変形監視装置。