JPS63210604A

JPS63210604A - 光フアイバを用いる構造物監視システム

Info

Publication number: JPS63210604A
Application number: JP4125587A
Authority: JP
Inventors: リチャード　ダブリュー　グリフィス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1988-09-01

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】光朝立１景本出願の原米国特許出願は、１９８４年１月１６日に出
願され現在放棄されている係属中の米国特許出願ｌ１ｋ
ｌＯ６１５７１，３６４の一部継続出願であり、米国特
許出願先０６１５７１，３６４は、１９８１年８月２４
日に出願され現在放棄されている係属中の米国特許出願
１）ｈｏ　６／２９５．６００の継続出願である。

本発明、−ｉに構造物の監視に関し、より詳しくは、人
造又は天然の構造物を、光ファイバを用いて監視するた
めの方法と装置に関する。

配管、沖合プラットホーム、建物、楢、ダム等のような
多くの人造構造物があり、設計コード及び試験荷重を検
定したり、構造物又はその部品の潜在的又は現実の破損
を前もって警告するために、これらの構造物に対する構
造上の監視が重要である。例えば、通常の限度を越えた
歪や撓みを指示する信号を得るために、歪ゲージ、音響
放出用マイクロホン、加速度計を用いた傾斜計等を、海
上立上り管又は配管のような構造物に沿って配置するこ
とが知られている。

地層や、地震断層に隣接する岩石累層のような天然物体
の移動は、不均一性のために測定するのが一層困難であ
る。従って、加速度、傾斜、又は変位を夫々測定するた
めに、地震計、傾斜計、又は土地探査技術が夫々採用さ
れている。

構造物に沿って間欠的に間隔をへだてて配置された歪ゲ
ージやその他の測定手段の使用は、所望の歪データを得
るのに役立つけれども、歪ゲージが固定されている構造
物上のこれらの不連続な点のみが監視される。歪ゲージ
、その他の感知器の取付は点から十分に離れた構造物上
の他の場所は影響を受け、然も構造物の安全や潜在的な
破損にとって重要な物理的移動や応力を受ける。

更に、かような先行技術の感知器には電力を供給しなけ
ればならず又データを得なければならず、それらのすべ
ては、ケーブル、電力、及び遠隔測定装置に加えて、関
連するロジスティック保守サポート（ｌｏｇｉｓｔｉｃ
　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　５ｕｐｐｏｒｔ）
を含でいる。このようなシステムのコストは、過大とな
ることがあり、含まれている要素の数が多いので信頼性
が損われることがある。

構造物の中心点に配置された構造物上の振動数測定シス
テムの開発によってこの困難を克服する試みがなされて
きた。この技術は、部材の破損や部材の紛失のような構
造上の完全さの変化から生ずる振動数のモードシフトを
検出するためにフーリエ解析を採用している。然しなか
ら、沖合プラットホームの場合には、構造物に作用する
荷重の変動、基礎（くい）の非直線性、及び固有励振の
不一致性が、このシステムを構造上の変化の場所を確認
するのに適したものとするのに十分な信号対ノイズ比を
妨げた。

上述の観点から、構造物に沿うすべての点、又は構造物
の指定された部分の間のすべての点を“連続的に”かつ
確実に監視しうる、成る構造物を監視するための改良方
法と装置の必要がある。

かような“連続的な”配置によって、構造上の移動の場
所を決定することができ、監視システムにはギャップは
ない。

光皿Ω見要前述の説明を心に留めて、本発明は、光ファイバによっ
て監視を行う、構造上の完全さを監視するための改良方
法と装置を意図している。

より詳しく言えば、構造物上の間隔をへだてた点の少く
とも一点から他の点まで延び、それによってこれらの点
の間で連続体としての構造物に沿うすべての点と係合す
る少くとも１つの光ファイバを構造物に取付けることに
より、構造物上の間隔をへだてた点の間の物理的移動が
監視される。

光信号が、光ファイバの中へ通され、次に構造物の物理
的移動から生ずる、二の光信号の変化が検出される。検
出された変化は、光ファイバの移動の結果としての、光
信号（一般にパルス型）の反射、レイリー後方散乱等の
結果である。この場合、検出された変化は、光ファイバ
の入力端でなされ、これらの変化は、光学的カプラによ
って取出される。

もう１つの実施態様において、光信号（一般に連続的）
は光ファイバの一端の中へ通され、光信号の変化が、光
ファイバの他端で検出される。この場合、検出された変
化は、光ファイバを通る光信号の伝送特性の変化である
。

検出された変化の確認を容易にし、これらの変化が所定
の水準を越えたとき警報を出すために、コンピユータ化
したデータバンクが採用される。

添付図面を参照することにより、本発明並びに他の特徴
及びその利点がより良く理解されよう。

しい　　ピ、の僅　なｉゝＩ第１図を先ず参照すると、監視すべき構造物の一例をな
す配管１０の一部が示しである。これに関して、前述の
ように、配管に沿う座屈やその他の種類の破損を予知し
ようとして、過度の歪や移動を検出する歪ゲージ、その
他の感知器を配管に沿う周期的な箇所に固定することに
より配管は監視されてきた。

本発明によれば、構造物の物理的移動の監視は、第１図
に指示した間隔をへだてた点Ｐ１とＰ２との間で、光フ
ァイバ１）によって行なわれ、光ファイバ１）は、該光
ファイバを構造物１０に取付けるのに有用な保護外被１
２によって囲まれている。光ファイバは、間隔をへだて
た点の少くとも１つ例えばＰｌから他の点Ｐ２まで延び
ている。

ＰｌとＰ２は、単に便宜上の基準点として設けられてい
るにすぎず、通常は監視すべき構造物の長さの端点を定
めることが理解されよう。

参照数字１３で指示したように、光ファイバの外被、従
って光フアイバ自体は、構造物１０に連続的に取付けら
れ、その結果構造物の物理的移動により光ファイバの物
理的移動が生ずることになる。

光ファイバの一端に光信号を通すための適当な手段が設
けられる。第１図において、この手段は、ブロック１４
で指示したレーザを構成する。

また、レーザ１４によって与えられた光信号の変化を検
出して指示するための手段も設けられる。

この検出器手段は、カブラ１５によってシステムから結
合された光信号の逆進行波を受け、検出器１６及び協働
する信号処理電子装置（ブロック１７で示す）を構成す
る。検出器１６は、通常、光検出器装置である。検出し
た信号の変化は、ブロック１８で指示したように読取る
ことができる。

所定限度を予め設定することにより、万一検出した変化
が予め設定した限度を越えたとき警報器１９が鳴るよう
にすることができる。

僅かな曲げのような、光ファイバのいかなるタイプの物
理的移動も、導入された光信号の光ファイバに沿う逆進
行波に影響を及ぼすことが理解されよう。かくして、後
方散乱位置、不連続性、減衰等のような種々のパラメー
タを検出することができる。これらのパラメータの変化
は、光ファイバと構造物との物理的取付けから生じ、配
管構造物１０の物理的移動の結果起る。

光フアイバ自体の物理的特性のかような変化の大きさと
位置とを指示するための技術は、技術分野でよく知られ
ている。例えば、米国特許第４．２４３．３２０号は、
光ファイバをテストする方法を述べており、この方法で
は、反射した信号が、もとの信号を出すのに用いられた
レーザに自己結合（ｓｅｌｆ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ　）を
生じさせる。この自己結合は、レーザ活動（ｌａｓｉｎ
ｇ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　）を変化させる。レーザ活動の
いかなる変化も、反射パラメータの変化の指示になる。

かくして、光ファイバにおける反射した不連続の位置を
、レーザ活動を監視するだけで決定することができる。

本発明は、特定の技術それ自体に関するものでないこと
を理解すべきである。というのはこれらの技術は既に知
られているからである。むしろ、本発明は、光ファイバ
及び電気光学的測定装置によって構造上の完全さを監視
できるように、光ファイバと人造又は天然の構造物とを
組合せることに関係する。

第１図をなお参照すると、間隔をへだてた点Ｐ１とＰ２
とにブロック２０．２１で指示した通信リンクがある。

かくして、監視操作に用いられる同じ光ファイバが、音
声及び／又はデータ及びシステム全体制御用の信号の伝
送のためのかような通信リンクとしても役立つことがで
きる。換言すれば、光ファイバは、既に適所にあるので
、データを通信工業に時分割ベースで伝送するのに更に
役立つことができる。

第１図には、光ファイバが、管構造物１０の頂部に沿っ
て固定して示されている。所望ならば、光ファイバを管
の内部頂壁に固定しうろことが理解されよう。

第２図を参照すると、構造物が２２で示されており、光
ファイバ２３は、間隔をへだてた点Ｐ３とＰ４との間に
延びるように構造物２２に取付けられている。この実施
態様では、レーザ２４から出た光が、光ファイバ２３の
一端に通され、検出手段が、伝送された光を光ファイバ
２３の他端で捕捉するように位置決めされている。この
検出手段は、検出器２５と、ブロック２６で指示した適
当な信号処理電子装置とを包含する。読取り器又は表示
器が２７で示されている。

第２図の実施態様において、検出した変化は、光信号の
伝送特性の変化である。

第１図と第２図との両方において、レーザ１４により与
えられ、光ファイバに導入された光信号は、連続信号、
パルス信号、又は偏光信号の何れでもよく、或は、組合
せは、単モード又は多モードの何れでもよい。上述のよ
うに、構造物の物理的移動の結果、光ファイバの物理的
移動又は光ファイバに作用する圧力から生ずる、光信号
の伝送、反射、後方散乱、偏光、減衰、及び散乱損失等
の変化を検出することができる。かくして、物理的移動
又は圧力発生作用の大きさと位置を決定することができ
る。

光信号注入技術及び光ファイバのサイン（ｓｉｇｎａ’
ｔｕｒｅ）や伝送の測定は、光ファイバの製造やテスト
の際、又は光ファイバに沿うフィールド（ｆｉｅｌｄ　
）の分布の評価のために用いられるものと同様である。

第３図を参照すると、光ファイバと光信号伝送特性とを
用いて構造部材を監視するための他の構成が示されてい
る。この実施態様では、Ｐ５とＰ６とで定められた間隔
をへだてた点を有する構造物２８が示されている。光フ
ァイバ２９は、点Ｐ５とＰ６との間を通るように、３０
で指示したように、構造物２８に連続的に固定されてい
る。

この実施態様では、点Ｐ６に隣接する光ファイバ２９の
他端は、２９′で示すように逆方向に向かい、一方の点
Ｐ５に隣接する点２９“に戻ってループを形成する。光
信号は、レーザのブロック２４で指示したように光ファ
イバ２９の一端に通され、光信号の伝送特性の変化が、
検出器２５と、読取り器２７に接続しているブロック２
６で指示された協働する信号処理電子装置とによって、
他端２９“において検出される。ブロック２５．２６．
２７は、第２図に示した対応する参照数字をつけたブロ
ックと同じでよい。

第３図において、光ファイバ２９の第１部分は、点Ｐ５
と点Ｐ６との間で構造物２８に取付けて示されているが
、ループを形成する反対側の部分は、取付けられたよう
に示されていない。この図示の目的は、光ファイバの長
さの全部を構造物に取付けることは重要でなく、監視す
べき構造物に沿った光ファイバのうち、適当な端点の間
で定められた部分即ち区域のみを構造物に取付けること
が重要であることを示すことにすぎない。然しなから、
構造物の異なる構成部分を同じ光ファイバによって監視
しうるように、逆にされた部分即ちループになった部分
を間隔をへだてた場所で構造物に固定しうろことが理解
されよう。これに関して、監視すべき特定の構造物径路
は、真直である必要はなく、前後にジグザグをなす塔や
プラットホームの筋かい部材又は他の非直線状構造物の
ようないかなる特定の径路にも従いうろことが理解され
よう。

また、レーザ２４と構造物２８との間の構造物２８のな
い光ファイバ２９の部分があることに気付かれるであろ
う。第３図に示す光ファイバのこの部分２９は光信号を
出すための光源を構造物自体から遠隔に置けることを指
示しており、光信号が第１点と第２点との間の光フアイ
バ部分に通るにように、光ファイバを通して伝送される
。同様に、検出装置を構造物自体から遠隔に配置するこ
とができる。

かくして、測定の重要性は、上述した実施態様のすべて
において少しも変らない。換言すれば、第１図の実施態
様におけるような後方散乱、反射等によって決定される
光ファイバのサインや、第２図及び第３図の実施態様に
おけるような光信号伝送特性は、構造物が静かな即ち安
全な状態にあるとき決定される。このサインは、重要な
測定を構成するかような光のサインや光伝送特性の変化
である。上述のように、光フアイバ自体は、その光ファ
イバの径路に沿って起りうる移動が監視すべき構造物の
移動を表わす限り、いかなる径路をとることもできる。

第４図を参照すると、物理的移動の場所と大きさばかり
でなく、その移動方向をも測定することができる本発明
の別の実施態様が示されている。

第４図には、特定の実施例として、配管構造物３１の一
部が示してあり、文字Ａ、Ｂ、Ａ’、及びＢ′で指示し
た４つの光ファイバが配管構造物３１に取付けられてい
る。この選択した実施例における光ファイバは、管構造
物３１の外面に４つの４分の１円に沿って隔てられてお
り、一対の光ファイバＡ、Ａ’は、直径方向に互に対向
する頂面と底面に沿って延び、一対の光ファイバＢ、Ｂ
′は、直径方向に互に対向する側面に沿って延びている
。

上述の構成において、最初に述べた光ファイバＡ、Ａ’
を例として考えると、光は、レーザ３２と、カプラ３３
と３４に通す等しい光ビームを作るビームデバイダとを
経て、光ファイバに導入される。後方散乱特性と反射特
性は、すっかり結合され、夫々の光ファイバＡ、Ａ’の
ための第１検出器３５と第２検出器３６とに通され、検
出器３５．３６から出た信号は、ブロック３７．３８内
で適当に処理される。ブロック３７．３８からの出力は
、コンパレータ３９に入り、このコンパレータ３９で適
当な計算がなされ、問題の２つの光ファイバに影響を及
ぼす管の物理的移動の方向を決定する。適当な読取り器
４０が、この方向を指示する。

より詳しく言えば、もしも管３１がその成る部分の下の
支持を失う結果として曲がったならば、光ファイバＡは
、第４図に示すように与えられた曲率半径Ｒ１を有する
曲げ移動を受けることが理解されよう。同様に、他方の
光ファイバＡ′は、管構造物３１の曲げの結果として曲
げを受けるが、この曲げの曲率半径は、Ｒ２で示すよう
にＲ１より大きい。かくして、光ファイバＡは、点Ｒ１
において圧縮を受けるが、他方、光ファイバＡ′は、点
Ｒ２において引張りを受ける。これらの変化は、上述し
たようにすべての光信号に変化を生じさせ、光信号自体
の変化は、一方が圧縮を示し他方が引張りを示す点で異
なる。かくして、変形のベクトル即ち方向並びに変形の
大きさと場所とを計算することができる。

同様に、同様な光導入回路及び検出回路を利用して、第
４図に示す第２の対の光ファイバＢ、Ｂ’によって横移
動の方向を決定することができる。

第５図及び第６図を参照すると、本発明による他の構造
物監視技術が示されている。先ず第５図を考察すると、
レーザ４２から出た光信号がカブラ４３を通って光ファ
イバ４１の中へ通されることが示されている。光ファイ
バ４１を下流へ通る光信号から生ずる反射、後方散乱等
が、光信号の光フアイバサイン（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ　
）　　”を作り、この“サイン”は検出器４４で検出さ
れ、他方、光ファイバ４１は、所定の与えられた径路に
又はいかなる構造もない形体に位置決めされる。第５図
には、この特定の径路が直線径路として画かれている。

光の“サイン”の検出器４４からでる出力は、信号処理
電子装置４５の中へ通され、次に記憶装置４６に貯えら
れる。記憶装置４６は、光ファイバ４１がいかなる構造
物もない特定の径路に従うとき光フアイバ４１内の光の
“光サイン（ｌｉｇｈｔｓｉｇｎａｔｕｒｅ　）　　”
を含んでいることが理解されよう。

第６図を参照すると、光ファイバ４１を固定した構造物
４７を追加した以外は、第５図で説明した等しい要素を
すべて再現しである。然しなから、構造物４７上での光
ファイバの位置決めは、第５図に構造物のない光ファイ
バについて説明したように同じ径路に従うことに気付か
れよう。また上述したように、例示の目的で選択したこ
の例では、この所定の径路は直線である。

第５図で説明したレーザ４２のような同じ光源と、同じ
検出器４４と、信号処理電子装置のブロック４５とが、
図示のように第６図に用いられている。かくして、構造
物４７が、光ファイバ４１を第５図に示したような所定
の径路から遠ざけるような物理的移動即ち歪を示さなけ
れば、そしてその場合にのみ、検出器４４によって検出
された光の“サイン”は、第５図において検出された光
のサインに等しい、ということが理解されよう。

第６図の信号処理電子装置４５の出力は、記憶装置４６
に入らないで、第５図のシステムでなされた測定結果と
して記憶装置４６に貯えられたデータとの比較のために
コンパレータ４８に入る。

光ファイバ４１をその所定径路（即ち、選択したこの例
では直線径路）からずらしてしまう構造物４７の物理的
移動が、記憶装置４６に貯えられた信号と異なる信号を
生じさせることが理解されよう。この差は、コンパレー
タ４８で検出され、読取り器４９で表示するか又は印刷
することができる。

説明したように、光ファイバのいかなる特定の所定径路
に対しても、この比較測定システムが用いられることが
理解されよう。第５図と第６図の特定の例では、この径
路は直線であり、この比較測定システムは、構造物の直
線形状からの位置の偏りとその大きさの直接的な測定に
有用である。

第６図は、説明した他の実施態様に適用しうる、本発明
の更にその他の特徴を示している。かくして、構造物４
７に固定された光ファイバ４１に関して、光のサイン中
の区別しうるタイプの反射信号（フレスネル信号として
知られ、容易に検出しうる）を得るため、光ファイバ４
１の所定のタイプの不連続即ち中断として定められるマ
ーカー（ｍａｒｋｅｒｓ　）　　５０が設けられている
ことに気付かれるであろう。これらの“マーカー”は、
ＬＬ、Ｌ２、Ｌ３のような所定距離を定めるように、光
ファイバ４１に沿って均一に間隔をへだてたものとして
示されている。マーカー特性の差は、異なる大きさの矢
印５０で示されている。

前述の構成において、既知の距離に対応する検出反射光
信号の明確な標準、即ち光ファイバに沿う位置が与えら
れる。かくして、これらの標準は監視装置の位置決定精
度を維持するのに用いることができる。

第５図と第６図で説明した比較測定は、所望な形体につ
いての情報が前もって貯えられているような所定の形体
からの構造物のずれを検出することを望むような状況に
ついてである、ということが理解されよう。

他の実施態様の実際の監視装置では、最近又は過去に前
もって受けた出力データと出力データとの比較が常にな
される、いう点で同様な原理が含まれている。換言すれ
ば、前述のように、全監視操作において重要なのは特性
の変化である。

前述の説明から明らかなように、物理的移動を検出すべ
きとき、第２図の監視装置をパルス型の光と共に採用す
ることができ、検出した光信号の変化は、反射した信号
を構成する。反射した信号の大きさは、物理的移動によ
って導びかれた歪に比例する。歪の変化の場所即ち位置
は、光信号が、光ファイバの一端の出発点から構造物の
物理的移動から生ずる歪変化の点へ、そして出発点へ戻
るのにかかる時間によって決定される。上述の実施態様
では、検出されるのは、物理的移動即ち歪変化の点にお
ける光の損失から生ずる光の後方散乱である。この後方
散乱は、スパイクの形に現われるレイリー（Ｒａｙｌｅ
ｉｇｈ）反射として知られている。

光フアイバ内での光の速さは知られているので、光フア
イバケーブルの一端から構造物の物理的移動の場所即ち
乱れまでの距離が容易に計算される。

物理的移動や歪に関連する撓みに対する光ファイバの感
度は、“微小曲げ（ｍｉｃｒｏｂｅｎｄｉｎｇ）”とし
て知られている現象を用いることにより著しく高めるこ
とができる。この現象は、次のように簡単に説明するこ
とができる。本質的に、光ファイバは専波管として機能
する。光ファイバは、通常、コアを含み、コアは、コア
の屈折率と異なる屈折率を有する材料のクラツディング
（ｃｌａｄｄｉｎｇ）で囲まれている。かくして、光は
、コアとクラツディングとの界面において内側へ反射さ
れ、コアから逃げることをほぼ妨げられている。かくし
て、光は、コアに沿って本質的に伝播され即ち案内され
る。

クラツディングに沿う任意の点に欠陥があると、クラツ
ディングの屈折率に変化を生ずる。この変化により、若
干の光が逃げて損失を表わす。反射もまたこの不連続点
で起り、これらの反射は、説明したように、レイリー後
方散乱と呼ばれる。

クラツディングが悪化を受けると、クラツディングの表
面上の点から屈折率の変化を引き起すことができる。こ
の乱れは、欠陥と同じ効果を作り出し、微小曲げとレイ
リー反射とを強調することにより光の損失を生ずる。

米国特許第４，４２１．９７９号（へｓａｗａ等に付与
）は、遠い構造上の力の検出を容易にする機械的増幅器
を含む微小曲げ変換器の使用を開示している。これらの
変換器は、構造物上の不連続な点に配置される。変換器
が構造物のない光ファイバに、間欠的に係合し、その結
果、反射は、不連続な場所からだけ検出される。

本発明の重要な特徴により、本発明者は、連続的構造物
監視システムを提供するばかりでなく、事実上価れた感
知器ケーブルを作る改良された光フアイバ構造を提供す
ることにより、このシステムの感度を著しく高めた。こ
のケーブルは、微小曲げ要素の一体の連続体を有し、そ
れによって、光ファイバを取付けた構造物に沿う任意の
点における構造物の物理的移動で、反射した信号を増幅
する。

前述の説明のすべては、第７図〜第１０図を参照するこ
とにより、更によく理解される。

第７図において、配管５１が示されており、光フアイバ
ケーブル５２が、間隔をへだてた点Ｐ１とＰ２との間で
結合剤５３によって配管５１に連続的に取付けられてい
る。図示は、第１図に示したものと同様である。

第８図は、配管５１の一部の移動の結果臼げのような物
理的移動を受けたケーブル５２を示す。

光信号は、ケーブル５２を通過し、光信号の変化は、第
５図及び第６図に示したような適当な装置によって検出
される。

第９図は、改良された感知器ケーブル５２をより詳細に
示し、このケーブル５２では、光ファイバは、本質的に
、クラツディング５５により囲まれたコア５４を構成し
ている。コア５４はＮ１の屈折率を有し、クラツディン
グ５５は異なる屈折率Ｎ２を有する。第９図のコア内に
矢印のついた線で表わした第１光信号は、クラツディン
グの屈折率Ｎ２を変えない限り、コアとクラツディング
との界面５６からの内部反射によって、実質的にコア内
に保持される。

本発明の特徴によれば、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）のよ
うな織布又はその類似物の外被５７が、クラツディング
を取り囲み、この外被５７は、クラツディング５５の外
表面と密着して外被の内壁面に均一に拡がった固定微粒
子材料の被覆５８を有する。

この微粒子材料は、５〜２３ミクロンの代表的な粒子寸
法を有するのがよい。被覆５８は、サンドペーパと同様
であり、上述のように、ケーブルの長さ全体にわたり連
続的にクラツディングと係合している。

第８図に示したように配管の一部に曲げのような乱れが
起るときは何時でも、外被５７の歪が微粒子材料を誘導
してクラツディング５５の少くとも一部分の均質性をゆ
がめる。換言すれば、構造物の間隔をへだてた点の間に
おける物理的移動は、この物理的移動の場所に対応する
点において、外被とクラツディングとコアとに歪変化を
引き起こす。これに関して、第１図と第７図の間隔をへ
だてた点ＰＩとＰ２は、代表的には、数メートル又は数
キロメートルさえ離れることがあることが理解されよう
。他方、曲げ又は物理的移動を受ける配管の部分は、点
Ｐ１とＰ２との間の任意の場所においてほんの短かい距
離にわたっているにすぎないかも知れない。クラツディ
ングのゆがみが、光の損失のため高い後方散乱型の反射
を引き起すのは、この比較的短い距離にわたっている。

かくして、ケーブルが連続的に取付けられているので、
間隔をへだてた点の間の乱された何れの点も、同じ点に
おいて光ファイバの微小曲げ反射を経験し、それによっ
て、その点の位置と乱れの大きさとをより正確に決定す
る。

第１０図は、第８図に示されている曲げ状態にある第９
図のケーブル断面を示す。コア内の光線は、界面５６に
おいて若干内部反射するが、他の光線は、５９で示すよ
うに逃げることに気付かれるであろう。説明したように
、光の損失は、ケーブルの曲げにより引き起された、微
粒子被覆５８によるクラツディングのゆがみの結果であ
る。

第９図と第１０図において、外被５７は、第１図におい
て参照した保護外被１２と同じである。

これに関して、外被は、放射線、ガス、湿気等のような
汚染物質からケーブルを保護する。説明したように、外
被自体は、構造物への取付は手段として役立ち、かくし
て、物理的移動から光ファイバを“保護する”のとは反
対に光ファイバに物理的移動を伝達するように設計され
ている。

第１）図は、ケーブルを横断面で示し、微粒子被覆５８
がクラツディング５５を完全に包囲していることが明ら
かである。

第１２図は、測定された反射信号の強さく縦座標）を時
間（横座標）の関数として画いた対数グラフである。光
信号は、単位時間間隔に単位距離進行するので、時間も
また距離の関数である。図示のグラフは、配管の間隔を
へだてた点Ｐ１とＰ２との間の一点において光ファイバ
の曲げを引き起す乱れ（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　）が
構造物内に生じた状況を示している。

パルス型光信号を利用すると、後方散乱即ちレイリー反
射が、光の損失の点で起る。光フアイバ内の反射信号が
距離の増加と共に通常減衰することが６０で示されてい
る。説明したようにファイバに歪を生じさせた構造物か
ら生ずる光の突然の損失は６１で示されている。グラフ
上のゼロ点からこの損失６１までの距離は、構造物の移
動の場所と、６１における損失の量と、大きさとを定め
る。

第４図に関して思い出されることは、構造物に取付けら
れた更に他の感知器を設けることにより、構造物の移動
の方向を決定しうろことである。更に、所定方向に構造
物の時間応答を用い、何時移動がその原位置に戻るかに
留意することにより、移動の速度又は移動の“動力学”
を求めることができる。

前述のすべての説明から明らかなことは、本発明は、構
造物上の始点と終点との間のすべての点の構成部材の連
続的な監視を可能にするための改良された方法と装置を
提供したことである。換言すれば、このシステムの出力
は、構造物に対して連続的であり、前述した歪ゲージ、
又はマイクロホン、加速度計を用いる傾斜計、不連続な
微小曲げ変換器等を採用する他の先行技術における如き
不連続な場所のみではない。

本発明の精神と範囲内に入る種々の他の適用と修正は、
当業者が思いつくであろう。従って、本発明の方法と装
置は、単に例示の目的で説明した特定の実施態様に限定
されるものと考えるべきではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、配管の形の構造物を、本発明の一実施態様に
より配管の構造上の完全性を監視するための装置（ブロ
ックの形で示す）と共に示した一部切除の斜視図である
。第２図は、本発明の構造物監視システムのもう１つの実
施態様をブロックの形で部分的に示した概略図である。第３図は、監視技術の修正を示す、第２図に類似の概略
ブロック図である。第４図は、本発明の監視システムに従って追加の光ファ
イバを使用しうる方法をブロックの形で部分的に示す概
略図である。第５図は、データを記憶装置に貯えた監視システムのブ
ロック図である。第６図は、本発明に従って構造物の完全性を監視するた
め第５図のシステムによって得られたデータの使用を示
す。第７図は、第１図に示すものと同様な配管に連続的に取
付けられた光フアイバケーブルの部分斜視図であるが、
この光フアイバケーブルを構成する方法により著しく高
い感度が実現される。第８図は、第７図の配管とケーブルにおいて、配管に曲
げのような物理的移動が生じた図である。第９図は、第７図のケーブルのうち円形矢印９で囲まれ
た部分の拡大断面図である。第１０図は、第８図のケーブルのうち円形矢印１０で囲
まれた部分の拡大断面図である。第１）図は、第９図の矢印１）−１）の方向に見た横断
面図である。第１２図は、監視技術を説明するのに有用なグラフで、
時間及び従って距離の関数として反射の強さを示したも
のである。ＩＯ・・・・・・配管　　２２・・・・・・構造物１）
・・・・・・光ファイバ　　１２・・・・・・外被１４
・・・・・・レーザ　　４６・・・・・・記憶装置３５
．３６．４４・・・・・・検出器５４・・・・・・コア　　５５・・・・・・クラツディ
ング５８・・・・・・微粒子被覆　　　５７・・・・・
・外被５２・・・・・・光フアイバケーブル２３．２９・・・・・・光ファイバＦＩＧ、　ＩＦＩＧ、２ＦＩＧ、３ＦＩＧ、４ＦＩＧ、５ＦＩＧ、６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）構造物上の間隔をへだてた点の間に置かれた点の
連続体に沿う任意の点に生ずる物理的移動の場所を決定
する方法において、前記間隔をへだてた点の間の構造物の物理的移動が光フ
ァイバの物理的移動を引き起すように、前記間隔をへだ
てた点の少くとも一点から他の点まで延び、それによっ
て前記間隔をへだてた点の間で構造物に沿うすべての点
に係合する少くとも１つの光ファイバを取付け手段で前
記構造物に連続的に取付け、第１光信号を前記光ファイバの中へ通し、前記物理的移
動から生ずる前記第１光信号の反射の変化を検出し、そ
れによって物理的移動が生じたという指示と、前記移動
の場所及び大きさの指示とを得ること、を含むことを特徴とする方法。
（２）光ファイバを前記構造物に取付ける前に正確な所
定径路に従うように前記光ファイバが位置決めされると
き、前記光ファイバを通過する前記光信号の特性を検出
して貯え、光ファイバが等しい径路の輪郭で前記構造物
に取付けられた後光信号の検出された変化と貯えられた
特性を比較し、それによって、生じた前記所定の径路か
らの構造物の偏りの測定値を得ること、を特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
（３）前記１つの光ファイバから間隔をへだてた構造物
の部分に沿って延びる少くとも１つの追加の光ファイバ
を前記構造物に取付け、第２の光信号を前記追加の光ファイバの中へ通し、前記第２の光信号の変化を検出し、前記第１の光信号の変化を前記第２の光信号の変化と比
較し、それによって前記物理的移動の方向を決定するこ
とを可能ならしめること、を特徴とする特許請求の範囲
第（１）項に記載の方法。
（４）構造物上の間隔をへだてた点の間の物理的移動を
監視するための装置において、少くとも１つの光ファイバと、前記間隔をへだてた点の間の構造物の物理的移動が光フ
ァイバの物理的移動を生じさせるように、前記間隔をへ
だてた点の少くとも一点から他の点まで延び、それによ
って前記間隔をへだてた点の間の構造物に沿ったすべて
の点と係合するよう、前記光ファイバを前記構造物に連
続的に取付けるための、前記光ファイバと前記構造物と
の間の取付け手段と、第１信号を前記光ファイバの中へ通すための手段と、前記物理的移動の結果として前記第１光信号の反射の変
化を検出しかつ指示するための手段と、前記反射の変化に応答し、前記物理的移動の場所と大き
さを指示するための手段と、を含むことを特徴とする、構造物上の間隔をへだてた点
の間の物理的移動を監視するための装置。
（５）光ファイバが、構造物との取付け前に所定径路に
位置決めされるとき、光ファイバの光信号のサインを貯
えるための記憶装置と、受けた光信号の変化が前記記憶
装置内に貯えられた変化と異なるとき、前記所定径路か
らの前記構造物の移動を指示するように、前記光ファイ
バが等しい径路に従うように前記構造物に取付けられた
後、前記記憶装置の出力と光信号の変化とを受けるよう
に接続されたコンパレータ装置と、を含むことを特徴と
する特許請求の範囲第（４）項に記載の装置。
（６）前記構造物が配管であること、を特徴とする特許
請求の範囲第（４）項に記載の装置。
（７）前記１つの光ファイバから間隔をへだてた構造物
の部分に沿って前記構造物に固定された少くとも１つの
追加の光ファイバと、前記追加の光ファイバの中へ第２の光信号を通すための
手段と、前記第２の光信号の変化を検出するための手段と、前記物理的移動の方向を決定することができるように前
記第２の光信号の変化と前記第１の光信号の変化とを比
較するための手段と、を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記
載の装置。
（８）前記光ファイバは、コアと、コアを囲むクラッデ
ィングと、クラッディングを包囲する外被と、前記外被
とクラッディングとの間にあって、前記クラッディング
と連続的に密接している連続的微粒子被覆の形の悪化手
段と、を含み、前記微粒子被覆は、前記間隔をへだてた
点の間で前記光ファイバの長さに沿って延び、かつ構造
物の前記物理的移動に応答して、前記間隔をへだてた点
の間で構造物に直接係合する光ファイバの部分に微小曲
げを行なわせ、それによって前記第１光信号の前記変化
を高めること、を特徴する特許請求の範囲第（４）項に記載の装置。
（９）前記悪化手段が、サンドペーパに似た粗面からな
ること、を特徴とする特許請求の範囲第（８）項に記載
の装置。
（１０）前記光ファイバは、コアとコアを包囲するクラ
ッディングとを含み、前記クラッディングは、前記コア
の屈折率と異なる屈折率を有し、前記コアを通過する前
記第１光信号は、前記クラッディングの屈折率を変えな
い限り、前記コアとクラッディングとの界面からの内部
反射により実質的にコア内に保持され、前記光ファイバ
は前記クラッディングを包囲する外被を含み、前記外被
は、前記クラッディングの外表面と密接して前記外被の
内壁面上に均一に拡がった固定微粒子材料の被覆を有し
、前記微粒子材料は、５ミクロン〜２３ミクロンの範囲
内の直径を有し、前記外被とクラッディングとコアとが
前記光ファイバに取付けられた前記構造物の前記物理的
移動の結果張力を受けた場合には常に、前記クラッディ
ングの少くとも一部の中へ半径方向に移動しかつ前記ク
ラッディングの少くとも一部の均質性をゆがめ、このゆ
がみにより、クラッディングの屈折率が変化し、従って
若干の光が、前記物理的移動の場所において前記コアと
クラッディングから逃げ、前記光信号の前記反射の変化
を構成するレイリー後方散乱を生ずること、を特徴とす
る特許請求の範囲第（４）項に記載の装置。