WO2015098425A1 - 歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法 - Google Patents

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WO2015098425A1
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若原正人
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株式会社シミウス
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    • G02B6/4477—Terminating devices ; Cable clamps with means for strain-relieving to interior strengths element

Definitions

  • the present invention relates to a strain sensor and a strain sensor installation method, and more particularly to a strain sensor that includes an optical fiber and optically detects a strain of a structure to be measured and a strain sensor installation method.
  • strain sensors have been widely used to detect distortions and displacements in buildings, bridges, tunnels and other structures, aircraft, ships, railways, and other mobile objects, and ground.
  • a configuration including a resistor is known. This type of strain sensor acquires a strain amount based on a change in electrical resistance of the resistor due to deformation.
  • strain is measured at a large number of points, such as when the measurement target region is wide, a large number of strain sensors are arranged on the surface of the measurement target, and changes in the electrical resistance of each sensor are measured.
  • each strain sensor is provided with wiring for measuring electric resistance, and it is necessary to supply electric power through the wiring.
  • the electric strain sensor as described above, it is necessary to detect a minute change in electric resistance, and an electric noise countermeasure is required to ensure measurement accuracy.
  • an electric noise countermeasure is required to ensure measurement accuracy.
  • the resistor, the wiring, and the connection portion thereof change with time, the life is short, and there is a risk that the resistor and the wiring are damaged by a lightning strike or the like.
  • strain sensors equipped with optical fibers have been used (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • This type of strain sensor acquires a strain amount based on a change in a reflection state or a scattering state of light transmitted through the optical fiber according to deformation of the optical fiber.
  • Such a strain sensor does not require power supply to the sensor, and the measurement result is less affected by electrical noise.
  • the possibility of damage due to lightning strikes is low. Therefore, it has the characteristic that it is excellent also in long-term reliability.
  • the optical fiber itself serves as a sensor and a signal transmission line, it is possible to transmit signals over a long distance, and a measuring instrument connected to one end of the optical fiber measures the distortion of the measurement object over several kilometers. Is also possible.
  • Patent Documents 1 and 2 listed below disclose strain sensors (strain gauges) that measure the amount of strain in the axial direction of an optical fiber by linearly arranging optical fibers on a carrier.
  • Patent Document 1 discloses a strain sensor in which an optical fiber having an FBG (Fiber Bragg Grating) portion is mounted on a gauge carrier having a support bar having elasticity in the axial direction of the optical fiber.
  • the support bar is configured by grooves and cavities formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • Patent Document 2 discloses a strain sensor in which an optical fiber having an FBG portion is mounted on a gauge carrier having a constricted portion having elasticity (elasticity) in the axial direction of the optical fiber.
  • the constricted portion is thinner than other portions of the gauge carrier, and the FBG portion of the optical fiber is disposed in the constricted portion.
  • the range in which such an effect can be obtained is limited to the range of distortion that the support bar and the constricted part can follow. That is, when a large strain that exceeds the deformation limit (strain allowable amount) of the support bar or constricted portion occurs, stress concentrates on a part of the gauge carrier (support bar or constricted portion), and the strain is applied to the FBG portion. It becomes difficult to convey accurately.
  • the allowable strain amount that can be transmitted well in a gauge carrier as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 is about 2500 ⁇ strain.
  • the optical fiber is made of quartz glass or the like, it is easily deformed, and the allowable amount of distortion is about 20000 ⁇ strain. That is, it can be understood that the range of measurable strain is limited by the gauge carrier.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and can expand the range of measurable strain compared to the prior art, and even a measurement object with low rigidity can be more accurate.
  • An object of the present invention is to provide a strain sensor capable of measuring strain and a method for installing the strain sensor.
  • the present invention employs the following technical means.
  • the strain sensor according to the present invention includes a first base member, a second base member, and a connecting member.
  • the first base member fixedly supports one side of the optical fiber.
  • the second base member fixedly supports the other side of the optical fiber.
  • the connecting member is detachably mounted between the first base member and the second base member.
  • the connecting member is composed of a member separate from the first base member and the second base member.
  • the optical fiber is applied with tension in a state where the connecting member is mounted between the first base member and the second base member, and the first base member and the second base member are applied with the tension applied. It is fixedly supported on each of the base members.
  • each base member becomes independent and is not affected by the other base member. Therefore, for example, when a large distortion occurs in the measurement object, it is possible to prevent stress from concentrating on a specific portion of the base member. As a result, it is possible to widen the range of the measurable amount of distortion as compared with the conventional case.
  • the distortion generated in the measurement object can be transmitted to the optical fiber without being obstructed by the base member, the measurement object can be obtained even when the rigidity of the measurement object is smaller than the rigidity of the base member. Can be measured more accurately.
  • the connecting member may employ a configuration including a spacer portion that maintains the interval between the first base member and the second base member at a predetermined interval.
  • the connection member can also employ
  • the optical fiber includes an FBG (Fiber Bragg Grating) portion between the fixed support position of the first base member and the fixed support position of the second base member may be employed.
  • FBG Fiber Bragg Grating
  • the first base member or the second base member includes a support member around which the optical fiber is wound may be employed.
  • the present invention can also provide a strain sensor installation method. That is, in the strain sensor installation method according to the present invention, first, the first base member and the second base member of the strain sensor described above are fixed to the surface of the measurement object. Next, the connecting member is detached from the fixed strain sensor, and the first base member and the second base member are separated.
  • the range of the measurable amount of distortion can be expanded compared to the conventional case. Further, it is possible to measure distortion more accurately even for a measurement object with low rigidity.
  • FIG.1 (a) to FIG.1 (c) is a schematic block diagram which shows an example of the distortion sensor in one Embodiment of this invention.
  • FIG. 2A to FIG. 2D are schematic cross-sectional views illustrating an example of a strain sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a mounting state of the strain sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams illustrating a strain sensor separation procedure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a mounting state of the strain sensor according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A to FIG. 6C are schematic configuration diagrams illustrating other examples of the strain sensor according to the embodiment of the present invention.
  • the present invention is embodied as a uniaxial strain sensor (strain gauge).
  • FIG. 1A to FIG. 1C are schematic configuration diagrams showing an example of the entire configuration of the strain sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 1A is a diagram showing a surface (hereinafter referred to as a contact surface) fixed to the surface of the measurement object.
  • FIG. 1B is a view showing a surface opposite to the surface shown in FIG. 1A (hereinafter referred to as an exposed surface).
  • FIG. 1C is a side view.
  • 2 (a) to 2 (d) are schematic cross-sectional views taken along lines AA, BB, CC, and DD shown in FIG. 1 (a), respectively. .
  • 2A to 2D the contact surface is disposed on the lower side in the figure, and the exposed surface is disposed on the upper side in the figure.
  • 2A to 2C are schematic diagrams and do not strictly represent the dimensions of each part. Further, FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2D are different in scale.
  • the strain sensor 1 includes base members 11 and 12, a connecting member 20, and an optical fiber 30.
  • the base member 11 fixes and supports one side of the optical fiber 30.
  • the base member 12 fixes and supports the other side of the optical fiber 30.
  • the optical fiber 30 is arranged in one direction on the same plane.
  • the optical fiber 30 surrounds the core that propagates the light, the periphery of the core, the cladding that reflects the light propagating in the core toward the core, the periphery of the cladding, and the core.
  • an outer shell resin that protects the cladding is arranged in order from the center.
  • the base members 11 and 12 have the same structure, and the base member 11 and the base member 12 are arranged in a positional relationship that is axisymmetric with a predetermined interval.
  • the base members 11 and 12 extend in a direction perpendicular to the longitudinal direction (hereinafter short) over a predetermined length in the optical fiber arrangement direction (hereinafter referred to as the longitudinal direction) from the end on the side where the base members 11 and 12 face each other.
  • the width of the direction is narrow.
  • a portion having a narrow width in the short direction is referred to as a narrow portion
  • a portion having a wide width in the short direction adjacent to the narrow portion is referred to as a wide portion.
  • the structure of the base members 11 and 12 will be described based on the structure of the base member 12.
  • the base member 12 of the present embodiment has a plate shape having a thickness larger than the diameter of the optical fiber 30. Consists of members.
  • the base member 12 includes a recess 13 and a groove 14 provided along the longitudinal direction.
  • the recessed part 13 and the groove part 14 are arrange
  • the recess 13 is provided from one end of the base member 12 to the center of the base member 12, and the groove 14 is provided from the other end of the base member 12 to the center of the base member 12.
  • An optical fiber 30 including a core, a clad, and an outer resin is disposed in the groove portion 14, and an optical fiber 30 (hereinafter referred to as a core 31) from which the outer resin and the clad are removed and the core is exposed is disposed in the recess 13.
  • a core 31 an optical fiber 30 from which the outer resin and the clad are removed and the core is exposed is disposed in the recess 13.
  • the core 31 is also disposed in a gap portion between the recess 13 of the base member 11 and the recess 13 of the base member 12.
  • the groove portion 14 is provided in a state penetrating in the thickness direction of the base member 12, and a part of the groove portion 14 is connected by connecting beams 15 and 16.
  • the connecting beam 15 is provided on the abutting surface 12 a side in the intermediate portion of the groove portion 14.
  • the connecting beam 16 is provided on the exposed surface 12b side at the open end side of the groove portion 14.
  • the contact surface 12a of the base member 12 is comprised by the flat surface.
  • the material of the base member 12 is not particularly limited. For example, it may be a resin or a metal.
  • the base member 12 is made of stainless steel.
  • the recess 13 is formed in such a manner that stress in the thickness direction of the base member 12 is not applied to the core 31 of the optical fiber 30 inserted into the groove portion 14.
  • 31 has a bottom surface that can be contacted. That is, in this example, the recess 13 is formed with the same depth (or substantially equal) as the sum of the thickness of the outer resin, the thickness of the clad, and the diameter of the core.
  • An FBG (Fiber Bragg Grating) portion 32 having a specific Bragg wavelength is disposed in the core 31 in the gap portion between the recess 13 of the base member 11 and the recess 13 of the base member 12.
  • the FBG portion 32 is represented by black painting.
  • the FBG portion reflects light having a wavelength defined by the Bragg wavelength.
  • the FBG portion is composed of a plurality of diffraction gratings arranged at a predetermined interval in the core of the optical fiber, and the Bragg wavelength is proportional to the product of the refractive index of the optical fiber and the arrangement interval of the diffraction gratings. Accordingly, when the FBG part is pulled by the distortion and the interval between the diffraction gratings constituting the FBG part is increased, the wavelength of light reflected by the FBG part increases.
  • the wavelength of the light reflected by the FBG part becomes small.
  • the Bragg wavelength of the FBG portion of each strain sensor 1 is set to a different wavelength. Thereby, the reflection position of reflected light can be easily distinguished based on the wavelength of reflected light.
  • the connecting member 20 is configured as a separate member from the base members 11 and 12 and is detachably mounted between the base member 11 and the base member 12.
  • the connecting member 20 has a structure in which spacer portions 22 are integrally connected by a rectangular plate-like portion 21 in plan view. is doing.
  • the spacer portion 22 is disposed across the narrow portion of the base member 11 and the narrow portion of the base member 12.
  • the spacer portion 22 functions as a spacer that maintains the interval between the base member 11 and the base member 12 at a predetermined interval.
  • the length of the plate-like portion 21 in the longitudinal direction is larger than the length of the spacer portion 22 in the longitudinal direction, and a part of the plate-like portion 21 is composed of the base member 11, It is the structure arrange
  • the spacer portion 22 is disposed on the outer edge portion of the base members 11 and 12, and the side surface of the wide portion of the base members 11 and 12 and the side surface of the connecting member 20 (spacer portion 22).
  • the connecting member 20 is designed to be flush with each other.
  • the optical fiber 30 is applied with a tension (pre-tension) in a state where the connecting member 20 is mounted (arranged) between the base member 11 and the base member 12, and the optical fiber 30 is attached to the base member 11 in a state where the tension is applied.
  • the base member 12 and the base member 12 are fixedly supported. By applying tension in this way, the strain sensor 1 can detect not only the stress in the tensile direction but also the stress in the compression direction.
  • the recess 13 has a region where the width in the lateral direction is widened in the vicinity of the connection portion between the recess 13 and the groove 14.
  • the core 31 is fixed to the bottom of the recess 13 by the fixing material 17.
  • the fixing material 17 is not particularly limited as long as it can fix the core 31 (optical fiber 30) to the base members 11 and 12 in a state where tension is applied.
  • an adhesive is used as the fixing member 17.
  • the strain sensor 1 is made of stainless steel. Therefore, if the surface of the measurement object is a metal, the strain sensor 1 can be fixed by spot welding. Therefore, the strain sensor 1 of the present embodiment includes a spot welding recess 18. As shown in FIGS. 1B and 2B, the recess 18 is provided on the exposed surface 12b. The concave portions 18 are arranged on both sides of the optical fiber 30 along the longitudinal direction, and the bottom portion 19 of the concave portion 18 constitutes a thin portion for spot welding.
  • the strain sensor 1 When the strain sensor 1 is fixed to the measurement object by spot welding, the strain sensor 1 is arranged with the contact surface 12a facing the measurement object. And the thin part and the surface of a measurement object are spot-welded in the state which made the thin part of the bottom part 19 of the recessed part 18 contact a measurement object.
  • the spacer portion 22 of the connecting member 20 is disposed between the wide portion of the base member 11 and the wide portion of the base member 12 (see FIGS. 1A to 1C).
  • the optical fiber 30 is fixedly supported on each of the base members 11 and 12 in a state where tension is applied. Therefore, when the optical fiber 30 is fixedly supported on the base members 11 and 12, the spacer portion 22 is sandwiched between the base member 11 and the base member 12 by the tension applied to the optical fiber 30, and the connecting member 20 is The base member 11 and the base member 12 are not separated from each other.
  • the connecting member 20 is easily detached. Therefore, until the optical fiber 30 is fixedly supported by the base members 11 and 12, the connecting member 20 and the base members 11 and 12 are temporarily fixed with an adhesive tape or the like, or a dedicated jig or the like is used for the base. It is preferable that the members 11 and 12 and the connecting member 20 are maintained in a state where they are not separated.
  • the optical fiber 30 is disposed in a state where the spacer portion 22 of the connecting member 20 is mounted between the base member 11 and the base member 12. At this time, one end side (for example, the base member 11 side) of the optical fiber 30 is temporarily fixed by a clamp or the like. In this state, the other end side of the optical fiber 30 is inserted into the groove portion 14 of the base member 11, and subsequently inserted into the groove portion 14 of the base member 12. At this time, in the base member 11, the optical fiber 30 is inserted into the groove portion 14 from the end side of the base member 11. In the base member 12, the optical fiber 30 is inserted into the groove portion 14 from the center side of the base member 12.
  • the position of the optical fiber 30 is adjusted in a state where the fixing by the clamp or the like is released so that the FBG portion 32 of the core 31 is positioned on the gap provided between the base member 11 and the base member 12. Is done.
  • one end side of the optical fiber 30 is fixed again by a clamp or the like.
  • a portion of the core 31 disposed in the recess 13 is exposed in advance, and an FBG portion 32 is formed in advance in the central portion in the axial direction of the exposed core 31.
  • tension is applied to the optical fiber 30 (core 31).
  • tension can be applied by pulling the other end of the optical fiber 30.
  • the optical fiber 30 is fixed to the base members 11 and 12 by the fixing member 17 in a state where a predetermined tension is applied.
  • the fixing by the fixing member 17 is completed, the pulling of the other end of the optical fiber 30 is finished and the temporary fixing by the clamp or the like is released.
  • the spacer portion 22 of the connecting member 20 is sandwiched between the base members 11 and 12. As a result, even if the above-described temporary fixing or the like is released, the connecting member 20 is not detached unless an external force is applied.
  • FIG. 3 is a view showing the strain sensor 1 provided with an adhesive tape as a temporary fixing member.
  • the adhesive tape 40 protrudes outward from the strain sensor 1 through the base portion 41 having an outer shape smaller than the outer shape of the plate-like portion 21 and the spacer portion 22 from the portion in plan view. And a temporary fixing portion 42 to be provided.
  • the base 41 is attached to the plate-like portion 21 of the connecting member 20.
  • the adhesive tape 40 is shown with the broken line for description.
  • the operator When the strain sensor 1 is fixed to the measurement object, the operator temporarily fixes the strain sensor 1 to the surface of the measurement object by the temporary fixing unit 42. In this state, the strain sensor 1 is spot-welded to the measurement object using the recess 18.
  • the spot welded portion 45 is illustrated as a shaded portion.
  • the connecting member 20 When the connecting member 20 is detached after the spot welding is completed, the base member 11 and the base member 12 of the strain sensor 1 are separated. As described above, since the connecting member 20 is only sandwiched between the base members 11 and 12, it can be easily detached with a relatively small external force.
  • the plate-like portion 21 of the connecting member 20 is a leaf spring, and the connecting member 20 can be detached by pressing the plate-like portion 21 toward the measurement object.
  • FIG. 4 (a) to 4 (c) are schematic views showing a method of detaching the connecting member 20.
  • FIG. 4 (a) to 4 (c) show cross sections along the line AA shown in FIG. 1 (a).
  • FIG. 4A is a diagram showing the strain sensor 1 fixed to the measurement object 100.
  • the plate-like portion 21 includes a contact portion 23 that comes into contact with the base members 11 and 12 in the vicinity of the spacer portion 22, and the central portion of the plate-like portion 21 extends from the base members 11 and 12. Floating upward.
  • the length of the longitudinal direction of the plate-shaped part 21 is larger than the length of the longitudinal direction of the spacer part 22, and a part of plate-shaped part 21 is the base member 11, It is arrange
  • connection member 20 is completely detached. be able to.
  • the base members 11 and 12 are independent from each other and are not affected by the other base member.
  • the range of the measurable strain amount is It is limited to the range of strain that the elastic part can follow. That is, when a large strain exceeding the deformation limit (strain allowable amount) of the elastic portion occurs, stress concentrates on a part of the base member (elastic portion), and it is difficult to accurately transmit the strain to the FBG portion. become.
  • the base member 11 and 12 can be greatly deformed as compared with a base member having a single structure. Therefore, the range of the measurable amount of distortion can be expanded compared to the conventional case.
  • the base members 11 and 12 are independent of each other, the distortion generated in the measurement object can be transmitted to the FBG section 32 of the optical fiber 30 without being obstructed by the base member. Therefore, for example, even when the measurement target is a thin plate-like member, even if the measurement target is less rigid than the base members 11 and 12, the distortion generated in the measurement target is reduced. It can be measured more accurately.
  • the base members 11 and 12 can be separated by pressing the connecting member 20 in the direction of the measurement object. Therefore, when the connecting member 20 is detached, the force acting in the peeling direction hardly acts on the base members 11 and 12 fixed to the measurement object. Therefore, when the connecting member 20 is detached, it is possible to prevent the spot welded portion 45 from being subjected to stress that reduces the joining force.
  • the strain sensor 1 for example, when a large strain occurs in the measurement object, it is possible to suppress the stress from being concentrated on a specific portion of the base members 11 and 12, and measurement is performed compared to the conventional case.
  • the range of possible distortion amounts can be expanded. In addition, distortion can be accurately measured even for a measurement object with low rigidity.
  • FIG. 6A to FIG. 6C are schematic configuration diagrams showing an example of the overall configuration of another strain sensor in the present embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram showing a surface (contact surface) on the side fixed to the surface of the measurement object.
  • FIG. 6B is a diagram showing a surface (exposed surface) on the opposite side of FIG.
  • FIGS. 6A and 6B show a state in which the connecting member is detached and the base members are separated.
  • FIG. 6C is a diagram showing a state in which the base members are connected by a connecting member.
  • the same reference numerals are given to components having the same functions and effects as those already described.
  • the strain sensor 2 includes base members 61 and 62, a connecting member 70, and an optical fiber 30.
  • the base member 61 first base member
  • the base member 62 (second base member) fixes and supports the other side of the optical fiber 30.
  • the base members 61 and 62 include a support member 64 around which the optical fiber 30 (here, the optical fiber 30 with the core 31 exposed) is wound.
  • the support member 64 is constituted by the recess 63 of the base members 61 and 62. That is, the recessed part 63 is provided with the circular part which contact
  • a portion (convex portion) surrounded by the circular portion of the concave portion 63 constitutes the support member 64.
  • both ends of the core 31 wound around the support member 64 are fixed to the bottom of the recess 63 by the fixing member 17 in the linear portion of the recess 63.
  • the core 31 (optical fiber 30) is fixed to the base members 61 and 62 in a state where tension is applied.
  • the core 31 (the optical fiber 30) is wound around the support member 64, even when the strain sensor 2 is used in a severe environment such as an outer wall of a building structure, the tension is not affected.
  • the occurrence of slippage of the core 31 (optical fiber 30) relative to the base members 61 and 62 can be suppressed, and the long-term reliability of the strain sensor 2 can be improved.
  • the base members 61 and 62 are connected to the connecting member 70 in a state where a predetermined interval is provided.
  • the FBG portion 32 is disposed on the gap.
  • the support member 64 of each base member 61, 62 includes a screw hole 65 in the vicinity of the straight portion of the recess 63.
  • a fitting hole 66 is provided on the opposite side of the screw hole 65 across the straight portion of the recess 63.
  • a pin that fits into the fitting hole 66 is provided at a position corresponding to the fitting hole 66, and a through hole is provided at a position corresponding to the screw hole 65. As shown in FIG.
  • each base member 61 is screwed into the screw hole 65 of each base member 61, 62 through the through hole with the pin fitted in the fitting hole 66.
  • 62 and the connecting member 70 are connected.
  • the connecting member 70 is formed of a plate material provided with a pin that fits into the fitting hole 66 on the surface on which the base members 61 and 62 abut, but the surface on which the base members 61 and 62 abut.
  • a concave portion or a convex portion for aligning the base members 61 and 62 can be arbitrarily formed.
  • the base members 61 and 62 are made of stainless steel. As shown in FIGS. 6B and 6C, the base members 61 and 62 are formed on the exposed surface with a concave portion 67 for spot welding. It has.
  • the recess 67 is provided at the center of the support member 64, and the bottom of the recess 67 constitutes a thin portion for spot welding.
  • the strain sensor 2 When the strain sensor 2 is fixed to the measurement object by spot welding, the strain sensor 2 is arranged with the contact surface facing the measurement object. And the thin part and the surface of a measurement target object are spot-welded in the state which made the thin part of the bottom part of the recessed part 67 contact a measurement target object.
  • the connecting member 70 As shown in FIG. 6C, the connecting member 70 has a shape covering the periphery of the screw hole 65 and the fitting hole 66, and the recess 67 is exposed. Therefore, spot welding can be performed in a state where the base members 61 and 62 are connected to the connecting member 70.
  • the notch 71 provided on the outer periphery of the connecting member 70 is used for temporarily fixing the strain sensor 2 to the measurement object before spot welding, fixing the strain sensor 2 being bonded with an adhesive, or the like. Can do.
  • the base members 61 and 62 can be separated by removing the screw 72 and detaching the connecting member 70.
  • the distortion sensor 2 which connected the connection member and the island-shaped part using coupling members, such as a screw, the same effect as the above-mentioned distortion sensor 1 can be acquired.
  • the above-described embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and various modifications and applications can be made within the scope of the present invention other than those already described.
  • a configuration has been described in which the distortion is detected by the wavelength variation of the reflected light in the FBG unit 32 as a particularly preferable mode.
  • the distortion detection method is not particularly limited. Although there is a possibility that the size of the sensor becomes large, for example, it is also possible to adopt a distributed strain detection configuration such as detecting strain by measuring fluctuations in the backscattered light of the optical fiber.
  • the FBG unit 32 having different Bragg wavelengths is provided and the distortion is detected by the WDM (Wavelength-Division-Multiplexing) method.
  • the present invention has the same Bragg wavelength.
  • the present invention is also applicable to a configuration in which an FBG unit 32 is provided and distortion is detected by a TDM (Time Division Division Multiplexing) method.
  • TDM Time Division Division Multiplexing
  • the interval between adjacent FBG portions needs to be several meters or more.
  • this can be dealt with by increasing the number of windings around the support member.
  • the strain sensor including two base members has been described.
  • the number of divisions of the base member is not particularly limited, and may be any number of divisions.
  • an example in which the present invention is applied to a uniaxial strain sensor has been described.
  • the present invention can also be applied to a Rosetta strain sensor that detects a strain direction together with a strain amount.
  • the core provided with the FBG portion is arranged in different directions, for example, the present invention can be applied to a plurality of base members each including each support fixing position of the core.
  • the connecting member is configured as one member.
  • the connecting member is not limited to the structure sandwiched between the base members and the structure connected by screws, but adopts an arbitrary structure capable of maintaining a predetermined space between the base members. Can do.
  • the material of the connecting member is not particularly limited. For example, it may be a metal or a resin.
  • the range of the measurable strain amount can be expanded as compared with the conventional case, and the strain can be accurately measured even for a measurement object with low rigidity. This is useful as an installation method.

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Abstract

　本発明に係る歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法では、第１のベース部材は、光ファイバの一方側を固定支持する。第２のベース部材は、光ファイバの他方側を固定支持する。連結用部材は、第１のベース部材及び前記第２のベース部材と別体の部材で構成され、第１のベース部材と第２のベース部材との間に離脱可能に装着される。光ファイバは、第１のベース部材と第２のベース部材との間に連結用部材が装着された状態で張力が付与され、当該張力が付与された状態で第１のベース部材と第２のベース部材とのそれぞれに固定支持される。

Description

歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法
　本発明は、歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法に関し、特に、光ファイバを備え光学的に計測対象の構造物の歪みを検知する歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法に関する。
　従来、建築物、橋梁、トンネル等の建造物、航空機、船舶、鉄道等の移動体、地盤等の歪みや変位の検出に歪みセンサが広く使用されている。歪みセンサとして、抵抗体を備える構成が知られている。この種の歪みセンサは、変形による抵抗体の電気抵抗の変化に基づいて歪み量を取得する。計測対象領域が広範囲である場合のように多数の地点で歪みを計測する場合、多数の歪みセンサが計測対象物の表面に配置され、各センサの電気抵抗の変化が計測される。この場合、各歪みセンサには電気抵抗を計測するための配線が設けられ、当該配線を通じて電力を供給する必要があった。
　また、以上のような電気式の歪みセンサでは、微小な電気抵抗の変化を検知する必要があり、計測精度を確保するために電気ノイズ対策が要求される。また、抵抗体や配線、及びこれらの接続部が経時変化してしまうため寿命が短く、落雷等により破損してしまうというリスクもあった。
　そこで、近年、光ファイバを備える歪みセンサが使用されている（例えば、特許文献１、２等）。この種の歪みセンサは、光ファイバの変形に応じて光ファイバ中を伝送される光の反射状態の変化や散乱状態の変化に基づいて歪み量を取得する。このような歪みセンサでは、センサへの電力供給が不要であり、計測結果が電気ノイズにより影響を受けることも少ない。また、経時変化が少なく、各センサに配線を設ける必要がないため落雷等により破損する可能性も低い。そのため、長期信頼性にも優れるという特徴を有している。加えて、光ファイバ自体がセンサ及び信号伝送線を兼ねるため信号の長距離伝送も可能であり、光ファイバの一端に接続された計測器により、数ｋｍにおよぶ計測対象物の歪みを計測することも可能である。
　例えば、後掲の特許文献１、２は、キャリア上に光ファイバを直線状に配置し、光ファイバの軸方向の歪み量を計測する歪みセンサ（歪みゲージ）を開示している。
　特許文献１は、光ファイバの軸方向に弾性を有する支持バーを備えるゲージキャリアにＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える光ファイバを搭載した歪みセンサを開示している。支持バーは、長手方向と垂直な方向に形成された溝部や空洞により構成される。
　同様に、特許文献２は、光ファイバの軸方向に伸縮性（弾性）を有するくびれ部を備えるゲージキャリアにＦＢＧ部を備える光ファイバを搭載した歪みセンサを開示している。くびれ部は、ゲージキャリアの他の部分に比べて肉薄になっており、このくびれ部に光ファイバのＦＢＧ部が配置される。
特開２００７－２１２４６０号公報 特開２００８－１３４１５５号公報
　特許文献１や特許文献２が開示する技術では、ゲージキャリアが光ファイバの軸方向に弾性を有するため、計測対象物の表面に発生する、光ファイバの軸方向における引張方向及び圧縮方向の歪みを、ＦＢＧ部に良好に伝えることができる。
　しかしながら、このような作用が得られる範囲は、支持バーやくびれ部が追従可能な歪みの範囲に限られる。すなわち、支持バーやくびれ部の変形限度（歪み許容量）を超えるような大きな歪みが発生した場合、ゲージキャリアの一部（支持バーやくびれ部）に応力が集中してしまい歪みをＦＢＧ部に正確に伝えることは困難になる。
　例えば、特許文献１や特許文献２が開示するようなゲージキャリアにおいて良好に伝えることができる歪みの許容量は２５００μstrain程度である。これに対し、光ファイバは石英ガラス等により構成されるため変形しやすく、歪みの許容量は２００００μstrain程度である。すなわち、ゲージキャリアにより、計測可能な歪みの範囲が制限されていることが理解できる。
　また、特許文献１や特許文献２が開示するような歪みセンサの構造では、計測対象物が肉薄の板状金属等であるような場合、計測対象物の歪みを正確に計測することができなくなる。これは、計測対象物に比べてゲージキャリアの方が剛性が高くなるためである。すなわち、特許文献１や特許文献２が開示するような従来の歪みセンサでは、歪みを正確に計測することができる計測対象物の構造にも自ずと制限が発生することになる。
　本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、計測可能な歪み量の範囲を従来に比べて広げることができ、剛性の低い計測対象物であってもより正確に歪みを計測することができる歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法を提供することを目的とする。
　上述の目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、光ファイバを備える歪みセンサを前提としている。そして、本発明に係る歪みセンサは、第１のベース部材、第２のベース部材及び連結用部材を備える。第１のベース部材は、光ファイバの一方側を固定支持する。第２のベース部材は、光ファイバの他方側を固定支持する。連結用部材は、第１のベース部材と第２のベース部材との間に離脱可能に装着される。なお、連結用部材は、第１のベース部材及び前記第２のベース部材と別体の部材で構成される。光ファイバは、第１のベース部材と第２のベース部材との間に連結用部材が装着された状態で張力が付与され、当該張力が付与された状態で第１のベース部材と第２のベース部材とのそれぞれに固定支持される。
　本発明の歪みセンサによれば、歪みセンサが計測対象物に固定された後、連結用部材を離脱すると、各ベース部材はそれぞれが独立し、他方のベース部材の影響を受けなくなる。そのため、例えば、計測対象物に大きな歪みが発生した際にベース部材の特定部分に応力が集中することを抑制することができる。その結果、従来に比べて、計測可能な歪み量の範囲を広げることができる。また、ベース部材に阻害されることなく、計測対象物において発生した歪みを光ファイバに伝えることができるため、計測対象物の剛性がベース部材の剛性よりも小さい場合であっても、計測対象物に発生した歪みをより正確に計測することができる。
　この歪みセンサにおいて、連結用部材は、第１のベース部材と第２のベース部材との間の間隔を予め指定された間隔に維持するスペーサ部を備える構成を採用することができる。また、連結用部材は、光ファイバに付与された張力により、第１のベース部材と第２のベース部材との間に挟持される構成を採用することもできる。
　以上の歪みセンサにおいて、光ファイバが、第１のベース部材の固定支持位置と第２のベース部材の固定支持位置との間にＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える構成を採用することもできる。また、第１のベース部材又は第２のベース部材が、光ファイバが巻き付けられる支持部材を備える構成を採用することもできる。
　一方、他の観点では、本発明は歪みセンサの設置方法を提供することもできる。すなわち、本発明に係る歪みセンサの設置方法では、まず、上述の歪みセンサの第１のベース部材及び第２のベース部材が計測対象物の表面に固定される。次いで、固定された歪みセンサから連結用部材が離脱され、第１のベース部材と第２のベース部材とが分離される。
　本発明によれば、計測可能な歪み量の範囲を従来に比べて広げることができる。また、剛性の低い計測対象物であっても歪みをより正確に計測することができる。
図１（ａ）から図１（ｃ）は、本発明の一実施形態における歪みセンサの一例を示す概略構成図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、本発明の一実施形態における歪みセンサの一例を示す概略断面図である。 図３は、本発明の一実施形態における歪みセンサの取付状態の一例を示す概略構成図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、本発明の一実施形態における歪みセンサの分離手順を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態における歪みセンサの取付状態の一例を示す概略構成図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、本発明の一実施形態における歪みセンサの他の例を示す概略構成図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながらより詳細に説明する。以下では、単軸の歪みセンサ（歪みゲージ）として本発明を具体化する。
　図１（ａ）～図１（ｃ）は、本実施形態における歪みセンサの全体構成の一例を示す概略構成図である。図１（ａ）は計測対象物の表面に固定される側の面（以下、当接面という。）を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す面の反対側の面（以下、露出面という。）を示す図である。図１（ｃ）は、側面図である。また、図２（ａ）～図２（ｄ）は、それぞれ、図１（ａ）に示すＡ－Ａ線、Ｂ－Ｂ線、Ｃ－Ｃ線、Ｄ－Ｄ線に沿う概略断面図である。図２（ａ）～図２（ｄ）では、図中の下方側に当接面が配置され、図中の上方側に露出面が配置されている。なお、図２（ａ）～図２（ｃ）は、模式図であり、各部の寸法を厳密に表現したものではない。また、図１（ａ）～図１（ｃ）と図２（ａ）～図２（ｄ）とでは、縮尺が異なっている。
　図１（ａ）～図１（ｃ）及び図２（ａ）～図２（ｄ）に示すように、歪みセンサ１は、ベース部材１１、１２、連結用部材２０及び光ファイバ３０を備える。ベース部材１１（第１のベース部材）は、光ファイバ３０の一方側を固定支持する。また、ベース部材１２（第２のベース部材）は、光ファイバ３０の他方側を固定支持する。歪みセンサ１において、光ファイバ３０は同一面内で一方向に向けて配置される。なお、特に限定されないが、本実施形態では、光ファイバ３０は、光を伝搬するコア、コアの周囲を取り囲み、コア中を伝搬する光をコア側に反射させるクラッド、クラッドの周囲を取り囲み、コア及びクラッドを保護する外皮樹脂が中心から順に配置された構造を有する。
　本実施形態ではベース部材１１、１２は同一の構造を有しており、ベース部材１１とベース部材１２とが所定の間隔をおいて線対称となる位置関係で配置されている。ベース部材１１、１２は、ベース部材１１、１２が互いに対向する側の端部から光ファイバ配置方向（以下、長手方向という。）の所定長さにわたって、長手方向に垂直な方向（以下、短手方向という。）の幅が狭くなっている。以下では、当該短手方向の幅が狭い部分を幅狭部といい、幅狭部に隣接する短手方向の幅が広い部分を幅広部という。以下、ベース部材１２の構造に基づいてベース部材１１、１２構造について説明する。
　図１（ａ）～図１（ｃ）及び図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、本実施形態のベース部材１２は、光ファイバ３０の直径よりも大きい厚みを有する板状部材により構成される。ベース部材１２は、長手方向に沿って設けられた、凹部１３及び溝部１４を備える。凹部１３と溝部１４とは同一直線上に配置されている。凹部１３は、ベース部材１２の一端からベース部材１２の中央部にわたって設けられ、溝部１４は、ベース部材１２の他端からベース部材１２の中央部にわたって設けられている。溝部１４には、コア、クラッド及び外皮樹脂を備える光ファイバ３０が配置され、凹部１３には、外皮樹脂及びクラッドが除去されコアが露出した光ファイバ３０（以下、コア３１という。）が配置される。なお、図１（ａ）に示すように、ベース部材１１の凹部１３とベース部材１２の凹部１３との間の隙間部分にもコア３１が配置される。
　溝部１４は、ベース部材１２の厚さ方向に貫通する状態で設けられており、その一部分が連結梁１５、１６により連結されている。連結梁１５は、図１（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、溝部１４の中間部において当接面１２ａ側に設けられている。また、連結梁１６は、図１（ｂ）及び図２（ｄ）に示すように、溝部１４の開放端側の端部において露出面１２ｂ側に設けられている。なお、図１（ｃ）に示すように、ベース部材１２の当接面１２ａは、平坦な面により構成されている。ベース部材１２の材質は特に限定されない。例えば、樹脂であってもよく、金属であってもよい。ここでは、ベース部材１２はステンレスにより構成されている。
　凹部１３は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、溝部１４に挿入された光ファイバ３０のコア３１にベース部材１２の厚さ方向の応力が加わることのない状態でコア３１が接触可能な底面を有している。すなわち、この例では、凹部１３は、外皮樹脂の厚さ、クラッドの厚さ及びコアの直径の総和と同一（あるいは、ほぼ等しい）深さで形成されている。なお、計測精度を高める観点では、コア３１は計測対象物の表面に対して平行となる状態に配置されることが好ましい。そのため、本実施形態では、凹部１３の底部は、当接面１２ａと平行な面で構成されている。
　ベース部材１１の凹部１３とベース部材１２の凹部１３との間の隙間部分のコア３１には特定のブラッグ波長を有するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部３２が配置されている。図中では、便宜上、ＦＢＧ部３２を黒塗りにより表現している。
　公知のように、ＦＢＧ部はブラッグ波長により規定される波長の光を反射する。ＦＢＧ部は光ファイバのコアに所定の間隔で配置された複数の回折格子により構成され、ブラッグ波長は光ファイバの屈折率と回折格子の配置間隔との積に比例する。したがって、歪みによりＦＢＧ部が引っ張られＦＢＧ部を構成する回折格子の間隔が拡がると、ＦＢＧ部により反射される光の波長は大きくなる。また、歪みによりＦＢＧ部が圧縮されＦＢＧ部を構成する回折格子の間隔が狭まると、ＦＢＧ部により反射される光の波長は小さくなる。なお、複数の歪みセンサ１を直列接続して使用する場合は、各歪みセンサ１のＦＢＧ部のブラッグ波長は互いに異なる波長に設定される。これにより、反射光の波長に基づいて反射光の反射位置を容易に区別することができる。
　続いて、連結用部材２０について説明する。連結用部材２０は、ベース部材１１、１２と別体の部材で構成されるとともに、ベース部材１１とベース部材１２との間に離脱可能に装着される。この例では、連結用部材２０は、図１（ａ）～図１（ｃ）に示すように、スペーサ部２２が、平面視において長方形状の板状部２１により一体に連結された構造を有している。ここで、スペーサ部２２はベース部材１１の幅狭部とベース部材１２の幅狭部とにわたって配置される。スペーサ部２２は、ベース部材１１とベース部材１２との間の間隔を予め指定された間隔に維持するスペーサとして機能する。また、図１（ｃ）に示すように、板状部２１の長手方向の長さはスペーサ部２２の長手方向の長さよりも大きくなっており、板状部２１の一部がベース部材１１、１２の幅広部上に配置される構造になっている。なお、特に限定されないが、この例では、スペーサ部２２は、ベース部材１１、１２の外縁部分に配置され、ベース部材１１、１２の幅広部の側面と連結用部材２０（スペーサ部２２）の側面が面一になるように連結用部材２０が設計されている。
　光ファイバ３０は、ベース部材１１とベース部材１２との間に連結用部材２０が装着（配置）された状態で張力（プリテンション）が付与され、当該張力が付与された状態でベース部材１１とベース部材１２とのそれぞれに固定支持される。このように張力が付与されることで、歪みセンサ１は引張方向の応力だけでなく圧縮方向の応力も検出することができる。
　図１（ａ）に示すように、凹部１３は、凹部１３と溝部１４との接続部分の近傍に、短手方向の幅が広がった領域を備えている。当該領域では、コア３１が固定材１７により凹部１３の底部に固定される。固定材１７はコア３１（光ファイバ３０）を張力が付与された状態でベース部材１１、１２に固定できればよく、その材質は特に限定されない。ここでは、固定材１７として接着剤を使用している。
　計測対象物への歪みセンサ１の固定には、接着剤やスポット溶接等、公知の任意の手法を採用することができる。上述のように、歪みセンサ１はステンレスで構成されている。したがって、計測対象物の表面が金属であればスポット溶接により歪みセンサ１を固定することができる。そのため、本実施形態の歪みセンサ１は、スポット溶接用の凹部１８を備えている。図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、凹部１８は露出面１２ｂに設けられている。凹部１８は、長手方向に沿って光ファイバ３０の両側に配置されており、凹部１８の底部１９がスポット溶接用の肉薄部を構成している。
　スポット溶接により歪みセンサ１を計測対象物に固定する場合、歪みセンサ１は、当接面１２ａが計測対象物と対向する状態で配置される。そして、凹部１８の底部１９の肉薄部を計測対象物に接触させた状態で、当該肉薄部と計測対象物の表面とがスポット溶接される。
　続いて、歪みセンサ１の組み立て手順について説明する。まず、連結用部材２０のスペーサ部２２がベース部材１１の幅広部とベース部材１２の幅広部との間に配置される（図１（ａ）～図１（ｃ）参照）。上述のように、光ファイバ３０は、張力が付与された状態でベース部材１１、１２のそれぞれに固定支持される。そのため、ベース部材１１、１２に光ファイバ３０が固定支持されると、スペーサ部２２がベース部材１１とベース部材１２との間に光ファイバ３０に付与された張力によって挟持され、連結用部材２０はベース部材１１とベース部材１２との間から離脱しなくなる。しかしながら、光ファイバ３０がベース部材１１、１２に固定支持されるまでは、スペーサ部２２はベース部材１１とベース部材１２と間に挟持されていないため連結用部材２０は容易に離脱する。そのため、光ファイバ３０がベース部材１１、１２に固定支持されるまでは、粘着テープ等により連結用部材２０と各ベース部材１１、１２とを仮止めする、あるいは、専用の治具等により、ベース部材１１、１２と連結用部材２０とが分離しない状態で維持されることが好ましい。
　連結用部材２０のスペーサ部２２がベース部材１１とベース部材１２との間に装着された状態で光ファイバ３０が配置される。このとき、光ファイバ３０の一端側（例えば、ベース部材１１側）がクランプ等により一時的に固定される。当該状態で光ファイバ３０の他端側がベース部材１１の溝部１４に挿入され、続いて、ベース部材１２の溝部１４に挿入される。このとき、ベース部材１１では、ベース部材１１の端部側から溝部１４へ光ファイバ３０が挿入される。また、ベース部材１２では、ベース部材１２の中央部側から溝部１４へ光ファイバ３０が挿入される。また、このとき、コア３１のＦＢＧ部３２が、ベース部材１１とベース部材１２との間に設けられる隙間上に位置するように、クランプ等による固定を解除した状態で光ファイバ３０の位置が調整される。調整後、光ファイバ３０の一端側がクランプ等により再度固定される。なお、光ファイバ３０は、凹部１３に配置される部分のコア３１が予め露出されるとともに、当該露出したコア３１の軸方向の中央部にＦＢＧ部３２が予め形成されている。
　当該状態で、光ファイバ３０（コア３１）に張力が付与される。本実施形態の組立手順では、光ファイバ３０の他端を引っ張ることで張力を付与することができる。そして、所定の張力を付与した状態で、固定材１７により光ファイバ３０はベース部材１１、１２のそれぞれに固定される。固定材１７による固定が完了すると、光ファイバ３０の他端の引っ張りが終了されるとともにクランプ等による一時固定が開放される。上述のように、固定材１７により光ファイバ３０がベース部材１１、１２のそれぞれに固定されると、連結用部材２０のスペーサ部２２は各ベース部材１１、１２の間に挟持される。その結果、上述の仮止め等を解除しても、連結用部材２０は外力が付与されない限り離脱しなくなる。
　以上の構造を有する歪みセンサ１を計測対象物に固定する場合、作業中に誤って連結用部材２０に外力が加わると連結用部材２０が離脱する可能性がある。そのため、本実施形態の歪みセンサ１には、計測対象物に歪みセンサ１を仮止めするための仮止め部材が設けられる。図３は仮止め部材として粘着テープが設けられた歪みセンサ１を示す図である。
　図３に示すように、粘着テープ４０は、平面視において、板状部２１の外形よりも小さい外形を有する基部４１と、当該部分からスペーサ部２２上を通って歪みセンサ１の外方に突出する仮止め部４２とを備える。基部４１は、連結用部材２０の板状部２１に張り付けられる。なお、図３では、説明のため、粘着テープ４０を破線で示している。
　歪みセンサ１を計測対象物に固定する場合、作業者は仮止め部４２により歪みセンサ１を計測対象物の表面に仮止めする。そして、当該状態で、凹部１８を使用して歪みセンサ１を計測対象物にスポット溶接する。図３では、スポット溶接部４５を網掛け部として図示している。
　スポット溶接完了後に、連結用部材２０を離脱させると、歪みセンサ１のベース部材１１とベース部材１２とが分離される。上述のように、連結用部材２０は、各ベース部材１１、１２に挟持されているだけであるため、比較的小さな外力により容易に離脱することができる。
　特に限定されないが、本実施形態では、連結用部材２０の板状部２１が板バネになっており、板状部２１を計測対象物の方向へ押圧することで連結用部材２０を離脱できる構成を採用している。図４（ａ）～図４（ｃ）は、連結用部材２０の離脱方法を示す模式図である。なお、図４（ａ）～図４（ｃ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿う断面を示している。
　図４（ａ）は、計測対象物１００に固定された歪みセンサ１を示す図である。図４（ａ）に示すように、板状部２１はスペーサ部２２の近傍でベース部材１１、１２に当接する当接部２３を備え、板状部２１の中央部はベース部材１１、１２から上方へ浮いた状態になっている。なお、図１（ｃ）に示すように、板状部２１の長手方向の長さはスペーサ部２２の長手方向の長さよりも大きくなっており、板状部２１の一部がベース部材１１、１２の幅広部上に配置されている。したがって、当接部２３は、長手方向の両端部が、ベース部材１１の幅広部及びベース部材１２の幅広部に当接することになる。
　当該状態で、板状部２１の中央部を計測対象物１００の方向へ押圧すると、当該押圧に伴って、スペーサ部２２が計測対象物１００から離れる方向に持ち上がる（図４（ｂ））。これにより、連結用部材２０はベース部材１１、１２から離脱する。
　その後、図４（ｃ）に示すように、連結用部材２０を計測対象物１００から離れる方向に持ち上げることで粘着テープ４０を計測対象物１００から引きはがすと、連結用部材２０を完全に離脱させることができる。
　以上のようにして連結用部材２０を離脱させると、図５に示すように、ベース部材１１、１２はそれぞれが独立しており、他方のベース部材の影響を受けない状態になる。例えば、計測対象物に大きな歪みが発生した場合、従来のように、支持バーやくびれ部等の弾性部を備える単一構造のベース部材を採用する構成では、計測可能な歪み量の範囲は、弾性部が追従可能な歪みの範囲に限られる。すなわち、弾性部の変形限度（歪み許容量）を超えるような大きな歪みが発生した場合、ベース部材の一部（弾性部）に応力が集中してしまい歪みをＦＢＧ部に正確に伝えることは困難になる。これに対し、各ベース部材１１、１２が分離した構成では、単一構造のベース部材に比べて大きく変形することができる。したがって、従来に比べて、計測可能な歪み量の範囲を広げることができる。
　また、ベース部材１１、１２はそれぞれが独立しているため、ベース部材に阻害されることなく、計測対象物において発生した歪みを光ファイバ３０のＦＢＧ部３２に伝えることができる。そのため、例えば、計測対象物が肉薄の板状部材である場合のように、計測対象物の剛性がベース部材１１、１２の剛性よりも小さい状況であっても、計測対象物に発生した歪みをより正確に計測することができる。
　さらに、歪みセンサ１では、連結用部材２０を計測対象物の方向に押圧することで各ベース部材１１、１２を分離状態にすることができる。そのため、連結用部材２０を離脱させる際に、計測対象物に固定されたベース部材１１、１２に対して、引きはがす方向に働く力はほとんど作用しない。したがって、連結用部材２０の離脱時に、スポット溶接部４５に接合力を低下させるストレスが付与されることも抑制することができる。
　以上説明したように、歪みセンサ１では、例えば、計測対象物に大きな歪みが発生した際にベース部材１１、１２の特定部分に応力が集中することを抑制することができ、従来に比べて計測可能な歪み量の範囲を広げることができる。また、剛性の低い計測対象物であっても歪みを正確に計測することができる。
　図６（ａ）から図６（ｃ）は、本実施形態における他の歪みセンサの全体構成の一例を示す概略構成図である。図６（ａ）は計測対象物の表面に固定される側の面（当接面）を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の反対側の面（露出面）を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、連結用部材が離脱され、各ベース部材が分離された状態を示している。また、図６（ｃ）は、各ベース部材が連結用部材により連結された状態を示す図である。なお、図６（ａ）から図６（ｃ）では、既に説明した構成要素と同様の作用効果を有する構成要素には同一の符号を付している。
　図６（ａ）～図６（ｃ）に示すように、歪みセンサ２は、ベース部材６１、６２、連結用部材７０及び光ファイバ３０を備える。ベース部材６１（第１のベース部材）は、光ファイバ３０の一方側を固定支持する。また、ベース部材６２（第２のベース部材）は、光ファイバ３０の他方側を固定支持する。
　図６（ａ）に示すように、このベース部材６１、６２は、光ファイバ３０（ここでは、コア３１が露出した光ファイバ３０）が巻き付けられる支持部材６４を備える。この例では、支持部材６４は、ベース部材６１、６２の凹部６３によって構成される。すなわち、凹部６３は、図１（ａ）に示すような直線部分に加えて、当該直線部分に接する円状部分を備える。当該凹部６３の円状部分に囲まれた部分(凸部)が支持部材６４を構成している。特に限定されないが、ここでは、図６（ａ）に示すように、支持部材６４に巻き付けられたコア３１の両端が、凹部６３の直線部分において固定材１７により凹部６３の底部に固定されている。なお、図１（ａ）に示す歪みセンサ１と同様、コア３１（光ファイバ３０）は張力が付与された状態でベース部材６１、６２に固定される。
　このように、コア３１（光ファイバ３０）を支持部材６４に巻き付ける構成を採用することにより、歪みセンサ２を建築構造物の外壁等の過酷な環境下で使用した場合であっても、張力に起因する、ベース部材６１、６２に対するコア３１（光ファイバ３０）の滑りの発生を抑制でき、歪みセンサ２の長期信頼性を向上させることができる。
　歪みセンサ１と同様に、ベース部材６１、６２は、予め指定された間隔を設けた状態で連結用部材７０と連結される。ＦＢＧ部３２は、当該隙間上に配置されている。図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、各ベース部材６１、６２の支持部材６４は、凹部６３の直線部分の近傍にネジ穴６５を備える。また、凹部６３の直線部分を挟んでネジ穴６５と反対側には嵌合孔６６が設けられている。一方、連結用部材７０において、嵌合孔６６と対応する位置には嵌合孔６６に嵌合するピンが設けられており、ネジ穴６５と対応する位置には貫通孔が設けられている。図６（ｃ）に示すように、ピンを嵌合孔６６に嵌合させた状態で貫通孔を通じて各ベース部材６１、６２のネジ穴６５にネジ７２を螺合させることで、各ベース部材６１、６２と連結用部材７０とが連結される。なお、この例では、連結用部材７０は、ベース部材６１、６２が当接する面に嵌合孔６６に嵌合するピンを備える板材により構成されているが、ベース部材６１、６２が当接する面には、ピンに限らず、ベース部材６１、６２を位置合わせするための凹部又は凸部を任意に形成することができる。
　この例では、ベース部材６１、６２はステンレスで構成されており、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示すように、ベース部材６１、６２は、露出面に、スポット溶接用の凹部６７を備えている。凹部６７は、支持部材６４の中心に設けられており、凹部６７の底部がスポット溶接用の肉薄部を構成している。
　スポット溶接により歪みセンサ２を計測対象物に固定する場合、歪みセンサ２は、当接面が計測対象物と対向する状態で配置される。そして、凹部６７の底部の肉薄部を計測対象物に接触させた状態で、当該肉薄部と計測対象物の表面とがスポット溶接される。なお、図６（ｃ）に示すように、連結用部材７０はネジ穴６５及び嵌合孔６６の周囲を被覆する形状を有しており、凹部６７は露出している。そのため、ベース部材６１、６２が連結用部材７０に連結された状態でスポット溶接を実施することができる。
　なお、連結用部材７０が、外周部に備える切欠き７１は、スポット溶接前の計測対象物への歪みセンサ２の仮止めや、接着剤により接着中の歪みセンサ２の固定等に使用することができる。
　計測対象物への歪みセンサ２の固定が完了すると、ネジ７２を取り外して連結用部材７０を離脱することで、各ベース部材６１、６２を分離することができる。このように、ネジ等の結合部材を使用して連結用部材と島状部とを連結した歪みセンサ２であっても、上述の歪みセンサ１と同様の効果を得ることができる。
　なお、上述した実施形態は本発明の技術的範囲を制限するものではなく、既に記載したもの以外でも、本発明の範囲内で種々の変形や応用が可能である。例えば、上記実施形態では、特に好ましい形態としてＦＢＧ部３２における反射光の波長変動により歪みを検知する構成について説明したが、歪みの検知方法は、特に限定されない。センサのサイズが大きくなる可能性があるが、例えば、光ファイバの後方散乱光の変動を計測することで歪みを検知する等、分布型の歪み検知構成を採用することも可能である。
　また、上記実施形態では、特に好ましい形態として、ブラッグ波長が互いに異なるＦＢＧ部３２を設け、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式により歪みを検知する構成について説明したが、本発明は、ブラッグ波長が同一のＦＢＧ部３２を設け、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）方式により歪みを検知する構成にも適用可能である。ＴＤＭ方式の場合、隣接するＦＢＧ部の間隔を数メートル以上にする必要があるが、上述の支持部材６４を備える構成では、支持部材への巻き付け回数を増大させることで対応可能である。
　また、以上では、２つのベース部材を備える歪みセンサについて説明したが、ベース部材の分割数は特に限定されず、任意の分割数とすることもできる。さらに、上記実施形態では、本発明を単軸の歪みセンサに適用した事例について説明したが、歪み量と併せて歪みの方向を検知するロゼッタ歪みセンサに本発明を適用することも可能である。この場合、ＦＢＧ部を備えるコアが互いに異なる方向に向けて配置されるが、例えば、コアの各支持固定位置をそれぞれ含む複数のベース部材に対して本発明を適用することができる。
　さらに、上述の実施形態では、連結用部材を１つの部材として構成したが、スペーサ部ごとに分割された連結用部材の使用を排除するものではない。加えて、連結用部材は、ベース部材に挟持される構成やネジにより連結される構成に限らず、各ベース部材の間に予め指定された間隔を維持することができる任意の構成を採用することができる。また、連結用部材の材質は特に限定されない。例えば、金属であってもよく、樹脂であってもよい。
　本発明によれば、計測可能な歪み量の範囲を従来に比べて広げることができるとともに、剛性の低い計測対象物であっても歪みを正確に計測することができ、歪みセンサ及び歪みセンサの設置方法として有用である。
　１、２　歪みセンサ
　１１、６１　ベース部材（第１のベース部材）
　１２、６２　ベース部材（第２のベース部材）
　１３、６３　凹部
　１４　溝部
　１５、１６　連結梁
　１７　固定材
　１８　凹部
　２０　連結用部材
　２１　板状部（連結用部材）
　２２　スペーサ部（連結用部材）
　２３　当接部（連結用部材）
　３０　光ファイバ
　３１　コア（光ファイバ）
　３２　ＦＢＧ部（光ファイバ）
　４０　粘着テープ（仮止め部材）
　４１　基部（仮止め部材）
　４２　仮止め部（仮止め部材）
　７０　連結用部材

Claims (6)

  1. 　光ファイバを備える歪みセンサであって、
    　前記光ファイバの一方側を固定支持する第１のベース部材と、
    　前記光ファイバの他方側を固定支持する第２のベース部材と、
    　前記第１のベース部材及び前記第２のベース部材と別体の部材で構成され、前記第１のベース部材と前記第２のベース部材との間に離脱可能に装着される連結用部材と、
    　前記第１のベース部材と前記第２のベース部材との間に前記連結用部材が装着された状態で張力が付与され、当該張力が付与された状態で前記第１のベース部材と前記第２のベース部材とのそれぞれに固定支持される前記光ファイバと、
    を備える歪みセンサ。
  2. 　前記連結用部材は、前記第１のベース部材と前記第２のベース部材との間の間隔を予め指定された間隔に維持するスペーサ部を備える請求項１に記載の歪みセンサ。
  3. 　前記連結用部材は、前記光ファイバに付与された張力により、前記第１のベース部材と前記第２のベース部材との間に挟持される請求項１又は請求項２に記載の歪みセンサ。
  4. 　前記光ファイバは、前記第１のベース部材の固定支持位置と前記第２のベース部材の固定支持位置との間にＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）部を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の歪みセンサ。
  5. 　前記第１のベース部材又は前記第２のベース部材は、前記光ファイバが巻き付けられる支持部材を備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の歪みセンサ。
  6. 　歪みセンサの設置方法であって、
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の歪みセンサの第１のベース部材及び第２のベース部材を計測対象物の表面に固定するステップと、
    　固定された前記歪みセンサから前記連結用部材を離脱することで、前記第１のベース部材と前記第２のベース部材とを分離するステップと、
    を有する、歪みセンサの設置方法。
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