(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位長の複数の区間内でそれぞれ任意の回数だけ往復して構造物に敷設した光ファイバーと、
前記光ファイバーの伸縮により測定される前記光ファイバーの全長に亘る歪み分布を求めて前記構造物の各方向の各変形量、局部歪み、凹凸の変形や曲がりの突出物を検知する光ファイバ歪分布計測器と、
を具備したことを特徴とする構造物の変形量測定装置。
【請求項２】
前記光ファイバーは、予め所定の伸び量を持って敷設することを特徴とする請求項１記載の構造物の変形量測定装置。
【請求項３】
光ファイバーの伸長による歪みに基づいて構造物の変形量を測定する構造物の変形量測定装置において、
単位長の区間毎に、前記光ファイバーを任意の回数だけ往復させて敷設することで、前記単位長の区間内の前記構造物の変形量に対する前記光ファイバーの伸縮量を大きくして検知感度を向上させた、
ことを特徴とする構造物の変形量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば土木建築物や火力・原子力プラント等の構造物の健全性を評価する評価システムに関わり、特に構造物の歪み等の変形量を光ファイバーの伸張により測定する構造物の変形量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はトンネル内空の変形量の測定に適用した構造物の変形量測定装置の構成図である。
【０００３】
トンネル１の内壁２には、光ファイバー３が接着剤等により貼り付けられている。この光ファイバー３の一端には、光ファイバー歪分布計測器４が接続されている。
【０００４】
この光ファイバー歪分布計測器４は、光ファイバー３内にレーザパルス光を照射し、光ファイバー３の伸縮によりブリルアン散乱光の周波数がシフトすることを利用してトンネル内壁２の伸縮量を求め、かつレーザパルス光を照射して後方散乱光が戻ってくるまでの時間からその位置を測定する機能を有している。
【０００５】
従って、トンネル内壁２が伸縮すると、これに応じて光ファイバー３が伸縮し、このとき光ファイバー歪分布計測器４は、光ファイバー３内にレーザパルス光を照射し、光ファイバー３の伸縮によりブリルアン散乱光の周波数がシフトすることを利用してトンネル内壁２の伸縮量を求め、かつレーザパルス光を照射して後方散乱光が戻ってくるまでの時間からその位置を測定する。
【０００６】
このような変形量測定装置であれば、例えば、光ファイバー３の長さ２ｍで約０．２ｍｍ以上の伸縮を検知できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く光ファイバー３の伸縮を利用しての装置では、トンネル内壁２に例えばひび割れ５が生じた場合、このひび割れ５の影響による伸縮範囲が例えば２ｍよりも小さい局部伸縮であれば、トンネル内壁２の伸縮量を検知することができない。
【０００８】
又、縮み方向を検出するためには、光ファイバー３に予め伸び量を与えて敷設することが必要であるが、トンネル１などの足場の不安定な場所に規定の伸び量を与えて敷設したり、光ファイバー３を敷設するときの接着剤の乾燥を待つなど光ファイバー１の敷設が困難であるという問題がある。
【０００９】
さらに、上記装置では、伸縮などの検知感度が低いために、図６に示すように構造物等の測定対象物の一部が突出した場合、ｌを突出物６の（長さ）大きさ、ｈを突出物６の高さとすると、この突出物６に対する光ファイバー３の伸び量Δｌが例えば
Δｌ＝（ｌ２  ＋ｈ２  ）１／２  −ｌ                                  …（１）
で表されれば、例えば２ｍの区間で０．２ｍｍを検出するには、突出物６の高さｈが
0003553374.tif 000002
なければ検出できず、これでは測定対象物が大きく変形するまで検出できないできないという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、局部的な小さな伸縮を検知できる構造物の変形量測定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１によれば、単位長の複数の区間内でそれぞれ任意の回数だけ往復して構造物に敷設した光ファイバーと、光ファイバーの伸縮により測定される光ファイバーの全長に亘る歪み分布を求めて構造物の各方向の各変形量、局部歪み、凹凸の変形や曲がりの突出物を検知する光ファイバ歪分布計測器とを具備した構造物の変形量測定装置である。
【００１２】
請求項２によれば、請求項１記載の構造物の変形量測定装置において、光ファイバーは、予め所定の伸び量を持って敷設する。
請求項３によれば、光ファイバーの伸長による歪みに基づいて構造物の変形量を測定する構造物の変形量測定装置において、単位長の区間毎に、光ファイバーを任意の回数だけ往復させて敷設することで、単位長の区間内の構造物の変形量に対する光ファイバーの伸縮量を大きくして検知感度を向上させた構造物の変形量測定装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１はトンネル内壁の変形量の測定に適用した構造物の変形量測定装置の構成図である。
【００１５】
トンネル内壁２には、光ファイバーセンサ１０が接着剤等により貼り付けられている。この光ファイバーセンサ１０は、例えば図２に示すように光ファイバー１１を任意の区間内で任意の回数だけ往復してトンネル内壁２に敷設してものとなっている。
【００１６】
なお、図２では光ファイバー１１を帯状の鋼板１２上に敷設してあるものを示してあり、かつこの鋼板１２は、幅Ｗが光ファイバー１１の曲げによる透過光量の減衰で歪み計測値に影響を与えないように光ファイバー曲げ径に対して余裕を持って決められている。
【００１７】
具体的に光ファイバーセンサ１０は、光ファイバー１１を単位長の区間（例えば４０ｃｍ）Ｌ内で任意の回数（例えば２．５往復）だけ往復して敷設したものとなっている。
【００１８】
このような光ファイバー１１の敷設により、光ファイバー１１を単位長の区間Ｌ内に５本分敷設、すなわち区間Ｌ（＝４０ｃｍ）毎に２ｍの光ファイバー１１を敷設したのと等価となっている。
【００１９】
これにより、光ファイバーセンサ１０は、例えば区間Ｌの４０ｃｍ間において約０．２ｍｍ／５本の伸縮があれば、歪みの検知可能となる。
【００２０】
又、この光ファイバー１１は、設備の完備した室内環境下で予め規定の伸び量が与えられて作製され、この規定の伸び量を持った状態でトンネル内壁２に敷設されている。
【００２１】
このような構成であれば、トンネル内壁２が伸縮すると、これに応じて光ファイバーセンサ１０の光ファイバー１１が伸縮する。この光ファイバー１１の伸縮は、単位長の区間Ｌ内に敷設された５本分の光ファイバー１１、すなわち区間４０ｃｍ毎に２ｍの光ファイバー１１が伸縮するのと等価で伸縮する。
【００２２】
このとき光ファイバー歪分布計測器４は、光ファイバー１１内にレーザパルス光を照射し、光ファイバー１１の伸縮によりブリルアン散乱光の周波数がシフトすることを利用してトンネル内壁２の伸縮量を求め、かつレーザパルス光を照射して後方散乱光が戻ってくるまでの時間からその位置を測定する。
【００２３】
又、光ファイバー歪分布計測器４は、歪みの位置を測定結果から光ファイバー１１の全長に亘る歪み分布を求めてトンネル内壁２のｙ方向、ｘ方向の各変形量を得、そして、トンネル内壁２がトンネル１のｘ方向に変形が生じた場合、光ファイバー１１のｘ方向への伸縮に応じてシフトする後方散乱光のブリルアン周波数から歪み量を求め、この歪み量からトンネル内壁２のｘ方向の変形量を求める機能を付加してもよい。
【００２４】
ところで、我々の実験では、例えば光ファイバー長１０００ｍにおいて曲げ半径３０ｍｍ以上を３００ヶ所作っても、光減衰による歪み計測は殆ど影響がないため幅Ｗを約７ｃｍとし、区間Ｌ毎に半径３０ｍｍの曲げ径で光ファイバー１１を２．５往復して貼り付けている。
【００２５】
このような構成により、上記の如く鋼板１２上における単位長の区間Ｌ（４０ｃｍ）毎の光ファイバー１１長は、約２ｍとなり、区間Ｌの４０ｃｍにおいて０．２ｍｍ／５本の伸縮により局部歪みの検知が可能となる。
【００２６】
一方、図３は本発明装置の光ファイバーセンサ１１の局部変位検出特性試験状況を示したもので、２枚の鋼板２０、２１の間に光ファイバーセンサ１１を接着剤で貼り付けて固定している。
【００２７】
光ファイバーセンサ１１の一部区間２２は、２枚の鋼板２０、２１に対して接着されておらず、その長さは例えば４０ｃｍで、その間にファイバーを２．５往復しており、ファイバー長さは約２ｍである。
【００２８】
又、これら鋼板２０、２１の間には、ギャップ２３が形成されている。
【００２９】
なお、光ファイバーセンサ１１の一端側には、光ファイバー歪分布計測器４が接続されている。
【００３０】
このような構成で各鋼板２０、２１のギャップ２３を伸縮すると、光ファイバーセンサ１１は、２ｍで０．２ｍｍの歪み検知感度があるので、４０ｃｍ区間に２ｍの光ファイバーを２．５往復したものを伸縮すると、
0003553374.tif 000003
の伸縮が検知でき、５倍検知感度が向上する。
【００３１】
光ファイバーセンサ１１は、ギャップ２３の０．０４ｍｍの伸縮が検知できる。
【００３２】
図４は上記ギャップ２３を変更したときの試験結果を示し、Ｘ軸にギャップ長、Ｙ軸に歪み検知出力を示している。同図に示すように区間４０ｃｍにおいて約０．０４ｍｍの伸縮が検知できることが分かる。
【００３３】
又、図６に示すような突出物６のような凹凸の変形や曲がりに対する測定では、上記４０ｃｍの単位長の区間Ｌ（すなわちｌ＝４０ｃｍ）毎に固定すれば、光ファイバーセンサ１１の感度が５倍となつているので、０．０４ｍｍの伸び（Δｌ＝０．０４ｍｍ）に対して検出可能となり、突出物６の高さｈに対しては上記式（１）  から
0003553374.tif 000004
が検出可能となり、従って、５倍の感度で検出が可能となる。
【００３４】
このように上記一実施の形態においては、光ファイバーセンサ１０を任意の区間Ｌ内で任意の回数だけ往復してトンネル内壁２に敷設したので、局部的な小さな伸縮を検知できる。すなわち、光ファイバーセンサ１０は、光ファイバー１１の曲げによる光透過減衰が歪み計測に影響を与えない範囲で２ｍ長の光ファイバー１１を単位長の区間Ｌ（例えば４０ｃｍ）内に往復させ、局部歪みの検知能力を向上している。
【００３５】
このように単位長の区間Ｌを短くし、局部歪みに対する検知能力を高めることで、凹凸の変形や曲がりのような突出物６をも検知できる。
【００３６】
又、光ファイバーセンサ１０の光ファイバー１１を規定の伸び量を持ってトンネル内壁２に貼り付けるので、トンネル内壁２の伸縮の両方に対して歪みの検知ができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものでなく、次の通り変形してもよい。
【００３８】
例えば、トンネル内壁２の歪みの計測に限らず各種の構造物、例えば曲面を持った構造物の変形量の計測に適用できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明の請求項１乃至３によれば、構造物の変形量に対する検知感度を向上して局部的な小さな変形量を検知できる構造物の変形量測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる構造物の変形量測定装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】同装置における光ファイバーセンサの具体的な構成図。
【図３】同装置の光ファイバーセンサの局部変位検出特性試験状況を示す図。
【図４】ギャップを変更したときの歪み検知出力の試験結果を示す図。
【図５】従来の構造物の変形量測定装置の構成図。
【図６】構造物等における突出物に対する検出作用を説明するための図。
【符号の説明】
１…トンネル、
２…トンネル内壁、
４…光ファイバー歪分布計測器、
１０…光ファイバーセンサ、
１１…光ファイバー。
【図１】
0003553374.tif 000005
【図２】
0003553374.tif 000006
【図３】
0003553374.tif 000007
【図４】
0003553374.tif 000008
【図５】
0003553374.tif 000009
【図６】
0003553374.tif 000010