(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスによって生じる光ファイバの長さ方向における散乱光の分布を測定することにより該光ファイバの長さ方向における物理量の分布を測定する場合、計測対象区間の前後にグレーティングが形成された光ファイバを敷設し、光ファイバ全体の散乱光及び反射光の測定値の中から計測対象区間の測定値を識別することを特徴とする計測区間識別方法。
【請求項２】
光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスによって生じる光ファイバの長さ方向における散乱光の分布を測定することにより該光ファイバの長さ方向における物理量の分布を測定する場合、計測対象区間の前後にフィルタが形成された光ファイバを敷設し、光ファイバ全体の散乱光及び反射光の測定値の中から計測対象区間の測定値を識別することを特徴とする計測区間識別方法。
【請求項３】
前記フィルタが形成された部分が、光ファイバを台座に固定し、台座に固定された光ファイバに溝を形成し、その溝にフィルタを指し込み接着剤で固定して構成されたものであることを特徴とする請求項２記載の計測対象区間識別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ自体をセンサーとして用い、光ファイバの長さ方向に沿った物理量の分布を計測する際に必要となる計測対象区間の識別方法に関するものである。本発明は、通信線路等についての遠隔からの計測及び監視の分野で利用される。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、それ自体が信号を発信又は物理的な動きをすることがない受動部品である。そのため、電源が不要で故障或いは経年変化が極めて少ない高い信頼性を実現している。また、大量生産される光ファイバは低コストである。このような背景から、光ファイバをセンサーとして用いて構造物又は地盤の歪み又は亀裂等の変状若しくは温度等を計測又は監視する種々の方法が提案されている。以下に一例として、光ファイバをセンサーとして用いて構造物の歪みを計測する場合を説明する。
【０００３】
構造物に蓄積された歪みを正確に評価することはその構造物の信頼性を診断する上で重要である。これまで、このような用途には電気式の歪みゲージを点在させる方法が採られてきた。しかし、この従来の方法では、歪みゲージを張り付けた部分のみを計測するため点の計測であり、連続的な歪みの計測が不可能であるという問題があった。
【０００４】
歪みが発生している光ファイバに光を入射すると、歪みが発生している部分と発生していない部分とでは、散乱光の一種であるブリルアン散乱光が異なる状態で戻って来る。この性質を利用し、光ファイバの片端から光ファイバ全体の歪みの大きさとその位置を検出する技術が提案されている（特願平７−２４８１６９号参照）。この技術は、光ファイバにパルス光を入射し、ブリルアン散乱光とそれが戻って来るまでの時間とによって、光ファイバの長さ方向の歪みの大きさとその位置を検出している。
【０００５】
この技術を応用して構造物の形状の変化即ち歪みを計測する方法が提案されている（倉嶋他、「光ファイバセンサを用いたコンクリート構造物のひずみ分布測定」応用物理学会第１９回光波センシング技術研究会資料、第２３−３０頁（１９９７）参照）。この方法では、通信用の光ファイバをセンサーとして構造物に固定しておき、その光ファイバにかかる張力の大きさとその位置から構造物の形状の変化の大きさとその箇所を計測している。ここでは、物理的に長い光ファイバをセンサーとして使用することにより、長さ方向の任意の点における歪み計測即ち線での計測が可能になっている。また、この方法によれば、光ファイバの引回し方によっては面をカバーする歪み計測も可能である。
【０００６】
この報告では、構造物として長さ１０ｍのコンクリート単純梁を用いて曲げの実験を行っている。図１（ａ）にこの実験系の説明図を、図１（ｂ）にこの実験に使用したコンクリート単純梁の断面図を示す。コンクリート単純梁１００  の表面の長さ方向に光ファイバ１０５  及び１０６  を貼付し、単純梁の中央に重さ５ｔの荷重１０１  を載せて曲げを発生させ、その時に単純梁１００  に発生する歪みを光ファイバ１０３−１０６  と歪み損失統合型ＯＴＤＲ１１０  を用いて計測している。同時に、歪みゲージ１０７  及び１０８  を設置して歪みゲージ計測器１０２  で計測し、光ファイバによる歪みの計測値と比較している。
【０００７】
この場合の計測結果を図２に示す。曲線の１０３，１０４，１０５  及び１０６  はそれぞれ図１のそれぞれの参照番号に該当する部分の計測値に相当する部分である。この図から単純梁１００  の上面及び下面の歪みに相当する部分１０５  及び１０６  の部分のみを取り出して図示すると図３のようになる。同時に図示されている○及び□は、それぞれコンクリート単純梁１００  の上側及び下側の鉄筋に１ｍ間隔で貼付した歪みゲージ１０７  、１０８  による各点毎の歪みの計測値であり、線Ａ及び線Ｂは、それぞれコンクリート単純梁１００  の上面及び下面に貼付した光ファイバ１０５  及び１０６  による歪み計測値である。光ファイバ１０５  、１０６  が貼付されている位置と歪みゲージ１０７  、１０８  が貼付されている位置とがコンクリート単純梁の高さ方向で５０ｍｍ離れているため、歪みゲージにより計測された歪み値をコンクリート単純梁の上面及び下面の位置の歪みに換算して図示している。
【０００８】
図３に示された結果から、光ファイバによる長さ方向の連続的な歪み分布の計測結果と歪みゲージによる各ポイント毎の歪みの計測結果とがほぼ同一の値を示していることがわかる。このことから、光ファイバを用いる構造物の歪み計測が有効であることが確認されたといえる。
【０００９】
この場合、図２の曲線から実際に計測する区間である梁の部分に相当する部分を決定することは、曲線の形状から比較的容易である。しかしながら、実際にこの種の計測を行う場合には、一つの計測系で例えば単純梁のみではなく、光ファイバを壁−梁−壁−梁−壁のように構造物の異なる部分に連続的に敷設して計測することが必要になる。このような場合に、計測波形とそれに対応する構造物の部分との間の対応関係を知ることは容易ではない。このようなことは、例として説明した構造物の場合に限らず、光ファイバをセンサーとしてその長さ方向に沿って物理量を計測する場合に一般的に提起される問題点である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、光ファイバをセンサーとして用い、光ファイバの長さ方向に沿って物理量を計測する際に、計測対象区間の識別を簡単且つ効率的に行う方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の計測区間識別方法は、上記の目的を達成するために、光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスによって生じる光ファイバの長さ方向における散乱光の分布を測定することにより該光ファイバの長さ方向における物理量の分布を測定する場合、計測対象区間の前後にグレーティングが形成された光ファイバを敷設し、光ファイバ全体の散乱光及び反射光の測定値の中から計測対象区間の測定値を識別することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の計測区間識別方法は、光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスによって生じる光ファイバの長さ方向における散乱光の分布を測定することにより該光ファイバの長さ方向における物理量の分布を測定する場合、計測対象区間の前後にフィルタが形成された光ファイバを敷設し、光ファイバ全体の散乱光及び反射光の測定値の中から計測対象区間の測定値を識別することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施例について説明する前に参考例について説明する。
【００１４】
〔参考例１〕
図４は参考例１を示す図である。図４（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付け、その前後に融着点５及び６で波長  １．３μｍ  用の光ファイバ２及び３を融着する。この場合、歪み分布計測装置１１により光ファイバ全体の歪みの分布を計測した結果は図４（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４と波長１．３μｍ  用の光ファイバ２及び３とで計測された歪みの大きさが異なっている。これにより、波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４と波長  １．３μｍ  用の光ファイバ２及び３との融着点５及び６、即ち計測対象区間を容易に決定することができる。この場合、融着点と計測対象区間とが多少ずれていても、本発明の効果は変わらない。
【００１５】
〔参考例２〕
図５は参考例２を示す図である。図５（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付け、その前後に融着点５及び６で波長  １．３μｍ  用の光ファイバ２及び３を融着する。この場合、温度分布計測装置２１により光ファイバ全体の温度の分布を計測した結果は図５（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４と波長１．３μｍ  用の光ファイバ２及び３とで計測された温度が異なっている。これにより、波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４と波長  １．３μｍ  用の光ファイバ２及び３との融着点５及び６、即ち計測対象区間を容易に決定することができる。この場合、融着点と計測対象区間とが多少ずれていても、本発明の効果は変わらない。
【００１６】
〔参考例３〕
図６は参考例３を示す図である。図６（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付け、その前後に融着点５及び６で波長  １．３μｍ  用の光ファイバ２及び３を融着する。この場合、損失分布計測装置３１により光ファイバ全体の損失の分布を計測した結果は図６（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４と波長１．３μｍ  用の光ファイバ２及び３とで計測された損失の傾きが異なっている。これにより、波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４と波長  １．３μｍ  用の光ファイバ２及び３との融着点５及び６、即ち計測対象区間を容易に決定することができる。この場合、融着点と計測対象区間とが多少ずれていても本発明の効果は変わらない。
【００１７】
〔参考例４〕
図７は参考例４を示す図である。図７（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。その際、光ファイバ４の計測対象区間７に一定の張力を加えて貼り付ける。この場合、歪み分布計測装置１１により光ファイバ全体の歪みの分布を計測した結果は図７（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、一定の張力を加えた部分とその他の部分との間で計測された歪みの大きさが異なっている。これにより、一定の張力を加えた部分、即ち計測対象区間を容易に決定することができる。
【００１８】
〔参考例５〕
図８は参考例５を示す図である。図８（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。その際、光ファイバ４の計測対象区間の前後部分の一部をボビン１２、１３に一定の張力で巻き付ける。この場合、歪み分布計測装置１１により光ファイバ全体の歪みの分布を計測した結果は図８（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、一定の張力を加えた部分とその他の部分との間で計測された歪みの大きさが異なっている。これにより、ボビンを用いて一定の張力を加えた部分の位置から計測対象区間を容易に決定することができる。
【００１９】
〔参考例６〕
図９は参考例６を示す図である。図９（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。その際、光ファイバ４の計測対象区間の前後部分の全部をボビン１４、１５に一定の張力で巻き付ける。この場合、歪み分布計測装置１１により光ファイバ全体の歪みの分布を計測した結果は図９（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、一定の張力を加えた部分とその他の部分との間で計測された歪みの大きさが異なっている。これにより、ボビンを用いて一定の張力を加えた部分から計測対象区間を容易に決定することができる。
【００２０】
〔参考例７〕
図１０は参考例７を示す図である。図１０（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間にＧＩ光ファイバ２４を貼り付ける。その際、光ファイバ２４の計測対象区間の前後部分に電熱線２２、２３を巻いて温度を変化させる。この場合、温度分布計測装置２１により光ファイバ全体の温度の分布を計測した結果は図１０（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、温度を変化させた部分とその他の部分との間で計測された温度が異なっている。これにより、温度を変化させた部分から計測対象区間を容易に決定することができる。温度分布計測装置２１としては、ラマン散乱光又はブリルアン散乱光を用いて光ファイバの長さ方向の温度分布を計測する装置を用いることができる。
【００２１】
〔参考例８〕
図１１は参考例８を示す図である。図１１（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。その際、光ファイバ４の計測対象区間の前後部分の一部をボビン１２、１３に巻き付けて曲げ損失を発生させる。この場合、損失分布計測装置３１により光ファイバ全体の損失の分布を計測した結果は図１１（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、ボビンを用いて曲げ損失を発生させた位置で損失が大きくなっている。これにより、損失が大きくなる位置から計測対象区間を容易に決定することができる。
【００２２】
〔参考例１０〕
図１３は参考例１０を示す図である。図１３（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。この光ファイバ４には、計測対象区間の前後に、光コネクタ３４、３５が接続されている。この場合、損失分布計測装置３１により光ファイバ全体の損失の分布を計測した結果は図１３（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、光コネクタが接続された位置で反射が生起すると共に損失も大きくなっている。これにより、損失が大きくなる位置から計測対象区間を容易に決定することができる。
【００２３】
〔実施例１〕
図１２は本発明の実施例１を示す図である。図１２（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。この光ファイバ４には、計測対象区間の前後に、通過光の一部を反射するグレーティング３２、３３を形成してある。この場合、損失分布計測装置３１により光ファイバ全体の損失の分布を計測した結果は図１２（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、グレーティングが形成された位置で反射が生起すると共に損失も大きくなっている。これにより、損失が大きくなる位置から計測対象区間を容易に決定することができる。
【００２４】
〔実施例２〕
図１４は本発明の実施例２を示す図である。図１４（ａ）に示すように、計測対象物１の表面の計測対象区間に波長１．５５μｍ  用の光ファイバ４を貼り付ける。この光ファイバ４には、計測対象区間の前後に、フィルタ３６、３７が形成されている。フィルタが形成されている部分を図１５に示す。図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＡＢ間の一部拡大図である。フェルール４１に光ファイバ４２の一部を固定し、光ファイバ４２が固定されたフェルール４１ごと数十μｍ  の溝４３を切る。その溝４３に、光の透過率が波長依存性を有する多層膜フィルタ４４を差し込み、接着剤で固定する。このフィルタ４４は、光ファイバ自体をセンサーとして用い光ファイバの長さ方向に沿った物理量の分布を計測するための試験光（例えば波長１．５５μｍ  ）４５を透過し、計測対象区間を特定するための識別光（例えば波長１．３  μｍ  ）４６を一部反射することができる。この場合、損失分布計測装置３１により光ファイバ全体の損失の分布を計測した結果は図１４（ｂ）に示すとおりである。この結果によれば、フィルタが形成された位置で反射が生起すると共に損失も大きくなっている。これにより、損失が大きくなる位置から計測対象区間を容易に決定することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバに光を入射すると光ファイバの長さ方向に種々の物理量に起因する特徴を含む散乱光が発生することを利用し、光ファイバ自体をセンサーとして用いて光ファイバの長さ方向に沿った物理量の分布を計測する際、光ファイバの長さ方向に発生する散乱光の分布を測定する装置と光ファイバとを用いて計測対象区間の識別を行う。計測対象区間の前後にグレーティング又はフィルタが形成された光ファイバを用いることにより、計測対象区間を明確に識別することができる。従って、従来のように余長部分の長さを正確に計測する必要がなく、計測対象区間を効率的に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート単純梁の曲げの実験を説明する図である。
【図２】図１の実験の計測結果を示す図である。
【図３】図１の実験の計測結果を説明する図である。
【図４】参考例１を説明する図である。
【図５】参考例２を説明する図である。
【図６】参考例３を説明する図である。
【図７】参考例４を説明する図である。
【図８】参考例５を説明する図である。
【図９】参考例６を説明する図である。
【図１０】参考例７を説明する図である。
【図１１】参考例８を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例１を説明する図である。
【図１３】参考例９を説明する図である。
【図１４】本発明の実施例２を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例２におけるフィルタが形成されている部分を説明する図である。
【符号の説明】
１  計測対象物
２、３  波長  １．３μｍ  用の光ファイバ
４  波長１．５５μｍ  用の光ファイバ
５、６  融着点
７  計測対象区間
１１  歪み分布計測装置
１２、１３、１４、１５  ボビン
２１  温度分布計測装置
２２、２３  電熱線
２４  ＧＩ光ファイバ
３１  損失分布計測装置
３２、３３  グレーティング
３４、３５  光コネクタ
４１  フェルール
４２  光ファイバ
４３  溝
４４  多層膜フィルタ
４５  試験光
４６  識別光
１００  コンクリート単純梁
１０１  荷重
１０２  歪みゲージ計測器
１０３、１０４、１０５、１０６  光ファイバ
１０７、１０８  歪みゲージ
１１０  歪み損失統合型ＯＴＤＲ
【図１】
0003544861.tif 000002
【図２】
0003544861.tif 000003
【図３】
0003544861.tif 000004
【図４】
0003544861.tif 000005
【図５】
0003544861.tif 000006
【図６】
0003544861.tif 000007
【図７】
0003544861.tif 000008
【図８】
0003544861.tif 000009
【図９】
0003544861.tif 000010
【図１０】
0003544861.tif 000011
【図１１】
0003544861.tif 000012
【図１２】
0003544861.tif 000013
【図１３】
0003544861.tif 000014
【図１４】
0003544861.tif 000015
【図１５】
0003544861.tif 000016