(57)【要約】【課題】面に対する歪み検出を可能にし、また、プレキャスト化して設置の容易化を図る。【解決手段】１本の光ファイバケーブル１１を、先ず、横方向に複数回蛇行させた後、９０°折り返し、横方向のケーブル上に重ねるように縦方向に複数回蛇行させ、ケーブルが縦横にクロスする部分を全て十字形状の連結固定金具１２で固定し、全体をメッシュ状に形成して光ファイバ歪みセンサ１を構成する。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ素線を樹脂で被覆した１本の光ファイバケーブルを縦横に折り返し、かつ、このケーブルが縦横にクロスする部分を固定してメッシュ状に形成し、このメッシュ状面で荷重を受けることを特徴とする光ファイバ歪みセンサ。
【請求項２】
光ファイバケーブルの表面に多数の凹部を形成し、このケーブルが縦横にクロスする部分を、前記凹部に係合するツメを有するとともに縦横のケーブルをカシメ固定する十字形状の連結固定金具で固定したことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ歪みセンサ。
【請求項３】
光ファイバ素線を樹脂で被覆した１本の光ファイバケーブルを縦横に折り返してメッシュ状に形成し、このメッシュ状面で荷重を受ける光ファイバ歪みセンサと、この歪みセンサの光ファイバ素線内に光パルスを送信し、そのときの光ファイバ素線内でのブリルアン散乱光を検出して光ファイバケーブル上の歪み位置及び歪みの大きさを測定する歪み測定装置とを備えたことを特徴とする歪み測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバケーブルを使用した光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを使用した歪み測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、崩落し易い崖面にコンクリートを吹き付けてネットを張るなどの対策を施す場合があるが、このような崖面は経年変化により経過年数によって崩落し易くなる。しかし、崩落は一気に起きることは少なく必ず前兆がある。このため、コンクリートを吹き付けた崖面に、光ファイバケーブルを使用した直線状の光ファイバ歪みセンサを、複数本縦にして並行に配置し、この各光ファイバ歪みセンサをそれぞれ光伝送路で接続した崩落監視システムを現場で組みたてて崩落の前兆を監視するようにしていた。すなわち、光ファイバ歪みセンサは崩落によって光ファイバケーブルに荷重がかかると内部の光ファイバ素線に歪みが生じるので、測定装置から光ファイバ素線に光パルスを通し、歪みによって発生するブリルアン散乱光を測定することで歪み発生を検出し、それにより崩落の発生を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、光ファイバケーブルを使用した直線状の光ファイバ歪みセンサを複数本縦にして並行に配置する構成であり歪みがファイバ線状に分散するため歪み位置が特定できず、崩落に対して十分な監視ができなかった。また、光ファイバ歪みセンサを現場で直接組み立てることになり、設置に時間がかかり危険性が高くなるという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、面に対する歪み検出ができ、また、プレキャスト化して設置の容易化を図ることができる光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを使用した歪み測定システムを提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバ素線を樹脂で被覆した１本の光ファイバケーブルを縦横に折り返し、かつ、このケーブルが縦横にクロスする部分を固定してメッシュ状に形成し、このメッシュ状面の特定された範囲内で検出可能な光ファイバ歪みセンサにある。
【０００６】
また、本発明は、光ファイバ素線を樹脂で被覆した１本の光ファイバケーブルを縦横に折り返してメッシュ状に形成し、このメッシュ状面で荷重を受ける光ファイバ歪みセンサと、この歪みセンサの光ファイバ素線内に光パルスを送信し、そのときの光ファイバ素線内でのブリルアン散乱光を検出して光ファイバケーブル上の歪み位置及び歪みの大きさを測定する歪み測定装置とを備えた歪み測定システムにある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、光ファイバ歪みセンサ１と歪み測定装置２を伝送用の光ケーブル３で接続して歪み測定システムを構成している。
【０００８】
前記光ファイバ歪みセンサ１は、図２に示すように、１本の光ファイバケーブル１１を、先ず、横方向に複数回蛇行させた後、９０°折り返し、横方向のケーブル上に重ねるように縦方向に複数回蛇行させ、ケーブルが縦横にクロスする部分を全て十字形状の連結固定金具１２で固定し、全体をメッシュ状に形成している。
【０００９】
前記光ファイバケーブル１１は、図３に示すように、光ファイバ素線１１ａを、アラミド（芳香族ポリアミド）繊維強化プラスチック１１ｂで被覆し、その上に、さらに樹脂１１ｃで被覆したもので、樹脂１１ｃの表面にはエンボス凹凸加工によって複数の凹部１１ｄを形成している。光ファイバ素線１１ａはセンサの要部を為し、外径が２５０μｍという極細いファイバである。
【００１０】
前記連結固定金具１２は、図４に示すように、上下にクロスするケーブル１１の案内路１３、１４を形成し、各案内路１３、１４の両端に前記光ファイバケーブル１１の凹部１１ｄに係合させるツメ１３ａ、１４ａを設けている。すなわち、連結固定金具１２は、図５に示すように、上下にクロスするケーブル１１を案内路１３、１４に通してツメ１３ａ、１４ａを凹部１１ｄに係合させた後、案内路１３、１４を内側にかしめてケーブル１１を固定するようにしている。
【００１１】
前記光ファイバ歪みセンサ１は、例えば、３ｍ間隔で横方向に７回、縦方向に７回蛇行させたもので、全体で横方向の長さＬＨが２１ｍ、縦方向の長さＬＶが２１ｍになっている。従って、メッシュの１つの目は３ｍ四方になっている。なお、メッシュの目の大きさは使用目的によってさらに細かくすることもできる。
【００１２】
このように、光ファイバ歪みセンサ１を縦横に配置した後、ケーブル１１が縦横にクロスする部分を全て連結固定金具１２で固定し全体をメッシュ状に形成するので、予め工場で組み立てるなどプレキャスト化することができる。
【００１３】
次に、光ファイバ歪みセンサ１を使用して歪みを測定する例について述べる。歪み測定装置２は、光ファイバ歪みセンサ１の歪みを測定する場合は、光ケーブル３を経由して光ファイバ歪みセンサ１の光ファイバ素線１１ａに対し、左上にある端１ａから右下にある端１ｂに向けて光パルスを送信する。光ファイバ歪みセンサ１において、光ファイバ素線１１ａに歪みがあればその歪み個所において光のブリルアン散乱が生じる。
【００１４】
光ファイバ歪みセンサ１の横ラインを上からＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８、縦ラインを左からＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８とし、例えば、図６に示すように、横ラインＨ４と縦ラインＶ５とのクロス上に荷重５がかかると、この荷重５によってセンサ上に歪みが生じる。
【００１５】
歪み測定装置２は、先ず、荷重５を載せない、すなわち、非荷重状態で光パルスを送信し、そのときのブリルアン散乱光を測定してセンサの歪みを測定する。このとき図７に波形Ｗ１１として示す歪み波形が測定される。なお、図中ファイバ長４０ｍとあるのは、歪み測定装置２から光ファイバ歪みセンサ１の端１ａまでの距離である。また、横蛇行及び縦蛇行において、曲折部１ｃの光ファイバの長さは６０ｃｍ、横蛇行から縦蛇行に移行する曲折部１ｄの光ファイバの長さは１ｍである。
【００１６】
次に、荷重５を載せた状態で光パルスを送信し、そのときのブリルアン散乱光を測定してセンサの歪みを測定すると、図７に波形Ｗ１２として示す歪み波形が測定される。この歪み波形Ｗ１２から、横ラインについてはＨ３、Ｈ４、Ｈ５において歪みが発生し、縦ラインについてはＶ４、Ｖ５、Ｖ６において歪みが発生し、特に、ラインＨ４、Ｖ５において大きな歪みが生じていることが分かる。
【００１７】
歪み測定装置２は、荷重５による歪み測定を行った後、歪み波形Ｗ１２の値から初期値の歪み波形Ｗ１１の値を減算してその差分を求め、図８に示す歪み測定結果を得る。このようにして、歪みが光ファイバ歪みセンサ１のどの位置で生じているかを検出することができる。
【００１８】
また、図９に示すように、横ラインＨ６とＨ７との間の縦ラインＶ３上に荷重６をかける場合には、歪み測定装置２は、先ず、荷重６を載せない状態で光パルスを送信し、そのときの反射光等からセンサの歪みを測定する。このとき図１０に波形Ｗ２１として示す歪み波形が測定される。
【００１９】
次に、荷重６を載せた状態でセンサの歪みを測定すると、図１０に波形Ｗ２２として示す歪み波形が測定される。この歪み波形Ｗ２２から、横ラインについてはＨ５、Ｈ６、Ｈ７において歪みが発生し、縦ラインについてはＶ３において歪みが発生し、特に、ラインＨ６、Ｖ３において大きな歪みが生じていることが分かる。
【００２０】
歪み測定装置２は、荷重６による歪み測定を行った後、歪み波形Ｗ２２の値から初期値の歪み波形Ｗ２１の値を減算してその差分を求め、図１１に示す歪み測定結果を得る。このようにして、歪みが光ファイバ歪みセンサ１のどの位置で生じているかを検出することができる。
【００２１】
また、図１２に示すように、横ラインＨ４、Ｈ５と、縦ラインＶ３、Ｖ４、Ｖ５との複数のクロス点上に荷重７をかける場合には、歪み測定装置２は、先ず、荷重７を載せない状態で光パルスを送信し、そのときの反射光等からセンサの歪みを測定する。このとき図１３に波形Ｗ３１として示す歪み波形が測定される。
【００２２】
次に、荷重７を載せた状態でセンサの歪みを測定すると、図１３に波形Ｗ３２として示す歪み波形が測定される。この歪み波形Ｗ３２から、横ラインについてはＨ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６において比較的大きな歪みが発生し、縦ラインについてはＶ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６において比較的大きな歪みが発生し、特に、ラインＨ４、Ｈ５、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５において大きな歪みが生じていることが分かる。
【００２３】
歪み測定装置２は、荷重７による歪み測定を行った後、歪み波形Ｗ３２の値から初期値の歪み波形Ｗ３１の値を減算してその差分を求め、図１４に示す歪み測定結果を得る。このようにして、歪みが光ファイバ歪みセンサ１のどの位置で生じているかを検出することができる。
【００２４】
このように、光ファイバ歪みセンサ１は、様々な荷重に対して部分的な歪みを起こし、歪み測定装置２は、光ファイバ歪みセンサ１の歪みを送信した光パルスのブリルアン散乱光から測定する。従って、このような光ファイバ歪みセンサ１を、例えば、崩落し易い崖面に設置すれば、崖面の崩落を面で測定することが可能となり、崩落に対して十分な監視ができる。また、メッシュの目を細かくすれば崖面の崩落をより精度よく測定することができる。
【００２５】
また、光ファイバ歪みセンサ１を予め工場で組み立てるなどプレキャスト化することができるので、この光ファイバ歪みセンサ１を危険度の高い崖面に対して時間をかけずに容易に設置することが可能になる。
【００２６】
なお、この実施の形態においては、光ファイバケーブル１１が縦横にクロスする部分を十字形状の連結固定金具１２で固定するようにしたがこれに限定するものではなく、他の部品で連結固定してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、面に対する歪み検出ができ、また、プレキャスト化して設置の容易化を図ることができる光ファイバ歪みセンサ及びこのセンサを使用した歪み測定システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサの構成を示す図。
【図３】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサを構成する光ファイバケーブルの構成を示す部分斜視図。
【図４】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサの組み立てに使用する連結固定金具の構成を示す斜視図。
【図５】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサの組み立てに使用する連結固定金具による光ファイバケーブルの連結状態を示す部分斜視図。
【図６】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサに対する荷重例を示す図。
【図７】図６の荷重例における非荷重時の歪み波形と荷重時の歪み波形を示す図。
【図８】図６の荷重例における荷重時の歪み波形と非荷重時の歪み波形との差の波形を示す図。
【図９】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサに対する他の荷重例を示す図。
【図１０】図９の荷重例における非荷重時の歪み波形と荷重時の歪み波形を示す図。
【図１１】図９の荷重例における荷重時の歪み波形と非荷重時の歪み波形との差の波形を示す図。
【図１２】同実施の形態の光ファイバ歪みセンサに対する他の荷重例を示す図。
【図１３】図１２の荷重例における非荷重時の歪み波形と荷重時の歪み波形を示す図。
【図１４】図１２の荷重例における荷重時の歪み波形と非荷重時の歪み波形との差の波形を示す図。
【符号の説明】
１…光ファイバ歪みセンサ
２…歪み測定装置
１１…光ファイバケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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