(57)【要約】【課題】面の変位を測定するための面計測システム及び面測定用光ファイバの配置方法に関し、正確に面の変位などを検知できる面測定システム及び面測定用光ファイバの配置方法を提供することを目的とする。【解決手段】測定面に加わるストレスを測定する面測定システムであって、ストレスに応じて反射光を反射させ、かつ、ストレスが加わる位置に応じて反射する光の波長が異なるように加工された複数の光ファイバと、複数の光ファイバを結合させる光結合手段とを有し、光結合手段により光ファイバを測定面上で多岐に分岐させて配置し、光ファイバで反射された光の波長及び光量を測定し、測定面上でストレスの大きさ及びストレスが働いた位置を測定する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定面に加わるストレスを測定する面測定システムであって、前記ストレスに応じて送信光を反射させ、かつ、ストレスが加わる位置に応じて反射する光の波長が異なるように加工された複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバを結合させる光結合手段とを有し、
前記光結合手段により前記光ファイバを前記測定面上で多岐に分岐させて配置させたことを特徴とする面計測システム。
【請求項２】
前記光ファイバで反射された光の波長及び光量を測定し、前記測定面上で前記ストレスの大きさ及び前記ストレスが働いた位置を測定する測定手段を有することを特徴とする請求項１記載の面測定システム。
【請求項３】
前記光ファイバを前記光結合手段から放射状に延出させて、前記測定面上に配置したことを特徴とする請求項１記載の面測定システム。
【請求項４】
前記測定面上に前記光結合手段を複数配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の面測定システム。
【請求項５】
前記光ファイバの測定点に近接して配置され、周囲の環境を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知された前記周囲の環境に基づいて前記測定手段の測定されたストレスの大きさを補正する補正手段を有することを特徴とする請求項２記載の面測定システム。
【請求項６】
前記複数の光ファイバは、ストレスの検知位置が互いになるように平行に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の面測定システム。
【請求項７】
ストレスに応じて送信光を反射させ、かつ、ストレスが加わる位置に応じて反射する光の波長が異なるように加工された光ファイバに光を入射させ、該光ファイバからの反射光に応じて測定面の歪を測定する面測定システムであって、
光を分岐させる光結合手段により前記光ファイバを分岐させ、
前記測定面上で多岐に分岐させて配置させたことを特徴とする面測定用光ファイバの配置方法。
【請求項８】
前記複数の光ファイバをストレスの検知位置が互いになるように平行に配置したことを特徴とする請求項７記載の面測定用光ファイバの配置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面計測システム及び面測定用光ファイバの配置方法に係り、特に、面の変位を測定するための面計測システム及び面測定用光ファイバの配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
傾斜面やトンネルの内面の歪を観測し、傾斜面やトンネルの崩落などを事前に察知するためのシステムが開発されている。
【０００３】
図１は従来の面測定システムの一例の構成図を示す。
【０００４】
従来のＦＢＧ（ｆｉｂｅｒ　ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた面測定システム１は、測定用光ファイバ１１及び計測装置１２から構成されている。
【０００５】
測定用光ファイバ１１には、ｎ箇所に検知部Ｐが設けられている。検知部Ｐには、グレーティング加工が施されている。グレーティング加工は、紫外線などを照射することにより、周期的な屈折率の強弱を形成したものである。このとき、グレーティングは、検知部Ｐ毎に異なる波長の光を反射するように形成されている。検知部Ｐにストレスが働くと、グレーティングにより測定用光ファイバ１１中を伝達する光が反射する。このとき、検知部Ｐの位置に応じた波長の光が反射させる。
【０００６】
計測装置１２は、測定用光ファイバ１１に光を入射するとともに、測定用光ファイバ１１からの反射光を検出する。測定装置１２は、測定用光ファイバ１１からの反射光の波長によりストレスが働いている検知部Ｐを識別し、反射光の周波数偏移によりストレスの強さを検出する。
【０００７】
検知部Ｐの数は、測定装置１２から測定用光ファイバ１１に供給される光の波長に応じて決定される。従来の面測定システム１では、測定用光ファイバ１１に入射する光の波長が１５３０〜１５７０ｎｍ程度であり、検知部Ｐの数は、１０点程度であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の面測定システムでは、検知部数が少なく、面の変位を正確に検知できなかった。また、一本の測定用光ファイバ１１を測定面に配置していたため、測定用光ファイバ１１の引き回しが面倒であった。特に傾斜面などに設置する場合に面倒になる。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、正確に面の変位などを検知できる面測定システム及び面測定用光ファイバの配置方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、測定面に加わるストレスを測定する面測定システムであって、ストレスに応じて送信光を反射させ、かつ、ストレスが加わる位置に応じて反射する光の波長が異なるように加工された複数の光ファイバと、複数の光ファイバを結合させる光結合手段とを有し、光結合手段により光ファイバを測定面上で多岐に分岐させて配置させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２は、光ファイバで反射された光の波長及び光量を測定し、測定面上でストレスの大きさ及びストレスが働いた位置を測定する測定手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３は、光ファイバを光結合手段から放射状に延出させて、測定面上に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項４は、測定面上に光結合手段を複数配置したことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、光結合手段により光ファイバを測定面上で多岐に分岐させて配置することにより、光ファイバの設置を簡易に行える。また、測定面全体に検知部を設定できるため、正確に測定面の状態を検知できる。
【００１５】
請求項５は、光ファイバの測定点に近接して配置され、周囲の環境を検知する検知手段と、検知手段で検知された周囲の環境に基づいて前記測定手段の測定されたストレスの大きさを補正する補正手段を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、測定点の周囲の環境を検知し、その検知結果に基づいて測定結果を補正することにより正確に測定面の状態を検知できるようになる。
【００１７】
請求項６は、複数の光ファイバをストレスの検知位置が互いになるように平行に配置したことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、複数の光ファイバをストレスの検知位置が互いになるように平行に配置することにより、同一測定ライン上でのストレスの検知位置を増加させることができる。よって、密にストレスの検知を行える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
【００２０】
本実施例の面測定システム１００は、測定面に加わるストレスを測定するシステムである。面測定システム１００は、光ファイバ１１１、フォトカプラ１１３、測定装置１１２、検知装置１１４、通信ケーブル１１５から構成される。
【００２１】
光ファイバ１１１は、ストレスに応じて反射光を反射させ、かつ、ストレスが加わる位置に応じて反射する光の波長が異なるように加工されている。フォトカプラは、複数の光ファイバ１１１を結合させる。光ファイバ１１１は、フォトカプラ１１３により測定面上で多岐に分岐させて配置されている。例えば、光ファイバ１１１は、フォトカプラ１１３から放射状に延出させて、測定面上に配置される。なお、フォトカプラ１１３は、測定面上に複数配置するようにしてもよい。
【００２２】
測定装置１１２は、光ファイバ１１１で反射された光の波長及び光量を測定し、測定面上に働くストレスの大きさ及びストレスが働いた位置を測定する。
【００２３】
図３は測定装置１１２のブロック構成図を示す。
【００２４】
測定装置１１２は、光コネクタ１２１、発光部１２２、光電変換部１２３、インタフェース部１２４、処理部１２５、操作部１２６、表示部１２７、通信部１２８から構成される。
【００２５】
光コネクタ１２１には、光ファイバ１１１が接続される。光コネクタ１２１には、発光部１２２から光が供給される。発光部１２２は、波長１４４０〜１６２０ｎｍの広帯域の光を発光する。発光部１２２から出射される光の波長を１４４０〜１６２０ｎｍと広帯域にすることにより検知部Ｐを増加させることができる。例えば、２００点程度に増加させることが可能となる。光ファイバ１１１の検知部Ｐは、不要なストレスがかからないように筐体に収納されている。
【００２６】
発光部１２２から供給された光は、光コネクタ１２１を介して光ファイバ１１１に入射される。光ファイバ１１１に入射された光は、検知部Ｐで反射され、再び光コネクタ１２１に供給される。
【００２７】
光ファイバ１１１の反射光は、光コネクタ１２１により光電変換部１２４に供給される。光電変換部１２３は、光ファイバ１１１の反射光を電気信号に変換する。変換された信号は、インタフェース部１２４に供給される。インタフェース部１２４は、処理部１２５とのインタフェースをとる。処理部１２５は、インタフェース部１２４からの信号に基づいて反射光の周波数偏移を検出し、各検知部Ｐに働くストレスの大きさを検出する。
【００２８】
また、処理部１２５には、通信部１２８、通信ケーブル１１５を介して環境検知装置１１４が接続されている。処理部１２５には、環境検知装置１１４から各検知部Ｐの周囲の温度、湿度などの環境の情報が供給される。処理部１２５は、環境検知装置１１４から供給された温度、湿度などの環境情報に基づいて各検知部Ｐに働くストレスの大きさを補正する。
【００２９】
ここで、検知装置１１４について詳細に説明する。
【００３０】
図４は環境検知装置１１４のブロック構成図を示す。
【００３１】
環境検知装置１１４は、測定用光ファイバ１１１の検知部Ｐに近接して設けられている。環境検知装置１１４は、温度センサ１３１、湿度センサ１３２、処理部１３３、通信部１３４、太陽電池１３５、二次電池１３６から構成される。
【００３２】
温度センサ１３１は、周囲の温度に応じた信号を処理部１３３に供給する。湿度センサ１３２は、周囲の湿度に応じた信号を処理部１３３に供給する。処理部１３３は、温度センサ１３１及び湿度センサ１３２からの信号をディジタルデータに変換し、測定装置１１２に供給する情報を作成し、通信部１３４に供給する。通信部１３４は、処理部１３３で作成された情報を、通信ケーブル１１５を介して測定装置１１２に送信する。
【００３３】
なお、太陽電池１３５により生成された電力を二次電池１３６に蓄積することにより駆動電源を得ている。
【００３４】
また、環境検知装置１１４により、測定用光ファイバ１１１の各検知部Ｐの周囲の温度及び湿度などの情報を測定装置１１２に提供できる。
【００３５】
本実施例によれば、フォトカプラ１１３により複数の光ファイバ１１１を測定面上で多岐に分岐して配置することにより光ファイバ１１１の設置が容易になる。また、測定面全体に検知部を設定できるため、正確に測定面の変位を検知できる。さらに、測定点の周囲の環境を検知し、その検知結果に基づいて測定結果を補正することにより更に正確に測定面の変位を検知できる。
【００３６】
また、光ファイバ１１１を直線状に配置できるため、配置時に光ファイバのうち検知部Ｐ以外の部分に不要なストレスがかからないため、正確に測定面の変位を検知できる。
【００３７】
また、フォトカプラ１１３による複数の光ファイバ１１１の分岐の構造を測定面に応じて自在に変化させることができるため、各種測定面に対応することができる。測定面を選ばずに配置できる。
【００３８】
また、本実施例では、通信ケーブル１１５を介して検知部Ｐの周囲の環境を測定装置１１２に送信したが、測定用光ファイバ１１１を通して通信を行い、検知部Ｐの周囲の環境を測定装置１１２に送信を行うようにするようにしてもよい。
【００３９】
さらに、無線通信システムを用いて測定装置１１２と環境測定装置１１４との通信を行うようにしてもよい。
【００４０】
なお、本実施例では、フォトカプラ１１３を用いて放射状に測定用光ファイバ１１１を配置したが、格子状に配置するようにしてもよい。
【００４１】
図５は光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３の配置の変形例を示す図である。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。また、環境検知装置１１４は光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３の配置を明確にするために図面上は省略した。
【００４２】
本変形例では、光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３を格子状に配置した構成とされている。光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３を格子状に配置することにより、例えば、トンネル内面など矩形状の面への設置が容易になる。
【００４３】
また、光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３をくもの巣状に配置するようにしてもよい。
【００４４】
図６は光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３の配置の他の変形例を示す図である。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。また、環境検知装置１１４は光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３の配置を明確にするために図面上は省略した。
【００４５】
本変形例では、図６に示すように光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３をくもの巣状に配置することにより、山などの傾斜面への設置が容易になる。
【００４６】
また、本実施例では、ＦＢＧを用いたセンサを例に説明を行ったが、これに限定されるものではなく、ブリルアン散乱光を用いたＢＯＴＤＲなどを用いたセンサを用いても良く、要は光ファイバを用いてストレスを検出するセンサを用いるものに適用できる。
【００４７】
図７は光ファイバ１１１の他の配置を示す図である。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４８】
本変形例は、複数の光ファイバ１１１で検知部Ｐが交互に配置されるように複数の光ファイバ１１１を平行に配置している。ここで、光ファイバ１１１−１、１１１−２の検知部Ｐのピッチをｐ０とする。光ファイバ１１１−１及び１１１−２を平行に、かつ、光ファイバ１１１−１と光ファイバ１１１−２とで検知部Ｐが互いに交互になるように配置することにより、検知ラインＬ上での検知部Ｐのピッチを（ｐ０／２）と狭くすることができる。よって、所定の検知ラインＬ上での検知部Ｐの密度を高くすることができる。このため、高精度にストレスを検知できる。
【００４９】
なお、上記変形例では、説明を簡略化するために、２本の光ファイバ１１１−１、１１１−２を平行に、かつ、検知部Ｐが互いに交互になるように配置したが、３本以上の光ファイバを用いて互いの検知部Ｐが重ならないように配置することにより、検知部Ｐのピッチを（ｐ０／３）、（ｐ０／４）、（ｐ０／５）・・・にでき、更に高密度に配置することができる。
【００５０】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、光結合手段により光ファイバを測定面上で多岐に分岐させて配置することにより光ファイバの設置が容易になるとともに、測定面全体に検知部を設定できるため、正確に測定面の状態を検知でき、また、測定点の周囲の環境を検知し、その検知結果に基づいて測定結果を補正することにより更に正確に測定面の状態を検知できる等の特長と有する。
【００５１】
また、本発明によれば、複数の光ファイバをストレスの検知位置が互いになるように平行に配置することにより、同一測定ライン上でのストレスの検知位置を増加させることができ、よって、密にストレスの検知を行える等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の面測定システムのブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施例の面測定システムのブロック構成図である。
【図３】測定装置１１２のブロック構成図である。
【図４】環境検知装置１１４のブロック構成図である。
【図５】光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３の配置の変形例を示す図である。
【図６】光ファイバ１１１及びフォトカプラ１１３の配置の他の変形例を示す図である。
【図７】光ファイバ１１１の他の配置を示す図である。
【符号の説明】
１００　面測定システム
１１１　測定用光ファイバ
１１２　測定装置
１１３　フォトカプラ
１１４　環境検知装置
１１５　通信ケーブル
１２１　光コネクタ
１２２　発光部
１２３　光電変換部
１２４　インタフェース部
１２５　処理部
１２６　操作部
１２７　表示部
１２８　通信部
１３１　温度センサ
１３２　湿度センサ
１３３　処理部
１３４　通信部
１３５　太陽電池
１３６　二次電池
【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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