(57)【要約】【課題】外的要因の影響を受けにくく、初期設置コストおよび維持コストの低減を図る。【解決手段】測定対象の変位を検知する光ファイバ式変位計１。測定対象の変位を受ける変位受け部３と、中空形状を有しており、変位受け部３を所定方向に沿って弾性支持するコイル状バネ部材２と、コイル状バネ部材２を所定方向に沿って移動自在に支持しており、測定対象の変位に基づくコイル状バネ部材２全体の所定方向に沿った移動に応じてその移動方向に略直交する方向に弾性変形する変状部６と、変状部６の変形方向に略直交し、かつコイル状バネ部材２の移動方向に平行な方向を中心軸として変状部６の周囲に巻回された第１の光ファイバ７と、コイル状バネ部材２の中空部内に、コイル状バネ部材２の移動に応じて一体に移動自在に配置された変位検知用ファイバ部１５ａを含む第２の光ファイバ１５とを備えている。【選択図】      図２
2004257773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の変位を検知する光ファイバ式変位計であって、
前記測定対象の変位を受ける変位受け部と、
中空形状を有しており、前記変位受け部を所定方向に沿って弾性支持する弾性支持部と、
前記弾性支持部を前記所定方向に沿って移動自在に支持しており、前記測定対象の変位に基づく前記弾性支持部全体の前記所定方向に沿った移動に応じてその移動方向に略直交する方向に弾性変形する弾性変形部と、
前記弾性変形部の変形方向に略直交し、かつ前記弾性支持部の移動方向に平行な方向を中心軸として当該弾性変形部の周囲に巻回された第１の光ファイバと、
前記弾性支持部の中空部内に、当該弾性支持部の移動に応じて一体に移動自在に配置された変位検知用ファイバ部を含む第２の光ファイバと、
を備えたことを特徴とする光ファイバ式変位計。
【請求項２】
前記変位検知用ファイバ部は、前記変位受け部から離間した位置に当該変位受け部と対向して配置されており、
前記変位検知用ファイバ部における所定距離離間した第１および第２の部位をそれぞれ固定支持する固定支持部と、
前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位を前記弾性支持部と一体に移動自在に支持する移動支持部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ式変位計。
【請求項３】
前記弾性支持部は略環状の形状を有し、前記弾性変形部は環状の側面部を有し前記弾性支持部と同軸状に配置されており、前記第１の光ファイバは前記弾性変形部の前記環状側面部に巻回されており、
前記弾性支持部および前記弾性変形部の中心軸方向に沿って配置されており、前記変位受け部を前記弾性変形部に対して同軸状に支持する同軸支持部をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の光ファイバ式変位計。
【請求項４】
前記弾性変形部は前記環状側面部を含む略中空円筒形状を有しており、前記変位受け部は、前記弾性変形部の中空部と同軸状に形成された中空円板形状を有しており、
前記同軸支持部は、前記弾性変形部の中空部分および前記変位受け部の中空部分に挿入配置された略円筒部材であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ式変位計。
【請求項５】
前記固定支持部は、前記変位検知用ファイバ部における所定距離離間した第１および第２の部位をそれぞれ前記同軸支持部に対して固定支持しており、前記移動支持部は、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位に固定されたファイバ支持部と、このファイバ支持部を、前記弾性支持部における当該ファイバ支持部に対向する部位に取り付ける屈曲自在な取付アーム部とを備えたことを特徴とする請求項４記載の光ファイバ式変位計。
【請求項６】
前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位の前記弾性支持部に対する支持位置は、前記測定対象が所定長変位した場合に弾性変形し始める位置であることを特徴とする請求項１乃至５の内の何れか１項記載の光ファイバ式変位計。
【請求項７】
前記弾性支持部および前記弾性変形部は、互いに異なる弾性係数を有することを特徴とする請求項１乃至６の内の何れか１項記載の光ファイバ式変位計。
【請求項８】
前記弾性支持部はバネ部材であり、このバネ部材のバネ定数を、前記測定対象、その測定対象に対する変位の測定範囲および該測定対象の変位に対する要求精度に応じて可変設定したことを特徴とする請求項１乃至７の内の何れか１項記載の光ファイバ式変位計。
【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、トンネル、橋梁、ダム、ビル、河川堤防、港湾施設等の大型土木構造物や地盤、雪氷に対して、災害防止あるいは災害の事前検知のためにその測定対象物の変位を監視する必要がある場合に好適な光ファイバ式変位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２１世紀を迎え、より安全な生活環境を実現するために、上記トンネル、橋梁、ダム、ビル、河川堤防、港湾施設等の大型土木構造物の経年劣化や地盤、雪氷の崩壊予測等を監視するシステムの確立が望まれている。
【０００３】
この点、従来では、上述した大型土木構造物や地盤、雪氷等の測定対象の変位を、ひずみゲージを含む電気式センサにより電気抵抗の変化として検出する計測方式（例えば、非特許文献１参照）や、測定対象の変位から生じる音響放出（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）に基づいて電気的に検出する計測方式（非特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
また、上記測定対象にレーザ受光部を設置し、そのレーザ受光部にレーザを照射してその回転角の変化量から測定対象の変位を計測するシステム（非特許文献３参照）や、高精度カメラにより計測対象を連続的に撮影し、得られた撮影画像を画像解析処理して測定対象の変位を計測するシステム（非特許文献４参照）が知られている。
【０００５】
【非特許文献１】
”変位計”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年２月１４日、株式会社共和電業、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｗａ−ｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｊａｐａｎｅｓｅ／ｐｒｏｄｕｃｔ／２００２−１０／１０−３３．ｐｄｆ＞
【０００６】
【非特許文献２】
”岩盤崩壊予測システム”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年２月１９日、明治コンサルタント株式会社、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｉｃｏｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｔｕｄｙ／ｒｏｃｋ／＞
【０００７】
【非特許文献３】
”レーザ変位計（ＰＭ−１０００）”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年２月６日、株式会社  計測リサーチコンサルタント、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｒｃｎｅｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ／ＰＭ１０００／ＰＭ１０００＿０１．ｈｔｍ＞
【０００８】
【非特許文献４】
”ＣＣＤカメラを用いた変位計測システム”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１３年８月３０日、株式会社  大林組、［平成１５年２月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｂａｙａｓｈｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｎｅｗｓｒｅｌｅａｓｅ／ｎｅｗｓ２００１０８／ｎｅｗｓ２００１０８２３．ｈｔｍｌ＞
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上述した電気式センサは高精度である。
【００１０】
しかしながら、電気式センサは、変位を電気的に計測しているため、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因に対して影響され易く、また、センサ自体が高価であり、初期設置コストおよび維持コストも高価であるという問題が生じていた。
【００１１】
さらに、上述した大型の測定対象に対する変位計測の場合、その測定対象を複数点で計測する必要があるが、その複数点計測を複数の電気式センサで行った場合、システムが複雑になり、また、電気式センサ毎に電源が必要であるという問題が生じていた。
【００１２】
その測定対象を複数点で計測する必要があるが、その複数点計測を複数の電気式センサで行った場合、システムが複雑になり、また、電気式センサ毎に電源が必要であるという問題が生じていた。
【００１３】
特に、高精度カメラによる連続撮影・画像解析方式の変位計測システムでは、豪雨等の悪天候時や夜間時の監視が困難であった。また、高精度カメラの撮影範囲に起因して監視対象地域や、高精度カメラの設置密度に限界がある等の問題があった。
【００１４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、天候、高圧電線等の外的要因の影響を受けにくく、初期設置コストおよび維持コストの低減が図れる光ファイバ式変位計を提供することをその目的とする。
【００１５】
また、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上記光ファイバ式変位計を複数個用いて複数点計測を行った場合においても、システム構成が簡易であり、各光ファイバ式変位計の電源を不要とすることを他の目的とする。
【００１６】
さらに、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、変位発生の有無を遠隔地から一元的に監視することができる光ファイバ式変位計を提供することを他の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、請求項１に記載されたように、測定対象の変位を検知する光ファイバ式変位計であって、前記測定対象の変位を受ける変位受け部と、中空形状を有しており、前記変位受け部を所定方向に沿って弾性支持する弾性支持部と、前記弾性支持部を前記所定方向に沿って移動自在に支持しており、前記測定対象の変位に基づく前記弾性支持部全体の前記所定方向に沿った移動に応じてその移動方向に略直交する方向に弾性変形する弾性変形部と、前記弾性変形部の変形方向に略直交し、かつ前記弾性支持部の移動方向に平行な方向を中心軸として当該弾性変形部の周囲に巻回された第１の光ファイバと、前記弾性支持部の中空部内に、当該弾性支持部の移動に応じて一体に移動自在に配置された変位検知用ファイバ部を含む第２の光ファイバと、
を備えている。
【００１８】
請求項２に記載された発明によれば、前記変位検知用ファイバ部は、前記変位受け部から離間した位置に当該変位受け部と対向して配置されており、前記変位検知用ファイバ部における所定距離離間した第１および第２の部位をそれぞれ固定支持する固定支持部と、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位を前記弾性支持部と一体に移動自在に支持する移動支持部と、をさらに備えている。
【００１９】
請求項３に記載された発明によれば、前記弾性支持部は略環状の形状を有し、前記弾性変形部は環状の側面部を有し前記弾性支持部と同軸状に配置されており、前記第１の光ファイバは前記弾性変形部の前記環状側面部に巻回されており、前記弾性支持部および前記弾性変形部の中心軸方向に沿って配置されており、前記変位受け部を前記弾性変形部に対して同軸状に支持する同軸支持部をさらに備えている。
【００２０】
請求項４に記載された発明によれば、前記弾性変形部は前記環状側面部を含む略中空円筒形状を有しており、前記変位受け部は、前記弾性変形部の中空部と同軸状に形成された中空円板形状を有しており、前記同軸支持部は、前記弾性変形部の中空部分および前記変位受け部の中空部分に挿入配置された略円筒部材である。
【００２１】
請求項５に記載された発明によれば、前記固定支持部は、前記変位検知用ファイバ部における所定距離離間した第１および第２の部位をそれぞれ前記同軸支持部に対して固定支持しており、前記移動支持部は、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位に固定されたファイバ支持部と、このファイバ支持部を、前記弾性支持部における当該ファイバ支持部に対向する部位に取り付ける屈曲自在な取付アーム部とを備えている。
【００２２】
請求項６に記載された発明によれば、前記変位検知用ファイバ部における前記第１および第２の部位間の所定部位の前記弾性支持部に対する支持位置は、前記測定対象が所定長変位した場合に弾性変形し始める位置である。
【００２３】
請求項７に記載された発明によれば、前記弾性支持部および前記弾性変形部は、互いに異なる弾性係数を有する。
【００２４】
請求項８に記載された発明によれば、前記弾性支持部はバネ部材であり、このバネ部材のバネ定数を、前記測定対象、その測定対象に対する変位の測定範囲および該測定対象の変位に対する要求精度に応じて可変設定している。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる光ファイバ式変位計１の概略構成を示す図である。
【００２６】
図１に示すように、光ファイバ式変位計１は、測定対象、その測定対象に対する変位の測定範囲および該測定対象の変位に対する要求精度に応じて可変設定された弾性係数であるバネ定数を有する中空かつコイル状バネ部材２と、このコイル状バネ部材２の一端部に同軸状に取り付けられた略中空円板状の変位受け部３とを備えており、この変位受け部３の端面３ａが測定対象の変位を受ける変位受け面として構成されている。
【００２７】
変位受け部３は、コイル状バネ部材２により中心軸方向に沿って移動自在に弾性支持されている。
【００２８】
また、光ファイバ式変位計１は、コイル状バネ部材２の他端部に一端面５ａを介して同軸状に取り付けられた略中空円板状を有するバネ受け部５と、このバネ受け部５の他端面５ｂに同軸状に取り付けられており、ゴム等の弾性範囲が広くポアソン比が大きい弾性部材から形成された略中空円筒形状を有する弾性変形部（変状部）６とを備えている。
【００２９】
また、変状部６の弾性係数は、コイル状バネ部材２のバネ定数（弾性係数）とは異なる値に設定されている。
【００３０】
コイル状バネ部材２およびバネ受け部５は、変状部６に対して、その弾性変形により中心軸方向に沿って移動自在に支持されている。
【００３１】
また、光ファイバ式変位計１は、変状部６の環状側面６ａに巻回された第１の光ファイバ７と、変状部６の他端面に同軸状に取り付けられており、バネ受け部５と略同一の形状を有する変位計取付部８とを備えており、光ファイバ式変位計１は、例えば測定対象部位の変位方向に対向するように変位計取付部８を介して固定取付されている。
【００３２】
変位受け部３、バネ受け部５、変状部６および変位計取付部８それぞれの中空部は、同一面積を有し同軸状に配置されている。
【００３３】
さらに、光ファイバ式変位計１は、この変位受け部３、バネ受け部５、変状部６および変位計取付部８それぞれの中空部に挿入配置されており、変位受け部３、バネ受け部５、変状部６および変位計取付部８それぞれの中心軸を調整して同軸配置状態を保持するための同軸支持部としての略円筒状の軸調整具９とを備えており、変位受け部３は、この軸調整具９に対してスライド自在に支持されている。
【００３４】
そして、光ファイバ式変位計１は、コイル状バネ部材２の中空部２ａ内に、変位受け部３から中心軸方向に沿って所定距離だけ離間した位置に変位受け部３と対向して配置された変位検知用ファイバ部１５ａを含む第２の光ファイバ１５と、変位検知用ファイバ部１５ａにおける所定距離離間した第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２をそれぞれ固定支持する固定支持部１６ａ１および１６ａ２とを備えている。
【００３５】
さらに、光ファイバ式変位計１は、変位検知用ファイバ部５ａにおける第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２間の所定部位である例えば中央部１５ａ３を弾性支持部２と一体に移動自在に支持する移動支持部１７を備えている。
【００３６】
すなわち、図３に示すように、固定支持部１６ａ１および１６ａ２は、変位検知用ファイバ部１５ａにおける第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２をそれぞれ変位受け面対向側とは反対側（バネ受け部５側）から固定支持する第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２と、この第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２を、変位検知用ファイバ部１５ａにおける上記第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２間の部分が変位受け部３の変位受け面３ａに平行かつ中心軸に対して直交に配置されるように軸調整具９に対して固定支持する第１および第２の固定支持アーム２２ａ１および２２ａ１とを備えている。
【００３７】
さらに、移動支持部１７は、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３における変位受け部３に対する対向面に当接して固定された第３のファイバ支持部２５と、例えば屈曲自在な可撓性部材により形成されており、この第３のファイバ支持部２５を、コイル状バネ部材２における第３のファイバ支持部２５における該中央部１５ａ３に径方向に沿って対向する輪状のコイル部２ｂに対して取り付ける取付アーム部２６とを備えており、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３および取付アーム部２６は、コイル状バネ部材２の中心軸方向に沿った移動（弾性変形）に応じて中心軸方向に沿って一体に移動するようになっている。
【００３８】
次に、本実施形態の光ファイバ式変位計１の作用について図４（ａ）、図４（ｂ）および図５を用いて説明する。
【００３９】
最初に、変状部６および第１の光ファイバ７による測定対象部位の変位量を定量的に計測する際の作用について図４（ａ）を用いて説明する。
【００４０】
光ファイバ式変位計１の変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、さらに測定対象部位が変位計取付部８に向かって変位した場合、変位受け部３がその測定対象部位の変位と一体に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動（スライド）し、コイル状バネ部材２は、その変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮し、そのコイル状バネ部材２の圧縮による変位計取付部８側への中心軸方向に沿った弾性力がバネ受け部５の一端面５ａに作用する。
【００４１】
このとき、変位受け部３、バネ受け部５および変状部６は軸調整具９により互いに同軸状に配置されており、また、コイル状バネ部材２も変位受け部３、バネ受け部５および変状部６に対して同軸状に配置されているため、測定対象部位の変位は、変位受け部３の移動に基づくコイル状バネ部材２の弾性力として中心軸方向に沿ってロス（損失）なく変状部６に作用される。
【００４２】
変状部６は、弾性範囲が広くポアソン比が大きい弾性部材から形成されているため、コイル状バネ部材２から作用される弾性力によりバネ受け部５が変位計取付部８側へ移動し、そのバネ受け部５の移動に応じて変状部６が中心軸方向に対して略直交する方向（径方向）に沿って外方へ樽状に弾性変形する（図４（ａ）参照）。
【００４３】
この弾性変形により、変状部６の環状側面６ａに巻回された光ファイバ７には引っ張り荷重が印加され、この結果、第１の光ファイバ７に引っ張り歪みが発生する。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、変位受け部３に対して測定対象部位の変位が作用していない状態と比べて、変位受け部３に測定対象部位の変位が作用すると、その変位量を、第１の光ファイバ７に生じた引っ張り歪みの量により検出することができる。
【００４５】
続いて、第２の光ファイバ１５の変位検知用ファイバ部１５ａによる測定対象部位の閾値に至る変位発生の有無を監視する際の作用について図４（ｂ）、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明する。
【００４６】
光ファイバ式変位計１の変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、続いて変位計取付部８に向かって変位した場合、変位受け部３がその測定対象部位の変位と一体に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動（スライド）し、コイル状バネ部材２は、その変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮する。
【００４７】
このとき、コイル状バネ部材２の圧縮に応じて、その輪状のコイル部２ｂも次第に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動し始める。
【００４８】
そして、測定対象部位の変位量が一定の量（閾値）を超えると、対応するコイル状バネ部材２の圧縮に応じて、輪状コイル部２ｂに取付アーム部２６を介して一体に取り付けられた第３のファイバ支持部２５が輪状コイル部２ｂの移動と共に変位計取付部８に向かって移動し、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３を変位計取付部８側へ向かって押圧する（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。
【００４９】
このとき、変位受け部３は軸調整具９により軸ズレなくその中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動し、また、コイル状バネ部材２も変位受け部３に対して同軸状に配置されているため、測定対象部位の変位は、変位受け部３の移動に基づくコイル状バネ部材２の輪状コイル部２ｂの移動としてロス（損失）なく移動支持部１７の第３のファイバ支持部２５に対する押圧力として作用される。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、取付アーム部２６が屈曲自在であり、変位検知用ファイバ部１５における第３のファイバ支持部２５に当接された中央部１５ａ３の両側の上記第１および第２の部位１５ａ１および１５ａ２がそれぞれ第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２により固定されているため、第３のファイバ支持部２５の変位計取付部８側への移動により、図５（ｂ）に示すように、第３のファイバ支持部２５が取付アーム部２６の屈曲により変位計取付部８側へ移動し、この結果、変位検知用ファイバ部１５ａは、第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２を支点としてその中央部１５ａ３が変位計取付部８側へ移動して、その中央部１５ａ３に曲げが生じる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、変位受け部３に対して測定対象部位の変位が一定量（閾値）を超えると、その閾値を超えた測定対象部位の変位を第２の光ファイバ１５の変位検知用ファイバ部１５ａに発生した曲げ損失により検知することができる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態によれば、測定対象部位の変位量および閾値を超えた変位の発生の有無を電気的に計測するのではなく、測定対象部位の変位に基づく第１の光ファイバ７の引っ張り歪みおよび第２の光ファイバ１５における変位検知用ファイバ部１５ａに発生した曲げ損失に応じてそれぞれ計測することができるため、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因に対する影響を受けにくくなり、計測精度を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、電気的構成要素を用いることなく、測定対象部位の変位量および閾値を超えた変位の発生の有無をそれぞれ計測することができるため、光ファイバ式変位計１自体のコストを低減することができる。
【００５４】
この結果、光ファイバ式変位計１を測定対象部位の変位量検出用および閾値を超えた変位検知用として最初に設置する場合のコスト（初期設置コスト）および交換時等に伴う維持コストをそれぞれ低減することが可能になる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係わる変位計測システム２８の概略構成を示す図である。
【００５６】
この変位計側システム２８は、例えば、大型の測定対象の変位量および閾値を超えた変位の計測を行う場合のシステムであり、その測定対象を複数点で計測するシステムである。
【００５７】
すなわち、変位計側システム２８は、図１に示す光ファイバ式変位計１を複数個用いて第１の光ファイバ７に発生した引っ張り歪みを計測し、さらに、第２の光ファイバ１５の変位検知ファイバ部１５ａに発生した曲げ損失を検知するシステムである。
【００５８】
図６に示すように、変位計側システム２８は、測定対象部位の変位を複数点、すなわち、面的に受けるために、図１に示す光ファイバ式変位計１を複数（ｎ：２以上の整数）個有しており、この複数の光ファイバ式変位計１（以下、１ａ１〜１ａｎとする）は、例えばその変位受け部３の変位受け面３ａが線状あるいはマトリクス状に配列されており、測定対象部位の変位を面的に受けることが可能になっている。
【００５９】
また、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎの変状部６には、同一の第１の光ファイバ７がそれぞれ巻回され、この第１の光ファイバ７を介して直列に接続されている。
【００６０】
さらに、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎのコイル状バネ部材２における中空部２ａ内には、同一の第２の光ファイバ１５における異なる部位がそれぞれ変位検知用ファイバ部１５ａとして配置されており、第２の光ファイバ１５を介しても直列に接続されている。
【００６１】
なお、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎのその他の構成要素については、図１と同様であるため、その説明は省略する。
【００６２】
また、変位計測システム２８は、同一の第１の光ファイバ７を介して直列接続された複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・１ａｎにおける一端側の光ファイバ式変位計１ａ１から外側に引き出されたファイバ引出し部ＦＴ１に接続されており、第１の光ファイバ７の歪み（ひずみ）分布を測定して電気的な歪データに変換して出力する歪み分布測定器２９と、同一の第２の光ファイバ１５を介して直列接続された複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・１ａｎにおける他端側の光ファイバ式変位計１ａｎから外側に引き出されたファイバ引出し部ＦＴ２に接続されており、第２の光ファイバ１５の曲げ損失を測定して電気的な曲げ損失データに変換して出力する曲げ損失測定器３０と、歪み分布測定器２９および曲げ損失測定器３０に対して、例えば、通信ケーブル、ＬＡＮ、公衆回線、専用線等の通信ネットワーク等を介して通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の計算機３１とを備えている。
【００６３】
この計算機３１は、歪み分布測定器２９および曲げ損失測定器３０からそれぞれ出力された歪みデータおよび曲げ損失データを受信し、受信した歪みデータおよび曲げ損失データに基づいて測定対象の変位量や閾値を超えた変位発生の有無を算出し、算出結果に基づいて警報等を発出する処理を行うようになっている。
【００６４】
図６に示すように、歪み分布測定器２９は、第１の光ファイバ７に沿って連続的な歪み分布の測定が可能なブリルアン後方散乱光を用いた光学時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ））に基づく測定器である。
【００６５】
すなわち、歪み分布測定器２９は、レーザ光等の信号光Ｓ１および参照光Ｓ２をそれぞれ出力する光源３２と、この光源３２から出力された信号光Ｓ１の光周波数を、例えば約１０ＧＨｚ上昇した周波数に変換する光周波数変換器３３と、この光周波数変換器３３により周波数変換された信号光Ｓ１をパルス変調して光パルスＰ１を生成して出力する光パルス変調器３４と、この光パルス変調器３４から出力された光パルスＰ１をファイバ引出し部ＦＴ１を介して第１の光ファイバ７に出力し、ファイバ引出し部ＦＴ１を介して戻ってくる後方散乱光を分岐（スプリット）して後述するコヒーレント光受信機３６に出力するビームスプリッタ３５とを備えている。
【００６６】
また、歪み分布測定器２９は、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ側からファイバ引き出し部ＦＴ１およびビームスプリッタ３５を介して戻ってくるブリルアン散乱に起因する後方散乱光Ｂ１を受信し、受信された後方散乱光Ｂ１と参照光Ｓ２とを比較して、第１の光ファイバ７全体、すなわち、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ内での歪み分布を測定し、測定された歪み分布を電気的な歪データに変換して計算機３１に出力するコヒーレント光受信機３６を備えている。
【００６７】
一方、曲げ損失測定器３０は、光パルスＰ２を出力する発光部４０と、この発光部４０から出力された光パルスＰ２をファイバ引出し部ＦＴ２を介して第２の光ファイバ１５に出力し、ファイバ引出し部ＦＴ２を介して戻ってくる後方散乱光Ｂ２を分岐して後述する受光部に出力するビームスプリッタ４１と、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ側からファイバ引き出し部ＦＴ２およびビームスプリッタ４１を介して戻ってくる後方散乱光Ｂ２を受信し、受信された後方散乱光Ｂ２に基づいて第２の光ファイバ１５全体、すなわち、複数の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｎ内での損失分布を測定し、測定された損失分布を電気的な損失データに変換して計算機３１に出力する受光部４２とを備えている。
【００６８】
次に、本実施形態の変位計測システム２８の作用について図６を用いて説明する。
【００６９】
複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎは、それぞれ変位計取付部８を介して測定対象部位の変位方向に対向するように固定取付されており、また、歪み分布測定器２９からは、光パルスＰ１が送信されて光ファイバ式変位計１ａ１のファイバ引出し部ＦＴ１から第１の光ファイバ７に入射され、曲げ損失測定器３０からは、光パルスＰ２が送信されて光ファイバ式変位計１ａｎのファイバ引出し部ＦＴ２から第２の光ファイバ１５に入射されている。
【００７０】
このとき、複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎの内の例えば複数（例えばｋ（≦ｎ）個の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋそれぞれの変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、さらに測定対象部位がそれぞれの変位計取付部８に向かって変位した場合、第１実施形態と同様に、測定対象部位の変位により、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋの変位受け部３が変位計取付部８に向かって移動し、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋのコイル状バネ部材２がその変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮する。
【００７１】
このとき、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋの変状部６は、対応するコイル状バネ部材２から作用される弾性力に基づバネ受け部５の移動に応じて、中心軸方向に対して略直交する方向（径方向）に沿って外方へ樽状に弾性変形する（図４（ｂ）参照）。
【００７２】
この弾性変形により、第１の光ファイバ７における各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋにおける変状部６の環状側面部６ａに巻回された部分（以下、ファイバ部位７ａ１〜７ａｋとする）には引っ張り荷重が印加され、この結果、ファイバ部位７ａ１〜７ａｋに引っ張り歪みが発生する。
【００７３】
このとき、第１の光ファイバ７に入射された光パルスＰ１は、その第１の光ファイバ７内を伝播しながらブリルアン散乱に基づく後方散乱光（戻り光；約１０ＧＨｚ周波数ダウンする）を発生している。
【００７４】
特に、第１の光ファイバ７における各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋにおいて引っ張り歪みが生じているため、この各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋからの後方散乱光には、引っ張り歪みに起因した周波数シフトが発生している。
【００７５】
このようにして発生した後方散乱光Ｂ１は、第１の光ファイバ７内を光パルス入射側に向かって伝播し、ファイバ引き出し部ＦＴ１およびビームスプリッタ３５を介して分岐してコヒーレント光受信機３６に入射する。
【００７６】
このコヒーレント光受信機３６では、後方散乱光Ｂ１および参照光Ｓ２間において例えば光ヘテロダイン検波が実行され、上記後方散乱光Ｂおよび参照光Ｓ２間の周波数差を表す分布（周波数分布）に対応する電気データ、すなわち、上記引っ張り歪みに起因した周波数シフト部分に対応する周波数差の分布（歪み分布）を表す歪みデータが生成される。
【００７７】
生成された歪みデータは、計算機３１に送信される。計算機３１では、歪みデータに基づいて解析処理が実行され、測定対象部位の荷重変化量や変化位置が算出される。
【００７８】
複数の光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎの内の例えば複数（例えばｋ（≦ｎ）個の光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋそれぞれの変位受け部３の変位受け面３ａに対して測定対象部位が当接し、さらに測定対象部位がそれぞれの変位計取付部８に向かって変位した場合、第１実施形態と同様に、測定対象部位の変位により、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋの変位受け部３が変位計取付部８に向かって移動し、各光ファイバ式変位計１ａ１〜１ａｋのコイル状バネ部材２がその変位受け部３の移動に応じて中心軸方向に沿って圧縮する。
【００７９】
このとき、コイル状バネ部材２の圧縮に応じて、その輪状のコイル部２ｂも次第に中心軸方向に沿って変位計取付部８に向かって移動し始め、測定対象部位の変位量が一定の量（閾値）を超えると、第３のファイバ支持部２５が輪状コイル部２ｂの移動と共に変位計取付部８に向かって移動し、変位検知用ファイバ部１５ａの中央部１５ａ３を変位計取付部８側へ向かって押圧し、この結果、変位検知用ファイバ部１５ａは、第１および第２のファイバ支持部２０ａ１および２０ａ２を支点としてその中央部１５ａ３が変位計取付部８側へ移動して、その中央部１５ａ３に曲げが生じる。
【００８０】
このとき、第２の光ファイバ１５に入射された光パルスＰ２は、その第２の光ファイバ１５内を伝播しながら後方散乱光を発生している。
【００８１】
特に、第１の光ファイバ７における各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋにおいて曲げが生じているため、この各ファイバ部位７ａ１〜７ａｋからの後方散乱光には、曲げに起因した曲げ損失（減衰）が発生している。
【００８２】
このようにして発生した後方散乱光Ｂ２は、第２の光ファイバ１５内を光パルス入射側に向かって伝播し、ファイバ引き出し部ＦＴ２およびビームスプリッタ４１を介して分岐して受光部４２に受光される。
【００８３】
受光部４２では、後方散乱光Ｂ２に基づいて損失分布に対応する電気データ、すなわち、発生した曲げ損失を含む損失データが生成される。
【００８４】
生成された損失データは、計算機３１に送信される。計算機３１では、損失データに基づいて解析処理が実行され、測定対象部位の閾値を超えた変位の発生の有無が判定される。
【００８５】
そして、計算機３１では、測定対象部位が閾値を超えて変位したと判定された場合には、計算機３１から警報が出力される。
【００８６】
以上述べたように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果、すなわち、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因からの影響を大幅に低減して計測精度を向上し、さらに、各光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎのコスト低減に基づいてシステム２８全体のコストを低減させることができ、初期設置コストおよび維持コストをそれぞれ低減することが可能になる。
【００８７】
特に、本実施形態では、大型の計測対象部位を複数点計測しているが、それぞれの光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎと歪み分布測定器２９および曲げ損失発生器３０との間を第１の光ファイバ７と第２の光ファイバ１５とで配線することができ、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎ毎に個別に配線する必要がないため、システム２８全体を簡素化することが可能になる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、各光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎに対して電源は不要であり、電源分のコストを低減し、また、電源交換等のメンテナンスも不要になる。
【００８９】
そして、本実施形態では、上述したように、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎと歪み分布測定器２９との間を第１の光ファイバ７のみで配線することができ、さらに、光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎと曲げ損失発生器３０との間を第２の光ファイバ１５で配線することができるため、歪み分布測定器２９および曲げ損失器３０（計算機３１）を光ファイバ式変位計１ａ１、・・・、１ａｎに対して遠隔配置することに適しており、遠隔側において計測対象部位の変位量および閾値を超えた変位の発生の有無を一元的に監視することができる。
【００９０】
本実施形態では、異なる弾性係数をそれぞれ有するコイル状バネ部材２および変状部６を直列に接続することにより、測定対象部位の変位量をコイル状バネ部材２および変状部６に分配することができる。
【００９１】
ここで、図７は、コイル状バネ部材２に作用する荷重とコイルバネ部材２の変位との間の関係、および変状部６に作用する荷重と変状部６の変位との間の関係をそれぞれ傾きとして示すグラフである。
【００９２】
すなわち、変状部６の弾性係数とコイル状バネ部材２の弾性係数との比率を４：１（図７中ａ：ｂ＝４：１）に設定した場合、変状部６およびコイル状バネ部材２それぞれに発生する変位の比率は１：４となる。
【００９３】
したがって、測定対象の変位が大きいと予想される場合、弾性係数比を調整（変状部６の弾性係数＜＜コイル状バネ部材２の弾性係数）することにより、変位検知用ファイバ部１５ａに対し、その許容歪みの範囲内で曲げを生じさせることができる。
【００９４】
一方、測定対象の変位が小さいと予想される場合、弾性係数比を調整（変状部６の弾性係数＞＞コイル状バネ部材２の弾性係数）することにより、閾値を超えた変位発生の検知精度を向上させることができる。
【００９５】
なお、第１および第２の実施の形態において、光ファイバ式変位計における変状部は、略中空円筒形状を有していたが、本実施形態では、この構成に限定されるものではなく、その横断面が楕円状であってもよく、また、環状側面を有する中空の角筒形状であってもよい。また、筒形状に限らず、側面に光ファイバがそのファイバ自体に対して支障なく巻回できるのであれば、他の形状も可能である。
【００９６】
また、第１および第２の実施の形態において、光ファイバ式変位計における変位受け部およびバネ受け部は、略中空円板形状を有していたが、本実施形態では、この構成に限定されるものではなく、その横断面が楕円状であっても、多角形形状であってもよい。
【００９７】
さらに、第１および第２の実施の形態では、変位受け部を支持する部材をコイル状バネ部材としたが、変位受け部を弾性的に支持できる他の弾性部材であってもよい。
【００９８】
さらに、また、第１および第２の実施の形態では、変状部をゴムにより形成したが、ゴム以外の他の弾性部材により形成してもよい。
【００９９】
そして、第１および第２の実施の形態では、変位検知用ファイバ部を３点（固定支持部１６ａ１、１６ａ２および移動支持部１７）で支持したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、３点以上で支持してもよい。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係わる光ファイバ式変位計によれば、変位受け部に作用する変位量を第１の光ファイバの引っ張り歪みにより検出することができるとともに、変位受け部に対する閾値を超えた変位発生の有無を、第２の光ファイバの変位検知用ファイバ部の曲げ損失として検出することができるため、変位検出用の電気的構成要素が不要となる。この結果、例えば雷等の天候変化、高圧線等の外的要因に対する影響を受けにくくなり、計測精度を向上させることができる。
【０１０１】
本発明に係わる光ファイバ式変位計によれば、電気的構成要素を不要としたため、その電気的構成要素部分に相当する光ファイバ式変位計自体のコスト低減を図ることができる。この結果、光ファイバ式変位計の初期設置コストおよび交換時等での維持コストをそれぞれ低減することが可能になる。
【０１０２】
さらに、本発明に係わる光ファイバ式変位計を複数個用いて複数点計測を行った場合においても、それぞれの光ファイバ式変位計と歪み分布測定用の歪み分布測定器および曲げ損失計測器等の監視制御系との間を光ファイバのみで配線することができ、光ファイバ式変位計毎に個別に配線する必要がないため、光ファイバ式変位計を複数個用いたシステム全体を簡素化することができる。
【０１０３】
さらにまた、本発明では、各光ファイバ式変位計に対して電源は不要であり、電源分のコストを低減し、また、電源交換等のメンテナンスも不要とすることができ、実用性の高いシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる光ファイバ式変位計の概略構成を示す斜視図。
【図２】図１に示す光ファイバ式変位計におけるコイル状バネ部材の内部を示す斜視図。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図。
【図４】（ａ）は、図１に示す光ファイバ式変位計における変位量検出時の作用を説明するための図１に対応する斜視図、（ｂ）は、図１に示す光ファイバ式変位計における閾値を超えた変位発生の有無検知時における作用を説明するための図１に対応する斜視図。
【図５】（ａ）は、測定対象部位の変位検知前の図２におけるＶ−Ｖ矢視断面図、（ｂ）は、測定対象部位の変位検知時の図３におけるＶ−Ｖ矢視断面図。
【図６】図１に示す光ファイバ式変位計を複数個備えた変位計測システムの概略構成を示すブロック図。
【図７】図１に示すコイル状バネ部材に作用する荷重とコイルバネ部材の変位との間の関係、および変状部に作用する荷重と変状部の変位との間の関係をそれぞれ傾きとして示すグラフ。
【符号の説明】
１、１ａ１〜１ａｎ…光ファイバ式変位計
２…コイル状バネ部材
２ａ…環状側面部
３…変位受け部
３ａ…端面
５…バネ受け部
６…変状部
７…第１の光ファイバ
７ａ１〜７ａｋ…ファイバ部位
８…変位計取付部
９…軸調整具
１５…第２の光ファイバ
１５ａ…変位検知用ファイバ部
１５ａ１…第１の部位
１５ａ２…第２の部位
１５ａ３…中央部
１６ａ１、１６ａ２…固定支持部
１７…移動支持部
２０ａ１…第１のファイバ支持部
２０ａ２…第２のファイバ支持部機
２２ａ１…第１の固定支持アーム
２２ａ２…第２の固定支持アーム
２５…第３のファイバ支持部
２６…取付アーム部
２８…変位計測システム
２９…歪み分布測定器
３０…曲げ測定器
３１…計算機
３２…光源
３３…光周波数変換器
３４…光パルス変調器
３５、４１…ビームスプリッタ
３６…コヒーレント光受信機
４０…発光部
４２…受光部
【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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