(57)【要約】【課題】天候や高圧電線等の外的要因の影響を受けにくく耐久性にも優れ、なおかつ遠隔で監視可能な光ファイバ式変位計を提供する。【解決手段】測定対象の変位に追従して変位を受ける板状部材と、少なくとも前記測定対象が変位しないときには前記板状部材に載置される円筒と、前記板状部材が受ける変位を当該変位と直交する方向への変位に変換し、この変換した変位の分、前記円筒を移動させる変位方向変換部と、前記測定対象が変位しないときには前記板状部材の面と略平行である一方で、前記測定対象が変位するときには当該変位に応じた前記円筒の移動によって当該円筒の環状側面部から押圧され、曲げが加えられる光ファイバとを備える。【選択図】      図１
2004257932.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、
測定対象の変位に追従して変位を受ける板状部材と、
少なくとも前記測定対象が変位しないときには前記板状部材に載置される円筒と、
前記板状部材が受ける変位を当該変位と直交する方向への変位に変換し、この変換した変位に応じて前記円筒を移動させる変位方向変換部と、
前記測定対象が変位しないときには前記板状部材の面と略平行である一方で、前記測定対象が変位するときには当該変位に応じた前記円筒の移動によって当該円筒の環状側面部から押圧され、曲げが加えられる光ファイバと
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】
前記変位方向変換部は、
前記円筒が有する環状側面部に接して前記円筒を板状部材から離間させる略三角柱形状の傾斜部と、
前記円筒を内部に収納するとともに前記傾斜部が前記板状部材の変位に伴って前記内部に進入可能な切り欠きを有し、前記円筒の移動方向を前記板状部材の変位方向とは直行する方向に拘束可能なガイド部と
から成ることを特徴とする請求項１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、橋梁の橋桁等の大型の土木構造物に設置し、地震動等によるその土木構造物の状態変化、特に変位を監視す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】
従来、大型の土木構造物の状態変化の監視は、例えば保安要員による巡回点検や、電気式変位計（例えば、非特許文献１乃至３を参照）等によって行われている。
【０００３】
【非特許文献１】
”土木・建築用計測機器、変位計”、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社共和電業、［平成１５年２月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｗａ−ｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｊａｐａｎｅｓｅ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｉｎｄｅｘ＿２００２−１０．ｈｔｍ＞
【０００４】
【非特許文献２】
”変位計”、［ｏｎｌｉｎｅ］、東京測器研究所、［平成１５年２月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｋｙｏｓｏｋｋｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ／ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．ｈｔｍｌ＞
【０００５】
【非特許文献３】
”マルチ変位計”、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社興和、［平成１５年２月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｏｗａ−ｎｅｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｍｕｌｔｉ／ｍｕｌｔｉ．ｈｔｍ＞
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術のうち、保安要員による巡回点検は、即応性に欠けるとともに安全性に課題があった。
【０００７】
また、電気式変位計は、高精度ではあるものの雷害等の影響を受けるほか耐久性や頻繁なメンテナンスを必要とする点に課題があった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、天候や高圧電線等の外的要因の影響を受けにくく耐久性にも優れ、なおかつ遠隔で監視可能な光ファイバ式変位計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、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、測定対象の変位に追従して変位を受ける板状部材と、少なくとも前記測定対象が変位しないときには前記板状部材に載置される円筒と、前記板状部材が受ける変位を当該変位と直交する方向への変位に変換し、この変換した変位に応じて前記円筒を移動させる変位方向変換部と、前記測定対象が変位しないときには前記板状部材の面と略平行である一方で、前記測定対象が変位するときには当該変位に応じた前記円筒の移動によって当該円筒の環状側面部から押圧され、曲げが加えられる光ファイバとを備えたことを要旨とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、光ファイバを変位計および信号の伝送路として用いるため、遠隔で監視することが可能となる。また、この発明によれば、変位計の部分に電気的な部品を使用しないので、雷等の天候や高圧電線等による外的要因としての誘導の影響を受けないで済み、耐久性にも優れる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記変位方向変換部は、前記円筒が有する環状側面部に接して前記円筒を板状部材から離間させる略三角柱形状の傾斜部と、前記円筒を内部に収納するとともに前記傾斜部が前記板状部材の変位に伴って前記内部に進入可能な切り欠きを有し、前記円筒の移動方向を前記板状部材の変位方向とは直行する方向に拘束可能なガイド部とから成ることを要旨とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る光ファイバ式変位計の構成を示す説明図である。同図に示す光ファイバ式変位計１は、光ファイバ１１の曲げを利用して測定対象の変位を検知するものである。なお、光ファイバ式変位計１の測定対象として想定されるのは、例えばトンネル、橋梁、ダム、ビル、河川堤防、港湾施設等の大型の土木構造物の地震や経年変化によって生じる変位や、地盤や山岳地帯の斜面における雪氷の崩壊等であるが、必ずしもそれらに限定されるものではないことは勿論である。
【００１４】
光ファイバ式変位計１は、自身が設置される測定対象の変位に追従して変位を受けて移動する板状部材１２と、この板状部材１２の移動を補助するために測定対象に対して固定配置される複数のローラー１６とを備えている。測定対象が移動していないときには、板状部材１２の上面に円筒１５が載置されており、この円筒１５は板状部材１２の移動方向（図１の左右方向）に対してその側面部が当接している。円筒１５は、移動方向を板状部材１２の移動方向と直行する方向（図１の上下方向）のみに拘束するためのガイド部１３に収納されており、その円筒１５上面には初期状態（板状部材１２が移動しない状態）において光ファイバ１１が１点で接するようにガイド部１３を貫通している。
【００１５】
図２は、ガイド部１３を図１の矢視Ａ方向から見たときの側面図である。同図に示すように、ガイド部１３は切り欠き部１３１を有しており、この切り欠き部１３１に、略三角柱形状の台座をなして円筒１５の側面がその台座の斜面を斜め方向に上昇可能な傾斜部であるスロープ１４が配置されている。このため、スロープ１４は板状部材１２に固定されており、板状部材１２の移動に伴ってガイド部１３の切り欠き部１３１からガイド部１３内部の空間に進入可能であり、円筒１５を板状部材１２の移動方向と直交する方向にのみ移動させることができる。
【００１６】
次に、以上の構成を有する光ファイバ式変位計１の作用について、図３の説明図を用いて説明する。同図においては、比較のため、測定対象の変位発生前（図３（ａ））と変位発生後（図３（ｂ））における光ファイバ式変位計１の状態を上下に併記している。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、変位発生前の状態（初期状態）では、円筒１５は上述したように板状部材１２の上に載置されており、スロープ１４とは接触していないため、光ファイバ１１は板状部材１２の面に対して略平行であり、光ファイバ１１に生じる曲げ損失は小さいかほとんどない。
【００１８】
その後、板状部材１２の図で右方向への変位量に応じてスロープ１４も移動してガイド部１３内部に進入し、これに伴って円筒１５が板状部材１２から離間して図中の上方向に移動（上昇）すると、円筒１５はその環状側面部で接している光ファイバ１１を押圧して光ファイバ１１に曲げを加えることになる。すなわち、板状部材１２の変位がスロープ１４を介してガイド部１３内に収納された円筒１５の上昇に変換される。したがって、図３（ａ）に示す初期状態では、円筒１５の最上端と直線状で接していた光ファイバ１１が曲げ応力を受けることになり、この結果、光ファイバ１１に入射される光パルスは後述するように曲げ損失を生じることになる。この意味において、板状部材１２が受ける変位をその変位と直交する方向への変位に変換し、この変換した変位に応じて円筒１５を移動させる変位方向変換部は、少なくともガイド部１３およびスロープ１４から構成されるものである。
【００１９】
このように、本実施形態によれば、板状部材１２が変位すると、その変位量を光ファイバ１１に生じた曲げ損失により検出することができる。したがって、本実施形態の光ファイバ式変位計１を測定対象部位に設置した上で、光ファイバ１１の曲げ損失を測定する曲げ損失測定器を光ファイバ式変位計１に接続し、変位前の初期状態との差分から、測定対象部位の変位量を検知、換算することが可能となる。
【００２０】
すなわち、本実施形態によれば、測定対象部位の位置変化（変位）に基づく物理量を電気的に計測するのではなく、位置変化に基づく光ファイバ１１の曲げ損失に応じて計測することができるため、例えば雷等の天候変化、高圧電線等の外的要因に対する影響を受けにくくなり、測定精度の向上とともに、耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
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、測定対象部位の荷重変化に基づく物理量を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。
【００２２】
この結果、光ファイバ式変位計１を測定対象部位の位置変化検出用として最初に設置する場合のコスト（初期設置コスト）および交換時等のメンテナンス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。
【００２３】
なお、ガイド部１３を上昇する円筒１５のかわりとして略球形の物体を用いてもよい。また、スロープ１４の長さは、測定対象の許容変位量に応じて決定されることはいうまでもない。
【００２４】
図４は、本実施形態に係る光ファイバ式変位計１を複数個用いて測定対象の変位を計測する変位計測システムの概略構成を示す説明図である。同図に示す変位計測システム１００は、光ファイバ式変位計１を複数個用いて光ファイバ１１に発生した曲げ損失を検知するものである。以後の説明においては、複数の光ファイバ式変位計を１−１、１−２、・・・、１−ｎ（ｎは２以上の正の整数）と表す。
【００２５】
各光ファイバ式変位計１−１、１−２、・・・、１−ｎは、同一の光ファイバ１１を介して直列に接続されており、その各々が、例えば測定対象部位に設置されている。より具体的な例については、図５を用いて後述する。なお、各光ファイバ式変位計１−１、１−２、・・・、１−ｎのその他の構成要素については、図１を用いて説明した光ファイバ式変位計１と同様であるため、その説明は省略する。
【００２６】
また、同一の光ファイバ１１を介して直列接続された複数の光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎにおける一端側の光ファイバ式変位計１−１から外側に引き出された光ファイバ１１は、その光ファイバ１１の曲げ損失を測定して電気的な損失データに変換して出力する曲げ損失測定器２０に接続されている。この曲げ損失測定器２０は、パーソナルコンピュータ等の電子計算機である計算機３０と、ＬＡＮ、公衆回線、専用線等の通信ネットワークを介して通信可能に接続されている。計算機３０は、曲げ損失測定器２０から出力された損失データを受信し、受信した損失データに基づいて測定対象の荷重変化量や変化位置を算出し、算出結果に基づいて予め設定された閾値に応じた位置変化発生の有無を判定して警報等を発出する。
【００２７】
ここで、曲げ損失測定器２０の概略構成について、図４を用いて説明する。図４に示す曲げ損失測定器２０は、例えばＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ−ｆｉｂｅｒ−Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）方式に基づくものであり、光パルスＰ１を出力する光源である発光部２１と、この発光部２１から出力された光パルスＰ１を光ファイバ１１に出力し、自身に戻ってくる後方散乱光Ｂ１を分岐して、後述する受光部２２に出力するビームスプリッタ２３と、受信した後方散乱光Ｂ１に基づいて光ファイバ１１全体、すなわち、複数の光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎ内での光ファイバ１１の曲げによる損失分布を測定し、この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３０に出力する受光部２２とを備えている。
【００２８】
次に、変位計測システム１００全体の作用を説明する。
【００２９】
複数の光ファイバ式変位計１−１、１−２、・・・、１−ｎには、曲げ損失測定器２０から光パルスＰ１が送出されて光ファイバ１１に入射されている。
【００３０】
このとき、複数の光ファイバ式変位計１−１、１−２、・・・、１−ｎのうちで少なくとも一つの光ファイバ式変位計１−ｊ（１≦ｊ≦ｎ；ｊは整数）が設置された測定対象部位に変位が生じると、この光ファイバ式変位計１−ｊの円筒１５−ｊに当接する光ファイバ１１は、板状部材１２−ｊの変位量に応じて、スロープ１４−ｊを介して上昇した円筒１５−ｊにより曲げ応力が加えられ、この結果光ファイバ１１の該当部位（以後、この部位をファイバ部位と称する）に曲げが生じる。ここで、光ファイバ式変位計１−ｊの構成要素の符号には、すべて「−ｊ」を追加している。
【００３１】
光パルスＰ１は、光ファイバ１１を伝搬しながら後方散乱光Ｂ１を発生している。特に、光ファイバ１１で曲げ応力が加わっているファイバ部位からの後方散乱光には、曲げに起因した曲げ損失が発生している。したがって、測定対象のどこかで変位が生じると、この変位に伴う光ファイバ１１の曲げ損失が通常の状態と比較して大きくなるため、この値を曲げ損失測定器２０で測定することによって変位の発生を検知することが出来る。
【００３２】
このようにして発生した後方散乱光Ｂ１は、光ファイバ１１内を光パルスＰ１入射側、すなわち曲げ損失測定器２０側に向かって伝播し、ビームスプリッタ２３を介して分岐して受光部２２に受光される。
【００３３】
受光部２２では、入射された後方散乱光Ｂ１に基づいて曲げ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。
【００３４】
生成された損失データは、計算機３０に送信される。計算機３０では、損失データに基づいて解析処理が実行され、測定対象部位の位置変化（変位）が算出される。
【００３５】
また、算出された測定対象部位の位置変化に基づいて、予め設定された閾値（例えば、測定対象の許容できる最大の変位レベルを表す）に応じた位置変化発生の有無が判定され、その結果、閾値を超えた位置変化が発生したと判定された場合には、計算機３０から警報が出力される。
【００３６】
以上述べたように、図１に示す光ファイバ式変位計１と同等のものを複数個用いて変位計測システム１００を構成する場合にも、例えば雷等の天候変化、高圧電線等の外的要因からの影響を大幅に低減して測定精度を向上し、さらに、各光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎのコスト低減に基づいて変位計測システム１００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。
【００３７】
このような変位計測システム１００は、特に大型の測定対象に対して複数箇所で計測する場合に好適である。すなわち、それぞれの測定部位に設けられる光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎと一つの曲げ損失測定器２０との間を１本の光ファイバ１１を用いて直列に配線することができ、光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎ毎に個別に配線する必要がないため、変位計測システム１００全体を簡素化することが可能になる。
【００３８】
さらに、各光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎ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。
【００３９】
そして、上述したように、光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎと曲げ損失測定器２０との間を光ファイバ１１のみで配線することができるため、曲げ損失測定器２０を光ファイバ式変位計１−１、・・・、１−ｎに対して遠隔配置することに適しており、遠隔側において測定対象部位の位置変化を一元的に監視することができる。
【００４０】
本実施形態の変位計測システム１００は、例えば橋梁における橋桁の連結部分に設置され、橋桁の移動状態を検知する場合に適用することが出来る。図５は、本実施形態に係る光ファイバ式変位計１を橋桁の連結部分に取り付けた場合の側面図である。同図に示す二つの橋桁４１および４２は、橋脚５１を台座として連結されており、両橋桁４１および４２には落橋防止装置６１が連結して設けられている。
【００４１】
この連結部分側面に設置される光ファイバ式変位計に対して便宜上符号１−ｊ（１≦ｊ≦ｎ；ｊは整数）を付し、その光ファイバ式変位計１−ｊの各部位の符号にも「−ｊ」を追加して記載する。板状部材１２−ｊは、その右端が橋桁４２に固定して取り付けられ、さらに各ローラー１６の回転軸も橋桁４１または４２に取り付けられている。橋桁４１には、ガイド部１３−ｊも取り付けられている。したがって、橋桁４２が図５の右方向に変位することに伴って板状部材１２−ｊも右方向に変位する。これにより、円筒１５が上昇して光ファイバ１１に曲げ損失が発生し、橋桁４２の変位を検知することが出来る。
【００４２】
なお、同図に示す場合には、左方向への変位には対応できないが、これは例えば図の反対側（紙面の向かい側）に同様の光ファイバ式変位計１を設けることによって検知可能にすることが出来る。
【００４３】
また、光ファイバ式変位計１−ｊに対して適宜カバー部材を用いて被覆等の処理を施しておけば、一段と耐久性を増すことが出来る。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、天候や高圧電線等の外的要因の影響を受けにくく耐久性にも優れ、なおかつ遠隔で監視可能な光ファイバ式変位計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバ式変位計の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の矢視Ａ方向のガイド部の概略構成を示す側面図である。
【図３】変位前後の光ファイバ式変位計の変化を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る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説明図である。
【図５】図４に示す変位計測システムの一適用例を示す橋梁の連結部分の側面図である。
【符号の説明】
１、１−１、１−２、・・・、１−ｎ  光ファイバ式変位計
１１  光ファイバ
１２  板状部材
１３  ガイド部
１４  スロープ
１５  円筒
１６  ローラー
２０  曲げ損失測定器
２１  発光部
２２  ビームスプリッタ
２３  受光部
２０  計算機
４１、４２  橋桁
５１  橋脚
６１  落橋防止装置
１００  変位計測システム
【図１】
2004257932.tif 000003
【図２】
2004257932.tif 000004
【図３】
2004257932.tif 000005
【図４】
2004257932.tif 000006
【図５】
2004257932.tif 000007