(57)【要約】本発明は、橋梁やトンネルの内空変位など、被測定対象物の傾き及び加速度などを精密に測定するための光ファイバー格子（Fiber Bragg Grating；ＦＢＧ）センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法に関するものであって、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に設けられた回転体と、上記固定体の上部外側面に接着され、上記回転体の上部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に設けられ、その両端部に光端子が各々設けられた光ファイバーと、上記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された計測装置を基準値に設定した後、被測定対象物に設け、地盤の変動に従う変位量を計算することによって、角度及び重力加速度の変位値を計測することができる。
2010500556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物に設けられる本体と、
前記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、
前記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に前記本体内に設けられた回転体と、
前記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着連結された光ファイバーと、
前記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、
前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘と、を含んでなり、
被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項２】
被測定対象物に設けられる本体と、
前記本体の前面に設けられ、本体の傾きに連動して回転される姿勢維持装置と、
前記姿勢維持装置の一側に固定されるように設けられた固定体と、
前記固定体と離隔し、前記姿勢維持装置の他側にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体と、
前記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着設置された光ファイバーと、
前記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、
前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘と、を含んでなり、
被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項３】
前記姿勢維持装置は、前記本体の前面に水平に離隔設置された複数個のブラケットと、前記複数個のブラケットを連結し、かつ各ブラケットにベアリングにより結合されて回転可能に設けられた水平バーとから構成されたことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項４】
被測定対象物に設けられる本体と、
前記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、
前記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に前記本体内に設けられた回転体と、
前記固定体と回転体の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結された上・下部光ファイバーと、
前記固定体と回転体の上部外側面に設けられた上部光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、
前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘と、を含んでなり、
被測定対象物に設けられて変形による重力加速度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項５】
前記固定体と回転体の下部外側面に設けられた下部光ファイバー上にも光ファイバー格子センサが設けられたことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項６】
対象物に設けられる本体と、
前記本体の前面にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体と、
前記回転体の両側に所定距離離隔して水平になるように固定設置された第１及び第２固定体と、
前記回転体の外周面に巻き取られ、一側は第１固定体に接着され、他側は第２固定体に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結された光ファイバーと、
前記第１固定体と回転体とを連結する光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、
前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘と、を含んでなり、
被測定対象物に設けられて変形による重力加速度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項７】
前記第２固定体と回転体とを連結する光ファイバー上にも光ファイバー格子センサが設けられたことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項８】
前記回転体は、下部に重量部材が一体形成されて偏心結合されるようにしたことを特徴とする請求項１、２、４、及び６のうち、いずれか１つに記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項９】
前記本体は、外側に水平計と垂直計が設けられたことを特徴とする請求項１、２、４、及び６のうち、いずれか１つに記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項１０】
前記光ファイバーは、両端部に光端子が各々設けられたことを特徴とする請求項１、２、４、及び６のうち、いずれか１つに記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項１１】
前記錘の両側には錘の振幅を制限したり、動きを停止させるための変位調節器が設けられたことを特徴とする請求項１、２、４、及び６のうち、いずれか１つに記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項１２】
前記変位調節器は、前記錘の両側に所定距離離隔設置されたボディーと、前記ボディーにねじ結合され、端部が錘の側面を支持するようにした調節ボルトから構成されたものであり、前記調節ボルトを締めるとか緩めることによって、錘が動ける空間が制限できるようにしたことを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項１３】
被測定対象物に設けられる本体と、前記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、前記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に前記本体内に設けられた回転体と、前記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着連結され、その両端部に光端子が各々設けられた光ファイバーと、前記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された内空変位計測装置を用いた計測方法であって、
前記光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを基準値に設定するステップ１と、
前記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ２と、
地盤の変動により被測定対象物の傾きに連動されて錘が回転することによって、光ファイバー格子センサの引張及び収縮に従う波長変位値を測定するステップ３と、
前記ステップ３で測定した波長変位値を数式に代入して角度変位を求めるステップ４と、
を含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１４】
前記ステップ４の数式は、
ｙ＝０．６２６４・ｘであり、
ｙ：角度変位、ｘ：波長変位値
であることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１５】
前記数式の係数は、前記軸の中心から錘の重心までの距離と軸の中心と光ファイバー接点までの距離との割合に従って変動されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１６】
前記数式の係数は錘の重さに従って変動されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１７】
被測定対象物に設けられる本体と、前記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、前記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に前記本体内に設けられた回転体と、前記固定体と回転体の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子が各々設けられた上・下部光ファイバーと、前記固定体と回転体の上部外側面に設けられた上部光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された内空変位計測装置を用いた計測方法であって、
前記本体を反時計方向に９０゜回転させて錘の回転により上部光ファイバーが収縮され、下部光ファイバーが引張されるようにするステップ１と、
前記ステップ２での光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを重力加速度１Ｇの基準値に設定するステップ２と、
前記本体を時計方向に９０゜回転させて原位置されるようにするステップ３と、
前記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ４と、
地盤の変動により被測定対象物の左右方向振動に連動されて錘が振動することによって、光ファイバー格子センサの波長変位値を測定するステップ５と、
前記ステップ５で測定した波長変位値を数式に代入して錘の張力を求めた後、その変位量を前記ステップ３の基準値と比較して、変化された重力加速度を求めるステップ６と、
を含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１８】
前記ステップ６の数式は、
ｙ＝０．０１３６・ｘ＋０．０００９
ｙ：錘の張力（ｇ）                      ｘ：波長変位値
であることを特徴とする請求項１７に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１９】
前記数式の係数は、軸の中心から錘の重心までの距離と軸の中心と上部光ファイバーの接点までの距離との割合に従って変動されることを特徴とする請求項１７または１８に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項２０】
前記数式の係数は、錘の重さに従って変動されることを特徴とする請求項１７または１８に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法に関し、より詳しくは、精密な変形を計測する光ファイバー格子センサを使用して傾きや振動発生の際、光ファイバー格子センサの変形を測定することにより、橋梁やトンネルの内空変位など、被測定対象物の傾きと重力加速度のような内空変位が測定できるようにした光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地下鉄が運行されるトンネルは地上で発生する衝撃または地下鉄の運行時に発生する振動及び騒音により変形が発生する恐れがあるので、周期的にトンネルの内空変位を測定する必要がある。
【０００３】
即ち、トンネルの内空変位測定はトンネル内部断面の挙動を測定してトンネルの安定性の可否を判断するものであり、主にトンネルの傾きや騒音振動による重力加速度測定が該当される。
【０００４】
従来は、電気抵抗式ゲージを使用してトンネルの内空変位を測定したが、計測精度が落ち、特に地下鉄の運行中には電磁気波の影響によりその値が信頼できないので、リアルタイム計測ができないし、地下鉄の運行が終了した後でなければ測定ができなかった。
【０００５】
しかしながら、トンネルの内空変位は地下鉄の運行速度とその荷重に相当な物理的な影響を受けるという事実を考えると、地下鉄の運行中に計測できないということは非常に大きい問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解消するために案出したものであって、地下鉄のトンネルに設けられ、地下鉄の運行に関わらず、何時でも常時計測可能であるように電磁気波の影響を何も受けないようにすることで、より精密な計測が可能な光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に設けられ、本体の傾きに連動して回転される姿勢維持装置と、上記姿勢維持装置の一側に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と離隔し、上記姿勢維持装置の他側にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着設置された光ファイバーと、上記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とを含んでなり、被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置により達成できる。
【０００８】
また、前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に上記本体内に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結された上・下部光ファイバーと、上記固定体と回転体の上部外側面に設けられた上部光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とを含んでなり、被測定対象物に設けられて変形による重力加速度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置により達成できる。
【０００９】
前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に上記本体内に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着連結され、その両端部に光端子が各々設けられた光ファイバーと、上記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された内空変位計測装置を用いた計測方法であって、上記光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを基準値に設定するステップ１と、上記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ２と、地盤の変動により被測定対象物の傾きに連動されて錘が回転することによって、光ファイバー格子センサの引張及び収縮に従う波長変位値を測定するステップ３と、上記ステップ３で測定した波長変位値を数式に代入して角度変位を求めるステップ４とを含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法により達成できる。
【００１０】
前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に上記本体内に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子が各々設けられた上・下部光ファイバーと、上記固定体と回転体の上部外側面に設けられた上部光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された内空変位計測装置を用いた計測方法であって、上記本体を反時計方向に９０゜回転させて錘の回転により上部光ファイバーが収縮され、下部光ファイバーが引張されるようにするステップ１と、上記ステップ１での光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを重力加速度１Ｇの基準値に設定するステップ２と、上記本体を時計方向に９０゜回転させて原位置されるようにするステップ３と、上記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ４と、地盤の変動により被測定対象物の左右方向振動に連動されて錘が振動することによって、光ファイバー格子センサの波長変位値を測定するステップ５と、上記ステップ５で測定した波長変位値を数式に代入して錘の張力を求めた後、その変位量を上記ステップ３の基準値と比較して変化された重力加速度を求めるステップ６とを含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法により達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】図２の作動例を示す左側面図である。
【図４】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の外観を示す図であって、水平計が設けられたことを示す図である。
【図５】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第３実施形態を示す図である。
【図６】図５の他の実施形態を示す図である。
【図７】図５の他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第４実施形態を示す図である。
【図９】図８の他の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付された図面に基づいて詳細に説明すると、次の通りである。
【００１３】
図１は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第１実施形態を示す図であり、図４は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の外観を示す図であって、水平計が設けられたことを示す図である。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ１は、トンネル壁面のような被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値を測定するためのものであって、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面に固定されるように設けられた固定体２１と、固定体２１と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に本体６０内に設けられた回転体２０と、固定体２１の上部外側面に接着され、回転体２０の上部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に設けられ、その両端部に光端子１３が各々設けられた光ファイバー１１と、固定体２１と回転体２０との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台３０１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とを含んでなされる。
【００１５】
本体６０は、長方形の板状または内側に収容部を持つ函体で形成され、図４に示すように、外側に水平計７０及び垂直計８０が設けられる。
【００１６】
固定体２１または回転体２０は、円形のホイールを使用することが好ましくて、回転体２０は本体６０に形成された軸２０ａとベアリングにより結合されることにより摩擦力を最小化する。
【００１７】
光ファイバー格子センサ１０は、ファイバーブラッググレーティング（Fiber Bragg 
Grating；ＦＢＧ）と呼ばれ、光ファイバーのコア部の屈折率を一定の周期に変化させたものであって、特定波長（Bragg波長：ブラッグ波長という）の光だけを選択的に反射する。
【００１８】
また、このような光ファイバー格子センサ１０は、固有な波長値を有し、電磁気波の影響を殆ど受けない等、物理的な特性が非常に優れるものと知られている。
【００１９】
概してこのような光ファイバー格子センサ１０は、単位面積当たりの引張力が非常に高い一方、直径が１２５μｍで非常に小さいため、外部の衝撃に容易に破断できるので、取付時には非常に繊細な作業が要求される。
【００２０】
また、固定体２１と回転体２０の外周面を連結するように光ファイバー格子センサ１０を設ける時には適当な引張力を持つようにぴんと引っ張られて緊張した状態で設けることによって、一層正確な値が測定できるようにする。
【００２１】
錘４０の両側には錘４０の振幅を制限したり、運搬時の破損を防止するために、錘４０の動きを停止させるための変位調節器５０が設けられる。
【００２２】
変位調節器５０は、錘４０の両側に所定距離離隔設置されたボディー５０ｂと、ボディー５０ｂにねじ結合され、端部が錘４０の側面を支持するようにした調節ボルト５０ａから構成されたものであって、調節ボルト５０ａを締めるとか緩めることによって、錘４０が動ける空間が制限できるようになる。
【００２３】
変位調節器５０は、後述する本発明の第２乃至第４実施形態（Ａ２〜Ａ４）にも全て適用されるものであり、以下、変位調節器５０に対する重複説明は省略する。
【００２４】
したがって、本体６０が取り付けられている被測定対象物が傾くと、本体６０も被測定対象物と一体で挙動して傾くことになり、錘４０は地球の中心に向けるため、本体６０に対して逆方向に回転する。
【００２５】
この際、錘４０と支持台４１により連結された回転体２０が回転するようになるので、光ファイバー１１を引張または収縮させることになり、この時の変位を光ファイバー格子センサ１０が感知する。
【００２６】
したがって、本体６０の回転角度に比例して錘４０により発生する回転力の大きさが比例的に変化するので、光ファイバー格子センサ１０でその変位を感知して角度に換算できるようになる。
【００２７】
また、錘４０の両側面に設けられた変位調節部５０の調節ボルト５０ａを締めるとか緩めることによって、錘４０の振幅を制限する。
【００２８】
したがって、錘４０の必要以上の変位の発生を未然に防止することによって、光ファイバー格子センサ１０の耐久性の低下を防止し、移動時には調節ボルト５０ａをもっと締めて錘４０に密着させて錘４０を固定させることによって、光ファイバー格子センサ１０の破損を防止する。
【００２９】
調節ボルト５０ａは、ユーザが本体６０の外部から操作可能に設けられることが好ましい。
【００３０】
一方、本体６０に温度補償用光ファイバー格子センサ（図示せず）を設けて、温度に従う本体６０の変形を感知して測定値を補正してくれれば、より精密な計測が可能になり、図４に示すように、本体６０の外部に水平計７０または垂直計８０をＸ軸とＹ軸に設けることによって施工が容易になる。
【００３１】
図２は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第２実施形態を示す図であり、図３は図２の作動例を示す左側面図である。
【００３２】
図２及び図３を参照すると、本発明の第２実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ２は、被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値を測定するためのものであって、被測定対象物が垂直面でない斜面、特に上部が前方に突出した形態の傾斜の場合、回転体の正確な動作が可能になるように被測定対象物の傾きに対応して自然的に回転されて、回転体２０、固定体２１、及びと錘４０が常に地面に対して垂直状態が維持できるようにした姿勢維持装置３０が設けられたことを特徴とする。
【００３３】
上記第２実施形態の構成を説明すると、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面に水平に離隔設置された複数個の支持台３０１と、上記複数個の支持台３０１を連結し、かつ各支持台３０１にベアリングにより結合されて回転可能に設けられた水平バー３０２から構成された姿勢維持装置３０と、水平バー３０２の内面の一側に固定されるように設けられた固定体２１と、固定体２１と離隔し、水平バー３０２の内面の他側にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体２０と、固定体２１の上部外側面に接着され、回転体２０の上部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に設けられ、その両端部に光端子が各々設けられた光ファイバー１１と、固定体２１と回転体２０との間の光ファイバー１１上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台３０１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とから構成される。
【００３４】
姿勢維持装置３０は、本体６０の前面に水平に離隔設置された複数個のブラケット３０１と、複数個のブラケット３０１を連結し、かつ各支持台３０１にベアリングにより結合されて回転可能に設けられた水平バー３０２とから構成される。
【００３５】
したがって、図３に示すように、所定角度（θ）に傾いた被測定対象物に本体６０を設ける場合、上記角度（θ）に比例して姿勢維持装置３０の水平バー３０２が回転することによって、回転体２０、固定体２１、及び錘４０が常に地面に対して垂直状態が維持できるので、回転体２０と軸２０ａが偏向されることを防止することによって、正確な動作が保証できるので、計測がより精密になされることができる。
【００３６】
上記本発明の第２実施形態においても、錘４０の両側に前述した変位調節器５０が設けられ、これに対する重複説明は省略する。
【００３７】
上記本発明の第２実施形態によると、１つの水平バー３０の内側面に回転体２０を設け、回転体２０に支持台４１を固定させ、錘４０を取り付ける。
【００３８】
そして、固定体２１を回転体と一定距離離隔設置し、回転体と固定体の外部に光ファイバー格子センサ１０を取付固定する。
【００３９】
この際、固定体２１を回転させて光ファイバー格子センサ１０に適当な引張力を加えた後、回転防止ボルト２１ｂを締結することによって固定体２１の回転を防止する。
【００４０】
したがって、本体６０が取り付けられた被測定対象物が回転すると、ブラケット３０１とベアリング３０ａにより結合された水平バー３０も被測定対象物と一体挙動して回転することになるので、錘４０は逆方向に回転する。
【００４１】
この際、支持台４１と連動して回転体２０が回転することによって、光ファイバー格子センサ１０に引張力を加えて光ファイバー格子センサ１０の長さ変化を誘導する。
【００４２】
即ち、水平バー３０の回転角度に比例して錘４０により発生する回転力の大きさが比例的に変化し、光ファイバー格子センサ１０でその張力を感知して角度に換算できるようになる。
【００４３】
したがって、本発明の第２実施形態によると、本体６０に設けられたブラケット３０１に水平バー３０がベアリング結合されることにより、傾き（θ）に従って回転して自動で角度補正が遂行できるので、正確な角度測定を可能にし、施工時の誤差を補正することができる。
【００４４】
また、錘４０の両側面に変位調節部５０を設けて、前述したように、必要以上の変位発生による光ファイバー格子センサ１０の耐久性の低下を防止し、移動時には調節ボルト５０ａを締めて錘４０を固定させることによって、衝撃による光ファイバー格子センサ１０の破損を防止する。
【００４５】
前述した本発明の第１及び第２実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置を用いた計測方法を説明すると、次の通りである。
【００４６】
光ファイバー格子センサ１０の波長変位量を測定して、これを基準値に設定するステップ１（Ｓ１）と、本体６０をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ２（Ｓ２）と、地盤の変動により被測定対象物の傾きに連動されて錘４０が回転することによって、光ファイバー格子センサ１０の引張及び収縮に従う波長変位値を測定するステップ３（Ｓ３）と、ステップ３（Ｓ３）で測定した波長変位値を数式に代入して角度変位を求めるステップ４（Ｓ４）とを含んでなされる。
【００４７】
ここで、上記ステップ４（Ｓ４）の数式は、
【００４８】
（数式１）
ｙ＝０．６２６４・ｘ
ｙ：角度変位                  ｘ：波長変位値
であり、上記の数式１を通じて角度変位を求めるようになる。
【００４９】
図１を参照すると、上記の数式１の係数は軸２０ａの中心から錘４０の重心までの距離（Ｌ）と軸２０ａの中心と光ファイバー１１の接点までの距離（l）との割合に従って変動される。
【００５０】
また、上記の数式１の係数は錘４０の重さに従って変動される。
【００５１】
図５は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第３実施形態を示す図であり、図６及び図７は図５に対する変形された実施形態を示す図である。
【００５２】
図５を参照すると、本発明の第３実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ３は、被測定対象物に設けられて振動による重力加速度の変化値（Ｇ）を測定するためのものである。
【００５３】
その構成は、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面に固定されるように設けられた固定体２１と、固定体２１と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に本体６０内に設けられた回転体２０と、固定体２１と回転体２０の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子１３が各々設けられた上・下部光ファイバー１１１、１１２と、固定体２１と回転体２０の上部外側面に設けられた上部光ファイバー１１上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台４１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とから構成される。
【００５４】
上・下部光ファイバー１１１、１１２は、固定体２１と回転体２０の上部外側面と下部外側面を覆いかぶせるように配置した後、接着させることによって、緊張状態を維持するように水平に連結される。
【００５５】
上記本発明の第３実施形態は、本体６０の前面に固定体２１を設け、これに離隔するように設けられた軸２０ａに回転体２０を結合させ、軸２０ａと回転体２０は前述したようにベアリングにより結合される。
【００５６】
前述した本発明の第３実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置を用いた計測方法を説明すると、次の通りである。
【００５７】
本体６０を反時計方向に９０゜回転させて錘４０の回転により上部光ファイバー１１１が収縮され、下部光ファイバー１１２が引張されるようにするステップ１（Ｓ１）と、ステップ１（Ｓ１）での光ファイバー格子センサ１０の波長変位量を測定して、これを重力加速度１Ｇの基準値に設定するステップ２（Ｓ２）と、本体６０を時計方向に９０゜回転させて錘４０が原位置されるようにするステップ３（Ｓ３）と、本体６０をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ４（Ｓ４）と、地盤の変動により被測定対象物の左右方向振動に連動されて錘４０が振動することによって、光ファイバー格子センサ１０の波長変位値を測定するステップ５（Ｓ５）と、ステップ５（Ｓ５）で測定した波長変位値を数式に代入して錘４０の張力（ｇ）を求めた後、その変位量をステップ３（Ｓ３）の基準値に対比して変化された重力加速度（Ｇ）を求めるステップ６（Ｓ６）とを含んでなされる。
【００５８】
ここで、上記ステップ６（Ｓ６）の数式は、
【００５９】
（数式２）
ｙ＝０．０１３６・ｘ＋０．０００９
ｙ：錘の張力（ｇ）                    ｘ：波長変位値
であり、上記の数式２を通じて重力加速度（Ｇ）を求めるようになる。
【００６０】
上記の数式２の係数は軸２０ａの中心から錘４０の重心までの距離（Ｌ）と軸２０ａの中心と光ファイバー１１１の接点までの距離（l）との割合に従って変動される。
【００６１】
また、上記の数式２の係数は錘４０の重さに従って変動される。
【００６２】
この際、図６のように、前述した本発明の第３実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置において、上・下部光ファイバー１１１、１１２に全て光ファイバー格子センサ１０ａ、１０ｂを設けることによって、上・下部光ファイバー１１１、１１２に加えられる引張力と圧縮力が対称に作用して精密な計測を可能にする。
【００６３】
また、光ファイバー格子センサ１１１、１１２のうち、どれか１つを温度補償用に使用することもできる。
【００６４】
一方、図７に示すように、錘４０は回転体２０の側部と所定長さの支持台３０１により連結され、かつ水平状態に設けられることもできるが、このように錘４０を水平に設けることによって、上下振動の感知が容易になるという長所がある。
【００６５】
図８は、本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第４実施形態を示す図である。
【００６６】
図８を参照すると、本発明の第４実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ４は、振動による重力加速度の変形値を測定するためのものであって、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体２０と、回転体２０の両側に所定距離離隔して水平になるように設けられ、固定設置された第１及び第２固定体２１２、２１４と、回転体２０の外周面に巻き取られた後、一側は第１固定体２１２に接着され、他側は第２固定体２１４に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子１３が各々設けられた光ファイバー１１と、第１固定体２１２と回転体２０とを連結する光ファイバー１１３上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台３０１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とから構成される。
【００６７】
図９は、図８の他の実施形態を示す図であって、上記本発明の第４実施形態において、第２固定体２１と回転体２０とを連結する光ファイバー１１４上にも光ファイバー格子センサ１０ｂが設けられる。
【００６８】
前述した本発明の第３及び第４実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ３、Ａ４も第１及び第２実施形態Ａ１、Ａ２と同様に、角度測定用にも使用可能であることは勿論である。
【００６９】
図１０は、本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の他の実施形態を示す図である。
【００７０】
図１０に示すように、本発明の第１乃至第４実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置において、回転体２０は、固定体２１と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に本体６０内に設けられ、下部に重量部材２０ｂが一体形成されて偏心結合されるようにしたものである。
【００７１】
本発明は、前述した好ましい実施形態と関連して説明されたが、発明の要旨と範囲から逸脱することなく、多様な修正及び変形が可能であることは当業者であれば容易に認識できるものであり、このような変更及び修正が添付された特許請求範囲に属することは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上、説明したように、本発明は、既存の電気式システムの短所である電磁気波の影響を完全に克服して、その間可能でなかった運行中の地下鉄のトンネル内空変位が常時計測できるようにし、光ファイバー格子センサの優れる特性により、その精度も上げることができ、ひとすじの光ファイバーで最大２０余個のセンサが直列連結できるので、既存の電気式システムよりずっと少ない空間を必要とし、光ファイバー格子センサ自体が固有な波長値を有するので、被測定対象物の初期値対比累積変形が計測できる長所がある。
【図１】
2010500556.tif 000003
【図２】
2010500556.tif 000004
【図３】
2010500556.tif 000005
【図４】
2010500556.tif 000006
【図５】
2010500556.tif 000007
【図６】
2010500556.tif 000008
【図７】
2010500556.tif 000009
【図８】
2010500556.tif 000010
【図９】
2010500556.tif 000011
【図１０】
2010500556.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月10日(2009.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法に関し、より詳しくは、精密な変形を計測する光ファイバー格子センサを使用して傾きや振動発生の際、光ファイバー格子センサの変形を測定することにより、橋梁やトンネルの内空変位など、被測定対象物の傾きと重力加速度のような内空変位が測定できるようにした光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地下鉄が運行されるトンネルは地上で発生する衝撃または地下鉄の運行時に発生する振動及び騒音により変形が発生する恐れがあるので、周期的にトンネルの内空変位を測定する必要がある。
【０００３】
即ち、トンネルの内空変位測定はトンネル内部断面の挙動を測定してトンネルの安定性の可否を判断するものであり、主にトンネルの傾きや騒音振動による重力加速度測定が該当される。
【０００４】
従来は、電気抵抗式ゲージを使用してトンネルの内空変位を測定したが、計測精度が落ち、特に地下鉄の運行中には電磁気波の影響によりその値が信頼できないので、リアルタイム計測ができないし、地下鉄の運行が終了した後でなければ測定ができなかった。
【０００５】
しかしながら、トンネルの内空変位は地下鉄の運行速度とその荷重に相当な物理的な影響を受けるという事実を考えると、地下鉄の運行中に計測できないということは非常に大きい問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解消するために案出したものであって、地下鉄のトンネルに設けられ、地下鉄の運行に関わらず、何時でも常時計測可能であるように電磁気波の影響を何も受けないようにすることで、より精密な計測が可能な光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置及びこれを用いた計測方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に設けられ、本体の傾きに連動して回転される姿勢維持装置と、上記姿勢維持装置の一側に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と離隔し、上記姿勢維持装置の他側にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着設置された光ファイバーと、上記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とを含んでなり、被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置により達成できる。
【０００８】
また、前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、前記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、前記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に前記本体内に設けられた回転体と、前記固定体と回転体の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結された上・下部光ファイバーと、前記固定体と回転体の上部外側面に設けられた上部光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とを含んでなり、被測定対象物に設けられて変形による重力加速度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置により達成できる。
【０００９】
前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に上記本体内に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着連結され、その両端部に光端子が各々設けられた光ファイバーと、上記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された内空変位計測装置を用いた計測方法であって、上記光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを基準値に設定するステップ１と、上記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ２と、地盤の変動により被測定対象物の傾きに連動されて錘が回転することによって、光ファイバー格子センサの引張及び収縮に従う波長変位値を測定するステップ３と、上記ステップ３で測定した波長変位値を数式に代入して角度変位を求めるステップ４とを含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法により達成できる。
【００１０】
前述した本発明の目的は、被測定対象物に設けられる本体と、上記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、上記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に上記本体内に設けられた回転体と、上記固定体と回転体の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子が各々設けられた上・下部光ファイバーと、上記固定体と回転体の上部外側面に設けられた上部光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、上記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘とから構成された内空変位計測装置を用いた計測方法であって、上記本体を反時計方向に９０゜回転させて錘の回転により上部光ファイバーが収縮され、下部光ファイバーが引張されるようにするステップ１と、上記ステップ１での光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを重力加速度１Ｇの基準値に設定するステップ２と、上記本体を時計方向に９０゜回転させて原位置されるようにするステップ３と、上記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ４と、地盤の変動により被測定対象物の左右方向振動に連動されて錘が振動することによって、光ファイバー格子センサの波長変位値を測定するステップ５と、上記ステップ５で測定した波長変位値を数式に代入して錘の張力を求めた後、その変位量を上記ステップ３の基準値と比較して変化された重力加速度を求めるステップ６とを含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法により達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】図２の作動例を示す左側面図である。
【図４】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の外観を示す図であって、水平計が設けられたことを示す図である。
【図５】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第３実施形態を示す図である。
【図６】図５の他の実施形態を示す図である。
【図７】図５の他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第４実施形態を示す図である。
【図９】図８の他の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付された図面に基づいて詳細に説明すると、次の通りである。
【００１３】
図１は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第１実施形態を示す図であり、図４は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の外観を示す図であって、水平計が設けられたことを示す図である。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ１は、トンネル壁面のような被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値を測定するためのものであって、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面に固定されるように設けられた固定体２１と、固定体２１と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に本体６０内に設けられた回転体２０と、固定体２１の上部外側面に接着され、回転体２０の上部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に設けられ、その両端部に光端子１３が各々設けられた光ファイバー１１と、固定体２１と回転体２０との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台３０１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とを含んでなされる。
【００１５】
本体６０は、長方形の板状または内側に収容部を持つ函体で形成され、図４に示すように、外側に水平計７０及び垂直計８０が設けられる。
【００１６】
固定体２１または回転体２０は、円形のホイールを使用することが好ましくて、回転体２０は本体６０に形成された軸２０ａとベアリングにより結合されることにより摩擦力を最小化する。
【００１７】
光ファイバー格子センサ１０は、ファイバーブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating；ＦＢＧ）と呼ばれ、光ファイバーのコア部の屈折率を一定の周期に変化させたものであって、特定波長（Bragg波長：ブラッグ波長という）の光だけを選択的に反射する。
【００１８】
また、このような光ファイバー格子センサ１０は、固有な波長値を有し、電磁気波の影響を殆ど受けない等、物理的な特性が非常に優れるものと知られている。
【００１９】
概してこのような光ファイバー格子センサ１０は、単位面積当たりの引張力が非常に高い一方、直径が１２５μｍで非常に小さいため、外部の衝撃に容易に破断できるので、取付時には非常に繊細な作業が要求される。
【００２０】
また、固定体２１と回転体２０の外周面を連結するように光ファイバー格子センサ１０を設ける時には適当な引張力を持つようにぴんと引っ張られて緊張した状態で設けることによって、一層正確な値が測定できるようにする。
【００２１】
錘４０の両側には錘４０の振幅を制限したり、運搬時の破損を防止するために、錘４０の動きを停止させるための変位調節器５０が設けられる。
【００２２】
変位調節器５０は、錘４０の両側に所定距離離隔設置されたボディー５０ｂと、ボディー５０ｂにねじ結合され、端部が錘４０の側面を支持するようにした調節ボルト５０ａから構成されたものであって、調節ボルト５０ａを締めるとか緩めることによって、錘４０が動ける空間が制限できるようになる。
【００２３】
変位調節器５０は、後述する本発明の第２乃至第４実施形態（Ａ２〜Ａ４）にも全て適用されるものであり、以下、変位調節器５０に対する重複説明は省略する。
【００２４】
したがって、本体６０が取り付けられている被測定対象物が傾くと、本体６０も被測定対象物と一体で挙動して傾くことになり、錘４０は地球の中心に向けるため、本体６０に対して逆方向に回転する。
【００２５】
この際、錘４０と支持台４１により連結された回転体２０が回転するようになるので、光ファイバー１１を引張または収縮させることになり、この時の変位を光ファイバー格子センサ１０が感知する。
【００２６】
したがって、本体６０の回転角度に比例して錘４０により発生する回転力の大きさが比例的に変化するので、光ファイバー格子センサ１０でその変位を感知して角度に換算できるようになる。
【００２７】
また、錘４０の両側面に設けられた変位調節部５０の調節ボルト５０ａを締めるとか緩めることによって、錘４０の振幅を制限する。
【００２８】
したがって、錘４０の必要以上の変位の発生を未然に防止することによって、光ファイバー格子センサ１０の耐久性の低下を防止し、移動時には調節ボルト５０ａをもっと締めて錘４０に密着させて錘４０を固定させることによって、光ファイバー格子センサ１０の破損を防止する。
【００２９】
調節ボルト５０ａは、ユーザが本体６０の外部から操作可能に設けられることが好ましい。
【００３０】
一方、本体６０に温度補償用光ファイバー格子センサ（図示せず）を設けて、温度に従う本体６０の変形を感知して測定値を補正してくれれば、より精密な計測が可能になり、図４に示すように、本体６０の外部に水平計７０または垂直計８０をＸ軸とＹ軸に設けることによって施工が容易になる。
【００３１】
図２は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第２実施形態を示す図であり、図３は図２の作動例を示す左側面図である。
【００３２】
図２及び図３を参照すると、本発明の第２実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ２は、被測定対象物に設けられて変形による角度の変形値を測定するためのものであって、被測定対象物が垂直面でない斜面、特に上部が前方に突出した形態の傾斜の場合、回転体の正確な動作が可能になるように被測定対象物の傾きに対応して自然的に回転されて、回転体２０、固定体２１、及びと錘４０が常に地面に対して垂直状態が維持できるようにした姿勢維持装置３０が設けられたことを特徴とする。
【００３３】
上記第２実施形態の構成を説明すると、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面に水平に離隔設置された複数個の支持台３０１と、上記複数個の支持台３０１を連結し、かつ各支持台３０１にベアリングにより結合されて回転可能に設けられた水平バー３０２から構成された姿勢維持装置３０と、水平バー３０２の内面の一側に固定されるように設けられた固定体２１と、固定体２１と離隔し、水平バー３０２の内面の他側にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体２０と、固定体２１の上部外側面に接着され、回転体２０の上部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に設けられ、その両端部に光端子が各々設けられた光ファイバー１１と、固定体２１と回転体２０との間の光ファイバー１１上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台３０１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とから構成される。
【００３４】
姿勢維持装置３０は、本体６０の前面に水平に離隔設置された複数個のブラケット３０１と、複数個のブラケット３０１を連結し、かつ各支持台３０１にベアリングにより結合されて回転可能に設けられた水平バー３０２とから構成される。
【００３５】
したがって、図３に示すように、所定角度（θ）に傾いた被測定対象物に本体６０を設ける場合、上記角度（θ）に比例して姿勢維持装置３０の水平バー３０２が回転することによって、回転体２０、固定体２１、及び錘４０が常に地面に対して垂直状態が維持できるので、回転体２０と軸２０ａが偏向されることを防止することによって、正確な動作が保証できるので、計測がより精密になされることができる。
【００３６】
上記本発明の第２実施形態においても、錘４０の両側に前述した変位調節器５０が設けられ、これに対する重複説明は省略する。
【００３７】
上記本発明の第２実施形態によると、１つの水平バー３０の内側面に回転体２０を設け、回転体２０に支持台４１を固定させ、錘４０を取り付ける。
【００３８】
そして、固定体２１を回転体と一定距離離隔設置し、回転体と固定体の外部に光ファイバー格子センサ１０を取付固定する。
【００３９】
この際、固定体２１を回転させて光ファイバー格子センサ１０に適当な引張力を加えた後、回転防止ボルト２１ｂを締結することによって固定体２１の回転を防止する。
【００４０】
したがって、本体６０が取り付けられた被測定対象物が回転すると、ブラケット３０１とベアリング３０ａにより結合された水平バー３０も被測定対象物と一体挙動して回転することになるので、錘４０は逆方向に回転する。
【００４１】
この際、支持台４１と連動して回転体２０が回転することによって、光ファイバー格子センサ１０に引張力を加えて光ファイバー格子センサ１０の長さ変化を誘導する。
【００４２】
即ち、水平バー３０２の回転角度に比例して錘４０により発生する回転力の大きさが比例的に変化し、光ファイバー格子センサ１０でその張力を感知して角度に換算できるようになる。
【００４３】
したがって、本発明の第２実施形態によると、本体６０に設けられたブラケット３０１に水平バー３０２がベアリング結合されることにより、傾き（θ）に従って回転して自動で角度補正が遂行できるので、正確な角度測定を可能にし、施工時の誤差を補正することができる。
【００４４】
また、錘４０の両側面に変位調節部５０を設けて、前述したように、必要以上の変位発生による光ファイバー格子センサ１０の耐久性の低下を防止し、移動時には調節ボルト５０ａを締めて錘４０を固定させることによって、衝撃による光ファイバー格子センサ１０の破損を防止する。
【００４５】
前述した本発明の第１及び第２実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置を用いた計測方法を説明すると、次の通りである。
【００４６】
光ファイバー格子センサ１０の波長変位量を測定して、これを基準値に設定するステップ１（Ｓ１）と、本体６０をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ２（Ｓ２）と、地盤の変動により被測定対象物の傾きに連動されて錘４０が回転することによって、光ファイバー格子センサ１０の引張及び収縮に従う波長変位値を測定するステップ３（Ｓ３）と、ステップ３（Ｓ３）で測定した波長変位値を数式に代入して角度変位を求めるステップ４（Ｓ４）とを含んでなされる。
【００４７】
ここで、上記ステップ４（Ｓ４）の数式は、
【００４８】
（数式１）
ｙ＝Ｋ・ｘ＋ｂ
ｙ：角度変位          ｘ：波長変位値          Ｋ：係数          ｂ：定数
であり、上記の数式１を通じて角度変位を求めるようになる。
【００４９】
図１を参照すると、上記の数式１の係数（Ｋ）は軸２０ａの中心から錘４０の重心までの距離（Ｌ）と軸２０ａの中心と光ファイバー１１の接点までの距離（l）との割合に従って変動される。
【００５０】
また、上記の数式１の係数（Ｋ）は錘４０の重さに従って変動される。
【００５１】
図５は本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第３実施形態を示す図であり、図６及び図７は図５に対する変形された実施形態を示す図である。
【００５２】
図５を参照すると、本発明の第３実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ３は、被測定対象物に設けられて振動による重力加速度の変化値（Ｇ）を測定するためのものである。
【００５３】
その構成は、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面に固定されるように設けられた固定体２１と、固定体２１と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に本体６０内に設けられた回転体２０と、固定体２１と回転体２０の上部外側面と下部外側面に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子１３が各々設けられた上・下部光ファイバー１１１、１１２と、固定体２１と回転体２０の上部外側面に設けられた上部光ファイバー１１上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台４１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とから構成される。
【００５４】
上・下部光ファイバー１１１、１１２は、固定体２１と回転体２０の上部外側面と下部外側面を覆いかぶせるように配置した後、接着させることによって、緊張状態を維持するように水平に連結される。
【００５５】
上記本発明の第３実施形態は、本体６０の前面に固定体２１を設け、これに離隔するように設けられた軸２０ａに回転体２０を結合させ、軸２０ａと回転体２０は前述したようにベアリングにより結合される。
【００５６】
前述した本発明の第３実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置を用いた計測方法を説明すると、次の通りである。
【００５７】
本体６０を反時計方向に９０゜回転させて錘４０の回転により上部光ファイバー１１１が収縮され、下部光ファイバー１１２が引張されるようにするステップ１（Ｓ１）と、ステップ１（Ｓ１）での光ファイバー格子センサ１０の波長変位量を測定して、これを重力加速度１Ｇの基準値に設定するステップ２（Ｓ２）と、本体６０を時計方向に９０゜回転させて錘４０が原位置されるようにするステップ３（Ｓ３）と、本体６０をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ４（Ｓ４）と、地盤の変動により被測定対象物の左右方向振動に連動されて錘４０が振動することによって、光ファイバー格子センサ１０の波長変位値を測定するステップ５（Ｓ５）と、ステップ５（Ｓ５）で測定した波長変位値を数式に代入して錘４０の張力（ｇ）を求めた後、その変位量をステップ３（Ｓ３）の基準値に対比して変化された重力加速度（Ｇ）を求めるステップ６（Ｓ６）とを含んでなされる。
【００５８】
ここで、上記ステップ６（Ｓ６）の数式は、
【００５９】
（数式２）
ｙ＝Ｋ・ｘ＋ｂ
ｙ：錘の張力（ｇ）        ｘ：波長変位値          Ｋ：係数        ｂ：定数
であり、上記の数式２を通じて重力加速度（Ｇ）を求めるようになる。
【００６０】
上記の数式２の係数（Ｋ）は軸２０ａの中心から錘４０の重心までの距離（Ｌ）と軸２０ａの中心と光ファイバー１１１の接点までの距離（l）との割合に従って変動される。
【００６１】
また、上記の数式２の係数は錘４０の重さに従って変動される。
【００６２】
この際、図６のように、前述した本発明の第３実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置において、上・下部光ファイバー１１１、１１２に全て光ファイバー格子センサ１０ａ、１０ｂを設けることによって、上・下部光ファイバー１１１、１１２に加えられる引張力と圧縮力が対称に作用して精密な計測を可能にする。
【００６３】
また、光ファイバー格子センサ１１１、１１２のうち、どれか１つを温度補償用に使用することもできる。
【００６４】
一方、図７に示すように、錘４０は回転体２０の側部と所定長さの支持台３０１により連結され、かつ水平状態に設けられることもできるが、このように錘４０を水平に設けることによって、上下振動の感知が容易になるという長所がある。
【００６５】
図８は、本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の第４実施形態を示す図である。
【００６６】
図８を参照すると、本発明の第４実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ４は、振動による重力加速度の変形値を測定するためのものであって、被測定対象物に設けられる本体６０と、本体６０の前面にベアリング結合により回転可能に設けられた回転体２０と、回転体２０の両側に所定距離離隔して水平になるように設けられ、固定設置された第１及び第２固定体２１２、２１４と、回転体２０の外周面に巻き取られた後、一側は第１固定体２１２に接着され、他側は第２固定体２１４に接着されて緊張状態を維持するように水平に連結され、その両端部に光端子１３が各々設けられた光ファイバー１１と、第１固定体２１２と回転体２０とを連結する光ファイバー１１３上に設けられる光ファイバー格子センサ１０と、回転体２０の下部と所定長さの支持台３０１により連結されて垂直状態に設けられた錘４０とから構成される。
【００６７】
図９は、図８の他の実施形態を示す図であって、上記本発明の第４実施形態において、第２固定体２１と回転体２０とを連結する光ファイバー１１４上にも光ファイバー格子センサ１０ｂが設けられる。
【００６８】
前述した本発明の第３及び第４実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置Ａ３、Ａ４も第１及び第２実施形態Ａ１、Ａ２と同様に、角度測定用にも使用可能であることは勿論である。
【００６９】
図１０は、本発明に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置の他の実施形態を示す図である。
【００７０】
図１０に示すように、本発明の第１乃至第４実施形態に係る光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置において、回転体２０は、固定体２１と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に本体６０内に設けられ、下部に重量部材２０ｂが一体形成されて偏心結合されるようにしたものである。
【００７１】
本発明は、前述した好ましい実施形態と関連して説明されたが、発明の要旨と範囲から逸脱することなく、多様な修正及び変形が可能であることは当業者であれば容易に認識できるものであり、このような変更及び修正が添付された特許請求範囲に属することは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上、説明したように、本発明は、既存の電気式システムの短所である電磁気波の影響を完全に克服して、その間可能でなかった運行中の地下鉄のトンネル内空変位が常時計測できるようにし、光ファイバー格子センサの優れる特性により、その精度も上げることができ、ひとすじの光ファイバーで最大２０余個のセンサが直列連結できるので、既存の電気式システムよりずっと少ない空間を必要とし、光ファイバー格子センサ自体が固有な波長値を有するので、被測定対象物の初期値対比累積変形が計測できる長所がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物に設けられる本体と、
前記本体の前面に固定されるように設けられた固定体と、
前記固定体と所定距離離隔して水平になるように設けられ、ベアリング結合により回転可能に前記本体内に設けられた回転体と、
前記固定体と回転体の上部外側面に緊張状態を維持するように水平に接着連結された光ファイバーと、
前記固定体と回転体との間の光ファイバー上に設けられる光ファイバー格子センサと、
前記回転体の下部と所定長さの支持台により連結されて垂直状態に設けられた錘と、を含んでなり、
被測定対象物に設けられて変形による角度及び加速度の変形値が測定できるようにしたことを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項２】
前記本体の前面に設けられ、本体の傾きに連動して回転される姿勢維持装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項３】
前記姿勢維持装置は、前記本体の前面に水平に離隔設置された複数個のブラケットと、前記複数個のブラケットを連結し、かつ各ブラケットにベアリングにより結合されて回転可能に設けられた水平バーとから構成されたことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項４】
前記固定体と回転体の下部外側面上にも光ファイバーが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項５】
前記固定体と回転体の下部外側面上にも光ファイバー格子センサが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項６】
前記回転体は、下部に重量部材が一体形成されて偏心結合されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項７】
前記本体は、外側に水平計と垂直計が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項８】
前記錘の両側には錘の振幅を制限したり動きを停止させるための変位調節器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項９】
前記変位調節器は、前記錘の両側に所定距離離隔設置されたボディーと、前記ボディーにねじ結合され、端部が錘の側面を支持するようにした調節ボルトとから構成されたものであり、前記調節ボルトを締めるとか緩めることによって、錘が動ける空間が制限できるようにしたことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置。
【請求項１０】
請求項１の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置において、
光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを基準値に設定するステップ１と、
前記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ２と、
地盤の変動により被測定対象物の傾きに連動されて錘が回転することによって、光ファイバー格子センサの引張及び収縮に従う波長変位値を測定するステップ３と、
前記ステップ３で測定した波長変位値を用いて角度変位を求めるステップ４と、
を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【請求項１１】
請求項１の光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測装置において、
前記本体を反時計方向に９０゜回転させて錘の回転により上部光ファイバーが収縮され、下部光ファイバーが引張されるようにするステップ１と、
前記ステップ１での光ファイバー格子センサの波長変位量を測定して、これを重力加速度１Ｇの基準値に設定するステップ２と、
前記本体を時計方向に９０゜回転させて原位置されるようにするステップ３と、
前記本体をトンネル壁面のような被測定対象物に設けるステップ４と、
地盤の変動により被測定対象物の左右方向振動に連動されて錘が振動することによって、光ファイバー格子センサの波長変位値を測定するステップ５と、
前記ステップ５で測定した波長変位値を用いて錘の張力を求めた後、その変位量を前記ステップ３の基準値と比較して、変化された重力加速度を求めるステップ６と、
を含んでなることを特徴とする光ファイバー格子センサを用いた内空変位計測方法。
【国際調査報告】
2010500556.tif 000013
2010500556.tif 000014