(57)【要約】【課題】本発明は、アスファルト舗装道路の維持管理のため、通行する車両の軸重などを計測し、評価する必要があることに鑑みてなされたもので、車両の軸重他の情報をリアルタイムで計測、表示する手段に関する。【解決手段】本発明は、上記の課題を解決する手段を提供するもので、光ファイバをセンサとして用いることを特長とする。光ファイバセンサはＦＢＧと呼ばれる内部にブラッグ回折格子を書き込んだもので、軸重荷重を格子間隔の伸縮に変換して測定する。伸縮値はブラッグ反射光の波長変化として実測できる。電気信号を使わないので、屋外の過酷な測定条件の下でも、降雨や降雪融水による漏電や落雷の影響などを受けない。【選択図】図９
2007263937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の車両の軸重を計測する方法であって、道路の一部を切削して路面とほぼ同じレベルになるように、車両の車輪のうち１方が必ず通過するように配慮した位置に０．５ｍ×１ｍ大の板を検知板として路面に沿うように埋め込み、その四隅に圧力センサを配置して、該検知板の上を車輪が通過するとき該センサ群が示す時間経過とともに変化する圧力値の総量、及び比率、さらに時間経過から、負荷された軸重だけでなく、走行した路面上の位置、及び、走行速度を同時に表示できることを特長とする、実時間軸重計。
【請求項２】
請求項１において計測すべき圧力の値を、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）による歪みセンサの伸縮量に変換して測定することを特長とする光方式の実時間軸重計。
【請求項３】
請求項１における検知板を道路中心軸に垂直な２つの端に限定した分割構造とし、該分割されたそれぞれの検知板両端に２つの圧力センサを取り付けることにより、合計４つの圧力センサが請求項１で述べた検地板が全面に渡っている場合と同様の信号を発生させられることを利用した、実時間軸重計。
【請求項４】
請求項１における検知板領域を、路面にその頭頂面が来るように、アクリル、ウレタンなどの硬質樹脂で作成した１〜１０センチメートル四方の四角柱もしくは１〜１０センチメートル直径の円柱エレメントを複数個をクッション層を挟んで敷き詰めて路面に埋め込むという方法で細分化し、さらに、それぞれのエレメント内部に埋め込み、もしくは接着、もしくは取り付けた光ファイバセンサ（ＦＢＧ）により、路面への２次元の軸重分布が表示できることを特長とする、実時間軸重計。
【請求項５】
請求項３における各エレメントからの光ファイバセンサ（ＦＢＧ）信号の時間推移解析により、路面へのタイヤからのせん断応力が表示できることを特長とする軸重計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明が属する技術分野は道路工学の分野であって、アスファルトによる道路舗装に関し、舗装の状態に影響を与える各種の通過車両の動的軸重などを実時間で計量する計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】アスファルト舗装道路の表面状態は走行する車両の車輪からの動的な軸重により強く影響を受けることから、舗装を良好な状態に維持するためには軸重計測は必須である。【０００３】本発明は当該計測に光ファイバセンサ技術を導入するもので、特に、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）をセンサデバイスとして用いることが特長である。【０００４】ＦＢＧデバイスを道路面に埋め込んだ検知板下４隅に用いる方式により、走行中の車両の軸重、および、前後輪間の軸間隔、走行速度、道路面での走行位置などをリアルタイムで計測できることが特長である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】近年、高度成長期に建設された社会資本の老朽化が進み、その対応に要する費用は近い将来、増加・集中していくことが予想されている。  国や地方の財政事情が悪化する中で、舗装の建設および維持管理にあたっても、ライフサイクルコストの縮減が求められ、舗装マネジメントシステム（ＰＭＳ）の実用化に向けた研究開発や導入に向けた検討が進められている。【０００６】  ＰＭＳの目的は、限られた予算を最も効率的に活用し利用者に安全快適な舗装道路を提供することにあり、劣化損傷の予測と予測結果に基づく経済比較分析を行い、舗装道路の建設や維持管理計画について最適案を選定する。  舗装のわだち掘れや疲労ひび割れなどの劣化損傷は、繰り返し作用する交通荷重に起因して発生することから、劣化予測に当たっては、走行する交通荷重の大きさ、作用する回数と位置の分布、移動速度などを精度良く把握することが重要である．【０００７】  また，舗装道路の建設段階においても、ライフサイクルコストの縮減に向けて低コストで耐久性が高い新材料や新工法を積極的に採用することが望まれている。【０００８】  使用実績が少ない新材料や舗装構造の設計にあたっては，従来の経験的な設計法であるＴＡ法の適用が困難であり，理論的設計法の確立が求められる．  理論的設計法においては，走行する交通荷重によって舗装各層に発生するひずみを力学解析手法により求め，構成材料の疲労特性から破壊年数を推定する．こため，設計条件としての交通荷重の実態を精度良く把握することが重要である。【０００９】  しかし、実用的な計量装置がなく、舗装道路の設計および管理において問題となっている。本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、道路管理上必要な情報を取得するため道路に設置して走行中の車両の軸重をリアルタイムで計測する方法、及び装置に関する。
【課題を解決する手段】
【００１０】  走行中の車両からの荷重負荷は静止状態の負荷とは異なり、実際の荷重に加えて運動慣性力が大きく作用する。特に荷載状態ではそれが倍加する可能性があり、それらを正確に計量する必要がある。そこで、本発明のように圧力センサを配置して、これらのセンサからの信号をリアルタイムで処理することにより、ダイナミックな荷重の時間変化が観測されるが、その時間推移から、通過した車輪の軸重、および、前後輪の軸間隔、走行速度、さらに、走行位置などが同時に計測できる。本発明は、そのセンサの配置方法とデータ処理の方法に関する。
【００１１】  道路表面は降雨、降雪などにより電気的には極めて悪い環境にあり、電気的センサでは雨水による漏電、落雷など悪天候時にはトラブルが発生することが多く、電気的センサを用いるのは現実的でない。そこで本発明では、センサデバイスとして光ファイバを用いる。光ファイバは雨水による漏電などの問題もなく、また、絶縁物であるので落雷の心配もないことが利点である。
【発明の効果】
【００１２】  本発明は、道路が、その舗装材が通過する車両の車輪からの力（軸重）により疲労し、舗装が傷むことから、走行している車両から受ける軸重を実時間で計測評価することが重要であることに鑑みてなされたもので、道路舗装管理の上で効果が期待できる。道路舗装管理の成功は、経済の活性化や交通安全対策に寄与する効果が期待される。
発明の詳細
【００１３】（１）ＦＢＧ
ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）は、図１に示すように、直径１２５μｍのＧｅをドープした光ファイバの内部にある直径５μｍのコア部に紫外線を用いて超微小な回折格子を書き込んだものである。これは格子の間隔で決まる特定の波長を反射する性質（Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）がある。
【００１４】つまり、
λｒ＝Ｄ・ｎ                        （１）
ここで、Ｄは格子間隔、ｎはコアの平均屈折率である。この式はＤあるいはｎが変化すると反射波長が変化することを示している。これらの関係は次のように表現できる。
2007263937.tif 000003
【００１５】
2007263937.tif 000004
／Ｌ）は
2007263937.tif 000005
とおくと、これは波長の変化から測定可能量である。
【００１６】（２）ＦＢＧゲージ
軸重をＦＢＧの歪みに変換するエレメントである。これは、図２のように、一枚の板バネの表面にＦＢＧを固定したものである。この板バネに圧力がかかって屈曲すると、表面のＦＢＧに伸張力が作用しこれを検知できる。圧力によ
2007263937.tif 000006
ち、
2007263937.tif 000007
であり、比例定数ｐは既知である。
【００１７】（３）軸重計
図３は、このＦＢＧを内蔵した軸重計である。１０００×５００ｍｍサイズのステージが４つの強力なバネで支えられている構造となっている。車両がステージ上を通過するとわずかに低下する。これをＦＢＧゲージが感じ取ってＦＢＧ反射波長
2007263937.tif 000008
きる。路面下にはバネ定数ｋのバネが内蔵されており、路面に負荷された力ｆと次の関係がある。
2007263937.tif 000009
【００１８】
2007263937.tif 000010
ｆは計量可能となる。予備的実測によれば、ｋ＝４／０．０００３［ｋｇ／ｍｍ］となった（図５（ａ）参照）。これは、４つのバネに共通に３０００ｋｇ荷重が負荷されたとき全体として０．９ｍｍ路面降下することを意味する。測定では逆にＦＢＧ信号から降下量を求め、これにｋを乗じて荷重を求める。以下では４つのバネのバネ定数は等しいとして取り扱う。
【００１９】バネは軸重計の四隅についており、ＦＢＧゲージも４個配置してある。（図では、そのうちの１つだけを図示している。）そのため、４つのＦＢＧからの圧力データーを比較すれば、車軸（重心）がどの位置を通過しているかがリアルタイムで識別可能である。
【００２０】  図に示すように、ｘ（ａ，ｂ）にｆなる力が負荷されているとしたとき、四隅での力（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４）が測定できれば、次の式から作用点ｘの座標（ａ，ｂ）が計算できる。
2007263937.tif 000011
ここで、Ｌ１、Ｌ２は軸重計の長辺と短辺の有効長である。また、
ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３＋ｆ４                          （７）
である。
【００２１】式（６−１）を用いると、進行方向に垂直の左右位置が、（ｆ１＋ｆ２）と（ｆ３＋ｆ４）のバランスから計算できる。また、進行方向の位置は式（６−２）を用いれば
（ｆ１＋ｆ３）と（ｆ２＋ｆ４）のバランスから計算できる。データーがリアルタイムで取得できれば、時々刻々の進行方向位置の移動も判別できるので、進行方向のデーターから車両の通過速度ｖも判別できる。すなわち、
ｖ＝Ｌ２／τ
【００２２】ここで、Ｌ２は軸重計の短辺の長さ、τは通過に要した時間である。Ｌ２＝０．５ｍであるから、時速４０ｋｍ／ｈの場合には、τ＝０．５／（４０×１０００／３６００）＝０．５×３．６／４０＝０．０４５［ｓｅｃ］であるから、高速のサンプリングが必要であることがわかる。後述する測定器材は、０．０１秒毎のサンプリングを行う。
【００２３】図５は事前の予備試験の結果である。これらはいずれも静特性である。（ａ）は中心荷重量と降下量の関係、（ｂ）は、軸重計ステージへの作用点位置と重量バランスの関係である。ほぼ５％程度の精度で作用点の位置を割り出すことができる。
【００２４】（４）ＦＢＧ光学系
ＦＢＧの反射波長変化をリアルタイムに測定するために、新しいＦＢＧ光学系を導入する。その原理を図６に示す。既存特許出願（佐々木一正他）特願２００４−１１６６００を参照している。
【００２５】この方式は２つのＦＢＧを使い、１つは反射特性、他は透過特性を利用する。図のように配線すると２つのスペクトルの重ね合わせが出力される。２つのＦＢＧのうち１つをゲージに取り付け、他を参照とすれば、ゲージに力がかかったときはゲージ側のＦＢＧの波長だけがズレるので、２つのＦＢＧのスペクトルの重ね合わせがずれて出力が変化する（図７参照）。
【００２６】  つまり、２つのスペクトルが重なる領域では、２つのスペクトルのズレ量が出力の光パワー比例することから、波長情報が光パワー情報に変換されている。一方、温度などの共通の変動要因は２つのＦＢＧで同時に起こるので、出力には現れない。波長走査をする必要がないので、出力はリアルタイムで応答する。式で表現するならば、
2007263937.tif 000012
【００２７】ここで、ｐ１はＦＢＧ１の反射パワースペクトル、ｐ２はＦＢＧ２の透過パワースペクトルである。λ１、λ２は光源の波長帯域、もしくは、検出器の波長制限帯域の下限と上限で、λの変化領域より十分大きいとする。今、ガウス形のスペクトル形を仮定すると、それぞれのスペクトルは次式で表現できる。
ｐ１（ｔ，Ｔ）＝ｅｘｐ−（λ−λｒ１（ｔ，Ｔ））２／σ２        （９）
ｐ２（Ｔ）＝ｅｘｐ−（λ−λｒ２（Ｔ））２／σ２                （１０）
【００２８】ここにσはスペクトル幅である。Ｔは温度。λｒは反射波長を示しており、これが時間、及び温度によって変化する。温度による変化は線形であり、両方のスペクトルに共通しているので、式（８）を実行したときに相殺される。しかし、時間変化は残り、時間変化の情報はＰへと伝えられる。
【００２９】（５）測定機器
図８に計測器の構成を示す。ＦＢＧからの信号は波長情報なので、波長分析器（スペクトラムアナライザ：ＳＡ）を必要とするが、ここでは上述の光回路（波長情報を光パワー情報に変換）を用いるため、必要としない。このことは応答性が高速となる利点もあるが、システムの実用化においてコストの低減にも役立つ（高価な機材ＳＡを使わないため）。
【実施例】
【００３０】  本発明の実施例を図９以下に示す。図９は実施例１であり、アスファルトを一部切り取って穴８をあけ、その内部に台座５を置き、その上に、バネ２および圧力検知センサ４を置いた上に、軸重検知板１を路面と同じレベルになるように置いた構造をもつものである。この動作については上述したとおりである。【００３１】  実施例２（図１０）は、検知板を端部分だけを残して分割した方式であり、圧力センサ４はバネ２とともに、各分割された検知板１、１’に２つづつ、計４個ついており、各検知板は独立に動作することが特長であり、信号処理は全面に検知板がある場合に比較して簡便となる。検知板は台形の台座５に取り付けられて全体はアスファルト８に図のように埋設される。【００３２】    実施例３（図１１）は、タイヤからの圧力の分布を検知できるように、検知板を小区間に分けるようにしたものである。ＦＢＧを内蔵した四角柱６を用いる。図１３に示すように、１個の四角柱につき４本のＦＢＧ９がそれぞれの側面位置に配置され、それぞれが光ファイバ１０により計測装置に接続されている。【００３３】  もし、上から圧力を受けて四角柱材料が圧縮されるとＦＢＧも圧縮を受けて反射波長が変化するので、この情報から圧力の大きさを計量するものである。【００３４】  図１２は、この四角柱を頭頂面が道路面と同じになるようにクッション層７を介してアスファルト８内に埋めた構造である。図１１、１２では１列配置を示している。これを道路に横断的に配置すれば、空間的な分布はタイヤの進行方向の垂直な方向の分布を、計測データーの時間変化が進行方向の分布であることを意味している。もし、空間的に２次元分布を取る必要があるときは、これを複数列配置すれば解決できる。【００３５】  この方式の利点はせん断応力が計測できることである。この原理を図１４に示す。せん断応力が負荷されると四角柱は図のように曲がるこのとき、曲がった方向のＦＢＧは圧縮を受け、反対の位置のＦＢＧは伸張される。これを差動信号として処理すればせん断力を計測することができる。差動処理によれば温度の影響なども相殺される利点がある。しかし、全体が圧縮される場合には差動処理では感度が発生しないことは注意を要するが、温度変化のサイクルと車両の通過による衝撃的な圧力変化とは周波数が全く違うので、容易に識別可能である。
【図１】
2007263937.tif 000013
【図２】
2007263937.tif 000014
【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】
2007263937.tif 000019
【図８】
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【図９】
2007263937.tif 000021
【図１０】
2007263937.tif 000022
【図１１】
2007263937.tif 000023
【図１３】
2007263937.tif 000024
【図１４】
2007263937.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月6日(2006.7.6)
【手続補正２】
【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】  本発明が属する技術分野は道路工学の分野であって、アスファルトによる道路舗装に関し、舗装の状態に影響を与える各種の通過車両の動的軸重などを実時間で計量する計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】アスファルト舗装道路の表面状態は走行する車両の車輪からの動的な軸重により強く影響を受けることから、舗装を良好な状態に維持するためには軸重計測は必須である。【０００３】本発明は当該計測に光ファイバセンサ技術を導入するもので、特に、光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）をセンサデバイスとして用いることが特長である。【０００４】ＦＢＧデバイスを道路面に埋め込んだ検知板下４隅に用いる方式により、走行中の車両の軸重、および、前後輪間の軸間隔、走行速度、道路面での走行位置などをリアルタイムで計測できることが特長である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】近年、高度成長期に建設された社会資本の老朽化が進み、その対応に要する費用は近い将来、増加・集中していくことが予想されている。  国や地方の財政事情が悪化する中で、舗装の建設および維持管理にあたっても、ライフサイクルコストの縮減が求められ、舗装マネジメントシステム（ＰＭＳ）の実用化に向けた研究開発や導入に向けた検討が進められている。【０００６】  ＰＭＳの目的は、限られた予算を最も効率的に活用し利用者に安全快適な舗装道路を提供することにあり、劣化損傷の予測と予測結果に基づく経済比較分析を行い、舗装道路の建設や維持管理計画について最適案を選定する。  舗装のわだち掘れや疲労ひび割れなどの劣化損傷は、繰り返し作用する交通荷重に起因して発生することから、劣化予測に当たっては、走行する交通荷重の大きさ、作用する回数と位置の分布、移動速度などを精度良く把握することが重要である．【０００７】  また，舗装道路の建設段階においても、ライフサイクルコストの縮減に向けて低コストで耐久性が高い新材料や新工法を積極的に採用することが望まれている。  使用実績が少ない新材料や舗装構造の設計にあたっては，従来の経験的な設計法であるＴＡ法の適用が困難であり，理論的設計法の確立が求められる．理論的設計法においては，走行する交通荷重によって舗装各層に発生するひずみを力学解析手法により求め，構成材料の疲労特性から破壊年数を推定する．こため，設計条件としての交通荷重の実態を精度良く把握することが重要である。【０００８】  しかし、実用的な計量装置がなく、舗装道路の設計および管理において問題となっている。本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、道路管理上必要な情報を取得するため道路に設置して走行中の車両の軸重をリアルタイムで計測する方法、及び装置に関する。
【課題を解決する手段】
【０００９】  走行中の車両からの荷重負荷は静止状態の負荷とは異なり、実際の荷重に加えて運動慣性力が大きく作用する。特に荷載状態ではそれが倍加する可能性があり、それらを正確に計量する必要がある。そこで、本発明のように圧力センサを配置して、これらのセンサからの信号をリアルタイムで処理することにより、ダイナミックな荷重の時間変化が観測されるが、その時間推移から、通過した車輪の軸重、および、前後輪の軸間隔、走行速度、さらに、走行位置などが同時に計測できる。本発明は、そのセンサの配置方法とデータ処理の方法に関する。
【００１０】  道路表面は降雨、降雪などにより電気的には極めて悪い環境にあり、電気的センサでは雨水による漏電、落雷など悪天候時にはトラブルが発生することが多く、電気的センサを用いるのは現実的でない。そこで本発明では、センサデバイスとして光ファイバを用いる。光ファイバは雨水による漏電などの問題もなく、また、絶縁物であるので落雷の心配もないことが利点である。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は、道路が、その舗装材が通過する車両の車輪からの力（軸重）により疲労し、舗装が傷むことから、走行している車両から受ける軸重を実時間で計測評価することが重要であることに鑑みてなされたもので、道路舗装管理の上で効果が期待できる。道路舗装管理の成功は、経済の活性化や交通安全対策に寄与する効果が期待される。
発明の詳細
【００１２】（１）ＦＢＧ
ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）は、図１に示すように、直径１２５μｍのＧｅをドープした光ファイバの内部にある直径５μｍのコア部に紫外線を用いて超微小な回折格子を書き込んだものである。これは格子の間隔で決まる特定の波長を反射する性質（Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）がある。
【００１３】つまり、
λｒ＝Ｄ・ｎ                        （１）
ここで、Ｄは格子間隔、ｎはコアの平均屈折率である。この式はＤあるいはｎが変化すると反射波長が変化することを示している。これらの関係は次のように表現できる。
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【００１４】
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／Ｌ）は
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とおくと、これは波長の変化から測定可能量である。
【００１５】（２）ＦＢＧゲージ
軸重をＦＢＧの歪みに変換するエレメントである。これは、図２のように、一枚の板バネの表面にＦＢＧを固定したものである。この板バネに圧力がかかって屈曲すると、表面のＦＢＧに伸張力が作用しこれを検知できる。圧力によ
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ち、
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であり、比例定数ｐは既知である。
【００１６】（３）軸重計
図３は、このＦＢＧを内蔵した軸重計である。１０００×５００ｍｍサイズのステージが４つの強力なバネで支えられている構造となっている。車両がステージ上を通過するとわずかに低下する。これをＦＢＧゲージが感じ取ってＦＢＧ反射波長
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きる。路面下にはバネ定数ｋのバネが内蔵されており、路面に負荷された力ｆと次の関係がある。
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【００１７】
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ｆは計量可能となる。予備的実測によれば、ｋ＝４／０．０００３［ｋｇ／ｍｍ］となった（図５（ａ）参照）。これは、４つのバネに共通に３０００ｋｇ荷重が負荷されたとき全体として０．９ｍｍ路面降下することを意味する。測定では逆にＦＢＧ信号から降下量を求め、これにｋを乗じて荷重を求める。以下では４つのバネのバネ定数は等しいとして取り扱う。
【００１８】バネは軸重計の四隅についており、ＦＢＧゲージも４個配置してある。（図では、そのうちの１つだけを図示している。）そのため、４つのＦＢＧからの圧力データーを比較すれば、車軸（重心）がどの位置を通過しているかがリアルタイムで識別可能である。
【００１９】  図に示すように、ｘ（ａ，ｂ）にｆなる力が負荷されているとしたとき、四隅での力（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４）が測定できれば、次の式から作用点ｘの座標（ａ，ｂ）が計算できる。
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ここで、Ｌ１、Ｌ２は軸重計の長辺と短辺の有効長である。また、
ｆ＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３＋ｆ４              （７）
である。
【００２０】  式（６−１）を用いると、進行方向に垂直の左右位置が、（ｆ１＋ｆ２）と（ｆ３＋ｆ４）のバランスから計算できる。また、進行方向の位置は式（６−２）を用いれば（ｆ１＋ｆ３）と（ｆ２＋ｆ４）のバランスから計算できる。データーがリアルタイムで取得できれば、時々刻々の進行方向位置の移動も判別できるので、進行方向のデーターから車両の通過速度ｖも判別できる。すなわち、
ν＝Ｌ２／τ
【００２１】ここで、Ｌ２は軸重計の短辺の長さ、τは通過に要した時間である。Ｌ２＝０．５ｍであるから、時速４０ｋｍ／ｈの場合には、τ＝０．５／（４０×１０００／３６００）＝０．５×３．６／４０＝０．０４５［ｓｅｃ］であるから、高速のサンプリングが必要であることがわかる。後述する測定器材は、０．０１秒毎のサンプリングを行う。
【００２２】  図５は事前の予備試験の結果である。これらはいずれも静特性である。（ａ）は中心荷重量と降下量の関係、（ｂ）は、軸重計ステージへの作用点位置と重量バランスの関係である。ほぼ５％程度の精度で作用点の位置を割り出すことができる。
【００２３】（４）ＦＢＧ光学系
ＦＢＧの反射波長変化をリアルタイムに測定するために、新しいＦＢＧ光学系を導入する。その原理を図６に示す。既存特許出願（佐々木一正他）特願２００４−１１６６００を参照している。
【００２４】  この方式は２つのＦＢＧを使い、１つは反射特性、他は透過特性を利用する。図のように配線すると２つのスペクトルの重ね合わせが出力される。２つのＦＢＧのうち１つをゲージに取り付け、他を参照とすれば、ゲージに力がかかったときはゲージ側のＦＢＧの波長だけがズレるので、２つのＦＢＧのスペクトルの重ね合わせがずれて出力が変化する（図７参照）。
【００２５】つまり、２つのスペクトルが重なる領域では、２つのスペクトルのズレ量が出力の光パワー比例することから、波長情報が光パワー情報に変換されている。一方、温度などの共通の変動要因は２つのＦＢＧで同時に起こるので、出力には現れない。波長走査をする必要がないので、出力はリアルタイムで応答する。式で表現するならば、
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【００２６】ここで、ｐ１はＦＢＧ１の反射パワースペクトル、ｐ２はＦＢＧ２の透過パワースペクトルである。λ１、λ２は光源の波長帯域、もしくは、検出器の波長制限帯域の下限と上限で、λの変化領域より十分大きいとする。今、ガウス形のスペクトル形を仮定すると、それぞれのスペクトルは次式で表現できる。
ｐ１（ｔ，Ｔ）＝ｅｘｐ−（λ−λｒ１（ｔ，Ｔ））２／σ２        （９）
ｐ２（Ｔ）＝ｅｘｐ−（λ−λｒ２（Ｔ））２／σ２              （１０）
【００２７】ここにσはスペクトル幅である。Ｔは温度。λｒは反射波長を示しており、これが時間、及び温度によって変化する。温度による変化は線形であり、両方のスペクトルに共通しているので、式（８）を実行したときに相殺される。しかし、時間変化は残り、時間変化の情報はＰへと伝えられる。
【００２８】（５）測定機器
図８に計測器の構成を示す。ＦＢＧからの信号は波長情報なので、波長分析器（スペクトラムアナライザ：ＳＡ）を必要とするが、ここでは上述の光回路（波長情報を光パワー情報に変換）を用いるため、必要としない。このことは応答性が高速となる利点もあるが、システムの実用化においてコストの低減にも役立つ（高価な機材ＳＡを使わないため）。
【実施例】
【００２９】  本発明の実施例を図９以下に示す。図９は実施例１であり、アスファルトを一部切り取って穴８をあけ、その内部に台座５を置き、その上に、バネ２および圧力検知センサ４を置いた上に、軸重検知板１を路面と同じレベルになるように置いた構造をもつものである。この動作については上述したとおりである。【００３０】  実施例２（図１０）は、検知板を端部分だけを残して分割した方式であり、圧力センサ４はバネ２とともに、各分割された検知板１、１’に２つづつ、計４個ついており、各検知板は独立に動作することが特長であり、信号処理は全面に検知板がある場合に比較して簡便となる。検知板は台形の台座５に取り付けられて全体はアスファルト８に図のように埋設される。【００３１】  実施例３（図１１）は、タイヤからの圧力の分布を検知できるように、検知板を小区間に分けるようにしたものである。ＦＢＧを内蔵した四角柱６を用いる。図１３に示すように、１個の四角柱につき４本のＦＢＧ９がそれぞれの側面位置に配置され、それぞれが光ファイバ１０により計測装置に接続されている。【００３２】  もし、上から圧力を受けて四角柱材料が圧縮されるとＦＢＧも圧縮を受けて反射波長が変化するので、この情報から圧力の大きさを計量するものである。
図１２は、この四角柱を頭頂面が道路面と同じになるようにクッション層７を介してアスファルト８内に埋めた構造である。図１１、１２では１列配置を示している。これを道路に横断的に配置すれば、空間的な分布はタイヤの進行方向の垂直な方向の分布を、計測データーの時間変化が進行方向の分布であることを意味している。もし、空間的に２次元分布を取る必要があるときは、これを複数列配置すれば解決できる。【００３３】  この方式の利点はせん断応力が計測できることである。この原理を図１４に示す。せん断応力が負荷されると四角柱は図のように曲がるこのとき、曲がった方向のＦＢＧは圧縮を受け、反対の位置のＦＢＧは伸張される。これを差動信号として処理すればせん断力を計測することができる。差動処理によれば温度の影響なども相殺される利点がある。しかし、全体が圧縮される場合には差動処理では感度が発生しないことは注意を要するが、温度変化のサイクルと車両の通過による衝撃的な圧力変化とは周波数が全く違うので、容易に識別可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＦＢＧの内部構造と動作を示す
【図２】ＦＢＧを取り付けた板バネ（ＦＢＧゲージ）と動作原理
【図３】軸重計上に車輪が来た時の動作  （ａ）正面から見たときの状況：左右位置の識別  （ｂ）横から見た状況：走行方向位置の識別
【図４】軸重計ステージ面座標
【図５】軸重計静特性実測値  （ａ）バネ特性  （ｂ）作用点の位置識別
【図６】２つのスペクトルの重ね合わせが出力されるＦＢＧ光学系
【図７】波長関係と出力
【図８】測定器構成
【図９】構成見取り図
【図１０】検知板分割方式
【図１１】配置見取り図（１次元配列の場合）
【図１２】正面断面図
【図１３】四角柱１個だけ取り出したもの
【図１４】せん断応力計測原理
【符号の説明】
【００３５】  １  軸重検知板（分割の場合には、１、１’）
２  バネ
３  道路面の掘削部分
４  圧力検知センサ（光ファイバＦＢＧゲージ内蔵）
５  台座
６  ＦＢＧ内蔵四角柱エレメント
７  クッション層
８  アスファルト
９  ＦＢＧ
１０  光ファイバ
１１  車両の通過方向を示す矢印