(57)【要約】【課題】光ファイバに所定の伸び歪みを容易に与えることができる、光ファイバ支持装置及び光ファイバの伸長方法を提供する。【解決手段】光ファイバ２０を取り付ける第１の取付け部１２−１を所定位置に有し、少なくとも一端において嵌合孔３０を有する第１の支持部材１０−１と、光ファイバ２０を取り付ける第２の取付け部１２−２を所定位置に有し、少なくとも一端において第１の支持部材１０−１の嵌合孔３０と嵌合する嵌込部３１を備えた第２の支持部材１０−２とを有し、嵌合孔３０と嵌込部３１が嵌合されて、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２が直線配置されたとき、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２との嵌合深さを変更することにより、第１の取付け部１０−１と第２の取付け部１０−２の距離が変更されるように、光ファイバ支持装置１を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを取り付ける第１の取付け部を所定位置に有し、少なくとも一端において嵌合孔を有する第１の支持部材と、
前記光ファイバを取り付ける第２の取付け部を所定位置に有し、少なくとも一端において前記第１の支持部材の前記嵌合孔と嵌合する嵌込部を備えた第２の支持部材とを有し、
前記嵌合孔と前記嵌込部が嵌合されて、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材が直線配置されたとき、前記第１の支持部材と第２の支持部材との嵌合深さを変更することにより、前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離が変更されることを特徴とする光ファイバ支持装置。
【請求項２】
前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離を固定する固定部材を有し、該固定部材の一端は、前記第１の支持部材と当接し、該固定部材の他端は、前記第２の支持部材と当接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ支持装置。
【請求項３】
前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離を固定する固定部材を有し、該固定部材は、前記嵌合部において前記第１の支持部材と前記第２の支持部材を貫通して配置されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ支持装置。
【請求項４】
光ファイバを取り付ける第１の取付け部を所定位置に有する第１の支持部材と、
前記光ファイバを取り付ける第２の取付け部を所定位置に有する第２の支持部材と、
前記第１の支持部材及び第２の支持部材が係合するレール部材を有し、前記第１の支持部材及び第２の支持部材は、該レール部材に沿って摺動して前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離が変更されることを特徴とする光ファイバ支持装置。
【請求項５】
前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離を固定する固定部材を有し、該固定部材の一端は、前記第１の支持部材と当接し、該固定部材の他端は、前記第２の支持部材と当接して配置されることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ支持装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の取付け部は、内部に光ファイバが挿通され、外周の円周方向に沿って凹部を有する金属管と、前記第１又は第２の支持部材に固定され、前記金属管の凹部と係合する凸部を有する係止部材とをそれぞれ有し、
且つ前記光ファイバと、前記金属管はカシメによって固定されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光ファイバ支持装置。
【請求項７】
一端で前記第１の支持部材に回動可能に取り付けられる第１のフレームと、一端で前記第２の支持部材に回動可能に取り付けられる第２のフレームを有し、該第１のフレームの他端と該第２のフレームの他端とがヒンジで互いに接続される伸長治具を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光ファイバ支持装置。
【請求項８】
前記伸長治具が取り外し自在であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ支持装置。
【請求項９】
入射されたパルス光に対し、伸び歪みに応じて特性の変化する散乱光を発生させる光ファイバと、
光ファイバ支持装置であって、前記光ファイバを取り付ける第１の取付け部を所定位置に有する第１の支持部材と、前記光ファイバを取り付ける第２の取付け部を所定位置に有する第２の支持部材とを有し、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材を互いに離れる方向へ移動させて、前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離を所定距離に設定して前記光ファイバに所定の伸び歪みを与える光ファイバ支持装置と、
前記光ファイバの一端に設置され、前記光ファイバにパルス光を入射する光源部と、
前記光ファイバからの散乱光及び前記光源部からの光の一部を参照光として受光し、該散乱光と参照光の干渉により、該散乱光の周波数変動を電気信号として検出する検出部と、
前記検出部で検出した電気信号に基づいて、前記光ファイバの伸縮により生じた歪みの大きさを測定する処理部と、
を有することを特徴とする歪みセンサ。
【請求項１０】
光ファイバの一点を第１の支持部材の所定位置に設けられた第１の取付け部に取り付けるステップと、
前記光ファイバの他の一点を第２の支持部材の所定位置に設けられた第２の取付け部に取り付けるステップと、
前記第１の支持部材と前記第２の支持部材を互いに離れる方向へ移動させて、前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離を所定距離に設定するステップと、
前記第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離を固定するステップと、
を有することを特徴とする光ファイバの伸長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ支持装置、光ファイバ伸長方法、及び歪みセンサに関し、より詳しくは、光ファイバ内に入射された光パルスに応じて発生する散乱光を測定することにより光ファイバの歪みを測定することに関連し、光ファイバに予め伸び歪みを与えて支持する光ファイバ支持装置と、その光ファイバ伸長方法と、光ファイバ支持装置に取り付けられた光ファイバを用いた、或いは、該光ファイバの伸長方法を利用した歪みセンサとに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバを用いた歪みセンサが開発されている。このような歪みセンサは、一つの測定装置を用いて、数ｋｍ〜数１０ｋｍに及ぶ非常に長い区間の歪みを測定可能であり、また耐久性、防爆性および雷害などに優れていることから、建造物の変位及び地盤変動などの測定に非常に好適である。
【０００３】
また、このような歪みセンサの一つの有力な方法である、ブリルアン散乱を利用した測定方式（ＢＯＴＤＲ）を用いた歪みセンサでは、まず、測定対象である、橋梁の橋脚、建物、トンネルの外壁、堤防、山の斜面などに、一定間隔で固定しつつ光ファイバを埋設する。そして、その光ファイバの一端からパルス光を入射し、光ファイバ内で生じたブリルアン散乱により後方散乱される散乱光を観測することで、測定対象物に生じた歪みを検出する。パルス光を入射してから、ブリルアン散乱光を検出するまでに要する時間を測定することで、光ファイバ中のどの部分に歪みが生じたかを知ることができる。さらに、ブリルアン散乱光は、光ファイバ中に伸び歪みが生じると、その伸び歪みの大きさに比例して周波数が変化することが知られている。
【０００４】
図１に、光ファイバに生じた伸び歪み量と、ブリルアン散乱光の周波数変動の関係Ｍを表したグラフを示す。グラフの横軸は、光ファイバに生じた伸び歪み量であり、光ファイバの固定部の間隔をＤ、歪みによって、その固定部の間隔に生じた間隔の変化量をΔＤとすると、伸び歪み量εは、
ε＝ΔＤ／Ｄ
として与えられる。また、グラフの縦軸は、ブリルアン散乱光の周波数変化量Δｆを示す。図１から分かるように、伸び歪み量εが増大するにつれ、ブリルアン散乱光の周波数も大きくなるため、所定の伸び歪み量に対するブリルアン散乱光の周波数を予め測定し、周波数変動量と伸び歪み量の関係Ｍを求めておくことにより、ブリルアン散乱光の周波数シフト量に基づいて、光ファイバの伸び歪み量を知ることができる。
【０００５】
上記のような歪みセンサを、山の斜面に埋設し、その斜面における地盤の歪みを測定して、崩落の危険を事前に予測するような用途が考えられる。このような場合、地盤は、緩み方やその周囲の状況によって様々な方向に変化する可能性がある。そのため、正確に歪みの発生及びその歪み量を検出するためには、歪みセンサの光ファイバが伸長する方向に生じた歪みだけでなく、光ファイバが縮小する方向に生じた歪みも測定可能なことが望ましい。そこで、光ファイバの設置の際、光ファイバにストレスをかけて予め０．１〜１％程度伸長させ、伸び歪みを与えた状態で固定されることが行われる。また、伸び歪みの量は、歪み検出の精度を高めるために、当然ながら各固定区間によって差が生じることなく一定にする必要がある。しかし、光ファイバの設置作業において、伸び歪みの量を一定に保つためには、光ファイバの表面に設けられる保護用の外皮と芯部の光ファイバをずれなく固定しつつ、さらに一定の張力を掛けて伸長させることが必要であり、非常に困難で、時間を要する作業を必要とした。
【０００６】
一方、予め光ファイバが伸び歪みを生じた状態で外皮に固定される光ファイバ及びその製造方法が開発されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された光ファイバは、以下のような製造方法により作製される。
【０００７】
まず、裸光ファイバにダンサロールで張力を加えながら裸光ファイバ供給リールから裸光ファイバを送出する。送出された光ファイバを、樹脂塗布装置で被覆する。そして、被覆された光ファイバを冷却し、巻き取り装置で巻き取って作製する。また、この光ファイバを金属管に挿通し、一定間隔ごとにかしめて金属管に固定し、かしめ間隔ごとに伸び歪みが別途与えられる。
【０００８】
しかし、上記の光ファイバでは、製造工程から専用に設ける必要があり、そのため一般に市販されている、通信用などの安価な光ファイバを使用することができず、高コストとなってしまう。また、上記の光ファイバについて、かしめ間隔ごとの伸び歪みの与え方については特段開示されていない。
【０００９】
そこで、安価な市販の光ファイバを使用可能で、設置作業の際、簡便に光ファイバに一定の伸び歪みを与えることが可能な光ファイバの支持装置、及び光ファイバの伸長方法の開発が望まれている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２８１０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の問題点に鑑み、本発明は、光ファイバに所定の伸び歪みを施工時に容易に与えることができる、光ファイバ支持装置及び光ファイバの伸長方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また本発明の別の目的として、光ファイバの伸長方向及び縮小方向の両方の歪みを検出可能な歪みセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の形態に係る光ファイバ支持装置は、光ファイバを取り付ける第１の取付け部を所定位置に有し、少なくとも一端において第１の嵌合部を有する第１の支持部材と、光ファイバを取り付ける第２の取付け部を所定位置に有し、少なくとも一端において第１の支持部材の第１の嵌合部と嵌合する第２の嵌合部を備えた第２の支持部材とを有し、第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合されて、第１の支持部材と第２の支持部材が直線配置されたとき、第１の支持部材と第２の支持部材との嵌合深さを変更することにより、第１の取付け部と前記第２の取付け部の距離が変更されることを特徴とする。
【００１４】
このような構成とすることにより、第１の支持部材及び第２の支持部材の相対的な移動方向が限定されるため、第１の支持部材と第２の支持部材を互いに離す方向に移動させて、光ファイバを第１の取付け部と第２の取付け部にそれぞれ取り付けて固定された光ファイバに対して一定の方向に力を与え、容易に所定量の伸び歪みを与えることが可能となる。
【００１５】
上記の光ファイバ支持装置は、さらに第１の取付け部と第２の取付け部の距離を固定する固定部材を有し、その固定部材は、第１の支持部材と第２の支持部材の間に配置され、一端が第１の支持部材と当接し、他端が第２の支持部材と当接して配置されることが好ましい。または、嵌合部において第１の支持部材と第２の支持部材を貫通して配置されることが好ましい。このような固定部材を有することで、第１の取付け部と第２の取付け部の位置関係を固定し、取り扱い時に光ファイバに与えた伸び歪みの量を変動させてしまうおそれを減少させることができるためである。
【００１６】
また、本発明の第２の形態に係る光ファイバ支持装置は、光ファイバを取り付ける第１の取付け部を所定位置に有する第１の支持部材と、光ファイバを取り付ける第２の取付け部を所定位置に有する第２の支持部材と、第１の支持部材及び第２の支持部材が係合するレール部材を有し、第１の支持部材及び第２の支持部材は、レール部材に沿って摺動して第１の取付け部と第２の取付け部の距離が変更されることを特徴とする。
【００１７】
第１の支持部材及び第２の支持部材は、レール部材に沿って移動するため、第１の取付け部及び第２の取付け部に固定された光ファイバに対して一定の方向に力を与えることが可能であり、またレール部材を基準として光ファイバの伸長量を目視で把握できるため、光ファイバに対して容易に所定量の伸び歪みを与えることができる。
【００１８】
さらに、本発明の第２の形態に係る光ファイバ支持装置は、第１の取付け部と第２の取付け部の距離を固定する固定部材を有し、固定部材の一端は、第１の支持部材と当接し、固定部材の他端は、第２の支持部材と当接して配置されることが好ましい。第１の取付け部と第２の取付け部の位置関係を固定し、取り扱い時に光ファイバに与えた伸び歪みの量を変動させてしまうおそれを減少させることができる。
【００１９】
また、第１及び第２の取付け部は、内部に光ファイバが挿通され、外周の円周方向に沿って凹部を有する金属管と、第１又は第２の支持部材に固定され、金属管の凹部と係合する凸部を有する係止部材とをそれぞれ有し、且つ光ファイバと、金属管はカシメによって固定されることが好ましい。カシメを用いることで、光ファイバのコアを金属管に対して移動しないように固定することができるとともに、カシメによって生じる金属管の外周の凹部に、支持部材に固定された係止部材の凸部を係合させることにより、光ファイバに対して伸長させる方向に力を加えても、支持部材に対して位置ずれを生じることがないように光ファイバを取り付けることができる。
【００２０】
なお、上記の何れかの光ファイバ支持装置は、一端で第１の支持部材に回動可能に取り付けられる第１のフレームと、一端で第２の支持部材に回動可能に取り付けられる第２のフレームを有し、第１のフレームの他端と第２のフレームの他端とがヒンジで互いに接続される伸長治具をさらに有することが好ましい。
【００２１】
このような伸長治具を第１の支持部材及び第２の支持部材に取り付けた後、第１のフレームと第２のフレームのなす角が平行に近づくように、ヒンジ部分を開くだけで、簡単に第１の支持部材と第２の支持部材を互いに離す方向に移動させることができ、光ファイバに伸び歪みを与えることができるためである。
また、伸長治具が取り外し自在であることが好ましい。部品点数を減らして、低コスト化できるためである。
【００２２】
また、本発明の第３の形態による歪みセンサは、入射されたパルス光に対し、伸び歪みに応じて特性の変化する散乱光を発生させる光ファイバと、光ファイバ支持装置であって、光ファイバを取り付ける第１の取付け部を所定位置に有する第１の支持部材と、光ファイバを取り付ける第２の取付け部を所定位置に有する第２の支持部材とを有し、第１の支持部材と第２の支持部材を互いに離れる方向へ移動させて、第１の取付け部と第２の取付け部の距離を所定距離に設定して光ファイバに所定の伸び歪みを与える光ファイバ支持装置と、光ファイバの一端に設置され、光ファイバにパルス光を入射する光源部と、光ファイバからの散乱光及び光源部からの光の一部を参照光として受光し、散乱光と参照光の干渉により、散乱光の周波数変動を電気信号として検出する検出部と、検出部で検出した電気信号に基づいて、光ファイバの伸縮により生じた歪みの大きさを測定する処理部と、を有することを特徴とする。このような構成とすることにより、予め所定の伸び歪み量を与えた光ファイバを用いて、光ファイバの伸長方向だけでなく、収縮方向に生じた歪みも感知できる歪みセンサを構成できる。なお、歪みセンサに使用される光ファイバ支持装置として、上述の何れかの光ファイバ支持装置を好適に用いることができる。
【００２３】
また、本発明の第４の形態による光ファイバの伸長方法は、光ファイバの一点を第１の支持部材の所定位置に設けられる第１の取付け部に取り付けるステップと、光ファイバの他の一点を第２の支持部材の所定位置に設けられる第２の取付け部に取り付けるステップと、第１の支持部材と第２の支持部材を互いに離れる方向へ移動させて、第１の取付け部と第２の取付け部の距離を所定距離に設定するステップと、第１の取付け部と第２の取付け部の距離を固定するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光ファイバに所定の伸び歪みを施工時に容易に与えることができる、光ファイバ支持装置及び光ファイバの伸長方法を得ることが可能となる。
【００２５】
また、光ファイバの伸長方向及び縮小方向の両方の歪みを検出可能な歪みセンサを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明について詳細に説明する。
本発明に係る光ファイバ支持装置は、その支持装置に固定された光ファイバを、一定長ごとに、所定量だけ伸長させて伸び歪みを与えて支持する装置であり、特に光ファイバを歪みセンサとして用いる場合に、工場においてだけでなく、光ファイバの設置場所においても、容易に光ファイバに所定の伸び歪みを与えることができる装置である。
【００２７】
以下、本発明の第１の実施形態である光ファイバ支持装置１について説明する。
本発明の第１の実施形態である光ファイバ支持装置１は、同一の構成を有する複数の支持部材１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎを直線状に並べ、隣接する支持部材１０同士を嵌合させて、間隔を最小にした状態で、光ファイバ２０を各支持部材に取り付け、その後、隣接する支持部材を互いに離れる方向に動かして光ファイバ２０を伸長して、光ファイバ２０に所定の伸び歪みを与えるものである。さらに、固定部材１３を隣接する支持部材１０の間に挿入し、間隔を固定することで、光ファイバ２０の伸び歪み量を一定に保つものである。
【００２８】
図２（ａ）には、本発明に係る光ファイバ支持装置の第１の実施形態である光ファイバ支持装置１について、隣接する一組の支持部材１０−１及び１０−２について、光ファイバに伸び歪みを与えて取り付け完了した状態の概略側面断面図を示した。図２（ｂ）には、図２（ａ）の断面から、中心軸Ｏについて４５°回転した方向の概略側面断面図を示した。そして図２（ｃ）には、図２（ａ）中のＡＡ’で示した線を矢印の方向から見た光ファイバ支持装置１の概略断面図を示した。なお、図２（ａ）〜（ｃ）では、説明の都合上、明確となるように、各部の縮尺は適宜変更されている。また、以下で説明する図においても同様である。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明に係る光ファイバ支持装置の第１の実施形態である光ファイバ支持装置１は、同一の構成を有する円筒状の第１の支持部材１０−１及び第２の支持部材１０−２と、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２の間に、取り外し自在に配置される固定部材１３で構成される。また、第１の支持部材１０−１には、その外周に設けられ、１本〜４本の光ファイバを取り付ける光ファイバ取付け部１２−１が設けられる。同様に、第２の支持部材１０−２にも、光ファイバ取付け部１２−２が設けられる。さらに、第１の支持部材１０−１及び第２の支持部材１０−２は、それぞれ、光ファイバ取付け部１２−１と１２−２の間隔を調整するための伸長治具１６を取り付けるための取付け孔１７−１及び１７−２を有する。なお、以下では簡単化のために、１本の光ファイバの取り付けについて説明するが、他の光ファイバについても同様に取り付けることができる。
【００３０】
図３に、支持部材１０の概略側面断面図を示した。なお、各支持部材は、同一の構造を有するため、一つの支持部材についてのみ説明する。
【００３１】
図３に示すように、支持部材１０は、両端が開放された円筒部１１と、円筒部１１の外周の略中央部に設けられる取付け部１２で構成される。また、円筒部１１の一端は、隣接して配置される支持部材１０と嵌合する嵌合孔３０として形成され、円筒部１１の他端には、円筒部１１の嵌合孔３０の内径と略等しい外径を有する嵌込部３１が形成される。なお支持部材１０は、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックで構成される。
【００３２】
さらに、支持部材１０は、一端に設けられた嵌込部３１を他の支持部材１０の嵌合孔３０へ差し込んで嵌合させることにより、支持部材同士を連結することができる。このような連結を繰り返すことにより、多数の支持部材を連結することが可能であり、したがって、この支持部材に取り付けられる光ファイバもまた、一定の間隔で連続して固定していくことができる。
【００３３】
また、円筒部１１の長さＬは、光ファイバを固定する間隔によって決定される。この光ファイバを固定する間隔は、取り付けた光ファイバを歪みセンサとして使用する場合、歪みの生じた位置の検出解像度と一致させることが好ましい。一例として、１ｍの長さを有する。
【００３４】
次に、光ファイバ取付け部１２について説明する。
図４（ａ）には、光ファイバ取付け部１２の概略側面図をしめした。図４（ｂ）には後述する金属管３３、バンド部材３４ａ、３４ｂを取り外した状態の光ファイバ取付け部１２の概略側面図を示した。また図４（ｃ）には、光ファイバ取付け部１２の概略正面図を示した。
【００３５】
光ファイバ取付け部１２では、円筒部１１に密着し、円筒部１１の外周よりも一回り大きな円盤状の形状を有する係止部材３２が、支持部材１０にネジ止めされることによって、支持部材１０に対する位置が変わらないように固定される。さらに、図４（ｃ）に示すように、係止部材３２の外周は、９０°間隔で切り欠き部３２ａ〜３２ｄが設けられている。また、各切り欠き部３２ａ〜３２ｄでは、円筒部１１の長手方向に山型状となる凸部が形成される。なお、係止部材３２も、支持部材１０と同様の材質で構成される。
また、鉄、銅などで構成され、光ファイバ２０を挿通させる金属管３３が設けられる。光ファイバ２０をこの金属管３３に挿通した状態で、金属管３３の外側から内側へ圧力をかけてかしめることにより、光ファイバ２０は金属管３３に固定されている。図３に示すように、かしめを行うことによって金属管３３の外周に形成された円周状の凹部３３ａと、上記の切り欠き部３２ａの凸部が係合される。そして、金属管３３が筒状部材３２に対して支持部材１０の長手方向に位置ずれを生じないように、筒状部材３２の外周には、さらに２つのバンド部材３４ａ、３４ｂが互いに対向して配置され、且つネジ止めされている。このようにして、光ファイバ２０は、光ファイバ取付け部１２に対して取り付け位置がずれないように、支持部材１０に取り付けられる。
【００３６】
なお、光ファイバ取付け部１２の構成は上記に限られない。例えば、係止部材３２を、金属管３３の長手方向と同じ長さの凹部を支持部材１０の長手方向に沿って有するように構成し、その凹部に金属管３３を嵌合させて固定する構造としてもよい。
【００３７】
次に、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２の嵌合部について説明する。
図２（ａ）に示すように、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２の嵌合部では、第１の支持部材１０−１の嵌合孔３０に、第２の支持部材１０−２の嵌込部３１が嵌合される。また、第１の支持部材１０−１の嵌合孔３０側の端面１０−１ａから、第２の支持部材１０−２の嵌込部３１の端面３１ａまでの距離、すなわち嵌合深さは、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２を互いに平行に逆方向へ移動させることで変更可能である。したがって、第１の支持部材１０−１の第１の光ファイバ取付け部１２−１と、第２の支持部材１０−２の第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離を、嵌合深さを変えることで調整可能である。なお、図から明らかなように、嵌合深さは、第１の支持部材１０−１の端面１０−１ａから、第２の支持部材１０−２の円筒部の端面１０−２ａとの距離ｄで表すことができる。この距離ｄを参照することで、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離を所定の値に設定することができる。すなわち、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２は同一の構造を有するため、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離は、各支持部材１０の円筒部１１の長さＬに、上記の距離ｄを加えたものとなる。したがって、距離ｄ＝０の状態、すなわち、第１の支持部材１０−１の端面１０−１ａと、第２の支持部材１０−２の円筒部の端面１０−２ａとを密着させた状態で、光ファイバ２０を弛みのないように第１の光ファイバ取付け部１２−１及び第２の光ファイバ取付け部１２−２に取り付け、その後第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２を離すように移動させて、上記の距離ｄを調整し、所定の伸び歪みを与えることができる。ここで、伸び歪みεは、ε＝ｄ／Ｌで算出される。
【００３８】
距離ｄが所定の値を有するように、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２の位置関係を一定に保つために、第１の支持部材１０−１の端面１０ａと、第２の支持部材１０−２の円筒部の端面１０−２ａとの間に、固定部材１３が配置される。図２（ａ）に示すように、固定部材１３は、支持部材１０−１及び１０−２の長手方向に対して幅ｄeを有し、支持部材１０−２の嵌込部３１の外周に密接して配置可能なように、内径が嵌込部３１の外径と略等しい円筒の約９０°分の円弧に相当する形状を有する。また、固定部材１３は、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックで構成される。さらに固定部材１３は、ネジ孔（図示せず）を有し、ネジによって支持部材１０−２の嵌込部３１に固定される。なお、本実施形態では、固定部材は４個使用して、嵌込部３１を完全に覆うように配置するが、嵌込部３１の一部だけを覆うように、１〜３個の固定部材を使用するようにしてもよい。
【００３９】
固定部材１３の幅ｄeは、本実施形態の光ファイバ支持装置１に取り付ける光ファイバに与える伸び歪みの量を規定するものである。例えば、伸び歪みの量を０．５％とすると、本実施例では、支持部材１０の円筒部１１の長さＬ＝１ｍ（すなわち、支持部材１０−１と支持部材１０−２を密接させた状態で、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の間隔が１ｍ）であるため、幅ｄe＝５ｍｍと設定される。
【００４０】
さらに、固定部材の変形例について説明する。
図５に、固定部材の変形例である固定部材１４を用いて支持部材１０−１及び１０−２を固定した概略断面図を示した。
図５に示すように、この変形例では、固定部材１４は、支持部材１０−１の円筒部１１と支持部材１０−２の嵌込部３１の嵌合部において、支持部材１０−１と支持部材１０−２を貫通するボルト及びそのボルトに取り付けられるナットとして具現化される。この場合、支持部材１０−１及び支持部材１０−２には、光ファイバ取付け部１２−１と光ファイバ取付け部１２−２の間隔が所定の長さになった場合において一致するように、予めネジ孔をそれぞれ設けておくことが必要である。逆に言えば、光ファイバ取付け部１２−１と光ファイバ取付け部１２−２の間隔が所定の長さになることについて、支持部材１０−１のネジ孔と支持部材１０−２のネジ孔の位置が一致するか否かで容易に判定することが可能となる。
【００４１】
また、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の間隔の設定は、伸長治具１６を用いて行われる。
図６を参照しつつ、伸長治具１６を用いて第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離を設定する様子を説明する。図６（ａ）には、伸長治具１６が取り付けられ、且つ第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離が最短の状態の光ファイバ支持装置１の概略側面断面図を示した。また、図６（ｂ）には、伸長治具１６により、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２が所定の距離に設定された状態の光ファイバ支持装置１の概略側面断面図を示した。
【００４２】
まず、第１の支持部材１０−１に設けられる伸長治具取付け孔１７−１と、第２の支持部材１０−２に設けられる伸長治具取付け孔１７−２は、互いの間隔が、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離と等しいように形成される。すなわち、取付け孔１７−１と取付け孔１７−２の間隔を所定距離ｌに設定すると、光ファイバ取付け部１２−１と光ファイバ取付け部１２−２の間隔も距離ｌとなる。
【００４３】
伸長治具１６は、第１のフレーム４１と第２のフレーム４２を有し、第１のフレーム４１の一端には、フレーム４１と直交する方向に設けられた回転軸４３が設けられている。さらに、回転軸４３を軸支する軸受け部４４ａと、第１の支持部材１０−１の取付け孔１７−１と略等しい外径を有する固定ピン４４ｂを有し、固定ピン４４ｂを取付け孔１７−１に嵌合して固定される第１の取付け部材４４が設けられており、第１のフレーム４１は、回転軸４３を回転中心として回動可能となっている。同様に、第２のフレーム４２の一端にも、フレーム４２と直交する方向に設けられた回転軸４５と、回転軸４５を軸支する軸受け部４６ａと、第２の支持部材１０−２の取付け孔１８と略等しい外径を有する固定ピン４６ｂを有し、固定ピン４６ｂを取付け孔１８に嵌合して固定される第２の取付け部材４６が設けられている。そして、第２のフレーム４２は、回転軸４５を回転中心として回動可能となっている。さらに、第１のフレーム４１の他端と第２のフレーム４２の他端は、ヒンジ４７で屈伸状に回動可能に接続される。
【００４４】
また、伸長治具１６は、ヒンジ４７を最大開き角（本実施形態では、１８０°とする）に調整した場合、固定ピン４４ｂから固定ピン４６ｂまでの距離が、光ファイバ２０に所定の伸び歪み量を与えた距離（本実施形態では、Ｌ＋ｄe）と同等となるように構成されている。
【００４５】
ここで、図６（ａ）に示すように、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２を最も近接させた状態では、伸長治具１６のフレーム４１とフレーム４２は、ヒンジ４７が若干閉じた状態で、それぞれ第１の支持部材１０−１及び第２の支持部材１０−２に取付けられる。その後、ヒンジ４７を開くことによって、固定ピン４４ｂから４６ｂまでの間隔を拡げる。そして、図６（ｂ）に示すように、ヒンジ４７をさらに開き、フレーム４１とフレーム４２が略平行となると、固定ピン４４ｂから４６ｂまでの距離ｌ＝（Ｌ＋ｄe）となる。したがって、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の距離も（Ｌ＋ｄe）となり、光ファイバ２０に対して、第１の光ファイバ取付け部１２−１と第２の光ファイバ取付け部１２−２の間で所定の伸び歪みを与えることができる。
【００４６】
なお、固定部材１３の挿入を容易にするために、ヒンジ４７を最大開き角に調整した場合、固定ピン４４ｂから固定ピン４６ｂまでの距離を、光ファイバ２０に所定の伸び歪み量を与えた距離に１ｍｍ程度長くなるように構成してもよい。
また、第１のフレーム４１と第２のフレーム４２は、それぞれ２分割され、ソケットネジで留められるように構成してもよい。この場合、ソケットネジを回動させることにより、フレーム４１又は４２の長さを適宜調節することができる。そのため、伸長治具１６を繰り返し使用することにより生じる伸長治具１６の緩みに起因する距離ｄの変動を補正することが可能となり、光ファイバ２０に対して常に一定の伸び歪みを与えることができる。
さらに、上記の例では、伸長治具１６を１箇所だけに取り付けて第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２を離す操作を行ったが、伸長治具１６を２個使用し、支持部材１０−１及び１０−２を挟んで対称となるようにそれぞれの伸長治具１６を取り付けて、上記の操作を行うようにしてもよい。このようにすることで、支持部材１０−１及び１０−２に対して均一に力を加えることが容易となる。そのため、特に複数の光ファイバを支持部材１０−１及び１０−２に取り付けた場合において、各光ファイバに対して同じ伸び歪みを与えることが容易となる。この場合には、当然支持部材１０−１及び１０−２には、伸長治具の取り付け孔１７−１及び１７−２の反対側に、別途伸長治具の取付け孔を設ける必要がある。
【００４７】
このように、光ファイバ支持装置１では、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２を最も密接させた状態で光ファイバ２０及び伸長治具１６を取付け、その後伸長治具１６のヒンジ４７を開くという簡単な操作だけで、光ファイバ２０に所定の伸び歪みを与えることができる。また、本実施形態では、各支持部材は同じ構成を有しているため、隣接する伸長治具取付け孔の間隔はほぼ同じである。そこで、３本以上連結された支持部材についてそれぞれ間隔設定を行う場合、第１の支持部材１０−１と第２の支持部材１０−２の間で間隔設定を終えた後、第１の支持部材１０−１に固定されている固定ピンのみを取り外し、第２の支持部材１０−２の反対側に隣接する第３の支持部材１０−３の取付け孔１７−３へ差し替えれば、第２の支持部材１０−２と第３の支持部材１０−３の間で間隔設定を行うことができる。このように、毎回伸長治具１６を支持部材から完全に取り外すことなく、間隔設定を行えるため、間隔設定に要する時間も短時間で済ませることができる。
【００４８】
次に、本発明に係る光ファイバ支持装置の第２の実施形態である光ファイバ支持装置２について説明する。本発明に係る光ファイバ支持装置の第２の実施形態である光ファイバ支持装置２も、第１の実施形態である光ファイバ支持装置１と同様に、同一の構成を有する複数の支持部材５０−１、５０−２、・・・、５０−ｎを直線状に並べ、隣接する支持部材５０同士の間隔を最小にした状態で、光ファイバ２０を各支持部材５０に取り付け、その後、隣接する支持部材５０を互いに離れる方向に動かして光ファイバ２０を伸長して、光ファイバ２０に所定の伸び歪みを与えるものである。さらに、固定部材５３を隣接する支持部材５０の間に挿入し、間隔を固定することで、光ファイバ２０の伸び歪み量を一定に保つものである。
【００４９】
図７（ａ）には、本発明に係る光ファイバ支持装置の第２の実施形態である光ファイバ支持装置２の隣接する一組の支持部材５０−１及び５０−２について、光ファイバを取り付けた状態の概略側面断面図を示した。また、図７（ｂ）には、図７（ａ）の断面から、中心軸Ｏについて４５°回転した方向の概略側面断面図を示した。
【００５０】
図７に示すように、本発明に係る光ファイバ支持装置の第２の実施形態である光ファイバ支持装置２は、円筒状の第１の支持部材５０−１及び第２の支持部材５０−２と、支持部材５０−１及び５０−２の内径と略等しい外径を有し、支持部材５０−１及び５０−２が係合する円柱状のレール部材５１と、第１の支持部材５０−１と第２の支持部材５０−２の間に取り外し自在に配置される固定部材５３で構成される。また、支持部材５０−１及び５０−２には、第１の実施形態である光ファイバ支持装置１の支持部材１０と同様に、それぞれ光ファイバ取付け部５２−１及び５２−２が設けられる。さらに、第１の実施形態である光ファイバ支持装置１の支持部材１０と同様に、第１の支持部材５０−１及び第２の支持部材５０−２には、光ファイバ取付け部５２−１と５２−２の間隔を一定にするための伸長治具１６を取り付けるための取付け孔５７−１及び５７−２がそれぞれ形成される。
【００５１】
第２の実施形態である光ファイバ支持装置２は、第１の実施形態である光ファイバ支持装置１の隣接する支持部材１０−１及び１０−２が、互いに嵌合し、その嵌合深さを調整することで、光ファイバ取付け部１２−１と１２−２の間隔を調整していたのに対して、支持部材５０−１及び支持部材５０−２が、それら支持部材を貫通するレール部材５１に沿って摺動することにより、光ファイバ取付け部５２−１と５２−２の間隔を調整する点で異なり、その他は同一である。そこで、光ファイバ支持装置１と相違のある部分についてのみ、以下で説明する。
【００５２】
第２の実施形態である光ファイバ支持装置２の第１の支持部材５０は、円筒状の形状を有し、その長さＬは、光ファイバ支持装置１の支持部材１０と同様に、光ファイバを固定する間隔によって決定される。また、支持部材５０は、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックで構成される。
【００５３】
レール部材５１は、支持部材５０の内径と略等しい外径を有する円柱であり、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックで構成される。また、レール部材５１は、各支持部材５０を貫通して設置され、各支持部材５０は、それぞれレール部材５１に沿って摺動することが可能である。そこで、隣接する支持部材５０−１及び５０−２の一方又は両方を摺動させて間隔を適宜調整することで、支持部材５０−１に設けられた取り付け部５２−１と、支持部材５０−２に設けられた取り付け部５２−２の距離を所定の値に設定することができる。
【００５４】
固定部材５３は、支持部材５０と同様に、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属や、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックで構成される。また、光ファイバ支持装置１の固定部材１３と同様に幅ｄeを有する。そして、レール部材５１に密接して配置可能なように、内径がレール部材５１の外径と略等しい円筒の約９０°分の円弧に相当する形状を有する。また固定部材５３は、接着剤を用いて、レール部材５１又は支持部材５０−１の端面５０ａ及び５０−２の端面５０ｂに接着され、取り付け部５２−１と取り付け部５２−２の距離を一定に保つ。
【００５５】
そして、光ファイバ２０に所定の伸び歪みを与えて取り付ける場合には、まず、支持部材５０−１の端面５０ａと支持部材５０−２の端面５０ｂを当接させた状態で、光ファイバ２０を弛み無く取付け部５２−１及び５２−２に取り付ける。その後伸長治具１６を支持部材５０−１及び５０−２に取り付けて、支持部材５０−１と５０−２を互いに離れる方向に移動させる。そして、支持部材５０−１の端面５０ａと支持部材５０−２の端面５０ｂにそれぞれ当接させるように固定部材５３を挿入し、接着することにより、光ファイバに所定の伸び歪みを与えて固定することができる。
【００５６】
以上説明してきたように、本発明に係る光ファイバ支持装置は、簡単な設置作業で容易に所定の伸び歪みを与えつつ、光ファイバを固定することが可能な装置である。
また、本発明に係る光ファイバ支持装置は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態において、各支持部材は、円筒状でなく、四角形や六角形などの多角形の断面形状を有するものや、台形形状のように、断面形状が中心点対称でないものでもよい。すなわち、隣接する支持部材同士が嵌合するか、またはレール部材に係合し、互いの距離を調整可能であればよい。さらに、１本の支持部材に取り付け可能な光ファイバの本数も４本に限られるものではなく、用途に合わせて適宜最適化することができる。
【００５７】
次に、上記の光ファイバ支持装置に固定された光ファイバを用いた、本発明の第３の実施形態に係る歪みセンサについて説明する。
【００５８】
図８に、本発明の第３の実施形態に係る歪みセンサ３の概略模式図を示す。本発明の第３の実施形態に係る歪みセンサ３は、上記の光ファイバ支持装置１又は２に固定され、伸び歪みを与えられた光ファイバ２０と、光ファイバ２０の一端からパルス光を入射させる光源部２１と、光ファイバ２０からのブリルアン散乱による戻り光と、光源部２１からの参照光を干渉させて、戻り光の周波数変動を光強度の変動として検出する検出部２２と、検出部２２によって検出された光強度変動に基づいて、歪みの大きさ、位置を算出する処理部２３と、光源部２１からの入射光を光ファイバ２０へ透過させ、一方光ファイバ２０からの戻り光を検出部２２の方へ反射するビームスプリッタ２４などで構成される。
【００５９】
また、本発明の実施形態に係る歪みセンサ３は、歪みセンサ３を構成する光ファイバ２０が予め所定の伸び歪みを与えられているので、光ファイバ２０の収縮方向に発生した歪みを捉えることが可能である。そのため、多方向に歪みが発生する場所、例えば急斜面の土中、堤防などに埋設して使用するのに特に好適である。
【００６０】
光ファイバ２０は、通信用途に使用されるシングルモード光ファイバである。また、図８のように、光ファイバ２０は、上記の光ファイバ支持装置とともに、櫛状に土中深く埋設され、その最深部で屈曲され地表面近傍に戻るような経路を設定される。さらに、光ファイバ２０には、例えば上記の光ファイバ支持装置の各光ファイバ取付け部間で、０．５％の伸び歪みが与えられる。なお、伸び歪みの量は、０．５％に限られるものではない。しかし、伸び歪みの量は、０．０１％以上且つ２％以下であることが好ましい。伸び歪みの量が０．０１％を下回ると、光ファイバ２０が収縮する方向の歪みを検知できなくなるためであり、逆に２％を超えると、光ファイバ２０が破断するおそれがあるためである。
【００６１】
また、光ファイバ２０は、一本だけでも十分歪みセンサとして機能するが、途中での切断などによるセンサ機能喪失を避けるため、複数本の光ファイバを並行して埋設してもよい。例えば、上述の光ファイバ支持装置では、４本の光ファイバを取り付けることが可能であるため、２本の光ファイバをそれぞれ往復させるように取り付けてもよい。
なお、上記の光ファイバ支持装置は、埋設される場所の周囲の構造物の剛性よりも低い剛性を有するもので支持部材及び固定部材を構成することが好ましい。剛性が埋設場所の周囲の構造物よりも高いと、光ファイバが周囲の収縮に応じて伸長せず、歪みセンサとしての感度が悪くなるためである。
【００６２】
光源部２１は、コヒーレント光を発生させるコヒーレント光源２１１と、コヒーレント光源２１１からの光を分波するビームスプリッタ２１２と、ビームスプリッタ２１２により分波された光の一部を周波数変調し、パルス光にする光周波数変換器２１３及び光パルス変調器２１４で構成される。
【００６３】
コヒーレント光源２１１は、群速度分散や光ファイバの吸収などによる悪影響を極力少なくして、数ｋｍ〜数十ｋｍまでの歪み測定が可能なように、波長約１．０μｍから約１．６μｍの範囲に含まれる赤外コヒーレント光を発生する光源であり、例えば波長１．３μｍ又は波長１．５５μｍのコヒーレント光を発生する半導体レーザで構成される。
【００６４】
ビームスプリッタ２１２は、コヒーレント光源２１１からの光を分波し、その一部を入射光として、光周波数変換器２１３、光パルス変調器２１４を介して光ファイバ２０に入射させる。一方、ビームスプリッタ２１２は分波した光の他方の一部を、光ファイバ２０からのブリルアン散乱による戻り光と干渉させる参照光として検出部２２に入射させる。
【００６５】
光周波数変換機２１３及び光パルス変調器２１４は、ドップラー効果による戻り光の周波数変動を補償するために、入射光を高周波側に予めシフトさせたパルス光を生成する。例えば、波長１．５５μｍの光を使用する場合、周波数を約１０ＧＨｚ高周波側にシフトさせる。
【００６６】
検出部２２は、アバランシェフォトダイオードなど、光を検出して電気信号を出力する光電変換素子で構成され、光ファイバ２０に加わる歪みによる戻り光の周波数変動を、戻り光と参照光との干渉による光強度変化として検出し、光強度に応じた電気信号を処理部２３に送信する。
【００６７】
処理部２３は、パーソナルコンピュータやワークステーションと、それらに対して信号解析を行わせるプログラムなどで構成され、検出部２２から受信した電気信号に基づいて、戻り光の周波数変動を測定し、歪みの大きさ、方向（すなわち、光ファイバが伸長したか、収縮したか）、位置を算出する。光ファイバ２０には、所定の伸び歪みが予め与えられているため、戻り光の周波数が、予め与えられた伸び歪みに対応する周波数よりも短い場合には、その周波数変動量に相当する分だけ、光ファイバ２０が収縮していることを検知できる。逆に、予め与えられた伸び歪みに対応する周波数よりも長い場合には、その周波数変動量に相当する分だけ、光ファイバ２０が伸長していることを検知できる。さらに、処理部２３は、光源部２１がパルス光を照射してから、検出部２２で戻り光を検知するまでの時間に基づいて、どの位置で歪みが発生しているのかを算出する。
【００６８】
以上、本発明に係る光ファイバ支持装置及び光ファイバ支持装置に固定された光ファイバを用いた歪みセンサについて説明してきたが、本発明は上記の例に限られない。本発明の範囲内で、実施態様にあわせて適宜修正及び変更を行うことが可能である。また、本発明に係る光ファイバ支持装置は、歪みセンサの用途に限られない。光ファイバを伸長させて伸び歪みを与えた状態で保持する必要があろ用途について、歪みセンサと同様に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】光ファイバに生じた歪み量と、ブリルアン散乱光の周波数変動の関係を表したグラフである。
【図２】（ａ）は、本発明に係る光ファイバ支持装置の第１の実施形態である光ファイバ支持装置について、光ファイバを取り付けた状態の概略側面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の断面から、中心軸Ｏについて４５°回転した方向の概略側面断面図であり、（ｃ）は、（ａ）中のＡＡ’で示した線を矢印の方向から見た光ファイバ支持装置１の概略断面図である。
【図３】支持部材の概略側面断面図である。
【図４】（ａ）は光ファイバ取付け部の概略側面図であり、（ｂ）は、金属管、バンド部材を取り外した状態の光ファイバ取付け部の概略側面図であり、（ｃ）は光ファイバ取付け部の概略正面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例における、嵌合部の概略側面断面図である。
【図６】（ａ）は、伸長治具を取り付け、且つ第１の光ファイバ取付け部と第２の光ファイバ取付け部の距離が最短の状態の第１の実施形態に係る光ファイバ支持装置の概略側面断面図であり、（ｂ）は、伸長治具により、第１の光ファイバ取付け部と第２の光ファイバ取付け部が所定の距離に調整された状態の第１の実施形態に係る光ファイバ支持装置の概略側面断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第２の実施形態である光ファイバ支持装置２の概略側面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の断面から、中心軸Ｏについて４５°回転した方向の概略側面断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態である歪みセンサの概略模式図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、２    光ファイバ支持装置
３    歪みセンサ
１０、１０−１、１０−２    支持部材
１０−１ａ、１０−２ａ    端面
１１    円筒部
１２、１２−１、１２−２    光ファイバ取付け部
１３、１４    固定部材
１６    伸長治具
１７−１、１７−２    伸長治具取付け孔
２０    光ファイバ
２１    光源部
２１１    コヒーレント光源
２１２    ビームスプリッタ
２１３    光周波数変調器
２１４    光パルス変調器
２２    検出部
２３    処理部
２４    ビームスプリッタ
３０    嵌合孔
３１    嵌込部
３１ａ    端面
３２    係止部材
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ    切り欠き部
３３    金属管
３３ａ    凹部
３４ａ、３４ｂ    バンド部材
４１、４２    フレーム
４３、４５    回転軸
４４ａ、４６ａ    軸受け部
４４ｂ、４６ｂ    固定ピン
４７    ヒンジ
５０、５０−１、５０−２    支持部材
５０ａ、５０ｂ    端面
５１    レール部材
５２−１、５２−２    光ファイバ取付け部
５３    固定部材
５７−１、５７−２    伸長治具取付け孔
【図１】
2007147576.tif 000003
【図２】
2007147576.tif 000004
【図３】
2007147576.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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