(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーを用いた土構造物の変状検知センサーを計測ポイントに布設する地中用光ファイバーセンサーであって、前記土構造物の変状検知センサーは、土の変形に追従しやすい構造体に光ファイバーを巻付け、前記構造体の先端に打設時には刺さりやすいが、引き抜け方向に力が作用すると、上部が開くようになる引き抜け抵抗部材を設けた定着板を具備する杭であり、該杭を外管とともに、直接計測ポイントに打設し、前記土構造物の変状検知センサーのみを地中に残し、布設することを特徴とする地中用光ファイバーセンサー。
【請求項２】
請求項１記載の地中用光ファイバーセンサーにおいて、前記土の変形に追従しやすい構造体が分割された中空型ロッドであることを特徴とする地中用光ファイバーセンサー。
【請求項３】
請求項１記載の地中用光ファイバーセンサーにおいて、前記土の変形に追従しやすい構造体が蛇腹式の構造体であることを特徴とする地中用光ファイバーセンサー。
【請求項４】
請求項１記載の光ファイバーを用いた土構造物の変状検知センサーを監視区域に複数ポイント配設し、基準となる光ファイバーとの比較により、監視区域の変状検知を行うことを特徴とする地中用光ファイバーセンサーシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中用光ファイバーセンサーに係り、特に、地中内の変状を計測する光ファイバーセンサー及びその光ファイバーセンサーシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土構造物の変状を検知するセンサーとしては、
（１）長尺部材に取り付けられた歪みゲージや地滑り計等のセンサーがあるが、ポイントとポイントの計測である。
【０００３】
（２）また、現在、光ファイバーセンサーは、コンクリート部材の歪みや盛土のり表面での変形計測手法として用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術（１）のポイントとポイントの計測では、各地点で計測点が独立しており、数１０ｋｍを連続的に計測することはできなかった。
【０００５】
また、上記した従来の技術（２）の光ファイバーセンサーは、コンクリート部材の歪みや盛土のり表面での変状計測手法として用いられているが、地中内の詳細な変状を計測するためには利用されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は、上記問題点を除去し、地中内の詳細な変状を計測することができる地中用光ファイバーセンサー及びその光ファイバーセンサーシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【発明を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光ファイバーを用いた土構造物の変状検知センサーを計測ポイントに布設する地中用光ファイバーセンサーであって、前記土構造物の変状検知センサーは、土の変形に追従しやすい構造体に光ファイバーを巻付け、前記構造体の先端には打設時に刺さりやすいが、引き抜け方向に力が作用すると、上部が開くようになる引き抜け抵抗部材を設けた定着板を具備する杭であり、この杭を外管とともに、直接計測ポイントに打設し、前記土構造物の変状検知センサーのみを地中に残し、布設することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の地中用光ファイバーセンサーにおいて、前記土の変形に追従しやすい構造体が分割された中空型ロッドであることを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔１〕記載の地中用光ファイバーセンサーにおいて、前記土の変形に追従しやすい構造体が蛇腹式の構造体であることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕記載の光ファイバーを用いた土構造物の変状検知センサーを監視区域に複数ポイント配設し、基準となる光ファイバーとの比較により、監視区域の変状検知を行うことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの配置図である。
【００１３】
図１に示すように、盛土された区域１に、光ファイバーセンサー（光ファイバーの部分）２が装着された鋼管やＦＲＰ管などの高剛性管状杭３が、打ち込まれて、光ファイバー４が布設される。その場合に、基準となる光ファイバー５を配置しておく。
【００１４】
上記した鋼管やＦＲＰ管などの管状杭３の場合には、ここでは、図２に示すような、光ファイバーの部分２の貼り付けが、管状杭３の内部の中空部３Ａの内管に行なわれる。このようにすると、管状杭３を打ち込んでも、光ファイバーの部分２が破損することはないので好都合である。しかし、光ファイバーの部分２を布設しやすいように、管状杭３の外側に巻き付けるようにしてもよい。
【００１５】
そこで、基準となる光ファイバー５と盛土された区域１に配置された光ファイバー４とに光源６から第１の光カプラ４ａを通して光を導入して、光ファイバー５と光ファイバー４の両方に光を通し、それぞれの光ファイバー５と光ファイバー４には光の導波状態を第２の光カプラ４ｂを介してＯ／Ｅ（光／電気）変換器７により電気に変換して、パッシブホモダイン復調器８で復調して、計測装置９により、光ファイバー５と光ファイバー４からの電気的出力状態を監視する。
【００１６】
したがって、例えば、盛土の内部に変状を来している場合には、光ファイバー４の経路に変化が生じる。つまり、管状杭３が変位する。すると、光ファイバー４内の光の導波の状態が変化し、基準となる光ファイバー５の光の導波の状態と比較すると、偏差が生じることになり、その偏差を計測装置９により計測することができる。
【００１７】
また、盛土の内部に破壊的な変状が生じたような場合には、光ファイバー４にも大きな変化が生じることになり、基準となる光ファイバー５の光の導波の状態と大きくことなる時には、計測装置９に連動する警報装置１０によって警報を出すようにしてもよい。
【００１８】
光ファイバーセンサーの布設の態様はその構造物の変状をどのようにモニターするかによって、種々の光ファイバーセンサーの配置とする。
【００１９】
図３は本発明の他の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの構成図であり、柔軟性のある管状杭を構成する。
【００２０】
この実施例では、（１）図３（ａ）に示すように、分割された（１０〜２０ｃｍ程度）中空型ＦＲＰロッド１１内に光ファイバーの部分（光ファイバーセンサー）１２を巻き付ける。また、内管の先端には、刺さりやすいように、定着板１４を設ける。
【００２１】
また、そのような中空型ＦＲＰロッド１１内に、光ファイバーの部分（光ファイバーセンサー）１２を巻き付けたものを、図３（ｂ）に示すように、打設用外管１３で保護して、打設し、地中内に布設する。
【００２２】
（２）また、図３（ｃ）に示すように、蛇腹式管２１内に光ファイバーの部分２２を巻き付けるようにしてもよい。この場合も打設用外管２３で保護して、地中内に布設するようにしてもよい。また、内管の先端には、刺さりやすいように、定着板２４を設置しておく。
【００２３】
また、設置方法としては、打設可能な中空管内にセンサーを内挿しておき、外管と同時に打設する。目標深度に達した時点で、内管のセンサーを地中に残したまま外管を引き抜く。
【００２４】
なお、図４（ａ）に示すように、杭１５の定着板１６には、光ファイバーセンサーが設置された後、この光ファイバーセンサーが引き抜け難くするために、図４（ｂ）に示すように、引き抜け方向に力が作用すると、上部が開くようになる引き抜け抵抗部材１６Ａを設けるのが望ましい。
【００２５】
また、上記の説明によれば、杭は中空型として説明したが中実型のものでもよい。その意味では、杭は土の変形に追従しやすい構造体であればよい。
【００２６】
図５は本発明の更なる他の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの構成図である。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、コーティングされた光ファイバー３１を直接地中に布設し、地中の変状をその光ファイバー３１の芯材３２の変形で検知して、計測するようにしてもよい。
【００２８】
更に、地表面付近の変状を検知するには、図５（ｂ）に示すような、光ファイバー３５が単に樹脂部材３６で被覆されたセンサーを埋設するようにしてもよい。
【００２９】
以下、本発明の地中用光ファイバーセンサーシステムの構成について説明する。
【００３０】
図１に示すように、光源（レーザ光源）６から第１の光カプラ４ａを介して、光ファイバー４に接続され、この光ファイバー４は図２〜図４に示した地中用光ファイバーセンサーに接続され、その地中用光ファイバーセンサーから光ファイバー４′を介して、第２の光カプラ４ｂに接続され、その第２の光カプラ４ｂはＯ／Ｅ（光／電気）変換器７に接続され、その変換器７の出力は、例えば、パッシブホモダイン復調器８に接続される。また、光源（レーザ光源）６とパッシブホモダイン復調器８間には変調信号発生器４０が設けられる。
【００３１】
また、パッシブホモダイン復調器８の出力は計測装置９に接続され、その計測装置９は適宜警報装置１０に接続される。ここで、基準となる光ファイバー５が第１の光カプラ４ａから分岐されて、第２の光カプラ４ｂに接続される。４１は鉄道線路である。
【００３２】
そこで、レーザ光源６から出力されるレーザ光を、第１の光カプラ４ａで２つに分岐し、一方を光ファイバー４を介して、地中用光ファイバーセンサー２を通過させて、第２の光カプラ４ｂでもう一方と干渉させる。その第２の光カプラ４ｂの出力をＯ／Ｅ（光／電気）変換器７でＯ／Ｅ変換し、パッシブホモダイン復調器８でパッシブホモダイン処理し復調するようにしている。その復調された信号は計測装置９に取り込まれ、基準となる光ファイバー５を経由した光出力と、地中用光ファイバーセンサー２を経由した光出力との比較により、地中の変状を検知することができる。なお、パッシブホモダイン処理のための変調信号発生器４０の出力は、光源（レーザ光源）６とパッシブホモダイン復調器８に接続する。
【００３３】
このように、本発明によれば、光ファイバーによる歪みセンサーを内部に組み込んだ杭を地中に打設し、また、コーティングされた光ファイバーセンサーを計測対象箇所の状況、距離等に応じて複数個を直接地中に布設し、埋め込むことにより、地中内の変状を連続的（例えば数１０ｋｍ）に容易に計測することができる。対象としては、盛土やその他の土構造物であり、延長の長いもの（鉄道や道路など）に対して、効果的である。
【００３４】
このように、本発明の光ファイバーセンサーシステムによれば、鉄道や道路等、延長の長い構造物の任意の地域の危険を予知することができる。特に、目視等で判断しづらい、地中の変状を容易に監視することができ、防災の見地からしてもその効果は著大である。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３７】
（Ａ）地中内の詳細な変状を計測することができる。特に、地中内の変状を連続的（例えば数１０ｋｍ）に容易に計測することができる。対象としては、盛土やその他の土構造物であり、延長の長いもの（鉄道や道路など）に対して、効果的である。
【００３８】
（Ｂ）広範な領域の地中内の詳細な変状を計測することができる。鉄道や道路等、延長の長い構造物の任意の地域の危険を予知することができる。特に、目視等で判断しづらい、地中の変状を容易に監視することができ、防災の見地からしてもその効果は著大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの配置図である。
【図２】  本発明の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの構成図である。
【図３】  本発明の他の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの構成図である。
【図４】  引き抜け抵抗部材を有する地中用光ファイバーセンサーの構成図である。
【図５】  本発明の更なる他の実施例を示す地中用光ファイバーセンサーの構成図である。
【符号の説明】
１    盛土された区域
２，１２，２２    光ファイバーセンサー（光ファイバーの部分）
３    高剛性管状杭
３Ａ    中空部
４，４′，３１，３５    光ファイバー
４ａ    第１の光カプラ
４ｂ    第２の光カプラ
５    基準となる光ファイバー
６    光源
７    Ｏ／Ｅ変換器
８    パッシブホモダイン復調器
９    計測装置
１０    警報装置
１１    分割された中空型ＦＲＰロッド
１３，２３    打設用外管
１４，１６，２４    定着板
１５    杭
１６Ａ    引き抜け抵抗部材
２１    蛇腹式管
３２    芯材
３６    樹脂部材
４０    変調信号発生器
４１    鉄道線路
【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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