(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの伸縮によるひずみによって生じる前記光ファイバ内のブリルアン散乱光の特性の変化を検出することにより、構造物が受けているひずみ量を測定する構造物のひずみ量測定装置において、
中央部にフレキシブル部を設け、その両側に剛性の大きい１対の本体部を連設し、前記本体部に前記構造物に取着する取着部をそれぞれ設けてなるゲージベースと、
前記フレキシブル部の両側近傍の前記ゲージベース上に固定された２つの突起部と、
前記２つの突起部の間を折り返すように複数回巻き付けられ、且つ前記折り返し端を前記突起部に固定されたループ状の部分を有する光ファイバと、
前記ゲージベースの中央部に介挿され前記光ファイバの前記ループ状の部分にプリテンションを付与するプリテンション付与機構と、
を具備したことを特徴とする構造物のひずみ量測定装置。
【請求項２】
前記プリテンション付与機構は、前記２つの突起部間に弾性力を付加する機構よりなることを特徴とする請求項１記載の構造物のひずみ量測定装置。
【請求項３】
前記２つの突起部には、前記光ファイバを固定する溝部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物のひずみ量測定装置。
【請求項４】
前記光ファイバの折り返し端の部分は、前記溝部に嵌入され且つ接着されていることを特徴とする請求項３記載の構造物のひずみ量測定装置。
【請求項５】
前記光ファイバは、金属、金属メッキ、またはポリイミド樹脂により被覆されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の構造物のひずみ量測定装置。
【請求項６】
前記ゲージベースを構成する素材は、アルミニウムまたはステインレススティール（耐食性）であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の構造物のひずみ量測定装置。
【請求項７】
前記ループ状の部分の折り返し端間の距離をＧとし、前記ゲージベースの取着部間の距離をＬとし、前記構造物の線膨張係数をαａとし、前記ゲージベースの線膨張係数をαｂとし、前記ブリルアン散乱光の温度感度をＫｔ（ε）とするとき、前記のＧとＬが温度補償条件を与える式、即ち、
Ｌ＝（−Ｋｔ（ε）−αｂ）×Ｇ／（αａ−αｂ）
を満たすことを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の構造物のひずみ量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物のひずみ量測定装置に関し、特に、構造物に固定された光ファイバにおいてブリルアン利得値が変化する箇所を検出することにより、この構造物のひずみが生じた箇所等を検出する構造物のひずみ量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造物に生じるひずみ等の診断を行うために、光ファイバをセンサに用いるひずみ計測手法が開発されており、その代表的な手法としてＦＢＧ（fiber Bragg grating）、ＢＯＴＤＡ（Brillouin optical-fiber time domain  analysis）、ＢＯＴＤＲ（Brillouin optical-fiber time domain reflectometer）等を利用する手法が知られている。
このＢＯＴＤＲを利用する手法は、最小１ｍの距離で、１００〔με〕程度の平均ひずみを検出する測定精度を有し、従来からラインセンサとして、またはラインを面状に張り巡らした面センサとして利用されてきた。
例えば、特開平１１−２３７２１９号公報には、ループ状に巻かれた光ファイバセンサを複数配置することにより、トンネル壁面等に生じる局部的な伸縮を検出する構造物の変形量測定装置が示されている。
図１０は、上記特開平１１−２３７２１９号公報に開示されている光ファイバセンサの具体的な構成を示す構成図である。
【０００３】
図１０において、９０は光ファイバセンサ、９１は光ファイバ、９２は薄板（帯状の鋼板）である。
この光ファイバセンサ９０は、ループ状に巻かれた光ファイバ９１を複数、連続させて配置したものを、薄板９２上に敷設した構成を有する（但し、その具体的な敷設方法、例えば、薄板９２上に固着させるのか否かについては記述がなされていない）。また、この光ファイバセンサ９０は、トンネルの内壁に接着剤等で貼り付けるものとしている。
この光ファイバ９１内には、レーザパルス光が照射され、光ファイバ９１が伸縮するとブリルアン散乱光の周波数がシフトすることを利用して前記トンネル内壁の伸縮量を求め、且つレーザパルス光が照射されてから後方散乱光が戻ってくるまでの時間から、伸縮が生じた個所の位置を測定している。
なお、この光ファイバ９１の前記ループ状の箇所では、短い区間内に長い光ファイバを敷設したことになるので、この区間内の分解能を上げる効果を有するものとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のとおり、従来のＢＯＴＤＲを利用する構造物のひずみ量測定装置は、最小１ｍの距離で、１００〔με〕程度の平均ひずみを検出する測定精度（感度）しか有さないため、ライン状にもならない局部的な部分（スポット）のひずみ量を、１００〔με〕以下の平均ひずみを検出する測定精度で測定することが不可能であり、このような場合には、電気式のひずみ計測を行わざるを得ないといった問題点を有していた。
その点、特開平１１−２３７２１９号公報に示されている装置では、ひずみ量を拡大して検出することは可能ではあるが、ひずみ量の測定値が装置の周囲温度の影響を大きく受けることに対する対策まではなされていなかった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、構造物が受けるひずみ量を大幅に拡大することができると共に周囲温度が測定に与える影響を最小限に抑制することができる構造物のひずみ量測定装置を提供することを目的としている。
【０００５】
本発明の請求項１の目的は、構造物に生じたひずみ量を従来のもの以上に拡大して測定することと、周囲温度の変動分の補償をすることとが両立可能であり、光ファイバのループ状の部分にプリテンションを付与して弛みが生じないようにして、伸張ひずみのみならず、圧縮ひずみについても高精度でひずみ量を検出可能であり、特に、プリテンションを付与する製造工程を簡単にした構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
本発明の請求項２の目的は、常置式プリテンション付与機構がひずみ量検出に影響を及ぼさず、且つ、現場でのプリテンションの調節が容易な構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の請求項３の目的は、光ファイバがループ状に巻かれる２つの突起部に、光ファイバを固定する溝部を形成し、この光ファイバを確実にこの溝部に収納することにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達せしめる構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、光ファイバの折り返し端の部分を、前記溝部に接着させることにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達せしめる構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、光ファイバを金属またはポリイミドにより被覆することにより、光ファイバを前記溝部に固着し易くすると共にこの被覆内での光ファイバの中滑り現象を防止して、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達せしめる構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の請求項６の目的は、ゲージベースを構成する素材をアルミニウムとすることにより、軽量で錆びにくく、且つ材料費と加工費の安い構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
本発明の請求項７の目的は、構造物の線膨張係数、ゲージベースの線膨張係数、ブリルアン散乱光の温度感度を考慮して、周囲温度の変化に対する温度補償が可能となるように構造設計された構造物のひずみ量測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、上述した目的を達成するために、光ファイバの伸縮によるひずみによって生じる前記光ファイバ内のブリルアン散乱光の特性の変化を検出することにより、構造物が受けているひずみ量を測定する構造物のひずみ量測定装置において、
中央部にフレキシブル部を設け、その両側に剛性の大きい１対の本体部を連設し、前記本体部に前記構造物に取着する取着部をそれぞれ設けてなるゲージベースと、
前記フレキシブル部の両側近傍の前記ゲージベース上に固定された２つの突起部と、
前記２つの突起部の間を折り返すように複数回巻き付けられ、且つ前記折り返し端を前記突起部に固定されたループ状の部分を有する光ファイバと、
前記ゲージベースの中央部に介挿され前記光ファイバの前記ループ状の部分にプリテンションを付与するプリテンション付与機構と、
を具備したことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、前記プリテンション付与機構を、前記２つの突起部間に弾性力を付加する機構よりなることを特徴としている。
また、請求項３に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、前記２つの突起部には、前記光ファイバを固定する溝部が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、前記光ファイバの折り返し端の部分が、前記溝部に嵌入され且つ接着されていることを特徴としている。
また、請求項５に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、前記光ファイバが金属またはポリイミドにより被覆されていることを特徴としている。
また、請求項６に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、前記ゲージベースを構成する素材がアルミニウムであることを特徴としている。
さらに、請求項７に記載した本発明に係る構造物のひずみ量測定装置は、前記ループ状の部分の折り返し端間の距離をＧとし、前記ゲージベースの取着部間の距離をＬとし、前記構造物の線膨張係数をαａとし、前記ゲージベースの線膨張係数をαｂとし、前記ブリルアン散乱光の温度感度をＫｔ（ε）とするとき、前記のＧとＬが温度補償条件を与える式、即ち、
Ｌ＝（−Ｋｔ（ε）−αｂ）×Ｇ／（αａ−αｂ）
を満たすことを特徴としている。
【００１１】
【作用】
本発明の請求項１による構造物のひずみ量測定装置は、光ファイバの伸縮によるひずみによって生じる前記光ファイバ内のブリルアン散乱光の特性の変化を検出することにより、構造物が受けているひずみ量を測定する構造物のひずみ量測定装置において、中央部にフレキシブル部を設け、その両側に剛性の大きい１対の本体部を連設し、前記本体部に前記構造物に取着する取着部をそれぞれ設けてなるゲージベースと、前記フレキシブル部の両側近傍の前記ゲージベース上に固定された２つの突起部と、前記２つの突起部の間を折り返すように複数回巻き付けられ、且つ前記折り返し端を前記突起部に固定されたループ状の部分を有する光ファイバと、前記ゲージベースの中央部に介挿され前記光ファイバの前記ループ状の部分にプリテンションを付与するプリテンション付与機構とを設けることにより、構造物から受けるひずみを拡大して測定し、且つ周囲温度の変化を補償し周囲温度が測定に与える影響を最小限に抑制し、伸張ひずみのみならず圧縮ひずみを含めた測定が可能な条件の範囲における測定結果の正確さを保証でき、特に製造工程を簡単にした構造物のひずみ量測定装置を実現している。
【００１２】
また、本発明の請求項２による構造物のひずみ量測定装置は、前記プリテンション付与機構を、前記２つの突起部間に弾性力を付加するように構成し、これにより、現場でのプリテンションの調節に役立てることができる構造物のひずみ量測定装置を実現している。
また、本発明の請求項３による構造物のひずみ量測定装置は、前記２つの突起部に、前記光ファイバを固定する溝部を形成し、光ファイバを確実にこの溝部に収納し、これにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達せしめる構造物のひずみ量測定装置を実現している。
【００１３】
また、本発明の請求項４による構造物のひずみ量測定装置は、前記光ファイバの折り返し端の部分を、前記溝部に嵌入し且つ接着させ、これにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達せしめる構造物のひずみ量測定装置を実現している。
また、本発明の請求項５による構造物のひずみ量測定装置は、前記光ファイバを金属、金属メッキまたはポリイミド樹脂により被覆するものとし、これにより、光ファイバを前記溝部に固着し易くすると共にこの被覆内での光ファイバの中滑り現象を防止して、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達することができる構造物のひずみ量測定装置を実現している。
また、本発明の請求項６による構造物のひずみ量測定装置は、前記ゲージベースを構成する素材としてアルミニウムやステインレススティールのような耐食性の金属を使用し、これにより、軽量で錆びにくく、且つ材料費と加工費の安い構造物のひずみ量測定装置を実現している。
【００１４】
さらに、本発明の請求項７による構造物のひずみ量測定装置は、前記ループ状の部分の折り返し端間の距離をＧとし、前記ゲージベースの取着部間の距離をＬとし、前記構造物の線膨張係数をαａとし、前記ゲージベースの線膨張係数をαｂとし、前記ブリルアン散乱光の温度感度をＫｔ（ε）とするとき、前記のＧとＬが温度補償条件を与える式、即ち、
Ｌ＝（−Ｋｔ（ε）−αｂ）×Ｇ／（αａ−αｂ）
を満たす構成とし、これにより、構造物の線膨張係数、ゲージベースの線膨張係数、ブリルアン散乱光の温度感度を考慮すると共に上記ＧとＬの距離を選定して、周囲温度の変化に対する温度補償が可能となるように構造設計された構造物のひずみ量測定装置を実現している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の構造物のひずみ量測定装置を説明する。
図１は、本発明に係るひずみ量測定装置の原理を示す説明図である。
まず、光ファイバ２の右端からは、一定の周波数ＣＷを有するプローブ光源３の光が、光ファイバ２の内部に照射され、その光は既に光ファイバ２の内部全体に達している状態にある。
ここで、ポンプ光源１から、ハーフミラー５を介してパルス光１０（周波数は可変）が光ファイバ２の左端から、その内部に照射する。すると、その後方散乱光が光ファイバ２の左端に戻ってくる。この後方散乱光は、パルス光１０の光のブリルアン利得値Ｖｐと、プローブ光源３の光のブリルアン利得値Ｖｃｗとの差で示される強度を有しており、上記ハーフミラー５を介して受光部４に入力される。
【００１６】
ここで、パルス光１０を照射してから戻ってくるまでの時間は、上記の後方散乱が生じている光ファイバ２内の位置を示すので、この時間経過に対応する上記後方散乱光のブリルアン利得値を順次、受光部４において測定し、グラフとして示すことにより、光ファイバ２内の各位置における後方散乱光のブリルアン利得値を知ることができる。また、他の位置と異なるブリルアン利得値を持つ位置を検出することが可能となり、さらに、その位置のブリルアン利得値と、上記グラフ上で内挿される本来のブリルアン利得値とを比較することにより、その位置に生じているひずみ量の大きさを割り出すことができる。
なお、ここでは、光ファイバ２内の各位置における後方散乱光のブリルアン利得値を検出したが、その他、この後方散乱光のあらゆる特性の変化を検出することが可能であり、この特性変化に対応したひずみの状態を検出することができる。
【００１７】
また、上記の装置は、“ＢＯＴＤＡ”の例につき説明したが、光ファイバをセンサとしたひずみ計側手法として知られる“ＢＯＴＤＲ”（Brillouin Optical time domain reflectometer）を利用することもできる。この方法は、図示は省略するが、光ファイバ中で発生するブリルアン散乱光の周波数がひずみによって変化することを利用したものである。
即ち、光源から光ファイバに入射された光は、Ｂｒａｇｇ反射され、後方散乱光として観測される。これは、ブリルアン散乱光と呼ばれ、その周波数は、音速によるドップラー効果のため、入射光とνＢだけ異なる。νＢは、ブリルアン周波数シフトと呼ばれ、
νＢ＝２・ｎ・ｖ／λ  ……………（１）
で与えられる。ここで、ｎは光ファイバの屈折率、ｖは光ファイバ中での音速、λは入射光の波長である。
光ファイバにひずみが発生すると音速が変化するため、νＢも変化する。νＢをひずみの関数と考えて、εに対する変化が小さいと仮定すると、
νＢ（ε）＝νＢ（０）＋（ｄνＢ／ｄε）・ε  ……………（２）
と表現することができる。
【００１８】
実際の運用に際しては、伸張試験等により使用する光ファイバ毎に、予め、ｄνＢ／ｄεとνＢ（０）を求めておく必要がある。
逆に、光ファイバ毎のνＢ（０）の違いを利用してセンサ部分と配線部分の光ファイバを識別することも可能である。
ひずみを分布として求めるＢＯＴＤＲでは、光ファイバにパルス光を入射し、戻ってくる散乱光パワーを時間分解して計測する。このとき、光ファイバの距離ｚは、パルス光を入射してから散乱光を検出するまでの時間をＴ、光速をｃとすると、
ｚ＝（ｃＴ）／（２ｎ）  ……………（３）
より、求めることができる。
【００１９】
図２〜図５は、本発明の第１の実施の形態に係る構造物のひずみ量測定装置の要部の構成を示している。
このうち、図２は、この装置の平面図を示し、図３は、図２に示すＸとＸ′とを結ぶ線分に沿ってこの装置を切断したときの側面から見た断面図を示し、図４は、図２に示すプリテンション付与機構部１３の左半分の詳細構造を示す。
図２〜図５に示す構造物のひずみ量測定装置は、ゲージベース１１の左半分の本体部１１ａと右半分本体１１ａとを、受感軸方向のひずみに対する柔軟性を有しながら接続するフレキシブル部１２、ゲージベース１１の左半分本体部１１ａと右半分本体１１ａとの間、換言すれば、後述の２つの突起部１６，１６間に予め張力を与えるためのプリテンション付与機構部１３、ゲージベース１１を後述する構造物１７に取着するための取着部１４、ひずみ量を検出するための光ファイバ１５（ケーブル）、光ファイバ１５をゲージベース１１上で折り返してループ状にして固定するための２つの突起部１６，１６を具備する。
【００２０】
なお、このゲージベース１１は、アルミニウムを素材とし、本体部１１ａ，１１ａ両端近傍に穿設された２個の取着部１４，１４に図示しない取付ボルトを挿通し、構造物１７（コンクリート）に螺着されるものとする。
また、突起部１６には、光ファイバ１５を嵌入するための溝部（図示は省略）が設けられている。光ファイバ１５は、一対の突起部１６，１６の外周に形成された溝部に嵌入させつつ、複数回、巻き付けた後、溝部に嵌入した光ファイバを接着剤で固定する。
また、光ファイバ１５には、構造物１７の取着部１４，１４間に生じたひずみに対応するひずみを最終的に光ファイバ１５に伝達する必要があり、光ファイバ１５のループ状の部分を上記の溝部に固着させるのも、この構造物１７に生じたひずみに対応するひずみを光ファイバ１５に確実に伝達させるためであるが、この伝達をより確実に行わせるためには、金属、金属メッキ、やポリイミド（Poly-imid）等、樹脂のような弾性率の高い素材でコーティングしておくことが好ましい。
【００２１】
さらに、この光ファイバ１５のループ状の部分は、周囲温度（熱）による線膨張や構造物１７に発生するひずみにより弛みが発生すると、測定結果に大きく影響するので、これを防止するために後述する（１）式を満足するような条件を満足させると共に、予めテンション（プリテンション）を付与する。
なお、光ファイバ１５のループ状の部分の曲げ径Ｒは、光ファイバ１５を損傷しない範囲で、且つ、この曲げ部分が測定に影響するような透過光の減衰を生じさせないような範囲以上とする。
以下、本実施の第１の形態に係る構造物のひずみ量測定装置の機能を説明する。
まず、光ファイバ１５が受けるひずみ量の拡大（増大）効果について説明する。ゲージベース１１の本体部１１ａ，１１ａは、比較的厚肉に形成されて剛性を有し本装置の本体を構成する。ゲージベース１１は、両端近傍に穿設された取着部１４，１４を挿通する取付ボルトにより、構造物１７に固定されて使用されるので、構造物１７がひずみを生じて受感軸方向（図２において左右方向）に伸縮した場合には、この伸縮を取付ボルト→取着部１４，１４→ゲージベースの本体部１１ａ，１１ａを介してフレキシブル部１２に伝達する。
【００２２】
この構造物１７に生ずるひずみは、ゲージベース１１が所定区間、即ち、取着部１４，１４間で受け、この区間で受けたひずみの総量は、中央部に形成した僅かな区間であるフレキシブル部１２に集中されるため、実質上、ひずみが拡大された形で、突起部１６，１６間に巻回された光ファイバ１５に拡大されて伝達される。
さらに、光ファイバ１５は、突起部１６，１６間に１本しか掛け渡されている訳ではなく、複数回、巻き回してあるので、その巻回数分だけ感度が増倍されることになる。
つまり、第１の実施の形態によれば、取着部１４，１４間のひずみを、突起部１６，１６間で増幅させ、さらに、突起部１６，１６間に巻回された巻数分だけ感度を増倍させるので、著しく大きなひずみ量として検出することができ、結果的に分解能を大幅に増大させることができることになる。
【００２３】
次に、この装置の温度補償機能について定性的に説明する。
周囲温度が所定の基準値より、例えば上昇する場合には、構造物１７が自由膨張し、その結果として取付ボルトにより取着部１４が構造物１７に固定されたゲージベース１１は、水平方向に引き延ばされる力（温度上昇による好ましくないひずみ）を受けて、実際に引き延ばされる。
しかし、同時に、取着部１４を取付ボルトにより構造物１７に固定されたゲージベース１１自体も、熱膨張により自由膨張し、その結果としてゲージベース１１の熱膨張係数の方が構造物１７の線膨張係数より大きいためフレキシブル部１２の機能により移動可能にされている２つの突起部１６間は、互いに接近させられるような力（温度上昇による前述の好ましくないひずみを相殺する力）を受けて実際に接近する。
その結果、上記のゲージベース１１の伸張ひずみと、ゲージベース１１の一部である２つの突起部１６の圧縮ひずみとが互いに相殺されて、この２つの突起部１６間は、実際には互いに接近することがなく、従って、光ファイバ１５のループ状の部分は、温度上昇によるひずみを受けることがない。
【００２４】
周囲温度が所定の基準値より下降する場合には、上記の作用とは逆の作用により、やはり光ファイバ１５のループ状の部分は、温度下降によるひずみを受けることを免れる。
なお、前述の作用を実際に円滑に行わせるためには、前述のとおり、光ファイバ１５のループ状の部分に予めテンション（プリテンション）を掛けておく必要がある。その第１の理由とするところは、構造体１７が受けるひずみにより、２つの突起部１６の間の距離が縮む場合があり、また、光ファイバ１５自体も周囲温度の影響を受けて伸縮するので、極端な場合、光ファイバ１５のループ状の部分に弛みが生じる可能性があり、このような場合は、構造物１７の測定されるべきひずみにより、２つの突起部１６間に水平方向の伸びをもたらすようなひずみ（伸張ひずみ）が生じても、このひずみが測定不可能となる恐れがあるからである。さらに、この場合、前述の原因と同様の原因により、今度は、２つの突起部１６間に受感軸方向の縮みをもたらすようなひずみ（圧縮ひずみ）が生じた場合、この圧縮ひずみは上記の光ファイバ１５のループ状の部分の弛みの程度をさらに増大させるだけの結果となり、やはり構造物１７が受けているひずみを測定できなくなる恐れがある。
【００２５】
従って、前述の光ファイバ１５のループ状の部分の弛みに起因するトラブルの発生を防ぐために、光ファイバ１５のループ状の部分には、プリテンション付与機構部１３を操作してプリテンションを掛けておくのである。
この光ファイバ１５のループ状の部分に付与するプリテンションの大きさは、構造体１７が受ける最大のひずみの大きさを事前に推定し、また、周囲温度により光ファイバ１５のループ状の部分に発生する最大の線膨張を考慮して、これらが相乗的に生じたとしても光ファイバ１５のループ状の部分に弛みが生じない大きさに設定する。
また、プリテンションを掛ける第２の理由とするところは、温度変化に伴う補償をするために、後述するように、突起部１６，１６間の距離（Ｇ）を設定する必要があるが、この距離（Ｇ）は、予め正確に設定し難いため、プリテンション付与機構により、調整しつつプリテンションを付与するためである。
【００２６】
図４は、このプリテンションを予め与えるためのプリテンション付与機構部１３の具体的な一例を示す。操作者が、蝶ナット１３１を時計方向（または半時計方向）に捻じって回転させることにより、押圧部１３２の先端が一対の本体部１１ａ，１１ａに形成した切欠内壁面と圧縮させることにより、プリテンションを与えている（若しくは突起部１６，１６間に介挿してもよい）。
なお、次に、フレキシブル部１２の機能について述べる。
フレキシブル部１２の最大の機能は、２つの突起部１６の間の距離の伸縮を吸収することであり、その意味からはフレキシブル部１２自体が非連続となっていることが最適であり、即ち、フレキシブル部１２としては、どのような構造体も存在しないようにすることがベターであるが、そうすると、製品としての纏まりが悪くなり、製造、取り付けの両工程において取り扱いが不便となる。従って、フレキシブル部１２の第２の機能は、製造、取り付けの両工程において取り扱いが容易となるように、本体部１１ａの左半分と右半分とを１つに纏め、１つの製品にすることである。
【００２７】
次に、このプリテンション付与機構について説明する。
まず、工場においては、ゲージベース１１に固定された突起部１６，１６の側周壁に設けられた溝部に接着剤を塗布し、その後、光ファイバ１５を突起部１６，１６の周りに巻き付けてループ状の部分を形成すると共に、このループ状の巻付部分を突起部１６に固着させる。
その後、ゲージベース１１の切欠き部（Ｈ形状に刳り抜かれた部分）に図４にその一部を示すプリテンション付与機構部１３を介挿する。次に、蝶ナット１３１を捻じり回転させて光ファイバ１５のループ状の部分にプリテンションを付与すると共に、後述する突起部１６，１６間の距離Ｇを確保する。その後、後述の図６に示す固定具３１を装着し、前述のプリテンション付与機構を取り外す。
次に、現場においては、取着部１４に取付ボルトを挿通し、ゲージベース１１を構造物１７に取り付け、プリテンションを確認した後、固定具３１を取り外す。この後、再度、プリテンションを確認する。なお、工場出荷時に、前述のプリテンション付与機構を取り外さないで、現場においてもプリテンションを調節することができるようにすることも可能である。
【００２８】
次に、この装置の温度補償機能について定量的に説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る構造物のひずみ量測定装置の温度補償機能を説明するための説明図である。
図５は、要部のサイズ（長さ）を示し、図６は、ひずみを受ける要部の場所と、前述の固定具３１を示している。
図５では、ゲージベース１１が構造物１７からひずみを受ける区間がＢ部とＢ′部（左側の取着部１４のセンターと、右側の取着部１４のセンター）で示される受感軸方向距離Ｌであることを示している。
また、光ファイバ１５のループ状の折り返し端Ａ，Ａ′間部分がゲージベース１１からひずみを受ける区間であり、その区間をＧとする。
今、αａを構造物１７の線膨張係数、αｂをゲージベース１１の線膨張係数、Ｋｔ（ε）をブリルアン散乱光の温度感度とし、ΔＴを基準となる周囲温度からの温度変化分とすると、この温度変化分ΔＴがひずみ量の測定に与える影響を相殺するために必要な条件は、次の（４）式で与えられる。
【００２９】
0003926648.tif 000002
（４）式からΔＴを消去し、Ｌについて整理すると、（５）式を得る。
Ｌ＝（−Ｋｔ（ε）−αｂ）×Ｇ／（αａ−αｂ）      ………………（５）
但し、この場合、光ファイバ１５の線膨張係数は極めて小さいので無視している。また、フレキシブル部１２の伸張・圧縮剛性は、ゲージベース１１の本体左側および右側の伸張・圧縮剛性に比べて十分に小さいものとしている（即ち、構造物１７に負荷または温度変化によるひずみが生じたとしても、このひずみは、フレキシブル部１２で殆どが吸収され、ゲージベース１１の左側本体部１１ａおよび右側本体部１１ａにおけるひずみは殆ど０であるものとしている）。
【００３０】
次に、この装置の温度補償機能について、実際の計算例を示して定量的に説明する。
構造物１７がコンクリートの場合として、αａ＝１１×１０−６、ゲージベース１１がアルミニウムの場合として、αｂ＝２３×１０−６をそれぞれ選び、図３に示すＧとして、Ｇ＝１００〔ｍｍ〕を定め、ブリルアン散乱光の温度感度Ｋｔ（ε）として、Ｋｔ（ε）＝２１με／℃を定める（算出根拠は省略する）と、（２）式からＬ＝３６７〔ｍｍ〕となる。
図７、図８は、本発明の第２の実施の形態に係る構造物のひずみ量測定装置の要部の他の構成を、図９は、他のプリテンション付与機構を示している。
図７は、この装置の平面図を示し、図８は、図７に示すＸとＸ′とを結ぶ線分に沿ってこの装置を切断したときの断面図を示し、図９は、この装置のプリテンション付与機構が付加されたひずみ量測定装置を示す。
【００３１】
図７、図８に示す装置は、図２、図３に示す装置と比べて、プリテンション付与機構部１３を具備していない。その代わりに、図９に示す留め具４２、締め具４３および押しボルト４４からなるプリテンション付与機構によりプリテンションが付与され、このプリテンション状態を固定具４１で保持されたままで工場から出荷される。現場では、この装置を取り付け後、この固定具４１は取り外される。
図９に示すプリテンション付与機構では、まず押しボルト４４を押し回して留め具４２と締め具４３との間に挟まれたゲージベース１１に受感軸方向の圧縮力を加え、ノギスやマイクロメータで突起部１６，１６間の距離を測りつつ、所定の距離Ｇとなったらこの状態を保った状態で、光ファイバ１５を２つの突起部１６に巻き付けてループ状の部分を形成し、光ファイバ１５を突起部１６，１６に接着剤で固定する。その後、上記の押しボルト４４を上記と逆に回してゲージベース１１に受感軸方向の伸張力を生じさせる。これにより、２つの突起部１６，１６間に伸張力が作用するので、この２つの突起部１６に巻き付けられて形成されているループ状の光ファイバ１５の直線部分にプリテンションが付与されることになる。
【００３２】
次に、このプリテンションを保った状態で、ゲージベース１１に固定具４１を取り付ける。この状態でゲージベース１１の取着部１４，１４に取付ボルトを挿通し、ゲージベース１１を構造物１７に取り付け、その後、固定具４１を取り外す。
尚、上述した“ＢＯＴＤＲ”によるひずみ量測定装置を用いることにより、光ファイバのひずみ量測定が片端測定が可能となる。
そのため、この装置は、例えば、光ファイバケーブルの敷設時や敷設後のひずみ分布測定による劣化予測、寿命予測、既設光ファイバケーブルの保守、監視、プラント関係のパイプラインのひずみ測定、吊り橋の伸張によるひずみ測定、高層建築物のひずみ測定、山の斜面の崖崩れ感知、トンネルの崩落事故監視、などに用いてその威力を発揮する。
【００３３】
また、本発明は、上述し且つ図面に示す実施の形態にのみ限定されることなく、上述した実施の形態の要点を適宜選択的に組み合わせるなど、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した構造物のひずみ量は、いずれもゲージベース１１を、直接構造物１７に取り付ける例で示したが、構造物１７に基板を取り付け、その基板にゲージベース１１を取り付けるようにすることもできる。
また、プリテンション付与機構は、図４および図９に示したもの以外に、例えば、図４のものの代りに、ターンバックル式の拡張器を使用することもできる。
また、フレキシブル部１２として、クランク状に形成した例につき示したが、波状あるいはＳ字状に形成してもよい。
尚、上記の実施の形態においては、ゲージベース１１に穿設した円形孔からなる取着部１４の例を示したが、この取着部の位置において、スポット溶接、接着剤などの手段で、上記した構造物に取り付けた金属基板に固定あるいは固着するようにしてもよい。従って、ここにおいて、「取着」とは、取付ボルトやリベット等により、構造物に取付ける場合、および溶接、蒸着、接着により構造物にまたは仲介物に装着する場合の両方を含むものとする。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光ファイバの伸縮によるひずみによって生じる前記光ファイバ内のブリルアン散乱光の特性の変化を検出することにより、構造物が受けているひずみ量を測定する構造物のひずみ量測定装置において、中央部にフレキシブル部を設け、その両側に剛性の大きい１対の本体部を連設し、前記本体部に前記構造物に取着する取着部をそれぞれ設けてなるゲージベースと、前記フレキシブル部の両側近傍の前記ゲージベース上に固定された２つの突起部と、前記２つの突起部の間を折り返すように複数回巻き付けられ、且つ前記折り返し端を前記突起部に固定されたループ状の部分を有する光ファイバとを設ける構成とし、構造物から受けるひずみ量を拡大して検出し、且つ周囲温度の変分を補償するように構成したから、構造物が受けるひずみ量を拡大して検出することができると共に周囲温度が測定に与える影響を最小限に抑制した構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
【００３５】
また、前記光ファイバの前記ループ状の部分に、プリテンションを付与する構成としたから、前記光ファイバの前記ループ状の部分の弛みが防止され、伸張ひずみのみならず、圧縮ひずみをも正確に検出し得る構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
また、前記プリテンションが、前記ゲージベースの中央部に置かれたプリテンション付与機構によって付与できるように構成したので、これにより、製造工程を簡単にした構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
また、前記プリテンション付与機構を、前記ゲージベースの前記中央部に残留させることもできる構成とすることにより、現場でのプリテンションの再調節に役立てることができる構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
【００３６】
また、前記２つの突起部に、前記光ファイバを固着する溝部を形成し、光ファイバを確実にこの溝部に収納する構成とすることにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達することができる構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
また、前記光ファイバの折り返し端の部分を、前記溝部に嵌入・接着させる構成とすることにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達することができる構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
また、前記光ファイバを金属またはポリイミドにより被覆する構成とし、光ファイバを前記溝部に固着し易くすると共にこの被覆内での光ファイバの中滑り現象を防止する構成とすることにより、構造物が受けるひずみを光ファイバのループ状の部分に確実に伝達することができる構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
【００３７】
また、前記ゲージベースを構成する素材としてアルミニウムを使用する構成とすることにより、軽量で錆びにくく、且つ材料費と加工費の安い構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
さらに、構造物の線膨張係数、ゲージベースの線膨張係数、ブリルアン散乱光の温度感度と、ゲージベースの取着部間の距離と、光ファイバの折り返し端間の距離を考慮した温度補償条件を満たす構造とすることにより、周囲温度の変化に対する正確な温度補償が可能な構造物のひずみ量測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る構造物のひずみ量測定装置の原理を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る構造物のひずみ量測定装置の要部の構成を示す平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ′線に沿った断面を示す断面図である。
【図４】図１、図２中に示されるプリテンション付与機構の構成を示す模式図である。
【図５】第１の実施の形態における温度補償機能を説明するための平面図である。
【図６】第１の実施の形態に固定具を取り付けた状態を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の構成を示す平面図である。
【図８】図７のＸ−Ｘ′線に沿った断面図である。
【図９】第２の実施の形態にプリテンション付与機構および固定具を装着した状態を示す平面図である。
【図１０】従来技術（特開平１１−２３７２１９号公報記載）の光ファイバセンサの具体的な構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ポンプ光源
２，１５  光ファイバ
３  プローブ光源
４  受光部
５  ハーフミラー
１０  パルス光
１１  ゲージベース
１２  フレキシブル部
１３  プリテンション付与機構部
１４  取着部
１６  突起部
１７  構造物
３１，４１  固定具
４２  留め具
４３  締め具
４４  押しボルト
１３１  蝶ナット
１３２  押圧部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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