(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなす傾斜計本体の中空収納部内に配置され、中空収納部上部壁に所定間隔をあけ、各々一端部が固定されて垂下すると共に、プーリー状回動板の両端面に各々他端部が固着された一対のＦＢＧからなる検出部を有する光ファイバと、
前記プーリー状回動板の略中央位置に穿設された貫通孔と、該貫通孔の両開口側に添設される連結プレートと、該連結プレートに保持される錘部と、前記連結プレートが挿通する長穴状規制孔を有し、プーリー状回動板と錘部とを区画する、傾斜計本体に固定された閉塞板と、
を有し、
前記プーリー状回動板と連結プレートとは、前記閉塞板上に立設され、プーリー状回動板の表裏面に添設されてプーリー状回動板を保持する保持プレート、及び該保持プレートに添設された連結プレートを貫通し、前記貫通孔を挿通した取付軸により連結され、傾斜計本体が傾斜することにより、錘部に連結されたプーリー状回動板が前記取付軸を支点として回動し、前記一対のＦＢＧからなる検出部を伸縮可能に構成した、
ことを特徴とするＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計。
【請求項２】
前記請求項１に記載されたＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計の傾斜計本体の上部または下部に、前記請求項１に記載されたＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計におけるプーリー状回動板が前後方向に回動するよう光ファイバセンサ、錘部を配置して構成した第２のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を略９０度回転させて取り付け、左右方向及び前後方向の傾斜を検出可能とした、
ことを特徴とするＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計。
【請求項３】
前記請求項１に記載されたＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計に併設して、前記請求項１に記載されたＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計におけるプーリー状回動板が前後方向に回動するよう前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を略９０度回転させて配置し、左右方向及び前後方向の傾斜を検出可能とした、
ことを特徴とするＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計。
【請求項４】
前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を複数個用意し、該複数個のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計は、前記光ファイバで直列に接続された、
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計。
【請求項５】
前記複数個のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計は、地表面や構造物上において横方向に向かい直列に接続設置された、
ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＢＧ光ファイバセンサを用いた傾斜計にかかり、特に地すべり斜面地盤や構造物の傾斜角度等の傾斜を検知するＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ここに、傾斜計とは一般に地盤や構造物などの挙動変化による傾斜角度の変化量を計測する装置を指標する。
しかして、従来の傾斜計は、筐体の内部に錘を内蔵して構成されており、筐体と錘の相対的な位置変化量を検知し傾斜計の傾斜角度に変換する構造とされている。そして、錘の相対的な位置変化量は錘の保持部材のひずみ量として検知するものが多く、いずれもひずみ量は電気信号として出力されている（特許公開公報2000-97693号、特許公開公報2001-50744号参照）。
【０００３】
しかしながら、前記従来の傾斜計は、複数の傾斜計を同時に用いる際、電気信号の伝送は１つの傾斜計で１本のケーブルが必要なためケーブルの材料費と設置費用が多大となってしまう。また、ケーブルを複数本通すため、ボーリング孔を太くしなければならない可能性がある。さらには、電気信号を測定器に伝送する距離は最大１ｋｍ程度であり、それ以上は増幅装置が必要となるので機器費用や設置費用が多大となる。また、電気信号を用いるため、落雷で損傷し測定不能になる。また、電磁ノイズの大きい場所では計測誤差を生じるため使用できない。との課題があった。
【特許文献１】特開２０００−９７６９３号公報
【特許文献２】特開２００１−５０７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かくして、本発明は前記従来から存する傾斜計の課題に対処すべく創案されたものであって、いわゆるＦＢＧ方式（ファイバグレーティング方式）の光ファイバセンサを用いて傾斜計を構成し、しかも前記ＦＢＧ方式（ファイバグレーティング方式）の光ファイバセンサを用いて新たな傾斜検出構造を創案することにより、設置を含めたトータルコストを安価にし、しかも確実に各種の傾斜が計測でき、さらに落雷による故障および電磁ノイズの影響をも防止でき、また、広域にわたる同時計測の場合であっても、敷設する伝送ケーブル本数を少なくでき、かつ伝送最大距離を延長できるＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計は、
筒状をなす傾斜計本体の中空収納部内に配置され、中空収納部上部壁に所定間隔をあけ、各々一端部が固定されて垂下すると共に、プーリー状回動板の両端面に各々他端部が固着された一対のＦＢＧからなる検出部を有する光ファイバと、
前記プーリー状回動板の略中央位置に穿設された貫通孔と、該貫通孔の両開口側に添設される連結プレートと、該連結プレートに保持される錘部と、前記連結プレートが挿通する長穴状規制孔を有し、プーリー状回動板と錘部とを区画する、傾斜計本体に固定された閉塞板と、
を有し、
前記プーリー状回動板と連結プレートとは、前記閉塞板上に立設され、プーリー状回動板の表裏面に添設されてプーリー状回動板を保持する保持プレート、及び該保持プレートに添設された連結プレートを貫通し、前記貫通孔を挿通した取付軸により連結され、傾斜計本体が傾斜することにより、錘部に連結されたプーリー状回動板が前記取付軸を支点として回動し、前記一対のＦＢＧからなる検出部を伸縮可能に構成した、
ことを特徴とし、
または、
前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計の傾斜計本体の上部または下部に、前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計におけるプーリー状回動板が前後方向に回動するよう光ファイバセンサ、錘部を配置して構成した第２のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を略９０度回転させて取り付け、左右方向及び前後方向の傾斜を検出可能とした、
ことを特徴とし、
または、
前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計に併設して、前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計におけるプーリー状回動板が前後方向に回動するよう前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を略９０度回転させて配置し、左右方向及び前後方向の傾斜を検出可能とした、
ことを特徴とし、
または、
前記ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を複数個用意し、該複数個のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計は、前記光ファイバで直列に接続された、
ことを特徴とし、
または、
前記複数個のＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計は、地表面や構造物上において横方向に向かい直列に接続設置された、
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による傾斜計であれば、ＦＢＧ方式（ファイバグレーティング方式）の光ファイバセンサを用いて新たな傾斜検出構造を創案してなり、設置を含めたトータルコストを安価にし、しかも確実に各種の傾斜が計測でき、さらに落雷による故障および電磁ノイズの影響をも防止でき、また、広域にわたる同時計測の場合であっても、敷設する伝送ケーブル本数を少なくでき、かつ伝送最大距離を延長できるとの優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
ここで、ＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計は、一般に地盤や構造物などの挙動変化による傾斜角度の変化量を計測する装置を指標する。
【０００８】
図２などにおいて、符号１は筒状をなす傾斜計本体を示す。したがって、該傾斜計本体１の内部には上下方向（鉛直方向）に伸びる空間からなる中空収納部２が設けられている。
該中空収納部２の上部壁３には所定の間隔を開けてＦＢＧからなる検出部４、４が設けられた光ファイバ５，５の一端部側が固定されて垂下しており、その他端部側はプーリー状回動板６の両側面に固定される。
ここで、本実施例において、プーリー状回動板６の形状は、概ね、円形状ならかるものを中心水平位置から横に切断し、その下側部分についての半円状とされたものに等しい形状、すなわち下弦半円形状に構成されており、両側の側面部分は曲面ではなく上下に様略直線状に形成された側面として形成するものとしている。
【０００９】
しかして、図１等の図から理解されるように、前記光ファイバ５，５の他端側はこの略直線状をなす両側端面に固着される。
そして、このプーリー状回動板６の略中央位置には回転軸となる回転軸用穴７が穿設されており、プーリー状回動板６の表裏面から添設された一対の保持プレート１１、１１及び該保持プレート１１，１１の外側から添設された連結プレート８，８を嵌挿する固定用軸棒９がこの回転軸用穴７を通過して、プーリー状回動板６と一対の保持プレート１１，１１及び一対の連結プレート８，８とを緊結している。そしてこの部分がプーリー状回動板６の回転軸となる。
【００１０】
ここで、前記保持プレート１１，１１は、傾斜計本体１の内側面に固定され、前記プーリー状回動板６と錘部１０とを区画する閉塞板１２上に立設されており、プーリー状回動板６を所定位置で保持する機能を果たしている。なお、閉塞板１２は傾斜計本体１に固定されている。
【００１１】
なお、前記の固定用軸棒９を長尺に構成し、傾斜計本体１の側壁間に架設して回転軸とすれば前記保持プレート１１，１１を設けなくともよい構造となり、そのような構造を採用しても構わない。
【００１２】
さらに、連結プレート８，８の下端部側には錘部１０が連結されて取り付けられており、図４から理解されるように、傾斜計本体１が例えば、左右方向に傾斜すると、前記錘部１０が常に垂直方向に向かって垂下するため、錘部１０に連結された連結プレート８，８を介してプーリー状回動板６は、前記固定用軸棒９を回動軸として回動する様構成されている。
閉塞板１２には、前記回動方向へ揺動する連結プレート８，８が挿通する長穴状規制孔１３が上下方向へ貫通して一対設けられており、該長穴状規制孔１３の長さ分だけ錘部１０に連結した連結プレート８，８は、例えば左右方向へ揺動する。
【００１３】
ここで、長穴状規制孔１３の形状、特にその孔の長さについてであるが、通常プーリー状回動板６の傾斜が、光ファイバが引張り力により切れない程度に長穴状規制孔１３の孔の長さが決定されており、連結プレート８，８はその長さの分だけ揺動可能とされる。従って、それ以上の傾斜に対しては、連結プレート８，８の揺動を止めてしまっている。すなわち、長穴状規制孔１３の孔の長さ以上に連結プレート８，８が傾いてしまうと、その傾きの分だけプーリー状回動板６も回動してしまうことになり、そのプーリー状回動板６の回動により光ファイバ５にも強力な引っ張り力が加わる。すると光ファイバ５は耐えきれず切断してしまうことになるからである。
【００１４】
次に、ＦＢＧにより構成された検出部４を有する光ファイバ５の配置状態につき説明する。
まず、例えば、光ファイバ５は傾斜計本体１の上方から挿入され、傾斜計本体１の上部壁３にその一端部が固定される。さらに所定間隔をあけた後、プーリー状回動板６の左側の側端面に垂下して敷設され、そこで他端部が固定される。そして、前記一端部と他端部との間にＦＢＧより構成された検出部４が配置される。
前記他端部の固定後、プーリー状回動板６の下部湾曲部外周面に沿って右側側面側に敷設される。そして、プーリー状回動板６の右側側面側を通り、傾斜計本体１の上方から再度プーリー状回動板６の左側面側を通過させて、傾斜計本体１の下側に敷設する。
【００１５】
ここで、傾斜計本体１の下側に、２個目、あるいは３個目などのＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計を形成する場合には、さらに上記と同様に光ファイバ５を敷設するものとする。
しかし、そうでない場合は、若干の長さを保持した後、再び、傾斜計本体１の右側を上昇通過させて、傾斜計本体１の上方に持って行き、さらに下側に移動させて、プーリー状回動板６の右側測端面に光ファイバ５の他端部を固定させる。
【００１６】
その後、上方に移動させ、所定間隔をあけた後、傾斜計本体１の上部壁３に一端部を固定させる。しかして、前記固定された他端部と一端部の間にＦＢＧにより構成された検出部４が配置されるものとなる。しかして、これにより、ＦＢＧからなる検出部４，４はプーリー状回動板６の両側面側に一対設けられるものとなる。
【００１７】
ここで、図１２を参照して、複数のＦＢＧからなる検出部４・・・が形成された光ファイバの引き回し状態につき説明する。
図１２（ａ）に示すように、鉛直方向に複数の傾斜計を直列に設置したとき、上方から挿入した光ファイバ５は（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）の順番でＦＢＧからなる検出部４が配置されるよう引き回し、配置しても構わないものであり、また図１２（ｂ）に示されるように、上方から挿入した光ファイバ５を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の順番でＦＢＧからなる検出部４が配置されるよう引き回し、配置しても構わないものである。
【００１８】
次に、この様に構成されたＦＢＧ光ファイバセンサ式傾斜計の動作につき説明する。
傾斜を計測する箇所が未だ傾斜してない場合には、図３に示すように、傾斜計は傾斜せず、もって、一対のＦＢＧからなる検出部４，４にも何ら変化は生じない。
次に図４に示すように、設置箇所に傾斜が生じた場合、設置された傾斜計も傾斜する。ここで、錘部１０は常に鉛直方向に垂下している。よって、錘部１０に連結されている連結プレート８，８も鉛直方向に垂下する。よって、錘部１０とこれに連結されている連結プレート８，８は図４から理解されるように、傾斜計本体１の左側へ移動する。すると、この錘部１０及び連結プレート８、８の揺動により、プーリー状回動板６が回動し、図４において、向かって左側のＦＢＧからなる検出部４が伸張する。逆に、向かって右側のＦＢＧからなる検出部４は縮む。
【００１９】
この際の波長の変化、あるいはひずみを検出して傾斜の角度が検出される。その具体的な例を図６の表に示す。
なお、ＦＢＧからなる検出部４は温度によってもその波長やひずみに変化が生じる。そのため、ＦＢＧによる検出部４，４は２つ以上設けるとよい。２つ以上あれば、温度による値の変化を容易に補正できるからである。
ところで、傾斜計が傾斜したとき、例えば傾斜計本体１の側面部や天井部が歪むことがあってはならない。また、傾斜計本体１自身も、被測定物の傾斜にかかわらず変形しない剛性が要求される。したがって傾斜計本体１は鉄、アルミ等の金属部材で製作されることが望ましい。
【００２０】
次に、図７に本発明の他の実施例につき説明する。図７では１本の長尺な傾斜計本体１内に、例えば左右方向の傾斜と前後方向の傾斜が計測できる様に各構成部材を配置して一つの傾斜計を構成したものである。
よって、図７では傾斜計本体１の上方に例えば、前後方向の傾斜、すなわち矢印Ａの方向の傾斜が計測できるようプーリー状回動板６や錘部１０を設置した。そして、傾斜計本体１の下方には、例えば、左右方向の傾斜、すなわち矢印Ｂの方向の傾斜が計測できるようプーリー状回動板６や錘部１０を設置したものである。これにより、１つの傾斜計で例えば前後方向の傾斜と左右方向の傾斜が計測できるものとされた。
【００２１】
図８はさらに本発明の他の実施例を示したものである。この実施例では、例えば橋桁１４の地盤傾斜を計測するよう構成したものである。例えば、橋桁１４の地盤において、例えば橋軸方向の傾斜のみ計測するのであれば、１台の傾斜計を設置すればよい。しかしながら、例えば橋軸直角方向の傾斜も計測したいときには、プーリー状回動板の回動向きを９０度変えて２台設置すればよい。これにより、現場の複雑な傾斜も計測することが出来る。
【００２２】
なお、図９乃至図１１に示すように、傾斜計を鉛直方向に複数台繋いで使用することもできる。ここで、図９はダムの品質管理計測としての本発明の使用であり、図１０は、掘削時における掘削面挙動監視としての本発明の使用であり、図１１はいわゆる山の法面など斜面の挙動計測としての本発明の使用である。
さらに、図８のように２台の傾斜計を併設すると共に、次の橋桁１４に２台併設していくなど、例えば地表面上に、すなわち横方向に向けて直列に設置することも出来る。
【００２３】
次に、図１３には本発明による傾斜計を鉛直方向に向かい、直列に繋ぎ、一つの傾斜計装置を形成した概略説明図を示したものである。
なお、複数の傾斜計を水平方向に向かい直列に接続設置して傾斜計測する実施例としては、当該発明の傾斜計を地すべりが予測される斜面に設置し、地すべりによる斜面の傾斜角度の変化量を計測し、災害を事前に予知する場合が考えられる。すなわち地すべり斜面の防災監視に効果を発揮するものと考えられる。
【００２４】
また複数の傾斜計を垂直方向に向かい直列に設置して傾斜計測する実施例としては、当傾斜計を地中に掘削した孔の中に設置することにより、地盤の移動による地盤内の変状を計測することができる。すなわち地盤の斜面下方のすべり挙動の計測に効果を発揮するものと考えられる。
【００２５】
傾斜計と傾斜計との間には所定間隔を設けるべく接続パイプ１５が介在され、該接続パイプ１５と傾斜計とは接続用ねじ１６によって接続されている。また、複数個のＦＢＧからなる検出部４が設けられ、かつこれら検出部４からの信号を送受信する送受信部ともなる１本の光ファイバ５は傾斜計の上方から挿入され、その後、複数の傾斜計内で引き回された後、再び傾斜計の上方から外部へ配置されるのである。
ここで、符号１７は光ファイバ保護チューブであり、該光ファイバ保護チューブ１７によりＦＢＧからなる検出部４からの信号を送受信する光ファイバ５が確実に保護されている。
【００２６】
ところで、ＦＢＧからなる検出部４は、１本の光ファイバで最大１００個まで同時に取り付け、接続可能であるため、伝送用ケーブルの本数は少なくなる。このため、従来のように太いボーリング孔を削孔する必要が全くない。
さらに、検出部４からの信号を送受信する光ファイバ５は、長距離の伝送でも減衰が少なく、最大約９ｋｍまで増幅装置を用いずに伝送可能であると言われている。従って、複数の傾斜計を同時に用いる際の伝送ケーブル設置の労力が軽減され、設置費用も安くなる。この様に特別の装置を付加せずとも長距離の信号伝送を可能としてある。
【００２７】
なお、各傾斜計は傾斜計本体１の上方から伝送用となる光ファイバ５を導入、導出するものとしている。したがって該伝送用の光ファイバ５を例えばコネクタ接続あるいは融着接続などで長尺に接続することによって、複数の傾斜計間および末端の傾斜計から、いわゆる外部の測定装置までの間を伝送用となる光ファイバ５で直列接続することが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その１）である。
【図２】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その２）である。
【図３】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その３）である。
【図４】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その４）である。
【図５】本発明の概略構成を説明する構成説明図（その５）である。
【図６】計測データを説明する説明図である。
【図７】本発明の他の実施例における概略構成を説明する構成説明図（その１）である。
【図８】本発明の他の実施例における概略構成を説明する構成説明図（その２）である。
【図９】本発明の（フィルダムでの）設置例の構成を示す構成説明図（その１）である。
【図１０】本発明の（山留めでの）設置例の構成を示す構成説明図（その２）である。
【図１１】本発明の（地すべり）設置例の構成を示す構成説明図（その３）である。
【図１２】光ファイバの引き回し状態を説明する説明図である。
【図１３】傾斜計を鉛直方向に接続した状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 傾斜計本体 
２ 中空収納部
３ 上部壁
４ 検出部
５ 光ファイバ
６ プーリー状回動板
７ 回転軸用穴
８ 連結プレート
９ 固定用軸棒
１０ 錘部
１１ 保持プレート
１２ 閉塞板
１３ 長穴状規制孔
１４ 橋桁
１５ 接続パイプ
１６ 接続用ねじ
１７ 光ファイバ保護チューブ
【図１】
0004883802.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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