(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の光周波数を持つ連続光から取り出したパルス光を、測定対象である構造物に対して固着された歪み測定用光ファイバに入射し、該歪み測定用光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光の周波数の時間変化を解析することにより、前記構造物の歪み分布を測定する方法において、
前記パルス光のパルス幅で定められる空間分解能以下となる所望の長さの部分を前記測定対象構造物に直線状に固着する第１工程と、
前記空間分解能と前記所望の長さとの差分以上の長さの部分に、観測すべき最大の歪み量より大きい歪み量となる張力を加えてこれを前記直線の延長上以外の位置に配置する第２工程とを有し、
これらの第１工程及び第２工程を必要なだけ繰り返し、前記歪み測定用光ファイバを前記測定対象構造物に対して固着すると共に、
該歪み測定用光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光の周波数の時間変化を解析する際に、第１工程で固着した部分から生じた散乱光スペクトルと第２工程で配置した部分から生じた散乱光スペクトルとを、中心周波数の差から各々のスペクトルを分離して、前記一つ又は複数の第１工程で固着した部分から生じた散乱光の持つ周波数領域のみについて解析することを特徴とする高空間分解能歪み分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバをセンサとして用い、その長さ方向について歪みを連続的に計測する光ファイバ歪み計側方法に関するものである。より具体的には、コンクリートや鉄鋼構造物、地盤などの計測対象にセンシング用光ファイバを固着して、これを用いて計測対象に生じている歪みを計測する技術に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
現在、歪みの計測に一般的に用いられているものに、歪みゲージがある。
歪みゲージは電気抵抗が歪みにより変化する性質を利用するもので、ゲージ長で定まる空間分解能が数ｍｍから数ｃｍ程度と高く、局所的な歪みを高精度に計測することができるという利点がある。
しかし、この方法では歪みゲージを取り付けた点の状態の計測しかできないため、構造物の歪みの空間的な分布を計測するためには多数のゲージを取り付ける必要がある。
また、落雷を始め、電磁雑音の影響を受けるという欠点がある。
【０００３】
他の歪み測定方法として、入射したパルス光により光ファイバ内で生じるブリルアン散乱光の周波数が歪みに依存して変化することを用いる、ＢＯＴＤＡ或いはＢＯＴＤＲとよばれる方法がある(文献[１]堀口、倉嶋、立田、「ブリルアン分光による光ファイバの歪み分布測定」、信学論J73-B-I、2 , pp. 144-152, 1990., 文献[２]T. Kurashima, T. Horiguchi, H. Izumita, S. Furukawa, Y. Koyamada, ", Burillouin optical-fiber time domain reflectometry", IEICE Trans Commun. E76-B,4, pp. 382-390,1993.)。
【０００４】
これらの方法では、光ファイバに沿って連続的に数ｋｍから数十ｋｍにわたる長距離測定が行え、かつ、電磁雑音の影響を令く受けないという利点がある。
これらの方法はトンネルなどの大型構造物や堤防などの土木構造物への適用や、道路橋脚支持用杭などの大型コンクリート構造物に対する歪み計測(文献[３]H. Naruse, "Distributed fiber Optic sensors using Brillouin scattering and their application", in Proceeding of OFMC99, pp 100-105, 1999.) 、河川堤防の崩壊予知(文献[４]H. Naruse, Y. Uchiyama, T. Kurashima and S, Unno, "River levee change detection using distributed fiber optic strain sensor", IEICE Trans. Electron., vol. E83-C, no. 3, pp.462-467,2000.) への実験を通して実証されている。
【０００５】
しかしながら、このような光パルスを用いる方法が持つ共通の制約条件として、測定の空間分解能が用いる光パルスの幅で制限されるという欠点がある。
即ち、光ファイバ中の光の速度をｖ[ｍ/ｓ]とするとき、幅がτ[ｓ]の光パルスを用いた測定では、距離分解能Δｚはτｖ/２[ｍ]となる。
この事情はＯＴＤＲとよばれる光パルス試験器の場合と全く同じである(文献[５]E. Brinkmeyer, "Backscattering in single-mode fibers", Electron. Lett., 16, 9, pp. 329-330, 1980.)。
【０００６】
具体的には、パルス幅が１０[ｎｓ]のとき、距離分解能Δｚは約１ｍとなる。
距離分解能を向上させるためには短い光パルスを必要とするが、このとき、パルス光の持つスペクトル幅が広がるため、結果的に歪みの測定精度が悪くなる。
従って、実用的な距離分解能は１ｍ程度に制限されており、これを越えることは極めて困難とされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、用いる光パルスの幅は変えずに、測定用光ファイバを構造物へ固着する方法を工夫することにより、実効的に歪み測定の空間分解能を向上させる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の高空間分解能歪み分布測定方法は、一定の光周波数を持つ連続光から取り出したパルス光を、測定対象である構造物に対して固着された歪み測定用光ファイバに入射し、該歪み測定用光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光の周波数の時間変化を解析することにより、前記構造物の歪み分布を測定する方法において、前記パルス光のパルス幅で定められる空間分解能以下となる所望の長さの部分を前記測定対象構造物に直線状に固着する第１工程と、前記空間分解能と前記所望の長さとの差分以上の長さの部分に、観測すべき最大の歪み量より大きい歪み量となる張力を加えてこれを前記直線の延長上以外の位置に配置する第２工程とを有し、これらの第１工程及び第２工程を必要なだけ繰り返し、前記歪み測定用光ファイバを前記測定対象構造物に対して固着すると共に、該歪み測定用光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光の周波数の時間変化を解析する際に、第１工程で固着した部分から生じた散乱光スペクトルと第２工程で配置した部分から生じた散乱光スペクトルとを、中心周波数の差から各々のスペクトルを分離して、前記一つ又は複数の第１工程で固着した部分から生じた散乱光の持つ周波数領域のみについて解析することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記の目的を達成するために、歪み測定用光ファイバを測定対象構造物に対して固着する方法を工夫したものである。
先ず、パルス光のパルス幅τで定められる距離分解能Δｚ以下となる、所望の長さＬ1の部分を測定対象構造物に直線状に固着する。
これを第１工程とよぶ。
【００１０】
次に、距離分解能Δｚと前記所望の長さＬ1との差分(Δｚ−Ｌ1)以上の長さＬ1’の部分に一定の張力を加えてこれを前記直線の延長上以外の位置に配置する。
これを第２工程とよぶ。
【００１１】
測定対象構造物の測定すべき領域が、Ｌ1を越える場合には、これらの第１及び第２工程を必要なだけ繰り返す。
このとき、第ｋ回目の第１工程で定める測定対象構造物への固着長をＬK、第ｋ回目の第２工程で定める張力付加ファイバ長をＬK’とするとき、Ｌ1，Ｌ2，…はすべて同一であっても、各々異なっていても構わない。
同様に、Ｌ1’，Ｌ2’，…もすべて同一であっても、或いは各々異なっていても構わない。
【００１２】
このようにして測定対象構造物に固着された歪み測定用光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光周波数の時間変化を解析することにより、パルス幅で定められる距離分解能Δｚ以下の距離分解能ＬK(ｋ＝１，２，…)で測定対象構造物の歪み分布が測定できることを以下に説明する。
光ファイバに入射した光はファイバ内の音響フォノンとの相互作用によりブリルアン散乱光を発生する。
入射光の周波数νと散乱光の周波数νSの差、νB(＝ν−νS)は散乱の生じた場所におけるファイバの歪みεと線形関係にある。
【００１３】
即ち、
νB(ε)＝νB(０)(１＋Ｃε)    …(１)
但し、νB(ε)は歪み量がεの場合に観測されるνBの値であり、Ｃは歪み感度をあらわす。
歪み測定用光ファイバに光パルスを入射したｔ秒後に受信される散乱光には、光パルス入射端からｚ＝ｔｖ/２の点を中心にΔｚ＝τｖ/２の長さの範囲のファイバ内で生じた散乱光が含まれている。
【００１４】
ここで、歪み測定対象として着目する長さＬkの部分から生じた散乱光と、関心の無い(Δｚ−Ｌk)の長さの部分から発生した散乱光とを分離することができれば、従来法による距離分解能Δｚよりも更に小さい距離Ｌkの部分について歪みが測定できることになる。
それには関心の無い(Δｚ−Ｌk)の長さの部分に予め大きな歪みを加えておき、この部分から生じる散乱光の周波数が着目する部分から生じる散乱光の周波数領域と重ならないようにすれば良い。
【００１５】
以上のべたような効果を得るために満たすための条件について、更に詳しく説明する。
一般に、周波数ν0のパルス光から生じるブリルアン散乱光は周波数分布を持ち、中心周波数はν0−νB、半値全幅Δνのローレンツ関数でよく近似される。
波長１．５μｍ帯でのνBの値は１０ＧＨｚの程度であり、Δνは５０ＭＨｚの程度である。
また、歪み感度Ｃは５程度の値である。
νBの値がνB1とνB2である、異なる２つの部分から発生したブリルアン散乱光が同時に受信されているとき、その強度が最大となる周波数の性質について調べる。
【００１６】
議論を一般化するため、周波数原点を各々のピークの中間周波数(ν0−(νB1＋νB2)/２)に移動し、かつ周波数を半値半幅(Δν/２)で規格化する。
即ち、
ｘ＝[ν−｛ν0−(νB1＋νB2)/２｝]／(Δν/２)    …(２)
ここで、
ξ＝｜νB1−νB2｜／Δν    …(３)
とするとき、上記２つの部分からの散乱光の周波数分布は、次に示すように、ピーク位置が２ξ(＞０)だけ異なる２つのローレンツ関数で与えられる。
ｙ1＝１／｛(ｘ＋ξ)2＋１｝    …(４)
ｙ2＝１／｛(ｘ−ξ)2＋１｝    …(５)
【００１７】
これらが、それぞれｒ、(１−ｒ)の重みで加算されているとすると全散乱光強度ｙは
ｙ＝ｒｙ1＋(１−ｒ)ｙ2    …(６)
で与えられる。
このｙのピークを与える位置ｘpについて考察する。
但し、０≦ｒ≦１    …(７)
とする。
ピークの位置は、ｄｙ/ｄｘ＝０を解くことにより得られる。
ｄｙ1/ｄｘ＝−(ｘ＋ξ)/｛(ｘ＋ξ)2＋１｝2    …(８)
ｄｙ2/ｄｘ＝−(ｘ−ξ)/｛(ｘ−ξ)2＋１｝2    …(９)
【００１８】
よって、
ｄｙ/ｄｘ＝ｒｄｙ1/ｄｘ＋(１−ｒ)ｄｙ2/ｄｘ
＝−２[ｒ(ｘ＋ξ)/｛(ｘ−ξ)＋１｝2＋(１−ｒ)(ｘ−ξ)/｛(ｘ＋ξ)2＋１｝2]
／｛(ｘ＋ξ)2＋１｝2/｛(ｘ−ξ)2＋１｝2
＝ｘ｛Ｘ2＋(４ξ2＋２)Ｘ＋１｝2＋(１−２ｒ)ξ｛３Ｘ2＋(４ξ2＋２)Ｘ−１｝
／｛(ｘ＋ξ)2＋１)｝2/｛(ｘ−ξ)2＋１｝2    …(１０)
但し、
Ｘ≡ｘ2−ξ2    …(１１)
とした。
【００１９】
I.〔ｒ＝１/２の場合〕
この場合は厳密な解析解が得られる。
(１０)より、
(ｄｙ/ｄｘ)｛(ｘ＋ξ)2/｛(ｘ−ξ)2＋１｝2
＝ｘ｛Ｘ2＋(４ξ2＋２)Ｘ＋１｝
＝２ｘ[ｘ2＋(ξ2＋１)1/2｛２ξ＋(ξ2＋１)1/2｝][ｘ2−(ξ2＋１)1/2｛２ξ−(ξ2＋１)1/2｝]    …(１２)
【００２０】
I.I〔ξ＜(１/３)1/2のとき〕
２ξ−(ξ2＋１)1/2＜０となるのでｄｙ/ｄｘ＝０の実根はｘp＝０のみとなる。
即ち、２つのローレンツ関数のピークは分離されない。
【００２１】
I.II 〔ξ≧(１/３)1/2のとき〕
ｄｙ/ｄｘ＝０は
ｘp＝０、±(ξ2＋１)1/4｛２ξ−(ξ2＋１)1/2｝1/2    …(１３)
の３実根を持つ。
ｘp＝０はｙの極小値を与え、他の２根は極大値を与え、ピークが分離される。
(１３)の非負根
ｘp＝(ξ2＋１)1/4｛２ξ−(ξ2＋１)1/2｝1/2    …(１４)
の性質について調べる。
【００２２】
(イ)ξ→∞のとき、(ξ2＋１)1/2→ξ、｛２ξ−(ξ2＋１)1/2｝→ξより、ｘp→ξとなる。
即ち、２つのローレンツ関数のピーク位置が十分離れていれば、和関数のピーク位置は構成要素であるローレンツ関数のピーク位置に漸近する。
【００２３】
(口)和関数のピーク位置ｘpと、構成要素ローレンツ関数のピーク位置ξのずれ量
ε＝ｘp−ξ
が小さいことに着目して(１２)でＸ2の項を他の項に対して無視すると、
0003763457.tif 000002
を得る。
図１にξ、ｘp、ｘp−ξの関係を示す。
ｘp≒ξ或いは(１２)‘による近似誤差はξ＝１/３1/2近辺を除けば極めて小さく、実用上は十分良い近似を与える。
【００２４】
以上を整理すると
(i)０≦ξ≦(１/３)1/2のとき  ｘp＝０
(ii)ξ＞(１/３)1/2のとき
厳密解  ｘp＝(ξ2＋１)1/4｛２ξ−(ξ2＋１)1/2｝1/2
第１近似解ｘp≒ξ−１/４ξ(２ξ2＋１)
(１/３)1/2≦ξ≦１のとき      近似誤差＜０．２６
１≦ξ≦２のとき            近似誤差＜０．００７
２≦ξのとき                近似誤差＜１０-4
第２近似解ｘp≒ξ
(１/３)1/2≦ξ≦１のとき      近似誤差＜０．５７
１≦ξ≦２のとき              近似誤差＜０．０９
２≦ξのとき                  近似誤差＜０．０１４
【００２５】
ｘp≒ξと近似する第２近似解は実用上重要な意味を持つ。
この近似解は、本発明に述べる歪み測定用光ファイバの測定対象構造物への固着方法の工夫の有無にかかわらず、同一の測定データ処理をすることに相当する。
これに伴う誤差(ξ−ｘp)は、１≦ξの場合には０．０９以下となる。
これを周波数シフト計測誤差(ξ−ｘp)(Δν/２)に換算すると、２．２５ＭＨｚ、歪み測定誤差換算では５×１０-5程度となる。
この値はＢＯＴＤＡ，ＢＯＴＤＲの持つ本質的な歪み測定誤差と同程度以下であり、ｘp≒ξの近似が、歪み測定精度の点で全く問題がないことが判る。
このような高精度近似の条件である１≦ξは｜νB1−νB2｜＝Δνに相当し、これは同一ファイバの２つの区間に約０．１％の相対歪みが存在することに相当する。
【００２６】
II.〔ｒ≠１/２の一般の場合〕
ｄｙ/ｄｘ＝０の非負根ｘpはξでよく近似できることが期待されるので(１０)の右辺に現れるｘにξを代入して、Ｘ＝ｘ2−ξ2の近似解を求める。
即ち、｜Ｘ｜≪１のもとで
ｄｙ/ｄｘ≒(１/８ξ3)｛(２−３ｒ)Ｘ2＋２(１−ｒ)(２ξ2＋１)Ｘ＋ｒ｝＝０…(１６)
を解く。
【００２７】
II.I〔ｒ≒１のとき〕
(１６)においてＸの１次の項をＸの２次の項に対して無視すると、
Ｘ＝±(ｒ/(３ｒ−２)｝1/2
よってｘp≒ξ−(１/２ξ)｛ｒ/(３ｒ−２)｝1/2    …(１７)
非負根ｘpについて考えているので、近似解(１４)の適用範囲は
ξ≧(１/２ξ)｛ｒ/(３ｒ−２)｝1/2
即ち、
ξ≧｛ｒ/４(３ｒ−２)｝1/4    …(１８)
或いは
ｒ≧２/(３−１/４ξ4)    …(１８)‘
である。
０＜ξ＜１/２1/2の場合
(１８)‘を満たすｒが１を越えるので非負実根ｘpは存在しない。
１/２1/2＜ξ＜(１/２)1/4の場合
ｒが(１８)‘を満たすとき(１７)が近似解を与える。
ｒが(１８)‘を満たさないとき(１７)の近似精度は悪いか、非負実根ｘpが存在しない。
ξ≧(１/２)1/4の場合
(１８)‘の右辺は４/５以下となるため、４/５＜ｒ＜１のとき(１７)が近似解を与える。
【００２８】
II.II〔０＜ｒ＜４/５のとき〕
｜(２−３ｒ)/２(１−ｒ)｜＜１
よって(１６)において、
｜(２−３ｒ)Ｘ2/２(１−ｒ)(２ξ2＋１)Ｘ｜
＝｜｛(２−３ｒ)/２(１−ｒ)｝Ｘ/(２ξ2＋１)｜
＜｜Ｘ｜
即ち｜Ｘ｜≪１のもとでは(１６)のＸ2の項はＸの項に対して無視できる。
従って、
Ｘ＝−ｒ/２(１−ｒ)(２ξ2＋１)
∴ｘp≒ξ−｛ｒ/(１−ｒ)｝｛１/４ξ(２ξ2＋１)｝    …(１９)
これはｒ＝１/２に対する近似解(１５)“の拡張となっている。
この場合も、近似の適用範囲は
ｘ≧０
より
ｒ≦１/[１＋１/｛４ξ2(２ξ2＋１)｝]    …(２０)
(２０)から、ξ＞１/２1/2の場合にはξの値にかかわらず、０＜ｒ＜４/５のときに(１９)の近似解が得られることが判る。
【００２９】
以上を整理すると、ξとｒの各々の値及び相対関係に従い、
０≦ｒ≦４/５の場合に対する
ｘp(１)＝ξ−｛ｒ/(１−ｒ)｝(１/４ξ(２ξ2＋１)｝    …(１９)
４/５＜ｒ＜１の場合に対する
ｘp(２)＝ξ−(１/２ξ)｛ｒ/(３ｒ−２)｝1/2    …(１７)
の２種類の近似解がある。
(１９)はｒ＝１/２に対する近似解(１５)“の拡張となっている。
【００３０】
(i)ξ＞(１/２)1/4の場合
(１９)、(１７)とも、良い近似を与える。
(ii)１/２1/2＜ξ＜(１/２)1/4の場合
０≦ｒ≦４/５の場合ｘp≒ｘp(１)(１９式)の近似精度は良い。
４/５＜ｒ＜１の場合ｘp≒ｘp(２)(１７式)の近似精度は
ｒ≧２/(３−１/４ξ4)であれば良いが、
ｒ＜２/(３−１/４ξ4)であれば悪いか、ｘpは存在しない。
(iii)ξ＜１/２1/2の場合
０≦ｒ≦４/５の場合
ｘp≒ｘp(１)の近似精度は
ｒ≦１/[１＋１/｛４ξ2(２ξ2＋１)｝]の時は良いが
ｒ＞１/[１＋１/｛４ξ2(２ξ2＋１)｝]の時は悪いか、ｘpは存在しない。
４/５＜ｒ＜１の場合ｘpは存在しない。
種種のｒ(＝０．１，０．３，０．５，０．７，０．９)に対するｘpのξ依存性を図２に示す。
【００３１】
以上の理論検討から明らかになったことには、例えばＬ1＝Ｌ1’＝Δｚ/２とする場合には、
｜νB1−νB2｜＞Δν/３1/2
とすれば必ず２つのピークは分離でき、更に
｜νB1−νB2｜＞Δν
とすればピーク位置の測定誤差は実用上無視して差し支えない程度(Δνの０．００７倍以下)とできる。
また、Ｌ1とＬ1’が異なる場合には、Ｌ1とＬ1’の比率と所望の測定誤差に応じて図２で定まる適切な周波数分離量｜νB1−νB2｜を選ぶことにより、着目部分の歪みを正しく評価することができる。
このように、測定対象構造物に固着したファイバ長Ｌ1の着目部分が、パルス幅でさだめられる空間分解能Δｚ以下の長さであっても、隣り合う長さ(Δｚ−Ｌ1)以上の任意の長さの部分に一定以上の歪みを加えておくことにより、着目部分で発生した散乱光のもつ周波数領域のみについてピーク解析することにより、測定対象構造物の歪み分布を測定することができる。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施例を図を参照して説明する。
〔実施例１〕
本発明の第１の実施例を図３に示す。
同図に示すように、歪み分布測定装置１に歪み測定用光ファイバ３が接続されると共にこの歪み測定用光ファイバ３は、測定対象構造物２に対して部分的に固着され、また、一定の張力が部分的に付与されている。
【００３３】
即ち、歪み測定用光ファイバ３の一部は、測定対象構造物２の上に直線状に固着された固着部分３１となっている。この固着部分３１の長さはＬ1である。
この固着部分３１に引き続く歪み測定用光ファイバ３の一部は、巻回されることにより一定の張力が予め付与された張力付加部分３１’となっている。この張力付加部分３１’の長さはＬ1’である。
【００３４】
また、張力付加部分３１’に引き続く歪み測定用光ファイバ３の一部は、測定対象構造物２の上に直線状に固着された固着部分３２となり、また、固着部分３２引き続く歪み測定用光ファイバ３の一部は、巻回されることにより一定の張力が予め付与された張力付加部分３２’となっている。
固着部分３２の長さはＬ2であり、張力付加部分３２’の長さはＬ2’である。
同様に、固着部分３ｋ(ｋ＝１，２，…)と張力付加部分３ｋ’(ｋ＝１，２，…)が交互に繰り返されるが、図中では、省略して描いている。
固着部分３ｋ、張力付加部分３ｋ’の長さはそれぞれＬk，Ｌk’である。
【００３５】
このような構成を有する本実施例の動作は以下の通りとなる。
先ず、歪み分布測定装置１から幅τの光パルスが歪み測定用光ファイバ３に入射される。
歪み測定用光ファイバ３は、その一部で長さＬ1の固着部分３１が測定対象構造物２の上に直線状に固着されているため、測定対象構造物２の歪みが伝えられ、この部分における歪み量に対応したブリルアン散乱光を発生する。
次に、これに引き続く長さＬ1の張力付加部分３１’には、一定の張力が予め付与されているため、張力付加部分３１’において発生するブリルアン散乱光はこれに隣接している固着部分３１で発生したブリルアン散乱光とは中心周波数が異なっており、これらは分離識別することができる。
【００３６】
また、張力付加部分３１’は固着部分３１のなす直線の延長上以外の場所に配置されているため、引き続き、歪み測定用光ファイバ３の固着部分３２を測定対象構造物２の上に固着することができる。
この固着部分３２には、測定対象構造物２の歪みが直接伝えられ、ここで生じた散乱光の周波数は、張力付加部分３１’で生じた散乱光の周波数と分離識別される。
以下、同様にして、隣り合う固着部分３ｋと張力付加部分３ｋ’、３(ｋ＋１)、…で発生したブリルアン散乱光は歪み分布測定装置１に到達する時刻と周波数領域の違いによりすべて分離識別することができる。
【００３７】
即ち、従来法の距離分解能限界Δｚよりも更に小さな区間長ＬK(ｋ＝１，２、…、)における歪みの値が測定できる。
尚、本実施例においては、歪み測定用光ファイバ３の固着部分３３は、その固着部分３１，３２の延長上と異なる方向に設置されているが、もちろん、必要に応じて固着部分３１，３２の延長上に設置しても構わない。
ここで、歪み測定用光ファイバ３の張力付与部３１’，３２’…に付加すべき歪みの大きさについて述べる。
測定対象構造物が鉄筋の場合、降伏応力を受けたときの歪み量は１×１０-3程度である。
【００３８】
これを観測すべき最大歪み量とすると、最大歪み観測時においても、歪み測定用途光ファイバの固着部分と歪み付与部分とが発生する散乱光が分離できる(ξ＞１)ためには、初期状態で歪み測定用光ファイバ３の張方付与部３１’，３２’…に付与する歪み量は２×１０-3程度あれば良いことが判る。
この値は光ファイバの長期信頼性の観点から問題のない値である(参考文献[６]満永、勝山、小林、石田、「スクリーニング試験による光ファイバ強度保証法」、信学論、J66-B、7,pp.829-836,1983.)。
【００３９】
〔実施例２〕
本発明の第二の実施例を図４に示す。
本実施例は、歪み測定用光ファイバ３の張力付加部分３ｋ’(ｋ＝１，２，３…)に張力を付与する具体的な手段の一例を示すものである。
図４に示すように、測定対象構造物１には、複数の固定ファイバガイド円盤４１，４２，４３が固定されると共に可動ファイバガイド円盤５が可動円盤中心ガイド６に沿ってＰ点とＱ点の間で移動し、更に、Ｐ点〜Ｑ点間の任意の位置で固定できるようになっている。
【００４０】
測定対象構造物２上には、歪み測定用光ファイバ３の一部が固着部分３ｋ，３(ｋ＋１)として直線状に固着されている。
これを使用するに際しては、先ず始めに、可動ファイバガイド円盤５の中心を可動円盤中心ガイド６の一端Ｑにおき、張力付加部３ｋ’である歪み測定用光ファイバ３を図４に示すように固定ファイバガイド円盤４１，４２，４３及び可動ファイバガイド５に沿わせる。
【００４１】
つまり、固着部分３ｋ，３(ｋ＋１)の間において、張力付加部分３ｋ’としての測定用光ファイバ３を複数の固定ファイバガイド円盤４１，４２，４３と可動ファイバガイド円盤５に巻き掛ける際、測定用光ファイバ３が緩むように、可動ファイバガイド円盤５を可動円盤中心ガイド６の一端Ｑへ移動させておく。
可動円盤中心ガイド６の一端Ｑにおいては、張力付加部３ｋ’に加わる張力は全くないか、あってもごく僅かとなるように設計する。
次に、可動ファイバガイド円盤５の中心を可動円盤中心ガイド６に沿って移動させ、ＰＱ上の適切な点に固定する。
【００４２】
ＰＱ上の適切な位置とは、歪み測定用光ファイバ張力付加部ｋ’に加わる歪み量が２×１０-4程度となるような位置である。
図４には、可動ファイバガイド円盤の中心が可動円盤中心ガイドの他端Ｐに同定された場合を描いているが、これに限るものではない。
図４では、固定ファイバガイド円盤４１，４２、可動ファイバガイド円盤５、固定ファイバガイド円盤４３の順で配置されているが、これらの円盤４１，４２４３，５の数や配置の順序は必要に応じて変更が可能である。
【００４３】
このように説明したように、本発明は、光ファイバを構造物等に生じる歪みセンサとして用いた際の歪み計測において、用いる光パルスの幅は変えずに、光ファイバを構造物に固着する方法を工夫し、歪み測定の空間分解能を向上させたものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の歪み分布測定方法においては、パルス光のパルス幅で定められる空間分解能Δｚ以下となる長さＬkの部分を測定対象構造物に固着するとともに、引き続きこの空間分解能ΔｚとＬKとの差分以上の長さＬK’の部分に一定の張力を加えて、これを前記長さＬKの部分の延長上以外の位置に配置しているため、両者の中で生じる散乱光の周波数領域の違いを利用してΔｚよりも小さな空間分解能ＬKで歪み分布を測定できる。
また、本発明の歪み分布測定方法では、測定に用いる光パルスの幅を狭めていないので、従来法にみられるようなスペクトル広がりによる空間分解能の劣化の作用はなく、高空間分解能測定を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つのローレンツ関数の和のピーク位置(I)(ｒ＝１/２の場合)を示すグラフである。
【図２】２つのローレンツ関数の和のピーク位置(II)(ｒ≠１/２の場合)を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施例を示す説明図である。
【図４】本発明の歪み測定用光ファイバ張力付加部分の具体的な実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  歪み分布測定装置
２  測定対象構造物
３  歪み測定用光ファイバ
３１，３２，３３，…，  歪み測定用光ファイバ固着部分
３１’，３２’，３３’，…  歪み測定用光ファイバ張力付加部分
４１，４２，４３  固定ファイバガイド円盤
５  可動ファイバガイド円盤
６  可動円盤中心ガイド
Ｐ  可動円盤中心ガイドの他端
Ｑ  可動円盤中心ガイドの一端
【図１】
0003763457.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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