(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪量を測定すべき箇所における両端部に位置してそれぞれ被測定箇所に一体的に固定するための固定手段を有した二つの剛体と、該剛体間に一体に介在された金属管測定体とからなり、該金属管測定体は、金属管内に、金属管両端の剛体方向に向けてＦＢＧ応用光ファイバー歪センサーが、金属管内に接着剤を充填固化させて該金属管と一体的に装入されていることを特徴とする歪量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば地下掘削井戸や孔内に沿って装入したパイプの長さ方向における歪量を、ＦＢＧ応用光ファイバー歪センサーを用いて測定することにより、地下掘削井戸や孔の歪量を計測し、あるいは各種の建築構造物等における、特に狭い空間での各種の歪量を効率的に測定するために使用する測定装置に関し、測定装置としての耐久性の向上および測定精度の向上をはかることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
各種の構造物等における歪量を測定する場合において、支点と作用点間に光ファイバーを直接的に介在させ、作用点の移動に伴う上記光ファイバーの伸び量を光歪センサにより測定することにより歪度を計測し、これにより、とくに極小な歪度の測定を可能にした装置を構造物等の外側表面に貼り付けて使用する測定方法については、すでに本出願人らにより出願されている（特願２０００−２０４８４９）。
【０００３】
上記した発明は、天井あるいは吊り下げ基準点等不動の支点と、該支点に対して移動可能な作用点との間に光ファイバーを直接的に介在させ、作用点の移動に伴う光ファイバーの伸び量を光センサーにより測定し、作用点の移動をもたらす物体の重量あるいは強度、さらには測定面の傾斜度ならびに亀裂幅の変化等を歪度として高精度に計測するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の歪度測定装置は、使用に際して支点・作用点間に光ファイバーを直接的に介在させ、しかも該支点・作用点の部分のみに接着剤等を介して貼り付け使用するものであるところから、光ファイバー歪センサーおよび、これに接続される光ファイバー配線等が露出することになり、該露出部分に損傷をうけやすく耐久性に乏しい。  また、かかる損傷を防止する観点から実際の施工現場においては、上記した光ファイバー歪センサーや光ファイバー配線等に樹脂被覆を施し、あるいは金属製のプロテクターを被せる等の防護構造が施されることが多い。
【０００５】
そのために、かかる防護構造による剛性が付加されて被測定物本来の剛性度が増してしまう結果、歪度測定に際しての精度に悪影響を及ぼしやすい。  またそればかりではなく、歪度測定装置としても構造が複雑且つ大型化するのを避けられず、しかも毀損しやすいために運搬や取り扱いに十分な注意力を要し、かつ測定装置としてのコストの高騰も避けられない。
【０００６】
そこで、本発明者はプラスチック材に一定の深さの細孔を開けるとともに、該細孔内に光ファイバー歪センサーを装入し、しかも装入した光ファイバー歪センサーの長さ方向両端部に位置して該プラスチック材より剛性に優れた二つの金属体をプラスチック材に対して一体に固定するとともに、二つの金属体を被測定部における測定区間の両端に固定して、プラスチック材が受けた歪応力による歪量を前記した光ファイバー歪センサーにより測定する手法を案出した。
【０００７】
かかるプラスチック材を用いた歪量測定法は、取り扱い性に優れ、しかも高精度の歪量測定が可能であるが、プラスチック材に細孔をあけるには相当の熟練性と、作業の困難性を伴うこと、またプラスチック材には吸湿性があり、経時的に材質・体積変化が進行してプラスチック自体に変形や歪を生ずるために、長期にわたる使用をおこなう場合には次第に測定結果の信頼性が失われるために、その完全な防湿対策を講じるのに大掛かりな防湿保護構造とする必要があるところから必然的に複雑かつ大型化するのを避けられない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にあっては、ＦＢＧ応用光ファイバー歪センサーを用いた歪度測定装置において、測定体としてプラスチック材に代えて金属材を使用すると共に、構造の簡素化と測定の高精度化をはかり、とくに耐久性を著しく向上させ、しかもコストの著しい低減を図るようにしたものである。  しかし、ここで測定体に金属材を使用するといっても、被測定部に固定する二つの剛体よりは弾性が低いものでなければ歪量の測定ができない。
【０００９】
そこで本発明にあっては、二つの剛体に比して質的にあまり差がない金属材を測定体として使用するにあたり、前記した二つの剛体と弾性の面で差をつける手段として断面積の小さな金属管を使用することにした。  すなわち具体的には、歪量を測定すべき箇所における両端部に位置してそれぞれ被測定箇所に一体的に固定するための固定手段を有した二つの剛体と、該剛体間に一体に介在された金属管測定体とからなり、該金属管測定体は、金属管内に、金属管両端の剛体方向に向けてＦＢＧ応用光ファイバー歪センサーが、金属管内に接着剤を充填固化させて該金属管と一体的に装入されていることを特徴とする歪量測定装置に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の具体的な内容を図１〜２にあらわした実施例をもとに説明すると、１Ａ・１Ｂは剛体、３は二つの剛体１Ａ・１Ｂ間に一体に介在される金属管測定体をあらわす。  剛体１Ａ・１Ｂは、それぞれ一定区間の測定箇所における両端に安定的に、しかも形状変形することなく固定が可能な形状および材質のものが選ばれる。  例えば測定箇所にもよるが、地中に掘削した孔内の深さ方向における歪量を測定する目的で使用する場合には、孔内に装入しやすい形状（例えば円筒状）に形成するとともに、鉄（場合によっては高炭素鋼や焼き入れされた炭素鋼）その他の金属など、一定の硬度を有する材質のものが選ばれる。
【００１２】
さらに剛体１Ａ・１Ｂには、歪量を測定する一定区間の始端部および終端部に一体的に固定するための固定手段２が取り付けられる。  この固定手段２については、被測定箇所の形状や構造如何により種々の構造のものが考えられるが、例えば図１にあらわされているような地中Ｅに掘削された掘削孔Ｈ内に取り付ける場合においては、掘削孔Ｈ内に装入されたパイプＰの内壁面に剛体１Ａおよび１Ｂを、それぞれ一体に固定するためのドーナツ状をしたスペーサーでもよく、また周方向均等間隔毎に放射方向に向けて突出させた複数のバー状のものなどでもよい。
【００１３】
金属管測定体３については汎用の金属パイプの使用が可能であり、内径については後記する光ファイバー歪センサー４を装入するのに必要かつ十分な内径を有し、しかも前記した剛体１Ａ・１Ｂとともに、測定箇所に装入する場合の障害にならない程度の大きさおよび長さのものが選ばれ、これらの金属管測定体３は、前記二つの剛体１Ａ・１Ｂ間に螺子結合により、あるいは溶接や接着剤により一体に介在され、しかも内部には光ファイバー歪センサー４が装入される。
【００１４】
すなわち、金属管測定体３内には図２にあらわしたように、一体接続する両側の剛体１Ａ・１Ｂ方向に向けて光ファイバー歪センサー４を装入する。  本実施例において使用される光ファイバー歪センサー４としては、「ＦＢＧ応用センサ」（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）が使用される。
【００１５】
さらにＦＢＧ応用光ファイバー歪センサー４が装入された金属管測定体３内には接着剤５を充填し、且つこれを固化させて装入されたＦＢＧ応用光ファイバー歪センサー４を金属管測定体３と一体化させる。  なお４ａおよび４ｂは、剛体１Ａ・１Ｂ中に引き通されたところの、前記したＦＢＧ応用光ファイバー歪センサー４に接続される光ファイバー配線を示している。
【００１６】
さらに金属管測定体３内に充填される接着剤５については、瞬間接着剤などの揮発性のものや大気中の水分と反応して硬化するタイプのものは不向きであり、この場合に使用が可能な接着剤としては、金属管測定体３内への充填性に優れ、しかも金属管測定体３内において硬化完了をし、かつ硬化後の体積減少ができるだけ少ないないものであればよく、そのような接着剤の一例としてはエポキシ樹脂系の接着剤などが挙げられる。
【００１７】
上記した実施例の構成において、光ファイバー歪センサー４としてＦＢＧ応用センサを用いた場合の測定例について説明すると、光ファイバーの一端から広い波長帯にわたる光を入射し、センサー部で反射される特定の波長の光を入射と同一端で捕光する。  センサー部に歪が生じると反射波長にズレを生じ、このズレの程度を測定して歪量を算出する。  なおこの場合、歪の発生は、長さに変化を生じたことを意味し、正確には［変化した分の長さ］÷［もとの長さ］であらわされる。
【００１８】
上記したＦＢＧ応用センサは、光ファイバーのコア部の屈折率を一定の周期毎に変化させたもので、「Ｂｒａｇｇ波長」といわれる特定の波長の光のみを選択的に反射する特性を有する。  したがって外力が加わりＦＢＧ応用センサーに歪が生じると、前記したＢｒａｇｇ波長が変化し、このＢｒａｇｇ波長の変化量は、歪度と比例関係にある。  ＦＢＧ応用センサーは、上記したＢｒａｇｇ波長の変化量と歪度との関係を利用してＢｒａｇｇ波長の変化量を検出することにより、ＦＢＧ応用センサーにおける物体の傾斜などについて、これを歪度として計測することができるようにしたものである。
【００１９】
しかるに、中間部に金属管測定体３を一体に介在させた剛体１Ａ・１Ｂを、地中Ｅに掘削した掘削孔Ｈ内に取り付けられたパイプＰ内に装入し、目的深度での掘削孔Ｈの歪を測定する箇所の始端部と終端部とに、それぞれ固定手段２を用いて一体的に固定すると、両剛体１Ａ・１Ｂが受けたパイプＰの歪度に応じて金属管測定体３を変形させる。  この場合に、金属管測定体３内に埋設されているところの、光ファイバー歪センサー４に接続されている光ファイバーの一端に所定の光量の光を照射して測定準備をしておくものとする。
【００２０】
つぎに、説明の便宜上金属管測定体３の部分の直径のみを十分に拡大してあらわした図３の原理図をもとに説明すると、前提としてパイプＰに歪のない箇所では金属管測定体３に変形が発生しないために、Ｌ＝Ｒ＝ａとなる。  しかしパイプＰに歪が存する場合にはパイプＰの長さ方向に沿って金属管測定体３が変形し、剛体１Ａ・１Ｂは変形しないため剛体１Ａ・１ＢはパイプＰの曲がりに対応した明確な角度をもった位置関係を形成する。  なお金属管測定体３ではパイプＰが曲がっていく内側（Ｒ側）で収縮が、またパイプＰが曲がっていく外側（Ｌ側）で伸張となる。  したがってこの場合には、Ｒ＝ａ−ｂ  Ｌ＝ａ＋ｂ  ということになる。  ここで剛体１Ａ・１Ｂ間の距離＝ａ  とすると、剛体１ＢがパイプＰと直交する方向への距離ｄだけ離れた位置でのｂ´は、ｂ´＝ｄ×ｔａｎ ｃ  と近似表現できる。
【００２１】
このことから剛体１Ａと剛体１Ｂとのなす角度と、剛体１Ａと剛体１Ｂとの間に挟まれた金属管測定体３の変形量とには相関関係があることがわかる。  図３において角度ｃを直接求めることは困難であるが、金属管測定体３の変形量から角度ｃを求めることができるため、最終的にパイプＰ、すなわち地中に対する掘削孔の歪量を測定することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記した通り、歪量測定装置として、歪量を測定すべき箇所における両端部に位置してそれぞれ被測定箇所に一体的に固定するための固定手段を有した二つの剛体と、該剛体間に一体に介在された金属管測定体とからなり、該金属管測定体は、金属管内に、金属管両端の剛体方向に向けてＦＢＧ応用光ファイバー歪センサーが、金属管内に接着剤を充填固化させて該金属管と一体的に装入されているものであるために、構造の簡素化をはかるとともに測定の高精度を維持し、とくに耐久性を著しく向上させ、しかもコストの著しい低減を図ることができ、例えば地下掘削井戸や孔の歪量を計測し、あるいは各種の建築構造物等における、特に狭い空間での各種の歪量を効率的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である歪量測定装置の使用状態をあらわした概略図。
【図２】図１における金属管測定体部分の中央部を拡大してあらわした横断面図。
【図３】本発明のＦＢＧ応用センサを用いた測定手段の原理説明図。
【符号の説明】
１Ａ      剛体
１Ｂ      剛体
２        固定手段
３        金属管測定体
４        光ファイバー歪センサー
５        接着剤
【図１】
0003772303.tif 000002
【図２】
0003772303.tif 000003
【図３】
0003772303.tif 000004