JP2002062200A - Cable for sensing strain and strain measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、建築物や船、飛行
機等の構造物や地面等の局所的な歪みの計測に利用され
る歪みセンシング用ケーブル及び歪み計測方法に関する
技術分野に属する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technical field related to a strain sensing cable and a strain measuring method used for measuring a local strain in a structure such as a building, a ship, an airplane, or the ground.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、光ファイバケーブル内の光フ
ァイバ心線を用いて長手方向の歪みを計測(センシン
グ)することが検討されており、そのセンシング方式と
して、散乱光を利用するいくつかの方式が知られてお
り、例えば、レーリ散乱を利用するセンシング方式で
は、光ファイバ心線への応力印加状況による損失値から
歪みを検知するようにしている。しかし、この方式によ
る歪みの評価は定性的なものであり、定量的な評価をす
ることはできない。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been studied to measure (sense) a longitudinal strain using an optical fiber core wire in an optical fiber cable. A method is known. For example, in a sensing method using Rayleigh scattering, strain is detected from a loss value due to a state of applying a stress to an optical fiber core. However, the evaluation of distortion by this method is qualitative and cannot be quantitatively evaluated.
【0003】一方、例えばブリルアン散乱を利用するセ
ンシング方式では、光ファイバ心線の軸方向への印加応
力に対するブリルアンシフト量を計測することで定量的
に歪みを評価することができる。しかしながら、温度に
対する補正が必要であるとともに、評価用光源のパルス
幅に限界があるために距離分解能が制約されるという問
題がある。On the other hand, for example, in a sensing method using Brillouin scattering, distortion can be quantitatively evaluated by measuring a Brillouin shift amount with respect to an applied stress in an axial direction of an optical fiber core wire. However, there is a problem that the temperature resolution needs to be corrected, and the pulse resolution of the evaluation light source is limited, so that the distance resolution is limited.
【0004】そこで、従来、距離分解能を1m以下とな
るように高めて、微少区間の歪みを詳細にセンシングす
るために、例えば特開平11−218450号公報に示
されるように、高強度ファイバグレーティングを内蔵し
た光ファイバ心線を利用することが知られている。そし
て、このような歪みセンシング用ファイバグレーティン
グとして要求される高強度特性は、被覆上照射技術及び
長尺水素充填技術により解決されている。また、この高
強度ファイバグレーティングを利用することによって、
高速な歪みの動的計測も可能となる。Therefore, conventionally, in order to increase the distance resolution so as to be 1 m or less and to sense distortion in a minute section in detail, a high-strength fiber grating is disclosed in, for example, JP-A-11-218450. It is known to utilize a built-in optical fiber core. The high-strength characteristics required for such a fiber grating for strain sensing have been solved by an over-coating irradiation technique and a long hydrogen filling technique. Also, by using this high-strength fiber grating,
High-speed dynamic measurement of strain is also possible.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、光ファイバ
ケーブルを、微小区間内の歪み印加分布を計測する歪み
センシング用ケーブルとして利用するためには、ケーブ
ル内に光ファイバ心線を固定することによって、この光
ファイバ心線が歪みに対して感度よく応答するようにす
ることが要求される。By the way, in order to use an optical fiber cable as a strain sensing cable for measuring a strain application distribution in a minute section, an optical fiber core is fixed in the cable. It is required that this optical fiber core be sensitive to strain.
【0006】また、光ファイバ心線の歪みの最大値は例
えば5%程度であるため、計測対象の歪みが比較的大き
いときには、光ファイバ心線の歪みが上記最大値を超え
ないように、また計測対象の歪みが比較的小さいときに
は、光ファイバ心線の歪みがより大きくなるように、計
測対象の歪みの大きさに応じて光ファイバ心線の歪みに
対する感度を調節することも要求される。Further, since the maximum value of the distortion of the optical fiber core is, for example, about 5%, when the distortion of the object to be measured is relatively large, the distortion of the optical fiber core does not exceed the maximum value. When the distortion of the measurement target is relatively small, it is also required to adjust the sensitivity to the distortion of the optical fiber core according to the magnitude of the distortion of the measurement target so that the distortion of the optical fiber core becomes larger.
【0007】しかし、上記の歪みに対して感度よく応答
する要求を満たすために、光ファイバ心線をケーブルと
の接触部分の全てにおいて固定するようにして光ファイ
バ心線とケーブルとが一体に歪むように構成すると、そ
の光ファイバ心線とケーブルとの間の摩擦力を変更する
ことが難しいため、光ファイバ心線の歪みに対する感度
の調節は困難となる。[0007] However, in order to satisfy the above-mentioned requirement of responding with high sensitivity to the distortion, the optical fiber core and the cable are integrally distorted by fixing the optical fiber at all the contact portions with the cable. With such a configuration, it is difficult to change the frictional force between the optical fiber core and the cable, so that it is difficult to adjust the sensitivity of the optical fiber core to distortion.
【0008】さらに、ファイバグレーティングが形成さ
れている箇所で光ファイバ心線とケーブルとを固定する
と、その固定に伴って歪み計測前のグレーティング部に
あらかじめ歪みが生じて、歪みを正確に計測することが
できなくなる虞れがある。Further, when the optical fiber core wire and the cable are fixed at the place where the fiber grating is formed, a strain is generated in the grating portion before the strain measurement is caused by the fixation, and the strain is accurately measured. May not be possible.
【0009】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主たる目的とするところは、歪みセンシン
グ用ケーブルの構造を改良することで、光ファイバ心線
の歪みに対する感度の調節を容易にして、正確な歪みの
計測を可能とすることにある。The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to improve the structure of a strain sensing cable to easily adjust the sensitivity of an optical fiber core to distortion. Accordingly, it is possible to accurately measure distortion.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、歪みセンシング用ケーブルについ
て、光ファイバ心線をケーブル内に、この心線のファイ
バグレーティング形成部近くの心線長さ方向両側におい
て間欠的に固定するようにした。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a strain sensing cable, comprising: placing an optical fiber core in a cable near the fiber grating forming portion of the core; It was fixed intermittently on both sides in the length direction.
【0011】具体的には、請求項1の発明では、長尺弾
性体からなる歪み感知体と、上記歪み感知体の表面に、
該歪感知体の軸線に沿って設けられた凹条部と、上記凹
条部内に配設され、印加される軸線方向の伸縮歪みによ
り歪み感知体の少なくとも曲げ方向の歪みを検知する光
ファイバからなる心線とを備える歪みセンシング用ケー
ブルであって、上記心線は高強度ファイバグレーティン
グが形成されたグレーティング部を有し、上記心線を上
記凹条部内に上記グレーティング部近くの心線長さ方向
両側にて間欠的に固定する心線固定手段を備えることを
特徴とする。More specifically, according to the first aspect of the present invention, a strain sensing body made of a long elastic body, and a surface of the strain sensing body,
A concave streak provided along the axis of the strain sensing element, and an optical fiber disposed in the concave streak and detecting at least distortion in the bending direction of the strain sensing element by the applied axial stretching strain. A cable for strain sensing, comprising: a core portion having a grating portion on which a high-strength fiber grating is formed; and A core wire fixing means for intermittently fixing both sides in the direction is provided.
【0012】上記の構成により、固定位置間の間隔を変
更することによって、光ファイバ心線と凹条部との間の
摩擦力の大きさを変更することができるので、光ファイ
バ心線の歪みに対する感度を容易に調節することができ
る。According to the above configuration, the magnitude of the frictional force between the optical fiber core and the concave portion can be changed by changing the interval between the fixing positions. Can easily be adjusted.
【0013】請求項2の発明では、請求項1の歪みセン
シング用ケーブルにおいて、歪み感知体は、その長さ方
向と直交する方向の平面において、互いに直交する2つ
の方向についての曲げ剛性が異なっており、凹条部は、
歪み感知体の中心位置に対して上記曲げ剛性が小さくな
る側にオフセットして設けられていることを特徴とす
る。According to a second aspect of the present invention, in the strain sensing cable according to the first aspect, the strain sensing element has a different bending stiffness in two directions orthogonal to each other on a plane perpendicular to the length direction. And the concave stripes
It is characterized by being provided offset to the side where the bending stiffness is reduced with respect to the center position of the strain sensing element.
【0014】上記の構成により、光ファイバ心線を歪み
感知体の中心位置に配置した場合よりも光ファイバ心線
の歪みを大きくすることができ、歪み計測の高感度化を
図ることができる。さらに、歪み感知体の歪みの大きさ
に対する光ファイバ心線の歪みの大きさが一義的に決ま
るので、歪みの定量的な計測を正確に行うことが可能と
なる。According to the above configuration, it is possible to increase the distortion of the optical fiber core wire as compared with the case where the optical fiber core wire is arranged at the center position of the strain sensing element, and it is possible to increase the sensitivity of strain measurement. Further, since the magnitude of the strain of the optical fiber core with respect to the magnitude of the strain of the strain sensing element is uniquely determined, quantitative measurement of the strain can be accurately performed.
【0015】請求項3の発明では、請求項1又は2の歪
みセンシング用ケーブルにおいて、心線固定手段の破断
荷重は心線の破断荷重よりも大きいことを特徴とする。
このことにより、ケーブルに印加される歪み荷重の増大
に伴って心線よりも先に心線固定手段が破断するのを防
止して、心線の非破断時における歪み計測性能を確保す
ることができる。According to a third aspect of the present invention, in the strain sensing cable of the first or second aspect, the breaking load of the core wire fixing means is larger than the breaking load of the core wire.
As a result, it is possible to prevent the core wire fixing means from breaking before the core wire with an increase in the strain load applied to the cable, and to secure the strain measurement performance when the core wire is not broken. it can.
【0016】請求項4の発明では、請求項1〜3のいず
れか1つの歪みセンシング用ケーブルにおいて、心線固
定手段は接着剤からなるようにした。また、請求項5の
発明では、心線固定手段は、心線を保持しかつ一部分が
歪み感知体の表面から若干突出するように凹条部内に充
填された充填部材と、歪み感知体表面に上記充填部材の
突出部分を固定するように接合された接合部材とを有す
るようにした。そして、請求項6の発明では、心線固定
手段は、心線の一部分が歪み感知体の表面から若干突出
するように保持し、凹条部内に充填された充填部材と、
歪み感知体表面に上記心線の突出部分を固定するように
接合された接合部材とからなるようにした。さらに、請
求項7の発明では、心線は、その一部が歪み感知体の表
面から若干突出するように凹条部内に収容され、心線固
定手段は、歪み感知体表面に上記心線の突出部分を固定
するように接合された接合部材からなるようにした。こ
れらの発明により、歪みの計測に好適な心線固定手段の
構成を簡単な構成として具体化することができる。According to a fourth aspect of the present invention, in the strain sensing cable according to any one of the first to third aspects, the core wire fixing means is made of an adhesive. In the invention according to claim 5, the core wire fixing means comprises: a filling member which holds the core wire and is partially filled in the recessed portion so as to slightly protrude from the surface of the strain sensing element; And a joining member joined so as to fix the projecting portion of the filling member. In the invention according to claim 6, the core wire fixing means holds a part of the core wire so as to slightly protrude from the surface of the strain sensing body, and a filling member filled in the concave streak portion,
And a joining member joined so as to fix the protruding portion of the core wire to the surface of the strain sensing element. Further, in the invention according to claim 7, the core wire is housed in the concave ridge portion so that a part thereof slightly protrudes from the surface of the strain sensing element, and the core wire fixing means includes the core wire on the strain sensing element surface. It was made of a joining member joined so as to fix the protruding portion. According to these inventions, the configuration of the core wire fixing means suitable for measuring the strain can be embodied as a simple configuration.
【0017】請求項8の発明では、請求項1〜7のいず
れか1つの歪みセンシング用ケーブルにおいて、心線は
1本の光ファイバからなる単芯型心線とする。また、請
求項9の発明では、心線は複数の光ファイバがその軸方
向に並列してなる多芯テープ型心線とする。そして請求
項10の発明では、心線は保護層により被覆されたコー
ド型心線とする。これらの発明によると、歪み計測に望
ましい心線が得られる。According to an eighth aspect of the present invention, in the strain sensing cable according to any one of the first to seventh aspects, the core is a single-core type core made of one optical fiber. According to the ninth aspect of the present invention, the core is a multi-core tape-type core in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel in the axial direction. According to the tenth aspect of the present invention, the cord is a cord-type cord covered with a protective layer. According to these inventions, a core wire desirable for strain measurement can be obtained.
【0018】請求項11の発明では、請求項1〜10の
いずれか1つの歪みセンシング用ケーブルによって歪み
を計測する歪み計測方法であって、光ファイバ内のコア
を導波している散乱光、反射光及び透過光の少なくとも
1つの変化量に基づいて歪みを計測することを特徴とす
る。このことにより、本発明の歪みセンシング用ケーブ
ルによる歪み計測方法を具体化することができる。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a strain measuring method for measuring a strain using the strain sensing cable according to any one of the first to tenth aspects, wherein scattered light guided through a core in an optical fiber is provided. Distortion is measured based on at least one change amount of reflected light and transmitted light. Thus, the strain measurement method using the strain sensing cable of the present invention can be embodied.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】(実施形態1)以下、本発明の実
施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態
にかかる歪みセンシング用ケーブル10について、長さ
方向と垂直な断面を模式的に示しており、図2は、この
歪みセンシング用ケーブル10の概略を示す斜視図であ
る。(Embodiment 1) Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a cross section perpendicular to the length direction of a strain sensing cable 10 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing the strain sensing cable 10.
【0020】図1に示すように、歪みセンシング用ケー
ブル10は、例えばポリエチレン等の長尺弾性体からな
るスロットロッド15と、その内部にテンションメンバ
16及び光ファイバ心線20とを備えている。As shown in FIG. 1, the strain sensing cable 10 includes a slot rod 15 made of a long elastic material such as polyethylene, and a tension member 16 and an optical fiber 20 inside the slot rod.
【0021】そして、スロットロッド15は、その長さ
方向(図1における紙面に直交する方向)と直交する方
向(同図における紙面と平行方向)の平面において、互
いに直交する2つの方向についての曲げ剛性が異なるよ
うになされている。具体的には、同図に示すように、ス
ロットロッド15はその断面が略長円形状とされてお
り、互いに直交する短軸方向及び長軸方向のうち短軸方
向の曲げ剛性が長軸方向よりも低くなっている。尚、ス
ロットロッド15の断面形状は略長円形状に限らず、そ
の他略楕円形状等でもよい。The slot rod 15 is bent in two directions perpendicular to each other on a plane perpendicular to its length (direction perpendicular to the plane of FIG. 1) (parallel to the plane of FIG. 1). The stiffness is different. More specifically, as shown in the figure, the cross section of the slot rod 15 is substantially elliptical, and the bending rigidity in the short axis direction of the short axis direction and the long axis direction orthogonal to each other is large. Is lower than. The cross-sectional shape of the slot rod 15 is not limited to a substantially elliptical shape, and may be a substantially elliptical shape or the like.
【0022】さらに、スロットロッド15の短軸側表面
(図1の上及び下側)には、所定の深さでそのスロット
ロッド15の軸線に沿って形成された凹条部としてのス
ロット14,14が設けられている。そして、この一方
のスロット14(例えば図1の上側)内にその凹条に沿
って光ファイバ心線20が配設されており、この光ファ
イバ心線20は、印加される軸線方向の伸縮歪みにより
スロット14の少なくとも曲げ方向の歪みを検知する1
本の光ファイバからなる単芯型心線により構成される。Further, on the short-axis side surface (upper and lower sides in FIG. 1) of the slot rod 15, slots 14 as concave ridges formed along the axis of the slot rod 15 at a predetermined depth. 14 are provided. An optical fiber core 20 is disposed along the concave line in the one slot 14 (for example, the upper side in FIG. 1). 1 detects at least the distortion of the slot 14 in the bending direction
It is constituted by a single-core type core wire composed of two optical fibers.
【0023】すなわち、光ファイバ心線20は、スロッ
トロッド15の中心位置に対して曲げ剛性が小さくなる
側、つまり短軸方向にオフセットしてかつスロットロッ
ド15の長さ方向に沿って略平行に配設されており、ス
ロットロッド15の歪みに伴って歪むように固着されて
いる。さらに、光ファイバ心線20は、反射特性(また
は透過特性)の異なる複数種類のファイバグレーティン
グ21が高強度に形成されたグレーティング部18,1
8,…を有している。That is, the optical fiber 20 is offset in the short axis direction with respect to the center position of the slot rod 15, that is, in the short axis direction, and substantially parallel to the length direction of the slot rod 15. The slot rod 15 is fixed so as to be distorted in accordance with the distortion of the slot rod 15. Further, the optical fiber core 20 has a plurality of types of fiber gratings 21 having different reflection characteristics (or transmission characteristics), and the grating portions 18 and 1 formed with high strength.
8, ...
【0024】一方、スロットロッド15内部に設けられ
ているテンションメンバ16は、例えば鉄等からなり、
ケーブル10の長さ方向の中心線に沿ってスロットロッ
ド15内を縦貫しており、ケーブル10の布設の際等の
損傷から光ファイバ心線20を保護するようにしてい
る。On the other hand, the tension member 16 provided inside the slot rod 15 is made of, for example, iron or the like.
The cable 10 extends through the inside of the slot rod 15 along the longitudinal centerline of the cable 10 to protect the optical fiber 20 from damage such as when the cable 10 is laid.
【0025】次に、図4及び5を参照しながら、光ファ
イバ心線20の詳細な説明をする。図4は、歪みセンシ
ング用ケーブル10に含まれる光ファイバ心線20の断
面を模式的に示している。また、図5は、光ファイバ心
線20の光ファイバ素線部分を模式的に示しており、こ
の光ファイバ素線部分は、ファイバグレーティング21
が書き込まれたコア22と、コア22の周りに形成され
たクラッド23とから構成されている。Next, the optical fiber 20 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 4 schematically shows a cross section of the optical fiber 20 included in the strain sensing cable 10. FIG. 5 schematically shows an optical fiber portion of the optical fiber 20, and the optical fiber portion is a fiber grating 21.
Are written on the core 22 and a clad 23 formed around the core 22.
【0026】光ファイバ心線20のコア22に書き込ま
れた(形成された)グレーティング21は、軸方向に沿
ってコア2の屈折率が周期Λ(例えば0.3〜0.6μ
m)で変化した短周期の屈折率変調構造を有している。
この周期Λとコア21の平均屈折率とによって規定され
るブラッグ(Bragg)波長を持つ光がグレーティング2
1によって選択的に反射されることになる。なお、本願
明細書において、ブラッグ波長を「反射ピーク波長」と
呼ぶことがある。The grating 21 written (formed) on the core 22 of the optical fiber 20 has a refractive index of the core 2 along the axial direction having a period Λ (for example, 0.3 to 0.6 μm).
m) has a short-period refractive index modulation structure changed in m).
Light having a Bragg wavelength defined by the period Λ and the average refractive index of the core 21 is converted into the light of the grating 2.
1 will be selectively reflected. In the present specification, the Bragg wavelength may be referred to as a “reflection peak wavelength”.
【0027】上述のようにブラッグ波長は周期Λに依存
して変化するため、熱または外力などによって光ファイ
バ心線20に歪みが発生すると、その歪みが発生してい
る部分における周期Λが無歪み状態の値から変化(シフ
ト)することになる。この変化の大きさ(シフト量)
は、ブラッグ波長(反射ピーク波長)のシフト量として
光学的に観測できる。光ファイバ心線20には、反射特
性の異なる複数種類のファイバグレーティング21のそ
れぞれが軸方向に沿って離れた位置に形成されている。
従って、各ファイバグレーティング21におけるシフト
量を観測することによって、各ファイバグレーティング
21の位置における歪み量をモニターすることができ
る。すなわち、各ファイバグレーティングの物理的状態
の変化に起因して発生した反射ピーク波長のシフト量を
検出することによって、長いファイバ上に生じた複数箇
所における歪み等をセンシングすることが可能となる。
つまり、スロットロッド15の少なくとも曲げ方向の歪
みを、光ファイバ心線20の軸線方向の歪みにより検知
することができる。As described above, since the Bragg wavelength changes depending on the period 、, when distortion occurs in the optical fiber 20 due to heat or external force, the period に お け る in the portion where the distortion occurs has no distortion. It will change (shift) from the value of the state. The magnitude of this change (shift amount)
Can be optically observed as a shift amount of the Bragg wavelength (reflection peak wavelength). In the optical fiber 20, a plurality of types of fiber gratings 21 having different reflection characteristics are formed at positions separated in the axial direction.
Therefore, by observing the shift amount in each fiber grating 21, the distortion amount at the position of each fiber grating 21 can be monitored. That is, by detecting the shift amount of the reflection peak wavelength generated due to the change in the physical state of each fiber grating, it becomes possible to sense distortions and the like at a plurality of locations generated on a long fiber.
That is, at least the strain in the bending direction of the slot rod 15 can be detected by the strain in the axial direction of the optical fiber core 20.
【0028】そして、本発明の特徴として、図1及び2
に示すように、光ファイバ心線20は歪みセンシング用
ケーブル10のスロット14内の底面14aにスロット
ロッド15の軸線に沿うようにして配設され、さらにこ
のスロット14の図1中で示す上側から、スロット14
の幅と略同じ大きさの幅を有する板状の固定用構造材1
1が光ファイバ心線20に重ねるようにそのスロット1
4内に充填されている。この固定用構造材11は、例え
ばゴムやポリエチレン等の樹脂からなる。この状態にお
いて、固定用構造材11の厚さは、この固定用構造材1
1の厚さと光ファイバ心線20の径との合計の高さがス
ロット14の深さよりも若干大きくなるような大きさと
されており、固定用構造材11の上部がスロットロッド
15の表面から若干外側に突出するようになされてい
る。As a feature of the present invention, FIGS.
As shown in FIG. 1, the optical fiber 20 is disposed on the bottom surface 14a in the slot 14 of the strain sensing cable 10 along the axis of the slot rod 15. , Slot 14
Plate-shaped fixing structural material 1 having a width substantially equal to the width of
1 so that the slot 1 overlaps the optical fiber 20.
4 is filled. The fixing structural member 11 is made of, for example, a resin such as rubber or polyethylene. In this state, the thickness of the fixing structural material 11 is
1 and the diameter of the optical fiber 20 are slightly larger than the depth of the slot 14, and the upper part of the fixing structural material 11 is slightly above the surface of the slot rod 15. It is made to protrude outward.
【0029】そして、この固定用構造材11の突出部分
は、スロットロッド15の表面に例えば樹脂等からなる
テープ状の押さえ巻き12をこの固定用構造材11の外
側から間欠的に略等ピッチで螺旋状に巻くことにより接
合されている。このとき、図3に示すように、グレーテ
ィング部18の心線長さ方向両側に押さえ巻き12によ
る固定用構造材11及びスロットロッド15表面の接合
部分である接合部12a,12aが設けられており、そ
の両隣の接合部12a,12aとグレーティング部18
との各々の間隔は略等間隔Aとされている。The projecting portion of the fixing structural member 11 is formed by interposing a tape-like holding roll 12 made of, for example, resin on the surface of the slot rod 15 at an approximately equal pitch from the outside of the fixing structural member 11. They are joined by spirally winding. At this time, as shown in FIG. 3, bonding portions 12 a, 12 a which are bonding portions of the fixing structural material 11 and the surface of the slot rod 15 by the presser winding 12 are provided on both sides of the grating portion 18 in the core wire length direction. And the joining portions 12a, 12a on both sides thereof and the grating portion 18
Are substantially equal to each other.
【0030】このようにして、光ファイバ心線20は、
固定用構造材11を介して押さえ巻き12により固定さ
れて、スロット14の底面14a及び固定用構造材11
との間の摩擦力により固定されている。In this manner, the optical fiber 20 is
The lower surface 14a of the slot 14 and the fixing structural material 11 are fixed by the presser winding 12 via the fixing structural material 11.
And is fixed by the frictional force between them.
【0031】そして、固定用構造材11及び押さえ巻き
12の破断荷重は、光ファイバ心線20の破断荷重より
も大きくなされている。すなわち、印加される歪みが大
きくなるに従って、光ファイバ心線20が固定用構造材
11及び押さえ巻き12よりも早期に破断するようにし
ており、光ファイバ心線20が破断する限界まで歪みを
計測できるようにしている。また、この固定用構造材1
1及び押さえ巻き12の破断荷重は、光ファイバ心線2
0の破断荷重よりも少し大きければ足り、十分に大きな
破断荷重のものとする必要はない。The breaking load of the fixing structural member 11 and the holding roll 12 is made larger than the breaking load of the optical fiber 20. That is, as the applied strain increases, the optical fiber 20 is broken earlier than the fixing structural material 11 and the presser winding 12, and the strain is measured until the optical fiber 20 breaks. I can do it. In addition, this fixing structural material 1
The breaking load of the holding wire 1 and the holding wire 12 is
It is sufficient if the breaking load is slightly larger than the breaking load of 0, and it is not necessary to make the breaking load sufficiently large.
【0032】尚、固定用構造材は軸線方向に連続する板
状のものとしたが、これに限らず、押さえ巻き12によ
る心線上の固定点に対応する箇所に局所的に設けるよう
にしてもよい。またこのとき、全ての上記固定点に対応
する箇所に固定用構造材を設ける必要はなく、少なくと
も一部に設けるようにしてもよい。The fixing structural member is a plate-shaped member that is continuous in the axial direction. However, the present invention is not limited to this, and the fixing structural member may be locally provided at a position corresponding to a fixing point on the core wire by the presser winding 12. Good. Also, at this time, it is not necessary to provide fixing structural members at all locations corresponding to the fixing points, and they may be provided at least partially.
【0033】次に、図6を参照しながら、光ファイバ心
線20を備える歪みセンシング用ケーブル10を用いて
歪み分布(または応力分布)が計測できることの基本的
原理を説明する。Next, with reference to FIG. 6, the basic principle of measuring the strain distribution (or stress distribution) using the strain sensing cable 10 including the optical fiber 20 will be described.
【0034】歪みセンシング用ケーブル10に含まれる
光ファイバ心線20は、n個(nは2以上の整数)のフ
ァイバグレーティングFBG1〜FBGnを有している。
この例では、光ファイバ心線20は、カプラ33を介し
て広帯域光源31および分光器32が結合されている。
広帯域光源31、分光器32およびカプラ33は、光学
計測系40を構成している。本実施形態では、上述した
ように広帯域光源31として、例えばスーパールミネッ
センスダイオード光源(SLD光源)を用いることがで
き、また、分光器32として、例えば分解能が0.1n
m以下の赤外波長領域の分光器を用いることができる。The optical fiber core wire 20 included in the strain sensing cable 10 has n (n is an integer of 2 or more) fiber gratings FBG 1 to FBG n .
In this example, the optical fiber 20 is coupled to a broadband light source 31 and a spectroscope 32 via a coupler 33.
The broadband light source 31, the spectroscope 32, and the coupler 33 constitute an optical measurement system 40. In the present embodiment, as described above, for example, a superluminescence diode light source (SLD light source) can be used as the broadband light source 31, and the spectroscope 32 has, for example, a resolution of 0.1 n.
m or less in the infrared wavelength region.
【0035】まず、広帯域光源31から出た広帯域光
(計測光)は、カプラ33を経て光ファイバ心線20に
入射する。この広帯域光は、まず、ファイバグレーティ
ングFBG1に入射する。入射した広帯域光のうち、フ
ァイバグレーティングFBG1の周期Λ1で決まる反射
ピーク波長λ1の光が選択的に左方へ反射される。波長
λ1の反射光はカプラ33を介して分光器32に入射す
る。光ファイバ心線20の上方には透過光スペクトルが
模式的に示され、光ファイバ心線20の下方には反射光
スペクトルが模式的に示されている。First, the broadband light (measuring light) emitted from the broadband light source 31 enters the optical fiber 20 through the coupler 33. This broadband light first enters the fiber grating FBG1. Of the incident broadband light, light having a reflection peak wavelength λ1 determined by the period Λ1 of the fiber grating FBG1 is selectively reflected to the left. The reflected light having the wavelength λ1 enters the spectroscope 32 via the coupler 33. Above the optical fiber 20, a transmitted light spectrum is schematically shown, and below the optical fiber 20, a reflected light spectrum is schematically shown.
【0036】第1ファイバグレーティングFBG1に入
射した広帯域光のうち、ファイバグレーティングFBG
1で反射されなかった帯域成分は、次のファイバグレー
ティングFBG2に入射する。ここで同様に、第2ファ
イバグレーティングFBG2の周期Λ2で決まる反射ピ
ーク波長λ2の光が選択的に左方へ反射され、波長λ2
の反射光はカプラ33を介して分光器32に入射するこ
とになる。Of the broadband light incident on the first fiber grating FBG1, the fiber grating FBG
The band component not reflected by 1 enters the next fiber grating FBG2. Here, similarly, the light having the reflection peak wavelength λ2 determined by the period Λ2 of the second fiber grating FBG2 is selectively reflected to the left, and the wavelength λ2
Is incident on the spectroscope 32 via the coupler 33.
【0037】なお、図6に示す構成例では、ファイバグ
レーティングFBG1〜FBGnの反射ピーク波長λ1
〜λnが、光ファイバ心線20の入射端側から遠ざかる
につれて大きくなるようにファイバグレーティングFB
G1〜FBGnが作製されている。すなわち、λ1<λ
2<・・・λn-1<λnの関係が成立している。In the configuration example shown in FIG. 6, the reflection peak wavelengths λ1 of the fiber gratings FBG1 to FBGn are set.
.Gamma.n increase as the distance from the incident end side of the optical fiber 20 increases.
G1 to FBGn have been produced. That is, λ1 <λ
The relationship of 2 <... λn -1 <λn holds.
【0038】この例において、例えば、反射ピーク波長
λ3のファイバグレーティングFBG3に応力が付与さ
れた場合、この応力によってファイバに歪みが生じ、そ
の結果、FBG3の反射ピーク波長は、λ3から(λ3
+Δλ)に変化する。この波長シフト量Δλを計測する
ことによって、FBG3の位置での歪み量をモニターす
ることができ、FBG3の位置に付与された応力を計測
することが可能となる。FBG3について説明したが、
FBG1〜FBGnについても同様に各位置の歪みや応
力を計測することができる。従って、距離分解能を上げ
るには、ファイバグレーティングの間隔dを小さくすれ
ばよく、計測点数を多くするには、光ファイバ心線20
に形成するファイバグレーティング21の数(設定波長
数)を多くすればよい。なお、波長シフト量と歪み(ま
たは応力)との関係は、事前に、その対応関係を計測
し、記録しておけばよい。In this example, for example, when a stress is applied to the fiber grating FBG3 having the reflection peak wavelength λ3, the stress causes strain in the fiber, and as a result, the reflection peak wavelength of the FBG3 changes from λ3 to (λ3
+ Δλ). By measuring the wavelength shift amount Δλ, the amount of distortion at the position of the FBG 3 can be monitored, and the stress applied to the position of the FBG 3 can be measured. I explained about FBG3,
For FBG1 to FBGn, the strain and stress at each position can be measured in the same manner. Therefore, to increase the distance resolution, the distance d between the fiber gratings may be reduced, and to increase the number of measurement points, the optical fiber core 20 may be used.
In this case, the number of fiber gratings 21 (the number of set wavelengths) may be increased. Note that the relationship between the wavelength shift amount and the strain (or stress) may be measured and recorded in advance.
【0039】この原理に基づいて光ファイバ心線20内
のコア22を導波している散乱光、反射光及び透過光の
少なくとも1つの変化量を少なくとも波長又は時間のい
ずれか一方との関係に基づいて歪みを計測する。On the basis of this principle, at least one variation of scattered light, reflected light and transmitted light guided through the core 22 in the optical fiber 20 is converted into at least one of the wavelength and the time. Measure distortion based on
【0040】次に、図7(a)および(b)を参照しな
がら、本発明による歪みセンシング用ケーブルを用いて
歪み分布(又は応力分布)を検知する方法を説明する。
この例では、上述の歪みセンシング用ケーブル10が道
路72の中に埋設されており、このとき、ケーブル10
内のファイバグレーティング21が書き込まれた光ファ
イバ心線が収納されたスロット14部分が上向き(道路
側向き)又は下向きのどちらか一方となるように統一し
て埋設されている。そして、歪みセンシング用ケーブル
10の一方の端部は監視装置71に接続されている。監
視装置71は、内部に図5の光学計測系40と同様の構
成を含んでいる。歪みセンシング用ケーブル10は多数
のファイバグレーティングを内蔵しており、各ファイバ
グレーティングの反射ピーク波長は少しずつ異なってい
る。Next, a method for detecting a strain distribution (or stress distribution) using the strain sensing cable according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a) and 7 (b).
In this example, the above-described strain sensing cable 10 is buried in the road 72, and at this time, the cable 10
The slots 14 in which the optical fiber cores in which the fiber gratings 21 are written are housed in a unified manner so as to face either upward (toward the road) or downward. One end of the strain sensing cable 10 is connected to the monitoring device 71. The monitoring device 71 includes a configuration similar to that of the optical measurement system 40 in FIG. 5 inside. The strain sensing cable 10 has a large number of built-in fiber gratings, and each fiber grating has a slightly different reflection peak wavelength.
【0041】図7(a)に示すように、自動車73およ
び74等が道路72上に存在すると、その影響で歪みセ
ンシング用ケーブル10の対応部分に歪みが発生する。
前述した原理に基づいて、監視装置71は歪みセンシン
グ用ケーブル10上の軸方向歪み分布を検知することが
できる。As shown in FIG. 7A, when automobiles 73 and 74 and the like are present on the road 72, the corresponding portion of the strain sensing cable 10 is distorted due to the influence.
Based on the principle described above, the monitoring device 71 can detect the axial strain distribution on the strain sensing cable 10.
【0042】また、図7(b)に示すように、歪みセン
シング用ケーブル10を二次元的な広がりを持つ監視区
域内に蛇行して埋設することもでき、図7(b)に示す
監視区域のどの部分にどの程度の歪みが発生しているか
を検出することが可能になる。As shown in FIG. 7B, the strain sensing cable 10 can be meanderingly embedded in a monitoring area having a two-dimensional spread, and the monitoring area shown in FIG. It is possible to detect which part has a certain amount of distortion.
【0043】そして、本実施形態の構成により、接合部
12a,12a間の間隔を変更することによって、光フ
ァイバ心線20とスロット14の底面14aとの間の摩
擦力の大きさを変更することができるので、光ファイバ
心線20の歪みに対する感度を容易に調節することがで
きる。According to the structure of the present embodiment, the magnitude of the frictional force between the optical fiber 20 and the bottom surface 14a of the slot 14 is changed by changing the distance between the joints 12a. Therefore, the sensitivity of the optical fiber 20 to the distortion can be easily adjusted.
【0044】すなわち、計測対象の歪みが心線20の計
測可能な最大歪みよりも小さく、その歪みの変化の度合
いが小さいときには、その接合部12a,12a間の間
隔を小さくすることによって、光ファイバ心線20の感
度を高くして計測対象の歪みを詳しく計測することがで
きる。一方、計測対象の歪みが光ファイバ心線20の計
測可能な最大歪みよりも大きいときには、その接合部1
2a,12a間の間隔を大きくすることによって、光フ
ァイバ心線20の感度を低くして心線20が破損しない
最適な感度で計測対象の歪みを計測することができる。That is, when the distortion of the object to be measured is smaller than the maximum measurable distortion of the core wire 20 and the degree of the change of the distortion is small, the distance between the joints 12a, 12a is reduced to reduce the optical fiber. The distortion of the measurement target can be measured in detail by increasing the sensitivity of the core wire 20. On the other hand, when the strain to be measured is larger than the maximum measurable strain of the optical fiber 20, the joint 1
By increasing the interval between 2a and 12a, the sensitivity of the optical fiber core wire 20 can be reduced, and the distortion of the measurement target can be measured with the optimum sensitivity that does not damage the core wire 20.
【0045】また、光ファイバ心線20をスロットロッ
ド15の中心からオフセットして設けることにより、光
ファイバ心線20をスロットロッド15の中心位置に配
置した場合よりも光ファイバ心線20の歪みを大きくす
ることができ、歪み計測の高感度化を図ることができ
る。Further, by providing the optical fiber 20 at an offset from the center of the slot rod 15, distortion of the optical fiber 20 can be reduced as compared with the case where the optical fiber 20 is arranged at the center of the slot rod 15. It is possible to increase the sensitivity and increase the sensitivity of strain measurement.
【0046】さらに、スロットロッド15の断面形状を
略長円形とすることによって歪み感知体の歪みの大きさ
に対する光ファイバ心線の歪みの大きさが一義的に決ま
るので、歪みの定量的な計測を正確に行うことが可能と
なる。Further, by setting the cross-sectional shape of the slot rod 15 to be substantially elliptical, the magnitude of the strain of the optical fiber core with respect to the magnitude of the strain of the strain sensing element is uniquely determined. Can be performed accurately.
【0047】尚、本実施形態では、道路72についての
説明をしたが、トンネルや橋における応力についても同
様に検出することができる。また、土砂崩れ等によって
光ファイバケーブルに応力や曲げが発生した場合でも、
土砂崩れが発生した箇所に行かなくとも遠隔から光ファ
イバケーブルの状態を観測することも可能である。In this embodiment, the description has been given of the road 72. However, the stress in a tunnel or a bridge can be similarly detected. In addition, even if stress or bending occurs in the optical fiber cable due to landslides,
It is also possible to remotely observe the state of the optical fiber cable without having to go to the location where the landslide has occurred.
【0048】そして、歪みは温度によっても変化する
が、事前に光ファイバ心線20の反射ピークと温度との
関係を計測して記録しておけば、温度補正が可能とな
る。Although the distortion varies depending on the temperature, if the relationship between the reflection peak of the optical fiber 20 and the temperature is measured and recorded in advance, the temperature can be corrected.
【0049】そして、本実施形態における押さえ巻き1
2の代わりに、この押さえ巻き12による接合部12a
と同じ位置で接着剤により固着するようにしてもよい。
ただし、この接着剤の硬化時の破断荷重は、光ファイバ
心線20の破断荷重よりも大きくなるようなものとす
る。この構成によっても同様の効果を得ることができ
る。Then, the presser winding 1 in the present embodiment
2, the joint 12 a formed by the presser winding 12
May be fixed with an adhesive at the same position.
However, the breaking load at the time of curing the adhesive is set to be larger than the breaking load of the optical fiber 20. With this configuration, a similar effect can be obtained.
【0050】また、光ファイバ心線20に通信光を伝播
させて、光ファイバ心線20を通信用光ファイバ心線と
して使用することも可能である。この場合、通信光と、
通信光の通信波長帯とは異なる波長帯の計測光とをカプ
ラ(例えばWDMカプラ)33にて光ファイバ心線20
に合波すれば、通信光による通信に影響を与えることな
く活線状態で光ファイバの歪み分布を計測することがで
きる。It is also possible to propagate communication light to the optical fiber 20 and use the optical fiber 20 as a communication optical fiber. In this case, the communication light and
The measurement light having a wavelength band different from the communication wavelength band of the communication light is coupled to the optical fiber 20 by a coupler (for example, a WDM coupler) 33.
In this case, the strain distribution of the optical fiber can be measured in the live state without affecting the communication by the communication light.
【0051】(実施形態2)図8は、本発明の実施形態
2を示し(尚、以下の各実施形態では、図1と同じ部分
については同じ符号を付してその詳細な説明は省略す
る)、実施形態1の歪みセンシング用ケーブル10のス
ロット14内に1枚の固定用構造材11を配設するよう
にしたものに対して、複数枚の固定用構造材11,1
1,…を設けるようにしたものである。(Embodiment 2) FIG. 8 shows Embodiment 2 of the present invention (in the following embodiments, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In contrast to the structure in which one fixing structural material 11 is provided in the slot 14 of the strain sensing cable 10 according to the first embodiment, a plurality of fixing structural materials 11 and 1 are provided.
1,... Are provided.
【0052】すなわち、本実施形態では、スロット14
の底面14a側から順に、2枚の固定用構造材11,1
1、光ファイバ心線20及び2枚の固定用構造材11,
11をそれぞれ当接するようにして積層したものであ
る。That is, in this embodiment, the slot 14
From the bottom surface 14a side of the two fixing structural members 11, 1
1, an optical fiber core 20 and two fixing structural members 11,
11 are laminated so as to abut each other.
【0053】このように構成することによっても、上記
実施形態1と同様の効果を得ることができる。そして、
このことに加えて、スロット14の深さを加工するとき
に、例えば、光ファイバ心線20と1枚の固定用構造材
11とがちょうど収まる所望の深さ得ることは難しく、
またそのように加工するようにするとコストが高くなる
という問題があるが、所定の深さのスロット14を有す
るスロットロッド15に対して、固定用構造材11の積
層枚数を変更することにより、容易にかつ低コストで所
望の歪みセンシング用ケーブルを構成することができ
る。With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. And
In addition to this, when machining the depth of the slot 14, for example, it is difficult to obtain a desired depth that just fits the optical fiber 20 and one fixing structural material 11,
In addition, there is a problem that the cost increases if such processing is performed. However, by changing the number of laminated fixing structural members 11 to the slot rod 15 having the slot 14 of a predetermined depth, Thus, a desired strain sensing cable can be configured at low cost.
【0054】そして、複数の固定用構造材の積層方向の
どの位置で光ファイバ心線を狭持するかによっても容易
に光ファイバ心線の歪みに対する感度を調節することが
できる。つまり、固定用構造材の積層方向上側(スロッ
トロッドの表面側)で狭持するようにするほど光ファイ
バ心線の感度を高くすることができる。Further, the sensitivity to the distortion of the optical fiber core can be easily adjusted depending on the position in the stacking direction of the plurality of fixing structural members where the optical fiber core is held. That is, the sensitivity of the optical fiber can be increased as the fixing structural material is held closer to the upper side in the laminating direction (the surface side of the slot rod).
【0055】尚、固定用構造材の枚数や厚さは特に限定
されるものではなく、例えば比較的薄い均等な厚さのも
のを多数積層するようにしてもよい。こうすることで、
光ファイバ心線20の感度をさらに細かく調節すること
が可能となる。The number and thickness of the fixing structural members are not particularly limited. For example, a plurality of fixing members having a relatively small and uniform thickness may be laminated. By doing this,
The sensitivity of the optical fiber 20 can be adjusted more finely.
【0056】また、固定用構造材を配設せずに、押さえ
巻きのみによって心線をスロット内に固定するようにし
てもよい。すなわち、光ファイバ心線20を、その一部
がスロットロッド15の表面から若干突出するようにス
ロット14内に収容して、その心線20の突出部分を押
さえ巻き12により固定するように接合してもよい。Further, the core wire may be fixed in the slot only by the presser winding without disposing the fixing structural material. That is, the optical fiber 20 is accommodated in the slot 14 so that a part thereof slightly protrudes from the surface of the slot rod 15, and the optical fiber 20 is joined so that the protruding portion of the core 20 is fixed by the presser winding 12. You may.
【0057】(実施形態3)図10は、本発明の実施形
態3を示し、実施形態2の歪みセンシング用ケーブルに
対して光ファイバ心線の態様を変更して、テープ状の光
ファイバ心線(テープ型心線)50としたものである。(Embodiment 3) FIG. 10 shows Embodiment 3 of the present invention, in which the form of the optical fiber core is changed from that of the strain sensing cable of Embodiment 2 to form a tape-shaped optical fiber core. (Tape type core wire) 50.
【0058】すなわち、図11に拡大して示すように、
テープ型心線は4本の光ファイバ素線がその中心線が直
線上に並列して設けられており、その周りをテープ被覆
52によって覆われている。これら4本の光ファイバ心
線は、歪み計測用光ファイバ心線20と、その他通信等
を用途とする光ファイバ心線30とを有している。本実
施形態では、計測用心線20には、上記各実施形態と同
様にファイバグレーティングが形成されている。That is, as shown in FIG.
The tape-type core wire is provided with four optical fiber wires, the center lines of which are arranged in parallel on a straight line, and the periphery thereof is covered with a tape coating 52. These four optical fiber cores include an optical fiber core 20 for strain measurement and an optical fiber core 30 for other purposes such as communication. In this embodiment, a fiber grating is formed on the measurement core 20 in the same manner as in the above embodiments.
【0059】尚、本実施形態ではテープ型心線として4
芯のものとしたが、これに限らずその他の芯数としても
よく、また固定用構造材の厚さや枚数については特に限
定されるものではない。In this embodiment, the tape type core wire is 4
Although the core is used, the number of cores is not limited to this, and the thickness and the number of fixing structural members are not particularly limited.
【0060】(実施形態4)図9は、本発明の実施形態
4を示し、実施形態2の歪みセンシング用ケーブルに対
して、光ファイバ心線20及び固定用構造材11の位置
関係と固定用構造材11の枚数とを変更したものであ
る。(Embodiment 4) FIG. 9 shows Embodiment 4 of the present invention. In the strain sensing cable of Embodiment 2, the positional relationship between the optical fiber 20 and the fixing structural member 11 and the fixing The number of the structural materials 11 is changed.
【0061】すなわち、例えば3枚の固定用構造材11
をスロット14の底面14aに重ねて充填し、さらにそ
の上に光ファイバ心線20を載置して、これら固定用構
造材11によって光ファイバ心線20を保持しさらにこ
の心線20の一部分がスロットロッド15の表面から若
干突出する状態で、押さえ巻き12によってスロットロ
ッド15表面に心線20の突出部分を固定するように接
合してもよい。That is, for example, three fixing structural members 11
Is filled over the bottom surface 14a of the slot 14, and the optical fiber 20 is placed thereon, and the optical fiber 20 is held by the fixing structural members 11. The projecting portion of the core wire 20 may be fixed to the surface of the slot rod 15 by the presser winding 12 while slightly projecting from the surface of the slot rod 15.
【0062】このようにすることにより、上記と同様の
効果を得ることができるとともに、心線20の感度をさ
らに高めることができる。尚、本実施形態においても同
様に固定用構造材の厚さや枚数は特に限定されるもので
はない。By doing so, the same effect as described above can be obtained, and the sensitivity of the cord 20 can be further increased. In the present embodiment, similarly, the thickness and the number of the fixing structural members are not particularly limited.
【0063】(実施形態5)図12は、本発明の実施形
態4を示し、実施形態1の歪みセンシング用ケーブルに
対して光ファイバ心線の態様を変更して、コード型心線
54としたものである。(Fifth Embodiment) FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the form of the optical fiber core is changed to the cord-type core 54 in the strain sensing cable of the first embodiment. Things.
【0064】すなわち、本実施形態のコード型心線54
は、図12に拡大して示すように、上記実施形態1の単
芯型心線20をさらに例えば塩化ビニル等の保護層56
で被覆したものである。このように構成することによっ
ても、上記実施形態1と同様の効果を得ることができ
る。That is, the cord type core wire 54 of this embodiment
As shown in an enlarged view in FIG. 12, the single-core type core wire 20 of the first embodiment is further provided with a protective layer 56 made of, for example, vinyl chloride.
It is what was covered with. With this configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
【0065】(実施形態6)図13は、本発明の実施形
態5を示し、実施形態1の歪みセンシング用ケーブルで
は、スロットロッド15及び固定用構造材11を押さえ
巻き12によって固定するようにしたのに対して、例え
ばポリエチレン等の樹脂からなる保持部材13によって
固着するようにしたものである。(Embodiment 6) FIG. 13 shows Embodiment 5 of the present invention. In the strain sensing cable of Embodiment 1, the slot rod 15 and the fixing structural material 11 are fixed by the presser winding 12. In contrast, for example, it is fixed by a holding member 13 made of a resin such as polyethylene.
【0066】すなわち、本実施形態においても、保持部
材13による固定用構造材11の接合部は上記実施形態
1と同様で、グレーティング部を間に挟むようにして固
定しているが、本実施形態では、スロットロッド15の
心線20及び固定用構造材11の配設側のみに波状に固
着するようにしている。このような構成によっても、上
記実施形態1と同様の効果を得ることができる。That is, also in this embodiment, the joining portion of the fixing structural material 11 by the holding member 13 is the same as in the first embodiment, and is fixed so that the grating portion is interposed therebetween. Only the core wire 20 of the slot rod 15 and the side on which the fixing structural material 11 is provided are fixed in a wavy manner. With such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
【0067】[0067]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明
は、長尺弾性体からなる歪み感知体と、歪み感知体の表
面に、この歪感知体の軸線に沿って設けられた凹条部
と、凹条部内に配設され、印加される軸線方向の伸縮歪
みにより歪み感知体の少なくとも曲げ方向の歪みを検知
する光ファイバからなる心線とを備える歪みセンシング
用ケーブルが対象であり、心線は高強度ファイバグレー
ティングが形成されたグレーティング部を有し、心線を
凹条部内にグレーティング部近くの心線長さ方向両側に
て間欠的に固定する心線固定手段を備えるようにするこ
とにより、固定位置間の間隔を変更することによって、
光ファイバ心線の歪みに対する感度を容易に調節するこ
とができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a strain sensor made of a long elastic body, and a concave strip provided on the surface of the strain sensor along the axis of the strain sensor. A strain sensing cable including a portion and a core wire made of an optical fiber that is disposed in the concave streak portion and detects at least strain in the bending direction of the strain sensing body by applied axial stretching strain, The core has a grating portion on which a high-strength fiber grating is formed, and is provided with a core fixing means for intermittently fixing the core in the concave streak on both sides in the core length direction near the grating. By changing the spacing between the fixed positions,
The sensitivity to the distortion of the optical fiber can be easily adjusted.
【0068】請求項2の発明によると、歪み感知体は、
その長さ方向と直交する方向の平面において、互いに直
交する2つの方向についての曲げ剛性が異なっており、
凹条部は、歪み感知体の中心位置に対して曲げ剛性が小
さくなる側にオフセットして設けるようにすることによ
り、光ファイバ心線を歪み感知体の中心位置に配置した
場合よりも歪み計測の高感度化を図ることができる。さ
らに、歪みの定量的な計測を正確に行うことが可能とな
る。According to the second aspect of the present invention, the distortion sensing element is
In a plane perpendicular to the length direction, bending stiffness in two directions perpendicular to each other is different,
The concave streak is offset from the center position of the strain sensing element on the side where bending stiffness is reduced, so that the strain measurement is better than when the optical fiber core is located at the center position of the strain sensing element. Sensitivity can be improved. Further, quantitative measurement of distortion can be accurately performed.
【0069】請求項3の発明によると、心線固定手段の
破断荷重を心線の破断荷重よりも大きくすることによ
り、印加される荷重の増大に伴って心線よりも先に心線
固定手段が破断するのを防止して、心線が破断するまで
の間確実に歪みを計測することができる。According to the third aspect of the present invention, the breaking load of the core wire fixing means is made larger than the breaking load of the core wire, so that the core wire fixing means is moved ahead of the core wire with an increase in the applied load. Can be prevented from breaking, and the strain can be reliably measured until the core wire breaks.
【0070】請求項4の発明によると、心線固定手段を
接着剤からなるようにし、また、請求項5の発明による
と、心線固定手段を、心線を保持しかつ一部分が歪み感
知体の表面から若干突出するように凹条部内に充填され
た充填部材と、歪み感知体表面に充填部材の突出部分を
固定するように接合された接合部材とを有するように
し、そして、請求項6の発明によると、心線固定手段
を、心線の一部分が歪み感知体の表面から若干突出する
ように保持し、凹条部内に充填された充填部材と、歪み
感知体表面に心線の突出部分を固定するように接合され
た接合部材とからなるようにし、さらに、請求項7の発
明によると、心線を、その一部が歪み感知体の表面から
若干突出するように凹条部内に収容し、かつ心線固定手
段を、歪み感知体表面に心線の突出部分を固定するよう
に接合された接合部材からなるようにすることによっ
て、歪みの計測に好適な心線固定手段の構成を簡単な構
成として得ることができる。According to a fourth aspect of the present invention, the core fixing means is made of an adhesive, and according to the fifth aspect of the present invention, the core fixing means is provided for holding the core and a part of the strain sensing element. 7. A filling member filled in the concave streak so as to slightly protrude from the surface of the strain sensing element, and a joining member joined so as to fix the projecting portion of the filling member to the surface of the strain sensing element, and According to the invention, the core wire fixing means is held so that a part of the core wire slightly protrudes from the surface of the strain sensing element, and the filling member filled in the concave ridge portion and the projection of the core wire on the surface of the strain sensing element. And a joining member joined so as to fix the portion. Further, according to the invention of claim 7, the cord is inserted into the recessed portion such that a part thereof slightly protrudes from the surface of the strain sensing element. The means for accommodating and fixing the core wire is provided on the surface of the strain sensing element. By so consisting bonded joint member so as to fix the projecting portion of the core wire, it is possible to obtain a structure suitable core fixing means as a simple structure for measurement of strain.
【0071】請求項10の発明によると、上記請求項1
〜9のいずれか1つの歪みセンシング用ケーブルによっ
て歪みを計測する歪み計測方法として、光ファイバ内の
コアを導波している散乱光、反射光及び透過光の少なく
とも1つの変化量に基づいて歪みを計測するようにする
ことにより、本発明の歪みセンシング用ケーブルによる
歪み計測方法を具体化することができる。According to the tenth aspect, the first aspect is provided.
As a strain measurement method for measuring strain by using any one of the strain sensing cables according to any one of (1) to (9), a strain is measured based on at least one variation of scattered light, reflected light, and transmitted light guided through a core in an optical fiber. Is measured, the strain measuring method using the strain sensing cable of the present invention can be embodied.
【図1】実施形態1に係る歪みセンシング用ケーブルを
模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a strain sensing cable according to a first embodiment.
【図2】実施形態1に係る歪みセンシング用ケーブルを
模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a strain sensing cable according to Embodiment 1.
【図3】実施形態1に係る歪みセンシング用ケーブルを
模式的に示す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically showing a strain sensing cable according to the first embodiment.
【図4】歪みセンシング用ケーブルに収納された光ファ
イバ心線を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an optical fiber core housed in a strain sensing cable.
【図5】ファイバグレーティングが形成された光ファイ
バ心線を模式的に示す図である。FIG. 5 is a view schematically showing an optical fiber core on which a fiber grating is formed.
【図6】実施形態1に係る歪み量計測方法を説明するた
めの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram for explaining a distortion amount measurement method according to the first embodiment.
【図7】歪みセンシング用ケーブルを道路内に埋設した
例、及び2次元的な計測を行う場合の埋設例を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a strain sensing cable is embedded in a road, and an example in which two-dimensional measurement is performed.
【図8】実施形態2に係る歪みセンシング用ケーブルの
要部を示す部分断面図である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view illustrating a main part of a strain sensing cable according to a second embodiment.
【図9】実施形態4に係る歪みセンシング用ケーブルの
要部を示す部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view illustrating a main part of a strain sensing cable according to a fourth embodiment.
【図10】実施形態3に係る歪みセンシング用ケーブル
の要部を示す部分断面図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional view illustrating a main part of a strain sensing cable according to a third embodiment.
【図11】テープ型心線を模式的に示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a tape-type core wire.
【図12】コード型心線を模式的に示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a cord type core wire.
【図13】本実施形態5に係る歪みセンシング用ケーブ
ルを模式的に示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view schematically showing a strain sensing cable according to Embodiment 5.
10 歪みセンシング用ケーブル 11 固定用構造材(心線固定手段) 12 押さえ巻き (心線固定手段) 13 保持部材 (心線固定手段) 14 スロット (凹条部) 15 スロットロッド(歪み感知体) 18 グレーティング部 20 光ファイバ心線、単芯型心線(心線) 21 ファイバグレーティング 50 テープ型心線(心線) 54 コード型心線(心線) 56 保護層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Strain sensing cable 11 Structural material for fixing (core wire fixing means) 12 Holding coil (core wire fixing means) 13 Holding member (core wire fixing means) 14 Slot (concave strip) 15 Slot rod (strain sensing element) 18 Grating section 20 Optical fiber core wire, single core type core wire (core wire) 21 Fiber grating 50 Tape type core wire (core wire) 54 Cord type core wire (core wire) 56 Protective layer
Claims (11)
けられた凹条部と、 上記凹条部内に配設され、印加される軸線方向の伸縮歪
みにより歪み感知体の少なくとも曲げ方向の歪みを検知
する光ファイバからなる心線とを備える歪みセンシング
用ケーブルであって、 上記心線は高強度ファイバグレーティングが形成された
グレーティング部を有し、 上記心線を上記凹条部内に上記グレーティング部近くの
心線長さ方向両側にて間欠的に固定する心線固定手段を
備えることを特徴とする歪みセンシング用ケーブル。1. A strain sensor made of a long elastic body, a concave portion provided on a surface of the strain sensor along an axis of the strain sensor, and disposed in the concave portion, A core wire made of an optical fiber for detecting at least a strain in a bending direction of the strain sensing body by an applied axial stretching strain, wherein the core wire is formed with a high-strength fiber grating. A strain sensing cable, comprising: a grating portion; and a core fixing means for intermittently fixing the core wire in the concave streak portion on both sides in the core length direction near the grating portion.
おいて、 歪み感知体は、その長さ方向と直交する方向の平面にお
いて、互いに直交する2つの方向についての曲げ剛性が
異なっており、 凹条部は、歪み感知体の中心位置に対して上記曲げ剛性
が小さくなる側にオフセットして設けられていることを
特徴とする歪みセンシング用ケーブル。2. The strain sensing cable according to claim 1, wherein the strain sensing body has different bending stiffnesses in two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the length direction. Is provided at a position offset from the center position of the strain sensing element on the side where the bending rigidity is reduced.
ブルにおいて、 心線固定手段の破断荷重は心線の破断荷重よりも大きい
ことを特徴とする歪みセンシングケーブル。3. The strain sensing cable according to claim 1, wherein a breaking load of the core fixing means is larger than a breaking load of the core.
シング用ケーブルにおいて、 心線固定手段は接着剤からなることを特徴とする歪みセ
ンシング用ケーブル。4. The strain sensing cable according to claim 1, wherein the core fixing means is made of an adhesive.
シング用ケーブルにおいて、 心線固定手段は、心線を保持しかつ一部分が歪み感知体
の表面から若干突出するように凹条部内に充填された充
填部材と、 歪み感知体表面に上記充填部材の突出部分を固定するよ
うに接合された接合部材とを有することを特徴とする歪
みセンシング用ケーブル。5. The strain sensing cable according to any one of claims 1 to 3, wherein the core wire fixing means holds the core wire and partially extends in the concave strip so as to slightly protrude from the surface of the strain sensing body. A strain sensing cable, comprising: a filled filling member; and a joining member joined to a surface of the strain sensing element so as to fix a protruding portion of the filling member.
シング用ケーブルにおいて、 心線固定手段は、心線の一部分が歪み感知体の表面から
若干突出するように保持し、凹条部内に充填された充填
部材と、 歪み感知体表面に上記心線の突出部分を固定するように
接合された接合部材とからなることを特徴とする歪みセ
ンシング用ケーブル。6. The strain sensing cable according to any one of claims 1 to 3, wherein the core wire fixing means holds a part of the core wire so as to slightly protrude from the surface of the strain sensing element, and holds the core wire in the concave strip portion. A strain sensing cable, comprising: a filled filling member; and a joining member joined to fix a protruding portion of the core wire to a surface of the strain sensing body.
シング用ケーブルにおいて、 心線は、その一部が歪み感知体の表面から若干突出する
ように凹条部内に収容され、 心線固定手段は、歪み感知体表面に上記心線の突出部分
を固定するように接合された接合部材からなることを特
徴とする歪みセンシング用ケーブル。7. The strain sensing cable according to any one of claims 1 to 3, wherein a part of the core wire is housed in a concave portion so as to slightly protrude from the surface of the strain sensing body, and the core wire is fixed. The strain sensing cable comprises a joining member joined so as to fix the protruding portion of the core wire to the surface of the strain sensing body.
シング用ケーブルにおいて、 心線は1本の光ファイバからなる単芯型心線であること
を特徴とする歪みセンシング用ケーブル。8. The strain sensing cable according to claim 1, wherein the core is a single-core type core made of one optical fiber.
シング用ケーブルにおいて、 心線は複数の光ファイバがその軸方向に並列してなる多
芯テープ型心線であることを特徴とする歪みセンシング
用ケーブル。9. The strain sensing cable according to any one of claims 1 to 7, wherein the core is a multi-core tape-type core in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel in the axial direction. Cable for strain sensing.
ンシング用ケーブルにおいて、 心線は保護層により被覆されたコード型心線であること
を特徴とする歪みセンシング用ケーブル。10. The strain sensing cable according to claim 1, wherein the core is a cord-type core coated with a protective layer.
センシング用ケーブルによって歪みを計測する歪み計測
方法であって、 光ファイバ内のコアを導波している散乱光、反射光及び
透過光の少なくとも1つの変化量に基づいて歪みを計測
することを特徴とする歪み計測方法。11. A strain measuring method for measuring strain using the strain sensing cable according to claim 1, wherein the scattered light, reflected light, and transmitted light guided through a core in an optical fiber. Measuring a strain based on at least one variation of the strain measurement method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000253830A JP2002062200A (en) | 2000-08-24 | 2000-08-24 | Cable for sensing strain and strain measurement method |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012503207A (en) * | 2008-09-23 | 2012-02-02 | フォイト パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Industrial roll with optical roll cover sensor system |
| CN113884228A (en) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 燕山大学 | A metallized fiber grating stress sensor suitable for cold-rolled flatness detection |
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-
2000
- 2000-08-24 JP JP2000253830A patent/JP2002062200A/en active Pending
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| CN118424211A (en) * | 2024-05-29 | 2024-08-02 | 山东大学 | A high-voltage power tower settlement monitoring system based on FBG |
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