JPH03175328A - 歪検知用センサ - Google Patents
歪検知用センサInfo
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- JPH03175328A JPH03175328A JP31489489A JP31489489A JPH03175328A JP H03175328 A JPH03175328 A JP H03175328A JP 31489489 A JP31489489 A JP 31489489A JP 31489489 A JP31489489 A JP 31489489A JP H03175328 A JPH03175328 A JP H03175328A
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- spacer
- strain
- groove
- detection sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/243—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、構造物等の歪量の分布を検知するための歪
検知用センサに関する。
検知用センサに関する。
光ファイバを用いた歪検知用センサは、例えば第３図に
示すように構造物０１に沿わせてセンサケーブルとして
の光ファイバ０２をセンサアンカ０３により固定し、そ
の構造物に何らかの原因により生じる歪量の分布を調べ
るのに用いられる。
示すように構造物０１に沿わせてセンサケーブルとして
の光ファイバ０２をセンサアンカ０３により固定し、そ
の構造物に何らかの原因により生じる歪量の分布を調べ
るのに用いられる。
光ファイバ０２の歪検知用センサで検知された信号は、
光学時間領域反射測定器（ＯＴＤＲ： Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｔｉｍｅ Ｄｏ＋ｗａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔ
ｅｒ） Ｑ４を介して演算処理装置０５へ送られ、検知
された歪量の分布、変化が測定され、プロッタ０６等へ
表示される。
光学時間領域反射測定器（ＯＴＤＲ： Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｔｉｍｅ Ｄｏ＋ｗａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔ
ｅｒ） Ｑ４を介して演算処理装置０５へ送られ、検知
された歪量の分布、変化が測定され、プロッタ０６等へ
表示される。
０ＴＤＲ０４４！、光ファイバの一端からパルス信？ｒ
を入射し、構造物等に加えられた圧力や変位によって発
生する光伝送損失を光ファイバ各部分から戻ってくる後
方散乱光の強度により測定するものである。
を入射し、構造物等に加えられた圧力や変位によって発
生する光伝送損失を光ファイバ各部分から戻ってくる後
方散乱光の強度により測定するものである。
歪検知用センサは地すべり検知用に地中に埋設されるパ
イプに沿わせてパイプに加わる地すべりによる歪量変化
を検知するのに用いることもできる。
イプに沿わせてパイプに加わる地すべりによる歪量変化
を検知するのに用いることもできる。
上記歪検知用センサにより歪量を検知する場合、光ファ
イバとしては歪が加わる二２により光伝送損失が変化す
るセンサ構造のものが必要となる。
イバとしては歪が加わる二２により光伝送損失が変化す
るセンサ構造のものが必要となる。
このようなセンサ構造を有する従来のものとして、光フ
ァイバ素線に圧縮力を加えて光ファイバ素線にうねりを
生じさせ、そのうねりによる光伝送損失から圧縮歪を検
知する構成のものが知られている。この圧縮歪と光伝送
損失との関係は、電子情報通信学会論文誌Ｂ ＶＯＬ、
Ｊ ７１−Ｂ Ｎ１１６頁７３３〜７４０．１９８
８年６月、「樹脂生先ファイバ心線の低温時における充
填増加」に示されている。
ァイバ素線に圧縮力を加えて光ファイバ素線にうねりを
生じさせ、そのうねりによる光伝送損失から圧縮歪を検
知する構成のものが知られている。この圧縮歪と光伝送
損失との関係は、電子情報通信学会論文誌Ｂ ＶＯＬ、
Ｊ ７１−Ｂ Ｎ１１６頁７３３〜７４０．１９８
８年６月、「樹脂生先ファイバ心線の低温時における充
填増加」に示されている。
この論文による光ファイバの構成は、保護被覆に被われ
た樹脂中に光ファイバを挿通させたＧｌ型光ファイバで
ある。そしてこのＧｌ型光ファイバを低温状態にすると
、各構成材料の線膨張係数が一般に異なるため、この線
膨張係数の差によって各材料に応力が発生し、光ファイ
バ周囲の材料が一層収縮してその収縮力がある臨界値（
臨界座屈荷重）を超えると座屈が始まり、光ファイバは
正弦波状に波打って曲がる。
た樹脂中に光ファイバを挿通させたＧｌ型光ファイバで
ある。そしてこのＧｌ型光ファイバを低温状態にすると
、各構成材料の線膨張係数が一般に異なるため、この線
膨張係数の差によって各材料に応力が発生し、光ファイ
バ周囲の材料が一層収縮してその収縮力がある臨界値（
臨界座屈荷重）を超えると座屈が始まり、光ファイバは
正弦波状に波打って曲がる。
上記のように光ファイバを低温状態で正弦波状にうねら
せて、その光伝送損失を測定すると、その光伝送損失は
曲げ回数の増加に伴なって増大し、ある曲げ回数以上で
ははり飽和する。
せて、その光伝送損失を測定すると、その光伝送損失は
曲げ回数の増加に伴なって増大し、ある曲げ回数以上で
ははり飽和する。
しかし、上述した論文での圧縮歪と光伝送損失の問題は
低温状態での熱収縮により生じるものであり、上記論文
によるＧｒ型光ファイバの構成のま−では常温状態で低
圧縮歪に対して光伝送損失を生しさせることはできない
。この場合、低圧縮歪とは０．１％以下の歪量をいう。
低温状態での熱収縮により生じるものであり、上記論文
によるＧｒ型光ファイバの構成のま−では常温状態で低
圧縮歪に対して光伝送損失を生しさせることはできない
。この場合、低圧縮歪とは０．１％以下の歪量をいう。
すなわち、圧縮力が臨界座屈荷重より小さい場合は光伝
送損失が発生せずこのような低い圧縮力では光ファイバ
に顕著なうねりが発生しないため、低歪量の検知を測定
するための歪検知用センサとして用いることができない
という問題がある。
送損失が発生せずこのような低い圧縮力では光ファイバ
に顕著なうねりが発生しないため、低歪量の検知を測定
するための歪検知用センサとして用いることができない
という問題がある。
この発明は、上記のような歪検知用センサとして用いら
れる光ファイバの現状に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は予め光ファイバ素線に圧縮歪を加え、うねりが
発生する直前の状態に設定した光ファイバを用いた歪検
知用センサを提供するにある。
れる光ファイバの現状に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は予め光ファイバ素線に圧縮歪を加え、うねりが
発生する直前の状態に設定した光ファイバを用いた歪検
知用センサを提供するにある。
そこでこの発明では上記ＡＩ！題を解決するための手段
として、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂被覆した
光ファイバ素線と、この素線をその溝内に収納したスペ
ーサと、前記スペーサ溝内に光ファイバ素線を固定する
樹脂とから成り、上記スペーサは光ファイバ素線を真直
に張った状態でその溝内に収納する際に所定の弾性域内
での伸びを適宜手段により予め与えて光ファイバ素線を
一部あるいは全長を樹脂により固定し、その後スペーサ
の伸びを元に戻して光ファイバ素線に圧縮歪を加えて成
る歪検知用センサの構成を採用したのである。
として、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂被覆した
光ファイバ素線と、この素線をその溝内に収納したスペ
ーサと、前記スペーサ溝内に光ファイバ素線を固定する
樹脂とから成り、上記スペーサは光ファイバ素線を真直
に張った状態でその溝内に収納する際に所定の弾性域内
での伸びを適宜手段により予め与えて光ファイバ素線を
一部あるいは全長を樹脂により固定し、その後スペーサ
の伸びを元に戻して光ファイバ素線に圧縮歪を加えて成
る歪検知用センサの構成を採用したのである。
上記の伸びは光ファイバ素線がうねりを発生する直前の
状態となるよう設定する。
状態となるよう設定する。
また、前記光ファイバ素線をスペーサの中心軸に収縮す
るようにスペーサ溝を構成するのがよい。
るようにスペーサ溝を構成するのがよい。
そして前記スペーサは、アルミなどの金属や、ポリエチ
レンなどのプラスチック、あるいはそれらの複合体のい
ずれかで形成することができる。
レンなどのプラスチック、あるいはそれらの複合体のい
ずれかで形成することができる。
上記のように構成した光ファイバケーブルから成る歪検
知用センサでは、低歪量の検知を可能とするための手段
として、予め光ファイバ素線に圧縮歪を加えてうねりが
発生する歪量の直前の状態に設定されている。
知用センサでは、低歪量の検知を可能とするための手段
として、予め光ファイバ素線に圧縮歪を加えてうねりが
発生する歪量の直前の状態に設定されている。
上記圧縮歪を加えて光ファイバ素線にうねりを発生させ
るためには、その光ファイバの樹脂中の臨界座屈荷重等
が問題となる。
るためには、その光ファイバの樹脂中の臨界座屈荷重等
が問題となる。
光ファイバの樹脂中の臨界座屈荷重Ｆは、前述した電子
情報通信学会論文によると、 Ｆ＝１．１９ （Ｅｌβ）０・５ で与えられる。こ−で、Ｅ：ヤング率、■＝断面２次モ
ーメント、β：ばね定数である。
情報通信学会論文によると、 Ｆ＝１．１９ （Ｅｌβ）０・５ で与えられる。こ−で、Ｅ：ヤング率、■＝断面２次モ
ーメント、β：ばね定数である。
そこで、例えば光ファイバのコア径５０μ、クラツド径
１２５μ、シリコン樹脂被覆径４０μの光ファイバ素線
の場合は、Ｆ＝０．２３ｋｇとなり、圧縮歪量では０．
２６％となる。
１２５μ、シリコン樹脂被覆径４０μの光ファイバ素線
の場合は、Ｆ＝０．２３ｋｇとなり、圧縮歪量では０．
２６％となる。
従って、この例の光ファイバ素線を収納するスペーサに
０．２６％の伸びを予め加えた状態で光ファイバ素線を
収納し、樹脂で固定した後スペーサの伸びをＯに戻すと
、光ファイバ素線は０．２６％の圧縮歪を受けることに
なる。
０．２６％の伸びを予め加えた状態で光ファイバ素線を
収納し、樹脂で固定した後スペーサの伸びをＯに戻すと
、光ファイバ素線は０．２６％の圧縮歪を受けることに
なる。
なお、この計算値は光ファイバ素線が全長にわたって理
想的に軸方向に圧縮力を受ける場合であり光ファイバ素
線をスペーサ内に収納する時の初期的な曲りなどがある
ため、実際に光ファイバ素線がうねりを発生するのは計
算値より小さくスペーサに与える伸び量は光ファイバ素
線の臨界座屈荷重に相当する値以下を選択するのが好ま
しい。
想的に軸方向に圧縮力を受ける場合であり光ファイバ素
線をスペーサ内に収納する時の初期的な曲りなどがある
ため、実際に光ファイバ素線がうねりを発生するのは計
算値より小さくスペーサに与える伸び量は光ファイバ素
線の臨界座屈荷重に相当する値以下を選択するのが好ま
しい。
また、スペーサの形状としては、線状体の中心軸に光フ
ァイバ素線を収納できるのが好ましいが、これは光ファ
イバ素線が中心軸以外の位置にある場合、輸送時等にお
いてこのスペーサを曲げた時に大きな圧縮又は引張り歪
を受けること＼なり、センサの特性の安定上好ましくな
いからである。
ァイバ素線を収納できるのが好ましいが、これは光ファ
イバ素線が中心軸以外の位置にある場合、輸送時等にお
いてこのスペーサを曲げた時に大きな圧縮又は引張り歪
を受けること＼なり、センサの特性の安定上好ましくな
いからである。
以下この発明の実施例について添付図を参照して説明す
る。
る。
第１図はこの発明による歪検知用センサとして用いられ
るこの実施例の光ファイバの断面図である。
るこの実施例の光ファイバの断面図である。
光ファイバ素１ｉ１１は外径０．４−で、図示省略して
いるが、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂を被覆し
て形成されている。上記、光ファイバ素線１は、スペー
サ２の溝３内に収納され、その溝内に樹脂４により固定
されている。５は保護被覆である。
いるが、光ファイバのコア、クラッド上に樹脂を被覆し
て形成されている。上記、光ファイバ素線１は、スペー
サ２の溝３内に収納され、その溝内に樹脂４により固定
されている。５は保護被覆である。
スペーサ２は外径２■のアルミ製で、光ファイバ素８１
を真直に張った状態でその溝３の中心軸部に収納する際
に、この実施例では０．１％の伸びを適宜手段により予
め与えられており、その状態で光ファイバ素線１を樹脂
４により固定され、その後スペーサ２の伸びをＯに戻し
て光ファイバ素線１に圧縮歪を与えている。
を真直に張った状態でその溝３の中心軸部に収納する際
に、この実施例では０．１％の伸びを適宜手段により予
め与えられており、その状態で光ファイバ素線１を樹脂
４により固定され、その後スペーサ２の伸びをＯに戻し
て光ファイバ素線１に圧縮歪を与えている。
上記のように構成した光ファイバケーブルがら成る歪検
知用センサの圧縮歪量Ｃ％）とその時の光伝送損失増加
量を測定すると第２図のようになる。なお、比較のため
本発明の歪検知用センサの光ファイバケーブルのように
圧縮歪を加えない通常の構成から成る従来の光ファイバ
による測定結果も同図に示しである０曲線Ａが本発明に
よるもの、曲線Ｂが従来のものである。
知用センサの圧縮歪量Ｃ％）とその時の光伝送損失増加
量を測定すると第２図のようになる。なお、比較のため
本発明の歪検知用センサの光ファイバケーブルのように
圧縮歪を加えない通常の構成から成る従来の光ファイバ
による測定結果も同図に示しである０曲線Ａが本発明に
よるもの、曲線Ｂが従来のものである。
この測定結果から分るように、従来のものでは歪量が０
．１％以上になってから光伝送損失が増大するのに対し
て、本発明によるものでは０．０２％程度の歪量でも光
伝送損失が増加しており、低歪量の検知に効果のあるこ
とが分る。
．１％以上になってから光伝送損失が増大するのに対し
て、本発明によるものでは０．０２％程度の歪量でも光
伝送損失が増加しており、低歪量の検知に効果のあるこ
とが分る。
（効果〕
以上詳細に説明したように、この発明による歪検知用セ
ンサは光ファイバ素線をスペーサ内の溝内に収納し、そ
の際スペーサに番よ予め所定の弾性域内での伸びを与え
て樹脂により固定し、その後スペーサの伸びを元に戻し
て光ファイバ素線に圧縮歪を加えたものとして構成され
ているから、光ファイバ素線には圧縮歪によるうねりが
生じており、光伝送損失の増加が大きく、従って０．１
％以下の低歪量の検知でも測定可能であるため、極めて
感度のよい歪検知用センサが得られる。
ンサは光ファイバ素線をスペーサ内の溝内に収納し、そ
の際スペーサに番よ予め所定の弾性域内での伸びを与え
て樹脂により固定し、その後スペーサの伸びを元に戻し
て光ファイバ素線に圧縮歪を加えたものとして構成され
ているから、光ファイバ素線には圧縮歪によるうねりが
生じており、光伝送損失の増加が大きく、従って０．１
％以下の低歪量の検知でも測定可能であるため、極めて
感度のよい歪検知用センサが得られる。
第１図はこの発明による歪検知用センサとして用いられ
る光ファイバケーブルの主要断面図、第２図は本発明と
従来例の歪検知用センサの光ファイバケーブルの圧縮歪
量と光伝送損失増加量との関係の測定結果を示すグラフ
、第３回は一般的な構造物の歪量測定方法の概略ブロッ
ク図である。 １・・・・・・光ファイバ素線、２・・・・・・スペー
サ、３・・・・・・溝、 ４・・・・・・樹
脂、５・・・・・・保護被覆。
る光ファイバケーブルの主要断面図、第２図は本発明と
従来例の歪検知用センサの光ファイバケーブルの圧縮歪
量と光伝送損失増加量との関係の測定結果を示すグラフ
、第３回は一般的な構造物の歪量測定方法の概略ブロッ
ク図である。 １・・・・・・光ファイバ素線、２・・・・・・スペー
サ、３・・・・・・溝、 ４・・・・・・樹
脂、５・・・・・・保護被覆。
Claims (4)
- （１）光ファイバのコア、クラッド上に樹脂被覆した光
ファイバ素線と、この素線をその溝内に収納したスペー
サと、前記スペーサ溝内に光ファイバ素線を固定する樹
脂とから成り、上記スペーサは光ファイバ素線を真直に
張った状態でその溝内に収納する際に所定の弾性域内で
の伸びを適宜手段により予め与えて光ファイバ素線を一
部あるいは全長を樹脂により固定し、その後スペーサの
伸びを元に戻して光ファイバ素線に圧縮歪を加えて成る
ことを特徴とする歪検知用センサ。 - （２）上記所定の弾性域をセンサとして使用する光ファ
イバ素線の臨界座屈荷重に相当する伸び量以下であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の歪検知用センサ。 - （３）前記光ファイバ素線をスペーサの中心軸に収納す
るように溝を構成したことを特徴とする請求項１又は２
に記載の歪検知用センサ。 - （４）前記スペーサをアルミなどの金属や、ポリエチレ
ンなどのプラスチック、あるいはそれらの複合体のいず
れかで形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の歪検知用センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31489489A JP2656838B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 歪検知用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31489489A JP2656838B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 歪検知用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03175328A true JPH03175328A (ja) | 1991-07-30 |
| JP2656838B2 JP2656838B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=18058911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31489489A Expired - Lifetime JP2656838B2 (ja) | 1989-12-04 | 1989-12-04 | 歪検知用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656838B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028618A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Fujikura Ltd | 歪み検知用光ケーブルおよびこれを用いた歪み検知装置 |
| JP2007187607A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Hitachi Cable Ltd | 衝撃検知光ファイバセンサの製造方法 |
| CN106873105A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-20 | 湖北同广和新材料有限公司 | 高性能微预应力热塑型智能光纤棒及其制作方法 |
| WO2022223766A1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Politecnico Di Milano | Method for embedding a monitoring system in a device |
-
1989
- 1989-12-04 JP JP31489489A patent/JP2656838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028618A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Fujikura Ltd | 歪み検知用光ケーブルおよびこれを用いた歪み検知装置 |
| JP2007187607A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Hitachi Cable Ltd | 衝撃検知光ファイバセンサの製造方法 |
| CN106873105A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-06-20 | 湖北同广和新材料有限公司 | 高性能微预应力热塑型智能光纤棒及其制作方法 |
| WO2022223766A1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Politecnico Di Milano | Method for embedding a monitoring system in a device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2656838B2 (ja) | 1997-09-24 |
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