JPH0749221A - 形状センシング光ファイバシステム - Google Patents
形状センシング光ファイバシステムInfo
- Publication number
- JPH0749221A JPH0749221A JP19611893A JP19611893A JPH0749221A JP H0749221 A JPH0749221 A JP H0749221A JP 19611893 A JP19611893 A JP 19611893A JP 19611893 A JP19611893 A JP 19611893A JP H0749221 A JPH0749221 A JP H0749221A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- fiber core
- strain
- axis
- core wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 63
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】光ファイバケーブル等、物体の形状変化を容易
に測定すること。 【構成】アングル２がイ及びロの点で曲がった場合、こ
れに沿って敷設してある光ファイバ心線１もアングル２
とほぼ同じ角度で曲がる。光ファイバ心線１のイの部分
に引っ張り力が生じ、正の歪が発生する。ロの部分では
逆に負の歪が加わる。光ファイバ心線１に生じる歪と曲
げ角度の関係を予め把握しておけば、この歪分布から光
ファイバ心線１の角度分布を求めることができる。
に測定すること。 【構成】アングル２がイ及びロの点で曲がった場合、こ
れに沿って敷設してある光ファイバ心線１もアングル２
とほぼ同じ角度で曲がる。光ファイバ心線１のイの部分
に引っ張り力が生じ、正の歪が発生する。ロの部分では
逆に負の歪が加わる。光ファイバ心線１に生じる歪と曲
げ角度の関係を予め把握しておけば、この歪分布から光
ファイバ心線１の角度分布を求めることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ心線の歪分
布を測定することを用いて、物体の長手方向の曲がり、
捩じれ等の形状変化を測定する、光ファイバを用いたセ
ンサシステムに関するものである。
布を測定することを用いて、物体の長手方向の曲がり、
捩じれ等の形状変化を測定する、光ファイバを用いたセ
ンサシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ心線中で発生するラマン散乱
光の距離分布を測定することにより、光ファイバに沿っ
た長手方向の温度分布を測定する光ファイバ式温度分布
測定センサは、特開平３−２２３６３２号公報等に記載
されており、良く知られている。
光の距離分布を測定することにより、光ファイバに沿っ
た長手方向の温度分布を測定する光ファイバ式温度分布
測定センサは、特開平３−２２３６３２号公報等に記載
されており、良く知られている。
【０００３】この光ファイバ式温度分布測定センサを用
いて、例えば海の深さ方向の温度分布を測定すること
は、図８に示すように、洋上の船７に光ファイバ温度分
布測定センサ検出器５を置き、光ファイバセンサ部６を
船から海８中に垂らすことにより可能となる。しかしな
がら、海流等の影響により、センサとして用いる光ファ
イバ、すなわち光ファイバセンサ部６が図９のように垂
直軸からずれる部分が生じると、検出器５から光ファイ
バ各部までの距離と、海面からの深さとの関係を対応付
けることが難しくなり、深さ方向の温度分布を正確に測
定することができない。
いて、例えば海の深さ方向の温度分布を測定すること
は、図８に示すように、洋上の船７に光ファイバ温度分
布測定センサ検出器５を置き、光ファイバセンサ部６を
船から海８中に垂らすことにより可能となる。しかしな
がら、海流等の影響により、センサとして用いる光ファ
イバ、すなわち光ファイバセンサ部６が図９のように垂
直軸からずれる部分が生じると、検出器５から光ファイ
バ各部までの距離と、海面からの深さとの関係を対応付
けることが難しくなり、深さ方向の温度分布を正確に測
定することができない。
【０００４】しかしながらこの時、センサとして用いる
光ファイバの敷設形状を同時に知ることができれば、光
ファイバ中で発生するラマン散乱光の距離分布と光ファ
イバの敷設形状の関係から計算により深さ方向の温度分
布を正確に測定することができるようになる。
光ファイバの敷設形状を同時に知ることができれば、光
ファイバ中で発生するラマン散乱光の距離分布と光ファ
イバの敷設形状の関係から計算により深さ方向の温度分
布を正確に測定することができるようになる。
【０００５】光ファイバケーブルの敷設形状は、従来は
目視や写真撮影による観察や測量を行う等の繁雑な作業
を行わなければ測定できなかった。また、該光ファイバ
ケーブルが埋設されている等、外部から観察できない場
合には、目視や写真撮影による観察や測量等の方法は適
用できず、光ファイバケーブルの敷設形状を測定するこ
とはできなかった。
目視や写真撮影による観察や測量を行う等の繁雑な作業
を行わなければ測定できなかった。また、該光ファイバ
ケーブルが埋設されている等、外部から観察できない場
合には、目視や写真撮影による観察や測量等の方法は適
用できず、光ファイバケーブルの敷設形状を測定するこ
とはできなかった。
【０００６】一方、光ファイバ心線長手方向の歪分布を
測定する方法が考案されている。例えば、堀口他、「ブ
リルアン分光による光ファイバのひずみ分布測定」電子
情報通信学会論文誌、Ｂ−Ｉ、ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｂ−
Ｉ、Ｎｏ２、ｐｐ．１４４〜１５２（１９９０年２月）
等である。これらの方法により光ファイバの歪分布を測
定することは可能となっている。
測定する方法が考案されている。例えば、堀口他、「ブ
リルアン分光による光ファイバのひずみ分布測定」電子
情報通信学会論文誌、Ｂ−Ｉ、ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｂ−
Ｉ、Ｎｏ２、ｐｐ．１４４〜１５２（１９９０年２月）
等である。これらの方法により光ファイバの歪分布を測
定することは可能となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した従来技術の欠点を解消し、光ファイバケーブル等、
物体の形状変化を容易に測定することのできる、形状セ
ンシング光ファイバシステムを提供することにある。
した従来技術の欠点を解消し、光ファイバケーブル等、
物体の形状変化を容易に測定することのできる、形状セ
ンシング光ファイバシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、(1) 光
ファイバ心線、該光ファイバ心線の歪分布測定手段及び
測定した該光ファイバ心線の歪分布を該光ファイバ心線
の曲がり角度分布に換算する手段を配備することによ
り、物体の曲がり角度分布を測定する手段を有すること
を特徴とする形状センシング光ファイバシステム、(2)
複数の光ファイバ心線、該複数の光ファイバ心線の歪分
布測定手段及び該複数の光ファイバ心線の歪分布測定結
果を合成する手段を配備することにより、物体の形状を
測定し得る手段を有することを特徴とする形状センシン
グ光ファイバシステム、(3) 測定対象物の長手方向に沿
った軸をｚ軸、ｚ軸と直交し互いに直交するｘ軸、ｙ軸
と平行な面をそれぞれｘｚ面、ｙｚ面とした時、ｚ軸に
沿い、かつそれぞれｘｚ面内及びｙｚ面内を通る２本の
光ファイバ心線１ａ及び１ｂを配備して、該２本の光フ
ァイバ心線１ａ及び１ｂの歪分布を測定し、その測定結
果からｘｚ面及びｙｚ面方向の歪分布Ｓｘ（ｚ）及びＳ
ｙ（ｚ）を求め、これら歪分布を用いて測定対象物の形
状を測定することを特徴とする上記(1) 又は(2) 記載の
形状センシング光ファイバシステム、(4) 測定対象物の
長手方向に沿って、３本の光ファイバ心線を沿わせ、該
３本の光ファイバ心線の歪分布を測定することにより、
測定対象物の捩じれを含む形状を求めることを特徴とす
る上記(2) 記載の形状センシング光ファイバシステムで
ある。
ファイバ心線、該光ファイバ心線の歪分布測定手段及び
測定した該光ファイバ心線の歪分布を該光ファイバ心線
の曲がり角度分布に換算する手段を配備することによ
り、物体の曲がり角度分布を測定する手段を有すること
を特徴とする形状センシング光ファイバシステム、(2)
複数の光ファイバ心線、該複数の光ファイバ心線の歪分
布測定手段及び該複数の光ファイバ心線の歪分布測定結
果を合成する手段を配備することにより、物体の形状を
測定し得る手段を有することを特徴とする形状センシン
グ光ファイバシステム、(3) 測定対象物の長手方向に沿
った軸をｚ軸、ｚ軸と直交し互いに直交するｘ軸、ｙ軸
と平行な面をそれぞれｘｚ面、ｙｚ面とした時、ｚ軸に
沿い、かつそれぞれｘｚ面内及びｙｚ面内を通る２本の
光ファイバ心線１ａ及び１ｂを配備して、該２本の光フ
ァイバ心線１ａ及び１ｂの歪分布を測定し、その測定結
果からｘｚ面及びｙｚ面方向の歪分布Ｓｘ（ｚ）及びＳ
ｙ（ｚ）を求め、これら歪分布を用いて測定対象物の形
状を測定することを特徴とする上記(1) 又は(2) 記載の
形状センシング光ファイバシステム、(4) 測定対象物の
長手方向に沿って、３本の光ファイバ心線を沿わせ、該
３本の光ファイバ心線の歪分布を測定することにより、
測定対象物の捩じれを含む形状を求めることを特徴とす
る上記(2) 記載の形状センシング光ファイバシステムで
ある。
【０００９】
【作用】本発明により、形状測定対象の光ファイバケー
ブル等測定対象物体中に含まれる光ファイバ心線の長手
方向の歪分布を測定し、これらの歪分布を用いて測定対
象物体のｘｚ平面、ｙｚ平面内での曲がり角度成分の距
離分布やｚ軸まわりの回転角度の距離分布を求め、これ
らの角度成分の距離分布や回転角度の距離分布の情報を
総合して、測定対象物体の形状を求めることができる。
ブル等測定対象物体中に含まれる光ファイバ心線の長手
方向の歪分布を測定し、これらの歪分布を用いて測定対
象物体のｘｚ平面、ｙｚ平面内での曲がり角度成分の距
離分布やｚ軸まわりの回転角度の距離分布を求め、これ
らの角度成分の距離分布や回転角度の距離分布の情報を
総合して、測定対象物体の形状を求めることができる。
【００１０】
【実施例】図１〜図４を用いて本発明の形状センシング
光ファイバシステムの構成及び作用について具体的に説
明する。ただし、以下の具体例は本発明の理解を深める
ためのものであり、本発明を制限するものではないこと
はいうまでもない。
光ファイバシステムの構成及び作用について具体的に説
明する。ただし、以下の具体例は本発明の理解を深める
ためのものであり、本発明を制限するものではないこと
はいうまでもない。
【００１１】図１に示すごとく、鉄骨やアングル等の直
線状の構造物のアングル２に光ファイバ心線１を沿わせ
ておく、アングル２が初期状態と変わらずに直線状態を
維持していれば、光ファイバ心線１に歪は加わらない。
ところが、図１のようにアングル２がイ及びロの点で曲
がった場合、これに沿って敷設してある光ファイバ心線
１もアングル２とほぼ同じ角度で曲がる。すると、光フ
ァイバ心線１のイの部分に引っ張り力が生じ、正の歪が
発生する。一方、ロの部分では光ファイバ心線１には、
逆に負の歪が加わり、この光ファイバ心線１の歪分布を
測定すると図２のようになる。
線状の構造物のアングル２に光ファイバ心線１を沿わせ
ておく、アングル２が初期状態と変わらずに直線状態を
維持していれば、光ファイバ心線１に歪は加わらない。
ところが、図１のようにアングル２がイ及びロの点で曲
がった場合、これに沿って敷設してある光ファイバ心線
１もアングル２とほぼ同じ角度で曲がる。すると、光フ
ァイバ心線１のイの部分に引っ張り力が生じ、正の歪が
発生する。一方、ロの部分では光ファイバ心線１には、
逆に負の歪が加わり、この光ファイバ心線１の歪分布を
測定すると図２のようになる。
【００１２】光ファイバ心線１に生じる歪と曲げ角度の
関係を予め把握しておけば、この歪分布から図３のよう
に光ファイバ心線１の角度分布を求めることができ、こ
れを距離方向に積分すると、図４のような光ファイバ心
線１の変位量分布が求められる。
関係を予め把握しておけば、この歪分布から図３のよう
に光ファイバ心線１の角度分布を求めることができ、こ
れを距離方向に積分すると、図４のような光ファイバ心
線１の変位量分布が求められる。
【００１３】すなわち、例えば図１に示すごとく、光フ
ァイバ心線１をアングル２に密着して敷設して置けば、
光ファイバ心線１の変位量分布とアングル２の変位量分
布は等しいと考えられるので、このようにして、アング
ル２の距離方向の変位量分布が求められ、アングル２が
変形した場合に変形の位置と大きさを検知することがで
きる。
ァイバ心線１をアングル２に密着して敷設して置けば、
光ファイバ心線１の変位量分布とアングル２の変位量分
布は等しいと考えられるので、このようにして、アング
ル２の距離方向の変位量分布が求められ、アングル２が
変形した場合に変形の位置と大きさを検知することがで
きる。
【００１４】前記具体例では、光ファイバ心線１の敷設
方向をｚ軸とし、ｚ軸に直交する軸をｘ軸とした時、ｚ
軸に直角の一方向、例えばｘ軸に沿った方向の変位量分
布しか求められなかったが、図５に示すようにアングル
２の２面に光ファイバ心線１ａ及び１ｂを密着敷設す
る。例えばアングル２の距離方向をｚ軸とし、このｚ軸
と直交し、それぞれ直交するｘ軸、ｙ軸と平行な面をそ
れぞれｘｚ面、ｙｚ面とした時、ｚ軸に沿い、かつそれ
ぞれｘｚ面内及びｙｚ面内を通る２本の光ファイバ心線
１ａ及び１ｂを密着敷設すれば、光ファイバ心線１の敷
設方向ｚ軸に直角なｘｚ面及びｙｚ面内でのアングル２
の変位量を測定することができる。
方向をｚ軸とし、ｚ軸に直交する軸をｘ軸とした時、ｚ
軸に直角の一方向、例えばｘ軸に沿った方向の変位量分
布しか求められなかったが、図５に示すようにアングル
２の２面に光ファイバ心線１ａ及び１ｂを密着敷設す
る。例えばアングル２の距離方向をｚ軸とし、このｚ軸
と直交し、それぞれ直交するｘ軸、ｙ軸と平行な面をそ
れぞれｘｚ面、ｙｚ面とした時、ｚ軸に沿い、かつそれ
ぞれｘｚ面内及びｙｚ面内を通る２本の光ファイバ心線
１ａ及び１ｂを密着敷設すれば、光ファイバ心線１の敷
設方向ｚ軸に直角なｘｚ面及びｙｚ面内でのアングル２
の変位量を測定することができる。
【００１５】また、形状測定する対象物体が、ケーブル
等のしなやかな物体で、曲げに起因する歪のみでなく捩
じれに起因する歪が起き得る場合には、その形状変化は
長手方向に直角な面方向以外に、長手方向の軸（ｚ軸）
に対しての回転も考慮しなくてはならない。この場合、
図６に示すように回転角度の距離分布検出用の光ファイ
バを該ケーブルに、撚りピッチ■で撚り込むことで、そ
の目的を達せられる。すなわち、形状測定対象物体の変
位の回転角度分布を、撚り込んだ光ファイバの歪分布か
ら求めるようにしてある。
等のしなやかな物体で、曲げに起因する歪のみでなく捩
じれに起因する歪が起き得る場合には、その形状変化は
長手方向に直角な面方向以外に、長手方向の軸（ｚ軸）
に対しての回転も考慮しなくてはならない。この場合、
図６に示すように回転角度の距離分布検出用の光ファイ
バを該ケーブルに、撚りピッチ■で撚り込むことで、そ
の目的を達せられる。すなわち、形状測定対象物体の変
位の回転角度分布を、撚り込んだ光ファイバの歪分布か
ら求めるようにしてある。
【００１６】変位にｚ軸に対する回転成分がない場合
は、撚り込んだ光ファイバに加わる歪は、ｚ軸に対して
直角な面、ｘｚ面及びｙｚ面方向への曲げに起因する歪
のみであるが、軸に対する回転が加わると、光ファイバ
にはこの回転に起因する歪も加わるため、回転角度を求
めるためには、ｘｚ面及びｙｚ面方向への曲げに起因す
る歪と、回転に起因する歪を分離する必要がある。
は、撚り込んだ光ファイバに加わる歪は、ｚ軸に対して
直角な面、ｘｚ面及びｙｚ面方向への曲げに起因する歪
のみであるが、軸に対する回転が加わると、光ファイバ
にはこの回転に起因する歪も加わるため、回転角度を求
めるためには、ｘｚ面及びｙｚ面方向への曲げに起因す
る歪と、回転に起因する歪を分離する必要がある。
【００１７】ｚ軸方向のｚの位置での、ｚ軸に直角なｘ
ｚ面及びｙｚ面方向の歪の大きさをそれぞれＳｘ（ｚ）
及びＳｙ（ｚ）、ｚ軸を中心にした回転方向の歪の大き
さをＳθ（ｚ）とする。この時、撚りピッチ■で撚られ
た光ファイバのｚの位置での歪Ｓ（ｚ）は、 Ｓ（ｚ）＝Ｆ｛Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）｝ (1) と(1) 式で表すことができる。
ｚ面及びｙｚ面方向の歪の大きさをそれぞれＳｘ（ｚ）
及びＳｙ（ｚ）、ｚ軸を中心にした回転方向の歪の大き
さをＳθ（ｚ）とする。この時、撚りピッチ■で撚られ
た光ファイバのｚの位置での歪Ｓ（ｚ）は、 Ｓ（ｚ）＝Ｆ｛Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）｝ (1) と(1) 式で表すことができる。
【００１８】Ｓｘ（ｚ）とＳｙ（ｚ）はそれぞれｘｚ面
内及びｙｚ面内に敷設された光ファイバの歪分布測定結
果であり、また、Ｓ（ｚ）は撚りピッチ■で撚られた光
ファイバの歪分布測定結果であるので、回転方向の歪の
大きさＳθ（ｚ）は、関数Ｆが既知であれば、(1) 式よ
り求めることができる。
内及びｙｚ面内に敷設された光ファイバの歪分布測定結
果であり、また、Ｓ（ｚ）は撚りピッチ■で撚られた光
ファイバの歪分布測定結果であるので、回転方向の歪の
大きさＳθ（ｚ）は、関数Ｆが既知であれば、(1) 式よ
り求めることができる。
【００１９】Ｓｘ（ｚ）とＳｙ（ｚ）がＳθ（ｚ）の関
数であっても、影響の度合が分かっていれば、未知数が
３個で、関係式が３つであるので、連立方程式を解くこ
とにより、Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）を求め
ることができる。
数であっても、影響の度合が分かっていれば、未知数が
３個で、関係式が３つであるので、連立方程式を解くこ
とにより、Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）を求め
ることができる。
【００２０】さらに、３本の光ファイバ心線をそれぞれ
撚りピッチ■で、図７に示すように、形状測定対象の光
ファイバケーブル等、測定対象物体中に撚り込んだ場合
にしても、以下に示す方法によりｘｚ面、ｙｚ面及び回
転（θ）方向の歪を分離することができる。
撚りピッチ■で、図７に示すように、形状測定対象の光
ファイバケーブル等、測定対象物体中に撚り込んだ場合
にしても、以下に示す方法によりｘｚ面、ｙｚ面及び回
転（θ）方向の歪を分離することができる。
【００２１】図７において、ｚ軸のｚの位置で３本の光
ファイバ心線を内蔵する光ファイバケーブル１０のｘｚ
面、ｙｚ面及びｚ軸を中心とした回転方向の歪をそれぞ
れＳｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）とし、光ファイ
バ心線１ａ、１ｂ、１ｃについてのＳｘ（ｚ）、Ｓｙ
（ｚ）及びｚ軸を中心にした回転方向の歪Ｓθ（ｚ）を
それぞれ、Ｓｘａ（ｚ）、Ｓｙａ（ｚ）、Ｓθａ
（ｚ）；Ｓｘｂ（ｚ）、Ｓｙｂ（ｚ）、Ｓθｂ（ｚ）；
Ｓｘｃ（ｚ）、Ｓｙｃ（ｚ）、Ｓθｃ（ｚ）とすると、
光ファイバ心線１ａ、１ｂ、１ｃのｚの位置での歪Ｓａ
（ｚ）、Ｓｂ（ｚ）、Ｓｃ（ｚ）はそれぞれ(2) 、(3)
、(4) のように表すことができる。
ファイバ心線を内蔵する光ファイバケーブル１０のｘｚ
面、ｙｚ面及びｚ軸を中心とした回転方向の歪をそれぞ
れＳｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）とし、光ファイ
バ心線１ａ、１ｂ、１ｃについてのＳｘ（ｚ）、Ｓｙ
（ｚ）及びｚ軸を中心にした回転方向の歪Ｓθ（ｚ）を
それぞれ、Ｓｘａ（ｚ）、Ｓｙａ（ｚ）、Ｓθａ
（ｚ）；Ｓｘｂ（ｚ）、Ｓｙｂ（ｚ）、Ｓθｂ（ｚ）；
Ｓｘｃ（ｚ）、Ｓｙｃ（ｚ）、Ｓθｃ（ｚ）とすると、
光ファイバ心線１ａ、１ｂ、１ｃのｚの位置での歪Ｓａ
（ｚ）、Ｓｂ（ｚ）、Ｓｃ（ｚ）はそれぞれ(2) 、(3)
、(4) のように表すことができる。
【００２２】 Ｓａ（ｚ）＝Ｆａ｛Ｓｘａ（ｚ）、Ｓｙａ（ｚ）、Ｓθａ（ｚ）｝ (2) Ｓｂ（ｚ）＝Ｆｂ｛Ｓｘｂ（ｚ）、Ｓｙｂ（ｚ）、Ｓθｂ（ｚ）｝ (3) Ｓｃ（ｚ）＝Ｆｃ｛Ｓｘｃ（ｚ）、Ｓｙｃ（ｚ）、Ｓθｃ（ｚ）｝ (4) 一方、それぞれの光ファイバ心線に生じる歪は次の(5)
〜(13)式のように表すことができる。
〜(13)式のように表すことができる。
【００２３】 Ｓｘａ（ｚ）＝Ｇｘａ｛Ｓｘ（ｚ）｝ (5) Ｓｙａ（ｚ）＝Ｇｙａ｛Ｓｙ（ｚ）｝ (6) Ｓθａ（ｚ）＝Ｇθａ｛Ｓθ（ｚ）｝ (7) Ｓｘｂ（ｚ）＝Ｇｘｂ｛Ｓｘ（ｚ）｝ (8) Ｓｙｂ（ｚ）＝Ｇｙｂ｛Ｓｙ（ｚ）｝ (9) Ｓθｂ（ｚ）＝Ｇθｂ｛Ｓθ（ｚ）｝ (10) Ｓｘｃ（ｚ）＝Ｇｘｃ｛Ｓｘ（ｚ）｝ (11) Ｓｙｃ（ｚ）＝Ｇｙｃ｛Ｓｙ（ｚ）｝ (12) Ｓθｃ（ｚ）＝Ｇθｃ｛Ｓθ（ｚ）｝ (13) Ｓａ（ｚ）、Ｓｂ（ｚ）、Ｓｃ（ｚ）はそれぞれ３本の
光ファイバ心線１ａ、１ｂ、１ｃの歪分布測定結果であ
るので、３個の未知数Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ
（ｚ）は関数Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｇｘａ、Ｇｙａ、Ｇθ
ａ、Ｇｘｂ、Ｇｙｂ、Ｇθｂ、Ｇｘｃ、Ｇｙｃ、Ｇθｃ
が既知であれば、(2) 〜(4) 式に(5) 〜(13)式を代入し
整理することにより、未知数Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、
Ｓθ（ｚ）はそれぞれＳａ（ｚ）、Ｓｂ（ｚ）、Ｓｃ
（ｚ）と３個の関数関係で表すことができ、従って未知
数Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）を３本の光ファ
イバ心線１ａ、１ｂ、１ｃの歪分布測定結果から求める
ことができる。
光ファイバ心線１ａ、１ｂ、１ｃの歪分布測定結果であ
るので、３個の未知数Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ
（ｚ）は関数Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｇｘａ、Ｇｙａ、Ｇθ
ａ、Ｇｘｂ、Ｇｙｂ、Ｇθｂ、Ｇｘｃ、Ｇｙｃ、Ｇθｃ
が既知であれば、(2) 〜(4) 式に(5) 〜(13)式を代入し
整理することにより、未知数Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、
Ｓθ（ｚ）はそれぞれＳａ（ｚ）、Ｓｂ（ｚ）、Ｓｃ
（ｚ）と３個の関数関係で表すことができ、従って未知
数Ｓｘ（ｚ）、Ｓｙ（ｚ）、Ｓθ（ｚ）を３本の光ファ
イバ心線１ａ、１ｂ、１ｃの歪分布測定結果から求める
ことができる。
【００２４】ここで、述べたのは、３本の光ファイバ心
線１ａ、１ｂ、１ｃが測定対象物体である１本の光ファ
イバケーブル中に撚り込まれた場合であるが、関数Ｆ
ｉ、Ｇｘｉ、Ｇｙｉ、Ｇθｉ；ｉ＝ａ、ｂ、ｃ等が定義
できるのであれば、３本の光ファイバ心線は前述したよ
うに必ずしも対象の配置でなくとも良い。
線１ａ、１ｂ、１ｃが測定対象物体である１本の光ファ
イバケーブル中に撚り込まれた場合であるが、関数Ｆ
ｉ、Ｇｘｉ、Ｇｙｉ、Ｇθｉ；ｉ＝ａ、ｂ、ｃ等が定義
できるのであれば、３本の光ファイバ心線は前述したよ
うに必ずしも対象の配置でなくとも良い。
【００２５】ｚ軸に平行な２本の光ファイバ心線と１本
の撚り込んだ光ファイバ心線を用いた前述の具体例は、
この考え方の１つを応用したものと考えることができ
る。
の撚り込んだ光ファイバ心線を用いた前述の具体例は、
この考え方の１つを応用したものと考えることができ
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明により、単心或いは複数本の光フ
ァイバを測定対象物体に沿って敷設することにより、測
定対象物の形状を測定することができるようになる。
ァイバを測定対象物体に沿って敷設することにより、測
定対象物の形状を測定することができるようになる。
【００２７】海の深さ方向の温度分布を、１本の温度分
布用測定ケーブルで測定する場合、海流等の影響で、セ
ンサ用光ファイバケーブルの長さと、深度の対応付けが
難しくなることが予想されるが、本発明を適用すれば、
センサ用光ファイバケーブルの形状が分かり、この問題
は解決する。
布用測定ケーブルで測定する場合、海流等の影響で、セ
ンサ用光ファイバケーブルの長さと、深度の対応付けが
難しくなることが予想されるが、本発明を適用すれば、
センサ用光ファイバケーブルの形状が分かり、この問題
は解決する。
【００２８】また、電力ケーブルに沿って敷設すること
により、該電力ケーブルの熱伸縮による敷設形状の変化
を測定でき、万一異常が生じた場合にも本発明を適用し
て素早く対応できるようになる。
により、該電力ケーブルの熱伸縮による敷設形状の変化
を測定でき、万一異常が生じた場合にも本発明を適用し
て素早く対応できるようになる。
【００２９】土手の中に埋設しておくことで、土砂崩れ
の前兆を捕らえたり、鉄塔等の構造物が据え付けてある
地盤内に本発明のセンサ用光ファイバケーブルを敷設す
ることにより、地盤沈下等の前記構造物に悪影響を及ぼ
すような現象もリアルタイムで測定できるようになり、
防災上にも効果がある。
の前兆を捕らえたり、鉄塔等の構造物が据え付けてある
地盤内に本発明のセンサ用光ファイバケーブルを敷設す
ることにより、地盤沈下等の前記構造物に悪影響を及ぼ
すような現象もリアルタイムで測定できるようになり、
防災上にも効果がある。
【００３０】埋設配管の形状を測定することも、本発明
の敷設センサ用光ファイバケーブルを管路に引き込むこ
とにより可能である。
の敷設センサ用光ファイバケーブルを管路に引き込むこ
とにより可能である。
【図１】本発明の形状センシング光ファイバシステムを
適用した一例を示す説明図である。
適用した一例を示す説明図である。
【図２】図１の形状センシング光ファイバシステムによ
り測定される、光ファイバ心線の歪・距離関係の一例を
示す図である。
り測定される、光ファイバ心線の歪・距離関係の一例を
示す図である。
【図３】図２の歪・距離関係から変換された曲がり角度
・距離関係の一例を示す図である。
・距離関係の一例を示す図である。
【図４】図１の形状センシング光ファイバシステムの発
明の光ファイバ心線の変位量分布の一例を示す図であ
る。
明の光ファイバ心線の変位量分布の一例を示す図であ
る。
【図５】本発明の形状センシング光ファイバシステムを
適用した他の一例を示す説明図である。
適用した他の一例を示す説明図である。
【図６】回転角度の距離分布検出用の光ファイバを撚り
込む、本発明の形状センシング光ファイバシステムの一
例を示す説明図である。
込む、本発明の形状センシング光ファイバシステムの一
例を示す説明図である。
【図７】回転角度の距離分布検出用の光ファイバを撚り
込む、本発明の形状センシング光ファイバシステムの他
の一例を示す説明図である。
込む、本発明の形状センシング光ファイバシステムの他
の一例を示す説明図である。
【図８】従来の温度分布測定用光ファイバシステムの応
用例を示す説明図である。
用例を示す説明図である。
【図９】従来の温度分布測定用光ファイバシステムの応
用例での問題点を示す説明図である。
用例での問題点を示す説明図である。
１ 光ファイバ心線 １ａ 光ファイバ心線 １ｂ 光ファイバ心線 １ｃ 光ファイバ心線 ２ アングル ３ 歪分布測定器 ４ 光スイッチ ５ 光ファイバ温度分布測定センサ検出器 ６ 光ファイバセンサ部 ７ 船 ８ 海 １０ 光ファイバケーブル
Claims (4)
- 【請求項１】光ファイバ心線、該光ファイバ心線の歪分
布測定手段及び測定した該光ファイバ心線の歪分布を該
光ファイバ心線の曲がり角度分布に換算する手段を配備
することにより、物体の曲がり角度分布を測定する手段
を有することを特徴とする形状センシング光ファイバシ
ステム。 - 【請求項２】複数の光ファイバ心線、該複数の光ファイ
バ心線の歪分布測定手段及び該複数の光ファイバ心線の
歪分布測定結果を合成する手段を配備することにより、
物体の形状を測定し得る手段を有することを特徴とする
形状センシング光ファイバシステム。 - 【請求項３】測定対象物の長手方向に沿った軸をｚ軸、
ｚ軸と直交し互いに直交するｘ軸、ｙ軸と平行な面をそ
れぞれｘｚ面、ｙｚ面とした時、ｚ軸に沿い、かつそれ
ぞれｘｚ面内及びｙｚ面内を通る２本の光ファイバ心線
１ａ及び１ｂを配備して、該２本の光ファイバ心線１ａ
及び１ｂの歪分布を測定し、その測定結果からｘｚ面及
びｙｚ面方向の歪分布Ｓｘ（ｚ）及びＳｙ（ｚ）を求
め、これら歪分布を用いて測定対象物の形状を測定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の形状セン
シング光ファイバシステム。 - 【請求項４】測定対象物の長手方向に沿って、３本の光
ファイバ心線を沿わせ、該３本の光ファイバ心線の歪分
布を測定することにより、測定対象物の捩じれを含む形
状を求めることを特徴とする請求項２記載の形状センシ
ング光ファイバシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19611893A JPH0749221A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 形状センシング光ファイバシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19611893A JPH0749221A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 形状センシング光ファイバシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0749221A true JPH0749221A (ja) | 1995-02-21 |
Family
ID=16352545
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19611893A Pending JPH0749221A (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 形状センシング光ファイバシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0749221A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002250612A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Shimizu Corp | 管の歪み、変形計測方法 |
| JP2006047293A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-02-16 | 059312 Nb Inc | 形状加速度計測装置及び方法 |
| US20110119023A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Intuitive Surgical, Inc. | Method and system to sense relative partial-pose information using a shape sensor |
| US8957367B2 (en) | 2009-11-13 | 2015-02-17 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Shape sensor contained in a link of a kinematic chain with at least one pre-set perturbation and method to sense relative partial-pose information using the shape sensor |
| JP2016020865A (ja) * | 2014-07-15 | 2016-02-04 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバを用いた応力分布測定方法および応力分布測定装置 |
| JP2022020231A (ja) * | 2020-07-20 | 2022-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び光ファイバケーブル |
| JP2022020232A (ja) * | 2020-07-20 | 2022-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバケーブルセンシング装置、光ファイバケーブルセンシング方法、及びプログラム |
-
1993
- 1993-08-06 JP JP19611893A patent/JPH0749221A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002250612A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Shimizu Corp | 管の歪み、変形計測方法 |
| JP2006047293A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-02-16 | 059312 Nb Inc | 形状加速度計測装置及び方法 |
| US20110119023A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | Intuitive Surgical, Inc. | Method and system to sense relative partial-pose information using a shape sensor |
| US8488130B2 (en) * | 2009-11-13 | 2013-07-16 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Method and system to sense relative partial-pose information using a shape sensor |
| US8896847B2 (en) | 2009-11-13 | 2014-11-25 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Method and system to sense relative partial-pose information using a shape sensor |
| US8957367B2 (en) | 2009-11-13 | 2015-02-17 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Shape sensor contained in a link of a kinematic chain with at least one pre-set perturbation and method to sense relative partial-pose information using the shape sensor |
| JP2016020865A (ja) * | 2014-07-15 | 2016-02-04 | 古河電気工業株式会社 | 光ファイバを用いた応力分布測定方法および応力分布測定装置 |
| JP2022020231A (ja) * | 2020-07-20 | 2022-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び光ファイバケーブル |
| JP2022020232A (ja) * | 2020-07-20 | 2022-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバケーブルセンシング装置、光ファイバケーブルセンシング方法、及びプログラム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8970845B1 (en) | In-situ three-dimensional shape rendering from strain values obtained through optical fiber sensors | |
| Han et al. | Distributed acoustic sensing with sensitivity-enhanced optical cable | |
| JP5851630B2 (ja) | ３次元位置計測装置 | |
| Paloschi et al. | 3D shape sensing with multicore optical fibers: transformation matrices versus Frenet-Serret equations for real-time application | |
| US20100215311A1 (en) | Method and Apparatus for Shape and End Position Determination Using an Optical Fiber | |
| JP6346852B2 (ja) | 光ファイバの曲げ形状測定装置及びその曲げ形状測定方法 | |
| CN107063108B (zh) | 一种测试传感光缆与土体变形协调性的方法 | |
| CN110887448B (zh) | 一种基于光纤应变测量的梁结构形态重构方法 | |
| CN113124767B (zh) | 一种隧道长距离沉降变形自动化监测装置及监测方法 | |
| JP7376052B2 (ja) | 形状測定システム及び形状測定方法 | |
| CN115389066A (zh) | 一种基于分布式光纤光栅感测的桥梁健康监测系统 | |
| JP2984337B2 (ja) | 光ファイバ水中温度分布測定システム | |
| JPH0749221A (ja) | 形状センシング光ファイバシステム | |
| CN109186549A (zh) | 一种基于视觉的铁塔倾斜角度测量方法 | |
| JP2004361285A (ja) | 角度センサ及びそれを用いた管路計測装置 | |
| US11788909B2 (en) | Measuring device and measuring method using tape core wire | |
| CN112985310A (zh) | 一种挖泥船耙管空间角度测量方法 | |
| CN114279420A (zh) | 一种三维空间位置连续变化组合测量装置及测量方法 | |
| JP3224762B2 (ja) | 光ファイバケーブル | |
| CN119321731B (zh) | 三维曲线重构方法及基于形状感知的拖曳阵形检测系统 | |
| Kishida et al. | Monitoring of tunnel shape using distributed optical fiber sensing techniques | |
| JPH02242119A (ja) | 光ファイバ変位計測システム | |
| WO2019240037A1 (ja) | 光ファイバケーブル内の光ファイバ心線の歪み測定方法および測定装置 | |
| JP7406767B2 (ja) | 光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び光ファイバケーブル | |
| RU241526U1 (ru) | Оптико-волоконный кабель-датчик для распределенного мониторинга деформаций протяженных объектов |