| 【発明の名称】 |
光ファイバセンサを用いた歪み計測方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】栗井 正人
【氏名】緒方 和也
【氏名】平尾 秀夫
|
| 【要約】 |
【課題】土砂・地盤崩落あるいは人工構造物、建築物崩壊等の予兆を自動的にかつリアルタイムにて効率良く行うことを可能とする。
【解決手段】光ファイバ心線１ａからなり、複数箇所に光ファイバ心線１ａを巻き付けたファイバ巻き付け部３１を有する光ファイバセンサ１を地盤Ｇの概ね深度方向へ配設して地盤Ｇと一体化させる。光ファイバセンサ１へ測定光を入射させる光パルス試験器と、光パルス試験器をコントロールするとともにデータ処理を行うコンピュータとを有する歪み計測装置部を設ける。光パルス試験器から光ファイバセンサ１へ光を入射させ、入射光の周波数からずれたブリルアン散乱光の有無を検出することにより、光ファイバセンサ１が土砂の変位によって伸び歪みが生じたことを検出するとともに伸び歪みが光ファイバセンサ１のどのファイバ巻き付け部３１間の区間にて生じているかを検出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 地盤や構造物等の被計測物にあるいは該被計測物に沿って配設した光ファイバ心線（１ａ）よりなる光ファイバセンサ（１）へ測定光を入射し、この光ファイバセンサの区間毎における伸び歪みをこの光ファイバセンサからのブリルアン散乱光の有無から検出し、この検出結果から前記被計測物の変位の有無及び変位の位置を前記区間毎に求めることを特徴とする光ファイバセンサを用いた歪み計測方法。
【請求項２】 前記光ファイバセンサを、前記被計測物である地盤（Ｇ）に、概ね深度方向へ配設し、前記地盤の深度方向の変位の有無及びその位置を前記区間毎に求めることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法。
【請求項３】 前記光ファイバセンサを、前記被計測物である地盤に、その法面方向へ配設し、前記地盤の法面方向の変位の有無及びその位置を前記区間毎に求めることを特徴とする請求項１記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバを用いて地盤や構造物等の変位を検出する光ファイバセンサを用いた歪み計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】土砂・岩盤崩落あるいは人工構造物、建築物崩落の危険を回避するには、巡視等を頻繁に行って状況を把握している。しかしながら、測量等を人手に頼ることは効率が悪いため、近年ではその状況を自動的にかつリアルタイムで計測する技術が検討されている。この計測技術としては、例えば、歪みセンサ等を対象物に設置し、その変化量を計測することが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記計測方法は、あくまでもポイント計測であり、対象物を面的に計測することもできない。もし、面的に計測するならば、歪みセンサを多数設置することとなり、コストが膨大になってしまう。また、防災のための計測を要する地域では、山間部等の気象変化の激しい地域であることが多く、従来の歪みセンサ等の電気的センサでは、落雷等による誘導電流の影響を受けて、故障しやすいという欠点がある。さらに、近年、光線路の試験方法のうち、光ファイバの長手方向の歪み量の連続的な分布を高精度に観測する方法として、非線型光学現象の一つであるブリルアン散乱光の周波数シフト量が光ファイバの歪みに依存することを利用した手法が開発され、様々なセンシングの用途への応用が期待されているが、自然の土砂、岩盤の歪みあるいは人工構造物、建築物等の歪みを効率的に計測するために実用化された光ファイバセンサの構造は少ない。
【０００４】この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、土砂・地盤崩落あるいは人工構造物、建築物崩壊等の予兆を自動的にかつリアルタイムにて効率良く計測することが可能な光ファイバセンサを用いた歪み計測方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法は、地盤や構造物等の被計測物にあるいは該被計測物に沿って配設した光ファイバ心線よりなる光ファイバセンサへ測定光を入射し、この光ファイバセンサの区間毎における伸び歪みをこの光ファイバセンサからのブリルアン散乱光の有無から検出し、この検出結果から前記被計測物の変位の有無及び変位の位置を前記区間毎に求めることを特徴としている。つまり、光ファイバセンサの区間毎におけるブリルアン散乱光の有無を検出することにより、光ファイバセンサの伸び歪みが検出されるとともに、どの区間における伸び歪みであるかが検出される。即ち、この光ファイバセンサの伸び歪み及びその位置を検出することにより、地盤あるいは構造物等の被計測物における変位の有無及び変位位置の把握が可能となり、土砂、岩盤の崩落や構造物の崩壊等の予測を行うことが可能となる。
【０００６】請求項２記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法は、請求項１記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法において、前記光ファイバセンサを、前記被計測物である地盤に、概ね深度方向へ配設し、前記地盤の深度方向の変位の有無及びその位置を前記区間毎に求めることを特徴としている。このように、地盤の概ね深度方向へ光ファイバセンサを配設するので、地盤中における土砂の変位の有無及びその位置を容易に把握することが可能となり、土砂崩れの位置及びその規模の予測が行える。
【０００７】請求項３記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法は、請求項１記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法において、前記光ファイバセンサを、前記被計測物である地盤に、その法面方向へ配設し、前記地盤の法面方向の変位の有無及びその位置を前記区間毎に求めることを特徴としている。即ち、地盤の法面方向へ光ファイバセンサを配設するので、土砂崩れの位置の予測及びその面積の予測を広範囲にて行うことが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法の実施の形態を図によって説明する。図１に示すものは、光ファイバセンサを用いた歪み計測装置であり、符号１は、光ファイバ心線を有する光ファイバセンサである。これら光ファイバセンサ１は、光クロージャ２へ直接あるいは光成端箱３を介して接続されており、この光クロージャ２は、多心の光ケーブル４を介して屋内に設置された歪み計測装置部５の光成端箱６に接続されている。
【０００９】歪み計測装置部５は、光成端箱６に光コネクタ付きコード１１によって接続された心線選択装置１２と、この心線選択装置１２に接続された光パルス試験器１３と、この光パルス試験器１３をコントロールするとともにデータ処理を行うコンピュータ１４とを有している。
【００１０】この歪み計測装置によれば、心線選択装置１２によって選択された光ファイバセンサ１へ光パルス試験器１３によって測定光が入射されるようになっている。そして、光ファイバセンサ１にて、伸び歪みが生じると、この伸び歪み部分にて、図２に示すように、入射光の周波数からずれたブリルアン散乱光が発生し、このブリルアン散乱光からなる反射光が光パルス試験器１３にて検出されるようになっている。つまり、このブリルアン散乱光を検出することにより、光ファイバセンサ１の伸び歪みの有無及び歪みの位置である光ファイバセンサ１への外力の作用位置を割り出すようになっている。なお、このブリルアン散乱光の入射光に対する周波数のシフト量は、光ファイバセンサ１が無歪みの状態でも、約１ＭＨｚ／℃程度の温度依存性を持つため、数十℃を越えるような大きい温度変化が生じる場合には、温度分布を計測することができるセンサ等と併用し、計測データを補正する必要がある。
【００１１】次に、上記光ファイバセンサを用いた歪み計測方法の実施の形態例を説明する。
（第１実施形態例）図３に示すように、この例では、光ファイバセンサ１を地盤（被計測物）Ｇの概ね深度方向へ埋設して上下端を固定している。ここで、この光ファイバセンサ１は、図４に示すように、長手方向へ間隔をあけてファイバ巻き付け部３１を設けた構造とされており、これらファイバ巻き付け部３１にて、光ファイバセンサ１を構成する光ファイバ心線１ａが所定寸法だけリール等に巻き付けられて余長部分３１ａが確保されている。この光ファイバセンサ１を地盤Ｇへ設置する場合は、まず、地盤Ｇをボーリングし、このボーリング孔へ光ファイバセンサ１を配設し、このボーリング孔と光ファイバセンサ１との隙間に、地盤Ｇの土質に近い充填材を充填して周囲と一体化させる。なお、充填材としては、ボーリングの際に生じた土砂を用い、この土砂をボーリング孔へ埋め戻しても良い。また、このファイバ巻き付け部３１同士の間、つまりファイバ巻き付け部３１の設置個所Ｏ間である区間では、光ファイバ心線１ａが細径の金属パイプ３２に通され、この金属パイプ３２と光ファイバ心線１aとが密着した構造とされ地盤Ｇからの土砂圧が金属パイプ３２を介して確実に伝達されるようになっている。
【００１２】そして、この構造の光ファイバセンサ１を敷設した地盤Ｇにおいて、深度方向と交差する方向にずれが生じると、その土砂圧が、ファイバ巻き付け部３１の設置個所０間である区間の光ファイバ心線１ａへ加わり、この区間にて伸び歪みが生じ、その伸び歪みが歪み計測装置部５にて検出され、その位置が区間毎に計測されるようになっている。
【００１３】このように、この実施の形態例によれば、崩落危険土塊を有する急峻な地盤Ｇに光ファイバセンサ１を概ね深度方向へ埋設することにより、地盤Ｇの深度方向でのずれ及びその位置を検出することができ、土砂崩れの前兆をいち早く検出することができる。なお、ファイバ巻き付け部３１の間隔、つまり、各区間の間隔を任意に調整することにより、土砂圧発生位置の検出精度、即ち、深度分解能を容易に調整することができる。また、ファイバ巻き付け部３１は、必要に応じて、融着接続部等の接続部を設けることができ、光ファイバセンサ１を延長することができるようになっている。
【００１４】（第２実施形態例）図５に示すように、この例では、歪み計測装置の光ファイバセンサ１を、崩落危険土塊を有する区域に沿った安定地盤Ｇに設け、その長手方向１の複数箇所にて数ｍの間隔をあけて地盤Ｇに固着している。これら光ファイバセンサ１の地盤Ｇへの固着箇所Ｏ間の各区間における光ファイバセンサ１には、連結ワイヤー４２を接続しており、この連結ワイヤー４２の端部を崩落危険土塊に外付けブイ４３によって固定している。
【００１５】そして、この例によれば、崩落危険土塊にて地盤Ｇが面方向、特に法面方向へずれると、図６に示すように、この崩落危険土塊に外付けブイ４３によって固定された連結ワイヤー４２が引っ張られ、これにより、光ファイバセンサ１の、引っ張られた連結ワイヤー４２が接続された部分に歪みが生じる。つまり、この歪みが生じた固着箇所Ｏ間からなる各区間を歪み計測装置部５によって計測することができ、この各区間毎に連結ワイヤー４２によって連結された外付けブイ４３の固定位置にて地盤Ｇの面方向への変位が生じたことを検出することができる。
【００１６】このように、この第３実施形態例によれば、光ファイバセンサ１が、直接土砂圧を検知して地盤Ｇの変位を検出するのではなく、土塊に固定された外付けブイ４３の移動によって光ファイバセンサ１に外力を印加させることにより地盤Ｇの変位を面的に検出するようになっている。そして、この例によれば、外付けブイ４３を広範囲にかつ任意の位置に選択することができるので、地盤Ｇの変位を、広範囲にてかつあらゆる場所にて監視することができる。つまり、集中監視したいエリアあるいは散漫監視で充分なエリアに対してフレキシブルに対応させることができる。
【００１７】しかも、光ファイバセンサ１を地盤Ｇへ埋め込む場合と比較して、光ファイバセンサ１及び外付けブイ４３の設置を容易に行うことができる。また、外付けブイ４３を規則的にマッピングすれば、歪みデータの二次元平面表示（歪み等高線などの表示）を行うことができる。さらには、光ファイバセンサ１を複数本設置すれば、計測点をさらに増やすことができ、計測エリアの拡大を容易に行うことができる。
【００１８】なお、上記の例では、外付けブイ４３を地表固定としたが、土塊に内蔵固定、つまり土塊中へ埋設することも可能であり、このように、土塊に内蔵固定することにより、地盤Ｇの深度方向における変位の計測も可能である。なお、光ファイバセンサ１は、被計測地盤Ｇの歪みが連結ワイヤー４２によって確実に伝達されるように、光ファイバ心線１ａの周囲のケーブル被覆を光ファイバ心線１ａに密着させた構造としておく。
【００１９】（第３実施形態例）図７に示すように、この例では、崩落危険土塊を含んだ区域全体に、歪み計測装置の光ファイバセンサ１を格子状に張り巡らせたもので、これら光ファイバセンサ１の交点をアンカー５１によって地盤Ｇへ固着している。なお、光ファイバセンサ１は、敷設部分の周囲が、安定地盤へ固定されてケーブル固定箇所５２とされている。なお、各アンカー５１によって地盤Ｇへ固着された固着箇所Ｏ間からなる各区間は、数ｍ以上の間隔があけられている。
【００２０】そして、この例によれば、崩落危険土塊にて地盤Ｇにずれが生じ、図８に示すように、固着箇所ＯのＡ点付近の地盤Ｇが変位すると、図９に示すように、Ａ点での変位がＡ点の周囲の固着箇所Ｏに影響を及ぼすこととなる。具体的には、Ａ点がＢ点側へ変位すると、Ａ−Ｂ間等では、光ファイバセンサ１が縮み、また、Ａ−Ｄ間、Ａ−Ｃ間、Ａ−Ｅ間等では、光ファイバセンサ１が伸びることとなり、これらの区間での光ファイバセンサ１に歪みが発生する。そして、Ａ点の変位によるＡ点周囲での地盤Ｇへの固着箇所Ｏ間の区間にて光ファイバセンサ１の歪みを検出することにより、崩落危険土塊におけるＡ点付近の地盤Ｇの変位及びその位置を計測することができる。
【００２１】このように、この第３実施形態例によれば、光ファイバセンサ１の交点上の各固着箇所Ｏ間の各区間の光ファイバセンサ１の歪みを計測することにより、二次元平面の動態観測をより精密に行うことができる。これにより、崩落平面を高精度にて予想することができ、また、その規模（土砂量）や変位方向の解析を行うこともできる。また、光ファイバセンサ１の敷設は、特殊な作業、工具を用いることなく行うことができるので、設置コストも安価に抑えることができる。なお、この場合も、被計測物である地盤Ｇの歪みが光ファイバセンサ１に確実に伝達されるように、光ファイバ心線１ａの周囲のケーブル被覆を光ファイバ心線１ａに密着させた構造としておく。
【００２２】なお、上記第１〜第３実施形態例は互いに組み合わせても良く、これらを組み合わせることにより、崩落危険土塊における土砂圧を３次元的に計測することができ、ひいては土砂、岩盤の崩落の３次元的な規模の予測を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法によれば、下記の効果を得ることができる。請求項１記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法によれば、光ファイバセンサの区間毎におけるブリルアン散乱光の有無を検出することにより、極めて容易に光ファイバセンサの伸び歪みを検出することができるとともに、どの区間における伸び歪みであるかを検出することができる。つまり、この光ファイバセンサの伸び歪み及びその位置を検出することにより、地盤あるいは構造物等の被計測物における変位の有無及び変位位置を確実に把握することができ、土砂、岩盤の崩落や構造物の崩壊等の予測を行うことができる。また、従来のように、歪みセンサ等を多数設置する場合と比較して、低コストにて歪みの計測を行うことができ、また、落雷等による誘導電流の影響を受けることもなく、山間部等の気象変化の激しい地域でも問題なく行うことができる。
【００２４】請求項２記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法によれば、地盤の概ね深度方向へ光ファイバセンサを配設するので、地盤中における土砂の変位の有無及びその位置を容易に把握することができ、土砂崩れの位置及びその規模や方向の予測を行うことができる。
【００２５】請求項３記載の光ファイバセンサを用いた歪み計測方法によれば、地盤の法面方向へ光ファイバセンサを配設するので、土砂崩れの位置の予測及びその面積や方向の予測を広範囲にて行うことができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１８６
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
|
| 【出願日】 |
平成１０年７月２７日（１９９８．７．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外３名）
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−４６５２８（Ｐ２０００−４６５２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月１８日（２０００．２．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２１１６４７ |
|