JP4366403B2 - ひずみセンサ及びひずみ検知システム - Google Patents

Description

本発明は、被検知部に生じたひずみを検知するためのひずみセンサ及びひずみ検知システムに関するものである。

構造物における日常的な維持管理では、外観を目視することによる目視点検が広く実施されている。目視点検は、構造物の損傷や劣化の早期発見、及び劣化の進み具合の確認等を目的として実施されているが、構造物にひび割れ、浮き、漏水、沈下、変形、変色等の損傷が発生した直後ではなく、しばらく時間が経過した後に点検されることが多いため、本質的な意味での維持管理とは言い難い。

一方、構造物に生じたひずみを検知するためのひずみセンサとして、図１３に示されるひずみセンサが従来知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示されたひずみセンサ１０１は、１本の光ファイバ１０２の途中の一部分１０２ａを被検知物（ひずみ状態を検知しようとする対象物）１１０に固定し、該一部分１０２ａを除いた部分１０２ｂを保護部材１０３で被覆してなり、一端が光源１０４に接続され、他端が受光部１０５に接続されている。光ファイバ固定部分１０２は、図示しない接着剤によって被検知物１１０に固着されていて、被検知物１１０において光ファイバ固定部分１０２が固着された部分がひずみセンサ１０１の被検知部１１０ａとなる。

また、ひずみセンサ１０１は、被検知物１１０が被検知部１１０ａで損傷した場合には、光ファイバ１０２が光ファイバ固定部分１０２ａで損傷し、一方、被検知物１１０が被検知部１１０ａ以外の部分１１０ｂで損傷した場合には、光ファイバ１０２が光ファイバ固定部分１０２で損傷しないように形成されている。

ひずみセンサ１０１によれば、光ファイバ１０２内を透過した光源１０４からの透過光の有無を受光部１０５によって検知することにより、透過光を検知できない場合には、被検知物１１０の損傷箇所は被検知部１１０ａであり、一方、透過光を検知できる場合には、被検知物１１０の損傷箇所は被検知部１１０ａ以外の部分１１０ｂである、あるいは被検知物１１０は損傷を受けていないと判断される。

しかしながら、ひずみセンサ１０１を被検知物１１０に固設する際には、作業者が光ファイバ１０２を損傷させないように注意しながら光ファイバ固定部分１０２を被検知物１１０に固着することとなるので、ひずみセンサ１０１の固設作業が煩雑であるという不都合がある。また、ひずみセンサ１０１が検知するひずみの大きさ、すなわち光ファイバ１０２が破断するようなひずみの大きさは光ファイバ１０２の強度や前記接着剤の強度等に依存するので、検知するひずみの大きさを所望の値に管理するのは困難であるという不都合がある。
特開２００２−４８６７６号公報

本発明は、かかる不都合を解消して、ひずみの状態を検知しようとする被検知物に容易に固設することができ、検知するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができるひずみセンサ及びひずみ検知システムを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のひずみセンサは、可視光が導入される光ファイバと、該光ファイバの一部を被覆するように該光ファイバに外挿され、剛性を有する管とを備え、該管は、その内周面と該光ファイバの外周面とが接着されているとともに、その周壁部の一部を切り欠くことにより形成された開口部を有し、前記開口部は、前記管の外周面が被検知部に固設された状態で、該被検知部に生じたひずみに応じて発生する応力を該開口部箇所に集中させるとともに、前記ひずみが所定値を超えたときに、前記光ファイバを前記応力の集中によって前記開口部箇所で破断させるように形成されていることを特徴とする。被検知部とは、ひずみ状態を検知しようとする部位のことである。

本発明のひずみセンサにおいて、前記管の外周面が前記被検知部に固設された状態で前記光ファイバの一端から可視光を導入させると、該被検知部にひずみが生じていない場合には前記光ファイバは破断していないので、該光ファイバに導入された可視光は、前記開口部箇所で漏れることはなく、該光ファイバの一端から他端に到達する。

ところが、前記被検知部にひずみが生じると、前記開口部によって前記管の周壁部の一部が切り欠かれていることにより、前記ひずみに応じて発生する応力が該管の開口部に集中する。また、前記管の内周面と前記光ファイバの外周面とが接着されていることにより、前記ひずみに応じて発生する応力は該光ファイバの開口部箇所にも集中する。そして、前記被検知部に生じたひずみが所定値を超えると、前記光ファイバは、該光ファイバの開口部箇所に集中した応力によって、該開口部箇所で破断する。この破断により、前記光ファイバ内に導入された可視光は、該開口部箇所から外部に漏れ、他端に到達できなくなる。このとき、ひずみセンサを外部から見ると、前記開口部箇所から外部に漏れた可視光によって、前記光ファイバの開口部箇所で発光が確認される。そして、この発光をひずみセンサの外部から目視で確認することにより、前記被検知部に前記所定値を超える大きさのひずみが生じたことを検知することができる。

また、ひずみセンサは、前記管の外周面が前記被検知部に固設されるように被検知物に固設されていればよいので、作業者は、前記光ファイバを損傷させることなく、ひずみセンサを該被検知物に容易に固設することができる。さらに、ひずみセンサは、前記管の開口部の大きさ、形状等を変更することにより検知するひずみの大きさ、すなわち前記光ファイバが破断するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができる。

したがって、本発明によれば、ひずみの状態を検知しようとする被検知物に容易に固設することができ、検知するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができるひずみセンサを実現することができる。

また、本発明のひずみセンサにおいて、前記管は前記開口部の側方に絞り構造を備えてもよい。該絞り構造の大きさ、形状等を変更することにより、ひずみセンサが検知するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができる。

また、本発明のひずみセンサにおいて、前記管は、前記外周面に平坦面を有し、該平坦面を前記被検知部に対向させて固設されるようにしてもよい。前記管を前記平坦面で前記被検知部にスポット溶接したり、前記平坦面に塗布された接着剤により前記管を前記被検知部に接着したりすることにより、ひずみセンサを前記被検知部に容易かつ強固に固設することができる。

また、本発明のひずみセンサにおいて、さらに、前記管の両端のそれぞれと前記開口部との間で該管の外周面に固着され、可撓性を有する基板を備え、前記管は該基板を介して前記被検知部に固設されるようにしてもよい。前記基板を前記被検知部にスポット溶接したり、前記基板に塗布された接着剤により該基板を前記被検知部に接着したりすることにより、ひずみセンサを前記被検知部に容易に固設することができる。また、前記基板は、前記管の両端のそれぞれと開口部との間で該管の外周面に固着されるので、前記ひずみに応じて発生する応力が開口部に集中することを妨げることがない。

前記基板は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有するようにしてもよい。これにより、前記基板の前記管に固設されている面とは反対面に接着剤を塗布してひずみセンサを前記被検知部に接着させるときに、前記貫通孔内に接着剤が入り込み、接着力が増すので、ひずみセンサを前記被検知部に強固に固設することができる。

さらに、本発明のひずみ検知システムは、本発明のひずみセンサを１つ以上備えるとともに、前記ひずみセンサの光ファイバの一端から可視光を導入させる可視光源を備えることを特徴とする。

本発明のひずみ検知システムによれば、現場で被検知物に容易に固設することができ、検知するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができるひずみ検知システムを実現することができる。

また、本発明のひずみ検知システムを被検知物に複数固設することにより、被検知物の複数の箇所に生じたひずみを検出することができる。

さらに、本発明のひずみ検知システムは、本発明のひずみセンサを複数備え、各前記ひずみセンサの光ファイバの一端は互いに近接して設けられ、少なくとも各前記ひずみセンサの光ファイバの前記一端から可視光を導入可能としたことを特徴とする。

本発明のひずみ検知システムによれば、複数のひずみセンサへの可視光の導入を前記光ファイバの一端が互いに近接している一箇所で実施することができる。

また、本発明のひずみ検知システムは、本発明のひずみセンサを複数備え、各前記ひずみセンサの光ファイバとして、一本の光ファイバが共用され、各前記ひずみセンサの管は、前記一本の光ファイバの長手方向に間隔を有して設けられ、前記一本の光ファイバの両端のうちの一方から可視光を導入可能としたことを特徴とする。

本発明のひずみ検知システムによれば、前記ひずみセンサの光ファイバとして前記一本の光ファイバを用いているので、安価なシステムを実現することができる。

なお、この場合、前記一本の光ファイバの両端のうちの一方から可視光を導入している状態で、いずれか１つの前記ひずみセンサの開口部箇所で一本の光ファイバが破断すると、破断した箇所よりも下流側に存在する他のひずみセンサに可視光を到達させることはできなくなる。この場合には、前記一本の光ファイバの両端のうちの一方からではなく他方から可視光を導入させることにより、上記他のひずみセンサに可視光を到達させることができるようになる。

このとき、前記一本の光ファイバは、その両端が互いに近接するように延設されているようにしてもよい。前記一本の光ファイバの両端のうちの他方から可視光を導入させるために、前記一本の光ファイバの両端のうちの一方に接続されている可視光源を、前記一本の光ファイバの両端のうちの他方に接続されるように切り替える場合に、前記一本の光ファイバの両端が互いに近接しているので、可視光源の設置箇所をほとんど変更する必要がなく、現地での作業を簡略化することができる。

また、本発明のひずみ検知システムは、本発明のひずみセンサと、入力部及び複数の出力部を有し、該ひずみセンサの光ファイバの一端が一つの出力部に接続された分岐用光カプラと、複数の入力部及び出力部を有し、該ひずみセンサの光ファイバの他端が一つの入力部に接続された合流用光カプラと、前記分岐用光カプラの他の一つの出力部及び前記合流用光カプラの他の一つの入力部に両端がそれぞれ接続されたバイパス用光ファイバとを有するセットを複数備え、前記複数のセットは、互いに隣り合う２つのセットのうちの一方のセットの前記合流用光カプラの出力部と、他方のセットの前記分岐用光カプラの入力部とを、連結用光ファイバによって接続することにより直列に接続されていて、その直列に接続された前記複数のセットのうちの一端側に存在するセットの前記分岐用光カプラの入力部から可視光を導入可能としたことを特徴とする。

前記分岐用光カプラは、一つの光路を複数の光路に分岐させるための部品であり、前記合流用光カプラは、複数の光路を一つの光路に合流させるための部品である。

前記互いに隣り合う２つのセットのうちの一方のセットの分岐用光カプラに入力された可視光は、該分岐用光カプラの複数の出力部に分岐して出力される。この分岐用光カプラの一つの出力部から出力された可視光は、この一方のセットのひずみセンサの光ファイバを介して、この一方のセットの合流用光カプラの一つの入力部に到達する。一方、この分岐用光カプラの他の一つの出力部から出力された可視光は、この一方の前記バイパス用光ファイバを介して、前記合流用光カプラの他の一つの入力部に到達する。前記合流用光カプラに到達したそれぞれの可視光は合流し、前記連結用光ファイバを介して、前記互いに隣り合う２つのセットのうちの他方のセットの分岐用光カプラの入力部に到達する。

このとき、いずれかの前記セットのひずみセンサの光ファイバが破断した場合には、そのセットの分岐用光カプラに入力された可視光は、そのセットのバイパス用光ファイバを介してそのセットの合流用光カプラに到達し、前記互いに隣り合う２つのセットのうちの他方のセットの分岐用光カプラに到達し、前記連結用光ファイバを介して前記光ファイバが破断したセットに隣り合うセットの分岐用光カプラに到達する。その結果、前記光ファイバが破断したひずみセンサを有するセットの下流側に存在する他のセットのひずみセンサに可視光を到達させることができる。したがって、本発明のひずみ検知システムによれば、いずれかの前記ひずみセンサの光ファイバが破断した場合でも、他のひずみセンサに可視光を到達させることができる。

また、本発明のひずみ検知システムは、本発明のひずみセンサを複数備えるとともに、入力部及び複数の出力部を有する複数の分岐用光カプラと、入力された可視光を複数の出力部から分配して供給する光分配供給手段とを備え、該光分配供給手段の各出力部は、連結用光ファイバによって各前記分岐用光カプラの入力部に接続され、前記分岐用光カプラの各出力部は、各前記ひずみセンサの光ファイバの一端に接続されていることを特徴とする。

本発明のひずみ検知システムでは、前記光分配供給手段に入力された可視光は、該光分配供給手段の各出力部から前記連結用光ファイバを介して前記分岐用光カプラに到達し、該分岐用光カプラの各出力部から各前記ひずみセンサの光ファイバに導入される。このとき、一つの前記ひずみセンサに到達する可視光は、他の前記ひずみセンサの光ファイバを介することはない。

したがって、いずれかの前記ひずみセンサの光ファイバが破断した場合でも、他のひずみセンサの光ファイバに可視光を到達させることができる。また、前記光分配供給手段の出力部の数を増やすことによって、該出力部に前記分岐用光カプラを介して接続される前記ひずみセンサの総数を増やすことができる。

なお、前記光分配供給手段は、例えば１つ以上の分岐用光カプラを用いて構成される。

また、本発明のひずみ検知システムは、本発明のひずみセンサを複数備えるとともに、入力された可視光を複数の出力部から選択的に出力する光スイッチとを備え、該光スイッチは、各出力部に各前記ひずみセンサの光ファイバの一端が接続されていることを特徴とする。

本発明のひずみ検知システムでは、前記光スイッチに入力された光は、該光スイッチの各出力部に接続された前記ひずみセンサの光ファイバに選択的に導入される。このとき、一つの前記ひずみセンサに到達する可視光は、他の前記ひずみセンサの光ファイバを介することはない。

したがって、いずれかの前記ひずみセンサの前記光ファイバが破断した場合でも、他の前記ひずみセンサの光ファイバに可視光を到達させることができる。

また、前記光スイッチに前記ひずみセンサの光ファイバを直接接続するので、現地での接続作業が容易である。

また、前記光スイッチの出力部の数を増やすことによって、該出力部に接続される前記ひずみセンサの総数を増やすことができる。

さらに、各前記ひずみセンサの光ファイバの他端は、外部から視認可能な位置に設けられるようにしてもよい。前記光ファイバの開口部箇所にて発光の有無を確認する代わりに、前記光ファイバの他端にて発光の有無を確認することにより、ひずみを検知することができる。このとき、各前記光ファイバの他端を集中して設けることにより、発光の有無を効率よく確認することができる。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は第１実施形態のひずみセンサを備えるひずみ検知システムの一構成例を示すシステム構成図である。図２は図１に示す第１実施形態のひずみセンサの構成を示す説明図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）はＡ−Ａ拡大断面図である。図３は第１実施形態のひずみセンサの作動を示す説明図である。図４は図１に示す第１実施形態のひずみセンサの変形例の構成を示す説明図であり、図４（ａ）は第１変形例を示す説明図、図４（ｂ）は第２変形例を示す説明図である。図５は第２実施形態のひずみセンサの構成を示す説明図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は平面図、図５（ｃ）は側面図である。図６は本実施形態のひずみセンサの管の開口部の例を示す説明的側面図であり、図７は本実施形態のひずみセンサの管の絞り構造の例を示す説明的平面図である。図８〜図１０は本実施形態のひずみ検知システムを示すシステム構成図である。図１１は本実施形態のひずみ検知システムの取り付け説明図であり、図１２は本実施形態のひずみ検知システムの変形例を示すシステム構成図である。

図１示のひずみ検知システム１は、第１実施形態のひずみセンサ２と、可視光源３とを備える。ひずみセンサ２は、例えば橋梁、柱、梁、壁等の構造物である被検知物４の一部に固設されている。また、可視光源３は、ひずみセンサ２の近くに設けられていてもよいし、ひずみセンサ２から離れた場所に設けられていてもよいし、ひずみの有無を検査する時のみに設けられるようにしてもよい。

ひずみセンサ２は、一端が可視光源３に接続され可視光が導入される光ファイバ５と、光ファイバ５の一部を被覆するように光ファイバ５に外挿された管６と、管６の外周面に固設された一対の基板７，７とを備える。

光ファイバ５は、例えばコア径が５０μｍ、被覆径が２５０μｍの一般的な通信用光ファイバである。光ファイバ５は、一端がコネクタ８を介して可視光源３に接続されていて、コネクタ８と管６との間の部分は、例えば外径が６００μｍ、内径が４００μｍの可撓性を有する合成樹脂製の保護チューブ９によって被覆されている。

管６は、例えば外径が１．２ｍｍ、内径が１．０ｍｍ、長さが２８ｍｍのステンレス製の剛性を有する円管である。光ファイバ５は、管６に挿通され、管６の内周面の最下部に配置されている。また、管６内には、可視光が透過するような透明の材質から成る接着剤１０が充填されている。光ファイバ５は、接着剤１０によりその外周面が管６の内周面に接着されている。

また、管６は、長手方向の中央付近に開口部１１を有している。開口部１１は、図２（ｃ）示のように、基板７と平行な平面により例えば管６の外周面の最上端から０．２ｍｍの深さまでを切り欠いて形成されたものである。開口部１１の平面視形状は、図２（ａ）示のように長さが８ｍｍ、幅が０．６ｍｍの矩形状となっている。また、開口部１１の側面視形状も、図２（ｂ）示のように長さが８ｍｍ、深さが０．２ｍｍの矩形状となっている。開口部１１から管６の内部を見ると、接着剤１０越しに光ファイバ５を視認可能である。

開口部１１を有する管６は、例えば次のようにして作成される。まず、開口部１１を有していない管６を形成し、光ファイバ５を管６に挿通させ、管６の内周面の最下部に配置する。次に、管６の周壁部を切り欠くことにより開口部１１を形成する。次に、管６の両端部を塞いだ状態で開口部１１から接着剤１０を管６に注入し、充填する。次に、真空引きすることにより、管６内に充填された接着剤１０中に残留する気泡を排出する。この接着剤１０の注入と真空引きとを複数回繰り返すことにより、管６の内部を接着剤１０で満たす。最後に、開口部１１から溢れ出た接着剤１０を除去する。なお、管６に開口部１１を形成した後に、光ファイバ５を管６に挿通させるようにしてもよい。

各基板７は、例えば厚さが０．１６ｍｍの薄膜状のステンレス板であって、可撓性を有する。各基板７は、管６の端部から開口部１１の端までの長さに等しい長さを有している。一対の基板７，７は、それぞれ管６の各端部と開口部１１との間で管６の外周面に固着されている。

ひずみセンサ２は、被検知物４の被検知部（ひずみ状態を検知しようとする部位）に、基板７がスポット溶接されることにより基板７を介して固設されている。

以上の構成を有するひずみセンサ２は、開口部１１の大きさや形状等を適切に設定しておくことにより、被検知物４の被検知部に生じたひずみが所定値を超えたときに、開口部１１箇所に集中する応力によって光ファイバ５が破断するように形成されている。この所定値は、光ファイバ５が破断するのに必要なひずみの最小値であって、これがひずみセンサ２が検知するひずみの大きさとなる。第１実施形態のひずみセンサ２は、被検知部のひずみが５５００μ以上のときに光ファイバ５が破断するように形成されている。

可視光源３は、例えばＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製の光ファイバ導通チェッカを用いることができ、この可視光源３は赤色レーザー光（可視光）を出力する。

次に、以上から成る第１実施形態のひずみセンサ２の作動について説明する。まず、可視光源３をＯＮにすると、可視光源３からの可視光が一端から光ファイバ５に導入される。被検知物４にひずみが生じていない状態では光ファイバ５は破断していないので、光ファイバ５に導入された可視光は、開口部１１箇所で漏れることなく他端に到達する。

次に、被検知物４の被検知部にひずみが生じると、管６の開口部１１が切り欠かれていることにより、このひずみに応じてひずみセンサ２に発生する応力が管６の開口部１１箇所に集中する。また、管６の内周面と光ファイバ５の外周面とが接着されていることにより、このひずみに応じて発生する応力は光ファイバ５に作用する。そして、被検知物４の被検知部に生じたひずみが５５００μを超えると、図３示のように、光ファイバ５は、ひずみに応じて発生した応力によって開口部１１箇所で破断する。この破断により、光ファイバ５に導入された可視光は、開口部１１箇所から外部に漏れ、他端に到達できなくなる。そして、ひずみセンサ２を外部から見ると、開口部１１箇所から外部に漏れた可視光によって、光ファイバ５の開口部１１箇所で発光１３が確認される。

この発光１３を目視で確認することにより、被検知物４のひずみセンサ２が固設された被検知部に５５００μ以上の大きさのひずみが生じたことを検知することができる。

ひずみセンサ２によれば、従来技術のひずみセンサ１０１とは異なり、光ファイバ５が管６によって被覆され、管６の外周面に固着された基板７を介して被検知物４に固設されているので、作業者は、光ファイバ５を損傷させることなく、ひずみセンサ２を被検知物４に容易に固設することができる。さらに、ひずみセンサ２によれば、開口部１１の大きさ、形状等を変更することにより検知するひずみの大きさ、すなわち光ファイバ５が破断するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができる。

なお、ひずみセンサ２の管６及び基板７は、耐蝕性に優れた金属が望ましく、ステンレスの他にインコネル（登録商標）等が挙げられる。

また、ひずみセンサ２は、基板７にスポット溶接を施すことによって、被検知物４に固設されているが、スポット溶接の代わりに、基板７の管６に固設されている面とは反対面に図示しない接着剤を塗布しひずみセンサ２を被検知物４に接着させることにより固設するようにしてもよい。このとき、基板７は、図４（ａ）示のように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１４を有することが好ましい。これにより、貫通孔１４内に接着剤が入り込み、接着力が増すので、ひずみセンサ２を被検知部４に強固に固設することができる。

また、ひずみセンサ２は基板７を介して管６を被検知物４に固設させているが、管６を被検知物４に直接固設させるようにしてもよい。このとき、ひずみセンサ２の外部から光ファイバ５を視認できるように、管６の開口部１１が被検知物４とは反対方向になるようにひずみセンサ２を固設させるのが好ましい。このように、管６を被検知物４に直接固設する場合には、さらに、管６の被検知物４に対向する面（被検知物４に固設する面）が平坦面であることが好ましい。例えば、図４（ｂ）示のように、断面形状が半円形状に形成された管６の場合には、円管の管６の場合と比較すると、被検知物４に対向する面が平坦面であるので、この面での被検知物４へのスポット溶接や、この面に塗布された接着剤による被検知物４への接着が容易であるとともに、管６を被検知物４へ強固に固設することができる。

さらに、ひずみセンサ２の開口部１１の大きさを変更することによって、ひずみセンサ２が検知するひずみの大きさを所望の値に容易に管理することができる。

例えば、図５示の第２実施形態のひずみセンサ２０は、第１実施形態のひずみセンサ２の開口部１１の大きさを変更したものである。ひずみセンサ２０の開口部１１は、基板７と平行な平面により管６の外周面の上半分、すなわち管６の外周面の最上端から０．６ｍｍの深さまでを切り欠くことにより形成され、開口部１１の平面視形状は、図５（ｂ）示のように長さが１．５ｍｍ、幅が１ｍｍの矩形状となっている。このように形成されることにより、第２実施形態のひずみセンサ２０が検知するひずみの大きさは２４００μとなっている。

また、管６の開口部１１の大きさや形状を変更したり、管６の開口部１１近傍に絞り構造を設けたりすることにより、このようなひずみセンサ２，２０が検知するひずみの大きさを管理することも可能である。

例えば図６（ａ）示のように、図１と同様に側面形状で矩形状に切り欠くようにした場合には、開口部１１の開口深さＤを大きくするとともに開口長さＬを小さくすることにより、管６の開口部１１箇所に応力が集中しやすくなり、ひいては検知するひずみの大きさが小さくなる。また、図６（ｂ）示のように、開口部１１を側面視形状で半円形状に切り欠くようにしてもよい。この場合には、開口部１１の開口半径Ｒを大きくすることにより、管６の開口部１１に応力が集中しやすくなる。また、例えば図６（ｃ）示のように側面形状で三角形状に切り欠くようにしてもよい。この場合には、開口部１１の開口深さＤを大きくするとともに開口長さＬを小さくすることにより、管６の開口部１１に応力が集中しやすくなる。なお、実機では、加工の容易さも含めて考えると、開口部１１は図６（ｃ）の形状が好ましい。

また、例えば図７（ａ）示のように、管６の開口部１１側方に平面形状で半円状の絞り構造（凹み部）１５を設けるようにしてもよい。この場合には、絞り構造１５の絞り半径Ｒを大きくすることにより、管６の開口部１１に応力が集中しやすくなる。また、例えば図７（ｂ）示のように平面形状で三角形状の絞り構造１５を設けたり、例えば図７（ｃ）のように平面形状で矩形状の絞り構造１５を設けたりしてもよい。この場合には、絞り構造１５の絞り幅Ｗを大きくするとともに絞り長さＬを小さくすることにより、管６の開口部１１に応力が集中しやすくなる。なお、実機では、絞り構造１５は図７（ａ）の形状が好ましい。

次に、複数の被検知部のひずみを、複数のひずみセンサを用いて検知するシステムの例を説明する。

まず、図８（ａ）は、図１示のひずみ検知システム１を複数配設したものである。各ひずみ検知システム１の可視光源３は、互いに近接して配置され、１箇所で操作できるようになっている。各ひずみ検知システム１の光ファイバ５は、互いに長さが異なるように形成され、各ひずみセンサ２を各被検知部に固設できるようになっている。

このとき、可視光源３をひずみセンサ２の光ファイバ５の一端に着脱可能に接続できるようにして、１つの可視光源３を各ひずみ検知システム１に順番に設けるようにしてもよい。このようにすることにより、複数のひずみセンサ２への可視光の導入を、１つの可視光源３によって実施することができる。

さらに、このとき、各ひずみ検知システム１のひずみセンサ２の光ファイバ５の一端を互いに近接して配置するとともに、その近接位置に１つの可視光源３を配置し、各光ファイバ５の一端から可視光を導入させるようにしてもよい。このようにすることにより、複数のひずみセンサ２への可視光の導入を、各ひずみセンサ２の光ファイバ５の一端が互いに近接している一箇所で実施することができる。

また、図８（ｂ）示のひずみ検知システム３０は、複数のひずみセンサ２ａ〜２ｃを備え、各ひずみセンサ２ａ〜２ｃの光ファイバとして、一本の光ファイバ５が共用されている。ひずみセンサ２ａ〜２ｃの管は、一本の光ファイバ５の長手方向に間隔を有して設けられている。また、可視光源３は、一本の光ファイバ５の一端に着脱自在に接続されるとともに、必要に応じて一本の光ファイバ５の他端にも接続することができる。

可視光は、一端から一本の光ファイバ５に導入され、各ひずみセンサ２ａ〜２ｃに到達する。また、一本の光ファイバ５の他端に可視光源３を接続させた場合には、可視光は他端から一本の光ファイバ５に導入され、各ひずみセンサ２ｃ〜２ａに到達する。

ひずみ検知システム３０によれば、各ひずみセンサ２ａ〜２ｃの光ファイバとして一本の光ファイバ５を用いているので、安価なシステムを実現することができる。

なお、この場合、一本の光ファイバ５の一端から可視光を導入している状態で、いずれかの１つのひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ａ）の開口部１１箇所で一本の光ファイバ５が破断すると、破断した箇所よりも下流側に存在する他のひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ｂ，２ｃ）に可視光を到達させることはできなくなる。この場合には、可視光源３を一本の光ファイバ５の他端近く（図中の一点鎖線の位置）に移動するとともに、可視光源３に一本の光ファイバ５の他端を接続し、一本の光ファイバ５の他端から可視光を導入させることにより、上記他のひずみセンサ２（ひずみセンサ２ｂ，２ｃ）に可視光を到達させることができるようになる。

また、図８（ｃ）示のひずみ検知システム４０は、ひずみ検知システム３０の一本の光ファイバ５の両端が互いに近接するように延設したものである。可視光源３は、一本の光ファイバ５の一端から可視光を導入する。いずれかのひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ａ）の開口部１１箇所で一本の光ファイバ５が破断し、可視光源３に一本の光ファイバ５の他端を接続しようとする場合に、一本の光ファイバ５の両端が互いに近接しているので、可視光源３の設置箇所をほとんど変更する必要がなく、現地での作業を簡略化することができる。

さらに、図９示のひずみ検知システム５０は、ひずみセンサ２と、入力部５１及び複数の出力部５２を有し、ひずみセンサ２の光ファイバ５の一端が一つの出力部５２ａに接続された分岐用光カプラ５３と、複数の入力部５４及び出力部５５を有し、ひずみセンサ２の光ファイバ５の他端が一つの入力部５４ａに接続された合流用光カプラ５６と、分岐用光カプラ５３の他の一つの出力部５２ｂ及び合流用光カプラ５６の他の一つの入力部５４ｂに両端がそれぞれ接続されたバイパス用光ファイバ５７とを有するセット５８を複数備える。分岐用光カプラ５３は、一つの光路を複数の光路に分岐させるための部品であり、合流用光カプラ５６は、複数の光路を一つの光路に合流させるための部品である。

各セット５８ａ〜５８ｃは、互いに隣り合う２つのセット５８（例えば、セット５８ａ及びセット５８ｂ）のうちの一方のセット５８（例えば５８ａ）の合流用光カプラ５６の出力部５５と、他方のセット５８（例えば５８ｂ）の分岐用光カプラ５３の入力部５１とを、連結用光ファイバ５９によって接続することにより直列に接続されている。

その直列に接続された複数のセット５８のうちの一端側に存在するセット５８（例えば５８ａ）の分岐用光カプラ５３の入力部５１に、可視光源３に接続された導入用光ファイバ６０が接続されている。

可視光源３からの可視光は、導入用光ファイバ６０を介して複数のセット５８のうちの一端側に存在するセット５８ａの分岐用光カプラ５３に入力し、一つの出力部５２ａから出力される可視光と他の一つの出力部５８ｂから出力される可視光とに分岐する。一つの出力部５８ａから出力された可視光は、ひずみセンサ２の光ファイバ５を介して合流用光カプラ５６の一つの入力部５４ａに到達する。一方、他の一つの出力部５８ｂから出力された可視光は、バイパス用光ファイバ５７を介して合流用光カプラ５６の他の一つの入力部５４ｂに到達する。合流用光カプラ５６に到達したそれぞれの可視光は合流し、連結用光ファイバ５９を介してセット５８ａに隣り合うセット５８ｂの分岐用光カプラ５３に入力される。

次に、セット５８ｂの分岐用光カプラ５３に入力された可視光は、セット５８ａと同様にして合流用光カプラ５６に到達し、連結用光ファイバ５９を介してセット５８ｂに隣り合うセット５８ｃの分岐用光カプラ５３に入力される。

次に、セット５８ｃの分岐用光カプラ５３に入力された可視光は、セット５８ａと同様にして合流用光カプラ５６に到達する。

このとき、例えばセット５８ａのひずみセンサ２ａの光ファイバ５ａが破断した場合には、セット５８ａの分岐用光カプラ５３に入力された可視光は、セット５８ａのバイパス用光ファイバ５７を介して、セット５８ａの合流用光カプラ５６に到達し、連結用光ファイバ５９を介して、セット５８ａに隣り合うセット５８ｂの分岐用光カプラ５３に到達する。その結果、光ファイバ５ａが破断したひずみセンサ２ａを有するセット５８ａの下流側に存在する他のセット５８ｂ，５８ｃのひずみセンサ２ｂ，２ｃに可視光を到達させることができる。したがって、ひずみ検知システム５０によれば、いずれかのひずみセンサ２の光ファイバ５が破断した場合でも、他のひずみセンサ２に可視光を到達させることができる。

また、図１０（ａ）のひずみ検知システム７０は、複数のひずみセンサ２ａ〜２ｄと、入力部５１及び複数の出力部５２ａ，５２ｂを有する複数の分岐用光カプラ５３ａ，５３ｂと、入力部７１から入力された可視光を複数の出力部７２ａ，７２ｂから分配して供給する光分配供給手段７３とを備える。ここでは、光分配供給手段７３として、１つの分岐用光カプラを用いている。ただし、ひずみセンサ２の個数によっては、分岐用光カプラの各出力部に連結用光ファイバを介して他の分岐用光カプラを接続したものを用いてもよいし、１つの分岐用光カプラの代わりに後述の光スイッチを用いることにしてもよい。

光分配供給手段７３の入力部７１は、導入用光ファイバ６０によって可視光源３に接続されている。一方、光分配供給手段７３の各出力部７２ａ，７２ｂは、連結用光ファイバ５９によって各分岐用光カプラ５３ａ，５３ｂの入力部５１に接続されている。各分岐用光カプラ５３ａ，５３ｂの出力部７２ａは、各ひずみセンサ２ａ，２ｂの光ファイバ５ａ，５ｂの一端に接続され、各分岐用光カプラ５３ａ，５３ｂの出力部７２ｂは、各ひずみセンサ２ｃ，２ｄの光ファイバ５ｃ，５ｄの一端に接続される。

可視光源３から光分配供給手段７３に入力された可視光は、分岐して各出力部７２ａ，７２ｂから出力し、各分岐用光カプラ５３ａ，５３ｂに入力される。各分岐用光カプラ５３ａ，５３ｂに入力された可視光は、分岐して各光ファイバ５ａ〜５ｄを介してひずみセンサ２ａ〜２ｄに到達する。このとき、各ひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ａ）に到達する可視光は、他のひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ｂ〜２ｄ）の光ファイバ５（例えば光ファイバ５ｂ〜５ｄ）を介することはない。

したがって、いずれかのひずみセンサ２の光ファイバ５（例えばひずみセンサ２ａの光ファイバ５ａ）が破断した場合でも、他のひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ｂ〜２ｄ）に可視光を到達させることができる。

また、光分配供給手段７３の構成を変更して出力部７２の数を増やす、例えば光分配供給手段７３として１０個の出力部を有する光スイッチを用いることにより、出力部７２に分岐用光カプラを介して接続されるひずみセンサ２の総数を容易に増やすことができる。

また、図１０（ｂ）のひずみ検知システム８０は、複数のひずみセンサ２ａ〜２ｄと、入力部８１から入力された可視光を複数の出力部８２ａ〜８２ｄから選択的に出力する光スイッチ８３とを備える。

光スイッチ８３の入力部８３は、導入用光ファイバ６０によって可視光源３に接続されている。一方、光スイッチ８３の各出力部８２，８２ｂは、各ひずみセンサ２ａ〜２ｄの光ファイバ５ａ〜５ｄの一端に接続されている。

可視光源３から光スイッチ８３に入力された可視光は、分岐して各出力部８２ａ〜８２ｄから出力し、各光ファイバ５ａ〜５ｄを介してひずみセンサ２ａ〜２ｄに到達する。このとき、各ひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ａ）に到達する可視光は、他のひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ｂ〜２ｄ）の光ファイバ５（例えば光ファイバ５ｂ〜５ｄ）を介することはない。

したがって、いずれかのひずみセンサ２の光ファイバ５（例えばひずみセンサ２ａの光ファイバ５ａ）が破断した場合でも、他のひずみセンサ２（例えばひずみセンサ２ｂ〜２ｄ）に可視光を到達させ、ひずみを検知することができる。

また、光スイッチ８３にひずみセンサ２の光ファイバ５と可視光源３とを直接接続しているので、現地での接続作業が容易である。また、図では４つの出力部８２ａ〜８２ｄを有する光スイッチ８３を用いているが、出力部の数が多い光スイッチを用いることにより、接続させるひずみセンサ２の数を増やすことができる。

以上のひずみ検知システム１，３０，４０，５０，７０，８０は、例えば図１１示のように橋梁９０における亀裂管理に用いることができる。ここでは、ひずみ検知システム７０を用いる場合について説明する。まず、ひずみを検査する前に、複数の分岐用光カプラ５３ａ〜５３ｃを橋桁９１の上部に固設し、分岐用光カプラ５３ａの各出力部に連結用光ファイバ５９によって分岐用光カプラ５３ｂ，５３ｃを接続する。また、複数のひずみセンサ２ａ〜２ｄを主桁９２のひずみが発生しやすい箇所、例えば溶接部近傍に固設し、各ひずみセンサ２ａ〜２ｄの光ファイバ５を分岐用光カプラ５３ｂ，５３ｃの各出力部に接続する。ひずみセンサ２は、予想される亀裂方向に複数固設しておくことが望ましい。次に、ひずみの有無を検査するときに、橋桁９１の下部に可視光源３を設け、可視光源３と分岐用光カプラ５３ａとを導入用光ファイバ６０によって接続し、可視光を導入する。このとき、外部からひずみセンサ２ａ〜２ｄを外部から観察し、各光ファイバ５ａ〜５ｄの開口部箇所にて発光の有無を確認することにより、ひずみセンサ２ａ〜２ｄの被検知部に所定値を超える大きさのひずみが生じたことを検知することができる。

また、以上のひずみ検知システム１，７０，８０を用いて、例えば壁の内側のように外部から観察できない箇所についてひずみを検出することも可能である。ここでは、ひずみ検知システム７０を用いる場合について説明する。予め、図１２示のように、各ひずみセンサ２ａ〜２ｄを被検知部に固設するとともに、各光ファイバ５ａ〜５ｄの他端を外部から視認可能な位置、例えば壁の外側に導出しておく。そして、各光ファイバ２ａ〜２ｄの開口部箇所にて発光の有無を確認する代わりに、各光ファイバ２ａ〜２ｄの他端にて発光の有無を確認することにより、ひずみを検知することができる。また、このとき、各光ファイバ５ａ〜５ｄの他端を集中して設けることにより、発光の有無を効率よく確認することができる。

第１実施形態のひずみセンサを備えるひずみ検知システムの一構成例を示すシステム構成図。 図１に示す第１実施形態のひずみセンサの構成を示す説明図。 第１実施形態のひずみセンサの作動を示す説明図。 図１に示す第１実施形態のひずみセンサの変形例の構成を示す説明図。 第２実施形態のひずみセンサの構成を示す説明図。 本実施形態のひずみセンサの管の開口部の例を示す説明的側面図 本実施形態のひずみセンサの管の絞り構造の例を示す説明的平面図。 本実施形態のひずみ検知システムを示すシステム構成図。 本実施形態のひずみ検知システムを示すシステム構成図。 本実施形態のひずみ検知システムを示すシステム構成図。 本実施形態のひずみ検知システムの取り付け説明図。 本実施形態のひずみ検知システムの変形例を示すシステム構成図。 従来技術のひずみセンサを示す説明図。

符号の説明

１，３０，４０，５０，７０，８０…ひずみ検知システム、 ２，２０…ひずみセンサ、 ３…可視光源、 ５…光ファイバ、一本の光ファイバ、 ６…管、 ７…基板、 １１…開口部、 １３…発光、 １４…貫通孔、 １５…絞り構造、 ５１…分岐用光カプラの入力部、 ５２…分岐用光カプラの出力部、 ５３…分岐用光カプラ、 ５４…合流用光カプラの入力部、 ５５…合流用光カプラの出力部、 ５６…合流用光カプラ、７２…光分配供給手段の出力部、 ７３…光分配供給手段、 ８２…光スイッチの出力部、 ８３…光スイッチ。

Claims (13)

1. 可視光が導入される光ファイバと、
   該光ファイバの一部を被覆するように該光ファイバに外挿され、剛性を有する管とを備え、
   該管は、その内周面と該光ファイバの外周面とが接着されているとともに、その周壁部の一部を切り欠くことにより形成された開口部を有し、
   前記開口部は、前記管の外周面が被検知部に固設された状態で、該被検知部に生じたひずみに応じて発生する応力を該開口部箇所に集中させるとともに、前記ひずみが所定値を超えたときに、前記光ファイバを前記応力の集中によって前記開口部箇所で破断させるように形成されている
   ことを特徴とするひずみセンサ。
2. 請求項１記載のひずみセンサにおいて、
   前記管は、前記開口部の側方に絞り構造を備えることを特徴とするひずみセンサ。
3. 請求項１又は２記載のひずみセンサにおいて、
   前記管は、前記外周面に平坦面を有し、該平坦面を前記被検知部に対向させて固設されることを特徴とするひずみセンサ。
4. 請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサにおいて、
   さらに、前記管の両端のそれぞれと前記開口部との間で該管の外周面に固着され、可撓性を有する基板を備え、
   前記管は該基板を介して前記被検知部に固設されることを特徴とするひずみセンサ。
5. 請求項４記載のひずみセンサにおいて、
   前記基板は、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有することを特徴とするひずみセンサ。
6. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサを１つ以上備えるとともに、前記ひずみセンサの光ファイバの一端から可視光を導入させる可視光源を備えることを特徴とするひずみ検知システム。
7. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサを複数備え、
   各前記ひずみセンサの光ファイバの一端は互いに近接して設けられ、
   少なくとも各前記ひずみセンサの光ファイバの前記一端から可視光を導入可能としたことを特徴とするひずみ検知システム。
8. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサを複数備え、
   各前記ひずみセンサの光ファイバとして、一本の光ファイバが共用され、
   各前記ひずみセンサの管は、前記一本の光ファイバの長手方向に間隔を有して設けられ、
   前記一本の光ファイバの両端のうちの一方から可視光を導入可能としたことを特徴とするひずみ検知システム。
9. 請求項８記載のひずみ検知システムにおいて、前記一本の光ファイバは、その両端が互いに近接するように延設されていることを特徴とするひずみ検知システム。
10. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサと、入力部及び複数の出力部を有し、該ひずみセンサの光ファイバの一端が一つの該出力部に接続された分岐用光カプラと、複数の入力部及び出力部を有し、該ひずみセンサの光ファイバの他端が一つの該入力部に接続された合流用光カプラと、前記分岐用光カプラの他の一つの出力部及び前記合流用光カプラの他の一つの入力部に両端がそれぞれ接続されたバイパス用光ファイバとを有するセットを複数備え、
    前記複数のセットは、互いに隣り合う２つのセットのうちの一方のセットの前記合流用光カプラの出力部と、他方のセットの前記分岐用光カプラの入力部とを、連結用光ファイバによって接続することにより直列に接続されていて、
    その直列に接続された前記複数のセットのうちの一端側に存在するセットの前記分岐用光カプラの入力部から可視光を導入可能としたことを特徴とするひずみ検知システム。
11. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサを複数備えるとともに、入力部及び複数の出力部を有する複数の分岐用光カプラと、入力された可視光を複数の出力部から分配して供給する光分配供給手段とを備え、
    該光分配供給手段の各出力部は、連結用光ファイバによって各前記分岐用光カプラの入力部に接続され、
    前記分岐用光カプラの各出力部は、各前記ひずみセンサの光ファイバの一端に接続されていることを特徴とするひずみ検知システム。
12. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載のひずみセンサを複数備えるとともに、入力された可視光を複数の出力部から選択的に出力する光スイッチとを備え、
    該光スイッチは、各出力部に各前記ひずみセンサの光ファイバの一端が接続されていることを特徴とするひずみ検知システム。
13. 請求項６又は１１又は１２記載のひずみ検知システムにおいて、
    各前記ひずみセンサの光ファイバの他端は、外部から視認可能な位置に設けられていることを特徴とするひずみ検知システム。

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