JP4647601B2 - 光ファイバー格子センサ用固定具 - Google Patents

Description

本発明は、波長変位を測定するのに用いられる光ファイバー格子センサの初期設定値の保持と被測定物に取り付けるための光ファイバー格子センサ用固定具に係り、より詳しくは、一対の固定片に管を固定ボルトで固定し、この管に光ファイバー格子センサを内挿して固定片に固着する固定具に関する。このとき、管は、固定ボルトによって光ファイバー格子センサの初期設定値の保持及び保護の役割をも果たすことができる。

一般に、光ファイバーセンサは、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）とも呼ばれており、光ファイバーのコア部の屈折率を一定周期で変化させたものであって、特定の波長の光のみを選択的に反射する。
また、この種の光ファイバーセンサは、固有の波長値を持ち、電磁波の影響を受けないなどの物理的な特性に非常に優れていて、従来の電気式ケージに取って代われている優れた物理量測定素子であって、現在、その活用範囲が急速に増大している傾向にある。
概してこの種の光ファイバーセンサは、単位面積当たりの引張力が非常に高い反面、直径が１２５μｍと非常に小さいから外部からの衝撃によって破断し易いため、建物や橋脚などの被測定物への取付時には非常に細かな作業が要求される。

また、これの取付時には適当な引張力を持つように張っている状態で取り付けなければ精度よい値の測定が不可能であるにもかかわらず、今までは適宜の光ファイバー格子センサ用固定具がなかった関係で現場で直接熟練者が一々その値を設定しなければならなかった時空間上の困難さがあった。
このため、上記のような光ファイバー格子センサの優れた測定能力にもかかわらず、取付及び取り扱いが困難であるため、現実上、各分野の産業現場で広く使えない。
一方、今までは、この種の光ファイバー格子センサの取付時、被測定物に直接接着剤又は光固定片で取り付けて使っていたが、各ユーザが任意の形態を有する固定片を作製しこれで光ファイバーセンサを取り付けていたため、各種の外部要因、例えば雨、風、昆虫や動物などの外部衝撃に光ファイバーセンサが露出していた。
この結果、上記のように外部要因に露出した光ファイバーセンサが誤った変形値を測定することがあり、また土木構造物の常時監視と計測システムを維持・補修するのに大変困っていた。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、場所を問わず何人でも光ファイバー格子センサを正確な値を保てるように設定及び取り付けることができるのみならず、光ファイバー格子センサを一度取り付ければ、半永久的に被測定物に固定及び外部衝撃から保護できるようにする光ファイバー格子センサ用固定具を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の変形率を測定するための光ファイバー格子センサを被測定物に固定するための一対の固定片を有する固定具は、上記固定片のそれぞれが、その底面にセンサ取付溝と、上記固定片の一方面から突設し上記センサ取付溝と連通する管差込部を備え、上記光ファイバー格子センサを外囲する管が上記一対の固定片の間に配設され、上記管の両先端が締付部材で固定片のそれぞれの管差込部の内側に取り外し自在に差し込まれ、上記光ファイバー格子センサが上記管に内挿され、上記光ファイバー格子センサの両先端部が固着剤で上記固定片のセンサ取付溝に固定されることを特徴とする。

以上で説明した本発明によれば、既存の光ファイバー格子センサの取付の際に光ファイバー格子センサ用固定具１を使うことにより非専門家であっても光ファイバー格子センサを容易に取り付けることができ、一度取り付ければ半永久的に使用可能であり、且つ外部からの衝撃から光ファイバー格子センサを安全に保護することができる。
この結果、従来の外部要因による誤った測定値が得られるという問題を防ぐことができ、電磁波による歪みがないことで土木構造物の常時安全計測が可能となるのみならず、定期安全点検を行う度に電気式ストレーンゲージを設置しなければならなかった煩わしさを解消することができる。
さらには、光ファイバー格子センサの取付にかかる時間とコストが節減され、光ファイバー格子センサ固有の波長値の変化を測定することができるため、初期対比の被測定物の変化率を精度よく計測することができ、土木構造物の疲労度を既存の計測システムより正確に測定することができるという長所がある。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳述する。
図１は、本発明の光ファイバー格子センサ用固定具の一実施の形態を示す斜視図であり、図２は、図１の分解斜視図であり、図３は、本発明の光ファイバー格子センサ用固定具を概略的に示す底面図であり、図４は、図１のＩ−Ｉ線断面図である。

本発明は、建物や橋梁などの被測定物の変形率を測定するための光ファイバー格子センサであって、大別して光ファイバー格子センサＳが挿入された状態で固着剤Ｆで上記光ファイバー格子センサＳの両側が一体に固定されると共に、底面がそれぞれ被測定物に固着される一対の固定片３と、上記各固定片が所定間隔離間した状態を保つようにし、内挿された光ファイバー格子センサＳを外部要因から保護する管２と、上記固定片３と管２を固定するための固定手段とからなる。

また、上記固定手段は、固定片３の一方面にそれぞれ一体で突設した管差込部３ａと、上記管差込部の上部に形成されたねじ穴３ｄと、上記ねじ穴に螺合して管２を選択的に押し付けて固定する固定ボルト４とからなる。
この時、上記管２は、二つの固定片３に一体で備えられた管差込部３ａに両端がそれぞれ差し込まれた状態でその中に光ファイバー格子センサＳが挿入され、両側の固定片３の管差込部３ａの間で拘束されない範囲である程度クリアランスを持っていることが好ましい。

一方、上記固定片３は、光ファイバー格子センサＳが挿入できるように底面が開放された形状のセンサ取付溝３ｂが一直線状に形成され、上記センサ取付溝の下方にはセンサ取付溝３ｂを選択的に開閉するために蓋体６が更に設けられる。
詳述すれば、上記固定片３の中央部に沿って光ファイバー格子センサＳが通れるようにセンサ取付溝３ｂが形成されているが、このとき、上記センサ取付溝３ｂに沿って光ファイバー格子センサＳが挿入された状態で固着剤Ｆが充填されるため、上記固着剤によって光ファイバー格子センサＳが両側に向けて引張力を受け、ある程度張っている状態で固定されることは理解できるはずである。

また、図３に示すように、上記センサ取付溝３ｂの内面には、少なくとも一つのスリップ止め溝３ｃが更に形成されているが、これは、センサ取付溝に充填された固着剤Ｆが固まった場合における固定片３と固着剤Ｆの線膨脹係数の差によるセンサ取付溝３ｂ内でのスリップによるクリアランスを防止する。
なお、上記固着剤としては、エポキシ樹脂などを使えばよい。
また、上述のように固定片３の各センサ取付溝３ｂ内においてに光ファイバー格子センサＳがある程度の引張力で張っている状態となれば、ユーザは固定片３の底面を被測定物（図示せず）の表面に接着剤で強固に取り付けれればよい。

一方、上記固定片３の上面には、垂直方向に貫通する少なくとも一つのねじ穴３ｅが更に形成されているが、これは、前で説明したように固定片３の底面を被測定物に接着剤で取り付け難い場合に上記ねじ穴３ｅを介して被測定物に取り付けられた固定板７に固定ボルト５をねじ込むことにより上記固定片３を被測定物に強固に固定することもでき、必要に応じては、固定ボルト５を取り外すことで手軽く繰り返し使用を可能にする。
従って、上述したように接着剤を用いるか、または固定ボルト５及び固定板７を利用して固定片３を被測定物の表面に強固に取り付けた後、光ファイバー格子センサＳの引張力を保つために設けた管差込部３ａの固定ボルト４を緩めるか、取り外すことで被測定物の変形率を計測するための光ファイバー格子センサ用固定具１の取付をすべて完了する。

次いで、上述したように光ファイバー格子センサＳが被測定物の表面に完全に取り付けられた場合は、本発明の光ファイバー格子センサ用固定具１の管２及び固定片３によって安全に保護されるため、外部要因、例えば、雨、風、昆虫などから当該センサが安全に保護できるのみならず、経時的な引張力の変化も生じることなく変形率の計測を正確に行うことができるようになる。
一方、本発明の光ファイバー格子センサＳを産業現場で直接使う時にも被測定物の種類や計測期間によって固定片の接着方法を異ならせることができるが、その例として、１年未満の短期計測には、固定片３を被測定物に直接接着剤で取り付け、１年以上の長期計測に供する時には、固定ボルト５と固定板７を用いて固定片３を被測定物に強固に取り付けて使うことが可能である。

また、ユーザは、上述したように固定片３を被測定物に固定した後、管２の上部に螺合してある固定ボルト４を解いて取り外すことが好ましいが、これは、被測定物の変形が光ファイバー格子センサＳにより敏感に伝わるようにするためであって、これについて実験を行ってみた結果、１μｓ（百万分の一）以下の変形率も計測が可能になることが分かった。

以上、本発明を好適な実施の形態及び図面に基づいて説明したが、本発明は、これらによって限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等な範囲内で種々の修正及び変形が可能であることはいうまでもない。

本発明の光ファイバー格子センサ用固定具の一実施の形態を示す斜視図である。 図１の固定具の分解斜視図である。 本発明の光ファイバー格子センサ用固定具を概略的に示す底面図である。 図１の固定具の断面図である。

符号の説明

１ 固定具
２ 管
３ 固定片
３ａ 管差込部
４ 固定ボルト
Ｓ 光ファイバー格子センサ
Ｆ 接着剤

Claims (5)

1. 変形率を測定するための光ファイバー格子センサ（Ｓ）を被測定物に固定するための一対の固定片（３）を有する固定具であって、
   上記固定片（３）のそれぞれが、その底面にセンサ取付溝（３ｂ）と、上記固定片の一方面から突設し上記センサ取付溝（３ｂ）と連通する管差込部（３ａ）を備え、上記管差込部（３ａ）を備える上記固定片（３）のそれぞれが、被測定物の変形率を測定するための組立品中において一体構造であり、
   上記光ファイバー格子センサ（Ｓ）を外囲する管（２）が上記一対の固定片（３）の間に配設され、上記管（２）の両先端が締付部材（４）で固定片（３）のそれぞれの管差込部（３ａ）の内側に取り外し自在に差し込まれ、上記管（２）は被測定物の表面に直接固定されず、
   上記光ファイバー格子センサ（Ｓ）が上記管（２）に内挿し、上記光ファイバー格子センサＳの両先端部が固着剤（Ｆ）で上記固定片（３）のセンサ取付溝（３ｂ）に固定され、上記管差込部（３ａ）を備える上記固定片（３）のそれぞれは単一の構造体であり、
   上記固定片（３）が、上記各固定片（３）のそれぞれの側面から突出した管差込部（３ａ）と、上記管（２）の側面を露出させるために上記管差込部（３ａ）の上部に形成されたねじ穴（３ｄ）と、上記管（２）を選択的に押付け固定するために上記ねじ穴（３ｄ）を通じて露出された側面から上記ねじ穴（３ｄ）に螺合する固定ボルト（４）と、を含むことを特徴とする光ファイバー格子センサ用固定具。
2. 上記固定片（３）のセンサ取付溝（３ｂ）を封じ止めるための蓋体（６）を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサ用固定具。
3. 上記センサ取付溝に充填された上記固着剤（Ｆ）が硬化する時、上記固定片（３）と上記固着剤（Ｆ）の間に線膨脹係数のため上記センサ取付溝（３ｂ）内部にクリアランスが生じないように、上記センサ取付溝（３ｂ）の内面には少なくとも一つ以上のスリップ止め溝（３ｃ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサ用固定具。
4. 被測定物に取り付けられる固定板（７）を更に含むことによって、上記固定片（３）を固定ボルト（５）で上記被測定物の固定板（７）に取り外し自在に固定することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサ用固定具。
5. 上記管差込部（３ａ）に差し込まれる管（２）は、その両端部に上記管の回転を抑えその水平状態を保つためにタップ（８）を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー格子センサ用固定具。

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