JP2007114218A - 光ファイバケーブルおよびこれを用いた光ファイバセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】特に、コンクリート構造物等の各種構造物の微小な変形を検出する技術として、構造物に布設固定した光ファイバケーブルへの入射光のブリルアン散乱光の観測結果を利用する技術が存在するが、構造物への取り付け性等に適した光ファイバケーブルは無かったため、その開発が求められていた。
【解決手段】外皮を形成する樹脂中に長手方向の歪み検出用の内部光ファイバ４を埋設収納してなる断面扁平の光ファイバ収納部５と、この光ファイバ収納部５の断面長手方向両側を膨出させ、前記外皮を形成する樹脂中に抗張力体７を埋設固定してなる一対の抗張力体収納部６とを備える光ファイバケーブル２（２Ａ）、温度補償用光ファイバ８ｂが埋設固定された抗張力体収納部６ａを備える光ファイバケーブル２（２Ｂ）を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ファイバケーブルおよびこれを用いた光ファイバセンサに係り、特に、構造物に対して、該構造物の変形が長手方向の伸び歪みに作用するようにして布設固定されることで、光による構造物の変形の検出に用いられる光ファイバケーブルおよびこれを用いた光ファイバセンサに関するものである。

従来、例えば、とう道、ダム、堤体、崖等の斜面に構築された擁壁、橋梁、建物等のコンクリート構造物の変形の検出は、この構造物の変形発生の可能性のある箇所に、伸縮計、傾斜計等の変位計（電気式センサが採用される）を設置してポイント計測する方法が一般的である。しかしながら、前述のような変形検出方法では、センサの設置数が膨大であることで、計測データの解析が難しいため構造物の変状を総合に把握するには手間が掛かること、伸縮計、傾斜計等の変位計として採用される電気式センサは電源を要すること、電気式センサは誘導電流等の電磁ノイズの影響を受けやすいため誤検出が度々あること、等の問題点があったため、これら問題点を克服できるセンサとして、光ファイバを利用したものが注目されている。

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、非線形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ている。例えば、光ファイバ素線、光ファイバテープ心線、光ファイバコード等の光ファイバを、構造物に沿って延在布設し、これら光ファイバの長手方向複数箇所を構造物に固定することで、構造物の変形が光ファイバの長手方向の伸び歪みとして作用するようにしたものである。そして、光ファイバの一端からの入射光の戻り光のブリルアン散乱光を観測することで、光ファイバの長手方向の伸び歪みの変動（無歪み状態からの長手方向の伸び歪みの発生、伸び歪みの増加、当初、与えられていた伸び歪みの減少等）を検出できるから、これにより、構造物の変形を把握できる。なお、伸び歪みの増加や減少は、ブリルアン散乱光の周波数シフト量の変動によって検出できる。

しかしながら、前述のような光ファイバのブリルアン散乱光の観測を利用したセンサに適用される光ファイバケーブルとしては、構造物に対する取り付け等の施工性に優れるとともに、構造物の変形を光ファイバに効率良く作用させて曲げや伸び、破断等の変形を効率良く作用させ得る構造であることが求められており、これまで、これら条件を満たす適当なものが無かった。このため、センサ自体の施工性の向上や、感度の向上等にも限界があった。前述の光ファイバ素線、光ファイバテープ心線、光ファイバコード等の光ファイバでは、不用意な折り曲げ等により傷めやすい等の取り扱い上の不満があり、また、充分な長期信頼性を確保できないといった問題があった。また、樹脂製外皮内に光ファイバ（光ファイバ心線等）を収納した構造の光ファイバケーブルでは、長手方向の歪み特性に優れるものが少なく、センシング感度が鈍いとともに、重量や径が大きいために構造物に対して布設固定しにくいものが殆どであり、１回の布設距離が短くなってしまうといった問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、構造物に対する布設、固定が容易であり、しかも、長手方向の歪みを精度良く検出できる光ファイバケーブルおよびこれを用いた光ファイバセンサを提供することを目的とする。

本発明は、構造物に対して、該構造物の変形が長手方向の伸び歪みに作用するようにして布設固定されることで、光による構造物の変形の検出に用いられる光ファイバケーブルであって、外皮を形成する樹脂中に長手方向の歪み検出用の内部光ファイバを埋設収納してなる断面扁平の光ファイバ収納部と、この光ファイバ収納部の断面長手方向両側を膨出させて形成され、前記外皮を形成する樹脂中に抗張力体を埋設固定してなる一対の抗張力体収納部とを備えてなることを特徴とする。

構造物の変形によって、この構造物に固定状態の光ファイバケーブルの長手方向の歪み量が変化（増減）する。ここで、この光ファイバケーブル（詳細には内部光ファイバ。以下、単に「光ファイバ」と略称する場合がある）の一端から光を入射し、その戻り光を観測した結果、内部光ファイバの損失増大や、ブリルアン散乱光の周波数シフト量の変化を検出することで、構造物の変形を検出することができる。

本発明では、非線形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長手方向の歪みに依存することを利用して、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ことで、構造物の変形を検出、監視することができる。すなわち、歪みが与えられた光ファイバに試験光を入射した時に生じる後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光の波長は、光ファイバに入射した試験光の波長からずれており、この周波数シフト量から、光ファイバの歪み量を把握することができる。また、試験光の入射後、ブリルアン散乱光が受光、観測されるまでの時間（戻り時間）により、光ファイバの歪み発生位置の概略を把握することができる。

例えば、構造物に固定した光ファイバケーブルの内部光ファイバに、ブリルアン散乱光の観測用の光パルス試験器（いわゆるＢＯＴＤＲ）を接続し、この光パルス試験器を用いて内部光ファイバに光試験（試験光の入射と戻り光の観測）を行ってブリルアン散乱光を観測することで、構造物の変形を検出することができる。初期歪みとして長手方向の伸び歪みを与えて構造物に固定した光ファイバケーブルに、構造物の伸びや割れ（亀裂発生）、圧縮変形等の変形によって長手方向の歪み量が変化すると、内部光ファイバの光試験によってブリルアン散乱光を観測することで、構造物の変形を検出できる。前記「歪み量が変化」とは、構造物の変形による光ファイバの長手方向の伸び歪みが初期歪みに比べて増大または減少することであり、この歪み量の変化（以下「伸縮歪」）を検出することで、構造物の変形を検出できる。つまり、構造物に対して固定した光ファイバが構造物の変形と一体的に変形して伸縮歪が与えられると、この伸縮歪を、光ファイバの光試験によって検出することで、構造物の変形を検出できる。また、観測されたブリルアン散乱光の周波数シフト量から、光ファイバの歪み量を把握することができ、これにより、構造物の変形の程度を把握できる。さらに、観測されたブリルアン散乱光の戻り時間から、構造物の変形位置を計測できる。
但し、本発明では、初期歪みを与えないで構造物に対して固定した光ファイバケーブルの内部光ファイバの伸び歪み発生のみを伸縮歪として検出することで、構造物の変形を観測する構成も採用可能である。

光ファイバケーブルに初期歪みとして長手方向の伸び歪みを与えておくと、構造物の変形を確実かつ高精度に検出できるようになる結果、内部光ファイバの光試験回数を少なくでき、構造物の検出にかかる時間を短縮できるといった利点がある。
すなわち、長手方向の伸び歪みを与えること無く構造物に沿って張設した光ファイバケーブルでは、長手方向の歪み分布にばらつきが存在することが多く、内部光ファイバの内在歪みが解消される程度の伸び歪みの増大が観測されるまで、構造物の変形の発生を明瞭に把握することが困難であり、結局、繰り返し光試験を実施してブリルアン散乱光を観測することになり、構造物の変形検出まで時間を要することになる。
しかしながら、光ファイバケーブルに初期歪みとして長手方向の伸び歪みを与えておくと、張設された光ファイバケーブル内の内部光ファイバの長手方向の歪み分布が均等化され、内部光ファイバの長手方向の歪み分布のばらつきが解消されるから、構造物の変形に伴う光ファイバケーブル固定位置間の距離の変動が、光ファイバケーブルやその内部光ファイバの伸縮歪に直接的に確実に作用するようになり、結局、少ない光試験回数により短時間で構造物の変形を検出できるようになる。特に、複数本の内部光ファイバを収納した多心の光ファイバケーブルでは、前記初期歪みにより各内部光ファイバの伸び歪みの分布を均等化することができるから、いずれの内部光ファイバについても、同様の光試験結果が得られる。このため、例えば、光ファイバケーブルの伸び歪みを観測するため光試験を行う内部光ファイバを切り替えても、観測データの解析条件の変更は殆ど必要無く、光試験のデータに基づく構造物の変形監視を全く同様の条件にて把握することができる。

本発明では、以下の構成を採用することがより好ましい。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光ファイバケーブルにおいて、前記内部光ファイバが、前記光ファイバ収納部の断面長手方向に沿って複数本並列に配列されていることを特徴とする。

本発明は、請求項１または２に記載の光ファイバケーブルが構造物の内周面方向あるいは軸方向に沿って布設され、前記光ファイバケーブルの長手方向複数箇所を、前記構造物の異なる箇所に固定冶具によってそれぞれ固定して、前記固定冶具に前記光ファイバケーブルを張設してなる光ファイバセンサであって、前記固定治具に設けられた１対のケーブル固定部材の形状は、前記光ファイバケーブルの断面形状に対応して、前記光ファイバケーブルを挟み込みにより固定できる形状をなしていることを特徴とする。

本発明の光ファイバケーブルによれば、外皮を形成する樹脂中に歪み検出用の内部光ファイバを埋設収納してなる光ファイバ収納部と、この光ファイバ収納部の断面長手方向両側を膨出させて形成され、前記外皮を形成する樹脂中に抗張力体を埋設固定した１対の抗張力体収納部とを備えるから、内部光ファイバの長手方向の移動を規制する固定用の側圧と、光ファイバケーブルの長手方向の移動を規制する固定用の側圧とを、光ファイバ収納部と抗張力体収納部とに分けて作用させることが可能になり、光ファイバ収納部内の内部光ファイバの光特性に影響を与えること無く、光ファイバケーブル並びにその内部光ファイバを構造物の目的位置に固定することができる。また、扁平断面に形成できることから、断面形状の小型化による軽量化を実現でき、布設作業性や、搬送性を向上できる。さらに、断面円形の光ファイバケーブル等に比べて外皮を薄くできるから、構造物の変形が光ファイバ収納部により直接的に作用して該光ファイバ収納部に収納されている内部光ファイバの長手方向の伸び歪みに作用するようになるから、構造物の変形を高感度に検出することができる。しかも、光ファイバ収納部の両側の抗張力体収納部によって、この光ファイバケーブルの厚さ方向に垂直の面方向には曲げが生じにくい曲げ特性を有するので、構造物の変形を長手方向の伸び歪みに効率良く作用させることができ、構造物の変形を高精度、高感度に検出できるといった優れた効果を奏する。

請求項２記載の光ファイバケーブルによれば、前記内部光ファイバが、前記光ファイバ収納部の断面長手方向に沿って複数本並列に配列されているため、一部の内部光ファイバが使用不可能になっても、別の内部光ファイバを歪み検出用の内部光ファイバとして切り替えて使用できるから、結局、長期にわたって構造物の変形検出に使用することができるといった優れた効果を奏する。

以下本発明の１実施の形態を、図面を参照して説明する。
ここでは、本発明に係る光ファイバケーブル２を、構造物の変形検出（歪み検出）用の光ファイバ１０、２０（図１、図２参照）に適用した例を説明する。
図１、図２は、構造物１としての断面円形のコンクリート壁体であるとう道の歪み発生を検出する光ファイバセンサ１０、２０を示す図であって、図１は断面円形の前記構造物１内面側に周方向に沿って光ファイバケーブル２を布設して構成された光ファイバセンサ１０、図２は前記構造物１内面側に軸方向に沿って光ファイバケーブル２を布設して構成された光ファイバセンサ２０を示す。

光ファイバセンサ１０、２０は、構造物１の内面周方向あるいは軸方向に沿って布設された光ファイバケーブル２の長手方向複数箇所を、構造物の異なる箇所に固定治具４０によってそれぞれ固定して、この光ファイバケーブル２の長手方向に隣り合う前記固定治具４０間に前記光ファイバケーブル２を張設して構成されている。
光ファイバセンサ１０は、具体的には、構造物１（とう道）の内面周方向に沿って配列固定した固定治具４０に光ファイバケーブル２を把持固定して、隣り合う固定治具４０間に張設したものである。光ファイバセンサ２０は、構造物１の内面軸方向に沿って複数の配列固定した固定治具４０に光ファイバケーブル２を把持固定して、隣り合う固定治具４０間に張設したものである。
なお、図１、図２において、光ファイバセンサ１０、２０では、隣り合う１対の固定治具４０間に張設された光ファイバケーブル２に、初期歪みとして長手方向の伸び歪みを与えている。各光ファイバセンサ１０、２０の光ファイバケーブル２の長手方向一端は、光パルス試験器６２（ＢＯＴＤＲ）と接続され、この光パルス試験器６２によって、該光ファイバケーブル２の内部に収納された内部光ファイバ（光ファイバ心線）の光試験を行えるようになっている。

光ファイバケーブル２としては、中実構造の光ファイバケーブル（光ファイバケーブルの外皮を形成する樹脂内に歪み検出用の光ファイバ（光ファイバ心線等）を埋め込んだ構造のもの等、固定治具４０での固定用の側圧が内部の光ファイバに伝達される構造のもの）が採用される。
図３（ａ）、（ｂ）は、光ファイバケーブル２の断面構造の一例を示す。なお、説明の便宜上、図３（ａ）の断面構造の光ファイバケーブル２に符合２Ａ、図３（ｂ）の断面構造の光ファイバケーブル２に符合２Ｂを付して説明する。なお、光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂに共通の構成を説明する場合には、「光ファイバケーブル２」として総称する場合がある。

図３（ａ）、（ｂ）に示す光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂは、いずれも、歪み検出用の内部光ファイバ４（多心光ファイバテープ心線）を外皮を形成する樹脂中に埋設固定した断面扁平の光ファイバ収納部５と、外皮を形成する樹脂中に抗張力体を埋設固定し、前記光ファイバ収納部５の断面長手方向両側を膨出させた形状に形成された抗張力体収納部６、６ａとを備え、全体としても断面扁平に形成されている。テープ状の光ファイバ４は、断面長手方向を光ファイバ収納部５の断面長手方向と一致させて、該光ファイバ収納部５のほぼ中央部に埋設、保護されている。
前記外皮を形成する樹脂としては、光ファイバケーブルの外皮として一般的に用いられているものも採用可能であるが、ここでは特に、例えば、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）等、固定治具４０での固定用の側圧を内部光ファイバに伝達させやすいものを採用することが適している。また、難燃剤の混入により、難燃性が付与されたもの（難燃ポリエチレン等）を採用することがより好ましい。

図３（ａ）に示す光ファイバケーブル２Ａは、抗張力体収納部６に抗張力体としてテンションメンバ７（鋼線）を収納しており、図３（ｂ）に示す光ファイバケーブル２Ｂは、抗張力体収納部６ａに抗張力体として温度補償用光ファイバ心線８を収納している。温度補償用光ファイバ心線８は、ステンレス等からなる保護管８ａ内に光ファイバ８ｂ（温度補償用光ファイバ。光ファイバ心線等）をルースに収納したものであり、詳細には、前記保護管８ａが抗張力体として機能する。

これら断面構造の光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂでは、光ファイバ収納部５の両側に抗張力体７、８ａを収納した抗張力体収納部６、６ａが対向配置されているため、扁平断面の長手方向へは曲がり難く、構造物１の変形を歪み検出用の内部光ファイバ４の長手方向に効率良く作用させ、長手方向の歪み量の変化を与えるようになっている。また、多心光ファイバテープ心線である断面扁平の光ファイバ４も、光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂと、断面長手方向が揃えられているため、この断面長手方向への曲げが与えられにくいといった特性があり、構造物１の変形を光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂの長手方向の伸び歪みに効率良く作用させることができる。
また内部光ファイバ４を、該光ファイバケーブル２の外皮を形成する樹脂内に埋め込んだ中実構造の光ファイバケーブル２では、固定治具４０の１対のケーブル固定部材４１（図４参照）に把持固定した際の固定用の側圧が内部光ファイバ４に伝達されて、内部光ファイバ４をも確実に固定できるため、構造物１の変形を内部光ファイバ４の伸び歪みに確実に作用させることができ、センシング感度を向上できる。

図４は、固定治具４０を示す側面図である。
固定治具４０に設けられた１対のケーブル固定部材４１（図４参照）の形状は、光ファイバケーブル２の断面形状に対応して、光ファイバケーブル２内部の歪み検出用の内部光ファイバ４に局所的な応力集中等を与えること無く、光ファイバケーブル２を挟み込みにより固定できる形状になっている。
光ファイバケーブル２は、両側の抗張力体収納部６、６ａが固定治具４０の１対のケーブル固定部材４１間に強固に把持固定され、両抗張力体収納部６間（あるいは６ａ間）の光ファイバ収納部５が、固定治具４０の１対のケーブル固定部材４１間にて、前記内部光ファイバ４の光特性に影響を与えずかつこれら内部光ファイバ４の長手方向が移動を規制する固定力で把持固定される。つまり、この光ファイバケーブル２では、該光ファイバケーブル２自体の長手方向の移動を規制する固定力を、主として抗張力体収納部６、６ａに作用させ、光ファイバ収納部５内の内部光ファイバ４の固定力と分離できるようになっているから、光ファイバケーブル２の長手方向の移動を規制する固定力によって内部光ファイバ４を傷める心配が無く、光ファイバ収納部５内の内部光ファイバ４を、光特性に影響を与えずかつ長手方向の移動を規制する適度な固定力で固定することが容易である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、歪み検出用の内部光ファイバ４として、多心光ファイバテープ心線を採用したことにより、この光ファイバ４内の複数本の光ファイバ４ａ（裸ファイバ、光ファイバ素線等。図３（ａ）、（ｂ）では４本。この光ファイバ４ａも内部光ファイバとして機能する）のいずれかが損傷を受けるなどによりセンシング不能となっても、他の光ファイバ４ａを歪み検出用の光ファイバとして用いることができるから、光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂの寿命を延長でき、長期にわたって使用できる。また、前述のように、光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂ、光ファイバ４の断面長手方向に曲げが与えられにくい特性により、多心光ファイバテープ心線４を構成するいずれの内部光ファイバ４ａにも、構造物１の変形に対する長手方向の歪み特性が同様に得られることから、歪み検出に使用する内部光ファイバ４ａを変更しても、変更前と全く同様に長手方向の歪み特性が得られ、測定条件の変更が殆ど不要である。
また、光ファイバケーブル２Ａ、２Ｂに初期歪みとして長手方向の伸び歪みを与えておくと、内部光ファイバ４内の複数本の各光ファイバ４ａの初期歪み分布のばらつきを抑え、均等化できるから、これによっても、各光ファイバ４ａに同様の長手方向の歪み特性が得られる。

また、本発明に係る光ファイバケーブル２では、断面扁平に形成できるから、例えば、歪み検出用の内部光ファイバとその両側に対向配置した抗張力体とを外皮を形成する樹脂内に埋設した断面円形の光ファイバケーブルに比べて、小型化、軽量化することができる。小型化、軽量化により、構造物１に対する施工性も向上できる。とう道等の構造物では、光ファイバケーブルの施工が、例えば、上向きでの作業になるケースもあるから、小型化、軽量化により、施工性を大幅に向上できる。また、小型化できず、重量も大きい光ファイバケーブルでは、リール等に纏めた状態での重量が大きくなるため、施工現場での搬送量に限界があり、１回の布設長も短くなるが、本発明に係る光ファイバケーブルでは、小型化、軽量化により、大量の光ファイバケーブルを１度に移動でき、１回の布設長も長くすることができる。

図１、図２に示す各光ファイバセンサ１０、２０では、構造物１に固定治具４０が一体的に固定されており、構造物１が変形すると、固定治具４０も構造物１と一体的に変位する。そして、構造物１の変形に伴って隣り合う固定治具４０間が離間したり接近したりすると、固定治具４０間に張設されている光ファイバケーブル２の長手方向の歪み量が変動することになる。固定治具４０間の離間あるいは接近とは、例えばコンクリート壁等の構造物１の伸びや圧縮等の光ファイバケーブル２の布設方向に沿った方向への構造物１の変形に起因するものに限定されず、例えば、前記コンクリート壁等の構造物の膨れや陥没等といった、光ファイバケーブル２の布設方向に垂直な方向への構造物１の変形に起因するものも含まれる。

光ファイバ４の長手方向端部に接続した光パルス試験器６２（図１、図２中、ＢＯＴＤＲ）から光ファイバケーブル２に入射した試験光（光ファイバケーブルや光ファイバコードの場合は、外皮内に収納された光ファイバ心線等の光ファイバへの入射）の後方散乱光の１つであるブリルアン散乱光を観測することで、構造物１の変形発生を監視できる。
構造物１に変形が生じていなければ、光パルス試験器６２にて観測されるブリルアン散乱光の周波数シフト量が、各光ファイバセンサ１０、２０の固定治具４０間に張設された光ファイバケーブル２に初期歪みとして与えられた長手方向の伸び歪みに対応する値になっているが、ブリルアン散乱光の周波数シフト量の変動が観測されたなら、光ファイバケーブル２に長手方向の歪み量の変化が生じたことを検出しており、構造物１の歪み発生（変形）を検出している。

光ファイバセンサ１０、２０は、いずれも光ファイバケーブル２の布設長の全長にわたって構造物１の変形を監視できるから、単なるポイント監視と異なり、広範囲にわたって、構造物１全体の変形を効率良く監視できる。また、光ファイバセンサ１０、２０を同一の構造物１に設置することで、構造物１の変形をより総合的に詳細に把握することが可能である。
つまり、光ファイバセンサ１０、２０では、隣り合う一対の固定治具４０間に張設されている光ファイバケーブル２の区間１１、２１単位で、構造物１の歪み発生を検出、監視することができる。また、光ファイバケーブル２への光の入射からブリルアン散乱光の受光までの時間（以下「戻り時間」）に基づいて、長手方向の歪み量の変化を生じた光ファイバケーブル２の位置（以下「異常発生位置」と言う場合がある。光パルス試験器６２からの距離）を計測できるから、これによって、構造物１の歪み発生位置を光ファイバケーブル２の区間１１、２１単位で把握できる。

なお、同一の構造物１に組み立てた光ファイバセンサ１０、２０の光ファイバケーブル２同士を接続したり、同一の一本の光ファイバケーブル２に光ファイバセンサ１０、２０を組み立てることも可能であり、この場合には、１回の光試験によって、構造物１の変形を総合的に監視することが可能であり、少ない光試験回数で構造物１の変形を迅速かつ効率良く把握できる。
また、光ファイバセンサ１０、２０では、光ファイバケーブル２自体がデータ収集用の信号線として機能するため、別途、データ収集用の信号線の布設が不要であるから、光ファイバセンサ１０、２０は簡単に組み立てることができ、低コスト化も容易である。

また、本発明に係る断面扁平の光ファイバケーブル２では、歪み検出用の内部光ファイバとその両側に対向配置した抗張力体とを外皮を形成する樹脂内に埋設した断面円形の光ファイバケーブル等に比べて外皮を薄くできるから、外皮を形成する樹脂の変形による構造物１の変形の吸収が少なくなり、構造物１の変形が光ファイバケーブル２並びに光ファイバ収納部５に収納されている内部光ファイバ４の長手方向の伸び歪みにより直接的に作用するようになり、構造物の変形を高感度に検出することができる。
また、内部光ファイバ４の両側に対向配置した抗張力体収納部６、６ａにより、構造物１の変形を光ファイバケーブル２の長手方向の伸び歪みに効率良く作用させることができるから、これにより、構造物１の変形を高感度、高精度に検出することができる。

ところで、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、光ファイバが無歪みの場合でも、約１ＭＨｚ／℃程度の温度依存性を有するため、数十℃にわたる大きい温度変化が生じる場合には計測データを補正する必要がある。光ファイバは、布設場所の状況や環境、例えば日照や火山地帯の地熱等により、常温よりも数十℃、あるいはそれ以上高い温度に加熱される可能性があるから、より精度の高い監視を行うにはブリルアン散乱光の計測データの温度補償が不可欠である。

図３（ｂ）に示す光ファイバケーブル２Ｂでは、このことを考慮して、伸び歪みが与えられる歪み検出用の内部光ファイバ４とは別に、両側の各抗張力体収納部６ａ内に温度補償用光ファイバ心線８を埋設している。
温度補償用光ファイバ心線８は、ステンレス等からなる保護管８ａ内に光ファイバ８ｂ（温度補償用光ファイバ）をルースに収納したものであるから、歪み検出用の内部光ファイバ４に伸び歪みが与えられても、温度補償用光ファイバ８ｂには伸び歪みは作用せず、無歪み状態を維持でき、この温度補償用光ファイバ８ｂの光特性に何等影響を与えないようになっている。初期歪みを与えた内部光ファイバ４に伸縮歪が与えられても、温度補償用光ファイバ８ｂの光特性に何等影響しないことは言うまでも無い。

つまり、長手方向の歪みが与えられない温度補償用光ファイバ８ｂの光試験データは、温度変化の影響のみを反映するから、この温度補償用光ファイバ８ｂの光試験データを利用することで、歪み検出用の内部光ファイバ４の光試験データを補正することができる。温度補償用光ファイバ８ｂの光試験データから、ブリルアン散乱光の入射光に対する周波数の温度変化によるシフト量を把握できるから、この把握された周波数のシフト量を、内部光ファイバ４の光試験によって観測されたブリルアン散乱光の周波数のシフト量から差し引くことで（初期歪み分の周波数シフト量も考慮する）、内部光ファイバ４の伸縮歪に起因するブリルアン散乱光の周波数のシフト量を把握できる。

また、光ファイバケーブル２の前記光パルス試験器６２側から遠い側の端部にて、歪み検出用の内部光ファイバ４と温度補償用の光ファイバ８ｂとを接続してループ状にし、光ファイバ４、８ｂの一方からの試験光の入射により両光ファイバ４、８ｂを光試験し、ブリルアン散乱光を観測することによっても、計測データの温度補償が可能である。この場合、光ファイバ４の光試験結果からは前記初期歪みによるブリルアン散乱光のデータが得られるのに対し、温度補償用の光ファイバ８ｂの光試験結果からはブリルアン散乱光の検出データが殆ど得られないことから、これにより１回の光試験により得られた計測データから各光ファイバ４、８ｂの計測データを判別して個別に把握することが可能である。そして、前述と同様に、温度補償用光ファイバ８ｂの光試験データから把握されたブリルアン散乱光の入射光に対する周波数の温度変化によるシフト量を、内部光ファイバ４の光試験によって観測されたブリルアン散乱光の周波数のシフト量から差し引くことで、内部光ファイバ４の伸縮歪に起因するブリルアン散乱光の周波数のシフト量を把握できる。この温度補償方法によれば、１回の光試験によって、歪み検出用の光ファイバ４と温度補償用の光ファイバ８ｂの両光ファイバ４、８ｂを光試験できるから、例えば、複数箇所の光ファイバセンサの光ファイバをそれぞれ光パルス試験器に対して切替接続しつつ歪み発生の有無を監視する場合では、光パルス試験器に対する光ファイバの切替接続回数を減少でき、監視作業の単純化、各光ファイバセンサの光ファイバの光試験間隔（時間）の短縮等を実現できる。

計測データの温度補償方法としては、前述のものに限定されず、例えば、温度補償用光ファイバ８ｂへの入射光のラマン散乱光の後方散乱光を光パルス試験器にて受光観測したデータから、ブリルアン散乱光の計測データを補正する手法も採用可能である。
なお、温度補償用光ファイバ８ｂは、無歪み状態を維持する必要があるため、例えば、光ファイバケーブル２の途中の適宜箇所に設置した成端箱内等に、温度補償用光ファイバ８ｂの余長を確保しておき、光ファイバケーブル２に伸び歪みが与えられたときには、ブリルアン散乱光検出用の内部光ファイバ４には伸び歪みが与えられる一方、温度補償用光ファイバ８ｂは前記余長が光ファイバ８（詳細には保護管８ａ）内に引き込まれることで無歪み状態が維持される構成等が採用可能である。

光パルス試験器６２から光ファイバケーブル２に試験光を入射した時に、フレネル反射光が検出されたならば、光ファイバケーブル２内の歪み検出用の光ファイバの破断や接続不良等の断線を検出している。この場合、試験光の入射からフレネル反射光の受光までの経過時間によって光ファイバの断線位置を概略特定できるので、例えば工事等によって誤って切断された光ファイバの切断箇所を容易に発見でき、補修作業時間等を短縮できる。
このように、光ファイバセンサ１０、２０によれば、随時、光パルス試験器６２による光ファイバケーブル２の光試験を行うことで、光伝送系に係る故障の監視をも行うことができる。

なお、本発明に係る光ファイバケーブルの具体的構造は、前記実施の形態に限定されず、適宜設計変更可能であることは言うまでも無い。
例えば、内部光ファイバとしては、多心光ファイバテープ心線等の多心光ファイバに限定されず、例えば、複数本の単心光ファイバ心線等の単心光ファイバを内部光ファイバとして、光ファイバ収納部を形成する樹脂中に埋設した構成等も採用可能である。この場合、内部光ファイバである各単心光ファイバは、断面扁平の光ファイバ収納部の長手方向に配列状態に埋設することが好ましく、これにより、どの内部光ファイバについても同様の条件にて光試験を行える。
光ファイバケーブルを固定する構成としては、前述の固定治具４０に限定されず、側圧を作用させて内部光ファイバをも固定可能な構造ものであれば良く、例えば、光ファイバケーブルをその全長にわたって把持（クランプ）固定する構成等であっても良く、各種構成が採用可能である。

本発明に係る光ファイバケーブルを用いて組み立てられた光ファイバセンサを示す図であって、とう道の内面周方向に沿った変形検出用の光ファイバセンサを示す正面図である。 本発明に係る光ファイバケーブルを用いて組み立てられた光ファイバセンサを示す図であって、とう道の内面軸方向に沿った変形検出用の光ファイバセンサを示す正面図である。 本発明に係る光ファイバケーブルの断面構造の一例を示す断面図であって、（ａ）は抗張力体としてテンションメンバが埋設された抗張力体収納部を光ファイバ収納部の両側に対向配置した構成の光ファイバケーブル、（ｂ）は保護管内に光ファイバを収納した温度補償用光ファイバ心線を埋設して前記保護管を抗張力体として機能させた抗張力体収納部を光ファイバ収納部の両側に対向配置した構成の光ファイバケーブルを示す。 図１、図２の光ファイバセンサに適用される固定治具の一例を示す側面図である。

符号の説明

１…構造物、２，２Ａ，２Ｂ…光ファイバ（光ファイバケーブル）、４…内部光ファイバ（多心光ファイバテープ心線）、４ａ…内部光ファイバ（裸ファイバ）、５…光ファイバ収納部、６，６ａ…抗張力体収納部、７…抗張力体（テンションメンバ）、８ａ…保護管，抗張力体、８ｂ…光ファイバ（温度補償用光ファイバ）。

Claims (3)

1. 構造物（１）に対して、該構造物の変形が長手方向の伸び歪みに作用するようにして布設固定されることで、光による構造物の変形の検出に用いられる光ファイバケーブルであって、
   外皮を形成する樹脂中に長手方向の歪み検出用の内部光ファイバ（４、４ａ）を埋設収納してなる断面扁平の光ファイバ収納部（５）と、この光ファイバ収納部の断面長手方向両側を膨出させて形成され、前記外皮を形成する樹脂中に抗張力体（７、８ａ）を埋設固定してなる一対の抗張力体収納部（６、６ａ）とを備えてなることを特徴とする光ファイバケーブル（２、２Ａ、２Ｂ）。
2. 前記内部光ファイバが、前記光ファイバ収納部の断面長手方向に沿って複数本並列に配列されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバケーブル。
3. 請求項１または２に記載の光ファイバケーブルが構造物（１）の内周面方向あるいは軸方向に沿って布設され、前記光ファイバケーブルの長手方向複数箇所を、前記構造物の異なる箇所に固定冶具（４０）によってそれぞれ固定して、前記固定冶具に前記光ファイバケーブルを張設してなる光ファイバセンサ（１０、２０）であって、
   前記固定治具に設けられた１対のケーブル固定部材（４１）の形状は、前記光ファイバケーブルの断面形状に対応して、前記光ファイバケーブルを挟み込みにより固定できる形状をなしていることを特徴とする光ファイバセンサ。
   
   

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