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測量・解析技術

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光ファイバセンサによる革新的な計測技術!

FBG光ファイバセンシングシステム(T‐FOpSS)~Tobishima Fiber Optical Sensing System

長期信頼性と高いコストパフォーマンスを実現したインフラ施設の健全性モニタリングシステム

概要
 光ファイバセンシング技術は、光信号の長距離伝送が可能であり、外部の電磁ノイズによる信号の乱れがないため、建設分野での計測技術として最適です。そのため、電気式計測技術に代わり、近年様々な場所で採用が進んでいます。また、光ファイバセンシング技術の一つであるFBG(Fiber Bragg Grating)光ファイバセンシング技術は、光ファイバ上に紫外線を利用して焼付けることにより形成された回折格子(FBG)に作用するひずみや温度の変化を、光信号を入射した際にFBGにより反射される光の波長変化として捉える技術で、ひずみゲージと同等のひずみ測定精度を持っています。   トビシマのFBG光ファイバセンシング技術は、これまで研究仕様以外では困難とされたTDM(Time Division Multiplexing:時間分割多重化)方式を市販品に導入することによって、1本の光ファイバで最大100センサ、4チャンネルで最大400センサまでの多点計測と、最大9kmの長距離計測を可能とした、高い信頼性と耐久性を有する計測システムです。この計測システムは、トビシマのコラボレーターであり、光センシングの先進企業である英国 インセンシス社の独自技術を組み込んで構成されています。当技術により、構造物健全性モニタリングや斜面防災監視計測への適用の可能性が拡がります。

◆FBGの測定原理

  1. 紫外線によって光ファイバに回折格子(センサ部)を作成
  2. 入射光を発信すると、センサ部で反射光が発生
  3. 光ファイバにひずみが生じると、反射光の波長が変化
  4. 波長の変化からひずみを算出
測定原理 図

■ FSIユニット

光測定器 FSIユニットの写真
 1ch仕様4ch仕様
最大接続センサ数100センサ400センサ
最大測定周波数500Hz/1センサ2Hz
寸法240 × 120 × 97 mm
ひずみ測定範囲±4,500με
測定分解能0.8με
測定精度5με
許容作動温度0~+55℃
消費電力最大6W

■ FBG光ファイバセンサ

π型センサ-

π型センサ

ポイントセンサ

ポイントセンサ

ケーブルセンサ

ケーブルセンサ

温度センサブロック

温度センサブロック

FBG光ファイバセンシングシステム(T‐FOpSS)の特長

FBG光ファイバセンシングによる斜面、トンネル、橋梁などの各種構造物の長期・長距離監視技術の特長は以下の通りです。

  • 計測箇所周辺の電気/磁気などのノイズの影響を受けません。【長期計測精度の信頼性向上】
  • 物理的損傷を除いて、長期間安定したな安定した計測が可能です。【長期計測コストの大幅削減】
  • 最大1チャンネル当たり最大100センサ、最大4チャンネルで400センサでの計測が可能です。
  • 1センサの場合、最大500Hzの動的な計測が可能です。
  • 最長9kmまでの長距離遠隔計測が可能です。
  • 計測機器が小型(240×120×97mm)・軽量(最大3kg)です。

主な適用範囲

Keyword
光ファイバ FBG TDM モニタリング
関連資料
FBG光ファイバセンシングシステム(T-FOpSS)、防災技術パンフレット
関連技術
T-FOpSS 構造物健全性モニタリングシステム T-FOpSS 斜面防災監視システム Webモニタリングシステム
関連論文
  1. T.Tamura, K.Kumagai, H.Motoyama, T.Shiotani and R.Knapp : Monitoring of tunnel deformation by means of TDM based FBG optical fiber measurement system,Structural Faults and Repair 2008,CD-ROM, 2008.6
  2. 熊谷幸樹,田村琢之,本山寛,山本郁夫,狩野勝幸:FBG 光ファイバセンサを用いた伸縮計の開発,土木学会第63 回年次学術講演会第Ⅲ部門,pp.171-172,2008.9
  3. 田村琢之, 熊谷幸樹, 筒井隆規 : トンネル一次支保工応力計測におけるFBG光ファイバセンサの有効性検証, 土木学会第63回年次学術講演概要集/Ⅵ-№152, pp.303-304, 2009.9
  4. 田村琢之, 上明戸昇, 松元和伸: FBG 光ファイバセンシング技術の防災・維持管理への適用,電子情報通信学会2009年ソサイエティ大会講演論文集 BS-9-4, pp.S59-S60, 2009.9
  5. 上明戸昇, 田村琢之, 細見孝治, 礒田和宏, 加藤一郎, 大貫茎:土留壁の計測管理へのWEBモニタリングシステムの現場適用, 土木学会第65回年次学術講演会講演概要集, Ⅵ-264, pp.5 27-528, 2010.9 ほか