飛島建設、構造物の維持管理や防災監視に活用できるＦＢＧ光ファイバセンサを用いた２次元変位計を開発

ＦＢＧ光ファイバセンサを用いた高精度な２次元変位計を開発
−軌道や橋梁、トンネルの軸直角方向の変位分布を誤差１ｍｍ未満で計測−



　飛島建設株式会社（社長：伊藤寛治）は、ＦＢＧ光ファイバセンサを用いて、構造物の軸直角方向の変位分布を高精度に計測する２次元変位計を開発しました。この変位計により、軌道の沈下・移動やトンネルのはらみ出し・沈下、橋梁のたわみを、上下・水平方向の２次元で１．０ｍｍ未満の誤差で監視・モニタリングすることができ、既存の折れ角を利用した計測器と比較して、振動に強くメンテナンスが容易になります。また、対象点の座標を直接計測するトータルステーションやＧＰＳなどの方法では計測が困難な、地中の構造物や障害物の近接箇所でも適用が可能です。ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で被覆したＦＢＧ光ファイバセンサの高耐久性とリアルタイム性を活かし、これまでに開発した構造物健全性モニタリングシステムや斜面防災監視システムなどとともに、構造物の維持管理のための長期モニタリングや防災監視に活用していく予定です。


＜開発した２次元変位計の特長＞

１．高精度で変位分布計測が可能（図１）
　　時間分割多重化方式（ＴＤＭ）＊１）のＦＢＧを２ｍ以下の高密度間隔で配置した３本のＦＢＧセンサを、ガイド管内部に正確に平行配置します。これによって、軸方向１０ｍの長さのどの位置でも、軸直角方向の変位を１．０ｍｍ未満の誤差で計測できることを精度検証試験で確認しました。

２．最大５０ｍの高精度変位分布計測が可能（図１）

３．配線数は大幅に減少しメンテナンスが容易
　　２次元変位計では、ＴＤＭ方式を用いて同一ファイバに多数のＦＢＧを配置できるため、１つの２次元変位計で最大５０ｍの長距離で高精度の変位分布計測が可能で、かつ配線数は大幅に減少しメンテナンスが容易になります。

４．高耐久性により長期間の計測が可能
　　２次元変位計に使用するＦＢＧセンサ（図２）は、通常の外径０．１５〜０．２５ｍｍのガラス製センサをＦＲＰで被覆しているため、衝撃に強く、また外部からの水分などの侵入によるセンサの劣化もほとんど発生しません。

５．振動に強い構造
　　２次元変位計は、既存の折れ角を利用した計測器の各節点にある、ヒンジやバネなどの機械的な回転・固定機構を持たないため、振動に強く、損傷の可能性はほとんどありません。


　※図１、２は添付の関連資料を参照


＜高精度変位分布計測の実現と精度検証試験の確認＞

（１）高精度変位分布計測実現のための実施事項

　　高密度にＦＢＧセンサを配置できるＦＲＰで被覆したＴＤＭ方式のＦＢＧセンサを使用しています、スペーサーを用いて３本のＦＢＧセンサをガイド管内部に正確に平行配置しました。また、ガイド管変形時にＦＢＧセンサが移動しないように無収縮モルタルで空隙を充填し固定しました。

（２）精度検証試験の概要と結果
　　図３のように、長さ１０ｍの２次元変位計の両端を固定し、中央部に所定の変位が生じるよう３台のジャッキで側面から変位を与え、計測結果を接触式変位計による実測値と比較しました。２次元変位計全体の精度を確認するため、接触式変位計は２次元変位計に沿って１ｍ間隔で配置しました。両端をピンでとめ回転端とした場合（ケース１）と、金具で挟みこみ固定端とした場合（ケース２）の２通りの変形を与えた結果、ＦＢＧ間隔（ひずみ間隔）を２ｍ以下とした場合、図４および図５のように、誤差の最大値はともに１．０ｍｍ未満となり、高精度で変位分布が得られることを確認しました。　


　※図３〜５、リリース詳細は添付の関連資料を参照