特開 2022-118288 計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022118288

(43)【公開日】2022-08-15

(54)【発明の名称】計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01H 9/00 20060101AFI20220805BHJP

【ＦＩ】

G01H9/00 C

G01H9/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021014703

(22)【出願日】2021-02-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100171619

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 顕雄

(74)【代理人】

【識別番号】110002550

【氏名又は名称】ＡＴ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】畑 浩二

【テーマコード（参考）】

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G064AA05

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BC05

2G064BC12

2G064DD02

(57)【要約】

【課題】簡素な構成で、広範囲な領域を効果的に監視する。
【解決手段】光ファイバ２０と、光ファイバ２０に光を入射する第１光源１２及び、光ファイバ２０から出射されるレイリー散乱光を検出する第１検出器１４を含む第１測定機１１と、を有し、光ファイバ２０に加わる振動を、入射光とレイリー散乱光との差に基づいて検出する分布型振動センサ１０と、光ファイバ２０の所定部位を周回させて形成した周回部２５を含むセンサ部２２と、光ファイバ２０の一端に光を入射する第２光源４２及び、周回部２５を通過して光ファイバ２０の他端から出射される出力光を検出する第２検出器４４を含む第２測定機４１と、を有し、センサ部２２に加わる振動を、周回部２５を通過する光の周波数変化に基づいて検出する光ファイバドップラセンサ４０とを備えた。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバと、
前記光ファイバに光を入射する第１光源及び、前記光ファイバから出射されるレイリー散乱光を検出する第１検出器を含む第１測定機と、を有し、
前記光ファイバに加わる振動を、入射光とレイリー散乱光との差に基づいて検出する分布型振動センサと、
前記光ファイバの所定部位を周回させて形成した周回部を含むセンサ部と、
前記光ファイバの一端に光を入射する第２光源及び、前記周回部を通過して前記光ファイバの他端から出射される出力光を検出する第２検出器を含む第２測定機と、を有し、
前記センサ部に加わる振動を、前記周回部を通過する光の周波数変化に基づいて検出する光ファイバドップラセンサと、を備える
ことを特徴とする計測装置。

【請求項2】

前記光ファイバと前記第１測定機とを接続する第１接続状態と、前記光ファイバと前記第２測定機とを接続する第２接続状態とに選択的に切り替え可能な光路切り替え器をさらに備える
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記光ファイバは、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に、前記トンネルの延伸方向に沿って設置されており、
前記センサ部は、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に設置されており、
前記分布型振動センサは、前記岩盤から前記光ファイバに加わる振動を該光ファイバの長手方向に沿って分布的に検出し、
前記光ファイバドップラセンサは、前記岩盤から前記センサ部に加わる局所的な振動を検出する
請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項4】

複数の第１ファイバ素線が束ねられた多芯の第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの一端に光を入射する第１光源及び、前記第１光ファイバの一端から出射されるレイリー散乱光を検出する第１検出器を含む第１測定機と、を有し、
前記第１光ファイバは、他端側において複数の前記第１ファイバ素線ごとに分岐しており、分岐した複数の前記第１ファイバ素線にそれぞれ加わる振動を、入射光とレイリー散乱光との差に基づいて検出する分布型振動センサと、
複数の第２ファイバ素線が束ねられており、一端と他端との間が複数の前記第２ファイバ素線ごとに分岐した多芯の第２光ファイバと、
複数の前記第２ファイバ素線の所定部位をそれぞれ周回させて形成した周回部を含む複数のセンサ部と、
前記第２光ファイバの一端に光を入射する第２光源及び、複数の前記周回部を通過して前記第２光ファイバの他端から出射される出力光を検出する第２検出器を含む第２測定機と、を有し、
複数の前記センサ部にそれぞれ加わる振動を、前記周回部を通過する光の周波数変化に基づいて検出する光ファイバドップラセンサと、を備える
ことを特徴とする計測装置。

【請求項5】

分岐した複数の前記第１ファイバ素線は、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に、前記トンネルの延伸方向に沿って設置されており、
複数の前記センサ部は、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に設置されており、
前記分布型振動センサは、前記岩盤から複数の前記第１ファイバ素線に加わる振動を該第１ファイバ素線の長手方向に沿って分布的に検出し、
前記光ファイバドップラセンサは、前記岩盤から前記センサ部に加わる局所的な振動を検出する
請求項４に記載の計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、計測装置に関し、特に、構造物の健全性を広範囲な領域で監視するのに好適な技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１，２には、光ファイバを通過する光の周波数変化に基づいて振動を検出することができる光ファイバドップラセンサ（Fiber Optical Doppler Sensor:以下、ＦＯＤセンサと称する）が開示されている。

【0003】

このＦＯＤセンサは、光ファイバの一部を周回させて形成した周回部を含むセンサ部を被測定体に固定し、該センサ部に加わる振動に応じて変化する入射光と出射光との周波数変化に基づいて、被測定体からセンサ部に加わる振動を高精度に検出できるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開２００３／００２９５６号公報

【特許文献2】特許第５３５０９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のＦＯＤセンサをトンネル等の構造物の健全性評価に用いれば、岩盤中の割れ目や脆弱部の変状に伴う損傷等を監視することができる。しかしながら、トンネル等の線形構造物は監視領域が広範囲となる。このため、センサ部を多数設置しなければならず、コストの増加や装置全体の大型化を招くといった課題がある。

【0006】

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で、広範囲な領域を効果的に監視することができる計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の計測装置は、光ファイバと、前記光ファイバに光を入射する第１光源及び、前記光ファイバから出射されるレイリー散乱光を検出する第１検出器を含む第１測定機と、を有し、前記光ファイバに加わる振動を、入射光とレイリー散乱光との差に基づいて検出する分布型振動センサと、前記光ファイバの所定部位を周回させて形成した周回部を含むセンサ部と、前記光ファイバの一端に光を入射する第２光源及び、前記周回部を通過して前記光ファイバの他端から出射される出力光を検出する第２検出器を含む第２測定機と、を有し、前記センサ部に加わる振動を、前記周回部を通過する光の周波数変化に基づいて検出する光ファイバドップラセンサと、を備えることを特徴とする。

【0008】

また、前記光ファイバと前記第１測定機とを接続する第１接続状態と、前記光ファイバと前記第２測定機とを接続する第２接続状態とに選択的に切り替え可能な光路切り替え器をさらに備えることが好ましい。

【0009】

また、前記光ファイバは、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に、前記トンネルの延伸方向に沿って設置されており、前記センサ部は、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に設置されており、前記分布型振動センサは、前記岩盤から前記光ファイバに加わる振動を該光ファイバの長手方向に沿って分布的に検出し、前記光ファイバドップラセンサは、前記岩盤から前記センサ部に加わる局所的な振動を検出することが好ましい。

【0010】

本開示の第２の計測装置は、複数の第１ファイバ素線が束ねられた多芯の第１光ファイバと、前記第１光ファイバの一端に光を入射する第１光源及び、前記第１光ファイバの一端から出射されるレイリー散乱光を検出する第１検出器を含む第１測定機と、を有し、前記第１光ファイバは、他端側において複数の前記第１ファイバ素線ごとに分岐しており、分岐した複数の前記第１ファイバ素線にそれぞれ加わる振動を、入射光とレイリー散乱光との差に基づいて検出する分布型振動センサと、複数の第２ファイバ素線が束ねられており、一端と他端との間が複数の前記第２ファイバ素線ごとに分岐した多芯の第２光ファイバと、複数の前記第２ファイバ素線の所定部位をそれぞれ周回させて形成した周回部を含む複数のセンサ部と、前記第２光ファイバの一端に光を入射する第２光源及び、複数の前記周回部を通過して前記第２光ファイバの他端から出射される出力光を検出する第２検出器を含む第２測定機と、を有し、複数の前記センサ部にそれぞれ加わる振動を、前記周回部を通過する光の周波数変化に基づいて検出する光ファイバドップラセンサと、を備えることを特徴とする。

【0011】

また、分岐した複数の前記第１ファイバ素線は、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に、前記トンネルの延伸方向に沿って設置されており、複数の前記センサ部は、トンネル周囲の岩盤内及び、又は岩盤表面に設置されており、前記分布型振動センサは、前記岩盤から複数の前記第１ファイバ素線に加わる振動を該第１ファイバ素線の長手方向に沿って分布的に検出し、前記光ファイバドップラセンサは、前記岩盤から前記センサ部に加わる局所的な振動を検出することが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本開示の計測装置によれば、簡素な構成で、広範囲な領域を効果的に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る計測装置に用いられる分布型振動センサの一例を示す模式的な全体構成図である。

【図2】本実施形態に係る計測装置に用いられるＦＯＤセンサの一例を示す模式的な全体構成図である。

【図3】本実施形態に係る計測装置に用いられるＦＯＤセンサのセンサ部の一例を示す模式的な正面図である。

【図4】第一実施形態に係る計測装置を示す模式的な全体構成図である。

【図5】第二実施形態に係る計測装置を示す模式的な全体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る計測装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

【0015】

［分布型振動センサ］
図１は、本実施形態に係る計測装置に用いられる分布型振動センサ（Distributed Vibration Sensor：ＤＶＳ、又は、Distributed Acoustic Sensor：ＤＡＳ）の一例を示す模式的な全体構成図である。

【0016】

図１に示すように、分布型振動センサ１０は、ＤＶＳ用測定機１１（本開示の第１測定機）と、光ファイバ２０と、演算装置３０とを備えている。

【0017】

ＤＶＳ用測定機１１は、主として、レーザ光源１２（本開示の第１光源）、光サーキュレータ１３、検出器１４（本開示の第１検出器）等を備えて構成されている。

【0018】

レーザ光源１２は、半導体レーザ等の光源であって、所定の波長範囲（例えば、低周波帯域）のレーザ光を出射する。本実施形態において、レーザ光源１２は、演算装置３０からの指令に応じて所定の波長周期の光パルス（レーザパルス）を光サーキュレータ１３に出射する。光サーキュレータ１３に入射した光パルスは、光ファイバ２０に出射される。

【0019】

光ファイバ２０は、一端部２０Ａと、他端部２０Ｂとを有する。光ファイバ２０の一端部２０Ａに入射した光パルスは、光ファイバ２０内を伝播する。具体的には、光パルスは、一端部２０Ａから他端部２０Ｂに向けて送り出され、他端部２０Ｂに達するまでの伝送経路において、光ファイバ２０内の屈折率の揺らぎ等によって生じるレイリー散乱による後方散乱光が一端部２０Ａに向けて伝播する。レイリー散乱光は、接続点からのフレネル反射による反射光と共に光サーキュレータ１３に入射し、受光素子としての検出器１４に出射される。検出器１４で検出された光は光電変換されて所定のレベルに増幅された後、後述する演算装置３０に時間領域で記録される。

【0020】

演算装置３０は、ＤＶＳ用測定機１１の検出器１４から送信される検出信号等に基づいて振動を演算するコンピュータシステムであって、ＤＶＳ用測定機１１と有線又は無線通信で相互に通信可能に接続されている。具体的には、演算装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、記憶部３３等を備えている。ＣＰＵ３１は、中央演算処理装置であって、記憶部３３から読み出した振動測定プログラムを実行する。ＲＡＭ３２は、揮発性メモリであって、ＣＰＵ３１が処理するデータ等を一時的に記憶する。記憶部３３は、ＲＯＭ等の不揮発メモリであって、ＣＰＵ３１が実行する振動測定プログラムを記憶する。

【0021】

なお、振動測定プログラムは、記憶部３３に格納する必要はなく、コンピュータが読み取り可能な光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してもよく、或いは、演算装置３０がインターネットや通信回線などのネットワークを介して受信するプログラムを実行するように構成してもよい。

【0022】

本実施形態において、分布型振動センサ１０は、時間領域反射測定（Optical Time Domain Reflectometer：ＯＴＤＲ）を用いて、光ファイバ２０に作用する振動を分布的に検出する。具体的には、分布型振動センサ１０は、被計測体に生じるＡＥなどの振動が伝播して光ファイバ２０が振動することにより生じるレイリー散乱光が入射端（一端部２０Ａ）に戻ってくるまでの往復時間から、光ファイバ２０が振動を受けた箇所までの距離を求めることができる。また、レイリー散乱光と基準光との干渉によって強度や位相の変化を捉えることができ、その変化に基づいて被計測体に生じる振動の大きさなどを求めることができる。本実施形態では、位相の変化が用いられる。

【0023】

このように、分布型振動センサ１０は、ＯＴＤＲによって取得される後方散乱光（レイリー散乱光）の位相の変化を検出することにより、光ファイバ２０に作用する振動の情報を分布的に取得することができる。このような分布型振動センサ１０の光ファイバ２０を、例えば、トンネルの坑壁やトンネル周囲の岩盤等に、トンネルの延伸方向に沿って設置すれば、１本の光ファイバ２０によって取得された分布的なＡＥの情報に基づき、トンネルの健全性を広範囲な領域で監視することが可能となる。

【0024】

［ＦＯＤセンサ］
図２は、本実施形態に係る計測装置に用いられるＦＯＤセンサ４０の一例を示す模式的な全体構成図である。

【0025】

図２に示すように、ＦＯＤセンサ４０は、ＦＯＤ用測定機４１（本開示の第２測定機）と、光ファイバ２０と、演算装置３０とを備えている。ここで、演算装置３０については、分布型振動センサ１０（図１参照）の演算装置３０と同様の構成となるため、詳細な説明は省略する。

【0026】

ＦＯＤ用測定機４１は、主として、レーザ光源４２（本開示の第２光源）、音響光学変調器（Acoustic Optical Modulator：ＡＯＭ）４５、検出器４３（本開示の第２検出器）等を備えている。

【0027】

レーザ光源４２は、半導体レーザ等の光源であって、演算装置３０からの指令に応じて所定の波長（例えば、１５５０ｎｍ）のレーザ光（コヒーレント光）を出射する。ここで、コヒーレント光とは、振動計測に必要な程度、言い換えれば、光周波数の変化を検出可能な程度に振幅と位相が揃っている光をいう。レーザ光源４２と光ファイバ２０の入力端２０Ａとの間には、入力光の一部をＡＯＭ４５に送るミラー４４が配されている。

【0028】

光ファイバ２０は、入力端（一端部）２０Ａと、周回部２５を含むセンサ部２２と、出力端（他端部）２０Ｂとを備えている。周回部２５は、入力端２０Ａと出力端２０Ｂとの間に設けられており、光ファイバ２０を周回部２５の厚さ方向（図３の紙面垂直方向）に積層して周回させることにより、中空筒状に形成されている。このような周回部２５を設けることで、光ファイバ２０の所定部位に湾曲した部分が形成される。周回部２５には、入力端２０Ａから入射されたレーザ光が通過する。また、周回部２５の周囲には、光ファイバ２０の周回状態を保持できるよう、好ましくは、接着剤が塗布されている。

【0029】

図３に示すように、周回部２５の横断面形状は、周回部２５の軸線方向（図３の紙面垂直方向）に直交する一方向の長さＬ１が、このＬ１及び軸線方向と直交する他方向の長さＬ２よりも長くなるように構成されている（Ｌ１＞Ｌ２）。すなわち、周回部２５の横断面形状は、略楕円形状又は、長円状に形成されている。

【0030】

センサ部２２は、周回部２５と、周回部２５を拘束して保持する拘束治具２６と、筐体状の収容器２７とを有する。拘束治具２６は、周回部２５の長径方向の一端側を拘束するように取り付けられる。この拘束治具２６が設けられた側がセンサ部２２の受波面となる。収容器２７は、例えば金属材等で箱状に形成されており、その内部に周回部２５及び、拘束治具２６を収容する。センサ部２２は、周回部２５及び、拘束治具２６を内蔵した収容器２７を、被計測体の内部に埋め込んだ入り、或は、図示例のように、被計測体の表面に接着又は圧着することにより固定される。被計測体としては、例えば、トンネルの坑壁やトンネル周囲の岩盤等が挙げられる。収容器２７を被計測体の表面に接着する場合は、接着剤として、エポキシ系などの適宜のものを用いることができる。また、収容器２７を被計測体の表面に圧着する場合は、収容器２７を空気圧やバネ等の付勢手段によって押し付けるようにすればよい。このような押し付け式を採用すれば、故障時やメンテナンス時にセンサ部２２を被計測体から着脱自在とすることができる。

【0031】

図２に戻り、検出器４３は、周回部２５を通過して出力端２０Ｂから入射される出力光と、レーザ光源１２からミラー４４、ＡＯＭ４５、ミラー４６を介して入射される入力光との間の周波数変化を検出する。

【0032】

具体的には、光ファイバ２０の入力端２０Ａから入射されたレーザ光は、周回部２５を光ファイバ２０の周回に従って周回しながら通過する。周回部２５を通過したレーザ光は、光ファイバ２０の出力端２０Ｂから検出器４３に出射される。センサ部２２に振動が加わると、周回部２５を通過するレーザ光の周波数（或いは、波長）は振動に応じて変化するようになる。この周波数変化を検出器４３で検知することにより、ＦＯＤセンサ４０は、センサ部２２に加わる振動を計測することができる。

【0033】

このように、ＦＯＤセンサ４０は、振動の計測に光の周波数変化を用いるので、光ファイバを通過するパルス光の強度変化や位相変化を用いる振動センサに比べ、微小な振動を精度良く計測することが可能となる。振動の検出原理は、上記特許文献１，２に記載された技術と同様とすることができるため、詳細な説明を省略する。

【0034】

ここで、ＦＯＤセンサ４０は、分布型振動センサ１０に比べ、被計測体からセンサ部２２に加わる振動を高精度に検出することはできるが、検出範囲はセンサ部２２から局所的な範囲になってしまう。この検出範囲は媒体の弾性波減衰特性に依存し、例えば、媒体が亀裂などを含む岩盤の場合、検出範囲は約３～７ｍとなり、媒体が亀裂を含まないか、或は、亀裂が非常に少ないコンクリート等の場合、検出範囲は岩盤よりも少し長い距離となる。このようなＦＯＤセンサ４０で振動を広範囲な領域で検出するには、センサ部２２の個数を増やすか、或いは、周回部２５の直径を拡張して低い周波数帯にも対応できるようにすることが考えられる。しかしながら、このような手法では、装置全体の大型化やコストの上昇を招くこととなる。

【0035】

そこで、本開示の技術では、局所的な計測をＦＯＤセンサ４０で行い、且つ、全体計測を分布型振動センサ１０で行うことにより、装置の小型化及びコストの削減を図りつつ、広範囲な領域と局所的な領域の両方の監視を実現するようにした。以下、本実施形態に係る計測装置の詳細を説明する。

【0036】

［第一実施形態］
図４は、第一実施形態に係る計測装置１Ａを示す模式的な全体構成図である。

【0037】

図４に示すように、第一実施形態に係る計測装置１Ａは、１個の分布型振動センサ１０と、１個のＦＯＤセンサ４０とを備え、これら各センサ１０，４０の光ファイバ２０を共用させたものである。

【0038】

光ファイバ２０は、単芯の光ファイバであって、光路切り替え器５０を介して、ＤＶＳ用測定機１１に接続される「第１接続状態」と、ＦＯＤ用測定機４１に接続される「第２接続状態」とに選択的に切り替えられるように構成されている。光路切り替え器５０は、演算装置３０からの指令に応じて制御される。

【0039】

光ファイバ２０を分布型振動センサ１０のセンサ部として用いる場合、演算装置３０は、光路切り替え器５０を第１接続状態に制御する。第１接続状態に制御されると、ＤＶＳ用測定機１１からＤＶＳ接続用光ファイバ１８に出射されたレーザ光が光路切り替え器５０を介して光ファイバ２０に入射しつつ、光ファイバ２０で生成された後方散乱光（レイリー散乱光）が光路切り替え器５０からＤＶＳ接続用光ファイバ１８を経由してＤＶＳ用測定機１１に入射されるようになる。

【0040】

一方、光ファイバ２０をＦＯＤセンサ４０のセンサ部として用いる場合、演算装置３０は、光路切り替え器５０を第２接続状態に制御する。第２接続状態に制御されると、ＦＯＤ用測定機４１からＦＯＤ接続用光ファイバ４８に出射されたレーザ光が光路切り替え器５０を介して光ファイバ２０に入射しつつ、センサ部２２（周回部２５）を通過したレーザ光が光路切り替え器５０からＦＯＤ接続用光ファイバ４８を経由してＦＯＤ用測定機４１に入射されるようになる。

【0041】

図４の一例において、計測装置１Ａは、トンネルＴの健全性の監視に用いられている。計測装置１ＡをトンネルＴの監視に用いる場合、光ファイバ２０は、トンネルＴの延伸方向に沿って設ければよい。

【0042】

具体的には、トンネルＴの周囲の岩盤に、トンネルＴの延伸方向に延びる貫通孔２を設け、該貫通孔２に光ファイバ２０を挿入すればよい。この場合、光ファイバ２０の各部位のうち、貫通孔２の内周と接触する区間Ａが、分布型振動センサ１０のセンサ部として機能するようになる。

【0043】

また、トンネルＴの坑壁（岩盤表面）に、トンネルＴの延伸方向に延びる凹溝３を設け、該凹溝３に光ファイバ２０を嵌め込んで設置してもよい。この場合、光ファイバ２０の各部位のうち、凹溝３の内周面と接触する区間Ｂが、分布型振動センサ１０のセンサ部として機能するようになる。

【0044】

また、光ファイバ２０をトンネルＴの坑壁面に対して、Ｕボルト等の固定具４で保持するように固定してもよい。この場合、光ファイバ２０の各部位のうち、固定具４で保持された部分Ｃが、分布型振動センサ１０のセンサ部として機能するようになる。固定具４を用いる場合、光ファイバ２０は坑壁面に接触させてもよく、或いは、坑壁面に接触させなくてもよい。光ファイバ２０を坑壁面に接触させなくても、岩盤から固定具４を介して光ファイバ２０に振動が加わることにより、振動を計測することができる。

【0045】

光ファイバ２０の所定部位を周回させた周回部２５を含むセンサ部２２は、岩盤中の割れ目や脆弱部の近傍等、トンネルＴの局所的な監視が必要とされる個所に設ければよい。センサ部２２を岩盤表面に取り付ける場合、周回部２５の長径方向の一端側が受波面となるように、センサ部２２を岩盤表面に接着又は圧着すればよい。或いは、センサ部２２を岩盤中に取り出し可能に埋設して設置してもよい。このように、岩盤中の割れ目や脆弱部の近傍にＦＯＤセンサ４０のセンサ部２２を設置すれば、振動を高精度に検知できるようになり、岩盤中の割れ目や脆弱部の変状に伴う損傷を効果的に監視することが可能となる。

【0046】

光路切り替え器５０を第１接続状態又は、第２接続状態に切り替えるタイミングは、トンネルＴの健全性の監視目的に応じて適宜に設定することができる。例えば、分布型振動センサ１０で振動を計測する第１接続状態と、ＦＯＤセンサ４０で振動を計測する第２接続状態とを、所定の周期毎に切り替えることにより、分布型振動センサ１０による全体計測と、ＦＯＤセンサ４０による局所計測とを交互に行うようにしてもよい。

【0047】

また、常時は第１接続状態で分布型振動センサ１０による全体計測を行いつつ、振動を検知すると、第２接続状態に切り替えてＦＯＤセンサ４０による局所計測を開始するようにしてもよい。或いは、常時は、第２接続状態でＦＯＤセンサ４０による局所計測を行いつつ、局所的な振動を検知すると、第１接続状態に切り替えて分布型振動センサ１０による全体計測を開始するようにしてもよい。また、第１接続状態及び、第２接続状態の切り替えは、自動制御に限定されず、手動で行えるように構成してもよい。

【0048】

以上詳述した第一実施形態の計測装置１Ａによれば、１個の分布型振動センサ１０と、１個のＦＯＤセンサ４０と、光路切り替え器５０とを備え、各センサ１０，４０の光ファイバ２０を共用させることで、１本の光ファイバ２０が分布型振動センサ１０及び、ＦＯＤセンサ４０のセンサ部として機能するように構成されている。これにより、１本の光ファイバ２０に、ＤＶＳ用測定機１１及び、ＦＯＤ用測定機４１を組み込む簡素な構成で、分布型振動センサ１０による全体計測及び、ＦＯＤセンサ４０による局所計測を実現できるようになり、トンネルＴの健全性を局所的及び広範囲な領域の両方で、高精度、且つ、効果的に監視することが可能になる。

【0049】

また、１本の光ファイバ２０を共用させ、当該１本の光ファイバ２０に対して光路切り替え器５０を介してＤＶＳ用測定機１１及び、ＦＯＤ用測定機４１のそれぞれを組み込むことで、分布型振動センサ及び、ＦＯＤセンサを単純に一個ずつ配置する構成に比べ、光ファイバの本数等、部品点数を効果的に削減することができ、装置全体の小型化、さらには、コストの削減を図ることも可能になる。

【0050】

［第二実施形態］
次に、図５に基づいて、第二実施形態に係る計測装置１Ｂの詳細を説明する。

【0051】

図５は、第二実施形態に係る計測装置１Ｂを示す模式的な全体構成図である。第二実施形態に係る計測装置１Ｂは、複数の分布型振動センサ１０と、複数のＦＯＤセンサ４０とを有し、第一実施形態とは異なり、各センサ１０，４０が光ファイバ６０，７０をそれぞれ備えるように構成したものである。

【0052】

具体的には、光ファイバ６０，７０は、複数の光ファイバ素線が束ねられた多芯光ファイバであって、ＤＶＳ用光ファイバ６０（本開示の第１光ファイバ）と、ＦＯＤ用光ファイバ７０（本開示の第２光ファイバ）とを備える。

【0053】

ＤＶＳ用光ファイバ６０は、一端をＤＶＳ用測定機１１に接続されると共に、他端側において光ファイバ素線ごとに分岐しており、分岐した各光ファイバ素線が分布型振動センサ１０のセンサ部として機能するようになっている。図示例において、ＤＶＳ用光ファイバ６０は、他端側を２本に分けられているが、光ファイバ素線の本数に応じて３本以上としてもよい。各光ファイバ素線のトンネルＴや岩盤への設置方法は第一実施形態と同様にすることができるため、説明は省略する。

【0054】

ＦＯＤ用光ファイバ７０は、各光ファイバ素線の一端及び他端をＦＯＤ用測定機４１に接続されると共に、各光ファイバ素線の一端と他端との間に周回部２５を含むセンサ部２２をそれぞれ備えて構成されている。図示例において、ＦＯＤ用光ファイバ７０は３本に分けられており、３個のセンサ部２２を備えているが、光ファイバ素線の本数に応じて２本（センサ部２２を２個）、或いは４本以上（センサ部２２を４個以上）としてもよい。各センサ部２２のトンネルＴや岩盤への設置方法は第一実施形態と同様にすることができるため、説明は省略する。

【0055】

以上詳述した第二実施形態の計測装置１Ｂによれば、ＤＶＳ用光ファイバ６０を分岐させた各光ファイバ素線がそれぞれセンサ部として機能する分布型振動センサ１０と、ＦＯＤ用光ファイバ７０を分岐させた各光ファイバ素線にそれぞれセンサ部２２を設けたＦＯＤセンサ４０とを並列に備えて構成されている。これにより、分布型振動センサ１０による全体計測と、ＦＯＤセンサ４０による局所計測とを同時、且つ並行して行えるようになり、トンネルＴの健全性を局所的及び広範囲な領域の両方で、高精度、且つ、リアルタイムに監視することが可能になる。

【0056】

また、多芯の光ファイバ６０，７０の各光ファイバ素線を分岐させて複数のセンサ部として機能させることで、複数本の単芯光ファイバを配置してセンサ部とする構成に比べ、部品点数を確実に削減できるようになり、装置全体の小型化、さらには、コストの削減を図ることも可能になる。

【0057】

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

【0058】

例えば、上記実施形態において、分布型振動センサ１０は、レイリー散乱光の位相変化を検知する方式を一例に説明したが、振幅変動（強度）を検知する方式等、他の検知方式を用いるものであってもよい。また、ＦＯＤセンサ４０の周回部２５の横断面形状は、上記の通り略楕円形状又は長円状とするのが最良の形態となるが、これら楕円や長円以外の形状を適用することも可能である。

【0059】

また、本開示の適用範囲は、トンネルＴの監視に限定されず、原子力発電所等から搬出される放射性廃棄物の地下埋設施設、ダム本体やダム本体の周辺岩盤、橋脚や橋梁、塔状構造物等の監視にも広く適用することが可能である。

【符号の説明】

【0060】

１Ａ，１Ｂ…計測装置，１０…分布型振動センサ，１１…ＤＶＳ用測定機（第１測定機），１２…レーザ光源（第１光源），１３…光サーキュレータ，１４…検出器（第１検出器），１８…ＤＶＳ接続用光ファイバ，２０…光ファイバ，２２…センサ部，２５…周回部，２６…拘束治具，２７…収容器，３０…演算装置，４０…ＦＯＤセンサ，４１…ＦＯＤ用測定機，４２…レーザ光源（第２光源），４３…検出器（第２検出器），４８…ＦＯＤ接続用光ファイバ，５０…光路切り替え器，６０…ＤＶＳ用光ファイバ，７０…ＦＯＤ用光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】