特許 7416492 アーマードＤＳＳケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】アーマードＤＳＳケーブル

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20240110BHJP

   G01K 11/32 20210101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 Z

G01K11/32 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022570766

(86)(22)【出願日】2020-12-21

(86)【国際出願番号】 JP2020047596

(87)【国際公開番号】W WO2022137273

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2023-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】303021609

【氏名又は名称】ニューブレクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岸田 欣増

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１４５５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－６８８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３５２１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－７０５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１１３００９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６

２５／００

Ｇ０１Ｄ ５／２６－５／３８

Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０８

Ｇ０１Ｋ １１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

螺旋状に巻回された第１のロープで構成された内層部と、
光ファイバと、この光ファイバを螺旋状に取り囲み、前記第１のロープよりも小さい外径を持つ複数の第２のロープと、を有する光ファイバモジュール、および、前記第１のロープよりも大きい外径を持つ複数の第３のロープ、が同一径上に配置され、かつ螺旋状に巻回されて構成された表層部と、
を同心状に構成したことを特徴とするアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項2】

前記第２のロープを５本有するとともに、前記光ファイバモジュールを２個有することを特徴とする請求項１に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項3】

前記光ファイバモジュールの外径は１．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項4】

前記光ファイバと前記複数の第２のロープとの隙間は、樹脂で充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項5】

前記表層部を構成するロープは、いずれもステンレス鋼線であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項6】

前記表層部と前記内層部の間に、
温度センサであるＦＩＭＴ温度モジュールと、複数の螺旋形状の第４のロープと、を同一径上に配置され、かつ螺旋状に構成された中間層部をさらに備えた、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項7】

前記内層部のロープに複数のステンレス鋼線を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【請求項8】

前記中間層部のロープに複数のステンレス鋼線を含むことを特徴とする請求項６に記載のアーマードＤＳＳケーブル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、アーマードＤＳＳケーブルに関わる。

【背景技術】

【0002】

分布型光ファイバセンシング（ＤＦＯＳ：Distributed Fiber Optic Sensing）技術が実用化に向けて進展しつつある。本技術は、変形、温度、音波、圧力など、多岐に亘って発展しており、精度は１３ｎε（ナノストレイン）、距離分解能は２ｃｍ、計測距離は数１０ｋｍまで可能となり、実用的なレベルに達した。

【0003】

特に、土木工事においては、このＤＦＯＳ技術は、施工品質の監視、および工事完成後の維持管理に至るまで、一貫してその適用が期待されている。
なお、このＤＦＯＳ技術は、寿命の観点からは１００年の可能性があるが、未だ、実際にこの寿命を検証されて製造されているものはない。

【0004】

一方、ケーブル設計の観点からは、以下の事柄が要求される。１つ目は、適切なコストで製造できること、２つ目は、既存の設備で製造できること、３つ目は、所要の変形範囲において圧縮と引っ張り双方の正確なひずみの計測結果が得られること、４つ目は、光学的にも機械的にも容易に接続されるための安定した特質を持っていること、５つ目は、輸送の際の取り扱い、あるいは現場での取り扱いが容易であること、６つ目は、ヒューマンフレンドリーであること、及び安全に操作できること、７つ目は、セメント内に設置された場合でも十分な強度を持っていること、である。

【0005】

特に、ＤＳＳケーブル（ＤＳＳはDistributed Strain Sensingの略称）の寿命については、その使用期間によって、課題となる主な損傷原因とその解決方法が以下のように異なっており、使用期間に応じて対応の仕方を変える必要がある（図１参照）。

【0006】

まず、使用期間が１年以下で良い場合には、実装時における機械的損傷が問題となる。これについては、以下の対策が採られている。１つ目は、ケーブル径を小さくすること、２つ目は、全面鋼鉄構造、あるいはチタン線材にすること、３つ目は、現場においてはケーブルの接続点を設けないこと、４つ目は、実装方法が簡単であること、である。

【0007】

次に、使用期間が２０～３０年であることが要求される場合には、ケーブル構造体中の変形、あるいは亀裂、および接続部の変形などの機械的な問題が課題となる。これについては、以下が解決方法となる。１つ目は、実装時に生じたケーブル歪は、鋼と光ファイバ（以下、ＦＯとも称す）の規定された歪の範囲内であること、２つ目は、光ファイバケーブル（ＦＯＣ）は、亀裂が３ｍｍ幅になっても機能すること、３つ目は、ケーブル構造体の内部に接続箇所を設けないこと、言い換えると、初期の実装歪が規定の範囲内にあること、４つ目は、埋め込まれた部分から表面まで、出口部分を十分保護すること、である。

【0008】

最後に、使用期間が２０年を超える場合には、ケーブル構造体の劣化、あるいは腐食などの、化学的な問題が課題となる。これについては、以下が解決方法である。１つ目は、光ファイバケーブルのプラスチック部品の耐劣化対策を行うこと、２つ目は、異種金属を用いず、異種金属腐食を防止すること、３つ目は、酸素に対して耐腐食性のある金属材を使用すること、４つ目は、海水環境においては（耐海水性のある）特殊な金属材を使用すべきこと、水素環境、あるいは水環境下では、これらの環境に対応する措置を採ること（例えば、炭素コーティングの採用など）、である。

【0009】

上記の課題の中でも、特に、ＤＳＳケーブルの設計思想として重要なものは、構造物に負荷がかかることによって発生する歪の評価の問題、つまり品質管理に関する課題、および２０年を超える使用期間において良好な品質を維持する維持管理の課題の両方を解決してゆく必要がある（例えば非特許文献１参照）。

【0010】

前者の歪の大きさを評価するに当たっては、ＦＯと、ＦＯが設置されるケーブルなどの構造体と、の間の（長期の）安定な結合性が課題となる（図２および図２の丸囲み記号ａ、ｂ、ｃ参照）。これにより、被測定対象物からケーブルへの歪の伝達特性が影響を受けるからである。また、歪の測定においては、ＤＳＳケーブルの施工時における品質管理の観点、つまり、現場で測定対象物にケーブルを設置した場合には、「設置のし易さ」の他に、「ＦＯＣセンシング」の観点から、温度とひずみの変化がともに計測した光信号に変化を及ぼすので、ひずみの計測精度の確保の観点から、温度変化と歪変化の影響をそれぞれ区別して測定可能な、測定対象物の評価方法の実現を図る必要がある。さらに、施工後の計測精度の維持管理の観点から、ＤＳＳケーブルの設置後においては、振動などの環境変化に対して、予想される状況、例えば、測定対象物にある程度大きな亀裂が発生しても、寿命に影響が生じない、亀裂発生部以外の部分の計測精度に影響を与えない計測方法であることの保証などをしていく必要がある（図２の丸囲み記号ｄ参照）。

【0011】

以上の課題を解決するべく、従来、以下に挙げる構造のアーマード光ファイバケーブル（以下、光ファイバケーブルはＦＯＣと略記することもある）が開発されてきた。以下、先行事例となるケーブルの特徴について、図３に示すケーブルの比較表を用いて説明する。

【0012】

まず、Ａ社製のアーマードＦＯＣの課題は、ケーブル曲げなどの大変形に対する耐性がよくないこと、および、微小ひずみに対する感度が良くないことである。後者の原因は、光ファイバ（以下、ＦＯと略記することもある）がケーブルの内側に設置されている構造、具体的には、このケーブルのＦＯは、その周りを環状に配置された複数のスチール鋼線で囲まれており、ケーブル表面にＦＯが設置された場合に比べ、微小ひずみに対する感度が良くないことである。

【0013】

次に、Ｂ社製のアーマードＦＯＣも、同様の課題を持つ。すなわち、ケーブルは、亀裂の生ずる場所に設置された時などの大変形に対する耐性がよくない（大変形で切断される）こと、また、上記と同様に、このケーブルのＦＯは、その周りを六角形状に構成された６本のスチール鋼線で囲まれており、その外にさらに柔らかいプラスチック層があり、ケーブル表面にＦＯが設置された場合に比べ、被測定体の微小ひずみに対する感度が良くないことである。

【0014】

また、上記２社のような、外形が円状のケーブルとは異なり、ケーブルの外形が矩形状のエンボス型ケーブルも開発されている。エンボス型ケーブルは、大変形に対する耐性がよくないことは上記２種類のケーブルと同様である。また、ケーブル強度も、上述のＡ社製のアーマードＦＯＣ並みである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0015】

【文献】大窪 他、「緊張管理・維持管理に適用可能な光ファイバを用いたＰＣ張力分布計測技術の開発」、土木学会論文集Ｅ２（材料・コンクリート構造）、Vol.76, No.1, 41-54, 2020.

【特許文献】

【0016】

【文献】国際公開２０１４／０８３９８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

以上説明した課題を解決するに当たって、まず、測定感度を良くする上で特に重要となる、上述のＦＯと、ＦＯが設置されるケーブルなどの構造物と、の間の結合性の問題に関して、以下説明する。

【0018】

上述の微小ひずみに対する感度については、ケーブル内でのＦＯの配置場所が変わると感度が異なるという新たな課題があることが判明した。これについて、図４、図５を用いて説明する。ここで、図４は、このＦＯを有するＦＯＣ１００の設置場所を説明するための坑井の断面図、図５は、上記ＦＯＣ１００内での配置場所が異なる２種類のＦＯを使って測定したひずみの測定結果を示した図である。この例では、このＦＯＣは、複数の鋼線製のロープが環状に構成された層が複数集まって構成されている。

【0019】

図４に示したように、上記ＦＯＣは、坑井の円環状のケーシング１０１の外側に設置された環状のセメント部分である側壁１０２内に設置されており、上記坑井を構成するケーシング１０１に発生する微小ひずみを、このＦＯＣ１００が有するＦＯで計測する。

【0020】

そして、この場合において、上記ケーシング１０１に生じた歪を上記ＦＯで検知した実測例を図５Ａ、図５Ｂに示す。これら２つの図は、被測定体に対して、ステップ状に、荷重を負荷した時と荷重を除去した時に、ＦＯで検出された歪の変化量を示している。図中、点線は荷重負荷時（負荷荷重をゼロから一定値までステップ的に増加させた時）の実測例を示し、実線は荷重除去時（負荷荷重を一定値からゼロまでステップ的に減少させた時）の実測例を示す。

【0021】

上記図５として示した２つの図（図５Ａ、図５Ｂ）のうち、図５Ａは、ＦＯＣ１００の内層部分にＦＯが構成されている場合のひずみの計測結果を示した図であり、図５Ｂは、ＦＯＣ１００の表層部分にＦＯが構成されている場合のひずみの計測結果を示した図である。

【0022】

上記計測結果から、図５Ａ、図５Ｂのいずれの図においても、５με程度の微小な歪を検出できていることがわかる。一方で、歪分布の計測においては、２つの図では様子が異なり、図５Ａでは、５με以下の小さな歪の値の測定データしか示されておらず、実際の歪の変化に追従して正確な計測ができていないと推定されるのに対して、図５Ｂでは、１με以下の微小な歪を含み、２０με以上の大きな値の歪の値までの歪の変化に追従した測定データが示されており、実際の歪の分布を正確に計測できていると推定される。また、この場合において、図５Ａで計測された歪の最大値は、図５Ｂで計測された歪の最大値の１／２程度の値になっていることが判る。
以上の結果から、歪が１０με程度の小さい値を示す歪の変化を計測する場合には、ＦＯＣ１００の表層部分にＦＯが実装されている必要があることが判明した。

【0023】

本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、土木工事における被測定体の品質管理と維持管理を行う評価手法を確立するため、被測定体の変形度合いを計測する光ファイバケーブルに設計上要求される項目のうち、特に、被測定体に負荷される引張力および圧縮力の両方の評価が可能な精密で正確な計測ができること、およびセメントなどの施工環境下に光ファイバケーブルが設置された場合に、長期にわたる計測精度が維持できること、の２つの項目を満足する光ファイバケーブル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】

【0024】

本願に開示されるアーマードＤＳＳケーブルは、
螺旋状に巻回された第１のロープで構成された内層部と、
光ファイバと、この光ファイバを螺旋状に取り囲み、前記第１のロープよりも小さい外径を持つ複数の第２のロープと、を有する光ファイバモジュール、および、前記第１のロープよりも大きい外径を持つ複数の第３のロープ、が同一径上に配置され、かつ螺旋状に巻回されて構成された表層部と、
を同心状に構成したことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0025】

本願に開示されるアーマードＤＳＳケーブルによれば、土木工事における被測定体の品質管理と維持管理を行う評価手法を確立するため、被測定体の変形度合いを計測する光ファイバケーブルに設計上要求される項目のうち、特に、被測定体に負荷される引張力および圧縮力の両方の評価が可能な精密で正確な計測ができること、およびセメントなどの施工環境下に光ファイバケーブルが設置された場合に、長期にわたる計測精度が維持できること、の２つの項目を満足する光ファイバケーブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】ＤＳＳケーブルの寿命に関わる課題を説明するための表図である。

【図2】ＤＳＳケーブルの計測精度の維持管理上の課題を説明するための図である。

【図3】先行例となる複数のケーブルの特性を比較した表図である。

【図4】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルの課題を説明するための、坑井中のＦＯＣの設置状況を示した断面図である。

【図5】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルおける課題を説明するための、図４のＦＯＣを用いて計測したひずみ計測結果を示した図である。

【図6】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルの設置状態を説明するための断面図である。

【図7】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルのアーマードＦＯモジュールを説明するためのモデル断面図である。

【図8】実施の形態１に係るアーマードＦＯモジュールの空間分解能を説明するための図である。

【図9】被測定体に生じた亀裂の歪計測への影響を調べるため、実施の形態１に係るアーマードＦＯモジュールで測定した歪の測定結果を示した図である。

【図10】実施の形態１に係る２種類のアーマードＦＯモジュールの横方向の耐性を比較するための図である。

【図11】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルの構造を説明するためのモデル図である。

【図12】実施の形態１に係る２種類のアーマードＦＯモジュールの最小ロープ径を検討するためのデータを示した表図である。

【図13】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルの引張試験の結果を示した図である。

【図14】実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルに圧縮応力が作用した時の歪分布の計測結果を示した図である。

【図15】実施の形態２に係るアーマードＤＴＳＳケーブルの構造を説明するためのモデル図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

実施の形態１．
実施の形態１のアーマードＤＳＳケーブルについて、以下、図６～図１５を用いて詳しく説明する。

【0028】

まず、本実施の形態によるアーマードＤＳＳケーブルの設置例を図６に示す。この図に示したように、一般に、土木工事においては、被測定対象物の歪の計測に当たって、アーマードＤＳＳケーブル４０等のＦＯＣをセメントで固定する機会も多いため、セメントとＦＯＣの結合性を確保する必要がある。図６は、ＦＯＣを取り囲むように、周囲部材であるセメントを流し込んで四角柱状のブロックを形成し、このブロックによりＦＯＣを固着した実験の様子を示すモデル断面図である。

【0029】

この図に示すように、歪などのセンサである光ファイバ１（以下、略して「ＦＯ１」とも称する）は、ＦＯＣであるアーマードＤＳＳケーブル４０（後ほど詳しく説明する）の表層部分に配置され、このアーマードＤＳＳケーブル４０を取り囲んで、周囲部材であるセメントブロック３０が存在している。

【0030】

この場合において、２層構造のアーマードＤＳＳケーブル４０の表層部分を構成する、ＦＯ１を内側の中心部分に持つ歪センシング構造体であるアーマードＦＯモジュール１０（以下、光ファイバモジュール１０とも呼ぶ）およびロープ４（ロープ４は、例えば、鋼線で構成されている）を含む、環状の表層部分の外側部分には、セメントブロック３０を構成するセメントが入り込み、アーマードＤＳＳケーブル４０は、このセメントに固着されている。これにより、アーマードＤＳＳケーブルの光ファイバモジュール１０とセメントブロック３０の両者は互いに滑ることはない。つまり、正確に歪を伝達できる。また一方で、この表層部分の内側にはセメントが侵入している形跡はない。これらのことから、ＦＯＣの構造特性は独立性があり、製造時での性能を実装後にも保証できる、高い安定性があると言える。

【0031】

上記のような形態でアーマードＤＳＳケーブル４０が固着されている理由は、アーマードＤＳＳケーブル４０のような構造体とこの構造体が設置される周囲構造物との結合性がよくないと、周囲構造物である被測定体に発生した歪、温度などをアーマードＤＳＳケーブル４０に設けたＦＯ１で測定する場合に、被測定体とアーマードＤＳＳケーブル４０の間に滑りが発生し、これによりＦＯ１への伝達特性が劣化し、高精度な計測に支障を来たすので、これを防止するためである。

【0032】

なお、上記では、表層部分の内側のセメントが侵入していない領域の充填方法については特に規定しなかったが、ゴムを含む樹脂により、この表層部分の内側のセメントが侵入していないと判断できる領域を充填してもよい。これにより、ケーブルの腐食防止を図ることができ、工業的に、より安定した製造が可能となり、かつ、計測精度の安定化にも繋がる。

【0033】

また、上記では、２層構造のアーマードＤＳＳケーブル４０を例に被測定体との固着の必要性について説明したが、これに限らず、ＦＯＣとして、実施の形態２で詳しく説明する、３層構造のアーマードＤＳＳケーブル５０を用いた場合も同様である。なお、光ファイバ１は、歪検知用のセンサとして機能する他、温度検知用のセンサとしても機能する。

【0034】

次に、上述した２種類のＦＯＣであるアーマードＤＳＳケーブル４０とアーマードＤＳＳケーブル５０に共通する構成要素である歪検知用のセンサを持つアーマードＦＯモジュール１０等について、図７を用いて詳しく説明する。

【0035】

図７には、２種類のアーマードＦＯモジュールの軸の方向（長手方向）に垂直な面で切断した断面図が示されている。図７Ａには、６本のロープ２（例えば、鋼線で構成されている）を有し、その中心部分にＦＯ１を有するアーマードＦＯモジュール１０が示され、図７Ｂには、５本のロープ２（例えば、鋼線で構成されている）を有し、その中心部分にＦＯ１を有するアーマードＦＯモジュール１０ａが示されている。また、これら２つの図のいずれにおいても、ＦＯ１とロープ２との隙間には樹脂１１が充填され、ＦＯ１は、この樹脂１１によりロープ２に固着されている。この場合において、樹脂１１は防水機能を兼ねている。なお、これまでは、前者のアーマードＦＯモジュール１０が、実際の計測で、しばしば用いられてきた。

【0036】

これら２種類のアーマードＦＯモジュール１０、１０ａが有する複数のロープ２は、いずれも、ＦＯ１の周囲に螺旋状に巻回されており撚り線構造を形成している。なお、ロープは、プラスチックで表面を被覆されていないステンレス鋼線で構成されていてもよく、ロープ（撚り線とも称する）の材質は自由に変更可能であり、耐腐食性を有するなど、特殊な環境にも適応可能となっている。また、光学的にも安定した特性を有している。

【0037】

次に、上記アーマードＦＯモジュール１０の性能を確認するため、まず、基本的な特性試験である引張試験を行った（手で引っ張って試験した）。このときの実験結果の一例について、図８を用いて説明する。図８において、横軸には、基準点から計測位置までの距離（単位：ｍ）を取り、縦軸には、検知された歪（任意単位）の大きさを取る。

【0038】

図８において、白丸を付した曲線は、アーマードＦＯモジュール１０を巻いた状態で行った場合の、引張試験前の歪のデータ（初期歪のデータ）を示し、白抜きの三角形を付した曲線は、アーマードＦＯモジュール１０を伸ばした状態で行った場合の、引張試験前の歪のデータ（初期歪のデータ）を示している。また、黒丸を付した曲線は、１回目の引張試験の結果を示し、黒三角形を付した曲線は、２回目の引張試験の結果を示す。さらに、縦の実線で示した位置ｌｃは、１回目の引張試験で、最大の歪の値を計測した２つの位置のうちの右側の位置を示し、縦の点線で示した位置ｌｏは、この歪が変化しなくなる位置を示しており、これら２つの位置間の距離Ｓｃｚは、アーマードＦＯモジュール１０の空間分解能を示していると考えられる。

【0039】

この結果から、位置ｌｏより右側の位置（図中、横軸の値がおよそ２ｍ以上の位置）では、引張試験前と引張試験後とで生じた歪に差がないことが判る。また、歪の値は最大値を示す位置から離れるにつれて、徐々に小さくなることが判る。また、２回目の引張試験で検知された歪の最大値は、１回目の引張試験で検知された歪の最大値よりも小さいことが判る。

【0040】

このことから、引張試験によって、アーマードＦＯモジュール１０は、距離Ｓｃｚ（ここでは約５０ｃｍ）より短い距離では、アーマードＦＯモジュール１０中のＦＯ１が反応しているが、それより長い距離では反応していないこと、つまり、この実験結果においては、アーマードＦＯモジュール１０の空間分解能は距離Ｓｃｚで表されることが判る。
また、被測定体の歪の発生によりＦＯ１で検知される歪が徐々に抑制されることから、ケーブルの一部が被測定体に発生した大きな亀裂に曝されても、ＦＯ１に及ぶ影響は一部に限られると想定される。つまり、被測定体に亀裂が発生しても、歪の計測上に及ぼす影響範囲は限定された範囲にとどまると予想されるため、実質上、問題はないことが想定できる。なお、上記のＳｃｚの値である５０ｃｍは、アーマードＦＯモジュール１０の巻回されているロープの螺旋のピッチが５ｃｍの場合には、１０ピッチ分に相当する。

【0041】

次に、被測定体に実際に亀裂が発生した場合に、ＦＯ１に生じた歪の大きさについての実験結果について、図９を基に説明する。図９に、被測定体（ここでは四角柱状のセメントブロック）に亀裂が発生した場合に、アーマードＦＯモジュール１０を使って検知した歪の測定結果を示す。

【0042】

ここで、図９Ａは、６０ｋＮの負荷により上記被測定体に発生した７か所の亀裂パターンＣｒ１～Ｃｒ７の模式図を示す。ここで測定した亀裂の幅は最小４０μｍであった。
また、図９Ｂは、上記被測定体の位置に対応して、アーマードＦＯモジュール１０を構成するＦＯ１によって測定された歪の計測結果を、負荷の値ごとに分けて示したグラフである。

【0043】

図９Ｂで、黒三角形を付した曲線のグラフは、負荷３０ｋＮの場合に検知された、被測定体の計測位置に対応した歪分布を示し、黒丸を付した曲線のグラフは、負荷６０ｋＮの場合に検知された、被測定体の計測位置に対応した歪分布を示し、白抜きの三角形を付した曲線のグラフは、負荷１３０ｋＮの場合に検知された、被測定体の計測位置に対応した歪分布を示し、白丸を付した曲線のグラフは、負荷２００ｋＮの場合に検知された、被測定体の計測位置に対応した歪分布を示す。図９Ａの亀裂を示した図、および図９Ｂの歪の検知結果のグラフより、亀裂位置、および被測定体への負荷の大きさに比例する態様で、歪が計測されている様子が判る。なお、この場合の位置分解能は２０ｃｍであった。

【0044】

なお、歪センシング用のセンサとしては、そのヤング率（厳密に言うと縦弾性係数）に代表される剛性（わかり易く言うと変形のし難さ）が被測定体と同じであることが理想である（同一の負荷に対して同じ歪を生ずる）。本実施の形態１のアーマードＦＯモジュール（撚り線構造）の場合には、その剛性は６０ＧＰａであり、被測定体がコンクリート（セメント材）の場合、その剛性は３０－６０ＧＰａである。一方、一般的な鋼材の剛性は約２００ＧＰａである。従って、この一般的な鋼材に比べて、本実施の形態１のアーマードＦＯモジュールは撚り線構造を有しており、歪センシング用のセンサとして理想に近いものである。

【0045】

アーマードＦＯモジュールの長手方向の耐力（材料の強度特性である降伏点に相当する応力）の安定性については、上述のような説明ができるが、さらに精度の高い計測を行うためには、アーマードＦＯモジュールの短手方向（横方向）の耐力の安定性も調べておく必要がある（例えば、非特許文献１参照）。
そこで、次に、上述の２種類のアーマードＦＯモジュール１０、１０ａに関して、それぞれ３つずつサンプルを選び、これらのサンプルによって、短手方向（横方向）の耐力を調べた。この結果を図１０に示す。

【0046】

この図は、これら２種類のアーマードＦＯモジュールについての、押圧（縦軸に示す）に対する横方向の変位（横軸に示す）の結果を示すものである。具体的には、アーマードＦＯモジュール１０のサンプルとしては、符号６a、６ｂ、６ｃで示した３つのサンプルを用い、アーマードＦＯモジュール１０ａのサンプルとしては、符号５a、５ｂ、５ｃで示した３つのサンプルを用いて、この押圧に対する変位を調べた。

【0047】

この図に示すように、２種類のアーマードＦＯモジュール１０、１０ａとも、変位が０．４５ｍｍまでは、押圧に対して（アーマードＦＯモジュール１０では約４０Ｎの押圧まで、アーマードＦＯモジュール１０ａでは約１００Ｎの押圧まで）、ほぼ安定的に変位していることが判る。
しかしながら、これらの点（以下、それぞれのモジュールにおいての臨界点と呼ぶ）を境に、応力がわずかでも増すと、変位が著しく増加する結果が計測された。具体的には、２種類のアーマードＦＯモジュール１０、１０ａについて、アーマードＦＯモジュール１０（図中“６本撚り”としたモジュール）の耐力が約４０Ｎであったのに対して、アーマードＦＯモジュール１０ａ（図中“５本撚り”としたモジュール）の耐力は１００Ｎであった。この結果から、アーマードＦＯモジュール１０ａがアーマードＦＯモジュール１０より、優れた耐力特性を持つことが判る。つまり、歪の計測ツールとしては、５本のロープをもつアーマードＦＯモジュール１０ａの方が、６本のロープをもつアーマードＦＯモジュール１０よりも、耐力性能が優れていると言える。

【0048】

次に、上述のアーマードＦＯモジュール１０ａを最外層部分に配置した２層構造のアーマードＤＳＳケーブル４０について、図１１を用いて、まず説明する。図１１は、アーマードＤＳＳケーブル４０について説明するための構造モデル図であり、その層構造を説明するための図１１Ａ、および３次元的な構造を説明するための図１１Ｂから構成される。この場合において、図１１Ａは、アーマードＤＳＳケーブル４０の長手方向（軸方向）に直交する断面図として示されている。

【0049】

図１１Ａに示したように、アーマードＤＳＳケーブル４０は、大きく分けて、中心部に配置された７本のロープ３（例えば、鋼線で構成されている）を有する内層部と、７本のロープ４（例えば、鋼線で構成されている）と２つのアーマードＦＯモジュール１０ａを環状に配置した表層部（図に示したように、この表層部が最外層部分となっている）の２つの要素で構成されている。

【0050】

ここで、図１１Ｂに示したように、アーマードＦＯモジュール１０ａの構成要素であるＦＯ１を取り囲むロープ２、上記のロープ３、およびロープ４は、いずれも、螺旋状に巻回されて構成されている。この場合の螺旋のピッチは、例えば５ｃｍに設定される。また、上記アーマードＤＳＳケーブル４０の外径は４．９ｍｍである（この値を満たすためには、例えば外径０．８１ｍｍのロープ３と、外径１．２ｍｍのロープ４を用いればよい）。そして、上記のようなアーマードＤＳＳケーブル４０を用いて、分布歪を測定することができる。なお、通常は、歪を測定する際、測定場所によって被測定体の温度も異なっていることが想定されるため、図１１Ａ、図１１Ｂにそれぞれ示したように、アーマードＦＯモジュール１０ａは２個（１組）で構成される。なお、実施の形態１のアーマードＤＳＳケーブル４０についての、図３に示した先行事例のケーブル特性に対応する値は、上記した外形サイズを除き、それぞれ、以下の通りである。機械的強度：１３０００Ｎ、微小歪に対する感度：良好、大変形耐性：有。これらのいずれの特性も、先行事例の各特性に比べて優れていることがわかる。なお、以上で説明したロープ２、ロープ３、およびロープ４は、寿命の観点から、単なる鋼線ではなくステンレス鋼線で構成されていてもよい。

【0051】

さらに、図１１Ａ、図１１Ｂに示したＦＯの外径は、ほぼ０．２５ｍｍであり、この条件下で、最小ロープ外径を計算した例を図１２に示す。
図１２においては、上述の２種類のアーマードＦＯモジュール１０、１０ａ（図１２では、前者をタイプ１のワイヤタイプ、後者をタイプ２のワイヤタイプと呼んでいる）について、その外径サイズをそれぞれ計算して求めたものである。各モジュールにおいて、そのロープ外径は以下のように計算される。

【0052】

まず、タイプ１では、６本の各ワイヤの外径は０．４ｍｍ、これら６本のワイヤで囲まれた内側において、これら６本のワイヤの外径に接する円の外径をホールサイズと称すると、このホールサイズは、０．４ｍｍとなる。よって、タイプ１のロープ外径は、２×（各ワイヤ外径＋ホールサイズ／２）＝２×（０．４＋０．４／２）＝１．２ｍｍとなる。タイプ２のワイヤにおいても同様に、そのロープ外径は、２×（０．４４２＋０．３１７／２）≒１．２ｍｍとなる。

【0053】

以上をまとめると、いずれのタイプにおいても、すなわち、２種類のアーマードＦＯモジュール１０、１０ａのいずれにおいても、そのロープ外径は１．２ｍｍであることが判る（言い換えると、アーマードＦＯモジュールの外径は１．２ｍｍ以上に設定できるともいえる）。また、ホールサイズが０．２５ｍｍより大きいことから、例１、例２に示した、いずれの外径のＦＯも使用可能である。さらに、タイプ２のワイヤでは、タイプ１のワイヤに比較して、各ワイヤの外径は、より大きいサイズのものが使用できることが判る。このことからも、アーマードＦＯモジュールの外径は１．２ｍｍ以上に設定できるといえる。

【0054】

また、上述のような構造とすることで、先に説明した、表面の撚り線構造を利用して被測定体である、例えば土木工事におけるコンクリートとの結合性能を確保できること、また、アーマードＦＯモジュール１０、あるいはアーマードＦＯモジュール１０ａを表面に配置したことで、被測定体の歪あるいは温度などを感度よく測定できること、また、レイリー計測法とブリルアン計測法を利用することにより、温度を検知する専用のセンサを有していない場合でも、温度と歪を分離して同時に計測する高精度な測定が可能であること（例えば、特許文献１参照）、局所の亀裂に対して断線しないこと、などの効果を奏する、被測定体の歪、および温度計測用のアーマードＤＳＳケーブルを提供することができる。

【0055】

そこで次に、上記のアーマードＤＳＳケーブルの有する特性を確認するため、まず、基本的な試験である引張試験を行った。その結果を図１３に示す。この図に示すように、試験には３サンプルを用いた（Ｎｏ．１～Ｎｏ．３）。この図１３に示したように、ケーブルへの負荷に対して、１．５％を超える伸びを示したが、一般的な鋼材の伸びの線形区間は０．１％以下であるのに対して、この図に示したように、撚り線構造とした場合には、伸びの線形区間は１％程度にもなることがわかる。

【0056】

以上では、アーマードＤＳＳケーブル４０の引張試験の結果について説明したが、次に、アーマードＤＳＳケーブル４０を圧縮試験に適用した場合について説明する。

【0057】

図１４は、被測定体を圧縮した場合に、被測定体に生じた歪を、上記アーマードＤＳＳケーブル４０に搭載したＦＯで計測した場合の歪分布の計測結果の一例を示したグラフである。この図１４において、横軸は被測定体上の測定位置を基準点からの距離で示したものであり、縦軸は計測した歪の値を示している。また、この図では、被測定体に負荷された５種類の負荷ごとに分けて、計測した歪分布の結果を示している。

【0058】

この図１４で、グラフの一番上の曲線は負荷がかかっていない場合（負荷が零）の歪分布を示しており、上から二番目は、負荷が２８５ｋＮの場合の歪分布、上から三番目は、負荷が４３０ｋＮの場合の歪分布、上から四番目は、負荷が６２５ｋＮの場合の歪分布、そして一番下は、負荷が７３５ｋＮの場合の歪分布を、それぞれ示している。

【0059】

この図に示したように、距離１．０ｍから距離２．４ｍの範囲では、上記５種類の各応力の値に応じて歪分布が比例的に変化しており、被測定体に生じた歪分布が的確に計測できているものと想定される。そして、この場合において、５種類の歪分布の値はいずれもマイナスの値を示しており、被測定体への圧縮力として的確に計測されているものと推定される。

【0060】

以上のように、本実施の形態１のアーマードＤＳＳケーブルによれば、アーマードＦＯモジュールを最外層部分に配置していることにより、被測定体に負荷される引張力および圧縮力の両方の評価が可能な精密で正確な計測ができること、およびセメントなどの施工環境下に光ファイバケーブルが設置された場合において、４０μｍの亀裂幅まで検出できており、また、一方、ひび割れ開口が３ｍｍになるまでケーブル寿命があると予想できることから、２０年以上の長期にわたる計測精度が維持できること、の２つの項目を満足する光ファイバケーブルであると推定できる。また、上述のアーマードＦＯモジュール１０ａを用いれば、アーマードＦＯモジュール１０を用いた場合と比べて、より高性能な計測が可能となる。

【0061】

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るアーマードＤＳＳケーブルについて、図１５を用いて詳しく説明する。

【0062】

以上においては、主として歪センシング用の光ファイバを有する、２層構造のアーマードＤＳＳケーブル４０を基に、その特徴、あるいは効果について説明してきたが、本実施の形態２では、さらに、温度センサとしての機能のみを有する光ファイバを併せ持つ、３層構造（内層部、表層部の間に中間層部を有する構造）のアーマードＤＳＳケーブル５０について、以下、上記アーマードＤＳＳケーブル４０との相違点を中心に詳しく説明する。

【0063】

図１５は、アーマードＤＳＳケーブル５０について説明するための構造モデル図であり、その層構造を説明するための図１５Ａ、および３次元的な構造を説明するための図１５Ｂから構成される。この場合において、図１５Ａは、このアーマードＤＳＳケーブル５０の長手方向（軸方向）に直交する断面図として示されている。

【0064】

図１５Ａに示したように、アーマードＤＳＳケーブル５０は、大きく分けて、中心部に配置された７本のロープ３（うち６本のロープが中心軸となる１本のロープを取り囲んで配置されている）を有する内層部と、８本のロープ５（例えば、鋼線で構成されている）および１つの温度センシング構造体であるＦＩＭＴ温度モジュール２０を一体として、環状に配置した中間層部と、１３本のロープ４および２つのアーマードＦＯモジュール１０ａを一体として、環状に配置した表層部（図に示したように、この表層部が最外層部分となっている）の、３つの要素で構成されている。

【0065】

ここで、図１５Ｂに示したように、中間層部を構成する８本のロープ５と温度センサ２１を備えたＦＩＭＴ温度モジュール２０（ＦＩＭＴはFiber Metallic Tube の略称）は、内層部、および外層部の上記各構成要素と同様（これらについては実施の形態１ですでに説明したのでここでは詳しい説明は省略する）、いずれも、螺旋状に巻回されて構成されている。また、上記アーマードＤＳＳケーブル５０の外径は７．３ｍｍである（この値を満たすためには、例えば外径１ｍｍのロープ３とＦＩＭＴ温度モジュール２０、および外径１．２ｍｍのロープ５を用いればよい）。なお、ロープ５は寿命の観点からステンレス鋼線で構成されていてもよい。

【0066】

上記のようなアーマードＤＳＳケーブル５０を用いて、被測定体の歪分布に加え、温度分布を計測することができる。従って、図１５に示したアーマードＤＳＳケーブル５０は、アーマードＤＴＳＳケーブルとも呼べる。ここで、ＤＴＳＳはDistributed Temperature and Strain Sensingの略称である。

【0067】

このような構造とすることで、先に説明した、表面の撚り線構造を利用して被測定体である、例えば土木工事におけるコンクリートとの結合性能を確保できること、また、アーマードＦＯモジュール１０ａを表面に配置したこと、およびＦＩＭＴ温度モジュール２０を表面に近い層に配置したことで、被測定体の歪あるいは温度などを感度よく測定できること、また、アーマードＦＯモジュール１０ａとＦＩＭＴ温度モジュール２０を併用することで、ブリルアン計測法は利用せず、レイリー計測法だけで、温度と歪を分離して高精度での測定が可能であること（例えば、特許文献１参照）、局所の亀裂に対して断線しないこと、などの効果を有する、被測定体の歪、および温度センサ用のアーマードＤＳＳケーブルを提供することができる。以上により、実施の形態２に係るアーマードＤＳＳケーブルでも、実施の形態１に係るアーマードＤＳＳケーブルと同様の効果を得ることが可能となる。なお、実施の形態２では、アーマードＦＯモジュールとして、アーマードＦＯモジュール１０ａを用いた場合について説明したが、実施の形態１と同様、アーマードＦＯモジュール１０ａに替えてアーマードＦＯモジュール１０を用いた場合でも同様の効果を奏する。

【0068】

なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、上記各層を構成する各ロープの本数は複数であればよく、具体的な数は適宜決めることができるなど、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0069】

１ 光ファイバ（ＦＯ）、２、３、４、５ ロープ、１０、１０ａ アーマードＦＯモジュール（光ファイバモジュール）、１１ 樹脂、２０ ＦＩＭＴ温度モジュール、２１ 温度センサ、３０ セメントブロック、４０、５０ アーマードＤＳＳケーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】