【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管路計測装置に係り、角度を計測する装置及び埋設管路の埋設位置を計測する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中に埋設された電力管路や通信管路、ガス管などの埋設位置は、施工図面により把握されている。埋設管路近くを掘削する場合には、これらの図面に加えて、管路計測装置により埋設位置を正確に把握し、工事により管路が損傷する可能性をできるだけ抑制している。
【０００３】
このような目的で使用される従来の管路計測装置を以下に説明する。
【０００４】
図１０の管路計測装置５１は、筐体に収納され計測を行うための角速度センサ５２と、角速度センサ５２の信号を伝送する通信ケーブル５６と、通信ケーブル５６の送出量を検出する計尺器５８と、角速度センサ５２から供給される角速度データ等から演算を行い角速度センサ５２の移動軌跡を求めるコンピュータ５７と、角速度センサ５２を牽引するための牽引索５９と、角速度センサ５２を牽引するウインチ６１とを備えて構成されている。
【０００５】
図示したように、角速度センサ５２は、測定される埋設管路６０内を牽引索５９を介してウインチ６１の牽引により移動し、計測を行う。
【０００６】
演算を行うコンピュータ５７には、角速度演算部６７と、軌跡演算部７７とが内蔵されている。
【０００７】
角速度センサ５２は、計測される管路６０の中をウインチ６１に牽引されて管路長手方向に通信ケーブル５６と共に移動する。ウインチ６１は、角速度センサ５２に接続された牽引索５９を牽引し、計測される管路６０内に置かれた角速度センサ５２を管路長手方向に移動させる。
【０００８】
通信ケーブル５６は、管路６０内を移動する角速度センサ５２において検出された角速度データをコンピュータ５７に伝送すると共に、角速度センサ５２に必要電力を給電する。計尺器５８は、ウインチ６１に牽引された通信ケーブル５６の送出量即ち角速度センサ５２の移動距離を検出し、コンピュータ５７に移動距離データとして供給する。コンピュータ５７は、角速度演算部６７において角速度センサ５２で検出された角速度データから角度演算を行う。この角度演算結果と計尺器５８から供給された移動距離データとから、軌跡演算部７７において角速度センサ５２の軌跡演算を行い、この軌跡演算によって管路６０内での移動軌跡が求められる。
【０００９】
管路計測装置５１による計測過程を以下に説明する。角速度センサ５２は通信ケーブル５６に接続され、通信ケーブル５６の端がウインチ６１によって牽引される。牽引された牽引索５９及び角速度センサ５２は、埋設された管路６０に沿って移動する。一般的に管路６０は一直線には敷設されておらず複雑に折れ曲がっているので、管路６０の方向が変わったり、管路６０の屈曲部を通過した際には、角速度センサ５２において方向の変化に応じた角速度が検出される。角速度センサ５２で検出された角速度データは通信ケーブル５６により接続されているコンピュータ５７の角速度演算部６７に供給される。角速度演算部６７に供給された角速度データは、演算により角速度センサ５２の通った管路６０の屈曲部の角度データとなる。
【００１０】
ウインチ６１によって牽引された牽引索５９及び角速度センサ５２は、牽引に従って管路６０内を移動し、計尺器５８によりその通信ケーブル５６の送出量即ち角速度センサ５２の移動距離が検出される。計尺器５８によって検出された移動距離データは、コンピュータ５７の軌跡演算部７７に供給される。
【００１１】
角速度演算部６７で演算された角速度データと、計尺器５８から供給された移動距離データとは、コンピュータ５７の軌跡演算部７７で演算されて角速度センサ５２が管路６０を移動した移動軌跡となる。これにより管路６０の埋設位置を得ることができる。
【００１２】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−７５６３０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来管路計測装置においては、次のような問題点があった。
【００１５】
従来の管路計測装置５１においては、一般的に角速度センサ５２として方位磁石や機械式ジャイロが用いられていた。
【００１６】
しかしながら、方位磁石を用いた場合には角速度センサ（磁石）の近傍に鉄骨や鉄管などの磁性体金属が存在すると、実用上充分な精度で角度データを計測することができないことがしばしばあった。
【００１７】
また、機械式ジャイロを用いた場合には、機械式ジャイロの形状が大きいため小口径の管路６０内に配置することができず、管路計測を行えないと云う問題があった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決し、精度良く小口径の管路の管路計測も可能な管路計測装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、弾性体と、該弾性体の折り曲げに応じて伸縮するように該弾性体に取り付けられ、伸縮に応じて反射波長が変化する光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）とを備えたものである。
【００２０】
請求項２の発明は、角度センサを管路内で移動させ該管路を計測する管路位置計測において、弾性体にＦＢＧを取り付けられた角度センサと、該角度センサを保持して管路の長手方向に沿って移動させる移動装置と、前記移動装置の移動量を計測する移動量計測器と、前記ＦＢＧの反射波長から弾性体の曲げ角度を演算する角度演算部と、前記移動装置の移動量と弾性体の曲げ角度とから角度センサの移動軌跡を計算する軌跡演算部とを備えたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好適実施の形態である角度センサ２を示す。
【００２３】
角度センサ２は、光ファイバ５に設けられた屈折率の異なる光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと称す）１５と、ＦＢＧ１５が密着して固定し取り付けられた弾性体６とを備えて構成され、光ファイバ５及びＦＢＧ１５が弾性体６に取り付けられ、ＦＢＧ１５には光ファイバ５が接続されている。少なくとも、ＦＢＧ１５は、全長にわたり弾性体６に密着して固定されている。弾性体６に密着して固定されるＦＢＧ１５は、弾性体６長手方向に直線状に固定され弾性体６長手方向の伸縮に応じて、ＦＢＧ１５も弾性体６と共に伸縮する構造となっている。弾性体６は、例えば板状、ロッド状、管状などの部材で形成される。
【００２４】
角度センサ２は、光ファイバ５及び光ファイバ５に設けられたＦＢＧ１５が密着し固定して取り付けられる構造となっており、弾性体６に外部から何らかの力が加わると、光ファイバ５及びＦＢＧ１５にも力が加わる。弾性体６は、図示した様に板状であるため、光ファイバ５長手方向の左右よりは、上下の折り曲げが容易である。ＦＢＧ１５が弾性体６の上面に取り付けられているときは、弾性体６を上下山なりに折り曲げた状態では弾性体６の上面とともにＦＢＧ１５は光ファイバ５長手方向に伸張する。逆に、弾性体６を上下谷なりに折り曲げた状態では弾性体６の上面とともにＦＢＧ１５は光ファイバ５長手方向に縮む。
【００２５】
図２に角度センサの実施の形態の構成図を示す。
【００２６】
具体的には、図示するように角度センサ２の光ファイバ５には、コヒーレント光を発光する光源３と、ＦＢＧ１５からの反射光の波長を計測する波長計測装置４とが接続され、各光ファイバ５ａ、５ｂ、５ｃはカプラ９と接続され、角度センサ２からの反射波長の計測が行われる。
【００２７】
光源３から発光されたコヒーレント光は、光ファイバ５ａを介してカプラ９に供給される。カプラ９に供給されたコヒーレント光は、光ファイバ５ｃを介してＦＢＧ１５に供給される。コヒーレント光が供給されたＦＢＧ１５は、該ＦＢＧ１５に特定の波長の光が到達した際には、ＦＢＧ１５において光の反射が生じる。この光の反射は、光ファイバ５の長手方向に屈折率の異なる領域を有していることから生じる現象である。
【００２８】
ＦＢＧ１５にて反射した光は、光ファイバ５ｃを逆送しカプラ９に供給される。カプラ９に供給された反射光は、光ファイバ５ｂを介して波長計測装置４に供給される。波長計測装置４において反射光の波長が計測される。
【００２９】
ＦＢＧ１５は、光ファイバ５の長手方向に屈折率の異なる領域を有し、ＦＢＧ１５は特定の波長の光のみを反射させる性質を有する。
【００３０】
図３は、光ファイバ５に設けられたＦＢＧ１５と光の関係を示す説明図である。
【００３１】
図示した光ファイバ５は、光ファイバ長手方向に形成された屈折率が高い部分であるコア３３と、光ファイバ長手方向にコア３３を取り囲んでいる形成されるコア３３よりも屈折率の低い部分であるクラッド３４と、コア３３にコア３３とは屈折率の異なる領域として設けられたＦＢＧ１５とを備えて構成されている。
【００３２】
図示したように矢印３５の方向に図２で示した光源３からコヒーレント光が光ファイバ５に供給される。供給されたコヒーレント光は、光ファイバ５のコア３３を伝送する。伝送されたコヒーレント光は、コア３３に設けられたＦＢＧ１５を通過しようとする際に、ＦＢＧ１５が特定の屈折率を有する場合にはコヒーレント光はＦＢＧ１５において反射する。次式に、コヒーレント光の波長とＦＢＧ１５の屈折率との関係を示す。
【００３３】
【数１】λ＝２ｎΛ ・・・・・（１）
λ：コヒーレント光の波長
ｎ：ＦＢＧ１５の屈折率
Λ：屈折率の等しいＦＢＧ１５の間隔
伝送されたコヒーレント光の波長がλの時に、ＦＢＧ１５の屈折率ｎの周期構造間隔がΛで、これらの関係が式（１）を満たすときに波長λのコヒーレント光は、ＦＢＧ１５において反射し、図示した矢印３６の方向に伝送される。
【００３４】
図２において光ファイバ５に伸縮力が加わった場合には、力が加わった領域の長さが変化するため、領域の長さの変化に応じて反射波長λが変化することになる。ＦＢＧ１５の伸び率と反射波長の変化率は、比例関係にあることが知られている。
【００３５】
図４に弾性体６に密着して固定し取り付けられたＦＢＧ１５が弾性体６と共に折り曲げられた場合の状態を示す。弾性体６に取り付けられたＦＢＧ１５が弾性体６と共に曲げ角度θだけ折り曲げられることで、光ファイバ５及びＦＢＧ１５が伸張される。
【００３６】
図５（ａ）は、ＦＢＧ１５が伸張する前後の反射波長λと反射強度の特性を示す。ＦＢＧ１５伸張前の反射波長λ＝λ０に対して、ＦＢＧ１５を伸張させることで反射波長λ＝λ１に変化する。
【００３７】
図５（ｂ）は、図４に示した折り曲げが生じたＦＢＧ１５に於ける反射波長λと曲げ角度θとの関係を示す。波長λと曲げ角度θが比例関係にあることがグラフより分かる。従ってあらかじめ、この波長反射λの変化量と曲げ角度θの対応を求めておくことにより、反射波長λの変化量から弾性体６及びＦＢＧ１５の曲げ角度θを求めることができる。
【００３８】
図１の変形例を図６に示す。角度センサ２、２’は、図１に示した板状の弾性体６を２つ用いて、図６に示すように直交する弾性体６−１、６−２を構成する。これら弾性体６−１、６−２にそれぞれＦＢＧ１５−１，１５−２を設けた光ファイバ５が密着して固定し取り付けられる。弾性体６−１は、上下方向に折り曲げ易い。弾性体６−２は光ファイバ５の長手方向に対して左右方向に折り曲げ易い。この折り曲げに従い弾性体６−１に密着して固定しているＦＢＧ１５−１は上下方向に曲がり易く、上下方向の曲げ角度を検出する。弾性体６−２に密着し固定されているＦＢＧ１５−２は光ファイバ５の長手方向に対して左右方向に曲がり易く、左右方向の曲げ角度を検出する。各々のＦＢＧ１５−１、１５−２における反射波長λを波長計測装置（図示せず）で計測することにより、ＦＢＧ１５−１の上下方向の曲げ角度及びＦＢＧ１５−２の左右方向の角度を同時に測定することができる。
【００３９】
このように角度センサ２は、ＦＢＧ１５を設けた光ファイバ５及び弾性体６で構成され、装置構成が簡易であることから、角度センサ２として小型化でき、小口径管路であっても管路の計測が可能となる。
【００４０】
また、光の反射波長λを計測することで目的である管路の曲げ角度θの計測が可能となる。その結果、管路近傍に鉄骨等の磁性体が在る場合にも周囲の電磁干渉の影響を受けないため、精度の高い角度計測が可能となる。
【００４１】
図７は、ＦＢＧ１５を設けた角度センサ２を用いた角度センサ部１６のより具体的な実施形態を示す。
【００４２】
角度センサ部１６は、ＦＢＧ（図示せず）を設けた光ファイバ５を密着して固定し取り付けた弾性体（図示せず）と、光ファイバ５及び弾性体を収納した筐体２２と、筐体２２を管路１０の中心に管路１０と平行に保持して管路１０内を長手方向に移動する移動装置１２ａ、１２ｂとを備えて構成される。
【００４３】
移動装置１２ａ、１２ｂは、それぞれロッド６３の周りにガイドリング６４ａ、６４ｂを設けてなる。ガイドリング６４ａ、６４ｂによって常にロッド６３は管路１０のほぼ中心に保持される。ガイドリング６４ａ、６４ｂは、角度センサ部１６が管路１０内を円滑に移動するために設けられている。移動装置１２ａと移動装置１２ｂとの間には筐体２２がつながれており、よって筐体２２も管路１０の中心に保持される。
【００４４】
移動装置１２ａ、１２ｂは、角度センサ部１６の前部、後部で異なる方向に向けることができる構成となっており、角度センサ部１６が管路１０内を移動した場合、各々管路１０に沿って移動する。
【００４５】
具体的には、移動装置１２ａを牽引索１９で牽引すると筐体２２、移動装置１２ｂは牽引索１９の牽引に応じて移動装置１２ａと共に移動する。
【００４６】
移動装置１２ａ、筐体２２及び移動装置１２ｂが管路１０の屈曲部を通過すると、筐体２２は管路１０の曲げ角度θに応じて折り曲がる。
【００４７】
以上の構成により、角度センサ部１６は、管路１０内を移動装置１２にガイドされ、ウインチ（図示せず）に牽引されて移動し、管路１０の形状に応じて直進、折り曲げられながら移動する。
【００４８】
図８に、ウインチ（図示せず）に牽引されて移動する角度センサ部１６が管路１０の屈曲部を通過する際の状態を示す。
【００４９】
角度センサ部１６は、管路１０の屈曲部を通過すると移動装置１２ａと移動装置１２ｂとの間の筐体２２の部分で管路１０の屈曲部に従い、角度センサ部１６の筐体２２が同じ角度で折り曲がる。筐体２２の折り曲がりにより筐体２２内の弾性体及び弾性体に密着して固定したＦＢＧ（図示せず）も同様に折り曲がる。この折り曲げは、筐体２２の露出した部分で前述の図４の折り曲げの状態と同じである。従って、ＦＢＧ１５が曲げ角度θであるとき、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す反射波長λに変化が生じ、筐体２２の屈曲前に反射波長λ＝λ０であったものが、折り曲げ後に反射波長λ＝λ１になる。
【００５０】
なお、図８では管路１０の屈曲部を二次元的に示したが、三次元的な屈曲部であってもよい。図６のように直交二軸の折り曲げ角度を計測する角度センサ２、２’を用いれば、直交二軸それぞれの軸の折り曲げ角度を互いに独立して計測することができる。
【００５１】
次に、上記角度センサ部１６を用いた管路計測装置を説明する。
【００５２】
図９の管路計測装置１は、筐体２２に収納され計測を行うための角度センサ部１６と、角度センサ部１６に於ける反射光を伝送する光ファイバ５と、光ファイバ５にコヒーレント光を供給する光源３と、反射光を計測する波長計測装置４と、光源３や波長計測装置４を接続するカプラ９と、角度センサ部１６（移動装置１２ａ、１２ｂを含む）の移動距離を計測するための移動量計測器としての機能を有し光ファイバ５の送出量を計測する計尺器８と、波長計測装置４から供給される反射波長のデータ等から演算を行い角度センサ部１６の移動軌跡を求めるコンピュータ７と、角度センサ部１６を牽引するための牽引索１９と、角度センサ部１６を牽引するウインチ１１とを備えて構成されている。角度センサ部１６は、前述図７、図８で示した構造となっている。
【００５３】
図示したように、角度センサ部１６は測定される埋設管路１０内を繋がれた牽引索１９を介してウインチ１１の牽引により移動し、角度計測を行う。
【００５４】
演算を行うコンピュータ７には、角度演算部１７と、軌跡演算部２７とが内蔵されている。
【００５５】
光源３から発光されたコヒーレント光は、カプラ９に供給される。カプラ９に供給されたコヒーレント光（光源光）は、光ファイバ５を介して、角度センサ部１６に供給される。
【００５６】
光源光の供給される角度センサ部１６は、計測される管路１０の中を牽引索１９に牽引されて管路長手方向に移動する。角度センサ部１６の内部には図１或いは図６で説明したＦＢＧ１５と弾性体６が内蔵されているのはもちろんである。ウインチ１１は、角度センサ部１６に接続された牽引索１９を牽引し、計測される管路１０内に置かれた角度センサ部１６を管路長手方向に移動させる。角度センサ部１６内のＦＢＧ１５は管路１０を移動する際に各々の位置の折り曲げ角度θに応じた波長を反射する。この反射波長が角度センサ部１６で検出される各位置の角度データに相当する。
【００５７】
光ファイバ５は、管路１０内を移動する角度センサ部１６における反射光を波長計測装置４に伝送する。波長計測装置４は、光ファイバ５から供給された反射光により反射光の波長を計測する。コンピュータ７の角度演算部１７は、波長計測装置４によって計測された反射光の波長データによる演算を行い、角度センサ部１６に於ける折り曲げ角度θを算出する。この折り曲げ角度θが、管路１０屈曲部の各々の角度データである。
【００５８】
計尺器８は、ウインチ１１に牽引された牽引索１９の牽引量（光ファイバ５の送出量）即ち角度センサ部１６、移動装置１２ａ、１２ｂの移動距離を検出し、コンピュータ７の軌跡演算部２７に供給する。軌跡演算部２７は、角度演算部１７で算出された角度データと計尺器８から供給された角度センサ部１６の移動距離データとから角度センサ部１６の軌跡演算を行うことができる。この計測過程により管路１０の管路位置計測ができ、管路１０内での移動軌跡が求められる。
【００５９】
管路計測装置１による計測過程を以下に説明する。角度センサ部１６は光ファイバ５に接続され、移動装置１２ａが牽引索１９を介してウインチ１１により牽引されている。牽引された光ファイバ５及び角度センサ部１６は、埋設された管路１０内を長手方向に移動する。角度センサ部１６が移動するのに伴って、管路１０の屈曲部を通過すると、角度センサ部１６は管路１０の曲がり具合（曲げ角度θ）に応じた曲げ歪を受ける。この曲げ歪みに応じて角度センサ部１６は光源光を反射し、この反射された光は、光ファイバ５により接続されている波長計測装置４に供給される。波長計測装置４で反射波長が計測され、計測された反射波長のデータは、角度演算部１７に供給される。供給された反射波長のデータは演算され、その演算結果により、角度センサ部１６の通った管路１０の屈曲部の曲げ角度データが得られる。
【００６０】
なお、図９に示す管路１０は二次元的に示してあるが、一般的には三次元的な屈曲部を有する管路１０である。図６のように直交二軸の折り曲げ角度を計測可能な角度センサ２、２’を用いた角度センサ部１６を管路計測装置１の構成にすることで、直交二軸それぞれの軸の折り曲げ角度を互いに独立して計測することができる。
【００６１】
牽引索１９を介して牽引することで光ファイバ５及び角度センサ部１６は、管路１０内を移動し、計尺器８により光ファイバ５の送出量を計尺することで、牽引索１９の牽引量即ち角度センサ部１６の移動距離が検出される。計尺器８によって検出された角度センサ部１６（移動装置１２ａ、１２ｂを含む）の移動距離データは、コンピュータ７の軌跡演算部２７に供給される。
【００６２】
角度演算部１７で算出された角度データと、計尺器８から供給された移動距離データとは、コンピュータ７の軌跡演算部２７で演算される。軌跡演算部２７での演算結果は、角度センサに管路１０内の移動軌跡に対応し、これにより管路１０の管路位置計測ができ、管路１０の埋設位置が得ることができる。
【００６３】
以上、記したように、本実施の形態により従来に比べ小形の角度センサを実現でき、該角度センサを用いた管路計測装置により、小口径の埋設管路の位置を正確に計測することが可能となると共に、管路近傍に鉄骨等の磁性体が在る場合にも周囲の電磁干渉の影響を受けないため、精度の高い角度計測が可能となる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば精度の良い管路計測装置が得られるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角度センサの実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の角度センサの実施形態を示す構成図である。
【図３】光ファイバに設けられたＦＢＧと反射波長の関係を示す説明図である。
【図４】本発明の角度センサの動作を示す側面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の角度センサの特性を示す特性図である。図５（ｂ）は、本発明の角度センサの特性を示す特性図である。
【図６】図１の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明の管路計測装置の一実施形態を示す側面図である。
【図８】本発明の管路計測装置の一実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明の管路計測装置の一実施形態を示す構成図である。
【図１０】従来の管路計測装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２ 角度センサ
３ 光源
４ 波長計測装置
５ 光ファイバ
６ 弾性体
８ 移動量計測器（計尺器）
９ カプラ
１２ａ、１２ｂ 移動装置
１５ 光ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）
１７ 角度演算部
２７ 軌跡演算部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pipeline measuring device, and more particularly to a device for measuring an angle and a device for measuring a buried position of a buried pipeline.
[0002]
[Prior art]
The locations of the power pipelines, communication pipelines, gas pipelines, and the like buried underground are known from construction drawings. In the case of excavation near the buried pipeline, in addition to these drawings, the buried position is accurately grasped by the pipeline measurement device, and the possibility of damage to the pipeline due to construction is suppressed as much as possible.
[0003]
A conventional pipeline measuring device used for such a purpose will be described below.
[0004]
10 includes an angular velocity sensor 52 housed in a housing for performing measurement, a communication cable 56 for transmitting a signal of the angular velocity sensor 52, and a measuring instrument for detecting a transmission amount of the communication cable 56. 58, a computer 57 that calculates from the angular velocity data and the like supplied from the angular velocity sensor 52 to obtain the movement trajectory of the angular velocity sensor 52, a tow line 59 for towing the angular velocity sensor 52, and a winch 61 for towing the angular velocity sensor 52 It is comprised including.
[0005]
As shown in the figure, the angular velocity sensor 52 moves in the buried conduit 60 to be measured by the towing winch 61 via the towing line 59 and performs measurement.
[0006]
The computer 57 that performs the calculation includes an angular velocity calculation unit 67 and a trajectory calculation unit 77.
[0007]
The angular velocity sensor 52 is pulled by the winch 61 in the pipeline 60 to be measured and moves together with the communication cable 56 in the longitudinal direction of the pipeline. The winch 61 pulls a towing line 59 connected to the angular velocity sensor 52, and moves the angular velocity sensor 52 placed in the pipeline 60 to be measured in the longitudinal direction of the pipeline.
[0008]
The communication cable 56 transmits angular velocity data detected by the angular velocity sensor 52 moving in the pipeline 60 to the computer 57 and supplies necessary electric power to the angular velocity sensor 52. The measuring instrument 58 detects the amount of transmission of the communication cable 56 pulled by the winch 61, that is, the moving distance of the angular velocity sensor 52, and supplies it to the computer 57 as moving distance data. The computer 57 calculates an angle from the angular velocity data detected by the angular velocity sensor 52 in the angular velocity calculation section 67. The trajectory of the angular velocity sensor 52 is calculated in the trajectory calculation unit 77 from the result of the angle calculation and the moving distance data supplied from the measuring instrument 58, and the trajectory in the pipeline 60 is obtained by the trajectory calculation.
[0009]
The measurement process performed by the pipeline measurement device 51 will be described below. The angular velocity sensor 52 is connected to a communication cable 56, and the end of the communication cable 56 is pulled by a winch 61. The tow line 59 and the angular velocity sensor 52 that are towed move along the buried conduit 60. Generally, the conduit 60 is not laid in a straight line and is bent in a complicated manner. Therefore, when the direction of the conduit 60 changes or passes through a bent portion of the conduit 60, the direction of the direction is detected by the angular velocity sensor 52. An angular velocity according to the change is detected. The angular velocity data detected by the angular velocity sensor 52 is supplied to an angular velocity calculator 67 of a computer 57 connected by a communication cable 56. The angular velocity data supplied to the angular velocity calculation section 67 becomes angle data of a bent portion of the conduit 60 through which the angular velocity sensor 52 has passed by calculation.
[0010]
The tow rope 59 and the angular velocity sensor 52 towed by the winch 61 move in the pipeline 60 according to the tow, and the measuring instrument 58 detects the amount of transmission of the communication cable 56, that is, the moving distance of the angular velocity sensor 52. The moving distance data detected by the measuring instrument 58 is supplied to a trajectory calculation unit 77 of the computer 57.
[0011]
The angular velocity data calculated by the angular velocity calculating section 67 and the moving distance data supplied from the measuring instrument 58 are calculated by the locus calculating section 77 of the computer 57 and the moving locus of the angular velocity sensor 52 moving along the pipeline 60. Become. Thereby, the embedding position of the pipeline 60 can be obtained.
[0012]
Prior art document information related to the invention of this application includes the following.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-7-75630
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional pipeline measuring device has the following problems.
[0015]
In the conventional pipeline measuring device 51, a compass or a mechanical gyro is generally used as the angular velocity sensor 52.
[0016]
However, when a compass is used, if magnetic metal such as a steel frame or an iron tube is present near the angular velocity sensor (magnet), it is often impossible to measure the angle data with sufficient accuracy for practical use.
[0017]
In addition, when a mechanical gyro is used, there is a problem that the mechanical gyro cannot be arranged in the small-diameter pipe 60 because the shape of the mechanical gyro is large, so that pipe measurement cannot be performed.
[0018]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problem and to provide a pipeline measuring device capable of accurately measuring a pipeline of a small-diameter pipeline.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is provided with an elastic body, attached to the elastic body so as to expand and contract according to the bending of the elastic body, and And an optical fiber Bragg grating (FBG) whose reflection wavelength changes.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, in a pipeline position measurement for moving an angle sensor in a pipeline and measuring the pipeline, an angle sensor in which an FBG is attached to an elastic body, A moving device that moves along the longitudinal direction, a moving amount measuring device that measures a moving amount of the moving device, an angle calculating unit that calculates a bending angle of the elastic body from a reflection wavelength of the FBG, and a movement of the moving device A trajectory calculation unit for calculating a trajectory of movement of the angle sensor from the amount and the bending angle of the elastic body.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 1 shows an angle sensor 2 according to a preferred embodiment of the present invention.
[0023]
The angle sensor 2 includes an optical fiber Bragg grating (hereinafter, referred to as an FBG) 15 having a different refractive index provided on the optical fiber 5, and an elastic body 6 to which the FBG 15 is fixed and attached in close contact. The optical fiber 5 and the FBG 15 are attached to the elastic body 6, and the optical fiber 5 is connected to the FBG 15. At least, the FBG 15 is fixed in close contact with the elastic body 6 over the entire length. The FBG 15 fixed in close contact with the elastic body 6 has a structure in which the FBG 15 is linearly fixed in the longitudinal direction of the elastic body 6 and expands and contracts together with the elastic body 6 in accordance with the expansion and contraction in the longitudinal direction of the elastic body 6. The elastic body 6 is formed of, for example, a plate-like, rod-like, or tubular member.
[0024]
The angle sensor 2 has a structure in which the optical fiber 5 and the FBG 15 provided on the optical fiber 5 are closely attached and fixed, and when any force is applied to the elastic body 6 from the outside, the optical fiber 5 and the FBG 15 are also applied. Power is added. Since the elastic body 6 has a plate shape as shown in the drawing, it is easier to bend up and down than to the left and right in the longitudinal direction of the optical fiber 5. When the FBG 15 is attached to the upper surface of the elastic body 6, the FBG 15 extends in the longitudinal direction of the optical fiber 5 together with the upper surface of the elastic body 6 in a state where the elastic body 6 is bent in a vertical mountain. Conversely, in a state where the elastic body 6 is bent into an upper and lower trough, the FBG 15 shrinks in the longitudinal direction of the optical fiber 5 together with the upper surface of the elastic body 6.
[0025]
FIG. 2 shows a configuration diagram of an embodiment of the angle sensor.
[0026]
Specifically, as shown in the figure, a light source 3 that emits coherent light and a wavelength measuring device 4 that measures the wavelength of light reflected from the FBG 15 are connected to the optical fiber 5 of the angle sensor 2. 5a, 5b, and 5c are connected to the coupler 9 and measure the reflection wavelength from the angle sensor 2.
[0027]
The coherent light emitted from the light source 3 is supplied to the coupler 9 via the optical fiber 5a. The coherent light supplied to the coupler 9 is supplied to the FBG 15 via the optical fiber 5c. When light of a specific wavelength reaches the FBG 15 to which the coherent light is supplied, light is reflected on the FBG 15. The reflection of light is a phenomenon caused by having regions having different refractive indexes in the longitudinal direction of the optical fiber 5.
[0028]
The light reflected by the FBG 15 is sent back through the optical fiber 5 c and supplied to the coupler 9. The reflected light supplied to the coupler 9 is supplied to the wavelength measuring device 4 via the optical fiber 5b. The wavelength of the reflected light is measured by the wavelength measuring device 4.
[0029]
The FBG 15 has regions having different refractive indexes in the longitudinal direction of the optical fiber 5, and the FBG 15 has a property of reflecting only light of a specific wavelength.
[0030]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between the FBG 15 provided in the optical fiber 5 and light.
[0031]
The illustrated optical fiber 5 includes a core 33 having a higher refractive index formed in the longitudinal direction of the optical fiber and a portion having a lower refractive index than the formed core 33 surrounding the core 33 in the longitudinal direction of the optical fiber. The core 33 includes a certain clad 34 and the FBG 15 provided as a region having a different refractive index from the core 33.
[0032]
As shown, coherent light is supplied to the optical fiber 5 from the light source 3 shown in FIG. The supplied coherent light is transmitted through the core 33 of the optical fiber 5. When the transmitted coherent light tries to pass through the FBG 15 provided in the core 33, the coherent light is reflected by the FBG 15 when the FBG 15 has a specific refractive index. The following equation shows the relationship between the wavelength of the coherent light and the refractive index of the FBG 15.
[0033]
[Equation 1] λ = 2nΛ (1)
λ: the wavelength of the coherent light n: the refractive index of the FBG 15 Ｆ: the interval between the FBGs 15 having the same refractive index When the wavelength of the transmitted coherent light is λ, the periodic structure interval of the refractive index n of the FBG 15 is Λ. When Expression (1) is satisfied, the coherent light having the wavelength λ is reflected by the FBG 15 and transmitted in the direction of the arrow 36 shown in the drawing.
[0034]
In FIG. 2, when a stretching force is applied to the optical fiber 5, since the length of the region to which the force is applied changes, the reflection wavelength λ changes according to the change in the length of the region. It is known that the elongation rate of the FBG 15 and the rate of change of the reflection wavelength are in a proportional relationship.
[0035]
FIG. 4 shows a state in which the FBG 15 fixed and attached in close contact with the elastic body 6 is bent together with the elastic body 6. When the FBG 15 attached to the elastic body 6 is bent together with the elastic body 6 by the bending angle θ, the optical fiber 5 and the FBG 15 are expanded.
[0036]
FIG. 5A shows the characteristics of the reflection wavelength λ and the reflection intensity before and after the FBG 15 expands. With respect to the reflection wavelength λ = λ0 before the FBG 15 is expanded, the reflection wavelength λ = λ1 is changed by expanding the FBG 15.
[0037]
FIG. 5B shows the relationship between the reflection wavelength λ and the bending angle θ in the FBG 15 in which the bending shown in FIG. 4 has occurred. It can be seen from the graph that the wavelength λ and the bending angle θ are in a proportional relationship. Therefore, the bending angle θ of the elastic body 6 and the FBG 15 can be obtained from the change amount of the reflection wavelength λ by obtaining the correspondence between the change amount of the wavelength reflection λ and the bending angle θ in advance.
[0038]
FIG. 6 shows a modification of FIG. The angle sensors 2 and 2 'use two plate-like elastic members 6 shown in FIG. 1 to form orthogonal elastic members 6-1 and 6-2 as shown in FIG. The optical fibers 5 provided with the FBGs 15-1 and 15-2 are tightly fixed and attached to these elastic bodies 6-1 and 6-2, respectively. The elastic body 6-1 is easy to bend vertically. The elastic body 6-2 is easily bent in the left-right direction with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 5. The FBG 15-1 fixed to the elastic body 6-1 in close contact with this bending easily bends in the vertical direction, and detects the bending angle in the vertical direction. The FBG 15-2, which is in close contact with and fixed to the elastic body 6-2, easily bends in the left-right direction with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 5, and detects the bending angle in the left-right direction. By measuring the reflection wavelength λ at each of the FBGs 15-1 and 15-2 with a wavelength measuring device (not shown), the vertical bending angle of the FBG 15-1 and the horizontal angle of the FBG 15-2 are simultaneously measured. be able to.
[0039]
As described above, since the angle sensor 2 is constituted by the optical fiber 5 provided with the FBG 15 and the elastic body 6 and has a simple device configuration, the angle sensor 2 can be downsized, and even if the pipe has a small diameter, Can be measured.
[0040]
In addition, by measuring the light reflection wavelength λ, it is possible to measure the target bending angle θ of the pipeline. As a result, even when a magnetic body such as a steel frame is present in the vicinity of the pipeline, it is not affected by surrounding electromagnetic interference, so that highly accurate angle measurement can be performed.
[0041]
FIG. 7 shows a more specific embodiment of the angle sensor unit 16 using the angle sensor 2 provided with the FBG 15.
[0042]
The angle sensor unit 16 includes an elastic body (not shown) in which an optical fiber 5 provided with an FBG (not shown) is fixed and attached in close contact, a housing 22 containing the optical fiber 5 and the elastic body, and a housing. The body 22 is provided with moving devices 12a and 12b that hold the body 22 at the center of the pipe 10 in parallel with the pipe 10 and move in the pipe 10 in the longitudinal direction.
[0043]
The moving devices 12a and 12b are provided with guide rings 64a and 64b around a rod 63, respectively. The guide ring 64a, 64b keeps the rod 63 substantially at the center of the conduit 10. The guide rings 64a and 64b are provided for the angle sensor unit 16 to move smoothly in the pipeline 10. The housing 22 is connected between the moving device 12a and the moving device 12b, so that the housing 22 is also held at the center of the conduit 10.
[0044]
The moving devices 12a and 12b can be directed in different directions at the front part and the rear part of the angle sensor unit 16. When the angle sensor unit 16 moves inside the conduit 10, each of the moving devices 12a and 12b follows the conduit 10. Move.
[0045]
Specifically, when the moving device 12 a is towed by the towing line 19, the housing 22 and the moving device 12 b move together with the moving device 12 a in accordance with the towing of the towing line 19.
[0046]
When the moving device 12a, the housing 22, and the moving device 12b pass through the bent portion of the pipeline 10, the housing 22 bends according to the bending angle θ of the pipeline 10.
[0047]
With the above-described configuration, the angle sensor unit 16 is guided by the moving device 12 in the pipeline 10, moved by being pulled by a winch (not shown), and moved while being straight or bent according to the shape of the pipeline 10. I do.
[0048]
FIG. 8 shows a state in which the angle sensor unit 16 which is pulled and moved by the winch (not shown) passes through the bent portion of the pipeline 10.
[0049]
When the angle sensor unit 16 passes through the bent portion of the pipeline 10, the housing 22 of the angle sensor unit 16 is the same according to the bent portion of the pipeline 10 at the portion of the housing 22 between the moving device 12 a and the moving device 12 b. Bend at an angle. Due to the bending of the housing 22, the elastic body in the housing 22 and the FBG (not shown) fixed in close contact with the elastic body also bend. This bending is the same as the above-described bending state of FIG. Therefore, when the FBG 15 is at the bending angle θ, the reflection wavelength λ shown in FIGS. 5A and 5B changes, and the reflection wavelength λ = λ0 before the housing 22 bends. After bending, the reflection wavelength becomes λ = λ1.
[0050]
In FIG. 8, the bent portion of the conduit 10 is shown two-dimensionally, but may be a three-dimensional bent portion. As shown in FIG. 6, if the angle sensors 2 and 2 ′ that measure the bending angles of the two orthogonal axes are used, the bending angles of the two orthogonal axes can be measured independently of each other.
[0051]
Next, a pipeline measuring device using the angle sensor unit 16 will be described.
[0052]
9 includes an angle sensor unit 16 housed in a housing 22 for measurement, an optical fiber 5 transmitting reflected light from the angle sensor unit 16, and coherent light transmitted through the optical fiber 5. 3, a wavelength measuring device 4 for measuring reflected light, a coupler 9 for connecting the light source 3 and the wavelength measuring device 4, and a moving distance of the angle sensor section 16 (including the moving devices 12a and 12b). A measuring instrument 8 having a function as a movement amount measuring device for measuring the amount of transmission of the optical fiber 5 and an angle sensor 16 which performs an operation from data of a reflection wavelength supplied from the wavelength measuring device 4 and the like. The computer 7 includes a computer 7 for obtaining a movement trajectory, a towing line 19 for towing the angle sensor unit 16, and a winch 11 for towing the angle sensor unit 16. The angle sensor unit 16 has the structure shown in FIGS.
[0053]
As shown in the figure, the angle sensor unit 16 is moved by towing the winch 11 via a towing line 19 connected in the buried conduit 10 to be measured, and performs angle measurement.
[0054]
The computer 7 that performs the calculation includes an angle calculation unit 17 and a trajectory calculation unit 27.
[0055]
The coherent light emitted from the light source 3 is supplied to the coupler 9. The coherent light (light source light) supplied to the coupler 9 is supplied to the angle sensor unit 16 via the optical fiber 5.
[0056]
The angle sensor unit 16 to which the light source light is supplied is towed by the towing line 19 in the pipeline 10 to be measured and moves in the longitudinal direction of the pipeline. Needless to say, the FBG 15 and the elastic body 6 described with reference to FIG. 1 or FIG. The winch 11 pulls a towing line 19 connected to the angle sensor unit 16 and moves the angle sensor unit 16 placed in the pipeline 10 to be measured in the longitudinal direction of the pipeline. The FBG 15 in the angle sensor unit 16 reflects a wavelength corresponding to the bending angle θ at each position when moving in the pipeline 10. This reflected wavelength corresponds to the angle data of each position detected by the angle sensor unit 16.
[0057]
The optical fiber 5 transmits the reflected light from the angle sensor unit 16 moving in the pipeline 10 to the wavelength measuring device 4. The wavelength measuring device 4 measures the wavelength of the reflected light using the reflected light supplied from the optical fiber 5. The angle calculation unit 17 of the computer 7 performs calculation based on the wavelength data of the reflected light measured by the wavelength measurement device 4 to calculate the bending angle θ in the angle sensor unit 16. This bending angle θ is the angle data of each bent portion of the pipeline 10.
[0058]
The measuring instrument 8 detects the amount of pulling of the towing cable 19 pulled by the winch 11 (the amount of sending out of the optical fiber 5), that is, the moving distance of the angle sensor unit 16 and the moving devices 12a and 12b. 27. The trajectory calculation unit 27 can calculate the trajectory of the angle sensor unit 16 from the angle data calculated by the angle calculation unit 17 and the moving distance data of the angle sensor unit 16 supplied from the measuring instrument 8. By this measurement process, the pipeline position of the pipeline 10 can be measured, and the movement trajectory in the pipeline 10 is obtained.
[0059]
The measurement process performed by the pipeline measurement device 1 will be described below. The angle sensor unit 16 is connected to the optical fiber 5, and the moving device 12 a is towed by the winch 11 via the tow line 19. The pulled optical fiber 5 and the angle sensor unit 16 move in the buried conduit 10 in the longitudinal direction. When the angle sensor unit 16 passes through the bent portion of the pipeline 10 as it moves, the angle sensor unit 16 receives bending strain according to the degree of bending of the pipeline 10 (bending angle θ). The angle sensor unit 16 reflects the light from the light source according to the bending strain, and the reflected light is supplied to the wavelength measuring device 4 connected by the optical fiber 5. The reflection wavelength is measured by the wavelength measurement device 4, and data of the measured reflection wavelength is supplied to the angle calculation unit 17. The supplied data of the reflection wavelength is calculated, and based on the calculation result, bending angle data of the bent portion of the conduit 10 through which the angle sensor 16 passes can be obtained.
[0060]
Although the pipeline 10 shown in FIG. 9 is shown two-dimensionally, it is generally a pipeline 10 having a three-dimensional bent portion. As shown in FIG. 6, the angle sensor unit 16 using the angle sensors 2 and 2 ′ that can measure the bending angle of the orthogonal biaxial axes is configured as the pipeline measurement device 1, so that the bending angle of each of the orthogonal biaxial axes is obtained. Can be measured independently of each other.
[0061]
The optical fiber 5 and the angle sensor unit 16 move in the pipeline 10 by being pulled through the towing line 19, and measure the output amount of the optical fiber 5 by the measuring instrument 8, so that the towing line 19 is moved. The towing amount, that is, the moving distance of the angle sensor unit 16 is detected. The moving distance data of the angle sensor unit 16 (including the moving devices 12a and 12b) detected by the measuring instrument 8 is supplied to the trajectory calculating unit 27 of the computer 7.
[0062]
The angle data calculated by the angle calculation unit 17 and the moving distance data supplied from the measuring instrument 8 are calculated by the trajectory calculation unit 27 of the computer 7. The calculation result in the trajectory calculation unit 27 corresponds to the movement trajectory in the pipeline 10 by the angle sensor, whereby the pipeline position of the pipeline 10 can be measured, and the embedded position of the pipeline 10 can be obtained.
[0063]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a small angle sensor as compared with the related art, and it is possible to accurately measure the position of a small-diameter buried pipeline by a pipeline measuring device using the angle sensor. In addition to being possible, even when a magnetic body such as a steel frame is present in the vicinity of the pipeline, it is not affected by surrounding electromagnetic interference, so that highly accurate angle measurement can be performed.
[0064]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, an excellent effect that a highly accurate pipeline measuring device can be obtained is exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an angle sensor of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of an angle sensor of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a relationship between an FBG provided in an optical fiber and a reflection wavelength.
FIG. 4 is a side view showing the operation of the angle sensor of the present invention.
FIG. 5A is a characteristic diagram showing characteristics of the angle sensor of the present invention. FIG. 5B is a characteristic diagram showing characteristics of the angle sensor of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a modification of FIG. 1;
FIG. 7 is a side view showing an embodiment of the pipeline measuring device of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing an embodiment of the pipeline measuring device of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing one embodiment of a pipeline measuring device of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional pipeline measurement device.
[Explanation of symbols]
2 Angle sensor 3 Light source 4 Wavelength measuring device 5 Optical fiber 6 Elastic body 8 Moving amount measuring instrument (meter)
9 Coupler 12a, 12b Moving device 15 Optical fiber Bragg grating (FBG)
17 Angle calculator 27 Trajectory calculator