Development of a multi-interval displacement sensor using Fiber Bragg Grating technology

FBGを利用した多段式地中変位計の開発

真田 祐幸; 杉田 裕 ; 柏井 善夫*

Sanada, Hiroyuki; Sugita, Yutaka; Kashiwai, Yoshio*

坑道周辺の長期挙動の把握は、地層処分場の性能評価や設計・施工を行ううえで重要である。坑道近傍の変位計測には通常電気式の地中変位計が埋設される。従来型の電気式地中変位計は数年に渡る使用では絶縁不良を生じるなど長期計測が困難であった。また岩盤へのインパクトが小さい小口径のボーリング孔では多段化できないという問題があった。本研究では小口径で長期耐久性を有し、多段かつ高い精度での計測を可能にするために、光ファイバーを使用した地中変位計の開発を実施した。さらに開発した変位計の原位置への適用性を確認するために、幌延深地層研究所の立坑に開発した変位計を設置し、併設された電気式変位計と結果を対比した。室内検定試験によると、測定精度は測定範囲の0.5%と今回設定した測定精度をおおむね満たしていた。また、原位置での性能確認試験から、ブラッグ波長の変化量から算出した変位は、坑道の掘削イベントや併設した変位計の計測結果と良好な一致を示した。また、光ファイバーを用いることで電気式変位計と比較して電気ノイズが見られず安定した結果が得られた。作業性や作業時間については、通常用いられる電気式の地中変位計と同程度であった。

In this paper, application of the multi-interval displacement sensor using Fiber Bragg Grating (FBG) technology in the Horonobe URL is described. Laboratory tests were carried out to obtain the relational expression computed from the relationship of the variation in the Bragg wavelength, temperature and displacement. From the results of laboratory test, accuracy of sensor was evaluated better than 0.5% of the measurement range. In situ monitoring at the Horonobe URL using the developed sensor was carried out in parallel with nearby monitoring using a conventional extensometer, which is electrical signal system type, for verification of the developed sensor. In situ test results indicate that the displacement values from both the developed sensor and the conventional extensometer are almost equivalent. One of the advantages of the developed sensor was that there was no noise in the obtained monitoring data, while the data from the conventional extensometer shows some noise.