機器仕様

機器仕様
測定性能
機器モデル
測定モード
最 大 計 測 長 さ (*1)
A50
50[m]
Standard
High Speed
Extended Length
High Resolution
10[m]
2[m]
20[m]
10[m]
50[Hz]
23.8[Hz]
データ取得率
2.5[Hz]
100[Hz]
250[Hz]
最小センサー間隔
1[mm]
2.56[mm]
2.56[mm]
最小ゲージ長さ
1[mm]
5.12[mm]
5.12[mm]
B10
2.5
6[mm]
0.64[mm]
5.12[mm]
1.28[mm]
ひずみ計測
計測範囲
繰り返し精度
±10,000(μStrain)
±2[μStrain]
±5[μStrain]
±10,000(μStrain) ±5[μStrain]
±10[μStrain]
±20[μStrain]
温 度 計 測：(*2 )
計測範囲
繰り返し精度
−50∼300[℃]（ポリイミドコーティングファイバ使用時） −200∼800[℃]（金コーティングファイバ使用時） ±0.2[℃ ]
±0.4[℃]
±0.4[℃]
±0.8[℃]
±1.6[℃]
測定本体
寸法 / 重量
36 [cm]×32 [cm]×17[cm] /8[kg] 消費電力
測定性能
機器モデル
50 [W] OBR-4600
最大計測長さ (*1)
2,000[m]
スポット計測長さ
80[m]
１スポットの計測時間
6.5[sec]
最小センサー間隔
0.6[mm]
最小ゲージ長さ
3[cm]
ひずみ計測
計測範囲
±1.250[μStrain]
温 度 計 測：( * 2 )
計測範囲
±175[℃]
(*1)各種長さのファイバをご使用の場合はご相談ください。
(*2)表示される温度はリファレンス測定時の温度に対する相対温度となります。
国 土 交 通 省 「新技術情報提供システム（N ETIS）」
NETI S番号：K T−130083−A
新 技 術 名 称：光ファイバセンサによる構造物高空間分解能
ひずみ / 温度計測システム「F B I- G a u g e 」
Fiber B eam I nves t igat ion
点 の 計 測 か ら 面 計 測 ま で 広 範 囲 な ひ ず み・温 度 計 測 を 実 現 ! !
F B I - G a u g e は、光ファイバを検査品の表面に貼り付けることで、温度とひずみを計測するセンシングシステムです。
光ファイバに沿って連続的に計測できるため、点の計測から連続的な線や面まで広範囲の計測が可能です。
大量のひずみゲージを使用することなく、設置コストと設置時間の大幅削減ができます。
計測のフロー
1
光ファイバ
センサ配置
2
セン サ
初期設定
ハ ー ド ウ ェ ア「 O D i S I 」
3
ひずみ・温度計測
4
計測結果処理
センシング結果から3次元評価を行うシステムです。
光 フ ァ イ バ 内 の微小反射光「レイリー散乱 光 」を O FD R ( ※ ) 方 式 で 検 知 す る こ と に よ り
大規模な計測データを迅速に処理し、
ミ リ レ ベ ル の 位置解像度で計測することを 実 現 し ま し た 。※ O pt ical Fr equency D omain R efle ctom etory
形状と計測結果を直観的に理解できる最先端の評価システムです。
特 徴
主 な 機 能
定
範
囲 / 1∼50m
● 3 次 元 評 価 機 能（ 3 次 元 カ ラ ー コ ン タ ー 表 示 他 ）
● 最小測定ピッチ / 1mm
●3次元寸法測定機能
● 測 定 サ イ ク ル / A TY P E∼5Hz ●2次元グラフ
B TY P E 100Hz
●3次元グラフ
● 最小測定分解能 / ±2.0μSt ra in ±0.2 ℃
●計
3 次元評価
3次元評価システム
「 O D i S I 」は 米 国L u n a Te c h n o lo g ie s社が 開 発 し た 、ひ ず み・温 度 の 分 布 型 光 フ ァ イ バ セ ン シ ン グ 専 用 器 で す 。
●測
5
測
範
●各種フィルタリング機能
囲 / ±10,000μSt ra in
●各種評価支援機能
−50∼300℃
（ポリイミドファイバ）
−200∼800℃
（金コーティングファイバ）
FBI-Gaugeは、様々な産業界 の 光 セ ン シ ン グ ニ ー ズ に お 応えします。
2
鉄 道
建築物
プラント
自動車
ダ ム
橋 梁
3
Fiber B eam I nves t igat ion
F B I - Gauge の 特 徴
分布型ひずみ計測
FBI- Gauge のメリット
F B I - Ga u g e によるひずみの測定例
■点計測だけではなく、線・面の計測が可能
■センサ重量が大幅に低減
コイン直径18mm
ひずみゲージ
10mm
F B I - Ga u g e によるセッティング工数・コストの削減
ア ル ミ 製 の カ ン チ レ バ ー の 上 面 と 下 面 に 接 着 し た 光 フ ァ イ バ の ひ ず み 分 布 を グ ラ フ 化 し た も の で す 。測 定 ピ ッ チ を 5 m m
■電磁波環境・火気厳禁環境で使用可能
毎 で 測 定 し ま し た 。カ ン チ レ バ ー の 上 下 の 赤 線 が フ ァ イ バ セ ン サ で 上 面 左 端 が S t a n d o ff ケ ー ブ ル を 介 し F B I - G a u g e 本
■自由なレイアウトで貼付可能
体に接続されています。(右端の折り返し部は非接着）
■1本のセンサでひずみ、温度と多彩な計測が可能
直径155ミクロンという細い光ファイバを活用し
て、細い隙間の中でも設置可能です。また曲面のひず
み計測などにも最適です（最小曲げR＝10mm）
1
光ファイバセンサ
直径155μm
2
FBI- Gauge の用途
3
荷重F
■電磁波環境内でひずみや温度を計測したい！
①上面
■ひずみの計測点が多すぎてゲージ設置が大変！
■数10mのタワーの温度分布が見たい！
②折り返し部分
■細い隙間の中を計測したい！
グラフ：静荷重時のひずみ
①上面：引張により正のひずみです。
③下面
■ひずみゲージの接続ケーブルの重さに悩んでいる！
②折り返し部分：荷重がかかっておらずひずみ無し。
③下面：圧縮により負のひずみです。
従 来 、右 図 の よ う に 点 計 測 で は ゲ ー ジ の チ ャ ン ネ ル
分布型温度計測
数 を 増 や す と 、接 続 ケ ー ブ ル で 何 ト ン に も な る と い
う問題がありました。光ファイバを活用することで、
FBI-Gaugeによる温度測定は一本の光
軽くて多チャンネルの理想的な計測が可能です。
フ ァ イ バ で 行 う た め 、各 位 置 毎 の 時 間 の
接続
ケーブル
同 期 を と る こ と も な く 計 測 で き ま す 。設
温度用
ファイバ
置 自 由 度 が 非 常 に 高 い た め 、狭 い 空 間 の
中 に 設 置 し た り 、広 い 空 間 に 張 り 巡 ら せ
たり従来難しい用途にも適しています。
熱湯（約85℃）
氷水（約0℃）
LC/ APCコネクタ
光ファイバは細くて軽いため、自由なレイアウトで設
F B I - G a u g e は 、熱 に よ っ て 伸 縮 す る 光
置 が 可 能 で す 。右 図 の よ う に 空 中 に レ イ ア ウ ト す れ
フ ァ イ バ ー の 変 化 を 捉 え る こ と で 、温 度
ば、空間の温度分布を可視化することができます。
を 測 定 し ま す 。初 め に 基 準 と な る 温 度 状
態 を 記 録 し 、そ こ か ら の 温 度 変 化 を 捉 え
熱湯（約85℃）=＋55度
ることができます 。
室 温 に て リ フ ァ レ ン ス（ 室 温 = 0 度 ）と し 、
室温（30℃）=0度
各位置の温度変化を計測
氷水（約0℃）=−30度
グラフ：温度変化後
4
5
Fiber B eam I nves t igat ion
自動車業界の計測事例
F B I - G a u g e は 光 フ ァ イ バ を セ ン サ と し て 活 用 し た 、ひ ず み や 温 度 の セ ン シ ン グ シ ス テ ム で す 。光 フ ァ
イ バ に 沿 っ て 連 続 的 に 計 測 で き る た め 、点 計 測 だ け で な く 連 続 的 で 広 範 囲 な 線・面 計 測 が 可 能 と な り ま
す 。セ ン サ 部 に 電 気 を 使 用 し て い な い ため 、電 磁 波 環 境 内 で も 使 用 可 能 で す 。
座席周り温 度 分 布 計 測
エアコン温 度 分 布 計 測
（ 株 ）本 田 技 術 研 究 所 様 ご提 供
光ファイバを数 c m 間 隔に密に張り巡らせることで、C A Eのよ
うに分 布 型 の 結 果を出 力 することが 可 能 で す 。アウター パネ
ルの剛性試験結果とCAE結果を比べるなどの作業に最適です。
アウターパネルの剛性試験
一 本で 様 々な部 位を同 時に計 測できます 。時 間 の 同 期などの
作 業 が 必 要ない ため 、複 数 の 部 位 で のタイミング比 較などに
も利用可能です。
エキゾースト温度 分布計測
樹脂射出成形金型温度/
ひずみ計測
ウォータジャケット
温度計測
オイルタンク温度 /
ひずみ計測
電 池 温 度 計測
ホワイトボディ剛性試験
インタクーラ温度計 測
ラジエ ータ温度分布計測
エンジンル ー ム 内 温 度 分 布計測
一 本 の 光ファイバ で 計 測 す ることにより、熱 だまりや 温 度 勾
設 置 方 法を工 夫 することにより、空 間 の 温 度 分 布を計 測 する
配 などを 可 視 化 す ることが 可 能 で す 。点 計 測 で は わ からな
かった 局 所 的な分 布を測ることができるた め 、冷 却 効 率 のよ
り詳 細な検 討ができます。
6
溶 接 時 の ひ ずみ計測
ボルト締付時ボア変形計 測
従 来 の 点 計 測 では、熟 練 者と若 手によるスキル の 差 やピーク
ボルトを締めつけた際のボアや 軸 受といった精 密 部のひ ずみ
ことができます 。サーモグラフィのように表 面の温 度 分 布だけ
の 位 置 に 設 置 でき て い るかどうか の 確 認 は 悩 みどころでし
計 測 に 最 適 で す 。光ファイバ が 1 5 5μmととても細 い た め 、
ではなく、空 中の温 度 分 布を計 測 することができます。
た。分布計測することにより、後からピークの位置を取得するこ
様 々な場 所 に 設 置 できます 。また 、一 本 で 測るた め 時 間 の 同
とが可能な上、ひずみの勾配等も確認することが可能です。
期が可能で、締め付け中のひずみの傾向なども確認できます。
7
Fiber B eam I nves t igat ion
プラント・建 築 業 界 の 計 測 事 例
プラント設備の温度分布計測
光 フ ァ イ バ セ ン シ ン グ は 外 部 の 電 磁 ノ イ ズ に よ る 外 乱 の 影 響 が な い た め 、プ ラ ン ト・建 設 分 野 で の 採 用
が 進 ん で お り ま す 。そ の 中 で も F B I - G a u g e は 空 間 の 細 か な ひ ず み・温 度 分 布 を 計 測 で き る た め 、従 来
の 電 気 式 計 測 技 術 や サ ー モ グ ラ フ ィ で は 計 測 し き れ な か っ た 分 野 ま で 幅 広 く 応 用 が 可 能 で す。
発電機のステーター表面におけるホットスポット計測
FBI-Gaugeを用いたホットスポッ ト 計 測
光ファイバを用いて広域を計測すること
に よ り 、従 来 の 熱 電 対 で は 検 出 が 難 し
タワー温度分布計測
か っ た 線・面 と い っ た 広 範 囲 で の ホ ッ ト
ス ポ ッ ト 計 測 が 可 能 で す 。温 度 計 測 結 果
は時系列でも求めることができるため、
Windings
定常状態における異常値検出等の使用法
Stator
Windings
も行えます。
プラント運転開始時から運転中に
至るまでの熱過渡変化計測に有効
です。
100
Hot Spots
Danger Zone
95
ステーター 表 面 に 光 フ ァ イ バ を 貼 付
1本の光ファイバでミリメートル毎に複数
の ホ ッ ト ス ポ ッ ト を 検 出 可 能 で す 。ま た 、光
フ ァ イ バ に 沿 っ た 計 測 が で き る た め 、絶 対
Temperature（C）
90
85
熱交換チューブ温度分布計測
光ファイバは保護材にもよりますが、耐用年数が比較的長く、錆びたりしないため長期間のモニ タ リ ン グ に 最 適 で す 。
80
75
70
値の異常値検出だけではなく温度分布によ
65
る変化率での異常値検出といった使い方も
60
行えます。
球形タンク温度分布計測
Fiber
SRTD 7
RTD 1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Locabon
（ Normalized : x/L）
0.7
0.8
0.9
1.0
グ ラ フ：ホ ッ ト ス ポ ッ ト 測 定 例
上面
ファイバ 貼 り 付 け 位 置
底面
ファイバ 貼 り 付 け 位 置
機材の据付ひずみの
経年劣化確認
熱交換器の
温度分布計測
8
コンクリ―ト
クラック伸展計測
建物内
温度分布計測
繰返し荷重における
ひずみ試験
大型機器の
温度分布計測
9
Fiber B eam I nves t igat ion
ポストソフトウェア
計測原理
F BI -G a u g e は 計測器から得られた大量の計測 デ ー タ を 処 理 す る ソ フ ト ウ ェ ア が 同 梱 さ れ て い ま す 。
通 常 計 測 デ ー タ は 光 フ ァ イ バ の 長 さ 方 向 、時 間 、ひ ず み や 温 度 と い っ た 値 の 3 軸 で 出 力 さ れ る た め 、通 常 の 表 計 算 ソ フ ト
ウェアでは処理が非常に複雑になります。
そ こ で 、F B I - G a u g e で は 3 軸 の デ ー タ を 処 理 す る 強 力 な ポ ス ト ソ フ ト ウ ェ ア に よ り 、ノ イ ズ 除 去 か ら 2 次 元・3 次 元 グ ラ
フ 化 機 能 、3 次 元 で の 可 視 化 ツ ー ル ま で 素 早 く 処 理 す る こ と が 可 能 で す 。
レイリー散乱光分布型センシングシステム
F B I - Ga u g e 概要
F B I - G a u g e は 、波 長 可 変 レ ー ザ（ 1 5 1 0 ∼ 1 5 7 0 n m ）を 光 フ ァ イ バ に 入 射 し 、光 フ ァ イ バ 内 の ガ ラ ス 分 子 に よ っ て 反 射
し て く る 微 小 な 反 射 光（ レ イ リ ー 散 乱 光 ）を 検 出・分 析 す る 光 セ ン シ ン グ シ ス テ ム で す 。
光ファイバの固有指紋情報とひずみによる周波数のズレについて
3次元可視化 ツ ー ル
光 フ ァ イ バ を 3 次 元 的 に 自 由 に 設 置 し 、計 測 し た 後 、3 次 元 を 再 構 築 す る こ と で 、ま る で 現 場 で 確 認 し た か の よ う な 動 画
を 作 成 す る こ と が で き ま す 。対 象 物 の 3 次 元 C A D や 3 次 元 レ ー ザ ー ス キ ャ ナ か ら 得 ら れ た 点 群 を 用 い て ひ ず み や 温 度 を
3 次 元 コ ン タ ー 図 に 変 換 し ま す 。直 感 的 に ど こ に ピ ー ク が あ る か 、勾 配 は ど う か を 確 認 で き ま す 。
光 フ ァ イ バ の ガ ラ ス 分 子 は 微 小 な 密 度 ム ラ が あ り 、こ の ム ラ は 光 フ ァ イ バ １ 本 １ 本 で 異 な っ て い ま す 。ま た 、密 度 ム ラ に
よ る 光 の 屈 折 率 の 違 い に よ り 、強 く レ イ リ ー 散 乱 す る 光 の 波 長 が 異 な り ま す 。こ の 光 フ ァ イ バ の 各 位 置 で の ム ラ を 固 有
指 紋 情 報 と 言 い 、光 フ ァ イ バ の 状 態 が 変 わ ら な い 限 り い つ も 同 じ 波 長 の 反 射 光 が 生 じ ま す 。こ こ で 、光 フ ァ イ バ の あ る 位
置 に ひ ず み が 発 生 す る と 、そ の 位 置 だ け 反 射 光 の 波 長 が ず れ ま す 。F B I - G a u g e は ひ ず む 前 の 反 射 光 と ひ ず ん だ 後 の 反 射
光を比較することで、どの位置がどのくらいひずんだのかを検出します。
計測
風景
計測
結果
ひずみ有り
ファイバ内のレイリー散 乱 光
波長
ひ ず み 無し
( ひずみ無しが、ファイバ の 固有指紋情報 )
鋼 管 強 度 試 験 時の
ひ ずみ分 布 計 測
レイリー散乱光について
レイリー散乱光λ
FBI-Gaugeは光ファイバ内のレイリー散乱光という反射光
を検出します。
通 常 、散 乱 と は 光 が 粒 子（ 空 気 の 分 子 な ど ）に ぶ つ か っ た 時 に
3次元レーザ ー 計 測 と 組 み 合 わ せ 、ま る で 写 真 の よ う な 計 測 結 果 も レ ポ ー ト 可 能 です。
四 方 八 方 へ 散 ら ば る こ と を 言 い ま す 。レ イ リ ー 散 乱 は 光 の 波
入射光λ
各種フィルタリング機 能
長 の 1 / 1 0 程 度 の 小 さ い 物 質 に よ る 光 の 散 乱 で す 。空 が 青 く
分子
見 え る の も 、太 陽 光 が 大 気 の 粒 子 に よ っ て レ イ リ ー 散 乱 す る
こ と が 原 因 で す 。光 フ ァ イ バ も 同 様 に ガ ラ ス 分 子 に よ っ て レ
イリー散乱光が発生します。
光 学 的 な 計 測 に は よ く あ る ノ イ ズ を 処 理 し 、必 要 な
個所のみ切り出す機能を持っています。
こ れ に よ り 、表 計 算 ソ フ ト ウ ェ ア で は 難 し い 3 軸 の 処
主な機能
● 3 次 元 評 価 機 能（ 3 次 元 カ ラ ー コ ン タ ー 表 示 他 ）
F B I - Ga u g e の精度
伸縮計、ひずみゲージとの比較
●3次元寸法測定機能
テ ス ト ピ ー ス に よ る 引 張 試 験 を 伸 縮 計・ひ ず み ゲ ー ジ と 比
●2次元グラフ
較 し た 例 で す 。伸 縮 計 や ひ ず み ゲ ー ジ と 同 じ 精 度 で 結 果 を
●3次元グラフ
●各種フィルタリング機能
●各種評価支援機能
出 力 し ま す 。伸 縮 計 や ひ ず み ゲ ー ジ は 1 セ ン サ ー で 1 箇 所
の 計 測 で す が 、光 フ ァ イ バ を 用 い る こ と に よ り 連 続 的 な 計
測を可能にします。
800
Microstrain
理も軽快に処理可能です。
600
400
200
0
-200
0
10
20
10
0
FBI-Gaugeの計測結果は伸縮計やひずみゲージとよく一致しています。
10
11