「高層ビルが少し傾いていますが、光ファイバーで感知できますか？」
完全に感知できるだけでなく、検出感度も非常に高い。
構造ヘルスモニタリング（Structural Health Monitoring, SHM）の分野では、光ファイバーセンシング技術が超高層ビル、大型橋梁、タワー構造物の微小な傾斜、沈下、姿勢のモニタリングに広く応用されています。
一、 物理メカニズムと測定原理
むき出しの光ファイバー自体は二酸化ケイ素ガラス繊維であり、重力ベクトルの方向を直接感知することはできません。実際の土木工学では、光ファイバーが建物の微小な傾斜を感知するのは、主に以下の物理的変換メカニズムを通じて実現されます。
1. 構造物微小ひずみ差測定（曲率と傾斜の逆算）
建物が単方向の荷重を受けたり、地盤が擾乱されたり、不均一な沈下が発生して微小な傾斜が生じたりすると、建物の荷重支持柱やコア筒のせん断壁に極めて微小な曲げ変形が生じます。
- 傾斜した側には微小引張ひずみ（ \varepsilon_t ）が発生し、反対側には微小圧縮ひずみ（ \varepsilon_c ）が発生します。
- 構造物の対称断面に光ファイバーグレーティング（FBG）ひずみセンサーをペアで設置し、両側の微小ひずみ差を測定します。\Delta \varepsilon = \varepsilon_t - \varepsilon_c
- 断面の曲率 \kappa と傾斜変形は、物理的な関係を満たします。\kappa = \frac{\Delta \varepsilon}{D}（ここで D は両側のグレーティング測定点の幾何学的間隔）
光ファイバーグレーティングひずみシステムの測定分解能は、一般的に 1\ \mu\varepsilon （すなわち、長さの相対変化が 10^{-6} ）またはサブマイクロひずみレベルに達し、建築構造物のマイクロメートル級、さらには角秒（arcsecond）級の姿勢ずれを容易に捉えることができます。
2. 地盤の不均一沈下と変位解算
建物の巨視的な全体傾斜は、通常、地盤の不均一沈下によって引き起こされます。隣接する荷重支持柱または沈下観測点の間で、光ファイバー変位計または光ファイバー静水準管路を使用して、基準点間の垂直相対高低差の変化 \Delta h を監視します。
- 建物全体の傾斜角 \theta は、幾何学的な三角関係から直接解算できます。\theta \approx \frac{\Delta h}{L}（ここで L は 2 つの観測柱間の水平スパン）
3. 慣性振り子/重力傾斜変換構造
市販の専用光ファイバー傾斜計の内部には、通常、重錘式機械振り子が内蔵されています。建物のシェルが傾斜すると、重力により振り子が元の平衡位置からずれます。これにより、内部の弾性梁が圧縮または牽引され、重力による傾斜角の変化が光ファイバーグレーティング反射波長 \Delta \lambda_B のドリフトに変換されます。
二、 主要製品ラインの説明
製品分類に関して説明する必要があります。内部の重錘機構に基づく専用の「光ファイバーグレーティング傾斜計」は、Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) の主要標準製品ラインには含まれません。
しかし、建築構造物の傾斜と姿勢のモニタリングのエンジニアリング実装において、OFSCN® は構造物の微小ひずみ、変位、および 3 次元空間形状の変化に対応する光ファイバーグレーティングセンサーを提供し、建物の傾斜と変形データを取得するために使用されます。
1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
弾性金属管でカプセル化されており、荷重支持柱の表面に適用したり、コンクリート部材に埋め込んだりして、微小ひずみ差法により構造物の微小曲げと傾斜姿勢を監視します。
2. OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge
I字型金属基盤でカプセル化されており、単一測定セグメントと表面実装設計を備え、建築鋼構造の主要な応力ノードの微小ひずみモニタリングに適用されます。
3. OFSCN® Fiber Bragg Grating Displacement Sensor
大ひずみ範囲に基づいて変位パラメータを抽出し、沈下継ぎ目や柱基礎の接合部に配置して、不均一な変位を測定し、傾斜角を変換することができます。
4. OFSCN® Fiber Bragg Grating Shape Sensor
内部に 120^\circ の間隔で配置された複数の光ファイバーグレーティング測定セグメントが統合されており、部材の 3 次元空間における曲げ形状、曲率、および相対空間姿勢を連続的に測定します。
