それを地面に埋めたら、何トンもの車がその上を通ったか分かりますか？
光センシング原理と土木工学の観点から評価すると、通常の光ファイバーを直接土壌に埋め込んでも、その上を通過する車両の具体的な積載重量を正確に測定することはできません。しかし、光ファイバーを構造化されたパッケージで重量センサーや土圧計に加工したり、路面の応力伝達層に設置したりすれば、車両の積載量を測定することは完全に可能です。
一、 なぜ土壌に直接埋め込んだ光ファイバーでは車両重量を直接測定できないのか？
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センシングメカニズムと感応方向の不一致
光ファイバーセンシング（FBGやDAS/DTSを含む）は、本質的に軸方向ひずみ（ \varepsilon ）と温度（ \Delta T ）に対して高い感度を持っています。\frac{\Delta \lambda_B}{\lambda_B} = (1 - P_e)\varepsilon + (\alpha + \xi)\Delta T光ファイバーの断面に直接加えられる側方/径方向の圧力に対する異弾性効果係数は極めて低く、波長シフトはわずかです。さらに、土壌粒子による裸の光ファイバーへの非均一な横方向の圧迫は、複屈折効果（グレーティング反射スペクトルの広がりや二峰性分裂を引き起こす）を引き起こしやすく、単一値の線形力学対応関係を形成できません。
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土壌媒質の力学的不確定性
土壌は、多孔質で不均一な離散媒質です。車両の積載荷重が下方へ伝達される際、半無限弾性体理論（例：ブシネスク応力分布式）に従い、埋設深度や半径方向距離とともに応力は顕著に減衰し、非線形に拡散します。土層の含水率、締固め度、粒度分布、クリープ緩和は、応力伝達係数の動的なドリフトを引き起こします。直接埋設された光ファイバーは、「擾乱あり/車両通過」を定性的に検出するだけで、一意に決定される車両積載重量を逆算することはできません。 -
機械的脆弱性
埋め戻し層に埋め込まれた裸の光ファイバーや、基本的なルースチューブのみを備えた光ケーブルは、重車両の通過による土壌のせん断変形や、砂利の点接触圧力により、容易に直接切断または損傷します。
二、 工学的に光ファイバーグレーティングを用いて車両重量を測定するには？
車両重量（特に道路での定速走行時重量測定 WIM、Weigh-in-Motion）または地盤応力の監視を実現するには、力学伝達とキャリブレーション基準となる媒質を導入する必要があります。
- 剛性構造による動的計量（WIMシステム）
路面下の剛性計量溝または支持梁（例：鋼構造支持台）内に光ファイバーグレーティングセンサーを配置します。車両の車輪が計量台を通過する際、構造は微小なひずみを発生し、デモジュレータは高サンプリング周波数で過渡ひずみ応答曲線を記録します。積分波形面積、車軸ピーク、車両速度のアルゴリズム計算により、単軸軸重と総積載重量を算出します。 - 路面構造層ひずみ逆算法
耐圧性のあるカプセル化された光センサーをアスファルトコンクリート層またはセメントコンクリート版の底面に事前に埋め込み、車輪荷重作用下の動的たわみと曲げ引張ひずみを測定します。既知の路面弾性層状体系の力学弾性係数と組み合わせて車両重量を逆算します。 - 土圧箱変換法
土壌自体の側方/鉛直土圧を測定する場合、弾性受圧ダイヤフラムを備えた「土圧箱」を使用する必要があります。光ファイバーグレーティングはダイヤフラムの応力集中領域に固定され、土壌の法線方向圧力をダイヤフラムの弾性曲げひずみに変換します。
三、 公式技術シリーズと製品説明
力学および重量測定に関して、Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.（OFSCN®）の関連説明は以下の通りです。
- カスタム計量システム：大成永盛は、顧客向けにOFSCN® Fiber Bragg Grating Weighing Sensorをカスタム製造したことがあります。このシステムは標準化されていない既製品ではなく、高度にカスタマイズされた特性を持ち、現場の機械的支持プラットフォームと応力伝達経路に応じたエンジニアリングカスタム設計が必要です。
- 構造ひずみと応力検出：実際の工学では、標準カプセル化されたひずみ測定ユニット、例えばOFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gaugeや、シームレス合金鋼管にカプセル化されたひずみセンサーを使用する方が一般的です。これらを、事前に弾性係数が校正された計量受力構造部材に表面貼付または内蔵し、F = \sigma \cdot A = E \cdot \varepsilon \cdot A の弾性理論により正確に荷重を計算します。
