JP2000266976A - センサ用光ファイバケーブル - Google Patents

センサ用光ファイバケーブル

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JP2000266976A
JP2000266976A JP11075596A JP7559699A JP2000266976A JP 2000266976 A JP2000266976 A JP 2000266976A JP 11075596 A JP11075596 A JP 11075596A JP 7559699 A JP7559699 A JP 7559699A JP 2000266976 A JP2000266976 A JP 2000266976A
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JP
Japan
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optical fiber
sensor
fiber cable
filler
light
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JP11075596A
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English (en)
Inventor
Tamao Shioji
珠央 塩路
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量で使用温度範囲が広く振動検出感度が高い
センサ用光ファイバケーブルを提供すること。 【解決手段】金属パイプに挿入した光ファイバ心線と、
該光ファイバ心線と前記金属パイプとの隙間に充填した
第一充填材と、前記金属パイプを一括に包む防食層と、
該防食層と前記金属パイプとの隙間に充填した第二充填
材と、前記防食層の上から外装した鉄線とから構成した
ことにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、落石や土砂崩れな
どで発生した振動を検知する光ファイバ式振動検知シス
テムに用いられる、センサ用光ファイバケーブルに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ式振動検知システムは、トン
ネルを含む道路や鉄道線路での落石、斜面及び地盤の土
砂崩れ、土石流や火山活動などの自然災害、自動車や列
車による事故などで発生した振動を光ファイバを利用し
て検知するシステムである。
【0003】従来、この光ファイバ式振動検知システム
に最適なセンサ用光ファイバケーブルは開発されておら
ず、通信用の鋼コルゲート外装スペーサ形光ファイバケ
ーブルを用いていた。
【0004】図4は、鋼コルゲート外装スペーサ形光フ
ァイバケーブルについて示したものであって、(a)は
スペーサ形光ファイバケーブルの断面図、(b)は鋼コ
ルゲート外装スペーサ形光ファイバケーブルの斜視図で
ある。31はテンションメンバ、32はスペーサ、33
は光ファイバ心線、34は押さえ巻きテープ、35はL
AP(アルミラミネート)シース、36はスペーサ形光
ファイバケーブル、37は鋼コルゲート、38は防食層
である。
【0005】光ファイバ心線33は、光ファイバに一次
被覆、緩衝層、二次被覆を施したもので、スペーサ32
の溝に一本ずつ挿入されている。光ファイバ式振動検知
システムに用いる光ファイバの種類はシングルモードで
あり、光ファイバの二次被覆は通常ナイロンである。光
ファイバ素線33の本数は最低1本あれば良いが、光フ
ァイバ式振動検知システムの必要に応じて本数が決めら
れる。
【0006】鋼コルゲート37は、鋼テープをスペーサ
形光ファイバケーブル36の周囲に成型縦添えし、合わ
せ目を連続的に溶接した後に波付き加工(コルゲート)
したものである。鋼コルゲート37は、圧縮強度に優れ
ているため主に直埋用のケーブルに使用される。そして
鋼コルゲート37の上部にはLAPシースやポリエチレ
ンシースなどの防食層38が被せられる。
【0007】図5は、光ファイバ心線33を用いた振動
検知の原理説明図である。(a)は断面図、(b)は斜
視図である。光ファイバ心線33を伝搬する光は電磁波
であり、お互いに直交する電界と磁界より構成されてい
る。今、直線偏波の光を光ファイバ心線33に入射した
場合を考える。直線偏波とは、電界の振動方向が一方向
でありその振動方向が回転しない光を指し、この振動方
向を含む面を偏波面という。
【0008】光ファイバ心線33を伝搬する直線偏波の
光は、光ファイバ心線33に外力が印加されない場合に
は出射端まで直線偏波の光のままで伝搬する。しかし、
図5に示したように光ファイバ心線33の途中で振動な
どの外力が印加されると、その部分では光ファイバの屈
折率や長さが変化してしまい偏波面が回転する。
【0009】偏波面が回転すると、偏光フィルタを通し
て信号強度を観測している場合には信号強度の変化とし
て現れる。従って、直線偏波の光を入射してからこの信
号強度の変化が観測されるまでの時間が分かれば、光フ
ァイバ心線33の内部を伝搬する光の速度は既知である
から、振動などの外力が加えられた場所を知ることがで
きる。
【0010】図6は、図4のセンサ用光ファイバケーブ
ルを用いた光ファイバ式振動検知システムの構成図であ
る。39は第一光源、40は第二光源、41は第一受光
器、42は第二受光器、43は振動監視区間、44は振
動、45は第一合分波器、46は第二合分波器、47は
信号処理部、48はセンサ用光ファイバケーブル、Lb1
は第二光源と振動が加えられた区間(落石区間)との距
離、Lb2は第一光源と落石区間との距離、t1 は第二光
源からの光が落石区間に到達するまでの時間、t2 は第
一光源からの光が落石区間に到達するまでの時間であ
る。ここでは振動が加えられた区間を落石区間とし、そ
の落石区間には幅がある。
【0011】第一光源39から発せられた直線偏波の光
は、第一合分波器45を介してセンサ用光ファイバケー
ブル48に入射する。センサ用光ファイバケーブル48
には複数本の光ファイバ素線が挿入されているが、その
内の1本を使用する。センサ用光ファイバケーブル48
は振動監視区間43と、それに並行して少し離れた場所
の合計二本敷設され、折り返し地点でそれぞれの光ファ
イバ素線が融着接続されている。帰路のセンサ用光ファ
イバケーブル48は第二合分波器46を経て第二受光器
42に接続されている。従って、第一光源39から発せ
られた直線偏波の光は、第一合分波器45を介してセン
サ用光ファイバケーブル48に入射し、折り返し地点の
融着接続部を通過し、第二合分波器46を介して第二受
光器42で受光される。同時に、第二光源40から発せ
られた直線偏波の光は、第二合分波器46を介してセン
サ用光ファイバケーブル48に入射し、折り返し地点の
融着接続部を通過し、第一合分波器45を介して第一受
光器41で受光される。
【0012】第一合分波器45及び第二合分波器46
は、2つの入力端と2つの出力端を持っている。上記の
説明から明らかなように、第一合分波器45の入力端は
第一光源39と第一受光器41に接続され、出力端の一
つはセンサ用光ファイバケーブル48に接続され、もう
一つの出力端は使用されていない。同様に、第二合分波
器46の入力端は第二光源40と第二受光器42に接続
され、出力端の一つはセンサ用光ファイバケーブル48
に接続され、もう一つの出力端は使用されていない。
【0013】第一受光器41と第二受光器42は信号処
理部47に接続されている。観測される波形を図6の信
号処理部47内に示したが、振動が加えられた区間(落
石区間)では、偏波面が回転し偏光フィルタにより信号
強度が弱くなっている。この波形を基に、落石区間まで
の第一及び第二光源から発せられた光の到達時間差(t
1 −t2 )より落石区間を標定することができる。な
お、t1 =Lb1/v、t2 =Lb2/vであり、ここでv
は直線偏波の光がセンサ用光ファイバケーブル48内を
伝搬する速度である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来のセンサ用光ファ
イバケーブルは、鋼コルゲート外装スペーサ形光ファイ
バケーブルであるため以下に示す問題点があった。
【0015】(1)圧縮強度の点では優れているが、重
量が重く敷設し難い。
【0016】(2)使用温度範囲は−10℃〜60℃と
狭い。
【0017】(3)光ファイバ素線に振動が伝わり難く
検出感度が低い。
【0018】従って本発明の目的は、前記した従来技術
の欠点を解消し、軽量で使用温度範囲が広く検出感度が
高いセンサ用光ファイバケーブルを提供することにあ
る。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を実
現するため、金属パイプ内に挿入した光ファイバ心線
と、該光ファイバ心線と前記金属パイプとの隙間に充填
した第一充填材と、前記金属パイプを一括に包む防食層
と、該防食層と前記金属パイプとの隙間に充填した第二
充填材と、前記防食層の上から外装した鉄線とから構成
した。
【0020】また、第一充填材はジェリー状物質とし
た。
【0021】さらに、第二充填材はゲル状のポリウレタ
ンとした。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のセンサ用光ファ
イバケーブルの一実施例を示した断面図である。1は光
ファイバ心線、2は第一充填材、3は金属パイプ、4は
第二充填材、5は防食層、6は鉄線である。光ファイバ
心線1は、光ファイバに一次被覆、緩衝層、二次被覆を
施したものである。光ファイバ心線1をステンレスの金
属パイプ3に挿入し、隙間を第一充填材2で充填する。
この第一充填材2はジェリー状物質である。このよう
に、光ファイバ心線1を挿入し第一充填材2を充填した
金属パイプ3を3本揃え防食層5で一括に包み、その上
から鉄線6を外装する。金属パイプ3と防食層5との隙
間は、第二充填材で充填する。この第二充填材はゲル状
のポリウレタンである。
【0023】以上のように構成したことから、センサ用
光ファイバケーブルの重量は従来の550kg/kmから1
80kg/kmと1/3に低減することができた。また、第
一及び第二充填材を使用したことから、使用温度範囲は
従来の−10℃〜60℃から−20℃〜80℃に拡大す
ることができた。さらに防湿効果があり、且つ外部の振
動を光ファイバ心線に伝達し易くなり、検出感度が向上
した。
【0024】図2は、図1のセンサ用光ファイバケーブ
ルの振動検出感度についての説明図である。7は光源、
8は受光器、9はセンサ用光ファイバケーブル、10は
偏光フィルタ、11は鉄ブロックである。センサ用光フ
ァイバケーブル9に光源7から直線偏波の光を入射し、
出射端に偏光フィルタ10を設置して通過した光を受光
器8にて受光した。最初、センサ用光ファイバケーブル
9に入射した直線偏波の偏波面と同じ方向に偏光フィル
タ10を設置しておき、振動がない時に受光される信号
強度の電力を最大にした。
【0025】センサ用光ファイバケーブル9の途中に、
重量1kgの鉄ブロック11を1mの高さから落下させ
た。その時の観測された波形を図2の右下に示した。こ
れより、わずかな振動でも本センサ用光ファイバケーブ
ルを採用することにより検出可能となった。観測された
波形から、ピーク時刻の判定精度は20μ秒程度と考え
られ、双方向の伝搬光の波形変化時刻差から振動位置
(落石区間)を求める場合の距離分解能は約4km程度で
ある。
【0026】図3は、図1のセンサ用光ファイバケーブ
ルの敷設例を示した説明図である。12は光ファイバ接
続箱、13はコンクリート敷設部、14はフェンス、1
5は幹線用光ファイバ心線である。センサ用光ファイバ
ケーブル9をコンクリート敷設部13に深さ10cm、間
隔20cmで2本埋設した。一本は折り返し用であり、折
り返し地点で光ファイバ素線は融着接続されている。他
の監視区間あるいは管理事務所と接続するため、長さ1
00mの監視区間の端に光ファイバ接続箱12が設置さ
れている。この光ファイバ接続箱12内で、幹線用光フ
ァイバ心線15とセンサ用光ファイバケーブル9内の光
ファイバ心線が融着接続される。
【0027】実際に稼動した結果は、埋設したセンサ用
光ファイバケーブル9の真上、そしてセンサ用光ファイ
バケーブル9から左右に10cm離れた場所で微小な振動
を検出することができた。微小な振動も検出できたの
は、振動により生じたコンクリート内を伝搬する衝撃波
による。
【0028】なお、本センサ用光ファイバケーブルはア
スファルトに埋設しても同様な効果を発揮する。また、
路上に本センサ用光ファイバケーブルを敷設して、その
上に鉄板などを敷いて使用しても同様である。さらに、
架空添架して使用しても良い。なお、実施例では光ファ
イバ心線を3本備えたセンサ用光ファイバケーブルにつ
いて説明したが、本特許は3本の光ファイバ心線に限定
されず何本でも構わない。
【0029】
【発明の効果】本発明のセンサ用光ファイバケーブル
は、光ファイバ心線を金属パイプに入れその隙間を第一
充填材で充填し、このような金属パイプを3本防食層で
一括に包み金属パイプと防食層との隙間を第二充填材で
充填し、その上から鉄線で外装したことから、光ファイ
バ式振動検知システムに使用すれば軽量で使用温度範囲
が広く検出感度が高いという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセンサ用光ファイバケーブルの一実施
例を示した断面図である。
【図2】図1のセンサ用光ファイバケーブルの振動検出
感度の説明図である。
【図3】図1のセンサ用光ファイバケーブルの敷設例の
説明図である。
【図4】従来のセンサ用光ファイバケーブルについて示
したものであって、(a)はその中のスペーサ形光ファ
イバケーブルの断面図、(b)は該スペーサ形光ファイ
バケーブルに鋼コルゲートを外装した斜視図である。
【図5】振動検出原理の説明図である。
【図6】図4のセンサ用光ファイバケーブルを用いた光
ファイバ式振動検知システムの構成図である。
【符号の説明】 1 光ファイバ心線 2 第一充填材 3 金属パイプ 4 第二充填材 5 防食層 6 鉄線 7 光源 8 受光器 9 センサ用光ファイバケーブル 10 偏光フィルタ 11 鉄ブロック 12 光ファイバ接続箱 13 コンクリート敷設部 14 フェンス 15 幹線用光ファイバ心線 31 テンションメンバ 32 スペーサ 33 光ファイバ心線 34 押さえ巻きテープ 35 LAPシース 36 スペーサ形光ファイバケーブル 37 鋼コルゲート 38 防食層 39 第一光源 40 第二光源 41 第一受光器 42 第二受光器 43 振動監視区間 44 振動 45 第一合分波器 46 第二合分波器 47 信号処理部 48 センサ用光ファイバケーブル Lb1 第二光源と落石区間との距離 LB2 第一光源と落石区間との距離 t1 第二光源からの光が落石区間に到達するまでの時
間 t2 第一光源からの光が落石区間に到達するまでの時

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属パイプ内に挿入した光ファイバ心線
    と、該光ファイバ心線と前記金属パイプとの隙間に充填
    した第一充填材と、前記金属パイプを一括に包む防食層
    と、該防食層と前記金属パイプとの隙間に充填した第二
    充填材と、前記防食層の上から外装した鉄線とから成る
    ことを特徴とするセンサ用光ファイバケーブル。
  2. 【請求項2】第一充填材は、ジェリー状物質であること
    を特徴とする請求項1記載のセンサ用光ファイバケーブ
    ル。
  3. 【請求項3】第二充填材は、ゲル状のポリウレタンであ
    ることを特徴とする請求項1記載のセンサ用光ファイバ
    ケーブル。
JP11075596A 1999-03-19 1999-03-19 センサ用光ファイバケーブル Pending JP2000266976A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409163A (zh) * 2014-11-19 2015-03-11 浙江汉维通信器材有限公司 一种高填充防鼠蚁抗压数据缆
CN114495393A (zh) * 2022-02-28 2022-05-13 中国人民公安大学 一种基于物联网的地下异常振动安全监测系统

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