JP2003028729A

JP2003028729A - 光ファイバ温度センサの敷設構造

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Publication number: JP2003028729A
Application number: JP2001217363A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyatsu; 信宮津
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバ温度センサを用いて路面の温度を
より正確に測定し得るよう、該センサの埋設状態を改善
し、好ましい敷設構造を提供すること。【解決手段】路中Ｅ１に光ファイバ温度センサ１を埋
設し、該センサ１と、少なくとも道路表層Ｅ２とが、路
面の材料よりも熱伝導率の高い材料からなる熱良導体部
分２によって接続された敷設構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ温度セ
ンサに関するものであり、より具体的には、路面温度を
測定するための光ファイバ温度センサの敷設構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】道路の路面温度など構造物の表面温度を
正確に測定することは重要であって、例えば、路面温度
は、路面の凍結などに関する正確な情報を報じるために
も、また、凍結を防止乃至は緩和させるためのシステム
などを制御するためにも重要である。

【０００３】路面温度の測定に用いられる温度センサの
１つとして、光ファイバ温度センサが挙げられる。光フ
ァイバ温度センサは、必要に応じて保護管などで被覆さ
れた光ファイバであって、道路に沿って埋設され、これ
が温度センサとなる。光ファイバ温度センサは、光ファ
イバ温度計に接続されて用いられ、光ファイバ温度計か
らは、配線接続用の光ファイバを通じて、該センサにレ
ーザ光が送られ、該センサに測定対象物の温度に応じた
後方散乱光を発生させる。この後方散乱光を光ファイバ
温度計で測定することによって、後方散乱光が発生した
部分の温度（後方散乱光の解析による）と、それが光フ
ァイバ温度センサのどの位置か（往復時間の測定によ
る）を知ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おける光ファイバ温度センサによる路面温度の測定状態
について本発明者が検討したところ、光ファイバ温度セ
ンサの敷設構造に関しては、次に挙げる問題点が何ら着
目されることなく存在していることがわかった。

【０００５】先ず、従来、光ファイバ温度センサを道路
に沿って埋設する方法は、路面に埋設用の溝を堀り、該
溝内に該センサを敷設した後、路面の材料（アスファル
ト合材、樹脂材料など）と同様の充填材料を溝内に充填
し、該センサを埋め込むのが一般的であった。しかしな
がら、このような充填材料は、熱伝導率が低いため、路
面からの熱が伝わりにくく、路面と路中（該センサが存
在する部分）とでは温度が大きく異なる。よって、該セ
ンサによって測定されるのは路面の温度ではなく、路中
の温度であることがわかった。また、このような路中温
度は、路面温度と関連して変動するが、その変動範囲は
路面の変動範囲と異なるだけでなく、応答も遅いなどの
問題があり、路面温度を推定することも困難であった。

【０００６】また、上記のような熱伝導率の低い材料で
覆われた埋設状態において、路面温度を正確に測定する
には、センサを路面に出来る限り近い場所に設置するこ
とが望ましい。しかしながら、車両などの通過による荷
重から該センサを保護し、また、路面の磨耗などによっ
て該センサが露出してしまわないように、ある程度の深
さ（１５〜５０ｍｍ）に設置せざるを得ず、センサを路
面に近づけることもできなかった。

【０００７】本発明の課題は、上記問題を解決し、光フ
ァイバ温度センサを用いて路面の温度をより正確に測定
し得るよう、該センサの埋設状態を改善し、好ましい敷
設構造を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の特徴を有
するものである。（１）路中に光ファイバ温度センサが埋設され、該セン
サと少なくとも道路表層とが、路面の材料よりも熱伝導
率の高い材料からなる熱良導体部分によって接続されて
いることを特徴とする光ファイバ温度センサの敷設構
造。

【０００９】（２）路面に光ファイバ温度センサを埋設
するための溝が形成され、該溝内に該センサが敷設さ
れ、路面の材料よりも熱伝導率の高い材料が、該センサ
を覆い上記熱良導体部分となっている上記（１）記載の
敷設構造。

【００１０】（３）上記熱良導体部分の上端側が路面に
露出している上記（２）記載の敷設構造。

【００１１】（４）上記熱良導体部分が、固形の部材で
あって、かつ、光ファイバ温度センサと少なくとも道路
表層とを接続するように上記溝内に嵌め込むことが可能
な形状として形成されたものである上記（２）または
（３）記載の敷設構造。

【００１２】（５）固形の部材として形成された上記熱
良導体部分が、光ファイバ温度センサを保持するため
の、溝または挿通孔を有している上記（４）記載の敷設
構造。

【００１３】（６）上記溝の断面形状が、路中側から路
面側へと向かうにつれて広がる形状である上記（２）記
載の敷設構造。

【００１４】（７）光ファイバ温度センサと路中部分と
の間、および／または、熱良導体部分と路中部分との間
に、断熱材層が部分的にまたは全面的に介在している上
記（１）記載の敷設構造。

【００１５】（８）光ファイバ温度センサと路中部分と
の間、および／または、熱良導体部分と路中部分との間
に、断熱材層が部分的にまたは全面的に介在しており、
該断熱材層が、部材である熱良導体部分の側面および／
または下面に予め接合されている上記（４）記載の敷設
構造。

【００１６】（９）光ファイバ温度センサが、保護管に
光ファイバを挿通してなる構造を有し、保護管内の光フ
ァイバ周囲の隙間が、高い熱伝導率の材料によって充填
されている上記（１）〜（８）のいずれかに記載の敷設
構造。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明による光ファイバ温度セン
サ（以下、単に「センサ」とも呼んで説明する）の敷設
構造は、図１に断面を示すように、路中Ｅ１に光ファイ
バ温度センサ１が埋設された構造であり、該センサ１
と、少なくとも道路表層Ｅ２とが、路面Ｅ３の材料より
も熱伝導率の高い材料からなる熱良導体部分２によって
接続されていることを特徴とする。

【００１８】上記構成とすることによって、熱良導体部
分２を通じて路面の熱がセンサへ速やかに伝導すること
が可能となり、保護のためにセンサを路中に埋設しなが
らも、路面温度の変化によく追従できるようになり、従
来にくらべ路面温度をより正確に測定できるようにな
る。また、従来よりも深くセンサを埋設することも可能
となり、センサの保護状態が改善される。

【００１９】センサが設置される道路の路面の材料（表
層の材料）としては、アスファルト合材（アスファルト
に骨材が含まれたアスファルト混合物）、コンクリー
ト、レンガ、土、石（石畳など）、砂利などが挙げられ
るが、路面温度の測定が必要であるような重要な幹線道
路では、通常、路面材料はアスファルト合材またはコン
クリートである。路面の材料の熱伝導率は、水分等の含
有量や空隙の有無によっても異なるが、アスファルト合
材が０．７〜２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、コンクリート
が０．５〜１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度、土が０．１〜
２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。

【００２０】本発明でいう道路表層（図１の層Ｅ２）と
は、路面温度と同等であると見なすことができる深さま
での層である。道路の表面付近の層構造や材料によって
多少異なるが、路面から概ね１０ｍｍ程度の深さまでな
らば、路面温度と同等であると見なしても問題はなく、
また厳密な測定の必要に応じて補正も可能である。路面
の材料がアスファルト合材の場合、該アスファルト合材
による舗装の厚さは通常６０ｍｍ程度までであるが、そ
のアスファルト合材の層内でも特に、路面から１０ｍｍ
程度、好ましくは路面から５ｍｍ程度の深さまでが、本
発明でいう道路表層となる。

【００２１】本発明では、少なくともこの道路表層とセ
ンサとを、路面の材料よりも熱伝導率の高い材料からな
る熱良導体部分によって接続する。即ち、熱良導体部分
は、下端側では必ずセンサに接するように構成するが、
上端側は、この道路表層の下端より上であれば、路面に
露出していても、路面材料（表層材料）に覆われていて
もどちらでもよい。

【００２２】熱良導体部分の材料は、路面の材料よりも
熱伝導率の高いものであればよいが、路面の熱をより速
やかにセンサに伝える点からは、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以
上、特に１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましい。

【００２３】熱良導体部分を形成するための具体的な手
順としては、路面にセンサを埋設するための溝（以
下、「埋設用溝」とも呼ぶ）を所定の敷設経路に沿って
形成し、該溝内にセンサを敷設し、熱良導体部分と
なる材料によって該センサを覆って該溝内を充填すると
いう手順が挙げられる。上記したように、熱良導体部分
の上面を、路面材料によって道路表層分だけさらに覆っ
てもよい。

【００２４】埋設用溝の深さは限定されないが、路面か
らセンサ上面までが５ｍｍ〜５０ｍｍ程度となるような
深さが好ましい。断面形状を方形やＵ字形とする場合、
熱良導体部分が占有する埋設用溝の幅は５ｍｍ〜２０ｍ
ｍ程度が好ましい。

【００２５】埋設用溝・熱良導体部分の断面形状（長手
方向に垂直な断面の形状）は限定されず、図１に示すよ
うな方形やＵ字形であってもよいが、図２に示すよう
に、路中側から路面側へと向かうにつれて広がる形状と
し、上面の幅を広く取ることによって、方形やＵ字形の
溝幅を全体的に広くした場合に比べて熱良導体部分の熱
容量を小さくすることができ、路面の熱をより正確にセ
ンサに伝えることが可能となる。このような断面形状と
しては、例えば、Ｖ字状、逆台形状などが挙げられ、斜
面部の広がりが重要であって、溝底部の断面形状は、鋭
利なＶ状、フラット状、アール状などであってよく、限
定はされない。また、このような断面形状として溝底部
の幅を狭くすることによって、溝底部にセンサを配置し
た際、センサが幅方向に移動し難いため、センサの位置
決めが容易になるという利点もある。図２に示す埋設用
溝の広がりの角度θは、３０°〜１５０°程度が好まし
く、上面の幅を広く確保する点では９０°〜１５０°程
度がより好ましい。

【００２６】熱良導体部分を形成する方法としては、熱
良導体部分の材料を、粉状、粒状、ゲル状、流体状と
し、該溝内にセンサを敷設した後に、その上を前記材料
で覆って該溝内を充填した後、該材料を固化するという
方法が挙げられる。その場合の熱良導体部分の材料とし
ては、例えば、対象となる路面の舗装材料（アスファル
ト合材やコンクリートなど）１００重量部に対し、熱伝
導率の高い材料の粉末１０〜１００重量部を分散させた
ものや、エポキシやポリウレタンなどの樹脂材料１００
重量部に対し、熱伝導率の高い材料の粉末１０〜１００
重量部を分散させたものなどが挙げられる。粉末として
分散させる熱伝導率の高い材料としては、銅、アルミニ
ウム、鉄などの種々の金属（各々、合金であってもよ
い）、カーボンなどが挙げられる。

【００２７】熱良導体部分の好ましい態様としては、図
３に組立て分解図を示すように、上記熱良導体部分を、
埋設用溝３の形状に合うように固形の部材（以下、「熱
良導体部材」と呼ぶ）２ａとして予め形成しておく態様
が挙げられる。この態様によって、埋設用溝３内にセン
サ１を敷設した上から熱良導体部材２ａを嵌め込むだけ
で、または、予め熱良導体部材２ａにセンサ１を組み合
わせた状態で埋設用溝３に嵌め込むだけで、本発明によ
る好ましい敷設構造が得られ、埋設工事が容易になる。

【００２８】熱良導体部材は、剛性の高いものであって
もよいが、施工性、運搬・保管等の取り扱いの点からは
センサの最小曲げ半径程度まで曲げられる程度の延性、
柔軟性を有することが好ましい。熱良導体部材の材料と
しては、機械的強度や耐食性を考慮するとステンレス、
黄銅、アルミニウム合金等が好ましいものとして挙げら
れる。この場合の該部材の好ましい製造方法としては、
押出し、引抜きなどが挙げられる。また、溝内を充填す
る態様で述べたと同様、舗装材料（アスファルト合材や
コンクリートなど）１００重量部に対し、熱伝導率の高
い材料の粉末１０〜１００重量部を分散させたものや、
エポキシやポリウレタンなどの樹脂材料１００重量部に
対し、熱伝導率の高い材料の粉末１０〜１００重量部を
分散させたものを用い、予め固形の部材として型成形し
たものであってもよい。

【００２９】１つのセンサ部分の全長は、一般的には数
十ｍ〜数十ｋｍ程度である。熱良導体部材の製品として
の１つ当たりの長さは限定されないが、例えば、１ｍ〜
１００ｍとするなど、運搬性、取扱い性、センサ部分の
全長などを考慮して好ましい長さを決定すればよい。熱
良導体部材を前記寸法またはそれ以上に長く形成し、ド
ラムなどに巻き取っておき、敷設の現場で適宜切断して
用いてもよいし、熱良導体部材を数ｍの尺材として形成
しておき、敷設の現場で必要長さだけ連結して用いても
よい。

【００３０】埋設用溝・熱良導体部材の各々の断面形状
は、両者の間に隙間の生じないようなハメアイ関係であ
ってもよいが、逆に両者の間に適度な隙間が生じる寸法
関係とし、該溝内に熱良導体部材を嵌め込むときに生じ
る隙間に、適当な材料（熱良導体部材と同様の材料、路
中部分と同様の材料、断熱材料など）を充填する態様と
してもよい。

【００３１】熱良導体部材には、センサとより大きな面
積で接触するよう、センサを保持するための保持溝また
は挿通孔を形成しておくことが好ましい。保持溝または
挿通孔の断面形状は限定されないが、熱良導体部材とセ
ンサとが面で接触し得る形状が好ましい。図４にその代
表的な例を示す。同図の例では、熱良導体部材の断面形
状を方形状として例示しているが、Ｖ字形状など任意の
断面形状と置き換えてもよい。

【００３２】図４（ａ）〜（ｄ）は、熱良導体部材の下
面に保持溝を形成した例である。センサ（断面円形）１
にはハッチングを施している。図４（ａ）は保持溝の断
面形状が方形、図４（ｂ）は半円形、図４（ｃ）はより
円形に近い形状、図４（ｄ）は台形である。保持溝の深
さは自由に選択してよいが、センサが保持溝からはみ出
す場合には、埋設溝の底面側にも保持溝を設け、そのは
み出した分を受けてもよい。

【００３３】図５（ａ）〜（ｄ）は、保持溝の他の例で
ある。図５（ａ）、（ｂ）では保持溝が熱良導体部材２
ａの側面から内部に入り込むように形成されており、セ
ンサ１が外れ難いように、保持溝が熱良導体部材の側面
から斜め下方やかぎ形を描いて熱良導体部材内部に入り
込んだ断面形状となっている。図５（ｃ）では、熱良導
体部材２ａの下端の角部を切り欠くように保持溝が設け
られている。図６（ａ）、（ｂ）は、センサを保持する
ための挿通孔を熱良導体部材に形成した例であって、挿
通孔の断面形状は、それぞれ方形、円形となっている。

【００３４】センサと路中部分との間、および／また
は、熱良導体部分と路中部分との間には、断熱材層を部
分的にまたは全面的に介在させることが好ましく、これ
によって、路中との熱のやりとりを断ち、路面との熱の
やりとりを主体とすることができるので、より正確な路
面温度の測定が可能となる。

【００３５】図７、８は、断熱材層の配置パターンを例
示する図である。同図の例では、熱良導体部分を、断面
方形の熱良導体部材としている。図７（ａ）では、断熱
材層４は、熱良導体部材２ａと路中部分との間に全面的
に介在しており、図７（ｂ）では、断熱材層４は熱良導
体部材２ａの下側だけに介在している。また、図８
（ａ）では、断熱材層４は熱良導体部材２ａの両側面に
介在し、図８（ｂ）では、断熱材層４は熱良導体部材２
ａの下面に介在し、図８（ｃ）では、断熱材層４は熱良
導体部材２ａの下面と一方の側面に介在している。断熱
材層をどのような配置パターンとして介在させるかは、
コストや、路中部分から受ける熱的な影響などに応じて
決定すればよい。

【００３６】断熱材層の熱伝導率は、０．５Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以下が好ましい。そのような材料としては、ＡＢＳ
樹脂、エポキシ樹脂、などが挙げられる。断熱材層の厚
さは、材料の熱伝導率によって異なるが、０．５ｍｍ〜
１０ｍｍ程度であればよい。

【００３７】断熱材層は、埋設用溝の壁部として設けて
もよく、また、熱良導体部材の側面および／または下面
に接合しておいてもよい。さらには、熱良導体部材と同
様、独立した固形の部材として用いてもよい。

【００３８】センサの構成に用いる光ファイバは、従来
と同様のものを用いてよい。センサとしては、光ファイ
バの耐損傷性などを考慮して、光ファイバをそのまま用
いず、図９に示すように、保護管１ｐに挿通した状態と
するのが好ましい。保護管の外径は０．３ｍｍ〜５ｍｍ
程度、肉厚は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましく、材
料は、高い熱伝導性、高い機械的強度、高い耐食性など
の点から、ステンレスなどが挙げられるが、適用箇所に
よってはポリエチレンなどであってもよい。

【００３９】また、図９に示すように、保護管１ｐ内に
おいて光ファイバ１ｆの周囲に生じた空間１ｓに、空気
よりも熱伝導率の高い充填材を充填することによって、
より効率よく熱を光ファイバに伝えることができる。こ
のような充填材は、少なくとも充填作業時には流体状で
あることが好ましい。充填材には、公知の材料を用いて
もよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明による敷設構造では、センサと少
なくとも道路表層とを、熱良導体部分で接続しており、
さらに、好ましい態様として、路中との間に断熱材層を
設けている。これらの敷設構造によって、路面温度をよ
り正確に測定し得るようになった。また、熱良導体部分
を固形の部材とすることによって、センサを路中に埋設
して熱良導体部分を形成する工事を容易にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による敷設構造を模式的に示す図であ
る。センサの長手軸に垂直に切断したときの断面を示し
ている（図２、４〜８も同様）。

【図２】本発明による敷設構造の他の態様を示す図であ
る。

【図３】本発明において熱良導体部分を固形の部材とす
る態様を示す図である。

【図４】熱良導体部材の保持溝を例示する図である。

【図５】熱良導体部材の保持溝を例示する図である。

【図６】熱良導体部材の挿通孔を例示する図である。

【図７】本発明の敷設構造において、断熱材層を介在さ
せる場合の態様を例示する図である。

【図８】本発明の敷設構造において、断熱材層を介在さ
せる場合の態様を例示する図である。

【図９】センサの保護構造を示す図である。

【符号の説明】

１光ファイバ温度センサ２熱良導体部分Ｅ１路中Ｅ２道路表層Ｅ３路面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】路中に光ファイバ温度センサが埋設さ
れ、該センサと少なくとも道路表層とが、路面の材料よりも
熱伝導率の高い材料からなる熱良導体部分によって接続
されていることを特徴とする光ファイバ温度センサの敷
設構造。
【請求項２】路面に光ファイバ温度センサを埋設する
ための溝が形成され、該溝内に該センサが敷設され、路
面の材料よりも熱伝導率の高い材料が、該センサを覆い
上記熱良導体部分となっている請求項１記載の敷設構
造。
【請求項３】上記熱良導体部分の上端側が路面に露出
している請求項２記載の敷設構造。
【請求項４】上記熱良導体部分が、固形の部材であっ
て、かつ、光ファイバ温度センサと少なくとも道路表層
とを接続するように上記溝内に嵌め込むことが可能な形
状として形成されたものである請求項２または３記載の
敷設構造。
【請求項５】固形の部材として形成された上記熱良導
体部分が、光ファイバ温度センサを保持するための、溝
または挿通孔を有している請求項４記載の敷設構造。
【請求項６】上記溝の断面形状が、路中側から路面側
へと向かうにつれて広がる形状である請求項２記載の敷
設構造。
【請求項７】光ファイバ温度センサと路中部分との
間、および／または、熱良導体部分と路中部分との間
に、断熱材層が部分的にまたは全面的に介在している請
求項１記載の敷設構造。
【請求項８】光ファイバ温度センサと路中部分との
間、および／または、熱良導体部分と路中部分との間
に、断熱材層が部分的にまたは全面的に介在しており、
該断熱材層が、部材である熱良導体部分の側面および／
または下面に予め接合されている請求項４記載の敷設構
造。
【請求項９】光ファイバ温度センサが、保護管に光フ
ァイバを挿通してなる構造を有し、保護管内の光ファイ
バ周囲の隙間が、高い熱伝導率の材料によって充填され
ている請求項１〜８のいずれかに記載の敷設構造。