JP2006250840A

JP2006250840A - 光ファイバ振動センサ

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Publication number: JP2006250840A
Application number: JP2005070328A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nonomura; 雅徳野々村; Hidehiko Shimizu; 秀彦清水; Takashi Okubo; 尚大久保
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: JP4377348B2

Abstract

【課題】過酷な環境下で広帯域の音響振動を測定する。
【解決手段】光ファイバ心線ループ部（１）と、密封ケース（２）と、光ファイバ素線ループ部（１）に光を導入・導出するための第１光ファイバライン（１１）および第２光ファイバライン（１２）とを具備し、第１光ファイバライン（１１）および第２光ファイバライン（１２）を密封ケース（２）に固定し、光ファイバ素線ループ部（１）はケース（２）に固定しない。
【効果】密封ケース（２）に収容した光ファイバ素線ループ部（１）の振動により音響振動を検出するため、高温，腐食性雰囲気，液中，放射線被曝などの過酷な環境下でも使用できる。光ファイバ素線ループ部（１）が固定されておらず、自由に振動でき、さらに非常に軽量であるため、数Ｈｚから数ＭＨｚまでの音響振動を検出でき、広帯域の音響振動を好適に測定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ振動センサに関し、更に詳しくは、過酷な環境下での使用に耐えることが出来ると共に、広帯域の音響振動を測定でき、さらに遠隔接続に好適な光ファイバ振動センサに関する。

従来、音響振動を測定して異常を監視する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）
特開２００５−０１０９０８号公報特開２００４−３３４３６３号公報特開２００４−１９１１３９号公報

従来装置では、マイクロフォンや圧電素子により音響振動を検出している。
しかし、従来のマイクロフォン（例えばコンデンサマイク）や圧電素子では、高温，腐食性雰囲気，液中，放射線被曝などの過酷な環境下での使用に耐えられない問題点がある。また、検出できる周波数帯域が限られる問題点がある。さらに、測定装置まで電気配線で接続されるため電気雑音の影響を受けやすく、長距離接続が難かしい問題点がある。
そこで、本発明の目的は、過酷な環境下での使用に耐えることが出来ると共に、広帯域の音響振動を測定でき、さらに遠隔接続（例えば５０ｋｍ）に好適な光ファイバ振動センサを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、光ファイバ素線ループ部（１）と、前記光ファイバ素線ループ部（１）を内部に気密または液密に収容する密封ケース（２）と、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループの第１端を前記密封ケース（２）の外部に導出するための第１光ファイバライン（１１）と、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループの第２端を前記密封ケース（２）の外部に導出するための第２光ファイバライン（１２）とを具備すると共に、前記第１光ファイバライン（１１）および前記第２光ファイバライン（１２）を前記密封ケース（２）に固定材（２０）により気密または液密に固定し、前記光ファイバ素線ループ部（１）は前記密封ケース（２）に固定しないことを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第１の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密閉ケース（２）に収容した光ファイバにより音響振動を検出するため、従来のマイクロフィンや圧電素子などに比べて高温，腐食性雰囲気，液中，放射線被曝などの過酷な環境下でも使用できる。また、光ファイバ素線ループ部（１）が固定されておらず、密閉ケース（２）内で自由に振動でき、さらに非常に軽量であるため、数Ｈｚから数ＭＨｚまでの音響振動を検出でき、従来のマイクロフィンや圧電素子などに比べて広帯域の音響振動を好適に測定できる。さらに、測定装置まで光ファイバで接続されるため電気雑音の影響を受けず、遠隔接続が容易になる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）の内部に、不活性ガス（３ｇ）を封入したことを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第２の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密閉ケース（２）の内部に不活性ガス（３ｇ）を収容しているため、高温における光ファイバ素線ループ部（１）の劣化等を防止することが出来る。
なお、不活性ガス（３ｇ）は、例えば窒素やアルゴンである。

第３の観点では、本発明は、前記第１の観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）の内部に、液体（３ｌ）を封入したことを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第３の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密閉ケース（２）の内部に液体（３ｌ）を収容しているため、音響振動を光ファイバ素線ループ部（１）に効率よく伝達できる。また、シリコン，ダンサム，水銀のような不活性で沸点の高い液体（３ｌ）を用いれば、高温における光ファイバ素線ループ部（１）の劣化等を防止することが出来る。

第４の観点では、本発明は、前記第１から前記第３のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記光ファイバ素線ループ部（１）は、光ファイバ素線（１ａ）のループをシート（１ｅ）に固定したものであることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第４の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、シート（１ｅ）に光ファイバ素線（１ａ）のループを固定することによって、製造時や保守時における光ファイバ素線ループ部（１）の取り扱いが容易になる。

第５の観点では、本発明は、前記第１から前記第４のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、耐熱材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第５の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密閉ケース（２）が耐熱材料からなるため、高温環境下での使用に好適となる。

第６の観点では、本発明は、前記第１から前記第５のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、耐腐食材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第６の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密閉ケース（２）が耐腐食材料からなるため、腐食性雰囲気下（例えば硫化ガス中）や液中（例えばＬＰＧ中）での使用に好適となる。

第７の観点では、本発明は、前記第１から前記第６のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、耐放射線材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第７の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密閉ケース（２）が耐放射線材料からなるため、放射線被曝環境下（例えば原子力発電所）での使用に好適となる。

第８の観点では、本発明は、前記第１から前記第７のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループを構成する光ファイバ素線（１ａ）は、光ファイバ裸線（１ｓ）と、ポリイミド，二酸化ケイ素または金の被覆（１ｔ）とを有することを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第８の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、光ファイバ裸線（１ｓ）にポリイミド，二酸化ケイ素または金の被覆（１ｔ）を形成することによって、曲げ性を向上できる。また、耐熱性および耐腐食性を向上できる。

第９の観点では、本発明は、前記第１から前記第８のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、ニッケル合金、ステンレス鋼、鉛またはこれらを複合化した材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第９の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、密封ケース（２）の材料にニッケル合金やステンレス鋼を用いることで高温，腐食性雰囲気，液中のような環境下でも使用できる。また、鉛を用いることで放射線被曝する環境下でも使用できる。さらに、複合化した材料（積層や合金化）を用いることで高温，腐食性雰囲気，液中，放射線被曝などが複合した環境下でも使用できる。

第１０の観点では、本発明は、前記第１から前記第９のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループを構成する光ファイバ裸線（１ｓ）は、ゲルマニウムをドーピングしない二酸化ケイ素からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第１０の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、光ファイバ裸線（１ｓ）がゲルマニウムをドープしない二酸化ケイ素を用いるため、放射線被曝環境下（例えば原子力発電所）での使用に好適となる。

第１１の観点では、本発明は、前記第１から前記第１０のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記固定材（２０）が、四フッ化ポリエチレン樹脂であることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第１１の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、四フッ化ポリエチレン樹脂を固定材（２０）に用いるため、固定作業時は流体で作業が容易であり、硬化後は高温でも固定性能を維持できる。

第１２の観点では、本発明は、前記第１から前記第１１のいずれかの観点による光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）の内部に不活性ガス（３ｇ）または液体（３ｌ）を導入／導出するための栓付貫通孔（１５）を有することを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）を提供する。
上記第１２の観点による光ファイバ振動センサ（１００）では、栓付貫通孔（１５）を通じて密封ケース（２）の内部に不活性ガス（３ｇ）または液体（３ｌ）を容易に導入／導出できる。

本発明の光ファイバ振動センサによれば、従来のマイクロフィンや圧電素子などに比べて高温，腐食性雰囲気，液中，放射線被曝などの過酷な環境下でも使用できる。また、従来のマイクロフィンや圧電素子などに比べて広帯域の音響振動を好適に測定できる。さらに、測定装置まで光ファイバで接続されるため電気雑音の影響を受けず、遠隔接続が容易になる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る光ファイバ振動センサ１００の構成を示す斜視図である。
この光ファイバ振動センサ１００は、光ファイバ素線ループ部１と、光ファイバ素線ループ部１を内部に気密または液密に収容し且つ不活性ガス３ｇを封入している密封ケース２と、光ファイバ素線ループ部１のループの第１端に密封ケース２の外部から光を導入するための第１光ファイバライン１１と、光ファイバ素線ループ部１のループの第２端から密封ケース２の外部に光を導出するための第２光ファイバライン１２と、第１光ファイバライン１１および第２光ファイバライン１２を保護する保護管３０と、第１光ファイバライン１１および第２光ファイバライン１２に取り付けられた光コネクタ５とを具備している。

光ファイバ素線ループ部１は、光ファイバ素線１ａの１ターンまたは複数ターンのループを、例えばポリイミド樹脂（商品名：カプトン）のような耐熱樹脂製のシート１ｅに固定したものである。

第１光ファイバライン１１および第２光ファイバライン１２は、密封ケース２に固定材２０で固定されているが、光ファイバ素線ループ部１は密封ケース２に固定されていない。
固定材２０は、耐熱樹脂であり、例えば四フッ化ポリエチレン樹脂である。

密封ケース２は、枠体２ａと底板２ｂと天板２ｃからなり、用途に応じて耐熱材料または耐腐食材料または耐放射線材料から構成される。例えば、耐熱性および耐腐食性を有するニッケル合金（商品名：インコロイ）やステンレス鋼、耐放射線性を有する鉛、または、これらを複合化した材料（積層した材料や合金化した材料）から構成される。
枠体２ａには、不活性ガス３ｇを密封ケース２の内部に導入／導出するための貫通孔１５が穿設されており、栓１６で封止されている。
保護管３０も密封ケース２と同じ材料から構成される。

図２は、光ファイバ素線１ａの断面図である。
光ファイバ素線１ａは、コア１ｒを取り囲むようにクラッド１ｄに空孔１ｈを設けた光ファイバ裸線１ｓに、被覆１ｔを形成した構成である。
光ファイバ裸線１ｓの材料は、ゲルマニウムをドープしない二酸化ケイ素である。
被覆１ｔは、ポリイミド，多孔性の二酸化ケイ素または金である。

実施例１の光ファイバ振動センサ１００によれば、密封ケース２に収容された光ファイバ素線ループ部１の振動により音響振動を検出するため、従来のマイクロフィンや圧電素子などに比べて高温，腐食性雰囲気，液中，放射線被曝などの過酷な環境下でも使用できる。また、光ファイバ素線ループ部１が固定されておらず、自由に振動でき、さらに非常に軽量であるため、数Ｈｚから数ＭＨｚまでの音響振動を検出でき、従来のマイクロフィンや圧電素子などに比べて広帯域の音響振動を好適に測定できる。さらに、測定装置まで光ファイバで接続されるため電気雑音の影響を受けず、遠隔接続が容易になる。

図３は、実施例２に係る光ファイバ振動センサ２００の構成を示す斜視図である。
この光ファイバ振動センサ２００は、実施例１に係る光ファイバ振動センサ１００の不活性ガス３ｇに代えて液体３ｌを密封ケース２に封入したものである。
液体３ｌは、シリコン，ダンサム，水銀のような不活性で沸点の高い液体である。

図４に示す光ファイバ心線１ａ’を図２の光ファイバ素線１ａに代えて用いてもよい。
この光ファイバ心線１ａ’は、図２の光ファイバ素線１ａの外周にジャケット被覆１ｊを形成した構成である。
ジャケット被覆１ｊは、ナイロン，ポリエチレンまたはテフロン（登録商標）である。

本発明の光ファイバ振動センサは、火山活動やＬＰＧタンクや原子力発電所の異常検出などに利用できる。

実施例１に係る光ファイバ振動センサを示す斜視図である。実施例１に係る光ファイバ素線を示す断面図である。実施例２に係る光ファイバ振動センサを示す斜視図である。実施例３に係る光ファイバ心線を示す断面図である。

符号の説明

１光ファイバ素線ループ部
１ａ光ファイバ素線
１ａ’ 光ファイバ心線
１ｅシート
１ｔ被覆
１ｊジャケット被覆
２密封ケース
３ｇ不活性ガス
３ｌ液体
１１，１２光ファイバライン
１５貫通孔
１６栓
２０固定材
３０保護管
１００，２００光ファイバ振動センサ

Claims

光ファイバ素線ループ部（１）と、前記光ファイバ素線ループ部（１）を内部に気密または液密に収容する密封ケース（２）と、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループの第１端を前記密封ケース（２）の外部に導出するための第１光ファイバライン（１１）と、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループの第２端を前記密封ケース（２）の外部に導出するための第２光ファイバライン（１２）とを具備すると共に、前記第１光ファイバライン（１１）および前記第２光ファイバライン（１２）を前記密封ケース（２）に固定材（２０）により気密または液密に固定し、前記光ファイバ素線ループ部（１）は前記密封ケース（２）に固定しないことを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１に記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）の内部に、不活性ガス（３ｇ）を封入したことを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１に記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）の内部に、液体（３ｌ）を封入したことを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記光ファイバ素線ループ部（１）は、光ファイバ素線（１ａ）のループをシート（１ｅ）に固定したものであることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、耐熱材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、耐腐食材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、耐放射線材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項７のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループを構成する光ファイバ素線（１ａ）は、光ファイバ裸線（１ｓ）と、ポリイミド，二酸化ケイ素または金の被覆（１ｔ）とを有することを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項８のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）が、ニッケル合金、ステンレス鋼、鉛またはこれらを複合化した材料からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項９のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記光ファイバ素線ループ部（１）のループを構成する光ファイバ裸線（１ｓ）は、ゲルマニウムをドーピングしない二酸化ケイ素からなることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記固定材（２０）が、四フッ化ポリエチレン樹脂であることを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光ファイバ振動センサ（１００）において、前記密封ケース（２）の内部に不活性ガス（３ｇ）または液体（３ｌ）を導入／導出するための栓付貫通孔（１５）を有することを特徴とする光ファイバ振動センサ（１００）。