JP2007192837A - 構造物の腐食箇所の特定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の腐食箇所の高精度な特定、および光ファイバの伝送損失が発生する要因の特定を可能にする構造物の腐食箇所の特定方法を提供する。
【解決手段】水素ガスを検出する波長の光として、水素ガスによる伝送損失の大なる波長λｂの光と、水素ガスによる伝送損失の大なる波長λｂの光よりも水素ガスによる伝送損失の小なる波長λａの光との少なくとも２波長の光を、光ファイバにそれぞれ入射して、これら光の光ファイバの長手方向における伝送損失をそれぞれ求め、求めた伝送損失から所定区間における２波長の光の伝送損失を比較し、光ファイバ内に発生する伝送損失を、水素による吸収損失か、あるいは曲げによる損失かどうかを区別して判定し、所定区間における水素ガスの発生の有無を検出すると共に、長尺構造物８１での水素ガスの発生箇所を特定する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを収納する構造物の腐食箇所を特定する方法に関するものである。

１または複数の光ファイバを収納し、腐食によって水素ガスが供給される構造物として、例えば、図８に示すような光ファイバ複合架空地線（ＯＰＧＷ）８１がある。ＯＰＧＷ８１は、落雷を受け止める架空地線としての機能と、内蔵した光ファイバによる通信機能とを有する。このＯＰＧＷ８１は、気密構造のアルミ管（Ａｌ管）８２と、その内部に設けられるアルミ製の溝付きスペーサ８３とでアルミパイプユニット８４を構成し、スペーサ８３の溝８５内に複数本の光ファイバ８６を撚り合わせた通信用の光ファイバユニット８７を収納し、アルミ管８２の外周に複数本の鋼心アルミ線（ＡＣ線）８８を撚り合わせたものである。アルミ管８２、スペーサ８３、光ファイバユニット８７間には、わずかな空隙ａが形成される。

ＯＰＧＷ８１は、図１０に示すように、鉄塔径間ｔ（一般的には、２００〜５００ｍ程度）で設けられた複数の鉄塔１間に、図示しない送電線より上方に架線され、送電線の下方となる鉄塔１に接続箱間隔ｂ（一般的には、２〜３ｋｍ程度、もしくは鉄塔１の３〜８径間程度）で設けられたＯＰＧＷ用光接続箱（ＪＢ）２ａ，２ｂ…により、光ファイバの若（上流）側と老（下流）側とが接続されて線路構成される。

ＯＰＧＷ８１では、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すように、腐食によりＡｌ管８２に穴が開く障害が問題となっている。具体的には、Ａｌ管８２とＡＣ線８８の空隙に水ｗがたまり、たまった水ｗの蒸発によりＣｌ^- 等の不純物が濃縮される（図９（ａ））。Ｃｌ^- によりＡｌ管８２とＡＣ線８８に孔食が発生する（図９（ｂ））。孔食が進行し、ＡＣ線８８の鉄が露出する（図９（ｃ））。アルミと鉄のガルバニック作用により腐食が促進され、Ａｌ管８２に貫通孔９１が発生する。

この貫通孔９１から水ｗがＡｌ管８２内部へ浸入し、（ｉ）浸入した水ｗが気温低下により凍結膨張して光ファイバを圧迫、または（ｉｉ）アルミニウムの腐食生成物（水酸化アルミ）が生じて光ファイバを圧迫することにより、光ファイバの伝送損失が増加し、通信回線障害に至ることがある。また、Ａｌ管８２の腐食箇所において、水とアルミニウムが反応するときには、水素ガスが発生する。

ＯＰＧＷの腐食箇所を特定する方法には、以下の１）〜３）の方法がある。

１）気密測定法
図１１に示すように、アルミ管および接続箱２ａ，２ｂ…（図１２参照）は気密構造なので、一方の接続箱２ａから窒素ガスボンベ１１１によって窒素ガスを注入し、隣接する他方の接続箱２ｂでは圧力センサ１１２によって内部圧力をモニタし、注入側と同じ圧力になったら気密良好、すなわち、両接続箱２ａ，２ｂ間のＯＰＧＷ８１のアルミ管には穴（貫通孔）がないと判定する。注入側と同じ圧力に達しない場合は気密不良、すなわちアルミ管に貫通孔があると判定する。

図１２に示すように、接続箱２ａは、パッキン付きのケースにフタを閉めることで気密構造になっている。接続箱２ａの側壁１２１には、ＯＰＧＷ導入口１２２と、増設ケーブル用穴１２３とが設けられているので、この増設用ケーブル穴１２３から窒素ガスの注入を行う。

２）接続箱の水素濃度測定法
ＯＰＧＷのアルミ管内部で発生した水素ガスは、ＯＰＧＷの長手方向に拡散して接続箱内に滞留するので、接続箱における水素ガス濃度を検知管などにより測定する。測定した接続箱で水素ガスが検知されたら、その接続箱に接続された片側あるいは反対側のＯＰＧＷ、または両側のＯＰＧＷにおいてアルミ管の腐食が発生していると判定する。

３）水素吸収波長光を用いたＯＴＤＲによる測定
水素ガスは光ファイバの内部にまで拡散し、光ファイバ中を伝搬する光の伝送損失が特定の波長の光では増加する。特定の波長とは、光ファイバ内部に拡散した水素ガスの水素分子による吸収が原因となって損失が生じる波長（以下、「水素吸収波長」という。）であり、光ファイバ通信で用いられる近赤外領域では、図１３の特性線１３１に示すように、１．２４μｍ、１．６〜１．７μｍ帯の波長などがこれにあたる（その他の波長については、非特許文献１参照）。ただし、特性線１３１は、水素ガス分圧が１気圧（水素ガス１００％雰囲気）における値を示している。

図１４に示すように、光パルス試験器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）（以下、ＯＴＤＲと記す。）１４１において、水素吸収波長光を用いることにより、光ファイバに、水素ガスによる伝送損失（以下、「水素吸収損失」という。）が発生している箇所の長手方向分布を測定することができ、水素吸収損失が発生している区間（接続箱間隔ｂ）を把握することができる。

具体的には、通信局舎１４２の光配線盤１４３と、ＯＰＧＷ８１の若側端末の接続箱２ｓとが既に接続されているので、通信局舎１４２にＯＴＤＲ１４１を設け、このＯＴＤＲ１４１と光配線盤１４３とを接続する。ＯＴＤＲ１４１により、ＯＰＧＷ８１の光ファイバに、測定光として、水素吸収波長光（例えば、波長１．２４μｍの光）を送信し、その後方散乱光の受光レベルを測定する。

図１５に示す測定結果の一例では、実線で示した水素吸収波長光（ここでは、波長１．２４μｍの光）の伝送損失分布（６．０ｄＢ／ｋｍ）は、傾きが大きい、すなわち、損失が大きい箇所（距離０ｋｍ近傍から２．５ｋｍ程度まで）があるので、この箇所を水素吸収損失が発生している箇所と判断し、この位置でＯＰＧＷのアルミ管の腐食が発生していると見なしている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平９−２１９１１４号公報 特開２００２−２１８６１４号公報 特開２００２−２１８６１５号公報 特開昭６０−１９６７０２号公報 特開昭６３−１８３０９号公報 桑水流、外２名、"光海底ケーブル伝送損失に及ぼす水素の影響"、国際通信の研究、ｎｏ．１２９，ｐｐ．３４５−３５４，１９８６年６月

ところで、腐食したＯＰＧＷ区間は張り替えを行う必要があるが、張り替え区間を可能な限り短くする（コストを抑える）ためには、腐食位置を正確に把握することが必要である。張り替えの最小単位は通常、図１０の鉄塔径間ｔとなるため、腐食位置の特定は、鉄塔径間ｔ（一般的には、２００〜５００ｍ程度）以下の精度が求められる。しかしながら、上述した１）〜３）の方法は次のような問題がある。

１）気密測定法は、アルミ管の気密不良を直接把握できることが長所である。ただし、接続箱２ａ，２ｂ…は通常、鉄塔１の３〜８径間程度の間隔で設置されている。したがって、この方法では、接続箱２ａ，２ｂ間のＯＰＧＷ８１のアルミ管に穴があることはわかっても、どの位置（箇所、鉄塔径間）に穴があるかの特定はできない。

また、調査対象外のＯＰＧＷ８１には窒素ガスが流れないようにしなければならない。そのため、接続箱２ａ，２ｂ間においてＯＰＧＷ８１を分断する必要が生じ、全ての通信回線の停止および光ファイバの切断が必要となり、測定コストが高額になる。測定作業には３日／箇所程度必要であることからも、現実的ではない。

２）接続箱の水素濃度測定法は、簡単に測定でき、水素ガスの発生を直接把握できることが長所である。ただし、接続箱には両側のＯＰＧＷから水素ガスが流入し得るので、どちら側のＯＰＧＷから水素ガスが流れ込んだかの判定は不可能である。

つまり、水素濃度の測定結果は、測定した接続箱からその両側に隣接する接続箱までのＯＰＧＷの判定となるので、１）と同様に腐食位置（鉄塔径間）の特定はできない。

３）水素吸収波長光を用いたＯＴＤＲによる測定法は、ＯＰＧＷ８１に内蔵された光ファイバの一端、例えば、通信局舎１４２から測定するだけで全てのＯＰＧＷ８１に内蔵された光ファイバの伝送損失分布を把握でき、それにより水素吸収損失箇所の特定が行えることが、１）、２）に比べ大きな利点である。ただし、ＯＴＤＲ１４１で把握できる水素吸収損失箇所は、水素ガスの存在位置であって、実際の腐食発生位置ではない。水素ガスはＯＰＧＷ８１の長手方向に拡散するので、腐食の発生していない位置の鉄塔径間でも水素吸収損失は観測されてしまう。実際、図１５で説明したように、実線路の測定データでは、接続箱間隔全体のＯＰＧＷに水素吸収損失が観測される。

また、水素吸収損失が生じる特定の波長においても、他要因（マイクロベンド損失等）によっても水素吸収損失に酷似した損失増加を示すことがあり、一波長の測定結果では損失要因の特定が困難である。特に水素吸収波長光の一つである、波長１．６２５μｍの光の場合は他要因の影響が顕著となる。

さらに、ＯＰＧＷ８１に数ｋｍに亘って水素吸収損失が生じている場合は、伝送損失の全体の量が大きくなり、一度に測定できるＯＰＧＷの長さが大きく制限される。すなわち、特定の波長（例えば、１．２４μｍ）の光での測定では、ＯＴＤＲ１４１の測定光の減衰が大きく、通信局舎１４２からの測定だけでは、ＯＰＧＷ８１全体の伝送損失分布の測定が不可能となるため、水素吸収損失が発生している箇所の評価が不可能となる。

つまり、この方法では、水素ガスが拡散した伝送損失の増加区間（おおむね、接続箱間隔程度）は判定できても、伝送損失が発生する要因の特定、さらには伝送損失を増加させる要因が発生している位置、すなわち腐食が発生している箇所（もしくは、腐食が発生している鉄塔径間）の特定はできない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造物の腐食箇所の高精度な特定、および光ファイバの伝送損失が発生する要因の特定を可能にする構造物の腐食箇所の特定方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、長尺構造物内に１または複数の光ファイバを収納し、腐食によって水素ガスが供給される構造物の腐食箇所を特定する方法であって、水素ガスを検出する波長の光として、水素ガスによる伝送損失の大なる波長の光と、水素ガスによる伝送損失の大なる波長の光よりも水素ガスによる伝送損失の小なる波長の光との少なくとも２波長の光を、前記光ファイバにそれぞれ入射して、これら光の上記光ファイバの長手方向における伝送損失をそれぞれ求め、求めた伝送損失から所定区間における２波長の光の伝送損失を比較し、上記光ファイバ内に発生する伝送損失を、水素による吸収損失か、あるいは曲げによる損失かどうかを区別して判定し、前記所定区間における水素ガスの発生の有無を検出すると共に、前記構造物での水素ガスの発生箇所を特定する構造物の腐食箇所の特定方法である。

請求項２の発明は、前記長尺構造物が光ファイバ複合架空地線であり、その光ファイバに前記少なくとも２波長の光を入射し、その後方散乱光をＯＴＤＲにより検出して前記光ファイバ複合架空地線での水素ガスが発生している区間を特定する請求項１記載の構造物の腐食箇所の特定方法である。

請求項３の発明は、前記少なくとも２波長の光は、波長１．２４μｍの光、波長１．３１μｍの光、波長１．６２５μｍの光のうち、いずれか２波長の光を含む請求項１または２記載の構造物の腐食箇所の特定方法である。

本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。

（１）構造物の腐食箇所を高精度に特定できる。

（２）改修（張り替え）する区間を短くでき、改修費用の削減、工期の短縮が可能となる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

本発明は、光ファイバを収納した構造物の腐食箇所を特定する方法であるが、以下の説明では、本発明を図８で説明したＯＰＧＷのアルミ管の腐食箇所を特定する方法に応用した例で説明する。

本実施の形態に係る構造物の腐食箇所の特定方法は、上述した３）水素吸収波長光を用いたＯＴＤＲによる測定法をベースとはしているが、腐食箇所（位置）の特定、すなわち腐食している箇所と腐食せずに水素ガスが拡散しているだけとの箇所とを区別するために、ＯＴＤＲ測定と接続箱からのパージガス注入とを併用することが特徴である。

図１は、本発明の好適実施の形態であるアルミ管の腐食箇所の特定方法の一工程を示す概略図である。

図１に示すように、ＯＰＧＷ８１は、鉄塔径間ｔ（一般的に、２００〜５００ｍ程度）で設けられた複数の鉄塔１間に、図示しない送電線より上方（鉄塔最上部など）に架線され、送電線の下方となる鉄塔１に接続箱間隔ｂ（一般的に、２〜３ｋｍ程度、もしくは鉄塔１の３〜８径間程度）で設けられたＯＰＧＷ用光接続箱（ＪＢ）２ｓ，２ａ，２ｂ…により、光ファイバの若（上流）側と老（下流）側とが接続されて線路構成される。通信局舎３の光配線盤４と、ＯＰＧＷ８１の若側端末の接続箱２ｓとが既に接続されているので、通信局舎３にＯＴＤＲ５を設け、このＯＴＤＲ５と光配線盤４とを接続する。

まず、このＯＴＤＲ５を用いた測定によって、ＯＰＧＷ８１のアルミ管内に水素ガスが滞留しているかどうかを検出する。

水素ガス発生の有無の検出は、ＯＴＤＲに代表されるような、光ファイバの長手方向の光の伝送損失の分布の測定を、２波長以上の複数の波長の光を用いて行う。（説明を簡便化するため、以下、光ファイバの長手方向の光の伝送損失の分布の測定をＯＴＤＲを用いて行うと仮定し、その測定を、ＯＴＤＲ測定とよぶこととして説明する。）
このＯＴＤＲ測定に使用する測定光は、アルミ管の腐食で発生した水素ガスの影響を受けにくい（水素吸収損失の小なる）波長λａの光と、波長λａの光よりも水素ガスの影響を受けやすい（水素吸収損失の大なる）波長λｂの光との少なくとも２波長の光とする。

本実施の形態では、波長λａの測定光として、水素ガスに吸収されにくい波長１．３１μｍの光を使用した。（なおこの波長は、通常、通信回線で使用されている。）また、波長λｂの測定光としては、水素ガスによる吸収損失が２ｄＢ／ｋｍ以上生じる波長の光として、水素吸収波長の光の一つである１．２４μｍの光、あるいは波長１．６２５μｍの光を使用した。なお、波長は水素吸収損失が異なれば良いが、この例のように、波長λａは水素吸収波長ではない波長を、波長λｂは水素吸収波長を選定すると、より好ましい。また、波長λｂに水素吸収波長を選定する場合、測定光としては、先の例の他に、図１３に示すような１．５９、１．７μｍなどの１．６〜１．７μｍ帯の波長の光などを使用してもよい（図１３および非特許文献１参照）。

通信局舎３からＯＴＤＲ５により、ＯＰＧＷ８１の光ファイバユニットのいずれか１本の光ファイバに、波長λａの光と、波長λｂの光とを送信して入射し、これら各光の後方散乱光の受光レベルをそれぞれ測定する。

ここで、光ファイバ中を伝搬する光の伝送損失が、水素吸収波長では水素ガス分圧に応じて一定の割合で増加することを利用する。上述した図１３の特性線１３１は、水素ガス分圧が１気圧（水素ガス１００％雰囲気）における値を示しているが、水素ガス分圧が１気圧以外の特性線の形も特性線１３１の形と相似になる（非特許文献１参照）。

つまり、水素ガスによる各波長の伝送損失増加値の比は特有であり、かつ一定であることから、各接続箱間ごとの水素ガスによる各波長の伝送損失増加値の比に、各接続箱間ごとの光ファイバの初期損失を加味させることにより、水素ガス発生の有無を検出すると共に、伝送損失要因が水素吸収損失である区間（隣接する接続箱間）のみを特定する。ただし、光ファイバの初期損失とは、接続損失や光ファイバ自体の伝送損失などの健全損失や、曲げ損失のことをいう。

例えば、測定に波長１．３１μｍの光と波長１．２４μｍの光とを用いた場合、波長１．３１μｍの光の伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を横軸にとり、波長１．２４μｍの光の伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）を縦軸にとると、図２に示すような実線路の測定結果が得られる。ただし、各伝送損失は各接続箱区間内の伝送損失の平均値である。

図２に示すように、各伝送損失が、波長１．２４μｍの光において約１〜７ｄＢ／ｋｍであり、かつ波長１．３１μｍの光において約０．３８〜０．５８ｄＢ／ｋｍであるときのように、傾きが大きい特性線２１近傍になるとき、それぞれの伝送損失が大きく異なることから、水素吸収損失（図中の×）が生じているとみなし、当該区間では水素ガスが滞留していると判定する。

これに対し、波長１．２４μｍの光、および波長１．３１μｍの光の双方の伝送損失がほぼ一致し、かつ約０．３６〜０．４ｄＢ／ｋｍ近傍に集中するとき（図中の○）は、場所によらずほぼ同一の伝送損失であることを示すため、光ファイバそのものがもつ伝送損失（健全損失）とみなして、当該区間では水素ガスの滞留や、その他の要因での損失が発生していないと判定する。

また、波長１．２４μｍの光および波長１．３１μｍの光の伝送損失が、約０．３７〜０．５２ｄＢ／ｋｍであるときのように、傾きが小さい特性線２２近傍になるとき（図中の黒三角）、場所によって伝送損失が異なるが、水素吸収損失の比には及ばない程度の損失の相違が生じていることから、水素吸収損失ではない例えば曲げ損失などであるとみなして、当該区間では水素ガスの滞留はないが、何らかの損失は発生していると判定する。

波長１．３１μｍの光と波長１．６２５μｍの光とを用いた場合も同様である。すなわち、図３に示すように、各伝送損失が、波長１．６２５μｍの光において約０．６〜２．７ｄＢ／ｋｍであり、かつ波長１．３１μｍの光において約０．３８〜０．６２ｄＢ／ｋｍであるときのように、傾きが大きい特性線３１近傍になるときは、水素吸収損失が生じているとみなして、当該区間で水素ガスが滞留していると判定する。

これに対し、各損失値が波長１．６２５μｍの光、および波長１．３１μｍの光の双方の伝送損失がほぼ一致し、約０．３６〜０．４ｄＢ／ｋｍ近傍に集中するときは、健全損失とみなして、当該区間で水素ガスの滞留や、その他の要因での損失が発生していないと判定する。

また、波長１．６２５μｍにおいて約０．３〜０．７ｄＢ／ｋｍであり、かつ波長１．３１μｍの光において約０．３７〜０．５２ｄＢ／ｋｍであるときのように、傾きが小さい特性線３２近傍になるときは、水素吸収損失ではない損失（例えば、曲げ損失など）であるとみなして、当該区間で水素ガスの滞留はないが、何らかの損失は発生していると判定する。

以上により、ＯＰＧＷ８１のアルミ管内に水素ガスが滞留しているかどうかが検出され、同時に、接続箱間隔の程度の精度で水素ガスの滞留している区間（発生した水素ガスが拡散した区間）も特定される。

次に、前述の方法でアルミ管内に水素ガスが滞留している区間を特定した後、その区間のどこで水素ガスが発生しているのかを特定する方法を説明する。

水素ガスが発生している区間のＯＰＧＷ８１では、図５（ａ）に示すように、アルミ管８２、スペーサ８３、光ファイバユニットとで形成された空隙ａに、腐食箇所（水素ガス供給源）ｃから発生した水素ガスｈが拡散して充満している。空隙ａに水素ガスｈが充満するのは、ＯＰＧＷ８１に浸入した水が重力によってアルミ管８２の外周面の底と、ＡＣ線８８との隙間にたまり、この溜まった水によりアルミ管８２が腐食され、主にアルミ管８２の底部に図９の貫通孔９１が形成されるためであると考えられる。

ここでは例として、水素ガスが滞留している区間が、図１の接続箱２ａ，２ｂ間であると特定されたと仮定して説明する。

図４に示すように、一方の接続箱２ａにパージガスボンベ４１を接続し、ＯＰＧＷ８１のアルミ管内の空隙ａ（図８参照）に、接続箱２ａからパージガスを供給（注入）する。パージガスは、測定光の伝送損失に影響を及ぼさないものであれば何でも構わないが、不活性ガス、空気などがよく、好ましくは窒素ガスである。また供給する圧力は、外気圧以上であることが必要であるが、好ましくは１気圧程度である。このパージガスの注入は、図１２で説明したように、接続箱２ａの側壁１２１に設けられた増設用ケーブル用穴１２３から行う。

パージガス（ここでは例として、パージガスを窒素ガスｎとする。）を注入したとき、図５（ｂ）に示すように、注入した窒素ガスｎにより、空隙ａ中の水素ガスｈを接続箱２ａ，２ｂ間のアルミ管８２外にパージして抜き、空隙ａ中の水素ガス分圧を低下させた後、窒素ガスｎの注入を停止する。

窒素ガスｎの注入量は、接続箱２ａ，２ｂ間のアルミ管８２内の空隙ａに存在している水素ガスｈを窒素ガスｎで置換できる程度の量とする。具体的には、アルミ管８２内の空隙ａの断面積が既知なので、計算により注入量を求め、この注入量に基づき、図４のパージガスボンベ４１のバルブを開く時間を決定する。また、他方の接続箱２ｂに水素ガス濃度センサを接続し、この水素ガス濃度センサで接続箱２ｂ内の水素ガス濃度をモニタし、水素ガスが予め定めた量以下、もしくは検知されなくなったとき、パージガスボンベ４１のバルブを閉めるようにしてもよい。

窒素ガスｎの注入量は厳密に上述した量である必要はないが、注入量が多すぎたり、窒素ガスｎを注入し続けたりしないようにすることが望ましい。これは、水素ガスが光ファイバ内部から自然拡散でゆっくりと抜けてゆく過程を観測するためである。すなわち、後述する水素ガスによる光ファイバの伝送損失変化の観測を容易にするためである。

窒素ガスｎの注入停止後、図１の通信局舎３からＯＴＤＲ５により、ＯＰＧＷ８１の光ファイバユニットのいずれか１本の光ファイバに、前述した波長λｂの測定光（例えば、波長１．２４μｍ、あるいは波長１．６２５μｍ等の水素吸収波長の光）を送信して入射し、この光の後方散乱光の受光レベル（伝送損失分布）を継続して測定する。

図６に図５の各状態において、ＯＴＤＲ測定で観測される伝送損失の特徴の概要を示す。ただし、図６（ａ）〜図６（ｃ）では、横軸を長手方向の位置とし、縦軸をＯＴＤＲ受光レベルとする。

図６（ａ）に示すように、空隙ａ中の水素ガスｈを抜いた直後（測定直後）のＯＴＤＲ測定によって得られるＯＴＤＲ受光レベルの波形６１ａ（図５（ａ）および図５（ｂ）の状態での測定結果に対応）は、水素ガスｈを抜く前と損失のレベルがほとんど変わらず、全体的に損失が観測される。これは、光ファイバ内部の水素ガスがすぐにパージされず、光ファイバ中に水素ガスが存在するためである。

空隙ａ中の水素ガスｈが追い出され、空隙ａ中の水素分圧が低下すると、光ファイバ中に拡散していた水素ガスも次第に光ファイバ外部へ拡散し、光の伝送損失は減少（ＯＴＤＲ受光レベルは増加）していく。この過程は、水素ガスが抜けて伝送損失が減少するので、ここでは、損失減少過程と呼ぶこととする。

このとき、図５（ｃ）に示すような、腐食が発生して水素ガスの供給源となっている区間（腐食箇所ｃ）では、新たに発生する水素ガスｈｎにより、水素ガスｈが抜かれた健全区間（図中白抜きの部分）に比べて水素ガス分圧は高いため、光ファイバ中の水素ガスが光ファイバ外部へ抜ける速度は遅くなる。

このとき、図６（ｂ）に示すように、ＯＴＤＲ測定によって得られるＯＴＤＲ受光レベルの波形６１ｂ（図５（ｃ）の状態での測定結果に対応）では、損失が減少する速度が遅く、伝送損失（ＯＴＤＲ受光レベル）分布の傾きが大きいままである区間Ｂが観測されるので、この区間Ｂは新たに水素ガスｈｎが発生するなど、水素ガス分圧が高くなる要因をもつ区間であることがわかる。一方、ＯＴＤＲ測定によって得られるＯＴＤＲ受光レベルの波形６１ｂの区間Ｂ（水素ガス分圧が高くなる要因をもつ区間）以外の範囲では、図６（ａ）のＯＴＤＲ測定によって得られるＯＴＤＲ受光レベルの波形６１ａに比べて損失が全体的に減少する。

したがって、ＯＴＤＲ５で伝送損失（ＯＴＤＲ受光レベル）分布を継続的にモニタし、損失が減少するのが遅い区間Ｂを調べれば、図４の接続箱２ａ，２ｂ間のさらに狭い範囲において、ＯＰＧＷ８１のアルミ管の腐食箇所を特定することができる。

その後、所定期間経過すると、図５（ｄ）に示すように、腐食箇所ｃから新たに発生する水素ガスｈｎは長手方向に拡散し、ＯＰＧＷ８１は図５（ａ）の状態に戻る。図５（ｄ）に対応するＯＴＤＲ測定によって得られるＯＴＤＲ受光レベルの波形は、図６（ｃ）に示すようにＯＴＤＲ測定によって得られるＯＴＤＲ受光レベルの波形６１ａである。

ここで、本発明者らは、波長１．２４μｍの光によって、本手法で特定できる腐食区間の距離を概略で見積もってみた。

水素ガス分圧が１気圧において、波長１．２４μｍの光の水素吸収損失は８ｄＢ／ｋｍである（図１４および非特許文献１参照）。ただし、水素ガスが抜ける過程（損失減少過程）で観測するのだから、水素ガス分圧が１／４気圧程度での損失、すなわち２ｄＢ／ｋｍ程度で観測できなければならないと仮定すると、現在、一般的に使用されているＯＴＤＲの伝送損失の測定精度は０．１ｄＢ程度であるから、現状では、腐食区間全体で０．２ｄＢ以上の損失が生じないと検出できない。ゆえに、（０．２ｄＢ）÷（２ｄＢ／ｋｍ）＝１００ｍであるから、特定可能な腐食区間長は、１００ｍ以上となる。

このように、本実施の形態に係る方法は、まず、ＯＴＤＲ５により、ＯＰＧＷ８１のアルミ管８２の腐食で水素ガスｈが滞留しているとみなされる接続箱間２ａ，２ｂを特定する。次に、その接続箱間２ａ，２ｂのアルミ管８２内の水素ガスｈをパージガスでパージし、その後ＯＴＤＲ５により、接続箱間２ａ，２ｂにおいて、水素ガスによる光ファイバの伝送損失の変化を継続観測してアルミ管８２内で新たに発生した水素ガスｈｎによる水素ガスが滞留しているとみなされる区間を検出する。

これにより、本実施の形態に係る方法によれば、従来、接続箱間という精度でしか特定できなかったＯＰＧＷの腐食箇所を、鉄塔径間ｔ以下の精度（約１００ｍ）で特定できる。したがって、例えば、図４の接続箱２ａ，２ｂ間の鉄塔１ａ，１ｂ間において、ＯＰＧＷ８１のアルミ管８２が腐食していることが高精度に特定できる。

また、パージガスは、単に接続箱間のアルミ管内の水素ガスｈを追い出せばよいので、背景技術で説明した１）気密測定法のように、ＯＰＧＷを分断し、調査対象外のＯＰＧＷにはパージガスが流れない状態にする必要がないため、通信回線停止や光ファイバの切断が不要となり、測定コストが安く、作業時間も短い。

ＯＴＤＲ５により接続箱間２ａ，２ｂを特定する際、水素ガスによる吸収損失が生じる波長１．２４μｍの光、あるいは１．６〜１．７μｍ帯の波長の光と、水素ガスに吸収されにくい波長１．３１μｍの光との少なくとも２波長の光を用いているので、従来では困難であった初期の腐食、あるいは水素吸収損失量が大きく生じる特定波長の光（例えば、波長１．２４μｍの光）では、損失量が大きく、ＯＴＤＲ５の測定光が遠くまで届かずに減衰し、各接続箱間全体の損失評価が不可能な場合においても、波長を選択することによりＯＰＧＷ８１の腐食箇所を効率的に特定できる。

その後、アルミ管８２内で新たに発生した水素ガスｈｎによる水素ガスが滞留しているとみなされる区間を検出する際、水素ガスによる吸収損失が生じる波長１．２４μｍの光、あるいは１．６〜１．７μｍ帯の波長の光を用いているので、ＯＰＧＷ８１の腐食箇所を高精度に特定できる。

さらに、一般にＯＰＧＷでは、図８のＯＰＧＷ８１のように、スペーサ８３の外径はアルミ管８２の内径よりも若干小さく形成されており、空隙ａがあることにより、光ファイバユニット８７のいずれか１本の光ファイバ８６を用いて測定すれば、全ての光ファイバ８６を測定することなく、水素ガスｈや新たに発生する水素ガスｈｎを検知できる。

ＯＴＤＲ測定は、波長毎の伝送損失値の割合に主眼をおいていることから、評価結果が伝送損失の大小に左右されにくい。このことから、損失増加の比較的少ない腐食初期にも対応可能であり、ＯＰＧＷの常時監視方法としても活用可能である。

また、ＯＴＤＲにより接続箱間を特定する際、各接続箱間ごとの水素ガスによる各波長の伝送損失増加値の比に、各接続箱間ごとの光ファイバの初期損失を加味させることにより、水素ガス発生の有無をさらに精度よく検出でき、伝送損失要因が水素吸収損失である区間（隣接する接続箱間）のみを特定できるようになる。

さらに本発明によれば、ＯＰＧＷの腐食箇所（腐食区間、腐食範囲）を精度よく特定することができるので、ＯＰＧＷの改修（張り替え）する区間を短くでき、改修費用の削減、工期の短縮が可能となる。

パージガスとしては、特定した接続箱間のアルミ管内の水素ガスの分圧を下げるという目的を達成すればよいから、窒素ガスｎに限定されず、他の不活性ガス、空気などの水素吸収波長光で損失を大きくしないガスならばどのような種類でもよい。

上述した方法は、水素ガスが抜けて伝送損失が減少する損失減少過程で観測する方法で説明しているが、特定した接続箱間のアルミ管内にパージガスを大量に注入し、アルミ管内（光ファイバ中も含む）の水素ガスｈを十分に追い出し、パージガス注入を停止して再び新たに発生する水素ガスｈｎの発生の経過（伝送損失が増加していく過程：以下、「損失増加過程」という。）を観測する方法でもよい。ただし、損失減少過程を観測する方法の方が、測定時間を短縮する上では好ましい。

これは、損失減少過程を観測する方法では、伝送損失の変化の速度（以下、「現象速度」という。）は、光ファイバ内部から水素ガスが外部へ拡散する速度（拡散定数）により決まるため、腐食の程度に依らず約１週間程度の観測で腐食位置を特定することができるためである。一方、損失増加過程では、腐食の進行に伴う水素ガスの増加を待たなければならず、この現象速度は損失減少過程の場合よりかなり遅い。また、現象速度は腐食の程度に左右されるため、必要な観測期間をあらかじめ予測することができない。

長さ１００ｍのＯＰＧＷ（ＯＰユニット）８１をサンプルとし、その中央部２６ｍ長部分のアルミ管８２を、希塩酸を注入することにより腐食させた。上述した本実施の形態に係る方法により、サンプルのアルミ管８２内にパージガスとして窒素ガスｎを所定の量だけ注入し、注入停止後の伝送損失の変化を波長１．２４μｍの光を用いてＯＴＤＲにより継続して観測した。この実験結果を図７に示す。ただし、図７では、横軸を距離にとり、縦軸をＯＴＤＲ受光レベルにとっている。なお、図７の網目部分は測定終了後にアルミ管８２を解体して、腐食していることを目視で確認した腐食範囲の区間である。

図７に示すように、窒素ガス注入前のＯＴＤＲ測定によって得られる波形７１（図中の細線）、およびその平均線７１ａ（図中の一点鎖線）は、全体的に損失が観測されている（図５（ａ）の状態、図６（ａ）に相当）。パージガスの注入停止後、１．８日後のＯＴＤＲ測定によって得られる波形７２（図中の太い点線）は、アルミ管内の水素ガスをパージした（追い出した）直後なので、水素ガスをパージする前と伝送損失のレベルはほとんど変わらない（図５（ｂ）の状態）。

しかし、パージガスの注入停止から約１週間後である８．８日後のＯＴＤＲ測定によって得られる波形７３（図中の太線）、およびその平均線７３ａ（図中の二点鎖線）では、波形７１および平均線７１ａに比べて伝送損失が減少する（図５（ｃ）の状態、図６（ｂ）に相当）部分と、伝送損失が減少するのが遅い（波形の平均線の傾きが大きいままである）部分、すなわち伝送損失が大きいままである部分とが観測できる。従って、この伝送損失が大きいままである部分を腐食範囲（腐食区間）と特定する。この結果は、測定終了後にアルミ管８２を解体して、腐食していることを目視で確認した腐食範囲の区間と一致し、本発明の有効性は検証された。

以上、測定の具体的な説明では、光ファイバの伝送損失分布を測る測定器としてＯＴＤＲを例としたが、当然、光によって伝送損失分布を測定する方法であれば同様に測定することができ、測定器をＯＴＤＲのみに限定するものではない。

上記実施の形態では、構造物としてのＯＰＧＷの腐食箇所を特定する方法を説明したが、本発明は、ＯＰＧＷに限らず、アルミ管に光ファイバを収納する構成を有するいかなる送電線、通信ケーブルを含む各種ケーブルや、逆に、観測用に光ファイバを配したアルミ管など、構造物としてのアルミ管の内部に光ファイバを配置している設備の腐食箇所の特定方法にも応用できる。また、観測対象をアルミ管だけでなく、腐食によって水素ガスが発生するものであれば同様に腐食箇所を特定できる。

更には、周辺雰囲気に水素ガスが存在し、通常は水素ガスの分圧が低い状態の構造物（収納容器）に光ファイバが収納され、収納容器の異常（壊れ、ひび、溶けなどの腐食）によって、外部などから水素ガスが供給され、その水素ガスに光ファイバがさらされるといった状況下の設備に対しても同様の方法で異常箇所を特定することが出来る。

本発明の好適実施の形態である構造物の腐食箇所の特定方法の一工程を示す概略図である。 図１の工程における実線路測定結果の一例を示す図である。 図１の工程における実線路測定結果の一例を示す図である。 本実施の形態に係る構造物の腐食箇所の特定方法の一工程を示す概略図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、図４の工程におけるＯＰＧＷの縦断面を模式的に示した図である。 図６（ａ）は図５（ａ）および図５（ｂ）におけるＯＴＤＲ測定によって得られる波形図、図６（ｂ）は図５（ｃ）におけるＯＴＤＲ測定によって得られる波形図、図６（ｃ）は図５（ｄ）におけるＯＴＤＲ測定によって得られる波形図である。 実施例におけるＯＴＤＲ測定によって得られる波形図である。 ＯＰＧＷの一例を示す横断面図である。 図９（ａ）〜（ｄ）は、ＯＰＧＷの腐食の進行を模式的に示した図（図８のＡ部の拡大図）である。 ＯＰＧＷの線路構成を示す概略図である。 背景技術の気密測定法を示す概略図である。 ＯＰＧＷ接続箱の概略図である。 水素ガスによる光ファイバ伝送損失増加の波長依存性を示す図である。 背景技術の水素吸収波長光を用いたＯＴＤＲ測定法を示す概略図である。 図１４の測定結果の一例を示すＯＴＤＲ測定によって得られる波形図である。

符号の説明

１ 鉄塔
２ｓ，２ａ，２ｂ… ＯＰＧＷ用光接続箱
３ 通信局舎
５ ＯＴＤＲ
８１ ＯＰＧＷ（長尺構造物）（光ファイバ収納）
ｂ 接続箱間隔
ｔ 鉄塔径間

Claims (3)

1. 長尺構造物内に１または複数の光ファイバを収納し、腐食によって水素ガスが供給される構造物の腐食箇所を特定する方法であって、水素ガスを検出する波長の光として、水素ガスによる伝送損失の大なる波長の光と、水素ガスによる伝送損失の大なる波長の光よりも水素ガスによる伝送損失の小なる波長の光との少なくとも２波長の光を、前記光ファイバにそれぞれ入射して、これら光の上記光ファイバの長手方向における伝送損失をそれぞれ求め、求めた伝送損失から所定区間における２波長の光の伝送損失を比較し、上記光ファイバ内に発生する伝送損失を、水素による吸収損失か、あるいは曲げによる損失かどうかを区別して判定し、前記所定区間における水素ガスの発生の有無を検出すると共に、前記構造物での水素ガスの発生箇所を特定することを特徴とする構造物の腐食箇所の特定方法。
2. 前記長尺構造物が光ファイバ複合架空地線であり、その光ファイバに前記少なくとも２波長の光を入射し、その後方散乱光をＯＴＤＲにより検出して前記光ファイバ複合架空地線での水素ガスが発生している区間を特定する請求項１記載の構造物の腐食箇所の特定方法。
3. 前記少なくとも２波長の光は、波長１．２４μｍの光、波長１．３１μｍの光、波長１．６２５μｍの光のうち、いずれか２波長の光を含む請求項１または２記載の構造物の腐食箇所の特定方法。

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