JP2008164352A - Distributed water pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水圧又はその変化を歪として検知し、水圧分布異常を検出するセンサとしての役割を担う光ケーブル等において、単ファイバを、その巻きつけ方により軸方向、および径方向の歪を分離検知し、かつ温度補償を行うことによって、水圧による歪を正確に測定可能な分布型水圧センサに関する。 The present invention detects a water pressure or a change thereof as a strain, and separates and detects strains in an axial direction and a radial direction depending on how the single fiber is wound in an optical cable or the like that plays a role as a sensor for detecting a water pressure distribution abnormality. In addition, the present invention relates to a distributed water pressure sensor that can accurately measure strain due to water pressure by performing temperature compensation.
水や油の地下備蓄貯槽等において、その気密性を確保するために、貯層槽内、もしくは貯蔵槽周辺の地中における水圧分布を計測し、水封機能が確保されていることを常時監視する必要がある。現在、これらの水圧分布に関する測定方法の一つとして分布型光ファイバ水圧計が挙げられる。 In order to ensure air tightness in underground storage tanks for water and oil, etc., the water pressure distribution in the reservoir tank or in the vicinity of the storage tank is measured and the water sealing function is constantly monitored. There is a need to. At present, a distributed optical fiber pressure gauge is one of measuring methods related to the water pressure distribution.
分布型光ファイバ水圧計は光ファイバ(もしくは光ファイバケーブル)の全体が水圧計として機能するものであり、BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectmetry)、BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)法等により、水圧による光ファイバへの歪量を測定することで水圧計として使用されている。 Distributed fiber optic water pressure gauge is an optical fiber (or optical fiber cable) that functions as a water pressure gauge. By using BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectmetry), BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis) methods, etc. It is used as a water pressure gauge by measuring the amount of strain on the optical fiber.
現在までに、分布型光ファイバ歪センサに関して、例えば、特許文献1〜5に開示された技術が提案されている。
特許文献1には、中心導体の外周に順に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層、遮蔽層、及びケーブルシースを有してなる高電圧用電力ケーブルに、前記遮蔽層の一部にその長手方向に沿いかつ螺旋巻きあるいはSZ巻きした光ファイバを少なくとも一本設けた構造の分布型歪センサが開示されている。
特許文献2には、円筒外周にセンシングコイルを螺旋密巻きし、一方、温度補償用の参照光ファイバを溝に収納した構成の光ファイバセンサが開示されている。
特許文献3には、センシング光ファイバを内部円筒と外部円筒の間に樹脂により固定し、一方、温度補償用の光ファイバを内部円筒内にルースに収納した構成の歪センサが開示されている。
特許文献4には、光ファイバ心線をセンサとし、該光ファイバ中のブリルアン散乱光を用いて光ファイバケーブルの歪分布を測定する歪分布測定システムにおいて、光ファイバ心線の温度分布を測定し、光ファイバ心線のブリルアン散乱光分布測定結果の温度補正を行い光ファイバケーブルの歪分布を導出する測定システムが開示されている。
特許文献5には、歪計測用光ファイバは固定とし、一方、温度補償用光ファイバは非固定とすることで、温度の影響を排除するように構成された光ファイバセンサが開示されている。
In Patent Document 1, a high-voltage power cable having an inner semiconductive layer, an insulating layer, an outer semiconductive layer, a shielding layer, and a cable sheath in order on the outer periphery of the central conductor is formed on a part of the shielding layer. A distributed strain sensor having a structure in which at least one optical fiber along the longitudinal direction and spirally wound or SZ wound is provided is disclosed.
In
しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
図1及び図2は、従来の分布型水圧センサの概要を示し、図1は分布型センサの概略断面図、図2はその部分拡大図である。この従来の歪センサ1は、ポリアミドチューブ2の外面に1本以上の光ファイバ3を撚り合わせ、これらをシース4内に収容した構造になっている。布設環境下において光ファイバ3に印加される歪は、図2のようにセンサ径方向については水圧による歪+自重による伸び歪が加わる。図1に示した従来構造の場合、得られる歪計測値は水圧による歪と長手方向での伸び歪を切り分けられず、目的とする水圧分布のみを歪情報として得ることが不可能である。水圧変化に伴う歪分布を得るためには、別途もう1本の歪計測用光ファイバを布設し、センサ自重による伸び歪を計測する必要があった。
However, the above-described conventional technique has the following problems.
1 and 2 show an outline of a conventional distributed water pressure sensor, FIG. 1 is a schematic sectional view of the distributed sensor, and FIG. 2 is a partially enlarged view thereof. This conventional strain sensor 1 has a structure in which one or more
さらに、測定値の温度補償を行うためには、温度補償用の光ファイバ5を別途にもう一本実装する必要があった。
Furthermore, in order to perform temperature compensation of the measured value, it is necessary to mount another
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、より正確な歪計測が可能であり、しかも水圧測定用と温度補償用とを1本の光ファイバで兼用させることで、低コスト化が可能な分布型水圧センサの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, enables more accurate strain measurement, and is a distributed type capable of reducing costs by combining water pressure measurement and temperature compensation with a single optical fiber. The purpose is to provide a water pressure sensor.
前記目的を達成するため、本発明は、長手方向に沿って連続的に又は断続的に光ファイバを収納可能な溝が設けられた管状体と、該管状体の外周に撚り合わされた光ファイバとを備え、前記管状体の外周に光ファイバが撚り合わされた撚り部と、前記管状体内に光ファイバが収納された直線部とが、前記管状体の長手方向に沿って交互に設けられ、前記管状体の先端部に設けられた撚り部又は直線部の先端側の光ファイバを折り返して管状体内に導入する折り返し部が設けられるとともに、該折り返し部から基端側に向かう光ファイバが管状体内に直線的に収納されて温度補償部が形成されてなり、
前記光ファイバの長手方向の歪を測定し、前記撚り部で測定された歪量から前記直線部で測定された歪量を差し引くことによって水圧による歪量を測定可能とし、且つ該温度補償部で測定された歪量によって前記水圧による歪量の温度による歪変化分を補正可能としたことを特徴とする分布型水圧センサを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a tubular body provided with a groove capable of accommodating an optical fiber continuously or intermittently along the longitudinal direction, and an optical fiber twisted around the outer periphery of the tubular body. A twisted portion in which an optical fiber is twisted around the outer periphery of the tubular body, and a straight portion in which the optical fiber is housed in the tubular body are alternately provided along the longitudinal direction of the tubular body, There is provided a folded portion that folds the optical fiber on the distal end side of the twisted portion or linear portion provided at the distal end portion of the body and introduces it into the tubular body, and the optical fiber directed from the folded portion toward the proximal end side is straight in the tubular body. And a temperature compensation part is formed.
The strain in the longitudinal direction of the optical fiber is measured, and the amount of strain due to water pressure can be measured by subtracting the amount of strain measured in the linear portion from the amount of strain measured in the twisted portion, and the temperature compensation unit The distributed water pressure sensor is characterized in that the strain change due to the temperature of the strain amount due to the water pressure can be corrected by the measured strain amount.
以上のように、本発明の分布型水圧センサは、センサ自重による歪と水圧による歪を切り分けて測定することが可能となり、撚り部で測定された歪量から直線部で測定された歪量を差し引くことによって、水圧による歪量を正確に測定することができる。
また、1本の光ファイバで水圧による歪、センサ自重による歪、温度補償の3つの測定用光ファイバを兼ねることができ、低コストな分布型水圧センサを提供することができる。
As described above, the distributed water pressure sensor of the present invention can measure the strain due to the sensor's own weight and the strain due to the water pressure separately, and the strain amount measured at the linear portion can be calculated from the strain amount measured at the twist portion. By subtracting, the amount of strain due to water pressure can be accurately measured.
In addition, a single optical fiber can also serve as three measurement optical fibers: strain due to water pressure, strain due to the sensor's own weight, and temperature compensation, and a low-cost distributed water pressure sensor can be provided.
以下、図面を参照して本発明の分布型水圧センサの実施形態を説明する。
図3は、本発明の分布型水圧センサの一実施形態を示す図であり、図3(a)は分布型水圧センサ10の縦断面図、(b)はその撚り部13の横断面図、(c)は直線部14の横断面図である。
Hereinafter, embodiments of a distributed water pressure sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the distributed water pressure sensor of the present invention, FIG. 3 (a) is a longitudinal sectional view of the distributed
本実施形態の分布型水圧センサ10は、長手方向に沿って連続的に又は断続的に光ファイバを収納可能な溝18が設けられた管状体11と、該管状体11の外周に撚り合わされた光ファイバ12とを備え、前記管状体11の外周に光ファイバ12が撚り合わされた撚り部と、前記管状体11内に光ファイバ12が収納された直線部14とが、前記管状体11の長手方向に沿って交互に設けられてセンシング部16が形成され、また前記管状体11の先端部に設けられた撚り部13又は直線部14の先端側の光ファイバ12を折り返して管状体11内に導入する折り返し部15が設けられるとともに、該折り返し部15から基端側に向かう光ファイバ12が管状体11内に直線的に収納されて温度補償部17が形成され、これらをシース19で被覆した構造になっている。
The distributed
本実施形態において筒状体11は、円筒体の円周の一部を切欠した溝18が長手方向に沿って連続的に形成し、断面C字状の合成樹脂製チューブを用いている。この筒状体11の材料としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
In the present embodiment, the
なお、筒状体11の形状は本例示に限定されるものではなく、直線部14に配置した光ファイバ12が周囲からの圧力を受けない構造であればよい。つまり、直線部14のみが断面C字状をなし、撚り部13は溝18を設けない断面円環状としてもよい。また、管状体11は、直線部14のみに少なくとも測定用光ファイバの本数以上の溝があればよい。
In addition, the shape of the
本実施形態の分布型水圧センサ10は、1本の光ファイバ12で、水圧による歪、センサ自重による歪、温度補償の3つの測定用光ファイバを兼ねることができる。これに用いる光ファイバ12としては、光ファイバに加わる歪をBOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectmetry)等によって検出可能なものであればよく、特に限定されず、光通信用光ファイバとして用いられるシングルモード光ファイバやマルチモード光ファイバを用いることができる。また、光ファイバ12の被覆は、光ファイバ裸線を十分保護することができ、一方、歪センシングに影響を及ぼさない程度の厚みであればよく、特に限定されない。
The distributed
この筒状体11と光ファイバ12とからなるセンサ本体部を被覆するシース19は、外部から加わる水圧をセンシング部16に直接伝えられる程度の厚さの合成樹脂薄肉被覆が好ましく、このシース樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
The
本実施形態の分布型水圧センサ10において、直線部14及び撚り部13の長さは、BOTDR等の歪計測器の最小分解距離以上の長さとする。これにより、直線部14は、外部からの水圧の影響を受けず、単純にセンサ自重による伸び歪のみを測定可能となる。
In the distributed
本実施形態の分布型水圧センサ10は、前述した構成を採用したことで、センサ自重による歪と水圧による歪を切り分けて測定することが可能となり、撚り部で測定された歪量から直線部で測定された歪量を差し引くことによって、水圧による歪量を正確に測定することができる。
By adopting the configuration described above, the distributed
図4は、本実施形態の分布型水圧センサ10における水圧測定結果の一例を示す図である。図4において、A部はセンシング部16上部側の撚り部13での歪、B部はその直下の直線部14での歪(歪(2)と記す。)、C部はAの次段の撚り部13での歪(歪(1)と記す。)、D部はC部の直下の直線部14での歪(歪(3)と記す。)、E部はC部の次段の撚り部13の歪を示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a water pressure measurement result in the distributed
図4の左側のグラフに示すように、中央の撚り部13で測定されるC部の歪(1)は、水圧による歪+センサ自重による伸びの合計量が測定され、一方、該C部の上下両側の直線部14であるB部及びD部は、センサ自重による伸びのみが測定された。また、このC部直上の直線部14(B部)での歪(2)と、C部直下の直線部14(D部)での歪(3)との差(歪(2)−歪み(3))は、センサ自重による伸びに相当している。従って、C部で測定される[水圧による歪+センサ自重による伸び]から[センサ自重による伸び]を差し引くことで、水圧による歪を正確に測定することができる。
As shown in the graph on the left side of FIG. 4, the strain (1) measured at the central twisted
また本実施形態の分布型水圧センサ10では、センシング部16を折り返した光ファイバ12を管状体11の管内に導入して温度補償部17として用い、温度による歪変化分を補正可能としている。この温度補償部17は、光ファイバ12がアラミド繊維などの抗張力繊維とともにルースに収納され、水圧やセンサ自重による歪が加わらないことから、温度変化に起因した歪のみを測定可能である。
Further, in the distributed
この温度補償部17で測定された温度変化に起因した歪量によって、前記センシング部16で測定された[水圧による歪]を補正することで、センサに加わる水圧をさらに正確に測定することができる。また、前述した1つの撚り部13における水圧測定を、センサ長手方向に沿って各撚り部13に対して行うことによって、水圧測定箇所に布設された分布型水圧センサ10の全長にわたり、正確な水圧を測定することができる。
By correcting the [strain due to water pressure] measured by the
10…分布型水圧センサ、11…管状体、12…光ファイバ、13…撚り部、14…直線部、15…折り返し部、16…センシング部、17…温度補償部、18…溝、19…シース。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記光ファイバの長手方向の歪を測定し、前記撚り部で測定された歪量から前記直線部で測定された歪量を差し引くことによって水圧による歪量を測定可能とし、且つ該温度補償部で測定された歪量によって前記水圧による歪量の温度による歪変化分を補正可能としたことを特徴とする分布型水圧センサ。 A tubular body provided with a groove capable of accommodating an optical fiber continuously or intermittently along the longitudinal direction, and an optical fiber twisted around the outer periphery of the tubular body, and the optical fiber on the outer periphery of the tubular body Are twisted together, and straight portions in which the optical fiber is housed in the tubular body are alternately provided along the longitudinal direction of the tubular body, and the twisted portion provided at the distal end portion of the tubular body or A folding portion is provided to fold back the optical fiber on the distal end side of the straight portion and introduce it into the tubular body, and the optical fiber from the folded portion toward the proximal end is linearly stored in the tubular body to form a temperature compensation portion. And
The strain in the longitudinal direction of the optical fiber is measured, and the amount of strain due to water pressure can be measured by subtracting the amount of strain measured in the linear portion from the amount of strain measured in the twisted portion, and the temperature compensation unit A distributed water pressure sensor characterized in that a strain change due to temperature of a strain amount due to the water pressure can be corrected by the measured strain amount.
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DE102013107276A1 (en) | 2012-07-11 | 2013-10-02 | Lios Technology Gmbh | Device for distributed optical pressure measurement in borehole, comprises optical light guide with core, which guides light from light source along measurement path, and casing that reacts to pressure change with elongation or contraction |
CN115266075A (en) * | 2022-09-26 | 2022-11-01 | 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 | Bulging self-sensing plate type support and manufacturing method thereof, monitoring system and monitoring method |
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