JP2554693B2 - 光ファイバ浸水検知センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば電気通信ケーブル等の内部に配設
され、この種のケーブルの浸水事故を正確にかつ迅速に
検知できる光ファイバ浸水検知センサに関する。

「従来の技術およびその課題」 一般に、電力ケーブルや通信ケーブル等の電気通信ケ
ーブルは、市内外の伝送線路内および海底などに敷設さ
れている。

そして、このようなケーブル内には、その長手方向に
沿って裸線、紙絶縁線あるいはプラスチック絶縁線など
の警報線を配線して、この警報線の部分的短絡により浸
水を検知するものが用いられている。

ところがこの警報線を配線して構成された防水型ケー
ブルにあっては、上記のような警報線を用いているた
め、浸水箇所を正確にかつ迅速に検知することができ
ず、また警報線の浸水検知感度が低いことから、この感
度を向上させるためにケーブルの中継接続部分を多くる
必要があるなどの問題が生じていた。また金属導体を用
いた警報線は、電磁誘導のある区間では適用できないと
いう問題があった。

また、最近の光ファイバケーブルにおいては、中継間
隔が長いため、警報線そのものを使用できないという問
題もあった。さらに、従来の通信ケーブルや光ケーブル
においては、ガス保守区内と非ガス保守区内との間にダ
ム部を設けたものがあるが、このダム部やケーブルの接
続部において浸水するおそれが大であるという問題もあ
った。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、上
記のような電気通信ケーブルなどの内部に配設可能な浸
水検知センサの提供を目的としている。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明の光ファイバ浸水
検知センサにおいては、抗張力体の周囲に吸水時に体積
膨張する水膨潤性材料で作られた吸水体が設けられ、こ
の吸水体の外方に光ファイバが巻回され、この光ファイ
バの外方に膨張抑制材が巻回された構成としたものであ
る。

「作用」 この発明の光ファイバ浸水検知センサにあっては、上
記のような構成としたことにより、次のような作用を奏
する。

すなわち、浸水事故に際し水分が吸水体に吸着され
る。水分を吸着した吸水体は膨潤して体積膨張を起こ
し、これにより吸水体の体積膨張部分に巻回されていた
光ファイバは膨張した吸水体によって外方に圧迫される
一方、外方に押し出された光ファイバの膨張抑制材と接
触する部分では光ファイバの膨出が押さえられる。これ
によって吸水体の体積膨張部分上の光ファイバには、比
較的大きな曲がりや部分的なマイクロベンディングが発
生する。この曲がりが発生した部分では、光ファイバ中
を伝送される伝送光を伝送損失が大きくなるので、この
損失増加を感知することにより浸水事故の発生を検知す
ることができる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明を詳しく説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す図であって、図中
符号１は、光ファイバ浸水検知センサ（以下、センサと
略記する）である。このセンサ１は、長尺の丸棒状の抗
張力体２の外周面に、吸水時に体積膨張する水棒潤性材
料で作られた吸水体３が被覆形成され、この吸水体３の
外面に光ファイバ４が巻回され、この光ファイバ４上
に、糸状の膨張抑制材５が該光ファイバ４と逆方向に巻
回された構成になっている。

この光ファイバ４および膨張抑制材５のピッチは、抗
張力体２と吸水体３の太さ寸法などにより適宜に設定さ
れるが、吸水体３の外面に巻回された光ファイバ４およ
び膨張抑制材５の隙間から、水分が阻止されることなく
吸水体３浸透するように、数mm〜数100mm程度とするの
が好適である。

上記抗張力体２は、環境温度の変化等の環境変化によ
る吸水体３の変形を防いで、環境変化による光ファイバ
４の伝送損失の増加を防止すると共に、吸水体３外面に
光ファイバ４および膨張抑制材５を巻回する際に安定し
たピッチで巻回できるような機械強度を有するものが使
用され、繊維強化プラスチック（FRP）、鋼線、ピアノ
線などが好適である。また、特に電磁誘導を生じないセ
ンサ１が必要な場合には、抗張力体２として繊維強化プ
ラスチックを用いるのが望ましい。

上記吸水体３は、吸水時に体積が５倍以上となるよう
な水膨潤性材料で作られており、このような水膨潤性材
料として好適な材料を例示すれば、スチレン−ブチレン
−スチレン（SBS）、スチレン−イソプレン−スチレン
（SIS）、スチレン−エチレンブチレン−スチレン（SEB
S）等のスチレン系エラストマーやブタジエン系エラス
トマー、及びポリオレフィンとしてポリエチレンやエチ
レン−αオレフィン共重合体等の単体または２種以上の
混合体に、ポリアクリル酸塩−ポリアクリル酸共重合
体、ポリビニルアルコール−酢酸ビニル共重合体、ポリ
エチレンオキサイド、澱粉グラフト共重合体、カルボキ
シメチルセルロース（CMC）等の吸水性材料を混和させ
たコンパウンドなどが好適に使用される。

上記光ファイバ４には、石英系ガラスファイバ、多成
分系ガラスファイバあるいはプラスチックファイバが使
用され、この光ファイバ裸線に、熱硬化性シリコン、ウ
レタン、紫外線硬化型ポリマ等を材料とする一層あるい
は二層以上の被覆を施した光ファイバ素線やこの素線を
ナイロン等で被覆した光ファイバ心線が好適に使用され
る。

上記膨張抑制材５には、吸水時に膨張性を示さない合
成樹脂等を材料とする糸が使用され、テトロン糸、ナイ
ロン糸、ケブラー糸などが好適である。またこの糸は、
光ファイバ４と逆方向に巻回することが望ましい。

このように構成されたセンサ１は、次のようにして浸
水事故の発生を検知する。まず、センサ１の設置場所に
浸水事故が起こり、この水分が吸水体３に吸着される。
水分を吸着したり吸水体３は膨潤して体積膨張を起こ
し、これにより吸水体３の体積膨張部分に巻回されてい
た光ファイバ４は膨張した吸水体３によって外方に圧迫
される一方、外方に押し出された光ファイバ４の膨張抑
制材５と接触する部分では光ファイバ４の膨出が押さえ
られる。これによって吸水体３の体積膨張部分上の光フ
ァイバ４には、比較的大きな曲がりや部分的なマイクロ
ベンディングが発生する。この曲がりが発生した部分で
は、光ファイバ４中を伝送される伝送光を伝送損失が大
きくなるので、この損失増加を感知することにより浸水
事故の発生を検知することができる。

次に、このセンサ１を用いた浸水検知システムの一例
を第２図ないし第４図を参照して説明する。これらの図
は、センサ１をユニットタイプの光ファイバケーブル６
中に配設した例を示すものである。この光ファイバケー
ブル６は、第２図および第３図に示すように、高張力材
料で作られたテンションメンバ７と、これを被覆しかつ
その外周に複数の溝８が形成されたスペーサー９と、こ
のスペーサー９を被覆するシース10と、スペーサー９の
溝８内に埋設された複数の光ファイバ心線11とから構成
されており、センサ１は、スペーサー９の溝８の内に一
つの埋設されている。このセンサ１の端部には、第４図
に示すように、センサ１内に入射した光の反射光の時間
的な遅れを測定すると共に、受光レベルの変化を測定し
て例えばマイクロベンディングなどの曲がりの発生位置
を検知する浸水検知装置12が接続されている。この浸水
検知装置12は、センサ１中の光ファイバ４の入力端から
光パルスを入射する発生器13とLD（レーザーダイオー
ド）やLED（発光ダイオード）等の発光素子14とからな
る発光部15と、光ファイバ４から後方散乱光などの反射
光パルスを受光するAPD（アバランシェフォトダイオー
ド）等の受光素子を有する光検出部16と、発光部15から
の光パルスとセンサ１中の光ファイバ４からの反射光パ
ルスの流れを制御する光方向性結合器17と、上記の光検
出部16で受光された反射光パルスの時間的な遅れを演算
処理する演算部18と、この処理結果を表示する表示部19
とからなるものである。

次に、このような構成からなる浸水検知システムの稼
動方法を説明する。第４図に示す浸水検知システムにお
いて、例えば図中Ｘで示す区域のケーブル内に浸水事故
が発生した場合、この光ファイバケーブル６中のＸ区域
内に配設されたセンサ１の吸水体３が水分を吸着して膨
潤し、体積膨張を起こす。この吸水体３の体積膨張によ
り、この部分に巻回された光ファイバ４が体積膨張した
吸水体３により圧迫を受けて外方に膨出し、膨張抑制材
５に当たって押し曲げられることによって、光ファイバ
４に比較的大きな曲がりやマイクロベンディングが発生
する。そして、この光ファイバ４に生じた曲がりによる
伝送光の損失増加を浸水検知装置12により、光ファイバ
４の入力端に戻る後方散乱光などの反射光パルスの時間
的な遅れや受光レベルの変化に基づいて検知する。そし
て、浸水検知装置12の演算部18で反射光パルスの測定デ
ータを解析して光ファイバ４の入力端からの浸水発生位
置間での距離を割り出す。ついでこのデータを表示部19
に表示することによってＸ区域の浸水事故を検知するこ
とができる。

次に、この浸水事故発生に伴い、直ちにＸ区域の浸水
事故に対する対応措置を施す。

このような浸水検知システムにあっては、浸水検知装
置12の表示部19の位置において、Ｘ区域などのセンサ１
を予め配設しておいた光ファイバケーブル６の浸水事故
を正確にかつ迅速に検知することが可能である。

また、このセンサ１は、抗張力体２の外周面に、吸水
時に体積膨張する水膨潤性材料で作られた吸水体３を被
覆し、この吸水体３の外面に光ファイバ４を巻回し、こ
の光ファイバ４上に糸状の膨張抑制材５を巻回し、水分
の浸透により吸水体３が膨張し、この体積膨張部分に巻
回された光ファイバ４が体積膨張した吸水体３により圧
迫を受けて外方に膨出し、膨張抑制材５に当たって押し
曲げられることによって光ファイバ４に比較的大きな曲
がりやマイクロベンディングを発生させ、光ファイバ４
の伝送損失を増加させることを浸水検知手段としたの
で、従来の金属導体を用いた浸水検知器に比べ長距離の
布設が可能となり、また電磁誘導がある区域においても
適応させることができる。

また、吸水体３を抗張力体２の外周に設けたので、環
境温度の変化等の環境変化による吸水体３の変形を防い
で、環境変化による光ファイバ４の伝送損失の増加を防
止することができ、センサ１の耐環境性を向上させるこ
とができる。また、吸水体３外面に光ファイバ４および
膨張抑制材５を巻回する際に安定したピッチで巻回する
ことができる。

なお、上述の実施例では光ファイバ４として、石英系
ガラスファイバ等の光ファイバ１本を用いた構成とした
が、これに限定されることなく、例えば２本以上の光フ
ァイバを束ねたものを使用してもよく、定偏波光ファイ
バ等を用いて構成しても良い。

以下、実施例を示してこの発明の作用効果を明確にす
る。

（実験例 １） 外径0.6mmの繊維強化プラスチック製の線材（抗張力
体）の外面に、スチレン系エラストマーにポリアクリル
酸塩系吸水性樹脂を混和したコンパウンドを溶融押出法
により、外径1.4mmとなるように被覆して吸水体を形成
した。次に、この吸水体上に光ファイバをピッチ100mm
で巻回した。この光ファイバは、コア径50μｍ、ファイ
バ径125μｍ、比屈折率差１％の石英径マルチモードフ
ァイバに、外径0.3mmまで紫外線硬化樹脂を被覆してな
る光ファイバ素線を用いた。次に、この光ファイバ上
に、JIS L 1095（一般紡糸試験方法）の40番手のテトロ
ンスパン糸と、光ファイバと逆方向に、40mmピッチで巻
回し、第１図に示すものと同等構成のセンサを作成し
た。なお、上記吸水体は光ファイバとテトロンスパン糸
を巻回する際に変形を起こさず、安定したピッチで巻回
することができた。

このセンサを第２図に示す光ファイバケーブル内に配
設し、環境温度変化による伝送損失変化を調べた。その
結果、−40〜＋60℃の温度サイクルにおいて伝送損失変
化はほとんど認められなかった。なお、この光ファイバ
ケーブル内部を2m浸水させたところ、1dBの伝送損失増
加が検知され、十分に浸水検知センサとして機能するこ
とが確認された。

（実験例 ２） 外径0.3mmの真直亜鉛メッキ鋼線を抗張力体とし、こ
の外周に実験例１で用いたものと同じ組成のコンパウン
ドを外径1.2mmとなるように被覆して吸水体を形成し、
この吸水体上に実験例１で用いたものと同様の光ファイ
バ裸線に熱硬化型シリコン被覆を施した外径0.3mmの光
ファイバ素線をピッチ50mmで巻回し、更にその上に光フ
ァイバ素線と逆方向に400デニールのケブラー糸をピッ
チ30mmで巻回してセンサを作成した。このセンサを実験
例１と同様に光ファイバケーブル内に配設して−40〜＋
60℃の環境温度変化による伝送損失の変化を測定したと
ころ、温度変化による伝送損失の変化はほとんど認めら
れなかった。また、この光ファイバケーブル内部を2m浸
水させたところ、0.8dBの伝送損失増加が検知され、十
分浸水検知センサとして機能することが確認された。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明による光ファイバ浸水
検知センサは、光張力体の周囲に吸水時に体積膨張する
水膨潤性材料で作られた吸水体を設け、この吸水体の外
方に光ファイバを巻回し、この光ファイバの外方に膨張
抑制材を巻回して構成し、浸水事故に際し、吸水体が吸
水して膨張し、この体積膨張部分に巻回された光ファイ
バが体積膨張した吸水体により圧迫を受けて外方に膨出
し、膨張抑制材に当たって押し曲げられることによって
光ファイバに比較的大きな曲がりやマイクロベンディン
グを発生させるので、この光ファイバの曲がりによる伝
送光の損失増加を光ファイバの入力端から入射した光の
後方散乱光等の反射光を測定することによって検知し、
浸水事故の発生およびその発生位置を正確にかつ迅速に
検知することができる。

また、水分の浸透により吸水体が膨張して光ファイバ
に曲がりを発生させ、光ファイバの伝送損失を増加させ
ることを浸水検知手段としたので、従来の金属導体を用
いた浸水検知器に比べ長距離の布設が可能となり、また
電磁誘導がある区間においても適応させることができ
る。

また、吸水体の周囲に吸水体を設けたので、環境温度
の変化等の環境変化による吸水体の変形を防いで、環境
変化による光ファイバの伝送損失の増加を防止すること
ができ、光ファイバ浸水検知センサの耐環境性を向上さ
せることができる。また、抗張力体の周囲に吸水体を設
けたので、吸水体の外面に光ファイバおよび膨張抑制材
を巻回する際に安定したピッチで巻回することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図であって、センサ
の斜視図、第２図ないし第４図は第１図に示すセンサを
用いた浸水検知システムの一例を示す図であって、第２
図は光ファイバケーブルの斜視図、第３図は同断面図、
第４図は浸水検知システムの概略構成図である。 １……センサ、２……抗張力体、３……吸水体、４……
光ファイバ、５……膨張抑制材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢野 弘幸 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (56)参考文献 実開 昭62−143237（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−21839（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】抗張力体の周囲に吸水時に体積膨張する水
   膨潤性材料で作られた吸水体が設けられ、この吸水体の
   外方に光ファイバが巻回され、この光ファイバの外方に
   膨張抑制材が巻回されてなることを特徴とする光ファイ
   バ浸水検知センサ。