JP3087268B2 - 圧力検知システム - Google Patents

圧力検知システム

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JP3087268B2
JP3087268B2 JP07051760A JP5176095A JP3087268B2 JP 3087268 B2 JP3087268 B2 JP 3087268B2 JP 07051760 A JP07051760 A JP 07051760A JP 5176095 A JP5176095 A JP 5176095A JP 3087268 B2 JP3087268 B2 JP 3087268B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体や気体など、流体
の圧力を検知するためのシステムと方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】光ファイバの損失分布を測定する試験機
としてOTDR(Optical Time Domain Reflectometer)
が広く用いられている。これは光ファイバ中に光パルス
を入射し、光ファイバ中で発生する散乱光のうち、入射
端側に戻ってくる光(後方散乱光)の強度を時間的にサ
ンプリング測定するものである。光パルスを入射した時
間を時刻0として後方散乱光をサンプリングすると、サ
ンプリングの遅れ時間が入射端から後方散乱光の発生し
た箇所までの距離に対応し、その強度が該当する箇所ま
での光ファイバの損失に対応している。そのため、サン
プリングされた後方散乱光の強度分布から光ファイバの
損失分布を表せるのである。
【0003】一般に、OTDRは光ファイバの試験用に
使用されるが、光ファイバの途中に何らかの物理量によ
って損失変化を与える機構を設け、多点の物理量計測を
行うために利用した例も多く報告されている。例えば、
圧力測定に関する技術では、特開平3-181830号や実開昭
59-172351 号公報に記載されたものがある。
【0004】前者は、流体が入るケーシングと、ケーシ
ング内に設けられたベローズと、ベローズの表面に貼り
付けられた光ファイバを具えるものである。ケーシング
内の流体圧力の変化に対応してベローズが伸縮するため
光ファイバも屈伸され、その際の損失変化を検出するこ
とで圧力変化を検知する。
【0005】後者は、ベローズの伸縮により可動される
圧力伝達板と、圧力伝達板と固定面に挟持された光ファ
イバコイルを具えるものである。圧力変化に応じてベロ
ーズが伸縮し、これにより光ファイバコイルの曲げ径が
変化するため、その際の損失変化を検出することで圧力
変化を検知する。一方、密閉容器内の流体の漏れ検出な
どを目的としたセンサとしては、被測定流体と基準流体
の圧力差によってベローズを動かし、電気接点を開閉す
る方式のガス密度検出器なる装置が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報記載
の技術を容器内に密閉した流体の漏れ検出などに適用し
た場合、温度変化による圧力変化と、漏れによる圧力変
化を区別して検知することができない。そのため、別途
温度センサを使用し、温度変化による圧力変化分を演算
補正するなどの必要があった。また、既存のガス密度検
出器は、電気接点式でかつポイント型であるため、例え
ば流体パイプラインのように長距離,広範囲に分布した
複数点の圧力監視を行いたい場合、各検出器に電気配線
を施す必要があり、配線が膨大になる。特に、数km以
上におよぶ長距離の場合では、遠隔監視のために別途伝
送装置が必要であった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解消するため、光ファイバ沿いの損失分布を測定
し、損失分布の局部的変化から被検知流体の圧力を検知
する方法において、被検知流体と一定圧力に保持された
基準流体との差圧により損失変化を生じさせることを特
徴とするものである。
【0008】このような差圧により光ファイバの損失変
化を生じさせるには、次のようなセンサを光ファイバ沿
いに設けることで達成できる。 基準流体用ベローズと、基準流体用ベローズに対向
し、被検知流体と基準流体との差圧で伸縮する被検知流
体用ベローズと、両ベローズの伸縮に対応して光ファイ
バに応力を付与する応力付与部を具える検知部。 基準流体用ベローズと、基準流体用ベローズに対向
し、被検知流体と基準流体との差圧で伸縮する被検知流
体用ベローズと、光ファイバの途中に介在され、両ベロ
ーズの伸縮に対応して移動することにより光ファイバの
伝送損失を変化させるロッドレンズを具える検知部。 上記各センサにおいては、両ベローズの間に被検知流体
用ベローズの伸縮を抑制するストッパを設けることが好
ましい。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図1(A)
は本発明システムの概略図で、OTDR1に光ファイバ
2が接続されており、同ファイバ沿いには複数のセンサ
3が設けられている。センサ3は被検知流体の圧力変化
を伝送損失の局部的変化としてとらえるための箇所であ
る。被検知流体の圧力が正常の場合、同図(B)のに
示すように、OTDRから遠ざかるに従い比例的に後方
散乱光の強度は低下する。一方、異常な場合、同図
(B)のに示すように、光強度はステップ状に表され
る。このように、光強度の局部的変化から流体圧力を検
知するのであるが、ここで用いるセンサの詳細を以下に
説明する。
【0010】(実施例1)図2は被検知流体(ここでは
SF6 )の漏れを検知するセンサの概略図で、ケース4
内には被検知流体用ベローズ5、基準流体用ベローズ
6、応力付与部7が具えられている。被検知流体用ベロ
ーズ5は、被検知流体Aを貯溜するタンク8に一体化さ
れたもので、被検知流体の圧力により伸縮する。
【0011】次に、基準流体用ベローズ6は、基準流体
Bを貯溜するタンク9に一体化されたもので、基準流体
Bの圧力により伸縮し、被検知流体用ベローズ5に対向
されている。基準流体Bは密閉したタンク9内において
所定の設定圧力を保持しており、この圧力は被検知流体
の圧力に対してしきい値としての役割を果たす。即ち、
基準流体の圧力よりも被検知流体の圧力が低くなった場
合、「漏れ」と判断するのである。そのため、基準流体
は被検知流体と同様のものを用い、被検知流体と温度環
境が等しいところに配置することが好ましい。この点は
後述する各実施例においても同じである。そして、両ベ
ローズ5,6は連結棒10によりつながれている。
【0012】一方、応力付与部7は、連結棒10にL型片
11を一体化したもので、L型片11の折り曲げ部を支点12
として回動するように構成されている。L型片11の端部
には半球状の圧子13が固定され、光ファイバ2の受け台
14には、この圧子13に対応する凹部15が形成されてい
る。そして、光ファイバ2を圧子13と受け台14の間に配
置しておく。
【0013】被検知流体の圧力が正常の場合、両ベロー
ズ5,6は平衡して伸縮しないため、応力付与部7が回
動されず、光ファイバ2の伝送損失が局部的に増加する
こともない。また、被検知流体が環境温度の変化により
膨張または収縮し、その圧力が変化しても、基準流体の
方も同様に膨張または収縮するため、両ベローズ5,6
の平衡は保たれ、センサが動作することはない。しか
し、被検知流体が漏れると、その圧力が下がるため基準
流体との圧力バランスが崩れ、差圧により被検知流体用
ベローズ5が収縮される。この収縮により応力付与部7
は回動し、圧子13が光ファイバ2を押圧してその伝送損
失を局部的に増大させるのである。従って、温度変化に
よる圧力変化と、検知すべき異常な圧力変化を区別して
検知することができる。
【0014】このセンサを用いた測定例を図3に示す。
OTDR装置に一般的なシングルモード光ファイバを接
続した。OTDR装置の光源波長は適宜選択すればよい
が、一般に1.3μmより1.55μmの方が曲げによ
る損失が大きいため、本例では1.55μmとした。ま
た、光ファイバの長さは、OTDRのダイナミックレン
ジにより制約を受けるが、その範囲で任意に設定でき、
本例では2kmとした。さらに、応力付与部における圧
子13の曲率半径は5mmとした。測定結果は、同図に示
すように、センサ1箇所当たり約2dBの損失が認めら
れる。一般に、OTDRの測定におけるダイナミックレ
ンジは、広くても20〜30dBである。従って、光フ
ァイバ損失(センサが動作する前における全長の損失)
を除いたダイナミックレンジが20dBとすると、1本
の光ファイバに10箇所のセンサを設けることが可能で
あることがわかる。
【0015】なお、光ファイバの曲げ径と伝送損失の関
係は、図4に示すように、一般に知られている。同図
はマルチモード光ファイバの特性で、曲げ径が小さくな
るに従い損失量が増加するため、アナログ的な検知の場
合に利用することが好ましい。一方、はシングルモー
ド光ファイバの特性で、マルチモード光ファイバに比べ
れば、ある径以下に曲げると急激に損失が増加する傾向
にあるため、スイッチ的な動作の検知に利用することが
好ましい。
【0016】また、以上の例では被検知流体の漏れ、即
ち圧力低下を検知したが、異常な圧力上昇を検知しよう
とすれば、図5に示すような構成とすればよい。即ち、
被検知流体用ベローズ5と基準流体用ベローズ6を対向
して接続し、その接続部から応力付与部7を伸延したも
ので、被検知流体用ベローズ5の伸長により応力付与部
7が光ファイバ2を押圧するのである。
【0017】(実施例2)次に、図1や図5とは異なる
応力付与部をもったセンサを図6に示す。このセンサ
は、圧力低下の検知用という点で図1のセンサと共通
し、被検知流体用ベローズ5と基準流体用ベローズ6が
対向して接続され、その接続部から応力付与部7が伸延
されたものである点で図5のセンサと共通する。しか
し、光ファイバ2は受け台14のリング16に挿入されると
共に、応力付与部端部7のリング17にも挿入されてい
る。即ち、光ファイバ2の一方は固定側となる受け台14
に取り付けられ、他方は可動側となる応力付与部7に取
り付けられているのである。
【0018】被検知流体の圧力が正常な場合、図6に示
されるように、光ファイバ2は直線状に保持され、伝送
損失が増加することもない。しかし、被検知流体の圧力
が低下すると、ベローズ5が収縮し、受け台と応力付与
部の端部の間隔が広がるため、光ファイバは図7に示す
ようにステップ状に屈曲される。その結果、伝送損失が
増加されるのでOTDRにより圧力低下を検知すること
ができるのである。
【0019】なお、本例において、被検知流体の圧力低
下のみを検知しようとすれば、同圧力が基準流体の圧力
よりも高くなった場合、ベローズが伸長して光ファイバ
が屈曲しないよう構成する必要がある。その場合は、図
6に示すように、被検知流体用ベローズ5と基準ベロー
ズ6の間にストッパ18を設け、被検知流体用ベローズ5
の伸長を抑制するよう構成すればよい。
【0020】(実施例3)さらに、光ファイバの途中に
ロッドレンズを用いた例を説明する。図8にそのセンサ
の概略を示す。これは、図2のセンサと同様、圧力低下
を検知するもので、被検知流体用ベローズ5と基準流体
用ベローズ6が対向して接続され、両ベローズの接続部
にはロッドレンズ19の駆動軸20が取り付けられている。
一方、光ファイバ2は途中に切断箇所が設けられ、そこ
にロッドレンズ19が挿入されている。そして、このロッ
ドレンズ19は前記駆動軸20に固定されているのである。
【0021】被検知流体の圧力が正常の場合、図9の実
線に示すように、光ファイバ2とロッドレンズ19は同軸
上に位置し、OTDRから入射した光パルスはロッドレ
ンズを19介して光ファイバの末端側に送られ、伝送損失
が増加することもない。しかし、異常な圧力低下があっ
た場合、被検知流体用ベローズ5は収縮し、図9の破線
に示すように、ロッドレンズ19は光ファイバ2の軸上か
らずれる。そのため光結合損失が変化し、伝送損失が増
加するため、これをOTDRにて検知すればよいのであ
る。
【0022】なお、本例において、被検知流体の圧力低
下のみを検知しようとすれば、同圧力が基準流体の圧力
よりも高くなった場合にベローズが伸長し、ロッドレン
ズ19が光ファイバ2の軸からずれないよう構成する必要
がある。その場合は、図8に示すように、被検知流体用
ベローズ5と基準ベローズの間6にストッパ18を設け、
被検知流体用ベローズ5の伸長を抑制するよう構成すれ
ばよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流体の圧力検知において、温度変化による流体の膨縮
と、異常な圧力変化とを区別して検知することができ
る。また、1本の光ファイバで多点の圧力監視を行うこ
とができる上、センサは無電源で構成できるため、広範
囲に分布した複数箇所の圧力監視を行うのに最適であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明システムの概略図、(B)はそ
の検知結果を示すグラフである。
【図2】本発明センサの概略図である。
【図3】図2のセンサによる監視結果を示すもので、光
強度と距離の関係を示すグラフである。
【図4】光ファイバの曲げ径と損失量の関係を示すグラ
フである。
【図5】圧力の上昇を検知するためのセンサを示す概略
図である。
【図6】図1や図5とは異なる応力付与部を具えた本発
明センサの概略図である。
【図7】図6のセンサにおいて、応力付与部が動作した
場合を示す説明図である。
【図8】ロッドレンズを用いたセンサを示す概略図であ
る。
【図9】図8のセンサにおいて、ロッドレンズが移動し
た場合を示す説明図である。
【符号の説明】
1 OTDR 2 光ファイバ 3 センサ 4 ケー
ス 5 被検知流体用ベローズ 6 基準流体用ベローズ
7 応力付与部 8 被検知流体用タンク 9 基準流体用タンク 10
連結棒 11 L型片 12 支点 13 圧子 14 受け台 15 凹部 16 リン
グ 17 リング 18 ストッパ 19 ロッドレンズ 20 駆動軸 A 被
検知流体 B 基準流体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−211618(JP,A) 特開 平3−249533(JP,A) 特開 平4−99937(JP,A) 特開 昭52−14434(JP,A) 実開 平3−104834(JP,U) 実開 昭50−108456(JP,U) 実開 昭63−146737(JP,U) 特公 昭42−5079(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 11/02 G01L 13/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 OTDRと、 OTDRに接続された光ファイバと、 光ファイバ沿いの少なくとも1箇所に設けられたセンサ
    を具え、 該センサは、基準流体を貯留する密閉タンクに一体化された 基準流体
    用ベローズと、 基準流体用ベローズに対向し、被検知流体と基準流体と
    の差圧で伸縮する被検知流体用ベローズと、 両ベローズの伸縮に対応して前記光ファイバに応力を付
    与する応力付与部を具え 前記密閉タンクの圧力は被検知流体の正常圧力に設定し
    ておき、 前記基準流体と被検知流体とを同様の流体とした ことを
    特徴とする圧力検知システム。
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