JP4008910B2 - 光学式油検知器 - Google Patents

Description

本発明は、光学式油検知器に関する。

ケーブルが敷設されている地下道や、排水ピットなどの設備で漏油を検出するための装置として光学式漏油検知器が用いられている。この漏油検知器は、光ファイバを油センサ（ファイバセンサ）として利用するもの、つまり光ファイバの表面に漏油が付着すると光漏洩量が増大して光ファイバの光伝送損失が増大するという性質を利用したものであり、例えば排水ピット内に設置されて水に漏れ出す油を検出する際に使用される。

このような光学式漏油検知器１は、図６に示すように、先端が排水ピットＰ内の水Ｗに浸漬されるファイバセンサ２と、ファイバセンサ２を支持するセンサ支持金具３と、排水ピットＰのグレーチングカバー４にセンサ支持金具３を固定するセンサフランジ５と、ファイバセンサ２の他端に設けられ、光／電変換を行う変換器６と、変換器６と接続された監視器７とを備える。漏油が排水ピットＰ内に流れ込んで水Ｗに混入すると、当該漏油は、ファイバセンサ２により検知され、変換器６を介して監視器７に伝送される。
なお、上述したような光学式漏油検知器については、例えば下記ＵＲＬ（株式会社ＩＨＩエスキューブの製品紹介ホームページ）に漏油検知器として製品紹介されている一方、下記特許文献にも「光学式油検出器」として開示されている。
http://www.iscube.co.jp/seihin/seihin_oil.html 特公昭５９−２００９２号公報

しかしながら、このような従来の光学式漏油検知器では以下の問題が生じる。
すなわち、水と空気の屈折率は異なることから、排水ピットＰ内の水Ｗに急激な水面変動が生じると、ファイバセンサ２が水に触れる部分と空気に触れる部分の比が大きく変化し、ファイバセンサ２の光漏洩量が増減する。これによって漏油検知の誤作動を引き起こしてしまう場合があった。また、排水ピットＰから変換器６の受光素子までは、設置現場にて、現場の状況に応じて光ケーブルの敷設を行う必要がある。しかしながら、光ケーブルの設置作業には光ケーブルの端末処理等の特殊技能が必要であるため、容易な設置を妨げているという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、誤作動を防ぐことができるとともに敷設が容易な光学式油検知器を提供することを目的とする。

本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、油が光ファイバに付着したときに生ずる光漏洩量の変化に基づいて油を検知する光学式油検知器において、フロートと、該フロートに固定された光ファイバと、該光ファイバの一端に光を入射する発光素子と、光ファイバの他端から出射された光を電気信号に変換する受光素子とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、センサとしての光ファイバがフロートともに水面に浮いた状態であるので、急激な水面変動が生じても光ファイバに接する水と空気の比の変動はほとんどない。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記発光素子と前記受光素子とが前記フロートの内部に収容されていることを特徴とする。
本発明においては、従来のようにファイバセンサを排水ピット等の外部にまで敷設する必要がない。すなわち、特殊技能が必要な光ファイバの端末処理を全て工場でのフロート製造工程で行うことが可能となる。また、従来のようにファイバセンサを変換器にまで延ばして敷設する場合には、ファイバセンサの敷設可能距離（約２０ｍ）以内に変換器を設ける必要があった。本発明によれば発光素子及び受光素子がフロートに内蔵されているから、フロートから延びる配線は通常の電気ケーブルでよい。したがって設置個所の限定がなくなる。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、フロートの外周に球状曲面を設け、該球状曲面に沿って光ファイバを設けることを特徴とする。
この発明によれば、光ファイバを適切な曲率に保った状態でフロートに取付けることが可能であり、よって光ファイバの過度の曲げによる光漏洩量の増大を防止することができる。

第４の発明は、上記第３の発明において、フロートに光ファイバよりも外方に突出する突部を設けることを特徴とする。
この発明によれば、光ファイバが外部物体と接触して損傷することを防止することができる。

第５の発明は、上記第１〜４いずれかの発明において、前記フロートは、上部に開口を備えた胴部と、該胴部の開口を防水状態に密閉する蓋体とをケーシングとして備え、さらに該フロートは、前記蓋体と胴部との接合部よりも僅かに下方に喫水線が位置するように重量バランスが設定されていることを特徴とする。
この発明によれば、胴部とフランジとの接合部は常に水面上に位置した状態となる。したがってフロート内への浸水の可能性を低下させることができる。また喫水線がフロートの十分上部に位置している、すなわちフロートの大半の部位が水中に位置していることにより、フロートの姿勢を安定に保つことができる。好ましくは、フロート内の下部にバラストを設けることなどにより、フロートの重心が下部に位置するようにする。これによりさらに姿勢を安定させることができる。

なお、胴部の形状を下方に細くなるテーパ状とすることで、上部ほど大きい浮力を受ける。したがってこれによっても重心を下げることができ、上記と同様にフロートの姿勢を安定して保つことができる。

本発明によれば、センサをフロート型とすることでセンサと水面との位置関係が常に一定となり、急激な水位変動下でも光漏洩量が増減することなく安定した漏油検知が可能となるうえ、既設水槽等への設置においても特別な追加工が不要なことから僅かな設置工数で追設が可能となる。
また、フロートに光／電変換機能を内蔵することで特殊技能が必要な光ファイバの端末処理を全て工場でのフロート製造過程で実施することが可能となり、現地工事では一般ケーブルを扱うのみとなることから、ケーブルの中継も簡単で現地工事が容易となる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明では、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図１は本実施形態に係るフロート型光学式油検知器１７の要部つまりフロート１７ａの構成を示す斜視図、図２は当該フロート１７ａの縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った縦断面図、また図４は本フロート型光学式油検知器１７の全体構成を示す概略図である。

本フロート型光学式油検知器１７におけるフロート１７ａは、防水状態で密閉された樹脂製のケーシング１８、ケーシング１８内に設けられた基板１９、及び同じくケーシング１８内の下部に設けられたバラスト２０を備えている。ケーシング１８は、上部に開口を備えるとともに、下方が細いテーパ形状であって下端は球状曲面をなす閉口端となっている胴部１８ａと、胴部１８ａの上部開口を防水状態で覆う蓋体１８ｂと、蓋体１８ｂに設けられたコネクタ類を覆うカバー１８ｃとを備えている。蓋体１８ｂは、図３に示したように防水用のＯリング２２ａ、２２ｂを胴部１８ａとの間に挟んだ状態で、胴部１８ａにボルト留めされている。

バラスト２０は胴部１８ａ内部の下端部にボルト２１により固定されている。バラスト２０はフロート１７ａを水に浮かべた場合に、図２の基準水位（喫水線）ＷＬが蓋体１８ｂと胴部１８ａとの接合部よりもわずかに下方に位置するように重さを調整するためのものである。また、バラスト２０は、胴部１８ａの中心から偏心させて胴部１８ａに固定することができるようになっており、その偏心によってフロート１７ａの傾斜を抑制するものである。
基板１９は、蓋体１８ｂの内面側に固定された基板支持台２３に対してボルト留めされており、図のように垂直姿勢となってケーシング１８内に収容されている。基板１９には、後述する発光素子３４に電力を供給する電源回路や、受光素子３５の出力を増幅する増幅回路が形成されている。

フロート１７ａには、ケーシング１８の外周を一周してファイバセンサ４２が設けられている。ファイバセンサ４２は、プラスチックから形成された単一芯線の光ファイバケーブルあり、ケーシング１８の側壁に設けられたガイド部１８ｄ及び底部に設けられたガイド部１８ｅによって案内されている。
ここで、図２に示すように、ファイバセンサ４２は、ケーシング１８（胴部１８ａ）の球状曲面に沿って設けられているので、ファイバセンサ４２を過度に曲げることで発生する光の漏れを抑えることができる。
また、図２に示すように、各ガイド部１８ｄ、１８ｅは、ケーシング１８の外周に巻き付けられたファイバセンサ４２よりも外方に突出するようにケーシング１８に設けられており、これによってファイバセンサ４２が外部物体と接触して損傷するのを防止する。
さらに、ガイド部１８ｅは不使用時にフロート１７ａを支える台であるとともに、使用時には後述するロッド６０が固定されるようになっている。

ファイバセンサ４２は、端部にそれぞれ受信側及び送信側のファイバコネクタ４３Ａ、４４Ａを備え、これらファイバコネクタ４３Ａ、４４Ａは蓋体１８ｂに設けられたコネクタ４３Ｂ、４４Ｂにそれぞれ固定される。蓋体１８ｂの内面側（フロート１７ａの内部）には、それぞれコネクタ４３Ｂ、４４Ｂに対して発光素子（ＬＥＤ）３４及び受光素子（フォトダイオード）３５が設けられている。発光素子３４及び受光素子３５は配線によって基板１９に電気的に接続されている。

また、蓋体１８ｂには監視器７に接続されるケーブル２５も着脱自在に固定される。
ケーブル２５は基板１９に外部から電力を供給するとともに、電気信号に変換された受光素子３５の出力を監視器７に出力するためのケーブルである。ケーブル２５は、蓋体１８ｂの中央部に設けられたケーブルクランプ５６によって着脱自在に固定されるようになっており、ケーブルクランプ５６に固定されたケーブル２５は、フロート１７ａ内部の基板１９に対して電気的に接続される。

次に、ファイバセンサ４２の詳細な構成について説明する。
ファイバセンサ４２は、図２に示すように所定の検知範囲に亘って被膜が剥かれて芯線（光ファイバ芯線）が露出している。この検知範囲は、水位ＷＬを挟んで上下の範囲を含むが、水位ＷＬの下方をより広く設定されている。これにより、混濁してある程度の厚みをもつ油を検出でき、また油が浮上してきた場合に、迅速に検出することができる。また、水位ＷＬをフロート１７ａの上部に位置させることで、後述するように安定した姿勢を保つことができる。

図５にファイバセンサ４２の詳細な拡大図を示した。図に示したように、ファイバセンサ４２の両端にはファイバコネクタ４３Ａ，４４Ａが取付けられており、発光素子３４の側にはコネクタ４３Ａと結合するコネクタ４３Ｂが、そして受光素子３５の側にはコネクタ４４Ａと結合するコネクタ４４Ｂが各々設けられる。これらのコネクタ４３Ａ〜４４Ｂを介して発光素子３４及び受光素子３５に対してファイバセンサ４２を着脱可能としている。

次に、ファイバセンサ４２の端部に取付けられるコネクタ４３Ａ、４４Ａの部分について説明する。コネクタ４３Ａ、４４Ａは取付け金具４５，保護チューブ４６，雌ねじ部４７を含む。光ファイバ芯線１０をその端部から所定長さだけ突出させて筒状の取付け金具４５をファイバセンサ４２に挿入し固定する。この金具４５の端でファイバセンサ４２が折れ曲がって損傷しないようにゴム製の保護チューブ４６をファイバセンサ４２の長い方に位置する金具４５の端部周辺に被覆する。保護チューブ４６とは反対側の取付け金具４５の端部（すなわちファイバセンサ４２の端部）の側に雌ねじ部４７を取付ける。この雌ねじ部４７は回転自由かつ軸方向には限定されたわずかな範囲だけで移動可能に取付け金具４５に係合する。

発光素子３４及び受光素子３５の側のコネクタ４３Ｂ及び４４Ｂは断面で示してある。コネクタ４３Ｂ、４４Ｂの先端にはそれぞれ雌ねじ４８、４８′が設けてあり、その内側には前記金具４５の先端を受け入れる広穴４９、４９′と光ファイバ芯線１０を受け入れる狭穴５０、５０′が段階的に穿ってある。雌ねじ４８、４８′と反対側に位置して、蓋体１８ｂには前記狭穴５０、５０′と連通する素子挿入用の穴５１、５１′が設けられている。この穴５１、５１′内にカラー５２、５２′が挿入される。カラー５２、５２′の外径は穴５１、５１′の内径に合わせ、その内径は素子３４、３５の外径に合わせるものとする。そして、このカラー５２、５２′の中に素子３４、３５が挿入される。このカラー５２、５２′は合成樹脂など電気的絶縁物からなり、素子３４、３５を挿入する際の芯合わせ及び電気的絶縁に役立つ。

コネクタ４３Ｂ、４４Ｂにコネクタ４３Ａ、４４Ａを結合する場合は、ファイバセンサ４２の先端の光ファイバ芯線１０を一点鎖線で示すように狭穴５０、５０′に挿入し、雄ねじ部４７を雄ねじ４８、４８′に螺合させて取付け金具４５の先端が広穴４９、４９′の底に当たるまで締め付ける。そうすると、狭穴５０、５０′の中におけるライトガイド１０の先端と発光素子３４、受光素子３５の先端との間隔ｘは理想的な距離に設定されるようになっている。発光素子３４からの光を光ファイバ芯線１０に有効に入射させるにはこの間隔ｘはあまり開いてはならず、例えば光ファイバ芯線１０の直径が１．２ｍｍであるとすると、間隔ｘは０．２ｍｍ乃至０．４ｍｍの範囲に入るようにコネクタ４３Ａ、４３Ｂ（４４Ａ、４４Ｂ）を構成するとよい。

さらに、図４を参照して本フロート型光学式油検知器１７の敷設状態を説明する。
フロート１７ａには、ガイド部１８ｅが備える孔５７（図５参照）にロッド６０の先端が回動自在に固定される。ロッド６０の他端は排水ピットＰの側壁に設けられた壁面用ブラケット６３により、回動軸を水平方向であってロッド６０の延在方向に対して垂直に向け回動自在に固定されている。これにより水位ＷＬの変化（水位ＷＬ１←→水位ＷＬ２）に追従して、フロート１７ａがピットＰ内を高さ方向に移動するようになっている。ロッド６０は、ステンレス製であり、３つのロッド部６０ａ、６０ｂ、６０ｃがそれぞれロッドコネクタ６１，６２によって伸縮自在に連結されている。
また、ケーブル２５がロッド６０にクランプされていることで、フロート１７ａから延びたケーブル２５はロッド６０に案内され、壁面用ブラケット６３を介して監視器７に接続される。
なお監視器７には適宜コンピュータを接続して設定、データの収集などを行うようにしてもよい。

以上のように構成された本フロート型光学式油検知器１７は、以下のように使用される。
発光素子３４を常時作動させた状態とし、ファイバセンサ４２に光を入射させる。光は水中に露出したファイバセンサ４２を通り、受光素子３５によって受光され、受光素子３５の出力は基板１９が備える増幅回路で増幅された後、ケーブル２５により監視器７に伝送される。そして、ファイバセンサ４２の検知範囲に油が付着すると、受光素子３５による受光量は小さくなるので、監視器７に加わる信号は所定量を超えて低下する。これにより監視器７において異常を示す警報信号が発生される。
ここで、水位ＷＬが変化した場合、水中に浮いた状態にあるフロート１７ａは水位変化に追従して上下動するので、水面とファイバセンサ４２との位置関係は略一定となる。

すなわち、本実施形態のフロート型光学式油検知器１７によれば、ファイバセンサ４２がフロート１７ａに設けられているので、ファイバセンサ４２と水面との位置関係が常に一定となり、急激な水位変動下でも光漏洩量が増減することなく安定した漏油検知が可能となる。さらに、既設水槽等への設置においても特別な追加工が不要なことからわずかな設置工数で追設が可能となる。

また、フロート１７ａの内部に発光素子３４、光信号を電気信号に変換する受光素子３５、及び信号を増幅する増幅回路を備えた基板１９が備えられているので、従来のようにファイバセンサを排水ピットＰの外部にまで敷設する必要がない。すなわち、特殊技能が必要なファイバセンサ４２の端末処理を全て工場での製造工程で行うことが可能となり、現地の設置工事ではケーブル２５のみの配線作業でよい。したがって、設置作業を容易に行うことができる。
また、従来のようにファイバセンサを変換器６にまで延ばして敷設する場合には、ファイバセンサの敷設可能距離（約２０ｍ）以内に変換器６を設ける必要があった。しかしながら、本実施形態においては、変換器６の機能を有する受光素子３５及び基板１９がフロート１７ａに内蔵されているので、設置個所の限定がなくなり、漏油検出を行う場所から２０ｍ以内に変換器を設けることが困難な場所にも漏油センサを設けることができる。

また、図４に示す敷設状態では、ロッド６０がフロート１７ａの水平方向の動作範囲を制限するので、フロート１７ａが他の機器類や壁面に接触することを防ぐことができる。
また、ケーブル２５がロッド６０にクランプされているので、激しい水面の変動やケーブル２５の自重によるフロート１７ａの傾きを防止し、フロート１７aの垂直性を保つことができる。
また、下部に重心のあるフロート１７aの下端においてロッド６０により回動自在に支持されているので、フロート１７aが傾くと下端を回動中心としてフロート１７aが回動して迅速に姿勢が戻る。すなわちフロート１７ａの垂直姿勢をさらに安定して保持することができる。

また、水位ＷＬが蓋体１８ｂのわずかに下方となるようにフロート１７ａの重量バランスが設定されているので、胴部１８ａと蓋体１８ｂとの接合部は常に水面上に位置した状態となる。したがって、フロート１７ａ内への浸水の可能性を低下させ、フロート１７aを良好な防水状態に保つことができる。
また、水位ＷＬがフロート１７ａの十分上部に位置し、バラスト２０によって重心は下方にあるので、フロート１７ａを安定した垂直姿勢で浮いた状態に保つことができる。すなわち、フロート１７ａが傾いた場合に浮力の作用によって迅速に垂直姿勢に戻る。
さらに、バラスト２０の胴部１８ａに対する固定位置（水平方向位置）を可変することによりフロート１７ａを垂直姿勢に設定することができる。

また、胴部１８ａ下部が球状曲面となっているので、ファイバセンサ４２を適切な曲率に保った状態でケーシング１８の周囲に設けることができる。
さらに、胴部１８ａが下方に細くなるテーパ状であるので、上部ほど大きい浮力を受ける。したがって、これによっても重心を下げることができ、上記と同様にフロート１７ａの垂直姿勢を安定して保つことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、プラスチックから形成された単一芯線の光ファイバ、つまりプラスチックファイバをファイバセンサ４２として用いたが、このようなプラスチックファイバに代えて、石英から形成されると共に複数本の芯線からなる石英ファイバケーブルをファイバセンサ４２として用いても良い。

（２）また、フロート１７ａの形状は上記実施形態に限定されるものではない。安定して垂直姿勢を保持できれるものであればよい。しかしながら、上記実施形態で示したように球状の曲面を備えていることで、光ファイバケーブルの所定以上の曲率で取付けることが容易となる。

（３）上記実施形態では、長方形状の基板１９を垂直姿勢でケーシング１８内に収容したが、これに代えて基板をドーナツ形状にすると共に発光素子３４及び受光素子３５を実装し、発光素子３４及び受光素子３５がコネクタ４３Ｂ、４４Ｂと対峙するように水平姿勢でケーシング１８内に収容するようにしても良い。この場合、発光素子３４及び受光素子３５が基板上に実装されることによって一体化されるので、上記実施形態のように基板１９と発光素子３４及び受光素子３５との間を配線で接続する必要がなく、よって装置の組み立てが簡略化されると共にコストダウンにもなる。

（４）上記実施形態では、図２に示したように、ファイバセンサ４２をフロート１７ａに対して垂直方向に略一周するように設けたが、フロート１７ａに対するファイバセンサ４２の設け方（巻き付け方）はこれに限定されるものではない。

（５）上記実施形態では、図２に示したように、油の検知範囲をファイバセンサ４２においてフロート１７ａの片側に位置する部位に設定しているが、検知範囲はこれに限定されるものではない。本フロート型光学式油検知器の使用条件等に応じて、例えばフロート１７ａの両側あるいは下側に設定しても良い。

（６）上記実施形態では、フロート型光学式油検知器１７のロッド６０を用いた敷設について説明したが、柔軟性のあるロープを用いてフロート１７ａを壁面用ブラケット６３につなぐことによりフロート１７ａを流れ止めするようにしても良い。また、設置場所によっては、固定物に係止することなく単純に水に浮いた状態で敷設しても良い。

（７）なお、フロート型光学式油検知器１７の使用状態としては、ピット内の水に浮かせた状態だけではなく、例えばフロート１７ａを床上に載置して当該床上に漏れ出してきた油を検出する場合が考えられる。この場合、検知範囲をフロート１７ａの下側に設定してピットの床上に漏れ出た油を検知する。すなわち、フロート型光学式油検知器１７は水に浮く構造を有していることを特徴としているが、使用状態は水に浮いた状態とは限らない。

本発明の一実施形態として示したフロート型光学式油検知器に用いられるフロートの斜視図である。 同フロートの縦断面図である。 同フロートの縦断面図であり、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 同フロート型光学式油検知器の敷設状態を示した概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は排水ピットを含めた側面図である。 ファイバセンサの構成について示した断面図である。 従来の光学式油検出器の概略構成を示した図である。

符号の説明

７ 監視器
１７ フロート型光学式油検知器
１７ａ フロート
１９ 基板
３４ 発光素子
３５ 受光素子
４２ ファイバセンサ
６０ ロッド
Ｐ 排水ピット

Claims (4)

1. 油が光ファイバに付着したときに生ずる光漏洩量の変化に基づいて油を検知する光学式油検知器において、
   フロートと、
   該フロートに固定された前記光ファイバと、
   該光ファイバの一端に光を入射する発光素子と、
   前記光ファイバの他端から出射された光を電気信号に変換する受光素子とを備え、
   前記フロートの外周に球状曲面を設け、該球状曲面に沿って前記光ファイバを設けることを特徴とする光学式油検知器。
2. 前記発光素子と前記受光素子とが前記フロートの内部に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の光学式油検知器。
3. フロートに光ファイバよりも外方に突出する突部を設けることを特徴とする請求項１または２記載の光学式油検知器。
4. フロートは、上部に開口を備えた胴部と、該胴部の開口を防水状態に密閉する蓋体とをケーシングとして備え、さらに該フロートは、水に浮いたときに、前記蓋体と胴部との接合部よりも僅かに下方に喫水線が位置するように重量バランスが設定されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光学式油検知器。

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