JP4954849B2 - 光ファイバセンサ - Google Patents

Description

本発明は光ファイバセンサに係り、より詳しくは、光ファイバの曲げ損失等を利用し被検知物を検知する光ファイバセンサに関する。

近年、ＩＰネットワークサービスの普及により、光ファイバ網の構築が全国規模で行われている。これにともない、光ケーブル網の効率的かつ経済的な保守の重要性が増してきており、光ファイバセンサを用いた光ケーブル網の常時あるいは定期的に監視するシステムが使用されている。

この光ファイバセンサの一例として、マイクロベンディング型光ファイバセンサが挙げられる（例えば、特許文献１の第６図）。この光ファイバセンサ４０（以下、「センサＡ」と呼ぶ）は、図４に示すように、光ファイバ７０の長手方向の一方の側に応力付与部材４２が配され、他方の側に受け部材４１が配されると共に、前記応力付与部材４２の光ファイバ７０が配置された側と対向する側に膨潤部材４３が配置され、これらが筺体４５に納められたものである。応力付与部材４２の外周囲には、応力付与部材４２の動作を光ファイバ７０の長手方向と直交する方向に導くためのガイド部材４６が配置されている。筺体４５には、膨潤部材４３が配置された箇所と外部とを連通する検知孔４７が搾設されている。この光ファイバセンサにおいては、例えば水、油等の被検知物が検知孔４７から浸入すると、膨潤部材４３が被検知物と反応して膨潤することで応力付与部材４２を光ファイバ７０方向に移動する。すると、前記応力付与部材４２の山形に形成された凸部４２aが光ファイバ７０を押し上げ、ひいては、光ファイバ７０が曲げられ伝送損失が増加する。これにより、この伝送損失をＯＴＤＲにより測定することで被検知物の有無を検知できる（非特許文献１参照）。
しかしながら、前記センサＡ４０においては、膨潤部材４３が一つの塊状をなしているため、この塊状を成す膨潤部材４３の特性や体積等に律速される。ゆえに、被検知物が光ファイバセンサに浸入して膨潤部材４３が反応し、応力付与部材４２が光ファイバ７０に作用するまでに要する時間が不安定となりやすく、被検知物の検知に時間がかかる虞があった。

上記課題を解決するために、膨潤部材の構造を、互いに面で密接する形状に成型された分割片を積層し、それぞれの分割片間に導液剤を配する構造とした光ファイバセンサ（以下センサＢと呼ぶ）が開示されている（特許文献１の第１図）。この場合、被検知物が導液剤に導かれて各分割片の層間に速やかに浸透するので、各膨潤部材がすみやかに厚みを増し、被検知物の漏出を検知する即時性が向上した。

しかしながら、光ファイバセンサＢでは、光ファイバの曲げ損失最大値を制御できないため、上記光ファイバセンサを複数個用いた光ケーブル網での監視において、少なくとも1箇所で過大な光ファイバ曲げ損失が発生すると、その損失が発生した光ファイバより先に設置された光ファイバセンサでは、その光ファイバの曲げ損失を測定できなくなる虞があった。
特開平３−１９７８４４号公報 フジクラ技報 ２００１第１００号、ｐ２３

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバの曲げ損失の最大値が制御でき、かつ検出感度にも優れた光ファイバセンサを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る浸水検知センサは、光ファイバを挟むための凹部と凸部が嵌合部を成し、一面に局所的な前記凹部を備えた受け部材、前記凸部を備えた応力付与部材、前記応力付与部材の嵌合する側にあって、前記凸部を除いた部位と前記光ファイバに挟まれた部位で、前記光ファイバ長手方向前後に少なくとも2箇所配された膨潤部材、前記膨潤部材と前記光ファイバの間に配される前記膨潤部材の支持体、並びに、前記受け部材、前記応力付与部材、前記膨潤部材、及び前記支持体を全て収納する筺体、から構成される光ファイバセンサであって、前記筺体内に前記膨潤部材が反応する被検知物が浸入した際、前記応力付与部材が前記受け部材から離れる方向に、前記膨潤部材が膨張することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る光ファイバセンサは、請求項１において、前記受け部材と前記応力付与部材からなる嵌合した状態を保持するため、筺体内に前記応力付与部材を支える保持手段を、少なくとも１つ配することを特徴とする。

本発明の請求項３に係る光ファイバセンサは、請求項１において、前記筺体内に被検知物を浸入させる誘導手段を、前記膨潤部材近傍の前記筺体部に配することを特徴とする。

本発明に係る光ファイバセンサにおいて、光ファイバは、受け部材と応力付与部材によって挟まれ、初期状態で曲げ損失が発生している。被検知物が光ファイバセンサ内に浸入すると光ファイバ長手方向前後に少なくとも一つずつ配置された膨潤部材が反応して、応力付与部材が光ファイバから離れるように動き、光ファイバに印加されていた曲げ損失が解放されるように構成されている。
そのため、初期に光ファイバに印加する曲げ損失を規定することで、光ファイバの曲げ損失の最大値を制御することが可能であり、また、膨潤部材が２箇所に配置されているため、応力付与部材の両端に力を加えて移動させることができ、光ファイバの曲げ損失を安定して測定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る光ファイバセンサの一例を示す模式的な断面図である。図1（ａ）は被検知物が光ファイバセンサに浸入する前の模式図、図1（ｂ）は被検知物が光ファイバセンサに浸入後の模式図である。
図1（ａ）の光ファイバセンサは、一面１ａに局所的な凹部１ｂを備えた平板状の受け部材1と、この受け部材の凹部に嵌合する形状の凸部２ａを備えた応力付与部材２とを備えている。また、応力付与部材の凸部を除いた部位２ｂと光ファイバ７０に挟まれた部位で、光ファイバ７０の長手方向前後に少なくとも２箇所配された膨潤部材３を備え、膨潤部材３と光ファイバ７０の間には膨潤部材３の支持体４が配されている。これら、受け部材１、応力付与部材２、膨潤部材３、及び支持体４は筺体５に収納されている。光ファイバ７０は、受け部材１と応力付与部材２との嵌合部で挟まれ、応力付与部材２の山形に形成された凸部２ａにより光ファイバ７０が曲げられ、初期に曲げ損失が印加されている。

受け部材１に関しては、応力付与部材２により、受け部材１側に曲げられた光ファイバを受け止める部分なので、その材質はある程度の硬さを持ったものが好ましく、例えば、ポリカーボネイト、アクリルなどが用いられる。

応力付与部材２に関しては、光ファイバ７０を押し上げ、曲げている部分なので、光ファイバ７０自体に損失を与えず、かつ効果的に力を加えられる材質のものが好ましく、例えば、ポリカーボネイト、アクリルなどが用いられる。この応力付与部材２の、膨潤部材３及び光ファイバ７０とは接していない面２ｂの長さは、応力付与部材２が膨潤部材３により押されて移動する際、この動きを安定させるため、この面２ｂの長さを、筺体内部の面５ａと同程度よりもわずかに短くし、自由な移動度が得られる長さにすると良い。また、この凸部２ａの形に関しては、光ファイバ７０の曲げ損失に直接影響を与える部位なので、その形を山形とし、極度の損失を与えないような形とするのが良い。特に好ましいのは、この初期損失量を、光ファイバセンサ１つあたり０．５〜１ｄＢとするのが良い。この凸部２ａの形や大きさ等の形状をかえることで、光ファイバ７０の初期損失量を変えることが出来る。

支持体４に関しては、膨潤部材３と接している面４ａが、膨潤部材３の足場となり、膨潤部材３の膨張する方向を、応力付与部材２が受け部材１から離れるようにしている。また、膨潤部材３の膨張が直接光ファイバ７０に作用しないようにするため、筺体５に固定するのが良い。更には、光ファイバセンサ内で発生する曲げ損失を、凹部１ｂと凸部２ａの嵌合部以外で発生させないようにするため、支持体４の対面する受け部の平面１ｃと、支持体４の面４ｂとを平行に設置し、４ａと１ｃの距離を狭くすることで、光ファイバの余計な動きを抑え、前記嵌合部以外での光ファイバ７０の曲げ損失を抑えるようにすると良い。支持体の材料としては、例えば、応力付与部材と同一材料による一体形成又は、ＳＵＳ等の耐蝕性に優れた金属などが用いられる。

上記、受け部材２、応力付与部材３、支持体４に関しては、光ファイバセンサ自体が様々な環境に設置できるように、腐食や劣化、錆等に対し、耐性のあるものを用いることが好ましい。

この光ファイバセンサでは、水等の被検知物が筺体５内に入ると膨潤部材３に吸収され、膨潤部材３が支持体４の膨潤部材３と接している面４ｂを足場にして膨張する。この膨張によって応力付与部材２に、受け部材１から離れる方向で力が加わる。そして応力付与部材２が受け部材１から離れるように移動し、応力付与部材２と受け部材１によって挟まれて生じていた光ファイバ７０の曲げが解放される（図１ｂ）。その結果、光ファイバ７０の曲げ損失が低下することになり、この光ファイバ７０の損失低下をＯＴＤＲによって測定することで、被検知物の浸入の有無が検知できる。

本発明においては、膨潤部材３が少なくとも２箇所設置されているので、応力付与部材２の移動に対して安定した力を加えることができる。また、被検知物が偏った方向から浸入してきた場合、すみやかに被検知物の侵入した近傍の膨潤部材３が反応し、光ファイバ７０の曲げ損失の変動として現すことができる。

保持手段６に関しては、応力付与部材２を保持手段６により筺体５と接続することで、光ファイバ１を挟んだ嵌合部の構造を安定させ、初期の光ファイバ70の曲げ損失の維持を確実にしている。また、この保持手段６の強度を変えることで、膨潤部材３の膨張が一定以上の力になったとき、応力付与部材２の移動がおこるように設定の変更が可能である。このような保持手段６としては、例えば、応力付与部材２と筺体５とをつなぐラッチ６や、水溶性の接着剤などが良い。

誘導手段７に関しては、膨潤部材３近傍の筺体５に、膨潤部材３と外部とを連通する検知孔７を作成すると良い。光ファイバセンサ外部から、膨潤部材３へと積極的に被検知物が浸入するように、膨潤部材３の配する筺体５の位置に、縦長の孔を設置するのがより好ましい。

図２は、本発明に係る膨潤部材３の一例を示す断面の模式的である。この膨潤部材２０は、短冊状をなす５枚の分割片２１が、それぞれの分割片間に導液剤３２を介在させ、応力付与部材の移動方向に沿って積層されている。

この分割片２１の材料としては、被検知物を吸収して体積膨張を引き起こす膨潤材料が使用され、水や油など被検知物の種類により適宜に選択して使用される。この被検知物が水である場合には、アクリル酸・ビニルアルコール共重合体、アクリル酸重合体、アクリル酸・アクリルアミド共重合体、ポリエチレンオキサイド変性物、カルボキシセルロース・アクリル酸グラフト重合体、澱粉グラフト重合体などの吸水性高分子や、この吸水性高分子と熱可塑性樹脂や熱可塑性エストラマーとの混合物などの膨潤材料が使用される。また、被検知物が石油類などの油類である場合には、エチレンプロピレンゴム（ＥＰゴム）等のエチレン−オレフィン系化合物、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン化合物、エチレン−エチルアクリレート、エチレン−ビニルアセテートなどの化合物の膨潤材料が好適であり、前記ＥＰゴムなどでは、架橋度を調整し、カーボンブラック等を混入して、更に油類による膨張度の大きいものとすることにより、更に良好な材料とすることができる。

また、導液材２２は、水や油類などの被検知物を、分割片２１に導き、その表面に広く拡散させるためのものであって、被検知物に対して安定な材料からなる紙、布、合成樹脂フィルム、金属箔などが好適である。これらの材料のうち、紙や布などの液体を通過させる材料を導液材２２として用いる場合には、膨潤部材２０の外部にある液体が導液材２２に吸収されて拡散し、拡散された液体が導液材２２から分割片２１に吸収される。また、合成樹脂や金属箔などの液体を通過させない材料を導液材２２として用いる場合には、液体が導液材２２と分割片２１との面間に浸入して拡散され、分割片２１に吸収される。このように、分割片２１の面間に導液材２２を介在させることにより、膨潤部材２０外部の液体をそれぞれの分割片２１の層間に導いて、広い面積で分割片に吸収させることができる。また各分割片２１の両間に導液材２２を介在させたことにより、各分割片２１どうしが直接接触せず、膨張した分割片２１どうしが密着して分割片２１の両間が塞がれ、液体の吸収速度が低下することがない。

また、各分割片２１の材料を変えることで、膨潤部材２０の反応様式を調整することができる。

図３は、この光ファイバセンサによる被検知物の検知に好適な光監視システムの構成の一例を示したものである（非特許文献１）。光源からの光は、光ファイバに入射されて光ファイバに係る光線路に伝送され、後方散乱光等の戻り光は、ＯＴＤＲに戻る。この戻り光をＯＴＤＲで測定することで、光ファイバの曲げ損失を測定する。

本発明の光ファイバセンサは、流動体の検知に適しているので、クロージャやマンホール等の光ファイバセンサ設置部位３１の浸水を検知するのに好適である。

また、光ファイバセンサ設置部位３１に、複数個の光ファイバセンサを設置することで、多点同時に検出することが可能である。この場合、複数個設置した光ファイバセンサの初期損失量の合計を２ｄＢ以下とするのが好適である。従来の光ファイバセンサの場合、曲げ損失の最大値を制御することが出来なかったので、このように複数個設置した場合、あるどこか１箇所で過大な曲げ損失が発生すると、その場所以降に設置した光ファイバセンサからの戻り光が阻害され、多点同時観測に支障が出る虞があった。しかしながら、本発明の光ファイバセンサは、被検知物の浸入により、光ファイバの曲げ損失が減少するように変化するので、従来のように損失が過大となるような場合においても、戻り光が阻害されず、多点同時観測が可能となる。

本発明の光ファイバセンサの一例を示す断面図の模式図である。 本発明における光ファイバセンサ膨潤部材の一例を示す断面図の模式図である。 本発明の光ファイバセンサに好適な光監視システムの一例を示す概略図である。 従来の光ファイバセンサＢを示す断面図の模式図である。 従来の光ファイバセンサＡを示す断面図の模式図である。

符号の説明

１ 受け部材、１ａ 受け部材の一面、１ｂ 凹部、１ｃ 受け部材の光ファイバと接する面、２ 応力付与部材、２ａ 凸部、２ｂ 応力付与部材の光ファイバと接する面と反対側の面、３ 膨潤部材、４ 支持体、４ａ 支持体の、光ファイバと接する面、４ｂ 支持体の、膨潤部材と接する面、５ 筺体、６ 保持手段、７ 誘導手段、１０ 光ファイバセンサ、２０ 膨潤部材、２１ 分割片、２２ 導液材、３０ 光監視システム概略図、３１ 光ファイバセンサ設置部位、４０ 光ファイバセンサＡ、４１ 受け部材、４２ 応力付与部材、４２ａ 凸部、４３ 膨潤部材、４５ 筺体、４６ ガイド部材、４７ 検知孔、５０ 光ファイバセンサＢ、５１ 受け部材、５２ 応力付与部材、５３ 膨潤部材、５５ 筺体、５６ ガイド部材、５７ 検知孔、５８ 分割片、５９ 誘導材、 ７０ 光ファイバ。

Claims (3)

1. 光ファイバを挟むための凹部と凸部が嵌合部を成し、一面に局所的な前記凹部を備えた受け部材、前記凸部を備えた応力付与部材、前記応力付与部材の嵌合する側にあって、前記凸部を除いた部位と前記光ファイバに挟まれた部位で、前記光ファイバ長手方向前後に少なくとも２箇所配された膨潤部材、前記膨潤部材と前記光ファイバの間に配される前記膨潤部材の支持体、並びに、前記受け部材、前記応力付与部材、前記膨潤部材、及び前記支持体を全て収納する筺体、から構成される光ファイバセンサであって、
   前記筺体内に前記膨潤部材が反応する被検知物が浸入した際、前記応力付与部材が前記受け部材から離れる方向に、前記膨潤部材が膨張することを特徴とする光ファイバセンサ。
2. 前記筺体内に前記応力付与部材を支える保持手段を、少なくとも1つ配することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサ。
3. 前記筺体の前記膨潤部材近傍に、前記筺体内に被検知物を浸入させる誘導手段を配することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサ。

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