JP5009144B2

JP5009144B2 - 浸水検知モジュールとその浸水検知方法

Info

Publication number: JP5009144B2
Application number: JP2007326428A
Authority: JP
Inventors: 奈月本田; 裕司東
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: JP2009150660A

Description

本発明は、光ファイバからなる光線路網に設置し、光線路網設備に水が浸水したことを検知することのできる浸水検知モジュール及び浸水検知方法に関する。

光ファイバを用いた光線路網にあっては、光ファイバケーブルが海底や地下に敷設されている。この光ファイバケーブルの敷設箇所に水が侵入すると、光ファイバ表面における欠陥成長を進めて光ファイバ寿命を縮めたり、設備を腐食させたりする等、種々の弊害がある。そのため、光線路網設備にはできる限り水が侵入しないようにしているが、万が一水が侵入した場合には、その発生を検出して早期に補修する必要がある。このため、光線路網内には、水の侵入を検知する浸水検知モジュールが設けられている。

従来から用いられている浸水検知モジュールとして、吸水性高分子の膨張を利用したものがある。図８はその一例を示すものである。この浸水検知モジュール２３は、標準シングルモードファイバ２１と、このファイバ２１を凹凸形状部２３で挟む可動曲げ部２４と、凹または凸部を可動せしめる吸水性膨潤材料２２とで構成されている。ケーブルへの浸水が発生した場合には、吸水性膨潤材料２２により可動曲げ部２４がファイバ２１を挟み、曲げ損失を発生させ、この損失を光線路の片端からＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectmetor）等で検知することで、浸水有無やその位置を検出することができる。

しかしながら、上記吸水性高分子の膨潤を利用した従来の浸水検知モジュールでは、光ファイバの製造工程並びに吸水性高分子材料と組み合わせる工程など、２以上の製造工程が関わってくるので、製造が困難になり、製造コストが高くなるという問題を生じている。

特開昭６２−０５２４３３号公報

以上述べたように、従来の浸水検知モジュールでは、吸水性高分子の膨潤を利用するため、光ファイバの製造工程並びに吸水性高分子材料と組み合わせる工程など、２以上の製造工程が関わってくるので、製造が困難になり、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、製造が容易で、かつメカニカル駆動部を持つことなく浸水を検知することのできる浸水検知モジュールとその浸水検知方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る浸水検知モジュールは、以下のように構成される。
（１）クラッド部に空孔を有した光ファイバを備え、前記光ファイバの設置を行う際に加えられる曲げ部分またはその近傍に、前記クラッド部の空孔につながる間隙を有し、浸水時に前記曲げ部分から伝送光が漏れるようにしたことを特徴とする。

（２）（１）において、さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生を検出する光検出器を備えることを特徴とする。
（３）（１）において、さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生による透過損失を検出する損失検出器を備えることを特徴とする。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、浸水時に前記空孔に、水よりも高い屈折率でかつ、水と同程度の粘度を持つ液体が充填されるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係る浸水検知方法は、以下のように構成される。
（５）クラッド部に空孔を有した光ファイバに対して、当該光ファイバの設置を行う際に加えられる曲げ部分またはその近傍に、前記クラッド部の空孔につながる間隙を形成して、浸水時に前記曲げ部分から光が漏れるようにしたことを特徴とする。

（６）（５）において、さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生を検出することを特徴とする。
（７）（５）において、さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生による透過損失を検出することを特徴とする。
（８）（５）ないし（７）のいずれかにおいて、浸水時に前記空孔に、水よりも高い屈折率でかつ、水と同程度の粘度を持つ液体が充填されるようにしたことを特徴とする。

要するに本発明の構成によれば、クラッド部に空孔を有した光ファイバに対して、当該光ファイバの設置を行う際に加えられる曲げ部分またはその近傍に、クラッド部の空孔につながる間隙を形成して、浸水時に曲げ部分から光が漏れるようにしたことから、光ファイバに間隙と曲げを加えるだけで容易に構成することが可能であり、通常ファイバを用いた従来の浸水検知モジュールに比べて、曲げなどの損失と混在せず浸水のみを正確に検出することが可能である。したがって、本発明によれば、製造が容易で、かつメカニカル駆動部を持つことなく浸水を検知することのできる浸水検知モジュールとその浸水検知方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る浸水検知モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。図１において、浸水検知モジュール８はクラッド部５に空孔４を有した光ファイバ１を、直径Ｄ以下となるように曲げまたは巻きを生じさせ、光ファイバケーブルの接続点等に僅かな間隙２をもって設置される。

上記光ファイバ１は、図２に示すような断面構造を有する。この光ファイバ１は、コア部３の周囲に屈折率が僅かに低いクラッド部５を持ち、さらにコア部３の周囲のクラッド部５内に空孔４を持つ。この構造による光ファイバ１では、例えばそのパラメータとして、コア部３とクラッド部５との比屈折率差Δ＝０．３６％、コア部３の半径＝４．５μｍ、クラッド部５に形成された空孔４の半径＝１３．５μｍ、空孔４とファイバ中心の距離＝９μｍとすると、コア３の周囲に配置された低い屈折率（空気の屈折率＝１）の空孔４により、強い光閉じ込め効果が得られる。そのため、例えば光ファイバ１を曲げ半径５ｍｍのロッドに１０回巻き付けた場合でも、１５５０ｎｍ光の透過損失増加は０．００１ｄＢ程度である。

このように曲げを生じさせた光ファイバ１を光線路に間隙２を有して設置したとき、図１に示した浸水検知モジュール８の周囲で浸水が発生すると、浸水検知モジュール８の間隙２から水が侵入し、毛細管現象により光ファイバ１の空孔４が水で充填される。ここで、光ファイバ１において、浸水前の等価屈折率Ａと浸水発生後の等価屈折率Ｂはそれぞれ図３に示すようになる。空気の屈折率１に対して水の屈折率は１．３３と大きいため、浸水時には空孔４を持つクラッド部５の等価屈折率が増加し、光の閉じ込め効果が弱くなる。一方、浸水検知モジュール８の浸水前の透過損失Ｃと浸水後の透過損失Ｄは図４に示すようになり、前述した光ファイバ１のクラッド透過屈折率の増加により、曲げ損失は０．００１ｄＢから１０ｄＢに変化する。

上記構成による浸水検知モジュール８を、図５（ａ）に示すように全長５ｋｍの光線路１１の内の２．５ｋｍ地点に設置し、ＯＴＤＲを光線路１１の片端に接続して、浸水検知モジュール８の浸水前後でＯＴＤＲ波形を測定したところ、図５（ｂ）のように波形が２．５ｋｍ地点を境に変化した。このことからも明らかなように、上記構成による浸水検知モジュール８では、クラッド部５に空孔４を有した光ファイバ１に対して、当該光ファイバ１の設置を行う際に加えられる曲げ部分またはその近傍に、クラッド部５の空孔につながる間隙２を持っているので、浸水時に曲げ部分から光が漏れる。そこで、浸水時には、曲げ部分から光が漏れることによって伝送光に損失が生じる点に着目し、この損失の発生を観測することで、浸水の発生を容易に検知することができる。

上記構造による光ファイバ１は、間隙と曲げを加えるだけで容易に製造することが可能であり、通常ファイバを用いた従来の浸水検知モジュールに比べて、曲げなどの損失と混在せず、浸水のみを正確に検出することが可能である。したがって、製造が容易で、かつメカニカル駆動部を持つことなく浸水を検知することのできる浸水検知モジュールを実現することができる。

尚、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、光ファイバ１のパラメータとして、空孔４の径を大きくしたり、光ファイバ１の中心と空孔４との距離を近くしたりすることで、損失の変化が大きく発生するように調整することが可能である。また、例えば、光ファイバ１は図６に示すようなホーリーファイバでもよいし、これらに類似したクラッドに空孔を持ち、光の閉じこめ効果を高くしたファイバでもよい。また、浸水検知モジュール８の間隙２は、クラッド部５の空孔４部分の接続点において、水分子よりも十分大きい数十ｎｍ以上を有していれば、図７（ａ）に示すような光ファイバ１を鏡面カットした突き合わせ構造の他に、図７（ｂ），（ｃ）に示すコネクタ構造でも空孔部４に前述の間隙を持つフィジカルコンタクト球面形状でもよい。さらに、図７（ｄ）に示すように、光ファイバ１の端面間を融着し、光ファイバ１の表面からクラッド部５の空孔４へ繋がる空孔１２を持つ形状としてもよい。

また、上記実施形態では、光線路１１にＯＴＤＲを接続して、光ファイバ１の曲げ部分からの漏れ光による透過損失の変化を検出することで、浸水を検知するようにしたが、間隙２の近傍に光検出器を配置して、曲げ部分からの漏れ光を直接検知する方法でも同様に実施可能である。

また、光ファイバ１の片端から可視光を入射させ、間隙２から空孔４部に水が浸水し、ファイバの光の閉じ込め効果が低下したことによる曲げ部分からの漏れ光を黙視で確認する方法でも同様に実施可能である。
また、浸水をより高感度に検知するために、水よりも高い屈折率でかつ、水と同じ程度の粘度を持つ液体、例えば間隙２の近傍に水溶液の屈折率を上昇させる溶質を備えるか、または、水より屈折率の高い水溶液を流出する等により、光ファイバ１の空孔４に充填するようにしてもよい。

その他、本発明は上記実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種種の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせるようにしてもよい。

本発明に係る浸水検知モジュールの一実施形態を示す構成図。図１に示すモジュールに使用される光ファイバの構造を示す断面図。図２に示す光ファイバの浸水前後の透過屈折率分布を示す図。図１に示す浸水検知モジュールの浸水前後の透過損失変化を示す図。図１に示す浸水検知モジュールを光線路に実装した場合の概略構成と浸水位置の検出方法を説明するための概念図。図１に示す光ファイバのクラッド部に空孔部を有する他の構造を示す断面図。図１に示す光ファイバに形成する間隙の構造例を示す側断面図。従来の浸水検知モジュールの構成例を示す概念図。

符号の説明

８…浸水検知モジュール、５…クラッド部、４…空孔、１…光ファイバ、２…間隙、３…コア部、１１…光線路、１２…空孔、２１…標準シングルモードファイバ、２２…吸水性膨潤材料、２３…凹凸形状部、２４…可動曲げ部。

Claims

クラッド部に空孔を有した光ファイバを備え、前記光ファイバの設置を行う際に加えられる曲げ部分またはその近傍に、前記クラッド部の空孔につながる間隙を有し、浸水時に前記曲げ部分から伝送光が漏れるようにしたことを特徴とする浸水検知モジュール。
さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生を検出する光検出器を備えることを特徴とする請求項１記載の浸水検知モジュール。
さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生による透過損失を検出する損失検出器を備えることを特徴とする請求項１記載の浸水検知モジュール。
浸水時に前記空孔に、水よりも高い屈折率でかつ、水と同程度の粘度を持つ液体が充填されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の浸水検知モジュール。
クラッド部に空孔を有した光ファイバに対して、当該光ファイバの設置を行う際に加えられる曲げ部分またはその近傍に、前記クラッド部の空孔につながる間隙を形成して、浸水時に前記曲げ部分から光が漏れるようにしたことを特徴とする浸水検知方法。
さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生を検出することを特徴とする請求項５記載の浸水検知方法。
さらに、前記曲げ部分からの漏れ光の発生による透過損失を検出することを特徴とする請求項５記載の浸水検知方法。
浸水時に前記空孔に、水よりも高い屈折率でかつ、水と同程度の粘度を持つ液体が充填されるようにしたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の浸水検知方法。