JP5075755B2

JP5075755B2 - 分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブル

Info

Publication number: JP5075755B2
Application number: JP2008194717A
Authority: JP
Inventors: 忠嘉佐山; 和永小林
Original assignee: Fujikura Ltd; Neubrex Co Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd; Neubrex Co Ltd
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP2010032358A

Description

本発明は、光ファイバを用いてその長手方向に沿って連続的に水圧や油圧等の圧力の分布を検知する分布型光ファイバ圧力センサに用いられる分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルに関する。

センサ部に光ファイバを用いて連続的に水圧や油圧等の圧力の分布を検知する分布型光ファイバ圧力センサの提案がなされている。
分布型光ファイバ圧力センサは、センサ部として光ファイバセンサケーブルを備え、光ファイバセンサケーブルの全体が水圧計として機能するものである。このようなセンサ部の一例として、図１０に示すように圧力検出用光ファイバ５１がケーブル長の円筒状の支持体５２の外周面上にらせん巻きされ、外被５３で被覆された構造の光ファイバセンサケーブル５０が知られている。圧力の検知には、光ファイバに生じた歪を光ファイバの長手方向に沿って連続的に測定するため、ＢＯＴＤＲ（ＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）やＢＯＴＤＡ（ＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＡｎａｌｙｓｉｓ）などが利用される。
例えば特許文献１には、中空パイプ肉厚内部の内層に２本のファイバを螺旋巻きして固定し、さらに外層に別の２本の光ファイバを螺旋巻きして固定した構成の光ファイバセンサが開示されている。
米国特許出願公開第２００６／００７１１５８号明細書

ＢＯＴＤＡ等によって圧力を計測する場合、光ファイバに生じた散乱光の変化が圧縮歪によるものとは限らず、温度や引張力等によっても変化する。このため、温度や引張力の影響を除去しなければ、正確な圧力値を検出することができない。
圧力の影響を受けないように、ケーブルの内部に中空部を設けたり、その中空部に抗張力繊維やジェリー等の流動性のある物質を充填する方法が考えられる。しかしながら、ケーブルの内部に空隙があると、ケーブルの外被等が破損したときに、圧力計測対象の雰囲気に存在する水などの液体や気体がケーブル内に圧入され、測定器等の設備を損傷するおそれがある。
また、中空部をジェリーで充填した場合は、ケーブルに強い引張力が印加されると、ケーブルの内部に歪が残留し、引張力から解放された後も歪が初期値に戻らず、その後の計測値が不正確になることがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、温度および引張力の変化を補償して、より正確な圧力値を検出することが可能な分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、引張力補償用光ファイバを有する引張力補償用ユニットと、前記引張力補償用ユニットの外側にらせん巻きされた温度補償用光ファイバと、前記引張力補償用ユニットの外周面および前記温度補償用光ファイバの上を被覆する中間層と、前記中間層の外周面の全周を被覆する発泡層と、前記発泡層の外周面の全周を被覆するスキン層と、前記スキン層の外側にらせん巻きされた圧力検出用光ファイバと、前記スキン層の外周面および前記圧力検出用光ファイバの上を被覆する外被とを有し、前記引張力補償用ユニットは、引張力補償用光ファイバおよび抗張力体を内部に含み、前記引張力補償用光ファイバが前記抗張力体に縦添えされ、ユニット被覆材内に中実に一体化されているものであることを特徴とする分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルを提供する。

本発明の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルでは、前記引張力補償用ユニットの中心から前記引張力補償用光ファイバの中心までの距離が１．０ｍｍ以下であり、前記引張力補償用ユニットの中心から前記温度補償用光ファイバの中心までの距離が１．５ｍｍ以上であることが好ましい。
また、前記引張力補償用ユニットの中心から前記引張力補償用光ファイバの中心までの距離が、前記引張力補償用ユニットの中心から前記温度補償用光ファイバの中心までの距離の０．６倍以下であることが好ましい。

本発明によれば、分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルにおいて、圧力、温度および引張力の影響を受ける度合いが異なる３種類の光ファイバを利用することで、温度および引張力の変化を補償して、より正確な圧力値を計測することが可能になる。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本形態例の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブル（以下、単に光ファイバセンサケーブルという場合がある。）の一例を示す断面図である。図２は、図１に示す光ファイバセンサケーブルにおける光ファイバの配置を模式的に示す斜視図である。

図１に示す光ファイバセンサケーブル１は、引張力補償用光ファイバ３を有する引張力補償用ユニット２と、引張力補償用ユニット２の外側にらせん巻きされた温度補償用光ファイバ７と、引張力補償用ユニット２の外周面および温度補償用光ファイバ７の上を被覆する中間層８と、中間層８の外周面の全周を被覆する発泡層９と、発泡層９の外周面の全周を被覆するスキン層１０と、スキン層１０の外側にらせん巻きされた圧力検出用光ファイバ１１と、スキン層１０の外周面および圧力検出用光ファイバ１１の上を被覆する外被１２とを備えている。

引張力補償用ユニット２は、引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４をユニット被覆材５，６の内部に含むユニットである。このユニットにおいて、引張力補償用光ファイバ３は、抗張力体４に縦添えされて一体化されている。すなわち、抗張力体４は光ファイバセンサケーブル１の長手方向に配置されるものであり、引張力補償用光ファイバ３も、光ファイバセンサケーブル１の長手方向に沿って配置されている。らせん巻きされた光ファイバでは、らせんが余長を与えるため、らせんが引張力で伸縮することにより、引張力の影響を受けにくい。これに対して、縦添えされた光ファイバでは、該光ファイバの長手方向が、引張力の方向（すなわち光ファイバセンサケーブル１の長手方向）にほぼ一致している。このため、引張力に対して、引張力補償用光ファイバ３には、他の光ファイバよりも大きな歪量が付与される。

引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４を中実に一体化するためのユニット被覆材５，６の材料としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等のプラスチック樹脂やゴム等が挙げられる。
抗張力体４は、鋼線、ステンレス線などの金属線や、アラミド繊維（芳香族ポリアミド繊維）等の高強度繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などを用いることができる。

本形態例では、１本の抗張力体４が引張力補償用ユニット２の断面略中心に配置され、一対の引張力補償用光ファイバ３が抗張力体４を中心にして対称に配置されている。引張力補償用ユニット２における引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４の断面配置は特にこの例に限定されない。他の例としては、１本の引張力補償用光ファイバ３が引張力補償用ユニット２の断面略中心に配置され、一対の抗張力体４が引張力補償用光ファイバ３を間にして対称に配置される形態、引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４が１本ずつ配置される形態、引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４がそれぞれ複数本配置される形態などが挙げられる。

温度補償用光ファイバ７は、引張力補償用ユニット２の外側にらせん巻きに配置されている。温度補償用光ファイバ７のらせんピッチＰ_１は、例えば１００〜２００ｍｍとすることができる。また、温度補償用光ファイバ７のらせんの径は、引張力補償用ユニット２の径によって確保されるため、引張力補償用ユニット２の断面形状は、円形や略円形が好ましい。図１の例では、複数本の温度補償用光ファイバ７が近接して並べられ、それらが同一のらせんピッチでらせん巻きされている。

引張力補償用ユニット２の外周面および温度補償用光ファイバ７の上は、中間層８で被覆されている。温度補償用光ファイバ７は、中間層８で被覆されることによって、内側の引張力補償用ユニット２に対して固定され、外側の発泡層９との接触が防止される。中間層８は、引張力補償用ユニット２のユニット被覆材６に融着されている。
中間層８を構成する材料としては、ポリスチレン、ポリスチレンエラストマー、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー、ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ゴム系樹脂、オレフィン系樹脂などが挙げられる。

中間層８の外周面は、全周が発泡層９で被覆されている。発泡層９は、中間層８に融着されている。発泡層９は、内部に気泡を有し、圧力の増加または減少に応じて体積が収縮または膨張するため、その内側に配置された引張力補償用ユニット２および温度補償用光ファイバ７に対して、外部の圧力の影響を低減することができる。
発泡層９は、ベースとなる樹脂に気泡となるガスを含ませた発泡樹脂で構成することが好ましい。発泡樹脂のベースとなる樹脂の具体例としては、ポリスチレン、ポリスチレンエラストマー、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー、ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマー、ポリエステルエラストマー、ゴム系樹脂、オレフィン系樹脂などが挙げられる。発泡層９のベースとなる樹脂が中間層８を構成する樹脂と同種のものであると、中間層８と発泡層９との密着性に優れるので好ましい。

発泡層９の発泡倍率（発泡前の材料の密度を発泡後の材料の密度で除した比）は、適宜選択することが好ましい。例えば１．１〜２．０倍の発泡倍率が挙げられる。
ケーブル内に水漏れや液漏れが生じたときに、気泡が水や液の流路とならないよう、発泡層９は気泡が独立気泡である発泡体からなるものが好ましい。

発泡層９の外周面は、全周がスキン層１０で被覆されている。スキン層１０は、発泡層９に融着されている。スキン層１０の外側には圧力検出用光ファイバ１１がらせん巻きされている。発泡層９と圧力検出用光ファイバ１１との間にスキン層１０が介在することで、発泡層９が収縮または膨張しても、スキン層１０は変形しにくく、圧力検出用光ファイバ１１の座屈を抑制することができる。また、径方向の圧力が圧力検出用光ファイバ１１に加わりやすくなる。このため、スキン層１０は、ショア硬度Ｄ５０〜６０程度の硬度を持つプラスチック樹脂からなり、適宜の厚さを有することが好ましい。スキン層１０を構成する樹脂としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等のプラスチック樹脂が挙げられる。

圧力検出用光ファイバ１１は、スキン層１０の外側にらせん巻きに配置されている。圧力検出用光ファイバ１１のらせんピッチＰ_２は、例えば４０〜６０ｍｍとすることができる。また、圧力検出用光ファイバ１１のらせんの径は、スキン層１０の径によって確保されるため、スキン層１０の断面における外周の形状は、円形や略円形が好ましい。
図１の例では、２本の圧力検出用光ファイバ１１がケーブル径方向にほぼ対向して配置され、同一のらせんピッチでらせん巻きされている。

スキン層１０の外周面および圧力検出用光ファイバ１１の上は、外被１２で被覆されている。外被１２を構成する材料としては、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの樹脂やエラストマーなどが挙げられる。

本形態例の光ファイバセンサケーブルによれば、発泡層９の外側に配置された圧力検出用光ファイバ１１に対しては、外部から径方向に印加される圧力の影響が大きい。そして、発泡層９の内側に配置された引張力補償用光ファイバ３および温度補償用光ファイバ７に対しては、外部から径方向に印加される圧力の影響が小さい。
また、引張力補償用ユニット２の内部に縦添えに配置された引張力補償用光ファイバ３に対しては、長手方向に印加される引張力の影響が大きい。そして、引張力補償用ユニット２の外側にらせん巻きされた温度補償用光ファイバ７に対しては、長手方向に印加される引張力の影響が、引張力補償用光ファイバ３に対してよりも小さくなる。

それぞれの光ファイバ３，７，１１は光ファイバセンサケーブル１内で樹脂により固定されている。このため、振動や自重などによって光ファイバが移動しない構造になっている。それぞれの光ファイバ３，７，１１は、ケーブルの外部から圧力、温度、および引張力の影響を受けるが、その影響により光ファイバ３，７，１１に生じる歪量の程度が表１に示すように異なる。このため、圧力、温度、および引張力という３つの因子の歪変化量への影響を分離することが可能になる。

引張力補償用光ファイバ３に生じる歪をε_Ｆ、温度補償用光ファイバ７に生じる歪をε_Ｔ、圧力検出用光ファイバ１１に生じる歪をε_Ｐ、ケーブル周囲の圧力の変化をΔＰ、ケーブル周囲の温度の変化をΔＴ、ケーブルに対する引張力の変化をΔＦとおくとき、それぞれの歪の変化量Δε_Ｆ、Δε_Ｔ、Δε_Ｐは、下記の偏微分式で表される。

ここで、歪量を各因子で偏微分した偏導関数は、例えば∂ε_Ｐ／∂Ｐは圧力検出用光ファイバ１１に生じる歪ε_Ｐに対する圧力Ｐの影響の程度（変化率）を示す。これらの偏導関数の値は、表１に示すように互いに程度が異なる。また、ＢＯＴＤＡ等による光計測を用いれば、Δε_Ｆは引張力補償用光ファイバ３に生じる歪量に基づき、Δε_Ｔは温度補償用光ファイバ７に生じる歪量に基づき、Δε_Ｐは圧力検出用光ファイバ１１に生じる歪量に基づき、それぞれ計測が可能である。したがって、上記偏微分式を解くことでΔＰ、ΔＴ、ΔＦを求めることができる。また、キャリブレーションデータと比較することで、圧力Ｐ、温度Ｔ、引張力Ｆを求めることができる。

引張力補償用光ファイバ３および温度補償用光ファイバ７を用いて、温度Ｔの因子と引張力Ｆの因子を分離するには、温度補償用光ファイバ７に対する引張力の影響を低減するためにらせん巻きの径を確保するとともに、ケーブルの長手方向に沿って縦添えした引張力補償用光ファイバ３は、ケーブルの径方向中心近くに配置することが好ましい。

ケーブルの径方向の中心位置を、断面における引張力補償用ユニット２の中心位置で代表させるとき、引張力補償用ユニット２の中心から引張力補償用光ファイバ３の中心までの距離が１．０ｍｍ以下であり、引張力補償用ユニット２の中心から温度補償用光ファイバ７の中心までの距離が１．５ｍｍ以上であることが好ましい。
また、引張力補償用ユニット２の中心から引張力補償用光ファイバ３の中心までの距離が、引張力補償用ユニット２の中心から温度補償用光ファイバ７の中心までの距離の０．６倍以下であることが好ましい。

本形態例においては、引張力補償用ユニット２は、引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４を内部に含む第１樹脂層５と、第１樹脂層５の外周面の全周を被覆する第２樹脂層６とを備えている。また、温度補償用光ファイバ７は、第２樹脂層６の外側にらせん巻きされている。
ケーブルの断面形状が偏心の無い同心円状と仮定すると、引張力補償用ユニット２内における引張力補償用光ファイバ３の位置に関わらず、引張力補償用ユニット２の中心から引張力補償用光ファイバ３の中心までの距離は、第１樹脂層５の半径から引張力補償用光ファイバ３の半径を減じた差が最大値となる。また、中間層８内での温度補償用光ファイバ７の位置に関わらず、引張力補償用ユニット２の中心から温度補償用光ファイバ７の中心までの距離は、引張力補償用ユニット２の半径に温度補償用光ファイバ７の半径を加えた和が最小値となる。
このような構成によれば、引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４の位置を第１樹脂層５の外径の範囲内に収容し、かつ、第２樹脂層６の外径で温度補償用光ファイバ７のらせん径を調整することが容易になる。第１樹脂層５を構成する材料および第２樹脂層６を構成する材料は、同一でも異なっても構わない。

ケーブルの各層の製造には、例えば樹脂の押出法を利用することができる。他の手法としては、樹脂を塗布する方法や樹脂チューブを融着する方法などが挙げられる。
次に手順の一例を示すが、本発明は特にこの手順に限定されるものではない。
まず、引張力補償用光ファイバ３を抗張力体４に縦添えして、樹脂の一括押出により形成したユニット被覆材５，６によって被覆し、引張力補償用ユニット２を形成する。引張力補償用光ファイバ３を抗張力体４に縦添えすることにより、引張力補償用光ファイバ３および抗張力体４を引張力補償用ユニット２の中心付近に配置することができる。

また、引張力補償用ユニット２の外径が大きい場合などには、ユニット被覆材を複数層の樹脂層で構成することができる。例えば、図１に示す例のように、第１樹脂層５を成形した後で、その外側に引張力補償用ユニット２の外径に必要な厚さの第２樹脂層６を被覆するようにしても良い。また、引張力補償用ユニット２が３層以上の樹脂層を備えた構成とすることもできる。

引張力補償用ユニット２の外周面に温度補償用光ファイバ７をらせん巻きしながら、中間層８を形成して温度補償用光ファイバ７を被覆する。さらに、中間層８の外側に発泡層９を形成し、発泡層９の外側にスキン層１０を形成する。そして、引張力補償用ユニット２の外周面に圧力検出用光ファイバ１１をらせん巻きしながら、外被１２を形成する。

ケーブル外径を１３ｍｍ以内としたときの各部寸法の設計例を示す。なお、この設計例は一例である。ケーブル外径や材料等の選択や変更により、他の設計寸法を採用しても構わない。

・引張力補償用ユニット２の外径（Ｄ２）は３．４〜３．６ｍｍ、半径は１．７〜１．８ｍｍ。
・第１樹脂層５の外径（Ｄ１）は１．５〜１．７ｍｍ、半径は０．７５〜０．８５ｍｍ。
・第２樹脂層６の外径（Ｄ２）は３．４〜３．６ｍｍ、肉厚は０．８５〜１．０５ｍｍ。
・中間層８の外径（Ｄ３）は４．４〜４．６ｍｍ、肉厚は０．４〜０．６ｍｍ。
・発泡層９の外径（Ｄ４）は７．８〜８．２ｍｍ、肉厚は１．６〜１．９ｍｍ。
・スキン層１０の外径（Ｄ５）は１０．３〜１０．７ｍｍ、肉厚は１．０５〜１．４５ｍｍ。
・外被１２の外径（Ｄ６）は１１．７〜１２．１ｍｍ、肉厚は０．５〜０．９ｍｍ。
・各光ファイバ３，７，１１の外径は０．２４〜０．２６ｍｍ、半径は０．１２〜０．１３ｍｍ。

本形態例の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルは、液体や気体における圧力分布の測定に利用することができる。例えば、水中、油井、ガス中、メタンハイドレートの採取現場などに適用が可能である。
図３に、分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルを用いた圧力分布の測定方法の一例を示す。圧力センサ用光ファイバセンサケーブル２０は、内部に４本の光ファイバ２１，２２，２３，２４を備えている。これらの光ファイバは、引張力補償用光ファイバ、温度補償用光ファイバおよび圧力検出用光ファイバを、少なくとも１本含む。

ケーブル両端２５，２６では、外被等の除去により、各光ファイバ２１，２２，２３，２４が露出されている。ケーブルの一端２５側では、第１の光ファイバ２１および第４の光ファイバ２４がＢＯＴＤＡ測定器２７に接続され、第２の光ファイバ２２と第３の光ファイバ２３とがループ接続部２８で光接続されている。また、ケーブルの他端２６側では、ループ接続部２９で、第１の光ファイバ２１と第２の光ファイバ２２が光接続され、第３の光ファイバ２３と第４の光ファイバ２４とが光接続されている。このように各光ファイバ２１，２２，２３，２４がループとなるように直列に接続することで、測定器２７から出射した試験光を順次各光ファイバ２１，２２，２３，２４内に伝搬させることができ、１つのループのみで、引張力補償用光ファイバ、温度補償用光ファイバおよび圧力検出用光ファイバの歪量を計測することができる。

本形態例の光ファイバセンサケーブルは、各樹脂層５，６，８，９，１０，１２がポリエチレンやポリスチレン等の炭化水素系の樹脂を主体として構成することで、平均の比重を例えば０．８４程度と、水より低比重にすることができる。この場合、水中に布設してもケーブル自身の浮力により、張力が掛からない。ケーブルの先端や固定箇所等は、例えば図４に示すように金属製の半割り管などの管体３３内に光ファイバセンサケーブル３１を挿通し、管体３３内および端部をエポキシ樹脂等の封止材３２で封止することで、ケーブル３１を管体３３の外側からクランプしてもケーブル３１に歪がかからない保護構造３０とすることができる。管体３３内のケーブル３１は、外被除去等の加工は不要である。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
（実施例）
実施例の光ファイバセンサケーブルとして、図１の断面構造を備える光ファイバセンサケーブル１を次のように製造した。
引張力補償用ユニット２は、引張力補償用光ファイバ３（外径０．２５ｍｍのシングルモード（ＳＭ）光ファイバ２本）を抗張力体４（外径０．７ｍｍの接着剤付き鋼線１本）に縦添えし、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を主体とする樹脂を２層押出して形成した。第１樹脂層５の外径は１．６ｍｍ、第２樹脂層６の外径は３．５ｍｍであった。
引張力補償用ユニット２の周囲に、温度補償用光ファイバ７（外径０．２５ｍｍのシングルモード（ＳＭ）光ファイバ４本）をピッチ１８０ｍｍでらせん巻きしながらスチレン系エラストマーを主体とする樹脂を被覆し、中間層８を形成した。中間層８の外径は４．５ｍｍであった。
中間層８の外側に、発泡剤を含有させたスチレン系エラストマーを主体とする樹脂（発泡倍率１．５倍）を被覆し、発泡層９を形成した。発泡層９の外径は８．０ｍｍであった。

発泡層９の外側に、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を主体とする樹脂を被覆し、スキン層１０を形成した。スキン層１０の外径は１０．５ｍｍであった。
スキン層１０の周囲に、圧力検出用光ファイバ１１（外径０．２５ｍｍのシングルモード（ＳＭ）光ファイバ２本）をピッチ４５ｍｍでらせん巻きしながら低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を主体とする樹脂を被覆し、外被１２を形成した。外被１２の外径は１２．０ｍｍであった。

このようにして製造した本実施例の光ファイバセンサケーブル（長さＬは約４ｍ）の各光ファイバを図３に示すようにループ接続し、さらにＢＯＴＤＡ測定器に接続した。光ファイバセンサケーブルが無張力の状態を初期値（長手方向の全長にわたり歪が０）とし、張力を３ｋｇｆずつ、１５ｋｇｆまで順次増加させた。そのときの歪変化量を図８のグラフに示す。
また、張力を１５ｋｇｆまで増加させた後、張力を解放して張力０ｋｇｆの状態に戻した。張力を解放した直後、解放後１時間、および解放後６時間における歪変化量を図９のグラフに示す。

図８および図９では、横軸に示す距離が約３２〜３６ｍである範囲が第１の圧力検出用光ファイバ１１に対応し、距離が約３８〜４２ｍである範囲が第２の圧力検出用光ファイバ１１に対応し、距離が約４４〜４７ｍである範囲が温度補償用光ファイバ７に対応し、距離が約４９〜５２ｍである範囲が引張力補償用光ファイバ３に対応している。
本実施例によれば、１５ｋｇｆの張力が印加された場合でも、張力の解放後に歪変化量が初期値近く（繰り返し誤差±５０με）まで戻り、その後の計測においても再現性が優れる。

（比較例１）
比較例１として、図５に示すように、チューブ４６内に４本の光ファイバ４１，４２，４３，４４を収容して中空部４５にジェリー（ＯＰ３０８（ＢＰケミカル））を充填し、チューブ４６の外側に抗張力体４８として直径０．４ｍｍの鋼線２本を縦添えしてポリエチレン（ＰＥ）で被覆して外被４７とした光ファイバセンサケーブル４０を製造した。

このようにして製造した比較例の光ファイバセンサケーブル（長さＬは約１０ｍ）の各光ファイバを図３に示すようにループ接続し、さらに測定器に接続した。光ファイバセンサケーブルが無張力の状態を初期値（長手方向の全長にわたり歪が０）とし、張力を０．５ｋｇｆずつ、１．５ｋｇｆまで順次増加させた。そのときの歪変化量を図６のグラフに示す。
また、張力を１．５ｋｇｆまで増加させた後、張力を解放して張力０ｋｇｆの状態に戻した。張力を解放した後１時間における歪変化量を図７のグラフに示す。

図６および図７では、横軸に示す距離が約１４〜２４ｍである範囲が第１の光ファイバ４１に対応し、距離が約３５〜４５ｍである範囲が第２の光ファイバ４２に対応し、距離が約５７〜６７ｍである範囲が第３の光ファイバ４３に対応し、距離が約７８〜８８ｍである範囲が第４の光ファイバ４４に対応している。

本比較例によれば、張力を１．５ｋｇｆまで印加した後で解放しても、歪変化量が初期値近くまで戻らず、ばらつきが大きかった。また、特にグラフを示さないが、印加する張力が１．５ｋｇｆより大きいときには、張力解放後の歪変化量がより大きくなる。

（比較例２）
比較例２として、図１１に示すように、引張力補償用光ファイバ６１の周囲に樹脂６２を被覆し、その上に温度補償用光ファイバ６３をらせん巻きし、チューブ６５内に収容し、中空部６４にジェリーを充填するとともに、チューブ６５の外側に圧力検出用光ファイバ６６をらせん巻きしてその上に外被６７を設けた構造の光ファイバセンサケーブル６０を作製した。この光ファイバセンサケーブル６０において、初期値および引張力から解放した後の歪（με）を図１２に示す。この場合、引張解放後に歪が初期値に戻らず、再現性がない。

本発明は、水圧や油圧などの分布の計測に利用することができる。油井など、地下の高温高圧下となるエリアでの圧力分布測定などにより、地下資源開発への貢献が期待できる。

本発明の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルの一例を示す断面図である。図１に示す光ファイバセンサケーブルにおける光ファイバの配置を模式的に示す斜視図である。分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルを用いた圧力分布の測定方法の一例を示す模式図である。光ファイバセンサケーブルをクランプするときに用いる保護構造の一例を示す部分切欠断面図である。比較例１の光ファイバセンサケーブルの構造を模式的に示す断面図である。比較例１において引張力を増加させたときの歪変化量を示すグラフである。比較例１において引張力を解放した後の歪変化量を示すグラフである。実施例において引張力を増加させたときの歪変化量を示すグラフである。実施例において引張力を解放した後の歪変化量を示すグラフである。従来の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブルの構造を模式的に示す斜視図である。比較例２の光ファイバセンサケーブルの構造を模式的に示す断面図である。比較例２において引張力を解放した後の歪変化量を示すグラフである。

符号の説明

１…分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブル、２…引張力補償用ユニット、３…引張力補償用光ファイバ、４…抗張力体、５，６…ユニット被覆材、７…温度補償用光ファイバ、８…中間層、９…発泡層、１０…スキン層、１１…圧力検出用光ファイバ、１２…外被。

Claims

引張力補償用光ファイバを有する引張力補償用ユニットと、
前記引張力補償用ユニットの外側にらせん巻きされた温度補償用光ファイバと、
前記引張力補償用ユニットの外周面および前記温度補償用光ファイバの上を被覆する中間層と、
前記中間層の外周面の全周を被覆する発泡層と、
前記発泡層の外周面の全周を被覆するスキン層と、
前記スキン層の外側にらせん巻きされた圧力検出用光ファイバと、
前記スキン層の外周面および前記圧力検出用光ファイバの上を被覆する外被とを有し、
前記引張力補償用ユニットは、引張力補償用光ファイバおよび抗張力体を内部に含み、前記引張力補償用光ファイバが前記抗張力体に縦添えされ、ユニット被覆材内に中実に一体化されているものであることを特徴とする分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブル。
前記引張力補償用ユニットの中心から前記引張力補償用光ファイバの中心までの距離が１．０ｍｍ以下であり、前記引張力補償用ユニットの中心から前記温度補償用光ファイバの中心までの距離が１．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブル。
前記引張力補償用ユニットの中心から前記引張力補償用光ファイバの中心までの距離が、前記引張力補償用ユニットの中心から前記温度補償用光ファイバの中心までの距離の０．６倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の分布型圧力センサ用光ファイバセンサケーブル。