JPH011934A - 油漏れ検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば石油コンビナート、石油パイプライ
ン、石油貯蔵タンクなどの可燃性物質を取り扱う場所な
どに配設され、このような場所における油漏洩事故を正
確にかつ迅速に検知できる油漏れ検知センサに関する。

「従来の技術とその問題点」 従来、この種の油漏れ検知センサとしては、油漏れを電
気的に検知する電気方式の検知センサが多く用いられて
いる。しかし、このような電気方式による油漏れ検知セ
ンサは、電線を可燃性物質の漏洩する可能性のある場所
に配線しなければならないために、防爆等の安全性に対
して十分注意して取り扱わなければならず、安全・保守
の面における技術的困難が常に伴う欠点があった。

一方、光ファイバを用い、その伝送損失から油漏れを検
知するものとして、例えば特公昭６１−５６４５３号公
報記載のものもある。しかし、この光ファイバを用いた
従来の油漏れ検知センサは、予め光ファイバにマイクロ
ベンディングを付与しているために、初期状態における
光ファイバの伝送損失が非常に大きく、遠距離に亙って
油類の検知を行なうことは困難であった。また、マイク
ロベンディングを発生させるように光ファイバに外力を
常に与えているため、光フアイバ自身にはその外力に対
応する応力が加わっており、これによって光ファイバが
非常に破断しゃずいという問題かあった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、防
爆性等に対する安全性が高く、油類の漏洩箇所を正確に
かつ迅速に検知することかできる浦漏れ検知センサの提
供を目的としている。

「問題点を解決するだめの手段　］ この発明は、光ファイバと、この光ファイバに添設され
たテンションメンバと、これら光ファイバおよびテンノ
ヨンメンバの全周に被覆され、石油なとの油類を吸収し
て体積膨張する油吸収膨張材と、この油吸収膨張材の外
側に設けられ、油吸収膨張材の体積膨張を抑制するとと
もに、外部にある油類を油吸収膨張材に導く膨張抑制材
とを備えてなり、上記光ファイバを上記油吸収膨張材の
中心から偏心さけて配置して、油漏れ検知センサを構成
したことを問題解決の手段とした。

「作用」 この発明の浦漏れ検知センサにあっては、上記のような
構成としたことにより、次のような作用を奏ケる。

ｔなわち、油漏れ８ＪＸ故に際し、油吸収膨張材の油類
浸透部分近傍が油類を吸収して体積膨張を起こすが、膨
張抑制材か当接した部分ではこの体積膨張が押さえ込ま
れる。この押さえ込みにより光ファイバに側圧が加わり
、光ファイバにマイクロヘンディングなどの曲がりか′
発生情る。よって、この光ファイバに生じたマイクロヘ
ンディングによる伝送先の損失増加を、光ファイバの入
力端から入射した光の後方散乱光などの反射光を測定す
ることによって検知し、浦漏れ事故の発生およびその発
生位置を正確にかつ迅速に検知できる。

「実施例Ｊ 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の第１実施例を示す図であって、図中
符号Ｉは、浦漏れ検知センサ（以下、センサと略記する
）である。ごのセンサｌは、光ファイバ２と、この光フ
ァイバ２に添設されたテンノヨンメンバ３と、これら光
ファイバ２およびテンションメンバ３の全周に被覆され
た油吸収膨張材（以下、膨張材と略記する）４と、この
膨張材４の外側に設けられた膨張抑制材５とを備えてな
る乙のである。膨張材４の中心にはテンションメンバ３
が配置されており、光ファイバ２は膨張材４の中心から
テンションメンバ３の分だけ偏心した状態で配置されて
いる。

上記光ファイバ２には、石英系ガラスファイバ、多成分
系ガラスファイバあるいはプラスチックファイバが使用
され、この光ファイバ裸線に、熱硬化性ンリコン、ウレ
タン、紫外線硬化型ポリマ等を＋、１Ｆ４とする一層あ
るいは二層以上の被覆を施し／こ光フアイバ素線が好適
に使用される。また、この光ファイバ２としては、通常
の通信用に用いられる低損失光ファイバを使用すること
が特に好ましい。なお、第１図に示すセンサＩでは１本
の光ファイバ２を備えて構成されているか、互いに接触
しないようにして２本以上の光ファイバ２を配置しても
良い。

上記テンションメンバ３は、鋼線、ガラス繊維あるいは
芳香族ポリアミド繊維などの高張力細線を束ねたものな
どが使用される。このテンションメンバ３の外径寸法は
、光ファイバ２の外径寸法と同じかあるいはそれよりも
細いものが特に好適に使用される。

上記膨張材４は、石油類などの油類を効率よく吸収し、
体積膨張を起こす性質を存するゴム、プラスチック、エ
ラストマーなどが使用される。この膨張材４として好適
に使用される（材料を例示すると、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（ＳＥＢＳ）
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である。また、上記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しのとすること
により、ガに良好な材料とすることかできる。

上記の膨張抑制材５は、油類の浸透時に膨張性がなく、
かつ膨張材４の体積膨張により切断されない程度の張力
を存した糸状のものが使用され、例えば硬質プラスチッ
クを材料としたものか好適に使用される。また、この膨
張抑制材５は、第２図に示すように膨張材４の表面に一
定のピッチで巻回しても良く、第３図に示すように織組
状にして設けて良く、また第４図に示すように網目状に
して配設しても良い。

次に、このような構成によるセンサｌの製造方法の一例
を説明する。まず、所定の内外径およびモードをａする
長尺の光フアイバ素線あるいは光ファイバ裸線など光フ
ァイバ２と、テンションメンバ３を接触させた状態で平
行に並べて保持し、これら光ファイバ２およびテンショ
ンメンバ３の上に、所定の膜厚の膨張材４を被覆する。

光ファイバ２およびテンションメンバ３上に膨張材４を
被覆する方法としては、溶融押出被覆法などが好適に用
いられる。また、このとき膨張Ｉｔ４の中心にテンショ
ンメンバ３が位置するように光ファイバ２およびテンシ
ョンメンバ３の位置を調整しておく。次いで、この膨張
材４上に、糸状の膨張抑制材５を一定のピッチで巻回す
る。この巻回操作は、電線や光ファイバ等に被覆用の糸
を任意のピッチで巻き付けろ巻回装置などを使用して行
なうことができる。以上の操作により目的とするセンサ
１を得る。

このように構成されたセンサ１は、次のようにして油漏
れ事故の発生を検知する。まず、センサ１の設置場所に
油類の漏洩事故が起こり、油類が膨張抑制材５を通過し
て膨張材４に吸収される。

油類を吸収した膨張材４は体積膨張を起こすが、膨張抑
制材５が巻回されているために、この膨張抑制材５に当
接した部分の体積膨張は押さえ込まれる。これによりセ
ンサ１の中心から偏心して配置された光ファイバ２は、
膨張抑制材５の押さえ込みに応じて押し曲げられ、油漏
れ事故の発生部分にマイクロベンディングか発生する。

このマイクロベンディングが発生した部分では、光フア
イバ２中を伝送される伝送光の伝送損失が太きくなるの
で、この損失増加を検知することにより油類の漏洩事故
の発生を検知することができる。

光フアイバ２中を伝送される伝送光の伝送損失を測定す
る方法としては、第５図に示すようにセンサ■中の光フ
ァイバ２の一端に光源を接続するとともに、他端に受光
器を接続し、この受光器に入射される光の強度をモニタ
ーする方法や、第６図に示すように、センサ１中の光フ
ァイバ２の一端に伝送損失検知装置６を接続して、光フ
ァイバ２のマイクロベンディング発生箇所を検出する方
法などが使用される。

第７図はこのような伝送損失検知装置６の一例を示す図
であって、この伝送損失検知装置゛６は、センサ！中の
光ファイバ２の入力端から光パルスを入射するパルス発
生器７とＬＤ（レーザーダイオード）やＬＥＤ（発光ダ
イオード）等の発光素子８とからなる発光６１１Ｊ９と
、光ファイバ２から後方散乱光などの反射光パルスを受
光するＡＰＤ（アバランンエフすトダイオード）等の受
光素子を有する光検出部１０と、発光部９からの光パル
スとセンサ！中の光ファイバ２からの反射光パルスとの
流れを制御する光方向性結合器１１と、上記の光検出部
ｔＯで受光された反射光パルスの時間的な遅れを演算処
理する演算部１２と、この処理結果を表示する表示部Ｉ
３とからなるものである。

次に、このような構成からなる油漏れ検知システムの稼
動方法を説明する。例えば第７図の図中Ｘで示す区域に
油類の漏洩事故が発生した場合、このＸ区域内に配設さ
れたセンサ１の膨張材４に油類が浸透し、Ｘ区域内にあ
る膨張材４は、油類を吸収して体積膨張を起こ４ｔ　Ｉ
／＜、この膨張材４の表面には糸状の膨張抑制材５が巻
回されているために、この膨張抑制け５が当接した部分
の体積膨張は押さえ込まれる。これによりセンサ１の中
心から偏心して配置された光ファイバ２は、膨張抑制材
５の押さえ込みに応じて押し曲げられ、Ｘ区域内にある
光ファイバ２にはマイクロベンディングが発生する。そ
して、この光ファイバ２の曲がりによる伝送光の損失増
加を伝送損失検知装置６により、光ファイバ２の入力端
に戻る後方散乱光などの反射光パルスの時間的な遅れや
受光レベルの変化に基づいて検知する。そして、伝送損
失検知装置６の演算部１２で反射光パルスの測定データ
を解析して光ファイバ２の入力端からの浦漏れ発生位置
間での距離を割り出す。ついてこのデータを表示部１３
に表示することによってＸ区域の油類の漏洩事故を検知
することかできる。

次に、この油類の漏洩事故発生に伴い、直ちにＸ区域の
漏洩事故に対する対応措置を施す。

この上うな浦漏れ検知システムにあっては、伝送損失検
知装置６の表示部１３の位置において、Ｘ区域などセン
サ１を予め配設しておいたパイプラインや貯蔵タンクな
どでの浦漏れ事故を正確にかつ迅速に検知することが可
能である。

また、このセンサ１は、光ファイバ２にテンノヨンメン
バ３を添設し、光ファイバ２およびテンションメンバ３
の全周に、石油類などの油類を吸収して体積膨張する膨
張材４を被覆し、この膨張材４上に膨張抑制材５を設け
て構成され、油類の浸透により膨張材４が膨張し、膨張
抑制材５かこの体積膨張を部分的に抑制して光ファイバ
２に側圧を与えて光ファイバ２にマイクロベンゾインク
などの曲がりを発生さけ、光ファイバ２の伝送損失を増
加させることをＭｊ類の漏洩検知手段としたので、光フ
ァイバ２の全線に亙っての油類の漏洩検知が可能となり
、また伝送光の損失増加を測定することにより検知を行
なうので、極めて高感度で油類の漏洩を検知することが
できる。また、光ファイバ２として通常の通信用として
用いられているようなグレーデッドインデックス、ステ
ップインデックス、シングルモードのような低損失な光
ファイバを用いることにより、長距離の布設が可能とな
り、長距離パイプラインなどにおける油類の漏洩検知に
も適用させることができる。

また、光ファイバ２にテンションメンバ３を添設したの
で、膨張材４を被覆した後の光ファイバ２の損失増加（
初期損失）を小さくすることかでさ、また、温度変化等
により膨張け４か伸縮した場合の影響を減少させること
ができるため、温度変化等の環境変化に対する耐性を向
上させることができる。更に、センサｌに張力を受けた
場合にも、テンションメンバ３がある程度の張力を分担
するために、光ファイバ２の抗張力を高め、光ファイバ
２の破断を生じ難くすることができる。

また、光ファイバ２を膨張材４の中心から偏心させて配
置したので、膨張材４の体積膨張時に光ファイバ２の曲
がりが大きくなり、油類検知の感度を高めることができ
る。

第８図はこの発明の第２実施例を示す図である。

先の例によるセンサ１は、膨張材４の中心にテンション
メンバ３を配置シ、光ファイバ２を膨張材４の中心から
偏心させて配置した構成であったが、この例のセンサ１
４は、光ファイバ２とテンションメンバ３の両方を膨張
材４の中心から偏心させて配置した構成になっている。

この例によるセンサ１４は、先の例のセンサ１と同様の
効果か得られる他、膨張材４の中心から光ファイバ２を
更に偏心させて配置したので、油類検知の感度を更に向
上さＵ′ることかできる。

第９図ないし第１１図はこの発明の第３実施例を示す図
である。先の第１実施例によるセンサｌでは、光ファイ
バ２とテンションメンバ３とを平行に並べた状態で配置
したが、この例によるセンサ１５は、第１０図に示すよ
うに、テンションメンバ３を中心として、このテンショ
ンメンバ３に６本の光ファイバ２を撚り合わせて６芯の
光フアイバユニットとし、このユニットの外側に膨張材
４を被覆し、この膨張材４の表面に糸状の膨張抑制材５
を巻回して構成されている。テンノヨンメンバ３は膨張
材４の中心に位置しており、光ファイバ２は膨張材４の
中心から偏心して配置されている。また、テンションメ
ンバ３に撚り合わされる６芯の光ファイバ２は、６本全
部が光ファイバ２であっても良く、光ファイバ２とダミ
ー線を組み合わせて使用してら良い。したがって、光フ
ァイバ２の本数は１〜６本の間で選択することかできる
。そして光ファイバ２を多芯にて用いる場合、例えば６
芯で用いればＩ芯のものに比較して６倍の確実性をもっ
て油類の検知を行なうことかできる。

なお、上記６芯の光フアイバユニットの表面には、直接
膨張材４を被覆しても良いが、例えば軟質のシリコーン
ゴム、コンパウンド等の材料で」二記ユニットを被覆し
、６芯の光フアイバユニットを予め固定しておくと、こ
のユニットの外側に膨張材４を被覆した後にも損失値（
即ち、初期損失）の上昇を小さくすることができる効果
がある。また、このセンサ１５では、第１１図に示すよ
うに、膨張材４表面に、糸状の膨張抑制材５を一定のピ
ッチで巻回した構成としたが、膨張抑制材５の配設方法
としては、膨張抑制材５を一定のピッチで巻回する他に
、前述の第３図および第４図に示すように、織組状とし
たり、或いは網目状として配設しても良い。

この例によるセンサ１５は、先の第１実施例によるセン
サｌと同様の効果が得られる他、テンションメンバ３を
中心として少なくとも１本の光ファイバ２を備えた６芯
を撚り合わせ、６芯の光フアイバユニットとしたので、
先の第１実施例のものよりも光ファイバ２の破損を生じ
難くすることができる。また、温度変化などにより膨張
材４が伸縮した場合でも、光ファイバ２の伝送損失に与
える影響を更に減少さ仕ることができ、温度変化などの
環境変化に対する耐性を一層向上させることができる。

「実験例　！」 光ファイバとして、コア径５０μｍ１　クラツド径１２
５μ１１比屈折率差１．０％の石英系のグレーデッドイ
ンデックス形マルチモード光ファイバに、ウレタンアク
リレート被覆を施した外径０．３ｍｍの光フアイバ素線
を用い、この素線に外径０．３ｍｍの鋼線（テンション
メンバ）を添設し、これら素線および鋼線の全周に亙っ
て、エチレン−プロピレンゴム１００重量部に対し、５
０重量部のカーボンブラックを混合してなる膨張材を、
外径が２ｍｍとなるように被覆した。このとき、膨張材
の中心に鋼線を配置した。次に、この膨張材の表面に、
太さ０．３ｍｉ＋の硬質プラスチック製の膨張抑制材を
織組状に巻回した。このときの膨張抑制材のピッチ間隔
は２，５■とした。以上の操作により、前述の第■実施
例と同様に構成されたセンサを作成した。

このようにして作成された全長２０００ｍのセンサを用
い、第１２図に示すようにその一部をガソリン中に浸漬
し、この伝送損失の増加を伝送損失検知装置で測定した
。伝送損失検知装置としては後方散乱損失測定装置（Ｏ
Ｔ　Ｄ　Ｒと略記する）を（重用した。

伝送損失の測定は、センサの一端Ａの光ファイバを０Ｔ
ＤＲに接続し、このＡから１５００１１１離間した位置
Ｂに３０ｃｍのガソリン浸漬部分りを設け、センサの他
端Ｃをパワーメータに接続して、ガソリン浸漬開始から
の損失増加を０ＴＤＲで測定して行なった。０ＴＤＲは
、１．３μｍ帯の光波長を用いた。また、このセンサの
初期伝送損失は、０．７３　ｄＢ／Ｋｎ＋であった。

この結果、第１３図に示すように、センサの一部をガソ
リン中に浸漬させた後、１０分程度までは損失増加が起
こらないが、それ以後は時間の経過とともに損失が増加
してゆき、浸漬開始から１００分程度でほぼ飽和状態に
達した。このように、上記センサは、非常に感度よくか
つ迅速にガソリン等の油類の検知を行なうことができた
。また０ＴＤＲによるモニターにおいて、Ａ点から１５
００ｍに設けたガソリン浸漬箇所を正確に確認すること
ができた。

「実験例　２」 先の実験例！で用いたものと同じ光フアイバ素線を６本
用い、外径ＯＪｍｓのガラス繊維製のテンションメンバ
を中心として、６本の素線を撚り合わせて６芯のユニッ
トとした。次に、このユニットの表面をシリコーンゴム
（硬度　ショアＡ３６）で被覆した。この被覆体の外径
は１．５ｍａ＋とじた。

次にこの’ＷＩ　ＴＥｉ　体の表面に、エチレン−プロ
ピレンゴム１００重量部にカーボンブラック１００重量
部を混合してなる膨張材を、外径４ｍｌ１１となるよう
に被覆した。次に、この膨張材の表面に太さ０．３ｍｍ
の硬質プラスチック製の膨張抑制材を、ピッチ間隔３ｍ
ｍの一定ピッチで巻回した。以上の操作により、前述の
第３実施例と同様に構成されたセンサを作成した。

このようにして作成された全長１０００ｍのセンサを用
い、第１４図に示すように、先の実験例１とほぼ同様の
方法によって伝送損失の増加を測定した。すなわち、セ
ンサ中にある６本の光フアイバ素線の内の１本の素線を
選び、その一端Ｅを０ＴＤＲに接続し、このＥから７０
ｃｍ離間した位置Ｆに、３０ｃｍのガソリン浸漬部分り
を設け、センサの他端Ｇをパワーメータに接続して、ガ
ソリン浸漬開始からの損失増加をＯＴ　Ｄ　Ｒで測定し
た。０ＴＤＲは１．３μｍ帯の光波長を用いた。また、
このセンサの初期伝送損失は、０．６３　ｄＢ／Ｋｍで
あった。

この結果、第１５図に示すように、ガソリン浸漬°開姶
から１０分程度までは損失増加が起こらないが、浸漬開
始からＩ５分程度経過した後、時間の経過とともに光フ
ァイバの伝送損失が増加してゆき、浸漬開始から１００
分程度でほぼ飽和状聾に達し、０．９　ｄＢ程度の損失
増加となった。

このように、上記センサは非常に感度よくかつ迅速に油
類の検知を行なうことができた。また、０ＴＤＲによる
モニターにおいて、Ｅ点から７０ｃｍ離間したガソリン
浸漬箇所を正確に確認することができた。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によるセンサは、光ファ
イバと、この光ファイバに添設されたテンションメンバ
と、これら光ファイバおよびテンションメンバの全周に
被覆され、石油類などの油類を吸収して体積膨張する膨
張材と、この膨張［オの外側に設けられ、膨張材の体積
膨張を抑制するととらに、外部から浸透する油類を膨張
材に導く膨張抑制材とを備えてなり、上記光ファイバを
上記膨張材の中心から偏心させて配置して構成し、′Ａ
Ｉ＋類の浸透により膨張材が膨張し、膨張抑制材がこの
体積膨張を部分的に抑制して光ファイバにマイクロベン
ディングなどの曲がりを発生させ、光ファイバの伝送損
失を増加させることを油類の検知手段としたので、光フ
ァイバの全線に亙っての浦漏れ検知が可能となり、また
伝送光の損失増加を測定することにより油漏れ検知を行
なうので、極めて高感度で油漏れを検知することができ
る。また、光ファイバとして通常の通信用として用いら
れているような低損失な光ファイバを用いることにより
、長距離の布設が可能となり、長距離パイプラインなど
における油漏れ検知にも適用させることができる。

また、光ファイバの損失増加を測定する手段として、０
ＴＤＲなどの伝送損失検知装置を使用することにより、
油漏れ箇所を正確に検知することができる。

また、光ファイバにテンソヨンメンバを添設したので、
膨張材を被覆した後の光ファイバの損失増加（初期損失
）を小さくすることができ、また、温度変化等により膨
張材が伸縮した場合の影響を減少させることができるた
め、温度変化等の環境変化に対する耐性を向上させるこ
とができる。更に、センサに張力を受けた場合にも、テ
ンションメンバがある程度の張力を分担するために、光
ファイバの抗張力を高め、光ファイバの破断を生じ錐く
することができる。

また、光ファイバを膨張材の中心から偏心させて配置し
たので、膨張材の体積膨張時に光ファイバの曲がりが大
きくなり、油漏れ検知の感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図であって、セン
サの横断面図、第２図ないし第４図は第１図に示すセン
サにおける膨張抑制材の配設方法の例を説明する図であ
って、第２図は膨張抑制材の配設方法の第１例を示す側
面図、第３図は同第２例を示す側面図、第４図は同第３
例を示す側面図、第５図および第６図は第１図に示すセ
ンサを用いた油漏れ検知手段の例を示す概略構成図、第
７図は、第６図に示す浦漏れ検知手段に使用される伝送
損失測定装置を示す構成図である。 第８図はこの発明の第２実施例を示す図であって、セン
サの横断面図である。 第９図ないし第１１図はこの発明の第３実施例を示す図
であって、第９図はセンサの横断面図、第１Ｏ図は第９
図に示すセンサの要部の拡大斜視図、第１１図は第９図
に示すセンサの斜視図である。 第１２図は第１図に示すセンサを用いて曲順の検知を実
施した実験例を説明するための図であって、実験装置の
略構成図、第１３図は第１２図に示す実験例の結果を説
明するための図であって、センサの浸漬時間と損失増加
の関係を示すグラフ、第１４図は第９図に示すセンサを
用いて油類の検知を実施した実験例を説明するための図
であって、実験装置の概略構成図、第１５図は第１４図
に示す実験例の結果を説明するための図であって、セン
サの浸漬時間と損失増加の関係を示すグラフである。 ！、１４．１５・・・センサ、２・・・光ファイバ、３
・・・テンションメンバ、４・・・膨張Ｒ，５・・・膨
張抑制材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光ファイバと、この光ファイバに添設されたテンショ
   ンメンバと、これら光ファイバおよびテンションメンバ
   の全周に被覆され、石油類などの油類を吸収して体積膨
   張する油類吸収膨張材と、この油類吸収膨張材の外側に
   設けられ、油類吸収膨張材の体積膨張を抑制するととも
   に、外部から浸透する油類を油類吸収膨張材に、導く膨
   張抑制材とを備えてなり、上記光ファイバは上記油類吸
   収膨張材の中心から偏心して配置されたことを特徴とす
   る油漏れ検知センサ。