JPH0225731A - 液体検知センサ - 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、油や水等の液体の存在を光ファイバを用い
て遠隔地より検知し得るようにした液体検知センサに関
する。

「従来の技術」 従来より、長距離に亙って液体を検知ケる液体検知セン
サとして、第７図、第８図、第９図にそれぞれ示す構造
のらのが提供されている。第７図はクラッド一部剥離、
型先ファイバセンサの一例を示すもので、図中符号！は
コア、２はクラッドである。この光ファイバセンサは、
クラッド２の一部を剥離して検知部３を形成したらので
、該検知部３に液体４が付着した際、空気の屈折率から
液体の屈折率に変化することによって損失が生じ、これ
により液体を検知するしのである。

第８図はクラッド屈折率変化型光ファイバセンサの一例
を示すもので、図中符号５はコア、６はクラッドである
。この光ファイバセンサは、その検知部に液体７が付着
し浸潤することにより、クラッド６の屈折率が変化し損
失が生じることによって液体を検知するものである。

第９図は偏心コアのエバネッシエント型光ファイバセン
サの一例を示すもので、図中符号８はコア、９はクラッ
ドである。この光ファイバセンサは、コア８をクラッド
９表面付近まで偏心させてエバネッシェント波を積庵的
に発生させることにより、付着した液体によるエバネッ
シエント波の吸収や放射モードへの変換を利用して液体
の存在地点で損失を発生せしめ、液体を検知する乙ので
ある。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記の液体検知用光ファイバセンサにおいて
は以下に述べるような不都合がある。

第７図に示した光ファイバセンサにあっては、クラッド
２を一部剥離し、コア１の表面を露出する必要があるた
め、コアｌをガラス等で作製する場合には、センサ部の
加工にあたって剥離時や施工時に傷がつき易く折損し易
い。また、コアｌを合成樹脂で作製した場合には、十分
な強度が得られるものの屈折率が高く、低屈折率の液体
が検知できないといった不満がある。さらに、このよう
な光ファイバセンサにあっては、その構成上からもとも
とが伝送損失の大きいしのとなり、したがって長距離に
亙っての検知が困難である。

第８図に示した光ファイバセンサにあっては、検知部に
おけるクラッド６の屈折率が、液体７が浸潤していない
状態でのクラッド６の屈折率と液体７の屈折率との間で
しか変化しないため、低屈折率の液体を検知するのが困
難である。また、検知時間を短縮するためには、クラッ
ド６の厚みを数μ肩以下に薄くして液体７が浸潤する時
間を小さくする必要があるが、このようにクラッド６の
厚みを薄くすると伝送損失が増加して長距離に亙っての
検知が困難になる。

第９図に示した光ファイバセンサにあっては、その使用
に際し、クラッド９の外周部に設けられる緩衝層となる
コーティング（図示せず）を剥離する必要があり、第７
図に示したものと同様に施工時に傷がつき易く折損し易
い。

また、これらの光ファイバセンサにあっては、いずれら
先ファイバ自身の表面物性を利用して液体を検知するも
のであるため、センナ表面の汚染に伴って感度が低下す
ることなどにより、長期間に亙っての信頼性に乏しいと
いった問題がある。

「課題を解決するための手段」 この発明の液体検知センサでは、テンションメンバの外
周部に液体の浸潤によって膨潤する膨潤材料を配し、該
膨潤材料の外周部に凹部を設け、該凹部に光ファイバ索
線を添設するとともに、上記膨潤材料の外周部に光ファ
イバ素線を凹部に拘束するための拘束部材を配したこと
を上記課題の解決手段とした。

「作用」 この発明の液体検知センサによれば、テンションメンバ
の外周部に膨潤材料を配し、該膨潤材料の外周部に四部
を設け、該凹部に光ファイバ素線を添設するとともに、
光ファイバ素線を凹部に拘束するための拘束部材を配し
たことから、液体に接触した際、膨潤材料が浸潤して膨
潤するが、該膨潤材料および先ファイバ素線は拘束部材
によって拘束されているため応力が発生し、光ファイバ
素線に変形が生じる。したがって、液体検知センサでパ
ワー損失が発生し、このパワー損失が検知システムで観
測されることにより被検知液体の存在位置が検知される
。

「実施例」 第１図はこの発明の液体検知センサの第１の実施例を示
す図である。図中符号１０はテンンヨメンパであり、こ
のテンショメンバＩＯはＦＲＰや鋼線等からなるもので
ある。このテンショメンバｌＯの外周部には、液体の浸
潤によって膨潤する膨潤材料１１が外挿された状態で配
置されている。この膨潤材料１１としては、被検知液体
が油の場合にはエチレンプロピレンゴムなどが、また水
の場合には水膨潤性樹脂とクロロプレンゴムとを混合成
形加硫したものなどが用いられる。また、この膨潤材料
１１には、その外周部に４条の溝（凹部）１２・・・が
形成されている。

これら溝１２・・・は、それぞれ膨潤材料１１の周方向
に等間隔で推列し、かつ螺旋状に形成されたものであっ
て、該溝１２・・・内にはそれぞれに光ファイバ素線１
３が収納された状態で添設されている。さらに、光ファ
イバ素線１３・・・を添設した膨潤材料ｌｌ上には、光
ファイバ素線１３・・・を１ＭＩ２・・・内に拘束し固
定するためのコイル１４が外挿されている。このような
構成のらとに光ファイバ素線１３・・・は、コイル１４
に拘束されて溝【２・・・内に固定されている。ここで
、光ファイバ素１１３としては、ンリコーン樹脂や紫外
線硬化型樹脂等を被覆した通常の光ファイバ素線、さら
にはこれの外周部にナイロンを被覆した光ファイバ索線
などが用いられる。また、コイル１４としては、ｗ４線
からなるコイルやフレキシブル螺旋管等が用いられ、さ
らには合成樹脂製のむのを用いることらでき、その場合
には電磁誘導や落雷による影響を受けないしのとなる。

コイル１４を外挿した膨潤材料１１上には、金嘱あるい
はｈｆｉ強用繊維などからなる補強用メツシュＩ５が被
覆されている。

このような構成からなる液体検知センサを用いて液体を
検知するには、該センサを後述する検知システムに接続
するとともに被検知箇所にセットする。すると該センサ
においては、液体に接触した際膨潤材料１１が浸潤して
膨潤するが、該膨潤材ｆ４１１および光ファイバ素線１
３・・・がコイル１４によって拘束されているため応力
が発生し、光ファイバ素線１３・・が螺旋状に曲げられ
る。そして、これにより液体検知センサではパワー損失
が発生し、このパワー損失か検知システムの先パルス試
験器（ＯＴＤＲ）で観測されることにより被検知液体の
存在位置が検知される。ここで、被検知液体が複数箇所
において存在する場合にも、Ｏ’ｒ　Ｄ　Ｒｈ＜　曳数
箇所での６々のパワー損失を観測できるので、６被検知
液体の存在位置が各々区別されて検知されろ。

次に、この発明の液体検知センサを用いた検知システム
を第２図および第３図を参照して説明する。

第２図は検知システムの一例を示す図であって、図中符
号２０は観測周期を定めるパルス発生器、２１はパルス
発生器２０からのパルスによりＯｒｌ　Ｔ　２７の掃引
信号を発生ずる鋸波発生器、２２は電気信号を光信号に
変換する電気／光変換器、２３は後方散乱光のパワーを
検出器に導いて観測するための方向性結合器、２４は光
信号を電気信号に変換する光／電気変換器、２５は増幅
器、２６は平均化回路、２８は本発明の液体検知センサ
である。

このような構成の検知システムにおいては、電気／光変
換器２２から出力された光信号が方向性結合器２３を介
して液体検知センサ２８の光ファイバ素線に入射ずろ。

この光信号は光ファイバ素線を伝搬するが、液体検知セ
ンサ２８に液体が浸潤した場合には、この地点で光信号
の一部が光ファイバ素線外に放射される。この状態を第
３図を用いて説明すると、液体を検知する而にはパワー
Ｓは時間の経過とともに、すなわち距離が長くなるとと
らに減衰する。液体検知センサ２８の任會の地点に液体
が浸潤した場合、その位置に相当する時間Ｔ１において
一定の段差のパワー損失Ｐ　Ｌを生しろ。

これは液体検知センサ２８の液体が浸潤した地点でマイ
クロベントにより光信号が光ファイバ素線外に放射され
、その伝送パワーかステップ状に減衰することにより後
方散乱光のパワーＳらステップ状に減衰するためである
。時間Ｉｒ、において急激に高レベルとなるのは、液体
検知センサ２８における光ファイバ素線の終端のフルネ
ル反射による。

なお、上記検知ノステムにおいては、後方散乱光のパワ
ーＳをＣＲＴ　２７」＝に表して目視判断により検知す
る場合について説明したが、パワー損失ＰＬをコンピュ
ータ等により自動的に検知して警報することら可能であ
る。

第４図はこの発明の液体検知センサの第２の例を示す図
である。第４図において第１図に示した構成要素と同一
の要素には同一符号を付してその説明を省略する。

第４図に示した液体検知センサが第１図に示したものと
異なるところは、第４図に示した液体検知センサでは膨
潤材料１１を線材に被覆して膨潤線１６とし、これをテ
ンションメンバＩＯに複数本撚り合わせた状態で添設し
た点である。第、１図に示した液体検知センサにおいて
は、テンションメンバ１０の外周部に膨潤線１６が６本
撚り合わされて添設され、これら膨潤線１６・・・間に
形成された四部１７・・・にそれぞれ光ファイバ素線１
３・・・が収納された状態で添設されている。また、光
ファイバ素線１３・・・を添設した膨潤線１６・・・上
にはコイル１４が外挿され、さらにこの上には補強用メ
ッシュ１５が被覆されている。

このような構成の液体検知センサにあっても、上述した
検知システムに接続して用いることにより、第１図に示
した液体検知セン°すと同様に液体の存在する位置を検
知することができる。

第５図はこの発明の液体検知センサの第３の例を示す図
である。

第５図に示した液体検知センサが第１図および第４図に
示したものと異なるところは、第５図に示した液体検知
センサでは膨潤材料１１を二心型の線材にした点である
。第５図に示した液体検知センサにおいては、テンショ
ンメンバ１０の外周部に膨潤材料からなる二心型の線材
１８が３本撚り合わされて添設されている。これら二心
型線材１８・・にはそれぞれの外周面中間部に凹部１９
・・・が形成されており、テンションメンバ１０と反対
側、すなわち外周側の凹部１９・・にはそれぞれ光ファ
イバ素線１３・・が収納された状態で添設されている。

まｔコ、光ファイバ素線１３・・を添設した二心型線材
１８・・上にはコイル１４が外挿され、さらにこの上？
こは補強用メツシュ１５が被覆されている。

このような構成の液体検知センサにあっても、第１図お
よび第４図に示した液体検知センサと同様の作用効果を
奏する。

なお、第５図に示した液体検知センサにおいては、二心
型線材１８・・内に必要に応じてテンションメンバを挿
通してもよぐ、その場合にはより引張り強度等が強化さ
れることから施工５性が向上する。

（試験例） この発明の液体検知センサを作製し、これを用いて動作
試験を行った。

作製した液体検知センサは第４図に示した構成からなる
もので、テンションメンバｌＯには外径５肩！のＦｌ’
（Ｐを用いた。膨潤線１６には外径１ｘｘの鋼線にエチ
レンプロピレンゴムを被覆して全体を外径５ｉｍとした
ものを用い、また光ファイバ索線１３には紫外線硬化型
ウレタンアクリレートを被覆して外径０，３＊ｘとした
グレーデッドインデックス形マルチモード光ファイバ５
０／＋２５の光ファイバを用い、これらをそれぞれ５０
０ｘｘのピッチで撚り合わ仕た。拘束用のコイル１４に
は外径２ＲＩＩのステンレス鋼線を内径１５肩麓、ピッ
チ４ＲＭで巻き、その上に外径０．５ｍｍの鋼線からな
る補強用メツシュ１５を被覆してセンサとした。

検知対象の液体に屈折率ｎ＝　１．４３８の灯油を用い
、センサをこの灯油に浸漬して動作試験を行ったところ
、第６図に示すように約６０分で０．１６ｄＢ１約１２
０分で０．４５ｄＢの損失増加が起こり、約３００分で
ほぼｌｄＢの損失増加で飽和した。

このような結果より、０　’ｌ”　Ｄ　Ｒの測定範囲が
約２０ｄＢであることから、多点同時検知も可能である
ことが確認された。

また、自動判定装置を用いて検知する場合には、ＯＴ　
Ｄ　Ｒの精度が０，０１ｄＢであることからノイズ等の
マージンを考慮して検出レベルを０．２ｄＢに設定でき
るので、上記パワー損失で対象液体を十分に検知し得る
ことが判明した。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明の液体検知センサは、膨潤
材料に液体が浸潤することによって光ファイバ素線が変
形し、これにより損失が生じて液体の存在を検知するも
のであるから、被検知液体の屈折率の大小に係わること
なくその存在を検知することができ、また全線に亙って
拘束部材を備えることによりその全長を検知部とするこ
とができる。

また、光ファイバ素線自体は特に細工する必要がないこ
とから通信用の素線を用いることができ、よって伝送損
失を低く維持できることから長距離に亙っての検知が可
能になり、しかしクラッドの一部を剥離するといった特
別の工程が不要になることから生産コストを低減するこ
とができる。

さらに、従来のもののように光ファイバ素線の表面物性
を利用することがないので汚染による感度低下がなく、
長期に亙っての信頼性を得ることができろ。

さらにまた、光ファイバを被覆材料で覆ってなる光ファ
イバ素線として用いるので、施工時に傷が付いて折損す
るといった不都合が防止され、施工性を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の液体検知センサに係わ
る図であって、第１図はこの発明の液体検知センサの第
１の実施例を示す概略構成図、第２図は該液体検知セン
サの使用に際して好適に用いられる検知システムの一例
を示す概略構成図、第３図は第２図に示した検知システ
ムにより液体の存在を検知するメカニズムを説明するた
めのグラフ、第４図はこの発明の液体検知センサの第２
の実施例を示４°概略構成図、第５図はこの発明の液体
検知センサの第３の実施例を示す概略構成図、第６図は
動作試験の結果を示すグラフ、第７図ないし第９図はい
ずれら従来の液体検知センサの例を示す概略構成図であ
る。 １０・・・・・・テンションメンバ、１１・・・・・・
膨潤Ｈ料、１２・・・・・・溝、１３・・・・・先ファ
イバ素線、１４・・・・・・コイル、１６・・・・・・
膨潤線、１７．１９・・・・・・凹部、Ｉ８・・・・・
・二心型線材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. テンションメンバの外周部に液体の浸潤によって膨潤す
   る膨潤材料を配し、該膨潤材料の外周部に凹部を設け、
   該凹部に光ファイバ素線を添設するとともに、上記膨潤
   材料の外周部に光ファイバ素線を凹部に拘束するための
   拘束部材を配したことを特徴とする液体検知センサ。