JPH045136A - 光ファイバ複合トロリ線の架線方法 - 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］ 本発明は、トロリ線と光ファイバを複合してなる光ファ
イバ複合トロリ線及びそれを実架線した際にトロリ線に
発生する異常発熱個所や断線位置を高精度に検知するこ
とのできる異常発熱検知システムならびに光ファイバ複
合トロリ線の新規な架線方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、トロリ線に溝を形成し、当該溝内に警報線を
埋め込んでおき、トロリ線の断線や使用摩耗限界を検知
する警報線入りトロリ線はよく知られている。

この警報線として、従来のメタル線に代え光ファイバを
使用する技術については、既に実開昭６０−２５５３０
．実開昭６０−１２８８２５゜実開昭６１−１８７７４
１．特開昭６１２６３８４４などに開示されており公知
である。

すなわち、これらの提案例は、トロリ線に形成された溝
内に情報伝送線としての光ファイバを非拘束状態で収容
し、トロリ線に負荷された架線張力等が光ファイバに直
接及ばないように配慮し、これを実架線して当該光ファ
イバを用いてトロリ線の断線や摩耗状態等の情報を得よ
うとするものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記既提案例は、いずれも光ファイバをトロリ線の溝内
に非拘束状態で収容することを強調し、それにより張力
に弱い光ファイバを保護することが謳われている。

しかし、現実にトロリ線の溝内に光ファイバを非拘束状
態で収容して光ファイバ複合トロリ線を試作した結果に
よれば、決して机上での理屈通りにはいかないことが判
明した。

すなわち、光ファイバ複合トロリ線は、工場で複合化さ
れた後架線されるまでの間、トロリ線用巻枠に巻かれて
保管されるが、この巻かれた状態に置かれるときに光フ
ァイバが許容限度以上のストレスを受けるのである。こ
のストレスを軽減する手段は、例えば同じく導電線との
複合線である光ファイバ複合架空地線などにおいては種
々施されているが、径の細いトロリ線に形成された限ら
れた溝内にある光ファイバにそのような技術を適用する
ことは困難である。

また、トロリ線の伸線加工や溝の形成加工においては、
潤滑油の使用か不可欠であって、その際使用された潤滑
油の残油を完全に取除くことは不可能である。この残油
によって、上記トロリ線の保管中に光ファイバが溝壁に
固着してしまう危険があり、このように溝壁に光ファイ
バが固着した状態下でトロリ線に延線張力や架線張力が
負荷されると、大きなストレスが固着部分に集中し、断
線させたりあるいは断線に至らずとも静荷重疲労によっ
て光ファイバの寿命を極端に短くするおそれかある。従
って、上述のように提案はされているものの、上記の諸
問題が存在するために、未だ実用化されるには至ってい
ないのが現状である。

一方、トロリ線の異常発熱を検知する手段としては、部
分的かつ断続的に測定検知する方法として放射温度計や
サーモテープを使用する方法があるが、精度が劣るしト
ロリ線の全長の温度分布を計測することは不可能である
。さらに、接触式の温度測定法は通電状態では使用する
ことができない。

本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を解
消し、トロリ線と光ファイバを複合させても光ファイバ
に異常ストレスを負荷させるおそれのない新規な光ファ
イバ複合トロリ線及びそれを用いてトロリ線の全長にわ
たる発熱状況を温度の測定精度において±１℃、距離の
分解能において１ｍといった極めて高い精度をもって常
時監視し、トロリ線の異常発熱や断線を検知することを
可能にする新規なトロリ線路の異常発熱検知システムな
らびに光ファイバに張力を生しさせない新規な光ファイ
バ複合トロリ線の架線方法を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、トロリ線の長手方向に光ファイバを収容し得
る溝を設け、当該溝内に光ファイバを非拘束状態に収容
すると共に、前記溝内壁と光ファイバの間に該光ファイ
バがトロリ線に対し相対的に滑動し得るようなジェリー
状物質を充填し、光ファイバが溝より逸脱するのを防止
する手段を溝の開口側に設けたものであり、また、その
ような光ファイバ複合トロリ線の光ファイバの一端を光
分波器に接続し、該光分波器にパルス光を光ファイバに
入力させるパルス光入力装置を接続すると共に入力させ
たパルス光の後方散乱光の中からストークス光及びアン
チストークス光を分光して取り出すためのフィルターを
設置し、それぞれのフィルターにより分光された前記ス
トークス光及びアンチストークス光を光／電気変換装置
を介して増巾回路ならびにストークス光とアンチトーク
ス光の強度比から温度と当該温度地点までの距離を演算
表示する演算表示装置に入力させ得るように構成したも
のであり、さらには、架線に際しトロリ線巻枠より溝付
トロリ線を送り出し、矯正装置により矯正しつつ当該ト
ロリ線に延線張力を負荷し、該張力負荷状態にあるトロ
リ線の溝内に光ファイバを収容して当該光ファイバの収
容された溝内にジェリー状物質を充填し、溝開口よりの
光ファイバの逸脱防止処置を施しつつ順次延線して所定
区間に光ファイバ複合トロリ線を架線するものである。

［作用］ トロリ線の溝内に光ファイバを非拘束状態に収容すると
共に、当該溝内壁と光ファイバの間に該光ファイバがト
ロリ線に対し相対的に動き得るようなジェリー状物質を
充填しておけば、トロリ線が溝に固着するおそれは解消
され、また光ファイバが溝内を動き得ることで、張力負
荷時の応力が広く分散均一化されるため、応力の集中点
を形成するおそれも解消される。

また、そのような光ファイバ複合トロリ線の光ファイバ
の一端を光分波器に接続し、パルス光を入力させると共
に、当該パルス光の後方散乱光の中からストークス光及
びアンチストークス光を取り出し、ストークス光とアン
チストークス光の強度比を連続的に演算しこれを表示す
ることにより、温度にして±１℃、距離にして１ｍの分
解精度でトロリ線全長の温度変化さらには断線について
も常時監視することか可能となるし、延線張力の負荷状
態にあるトロリ線に光ファ・ｒバを複合させれば、架線
後に光ファイバに張力が加わるおそれかなくなる。

［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照し具体的に説明す
る。

第１および２図は、本発明に係る光ファイバ複合トロリ
線１の２様の実施例を示す断面図である。

トロリ線には溝２が形成され、当該溝２内に光ファイバ
３が非拘束状態で収容されるが、この状態までは先の既
に開示された提案例と変らない。

本発明が特徴点とするところは、光ファイバ３を単に溝
２内に収容しただけではなく、溝内壁と光ファイバ３と
の間にシリコーンオイル等の潤滑性を有するジェリー状
物質を充填し、光ファイバ３と溝２の内壁との間に自由
な滑動状態を与え得るようにした点である。

溝２と光ファイバ３との間隙にジェリー状物質４が充填
されていれば、当該ジェリー状物質４が一種のクツショ
ン材としての作用をも発揮し、トロリ線１が受けた張力
が光ファイバ３にまで及ぶのを大巾に緩和する作用を有
する。しかもこのジェリー状物質３の存在により、トロ
リ線加工時の潤滑油の残油が存在していたとしても、光
ファイバ３が当該残油により溝２の内壁に固着するおそ
れは全くないばかりでなく、光ファイバ３に応力が集中
しそうになった際には光ファイバ３自身がその応力によ
り滑動せしめられ、応力を均一に分散させる結果ともな
るのである。

なお、第１図における溝２の開口の加締め部５あるいは
第２図において嵌着せしめられているクリップ６は、溝
２内に収容されている光ファイバ３が溝２より逸脱する
のを防止するためのものである。このような加締め５や
クリップ６は連続的に設ける必要はなく、適当間隔を置
いて設ければ十分にその機能を発揮し得る。

第３図は、上記のように構成される本発明に係る光ファ
イバ複合トロリ線を製造しながら架線する本発明に係る
架線方法を示す説明図である。

予め溝付は加工され巻枠１０に巻かれて現地に搬入され
たトロリ原線ＩＡが巻枠１０より送り出され、矯正装置
１１を通過させることにより巻きくせが矯正され、別途
光ファイバ巻枠１２より極力供給時の張力を低く抑さえ
るようにしながら光ファイバ３が供給され、トロリ原線
ＩＡの溝内に収容された後、ジェリー状物質供給装置１
３において前述したように溝２内にジェリー状物質４が
充填され、例えば加締め又はクリップ取付装置１４によ
って前述した加締め５又はクリップ６の取付けが施され
、本発明に係る光ファイバ複合トロリ線１に製造されて
ターンシーブ１５を介し架線区間に送り出される。

このように架線作業と同時に最終的な光ファイバ複合ト
ロリ線として製造する方法をもってすれば、工場におい
て予め最終製品に製造する必要が一切なくなり、それに
よって従来製造後巻枠に巻いて保管することにより生じ
ていたストレスの発生が排除できるばかりでなく、光フ
ァイバが収容されるトロリ線には既に大きな延線張力が
負荷されている状態下で光ファイバ３の溝２内への収容
か行なわれる結果、収容された光ファイバ３にさらに張
力が負荷されるといったおそれは完全に解消される。

つぎに、上記のようにして架線された光ファイバ複合ト
ロリ線路における異常発熱あるいは断線を常時監視する
ことのできる異常発熱検知システムについて説明する。

第４図は、そのような異常発熱検知システムの構成を示
すブロック説明図であり、３が前述した光ファイバ複合
トロリ線１の溝２内に収容されている光ファイバである
。

光ファイバ３は、例えば中央監視区域に設置された計測
部の光分波器２２に光学的に接続され、光ファイバ３に
沿ったトロリ線路全長における温度分布とその長手方向
における各分布点の位置が高精度に測定される。

その測定原理はつぎの通りである。

パルス駆動回路２０を作動させ、レーザダイオード２１
より光パルスＰを光ファイバ３に入射させる。

光ファイバ３に光パルスＰを入射すると、この光パルス
Ｐは、各通過位置で微弱な散乱光を生成しながら、真空
中よりやや遅い約２００ｍ／μＳの速度Ｖで光ファイバ
中を伝搬していく。発生した散乱光の一部は、後方散乱
光Ｐ′として再び入射端に戻ってくる。光パルスＰを入
射してから後方散乱光が戻ってくるまでの遅延時間ｔか
ら、その後方散乱光の発生位置χ（＝ｖ−ｔ／２）を知
ることができる。

一方、各位置での温度は、後方散乱光に含まれるラマン
散乱光強度から求めることができる。後方散乱光は主と
して２種類から成り、入射光が光ファイバ材料のガラス
の格子振動によって弾性的に散乱されて生じるレーレ散
乱光（入射と同じ波長）のほかに、入射光とは、異なる
波長のラマン散乱光が含まれている。ラマン散乱光は、
入射光がガラスの格子振動とエネルギーの授受を伴う非
弾性的な相互作用を生じることによって生成する。

振動数ν。の入射光が、ガラスの格子振動に作用すると
、格子振動は瞬時、仮の高エネルギー状態に励起され、
再び元の状態に戻るが、このとき始めに基底状態にあっ
たものが、１単位だけエネルギー準位の高い励起状態に
落ちてくると、入射光のエネルギーはｈν（ｈ　ブラン
ク定数、ν・格子振動数）分減少し、この結果、散乱光
の振動数は（ν。−ν）となり、入射光より低くなるス
トークス光となる。

逆に、始め励起状態にあった格子振動が、入射光との衝
突過程で基底状態に落ちると散乱光はｈν分だけエネル
ギーが増加して、その振動数は入射光より高い（ν。＋
ν）となるアンチストークス光となる。

第５図は、光ファイバの上記ラマン散乱光の測定結果の
一例を示す線図である。同図には、ガラスの固有振動数
（波数で約４００ｃｍ−’）だけシフトした位置に、ラ
マン散乱光の２成分であるストークス光とアンチストー
クス光のピークが見られる。ラマン錯乱光の強度は、レ
ーレ散乱光の約１０−３程度、また入射光の約１０−８
程度ときわめて微弱であるが、温度に強く依存するので
、レーレ散乱光よりは温度情報源として優れている。

また、アンチストークス光とストークス光の強度比は、
次式に示すように、入射光波長とガラスの組成（ラマン
シフト波数）が決まれば、理論的に温度にだけ依存する
。

ここでＩａ：アンチストークス光強度 ｌＳニストークス光強度、 ν。二人射光波数、 シ：格子振動波数、 ｈニブランク定数、 Ｃ・光速、 ｋ：ボルツマン定数、 Ｔ：絶対温度。

第４図の光分波器２２に、後方散乱光として戻って来た
光の中から上記ストークス光を分光し取り出すフィルタ
ー２３およびアンチストークス光を分光し取り出すフィ
ルター２４を設置しておき、それぞれ取り出された両者
をアバランシェフォトダイオード２５により光／電気変
換を行ない、増巾回路２６により増巾し、高速平均化処
理装置２７により連続パルスによって得られた数値の平
均化処理を行ない、パーソナルコンピューター２８によ
り長手方向における距離に応じたストークス光とアンチ
ストークス光の強度比の分布を演算しデイスプレィ装置
２９に表示することで光ファイバ３の長手方向全域にお
ける距離に応した温度分布を知ることができる。

第６図は、温度と上記アンチストークス光とストークス
光の強度比の関係をプロットした線図である。−１００
〜＋２００℃の範囲で、強度比は、温度にほぼ比例して
いることがわかる。したがって、光ファイバ各点からの
後方散乱光のうち、ラマン散乱光の２成分を分光し、そ
の強度を計測し、比をとれば各点の温度を知ることがで
きる。

上記異常発熱検知システムを前記したように例えば中央
監視区域に設置しておけば、常時連続してトロリ線路全
長域の温度分布を知ることができるし、断線があれば直
ちに情報が途切れるからその断線位置までも知ることが
できる。しかも、光ファイバを使用していることで電磁
誘導障害のおそれは全くないのである。

実測によれば、上記システムによる温度の測定精度は±
１℃であり、距離の分解能は１ｍという高精度が得られ
ることが確認された。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、つぎのような優れた効果
を発揮することができる。

（１）トロリ線の溝内に光ファイバが滑動できるジェリ
ー状物質を充填したので溝壁への固着が完全に解消され
ストレスの集中の生ずる危険性がなく、また光ファイバ
が滑動できることで光ファイバに負荷される応力の分散
均分化が行なわれ、全体的に光ファイバの寿命を延ばす
ことが可能となる。

（２）トロリ線の架線の際に架線張力の負荷されたトロ
リ線の溝内に光ファイバを収容するようにしたことで、
架線後の使用状態で光ファイバに異常張力が負荷される
おそれがなくなり、寿命の延長効果を一層増大させるこ
とができる。

（３）　　トロリ線の温度分布測定において、充填され
ているジェリーが熱伝達のための媒体物質となり、温度
の検出精度を向上させる効果が生ずる。

（４）　　従来不可能であったトロリ線路全長にわたる
温度分布の測定を管理区域において常時実施することが
でき、その高精度な測定能力と相俟って予防保全の信頼
性を飛躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１および２図は本発明に係る光ファイバ複合トロリ線
の２様の実施例を示す断面図、第３図は本発明に係る架
線状況を示す説明図、第４図は本発明に係る発熱検知シ
ステムの構成を示すブロック説明図、第５図はラマン散
乱による後方散乱光の測定スペクトル線図、第６図はア
ンチストークス光とストークス光の強度比と温度との関
係を示す線図である。 １、光ファイバ複合トロリ線、 トロリ原線、 ・溝、 ：光ファイバ、 ジェリー状物質、 ：加締め部、 クリップ、 トロリ線巻枠、 ：矯正装置、 ・光ファイバ巻枠、 ニジエリ−状物質供給装置、 ：加締め又はクリップ取付装置、 ：ターンシーブ、 ：パルス駆動回路、 光分波器、 光／電気変換素子、 ：演算装置、 ・表示装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）トロリ線の長手方向に光ファイバを収容し得る溝
   を設け、当該溝内に光ファイバを非拘束状態に収容する
   と共に、前記溝内壁と光ファイバの間に該光ファイバが
   トロリ線に対し相対的に滑動し得るようなジェリー状物
   質を充填し、光ファイバが溝より逸脱するのを防止する
   手段を溝の開口側に設けてなる光ファイバ複合トロリ線
   。
2. （２）架線された請求項１記載の光ファイバ複合トロリ
   線の光ファイバの一端を光分波器に接続し、該光分波器
   にパルス光を光ファイバに入力させるパルス光入力装置
   を接続すると共に入力させたパルス光の後方散乱光の中
   からストークス光及びアンチストークス光を分光して取
   り出すためのフィルターを設置し、それぞれのフィルタ
   ーにより分光された前記ストークス光及びアンチストー
   クス光を光／電気変換装置を介して増巾回路ならびにス
   トークス光とアンチストークス光の強度比から温度と当
   該温度地点までの距離を演算表示する演算表示装置に入
   力させ得るように構成してなるトロリ線路の異常発熱検
   知システム。
3. （３）トロリ線巻枠より溝付トロリ線を送り出し、矯正
   装置により矯正しつつ当該トロリ線に延線張力を負荷し
   、該張力負荷状態にあるトロリ線の溝内に光ファイバを
   収容して当該光ファイバの収容された溝内にジェリー状
   物質を充填し、溝開口よりの光ファイバの逸脱防止処置
   を施しつつ順次延線して所定区間に架線する光ファイバ
   複合トロリ線の架線方法。