JPH05288633A - 液体検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液の検出感度に優れかつ膨潤部材を部分的に交
換することなどが容易に行えるような液体検知センサを
提供することを目的とする。 【構成】液体の吸収によって膨潤する膨潤部材１５と、
膨潤部材１５の外側に螺旋状に巻かれる第１の拘束部材
１３および第２の拘束部材１４を備えている。第２の拘
束部材１４は、第１の拘束部材１３と交差するように第
１の拘束部材１３と等ピッチで逆方向に巻かれている。
光ファイバ１６は、拘束部材１３，１４の各交差部１９
を結ぶ線上において、膨潤部材１５の外周部と拘束部材
１３，１４との間に配索されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液体を移送する
管の液漏れを検出するシステムなどに好適な液体検知セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】送油管などに生じた液漏れを検出する手
段として、光ファイバと後方散乱損失測定器（ＯＴＤ
Ｒ）等を用いた光学的検出システムが提案されている。
この種の検出システムに用いられる従来の液体検知セン
サは、特開平２−２５７３１号公報や特開昭６４−１９
３４号公報あるいは実開昭６２−１４３２３７号公報等
の先行技術に見られるように、光ファイバと膨潤部材の
外側に拘束部材をコイル状に巻付けたものが知られてい
る。

【０００３】これらの先行技術は、液漏れが生じた時に
被検知液を膨潤部材に吸収させて膨潤部材に体積膨張を
生じさせるとともに、膨潤部材の膨張に伴う動きを拘束
部材によって拘束することにより、光ファイバに曲げ変
形（マイクロベンド）を生じさせるようにしている。こ
の場合、光ファイバに送出された伝送光のパワー損失が
光ファイバの変形部分で増加するため、パワー損失と損
失発生時点をＯＴＤＲ等の測定器によって検出すること
により、液漏れ発生箇所を特定できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記いず
れの先行技術も、液漏れを生じた時点すなわち膨潤部材
の膨張が始まってから、マイクロベンドが一定の検知レ
ベルに達するまでにかなりの遅れ時間を生じる。このた
め液漏れを検知できるまでに時間がかかり、液漏れによ
る被害が大きくなりやすいなど、検知感度の点で問題が
あった。従って本発明の目的は、膨潤部材が液に触れて
からマイクロベンドを生じるまでの時間が短くかつ検出
感度の高い液体検知センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を果たすために
開発された本発明の液体検知センサは、液体の吸収によ
って膨潤する膨潤部材と、上記膨潤部材の外側に螺旋状
に巻かれる第１の拘束部材と、上記第１の拘束部材と交
差するように第１の拘束部材と等ピッチで逆方向に巻か
れる第２の拘束部材と、上記第１の拘束部材と第２の拘
束部材との交差部を結ぶ線上に沿って上記膨潤部材の外
周部と拘束部材との間に配索される光ファイバとを具備
している。なお、必要に応じて、特定の種類の液を吸収
した時に膨潤する膨潤部材を上記光ファイバの軸線方向
に部分的に配置するようにしてもよい。

【０００６】

【作用】被検知液が膨潤部材に吸収されると、この膨潤
部材は径方向と長手方向に膨張する。膨潤部材の外側に
は第１の拘束部材と第２の拘束部材が互いにＸ状に交差
するように巻付けられているから、膨潤部材の膨張に伴
う動きが規制されることにより、拘束部材の交差部に保
持されている光ファイバがマイクロベンドを起こす。こ
うして光ファイバに伝送損失が発生するため、ＯＴＤＲ
等の光パルス試験器によって伝送光のパワー損失と損失
発生時点を検出することにより、液体の存在と液漏れ発
生箇所が検出される。

【０００７】第１の拘束部材と第２の拘束部材は互いに
Ｘ状に交差しており、これらの交差部を結ぶ線上におい
て膨潤部材と拘束部材との間に光ファイバが配索されて
いるため、膨潤時に光ファイバが効率良く速やかに湾曲
することができ、膨潤部材の膨張が始まってから短時間
のうちにマイクロベンドが一定の検知レベルに達するよ
うになる。しかもこのような構成の拘束部材と光ファイ
バおよび膨潤部材の組合わせであれば、膨潤部材の部分
的交換を容易に行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例について、図１ないし
図７を参照して説明する。図２に示された液漏れ検出シ
ステム１は、液体検知センサ１０と光パルス試験器１１
とを備えて構成されている。液体検知センサ１０は、液
漏れを検出すべき配管（図示せず）に沿って配設される
ものであり、下記構造の光ファイバユニット１２と拘束
部材１３，１４とを備えている。

【０００９】図１に示されるように、光ファイバユニッ
ト１２は、液の吸収によって体積膨張を生じる円柱状の
膨潤部材１５と、膨潤部材１５の軸線方向に延びる光フ
ァイバ１６とによって構成されている。第１の拘束部材
１３は、膨潤部材１５の外側に一定ピッチで螺旋状に巻
かれている。第２の拘束部材１４は、第１の拘束部材１
３とＸ状に交差するように第１の拘束部材１３と等ピッ
チで逆方向に巻かれている。

【００１０】上記光ファイバ１６は、膨潤部材１５の外
周部と拘束部材１３，１４との間において、拘束部材１
３，１４の交差部１９を結ぶ線上に沿って膨潤部材１５
の軸線方向に配索されている。なお、光ファイバ１６に
沿ってテンションメンバ（図示せず）を設けることによ
り、光ファイバユニット１２に働く張力の一部をテンシ
ョンメンバに負担させてもよい。

【００１１】膨潤部材１５は光ファイバ１６のほぼ全長
にわたって連続して設けられていてもよいし、あるい
は、図３に示されるように、液漏れを検出する必要のあ
る箇所（例えば配管の継手部等）に部分的に膨潤部材１
５を設けるようにしてもよい。また、特定の被検知液を
吸収した時に膨潤する複数種類の膨潤部材を光ファイバ
１６の軸線方向に部分的に配置することによって、特定
の複数種類の液体をほぼ同一位置で検知できるようにし
てもよい。

【００１２】検出すべき液体が石油等の油類の場合、膨
潤部材１５の材料は油類を効率良く吸収するゴム、プラ
スチック、エラストマなどが使用される。膨潤部材１５
として好適に使用される材料は、例えばエチレンプロピ
レンゴム等のエチレン・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で
ある。被検知液が水の場合は、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ゴム状体などを使用する
とよい。

【００１３】第１の拘束部材１３と第２の拘束部材１４
は、それぞれ単線からなるものを使用してもよいが、好
ましくは10本以上の可撓性細線の束からなるものを使用
することにより、十分な可撓性をもたせるとよい。可撓
性細線は、ステンレス鋼線等の金属線やガラス繊維等の
無機繊維あるいはアラミド繊維等の高分子繊維を用い
る。これらの繊維は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）
と同様に、マトリックス樹脂によって固めるようにして
もよい。また、巻付けた形状を維持しつつセンサ１０自
身の曲げ易さを向上させるために、拘束部材１３，１４
の交差部１９のみに樹脂を含浸・硬化させるようにして
もよい。

【００１４】上記拘束部材１３，１４は、膨潤部材１５
が膨張して拘束部材１３，１４に引張り力が働いた時
に、引張り力に耐える引張り強さと、ほとんど伸びない
性質が必要である。このような要求を満たすために、弾
性率が 500kg／mm² 以上のものが使用される。

【００１５】なお、図８に示す光ファイバユニット２２
のように、前記拘束部材１３，１４に加えて、リング状
の第３の拘束部材２３を設けるようにしてもよい。第３
の拘束部材２３は、第１の拘束部材１３と第２の拘束部
材１４の交差部１９を通って膨潤部材１５の円周方向に
巻付けられている。

【００１６】図２に示す光パルス試験器１１の一例は後
方散乱損失測定装置（ＯＴＤＲ）であり、光ファイバ１
６に発生するパワー損失を検出できるように光ファイバ
１６の一端側に接続されている。図示例の光パルス試験
器１１は、光ファイバ１６に光パルスを送出するパルス
光源２５と、光／電気変換機能を有する光検出器２６
と、光ファイバ１６内に生じた後方散乱光を光検出器２
６に導く光方向性結合器２７と、信号処理装置２８と、
表示装置２９などを備えて構成されている。

【００１７】光パルス試験器１１の作用は次の通りであ
る。パルス光源２５から出た光パルスは、光方向性結合
器２７を介して、光ファイバ１６に入射する。この入射
光パルスは光ファイバ１６内を伝播するが、光ファイバ
１６内で生じる散乱により、光パルスの伝送パワーはそ
の到達距離が長くなるにつれて減衰する。その際に、光
ファイバ１６内で散乱した光の一部は後方散乱光として
光方向性結合器２７を通って光検出器２６に届く。図４
は、光検出器２６に届いた後方散乱光のパワーを縦軸に
とり、パルス光源２５を出てから光検出器２６に届くま
での時間を横軸にとって図化したものである。

【００１８】ここで、光ファイバ１６が曲げ変形（マイ
クロベンド）を起こすことによって光ファイバ１６に入
射した光の一部が光ファイバ１６の外に放出されると、
その箇所で光パルスのパワーが減少するため、図５に例
示されるように光検出器２６に届く後方散乱光のパワー
損失が変化する。この場合に、光パルスがパルス光源２
５を出てからの経過時間Ｔと光ファイバ１６内を進む光
の速度から、マイクロベンドを生じた箇所を求めること
ができる。

【００１９】図６は、膨潤部材１５が液体を吸収して体
積が膨張した状態を示している。液体を吸収した膨潤部
材１５は、径方向と長手方向にそれぞれ拡大する。この
時、拘束部材１３，１４によって膨潤部材１５の動きが
制限されるため、光ファイバ１６が曲げ変形を起こすこ
とによって、光ファイバ１６に伝送光のパワー損失が発
生する。

【００２０】図７は、前記実施例の光ファイバユニット
１２を有する液体検知センサ１０について、被検知液の
浸漬時間と伝送光のパワー損失との関係を、比較例１，
２と比べた実験結果である。比較例１は、図９に示すよ
うに、１本の拘束部材３０を一方向に螺旋状に巻いたも
のである。比較例２は、図１０に示すように、光ファイ
バ３１とテンションメンバ３２を内包する膨潤部材３３
の外側に、２本の拘束部材３４，３５を互いに逆方向に
巻付けてＸ状に交差させたものである。

【００２１】図７の実験結果において、我々が実用上の
検知時間の限界と考えるＴ₀ 以内で液漏れを検知できる
のは本実施例と比較例２であるが、本実施例のように拘
束部材１３，１４の各交差部１９を結ぶ線上に光ファイ
バ１６を配索したセンサ１０の方が、比較例２のセンサ
よりも検出感度と検出速度が格段に優れている。

【００２２】しかも本実施例のセンサ１０は、膨潤部材
１５の部分的な交換が可能であるため保守が容易であ
り、しかも膨潤部材１５の種類を被検知液の種類に応じ
て部分的に変えることができるため、複数種類の液の検
出を１本のセンサ１０を用いて行うことが可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、膨潤部材が液に触れた
時にマイクロベンドが一定の検知レベルに達するまでの
時間が短く、液漏れ発生時の検知感度が高い。また、膨
潤部材の部分的な交換が可能であるとともに、膨潤部材
の種類を被検知液の種類に応じて部分的に変えることが
できるため、複数種類の液の検出を行うことも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す液体検知センサの一部
の斜視図。

【図２】図１に示された液体検知センサを用いた液漏れ
検出システムの概略図。

【図３】図１に示された液体検知センサの使用態様の一
例を示す斜視図。

【図４】図２に示された液漏れ検出システムによって検
出される光パルスの後方散乱光のパワーと時間との関係
を示す図。

【図５】図２に示された液漏れ検出システムにおいて液
漏れ発生時の後方散乱光のパワーと時間との関係を示す
図。

【図６】膨潤部材が膨潤した様子を示す図。

【図７】本発明によるセンサと比較例のセンサの浸漬時
間とパワー損失増加量との関係を示す図。

【図８】本発明の他の実施例を示す液体検知センサの一
部の斜視図。

【図９】比較例１の斜視図。

【図１０】比較例２の斜視図。

【符号の説明】

１…液漏れ検出システム、１０…液体検知センサ、１１
…光パルス試験器、１２…光ファイバユニット、１３…
第１の拘束部材、１４…第２の拘束部材、１５…膨潤部
材、１６…光ファイバ、１９…交差部、２３…第３の拘
束部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体の吸収によって膨潤する膨潤部材と、
   上記膨潤部材の外側に螺旋状に巻かれる第１の拘束部材
   と、上記第１の拘束部材と交差するように第１の拘束部
   材と等ピッチで逆方向に巻かれる第２の拘束部材と、上
   記第１の拘束部材と第２の拘束部材との交差部を結ぶ線
   上に沿って上記膨潤部材の外周部と拘束部材との間に配
   索される光ファイバとを具備したことを特徴とする液体
   検知センサ。
2. 【請求項２】上記第１の拘束部材と第２の拘束部材の交
   差部を通って上記膨潤部材の周方向に巻かれた第３の拘
   束部材を備えている請求項１記載の液体検知センサ。
3. 【請求項３】特定の種類の液を吸収した時に膨潤する互
   いに異なる複数種類の膨潤部材を上記光ファイバの軸線
   方向に部分的に配置したことを特徴とする請求項１記載
   の液体検知センサ。