JPH05322690A - 漏液検知用光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力ケーブル線路などにおいて、その長手方
向に沿って連続的に浸水の監視ができ、かつ検知感度に
優れた浸水検知用光ファイバを提供する。 【構成】 バックスキャッタ法を利用して伝送損失分布
を測定し、浸水箇所を検知するセンサとして用いられる
もので、水が浸入できる複数の開口部４を有する波状形
状の保護管１に、光ファイバ３と吸水膨張材２が内蔵さ
れる。浸水に伴う吸水膨張材２の膨張で光ファイバ３が
保護管内壁に押圧され、波状に曲げられると伝送損失が
増加し、これを観測することで浸水検知ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、漏液検知センサのセン
サ部として用いる光ファイバの構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバによる漏液検知は、検出部に
電源を用いず、防曝型で小型軽量なセンサが用いられ
る。液体を吸収して変形（収縮或は膨張）する材料と光
ファイバを組み合わせて、漏液に伴う材料の変形により
光ファイバに側圧或は曲げを与え、発生した伝送損失を
検出することを原理とした漏液検知技術は、従来からい
くつか提案されている。

【０００３】この原理を用いた漏液検知技術は、大きく
２つに分類される。その一つは、漏液に伴う材料の変形
により、光ファイバの伝送損失を増加させるセンサを離
散的に設置し、設置した箇所ごとにのみ検知が可能な技
術である（例えば、特開昭62-52433号公報参照）。もう
一つは、光ファイバと吸液変形材料とを連続的に組み合
わせ、漏液に伴う材料の変形により、光ファイバのどの
部分においても伝送損失を増加させることができ、この
損失分布をＯＴＤＲ（Optical Time-Domain Reflectmet
er）等で測定して漏液箇所を検出する技術である（例え
ば、特開昭62-28703、同62-55546、特開昭63-266340 号
公報参照）。更に、漏油検知に関し、偏心コア光ファイ
バなどの特殊な光ファイバを用いて、光ファイバ表面に
油が付着した場合の伝送特性の変化を測定する技術もあ
る（特開昭62-293132 号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来技
術では、センサを設置した箇所の漏液しか検知できず、
ある程度連続的に漏液監視を行うには、センサを多数設
置しなければならない。又後者の従来技術では、連続的
に漏液監視ができるものの、吸液変形時の側圧或は曲げ
の発生量が不安定で、伝送損失の変化量も安定せず、十
分な漏液検知が困難な場合があった。更に、偏心コア光
ファイバを用い、漏油検知を行うものは、特殊な光ファ
イバが必要であった。従って、本発明の目的は、ケーブ
ル線路などにおいて連続的に漏液の監視ができ、かつ検
知感度に優れた漏液検知用光ファイバを提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明光ファイバの特徴は、液体の浸入部を有する
保護管に、光ファイバと吸液膨張材が内蔵され、前記保
護管は、少なくともその内面が連続的な凹凸で構成され
たことにある。ここで、少なくともその内面が連続的な
凹凸で構成された保護管は、例えば管自体がその長手方
向に波状に形成されたもの（波状管）や、波付け加工さ
れた金属テープを螺旋状に捻回して形成されたもの（螺
旋管）が考えられる。そして、液体の浸入部は、保護管
の一部に、開口部を形成したり、浸透性材料適用したも
ので、前記波状管の場合、連続的な漏液監視ができるよ
う、長手方向に適宜な間隔で複数設けておけばよい。
又、前記螺旋管の場合、捻回された金属テープ間の間隔
又は隙間が浸入部となる。又、保護管が一般的な直線状
の場合、その内部に光ファイバ、吸液膨張材及び連続的
な凹凸部を有する長尺体（例えば波状板）を収納するこ
とにある。又、開口部或は浸透部を有する保護管に、光
ファイバ及び吸液膨張材料を内蔵した漏液検知用光ファ
イバであって、保護管の複数箇所に、保護管全周におよ
ぶ凹部を具え、これら各凹部の曲率半径ｒが一定で、そ
の範囲が０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする。

【０００６】更に、これらの漏液検知用光ファイバを用
いて電力ケーブルの絶縁油の漏れを検出する方法は、漏
液検知用光ファイバを電力ケーブルの油浸絶縁層外周の
被覆層又はこれらの間に収納し、光ファイバに光パルス
を送出して、後方散乱光強度を測定し、光ファイバの伝
送損失分布から絶縁油の漏れを検出することを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明の光ファイバは、バックスキャッタ法を
利用して伝送損失分布を測定し、漏液箇所を検知するセ
ンサとして用いられるものである。光ファイバと吸液膨
張材が保護管に内蔵され、この保護管には液体の浸入部
が設けられている。このため、漏液により吸液膨張材が
膨張すれば、光ファイバが保護管内壁に押圧される。こ
こで、保護管が一般的な直線状のものでも伝送損失が増
加するが、その量は僅かで、不安定な場合もある。

【０００８】この点、本発明光ファイバは、少なくとも
その内面が連続的な凹凸で構成された保護管（例えば前
記波状管）を用いているため、保護管内壁に押圧された
光ファイバは、これと同様の波状に曲げられる。従っ
て、漏液箇所の光ファイバの伝送損失を確実に増加させ
ることができ、感度の高い漏液検知を行うことができ
る。

【０００９】又、保護管が直線状のものであっても、そ
の内面に連続的に分布した凸部が設けられた場合や、保
護管内に光ファイバ、吸液膨張材及び波状板を内蔵した
ものでも、漏液により吸液膨張材が膨張すれば、光ファ
イバはやはり波状に曲げられ、保護管自体が波状のもの
と同様に感度の高い漏液検知を行うことができる。

【００１０】更に、直線状の保護管の複数箇所に、保護
管全周におよぶ凹部（くびれ）を具えたものも、上記の
各光ファイバと同様に、吸液膨張材の膨張により、光フ
ァイバが前記凹部に押圧されると曲げが加えられる。こ
れにより発生する伝送損失の増加を検知することで漏液
検知を行うことができる。特にこの場合、次のような利
点がある。

【００１１】各凹部の曲率半径ｒが一定であるため、
光ファイバの曲げも一定にでき、安定した損失増加を得
ることができる。 凹部が保護管の全周に及んでいるため、管内で吸液膨
張材と光ファイバがどのような向きに収納されていて
も、確実に光ファイバに曲げを加えることができる。

【００１２】一方、上記光ファイバを利用し、電力ケー
ブルの絶縁油の漏れを検知する方法は、漏液検知用光フ
ァイバを電力ケーブルの油浸絶縁層外周の被覆層又はこ
れらの間に収納して行う。従来、電力ケーブルに光ファ
イバを縦添えし、漏油検知を行う技術もあるが（特開昭
58-95921号公報参照）、この場合、電力ケーブルの外周
に光ファイバを付設するため、ケーブル内部からの漏油
か、外部からの油付着か区別がつかないこともある。本
発明方法では、漏液検知用光ファイバを電力ケーブルの
油浸絶縁層外周の被覆層又はこれらの間に収納するた
め、光ファイバは油浸絶縁層から漏れた油以外の液体の
影響を受けず、確実に絶縁油の漏油のみを検知すること
ができる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、図１及び図２に基づいて、浸水検知
を目的とした本発明の一実施例を説明する。図１は本発
明光ファイバの断面図及び平面図を示すもので、図示の
ように、保護管１には吸水膨張材（吸液膨張材）２及び
光ファイバ３が内蔵されている。先ず、保護管１から説
明すると、これは管自体が波状のもので、長手方向に一
定間隔をもって複数の開口部４が設けられている。開口
部４は浸水が発生した場合に、保護管内に水を取り込む
入水口である。本例では開口部としているが、保護管内
に水を入れることができればよく、例えば保護管の一部
を浸透性材料で構成してもよい。

【００１４】保護管１には、吸水性膨張材２と光ファイ
バ３が内蔵されている、吸水膨張材２は、水を吸うこと
で膨張する材料で、例えばアクリル酸ビニルアルコール
共重合体、アクリル酸ソーダ重合体、アクリル酸ソーダ
アクリルアミド共重合体等の吸水性ポリマーが挙げられ
る。本例では吸水膨張材を線状に形成し、光ファイバと
並行して保護管内に配置した。

【００１５】このような浸水検知用光ファイバの浸水前
後における保護管内の状態を図２を用いて説明する。図
１と共通する部分は同一符号で示してある。浸水がない
場合は、図２（Ａ）に示すように吸水膨張材２が膨張す
ることなく、光ファイバ３も直線性を保っている。しか
し、浸水が起こると開口部４より保護管内に水が浸入
し、図２（Ｂ）に示すように吸水膨張材２が膨張する。
この際、光ファイバ３は保護管内壁に押圧され、保護管
１と同様の波状の曲げが加えられる。曲げられた箇所は
伝送損失が増加するため、これを観測すれば浸水箇所を
検知することができる。

【００１６】このように、浸水時、保護管内で吸水膨張
材が膨張するため、保護管はその膨張力によって変形し
ない程度の強度を有する必要がある。このような点から
プラスチック製保護管でもよいが、扱い易さ等も考慮
し、本例ではステンレス管とした。又、保護管の太さは
光ファイバ素線（通常0.1〜1.0mm)及び吸水膨張材を内
蔵することから数100 μｍ〜数ｍｍ程度がよい。更に保
護管の波状形状を構成する曲げ径は、シングルモード光
ファイバが数ｍｍ以下の曲げ径で顕著に伝送損失増加を
起こすこと等を考えると、一般に10ｍｍ以下が望まし
い。

【００１７】次に、このような浸水検知用光ファイバの
使用方法を、図３及び図４に基づいて説明する。図３に
示すように浸水検知用光ファイバ５はＯＴＤＲ装置に接
続され、電力ケーブル線路などの浸水検知が必要な箇所
に布設される。ＯＴＤＲは、バックスキャッタ法を利用
したもので、光ファイバの一端から光パルスを送出し、
光ファイバの途中から戻ってくる後方散乱光強度を測定
して、光ファイバ長手方向の損失変化及び変化点までの
距離を計測する装置である。

【００１８】このようなシステム構成で浸水がない場合
に伝送損失の測定を行えば、図４（Ａ）に示すように、
距離に比例してほぼ一定の割合で光強度が低下（損失が
増加）する分布状態が観測される。しかし、いずれかの
箇所に浸水が発生すれば、その箇所の吸水膨張材が膨張
し、光ファイバに保護管に沿った曲げを与えるため、伝
送損失の増加が観測される。その状態は図４（Ｂ）に示
すようにステップ状の変化として観測され、この変化箇
所までの距離により浸水箇所を認識することができる。

【００１９】（実施例２）以上は保護管に波状管を用い
た場合を説明したが、螺旋管のものも併せて説明する。
図５は光ファイバ53と吸液膨張材52を収納した螺旋管を
示すもので、予め波付け加工された金属テープ50を螺旋
状に捻回することにより形成されている。捻回の仕方と
して、（Ａ）に示すように、金属テープ間に相当の間隔
を有する開き巻きと、（Ｂ）に示すように、金属テープ
50を重ねて捻回する重ね巻きがある。開き巻きとした場
合、金属テープ間の間隔が浸入部となることはもちろん
であるが、重ね巻きの場合も、重なり合う金属テープ間
に隙間が形成されるため、液体の浸入は可能である。
尚、使用方法、作用効果は、前記波状管の場合と同様で
あるため説明を省略する。

【００２０】（実施例３）次に、電力ケーブルにおける
漏油検知を目的とした本発明一実施例を説明する。漏油
検知の場合も、図１に示したような波状管を用いること
ができるが、本例では図６に示すように、直線状の保護
管１１に、光ファイバ１３、吸油膨張材１２（吸液膨張
材）及び波状板１６を内蔵した構成とした。保護管１１
は、直線状のものである点を除き、材質、径、開口部が
設けられていること等、前記実施例１と同様である。

【００２１】吸油膨張材１２の具体例としては、エチレ
ンプロピレンゴム等のゴム材料が挙げられ、これを線状
にして光ファイバに沿わせ、保護管内に収納した。吸油
膨張材の膨張時、光ファイバに曲げが加わるよう、波状
板と光ファイバを接して収納することはいうまでもな
い。尚、吸油膨張材は、粉体や粒状体で保護管内に収納
することもできる。

【００２２】この漏油検知用光ファイバの電力ケーブル
への付設は、図７に示すように行った。同図は本発明光
ファイバを内蔵した電力ケーブルの断面を示すもので、
遮蔽層１９外周をほぼ４等分する各位置に、４本の漏油
検知用光ファイバ１５が螺旋状に巻回されている。ま
た、これらはほぼ防蝕層２０に埋設されている。このよ
うに、漏液検知用光ファイバを電力ケーブルの油浸絶縁
層外周の被覆層に収納するため、光ファイバは油浸絶縁
層１８から漏れた油以外の液体の影響を受けず、確実に
絶縁油の漏油のみを検知することができる。

【００２３】尚、漏液検知用光ファイバの本数や付設方
法は、各ケーブル構造により、漏油の起こり易い部分を
カバーできるよう適宜選択すればよいが、ケーブルのど
の箇所で油漏があっても検出し易いよう、油浸絶縁層全
周に密に巻回することが好ましい。

【００２４】そして、漏油検知は実施例１で説明したよ
うに、光ファイバに光パルスを送出し、後方散乱光強度
を測定することで伝送損失分布を求ることで行う。漏油
が発生すれば、吸油膨張材の膨張により、光ファイバに
曲げが加えられ、その部分の伝送損失が増加することか
ら漏油箇所を検知することができる。

【００２５】（実施例４）更に、保護管全周におよぶ凹
部（くびれ）を、複数箇所に具えた保護管を用いた漏液
検知光ファイバの実施例を図８及び９を用いて説明す
る。本例の光ファイバも、保護管の材質，サイズ、吸液
膨張材の材質、使用方法などは前記実施例１，２で説明
したものと同様なので、これらの説明は省略し、主に相
違点について説明する。

【００２６】図８に示すように、本例の保護管３１はそ
の長手方向に複数の開口部３４を有すると共に、その全
周におよぶ凹部３５を具え、この管内には、検知したい
液体を吸収して膨張する吸液膨張材３２と光ファイバ３
３が内蔵されている。通常、図９（Ａ）に示すように、
光ファイバ３３は直線状に配置され、漏液に伴う吸液
時、同図（Ｂ）に示すように、光ファイバ３３に曲げが
加えられる。そして、前記実施例１，２と同様に、発生
した伝送損失の増加を検知すれば、漏液を検出すること
ができるのである。

【００２７】この凹部３５の設計に当たり、光ファイバ
にシングルモード光ファイバを用いた場合を例として、
各曲率半径ｒにおける曲げ角θ（図１１参照）と損失増
加量の関係を調べてみた。その関係を図１０に示す。図
示のように、曲率半径ｒが５ｍｍで、曲げ角θがπ（半
円）であれば、５ｄＢ程度の損失増加が生じることにな
る。

【００２８】ＯＴＤＲで測定した場合に、確実に漏液発
生地点を検知できる損失が２ｄＢとすると、５ｍｍの曲
率半径では、曲げ角はπ／３（６０度）となり、凹部は
図１１の様に形成すればよい。又、図示していないが、
様々な曲率半径について試験を行った結果、ｒが０．５
から１０ｍｍ程度であれば精度よく伝送損失を検出でき
ることが判明した。

【００２９】次に、凹部の保護管長手方向における間隔
と位置について説明する。間隔については漏液を検出し
たい間隔より小さくなければならないことはいうまでも
ないが、保護管に形成された開口部の大きさ，間隔も考
慮しなければならない。即ち、凹部は開口部を避けた箇
所に形成したほうがよい。開口部と凹部を同一箇所に設
けることは、製造上，使用上共に強度の点で好ましくな
いからである。

【００３０】このように、本例の光ファイバは、凹部が
保護管の全周に及んでいるため、管内で吸液膨張材と光
ファイバがどのような向きに収納されていても確実に光
ファイバに曲げを加えることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明光ファイバ
を用いれば、比較的簡単な構造で、感度よく漏液箇所の
検出を行うことができる。特に、油浸絶縁電力ケーブル
の油漏に用いた場合、電力ケーブル内に光ファイバを埋
設することで、確実に油浸絶縁層からの油漏のみを検知
することができる。従って、浸水検知が必要とされる電
力ケーブル、通信ケーブル等や、漏油検知が必要とされ
る油輸送用のパイプライン、一般のプラント配管、油浸
絶縁電力ケーブル等に利用すれば効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光ファイバの断面図及び平面図。

【図２】本発明光ファイバの長手方向断面図を示すもの
で、（Ａ）は漏液前、（Ｂ）は漏液時の状態を示すもの
である。

【図３】本発明光ファイバを用いた漏液検知システムの
構成図である。

【図４】光ファイバの伝送損失分布を示すグラフで、
（Ａ）は漏液前、（Ｂ）は漏液時の状態を示すものであ
る。

【図５】波付け加工した金属テープを螺旋上に捻回して
形成した保護管を用いた実施例を示すもので、（Ａ）は
開き巻きの場合、（Ｂ）は重ね巻きの場合を示してい
る。

【図６】波状板を内蔵した本発明光ファイバの断面図及
び平面図。

【図７】本発明光ファイバを内設した電力ケーブルの断
面を示すもので、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は縦断面図
である。

【図８】保護管の複数箇所に凹部を設けた本発明光ファ
イバの断面図及び平面図。

【図９】図８記載の光ファイバの長手方向断面図を示す
もので、（Ａ）は漏液前、（Ｂ）は漏液時の状態を示す
ものである。

【図１０】光ファイバの各曲率半径における曲げ角と伝
送損失の関係を示すグラフ。

【図１１】図８に記載した保護管の凹部の曲率半径ｒ及
び曲げ角θを示す説明図。

【符号の説明】

１、１１、３１ 保護管 ２ 吸水膨張材 ３、１３、３３、５３ 光ファイバ ４、１４、３４ 開口部 ５ 浸水検知用光ファイバ １２ 吸油膨張材 １５ 漏油検知用光ファイバ １６ 波状板 １７ 導体 １８ 油浸絶縁層 １９ 遮蔽層 ２０ 防蝕層 ３２、５２ 吸液膨張材 ３５ 凹部 ４０ 管壁 ５０ 金属テープ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体の浸入部を有する保護管に、光ファ
   イバと吸液膨張材が内蔵され、前記保護管は、少なくと
   もその内面が連続的な凹凸で構成されたことを特徴とす
   る漏液検知用光ファイバ。
2. 【請求項２】 液体が浸入できる複数の開口部或は浸透
   部を有する保護管に、光ファイバ、吸液膨張材及び連続
   的な凹凸部を有する長尺体を内蔵してなることを特徴と
   する漏液検知用光ファイバ。
3. 【請求項３】 液体が浸入できる複数の開口部或は浸透
   部を有する保護管に、光ファイバ及び吸液膨張材料を内
   蔵した漏液検知用光ファイバであって、前記保護管の複
   数箇所に、保護管全周におよぶ凹部を具え、これら各凹
   部の曲率半径ｒが一定で、その範囲が０．５〜１０ｍｍ
   であることを特徴とする漏液検知用光ファイバ。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の漏液検知用光
   ファイバを電力ケーブルの油浸絶縁層外周の被覆層又は
   これらの間に収納し、光ファイバに光パルスを送出し
   て、後方散乱光強度を測定し、光ファイバの伝送損失分
   布から絶縁油の漏れを検出することを特徴とする電力ケ
   ーブルの漏油検出方法。