JPH0578080B2

JPH0578080B2 -

Info

Publication number: JPH0578080B2
Application number: JP59235248A
Authority: JP
Inventors: Akira Tane; Yutaka Oono
Original assignee: Nippon Kokan Koji KK
Current assignee: Nippon Kokan Koji KK
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1993-10-28
Also published as: JPS61115197A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は１又は２以上の検出点の温度を非電
気的に検出する防災システム用温度検出装置に関
するものである。

［従来の技術］防災システム関係では、集中制御の必要から、
分布型の温度検出装置の重要性が高まつてきてい
る。従来の防災システムでは、１又は２以上の検
出点に熱電対又はサーミスタを設置し、これに伝
送路としてペアケーブル、同軸ケーブル、ツイス
トペアケーブル等の電線を接続し、この電線の一
端を１ケ所に集合させ、そこで各々の検出点で生
じた電圧又は電流を基準電圧又は基準電流と比較
して各々の検出点の温度を検出し、この検出結果
に基づいて警報を出し、また機器の制御を行うも
のが一般的であつた。

［発明が解決しようとする問題点］上記のような従来の防災システムの温度検出装
置では、検出点の温度を電気的に検出し、この結
果を電気信号として電線に流すので、電線がシヨ
ートしたり、地絡を生じて火花を発生することが
あり、このため、炭鉱、可燃物の輸送・貯蔵施設
等においては検出装置が逆に火災の原因となるこ
とがあるという問題点があつた。この場合、温度
検出装置全体を防爆タイプとすることも考えられ
るが、温度検出装置全体を防爆タイプとすると費
用が多大になり過ぎるという問題点がある。

また、従来の温度検出装置は、熱電対又はサー
ミスタで温度を検出しているので、検出した信号
電流が微弱であり、検出限界まですぐに減衰し易
いし、電線を分布設置しているので、アンテナと
同様の作用をして、ノイズを拾い易い。特に、プ
ラント内では動力線など強力なノイズを発生させ
るものが多数ある。このため、従来の温度検出装
置は、信号電流の減衰と、ノイズの影響とが相俟
つて誤動作を生じ易いという問題点があつた。こ
の場合、電線の途中に中継器を入れて伝送路ロス
を補正したり、検出装置の分散処理を行い、判定
信号又は温度上方をコード化した信号を伝送して
ノイズの影響を少なくすることも考えられるが、
いずれも電流を流すものであるため、防爆タイプ
としなければならず、このため、設備に多大（約
３倍）の費用がかかり、しかも本質的には危険が
内在していることになるという問題点がある。

更に、検出装置の検出結果に基づいてモータ、
バルブ等の制御を行なう場合、モータのON−
OFFであればリレーが必要であり、バルブの開
閉であれば駆動装置が必要となる。しかし、モー
タや駆動装置はいずれも電気製品であるため、防
爆タイプとしなければならず、このため装置全体
のコストが高くなり過ぎるという問題点があつ
た。

一方、電磁ノイズの影響を受けず、また防爆仕
様に合致するものとして、光フアイバーを利用し
た防災用検出装置が例えば特開昭58−163097号、
特開昭55−105909号、特開昭55−72293号、実開
昭50−4690号、実開昭59−23884号、実開昭58−
38469号の各公報により公知である。しかしなが
ら、これらの光フアイバーを利用した検出装置で
は、単一の光フアイバーで複数個所の発報を区別
して検出することができず、複数の個所で同時に
発報したことをそれぞれ区別して同時検出するた
めには、検出対象個所の数に対応した本数の光フ
アイバーと送受光器が必要であるという問題点を
残している。

［問題点を解決するための手段］この発明にかかる防災システム用温度検出装置
は、前述の問題点を解決するために、光パルスを
出力する発光手段と、この発光手段から出力され
た光パルスを送信光パルスとして一端から他端へ
伝送すると共に内部における前記送信光パルスの
後方散乱光を戻り光として前記一端へ伝送する連
続した単一の光フアイバーと、予め定められた設
定温度以上になつたときに前記光フアイバーの途
中の部分に前記後方散乱光の強度変化を生じるに
十分な曲げ変形を与える形状記憶合金製の温度検
知部材と、前記光フアイバーの前記一端で戻り光
の強度を前記送信光パルスに対する時間の関数と
して検出する検出手段とを備えており、更に前記
温度検知部材は、前記設定温度未満でラセン状、
前記設定温度以上で直線状となる処理が施された
針金状の形状記憶合金によつて構成し、この針金
状の形状記憶合金を前記光フアイバーに巻き付け
ることによつて前記光フアイバーの複数の個所に
間隔をあけて配置したものである。

［作用］この発明の防災システム用温度検出装置におい
て、単一の光フアイバーの一端から発光手段によ
り出力された送信光パルスが光フアイバーの他端
へと伝送されると、光フアイバーの内部では送信
光パルスの不可避的な散乱が生じ、また光フアイ
バーの他端では送信光フアイバーのフレネル反射
が生じる。前記散乱によつて生じる散乱光は送信
光パルスに応じたパルス光であり、そのうちの後
方散乱光は光フアイバーの前記一端へ向かうパル
ス状の戻り光となる。また前記フレネル反射によ
る反射光も同様に前記一端へのパルス状の戻り光
となるが、これは前記他端に反射防止膜等の処置
を施すことにより少なくすることができる。光フ
アイバーの前記一端では検出手段が前記戻り光の
強度を送信光パルスに対する時間の関数として検
出する。この検出は、通常良く知られた光電変換
素子を介した電気的なパルス同期検波によつて実
現でき、検出結果は時間軸上の戻り光の強度変化
として入手される。

一般に光フアイバーは長さ方向に沿つて一様な
伝送損失を有し、従つて前記後方散乱光の強度は
送信端に近い位置で高く、送信端から離れるに従
つて距離の自乗に反比例して減衰するが、これを
判り易くするためにCRT表示画面上で直線的に
減衰するように表示すると、時間軸に沿つては先
ず始めに高強度の戻り光が、次いで直線的に徐々
に強度の低下する戻り光が、そして最後に前記他
端におけるフレネル反射のピークが現れることに
なる。第６図はこの状態の検出結果のCRT表示
画面５を示しており、画面上の直線６は前記戻り
光のうちの後方散乱光の時間軸（横軸）上の強度
変化であるが、この直線６の右側に現れるべき前
記反射光のピークは図示のCRT画面５内には示
していない。

光フアイバーの途中の複数個所には、設定温度
未満でラセン状、設定温度以上で直線状となる処
理が施された針金状の形状記憶合金製の温度検知
部材が間隔をあけて取付けられているが、この温
度検知部材の取付け部分の温度が前記設定温度以
上になると、ラセン状の温度検知部材が直線状に
戻ろうとする。この検知部材の変形運動によつて
光フアイバーは前記取付け部分で位相幾何学的に
ねじり返されて曲率半径の小さい波状に屈曲され
る。この屈曲は、光フアイバーのコア内における
散乱光の強度に変化を与えるに十分な程度のもの
であり、一般には屈曲の曲率半径が小さくなると
光フアイバーのコア内からその外側のクラツドへ
吸収される光量が増加するのでコア内の散乱光の
強度は逆に低下する。

このような特定部分での散乱光強度の低下は、
それが光フアイバー全長内の複数個所で同時に生
じても、前記検出手段による送信光パルスに対す
る時間の関数としての戻り光強度の検出によつて
前記後方散乱光の強度のステツプ状の変化となつ
て検出結果に全て現れる。第１図のCRT表示画
面５にはこれが示されており、前記戻り光のうち
の後方散乱光の時間軸（横軸）上の強度変化を示
す直線６上には、設定温度以上となつた取付け部
分に対応する時間軸上の位置に段差７，７′が現
れ、この段差部分で設定温度以上の温度が生じた
ことが検出されている。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例を示す説明図であ
り、図において、１は光パルス試験器、２はこの
光パルス試験器に一端を接続された光フアイバ
ー、３は光フアイバー２の所定位置に取り付けら
れた１又は２以上の検知部材である。光パルス試
験器１は、光パルスを出力する発光手段（図示せ
ず）と光フアイバー２中の後方散乱光であるとこ
ろの戻り光を検出する検出手段（図示せず）とを
備えており、発光手段としては例えば発光ダイオ
ードが用いられている。検知部材３としては、針
金状や筒状等の形状記憶合金を用いることがで
き、この場合、針金状の形状記憶合金は、設定温
度M_S以上で直線状とするために直線状態で所定
の温度で熱処理を施したものを用い、同様に筒状
の形状記憶合金は設定温度M_S以上で波状に変形
させるために屈曲成形したものを所定温度で熱処
理し、筒状に成形し直したものを用いる。ここ
で、針金状の検知部材は、第２図に示すように光
フアイバー２に巻き付けて用いるが、筒状の検知
部材は、第３図に示すように光フアイバー２に挿
入して用いなければならない。筒状の検知部材を
光フアイバー２に挿入するには、筒状検知部材を
光フアイバー２の端部から挿入して所定位置まで
ずらす様に移動させなければならないので、取り
付けに手間がかかるが、針金状の検知部材は、光
フアイバー２の所定位置にそのまま巻き付けて取
り付けることができるので、取り付けの手間がか
からないという利点を有している。形状記憶合金
としては、例えばニチノール（商品名、Ti＋49
〜51％Ni）を用いることができるが、これ以外
の合金を用いてもよい。光フアイバー２の他端
（開放端）には、戻り光をできるだけ少なくする
ために曲加工が施され、更に反射防止膜が形成さ
れている。

この温度検出装置の使用に際し、検知部材３
は、第４図に示す様に、モータ４等の過熱源に対
して溶接、バンデイング、環境挿入、ヒートパイ
プ接続等により、熱伝導が良好な状態で取り付け
られる。

第１図において、位置R₁のモータの温度T₁＜設定温度M_S1 位置R₂のモータの温度T₂＞設定温度M_S2 位置R₃のモータの温度T₃＜設定温度M_S3 位置R₄のモータの温度T₄＞設定温度M_S4 位置R₅のモータの温度T₅＜設定温度M_S5 となつた場合、位置R₂と位置R₄の形状記憶合金
製の検知部材３は、例えばそれが筒状の場合は第
５図イに示す直線状態から第５図ロに示す波形状
に変形し、また第２図に示したように針金状の検
知部材３が光フアイバー２にラセン状に巻き付け
られている場合には、針金状検知部材３が直線状
に戻ろうとするときに光フアイバー２が位相幾何
学的にねじり返されて曲率半径の小さい波状に屈
曲され、このような検知部材３の変形に伴つて、
光フアイバー２も前記位置R₂およびR₄の部分で
屈曲する。

光パルス試験器１の発光手段から出力された光
パルスは光フアイバー２中を前述のように反射防
止処理された末端へ向かつて伝送され、この間に
前記光パルス試験器１の検出手段は光フアイバー
２中の後方散乱光であるところの戻り光を検出す
る。光フアイバー２の途中に所定の曲率半径（５
mm）以下に屈曲した部分が生じると、この屈曲部
分の発生は光フアイバー２中の戻り光の強度変化
から前記光パルス試験器１によつて検出される。
光パルス試験器１はCRT５を有しており、光パ
ルス試験器１のRAM（ランダム・アクセス・メ
モリ）内に取り込まれた検出データは、第１図に
示したように横軸を時間軸（即ち発光手段による
光パルス送出端から前記末端へ向かう距離に対応
する）とし、縦軸を戻り光強度とするグラフの形
式でCRT５に表示される。光フアイバー２が途
中で屈曲していない場合、戻り光の強度分布は第
６図に示すように、傾斜した一本の直線６だけで
表示されるが、光フアイバー２が位置R₂，R₄で
屈曲している場合、戻り光の強度分布は、第１図
に示すように、位置R₂，R₄に対応したグラフ上
の位置で段差７，７′を有する階段状の傾斜直線
として表示される。従つて、この段差７，７′を
検知すれば、過熱の発生時刻と発生位置（戻り光
パルスの戻り時間t₁，t₂は送出端からの距離l₁，l₂
に正比例する）が同時に正確に確認できることに
なる。光パルス試験器１のCRT画面はRAM上の
検出データを表示したもので、人間が検出しなく
ても、コンピユータがRAMデータを解析して、
自動検出、制御及び動作記録を簡単に行なうこと
ができる。

なお、上記実施例では１つの過熱源に１つの検
知部材３を取付ける場合について説明したが、１
つの過熱源に設定温度を異にした複数の検知部材
３を取り付けてもよい。この場合は、過熱温度に
より、温度の上昇に伴つて、注意、警報、警告、
自動制御とし、最終的に自動制御を行なわせるシ
ステムとすることができる。

［発明の効果］この発明は、以上に説明したように、形状記憶
合金をセンサ及びアクチユエータとして利用し、
光フアイバーをセンサ及び伝送路として利用した
ので、検出系を完全に無電源化することができ、
このため無加害性、無誘導性を有し、誤動作のな
い防災システムを構成することができる効果があ
る。また、本発明に係る検知部材は光フアイバー
に巻き付けるだけであるので、光フアイバーの末
端から挿入する必要はなく、光フアイバーの途中
の任意の個所に容易に装着することができる。更
に、本発明では設定温度以上となつた場合に温度
検知部材の直線状に戻ろうとする力によつて光フ
アイバーを波状に変形させるものであるので、光
フアイバーの周囲に余分な空間を設けておく必要
がない。加えて、本発明では設定温度以上で光フ
アイバーを破断させることなく単に波状に屈曲さ
せ、屈曲部分で戻り光（後方散乱光）に強度変化
を起こすものであるので、検出手段による送信光
パルスに対する時間の関数としての戻り光強度の
検出によつて複数個所の以上をそれぞれ位置の特
定と共に同時に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す説明図、第
２図、第３図は検知部材を光フアイバーに取り付
けた状態を示す説明図、第４図はこの発明に係る
検出装置をモータに取り付けてモータを制御して
いる状態を示す説明図、第５図は検知部材の変形
状態を示す説明図、第６図は検知部材が変形しな
い場合のCRT画面を示す説明図である。符号の説明、各図において、同一符号は対応又
は相当部分を示し、１は光パルス試験器、２は光
フアイバー、３は検知部材である。

Claims

【特許請求の範囲】

１光パルスを出力する発光手段と、この発光手
段から出力された光パルスを送信光パルスとして
一端から他端へ伝送すると共に内部における前記
送信光パルスの後方散乱光を戻り光として前記一
端へ伝送する連続した単一の光フアイバーと、予
め定められた設定温度以上になつたときに前記光
フアイバーの途中の部分に前記後方散乱光の強度
変化を生じるに十分な曲げ変形を与える形状記憶
合金製の温度検知部材と、前記光フアイバーの前
記一端で戻り光の強度を前記送信光パルスに対す
る時間の関数として検出する検出手段とを備え、
更に前記温度検知部材が、前記設定温度未満でラ
セン状、前記設定温度以上で直線状となる処理が
施された針金状の形状記憶合金からなり、この針
金状の形状記憶合金が前記光フアイバーに巻き付
けられることによつて前記光フアイバーの複数の
個所に間隔をあけて配置されていることを特徴と
する防災システム用温度検出装置。