JPH0626981A - 液体検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液の検出感度や検出速度に優れる液体検知セン
サを提供することを主な目的とする。 【構成】光ファイバユニット１２の外周部に第１の拘束
部材１３と第２の拘束部材１４が互いに逆向きに巻かれ
ている。光ファイバユニット１２は、光ファイバ１７
と、被検知液を吸収した時に膨張する膨潤部材１５を含
んでいる。拘束部材１３，１４は多数本の可撓性細線２
０の集合体からなり、膨潤部材１５への巻付けによっ
て、偏平な帯状に潰れている。光ファイバユニット１２
の外径をＤ，拘束部材１３，１４の巻きピッチをＰ，巻
付け後の拘束部材１３，１４の幅をＷとした時、Ｐ＝
1.2Ｄ〜 2.3Ｄ，Ｗ＝0.25Ｐ〜 0.5Ｐなる関係を満足し
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油漏れを検出する手
段として、光ファイバと後方散乱光測定器（ＯＴＤＲ）
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使われる従来の液体検知センサは、
例えば特開平２−２５７３１号公報に見られるように、
光ファイバを内包する膨潤部材の外周部に拘束部材をコ
イル状に巻付けたものや、特開昭６４−１９３４号公報
に示されるように、膨潤部材の内側の偏心した位置に光
ファイバを埋設し、かつ膨潤部材の外側に拘束部材を巻
付けたものなどが知られている。このような用途に使わ
れる従来の拘束部材の断面形状は円形である。

【０００３】上記センサは、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
よって規制することにより、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。マイクロ
ベンドを生じた場合、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するように
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記センサにおいて、
拘束部材によって膨潤部材の膨張を確実に抑制するには
かなり太い拘束部材が必要である。しかしながら拘束部
材の断面積を大きくすると、膨潤部材に拘束部材を巻付
ける作業が難しくなり、締付け力のばらつきも大きくな
る。膨潤部材に拘束部材を強く巻付け過ぎると、液漏れ
を生じなくても拘束部材による締付け力が働くため、検
出に有害なレベルのパワー損失が光ファイバに発生する
ことがある。

【０００５】逆に、拘束部材の巻付け力が弱いと、拘束
部材と膨潤部材との間に隙間が生じることがあるため、
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生じ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
る。

【０００６】従って本発明の目的は、拘束部材を好まし
い状態で巻付けることができるとともに、膨潤部材が液
を吸収し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。

【０００７】

【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およびこの膨潤部材に沿う光ファ
イバを含む光ファイバユニットと、上記光ファイバユニ
ットの外周部に螺旋状に設けられる拘束部材とを具備し
た液体検知センサであって、上記拘束部材は多数本の可
撓性細線の集合体からなり、この拘束部材は膨潤部材へ
の巻付けによって偏平な帯状に潰れており、しかも光フ
ァイバユニットの外径をＤ，拘束部材の巻きピッチを
Ｐ，巻付け後の拘束部材の幅をＷとした時、Ｐ＝ 1.2Ｄ
〜 2.3Ｄ，Ｗ＝0.25Ｐ〜 0.5Ｐなる関係を満足するよう
に拘束部材が巻かれていることを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【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
は拘束部材が螺旋状に巻かれているから、膨潤部材の膨
張に伴う動きが拘束部材によって規制されることによ
り、膨潤部材に沿う光ファイバがマイクロベンドを起こ
す。このマイクロベンドによって光ファイバに伝送損失
が発生するため、ＯＴＤＲ等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。

【０００９】本発明に使われる拘束部材は光ファイバユ
ニットに巻付ける際に撓みやすく、巻付け作業が容易で
あるばかりでなく、膨潤部材の外周部によくなじむた
め、膨潤部材と拘束部材との間の隙間をなくす上でも有
益である。この拘束部材は引張り力に対して大きな強度
を発揮し、膨潤部材が膨張する際にマイクロベンドを生
じさせるのに有効な拘束力を発揮する。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１ない
し図７を参照して説明する。図３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１
１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。

【００１１】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、この膨潤部材１５に埋設されたセンサ
本体部１６とによって構成されている。光ファイバユニ
ット１２の外径Ｄの一例は、3.5mmである。センサ本体
部１６は、少なくとも１本の光ファイバ１７と、少なく
とも１本のテンションメンバ１８からなり、膨潤部材１
５の軸線方向に沿って膨潤部材１５のほぼ中心部分を通
っている。テンションメンバ１８は、鋼線等の金属線あ
るいはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）のように引張り
強度の高い材料からなる。

【００１２】膨潤部材１５はセンサ本体部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
は液漏れを検出する必要のある箇所に局部的に膨潤部材
１５を設けるようにしてもよい。また、検出すべき特定
の液体に対してのみ大きく膨潤するような材料を用いる
ことによって、特定の種類の液体のみを検知するように
してもよい。

【００１３】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
として推奨される材料は、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、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。

【００１４】第１の拘束部材１３と第２の拘束部材１４
は、光ファイバユニット１２の外周部に、互いにＸ状に
交差するように、それぞれ等ピッチＰで互いに逆方向に
螺旋状に巻かれている。ピッチＰの一例は 5mm（1.43
Ｄ）である。各拘束部材１３，１４は、いずれも、一例
として直径が12μｍ前後の有機材料からなる可撓性細線
２０を1000本前後集めたものであり、細線２０がばらけ
ないように僅かに撚りをかけてあってもよいし、あるい
は長手方向のところどころをゆるく結束してあってもよ
い。

【００１５】本実施例に採用されている拘束部材１３，
１４は、上記細線２０の不撚集合体（ほとんど撚ってい
ないもの、あるいは全く撚っていないもの）であり、各
細線２０は互いに拘束し合うことなく独立して自由に撓
むことができるから、膨潤部材１５に巻付けることによ
って、偏平に潰れて帯状となり、その断面における幅Ｗ
が、厚み方向の寸法よりも相当大きなものとなる。巻付
け後の幅Ｗの一例は、約 1.7mm（0.34Ｐ）である。

【００１６】上記拘束部材１３，１４はきわめて撓みや
すいため、液体検知センサ１０を製造する際に、拘束部
材１３，１４を膨潤部材１５に巻付ける工程において光
ファイバ１７に引っ張り、曲げ、ねじれ等の有害な力を
作用させることなく十分に膨潤部材１５に密着させて巻
くことが容易である。

【００１７】拘束部材１３，１４に使われる細線２０
は、例えばアラミド繊維あるいはポリエチレンテレフタ
レートのように、弾性率が 500kg／mm² 以上の合成樹脂
が適しているが、使用状況によっては、ステンレス鋼な
どの金属繊維や、ガラス繊維等の無機質繊維を使用でき
る場合もある。

【００１８】図３に示す光パルス試験器１１の一例はＯ
ＴＤＲであり、光ファイバ１７に発生するパワー損失を
検出できるように、光ファイバ１７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１
７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１７内に生
じた後方散乱光を光検出器２６に導く光方向性結合器２
７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。

【００１９】上記液漏れ検出システム１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１７に入射する。こ
の入射光パルスは光ファイバ１７内を伝播するが、光フ
ァイバ１７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１７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。

【００２０】ここで、光ファイバ１７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１７に入
射した光の一部が光ファイバ１７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１７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。

【００２１】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。しか
し、膨潤部材１５の膨張時に拘束部材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１
７とテンションメンバ１８が曲げ変形を起こすことによ
って、光ファイバ１７に伝送光のパワー損失が発生す
る。この時、光ファイバ１７とテンションメンバ１８が
蛇行するためにマイクロベンドが生じる。

【００２２】図７は、本実施例と下記比較例１，２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
係を調べた実験結果である。被検知液はジェット燃料を
用いた。実施例と比較例１，２の光ファイバユニットの
外径Ｄは、いずれもφ3.5mmである。

【００２３】比較例１：Ｄ＝φ3.5mm ，Ｐ＝10mm （2.
86Ｄ），Ｗ＝1.7mm （0.17Ｐ） 比較例２：Ｄ＝φ3.5mm ，Ｐ＝ 5mm （1.43Ｄ），Ｗ＝
0.5mm （0.1 Ｐ） 実施例 ：Ｄ＝φ3.5mm ，Ｐ＝ 5mm （1.43Ｄ），Ｗ＝
1.7mm （0.34Ｐ） 図７に示されるように、本実施例のセンサ１０は、比較
例１，２に比べて、液漏れが始まってから液漏れが検知
されるまでの時間、すなわち一定レベルのしきい値に達
するまでの時間が大幅に短縮されている。比較例１，２
は、しきい値に達するまでの時間が遅すぎる。

【００２４】下記表１は、拘束部材を３種類のピッチ
（Ｐ＝ 3.5mm， 5.0mm，10.0mm）で巻付けた場合に、拘
束部材の幅Ｗをそれぞれ 0.5mm， 1.7mm， 2.5mmとした
時の検知時間を調べた結果である。表１において、Ｎ
ｏ．５とＮｏ．６の試料がいずれも検知時間が短く、液
漏れに対して優れた応答性を発揮している。

【００２５】

【表１】

【００２６】実用上、光ファイバユニット１２の外径Ｄ
は、φ2.8mm 〜φ5.0mm の範囲が適している。Ｄ＝φ2.
8mm 〜φ5.0mm の場合、Ｐ＝ 1.2Ｄ〜 2.3Ｄ，Ｗ＝0.25
Ｐ〜0.5Ｐの範囲にあれば、上記実施例と同様の検知能
力を発揮できることが認められた。

【００２７】なお、拘束部材１３，１４は、可撓性細線
２０を光ファイバユニット１２に巻付けたのちに、その
一部または全部をＦＲＰのようにバインダ樹脂によって
固めるようにしてもよい。また、前記実施例では２つの
拘束部材１３，１４をＸ状に交差するように互いに逆向
きに巻付けているが、本発明は、１つの拘束部材を一方
向に巻付けるようにしたものにも適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、拘束部材を光ファイバ
ユニットに好ましい状態で巻付けることができ、膨潤部
材が膨潤する時にマイクロベンドを迅速かつ確実に生じ
させることができるため、液漏れ発生時の検知感度が高
く、検知に要する時間も短くなる。また、センサ製造時
に拘束部材を光ファイバユニットに巻付ける作業が容易
であり、光ファイバに有害な引張りや曲げ、ねじれを与
えずにすむ。しかも本発明のセンサはそれ自身が曲げや
すくなるため、例えば配管の湾曲部のように曲がった箇
所に設置されても誤信号を出すおそれがない。

【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
を一部断面で示す側面図。

【図２】図１に示された液体検知センサの一部の平面
図。

【図３】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４】図３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３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液体検知センサ
の一部の側面図。

【図７】液体検知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。

【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、１７…光ファイバ、２０…可撓性細線。

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およ
   びこの膨潤部材に沿う光ファイバを含む光ファイバユニ
   ットと、上記光ファイバユニットの外周部に螺旋状に設
   けられる拘束部材とを具備した液体検知センサであっ
   て、上記拘束部材は多数本の可撓性細線の集合体からな
   り、この拘束部材は膨潤部材への巻付けによって偏平な
   帯状に潰れており、しかも光ファイバユニットの外径を
   Ｄ，拘束部材の巻きピッチをＰ，巻付け後の拘束部材の
   幅をＷとした時、 Ｐ＝ 1.2Ｄ〜 2.3Ｄ Ｗ＝0.25Ｐ〜 0.5Ｐ なる関係を満足するように拘束部材が巻かれていること
   を特徴とする液体検知センサ。
2. 【請求項２】光ファイバユニットの外径Ｄがφ2.8mm 〜
   φ5.0mm の範囲にある請求項１記載の液体検知センサ。
3. 【請求項３】上記光ファイバユニットに巻かれる第１の
   拘束部材と、上記第１の拘束部材と交差するように逆方
   向に巻かれる第２の拘束部材とを備えており、これら第
   １および第２の拘束部材がそれぞれ Ｐ＝ 1.2Ｄ〜 2.3Ｄ Ｗ＝0.25Ｐ〜 0.5Ｐ なる関係を満足するように巻かれている請求項１記載の
   液体検知センサ。