JPH08219916A

JPH08219916A - 圧力検知システム

Info

Publication number: JPH08219916A
Application number: JP5176095A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Futajima; 英明二島; Yuuji Nakura; 祐二那倉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1996-08-30
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3087268B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＯＴＤＲを利用して、光ファイバの損失分布
から被検知流体の圧力を検知する方法において、被検知
流体の温度変化による圧力変化と、漏れ等の異常による
圧力変化を区別して検知する。【構成】ＯＴＤＲに接続された光ファイバにセンサを
設ける。このセンサは、基準流体用ベローズ６と、基準
流体用ベローズ６に対向し、被検知流体Ａと基準流体Ｂ
との差圧で伸縮する被検知流体用ベローズ５と、両ベロ
ーズ５，６の伸縮により光ファイバ２に応力を付与する
応力付与部７を具える。被検知流体Ａに「漏れ」が発生
した場合、両ベローズの差圧により応力付与部７が駆動
されて光ファイバ２の伝送損失が増加されるため、これ
をＯＴＤＲで検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体や気体など、流体
の圧力を検知するためのシステムと方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの損失分布を測定する試験機
としてＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer)
が広く用いられている。これは光ファイバ中に光パルス
を入射し、光ファイバ中で発生する散乱光のうち、入射
端側に戻ってくる光（後方散乱光）の強度を時間的にサ
ンプリング測定するものである。光パルスを入射した時
間を時刻０として後方散乱光をサンプリングすると、サ
ンプリングの遅れ時間が入射端から後方散乱光の発生し
た箇所までの距離に対応し、その強度が該当する箇所ま
での光ファイバの損失に対応している。そのため、サン
プリングされた後方散乱光の強度分布から光ファイバの
損失分布を表せるのである。

【０００３】一般に、ＯＴＤＲは光ファイバの試験用に
使用されるが、光ファイバの途中に何らかの物理量によ
って損失変化を与える機構を設け、多点の物理量計測を
行うために利用した例も多く報告されている。例えば、
圧力測定に関する技術では、特開平3-181830号や実開昭
59-172351 号公報に記載されたものがある。

【０００４】前者は、流体が入るケーシングと、ケーシ
ング内に設けられたベローズと、ベローズの表面に貼り
付けられた光ファイバを具えるものである。ケーシング
内の流体圧力の変化に対応してベローズが伸縮するため
光ファイバも屈伸され、その際の損失変化を検出するこ
とで圧力変化を検知する。

【０００５】後者は、ベローズの伸縮により可動される
圧力伝達板と、圧力伝達板と固定面に挟持された光ファ
イバコイルを具えるものである。圧力変化に応じてベロ
ーズが伸縮し、これにより光ファイバコイルの曲げ径が
変化するため、その際の損失変化を検出することで圧力
変化を検知する。一方、密閉容器内の流体の漏れ検出な
どを目的としたセンサとしては、被測定流体と基準流体
の圧力差によってベローズを動かし、電気接点を開閉す
る方式のガス密度検出器なる装置が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報記載
の技術を容器内に密閉した流体の漏れ検出などに適用し
た場合、温度変化による圧力変化と、漏れによる圧力変
化を区別して検知することができない。そのため、別途
温度センサを使用し、温度変化による圧力変化分を演算
補正するなどの必要があった。また、既存のガス密度検
出器は、電気接点式でかつポイント型であるため、例え
ば流体パイプラインのように長距離，広範囲に分布した
複数点の圧力監視を行いたい場合、各検出器に電気配線
を施す必要があり、配線が膨大になる。特に、数ｋｍ以
上におよぶ長距離の場合では、遠隔監視のために別途伝
送装置が必要であった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解消するため、光ファイバ沿いの損失分布を測定
し、損失分布の局部的変化から被検知流体の圧力を検知
する方法において、被検知流体と一定圧力に保持された
基準流体との差圧により損失変化を生じさせることを特
徴とするものである。

【０００８】このような差圧により光ファイバの損失変
化を生じさせるには、次のようなセンサを光ファイバ沿
いに設けることで達成できる。基準流体用ベローズと、基準流体用ベローズに対向
し、被検知流体と基準流体との差圧で伸縮する被検知流
体用ベローズと、両ベローズの伸縮に対応して光ファイ
バに応力を付与する応力付与部を具える検知部。基準流体用ベローズと、基準流体用ベローズに対向
し、被検知流体と基準流体との差圧で伸縮する被検知流
体用ベローズと、光ファイバの途中に介在され、両ベロ
ーズの伸縮に対応して移動することにより光ファイバの
伝送損失を変化させるロッドレンズを具える検知部。上記各センサにおいては、両ベローズの間に被検知流体
用ベローズの伸縮を抑制するストッパを設けることが好
ましい。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図１（Ａ）
は本発明システムの概略図で、ＯＴＤＲ１に光ファイバ
２が接続されており、同ファイバ沿いには複数のセンサ
３が設けられている。センサ３は被検知流体の圧力変化
を伝送損失の局部的変化としてとらえるための箇所であ
る。被検知流体の圧力が正常の場合、同図（Ｂ）のに
示すように、ＯＴＤＲから遠ざかるに従い比例的に後方
散乱光の強度は低下する。一方、異常な場合、同図
（Ｂ）のに示すように、光強度はステップ状に表され
る。このように、光強度の局部的変化から流体圧力を検
知するのであるが、ここで用いるセンサの詳細を以下に
説明する。

【００１０】（実施例１）図２は被検知流体（ここでは
ＳＦ₆ ）の漏れを検知するセンサの概略図で、ケース４
内には被検知流体用ベローズ５、基準流体用ベローズ
６、応力付与部７が具えられている。被検知流体用ベロ
ーズ５は、被検知流体Ａを貯溜するタンク８に一体化さ
れたもので、被検知流体の圧力により伸縮する。

【００１１】次に、基準流体用ベローズ６は、基準流体
Ｂを貯溜するタンク９に一体化されたもので、基準流体
Ｂの圧力により伸縮し、被検知流体用ベローズ５に対向
されている。基準流体Ｂは密閉したタンク９内において
所定の設定圧力を保持しており、この圧力は被検知流体
の圧力に対してしきい値としての役割を果たす。即ち、
基準流体の圧力よりも被検知流体の圧力が低くなった場
合、「漏れ」と判断するのである。そのため、基準流体
は被検知流体と同様のものを用い、被検知流体と温度環
境が等しいところに配置することが好ましい。この点は
後述する各実施例においても同じである。そして、両ベ
ローズ５，６は連結棒10によりつながれている。

【００１２】一方、応力付与部７は、連結棒10にＬ型片
11を一体化したもので、Ｌ型片11の折り曲げ部を支点12
として回動するように構成されている。Ｌ型片11の端部
には半球状の圧子13が固定され、光ファイバ２の受け台
14には、この圧子13に対応する凹部15が形成されてい
る。そして、光ファイバ２を圧子13と受け台14の間に配
置しておく。

【００１３】被検知流体の圧力が正常の場合、両ベロー
ズ５，６は平衡して伸縮しないため、応力付与部７が回
動されず、光ファイバ２の伝送損失が局部的に増加する
こともない。また、被検知流体が環境温度の変化により
膨張または収縮し、その圧力が変化しても、基準流体の
方も同様に膨張または収縮するため、両ベローズ５，６
の平衡は保たれ、センサが動作することはない。しか
し、被検知流体が漏れると、その圧力が下がるため基準
流体との圧力バランスが崩れ、差圧により被検知流体用
ベローズ５が収縮される。この収縮により応力付与部７
は回動し、圧子13が光ファイバ２を押圧してその伝送損
失を局部的に増大させるのである。従って、温度変化に
よる圧力変化と、検知すべき異常な圧力変化を区別して
検知することができる。

【００１４】このセンサを用いた測定例を図３に示す。
ＯＴＤＲ装置に一般的なシングルモード光ファイバを接
続した。ＯＴＤＲ装置の光源波長は適宜選択すればよい
が、一般に１．３μｍより１．５５μｍの方が曲げによ
る損失が大きいため、本例では１．５５μｍとした。ま
た、光ファイバの長さは、ＯＴＤＲのダイナミックレン
ジにより制約を受けるが、その範囲で任意に設定でき、
本例では２ｋｍとした。さらに、応力付与部における圧
子13の曲率半径は５ｍｍとした。測定結果は、同図に示
すように、センサ１箇所当たり約２ｄＢの損失が認めら
れる。一般に、ＯＴＤＲの測定におけるダイナミックレ
ンジは、広くても２０〜３０ｄＢである。従って、光フ
ァイバ損失（センサが動作する前における全長の損失）
を除いたダイナミックレンジが２０ｄＢとすると、１本
の光ファイバに１０箇所のセンサを設けることが可能で
あることがわかる。

【００１５】なお、光ファイバの曲げ径と伝送損失の関
係は、図４に示すように、一般に知られている。同図
はマルチモード光ファイバの特性で、曲げ径が小さくな
るに従い損失量が増加するため、アナログ的な検知の場
合に利用することが好ましい。一方、はシングルモー
ド光ファイバの特性で、マルチモード光ファイバに比べ
れば、ある径以下に曲げると急激に損失が増加する傾向
にあるため、スイッチ的な動作の検知に利用することが
好ましい。

【００１６】また、以上の例では被検知流体の漏れ、即
ち圧力低下を検知したが、異常な圧力上昇を検知しよう
とすれば、図５に示すような構成とすればよい。即ち、
被検知流体用ベローズ５と基準流体用ベローズ６を対向
して接続し、その接続部から応力付与部７を伸延したも
ので、被検知流体用ベローズ５の伸長により応力付与部
７が光ファイバ２を押圧するのである。

【００１７】（実施例２）次に、図１や図５とは異なる
応力付与部をもったセンサを図６に示す。このセンサ
は、圧力低下の検知用という点で図１のセンサと共通
し、被検知流体用ベローズ５と基準流体用ベローズ６が
対向して接続され、その接続部から応力付与部７が伸延
されたものである点で図５のセンサと共通する。しか
し、光ファイバ２は受け台14のリング16に挿入されると
共に、応力付与部端部７のリング17にも挿入されてい
る。即ち、光ファイバ２の一方は固定側となる受け台14
に取り付けられ、他方は可動側となる応力付与部７に取
り付けられているのである。

【００１８】被検知流体の圧力が正常な場合、図６に示
されるように、光ファイバ２は直線状に保持され、伝送
損失が増加することもない。しかし、被検知流体の圧力
が低下すると、ベローズ５が収縮し、受け台と応力付与
部の端部の間隔が広がるため、光ファイバは図７に示す
ようにステップ状に屈曲される。その結果、伝送損失が
増加されるのでＯＴＤＲにより圧力低下を検知すること
ができるのである。

【００１９】なお、本例において、被検知流体の圧力低
下のみを検知しようとすれば、同圧力が基準流体の圧力
よりも高くなった場合、ベローズが伸長して光ファイバ
が屈曲しないよう構成する必要がある。その場合は、図
６に示すように、被検知流体用ベローズ５と基準ベロー
ズ６の間にストッパ18を設け、被検知流体用ベローズ５
の伸長を抑制するよう構成すればよい。

【００２０】（実施例３）さらに、光ファイバの途中に
ロッドレンズを用いた例を説明する。図８にそのセンサ
の概略を示す。これは、図２のセンサと同様、圧力低下
を検知するもので、被検知流体用ベローズ５と基準流体
用ベローズ６が対向して接続され、両ベローズの接続部
にはロッドレンズ19の駆動軸20が取り付けられている。
一方、光ファイバ２は途中に切断箇所が設けられ、そこ
にロッドレンズ19が挿入されている。そして、このロッ
ドレンズ19は前記駆動軸20に固定されているのである。

【００２１】被検知流体の圧力が正常の場合、図９の実
線に示すように、光ファイバ２とロッドレンズ19は同軸
上に位置し、ＯＴＤＲから入射した光パルスはロッドレ
ンズを19介して光ファイバの末端側に送られ、伝送損失
が増加することもない。しかし、異常な圧力低下があっ
た場合、被検知流体用ベローズ５は収縮し、図９の破線
に示すように、ロッドレンズ19は光ファイバ２の軸上か
らずれる。そのため光結合損失が変化し、伝送損失が増
加するため、これをＯＴＤＲにて検知すればよいのであ
る。

【００２２】なお、本例において、被検知流体の圧力低
下のみを検知しようとすれば、同圧力が基準流体の圧力
よりも高くなった場合にベローズが伸長し、ロッドレン
ズ19が光ファイバ２の軸からずれないよう構成する必要
がある。その場合は、図８に示すように、被検知流体用
ベローズ５と基準ベローズの間６にストッパ18を設け、
被検知流体用ベローズ５の伸長を抑制するよう構成すれ
ばよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
流体の圧力検知において、温度変化による流体の膨縮
と、異常な圧力変化とを区別して検知することができ
る。また、１本の光ファイバで多点の圧力監視を行うこ
とができる上、センサは無電源で構成できるため、広範
囲に分布した複数箇所の圧力監視を行うのに最適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明システムの概略図、（Ｂ）はそ
の検知結果を示すグラフである。

【図２】本発明センサの概略図である。

【図３】図２のセンサによる監視結果を示すもので、光
強度と距離の関係を示すグラフである。

【図４】光ファイバの曲げ径と損失量の関係を示すグラ
フである。

【図５】圧力の上昇を検知するためのセンサを示す概略
図である。

【図６】図１や図５とは異なる応力付与部を具えた本発
明センサの概略図である。

【図７】図６のセンサにおいて、応力付与部が動作した
場合を示す説明図である。

【図８】ロッドレンズを用いたセンサを示す概略図であ
る。

【図９】図８のセンサにおいて、ロッドレンズが移動し
た場合を示す説明図である。

【符号の説明】

１ＯＴＤＲ２光ファイバ３センサ４ケー
ス５被検知流体用ベローズ６基準流体用ベローズ
７応力付与部８被検知流体用タンク９基準流体用タンク 10
連結棒 11 Ｌ型片 12 支点 13 圧子 14 受け台 15 凹部 16 リン
グ 17 リング 18 ストッパ 19 ロッドレンズ 20 駆動軸Ａ被
検知流体Ｂ基準流体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＯＴＤＲと、ＯＴＤＲに接続された光ファイバと、光ファイバ沿いの少なくとも１箇所に設けられたセンサ
を具え、該センサは、基準流体用ベローズと、基準流体用ベローズに対向し、被検知流体と基準流体と
の差圧で伸縮する被検知流体用ベローズと、両ベローズの伸縮に対応して前記光ファイバに応力を付
与する応力付与部を具えることを特徴とする圧力検知シ
ステム。
【請求項２】ＯＴＤＲと、ＯＴＤＲに接続された光ファイバと、光ファイバ沿いの少なくとも１箇所に設けられたセンサ
を具え、該センサは、基準流体用ベローズと、基準流体用ベローズに対向し、被検知流体と基準流体と
の差圧で伸縮する被検知流体用ベローズと、前記光ファイバの途中に介在され、両ベローズの伸縮に
対応して移動することにより光ファイバの伝送損失を変
化させるロッドレンズを具えることを特徴とする圧力検
知システム。
【請求項３】基準流体用ベローズと被検知流体用ベロ
ーズの間に、被検知流体用ベローズの伸縮を抑制するス
トッパを設けたことを特徴とする請求項１または２記載
の圧力検知システム。
【請求項４】光ファイバ沿いの損失分布を測定し、損
失分布の局部的変化から被検知流体の圧力を検知する方
法であって、前記損失分布の局部的変化を、被検知流体と一定圧力に
保持された基準流体との差圧により生じさせることを特
徴とする圧力検知方法。