JPH1073510A

JPH1073510A - 液体検知センサ及び液体検知システム

Info

Publication number: JPH1073510A
Application number: JP24889696A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Takagi; 正和高木; Masao Maruyama; 正夫丸山; Masamichi Yataki; 正道矢瀧
Original assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Current assignee: Tatsuta Electric Wire and Cable Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【課題】防爆対策の必要がなく、長距離にわたり、精
度よく検知可能で、しかも各種の検知対象液に応じて材
料の選択によって対応可能な液体検知センサ及びそれを
用いた液体検知システムを提供する。【解決手段】コアとクラッドを有する光ファイバの外
周に接液応答材層と外被層とを順次備え、前記接液応答
材層は、電解質溶液に接すると膨張する電解質ゲルから
なり、前記外被層は、前記接液応答材層の膨張を拘束す
る拘束部材からなり、検知対象液に対し、液密性で可溶
又は耐液性で透液可能である液体検知センサ及びそれを
用いた液体検知システムであり、接液応答材層の膨張が
外被層により拘束されて光ファイバに生ずる光伝送損失
や後方散乱光の変化を検知することにより、検知対象液
の存在及び／又は存在位置を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸、アルカリ、塩
等の電解質溶液、その他タンクに貯蔵され又はパイプラ
インで輸送される液体の存在、漏洩等の有無やその位置
を検知する液体検知センサ及びそれを用いた液体検知シ
ステムに関するものであり、さらに詳しくは、光ファイ
バを用い、液体の存在によって生じる光伝送損失や後方
散乱光の変化を検知する液体検知センサ及びそれを用い
た液体検知システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電解質溶液等の液体を検知する液
体検知センサ及びそれを用いた液体検知システムとして
は、平行電極線間の絶縁抵抗が検知対象液の存在に
よって低下するのを検知するもの（例えば、実開平５−
７１７４１参照）、異なる金属からなる平行電極線
間に電解質溶液の存在によって生じる電位差を検知する
もの（例えば、特公平２−３６８８８参照）など検知対
象液の存在によって生じる電気的又は電気化学的変化を
検知するものがある。しかし、電気的なシステムは防爆
対策が必要となり、検知区間が長距離になると精度が低
下する。そして、電気化学的なシステムは長距離にわた
って検知することは困難である。そこで、防爆対策
の必要がなく、長距離にわたって検知可能なものとし
て、光ファイバの外周に、水又は油の存在によって膨張
する部材を被覆し、且つその膨張を拘束する手段を設け
ることにより、その光伝送損失が増加するのを検知する
ものがある（例えば、特開昭６３−２６６３４０参照）
が、水又は油以外の液体、例えば電解質溶液等を検知す
るものは未だ提案されていない。また、いずれのシステ
ムにおいても検知対象液とその他の液体との区別、検知
対象液間の区別が可能なものは提案されていない。しか
るに、最近、酸、アルカリ等の電解質溶液をはじめ各種
の液体の貯蔵や長距離にわたるパイプラインによる輸送
の必要性は高まっており、その他安全対策上いろんな液
体の検知が求められるケースが増えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記要望に
応えるべくなされたもので、請求項１記載の発明は、防
爆対策の必要がなく、長距離にわたり、精度よく検知可
能で、しかも電解質溶液の検知に適し、その種類に応じ
て材料を選択することにより対応可能な液体検知センサ
の提供を課題とする。

【０００４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の課題に加え、酸性液又はアルカリ性液の検知に適し
た液体検知センサの提供を課題とする。

【０００５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明の課題に加え、検知対象液と水とを区別して検
知可能な液体検知センサの提供を課題とする。

【０００６】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の液体検知センサを用いて検知対象液の
存在とその位置を容易に検知しうる液体検知システムの
提供を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、コアとクラッドを有する光
ファイバの外周に接液応答材層と外被層とを順次備え、
前記接液応答材層は、電解質溶液に接すると膨張する電
解質ゲルからなり、前記外被層は、前記接液応答材層の
膨張を拘束する拘束部材からなり、検知対象液に対し、
液密性で可溶又は耐液性で透液可能であることを特徴と
する。接液応答材層が電解質溶液に接すると膨張し、か
つ拘束材によって拘束されて光ファイバに側圧又はマイ
クロベンドを与えるので、光伝送損失が増加する。な
お、電解質ゲルとは、アニオン基及びカチオン基の両方
又はそのいずれかを含むゲルであって、電解質溶液に接
するとそれらの基が溶液中で解離し、アニオン又はカチ
オンとなるものであり、その解離度は電解質溶液のイオ
ン濃度に依存する。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の液
体検知センサにおいて、前記接液応答材層は、酸性液又
はアルカリ性液に接すると膨張するｐＨ感応ゲルからな
ることを特徴とする。接液応答材層が酸性液又はアルカ
リ性液に接すると膨張し、かつ拘束材によって拘束され
て光ファイバに側圧やマイクロベンドにより歪みを与え
るので、光伝送損失や後方散乱光が変化する。なお、ｐ
Ｈ感応ゲルとは、電解質ゲルであって、そのアニオン基
及び／又はカチオン基の解離度が電解質溶液のｐＨ値に
依存するものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の液体検知センサにおいて、前記外被層は、検知対象
液に接すると収縮する電解質ゲルからなることを特徴と
する。接液応答材が検知対象液に接すると膨張し、外被
層が検知対象液に接すると収縮するので、膨張する接液
応答材層が収縮する外被層によって拘束され、光ファイ
バに与える側圧やマイクロベンドが大きくなり、光伝送
損失の増加が顕著になる。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかに記載の液体検知センサとその光伝送損失を測定す
る光伝送損失測定器又は前記液体検知センサに光パルス
を入射しその後方散乱光を測定する光パルス試験器とか
らなることを特徴とする。液体検知センサの光伝送損失
又は後方散乱光の変化を光伝送損失測定器又は後方散乱
光を測定する光パルス試験器によって監視することによ
り、検知対象液の存在及び／又は存在位置を容易に検知
することができるなお、後方散乱光を測定する光パルス試験器には、後方
散乱光の光強度を測定するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ
ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅ
ｒ）や後方散乱光のうちブリルアン散乱光の周波数のず
れを測定するＢＯＴＤＡ（ＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔ
ｉｃａｌ−ＦｉｂｅｒＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＡｎ
ａｌｙｓｉｓ）装置が含まれる。そして、ここでいう後
方散乱光の変化とは、後方散乱光の強度の変化や、入射
光の周波数とブリルアン散乱光の周波数のずれなどをい
う。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の液体検知センサの一例
を示す斜視図で、同図（ａ）は外被層が液密性のもの、
同図（ｂ）は、外被層が透液性のものを示す。図１にお
いて、液体検知センサ１０は、石英ガラス光ファイバ１
の外周に接液応答材層２、外被層３又は４を順次設けて
なる。そして、石英光ファイバ１は、コア１ａ上にクラ
ッド１ｂを被覆し、さらに保護層１ｃを施した光ファイ
バ素線である。保護層１ｃの詳細は図示しないが、例え
ば１次被覆、緩衝層、２次被覆の３層からなる。図１
（ａ）の外被層３は、検知対象液に対し液密性で可溶の
もの、例えば検知対象液に可溶なプラスチックを接液応
答材層の外周に押出被覆したものであり、同図（ｂ）の
外被層４は、耐液性で透液可能なもの、例えば耐液性の
プラスチック製糸を接液応答材層の外周に編組したもの
である。

【００１２】接液応答材層２は、後述するように検知対
象液に応じて各種の材料で構成できるが、検知対象液に
接すると膨張し、外被層３又は４によって拘束されるの
で、光ファイバ１に側圧やマイクロベンドを与えること
ができる。したがって、それによる光ファイバ１の光伝
送損失の変化を光伝送損失測定手段によって監視すれ
ば、検知対象液の存在を検知できる。また、光ファイバ
１に光パルスを入射し、その後方散乱光の変化を検知す
れば検知対象液の存否及び存在位置を検知するこができ
る。

【００１３】図１（ａ）の液体検知センサ１０におい
て、外被層３は、検知対象液に対し液密性で可溶のも
の、例えば検知対象液に可溶なプラスチックを接液応答
材層の外周に被覆したものである。前記外被層３は、例
えばポリエステル樹脂などで構成することにより、酸性
液に接すると溶解するので、酸性液が内部に進入し、接
液応答材層２に接することになる。酸性液に接しない限
り液溶性であるから、液体検知センサ１０が屋外で使用
される場合、雨水によって、誤動作しないという利点が
ある。

【００１４】また、図１（ｂ）の外被層４は、耐液性で
透液可能なもの、例えば耐酸性のポリエチレン糸を接液
応答材層の外周に編組したものである。前記耐酸性のポ
リエチレン糸は酸性液に溶解したり劣化したりしないか
ら、そのままの状態で再使用、継続使用が可能である。
しかも、透液可能な構成であるから、酸性液は外被層を
４を透過して接液応答材層に接する。そのかわり、雨水
も液体検知センサ内部に浸入するので、接液応答材層２
は水に応答しないものにしなければならない。

【００１５】次に、各種の接液応答材について具体的に
説明する。例えば、酸性液に接すると膨潤するものに、
メチルメタクリレート・ＮＮ’ジメチルアミノエチルメ
タクリレート・ジビニルベンゼン共重合体がある。ま
た、アルカリ性液に接すると膨潤するものに、アクリル
酸・ビニルアルコール共重合体、メタクリル酸・ビニル
アルコール共重合体、メタクリル酸・ジビニルベンゼン
共重合体、アクリルニトリル重合体などがある。酸性液
やアルカリ性液により膨張する電解質ゲルとしては、ア
クリルアミドを共重合させた両性電解質ゲルがある。こ
れは、図２に示すように、ｐＨ３の酸性液及びｐＨ１２
のアルカリ性液に膨潤率の極大値を示すｐＨ感応ゲルで
ある。

【００１６】接液応答材層２に上記のように検知対象液
に接すると膨潤する電解質ゲルを用い、逆に外被層３又
は４に検知対象液に接すると収縮する電解質ゲルを用い
ると、膨張する接液応答材層２が収縮する外被層３又は
４によって拘束され、光ファイバに与える側圧やマイク
ロベンドが大きくなり、光伝送損失や後方散乱光の変化
が顕著になるので、液体検知センサ１０の感度が極めて
良くなる。

【００１７】酸性液に接すると収縮する電解質ゲルとし
ては、スチレン・ジビニルベンゼン・スルホン酸共重合
体などがある。したがって、接液応答材として酸性液に
接すると膨潤するメチルメタクリレート・ＮＮ’ジメチ
ルアミノエチルメタクリレート・ジビニルベンゼン共重
合体を用い、外被層としてスチレン・ジビニルベンゼン
・スルホン酸共重合体を用いると上記の効果が期待でき
る。また、塩やアルカリ性液により収縮する電解質ゲル
としてはスチレン・ジビニルベンゼン共重合体がある。
したがって、接液応答材としてアルカリ性液に接すると
膨潤するアクリル酸・ビニルアルコール共重合体、メタ
クリル酸・ビニルアルコール共重合体、メタクリル酸・
ジビニルベンゼン共重合体、アクリルニトリル重合体な
どを用い、外被層としてスチレン・ジビニルベンゼン共
重合体を用いると、アルカリ性液の検知に有効である。

【００１８】次に、図３に基づいて、上記の液体検知セ
ンサ１０を用いた液体検知システム３０について説明す
る。図３において、液体検知システム３０は、液体検知
センサ１０と、ＯＴＤＲ２０からなる。ＯＴＤＲ２０
は、パルス発振器１１と、パルス発振器１１からのパル
スによってＣＲＴ１８の掃引信号を発生する鋸歯状波発
振器１２と、電気／光変換器１３と、後方散乱光を分岐
する方向性結合器１４と、光／電気信号変換器１５と、
増幅器１６と平均化回路１７と、ＣＲＴ１８と、電気／
光変換器１３によって光パルスに変換されたパルス信号
を方向性結合器１４を介して、液体検知センサ１０及び
光／電気変換器１５の方へ伝送する接続用光ファイバ１
９と、液体検知センサ１０と接続用光ファイバ１９とを
結合する光ファイバ接続器１９ａなどからなる。

【００１９】図４は、この液体検知センサ検知システム
３０のＯＴＤＲ２０によって測定される液体検知センサ
１０の始端Ｓからの距離に応じた後方散乱光の光強度Ｐ
の変化を示す特性図である。液体検知センサ１０の光フ
ァイバ１に光パルス信号が送られると、通常の状態で
は、図４（ａ）に示すように光ファイバ１内を通過した
長さに応じてその後方散乱光強度Ｐが直線的に減少す
る。液体検知センサ１０の始端Ｓから距離Ｌ_Xのところ
で、検知対象液が接触したとすると、その部分の接液応
答材層２が収縮し、光ファイバ１に側圧又はマイクロベ
ンドが加わるため歪みが生じる。そのため、検知前にＰ
_X1であった光強度がＰ_X2に減少し、ΔＰ_Xの損失を生じ
る。したがって、この検知対象液の存在位置がＯＴＤＲ
２０のＣＲＴ１８上に表示され、または別に設けたコン
ピュータを介して数値として表示される。

【００２０】なお、上記の例では、検知対象液の存在位
置の検知にＯＴＤＲを用いたが、光パルス試験器として
ＢＯＴＤＡ装置を用いたものも本発明に含まれる。ま
た、検知対象液の存否だけを検知するのであれば、例え
ば光源と光パワー測定器とからなる光伝送損失測定器を
用いてもよい。また、接液応答材層２の膨張を拘束する
外被層４は、図１（ｂ）のような編組に限らず、耐検知
対象液性の材質からなる紐を接液応答材層２の外周に巻
き付けたものとしてもよく、また蛇腹管とするなど要は
接液応答材層２に接する部分と接しない部分を有するも
のであればよい。このようにすると、光ファイバ１に対
し、マイクロベンドを生じやすく、光伝送損失や後方散
乱光の変化が大きくなるので検知精度が向上する。さら
に、上記の例では、光ファイバ１を保護層１ｃを有する
光ファイバ素線としたが、さらにナイロン被覆を施した
ものとしてもよく、また、コアとクラッドだけからなる
ものとしてもよい。ナイロン被覆を施したものでは一層
取り扱いが容易になるが、検知感度は少し小さくなる。
コアとクラッドからなるものとする場合は、接液応答材
層２が保護層１ｃを兼ねるものとし、それに適した材料
を選択する必要がある。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の発明は、接液応答材層が、電
解質溶液に接すると膨張し、拘束部材により拘束され
て、光ファイバに側圧やマイクロベンドにより歪みを与
えるので、光ファイバの伝送損失や後方散乱光が変化
し、この変化を検知することにより、電解質溶液の存在
を長距離にわたって検知できる線状の液体検知センサが
安価に得られるという効果を奏する。

【００２２】請求項２の発明は、請求項１の発明の効果
に加えて、接液応答材層が、ｐＨ感応ゲルからなるの
で、酸性液又はアルカリ性液の検知が容易且つ確実であ
るという効果を奏する。

【００２３】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
発明の効果に加えて、膨張する接液応答材層２が収縮す
る外被層３又は４によって拘束され、光ファイバに与え
る側圧やマイクロベンドが大きくなり、光伝送損失や後
方散乱光の変化が顕著になるので、液体検知センサ１０
の感度が極めて良くなるという効果を奏する。

【００２４】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかに記載の発明の効果に加えて、液体検知センサの光
伝送損失の変化を光損失測定器によって監視し、又は後
方散乱光の変化を光パルス試験器によって監視すること
により、検知対象液の存否及び／又はその存在位置を容
易に検知することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体検知センサの一例を示す斜視図で
ある。

【図２】接液応答材の一例である両性電解質ゲルの検知
対象液のｐＨに対する応答特性図である。

【図３】本発明の液体検知システムのブロック図であ
る。

【図４】光パルス試験器によって測定される液体検知セ
ンサの距離に応じた後方散乱光の光強度の変化を示す特
性図である。

【符号の説明】

１光ファイバ２接液応答材層３，４外被層１０液体検知センサ２０光パルス試験器３０液体検知システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアとクラッドを有する光ファイバの外
周に接液応答材層と外被層とを順次備え、前記接液応答材層は、電解質溶液に接すると膨張する電
解質ゲルからなり、前記外被層は、前記接液応答材層の膨張を拘束する拘束
部材からなり、検知対象液に対し、液密性で可溶又は耐
液性で透液可能であることを特徴とする液体検知セン
サ。
【請求項２】請求項１記載の液体検知センサにおい
て、前記接液応答材層は、酸性液又はアルカリ性液に接する
と膨張するｐＨ感応ゲルからなることを特徴とする液体
検知センサ。
【請求項３】請求項１又は２記載の液体検知センサに
おいて、前記外被層は、検知対象液に接すると収縮する電解質ゲ
ルからなることを特徴とする液体検知センサ。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の液体
検知センサとその光伝送損失を測定する光伝送損失測定
器又は前記液体検知センサに光パルスを入射しその後方
散乱光を測定する光パルス試験器とからなることを特徴
とする液体検知システム。