JPH1090080A - 異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバの装着が容易であり、かつ、低コ
ストのセンサを備えた異常検出装置を提供すること。 【解決手段】 光ファイバ支持金具５は、センサ取付台
９に固定されている。光ファイバ支持金具５には、溝部
５ａが設けられている。押圧金具６は、シャフト８を軸
として、光ファイバ支持金具５に、回転可能に取り付け
られている。押圧金具６は、バネにより、回転方向へ付
勢されている。押圧金具６にも溝部６ａが設けられてい
る。溶融材受け１１は、センサ取付台９に固定されてい
る。通常は、溶融材１０が、押圧金具６の回転を防止し
ている。異常温度になると、溶融材１０が溶けるため、
押圧金具６は、バネにより回転し、光ファイバ２を曲げ
る。これにより、光の透過率が大幅に低下し、ラマン散
乱光又はフレネル反射光が大きく変化する。これらの変
化により、監視装置が、異常温度の検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度、漏油などの
異常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原油タンクエリアや炭塵が充満する場所
で使用する電気式センサには、防爆対策が必要である。
これに対して、光を利用したセンサには防爆対策が必要
でないため、該光式センサを用いた異常検出装置が、温
度、漏油などの各目的に合わせて個々に開発されてい
る。

【０００３】図７は、従来の異常温度検出装置の構成例
を示すブロック図である。この図において、１は監視装
置（Optical Time Domain Reflectomoter）、１ａは光
パルス送波器、１ｂは受光器、２は光ファイバ、２ａは
光ファイバの拡大図、２ｂは後方散乱光を示している。
光ファイバ２に、光パルス送波器１ａでレーザパルス光
を入射すると、光ファイバ２内部でラマン散乱光が発生
し、該ラマン散乱光は後方散乱光２ｂとして受光器１ｂ
に入射される。

【０００４】この後方散乱光２ｂのストーク光（入射光
よりも波長の長いもの）と反ストーク光（入射光よりも
波長の短いもの）の強度比と温度には、次の関係式が成
立する。 Ｔ＝−｛ｋ／（ｈ・ｃ・Ｖk）｝・ｌn・｛Ｉa（Ｖe−Ｖ
k）／Ｉs（Ｖe＋Ｖk）｝ ただし、Ｔは絶対温度、ｋはボルツマン定数、ｈはプラ
ンク定数、ｃは光ファイバ中の光速、Ｉaは反ストーク
光強度、Ｉsはストーク光強度、Ｖeは入射光波長、Ｖk
はシフト波長を示す。従って、これらの後方散乱光２ｂ
が入射端の受光器１ｂに戻ってくるまでの遅延時間に基
づいて、後方散乱光２ｂの発生する位置を求め、その光
強度から温度を求めることができる。

【０００５】図８は、図７に示す異常温度検出装置の試
験を行う特性試験装置の構成例を示すブロック図であ
る。この図において、１は監視装置（ＯＴＤＲ）、２は
光ファイバ、２ｃは電気炉内部の光ファイバ、１００は
電気炉を示す。図９は、図８において、電気炉１００を
１００℃の一定温度に制御し、電気炉１００内部の光フ
ァイバ２ｃの長さを３ｍ、１ｍ、０．２ｍと変更した場
合における温度検出特性を示すグラフである。

【０００６】図９のＸ軸は、電気炉１００内部の光ファ
イバ２ｃの中央を０とし、右側をプラス、左側をマイナ
スとした計測点を示す。図９のＹ軸は、監視装置（ＯＴ
ＤＲ）１で計測可能な１ｍピッチ毎の検出温度を示す。
図９に示すように、光ファイバ２ｃの長さが約３ｍであ
る場合には、該光ファイバ２ｃが１００℃に加熱される
と、検出温度も約１００℃になるが、光ファイバ２ｃの
長さが約０．２ｍである場合には、該光ファイバ２ｃが
１００℃に加熱されても、検出温度は約３５℃である。

【０００７】次に、従来の異常温度検出装置（図７参
照）を運炭ベルトの異常温度検出に適用する場合を説明
する。図１０は、石炭の運炭ベルトの構成例を示すブロ
ック図であり、図１１は、図１０に示す運炭ベルトに、
図７に示す異常温度検出装置を適用した例を示す断面図
である。図１０において、１０１は電動モータ、１０２
はローラ、１０３は運炭ベルトである。

【０００８】石炭火力等では、貯炭場からミル（石炭粉
砕機）までは数ｋｍあり、数１０台の運炭ベルト１０３
により、石炭搬送が行われている。このような運炭ベル
ト１０３で、過去に火災が発生した例が数件あるが、そ
のほとんどが、運炭ベルト１０３の停止中に発生したこ
と以外は、明確なことが解っていない。これらの火災を
早期に検出するには、運炭ベルト１０３各部の温度を計
測することが必要であり、ベルト停止中かつ粉塵環境中
での温度計測をするには、光式センサの採用が一般的で
あった。この際、図１１において、運炭ベルト１０３の
上部には石炭１０４が搭載されるため、光ファイバ２
は、ローラ支持支柱１０５に取り付けることにより、運
炭ベルト１０３の下部に布線される。

【０００９】次に、光式センサを用いた漏油検出装置に
ついて説明する。図１２は、従来の漏油検出装置の構成
例を示すブロック図である。この図において、１は監視
装置（ＯＴＤＲ）、１ａは光パルス送波器、１ｂは受光
器、２は光ファイバ、１０６は光コネクタ、１０７は漏
油センサ、１０７ａは漏油センサの拡大図、１０７ｂは
コア、１０７ｃはクラッド、１０７ｄは漏光、１０８は
油を示している。漏油センサ１０７は、光コネクタ１０
６で光ファイバ２と接続されて任意箇所に設置される。
図１２は、２個の漏油センサ１０７を接続した例であ
る。

【００１０】監視装置（ＯＴＤＲ）１の光パルス送波器
１ａから出力されたレーザパルス光は、光コネクタ１０
６を介して漏油センサ１０７に伝達され、コア１０７ｂ
とクラッド１０７ｃの間を反射しながら他方へ伝達され
ると同時に、光減衰に比例したフレネル反射光が受光器
１ｂに戻る。図１２に示す漏油検出装置は、受光器１ｂ
のフレネル反射光の強度と反射時間により、漏油センサ
１０７の状態を検出する。このとき、漏油センサ１０７
のクラッド１０７ｃに油１０８が付着すると、コア１０
７ｂとクラッド１０７ｃとの間の反射光が漏光するた
め、前記フレネル反射光の強度が大きく変化する。その
ため、漏油を検出することができる。

【００１１】図１３は、図１２に示す漏油検出装置の計
測例を示すグラフであり、Ｘ軸に光ファイバ長、Ｙ軸に
フレネル反射光の強度を示している。正常時には、光フ
ァイバ２と光コネクタ１０６部分で、フレネル反射光の
強度は一定の低下をするが、漏油が発生し、前記漏光１
０７ｄが起きると、太線で示すように大幅なフレネル反
射光の強度の低下が起こるため、漏油１０８を検出する
ことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上、光式センサを用
いた異常検出装置（異常温度検出装置、漏油検出装置）
について説明したが、上述した従来の異常検出装置に
は、以下に述べるような問題があった。

【００１３】（１） 光式センサを用いた従来の異常検
出装置は、（上述した異常温度検出装置と漏油検出装置
というように）検出目的毎に検出方式が異なり、該検出
目的に合わせて光ファイバと監視装置を選定する必要が
ある、という問題があった。

【００１４】（２） 従来の異常温度検出装置（図７参
照）は、図９に示すように、広範囲（３ｍ）と比較し
て、局部的（０．２ｍ）な温度の検出精度が悪い、とい
う問題があった。

【００１５】（３） 通常、回転体（図１０に示す運炭
ベルト１０３等）の温度を検出する場合、光ファイバ２
を接触させることができないため、図１１に示すよう
に、該光ファイバ２を非接触に布線せざるを得ない。我
々の試験例では、図７に示す異常温度検出装置を用いた
場合、３００℃、３００φのホットスポットの下部約２
０ｍｍに布線した光ファイバ２の検出温度は、周囲温度
プラス約２℃しか上昇しなかった。このように、非接触
に温度を検出した場合、従来の異常温度検出装置（図７
参照）では、該検出温度は、周囲温度や場所、布線ムラ
により発生する温度のバラツキ範囲に含まれてしまうた
め、異常温度の検出が困難である、という問題があっ
た。

【００１６】（４） 従来の漏油検出装置（図１２参
照）では、漏油センサの設置毎に光コネクタが必要であ
るため、該光コネクタの接続部において光損失が発生
し、かつ、光コネクタが比較的高価なことから、１本の
光ファイバに多数の漏油センサを接続できない、という
問題があった。

【００１７】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、安価な構成で、上述した各種問題を解決する
ことができる異常検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光送受波器を有し、受信した光に基づいて異常を検出す
る監視手段と、前記光送受波器に一端を接続した光ファ
イバと、前記光ファイバの任意の箇所に取り付けられた
感知手段とを具備し、前記感知手段は、所定の台に固定
され、前記光ファイバを支持する光ファイバ支持手段
と、前記光ファイバ支持手段に回転可能に取り付けら
れ、該回転時に前記光ファイバを押圧する押圧手段と、
前記押圧手段を前記回転方向へ付勢する付勢手段と、前
記台に固定された溶融材受け手段と、前記押圧手段と前
記溶融材受け手段との間に、該両手段、に密着させて挿
入された溶融材とからなることを特徴とする。請求項２
記載の発明は、請求項１記載の異常検出装置において、
前記光ファイバ支持手段は、２点で前記光ファイバを支
持し、前記押圧手段は、前記回転時に、前記２点間を横
断することを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求
項１または請求項２のいずれかに記載の異常検出装置に
おいて、前記光ファイバ支持手段および前記押圧手段の
前記光ファイバに当接する部分には、溝が設けられてい
ることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載の異常検出装置におい
て、前記押圧手段には、把持手段が設けられていること
を特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の異常検出装置において、前
記溶融材は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄの合金、または、
金属石けんであることを特徴とする。請求項６記載の発
明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の異常
検出装置において、前記光ファイバ支持手段と前記溶融
材受け手段と前記台のうち、いずれか２つまたは全てが
一体形成されていることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。図１は、この発明の一実
施形態による異常検出装置の構成例を示すブロック図で
ある。この図において、監視装置（ＯＴＤＲ）１から伸
びる光ファイバ２には、多数の温度センサ３と、多数の
漏油センサ４が接続されている。温度センサ３は、光フ
ァイバ２を支持し、温度の異常を検出すると、該光ファ
イバ２に押圧をかける。同様に、漏油センサ４は、光フ
ァイバ２を支持し、漏油を検出すると、該光ファイバ２
に押圧をかける。また、正常時においては、光ファイバ
２には何ら押圧がかからないので、原則的には８ｋｍ〜
３０ｋｍ程度の任意のピッチで、前記温度センサ３およ
び漏油センサ４を取り付け、１台の監視装置（ＯＴＤ
Ｒ）１で監視可能である。

【００２０】図２は、図１に示す異常検出装置の計測例
を示すグラフである。この図において、Ｘ軸は監視装置
（ＯＴＤＲ）１からの光ファイバ長を示し、Ｙ軸は光フ
ァイバ２の各点におけるフレネル反射光の強度を示す。
この図に示すように、正常時には、光ファイバ長に対し
て一定の割合でフレネル反射光の強度が減衰するが、い
ずれかのセンサ（温度センサ３または漏油センサ４）で
異常が検出されると、該センサに該当するＸ軸位置のフ
レネル反射光が大きく変化する。これにより、本装置は
異常を検出することができる。

【００２１】図３は、上記センサ（温度センサ３、また
は、漏油センサ４のいずれとしても使用可能）の構成例
を示す斜視図であり、図４は、同三面図である。これら
の図において、２は光ファイバ、５は光ファイバ支持金
具、５ａは光ファイバ支持金具に設けられた溝部、６は
押圧金具、６ａは押圧金具に設けられた溝部、６ｂは押
圧金具に設けられたレバー、６ｃは押圧金具に設けられ
た溶融材支え、７はバネ（図４参照）、８はシャフト、
９はセンサ取付台、１０は溶融材、１１は溶融材受けで
ある。

【００２２】ここで、光ファイバ支持金具５は、センサ
取付台９に固定されている。また、光ファイバ支持金具
５には、センサ取付台９側から順番に、シャフト８の軸
受（穴）と溝部５ａが設けられている。一方、押圧金具
６にも、シャフト８の軸受（穴）が設けられている。そ
して、押圧金具６は、シャフト８を軸として、光ファイ
バ支持金具５に、回転可能に取り付けられている。ま
た、押圧金具６は、バネ７により、図４（ｃ）における
反時計回り方向へ付勢されている。さらに、押圧金具６
は、シャフト８を挟んで、その一端には溶融材支え６ｃ
が形成されており、他端にはレバー６ｂが設けられてい
る。また、押圧金具６において、シャフト８の軸受とレ
バー６ｂとの間には、図４（ｃ）における反時計回り方
向へ向いた溝部６ａが設けられている。また、溶融材受
け１１は、センサ取付台９に固定されている。

【００２３】このセンサに、光ファイバ２および溶融材
１０を装着するときは、まず、レバー６ｂをバネ７によ
る付勢方向とは逆の方向へ押し返し、その状態で、光フ
ァイバ２を、光ファイバ支持金具の溝部５ａと押圧金具
の溝部６ａとの間に横断させ、次に、溶融材１０を溶融
材受け１１と溶融材支え６ｃとの間に挿入する。

【００２４】溶融材１０としては、以下のものが使用さ
れる。図３に示すセンサを温度センサ３として使用する
場合には、溶融材１０として、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄ
の合金で、かつ、混合比を変えることにより、約４７℃
〜約１８３℃の範囲で、任意に融点を決めることができ
る一般的に周知された金属を使用する。一方、図３に示
すセンサを漏油センサ４として使用する場合には、溶融
材１０として、金属石けんを使用する。

【００２５】以下に、図３に示すセンサを温度センサ３
として使用する場合における動作を説明する。図５は、
図３に示すセンサの作動時の状態例を示す斜視図であ
る。通常の温度時には、溶融材１０と溶融材受け１１
で、（バネ７による）押圧金具６の回転を防止している
ので、光ファイバ２には何ら変形がない（図３参照）。
しかし、異常温度になると、溶融材１０が溶けるため、
押圧金具６は、バネ７により付勢され、シャフト８を軸
に回転し、光ファイバ２を曲げる（図５参照）。そし
て、溶融材支え６ｃが溶融材受け１１に当接すると、押
圧金具６の回転は停止する。

【００２６】光ファイバ２は、微小曲面で曲げたり、切
断すると、光の透過率が大幅に低下し、ラマン散乱光又
はフレネル反射光が大きく変化する。これらの変化に基
づいて、監視装置（ＯＴＤＲ）１は、異常温度の検出を
行う。なお、図３に示すセンサを漏油センサ４して使用
する場合には、溶融材１０を、上記金属から金属石けん
に変更するだけでよい。動作は、温度センサ３として使
用した場合と全く同じであるので、その説明を省略す
る。

【００２７】次に、本実施形態による異常温度検出装置
（図１参照）を運炭ベルトの異常温度検出に適用する場
合を説明する。図６は、本実施形態による温度センサ３
の取付例を示す斜視図である。従来の異常温度検出装置
では、図１１に示すように、光ファイバ２を運炭ベルト
１０３の下部にそのまま布線していた。しかし、この場
合、光ファイバ２は運炭ベルト１０３に非接触で布線す
るため、温度の検出感度が悪かった。

【００２８】そこで、本実施形態では、図６に示すよう
に、図３に示すセンサ（温度センサ３）を、光ファイバ
２を布線する場合に必要となる取付金具と兼用し、該温
度センサ３をローラ支持台１２のセンサ取付台１３に密
着した。そして、図３に示すように、溶融材１０を、溶
融材受け１１と溶融材支え６ｃとの間に挿入し、光ファ
イバ２を、光ファイバ支持金具の溝部５ａと押圧金具の
溝部６ａとの間に横断させる。そのため、前記金属（溶
融材１０）が融点に達すると、押圧金具６は、バネ７に
よりシャフト８を軸に回転し、光ファイバ２を曲げる。
これにより、光ファイバ２の光の透過率が大幅に低下
し、監視装置（ＯＴＤＲ）１が、異常温度の検出を行
う。本実施形態では、温度センサ３は、ローラ支持台１
２に密着し、かつ、金属であるので熱伝導が良い。その
ため、非常に高い感度で、局部の異常温度を検出するこ
とができる。

【００２９】また、図による説明は省略するが、前記石
炭火力には、石炭着火用に、軽油ポンプ等が使用されて
いる。そのため、該軽油ポンプの漏油を検出する必要が
あるが、図３に示すセンサにおいて、溶融材１０とし
て、前記金属の代わりに、軽油で溶融する金属石けんを
使用することにより、同じ原理で、該センサを漏油セン
サ４として使用することができる。

【００３０】また、上記センサ（温度センサ３および漏
油センサ４）は、通常時には、光ファイバ２を、溝部５
ａと溝部６ａの間に支持しているだけである。そのた
め、光ファイバ２中における光の減衰は、該光ファイバ
２による減衰だけであるため、原理的には、数１０００
点に及ぶセンサの取付も可能である。

【００３１】次に、従来の異常検出装置と本実施形態の
異常検出装置とにおいて、取付可能なセンサ数に違いが
起こる理由について述べる。光ファイバ２に取付可能な
センサの数は、監視装置（ＯＴＤＲ）１のダイナミック
レンジと、センサ取付部分でのロスにより決まる。通
常、監視装置（ＯＴＤＲ）１のダイナミックレンジは８
０〔ｄＢ〕位であり、光コネクタ１０６で０．５〔ｄ
Ｂ〕程のロスが生じるので、光コネクタ１０６を使用す
る従来のセンサは多くとも１６０個しか取り付けられな
い。

【００３２】これに対し、本実施形態のセンサ（温度セ
ンサ３および漏油センサ４）は、光ファイバ２の適当な
箇所に被せておくだけで良く、光ファイバ２の間に挿入
したりしないので、上述した光コネクタ１０６等の必要
がない。即ち、通常時には該センサによるロスが無いの
で、光ファイバ２にいくらでも取り付けることができ
る。従って、本実施形態のセンサを、監視装置（ＯＴＤ
Ｒ）１が検知できる最小の間隔（約１ｍ）で数ｋｍの光
ファイバに取り付けたとすると、該センサの数は数千個
になる。

【００３３】次に、本実施形態において、光ファイバ自
体が温度や漏油の影響を受けないようにするための対策
について述べる。センサ（温度センサ３および漏油セン
サ４）が未作動時の伝搬減衰光量は、光ファイバ自体の
温度による減衰に比べて非常に小さいため、光ファイバ
自体の影響はほとんど無い。また、本実施形態で使用し
ている光ファイバは、光ファイバの周囲にビニール被膜
などを施したものを用いているので、光ファイバ自体が
漏油の影響を受けることはない。

【００３４】以上、この発明の実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、
上述した実施形態では、光ファイバ支持金具５とセンサ
取付台９と溶融材受け１１とをそれぞれ別パーツとして
説明したが、コスト削減のために、これらのパーツのう
ちの、いずれか２つまたは全てを（鋳造等により）一体
形成しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、異種の光センサ（温度センサと漏油センサ等）を、
１ループの光ファイバに同時に接続でき、一台の監視装
置で計測することができる。また、本発明によれば、光
コネクタが不要となるので、該光コネクタの接続部にお
ける光損失を除去でき、１本の光ファイバに多数のセン
サを接続できる。さらに、本発明によれば、光コネクタ
が不要となると共に、センサ（温度センサ、漏油センサ
等）自体のパーツが少なく、構造も簡単であるので、該
センサを低コストで製造でき、保守も楽である。また、
本発明によれば、光ファイバの装着が簡単であり、作業
時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態による異常検出装置の
構成例を示すブロック図である。

【図２】 図１に示す異常検出装置の計測例を示すグラ
フである。

【図３】 同実施形態によるセンサ（温度センサまたは
漏油センサ）の構成例を示す斜視図である。

【図４】 上記センサの構成例を示す三面図である。

【図５】 上記センサの作動時の状態例を示す斜視図で
ある。

【図６】 本実施形態による温度センサの取付例を示す
斜視図である。

【図７】 従来の異常温度検出装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【図８】 図７に示す異常温度検出装置の試験を行う特
性試験装置の構成例を示すブロック図である。

【図９】 図８に示す特性試験装置の計測例を示すグラ
フである。

【図１０】 石炭の運炭ベルトの構成例を示すブロック
図である。

【図１１】 図１０に示す運炭ベルトに、図７に示す異
常温度検出装置を適用した例を示す断面図である。

【図１２】 従来の漏油検出装置の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図１３】 図１２に示す漏油検出装置の計測例を示す
グラフである。

【符号の説明】 １……監視装置、 ２……光ファイバ、 ３……温度セ
ンサ、４……漏油センサ、 ５……光ファイバ支持金
具、 ６……押圧金具、５ａ，６ａ……溝部、 ６ｂ…
…レバー、 ６ｃ……溶融材支え、７……バネ、 ８…
…シャフト、 ９……センサ取付台、１０……溶融材、
１１……溶融材受け

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光送受波器を有し、受信した光に基づい
   て異常を検出する監視手段と、 前記光送受波器に一端を接続した光ファイバと、 前記光ファイバの任意の箇所に取り付けられた感知手段
   とを具備し、 前記感知手段は、 所定の台に固定され、前記光ファイバを支持する光ファ
   イバ支持手段と、 前記光ファイバ支持手段に回転可能に取り付けられ、該
   回転時に前記光ファイバを押圧する押圧手段と、 前記押圧手段を前記回転方向へ付勢する付勢手段と、 前記台に固定された溶融材受け手段と、 前記押圧手段と前記溶融材受け手段との間に、該両手段
   に密着させて挿入された溶融材とからなることを特徴と
   する異常検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の異常検出装置において、 前記光ファイバ支持手段は、２点で前記光ファイバを支
   持し、 前記押圧手段は、前記回転時に、前記２点間を横断する
   ことを特徴とする異常検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれかに記
   載の異常検出装置において、 前記光ファイバ支持手段および前記押圧手段の前記光フ
   ァイバに当接する部分には、溝が設けられていることを
   特徴とする異常検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の異常検出装置において、 前記押圧手段には、把持手段が設けられていることを特
   徴とする異常検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の異常検出装置において、 前記溶融材は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｄの合金、また
   は、金属石けんであることを特徴とする異常検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載の異常検出装置において、 前記光ファイバ支持手段と前記溶融材受け手段と前記台
   のうち、いずれか２つまたは全てが一体形成されている
   ことを特徴とする異常検出装置。