JPH1164153A

JPH1164153A - 光ファイバ型液体センサ

Info

Publication number: JPH1164153A
Application number: JP21733097A
Authority: JP
Inventors: Naotaka Uchino; 直孝内野; Katsuya Sakamoto; 勝也坂本; Masanori Okubo; 正紀大久保
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】長手方向に溝が形成されたスペーサと、
該溝底に収納された監視すべき液体を吸収して膨張する
膨潤性樹脂と、前記膨潤性樹脂と仕切り部材によって仕
切られて溝内に収納されている光ファイバと、該スペー
サ上に巻き付けられた線材とを備えた光ファイバ型液体
センサを提供する。【解決手段】長手方向に溝が形成されたスペーサと、
該溝底に収納された監視すべき液体を吸収して膨張する
膨潤性樹脂と、前記膨潤性樹脂と仕切り部材によって仕
切られて溝内に収納されている光ファイバと、該スペー
サ上に巻き付けられた線材とを備えた光ファイバ液体セ
ンサを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を輸送する配
管等からの液漏れを監視、検知する光ファイバ液体セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】油、薬品等の貯蔵タンク、または、これ
ら液体の輸送配管からの液漏れを検知するセンサとし
て、漏出を検知すべき液体を吸収して膨潤する吸収膨潤
性樹脂と光ファイバとを組み合わせた光ファイバ型液体
センサが提案されている。

【０００３】この光ファイバ型液体センサの液漏れ検知
原理は、検知すべき液体を吸収して膨潤した樹脂が光フ
ァイバに応力を作用して光ファイバにベンドを発生さ
せ、その際に生じる伝送損失を後方散乱光測定器（ＯＴ
ＤＲ）などによって検出し、液漏れを検知するものであ
る。

【０００４】この種のセンサとしては、例えば図６に示
すように、光ファイバ４１の外周を膨潤性樹脂４２で覆
った光ファイバユニット４３の上をプラスチック製また
は金属製の細線の集合体からなる扁平な拘束部材４４で
巻き回した構造で、光ファイバユニット４３の外径Ｄに
応じて、扁平な拘束部材４４の幅Ｗ、拘束部材４４の巻
きピッチＰを調整したセンサ４０（１）（特開平６−２
６９８１号）、図７に示すように、溝付きスペーサ５３
の溝５６内に光ファイバ心線５１、テープ５８、膨潤性
樹脂５２がこの順序に溝底から設けられ、前記テープ５
８の光ファイバ心線５１側の面および前記溝５６の底に
は、スペーサ５３の長手方向に凹凸５９が形成されてい
るセンサ５０（２）（実開平４−２８６０７号）、図８
に示すように、溝付きスペーサ６３の溝６６内に充填さ
れた膨潤性樹脂６２中に光ファイバ心線６１が埋設さ
れ、前記膨潤性樹脂６２中には樹脂が膨潤した際に前記
光ファイバ心線６１に曲げを付与することができるプラ
スチック粒やガラスビーズなどの球状物質６９などが混
合されているセンサ６０（３）（実開平３−１２５３１
１号）などが提案されている。

【０００５】ところが、これらの（１）〜（３）のセン
サには以下に述べるような問題がある。すなわち、
（１）のセンサ４０は、外周に拘束部材４４が巻き付け
られているため、センサが配管の湾曲部のように曲がっ
た場所に設置されるなどして、センサに曲げが加わる
と、拘束部材４４の巻き付け箇所を起点として光ファイ
バに伝送損失が起こる。このような液漏れに起因しない
損失が、時としてセンサの誤作動の原因ともなってい
た。

【０００６】（２）のセンサ５０には、スペーサ５３の
溝底に一定のピッチで凹凸５９が形成されているが、ス
ペーサの製造方法として一般的な押出成形で、このよう
に溝底に凹凸を形成するのは大変手間がかかり、生産性
に劣るため、コストアップの原因となる。また、このセ
ンサ５０では、膨潤性樹脂５２の膨潤によって光ファイ
バ心線５１が溝底の凹凸５９に押し付けられたときに、
光ファイバ心線５１にベンドが起こり、伝送損失が発生
する。したがって、ベンドの大小、すなわち検知感度
は、凹凸のピッチ、凹部と凸部の差など、凹凸の形状に
よって変化するため、液漏れを検知すべき液体に応じ
て、凹凸形状を設定したスペーサを用意しなければなら
ない。

【０００７】（３）のセンサ６０では、光ファイバ心線
６１が膨潤性樹脂６２中に埋設されているので、樹脂膨
潤時に球状物質６９が光ファイバ心線６１に与える応力
は光ファイバの周囲からほぼ均等に伝わって相殺される
ことが予想され、膨潤性樹脂膨潤時の発生力を効率的に
使用しているとは言い難い。

【０００８】これら（１）〜（３）のセンサは、膨潤性
樹脂の膨潤時に発生する力をいかに効率よくセンサ全長
に伝えて光ファイバに曲げを付与するかという点が検討
され、その構成を考案されたものである。しかし、いず
れのセンサも、センサに曲げが加わったときに光ファイ
バに与える悪影響やコスト高といった問題をクリアした
上で、この点を改善したものとは言えない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題を解決するためになされたもので、膨潤性樹脂が膨潤
する時に発生する力を有効に光ファイバに伝えてベンド
を発生させることができ、かつ、センサの湾曲が原因の
損失を大幅に低減可能で、低コストで製造可能な光ファ
イバ型液体センサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１の発
明として、長手方向に溝が形成されたスペーサと、該溝
底に収納された監視すべき液体を吸収して膨張する膨潤
性樹脂と、前記膨潤性樹脂と仕切り部材によって仕切ら
れて溝内に収納されている光ファイバと、該スペーサ上
に巻き付けられた線材とを備えた光ファイバ型液体セン
サが提供される。

【００１１】この光ファイバ型液体センサでは、光ファ
イバが、スペーサの溝内にルーズに収納されている。そ
のため、センサが湾曲された状態で用いられても、スペ
ーサ上に巻き付けられた線材によってベンドが発生せ
ず、液漏れに起因しない損失の発生がない。

【００１２】溝底に収納された、監視すべき液体を吸収
して膨潤する膨潤性樹脂が膨潤すると、光ファイバは仕
切り部材を介して溝外方に向かって押し上げられ、スペ
ーサ上に巻き付けられた線材に押し付けられて光ファイ
バにベンドが起き、損失が発生する。このように、本発
明の光ファイバセンサでは、膨潤性樹脂がスペーサの中
心から外方に向かって膨潤する際に発生する力を効率よ
く光ファイバに伝えて光ファイバにベンドを生じさせる
ことができる。

【００１３】この光ファイバ型液体センサの場合、光フ
ァイバがスペーサ上に巻き付けられた線材に押し付けら
れた箇所でベンドが発生する。したがって、ベンドを発
生させる箇所を増やして検知感度を高めようとする場合
には、線材の巻き付けピッチを小さくすれば良い。この
ように、線材の巻き付けピッチを調節することでセンサ
の感度をコントロールすることができ、幅広いニーズに
すばやく低コストで対応することが可能である。

【００１４】また、請求項２の発明として、長手方向に
溝が形成されたスペーサと、該溝底に収納された光ファ
イバと、該光ファイバ上に、監視すべき液体を吸収して
膨張する膨潤性樹脂と、前記膨潤性樹脂と仕切り部材に
よって仕切られて溝内に収納されている光ファイバと、
該スペーサ上に巻き付けられた線材とを備えた光ファイ
バ型液体センサを提供する。

【００１５】この請求項２のセンサは、請求項１のセン
サにおける溝付きスペーサの溝底に光ファイバを設けた
ものである。この光ファイバは、センサの湾曲による伝
送損失の変化を液漏れによる伝送損失の変化と区別する
ために設けられている。液漏れを検知するための溝上方
にある光ファイバが、センサ湾曲時に受ける影響がごく
小さいの対して、溝底に収納されているファイバはセン
サの湾曲の影響を受けやすいのでセンサの湾曲時には伝
送損失が発生する。本来、請求項１のセンサは、センサ
の湾曲によって光ファイバが曲がりにくい構造になって
いるが、溝底にセンサ湾曲時に伝送損失を発生するよう
に光ファイバを設けた請求項２のセンサでは、センサ湾
曲に起因した誤作動の可能性をさらに大幅に低減するこ
とのできるものとなっている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図１は、本発明の光ファイバ
型液体センサを示し、（イ）は斜視図、（ロ）は断面図
である。この光ファイバ型液体センサ１０は、溝１６が
形成されたスペーサ１３と、その溝１６内に収納した膨
潤性樹脂１２と光ファイバ１１とを備えている。図１で
は、溝１６は一つであるが、スペーサ上に複数設けられ
ていてもよい。溝１６には後に述べる膨潤性樹脂が収容
されるが、複数の溝が設けられている場合でも必ずしも
すべての溝に膨潤性樹脂が収容されていなくてもよい。
溝１６はスペーサ１３の外周にらせん状に設けられてい
てもよい。

【００１７】スペーサ１３は、ポリエチレンなどのプラ
スチックを押出成形して作製したものを用いることがで
きる。スペーサ１３には、鋼線、プラスチック強化繊維
などの抗張力体からなるテンションメンバ１５が埋め込
まれていてもよい。

【００１８】膨潤性樹脂は、監視すべき液体と接触する
と、その液体を高分子内部に取り込み、自己膨潤するタ
イプの樹脂である。もちろん、液の種類を問わず膨潤す
るタイプの樹脂でもよいが、監視すべき液体の種類に応
じて選択してもよく、特に限定されない。例えば、監視
すべき液体が水である場合には、ポリエチレンオキサイ
ド等の吸水タイプのものが使用できる。監視すべき液体
が石油等の油類である場合には、油類を効率よく吸収す
るメタクリレート系架橋重合体、長鎖アルキルアクリレ
ート系樹脂等の吸油タイプの樹脂が使用できる。

【００１９】溝底に収納される膨潤性樹脂の形状として
は、溝形状に合わせて成形したタイプ、紐状に成形され
たものを複数本用いるタイプなど、特に限定されない
が、特別な加工を必要としない、溝内への充填量の調節
が簡単であるなどの点を考慮するとフレーク状、粉末
状、または、繊維状など溝の大きさに比して小さいサイ
ズであると好ましい。また、フレーク状、粉末状、また
は、繊維状の膨潤性樹脂を用いると、監視すべき液体と
の接触面積が大きくなり、膨潤スピードが速くなるなど
の利点もある。

【００２０】また、フレーク状、粉末状、または、繊維
状の膨潤性樹脂を、あらかじめプラスチックなどの紐状
体の周囲に、接着剤などで集合させてから、溝１６内へ
収容してもよい。紐状体の溝１６内への収容作業は、フ
レーク状、粉末状、または、繊維状のものを収容するよ
りも容易であり、生産性に優れるという利点がある。

【００２１】膨潤性樹脂１２上には、仕切り部材１８が
設けられており、光ファイバ１１と膨潤性樹脂とを仕切
って溝１６内に収納する。仕切り部材としては、ポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンなどの
プラスチック素材からなるテープを用いることができ
る。仕切り部材１８の形態は、溝１６内で膨潤性樹脂１
２と光ファイバ１１とを仕切ることができれば特に限定
されず、例えば、溝の幅とほぼ同サイズで膨潤性樹脂１
２の上に設置するようにしたプラスチックシートとして
もよい。図１の仕切り部材１８は、溝幅よりも広いテー
プを用い、そのテープの幅方向の端部を、溝１６の両側
のスペーサ外周面上に位置させ、テープが溝１６内に落
ち込まないように線材１４を上から巻き付けることによ
って形成したものである。テープ幅方向の端部を溝１６
の両側のスペーサ外周面上に接着剤などを用いて固定し
てもよい。このように溝１６の開口部をすべて覆って設
けるタイプの仕切り部材の場合には、特に、監視すべき
液体が浸透可能な例えば上記プラスチック素材の穴空き
テープや、不織布、編組体からなるテープを用いるよう
にする。

【００２２】溝１６内の仕切り部材１８上には光ファイ
バ１１がルーズに収納され、スペーサ１３上には、銅
線、ピアノ線などの金属細線、プラスチック繊維などの
線材１４が巻き付けられている。

【００２３】図２は、監視すべき液体（図示しない）が
溝１６内の仕切り部材１８から浸入して膨潤性樹脂１２
に接触し、樹脂が膨潤した状態を示している。光ファイ
バ１１は、スペーサ１３上に巻き付けられた線材１４に
押し付けられて、押し付けられた部分Ｂで光ファイバに
ベンドが生じている。このベンドが生じている箇所Ｂの
数は、線材１４の巻き付けピッチによって調整すること
ができる。検知感度を高めたい場合には線材１４の巻き
付けピッチを小さくして、光ファイバ１１のより多くの
箇所でベンドが生じるようにすればよい。

【００２４】図３は、請求項２の光ファイバ型液体セン
サの断面図である。請求項２の光ファイバ型液体センサ
は、溝２６が形成されたスペーサ２３と、その溝２６内
に収納した膨潤性樹脂２２と、液漏れセンシング用の光
ファイバ２１ａおよび誤動作確認用の光ファイバ２１ｂ
とを備えており、請求項１の光ファイバ型液体センサの
溝底に誤動作確認用の光ファイバ２１ｂを設置したもの
である。溝底に収容されている光ファイバ２１ｂは誤動
作確認用の光ファイバである。図３では、誤動作確認用
の光ファイバ２１ｂと膨潤性樹脂２２との間に、ＰＥＴ
やポリエチレンなどのプラスチックシート製の仕切り部
材２９がある。フレーク状、粉末状、または、繊維状の
膨潤性樹脂を用いた時に、誤動作確認用の光ファイバ２
１ｂが膨潤性樹脂２２と混ざって溝内を踊ってしまうよ
うならば、光ファイバ２１ｂと膨潤性樹脂２２との間に
も、このように仕切り部材２９を設けることが好まし
い。誤動作確認用の光ファイバ２１ｂの上に仕切り部材
２９を介して、または介さずに膨潤性樹脂２２、仕切り
部材２８、液漏れセンシング用の光ファイバ２１ａが順
に設けられ、スペーサ２３の外周面に線材２４が巻き付
けられている。

【００２５】溝底の誤動作確認用の光ファイバ２１ｂ
は、センサ自体の曲げに沿って湾曲し、伝送損失を生じ
る。一方、光ファイバ２１ｂは、膨潤性樹脂の膨潤によ
る応力に対してはせいぜい平滑な溝底に押し付けられる
程度であり、伝送損失の変化は小さい。それに対して、
液漏れセンシング用の光ファイバ２１ａは溝内にルーズ
に収容されているために、多少の湾曲によって伝送損失
を生じることはなく、膨潤性樹脂の膨潤による応力によ
って線材２４に押し付けられて伝送損失を生じる。した
がって、請求項２のセンサでは、光ファイバ２１ａ、２
１ｂの伝送損失の変化を比較することで、液漏れによる
伝送損失かセンサの湾曲による伝送損失かを判断できる
ので、センサの湾曲による伝送損失を液漏れによる伝送
損失と取り違えて起こる誤動作を回避することができ
る。

【００２６】

【実施例】

（実施例１）図１の構造で、表１に示す仕様の光ファイ
バ型液体センサを用い、監視すべき液体として灯油を該
センサ上に滴下して、灯油を滴下してからの損失発生状
況を調べることで応答性の評価を行った。実験は、入射
光として波長１．５５μｍのＬＤ光源を用い、センサの
出射端に設置された光検出器によって測定された光ファ
イバを伝送されてきた光強度から伝送損失（ｄＢ）を求
めることによって行った。灯油は、センサの一端から約
１ｋｍの地点、センサのほぼ中間地点に、１５秒間に総
量３０ｍｌを滴下した。実験は５回繰り返し行った。

【００２７】

【表１】

【００２８】灯油の滴下により、滴下地点付近を中心に
３カ所で曲げ損失の発生が認められた。図４は、灯油の
滴下によって、発生する伝送損失量の経時変化を示すグ
ラフである。図４より、灯油滴下開始９０秒後から伝送
損失が増加を始め、５分後には１ｄＢ程度となり、十分
な検知感度が確認された。

【００２９】また、この光ファイバ型液体センサを曲げ
半径１５０ｍｍ程度で湾曲させて伝送損失を測定したと
ころ、伝送損失の変化は認められなかった。すなわち、
この光ファイバ型液体センサは、湾曲配置させて用いる
場合にも好適である。

【００３０】（実施例２）実施例１と同様の光ファイバ
型液体センサのセンサ長中間点に、長さ３０ｃｍにわた
って灯油を付着、浸透させた。センサの一端にはＯＴＤ
Ｒを設置して損失の変化を調べた。図５は、センサ全長
にわたっての、（イ）通常状態、および（ロ）灯油滴下
開始約１５分後のＯＴＤＲの波形変化を表したグラフで
ある。図５より明らかなように、センサの一端より１ｋ
ｍの地点で、後方散乱光が急激な変化が認められ、この
地点で液漏れが発生していることを検知することができ
た。

【００３１】

【発明の効果】本発明の光ファイバ型液体センサは、膨
潤性樹脂が膨潤する時に発生する力を効率的に光ファイ
バに伝えてベンドを発生させることができるので検知感
度に優れたものである。また、液漏れ検知以外の、セン
サの湾曲が原因で生じる損失を大幅に低減可能であるた
めに、誤作動の可能性が大幅に低減されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）は本発明の光ファイバ型液体センサの外
観を説明する説明図、（ロ）は光ファイバ型液体センサ
の断面図。

【図２】本発明の光ファイバ型液体センサで、膨潤性樹
脂が膨潤したときの状態を説明する説明図。

【図３】本発明の光ファイバ型液体センサの断面図。

【図４】本発明の光ファイバ型液体センサの検知特性を
示すグラフ。

【図５】本発明の光ファイバ型液体センサの検知特性を
示すグラフで、（イ）は通常状態でのＯＴＤＲ波形変
化、（ロ）は灯油滴下開始約１５後のＯＴＤＲ波形変
化。

【図６】従来の光ファイバ型液体センサを説明する説明
図。

【図７】従来の光ファイバ型液体センサを説明する説明
図で、（イ）はセンサ横断面図、（ロ）はセンサ縦断面
図。

【図８】従来の光ファイバ型液体センサを説明する説明
図。

【符号の説明】

１０光ファイバ型液体センサ１１光ファイバ１２膨潤性樹脂１３スペーサ１４線材１５テンションメンバ１６溝１８仕切り部材２１ａ光ファイバ２１ｂ光ファイバ２２膨潤性樹脂２３スペーサ２４線材２６溝２８仕切り部材２９仕切り部材４０センサ４１光ファイバ４２膨潤性樹脂４３光ファイバユニット４４拘束部材５０センサ５１光ファイバ心線５２膨潤性樹脂５３スペーサ５６溝５８テープ５９凹凸６０センサ６１光ファイバ心線６２膨潤性樹脂６３スペーサ６６溝６９球状物質

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向に溝が形成されたスペーサと、
該溝底に収納された監視すべき液体を吸収して膨張する
膨潤性樹脂と、前記膨潤性樹脂と仕切り部材によって仕
切られて溝内に収納されている光ファイバと、該スペー
サ上に巻き付けられた線材とを備えた光ファイバ型液体
センサ。
【請求項２】長手方向に溝が形成されたスペーサと、
該溝底に収納された光ファイバと、該光ファイバ上に、
監視すべき液体を吸収して膨張する膨潤性樹脂と、前記
膨潤性樹脂と仕切り部材によって仕切られて溝内に収納
されている光ファイバと、該スペーサ上に巻き付けられ
た線材とを備えた光ファイバ型液体センサ。
【請求項３】前記膨潤性樹脂が、フレーク状、粉末
状、または、繊維状である請求項１または２に記載の光
ファイバ型液体センサ。
【請求項４】前記フレーク状、粉末状、または、繊維
状の膨潤性樹脂を紐状体の周囲に集合させてスペーサの
溝に収納させた、請求項１〜３のいずれかに記載の光フ
ァイバ型液体センサ。