JPS63228105A - 光フアイバ浸水検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば電気通信ケーブル等の内部に配設さ
れ、この種のケーブルの浸水事故を正確にかつ迅速に検
知できる光ファイバ浸水検知センサに関する。

「従来の技術とその問題点」 一般に、電カケープルや通信ケーブル等の電気通信ケー
ブルは、市内外の伝送線路内および海底などに敷設され
ている。

エンプ　−小しらかに一ゴ旧由１．−１千　拳の巨王方
向に沿って裸線、紙絶縁線あるいはプラスチック絶縁線
などの警報線を配線して、この警報線の部分的短絡によ
り浸水を検知するものが用いられている。

ところがこの警報線を配線して構成された防水型ケーブ
ルにあっては、上記のような警報線を用いているため、
浸水箇所を正確にかつ迅速に検知することができず、ま
た警報線の浸水検知感度が低いことから、この感度を向
上させるためにケーブルの中継接続部分を多くする必要
があるなどの問題が生じていた。また金属導体を用いた
警報線は、電磁誘導のある区間では適用できないという
問題があった。

また、最近の光ファイバケーブルにおいては、中継間隔
が長いため、警報線そのものを使用できないという問題
もあった。さらに、従来の通信ケーブルや光ケーブルに
おいては、ケーブルの接続部において浸水するおそれが
大であるという問題もあった。

このような事情から、従来より、上記のような電気通信
ケーブルなどの内部に配設可能な浸水検知センサの開発
が望まれていた。

「問題点を解決するための手段」 この発明では、ケーブル浸水検知センサとして光ファイ
バを用い、透水性を有する容器内に光ファイバを挿通す
ると共に、この容器内に吸水時に体積膨張する水膨潤性
材料を収容して構成し、問題解決の手段とした。

「作用」 この発明の光ファイバ浸水検知センサにあっては、上記
のような構成としたことにより、次のような作用を奏す
る。

すなわち、浸水事故（こ際し、容器内に浸透した水分を
水膨潤性材料が吸収してその体積が膨張し、これによっ
て容器内に挿通された光ファイバが押し曲げられる。よ
って、この光ファイバの曲がりによる伝送光の損失増を
光ファイバの入力端から入射した光の後方散乱光等の反
射光を測定することによって検知し、浸水事故の発生お
よびその発生位置を正確かつ迅速に検知できる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図ないし第３図は、この発明の第１実施例を示す図
であって、図中符号１は、光ファイバ浸水検知センサ（
以下、単にセンサと略称する）である。このセンサｌは
、光ファイバ２に容器３を取り付け、この容器３内に水
膨潤性材料４を収容して構成されている。なお、図示し
ないがこのセンサｌは、光ファイバ２に適宜な間隔をも
って多数の容器３・・・が取り付けられている。

この光ファイバ２には、石英系ガラスファイバ、多成分
系ガラスファイバあるいはプラスチックファイバが使用
され、この光ファイバ裸線に、熱硬化性シリコン、ウレ
タン、紫外線硬化型ポリマ、等を材料とする一層あるい
は二層以上の被覆を施した光ファイバ素線やこの素線を
ナイロン等で被覆した光ファイバ心線が好適に使用され
る。

上記容器３は中空角柱状をしており、その表面には多数
の透水孔５．５・・・が形成され、容器３外部の水分が
容器３内に浸透するようになっている。この容器３の内
部には、その下部側に水膨潤性材料４が収容されている
と共に、上部側からはくさび形の凸部６が先端部を下方
に向けた状態で固着されている。また、この容器３の左
右両側面には、光ファイバ２を挿通するための挿通孔７
．７が形成されており、光ファイバ２は、これら挿通孔
７．７から容器３内に挿通され、水膨潤性材料４の上端
と凸部６の先端部との間に配置されるようになっている
。

上記水膨潤性材料４は、吸水時に体積が５倍以上となる
ような材料が使用され、好適な材料を例示すれば、ポリ
塩化ビニル、ポリエチレン、ＥＶＡ樹脂、ＥＥＡ樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリウレタン、スチレン系の熱可塑
性エラストマー（以下、ＴＰＥと略記する）、オレフィ
ン系ＴＰＥ。

エステル系ＴＰＥ、塩化ビニル系ＴＰＥ、アミド系ＴＰ
Ｅ、ジエン系ＴＰＥ、アイオノマ系ＴＰＥ等の熱可塑性
樹脂または１，３ジエン系ゴム等のゴムにポリアクリル
酸塩−ポリアクリル酸共重合体、ポリビニールアルコー
ル−酢酸ビニル共重合体、ポリウレタン、ポリエチレン
オキサイド、澱粉グラフト共重合体、カルボキシメチル
セルロース（ＣＭＣ）等の吸水性材料を混合したものな
どが好適に使用される。また、水膨潤性材料４の使用量
は、この水膨潤性材料４の吸水能力や体積膨張率などを
考慮して適宜に決められる。

このように構成されたセンサ！は、次のようにして浸水
事故の発生を検知する。まず、センサｌの設置場所に浸
水事故が起こり、この水分が透水孔５．５・・・から容
器３内に浸透する。容器３内に浸透した水分は水膨潤性
材料４に吸着され、水膨潤性材料４は膨潤して体積膨張
を起こし、これにより光ファイバ２が凸部６側に押し上
げられる。

凸部６側に押し上げられた光ファイバ２は、凸部６の先
端部に当接し、更に第３図に示すように凸部６に沿って
折り曲げられる。このようにして光ファイバ２には曲が
りが発生し、この曲がり部分では光ファイバ２中を伝送
される伝送光の損失が大きくなるので、この損失増を感
知することにより浸水事故の発生を検知することができ
る。

次に、このセンサ１を用いた浸水検知システムの一例を
第４図を参照して説明する。この図に示すセンサ１は、
光ファイバ２に多数の容器ｌを取り付けて構成されたも
のである。このセンサｌの端部には、センサ１内に入射
した光の反射光の時間的な遅れを測定すると共に、受光
レベルの変化を測定して光ファイバの曲がりの発生位置
を検知する浸水検知装置８が接続されている。この浸水
検知装置８は、光ファイバ２の入力端から光パルスを入
射するパルス発生器９とＬＤ（レーザーダイオード）や
ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子７とからなる発
光部１１と、光ファイバ２から後方散乱光などの反射光
パルスを受光するＡＰＤ（アバランシェフォトダイオー
ド）等の発光素子を有する光検出部１２と、発光部１１
からの光パルスと光ファイバ２からの反射光パルスとの
流れを制御する光方向性結合器［３と、上記の光検出部
１２で受光された反射光パルスの時間的な遅れを演算処
理する演算部１４と、この処理結果を表示する表示部１
５とからなるしのである。

次に、このような構成からなる浸水検知システムの稼動
方法を説明する。まず、浸水検知装置８にセンサｌの一
端部を接続したのち、このセンサｌの他端部側を通信機
器を収容したビル等の各フロアなどに、くまなく配設す
る。これにより浸水検知システムが完成する。

そして、例えばこの図中にしめされるＸ区域に浸水事故
が発生した場合、このＸ区域内に配設された容器３内に
水分が浸透し、この容器３内の水膨潤性材料４が吸水膨
潤して体積膨張を起こす。

これによって、容器３内の光ファイバ２が水膨潤性材料
４により押し上げられ、凸部６に当接して曲がりが発生
する。そして、この光ファイバ２の曲がりによる損失増
を浸水検知装置８により、光ファイバ２の入力端に戻る
後方散乱光などの反射光パルスの時間的な遅れや受光レ
ベルの変化に基づいて検知する。そして、浸水検知装置
８の演算部１４で反射光パルスの測定データを解析して
光ファイバ２の入力端からの浸水発生位置までの距離を
割り出す。ついでこのデータを表示部１５に表示するこ
とによってＸ区域の浸水事故を検知することができる。

次に、この浸水事故発生に伴い、直ちにＸ区域の浸水事
故に対する対応措置を施す。

このような浸水検知システムにあっては、浸水検知装置
８の表示部１５の位置において、Ｘ区域などセンサｌを
予め配設しておいた区域の浸水事故を正確にかつ迅速に
検知することが可能である。

また、この浸水検知システムは、上記の例に限らず、例
えば電気通信ケーブル内にセンサＩを他の電気通信線や
光ファイバと共に配設した構成であってもよい。この場
合、センサｌは、光ファイバ２に、吸水時に体積膨張す
る水膨潤性材料４を収容した容器３を取り付け、水分の
浸透により水膨潤性材料４が膨張して光ファイバ２に曲
がりを発生させ、光ファイバ２の伝送損失を増加させる
ことを浸水検知手段としたので、従来の金属導体を用い
た浸水検知器に比べ長距離の布設が可能となり、また電
磁誘導がある区域においても適応させることができる。

第５図および第６図はこの発明の第２実施例を示す図で
あって、符号１６はセンサである。これらの図において
、第１図ないし第３図に示す構成要素と同一要素には同
一符号を付し、その説明を省略する。

この例のセンサＩ６が第１実施例のセンサｌと異なる点
は、第１実施例のセンサ１において容器３内の上部側に
固着された凸部６を省いた構成になっている点である。

このセンサ１６は、浸水事故の発生に際し、容器３内に
水分が浸透し、この水分を容器３内の下部側に収容され
た水膨潤性材料４が吸着して膨潤し、体積膨張を起こす
ことにより、第６図に示すように容器３内の光ファイバ
２を押し上げ、挿通孔７．７の近傍などに曲がりを発生
させるようになっている。

よって、このセンサ１６では、光ファイバ２に発生した
曲がりによる伝送光の損失増を、萌述の浸水検知装置８
等で検知することによって、浸水の発生位置を正確にか
つ迅速に検知することができるなど、先の第１実施例と
ほぼ同様の効果を得ることができる。

第７図および第８図はこの発明の第３実施例を示す図で
あって、符号１７はセンサである。これらの図において
、第１図ないし第３図に示す構成要素と同一要素には同
一符号を付し、その説明を省略する。

第１実施例のセンサＩでは、光ファイバ２に取り付けら
れる容器３が中空角柱状であり、またこの容器３内にく
さび形の凸部６を固着した構成であったが、この例によ
るセンサ１７では、容器１８が中空円柱状をしており、
またこの容器１８内に光ファイバ２を折曲させるための
ガラス、プラスチック、金属などからなる棒１９．１９
を配設して構成されている。

このセンサ１７は、浸水事故の発生に際し、容器１８内
に水分が浸透し、この水分を容器１８内の下部側に収容
された水膨潤性材料４が吸着して膨潤し、体積膨張を起
こすことにより、水膨潤性材料４が光ファイバ２を押し
上げて棒１９．１９に当接させ、更に第７図の図中、点
線で示すように光ファイバ２に複数箇所の曲がり部分を
発生させるようになっている。

よって、このセンサ１７では、光ファイバ２に発生した
曲がりによる伝送光の損失増を前述の浸水検知装置８等
で検知することによって、浸水の発生位置を正確にかつ
迅速に検知することができるなど、第１実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。

第９図はこの発明の第４実施例を示す図であって、符号
２０はセンサである。この図において、第１図ないし第
３図に示す構成要素と同一要素には同一符号を付し、そ
の説明を省略する。

第１実施例のセンサｌでは、容・器３内に挿通された光
ファイバ２が水膨潤性材料４の上端と凸部６の先端部と
の間を通るように構成されていたが、この実施例のセン
サ２０では、容器３内の下部側に水膨潤性材料４を収容
すると共に、その上にくさび形の突出部２１を有する可
動凸部２２を載置し、かつ容器３内の上部側に突出部２
Ｉが嵌合される凹部２３を設け、容器３内に挿通された
光ファイバ２が、可動凸部２２と凹部２３との間を通る
構成になっている。

このセンサ２０は、浸水事故の発生に際し、容器３内に
水分が浸透し、この水分を容器３内の水膨潤性材料４が
吸着して膨潤し、体積膨張を起こすことにより、水膨潤
性材料４が可動凸部２２を押し上げ、突出部２１が光フ
ァイバ２に当接し、光ファイバ２は突出部２１に押し上
げられ、凹部２１側に折曲されるようになっている。

よって、このセンサ２０では、光ファイバ２に発生した
曲がりによる伝送光の損失増を前述の浸水検知装置８等
で検知することによって、浸水の発生位置を正確にかつ
迅速に検知刷ることができるなど、第１実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。

第１０図および第１１図はこの発明の第５実施例を示す
図であって、符号２４はセンサである。

これらの図において、第１図ないし第３図に示す構成要
素と同一要素には同一符号を付し、その説明を省略する
。

第１実施例のセンサ１では、中空角柱状の容器３内の下
部側に水膨潤性材料４を収容し、容器３内の上部側に凸
部６を固着し、水膨潤性材料４の上端と凸部６の先端部
との間に光ファイバ２を通す構成であったが、この実施
例のセンサ２４では、中空円柱状の容器１８内に、円筒
状の水膨潤性材料４と、板状に突出した押し板部２５を
有する円筒状の可動ブロック２６が配設され、光ファイ
バ２は、容器１８の軸線中心に沿って挿通される構成に
なっている。水膨潤性材料４は、容器１８の一方の側端
部（第１０図において右側）に配設されており、こ−の
水膨潤性材料４と他方の側端部（第１０図において左側
）との間には、押し板部２５を他方の側端部に当接させ
た状態で可動ブロック２６が配設されている。押し板部
２５は、水膨潤性材料４の体積膨張により可動ブロック
２６が移動する際に、その中央部が押し曲げられるよう
になっている。容器１８の他方の側端部には、押し板部
２５により押しまげられる光ファイバ２の曲がり方向を
安定させる傾斜部２７が形成されている。

この実施例のセンサ２４は、浸水事故の発生に際し、容
器１８内に水分が浸透し、この水分を容器１８内の水膨
潤性材料が吸着して膨潤し、体積膨張を起こすことによ
り、第１１図の図中、点線で示すように、可動ブロック
２６が矢印の方向に押し出され、可動ブロック２６の押
し板部２５の先端が容器１８の他端部側に当接し、押し
板部２５の中央部が下方に押し曲げられて光ファイバ２
に当接し、これを下方に向けて折り曲げるようになって
いる。

よって、このセンサ２４では、光ファイバ２に発生した
曲がりによる伝送光の損失増を前述の浸水検知装置８等
で検知することによって、浸水の発生位置を正確にかつ
迅速に検知することができるなど、第１実施例とほぼ同
様の効果を得ることができる。

なお、上記の各実施例とも光ファイバ２として、石英系
ガラスファイバ等の通常の光ファイバ１本を用いた構成
としたが、これに限定されることなく、例えば２本以上
の光ファイバを束ねたものを使用しても良く、定偏波光
ファイバ等を用いて構成しても良い。

また、上記の各実施例とも光ファイバ２に取り付ける容
器３．１８内に、水分を浸透させる手段として、容器３
、Ｉ８に多数の透水孔５．５・・・を形成して構成した
が、これに限定されることなく、他の透水手段が付与さ
れた容器を用いて構成しても良い。

以下、実験例を示してこの発明の作用効果を明確にする
。

（実験例　ｌ） コア径５０μｍ１　ファイバ径１２５μｍ１熱硬化性シ
リコン（−次被覆）径４００μｍ、ナイロン（二次被覆
）径０．９ｍｍ、屈折率差１％の石英系マルチモードフ
ァイバ心線に、第１図ないし第３図に示す構成の容器を
１個取り付けて、第１実施例と同様のセンナを作成した
。なお、容器内に収容した水膨潤性材料としては、熱可
塑性エラストマとポリアクリル酸塩系吸水材料の混合物
を使用した。

この水膨潤性材料は、吸水後に約１００倍の体積膨張を
示した。

容器の寸法は次の通りである（第１図参照）。

Ａ＝３０ｍｍＳＢ＝６ｍｍ、Ｃ・・１０ｍｍ１Ｄ＝ｍｍ このセンサの両端に２０ｋｍのダミーファイバを接続し
た後、容器を水中に２４時間浸漬することによりセンサ
を作動させた。

この後、浸水検知装置により浸水箇所の検出を行なった
結果、２０．ＯＩ２ｋｍの位置に２，２ｄＢの損失増加
が検出できた。

（実験例　２） 先の実験例１で用いたものと同様の光ファイバに、第５
図および第６図に示す構成の容器を１個取り付けて、第
２実施例と同様のセンサを作成した。なお、容器内に収
容した水膨潤性材料は先の実験例１で使用したものと同
一組成の混合物を使用した。容器の寸法は次の通りであ
る（第５図参照）。

Ａ＝３　０ｍｍ、　　Ｂ＝６ｍｍ％　Ｅ・・１　０ｍｍ
このセンサを使用して、先の実験例１と同様に２０ｋｍ
のダミーファイバを接続した後、容器を水中に２４時間
浸漬することによりセンサを作動さ仕た。

この後、浸水検知装置により浸水箇所の検出を行なった
結果、２０．００８ｋｍの位置に３．５ｄＢの損失増加
が検出できた。

（実験例　３） 光ファイバとして、モードフィールド径１０８ｍ１ファ
イバ径１２５μｍ１熱硬化性シリコン（−次被覆）径４
００μｍ、ナイロン（二次被覆）径０゜９　ｍｍ、屈折
率差０．３％の石英系シングルモード光ファイバ心線を
用い、先の実験例１および実験例２と同様のセンサを作
成した。

これらのセンサを使用して、先の実験例１と同様の方法
で各センサを作動させ、浸水検知装置により浸水箇所の
検出を行なった結果、実験例１の型のセンサでは２０．
０２０ｋｍの位置に３．９ｄＢの損失増加が検出でき、
実験例２の型のセンサでは２０．０１２に＋ｎの位置に
４．２ｄＢの損失増加が検出できた。

（実験例　４） 実験例１で使用したマルチモード光ファイバと、実験例
３で使用したシングルモード光ファイバに、ウレタンア
クリレート系ＵＶ＠！化樹脂で２５０μｍの被覆をし、
これら各々の光ファイバを用いて実験例１の型のセンサ
を作成した。

これらのセンサを使用して、実験例１と同様な方法で各
センサを作動させ、浸水検知装置により浸水箇所の検出
を行なった結果、マルチモード光ファイバによるセンサ
では、２０．００４ｋｍの位置に３．０ｄＢの損失増加
が検出でき、シングルモード光ファイバによるセンサで
は２０゜００８ｋｍの位置に４．８ｄＢの損失増加が検
出できた。

（実験例　５） 実験例１で使用した光ファイバ心線に、第７図および第
８図に示す構成の容器を１個取り付けて、第３実施例と
同様のセンサを作成した。なお、容器内に収容した水膨
潤性材料は、実験例１で使用したものと同一組成の混合
物を使用した。容器の寸法は次の通りである（第７図参
照）。

Ａ・・・３０ｍｍ％Ｂ＝４ｍｍ、　Ｆ”ｉｍｍ、　Ｇ＝
１０ｍｍ５Ｈ・・ｌ　Ｏｍａ このセンサを使用して、実験例１と同様の方法でセンサ
を作動させ浸水検知装置により浸水箇所の検出を行なっ
た結果、１９．９９２ｋｍの位置に１．５ｄＢの損失増
加が検出できた。

（実験例　６） 実験例１および実験例５で使用した各々のセンサを第１
２図に示すように接続し、各々のセンサを水中に２４時
間浸漬し、実験例１と同様の方法で浸水箇所の検出を行
なった。接続に使用したファイバの長さは次の通り（第
１２図参照）。

１　・・・５　ｋｍ、　Ｊ　・・・１０　ｋｍ、Ｋ”・
２０　Ｋｍなお、この図中、符号ｌは実験例１の型のセ
ンサ、８は浸水検知装置、１７は実験例５の型のセンサ
である。

その結果、５．０２０ｋｍの位置に２．１ｄＢの損失増
加が検出でき、また１５．０２４ｋａ＋の位置に１．４
ｄＢの損失増加が検出できた。

（実験例　７） 実験例！で用いたものと同様の光ファイバに、第９図に
示す構成の容器を１個取り付けて、第４実施例と同様の
センサを作成した。なお、容器内に収容した水膨潤性材
料は実験例１で使用したものと同一組成の混合物を使用
した。容器の寸法は次の通り。

Ａ　・・・３０　ｍｍ、　Ｂ　＝６　ａｍ、Ｌ・・・５
ＩＩＩ１１１Ｍ・・・１０ｍｎ＋、　Ｎ−−−７ｍｍ、
　Ｏ・・１２ａ＋ｍ、Ｐ・・・１２ｍｍ５Ｑｌ′１９１
１１ｍ このセンサを使用して実験例１と同様に°２０ｋａ＋の
ダミーファイバを接続した後、容器を水中に２４時間浸
漬することにより、センサを作動させた。

この後、浸水検知装置により浸水箇所の検出を行なった
結果、１９．９８９１ｖの位置に、１．４ｄＢの損失増
加が検出できた。

（実験例　８） 実験例１で使用したものと同様の光ファイバに第１０図
および第１１図に示す構成の容器を１個取り付けて、第
５実施例と同様のセンサを作成した。なお、容器内に収
容した水膨潤性材料は実験例１で使用したものと同一組
成の混合物を使用した。容器の寸法は次の通りである（
第１１図参照）。

Ａ・・・４５ｍｍ１Ｂ・・・５ｍｌｌ５Ｒ・・・５ｆｆ
ｌｆｆ１１Ｓ・・・１５ｍｍ、　Ｔ・・・５ｍｍ、　Ｕ
・・・３０ｍｍこのセンサを使用して、実験例１と同様
に２０Ｉｖのダミーファイバを接続した後、容器を水中
に２４時間浸漬することによりセンサを作動させた。

この後、浸水検知装置により浸水箇所の検出を行なった
結果、１９．９８４ｋｍの位置に１．ＯｄＢの損失増加
が検出できた。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明による光ファイバ浸水検
知センサは、透水性を有する容器内に光ファイバを挿通
すると共に、この容器内に吸水時に体積膨張する水膨潤
性材料を収容して構成し、浸水事故に際し、容器内に浸
透した水分を水膨潤性材料が吸収してその体積が膨張し
、これによって容器内に挿通された光ファイバが押し曲
げられるので、この光ファイバの曲がりによる伝送光の
損失増を光ファイバの入力端から入射した光の後方散乱
光等の反射光を測定することによって検知し、浸水事故
の発生およびその発生位置を正確かつ迅速に検知するこ
とができる。

また、水分の浸透により水膨潤性材料が膨張して光ファ
イバに曲がりを発生させ、光ファイバの伝送損失を増加
させることを浸水検知手段としたので、従来の金属導体
を用いた浸水検知器に比べ長距離の布設が可能となり、
また電磁誘導がある区間においても適応させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の第１実施例を示す図で
あって、第１図はセンサの側断面図、第２図は同斜視図
、第３図は吸水作動時の状態を示す側断面図、第４図は
第１図に示すセンサを用いた浸水検知システムの一例を
説明する概略構成図、第５図および第６図はこの発明の
第２実施例を示す図であって、第５図はセンサの側断面
図、第６図は吸水作動時の状態を示す側断面図、第７図
および第８図はこの発明の第３実施例を示す図であって
、第７図はセンサの側断面図、第８図は同斜視図、第９
図はこの発明の第４実施例を示す図であってセンサの一
部を断面視した斜視図、第１Ｏ図および第１１図はこの
発明の第５実施例を示す図であって、第１０図はセンサ
の一部を断面視した斜視図、第１１図は同側断面図、第
１２図は実験例６に使用したセンサの接続状態を説明す
る概略構成図である。 ＩＳ　［６、Ｉ７．２０，２４・・・センサ２・・・光
ファイバ ３．１８・・・容器 ４・・・水膨潤性材料 ５・・・透水孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透水性を有する容器内に光ファイバが挿通されると共に
   、この容器内に吸水時に体積膨張する水膨潤性材料が収
   容されてなることを特徴とする光ファイバ浸水検知セン
   サ。