JPS63231402A - 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。

そして、このようなケーブル内には、その長手方向に沿
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で
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、光ファイバの全周に、吸水時に体積膨張
する水膨潤性材料を被覆し、この水膨潤性材料上に、膨
張抑制材を巻回して光ファイバ浸水検知センサを構成し
、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、浸水事故に際し、水膨潤性材料の浸水部分近
傍が水分を吸収して膨潤し、体積膨張を起こすが、膨張
抑制材が当接した部分では体積膨張が押さえ込まれる。

この押さえ込みにより光ファイバに側圧が加わり、光フ
ァイバ龜比較的大きな曲がりや部分的なマイクロベンデ
ィングが発生する。よって、この光ファイバの曲がりあ
るいはマイクロベンディングによる伝送光の損失増加を
、光ファイバの入力端から入射した光の後方散乱光など
の反射光を測定することによって検知し、浸水ｉｌｌ故
の発生およびその発生位置を正確に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図はこの発明の第１実施例を示す図であって、図中
狩号１は、光ファイバ浸水検知センサ（以下、センサと
略記する）である。このセンサ１は、光ファイバ２の全
周に、吸水時に体積膨張する水膨潤性材料３を被覆し、
この水膨潤性材料３上に、吸水時に膨張性を示さない合
成樹脂等を材料とする糸４を一定のピッチで巻回して構
成されている。

この糸４のピッチは、水膨潤性材料３の太さ寸法などに
より適宜に設定さ、れるが、巻回された糸４の間隙から
水分が阻止されることなく浸透され、かつ検知感度が十
分なレベルになるように５ないし１０（ｌｖ程度が好適
である。

上記光ファイバ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
。

上記水膨潤性材料３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、この水膨潤性材料３の膜
厚は、この水膨潤性材料３の吸水能力や吸水時の体積膨
張率などを考慮し、用いられる材料の種順などに応じて
適宜状められる。

上記の糸４は、吸水時に膨張性がなく、かつ水膨潤性材
料３の体積膨張により切断されない程度の張力を有した
ものが用いられ、例えばテトロン糸などが好適に使用さ
れる。

次に、このような構成によるセンサｌの製造方法の一例
を説明する。まず、所定の内外径およびモードを有する
長尺の光ファイバ素線あるいは光ファイバ心線など光フ
ァイバ２上に、所定の膜厚の水膨潤性材料３を被覆する
。光ファイバ２上に水膨潤性材料３を被覆する方法とし
ては、溶融押出被覆法などが好適に用いられる。次いで
、この水膨潤性材料３上に、一定のピッチで糸４を巻回
する。この巻回操作は、電線や光ファイバ等に被覆用の
糸を任意のピッチで巻き付ける巻回装置などを使用して
行なうことができる。以上の操作により目的とするセン
サｌを得る。

このように構成されたセンサｌ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１の設置場所に浸
水事故が起こり、この水分が水膨潤性材料３に吸着され
る。水分を吸着した水膨潤性材料３は、膨潤して体積膨
張を起こすが、糸４が巻回されているために、この糸４
に当接した部分の体積膨張は押さえ込まれる。これによ
りセンサＩの軸線中央にある光ファイバ２は、糸４の押
さえ込みに応じて押し曲げられ、浸水事故発生部分に比
較的大きな曲がりや部分的なマイクロベンディングが発
生する。このマイクロベンディング等の曲がりが発生し
た部分では、光ファイバ２中を伝送される伝送光の伝送
損失が大きくなるので、この損失増加を感知することに
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ｌを用いた浸水検知システムの一例を
第２図ないし第４図を参照して説明する。

これらの図は、センサ１をユニットタイプの光ファイバ
ケーブル５中に配設した例を示すものである。

この光ファイバケーブル５は、第２図および第３図に示
すように、高張力材料で作られたテンションメンバ６と
、これを被覆しかつその外周に複数の）１り７・・・が
形成されたスペーサー８と、このスペーサー８を被覆す
るシース９と、スペーサー８（’）　ｉｔｌ　７・・・
内に埋設された複数の光ファイバ心線１０・・・とから
構成されており、センサｌは、スペーサー８の１１り７
・・・の内の一つに埋設されている。このセンサ１の端
部には、第４図に示すように、センサｌ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
の変化を一測定して、例えばマイクロベンディングなど
の曲がりの発生位置を検知する浸水検知装置！ｌが接続
されている。この浸水検知装ａｌｌは、センサｌ中の光
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１２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１３とからなる発光部１４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）等の受光
素子を有する光検出部１５と、発光部１４からの光パル
スとセンサｌ中の光ファイバ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１６と、上記の光検出部
１５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１７と、この処理結果を表示する表示部１
８とからなるものである。

次に、この上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。第４図に示す光ファイバケーブル５に
おける浸水検知システムでは、例えば図中Ｘで示す区域
のケーブル内に浸水事故が発生した場合、この光ファイ
バケーブル５中のＸ区域内に配設されたセンサｌの水膨
潤性材料３に水分が浸透し、Ｘ区域内にある水膨潤性材
料３は、吸水して膨潤し、体積膨張を起こすが、糸４が
巻回されているために、この糸４が当接した部分の体積
膨張は押さえ込まれる。これによりセンサｌの軸線中心
にある光ファイバ２は、糸４の押さえ込みに応じて押し
曲げられ、Ｘ区域内にある光ファイバ２には比較的大き
な曲がりや部分的なマイクロベンディングが発生ずる。

そして、この光ファイバ２の曲がりによる伝送光の損失
増加を浸水検知装置１１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Ｅｌｌの演算部！７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間で
の距離を割り出す。ついでこのデータを表示部！８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
１１の表示ｒ＠１８の位１ξにおいて、Ｘ区域などセン
サ１を予め配設しておいた光ファイバケーブル５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、このセンサｌは、光ファイバ２の全周に吸水時に
体積膨張する水膨潤性材料３を被覆し、この水膨潤性材
料３上に糸４を巻回し、水分の浸透により水膨潤性材料
３が膨張し、糸４がこの体積膨張を部分的に抑制して光
ファイバ２に側圧を与えて光ファイバ２にマイクロベン
ディングなどの曲がりを発生さけ、光ファイバ２の伝送
１０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図はこの発明の第２実施例を示す図であって、符号
１９はセンサである。この図において、第１図に示ず構
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。

先の第１実施例のセンサＩでは、水膨潤性材料３上に、
糸４を巻回した構成であったが、この実施例のセンサＩ
９では、水膨潤性材料３上に、吸水時に体積膨張を示さ
ない材料で作られたテープ２０を巻回して構成されてい
る。このテープ２０は、吸水時に膨張性がなく、かつ水
膨潤性材料３の体積膨張により切断されない程度の張力
を有したものが用いられ、例えばポリエステル製のテー
プ等が好適に使用される。このテープ２０の巻回は、先
の例における糸４の巻回と同様に、水膨潤性材料３への
水分の浸透を妨げないようある程度間隔を６って巻回さ
れる。

このセンサＩ９は、浸水事故の発生に際し、水膨潤性材
料３が水分を吸着して膨潤し、体積膨張を起こずが、テ
ープ２０が巻回されているために、このテープ２０に当
接した部分の体積膨張は押さえ込まれる。これによりセ
ンサ■９の軸線中心にある光ファイバ２は、テープ２０
の押さえ込みに応じて押し曲げられ、浸水発生部分に比
較的大きな曲がりや部分的なマイクロベンディング等の
曲がりが発生する。

よって、このセンサ１９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加を、前述の浸水検知装置
ＩＩ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６図はこの発明の第３実施例を示す図であって、符号
２１はセンナである。この図において、第１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、水膨潤性材料３上に糸４を
一定のピッチで巻回した構成であったが、この実施例の
センサ２１では、水膨潤性材料３上の一定間隔毎に、リ
ング状の結束部２２．２２・・・を設けた構成になって
いる。この結束部　２２．２２・・・は、吸水時に体積
膨張を示さない合成樹脂等を材料としたものであり、水
膨潤性材料３の体積膨張により切断されない程度の張力
を有している。また、各々の結束部２２．２２・・・は
、水膨潤性材料３への水分の浸透を妨げることのない程
度の間隔をもって配設される。水膨潤性材料３上に結束
部２２．２２・・・を設ける方法としては、例えば材料
として用いる熱可塑性樹脂を加熱溶融し、これを水膨潤
性材料３上に一定間隔毎に付若さ仕たり、材料の樹脂を
溶媒に溶かした接着剤を水膨潤性材料３上に一定間隔毎
に付着し、これを固化さ仕るなどにより形成することが
できる。

このセンサ２１は、浸水事故の発生に際し、水膨潤性材
料３が水分を吸着して膨潤し、体積膨張を起こすが、結
束部２２．２２・・・が設けられた部分では体積膨張が
押さえ込まれる。これにより結束部２２．２２・・・お
よびその近傍の光ファイバ２には側圧が加わり、比較的
大きな曲がりや部分的なマイクロベンディング等の曲が
りが発生ずる。

よって、このセンサ２１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加を、面述の浸水検知装置
１１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、上述の各実施例とも、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を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ら良く、定偏波
光ファイバ等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　り コア径５０μｍ１ファイバ径１２５μｍ１熱硬化性シリ
コン（−次被覆）径４００μｍ、比屈折率差１％の石英
系マルチモードファイバに、熱可塑性エラストマにポリ
アクリル酸塩系吸水性樹脂を混合した混合物を、外径１
．２ｍｍまで被覆し、この混合物の被覆上に、テトロン
糸をピッチ１０ｍｍで巻き付けることによって、第１実
施例と同様な構成のセンサを作成した。なお、上記水膨
潤性の混合物は、吸水時に約７０倍に体積膨張を示した
。

このセンサを、内寸法２．ＯＸ２．２ｍｍの角パイプに
収納し、このうち１ｍを２４時間浸水状態においてセン
サを作動させた。

この後、浸水検知装置により浸水箇所における伝送光の
損失増加を測定した結果、１．５ｄＩ３の、　損失増加
が検出できた。

（実験例　２） コア径５０μｍ１ファイバ径１２５μｍ１熱硬化性シリ
コン（−次被覆）径２５０μｍ１　ナイロン（二次被覆
）径５００μｍ１比屈折率差１％の石英系マルチモード
ファイバに、実験例！で用いたものと同一組成の水膨潤
性の混合物を、外径１．２ｍｍ＋まで被覆し、この混合
物の被覆上に、ピッチ１０Ｉでテトロン糸を巻き付け、
第１実施例と同様のセンサを作成した。このセンサを内
寸法２．０×２．２１１１ｆｆｉの角バイブに収納し、
両端に２０ｋｍのダミーファイバを接続した後、センナ
部分のうち１ｍを２４時間浸水状態においてセンサを作
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、２０．０１２ｋｍの位置に０．９ｄＢの損失増加
が確認できた。

（実験例　３） 実験例１で用いたものと同様のセンナを用い、これを角
パイプに収納し、両端に２０に１のダミーファイバを接
続し、先の実験例２と同様に、センサのうちｌｌ１１を
２４時間浸水状態において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、２０，０００ｋｓの位置に１．５ｄｒ３の損失
増加が検出できた。

（実験例　４） 実験例１で用いたものと同様の光ファイバおよびそれを
被覆した水膨潤性の混合物を用い、この混合物の被覆上
に、幅５ｍａ＋のポリエステル製のテープを１５１１ｆ
ｆｌのピッチで巻き、第２実施例と同様のセンサを作成
した。このセンサを内寸法２．ＯＸ２．２ｍｍの角パイ
プに収納し、両端に１８１ｖと３ｋｍのダミーファイバ
を接続し、センサ部分のうち１ｍを２４時間浸水状態に
おいてセンサを作動させた。

この後、浸水検知装置によりダミーファイバの両端より
浸水箇所の検出を行なった結果、１８ｋｍのダミーファ
イバ側から光パルスを入射させた場合には、１８．０２
０ｋｍの位置に１．１ｄＢの損失増加が検出でき、３ｋ
ｍのダミーファイバ側から光パルスを入射させた場合に
は、３．００８ｋｍの位置にｔ、ｔａＢの損失増加が検
出できた。

（実験例　５） モードフィールド径！０μｍ１　ファイバ径！２５μｍ
１熱硬化性シリコン（−次被覆）径４００μｍのシング
ルモードファイバに、゛実験例１モ用いたものと同一組
成の水膨潤性の混合物を外径！、０■まで被覆し、この
混合物の被覆上にピッチ１０１でテトロン糸をまきつけ
て、第１実施例と同様のセンサを作成した。このセンサ
を内寸法２．ＯＸ２．２ｍｍの角パイプに収納し、両端
に２０ｋｍのダミーファイバを接続し、センサ部分のう
ちｌｌ１１を２４時間浸水状態においてセンサを作動さ
Ｕｏ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、２０．０２０ｋｍの位置に０．３ｄ［３の伝送
損失が確認できた。

「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、光ファイバの全周に、吸水時に体積膨張す
る水膨潤性材料を被覆し、この水膨潤性材料上、に、膨
張抑制材をピッヂ巻きに巻回して構成し、浸水事故に際
し、水膨潤性材料が水分を吸若して膨潤し、体積膨張を
起こす一方、膨張抑制材が当接した部分では体積膨張が
押さえ込まれ、この押さえ込みにより光ファイバに側圧
が・加わり、光ファイバにマイクロベンディング等の曲
がりを発生させるので、この光ファイバの曲がりによる
伝送光の損失増加を、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図はこの発明の第１実施例を示す図であって、セン
ナの斜視図、第２図ないし第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示す図であって、第
２図は先ファイバケーブルの斜視図、第３図は同断面図
、第４図は浸水検知システムの概略構成図、第５図はこ
の発明の第２実施例を示す図であって、センサの斜視図
、第６図はこの発明の第３実施例を示す図であって、セ
ンサの斜視図である。 １．１９．２！・・・センサ ２・・・光ファイバ ３・・・水膨潤性材料 ４・・・糸（膨張抑制材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバの全周に吸水時に体積膨張する水膨潤性材料
   が被覆され、この水膨潤性材料上に、膨張抑制材がピッ
   チ巻きに巻回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。