JPS63234205A - 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
るという問題らあった。

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類センサの開発
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、吸水時に体積膨張する水膨潤性材料で作
られた紐状の吸水体に光ファイバ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、吸水体の浸水部分近傍が水
分を吸収して膨潤し、体積膨張を起こしてその太さ寸法
が増大する。この吸水体の体積膨張が光ファイバに側圧
として加わり、光ファイバ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。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、浸水事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
中符号ｌ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ｌは、水膨潤性材料で
作られたロッド状の吸水体２に、光ファイバ３を一定の
ピッチで巻回して構成されている。この光ファイバ３の
ピッチは、吸水体２の太さ寸法などにより適宜に設定さ
れるが、巻回された光ファイバの曲がりによる損失増加
がなく、感度の点から１０ないし１０（ｌｎｍ程度が好
適である。

上記吸水体２は、吸水時に体積が５倍以上となるような
水膨潤性材料で作られており、このような水膨潤性材料
として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ＴＰＥ１
ジエン系ＴＰＥ、アイオノマ系ＴＰＥ等の熱可塑性樹脂
または！、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。

上記光ファイバ３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
。

このように構成されたセンサ１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、この水分が吸水体２に吸着される。水
分を吸着した吸水体２は膨潤して体積膨張を起こし、こ
れにより吸水体２の体積膨張部分に巻回されていた光フ
ァイバ３は、膨張した吸水体２に圧迫された状態になっ
て、この体積膨張部分の光ファイバ３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３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Ｉ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４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４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５と
、これを被覆しかつその外周に複数の溝６・・・が形成
されたスペーサー７と、このスペーサー７を被覆するシ
ース８と、スペーサー７の溝６・・・内に埋設された複
数の光ファイバ心線９・・・とから構成されており、セ
ンサＩは、スペーサー７の溝６・・・の内の−っに埋設
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１０が接続されている。この浸水検知装置１０は、セ
ンサ１中の光ファイバ３の入力端から光パルスを入射す
るパルス発生器２とＬＤ（レーザーダイオード）やＬＥ
Ｄ（発光ダイオード）等の発光素子１２とからなる発光
部１３と、光ファイバ３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１４と、発光部１３か
らの光パルスとセンサ１中の光ファイバ３からの反射光
パルスとの流れを制御する先方向性結合器１５と、上記
の光検出部１４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１６と、この処理結果を表示す
る表示部Ｉ７とからなるものである。

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。第４図に示す光ファイバケーブル４に
おける浸水検知システムにおいて、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
ァイバケーブル中のＸ区域内に配設されたセンサｌの吸
水体２が水分を吸着して膨潤し、体積膨張を起こす。こ
の吸水体２の体積膨張により、この部分に巻回された光
ファイバ３が体積膨張した吸水材により圧迫を受け、光
ファイバ３に比較的大きな曲がりやマイクロベンディン
グが発生する。そして、この光ファイバ３の曲がりによ
る伝送光の損失増加を浸水検知装置ｌＯにより、光ファ
イバ３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ｌＯの演算部１６で反射光パルス
の測定データを解析して光ファイバ３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
表示部属７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
１０の表示部１７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光ファイバケーブル４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１は、吸水時に体積膨張する水膨潤性
材料で作られた吸水体２に光ファイバ３を巻回し、水分
の浸透により吸水体２が膨張して光ファイバ３に側圧を
加え、光ファイバ３にマイクロベンディングなどの曲が
りを発生させ、光ファイバ３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図はこの発明の第２実施例を示す図であって、符号
１８はセンサである。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。

こ゛の例のセンサ１８が第１実施例のセンサｌと異なる
点は、ロッド状の吸水体２に光ファイバ３を巻回し、更
にその上に、吸水時に膨張性を示さない合成樹脂等を材
料とする糸１９を巻回して構成されている点である。こ
の糸１９は、吸水時に膨張性がなく、かつ吸水体２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、例えばテトロン糸等が好適に使用される。この
糸１９は、光ファイバ３の巻回と同様に吸水体２への水
分の浸透を妨げないようある程度間隔をもって巻回され
るが、光ファイバ３と反対の方向に、また光ファイバ３
と同様のピッチで巻回することが望ましい。

このセンサＩ８は、浸水事故の発生に際し、吸水体２が
水分を吸着して膨潤し、体積膨張を起こすことにより、
体積膨張部分に巻回されている光ファイバ３は外方に圧
迫されるが、糸１９が巻回された部分では糸１９が光フ
ァイバ３を介して吸水体２の体積膨張を押さえ込むので
、この部分の光ファイバ３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等の曲がりが発生する。

この曲がりは先の第１実施例で発生するものよりも大き
く、この曲がりによる光ファイバ３の伝送損失も大きく
なる。

よって、このセンサ１８では、光ファイバ３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
ＩＯ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が得られる他、吸水時に発生する光
ファイバ３の曲がりが第１実施例のものよりも大きくな
り、この曲がりによる先ファイバ３の伝送損失を大きく
することができるので、伝送損失の検出感度を高めるこ
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
２０はセンサである。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。

この例のセンサ２０が第１実施例のセンサｌと異なる点
は、吸水体２に巻回された光ファイバ３上に、更に吸水
時に体積膨張を示さない材料で作られたテープ２１を巻
回して構成されている点である。このテープ２１は、吸
水時に膨張性がなく、かつ吸水体２の体積膨張により切
断されない程度の張力を有するものが用いられ、例えば
ポリエステル等の合成樹脂テープが好適に使用される。

このセンサ２０は、浸水事故の発生に際し、吸水体２が
水分を吸着して膨潤し、体積膨張を起こすことにより、
この体積膨張部分に巻回されている光ファイバ３は外方
に向けて圧迫されるか、テープ２１が巻回された部分で
はテープ２１が光ファイバ３を介して吸水体２の体積膨
張を押さえ込むので、この部分の光ファイバ３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等の
曲がりが発生する。

よって、このセンサ２０では、光ファイバ３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
ＩＯ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２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、吸水体２としてロッド状の
ものを用いた構成としたが、この吸水体２の形状はこれ
に限定されることなく、紐状のものであれば良い。

また、上記の各実施例とも光ファイバ３として、石英系
ガラスファイバ等の光ファイバ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よく、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　ｌ） コア径５０μｍ１ファイバ径１２５μｍ１比屈折率差１
％の石英系マルチモードファイバに、外径２５０μｍま
でウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂を被覆し、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１ｍｍ、長さ１ｍのロッド状に形成
した水膨潤性ロッドに、ピッチ３０＋ｎｍで巻き付ける
ことによって、長さ１ｍの第１実施例と同様のセンサを
作成した。

なお、上記水膨潤性の混合物は、吸水時に約７０倍の体
積膨張を示した。このセンサを内寸法２゜Ｏｘ２．２ｍ
＋＋＋の角パイプ内に収納し、その両端に８ｋｍおよび
５ｋｍのダミーファイバを接続した後、センサを水中に
２４時間浸漬することによっ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、８ｋｍ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、８．０１２ｋ
ｍの位置に０．６ｄＢの損失増加が検出でき、５ｋｍ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、
５゜０００ｋｍの位置に０．６ｄＢの損失増加が検出で
きた。

（実験例　２） 実験例１で用いたものと同様のセンサに、テトロン糸を
光ファイバの巻方向と反対の方向にピッチ３０１Ｔｌ１
１１で巻回し、第２実施例と同様のセンサを作成した。

このセンサを使用して、先の実施例１における操作と同
様に、センサ両端に８ｋｍおよび５ｋｍのダミーファイ
バを接続した後、センサを水中に２４時間浸漬してセン
サを作動させた。

この後浸水検出装置により浸水箇所の検出を行なった結
果、８ｋｍ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、７，９９２ｋｍの位置に１．２ｄＢの損失
増加か検出でき、５ｋｍのダミーファイバ側から入射さ
せた場合には、５．００４ｋｍの位置に１．３ｄＢの損
失増加が検出できた。

（実験例　３） 実験例１で使用したものと同様のセンサに、幅５ｍｍの
ポリエステル製テープをピッチ１５ｍｍで巻回して長さ
１ｍの第３実施例と同様のセンサを作成し、このセンサ
を使用して、先の実験例１における操作と同様に、セン
サ両端に８ｋｍおよび５ｋｍのダミーファイバを接続し
た後、センサを水中に２４時間浸漬してセンサを作動さ
せた。

この後浸水検出装置により浸水箇所の検出を行なった結
果、８ｋｍ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８．００８ｋｍの位置に０９ｄＢの損失増加
が検出でき、５ｋｍ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、４゜９９６ｋｍの位置に０．８ｄ
Ｂの損失増加か検出でき゛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、吸水時に体積膨張する水膨潤性材料で作ら
れた紐状の吸水体に光ファイバを巻回して構成し、浸水
事故に際し、この吸水体が水分を吸着して膨潤し、体積
膨張を起こしてその太さ寸法が増大し、この吸水体の体
積膨張か光ファイバに側圧として加わり、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、水分の浸透により吸水体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
ｆ１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
サの斜視図、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図は光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。 ｔ、ｔＳ、２０・・・センサ ２・・・吸水体 ３・・・光ファイバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸水時に体積膨張する水膨潤性材料で作られた紐状の吸
   水体に光ファイバが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。