JP2007240247A - 金属管入り光ファイバコイル型振動センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温下で使用でき、十分な耐環境性を有し、小さい径のコイルを作ることが出来る金属管入り光ファイバコイル型振動センサを提供する。
【解決手段】コア（１ａ）およびクラッド（１ｄ）から成る光ファイバ（１）の外周面に金属膜（２）を形成した耐熱光ファイバ（３）を、金属管（５）に挿入し、充填材（７）を充填し、渦巻き状のコイルに巻き、封止材（６）で端部（５ａ，５ｂ）を封止する。
【効果】外周面に金属膜２を形成した耐熱光ファイバ（３）を用い、それを金属管（５）に入れているので、耐熱性に優れ、高温下で使用できる。耐熱光ファイバ（３）が外部に露出していないので、高温の酸化性ガス雰囲気下でも金属膜（２）が酸化せず、十分な耐環境性を有する。曲げたときの張力がほとんど耐熱光ファイバ（３）にかからず、小さい径のコイルを作ることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属管入り光ファイバコイル型振動センサに関し、さらに詳しくは、高温下で使用でき、十分な耐環境性を有し、小さい径のコイルを作ることが出来る金属管入り光ファイバコイル型振動センサに関する。

従来、コアおよびクラッドからなる光ファイバを金属管に入れてコイル状に巻いた金属管入り光ファイバコイルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、コアおよびクラッドからなる光ファイバの外周に金属膜を形成した耐熱光ファイバをコイル状に巻いた振動センサが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−２１２５２２号公報 特開２００５−２０８０２５号公報

上記従来の金属管入り光ファイバコイルは、長さ調整のためにコイル状に巻いており、振動センサとして使えるものではない。また、光ファイバが耐熱性ではない。すなわち、高温下で振動センサとして使えない。
他方、従来の耐熱光ファイバをコイル状に巻いた振動センサでは、金属膜が外部に露出しているため、高温の酸化性ガスに曝されると金属膜が酸化し、光ファイバが脆くなるなど、耐環境性が十分でない問題点がある。なお、金属膜を金にすると、酸化を抑制できるが、光ファイバとの密着が弱く、７Ｎ〜１２Ｎ程度の張力で断線を起こすため、小さい径のコイルに曲げることが困難になる。
そこで、本発明の目的は、高温下で使用でき、十分な耐環境性を有し、小さい径のコイルを作ることが出来る金属管入り光ファイバコイル型振動センサを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、コア（１ａ）およびクラッド（１ｄ）から成る光ファイバ（１）の外周面に金属膜（２）を形成した耐熱光ファイバ（３）を金属管（５）に挿入し渦巻き状のコイルにしたことを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第１の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、コア（１ａ）およびクラッド（１ｄ）から成る光ファイバ（１）の外周面に金属膜（２）を形成した耐熱光ファイバ（３）を用い、それを更に金属管（５）に入れているので、耐熱性に優れ、高温下で使用できる。また、耐熱光ファイバ（３）が外部に露出していないので、高温の酸化性ガス雰囲気下でも金属膜（２）が酸化せず、十分な耐環境性を有する。さらに、コイル化するために曲げたときの張力が金属管（５）にかかり、あまり耐熱光ファイバ（３）にはかからないため、断線が起こらず、小さい径のコイルを作ることが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属膜（２）が、融点５００℃以上のＡｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒまたはそれらを主成分とした合金を材料とした１層または複数層で形成されていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第２の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、耐熱性を向上できる。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属管（５）が、弾性率２００ＧＰａ以下のＡｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒまたはそれらを主成分とした合金で形成されていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第３の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、曲げるときの作業性を向上できる。

第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属管（５）の厚さが、１ｍｍ以下であることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第４の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、曲げるときの作業性を向上できる。

第５の観点では、本発明は、前記第１から第４のいずれかの観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属管（５）内に入っている前記耐熱光ファイバ（３）の長さが前記金属管（５）より長いことを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第５の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、金属管（５）内に入っている耐熱光ファイバ（３）の長さが金属管（５）より長いため、曲げたときの張力がほとんど耐熱光ファイバ（３）にかからず、小さい径のコイルを作ることが出来る。また、耐熱光ファイバ（３）が金属管（５）の内壁に１点以上で接する程度に耐熱光ファイバ（３）が長ければ、耐熱光ファイバ（３）に振動が伝達されやすくなり、感度を向上できる。

第６の観点では、本発明は、前記第１から第５のいずれかの観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）が封止または略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記構成において「封止」とは隙間が完全に無い状態をいい、「略封止」とは隙間が僅かにある状態をいう。
上記第６の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）を封止または略封止しているので、金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）から酸化性ガスが金属管（５）の内部に入ったり、金属管（５）の内部に充填した充填材（７）が漏れることを防止できる。

第７の観点では、本発明は、前記第６の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）が、接着剤により封止または略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第７の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、封止の作業性を向上できる。

第８の観点では、本発明は、前記第６の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）が、縮径されて封止または略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第８の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、高い耐熱性を維持できる。

第９の観点では、本発明は、前記第６の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）にキャップ（９）が被せられて封止または略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第９の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、封止の作業性を向上できる。

第１０の観点では、本発明は、前記第６から前記第９のいずれかの観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の内部に充填材（７）が充填されていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を提供する。
上記第１０の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）では、充填材（７）が耐熱光ファイバ（３）に振動を伝達するため、感度を向上できる。なお、金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）を封止または略封止しているため、充填材（７）が漏れることはない。

第１１の観点では、本発明は、前記第１から前記第１０のいずれかの観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を基板（２０）に固定したことを特徴とする保護管入り光ファイバコイル型振動センサ（１００）を提供する。
上記第１１の観点による金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１００）では、金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を基板（２０）に固定したので、運搬、保管、設置などの作業での取り扱いが容易になる。

本発明の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０，１００）は、高温下で使用でき、十分な耐環境性を有し、小さい径のコイルとすることが出来る。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０を示す一部断面上面図である。
この金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０は、渦巻き状のコイルに巻かれた金属管５と、金属管５内で蛇行するような長さで金属管５内に挿入された耐熱光ファイバ３と、金属管５の両端を封止する封止材６とを具備している。

金属管５は、例えば、内径０.５ｍｍ、肉厚０.１ｍｍ〜１ｍｍの銅やステンレスのパイプであり、直径約２０ｍｍの５ターンのコイルに巻いてある。

図２に断面を示すように、耐熱光ファイバ３は、コア１ａおよびクラッド１ｄから成る石英またはガラス製の光ファイバ１の外周面に、金属膜２を形成した構成である。
金属膜２は、例えば、金、ニッケル等である。
数値例を示すと、コア１ａの直径は１０μｍ、クラッド１ｄの直径は１２５μｍ、金属膜２の厚さは１５μｍである。

封止材６は、無機接着剤である。

図３は、金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０の製造手順を示すフロー図である。
ステップＳ１では、金属管５を還元雰囲気下で８００℃でアニールする。
ステップＳ２では、金属管５内で蛇行するような長さで耐熱光ファイバ３を金属管５に挿通する。
ステップＳ３では、金属管５を渦巻きコイル状に巻く。金属管５を曲げることにキンク状態が起こる場合は、内部に１０μｍ以下の粒子を入れて曲げることにより、キンクを防止することが出来る。
ステップＳ４では、コイルに巻いた金属管５を還元雰囲気下で８００℃でアニールする。
ステップＳ５では、金属管５の端部５ａ，５ｂを封止材６で封止する。例えば、商品名「セラマボンド６１８」のようなシリカ系無機接着材を金属管５の端部５ａ，５ｂに数ｍｍ充填し、９３℃で２時間＋２６０℃で焼き付けて硬化させる。

実施例１の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０によれば、次の効果が得られる。
（１）外周面に金属膜２を形成した耐熱光ファイバ３を用い、それを更に金属管５に入れているので、耐熱性に優れ、高温下で使用できる。また、耐熱光ファイバ３が外部に露出していないので、高温の酸化性ガス雰囲気下でも金属膜２が酸化せず、十分な耐環境性を有する。
（２）金属管５内に入っている耐熱光ファイバ３が蛇行しているため、曲げたときの張力がほとんど耐熱光ファイバ３にかからず、小さい径のコイルを作ることが出来る。また、耐熱光ファイバ３が金属管５の内壁に数点で接するため、耐熱光ファイバ３に振動が伝達されやすくなり、感度を向上できる。
（３）金属管５の端部５ａ，５ｂを封止しているので、金属管５の端部５ａ，５ｂから酸化性ガスが金属管５の内部に入ることを防止できる。

図４は、実施例２に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１００を示す一部断面上面図である。図５は、同正面図である。
この金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１００は、実施例１に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０を基板２０に固定したものである。
基板２０は、例えばステンレス板やセラミック板である。
固定の方法は、例えばペーストや溶射による。

実施例２の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１００によれば、運搬、保管、設置などの作業での取り扱いが容易になる。

図６は、実施例３に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０を示す一部断面上面図である。
この金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０は、実施例１に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０において金属管５の内部に充填材７を充填したものである。
充填材７は、粉体（例えばアルミナ粉、酸化マグネシウム粉）または液体（例えば水銀）である。

金属管５内への充填材７の充填は、図３におけるステップＳ２の後、ステップＳ３の前に行う。

実施例３の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１００によれば、充填材７が耐熱光ファイバ３に振動を伝達するため、感度を向上できる。充填材７は、金属管５の端部５ａ，５ｂを封止しているため、漏れることはない。

図７は、実施例４に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０を示す一部断面上面図である。
この金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０は、実施例３に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０において封止材６で金属管５の端部５ａ，５ｂを封止した代わりに、ダイスを用いた押出し又は引抜き、あるいは、機械的かしめによって金属管５の端部５ａ，５ｂを縮径し、略封止状態にしたものである。

図８は、実施例５に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０を示す一部断面上面図である。
この金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０は、実施例３に係る金属管入り光ファイバコイル型振動センサ１０において封止材６で金属管５の端部５ａ，５ｂを封止した代わりに、キャップ９を金属管５の端部５ａ，５ｂに被せて、略封止状態にしたものである。
キャップ９は、例えば円筒状の薄肉の銅製スリーブを金属管５の端部５ａ，５ｂに被せてからその端部を機械的かしめにより縮径したものである。

本発明の金属管入り光ファイバコイル型振動センサは、火山のマグマ付近岩盤などの高温環境下で振動を検知するのに利用できる。

実施例１にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサを示す一部断面上面図である。 耐熱光ファイバの断面図である。 実施例１にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサの製造手順を示すフロー図である。 実施例２にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサを示す一部断面上面図である。 実施例２にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサを示す正面図である。 実施例３にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサを示す一部断面上面図である。 実施例４にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサを示す一部断面上面図である。 実施例５にかかる金属管入り光ファイバコイル型振動センサを示す一部断面上面図である。

符号の説明

１ 光ファイバ
１ａ コア
１ｄ クラッド
２ 金属膜
３ 耐熱光ファイバ
５ 金属管
６ 封止材
７ 充填材
９ キャップ
１０ 金属管入り光ファイバコイル型振動センサ
１００ 金属管入り光ファイバコイル型振動センサ

Claims (11)

1. コア（１ａ）およびクラッド（１ｄ）から成る光ファイバ（１）の外周面に金属膜（２）を形成した耐熱光ファイバ（３）を金属管（５）に挿入し渦巻き状のコイルにしたことを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
2. 請求項１に記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属膜（２）が、融点５００℃以上のＡｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒまたはそれらを主成分とした合金を材料とした１層または複数層で形成されていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
3. 請求項１または請求項２に記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属管（５）が、弾性率２００ＧＰａ以下のＡｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒまたはそれらを主成分とした合金で形成されていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属管（５）の厚さが、１ｍｍ以下であることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記金属管（５）内に入っている前記耐熱光ファイバ（３）の長さが前記金属管（５）より長いことを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）が封止または略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
7. 請求項６に記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）が、接着剤により封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
8. 請求項６に記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）が、縮径されて略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
9. 請求項６に記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の端部（５ａ，５ｂ）にキャップ（９）が被せられて略封止状態になっていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
10. 請求項６から請求項９のいずれかに記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）において、前記耐熱光ファイバ（３）を挿通した前記金属管（５）の内部に充填材（７）が充填されていることを特徴とする金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の金属管入り光ファイバコイル型振動センサ（１０）を基板（２０）に固定したことを特徴とする保護管入り光ファイバコイル型振動センサ（１００）。

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