JP2596578B2 - 光ファイバ浸水検知センサ - Google Patents

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。

「従来の技術およびその課題」 一般に、電力ケーブ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な
いという課題があった。また警報線の浸水検知感度が低
いという課題があった。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課題が
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課
題があった。

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。

「課題を解決するための手段」 この発明による光ファイバ浸水検知センサは、シング
ルモード光ファイバに吸水チューブを被せ、この吸水チ
ューブの上から膨張抑制用紐を巻き付け、この吸水チュ
ーブを被せた部分を複数回巻いて固定し、の初期曲げ損
失が0.01〜1dBである浸水センサ部を、導波路となるシ
ングルモード光ファイバの少なくとも１ケ所に形成する
ことを課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、浸透した水分を吸水チュ
ーブが吸収してその体積が膨張し、これによって予め曲
げ応力が加えられている光ファイバの屈曲部が更に押し
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を詳しく説明する。

第１図は、この発明の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１は、光ファイバ２
の一部に浸水センサ部３を形成して構成されている。こ
の浸水センサ部３は、光ファイバ２の一部に吸水性樹脂
からなる吸水チューブ４を取り付け、この吸水チューブ
４の外周に紐５を一定のピッチで巻回し、さらに吸水チ
ューブ４の取り付け部分を所定の曲率半径ｒで数ターン
巻きつけた状態で固定して構成されている。なお、図示
しないが、光ファイバ２には適宜な間隔をもって複数の
浸水センサ部３が形成されている。

この光ファイバ２には、石英系シングルモード光ファ
イバ、多成分系シングルモード光ファイバあるいはプラ
スチックス製シングルモード光ファイバ等のシングルモ
ード光ファイバが使用され、かつ、この光ファイバ裸線
や、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。

上記吸水チューブ４の材料としては、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、E
EA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TPE、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、吸水チューブ４の厚さは、
吸水性樹脂の吸水能力や体積膨張率などを考慮して適宜
に設定される。

上記紐５は、浸水時に膨張性を示さない材料が使用さ
れ、たとえばポリエステルなどの合成樹脂製の紐や、木
綿、絹などの天然繊維製の紐や、金属糸などが使用され
る。

また、浸水センサ部３の曲率半径ｒは、浸水センサ部
３の伝送損失（初期損失値）が0.01〜1dB程度となるよ
うに設定され、特に初期損失値が0.1dB程度とするのが
好ましい。

このセンサ１は、例えば次のように製造される。ま
ず、光ファイバ２の所定の位置に吸水チューブ４を取り
付ける。この吸水チューブ４の取り付け方法としては、
吸水性樹脂をチューブ状に成形し、このチューブを光フ
ァイバ２に挿通する方法や、光ファイバ２の所定位置に
吸水性樹脂の溶融物を所定の厚さとなるように塗布する
方法が用いられる。次に、この吸水チューブ４の外周に
紐５を巻回する。次に、この吸水チューブ４の部分を、
伝送損失が0.1dB程度となるように、数ターン巻きつ
け、この状態で一部に接着剤を塗布する方法などで固定
して製造される。

また、定尺のシングルモード光ファイバを用いて、上
述のように浸水センサ部３を作成し、この浸水センサ部
３のシングルモード光ファイバを導波路となる別のシン
グルモード光ファイバに融着接続などにより直列に接続
してセンサ１とすることもできる。

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、いずれかの浸水センサ
部３の設置場所に浸水事故が起こり、この水分が吸水チ
ューブ４に浸透する。この浸透水分を吸収して吸水チュ
ーブ４は体積膨張を起こし、一方、吸水チューブ４の外
周に巻回された紐５が当接する部分では、吸水チューブ
４の膨張が抑制され、その結果、浸水センサ部３は変形
を起こし、予め設定した曲率半径ｒよりも小さな曲率半
径の部分が発生し、この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、この伝送光の損
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１を用いた浸水検知システムの一例
を第２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に複数の浸水センサ部３を設けて構成
されたものである。このセンサ１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６が接続されている。
この浸水検知装置６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７とLD（レーザダイオー
ド）やLED（発光ダイオード）等の発光素子８とからな
る発光部９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10と、発光部９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11と、上記の光検出部10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12と、この処理結果を表示する表示部13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。まず、浸水検知装置６にセンサ１の
一端部を接続したのち、このセンサ１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、例えばこの図中に示される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浸水センサ
部３に水分が浸透し、この浸水センサ部３の吸水チュー
ブ４が吸水膨潤して体積膨張を起こす。これによって、
Ｘ区域の浸水センサ部３では、光ファイバ２の曲率半径
が初期設定値よりも小さくなり伝送損失の増加が起こ
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６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６
の演算部12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13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６の表示部13の位置において、Ｘ区域など浸水センサ
部３を予じ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１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１は、光ファイバ２に吸水時に体積
膨張する吸水チューブ４を取り付け、この吸水チューブ
４の外周に紐５を巻回し、更にこの吸水チューブ４の部
分を所定の曲率半径ｒで数ターン巻きつけた構成の浸水
センサ部３を、光ファイバ２の複数箇所に形成し、浸水
センサ部３に水分が浸透することにより吸水チューブ４
が体積膨張を起こす一方、吸水チューブ４の外周の紐５
が吸水チューブ４の膨張を抑制して浸水センサ部３の光
ファイバ２の曲率半径を初期設定値よりも小さくして、
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。

ところで、この例のように光ファイバ２の損失増加を
もって浸水事故の発生の有無を判定するセンサにおいて
は、遠距離まで布設可能なように、浸水検知時の光ファ
イバ２の損失増加量が判別可能な範囲で小さい方が望ま
しい。従って、光ファイバの曲がりによる伝送損失増加
量を、ある範囲で制御できることが必要となる。そし
て、一般にシングルモード光ファイバの曲げ損失は、コ
アとクラッド間の屈折率差、コア径、コアのプロファイ
ルによって決定され、しかもそれらの僅かの変化により
曲げ損失は大きく変化する。したがってシングルモード
光ファイバにおいては、曲げによる伝送損失の制御性が
悪く、例えば曲げ半径一定のマンドレルに光ファイバを
押し当てて曲げを発生させたのでは、ファイバパラメー
タのばらつきにより、損失増加が起きない場合や損失増
加が極端に大きくなる場合が生じてしまう。そこで、前
述の例のように光ファイバ２を、予め光ファイバ２が損
失増加を起こし易い曲率半径まで曲げておくことによ
り、シングルモード光ファイバを用いたものであって
も、曲げによる伝送損失の制御性を良好にすることがで
きる。

この理由を第３図を基に説明する。第３図はシングル
モード光ファイバの曲がり損失の１例を説明するための
図であって、図の横軸は光ファイバの曲げ半径（mm）、
縦軸は曲がり損失（dB）を対数目盛りで表したものであ
る。なお、使用したシングルモード光ファイバは、モー
ドフィールド径10μｍ、クラッド外径125μｍ、屈折率
差（Δ）＝0.3％、実効カットオフ波長（λce）＝1.15
μｍのものを用い、また、測定波長（λ）は1.3μｍと
した。

この図から明確なように、光ファイバの曲げ半径を小
さくすると、曲がり損失は指数的に増加することがわか
る。また、この図において、横軸の曲げ半径の僅かな変
化に対して曲がり損失がどの程度変化するかを推定する
と、例えば、光ファイバの曲げ半径が17mmで、この曲げ
半径に±1mmの変化があった場合には、曲がり損失が±1
0^-3dB/m程度の変化を示すが、光ファイバの曲げ半径が1
0mmで、曲げ半径に±1mmの変化があると、曲がり損失が
1dB/m程度の変化を示すようになる。したがって、シン
グルモード光ファイバに予め伝送損失が0.1dB程度とな
るような曲がりを付与しておき、吸水時に光ファイバの
曲がりを増加させるように構成することによって、シン
グルモード光ファイバを使用した場合であっても、十分
に伝送損失の増加を識別することができる。

以下、実施例を示してこの発明の作用効果を明確にす
る。

（実施例１） モードフィールド径10μｍ、クラッド外径125μｍ、
熱硬化性シリコン（一次被覆）径400μｍ、ナイロン
（二次被覆）径0.9mm、屈折率差0.3％、実効カットオフ
波長1.15μｍの石英系シングルモードファイバ心線を用
い、この光ファイバに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からなる吸水性樹脂を材料と
する外径1.0mm、長さ500mmの吸水チューブを取り付け、
この吸水チューブの外周にプラスチック糸を50mmピッチ
で巻回し、この吸水チューブの部分を曲率半径13mmで４
ターン巻き付けて浸水センサ部を形成し、第１図に示す
ものと同様構成のセンサを作成した。なお、上記吸水性
樹脂は、吸水後に約100倍の体積膨張を示した。また、
このセンサの初期損失値は約0.1dBであった。

次に、このセンサを水中に24時間浸漬することによっ
てセンサを作動させ、この後、第２図に示すものと同等
構成の浸水検知装置により浸水箇所の検出を行なった。
その結果、浸水センサ部の形成位置に約0.5dBの損失増
加が検出された。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の光ファイバ浸水検知
センサは、導波路となるシングルモード光ファイバの少
なくとも１ケ所に、シングルモード光ファイバに吸水チ
ューブを被せ、この吸水チューブの上から膨張抑制用紐
を巻き付け、吸水チューブを被せた部分を複数回巻いて
固定し、その初期曲げ損失が0.01〜1dBである浸水セン
サ部を形成してなるものである。

この光ファイバ浸水検知センサは、浸水事故に際し、
浸水センサ部に浸水した水分を吸水チューブが吸収して
その体積が膨張する一方、膨張抑制紐が吸水チューブの
体積膨張を抑制して浸水センサ部のシングルモード光フ
ァイバにさらに曲がりを発生させ、これによる伝送光の
損失増加をシングルモード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性チューブが膨張して光
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
サの斜視図、第２図は本発明の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３図は光ファ
イバの曲がりと伝送損失の関係の一例を説明するための
グラフである。 １……センサ、２……光ファイバ、３……浸水センサ
部、４……吸水チューブ、５……紐。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢野 弘幸 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (56)参考文献 特開 昭62−262805（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−143237（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−6756（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−16673（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導波路となるシングルモード光ファイバの
   少なくとも１ケ所に、シングルモード光ファイバに吸水
   チューブを被せ、この吸水チューブの上から膨張抑制用
   紐を巻き付け、この吸水チューブを被せたシングルモー
   ド光ファイバの部分を複数回巻いて固定し、この部分で
   の初期曲げ損失が0.01〜1dBであるように、予め曲げら
   れてなる浸水センサ部を形成したことを特徴とする光フ
   ァイバ浸水検知センサ。