JP2746424B2 - 分布型歪センサー - Google Patents
分布型歪センサーInfo
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- JP2746424B2 JP2746424B2 JP1203943A JP20394389A JP2746424B2 JP 2746424 B2 JP2746424 B2 JP 2746424B2 JP 1203943 A JP1203943 A JP 1203943A JP 20394389 A JP20394389 A JP 20394389A JP 2746424 B2 JP2746424 B2 JP 2746424B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電力ケーブルの長手方向における曲げ歪みを
測定し、熱挙動や側圧などの測定・監視に利用される分
布型歪センサーに関する。
測定し、熱挙動や側圧などの測定・監視に利用される分
布型歪センサーに関する。
一般に、電力ケーブルの長手方向における熱挙動を管
理するためには、電力ケーブルの長手方向における温度
分布を計測することが考えられ、この温度分布を測定す
る手段としては、従来、電力ケーブルの長手方向に沿っ
て所定間隔をおいて多数の熱電対を取付けて測温してい
る。
理するためには、電力ケーブルの長手方向における温度
分布を計測することが考えられ、この温度分布を測定す
る手段としては、従来、電力ケーブルの長手方向に沿っ
て所定間隔をおいて多数の熱電対を取付けて測温してい
る。
しかしながら、斯かる従来技術にあっては、電力ケー
ブルの長手方向に沿って所定間隔をおいて多数の熱電対
を取付けなければならないため、取付工数が多くかか
り、測定点数が非常に多くなって、温度分布測定手段と
しての価格が膨大になり、また、部分的に電力ケーブル
の長手方向に沿った温度分布を測定するので、測定温度
精度が低い問題点もある。
ブルの長手方向に沿って所定間隔をおいて多数の熱電対
を取付けなければならないため、取付工数が多くかか
り、測定点数が非常に多くなって、温度分布測定手段と
しての価格が膨大になり、また、部分的に電力ケーブル
の長手方向に沿った温度分布を測定するので、測定温度
精度が低い問題点もある。
そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、電力ケーブルの長手方向
における曲げ歪みを高精度に且つ容易に測定することの
できる分布型歪センサーを提供することにある。
で、その目的とするところは、電力ケーブルの長手方向
における曲げ歪みを高精度に且つ容易に測定することの
できる分布型歪センサーを提供することにある。
本発明は、前記目的を達成するため、中心導体の外周
に順に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層、遮蔽層、
およびケーブルシースを有してなる高電圧用電力ケーブ
ルに一体に設けて、該電力ケーブルの曲げ歪みを測定す
るための分布型歪センサーであって、前記遮蔽層の一部
にその長手方向に沿いかつ螺旋巻きあるいはSZ巻きした
光ファイバを少なくとも１本設け、この光ファイバの端
末部からパルス光を入射させて該光ファイバの歪後の位
相差を位相差測定手段で測定し、この位相差および光フ
ァイバの初期長に基づいて電力ケーブルの長手方向の曲
げ歪みを測定してなることを特徴とする分布型歪センサ
ーの構成を有する。
に順に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層、遮蔽層、
およびケーブルシースを有してなる高電圧用電力ケーブ
ルに一体に設けて、該電力ケーブルの曲げ歪みを測定す
るための分布型歪センサーであって、前記遮蔽層の一部
にその長手方向に沿いかつ螺旋巻きあるいはSZ巻きした
光ファイバを少なくとも１本設け、この光ファイバの端
末部からパルス光を入射させて該光ファイバの歪後の位
相差を位相差測定手段で測定し、この位相差および光フ
ァイバの初期長に基づいて電力ケーブルの長手方向の曲
げ歪みを測定してなることを特徴とする分布型歪センサ
ーの構成を有する。
本発明は以上のように構成されているので、光ファイ
バの端末部にパルス光を入射させて、光ファイバの歪後
の位相差を位相差測定手段で測定し、この位相差及び光
ファイバの初期長に基づいて電力ケーブルの長手方向の
曲げ歪みを測定することによって、電力ケーブルの熱挙
動や側圧などの測定・監視が可能となる。
バの端末部にパルス光を入射させて、光ファイバの歪後
の位相差を位相差測定手段で測定し、この位相差及び光
ファイバの初期長に基づいて電力ケーブルの長手方向の
曲げ歪みを測定することによって、電力ケーブルの熱挙
動や側圧などの測定・監視が可能となる。
以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。
第１図に本発明の一実施例を適用した電力ケーブルを示
す。同図に示すように、電力ケーブル１は銅素線を複数
条撚り合せて各分割導体を構成したケーブル導体２に内
部半導電層３、ポリエチレン絶縁層（絶縁体）４、外部
半導電層５が順次設けられ、通常内部半導電層３、ポリ
エチレン絶縁層４及び外部半導電層５は同時押出法によ
り成形され、内部半導電層３とポリエチレン絶縁層４と
の間、並びに絶縁層４と外部半導電層５との間は一体化
されている。そして、外部半導電層５の外周には半導電
性のクッションテープを巻回したクッション層６が設け
られ、さらにクッション層６に多数本の銅素線（1.2m
m）の螺旋巻き又は縦添えにより遮蔽層８が設けられ、
その上にプラスチック、金属等からなるケーブルシース
９が被覆されている。
第１図に本発明の一実施例を適用した電力ケーブルを示
す。同図に示すように、電力ケーブル１は銅素線を複数
条撚り合せて各分割導体を構成したケーブル導体２に内
部半導電層３、ポリエチレン絶縁層（絶縁体）４、外部
半導電層５が順次設けられ、通常内部半導電層３、ポリ
エチレン絶縁層４及び外部半導電層５は同時押出法によ
り成形され、内部半導電層３とポリエチレン絶縁層４と
の間、並びに絶縁層４と外部半導電層５との間は一体化
されている。そして、外部半導電層５の外周には半導電
性のクッションテープを巻回したクッション層６が設け
られ、さらにクッション層６に多数本の銅素線（1.2m
m）の螺旋巻き又は縦添えにより遮蔽層８が設けられ、
その上にプラスチック、金属等からなるケーブルシース
９が被覆されている。
また、遮蔽層８の一部にはその長手方向に沿って外径
1.2mm、厚さ0.1mmのステンレス管8aが周方向に４本SZ撚
り又はヘリカル巻きされ、このステンレス管8a内に電気
的に絶縁性を有する分布型歪センサーとしての光ファイ
バ心線７が挿通されている。この光ファイバ心線７は外
径125μｍのグレーデッド型ファイバを使用し、第２図
に示すように光ファイバ素線7aにタルクパウダー等の順
滑用パウダー又はアルミナ（Al2O3）等のセラミック層7
bを被覆し、このセラミック層7bの外周に銅、アルミニ
ウム、ステンレス等の金属層7cを設けて構成されてい
る。尚、本実施例では、光ファイバ心線７を絶縁層４の
外周に４本設けたが、これに限らず少なくとも１本以上
設ければよい。
1.2mm、厚さ0.1mmのステンレス管8aが周方向に４本SZ撚
り又はヘリカル巻きされ、このステンレス管8a内に電気
的に絶縁性を有する分布型歪センサーとしての光ファイ
バ心線７が挿通されている。この光ファイバ心線７は外
径125μｍのグレーデッド型ファイバを使用し、第２図
に示すように光ファイバ素線7aにタルクパウダー等の順
滑用パウダー又はアルミナ（Al2O3）等のセラミック層7
bを被覆し、このセラミック層7bの外周に銅、アルミニ
ウム、ステンレス等の金属層7cを設けて構成されてい
る。尚、本実施例では、光ファイバ心線７を絶縁層４の
外周に４本設けたが、これに限らず少なくとも１本以上
設ければよい。
次に、第３図は光ファイバ心線７の歪みの位相差を測
定する位相差測定手段としての光ファイバアナライザ10
を示し、以下OTDR（Optical Time Domain Reflect−met
er）と称す。このOTDR10において、パルス発生器11のパ
ルス信号はパルスディレイ回路12を経て光源駆動装置13
に入力され、パルス信号に従う光源駆動装置13の駆動に
より、パルス光が光源14から出射される。この光源14よ
り出射したパルス光は、方向性結合器15、集光レンズ16
に通って端末部がOTDR10と接続された光ファイバ心線７
に入射する。この入射光は光ファイバ心線７でレイリー
散乱を起こし、その後方散乱光は光ファイバ心線７を逆
行し、集光レンズ16を通り方向性結合器15により分離さ
れて受光素子18にて光電変換され、さらに増幅器19で増
幅されて信号処理回路20に入力される。そして、信号処
理回路20にはパルス発生器11のパルス信号が入力される
と共に信号処理回路20にはその結果を表示する表示器21
が接続されている。
定する位相差測定手段としての光ファイバアナライザ10
を示し、以下OTDR（Optical Time Domain Reflect−met
er）と称す。このOTDR10において、パルス発生器11のパ
ルス信号はパルスディレイ回路12を経て光源駆動装置13
に入力され、パルス信号に従う光源駆動装置13の駆動に
より、パルス光が光源14から出射される。この光源14よ
り出射したパルス光は、方向性結合器15、集光レンズ16
に通って端末部がOTDR10と接続された光ファイバ心線７
に入射する。この入射光は光ファイバ心線７でレイリー
散乱を起こし、その後方散乱光は光ファイバ心線７を逆
行し、集光レンズ16を通り方向性結合器15により分離さ
れて受光素子18にて光電変換され、さらに増幅器19で増
幅されて信号処理回路20に入力される。そして、信号処
理回路20にはパルス発生器11のパルス信号が入力される
と共に信号処理回路20にはその結果を表示する表示器21
が接続されている。
上記の構成において、本実施例の作用を説明する。
OTDR10からパルス光を電力ケーブル１における遮蔽層
８の一部に設けた光ファイバ心線７に入射させ、光ファ
イバ心線７中にレイリー散乱を発生させる。そして、電
力ケーブル１に曲げ歪みが起こると、光ファイバ素線7a
からパルス光が逃げ出して光伝送損失が増加する。従っ
て、信号処理回路20に入力される光ファイバ心線７から
の後方散乱光の強度信号には曲げによる減少が現われ
る。この後方散乱光強度の減少から電力ケーブル１の曲
げ歪みが検出される。
８の一部に設けた光ファイバ心線７に入射させ、光ファ
イバ心線７中にレイリー散乱を発生させる。そして、電
力ケーブル１に曲げ歪みが起こると、光ファイバ素線7a
からパルス光が逃げ出して光伝送損失が増加する。従っ
て、信号処理回路20に入力される光ファイバ心線７から
の後方散乱光の強度信号には曲げによる減少が現われ
る。この後方散乱光強度の減少から電力ケーブル１の曲
げ歪みが検出される。
また、光源14から出射したパルス光が受光素子18に到
達するまでの時間ｔはｔ＝2l0/v（ここで、l0は光ファ
イバ心線７の入射端からその後方散乱を生じた地点まで
の光ファイバ心線７の長さ、ｖは光ファイバ心線７中で
の光速度である。）と表されるので、信号処理回路20で
パルス発生器11からのパルス信号と受光素子18からの検
出信号との時間差から時間ｔを計測することにより、後
方散乱光を生じた位置を標定することができ、その結
果、電力ケーブル１の曲げ歪みの発生位置を求めること
が可能となる。
達するまでの時間ｔはｔ＝2l0/v（ここで、l0は光ファ
イバ心線７の入射端からその後方散乱を生じた地点まで
の光ファイバ心線７の長さ、ｖは光ファイバ心線７中で
の光速度である。）と表されるので、信号処理回路20で
パルス発生器11からのパルス信号と受光素子18からの検
出信号との時間差から時間ｔを計測することにより、後
方散乱光を生じた位置を標定することができ、その結
果、電力ケーブル１の曲げ歪みの発生位置を求めること
が可能となる。
ここで、光ファイバ心線７の歪測定の原理を位相法に
よって説明する。
よって説明する。
まず、レーザの変調周波数をfo［HZ］、光ファイバ心
線７中の光速をｖ［m/sec］、光ファイバ心線７の初期
長をlo［ｍ］、歪後の長さｌ［ｍ］とすると、光ファイ
バ心線７の歪εは次式で定義される。
線７中の光速をｖ［m/sec］、光ファイバ心線７の初期
長をlo［ｍ］、歪後の長さｌ［ｍ］とすると、光ファイ
バ心線７の歪εは次式で定義される。
一方、ファイバ長ｌ＝（１＋ε）loの位相量βｌは （但し、C:光速、N:屈折率）と表される。そして、lo→
lo＋Δｌになった時の位相差Δβｌは と表される。実験結果により〔 〕は｜ε｜《１で一定
値をとり、以下の値となる。
lo＋Δｌになった時の位相差Δβｌは と表される。実験結果により〔 〕は｜ε｜《１で一定
値をとり、以下の値となる。
従って、位相差Δβｌが測定されれば、Δｌが求めら
れ、loがわかれば、光ファイバの歪εが求まる。
れ、loがわかれば、光ファイバの歪εが求まる。
上式においてvgの物理的意味は、光ファイバ心線７の
伸びる前の長さloのところまで初期の光速vo伝搬し、伸
びた長さΔｌに対してvgで伝搬したとみなした場合の架
空の光速である。
伸びる前の長さloのところまで初期の光速vo伝搬し、伸
びた長さΔｌに対してvgで伝搬したとみなした場合の架
空の光速である。
そして、温度補正する場合の光ファイバの歪εは 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明に係る分布型歪センサー
によれば、光ファイバの端末部にパルス光を入射させ
て、光ファイバの歪後の位相差を位相差測定手段で測定
し、この位相差及び光ファイバの初期長に基づいて電力
ケーブルの長手方向の曲げ歪みを測定することによっ
て、電力ケーブルの熱挙動や側圧などの測定・監視を正
確に行うことが可能となる。
によれば、光ファイバの端末部にパルス光を入射させ
て、光ファイバの歪後の位相差を位相差測定手段で測定
し、この位相差及び光ファイバの初期長に基づいて電力
ケーブルの長手方向の曲げ歪みを測定することによっ
て、電力ケーブルの熱挙動や側圧などの測定・監視を正
確に行うことが可能となる。
また、本発明に係る分布型歪センサーによれば、光フ
ァイバを使用したので、熱電対で温度分布を測定する方
法と比較して測定作業が容易になると共に、安価に測定
可能となる。そして、光ファイバにより電力ケーブルの
分布歪みを測定するのに、光ファイバがケーブルシース
の内側の遮蔽層の一部にその長手方向に沿いかつ螺旋巻
きあるいはSZ巻きしているので、布設の際などに電力ケ
ーブルに加わる外力はケーブルシースで受け止められ、
光ファイバ心線に及ぼされることは少なくあるいは無
い。また、光ファイバは螺旋巻きあるいはSZ巻きしてい
るので、電力ケーブルの周方向で広く配置され、このた
め、光ファイバを縦添えしたときに比較して巻きピッチ
に応じて電力ケーブル長手方向に対する分解能が向上す
る。また、電力ケーブルが曲げられたときの応力は径の
両側で異なるもの（上側に曲がるとして上側は引張応力
で下側は圧縮応力）になるが、前記のように電力ケーブ
ルの周方向で広く配置されるので、応力は径の両端で平
均化でき、電力ケーブル長手方向の歪み分布を一層精度
よく測定できる。
ァイバを使用したので、熱電対で温度分布を測定する方
法と比較して測定作業が容易になると共に、安価に測定
可能となる。そして、光ファイバにより電力ケーブルの
分布歪みを測定するのに、光ファイバがケーブルシース
の内側の遮蔽層の一部にその長手方向に沿いかつ螺旋巻
きあるいはSZ巻きしているので、布設の際などに電力ケ
ーブルに加わる外力はケーブルシースで受け止められ、
光ファイバ心線に及ぼされることは少なくあるいは無
い。また、光ファイバは螺旋巻きあるいはSZ巻きしてい
るので、電力ケーブルの周方向で広く配置され、このた
め、光ファイバを縦添えしたときに比較して巻きピッチ
に応じて電力ケーブル長手方向に対する分解能が向上す
る。また、電力ケーブルが曲げられたときの応力は径の
両側で異なるもの（上側に曲がるとして上側は引張応力
で下側は圧縮応力）になるが、前記のように電力ケーブ
ルの周方向で広く配置されるので、応力は径の両端で平
均化でき、電力ケーブル長手方向の歪み分布を一層精度
よく測定できる。
第１図は本発明の一実施例による分布型歪センサーを適
用した電力ケーブルを示す概略断面図、 第２図は第１図の光ファイバ心線を示す拡大断面図、 第３図は本発明に使用されるOTDRの構成を示すブロック
図である。 １……電力ケーブル、 ２……ケーブル導体、 ４……ポリエチレン絶縁層、 ７……光ファイバ心線、８……遮蔽層、 10……光ファイバアナライザ（位相差測定手段）。
用した電力ケーブルを示す概略断面図、 第２図は第１図の光ファイバ心線を示す拡大断面図、 第３図は本発明に使用されるOTDRの構成を示すブロック
図である。 １……電力ケーブル、 ２……ケーブル導体、 ４……ポリエチレン絶縁層、 ７……光ファイバ心線、８……遮蔽層、 10……光ファイバアナライザ（位相差測定手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加治 功 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 御園 信行 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61−170604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−13207（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−162319（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−10918（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】中心導体の外周に順に内部半導電層、絶縁
層、外部半導電層、遮蔽層、およびケーブルシースを有
してなる高電圧用電力ケーブルに一体に設けて、該電力
ケーブルの曲げ歪みを測定するための分布型歪センサー
であって、 前記遮蔽層の一部にその長手方向に沿いかつ螺旋巻きあ
るいはSZ巻きした光ファイバを少なくとも１本設け、 この光ファイバの端末部からパルス光を入射させて該光
ファイバの歪後の位相差を位相差測定手段で測定し、こ
の位相差および光ファイバの初期長に基づいて電力ケー
ブルの長手方向の曲げ歪みを測定してなることを特徴と
する分布型歪センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1203943A JP2746424B2 (ja) | 1989-08-08 | 1989-08-08 | 分布型歪センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1203943A JP2746424B2 (ja) | 1989-08-08 | 1989-08-08 | 分布型歪センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0368825A JPH0368825A (ja) | 1991-03-25 |
| JP2746424B2 true JP2746424B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=16482248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1203943A Expired - Fee Related JP2746424B2 (ja) | 1989-08-08 | 1989-08-08 | 分布型歪センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746424B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2532031A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-11 | Cambridge Consultants | System and method for detecting a change in shape of at least one predefined region of an optical fibre |
| CN106643842A (zh) * | 2017-02-10 | 2017-05-10 | 华南师范大学 | 一种分布式传感器及传感方法 |
| US20230408781A1 (en) * | 2020-12-21 | 2023-12-21 | Neubrex Co., Ltd. | Armored dss cable |
| JPWO2023144916A1 (ja) * | 2022-01-26 | 2023-08-03 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5949599A (ja) * | 1982-08-16 | 1984-03-22 | テキサス インスツルメンツ インコーポレイテツド | 合成音声の音声特徴を変更する方法及び装置 |
| JPS6013207A (ja) * | 1983-07-04 | 1985-01-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光フアイバを用いた伸び歪の測定方法 |
| JPS6186624A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-02 | Fujikura Ltd | 電力ケ−ブルの異常温度検出方法 |
| JPS61270632A (ja) * | 1985-05-25 | 1986-11-29 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ形温度分布計測装置 |
| JPH01126522A (ja) * | 1987-11-12 | 1989-05-18 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ線状温度分布測定システム |
-
1989
- 1989-08-08 JP JP1203943A patent/JP2746424B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0368825A (ja) | 1991-03-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |