JPH09258076A - Heat resistant optical fiber cable - Google Patents
Heat resistant optical fiber cableInfo
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- JPH09258076A JPH09258076A JP8094850A JP9485096A JPH09258076A JP H09258076 A JPH09258076 A JP H09258076A JP 8094850 A JP8094850 A JP 8094850A JP 9485096 A JP9485096 A JP 9485096A JP H09258076 A JPH09258076 A JP H09258076A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、地下探査等に使用
する耐熱光ファイバケーブル、特に、耐熱・耐腐食性金
属製毛細管（キャピラリ・チュービング）内に金属被覆
した光ファイバケーブルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant optical fiber cable used for underground exploration and the like, and more particularly to a heat-resistant and corrosion-resistant metallic capillary tube (capillary tubing) coated with a metal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】地下探査等においては、地下の探査域で
の探査結果を地上のデータ処理設備までのデータ伝送の
ため、地下探査域と地上とを通信ケーブルで接続するこ
とが行われてきたが、近年、地下探査域に設置できる探
査センサ等が、小形化、計量化されたため、地下探査域
から地上へのデータ伝送量が、飛躍的に増加する傾向に
ある。このため、従来から、この伝送ケーブルとして、
大容量のデータ伝送が可能な光ファイバケーブルが用い
られている。従来の、この種の光ファイバケーブルは、
通常、ＵＶ硬化材料を被覆材料として用いられてきた
が、このＵＶ硬化材を被覆した光ファイバケーブルで
は、その対熱温度は、せいぜい１００〜２００℃程度の
ものであった。2. Description of the Related Art In underground exploration and the like, a communication cable has been used to connect the underground exploration area to the ground in order to transmit the exploration result in the underground exploration area to a data processing facility on the ground. However, in recent years, exploration sensors and the like that can be installed in the underground exploration area have been miniaturized and quantified, so that the amount of data transmitted from the underground exploration area to the ground tends to increase dramatically. Therefore, conventionally, as this transmission cable,
An optical fiber cable capable of transmitting a large amount of data is used. Conventional, this type of fiber optic cable
Normally, a UV curable material has been used as a coating material, but the optical fiber cable coated with this UV curable material has a heat resistance temperature of about 100 to 200 ° C. at most.
【０００３】その後、耐熱光ファイバケーブルとして、
高分子材料の中でも耐熱性に優れたポリイミド樹脂を被
覆させた光ファイバケーブルが開発されているが、その
耐熱温度は、３００℃ないし３５０℃程度であった。こ
の種の従来のＵＶ被覆光ファイバケーブルおよびポリイ
ミド光ファイバケーブルの断面概略を図面に示す。図１
７（Ａ）は、ポリイミド光ファイバケーブルの概略断面
を示すもので、図１７（Ｂ）は、比較のため、従来のＵ
Ｖ被覆光ファイバケーブルの概略断面を示すものであ
る。Then, as a heat-resistant optical fiber cable,
Among the polymer materials, an optical fiber cable coated with a polyimide resin having excellent heat resistance has been developed, but the heat resistance temperature thereof was about 300 ° C to 350 ° C. A cross-sectional schematic view of a conventional UV coated optical fiber cable and a polyimide optical fiber cable of this type is shown in the drawings. FIG.
7 (A) shows a schematic cross section of a polyimide optical fiber cable, and FIG. 17 (B) shows a conventional U for comparison.
1 shows a schematic cross section of a V-coated optical fiber cable.
【０００４】図において、１００は、いずれも外径１２
５φμｍの屈折率分布型（以下、単に、「ＧＩ型」略す
ことがある。）の光ファイバケーブルであり、この光フ
ァイバケーブルに、ポリイミド光ファイバケーブルの場
合には、被覆材の硬化圧縮によるマイクロベンド損失
（光ファイバケーブルが細かく曲ることにより生じる損
失）が、生じない厚さの１２．５μｍのポリイミド樹脂
を被覆した構造を有する外径１５０φμｍの光ファイバ
ケーブルとし、ＵＶ被覆光ファイバケーブルの場合に
は、同損失が生じない６２．５μｍの厚さのＵＶ樹脂を
被覆させて、外径２５０φμｍの光ファイバケーブルと
したものである。この状態で、その耐熱温度を測定する
と、ＵＶ被覆光ファイバケーブルの耐熱温度は、１００
℃であり、ポリイミド光ファイバケーブルの耐熱温度
は、３００〜３５０℃である。In the figure, 100 is an outer diameter of 12
This is an optical fiber cable of a refractive index distribution type (hereinafter, may be simply referred to as “GI type”) having a diameter of 5 μm. In the case of a polyimide optical fiber cable, the optical fiber cable is a microfiber formed by curing and compression of a coating material. Bending loss (loss caused by fine bending of the optical fiber cable) does not occur. The optical fiber cable has an outer diameter of 150φμm and has a structure coated with a 12.5 μm thick polyimide resin. Is coated with a UV resin having a thickness of 62.5 μm, which does not cause the same loss, to form an optical fiber cable having an outer diameter of 250 φm. When the heat resistant temperature is measured in this state, the heat resistant temperature of the UV coated optical fiber cable is 100
C., and the heat resistant temperature of the polyimide optical fiber cable is 300 to 350.degree.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このような光ファイバ
ケーブルを地下探査、特に、地熱探査に使用しようとす
ると、その耐熱温度を大きく越えてしまう場合が少なく
なく、精度の良い探査が困難となる。When such an optical fiber cable is used for underground exploration, especially geothermal exploration, it often happens that the heat resistant temperature thereof is greatly exceeded, and accurate exploration becomes difficult. .
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に係る
耐熱光ファイバケーブルは、光ファイバケーブルのガラ
ス層外周を被覆するカーボン薄層と、このカーボン被覆
に被覆した金属被覆層からなることを特徴とするもので
ある。また、請求項２に係る耐熱光ファイバケーブル
は、前記金属被覆層が、前記カーボン被覆に被覆された
数μｍの厚さの金属被覆層であることを特徴とするもの
である。さらに、請求項３に係る耐熱光ファイバケーブ
ルは、前記金属被覆層は、前記カーボン被覆に被覆され
た第一の金属被覆層と、この第一の金属被覆層に被覆さ
れた第二の金属被覆層とからなることを特徴とするもの
である。Therefore, a heat-resistant optical fiber cable according to a first aspect of the present invention comprises a thin carbon layer that covers the outer circumference of the glass layer of the optical fiber cable, and a metal coating layer that covers the carbon coating. It is a feature. A heat-resistant optical fiber cable according to a second aspect of the invention is characterized in that the metal coating layer is a metal coating layer having a thickness of several μm and coated with the carbon coating. Further, in the heat-resistant optical fiber cable according to claim 3, the metal coating layer has a first metal coating layer coated with the carbon coating and a second metal coating layer coated with the first metal coating layer. It is characterized by comprising layers.
【０００７】請求項４に係る耐熱光ファイバケーブル
は、前記第一の金属被覆層と、この第一の金属被覆層に
被覆された第二の金属被覆層とは、それぞれ、第一の金
属被覆層として、ニッケル（Ｎｉ）被覆を、第二の金属
被覆層として、金（Ａｕ）被覆としたことを特徴とする
ものである。また、請求項５に係る耐熱光ファイバケー
ブルは、前記金属被覆層は、非電解メッキ法により、ニ
ッケルをカーボン被覆ガラス層にメッキして、その上に
金を電解メッキ法により、被覆して生成された金属被覆
層であることを特徴とするものである。In the heat-resistant optical fiber cable according to a fourth aspect of the present invention, the first metal coating layer and the second metal coating layer coated on the first metal coating layer are respectively the first metal coating layer. A nickel (Ni) coating is used as the layer, and a gold (Au) coating is used as the second metal coating layer. In the heat-resistant optical fiber cable according to claim 5, the metal coating layer is produced by plating a carbon-coated glass layer with nickel by a non-electrolytic plating method, and then coating gold with an electrolytic plating method thereon. It is characterized by being a metal coating layer.
【０００８】請求項６に係る耐熱光ファイバケーブル
は、坑井内計測において、低温域に配置された光ファイ
バケーブルのガラス層外周を被覆するカーボン薄層およ
び該カーボン被覆に被覆したポリイミド被覆層からなる
ポリイミド被覆光ファイバケーブルと、高温域に配置さ
れた光ファイバケーブルのガラス層外周を被覆するカー
ボン薄層および該カーボン被覆に被覆した金属被覆層か
らなる金属被覆光ファイバケーブルとを接合してなるこ
とを特徴とするものである。A heat-resistant optical fiber cable according to a sixth aspect of the present invention comprises a thin carbon layer covering the outer circumference of a glass layer of an optical fiber cable arranged in a low temperature region and a polyimide coating layer covering the carbon coating in a well measurement. A polyimide-coated optical fiber cable and a metal-coated optical fiber cable composed of a thin carbon layer covering the outer periphery of the glass layer of the optical fiber cable arranged in a high temperature region and a metal coating layer coated on the carbon coating. It is characterized by.
【０００９】請求項７に係る耐熱光ファイバケーブル
は、前記請求項６に係るポリイミド被覆光ファイバケー
ブルと金属被覆光ファイバケーブルを接合した光ファイ
バケーブルにおいて、中空毛細管中を挿通されたもので
あることを特徴とするものである。さらに、請求項８に
係る耐熱光ファイバケーブルは、請求項７に係る耐熱光
ファイバケーブルにおいて、前記毛細管は、該毛細管が
挿通される内径を有する中空毛細管中に挿通されたもの
であることを特徴とするものである。また、請求項９に
係る耐熱光ファイバケーブルは、前記請求項７または８
のいずれかに係る耐熱光ファイバケーブルにおいて、こ
れらの毛細管の外周をアーマー強度補強材により補強さ
れたものであることを特徴とするものである。A heat-resistant optical fiber cable according to a seventh aspect of the present invention is an optical fiber cable obtained by joining the polyimide-coated optical fiber cable and the metal-coated optical fiber cable according to the sixth aspect, which is inserted through a hollow capillary tube. It is characterized by. Furthermore, the heat-resistant optical fiber cable according to claim 8 is the heat-resistant optical fiber cable according to claim 7, characterized in that the capillary tube is inserted into a hollow capillary tube having an inner diameter through which the capillary tube is inserted. It is what The heat-resistant optical fiber cable according to claim 9 is the heat-resistant optical fiber cable according to claim 7 or 8.
In the heat resistant optical fiber cable according to any one of the above, the outer circumference of these capillaries is reinforced by an armor strength reinforcing material.
【００１０】[0010]
【実施例】本発明に係る耐熱光ファイバケーブルの実施
例を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）
は、本発明に係る第一の実施例としての耐熱光ファイバ
ケーブルの一実施例の概略構造を示すものである。図１
（Ａ）は、同吊り下げ式測定ラインの概略概念図であ
り、同図１（Ｂ）は、比較的低温部に使用されるポリイ
ミド光ファイバケーブル８を使用する部分の概略断面図
であり、同（Ｃ）は、金属光ファイバケーブル９を使用
する部分の概略断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a heat resistant optical fiber cable according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 (A) (B) (C)
FIG. 3 shows a schematic structure of one embodiment of a heat resistant optical fiber cable as a first embodiment according to the present invention. FIG.
FIG. 1 (A) is a schematic conceptual view of the suspension type measurement line, and FIG. 1 (B) is a schematic cross-sectional view of a portion using a polyimide optical fiber cable 8 used in a relatively low temperature part, The same (C) is a schematic sectional view of a portion where the metal optical fiber cable 9 is used.
【００１１】図１に示すとおり、ここに使用する複合光
ファイバケーブルは、地層温度３５０℃未満の場所で
は、ポリイミド光ファイバケーブルを内部に挿通した光
ファイバケーブル８を使用し、地層温度３５０℃以上な
いし４００℃の場所では、金属光ファイバケーブルを内
部に挿通した光ファイバケーブル９が使用されているも
のであり、両者は、図中の符号１０に示した位置で接続
されている構造を有するものである。As shown in FIG. 1, the composite optical fiber cable used here uses an optical fiber cable 8 having a polyimide optical fiber cable inserted therein when the formation temperature is lower than 350 ° C., and the formation temperature is 350 ° C. or higher. The optical fiber cable 9 having a metal optical fiber cable inserted therein is used at a temperature of 400 to 400 ° C., and both have a structure in which they are connected at the position shown by reference numeral 10 in the drawing. Is.
【００１２】なお、図中の符号において、１は、ＧＩ型
光ファイバケーブルであり、２は、この光ファイバケー
ブルの外周に被覆されたカーボン層であり、３は、前記
金属被覆光ファイバケーブル部分において、このカーボ
ン層２上に被覆されたニッケル（Ｎｉ）層、４は、同、
このニッケル層３上被覆された金（Ａｕ）層であり、５
は、前記ポリイミド光ファイバケーブル部分において、
前記カーボン層２の外周に被覆されるポリイミド層であ
る。このポリイミド光ファイバケーブル部分および金属
光ファイバケーブル部分は、全体を通じて、ヘリウムガ
ス（Ｈｅ）を封入した中空毛細管６の中を挿通されてい
るものである。In the figures, 1 is a GI type optical fiber cable, 2 is a carbon layer coated on the outer circumference of the optical fiber cable, and 3 is the metal coated optical fiber cable portion. In the above, the nickel (Ni) layer 4 coated on the carbon layer 2 is
This is a gold (Au) layer coated on the nickel layer 3.
Is the polyimide optical fiber cable portion,
It is a polyimide layer coated on the outer periphery of the carbon layer 2. The polyimide optical fiber cable portion and the metal optical fiber cable portion are inserted through the hollow capillary tube 6 in which helium gas (He) is enclosed throughout.
【００１３】そして、この毛細管６は、吊り下げ強度を
保つため、二重のアーマー７により保護された構造を有
する。すなわち、毛細管６は、外径１／４”（６．４ｍ
ｍ）、管厚０．０４９”、材質インコロイ８２５相当の
耐腐食合金からなり、前記アーマー方式強度補強材７に
より補強されている。これらにより、高温域において、
耐熱性４００℃以上を有するものであり、その仕様は、
次のとおりである。The capillary tube 6 has a structure protected by a double armor 7 in order to maintain the suspension strength. That is, the capillary tube 6 has an outer diameter of 1/4 "(6.4 m
m), a tube thickness of 0.049 ″, and a corrosion-resistant alloy equivalent to the material Incoloy 825, which is reinforced by the armor type strength reinforcing material 7.
It has heat resistance of 400 ° C or higher, and its specifications are
It is as follows.
【００１４】外径：１／４”（６．４ｍｍ）＋強度補強
材（アーマー方式） 管厚：０．０４９” 材質：インコロイ８２５相当の耐腐食合金 耐熱性：４００℃以上 最大長：４，０００ｍ以上 シース外径：ｌ．６ｍｍ 光ファイバ：石英系無機金属被覆 シース材料：ＳＵＳ３１６Ｌ 耐熱性：４００℃以上 最大長：４，０００ｍ以上Outer diameter: 1/4 "(6.4 mm) + strength reinforcement (armor type) Pipe thickness: 0.049" Material: Corrosion resistant alloy equivalent to Incoloy 825 Heat resistance: 400 ° C or more Maximum length: 4, 000 m or more Sheath outer diameter: l. 6mm Optical fiber: Quartz-based inorganic metal coating Sheath material: SUS316L Heat resistance: 400 ° C or more Maximum length: 4,000m or more
【００１５】なお、本実施例においては、メタルシース
は、さらに外側にある不活性ガス（ＨｅあるいはＮ2）
を充満させた毛細管（１／４”外径×０．０４９”管
厚）６で保護されているため、地熱流休に直接晒される
ことはないように、ＳＵＳ３１６Ｌの材質を使用した。
また、ファイバインメタルチューブで４ｋｍ以上の長尺
物を製作する場合、レーザシーム溶接方式によった。In this embodiment, the metal sheath is further provided with an inert gas (He or N 2 ) further outside.
Since it is protected by a capillary tube (1/4 "outer diameter x 0.049" tube thickness) filled with SUS, it was made of SUS316L material so as not to be directly exposed to geothermal drainage.
Further, when a long product of 4 km or more is manufactured with the fiber-in-metal tube, the laser seam welding method was used.
【００１６】次に、本実施例においては、ファイバイン
メタルチューブを１／４”外径毛細管６内へ封入するに
際して、レーザシーム溶接を用いて封入を行ったが、こ
れによると、管厚が厚くなることが免れない。したがっ
て、好ましくは、内部にシース入り光ファイバを封入し
ながらインコロイ８２５製の小さな幅の厚板（管厚０．
０４９”）を１／４”外径の管へ連続的に整形・シーム
溶接していく作業工程をにより製作したものである。Next, in the present embodiment, when the fiber-in-metal tube was sealed in the 1/4 "outer diameter capillary tube 6, laser seam welding was used to seal it. Therefore, it is preferable that a thick plate made of Incoloy 825 with a small width (tube thickness 0.
049 ") is manufactured by the work process of continuously shaping and seam welding a 1/4" outer diameter pipe.
【００１７】図１に示すように、本実施例に係る耐熱光
ファイバケーブルにおいては、前述した外径１２５μｍ
のファイバケーブル外周を、カーボン薄層で被覆をし、
このカーボン被覆に、数μｍの厚さの金属をメッキ被覆
した構造の光ファイバケーブルとし、さらに、その一端
をポリイミド被覆光ファイバケーブルと接続したもので
ある。これは、つぎのような理由による。As shown in FIG. 1, in the heat resistant optical fiber cable according to this embodiment, the above-mentioned outer diameter is 125 μm.
The outer circumference of the fiber cable is coated with a thin carbon layer,
An optical fiber cable having a structure in which a metal having a thickness of several μm is coated on the carbon coating is formed, and one end of the optical fiber cable is connected to a polyimide coated optical fiber cable. This is for the following reasons.
【００１８】すなわち、第一に、ポリイミド被覆ファイ
バの耐熱限界が、３００℃ないし３５０℃であるのに対
し、金属メッキファイバでは、その対熱限界が４００℃
以上である。第二に、金属層の厚さと材質は、光ファイ
バケーブルの内部歪み（光ファイバケーブルと金属被覆
材料との線膨張係数が異なるため発生する歪み）に大き
く影響を与える。詳述すれば、光ファイバケーブルの内
部歪み０．２％で長期間放置すると光ファイバケーブル
が破断してしまうため、光ファイバケーブルは、通常、
その内部歪みを０．２％以下に抑えて使用することが要
求されている。That is, first, the heat resistance limit of the polyimide-coated fiber is 300 ° C. to 350 ° C., whereas the heat resistance limit of the metal-plated fiber is 400 ° C.
That is all. Secondly, the thickness and material of the metal layer have a great influence on the internal strain of the optical fiber cable (the strain generated due to the different linear expansion coefficients of the optical fiber cable and the metal coating material). More specifically, since the optical fiber cable will break if left with a 0.2% internal strain of the optical fiber cable for a long period of time, the optical fiber cable is usually
It is required to suppress the internal strain to 0.2% or less before use.
【００１９】このため、第一実施例としての最小膜厚３
μｍのニッケルを被覆し、長さ１００ｍの金属光ファイ
バケーブル（以下、時として、「Ｓタイプの光ファイバ
ケーブル」ともいう、）部分の損失特性を測定した。ま
た、比較のため、従来使用していたＧＩ５０／１２５タ
イプの光ファイバケーブル（以下、時として、「ＧＩタ
イプの光ファイバケーブル」ともいう。）部分について
も測定した。Therefore, the minimum film thickness 3 as the first embodiment
Loss characteristics of a metal optical fiber cable (hereinafter, also sometimes referred to as “S type optical fiber cable”) having a length of 100 m coated with nickel of 100 μm were measured. For comparison, the GI50 / 125 type optical fiber cable (hereinafter, sometimes also referred to as "GI type optical fiber cable") used conventionally was measured.
【００２０】従来使用していたＧＩタイプの光ファイバ
ケーブルは、コア径５０μｍ、外径１２５μｍであり、
その屈折率分布としては、１％程度の比屈折率差におい
て、放物線状の屈折率分布を有するものである。また、
本実施例に係るＳタイプの光ファイバケーブルは、１０
μｍのコア径、１２５μｍの外径を有し、その屈折率分
布は、０．３％の比屈折率差において、ステップ型に極
めて近似した分布を有するものであった。The GI type optical fiber cable used conventionally has a core diameter of 50 μm and an outer diameter of 125 μm.
The refractive index distribution has a parabolic refractive index distribution with a relative refractive index difference of about 1%. Also,
The S type optical fiber cable according to the present embodiment has 10
It had a core diameter of μm and an outer diameter of 125 μm, and its refractive index distribution had a distribution very close to a step type with a relative refractive index difference of 0.3%.
【００２１】この光ファイバケーブルを用いて、以下の
ような温度サイクルにおいて耐熱試験を行った。ケース
１として、常温から、３００℃に加熱して、その状態に
８時間保持した後、序冷後、常温状態になったところ
で、その損失を測定した。ケース２として、常温から、
５００℃に加熱して、その状態に８時間保持した後、序
冷後、常温状態になったところで、その損失を測定し
た。Using this optical fiber cable, a heat resistance test was conducted in the following temperature cycle. As Case 1, after heating from room temperature to 300 ° C. and holding in that state for 8 hours, after loss of temperature after cooling ordinarily, the loss was measured. As case 2, from room temperature,
After heating to 500 ° C. and maintaining the state for 8 hours, the cooling was performed, and the loss was measured when the temperature reached room temperature.
【００２２】なお、損失測定に際しては、図２に示す耐
熱試験装置を使用し、使用波長としては、損失増加に敏
感な１．３μｍを使用した。図２において、２１は、恒
温槽であり、内部に、光パルス源２２および光受信部２
３が配置されている。また、図中２４は、アルゴンガス
が充填された高温槽であり、内部に被測定光ファイバケ
ーブル２５が載置される。When measuring the loss, the heat resistance test apparatus shown in FIG. 2 was used, and the wavelength used was 1.3 μm, which is sensitive to loss increase. In FIG. 2, reference numeral 21 is a thermostatic chamber, inside which an optical pulse source 22 and an optical receiver 2 are provided.
3 are arranged. Further, reference numeral 24 in the drawing denotes a high temperature tank filled with argon gas, and the optical fiber cable 25 to be measured is placed inside.
【００２３】試験の測定結果を図３ないし図５に示す。
図３（Ａ）（Ｂ）および図４（Ａ）（Ｂ）は、両者の損
失特性を示すもので、そのうち、図３（Ａ）（Ｂ）は、
それぞれ３００℃、５００℃までの、それぞれ昇温、降
温過程の耐熱試験結果（損失特性）を示すもので、横軸
に温度を、縦軸に伝送損失を示したものである。また、
図中、Ｇは、ＧＩタイプの光ファイバケーブルを、Ｓ
は、Ｓタイプの光ファイバケーブルの損失特性を示すも
のである。図中で、３００℃の場合に比べて５００℃の
場合の特にＧＩタイプの光ファイバケーブルで、損失特
性が小さくなっているが、これは、金属層の熱膨張に伴
う内部歪みが、金属層がアニーリングされることによっ
て減少したことに起因する。The measurement results of the test are shown in FIGS.
3 (A) (B) and FIGS. 4 (A) (B) show the loss characteristics of both, of which FIG. 3 (A) (B) is
The results of the heat resistance test (loss characteristics) in the temperature rising and cooling processes up to 300 ° C. and 500 ° C. are shown, respectively, and the abscissa shows the temperature and the ordinate shows the transmission loss. Also,
In the figure, G is a GI type optical fiber cable,
Shows the loss characteristics of an S type optical fiber cable. In the figure, the loss characteristics are smaller in the GI type optical fiber cable at 500 ° C. than at 300 ° C. The internal strain due to the thermal expansion of the metal layer is Is reduced by being annealed.
【００２４】これらの測定結果から、Ｇタイプの光ファ
イバケーブルは、損失増加が３００℃の場合で、６０〜
７０ｄＢ／ｋｍ程度であり、５００℃の場合でも、１５
〜１６ｄＢ／ｋｍ程度であるため、測定距離が相当制約
されるのに対し、Ｓタイプの光ファイバケーブルでは、
数ｄＢ／ｋｍ程度であり、長距離の測定が可能であるこ
とが知りうる。From these measurement results, the G-type optical fiber cable has a loss increase of 60 to 60 when the loss increase is 300 ° C.
It is about 70 dB / km, and 15 even at 500 ° C.
Since it is about 16 dB / km, the measurement distance is considerably limited, whereas in the S type optical fiber cable,
It is about several dB / km, and it can be known that long distance measurement is possible.
【００２５】次に、金属層としては、前記歪みを吸収で
きる展性の高い金が最も適していることが知られている
が、非金属からなる光ファイバケーブル（ガラス層）に
直接金を被覆するには、真空蒸着法しかないため、工法
上の手間が大きく、実用化への障害となる。このため、
まず、最初に、非電解メッキ法による被覆が可能なニッ
ケルをガラス層にメッキして、その上に金を電解メッキ
法により、被覆した二重の金属被覆を有する第二の実施
例について検証した。Next, as the metal layer, it is known that gold having a high malleability capable of absorbing the strain is most suitable. However, the optical fiber cable (glass layer) made of a non-metal is directly coated with gold. In order to do so, only the vacuum vapor deposition method is required, which requires a great deal of work in the construction method, which is an obstacle to practical use. For this reason,
First, a second example having a double metal coating in which nickel capable of coating by a non-electrolytic plating method was plated on a glass layer and gold was coated thereon by an electrolytic plating method was verified. .
【００２６】この第二実施例に係る耐熱光ファイバケー
ブルは、外径を１２５μｍカーボン被覆されたファイバ
に、ニッケル（Ｎｉ）メッキを施し、さらに、その上
に、金（Ａｕ）メッキを施した二層からなる金属層を数
〜１０μｍ程度の厚さに被覆した構造としたものであ
る。このような二層金属被覆層を有する金属光ファイバ
ケーブル構造を有する第二の実施例に係る耐熱光ファイ
バケーブル（以下、時として、「金属光ファイバケーブ
ル」という。）について説明する。In the heat resistant optical fiber cable according to the second embodiment, a fiber coated with carbon having an outer diameter of 125 μm is plated with nickel (Ni), and further, gold (Au) is plated thereon. This is a structure in which a metal layer composed of layers is coated to a thickness of several to 10 μm. A heat-resistant optical fiber cable (hereinafter, sometimes referred to as "metal optical fiber cable") according to a second embodiment having a metal optical fiber cable structure having such a two-layer metal coating layer will be described.
【００２７】図６に示すように、この実施例に係る金属
光ファイバケーブルは、金属層（Ａ）と金属層（Ｂ）の
二層の被覆構造を有する。このような二層からなる金属
層を有する金属光ファイバケーブルの金属層（Ａ）と金
属層（Ｂ）の二層の被覆層に、温度差（ΔＴ）を与えた
場合、金属光ファイバケーブルの内部歪みは、以下の計
算により求められる。 δ1＝（δ1−δ）／Ｌ （１） δ2＝（δ2−δ）／Ｌ （２） δ3＝（δ3−δ）／Ｌ （３） ここに、（１）式は、光ファイバケーブルの伸びδ
1を、（２）式は、金属層（Ａ）の伸びδ2を、（３）式
は、金属層（Ｂ）の伸びδ3を示す。As shown in FIG. 6, the metal optical fiber cable according to this embodiment has a two-layer coating structure including a metal layer (A) and a metal layer (B). When a temperature difference (ΔT) is applied to the two coating layers of the metal layer (A) and the metal layer (B) of the metal optical fiber cable having such a metal layer composed of two layers, the metal optical fiber cable The internal strain is calculated by the following calculation. δ 1 = (δ 1 −δ) / L (1) δ 2 = (δ 2 −δ) / L (2) δ 3 = (δ 3 −δ) / L (3) Here, the formula (1) is , Elongation of optical fiber cable δ
1 , the equation (2) shows the elongation δ 2 of the metal layer (A), and the equation (3) shows the elongation δ 3 of the metal layer (B).
【００２８】このことより、各々の歪みにより光ファイ
バケーブルには、（４）式で示す力Ｐ1が、金属層
（Ａ）には（５）式で示す力Ｐ2が、また、金属層
（Ｂ）には（６）式で示す力Ｐ3が生じる。 Ｐ1＝｛（δ1−δ）ＸＡ1×Ｅ1｝ （４） Ｐ2＝｛（δ2−δ）×Ａ2ＸＥ2｝ （５） Ｐ3＝｛（δ2−δ）×Ａ3ＸＥ3｝ （６）As a result, due to the respective strains, the force P 1 shown in the formula (4), the force P 2 shown in the formula (5) to the metal layer (A), and the metal layer due to the strain A force P 3 represented by the equation (6) is generated in (B). P 1 = {(δ 1 −δ) XA 1 × E 1 } (4) P 2 = {(δ 2 −δ) × A 2 XE 2 } (5) P 3 = {(δ 2 −δ) × A 3 XE 3 } (6)
【００２９】ここで、Ａは断面積、Ｅは弾性率である。
なお、各々の力の合計は（７）式に示すように０であ
る。 Ｐ1＋Ｐ2＋Ｐ3＝０ （７） 以上の式より、光ファイバケーブルに生じる歪みを求め
ると、（８）式となる。Here, A is the cross-sectional area and E is the elastic modulus.
The total of each force is 0 as shown in the equation (7). P 1 + P 2 + P 3 = 0 (7) When the strain generated in the optical fiber cable is calculated from the above equation, equation (8) is obtained.
【式１】 (Equation 1)
【００３０】この（８）式を用いて、金属光ファイバケ
ーブルの構造（各金属層の厚さを変化）と歪みの関係を
求めると、次のようになる。Using the equation (8), the relationship between the structure of the metal optical fiber cable (changing the thickness of each metal layer) and the strain is obtained as follows.
【表１】 表１は、計算に用いた各材料の線膨張係数（α）と弾性
率（Ｅ）を示したものであり、これを求める際には、金
属層（Ａ）としてニッケルを、金属層（Ｂ）として金を
用いた。[Table 1] Table 1 shows the linear expansion coefficient (α) and elastic modulus (E) of each material used in the calculation. When obtaining these, nickel was used as the metal layer (A) and metal layer (B) was used. ) Was used as gold.
【００３１】ここで、金属層の厚さと光ファイバケーブ
ルに生じる内部歪みの関係を示すと、図７（Ａ）に示す
ようになる。図７（Ａ）は、同関係（温度差が５００℃
の場合）を示すグラフである。図７（Ａ）から明らかな
ように、金属層の厚さを増加させると、光ファイバケー
ブルの内部歪みが増加することが知りうる。すなわち、
光ファイバケーブルに被覆される金属層が、全てニッケ
ルとした場合（Ｎｉ；１、Ａｕ；０ーすなわち、全面を
ニッケルで被覆した場合）には、金属（ニッケル）層の
厚さが３μｍ以上で、その内部歪みが、０．２％を超え
てしまうのに対して、金属層が、全て金（Ａｕ）の場合
（Ｎｉ；０、Ａｕ；１）には、金属（金）層の厚さが、
１０μｍで、その内部歪みが０．２％となることが知り
うる。Here, the relationship between the thickness of the metal layer and the internal strain generated in the optical fiber cable is shown in FIG. 7 (A). FIG. 7A shows the same relationship (the temperature difference is 500 ° C.
FIG. As is apparent from FIG. 7A, it can be known that increasing the thickness of the metal layer increases the internal strain of the optical fiber cable. That is,
When all the metal layers coated on the optical fiber cable are nickel (Ni; 1, Au; 0-that is, when the entire surface is coated with nickel), the thickness of the metal (nickel) layer is 3 μm or more. , The internal strain exceeds 0.2%, whereas when the metal layers are all gold (Au) (Ni; 0, Au; 1), the thickness of the metal (gold) layer is But,
It can be seen that the internal strain becomes 0.2% at 10 μm.
【００３２】さらに、図７（Ｂ）は、金属層のニッケル
と金の各層の厚さの比と、光ファイバケーブルの内部歪
みの関係（温度差が５００℃で、ニッケル層を２．５μ
ｍとした場合）を示すグラフである。このグラフによれ
ば、二層からなる金属層を有する金属光ファイバケーブ
ルを構築する際には、その内部歪みを抑えるため、金属
層を薄くする必要があり、また、この場合には、金層の
割合を多くする必要があることが知りうる。すなわち、
熱膨脹等による歪みの問題から、前記Ｎｉ層を薄く、前
記Ａｕ層を厚くする構造とすることが望ましい。Further, FIG. 7B shows the relationship between the ratio of the thicknesses of the nickel and gold layers of the metal layer and the internal strain of the optical fiber cable (temperature difference is 500 ° C., nickel layer is 2.5 μm).
FIG. According to this graph, when constructing a metal optical fiber cable having a metal layer composed of two layers, it is necessary to thin the metal layer in order to suppress the internal strain, and in this case, the gold layer is also used. You may find that you need to increase the ratio of. That is,
It is desirable to have a structure in which the Ni layer is thin and the Au layer is thick in view of distortion due to thermal expansion and the like.
【００３３】この構造を概略すれば、図８に示す構造と
なる。図８は、カーボン被覆の１２５μｍの光ファイバ
にニッケル（Ｎｉ）被覆を４μｍとし、さらに、金（Ａ
ｕ）被覆を４μｍの厚さの二重の金属層を被覆した本実
施例に係る金属光ファイバケーブルの概略構造を示す図
である。図において、１１は、カーボン被覆ファイバで
あり、１２は、膜厚４μｍのニッケル（Ｎｉ）メッキ層
であり、１３は、膜厚同４μｍの金（Ａｕ）メッキ層で
ある。The outline of this structure is shown in FIG. FIG. 8 shows a carbon-coated 125 μm optical fiber with a nickel (Ni) coating of 4 μm and gold (A)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic structure of a metal optical fiber cable according to the present embodiment in which u) the coating is coated with a double metal layer having a thickness of 4 μm. In the figure, 11 is a carbon coated fiber, 12 is a nickel (Ni) plated layer having a film thickness of 4 μm, and 13 is a gold (Au) plated layer having a film thickness of 4 μm.
【００３４】次に、このような金属光ファイバケーブル
であっても、実際の作業現場において、容易に接合でき
るものでなければ、実際上の使用に耐えることはできな
い。すなわち、上記実施例に係る耐熱光ファイバケーブ
ルを長尺で用いる場合、高温域には、本実施例に係る金
属光ファイバケーブルを、高温域でない部分には、従来
のポリイミド光ファイバケーブルを用いることが、コス
ト的にも有利である。そこで、従来のポリイミド光ファ
イバケーブルと、本実施例に係る金属光ファイバケーブ
ルとの接続を検討した。そこで、上記の実施例に係る金
属光ファイバケーブルと、従来のポリイミド光ファイバ
ケーブルを接合した複合光ファイバケーブルを、第三実
施例として、検証した。Next, even such a metal optical fiber cable cannot withstand practical use unless it can be easily joined in an actual work site. That is, when the heat-resistant optical fiber cable according to the above embodiment is used in a long length, the metal optical fiber cable according to the present embodiment is used in the high temperature range, and the conventional polyimide optical fiber cable is used in the non-high temperature range. However, it is also advantageous in terms of cost. Therefore, the connection between the conventional polyimide optical fiber cable and the metal optical fiber cable according to this embodiment was examined. Therefore, the composite optical fiber cable obtained by joining the metal optical fiber cable according to the above-described embodiment and the conventional polyimide optical fiber cable was verified as the third embodiment.
【００３５】この第三の実施例に使用したポリイミド光
ファイバケーブルの構造は、外径１２５μｍの屈折率分
布型（ＧＩ型）光ファイバケーブルに、ポリイミドを１
２．５μｍの厚さに被覆した構造を有する。そして、金
属光ファイバケーブルの構造は、外径が１２５μｍカー
ボン被覆ファイバに、Ｎｉメッキの上にＡｕメッキをし
た構造を有する。これらを接続することで、３５０℃以
下の探査域では、ポリイミド光ファイバケーブルが被覆
され、３５０℃以上の探査域では、金属光ファイバケー
ブルによる、いわゆる複合光ファイバケーブルとしたも
のである。The structure of the polyimide optical fiber cable used in the third embodiment is a graded index (GI type) optical fiber cable having an outer diameter of 125 μm and one polyimide layer.
It has a structure coated to a thickness of 2.5 μm. The metal optical fiber cable has a structure in which a carbon-coated fiber having an outer diameter of 125 μm is plated with Au on top of Ni plating. By connecting these, a polyimide optical fiber cable is covered in the exploration region of 350 ° C. or lower, and a so-called composite optical fiber cable is formed by a metal optical fiber cable in the exploration region of 350 ° C. or higher.
【００３６】一般に、光ファイバケーブル同士の接続
は、被覆樹脂を加熱ストリッパで除去し、融着機で融着
接続し、最後に接続部を補強する。接続補強のした場合
には、補強用の板（セラミックス等）を包含する熱収縮
チューブを用いるため、接続部の外径が大きくなる。In general, for connecting optical fiber cables to each other, the coating resin is removed by a heating stripper, fusion splicing is performed by a fusing machine, and finally the splicing portion is reinforced. When the connection is reinforced, a heat-shrinkable tube including a reinforcing plate (ceramics or the like) is used, so that the outer diameter of the connection portion becomes large.
【００３７】しかしながら、地下探査等に用いる複合光
ファイバケーブルを使用する場合には、通常、接続部が
３５０℃以上の高温域に置かれるおそれがあり、また、
このような光ファイバケーブルは、内径ｌ．４ｍｍの金
属管内に挿入するので、接続部といっても、その外径を
大きくすることはできない。すなわち、従来の光ファイ
バケーブルで行っていたような接続方法によって、接続
補強する手段を取ることはできないものである。このた
め、高温域の地下探査等に用いる複合光ファイバケーブ
ルを使用する際には、従来のポリイミド光ファイバケー
ブルと金属光ファイバケーブルの接続部においても、所
定の接続強度が要求されることとなる。However, when using a composite optical fiber cable used for underground exploration, etc., there is a possibility that the connection portion is usually placed in a high temperature region of 350 ° C. or higher, and
Such an optical fiber cable has an inner diameter of l. Since it is inserted into a 4 mm metal pipe, the outer diameter cannot be increased even if it is called a connection part. That is, it is not possible to take measures to reinforce the connection by the connection method that has been used in the conventional optical fiber cable. For this reason, when using a composite optical fiber cable used for underground exploration in a high temperature region, a predetermined connection strength is required even at the connection part between a conventional polyimide optical fiber cable and a metal optical fiber cable. .
【００３８】また、細い金属パイプに該複合光ファイバ
ケーブルを挿入して、坑井内に降ろすため、接続後に樹
脂等をコート（リコート作業）においては、凸凹のある
表面外径であってはならず、可能な限り同径にすること
（接続部が他の部分に比べて太くならないこと）が要求
される。これらのことを配慮して、以下、従来のポリイ
ミド光ファイバケーブルと上記第二の実施例に係る金属
光ファイバケーブルとのリコート作業（接続方法）およ
び両者を接続した場合の、その接続特性（接続強度と接
続損失）について検証した。In addition, since the composite optical fiber cable is inserted into a thin metal pipe and lowered into the well, the resin or the like after coating (recoating work) must not have an uneven surface outer diameter. , It is required to have the same diameter as much as possible (the connecting part should not be thicker than other parts). In consideration of these matters, the recoating operation (connection method) between the conventional polyimide optical fiber cable and the metal optical fiber cable according to the second embodiment and the connection characteristics (connection) when both are connected will be described below. Strength and connection loss).
【００３９】〈接続特性〉従来のポリイミド光ファイバ
ケーブルと、本実施例に係る金属光ファイバケーブルを
接続した場合の、両者間の接続損失と接続強度の測定結
果を以下に示す。接続損失は、図９（Ａ）に示すよう
に、平均０．０４６ｄＢであった。また、接続強度は、
横神に引張荷重値を、横軸に切断したファイバの損耗率
を取った寿命分布（ワイブル分布）では、図９（Ｂ）に
示すように、平均３．１８ｋｇｆであった。<Connection Characteristics> The following are the measurement results of the connection loss and the connection strength between the conventional polyimide optical fiber cable and the metal optical fiber cable according to the present embodiment. The connection loss was 0.046 dB on average as shown in FIG. Also, the connection strength is
In the life distribution (Weibull distribution) in which the tensile load value is shown in the horizontal axis and the wear rate of the fiber cut in the horizontal axis is taken, as shown in FIG. 9B, the average was 3.18 kgf.
【００４０】〈リコートの概要〉従来のポリイミド光フ
ァイバケーブルと、本実施例に係る金属光ファイバケー
ブルとの接続部のリコートを行った。このリコートに関
しては、接続部の耐熱性を考慮して、使用した従来のポ
リイミド光ファイバケーブルのコート材と同じ組成のポ
リイミド樹脂を用いた。リコートは、図１０に示すよう
に、接続部にポリイミドを薄く塗り加熱硬化して、この
作業を、所定の径となるまで数回繰り返した。図１０に
おいて、１４は、メタルコート側を、１５は、ポリイミ
ドコート側を示し、さらに、１６は、両者のコーティン
グ部を示す。<Outline of Recoating> Reconnection of the conventional polyimide optical fiber cable and the metal optical fiber cable according to this embodiment was performed. For this recoating, a polyimide resin having the same composition as the coating material of the conventional polyimide optical fiber cable used was used in consideration of the heat resistance of the connection portion. In the recoating, as shown in FIG. 10, polyimide was thinly applied to the connection portion and heat curing was performed, and this operation was repeated several times until the predetermined diameter was obtained. In FIG. 10, 14 indicates a metal coat side, 15 indicates a polyimide coat side, and 16 indicates both coating portions.
【００４１】リコート後の接続部の接続強度は、図１１
に示すように結果を得た。図１１からも明らかなよう
に、該接続部の接続強度は、平均３．１２ｋｇｆであ
り、リコート前と差がなく、この面で、従来のポリイミ
ド光ファイバケーブルと、本実施例に係る金属光ファイ
バケーブルとのリコートには問題はなかった。次に、こ
のような基本構造を有する上記第三の実施例に係る複合
光ファイバケーブルについて、その耐熱試験を行った。The connection strength of the connection portion after recoating is shown in FIG.
The results were obtained as shown in. As is apparent from FIG. 11, the connection strength of the connection portion is 3.12 kgf on average, which is the same as before the recoating, and in this respect, the conventional polyimide optical fiber cable and the metal optical fiber according to the present embodiment are used. There was no problem in recoating with the fiber cable. Next, a heat resistance test was conducted on the composite optical fiber cable according to the third embodiment having such a basic structure.
【００４２】上記のような構造を有する初期損失特性
（加熱前）は、非屈折率差△＝約１％、光損失値４．４
ｄＢ／ｋｍ（波長：０．８５μｍ、測定ファイバ：５０
ｍ）でああった。この値は、非金属被覆（ＵＶ硬化樹脂
ないしポリイミド樹脂）の平均の光損失値（３ｄＢ／ｋ
ｍ程度）よりやや高いが、測定精度に影響のある範囲で
はなかった。The initial loss characteristics (before heating) having the above structure are as follows: non-refractive index difference Δ = about 1%, optical loss value 4.4
dB / km (wavelength: 0.85 μm, measuring fiber: 50
m). This value is the average light loss value (3 dB / k) of the non-metal coating (UV curing resin or polyimide resin).
Although it is slightly higher than m), it was not within the range that affects the measurement accuracy.
【００４３】〈耐熱試験〉本実施例に係る複合光ファイ
バケーブルを高温炉内で４００℃ないし５００℃まで加
熱して測定を行った。試験は、本実施例に係る４０ｍ長
の金属ファイバケーブルの両端に７５ｍ長のポリイミド
光ファイバケーブルを接続したものを高温炉内に、図１
２のように配置して、室温→１００℃→２００℃→３０
０℃→３５０℃→４００℃→４５０℃→５００℃の順で
昇温した。昇温および測定は、設定温度値まで昇温した
ところで光損失を測定し、さらに、各温度値で６時間放
置した後の光損失を測定した後、さらに、次の設定温度
まで昇温させた。また、５００℃まで昇温後、同じ手順
で降温した。なお、図１２において、符号１７は、光フ
ァイバ式温度測定器であり、１８は、昇温用の高温炉、
１９は、金属被覆光ファイバケーブルの両端にポリイミ
ド被覆光ファイバケーブル接合した複合光ファイバケー
ブルを示すものである。<Heat Resistance Test> The composite optical fiber cable according to this example was heated to 400 ° C. to 500 ° C. in a high temperature furnace for measurement. In the test, a metal fiber cable having a length of 40 m according to the present example and a polyimide optical fiber cable having a length of 75 m connected to both ends of the metal fiber cable were placed in a high temperature furnace, and the temperature was measured as shown in FIG.
Arrange as shown in 2 and room temperature → 100 ° C. → 200 ° C. → 30
The temperature was raised in the order of 0 ° C. → 350 ° C. → 400 ° C. → 450 ° C. → 500 ° C. In the temperature rise and measurement, the light loss was measured when the temperature was raised to the set temperature value, the light loss was measured after being left at each temperature value for 6 hours, and then the temperature was raised to the next set temperature. . Moreover, after raising the temperature to 500 ° C., the temperature was lowered by the same procedure. In FIG. 12, reference numeral 17 is an optical fiber type temperature measuring instrument, 18 is a high temperature furnace for heating,
Reference numeral 19 denotes a composite optical fiber cable in which both ends of the metal coated optical fiber cable are joined to the polyimide coated optical fiber cable.
【００４４】この時のポリイミド被覆光ファイバと金属
被覆光ファイバの光損失の変化を図１３（Ａ）（Ｂ）に
示した。図１３（Ａ）は、金属被覆光ファイバケーブル
の昇温・降温時の温度に対する光ファイバケーブルの損
失特性を示すものであり、図中、▲印は、アンチストー
クス光に対する測定結果を、×印はストークス光に対す
る測定結果を示すものである。Changes in optical loss of the polyimide-coated optical fiber and the metal-coated optical fiber at this time are shown in FIGS. 13 (A) and 13 (B). FIG. 13 (A) shows the loss characteristics of the optical fiber cable with respect to the temperature when the metal-coated optical fiber cable is heated / cooled down. In the figure, the symbol ▲ indicates the measurement result for anti-Stokes light, and the symbol x. Shows the measurement results for Stokes light.
【００４５】なお、実線は、昇温時を、破線は、降温時
を示す。また、図１３（Ｂ）は、ファイバ（ガラスの
み）の昇温・降温時の温度に対する同光ファイバケーブ
ルの損失特性を示すもので、図中、■印は、アンチスト
ークス光に対する測定結果を、×印はストークス光に対
する測定結果を示し、また、実線は、昇温時を、破線
は、降温時を示す点では、図１３（Ａ）と同じである。
なお、図１３（Ａ）（Ｂ）においては、横軸には、測定
熱伝対温度値を、縦軸にファイバ損失（ｄＢ／ｋｍ）を
示す。The solid line shows the temperature rise and the broken line shows the temperature fall. Further, FIG. 13 (B) shows the loss characteristics of the optical fiber cable with respect to the temperature when the fiber (glass only) is heated / cooled down. In the figure, the mark ■ indicates the measurement result for anti-Stokes light. The cross mark is the same as that of FIG. 13A in that the solid line indicates the temperature rise time and the broken line indicates the temperature decrease time.
13 (A) and 13 (B), the horizontal axis shows the measured thermocouple temperature value, and the vertical axis shows the fiber loss (dB / km).
【００４６】図１３（Ａ）（Ｂ）の測定結果が示すよう
に、ポリイミド光ファイバケーブルはで、被覆部が炭化
してしまう結果、最終的にはガラス質しか残らないた
め、熱膨張・収縮による歪みはなく、昇温→降温時点で
ほとんど光損失の変化がないのに対し、金属被覆被光フ
ァイバケーブルの場合では、昇温過程で、光損失は低下
してしまい、４５０℃以上では、ポリイミド光ファイバ
ケーブルの光損失レベルまで低下している。これは、製
造過程で発生した何らかの歪みが次第にアニーリングさ
れて、ファイバの光損失が減ったためと考えられる。As shown in the measurement results of FIGS. 13 (A) and 13 (B), in the polyimide optical fiber cable, the coating portion is carbonized, and as a result, only glass is left, so that thermal expansion / contraction is caused. Since there is no distortion due to, there is almost no change in the optical loss at the time of temperature rise → temperature decrease, whereas in the case of the metal-coated optical fiber cable, the optical loss decreases during the temperature rise process, and at 450 ° C or higher, The optical loss level of the polyimide optical fiber cable has dropped to the level. This is probably because some strain generated during the manufacturing process was gradually annealed and the optical loss of the fiber was reduced.
【００４７】そして、徐々に冷却して室温まで戻したと
ころ、光損失値が大幅に増加した。この原因は、一旦、
５００℃の条件下で歪みが取れたため、冷却による材質
の熱収縮差によって新たに発生する歪みが原因のマイク
ロベンドであると考えられる。また、同一条件（４００
℃、５００℃）で、昇温・降温を繰り返した場合には、
光損失値は、元の値まで減少した。したがって、一旦、
設置した光ファイバケーブルにおいて、温度が大きく変
動するような環境におかれない限り、光損失値は増加し
ないことが判明した。Then, when the temperature was gradually cooled and returned to room temperature, the light loss value increased significantly. The cause is
Since the strain was removed under the condition of 500 ° C., it is considered that the microbend is caused by the strain newly generated due to the difference in heat shrinkage of the material due to cooling. In addition, the same condition (400
If the temperature is raised and lowered repeatedly at
The light loss value was reduced to the original value. Therefore, once
It was found that the optical loss value of the installed optical fiber cable does not increase unless it is placed in an environment where the temperature fluctuates greatly.
【００４８】そこで、地熱井等での使用を前提とした場
合、通常は、伝送ケーブルは、坑井内に降下したまま、
測定を連続的に行うので、この金属ファイバケーブルで
は、目標とする４００℃の条件では問題はないことが知
りうる。また、同一の坑井で同じ位置に揚げ降ろしを繰
り返すような条件でも、光損失は増加しないが、一旦揚
げて、別の坑井に挿入する場合や、同一坑井でも深度を
変更して設置するような条件、あるいは、坑内の温度条
件が大きく変動する場合には、この実施例に係る金属フ
ァイバケーブルでは、温度に応じて歪みが変わり、光損
失値も変化するので、このような条件下での使用には注
意を要する。ただし、一般的には、地下坑内観測の場合
には、同一井で連続的に使用するため、特殊な用途（例
えば、温度検層器の代わりに使う等）以外では、大きな
問題となる可能性は低い。Therefore, assuming that the transmission cable is used in a geothermal well or the like, normally, the transmission cable is lowered into the well,
Since the measurement is performed continuously, it can be seen that this metal fiber cable has no problem under the target condition of 400 ° C. In addition, even if the same well is repeatedly lifted and lowered to the same position, the optical loss does not increase, but if you lift it once and insert it in another well, or if you set the depth in the same well with different depths, In such a condition, or when the temperature condition inside the mine greatly fluctuates, in the metal fiber cable according to this embodiment, the strain changes depending on the temperature, and the optical loss value also changes. Use with caution. However, in general, in the case of underground underground observation, since it is used continuously in the same well, it may be a big problem except for special applications (for example, instead of temperature logging). Is low.
【００４９】次に、この実施例に係る光ファイバケーブ
ルを用いて、５００℃まで、昇温した時点でファイバの
特性補正を行った場合と、さらに、そこから降温して、
３００℃まで降温した時点で光ファイバケーブルの特性
補正を行った場合の測定温度の比較を行った。図１４
は、５００℃昇温時と３００℃降温時におけるＦＴＲ−
０３０計測器で測定した光ファイバケーブルのセンサの
炉温度と、熱電対で測定した炉内温度の関係を示したも
のである。図１４の結果から明らかなように、光ファイ
バケーブルのセンサの炉温度と炉内温度とは、ほぼ一定
の値を示していることが知りうる。Next, using the optical fiber cable according to this example, the characteristics of the fiber were corrected when the temperature was raised up to 500 ° C., and the temperature was further lowered from that.
The measured temperatures were compared when the characteristics of the optical fiber cable were corrected when the temperature was lowered to 300 ° C. FIG.
Is the FTR- when the temperature is increased by 500 ° C and when the temperature is decreased by 300 ° C.
It shows the relationship between the furnace temperature of the sensor of the optical fiber cable measured by the 030 measuring instrument and the furnace temperature measured by the thermocouple. As is clear from the results of FIG. 14, it can be known that the furnace temperature and the furnace temperature of the sensor of the optical fiber cable show almost constant values.
【００５０】したがって、このことから、次の方法によ
り、特性補正が可能であり、変形実施例として、その補
正を行うシステムを構築してもよい。 温度とファイバの特性曲線を実験室的に求めておい
て、その結果を基にして、ソフトウェア的に補正を行
う。 測定系に常時、レイリー波を用いて光損矢を計測する
システムを組み込み、その結果で自動的に校正を行う。
このような補正を行うことにより、定損失、低損失の光
ファイバケーブルとすることができるものである。Therefore, from the above, the characteristic can be corrected by the following method, and as a modified example, a system for performing the correction may be constructed. The temperature and fiber characteristic curves are obtained in the laboratory, and based on the results, correction is performed by software. A system that constantly measures optical loss arrows using Rayleigh waves is incorporated into the measurement system, and the results are used for automatic calibration.
By performing such a correction, a constant loss and low loss optical fiber cable can be obtained.
【００５１】このシステムを利用して、例えば、坑井内
の温度分布を測定する場合には、次のようにする。この
温度分布測定の原理は、光ファイバの片端からパルス状
の光を入射した時に発生するファイバ各部の散乱によ
り、後方散乱光が光ファイバの中を逆に伝搬して入射端
に戻ってくることを利用する（図１５参照）。この測定
においては、この戻りに要する時間、すなわち、パルス
入射から散乱光受光までの遅れ時間により、光ファイバ
のどの位置で発生した散乱光かを判定することができる
のである。Using this system, for example, when measuring the temperature distribution in the well, the following is performed. The principle of this temperature distribution measurement is that backscattered light propagates backward in the optical fiber and returns to the incident end due to scattering of each part of the fiber that occurs when pulsed light is incident from one end of the optical fiber. Is used (see FIG. 15). In this measurement, it is possible to determine at which position of the optical fiber the scattered light has occurred, based on the time required for this return, that is, the delay time from the pulse incidence to the reception of the scattered light.
【００５２】また、後方散乱光に含まれるラマン散乱光
は微弱だが、温度依存性が顕著であり、このラマン散乱
光の２成分（ストークス光、反ストークス光）強度比
は、次式に示すように、温度に比例する。The Raman scattered light contained in the backscattered light is weak, but the temperature dependence is remarkable, and the intensity ratio of the two components of the Raman scattered light (Stokes light, anti-Stokes light) is as shown in the following equation. Proportional to temperature.
【式２】 ここで、 １as：反ストークス光強度 １s：ストークス光強度 ｈ：プランク定数（Ｊ・ｓ） ｃ：真空中の光速（ｍ／ｓ） ν：ラマンシフト量（ｍー1） ｋ：ボルツマン定数（Ｊ／Ｋ） Ｔ：絶対温度（Ｋ）(Equation 2) Where 1 as: anti-Stokes light intensity 1 s: Stokes light intensity h: Planck's constant (J · s) c: speed of light in vacuum (m / s) ν: Raman shift amount (m -1 ) k: Boltzmann constant (J / K) T: Absolute temperature (K)
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上のことから、本発明に係る耐熱光フ
ァイバケーブルは、３５０℃〜４００℃間の高温域にお
いて伝送特性に変化をきたさない安定した光ファイバケ
ーブルを提供することができる。また、従来のポリイミ
ド被覆光ファイバケーブルと容易に接合できる構造のも
のとしたので、温度が深度に伴って変化する地下探査等
において、適宜の場所、適宜の位置で、従来のポリイミ
ド被覆光ファイバケーブルと容易に接合でき、高価な金
属ファイバーの使用部分を高温部分のみとしたのでコス
ト的に有利なかつ実用的な耐熱光ファイバケーブルとす
ることができる。As described above, the heat-resistant optical fiber cable according to the present invention can provide a stable optical fiber cable which does not change the transmission characteristics in the high temperature range between 350 ° C and 400 ° C. In addition, because it has a structure that can be easily joined to the conventional polyimide-coated optical fiber cable, in the underground exploration where the temperature changes with depth, etc., the conventional polyimide-coated optical fiber cable at an appropriate location and at an appropriate position. Since the expensive metal fiber is used only in the high temperature portion, the heat resistant optical fiber cable is advantageous in terms of cost and can be practically used.
【図１】図１は、第一の実施例に係る耐熱光ファイバケ
ーブルの一実施例の概略構造を示す図、FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of one embodiment of a heat-resistant optical fiber cable according to a first embodiment,
【図２】図２は、耐熱試験を行った耐熱試験装置の概略
を示す図、FIG. 2 is a diagram showing an outline of a heat resistance test apparatus that has been subjected to a heat resistance test;
【図３】図３（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ３００℃、５０
０℃までの昇温過程の耐熱試験結果（損失特性）を示す
図、3 (A) and 3 (B) are 300 ° C. and 50 °, respectively.
The figure which shows the heat resistance test result (loss characteristic) of the temperature rising process to 0 degreeC,
【図４】図４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、３００℃、５
００℃から常温までの降温過程における損失特性を示す
図、4A and 4B are respectively 300 ° C. and 5 ° C.
The figure which shows the loss characteristic in the temperature-fall process from 00 degreeC to normal temperature,
【図５】図５（Ａ）は、Ｇタイプの光ファイバケーブル
の耐熱試験後の損失スペクトラム示す図、図５（Ｂ）
は、Ｓタイプの光ファイバケーブルの耐熱試験後の損失
スペクトラムを示す図、5 (A) is a diagram showing a loss spectrum of a G type optical fiber cable after a heat resistance test, FIG. 5 (B).
Is a diagram showing the loss spectrum of the S type optical fiber cable after the heat resistance test,
【図６】図６は、金属層（Ａ）と金属層（Ｂ）の二層の
被覆構造を有する第二の実施例に係る金属光ファイバケ
ーブルの概略を示す図、FIG. 6 is a diagram schematically showing a metal optical fiber cable according to a second embodiment having a two-layer coating structure of a metal layer (A) and a metal layer (B),
【図７】図７（Ａ）は、金属層の厚さと光ファイバケー
ブルに生じる内部歪みの関係（温度差が５００℃の場
合）を示すグラフ図、図７（Ｂ）は、金属層のニッケル
と金の各層の厚さの比と、光ファイバケーブルの内部歪
みの関係（温度差が５００℃で、ニッケル層を２．５μ
ｍとした場合）を示すグラフ図、7A is a graph showing the relationship between the thickness of the metal layer and the internal strain generated in the optical fiber cable (when the temperature difference is 500 ° C.), and FIG. 7B is the nickel of the metal layer. Relationship between the thickness ratio of each layer of gold and gold and the internal strain of the optical fiber cable (at a temperature difference of 500 ° C, a nickel layer of 2.5μ
(when m is set),
【図８】図８は、カーボン被覆の光ファイバに二重の金
属層を被覆した第二の実施例に係る金属光ファイバケー
ブルの概略構造を示す図、FIG. 8 is a diagram showing a schematic structure of a metal optical fiber cable according to a second embodiment in which a carbon-coated optical fiber is coated with a double metal layer;
【図９】図９（Ａ）（Ｂ）は、従来のポリイミド光ファ
イバケーブルと、第二の実施例に係る金属光ファイバケ
ーブルを接続した場合の、両者間の接続損失と接続強度
の測定結果を以下に示す図、9A and 9B are measurement results of connection loss and connection strength between a conventional polyimide optical fiber cable and a metal optical fiber cable according to a second embodiment when connected. The figure shown below,
【図１０】図１０は、従来のポリイミド光ファイバケー
ブルと、本実施例に係る金属光ファイバケーブルとの接
続部のリコートを行った概略を示す図、FIG. 10 is a diagram showing an outline of recoating a connection portion between a conventional polyimide optical fiber cable and a metal optical fiber cable according to the present embodiment,
【図１１】図１１は、同リコート後の接続部の接続強度
を示す図、FIG. 11 is a diagram showing the connection strength of the connection portion after the recoating,
【図１２】図１２は、本実施例に係る４０ｍ長の金属フ
ァイバケーブルの両端に７５ｍ長のポリイミド光ファイ
バケーブルを接続したものを高温炉内に配置する概略を
示す図、FIG. 12 is a diagram showing an outline of arranging, in a high temperature furnace, a metal fiber cable having a length of 40 m according to the present embodiment and a polyimide optical fiber cable having a length of 75 m connected to both ends of the metal fiber cable;
【図１３】図１３（Ａ）は、金属被覆光ファイバケーブ
ルの昇温・降温時の温度に対する光ファイバケーブルの
損失特性を示す図、図１３（Ｂ）は、ファイバ（ガラス
のみ）の昇温・降温時の温度に対する同光ファイバケー
ブルの損失特性を示す図、FIG. 13 (A) is a diagram showing the loss characteristics of the optical fiber cable with respect to the temperature during temperature increase / decrease of the metal-coated optical fiber cable, and FIG. 13 (B) is the temperature increase of the fiber (only glass).・ A diagram showing the loss characteristics of the same optical fiber cable with respect to the temperature during cooling.
【図１４】図１４は、５００℃昇温時と３００℃降温時
におけるＦＴＲ−０３０計測器で測定した光ファイバケ
ーブルのセンサの炉温度と、熱電対で測定した炉内温度
の関係を示す図、FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a furnace temperature of a sensor of an optical fiber cable measured by an FTR-030 measuring instrument and a temperature inside the furnace measured by a thermocouple at a temperature rise of 500 ° C. and a temperature decrease of 300 ° C. ,
【図１５】図１５は、地下坑内観測システムの全休装置
の概要を示す図、FIG. 15 is a diagram showing an outline of a total suspension device of an underground underground observing system,
【図１６】図１６は、光ファイバの片端からパルス状の
光を入射した時に発生するファイバ各部の散乱により、
後方散乱光が光ファイバの中を逆に伝搬して入射端に戻
ってくることを利用する温度分布測定の原理を示す図、FIG. 16 is a graph showing the scattering of each part of the fiber generated when pulsed light is incident from one end of the optical fiber.
A diagram showing the principle of temperature distribution measurement utilizing the fact that backscattered light propagates backward in the optical fiber and returns to the incident end,
【図１７】図１７（Ａ）は、ポリイミド光ファイバケー
ブルの概略断面を示す図、図１６（Ｂ）は、従来のＵＶ
被覆光ファイバケーブルの概略断面を示す図である。17 (A) is a diagram showing a schematic cross section of a polyimide optical fiber cable, and FIG. 16 (B) is a conventional UV.
It is a figure which shows the schematic cross section of a coated optical fiber cable.
１・・・ＧＩ型光ファイバケーブル、 ２・・・カーボン層、 ３・・・ニッケル（Ｎｉ）層、 ４・・・金（Ａｕ）層、 ５・・・ポリイミド層、 ６・・・中空毛細管、 ７・・・アーマー、 ８・・・ポリイミド光ファイバケーブル、 ９・・・金属光ファイバケーブル、 １０・・・接続位置 １１・・・カーボン被覆ファイバ、 １２・・・ニッケル（Ｎｉ）メッキ層、 １３・・・金（Ａｕ）メッキ、 １４・・・メタルコート側、 １５・・・ポリイミドコート側 １６・・・コーティング部、 １７・・・光ファイバ式温度測定器、 １８・・・昇温用の高温炉、 １９・・・複合光ファイバケーブル ２１・・・恒温槽 ２２・・・光パルス源 ２３・・・光受信部 ２４・・・高温槽 ２５・・・被測定光ファイバケーブル、 ３１・・・坑底圧力チャンバ、 ３３・・・ワイヤーライン、 ３４・・・ライザーパイプ、 ３５・・・スタッフィングボックス、 ３６・・・パルスレーザ・レーダ温度測定装置、 １００・・・光ファイバケーブル １０１・・・ＵＶ樹脂 １０２・・・ポリイミド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... GI optical fiber cable, 2 ... carbon layer, 3 ... nickel (Ni) layer, 4 ... gold (Au) layer, 5 ... polyimide layer, 6 ... hollow capillary tube , 7 ... Armor, 8 ... Polyimide optical fiber cable, 9 ... Metal optical fiber cable, 10 ... Connection position 11 ... Carbon coated fiber, 12 ... Nickel (Ni) plating layer, 13 ... Gold (Au) plating, 14 ... Metal coat side, 15 ... Polyimide coat side 16 ... Coating part, 17 ... Optical fiber type temperature measuring device, 18 ... For temperature rise High temperature furnace, 19 ... Composite optical fiber cable 21, Constant temperature bath 22, Optical pulse source 23, Optical receiver 24, High temperature bath 25, Optical fiber cable to be measured, 31. ..Pressure bottom pressure channels , 33 ... Wire line, 34 ... Riser pipe, 35 ... Stuffing box, 36 ... Pulse laser / radar temperature measuring device, 100 ... Optical fiber cable 101 ... UV resin 102 ...・ Polyimide
Claims (9)
覆するカーボン薄層と、このカーボン被覆に被覆した金
属被覆層からなることを特徴とする耐熱光ファイバケー
ブル。1. A heat-resistant optical fiber cable comprising a thin carbon layer covering the outer circumference of a glass layer of an optical fiber cable and a metal coating layer covering the carbon coating.
被覆された数μｍの厚さの金属被覆層であることを特徴
とする請求項１記載の耐熱光ファイバケーブル。2. The heat resistant optical fiber cable according to claim 1, wherein the metal coating layer is a metal coating layer having a thickness of several μm and coated on the carbon coating.
被覆された第一の金属被覆層と、この第一の金属被覆層
に被覆された第二の金属被覆層とからなることを特徴と
する請求項１記載の耐熱光ファイバケーブル。3. The metal coating layer comprises a first metal coating layer coated with the carbon coating and a second metal coating layer coated with the first metal coating layer. The heat-resistant optical fiber cable according to claim 1.
属被覆層に被覆された第二の金属被覆層とは、それぞ
れ、第一の金属被覆層として、ニッケル（Ｎｉ）被覆
を、第二の金属被覆層として、金（Ａｕ）被覆としたこ
とを特徴とする請求項３記載の耐熱光ファイバケーブ
ル。4. The first metal coating layer and the second metal coating layer coated on the first metal coating layer each include a nickel (Ni) coating as a first metal coating layer. The heat resistant optical fiber cable according to claim 3, wherein the second metal coating layer is a gold (Au) coating.
り、ニッケルをカーボン被覆ガラス層にメッキして、そ
の上に金を電解メッキ法により、被覆して生成された金
属被覆層であることを特徴とする請求項４記載の耐熱光
ファイバケーブル。5. The metal coating layer is a metal coating layer produced by plating a carbon coating glass layer with nickel by a non-electrolytic plating method and coating gold on the carbon coating glass layer by an electrolytic plating method. The heat resistant optical fiber cable according to claim 4.
た光ファイバケーブルのガラス層外周を被覆するカーボ
ン薄層および該カーボン被覆に被覆したポリイミド被覆
層からなるポリイミド被覆光ファイバケーブルと、高温
域に配置された光ファイバケーブルのガラス層外周を被
覆するカーボン薄層および該カーボン被覆に被覆した金
属被覆層からなる金属被覆光ファイバケーブルとを接合
してなることを特徴とする耐熱光ファイバケーブル。6. In wellbore measurement, a polyimide-coated optical fiber cable comprising a thin carbon layer covering the outer periphery of a glass layer of an optical fiber cable arranged in a low temperature region and a polyimide coating layer coated on the carbon coating, and a high temperature region. A heat-resistant optical fiber cable, which is formed by joining a metal-coated optical fiber cable composed of a carbon thin layer covering the outer periphery of the glass layer of the optical fiber cable arranged in the above and a metal coating layer coated on the carbon coating.
ァイバケーブルと金属被覆光ファイバケーブルを接合し
た光ファイバケーブルは、中空毛細管中を挿通されたも
のであることを特徴とする耐熱光ファイバケーブル。7. A heat-resistant optical fiber cable, wherein the optical fiber cable obtained by joining the polyimide-coated optical fiber cable and the metal-coated optical fiber cable according to claim 6 is inserted through a hollow capillary tube.
径を有する中空毛細管中に挿通されたものであることを
特徴とする請求項７記載の耐熱光ファイバケーブル。8. The heat resistant optical fiber cable according to claim 7, wherein the capillary tube is inserted into a hollow capillary tube having an inner diameter through which the capillary tube is inserted.
記請求項８に記載の毛細管は、その外周をアーマー強度
補強材により補強されたものであることを特徴とする請
求項７または８のいずれかに記載の耐熱光ファイバケー
ブル。9. The hollow capillary tube according to claim 7 or the capillary tube according to claim 8, wherein the outer periphery of the hollow capillary tube is reinforced by an armor strength reinforcing material. A heat-resistant optical fiber cable as described in Crab.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8094850A JPH09258076A (en) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | Heat resistant optical fiber cable |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8094850A JPH09258076A (en) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | Heat resistant optical fiber cable |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09258076A true JPH09258076A (en) | 1997-10-03 |
Family
ID=14121514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8094850A Pending JPH09258076A (en) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | Heat resistant optical fiber cable |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09258076A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008537790A (en) * | 2005-04-05 | 2008-09-25 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | Apparatus and method for preventing undesired exposure of devices to undesired materials |
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| CN114077011A (en) * | 2020-08-19 | 2022-02-22 | 宝山钢铁股份有限公司 | Continuous casting crystallizer temperature measurement optical fiber and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP8094850A patent/JPH09258076A/en active Pending
Cited By (10)
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