(57)【要約】【課題】より正確な歪計測が可能であり、しかも水圧測定用と温度補償用とを１本の光ファイバで兼用させることで、低コスト化が可能な分布型水圧センサの提供。【解決手段】長手方向に沿って連続的に又は断続的に光ファイバを収納可能な溝が設けられた管状体と、該管状体の外周に撚り合わされた光ファイバとを備え、前記管状体の外周に光ファイバが撚り合わされた撚り部と、前記管状体内に光ファイバが収納された直線部とが、前記管状体の長手方向に沿って交互に設けられ、前記管状体の先端部に設けられた撚り部又は直線部の先端側の光ファイバを折り返して管状体内に導入する折り返し部が設けられるとともに、該折り返し部から基端側に向かう光ファイバが管状体内に直線的に収納されて温度補償部が形成されてなる分布型水圧センサ。【選択図】図３
2008164352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って連続的に又は断続的に光ファイバを収納可能な溝が設けられた管状体と、該管状体の外周に撚り合わされた光ファイバとを備え、前記管状体の外周に光ファイバが撚り合わされた撚り部と、前記管状体内に光ファイバが収納された直線部とが、前記管状体の長手方向に沿って交互に設けられ、前記管状体の先端部に設けられた撚り部又は直線部の先端側の光ファイバを折り返して管状体内に導入する折り返し部が設けられるとともに、該折り返し部から基端側に向かう光ファイバが管状体内に直線的に収納されて温度補償部が形成されてなり、
前記光ファイバの長手方向の歪を測定し、前記撚り部で測定された歪量から前記直線部で測定された歪量を差し引くことによって水圧による歪量を測定可能とし、且つ該温度補償部で測定された歪量によって前記水圧による歪量の温度による歪変化分を補正可能としたことを特徴とする分布型水圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水圧又はその変化を歪として検知し、水圧分布異常を検出するセンサとしての役割を担う光ケーブル等において、単ファイバを、その巻きつけ方により軸方向、および径方向の歪を分離検知し、かつ温度補償を行うことによって、水圧による歪を正確に測定可能な分布型水圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
水や油の地下備蓄貯槽等において、その気密性を確保するために、貯層槽内、もしくは貯蔵槽周辺の地中における水圧分布を計測し、水封機能が確保されていることを常時監視する必要がある。現在、これらの水圧分布に関する測定方法の一つとして分布型光ファイバ水圧計が挙げられる。
【０００３】
分布型光ファイバ水圧計は光ファイバ（もしくは光ファイバケーブル）の全体が水圧計として機能するものであり、ＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectmetry）、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）法等により、水圧による光ファイバへの歪量を測定することで水圧計として使用されている。
【０００４】
現在までに、分布型光ファイバ歪センサに関して、例えば、特許文献１〜５に開示された技術が提案されている。
特許文献１には、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、及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、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一本設けた構造の分布型歪センサが開示されている。
特許文献２には、円筒外周にセンシングコイルを螺旋密巻きし、一方、温度補償用の参照光ファイバを溝に収納した構成の光ファイバセンサが開示されている。
特許文献３には、センシング光ファイバを内部円筒と外部円筒の間に樹脂により固定し、一方、温度補償用の光ファイバを内部円筒内にルースに収納した構成の歪センサが開示されている。
特許文献４には、光ファイバ心線をセンサとし、該光ファイバ中のブリルアン散乱光を用いて光ファイバケーブルの歪分布を測定する歪分布測定システムにおいて、光ファイバ心線の温度分布を測定し、光ファイバ心線のブリルアン散乱光分布測定結果の温度補正を行い光ファイバケーブルの歪分布を導出する測定システムが開示されている。
特許文献５には、歪計測用光ファイバは固定とし、一方、温度補償用光ファイバは非固定とすることで、温度の影響を排除するように構成された光ファイバセンサが開示されている。
【特許文献１】特許第２７４６４２４号公報
【特許文献２】米国特許第５４７５２１６号明細書
【特許文献３】米国特許第５０９４５２７号明細書
【特許文献４】特開平１１−１７３９４３号公報
【特許文献５】特開２００２−１５６２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
図１及び図２は、従来の分布型水圧センサの概要を示し、図１は分布型センサの概略断面図、図２はその部分拡大図である。この従来の歪センサ１は、ポリアミドチューブ２の外面に１本以上の光ファイバ３を撚り合わせ、これらをシース４内に収容した構造になっている。布設環境下において光ファイバ３に印加される歪は、図２のようにセンサ径方向については水圧による歪＋自重による伸び歪が加わる。図１に示した従来構造の場合、得られる歪計測値は水圧による歪と長手方向での伸び歪を切り分けられず、目的とする水圧分布のみを歪情報として得ることが不可能である。水圧変化に伴う歪分布を得るためには、別途もう１本の歪計測用光ファイバを布設し、センサ自重による伸び歪を計測する必要があった。
【０００６】
さらに、測定値の温度補償を行うためには、温度補償用の光ファイバ５を別途にもう一本実装する必要があった。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、より正確な歪計測が可能であり、しかも水圧測定用と温度補償用とを１本の光ファイバで兼用させることで、低コスト化が可能な分布型水圧センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、長手方向に沿って連続的に又は断続的に光ファイバを収納可能な溝が設けられた管状体と、該管状体の外周に撚り合わされた光ファイバとを備え、前記管状体の外周に光ファイバが撚り合わされた撚り部と、前記管状体内に光ファイバが収納された直線部とが、前記管状体の長手方向に沿って交互に設けられ、前記管状体の先端部に設けられた撚り部又は直線部の先端側の光ファイバを折り返して管状体内に導入する折り返し部が設けられるとともに、該折り返し部から基端側に向かう光ファイバが管状体内に直線的に収納されて温度補償部が形成されてなり、
前記光ファイバの長手方向の歪を測定し、前記撚り部で測定された歪量から前記直線部で測定された歪量を差し引くことによって水圧による歪量を測定可能とし、且つ該温度補償部で測定された歪量によって前記水圧による歪量の温度による歪変化分を補正可能としたことを特徴とする分布型水圧センサを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の分布型水圧センサは、センサ自重による歪と水圧による歪を切り分けて測定することが可能となり、撚り部で測定された歪量から直線部で測定された歪量を差し引くことによって、水圧による歪量を正確に測定することができる。
また、１本の光ファイバで水圧による歪、センサ自重による歪、温度補償の３つの測定用光ファイバを兼ねることができ、低コストな分布型水圧センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の分布型水圧センサの実施形態を説明する。
図３は、本発明の分布型水圧センサの一実施形態を示す図であり、図３（ａ）は分布型水圧センサ１０の縦断面図、（ｂ）はその撚り部１３の横断面図、（ｃ）は直線部１４の横断面図である。
【００１１】
本実施形態の分布型水圧センサ１０は、長手方向に沿って連続的に又は断続的に光ファイバを収納可能な溝１８が設けられた管状体１１と、該管状体１１の外周に撚り合わされた光ファイバ１２とを備え、前記管状体１１の外周に光ファイバ１２が撚り合わされた撚り部と、前記管状体１１内に光ファイバ１２が収納された直線部１４とが、前記管状体１１の長手方向に沿って交互に設けられてセンシング部１６が形成され、また前記管状体１１の先端部に設けられた撚り部１３又は直線部１４の先端側の光ファイバ１２を折り返して管状体１１内に導入する折り返し部１５が設けられるとともに、該折り返し部１５から基端側に向かう光ファイバ１２が管状体１１内に直線的に収納されて温度補償部１７が形成され、これらをシース１９で被覆した構造になっている。
【００１２】
本実施形態において筒状体１１は、円筒体の円周の一部を切欠した溝１８が長手方向に沿って連続的に形成し、断面Ｃ字状の合成樹脂製チューブを用いている。この筒状体１１の材料としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
【００１３】
なお、筒状体１１の形状は本例示に限定されるものではなく、直線部１４に配置した光ファイバ１２が周囲からの圧力を受けない構造であればよい。つまり、直線部１４のみが断面Ｃ字状をなし、撚り部１３は溝１８を設けない断面円環状としてもよい。また、管状体１１は、直線部１４のみに少なくとも測定用光ファイバの本数以上の溝があればよい。
【００１４】
本実施形態の分布型水圧センサ１０は、１本の光ファイバ１２で、水圧による歪、センサ自重による歪、温度補償の３つの測定用光ファイバを兼ねることができる。これに用いる光ファイバ１２としては、光ファイバに加わる歪をＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectmetry）等によって検出可能なものであればよく、特に限定されず、光通信用光ファイバとして用いられるシングルモード光ファイバやマルチモード光ファイバを用いることができる。また、光ファイバ１２の被覆は、光ファイバ裸線を十分保護することができ、一方、歪センシングに影響を及ぼさない程度の厚みであればよく、特に限定されない。
【００１５】
この筒状体１１と光ファイバ１２とからなるセンサ本体部を被覆するシース１９は、外部から加わる水圧をセンシング部１６に直接伝えられる程度の厚さの合成樹脂薄肉被覆が好ましく、このシース樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
【００１６】
本実施形態の分布型水圧センサ１０において、直線部１４及び撚り部１３の長さは、ＢＯＴＤＲ等の歪計測器の最小分解距離以上の長さとする。これにより、直線部１４は、外部からの水圧の影響を受けず、単純にセンサ自重による伸び歪のみを測定可能となる。
【００１７】
本実施形態の分布型水圧センサ１０は、前述した構成を採用したことで、センサ自重による歪と水圧による歪を切り分けて測定することが可能となり、撚り部で測定された歪量から直線部で測定された歪量を差し引くことによって、水圧による歪量を正確に測定することができる。
【００１８】
図４は、本実施形態の分布型水圧センサ１０における水圧測定結果の一例を示す図である。図４において、Ａ部はセンシング部１６上部側の撚り部１３での歪、Ｂ部はその直下の直線部１４での歪（歪（２）と記す。）、Ｃ部はＡの次段の撚り部１３での歪（歪（１）と記す。）、Ｄ部はＣ部の直下の直線部１４での歪（歪（３）と記す。）、Ｅ部はＣ部の次段の撚り部１３の歪を示す。
【００１９】
図４の左側のグラフに示すように、中央の撚り部１３で測定されるＣ部の歪（１）は、水圧による歪＋センサ自重による伸びの合計量が測定され、一方、該Ｃ部の上下両側の直線部１４であるＢ部及びＤ部は、センサ自重による伸びのみが測定された。また、このＣ部直上の直線部１４（Ｂ部）での歪（２）と、Ｃ部直下の直線部１４（Ｄ部）での歪（３）との差（歪（２）−歪み（３））は、センサ自重による伸びに相当している。従って、Ｃ部で測定される［水圧による歪＋センサ自重による伸び］から［センサ自重による伸び］を差し引くことで、水圧による歪を正確に測定することができる。
【００２０】
また本実施形態の分布型水圧センサ１０では、センシング部１６を折り返した光ファイバ１２を管状体１１の管内に導入して温度補償部１７として用い、温度による歪変化分を補正可能としている。この温度補償部１７は、光ファイバ１２がアラミド繊維などの抗張力繊維とともにルースに収納され、水圧やセンサ自重による歪が加わらないことから、温度変化に起因した歪のみを測定可能である。
【００２１】
この温度補償部１７で測定された温度変化に起因した歪量によって、前記センシング部１６で測定された［水圧による歪］を補正することで、センサに加わる水圧をさらに正確に測定することができる。また、前述した１つの撚り部１３における水圧測定を、センサ長手方向に沿って各撚り部１３に対して行うことによって、水圧測定箇所に布設された分布型水圧センサ１０の全長にわたり、正確な水圧を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のセンサの概略構成を例示する縦断面図及び横断面図である。
【図２】図１に示す従来センサにおける光ファイバにかかる歪を説明するための要部拡大図である。
【図３】本発明の分布型水圧センサの一実施形態を示す図であり、（ａ）は分布型水圧センサの縦断面図、はその撚り部の横断面図、（ｃ）は直線部の横断面図である。
【図４】本発明の分布型水圧センサによる水圧測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０…分布型水圧センサ、１１…管状体、１２…光ファイバ、１３…撚り部、１４…直線部、１５…折り返し部、１６…センシング部、１７…温度補償部、１８…溝、１９…シース。
【図１】
2008164352.tif 000003
【図２】
2008164352.tif 000004
【図３】
2008164352.tif 000005
【図４】
2008164352.tif 000006