(57)【要約】【課題】水圧による歪を正確に計測することが可能な分布型光ファイバセンサの提供。【解決手段】水圧歪検出用光ファイバを軟質材で包囲してなる少なくとも１つの第１センシング部と、長手方向歪測定用光ファイバを硬質材で包囲してなる少なくとも１つの第２センシング部とを、スロットを介して束ね、これらをシースで一括被覆してなることを特徴とする分布型光ファイバセンサ。前記スロット内には、抗張力繊維とともに各センシング部に固定されていない状態で温度補償用光ファイバが収容される。【選択図】図２
2008203131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水圧歪検出用光ファイバを軟質材で包囲してなる少なくとも１つの第１センシング部と、長手方向歪測定用光ファイバを硬質材で包囲してなる少なくとも１つの第２センシング部とを、スロットを介して束ねてなることを特徴とする分布型光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記スロット内に、抗張力繊維とともに各センシング部に固定されていない状態で温度補償用光ファイバが収容されたことを特徴とする請求項１に記載の分布型光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記第１センシング部は、前記水圧歪検出用光ファイバを軟質材に埋設してなり、前記第２センシングは、前記長手方向歪測定用光ファイバを硬質材に埋設してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の分布型光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下備蓄貯槽などで水圧分布を計測するための分布型光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水圧測定に用いられている代表的なものは、電気式間隙水圧計であり、これにはダイヤフラムにゲージを貼ったものや圧電素子を使用したものがある。この電気式の場合、センサが多数必要である。一方、光ファイバセンサは、最小１本の光ファイバで水圧による歪を検知できる。光ファイバセンサでは、光ファイバに加わる歪をＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）又はＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）などを用いて計測し、その歪を水圧に換算することで、水圧計測が可能になる。
【０００３】
従来、光ファイバセンサの構造に関して、例えば特許文献１〜６に開示された技術が提案されている。
特許文献１には、パイプ状、棒状、またはひも状の物体の外周またはそれらの有する溝に、光ファイバをスパイラル状に巻きつけ、変形時に生じる光ファイバの形状変化により、その光ファイバ内部を通過する光の、光ファイバの変形前後における光伝送損失の変化を検知する光ファイバのスパイラル状の立体配置の形状を有してなる光ファイバセンサが開示されている。
特許文献２には、光ファイバを圧力の検出に用いる圧力センサに使用する光ファイバケーブルであって、被検出圧力により変形可能な可撓性材の太丸線状支持体と、その支持体上にスパイラル状に巻かれた光ファイバと、を具備して圧力センサ用光ファイバケーブルが開示されている。
特許文献３には、樹脂被覆を有する光ファイバ心線に繊維体が撚り合わせまたは縦添えされたものにプラスチックの外被が施された光ケーブルにおいて、前記樹脂被覆の少なくとも一部は、前記外被の内壁に接触することを特徴とする光ケーブルが開示されている。
特許文献４には、それぞれが光ファイバからなる少なくとも二本の歪計測用光ファイバセンサを、外方に張り出るスペーサを備えたパイプの外面に、パイプ周方向に間隔を置いた配置であって、該歪計測用光ファイバセンサ相互の並設間隔が歪計測用光ファイバセンサの長さ方向に沿って一定になるようにして取り付け、前記パイプを地中に形成したボーリング孔に挿入した後に、パイプ外面とボーリング孔内面との間にグラウトを注入して前記歪計測用光ファイバセンサを地中に埋設することを特徴とする光ファイバセンサの敷設方法が開示されている。
特許文献５には、中心導体に絶縁体を被覆して形成された絶縁電線を撚り合わせてなる対撚線と、光ファイバケーブルと、前記光ファイバケーブルを中心部に有し、該中心部から四方に垂直に隔壁を配置し、各隔壁間に設けられる隔離空間に前記対撚線を収容配置する十字型介在と、前記十字型介在の外周から被覆する外被とからなることを特徴とする光複合ＬＡＮケーブルが開示されている。
特許文献６には、中心にテンションメンバを有し、周囲に複数の光ファイバ心線収納溝を備えた樹脂で構成された光ファイバケーブル用スロットにおいて、前記テンションメンバが金属パイプで構成され、該パイプ内にセンシング用光ファイバ素線が内蔵されている光ファイバケーブル用スロットが開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−２１９５０３号公報
【特許文献２】特開平６−４３０５６号公報
【特許文献３】特開平９−４９７７６号公報
【特許文献４】特開２００２−１５６２１５号公報
【特許文献５】特開２００３−３３８２２６号公報
【特許文献６】特開２００４−９４０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在多く用いられている電気式間隙水圧計は、局所的な測定しかできず、長距離にわたって測定することができない。貯槽周辺の水圧計測を行う場合、電気式であると、多くのボーリング孔を掘り、そこにいくつもの水圧計を配置しなければならない。また、電気式は耐久性の面でも問題がある。
【０００５】
一方、光ファイバセンサは、１本の光ファイバで長距離の測定ができるため、ボーリング孔や水圧計の数も少なくて済み、また耐久性の面でも優れていることから、前述した電気式の問題を解消することができる。
しかしながら、図１に示すように、芯材１の外周面に光ファイバ２を巻き付けただけの構造の光ファイバケーブルであると、光ファイバ２で計測される歪が、ケーブル自重による長手方向の歪なのか、水圧による歪なのか判別できず、水圧による歪を正確に計測することができない。特許文献１〜６に開示された光ファイバセンサについても、長手方向の歪なのか、水圧による歪なのか判別できず、これらの従来技術を組み合わせても正確な水圧測定はできない。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、水圧による歪を正確に計測することが可能な分布型光ファイバセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、水圧歪検出用光ファイバを軟質材で包囲してなる少なくとも１つの第１センシング部と、長手方向歪測定用光ファイバを硬質材で包囲してなる少なくとも１つの第２センシング部とを、スロットを介して束ねてなることを特徴とする分布型光ファイバセンサを提供する。
【０００８】
本発明の分布型光ファイバセンサにおいて、前記スロット内に、抗張力繊維とともに各センシング部に固定されていない状態で温度補償用光ファイバが収容されたことが好ましい。
【０００９】
本発明の分布型光ファイバセンサにおいて、前記第１センシング部は、前記水圧歪検出用光ファイバを軟質材に埋設してなり、前記第２センシングは、前記長手方向歪測定用光ファイバを硬質材に埋設してなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の分布型光ファイバセンサによれば、光ファイバセンサの自重による歪、水圧による歪、温度変化による歪を区別して計測できるので、水圧による歪を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の分布型光ファイバセンサの実施形態を説明する。
図２は、本発明の分布型光ファイバセンサの一実施形態を示す断面図である。図中、符号１０は分布型光ファイバセンサ、１１は第１センシング部、１２は第２センシング部、１３は水圧歪検出用光ファイバ、１４は軟質材、１５は長手方向歪検出用光ファイバ、１６は硬質材、１７はスロット、１８はシース、１９は温度補償用光ファイバ、２０は抗張力繊維である。
【００１２】
本実施形態の分布型光ファイバセンサ１０は、水圧歪検出用光ファイバ１３を軟質材１４に埋設してなる２つの第１センシング部１１と、長手方向歪測定用光ファイバ１５を硬質材１６に埋設してなる２つの第２センシング部１２とを、スロット１７を介して束ね、スロット１７の中心部に、抗張力繊維２０とともに各センシング部１１，１２に固定されていない状態で温度補償用光ファイバ１９が収容され、これらを可撓性のシース１８で一括被覆した構成になっている。
【００１３】
本実施形態の分布型光ファイバセンサ１０は、断面扇状をなす２つの第１センシング部１１と、断面扇状をなす２つの第２センシング部１２とを、十字型をなすスロット１７を介して交互に配置し、シース１８で被覆したケーブル全体として断面円形状に形成されている。
【００１４】
本実施形態において、第１センシング部１１は、水圧歪検出用光ファイバ１３の周囲を、エラストマー（ゴム等）やシリコーンゲルのような可撓性があり耐久性に優れた軟質材１４で囲み、分布型光ファイバセンサ１０が水圧を受けると軟質材１４が変形し、水圧歪検出用光ファイバ１３に歪が加わる構造になっている。
【００１５】
本実施形態において、第２センシング部１２は、長手方向歪測定用光ファイバ１５を、ポリアミド樹脂等の硬質材１６で囲み、分布型光ファイバセンサ１０が水圧を受けても、長手方向歪測定用光ファイバ１５に径方向の歪が加わらない構造になっている。これによって、長手方向歪測定用光ファイバ１５では、径方向の歪の影響を受けず、純粋に自重による歪のみを計測できる。
【００１６】
本実施形態では、十字型のスロット１７を介して、断面扇状をなす２つの第１センシング部１１と、断面扇状をなす２つの第２センシング部１２とを束ねた構造を例示しているが、スロット１７の形状や各センシング部の形状等は、本例に限定されるものではなく、種々変更可能である。例えば、スロット１７の形状は、第１センシング部１１と第２センシング部１２とを分けられれば良く、十字型スロットである必要はない。軟質材１４のみ溝を掘り、それ以外はスロットで構成してもよい。また、光ファイバの本数も４本に限定されるものではない。本構造により、水圧と自重による歪を考慮することで、水圧計測が可能となる。
【００１７】
本実施形態の分布型光ファイバセンサ１０は、地下備蓄貯槽などで水圧分布を計測するために敷設され、水圧が加わると、第１センシング部１１の軟質材１４が変形し、水圧歪検出用光ファイバ１３に歪が加わる。水圧歪検出用光ファイバ１３に加わる歪は、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）又はＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）などを用いて計測する。
【００１８】
この水圧歪検出用光ファイバ１３によって計測される歪は、水圧による歪＋センサの自重による歪＋温度変化による歪が計測されるので、この水圧歪検出用光ファイバ１３によって計測される歪から、センサの自重による歪と温度変化による歪とを差し引くことで、水圧による歪を正確に計測することができる。
【００１９】
第２センシング部１２において、硬質材１６に埋設された長手方向歪測定用光ファイバ１５は、水圧による径方向の歪が加わらないが、センサの自重による長手方向の歪は加わる。したがって、この長手方向歪測定用光ファイバ１５の歪をＯＴＤＲやＢＯＴＤＲを用いて計測することによって、センサの自重による歪を検出できる。
【００２０】
十字型のスロット１７の中心部には、抗張力繊維２０とともに温度補償用光ファイバ１９をルースに収容した構造になっている。温度補償用光ファイバ１９は、ラマン散乱光によって温度の変化を測定する。この温度補償用光ファイバ１９に歪が加わると、正確に温度を計測できなくなるので、温度補償用光ファイバ１９には歪が加わらないように、ケブラー等の抗張力繊維で周りを覆い、各センシング部１１，１２に固定されない状態としてある。この温度補償用光ファイバ１９の歪を計測することで、温度変化による歪を検出できる。
【００２１】
このように、本実施形態の分布型光ファイバセンサ１０によれば、水圧による歪、センサの自重による歪、温度変化による歪を区別して計測できるので、水圧歪検出用光ファイバ１３によって計測される歪から、センサの自重による歪と温度変化による歪とを差し引くことで、水圧による歪を正確に計測することができる。
【００２２】
なお、本発明の分布型光ファイバセンサ１０は、水圧計測のみならず、油圧などその他の流体の圧力変化の計測にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】光ファイバセンサの従来技術の一例を説明する側面図である。
【図２】本発明に係る分布型光ファイバセンサの一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０…分布型光ファイバセンサ、１１…第１センシング部、１２…第２センシング部、１３…水圧歪検出用光ファイバ、１４…軟質材、１５…長手方向歪検出用光ファイバ、１６…硬質材、１７…スロット、１８…シース、１９…温度補償用光ファイバ、２０…抗張力繊維。
【図１】
2008203131.tif 000003
【図２】
2008203131.tif 000004