(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状に巻回した光ファイバ巻回部が被測定物の変位に応じて変形するセンサ部を備えた光ファイバセンサにおいて、
前記センサ部は、光ファイバが被測定物の変位に応じて相対位置が変化する複数のマンドレルを取り囲むように複数回巻回され、
前記複数のマンドレルが、下端部にフロートが設置され、上下可動に設けられたシャフトに固定された上マンドレルと、非可動の下マンドレルと、から構成され、
さらに、該光ファイバの少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は、前記変形時に巻回位置がずれないように連結されて形成されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記センサ部が、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に巻回されて形成
されていることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記光ファイバ群が、少なくとも２つの光ファイバが端部で短絡していることを特徴と
する、請求項２に記載の光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記光ファイバ群が、テープファイバ心線であることを特徴とする請求項２又は３に記
載の光ファイバセンサ。
【請求項５】
前記センサ部は、光ファイバの片端から導入した光の進行方向が、センサ部を形成する
円の中心軸上の一点から見て、時計周りと反時計周りの両方を有することを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバが変形した時に生じる伝送特性の変化を利用したセンサに関する。詳しくは、光ファイバに変形を加えるセンサ部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを曲げた際に生じる光ロス増をＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）で検出する技術を用いたセンサには下記例がある。例えば、図１９には、センサの断面斜視図を示した。なお、ここで言う光ロスとは伝送損失であり、光ロス増は光ファイバを曲げた際に生じる曲げ損失である。曲げ損失とは、曲率半径が小さく曲げられた光ファイバ内において、コアとクラッドの境界面に入射する光の角度が、臨界補角より大きくなり、光がクラッド内へ漏れることにより生じる伝送損失である。
【０００３】
センサ３０１は、光ケーブル３０９が挿通する孔を設けた円形状の上板３２３と、中空円筒状のカバー３２１と円形状の底板３２７で構成される容器に設けられている。光ケーブル３０９と上板３２３間にはケーブルシール３３９が設けられ、シャフト３３５と中板３２５の間にはシャフトシール部３２９が設けられて、内部は気密が保たれる。カバー３２１の底部には取水口３３１があり、それよりも上部には空気扱き穴３３７が設けられている。底板３２７には水抜きのための開口部が設けられる。
【０００４】
上板３２３、カバー３２１、および中板３２５で囲まれた空間に、単心ファイバ心線３０３を先端に出したケーブル３０９が挿通されている。単心ファイバ心線３０３はリンク機構３１１に巻回されたセンサ部の単心ファイバ心線（以後センサ部単心線と記載する）３０４と、融着部３０５で融着され、余長部３０７はクランプ３１３で固定されている。
【０００５】
リンク機構３１１の上端と上板３２３との間はロッドで固定されている。リンク機構３１１の下端は、上下可動に設けられたシャフト３３５に固定されている。シャフト３３５は中板３２５を貫通し、下端部にはポリエチレン製フロー卜３３３が設けられている。シャフトは直動機構により鉛直方向に運動するようになっている。
【０００６】
このようなセンサを用いた場合、以下のようにセンサが作動する。例えば、水が取水口３３１と通して浸入すると、フロート３３３が浮き上がる。すると、シャフトが上方に移動して、リンク機構を駆動させる。リンク機構の駆動により、センサ部単心線３０４の巻回部が変形する。
【０００７】
上記では、図２０（ａ）に示したように、リンク機構３１１の4つの節点にマンドレルを配置し、図２０（ｂ）に示したように、例えば下方向に力を加えて、リンク機構３１１を変形させて、センサ部単心線３０４に光ロス増を発生させる。
【０００８】
図２１には、特開平９−３０４１７３号公報に記載の方法を示した。この方法では、図２１（ａ）に示したように、センサ部単心線３０４が複数回ファイバドラム３４１に巻回されている。図２１（ｂ）に示したように、ファイバドラム３４１を変形させることにより、センサ部単心線３０４に光ロス増を発生させている。
【０００９】
図２２には、センサ部単心線３０４をファイバドラム３４１に複数回巻回して形成したセンサ部３５５を、筐体３５７内に設けた例を示した。センサ部単心線３０４は、単心ファイバ心線３０３と融着部３０５で融着され、ケーブル３０９を通じてＯＴＤＲに接続される。
【００１０】
図２４には、図２２と同様なセンサ部単心線３０４をファイバドラム３４１に複数回巻回して形成したセンサ部３５５を、筐体３５７内に設けた例を示した。ケーブル３０９は筐体３５７の左右に設けられている。センサ部単心線３０４は、余長部３０７を介して単心ファイバ心線３０３と融着部３０５で融着され、ケーブル３０９を通じてＯＴＤＲに接続される。
【特許文献１】特開平９−３０４１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上記従来技術では、以下のような問題点があった。すなわち、センサ部単心線は、変形に対する感度を上げるためにリンク機構やドラムなどに複数回巻回するが、単心ファイバ心線の剛性が低いため、シャフトが上下運動する際のガタつきや振動により、光ファイバに捩れが発生しやすい。そのため、変形を繰返すうちに、センサ部変形前の心線の整列状態が乱れることがある。なお、例えば図１９において、センサ部単心線３０４はリンク機構３１１に押さえつけて固定されるが、捩れが生じない様に強く固定するとファイバ部に大きな側圧がかかり初期光ロスが大きくなるので、弱く押さえることが必要である。初期光ロスとは、挿入損失であり、センサ全体で持っている光損失のことである。初期光ロスは主に余長収納部、融着部で発生する。
【００１２】
例えば、図２０（ｃ）には、変形前の最初の段階で横一列に巻かれていたセンサ部単心線３０４の配列が乱れた状態の例を模式的に示した。図２０（ｃ）のセンサ部単心線３０４は、上下にずれるばかりでなく、隣り合った心線を飛び越えることもある。この場合、ファイバ同士が交差することがあり、交差部で局所的な曲げや張力増加を引き起こす。ここで生じた交差は元に戻らない場合がある。
【００１３】
センサ部単心線３０４の整列状態が乱れると、センサ部変形前の初期光ロスが増加する。初期光ロスの増加現象は、センサ部単心線３０４に局所的な曲げ部や張力増加部が生じることによって発生する。すると、ＯＴＤＲのダイナミックレンジは変わらないが、測定システム全体の光損失量が大きくなるため、ＯＴＤＲから遠方にあるセンサが検知不能となる可能性がある。センサ部変形前の初期光ロスはできるだけ小さい方が好ましいが、１ｄＢ以上の光ロスが発生する場合もある。
【００１４】
センサ部単心線３０４の整列状態の乱れを無くすため、例えば、図２１（ｃ）に示したように、ファイバドラムの外周にファイバガイド３４３を設け、ファイバガイド３４３にセンサ部単心線３０４を嵌め合わせて捩れ等を防ぐ方法がある。ところが、例えばファイバガイド３４３を溝状に加工する場合、溝を精密に設ける必要があるため、センサの製造コストが上昇する。
【００１５】
図２２に示した従来技術では、センサ部３５５と、光ケーブル導入口との間に、単心ファイバ心線を融着する場合、融着器まで単心ファイバ心線を引き伸ばすための余長部が必要となる等の理由から、余長部３０７が発生する場合が多々ある。余長部３０７があると、センサ３５１の製作時に収納作業に障害となり、センサ部変形前の初期光ロスが大きくなる場合がある。
【００１６】
さらに、単心ファイバ心線を融着する場合、融着に用いる機器にまで単心ファイバ心線を延伸させるので、余長が必要となる。また、融着機による差異はあるが、融着時には片端２０ｃｍの光ファイバが必要なので、融着１箇所にあたり少なくとも４０ｃｍの余長が発生する。
【００１７】
図２３で示したように、ケーブル３０９から単心ファイバ心線３０３を引き出して直接マンドレルに巻回し、融着部３０５で融着する場合には、例えば図２２に示したセンサ部３５５の右側の余長部は不要となる。ところが、単心ファイバ心線３０３は細く強度も低いので断線し易い。そのため、巻回する作業が困難となる。
【００１８】
図２４に示した従来技術では、余長部３０７の配置の都合から、一方を入りとし、他方を出というように、センサ３５１の筐体３５７の側面２箇所から単心ファイバ心線３０３を挿通させる場合がある。単心ファイバ心線３０３を曲げて筐体３５７に挿通する際、単心ファイバ心線３０３の曲げ角度が鋭角になると特性が変化するため、ケーブル３０９の屈曲部３５３には、特定数値以上の曲率半径を保った上で曲げる必要がある。そのため、図２４の例で説明すると、センサ３５１の左右周囲に大きな空間が必要になり、センサ設置スペースが広くなる。屈曲部の曲げ半径は３０ｍｍ以上とするのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、円形状に巻回した光ファイバ巻回部が被測定物の変位に応じて変形するセンサ部を備えた光ファイバセンサにおいて、前記センサ部は光ファイバが複数回巻回され、さらに、該光ファイバの少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は、前記変形時に巻回位置がずれないように連結されて形成されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２０】
本発明の第２の態様は、前記センサ部は、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に巻回されて形成されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２１】
本発明の第３の態様は、前記センサ部は、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に複数回巻回された後に、さらに、少なくとも１つの光ファイバ群巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ群巻回部は連結されて形成されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２２】
本発明の第４の態様は、前記センサ部は、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に複数回巻回された後に、樹脂中に埋め込まれ、少なくとも１つの光ファイバ群巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ群巻回部は連結されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２３】
本発明の第５の態様は、前記センサ部は、粘着性のテープで形成した円筒状の芯の外側に予め互いに固定された光ファイバ群を複数回巻回した後に、さらに外側を粘着性のテープで覆って、少なくとも１つの光ファイバ群と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は連結されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２４】
本発明の第６の態様は、前記光ファイバ群は少なくとも２つの光ファイバが端部で短絡していることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２５】
本発明の第７の態様は、前記光ファイバ群は少なくとも２つの光ファイバが端部で融着により短絡していることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２６】
本発明の第８の態様は、前記センサ部は、光ファイバが円形状に複数回巻回された後に、少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は連結されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２７】
本発明の第９の態様は、前記センサ部は、光ファイバが円形状に複数回巻回された後に、樹脂中に埋め込まれ、少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は連結されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００２８】
本発明の第１０の発明は、前記センサ部は、粘着性のテープで形成した円筒状の芯の外側に光ファイバを複数回巻回した後に、さらに外側を粘着性のテープで覆って、少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は連結されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
【００２９】
本発明の第１１の発明は、前記センサ部は、光ファイバの片端から導入した光の進行方向が、センサ部を形成する円の中心軸上の一点から見て、時計周りと反時計周りの両方を有することを特徴とする光ファイバセンサ。
【００３０】
本発明の第１２の発明は、前記光ファイバが、テープファイバ心線であることを特徴とする光ファイバセンサである。
【００３１】
本発明の第１３の発明は、前記光ファイバが、単心ファイバ心線であることを特徴とする光ファイバセンサである。
本発明の第１４の発明は、円形状に巻回した光ファイバ巻回部が被測定物の変位に応じて変形するセンサ部を備えた光ファイバセンサにおいて、前記センサ部は、光ファイバが被測定物の変位に応じて相対位置が変化する複数のマンドレルを取り囲むように複数回巻回され、前記複数のマンドレルが、下端部にフロートが設置され、上下可動に設けられたシャフトに固定された上マンドレルと、非可動の下マンドレルと、から構成され、さらに、該光ファイバの少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は、前記変形時に巻回位置がずれないように連結されて形成されていることを特徴とする光ファイバセンサである。
本発明の第１５の発明は、前記センサ部が、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に巻回されて形成されていることを特徴とする、第１４の発明に係る光ファイバセンサである。
本発明の第１６の発明は、前記光ファイバ群が、少なくとも２つの光ファイバが端部で短絡していることを特徴とする、第１５の発明に係る光ファイバセンサである。
本発明の第１７の発明は、前記光ファイバ群が、テープファイバ心線であることを特徴とする第１５又は１６の発明に係る光ファイバセンサ。
本発明の第１８の発明は、前記センサ部は、光ファイバの片端から導入した光の進行方向が、センサ部を形成する円の中心軸上の一点から見て、時計周りと反時計周りの両方を有することを特徴とする、第１４〜第１７のいずれかの発明に係る光ファイバセンサである。
【発明の効果】
【００３２】
センサ部について、ファイバ心線巻回部を連結することで互いの巻回部の相対的な位置関係が固定され、巻き乱れが生じなくなる。その結果、ファイバガイドが不要になり、センサ部の製造コスト減が図れる。センサ部に、例えばテープファイバ心線を用い、ケーブルからテープ光ファイバ心線を引き出して、直接マンドレルなどに巻回する場合も、テープファイバ心線は単心ファイバ心線よりも強度が高いので断線しにくく、巻回する作業が容易となる。そしてこの場合には、余長部の一方を省略することができる。即ち、筐体内での余長処理が容易になって、センサ部変形前の初期光ロスが小さくなる。
【００３３】
また、テープファイバ心線の端部を短絡する構造とする事で、単心ファイバで複数巻回させる事と同様の感度が得られ、また、夫々の短絡部を切離し、測定器を接続することで、各巻回部ごとの感度を検査することができるという効果もある。さらに、本発明によればファイバ導入箇所を一箇所にし易いので、設置時に必要な空間容積が低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明では、センサ部は、光ファイバが複数回巻回され、さらに、該光ファイバの少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は、前記変形時に巻回位置がずれないように連結されて形成されていることを特徴とする。すなわち、光ファイバを複数回巻回して形成したセンサ部は、光ファイバを１回巻回したものを１つの巻回部とした場合に、少なくとも１つの巻回部と連結された隣り合う少なくとも１つの巻回部は、相対的な位置関係がずれることはなく、整列状態が維持され捩れるということがない。
【００３５】
本発明では、センサ部は、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に巻回されて形成されていることを特徴とする。図１に示したように、センサ部１は、予め連結させた複数の光ファイバ群、例えば、テープファイバ心線３を用いて、センサ部単心線に捩れが生じない構造とする。テープファイバ心線をリンク機構７のマンドレル５に巻回してセンサ部心線４を設けたものである。
【００３６】
なお、予め互いに連結された複数の光ファイバ群とは、テープファイバ心線が４心ファイバ心線の場合には４個の単心ファイバ心線が組み合わされたものとして群と呼ぶ。すなわち、２個以上、複数の単心ファイバ心線を集合させたテープ心線等を予め互いに固定された複数の光ファイバ群と呼称する。
【００３７】
本発明では、センサ部は、予め互いに連結された複数の光ファイバ群が円形状に複数回巻回された後に、さらに、少なくとも一つの光ファイバ群巻回部と隣合う少なくとも１つの光ファイバ群巻回部と固定されて形成されていることを特徴とする。すなわち、光ファイバ群を１回巻回したものを１つの光ファイバ群巻回部とした場合に、図１の例で説明したように、光ファイバ群を１回巻回したものを１つの光ファイバ群巻回部とした場合に、テープファイバ心線を用いて複数回巻回した後、更にテープファイバ心線を固定させてセンサ部単心線に捩れ等が生じない構造としたものである。
【００３８】
図２（ａ）には、本発明のセンサ部１について、予め互いに連結された複数の光ファイバ群をリンク機構７に巻回した例を示した。図２（ｂ）には、図２（ａ）のセンサ部心線４の断面図を示した。予め互いに連結された複数の光ファイバ群、例えばテープファイバ心線３を４回巻回し、例えば、粘着テープ９を用いてテープファイバ心線３を包み込んで連結して、リンク機構に設ける。なお、粘着テープを用いた例を示したが、テープファイバ心線３を包み込むことができれば、紙、樹脂を問わず種々のものを用い得る。要は、ファイバ心線を連結できれば良い。
【００３９】
本発明では、センサ部は、光ファイバが円形状に複数回巻回された後に、少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は連結されていることを特徴とする。すなわち、単心ファイバ心線を巻回した後、単心ファイバ心線を連結させる手段を用いて連結させ、センサ部心線に捩れが生じない構造とする。
【００４０】
本発明では、前記センサ部は、光ファイバが円形状に複数回巻回された後に、樹脂中に埋め込まれ、少なくとも１つの光ファイバ巻回部と隣り合う少なくとも１つの光ファイバ巻回部は連結されていることを特徴とする。図３（ａ）には、センサ部心線４をリンク機構７に巻回した例を示した。図３（ｂ）には、巻回した単心ファイバ心線１１を樹脂１３中に埋め込んで形成したセンサ部心線４を示した。
【００４１】
図４には樹脂に埋め込む方法の概略を示した。すなわち、図４（ｃ）に示した円筒型１２および図４（ｄ）に示した型１５を組み合わせたボビン状の型の表面に紫外線硬化樹脂１６を塗布・硬化させ、ついで単心光ファイバ１１を巻きつけ、紫外線硬化樹脂１６で仮固定する。次に、光ファイバ１１を仮固定したボビン状の型を紫外線透過性容器の円筒型１４に入れる。そして、ボビン状型と円筒型１４の間に樹脂１３、例えば紫外線硬化樹脂を流し込み、紫外線を照射して硬化させる。硬化後、ボビン状の型一体を抜き出し、ついで、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）のように分解して、センサ部心線４を抜取る。
【００４２】
ところで、樹脂は、上下等から変形力を与えることによって変形する材質のものを選定すれば良い。樹脂は、例えば、紫外線硬化樹脂を用いることが望ましい。なお、樹脂以外の材質には、ゴムなどの弾性体を用いて良い。
【００４３】
本発明では、前記光ファイバ群は少なくとも２つの光ファイバが端部で短絡していることを特徴とする。また、本発明では、前記光ファイバ群は少なくとも２つの光ファイバが端部で融着により短絡していることを特徴とする。
【００４４】
図５には、本発明のテープファイバ心線２３を直接マンドレルに巻きつけた例を示した。図２３を用いて説明した従来技術では、単心ファイバ心線を直接マンドレルに巻きつけることが光ファイバ単心線の強度上困難なため、図２１に示すように融着器まで単心ファイバ心線を引き伸ばすための余長が必要となる。ところが本例では、ケーブル３５から引き出したテープファイバ心線２３を直接マンドレルに巻きつけているため、センサ部２９の手前側に余長部２５を設ける必要がない。
【００４５】
この結果、センサ部２９と光ケーブル導入口との間のテープファイバ心線部に余長部が生じない。また、テープファイバ心線２３の終端で心線間短絡のため余長部２５の融着処理を行うので、筐体３７内での余長部２５の処理作業が容易になり、作業ミス等による初期光ロスが小さくなる。また、１個の巻回部で、単心ファイバの巻回が２回分の感度と同等の感度が得られる。
【００４６】
本発明によれば、図２４を用いて説明した従来技術に比べ、ケーブルの挿通箇所は一箇所ですむので、設置時に必要な空間もセンサ２１の右側にのみ必要となる。従って、センサ設置スペースが小さくて済む。
【００４７】
図６には、本発明のテープファイバ心線を両端で短絡した例を示した。テープファイバ心線の一方端では、例えば４心テープファイバ心線のファイバ心線５３の４本の内、２本は融着部５５、５７で短絡、すなわち融着処理されてケーブル３５のファイバ心線と締結される。残りの２本は、融着部５９で短絡、すなわち融着処理されて余長部７１を形成する。
【００４８】
テープファイバ心線の他方端では、例えば４心テープファイバ心線のファイバ心線５３の４本の内、２本は融着部６３で短絡、すなわち融着処理されて余長部７５を形成し、残りの２本は、融着部６５で短絡、すなわち融着処理されて余長部７３を形成する。
【００４９】
このようにして、センサ５１内にテープファイバ心線６９を導入し、両端部でファイバ心線同士を短絡させて全体を一光路にすることができ、かつ、センサ部心線の捩れ発生も防ぐことができる。
【００５０】
ここで、余長部７５に形成される融着部６３を折返し点１とし、余長部７１に形成される融着部５９を折返し点２とし、余長部７３に形成される融着部６５を折返し点３とする。すると、融着により形成される折返し点に比例して、センサ部のロス発生点を増やす事ができる。すなわち、感度を上げることが可能になる。
【００５１】
また、感度の検査では、折り返し点を切離すことで、各巻回部ごとに検査できる。巻回時にマンドレルと光ファイバ間に異物が挟まれていたり、ファイバ固定時に各ファイバに加わる押さえつけ力に差があると、図７に示したように感度曲線が変わることがあるが、この検査で確認することができ、問題がある場合は改善することができる。
【００５２】
本発明では、センサ部のファイバ心線の片端から導入した光の進行方向が、センサ部を形成する円の中心軸上の一点から見て、時計周りと反時計周りの両方を有することを特徴とする。例えば、図６で示したように、折返し点が複数ある場合には、光の方向は４心テープ心線の各単心ファイバ心線ごとに異なる。
【００５３】
このような場合であっても互いのファイバ心線の光の方向は、同一方向でも反対方向でもよく、ランダムで良い。すなわち、光ファイバの屈曲等により特性が発揮される、何故なら光ロス増が発生されるが、光の方向如何には影響されないからである。
【００５４】
図８には、例えば、単心ファイバ心線を２回巻回させる場合を示した。図８（ａ）に示すように、単心ファイバ心線には屈曲部Ａ２２５で３回、屈曲部Ｂ２２７で２回の曲げが加えられている。図８（ｂ）には、図８（ａ）で示した単心ファイバ心線について、縦軸を光パワーとし、横軸をファイバ長さとして光損失変化を示した。図８（ｂ）に示すように夫々の曲げ部では同等の光損失が生じている。
【００５５】
また、図９には４心テープファイバ心線２３５を１回巻回させ、端部１箇所を融着部２３９で短絡させる場合を示した。図９（ａ）に示すように、４心テープファイバ心線２３５には屈曲部Ａ２３１で４回、屈曲部Ｂ２３３で２回の曲げが加えられている。なお、図９（ｂ）には、４心テープファイバ心線２３５の短絡状態を模式的に示した。
【００５６】
図９（ｃ）には、図９（ａ）で示した４心ファイバ心線について、縦軸を光パワーとし、横軸をファイバ長さとして光損失変化を示した。図９（ｃ）に示すように、夫々の曲げ部では同等の光損失が生じている。これは、互いのファイバ心線の光の方向は、同一方向でも反対方向でもよく、ランダムで良いためである。なお、図９（ｄ）には、４心テープファイバ心線２３５の短絡状態を模式的に示した。
【００５７】
このように、単心ファイバ心線ではｎ回の巻回に対して曲げ部は（２ｎ＋１）個であるが、４心テープファイバ心線ではｎ回巻回で短絡部１箇所の場合で｛（２ｎ＋１）×２｝個、ｎ回巻回で短絡部３箇所の場合で｛（２ｎ＋１）×４｝個の曲げ部を生じさせることができる。なお、図４（ｄ）には短絡部を３箇所設けた場合の模式図を示した。その結果、４心テープファイバ心線の方が曲げ部の数を容易に増やすことができ、光損失増を大きくすることができるため、容易に感度を上げることができる。また、ｍ心テープファイバ心線でｎ回巻回し、ｔ箇所で短絡する場合、（２ｎ＋1）×（ｔ＋１）個の曲げ部とすることができ、さらに感度を上げられる。ここで、ｍ、ｎ、ｔは自然数で、ｔ≦ｍ−１である。
【実施例１】
【００５８】
図１０のセンサの断面斜視図を用いて説明する。図１０には、センサ部として、４心テープファイバ心線を用いた例を示した。センサ１０１は、光ケーブルが挿通する孔を設けた円形状の上板３２３と、中空円筒状の外カバー１２１と円形状の底板３２７で構成される容器に設けられている。光ケーブル３０９と上板３２３間、および内カバー１２３と上板３２３間にはそれぞれＯリングが設置され、シャフト３３５と内カバー１２３の間（シャフトシール部３２９）にはゴム製カバーが設置されて、内カバー１２３内部は気密が保たれている。外カバー１２１の底部には取水口３３１があり、それよりも上部には空気扱き穴３３７が設けられている。底板３２７には水抜きのための開口部が設けられている。
【００５９】
内カバー１２３と上板３２３で囲まれた空間に、４心テープファイバ心線１０３を先端に出した光ケーブル３０９が挿通されている。光ケーブルの長さは１５ｍとした。４心テープファイバ心線１０３は、直径６０ｍｍで１回巻回し、固定板１１３により、上マンドレル１１７および下マンドレル１１９に固定されている。固定板及びマンドレルと４心テープファイバ心線との間には厚さ０．７５ｍｍのゴムを挟んでおり、ファイバに無理な力がかからないようにした。下マンドレル１１９は、マンドレル固定ブラケット１１５により中板１２５に固定されている。中板１２５は、ロッド１２７により上板３２３に固定されている。
【００６０】
上マンドレル１１７は、上下可動に設けられたシャフト３３５に固定されている。シャフト３３５はスライド機構（図示せず）を介して中板１２５を貫通している。シャフト３３５は、ストッパによりストロークが規制されでおり、０〜２０ｍｍの範囲で摺動可能である。シャフト３３５の下端部にはポリエチレン製フロー卜３３３が設置されている。
【００６１】
４心テープファイバ心線１０３の終端部の心線は分離して４本のファイバ心線１０７とし、このうち２本が融着により短絡され、保護スリーブで補強されている。融着したファイバ心線部分（余長部１０９）は、内カバー１２３の底部にクランプ１１１により固定されている。
【００６２】
本実施例では、４心テープファイバ心線１０３のうち２本を融着により短絡する前にファイバ巻回部の感度を検査したところ、フロートを下げた状態から上げた状態とした場合に生じる光ロス増は夫々０．５０ｄＢ、０．５１ｄＢであった。
【００６３】
検査は図１１に示すように１．５５μｍ光源４０３と光パワーメータ４０９を使い、ケーブル端部側から出射した光を巻回部側で受光した。さらに４心テープファイバ心線１０３のうち２本を融着により短絡した後、フロートを下げた状態、すなわちセンサ部変形前の初期光ロスは、０．２ｄＢであった。測定は１．５５μｍ光源４０３と光パワーメータ４０９を使い、カットバック法で行なった。また、余長部は１箇所で４０ｃｍであった。
【００６４】
ここで、図２５に、カットバック法による光損失の測定の概略を示す。図２５（ａ）に示すように、まず、光源４０３からの光を被測定光ファイバ４０１に入射し、光ファイバ出力端４０５での光出力Ｐｏを光パワーメータ４０９で測定する。次に、図２５（ｂ）に示すように、光源４０３から１〜２ｍの位置４０７で被測定光ファイバを切断し、その位置における光強度Ｐｉｎを測定する。このＰｉｎとＰｏを使い、次式から光ファイバ４０１の光損失αｓが表される。上記の測定では、この光ファイバ４０１をセンサ１０１に置き換えている。
αｓ＝−１０ｌｏｇ１０（Ｐｏ／Ｐｉｎ）（ｄＢ）
【実施例２】
【００６５】
図１２のセンサの断面斜視図を用いて説明する。図１２には、センサとして、４心テープファイバ心線を用いた例を示した。センサ１０１は、光ケーブルが挿通する孔を設けた円形状の上板３２３と、中空円筒状のカバー３２１と円形状の底板３２７で構成される容器に設けられている。光ケーブル３０９と上板３２３間、カバー３２１と上板３２３間、中板３２５とカバー３２１間には、それぞれＯリングが設置され、シャフト３３５と中板３２５との間（シャフトシール部３２９）にはゴム製カバーが設置されて、カバー３２１内部は気密が保たれている。カバー３２１の底部には取水口３３１があり、それよりも上部には空気扱き穴３３７が設けられている。底板３２７には水抜きのための開口部が設けられている。
【００６６】
カバー３２１と上板３２３、中板３２５で囲まれた空間に、単心ファイバ心線１０２を先端に出した光ケーブル３０９が挿通されている。４心テープファイバ心線１０３は、直径６０ｍｍで１回巻回し、固定板１１３により、上マンドレル１１７および下マンドレル１１９に固定されている。固定板及びマンドレルと４心テープファイバ心線との間には厚さ０．７５ｍｍのゴムを挟んでおり、ファイバに無理な力がかからないようにした。下マンドレル１１９は、マンドレル固定ブラケット１１５により、ファイバ収納箱上板１４１に固定されている。ファイバ収納箱上板１４１は、ロッド１４５で中板３２５に固定されている。ファイバ収納箱上板１４１の下には、ファイバ心線を収納するためのファイバ収納箱１４７が設けられている。
【００６７】
上マンドレル１１７は、上下可動に設けられたシャフト３３５に固定されている。シャフト３３５はスライド機構（図示せず）を介して中板１２５を貫通している。シャフト３３５は、ストッパによりストロークが規制されでおり、０〜２０ｍｍの範囲で摺動可能である。シャフト３３５の下端部にはポリエチレン製フロー卜３３３が設置されている。
【００６８】
４心テープファイバ心線１０３の一方端の心線は、２０ｃｍだけ分離して４本のファイバ心線１０７とし、このうち１番、４番ファイバ心線の２本が光ケーブル３０９から出ている単心ファイバ心線１０２の２本に融着部１３１で融着され、保護スリーブで補強されている。分離した４本のファイバ心線の内残り２本の２番ファイバ心線と３番ファイバ心線は融着部１３５で融着により短絡され、保護スリーブで補強され、ファイバ心線収納箱上板１４１を貫通する孔１４３を通して、その下側の設けられたファイバ収納箱内に余長部が固定されている。図１３には、４心テープファイバ心線について、被覆１７９中の１番ファイバ心線１７１、２番ファイバ心線１７３、３番ファイバ心線１７５、４番心線１７７の順に断面略図を示した。
【００６９】
４心テープファイバ心線１０３の他方端の心線は、２０ｃｍだけ分離して４本のファイバ心線とし、このうち１番、２番ファイバ心線は融着部１３３で融着により短絡され、保護スリーブで補強され、ファイバ収納箱上板１４１を貫通する孔１４３を通して、その下側に設けられたファイバ収納箱１４７内で余長部がクランプで固定されている。
【００７０】
同様に、３番、４番ファイバ心線は融着部１３７で融着により短絡され、保護スリーブで補強され、ファイバ収納箱上板１４１を貫通する孔１４３を通して、その下側に設けられたファイバ収納箱１４７内で余長部がクランプで固定されている。
【００７１】
本実施例では、４心テープファイバ心線１０３の１〜４番のファイバ心線を融着する前にファイバ巻回部の感度を検査したところ、フロートを下げた状態から上げた状態で生じる光ロス増は夫々０．５０ｄＢ、０．５０ｄＢ、０．５２ｄＢ、０．５２ｄＢであった。
【００７２】
検査は図１４に示すように１．５５μｍ光源４０３と光パワーメータ４０９を使い、巻回部片端から出射した光をもう一方の端部で受光した。さらに４心テープファイバ心線１０３を夫々融着した後、ブロートを下げた状態、すなわちセンサ部変形前のロスが０．６ｄＢであった。測定は１．５５μｍ光源と光パワーメータを使い、カットバック法で行なった。また、余長部は３箇所生じ、それぞれ４０ｃｍであった。
【実施例３】
【００７３】
図１５を用いて、センサとして４心テープファイバ心線を用いた例を説明する。センサ１５１は、光ケーブルが挿通する孔を設けた筐体１６９に設けられている。筐体１６９に光ケーブル３０９が挿通されている。４心テープファイバ心線１０３は、直径６０ｍｍで１回巻回し、固定板１５９により、上圧縮ベース１６１及び下圧縮ベース１６３に固定されている。固定板及び圧縮ベースと４心テープファイバ心線との間には厚さ０．７５ｍｍのゴムを挟んでおり、ファイバに無理な力がかからないようにした。
【００７４】
上圧縮ベース１６１は、上下可動なシリンダ１６７に固定されている。下圧縮ベース１６３は筐体１６９に固定されている。上部圧縮ベース１６１と筐体１６９上板との間にばね１６５が設置されており、シリンダ１６７が下方向に動くとばねの復元力でシリンダは元の位置に戻る。シリンダ１６７は、ストッパによりストロークが規制されでおり、０〜２０ｍｍの範囲で摺動可能である。
【００７５】
４心テープファイバ心線１０３の終端部の心線は２０ｃｍだけ分離して４本のファイバ心線とし、このうち２本が融着部１５３で融着により短絡され、保護スリーブで補強されている。融着したファイバ心線部分（余長部１５５）は、筐体１６９の底部および側面にクランプ１５７により固定されている。
【００７６】
本実施例では、４心テープファイバ心線１０３のうち２本を融着により短絡する前にファイバ巻回部の感度を検査したところ、フロートを下げた状態から上げた際に生じる光ロス増は夫々０．４９ｄＢ、０．５０ｄＢであった。検査は図１１に示すように１．５５μｍ光源と光パワーメータを使い、ケーブル端部側から出射した光を巻回部側で受光した。さらに４心テープファイバ心線１０３を夫々融着した後、フロートを下げた状態、すなわちセンサ部変形前の初期光ロスが０．２ｄＢであった。測定は１．５５μｍ光源と光パワーメータを使い、カットバック法で行なった。また、余長部は１箇所で４０ｃｍであった。
【実施例４】
【００７７】
図１６を用いて説明する。図１６には、センサとして、単心ファイバ心線を用いた例を示した。単心ファイバ心線１８３は、直径６０ｍｍで４回巻回し、単心ファイバ心線同士の間隔を１ｍｍとし、巻回した部分を樹脂で被覆した。被覆方法は、図４で示した方法に準じて行った。なお、ボビン状筒の表面に塗布・硬化させておく樹脂の厚さは０．０５ｍｍであり、光ファイバを埋め込み後の寸法は、幅４ｍｍ、内径６０ｍｍであった。紫外線硬化樹脂には、ヤング率が７３０ＭＰａ、２５℃での粘度が３．８Ｐａ・ｓの光ファイバコーティング材を使用した。ついで、実施例２で示したセンサ部の４心テープファイバ心線に換えて同様な試験を行った。
【００７８】
本実施例では、フロートを下げた状態、すなわちセンサ部変形前の初期光ロスが０．６ｄＢであった。測定は１．５５μｍ光源と光パワーメータを使い、カットバック法で行なった。また、余長部は１箇所で４０ｃｍであった。
【実施例５】
【００７９】
図１７を用いて説明する。図１７には、センサ部として、４心テープファイバ心線を用いた例を示した。まず、粘着テープ２０５の粘着面２０７を外周面として、外径６０ｍｍの円筒を形成する。粘着テープは、厚さ０．１ｍｍの、テフロン（登録商標）樹脂基材で、シリコーン系粘着剤が塗布されたテープである。次に、粘着テープ２０５の外周面上に、４心テープファイバ心線２０３同士の間隔を１ｍｍに保って４回巻回した。巻回した４心テープファイバ心線２０３の外周を、さらに粘着テープ２０９で覆い、内側の粘着テープ２０５と接着させた。仕上がり寸法は幅１０ｍｍ、内径６０ｍｍであった。ついで、実施例２で示したセンサ部の４心テープファイバ心線に換えて同様な試験を行った。
【００８０】
本実施例では、フロートを下げた状態、すなわちセンサ部変形前の初期ロスが０．６ｄＢであった。測定は１．５５μｍ光源と光パワーメータを使い、カットバック法で行なった。また、余長部は２箇所生じ、それぞれ４０ｃｍであった。
【００８１】
図１８には、４心テープファイバ心線を実施例１のように１回巻回したものと４回巻回したものについて、フロートの上昇距離と光ロスの関係を示した。実践は、１回巻回したものの結果であり、破線は４回巻回したものの結果である。４回巻回した方は１回巻回したものに比べて４倍の感度を示した。これは、巻回部の周長を１８９ｍｍとし、２個のマンドレル間距離の最大値を６０ｍｍから８０ｍｍとした場合の結果である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
水、油、有機溶剤などの液体のレベル検知やハンドホール、扉、蓋、水門といった構造物の開閉検知。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態１の説明図である。
【図２】本発明の実施形態２の説明図である。
【図３】本発明の実施形態３の説明図である。
【図４】本発明の実施形態３の説明図である。
【図５】本発明の実施形態４の説明図である。
【図６】本発明の実施形態５の説明図である。
【図７】光ロス増の差を示した図である。
【図８】巻回回数による光損失を示す図である。
【図９】巻回回数による光損失を示す図である。
【図１０】実施例１を示した説明図である。
【図１１】実施例１における測定図である。
【図１２】実施例２を示した説明図である。
【図１３】４心テープファイバ心線の断面略図である。
【図１４】実施例２における測定図である。
【図１５】実施例３を示した説明図である。
【図１６】実施例４を示した説明図である。
【図１７】実施例５を示した説明図である。
【図１８】テープファイバ心線の巻回し数と感度の関係の説明図である。
【図１９】従来例のセンサ部の説明図である。
【図２０】従来例のセンサ部の説明図である。
【図２１】従来例のセンサの説明図である。
【図２２】従来例のセンサの説明図である
【図２３】従来例のセンサの説明図である。
【図２４】従来例のセンサの説明図である。
【図２５】カットバック法による測定法の説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１    センサ部
３    テープファイバ心線
４    センサ部心線
５    マンドレル
７    リンク機構
９    粘着テープ
１１    単心ファイバ心線
１２    円筒型
１３    樹脂
１４    円筒型
１５    型
１６    紫外線硬化樹脂
２１    センサ
２３    テープファイバ心線
２５    余長部
２７    融着部
２９    センサ部
３１    屈曲点
３５    ケーブル
３７    筐体
５１    センサ
５３    ファイバ心線
５５    融着部
５７    融着部
５９    融着部
６３    融着部
６５    融着部
６７    センサ部
６９    テープファイバ心線
７１    余長部
７３    余長部
７５    余長部
１０１    センサ
１０２    単心ファイバ心線
１０３    ４心テープファイバ心線
１０５    融着部
１０７    単心ファイバ心線
１０９    余長部
１１１    クランプ
１１３    固定板
１１５    マンドレル固定ブラケット
１１７    上マンドレル
１１９    下マンドレル
１２１    外カバー
１２３    内カバー
１２５    中板
１２７    ロッド
１３１    融着部
１３３    融着部
１３５    融着部
１３７    融着部
１４１    ファイバ収納箱上板
１４３    孔
１４５    ロッド
１４７    ファイバ収納箱
１５１    センサ
１５３    融着部
１５５    余長部
１５９    固定板
１６１    上圧縮ベース
１６３    下圧縮ベース
１６５    ばね
１６７    シリンダ
１６９    筐体
１７１    １番ファイバ心線
１７３    ２番ファイバ心線
１７５    ３番ファイバ心線
１７７    ４番ファイバ心線
１８１    センサ部
１８３    単心ファイバ心線
２０１    センサ部
２０４    ４心テープファイバ心線
２０５    粘着テープ
２０７    粘着面
２０９    粘着テープ
２２１    入射
２２３    出射
２２５    屈曲部Ａ
２２７    屈曲部Ｂ
２２９    光損失
２３１    屈曲部Ａ
２３３    屈曲部Ｂ
２３５    ４心ファイバ心線
２３７    単心ファイバ心線
２３９    融着部
３０１    センサ部
３０３    単心ファイバ心線
３０５    融着部
３０４    センサ部心線
３０７    余長部
３０９    ケーブル
３１１    リンク機構
３１３    クランプ
３２１    カバー
３２３    上板
３２５    中板
３２７    底板
３２９    シャフトシール部
３３１    取水口
３３３    フロート
３３５    シャフト
３３７    空気抜き孔
３３９    ケーブルシール部
３４１    ファイバドラム
３４３    ファイバガイド
３５１    センサ
３５３    屈曲部
３５５    センサ部
３５７    筐体
４０１    被測定光ファイバ
４０３    光源
４０５    光ファイバ出力端
４０７    測定位置
４０９    光パワーメータ
【図１】
0004609836.tif 000002
【図２】
0004609836.tif 000003
【図３】
0004609836.tif 000004
【図４】
0004609836.tif 000005
【図５】
0004609836.tif 000006
【図６】
0004609836.tif 000007
【図７】
0004609836.tif 000008
【図８】
0004609836.tif 000009
【図９】
0004609836.tif 000010
【図１０】
0004609836.tif 000011
【図１１】
0004609836.tif 000012
【図１２】
0004609836.tif 000013
【図１３】
0004609836.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004609836.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0004609836.tif 000018
【図１８】
0004609836.tif 000019
【図１９】
0004609836.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0004609836.tif 000023
【図２３】
0004609836.tif 000024
【図２４】
0004609836.tif 000025
【図２５】
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