(57)【要約】【課題】  本発明は、高感度の可燃性ガスを検知するセンサを提供する。【解決手段】  屈折率ｎ１のコアと屈折率ｎ２のクラッドを備え、コアの口径を１．０ｍｍ以下にするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率ｎ１のコアと、このコアの周囲に形成の屈折率ｎ２のクラッドを備えるセンサであり、
前記センサを可燃性ガスが存在しない雰囲気下におくと、（コアの屈折率ｎ１）≦（クラッドの屈折率ｎ２）であり、
前記センサを可燃性ガスが存在する雰囲気におくと、（コアの屈折率ｎ１）＞（クラッドの屈折率ｎ２）であり、
前記コアの口径を１．０ｍｍ以下であることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
コアを、トランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物で作成することを特徴とする請求項１のセンサ。
【請求項３】
発光素子を請求項１又は請求項２のセンサの端部に発光し前記、センサの他端部で受光素子で受光する監視装置であって、
前記発光素子はパルスで光を発光することを特徴とする監視装置。
【請求項４】
主光ファイバに複数台の波長混合器と波長分配器を設け、
請求項１又は請求項２のセンサと発光素子を監視室に設置し、これらのセンサを副光ファイバで前記波長混合器に接合し、
前記各監視室に設置の発光素子の周波数を異にすることを特徴とする監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスを検知する光ファイバセンサとそのセンサを用いる監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市ガスやプロパンボンベ配管のガス漏れを検知するために、光ファイバセンサが用いられている。この光ファイバセンサには、例えば、特開平１１−４４６４０号公報に開示の光ファイバの一部に屈折率ｎ１のコアと、屈折率ｎ２のクラッドを構成し、検出物質の存在の有無によって、前記屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の大小を異にすることを利用するものがある。
そして、この特許文献によると、炭化水素類を検出するクラッド材には、架橋天然ゴム、ポリプロピレン、ポリイソブテン等、水やアルコールを検出するためのクラッド材にはポリビニールアルコール、アセチル化度が１２％以下の鹸化ポリビニールアルコール、ポリアクリル酸等がある。又、ケトン類を検出するためのクラッド材にはポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル等が、ハロゲン類や酸類を検出するためにはインジゴ系色素等が開示してある。
【０００３】
又、実施例として、アルカン検出に関する記載があり、コア材にはプラスチック系光ファイバを用い、クラッド材には分子量が４１００００のポリイソプレンを用いて、厚みが４〜８μｍの膜としてコア材の表面に貼り付けてセンサを作成する。そして、このセンサをアルカン雰囲気におくと、クラッドの屈折率が変化して、ファイバ内の光の漏洩量が変化して検知する旨が記載してある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−４４６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願の発明は、前記アルカン検出のセンサを改良し、都市ガスやプロパンガス等の可燃性ガスにおける爆発下限界の濃度を検知可能なセンサを提供すると共に、そのセンサを用いる監視装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１のセンサは、屈折率ｎ１のコアと、このコアの周囲に形成の屈折率ｎ２のクラッドを備え、センサを可燃性ガスが存在しない雰囲気下におくと、（コアの屈折率ｎ１）≦（クラッドの屈折率ｎ２）であり、前記センサを可燃性ガスが存在する雰囲気におくと、（コアの屈折率ｎ１）＞（クラッドの屈折率ｎ２）である。そして、コアの口径を１．０ｍｍ以下にすることによって、可燃ガスを高感度で検知することができる。
又、請求項２のセンサに用いるコアは、トランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物で作成する。
請求項３の監視装置は、発光素子で請求項１又は請求項２のセンサの端部を発光し、センサの他端部で受光素子で受光し、発光素子は光をパルスで発光するものであり、このパルスによって消費電力を軽減できる。
又、請求項４の監視装置は、主光ファイバに複数台の波長混合器と波長分配器を設け、請求項１又は請求項２のセンサと発光素子を監視室に設置する。そして、これらのセンサを副光ファイバで前記波長混合器に接合し、各監視室に設置の発光素子の周波数を異にするものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１のセンサは、コアの口径を１．０ｍｍ以下にすることによって、可燃ガスを高感度で検知することができる。
又、請求項２のセンサに用いるコアを、トランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物で作成することによって、高感度のものを作ることができる。
請求項３の監視装置は、発光素子をパルスでおこなうので消費電力を軽減できる。
又、請求項４の監視装置は、主光ファイバと副光ファイバで構成すると共に、各監視室に設置の発光素子の周波数を異にすることによって、簡便に構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１（Ａ）は、プラスチック光ファイバーセンサ（以下、センサという）を用いて可燃性ガスを検知する概念図である。
センサ１は、後記で作成方法について詳述するが、良く知られた光ファイバ１０を使用し、その光ファイバ１０の被覆４の一部を削除し、コア２と、そのコア２の外周に膜（クラッド３）を形成して構成する。尚、コア２の屈折率はｎ１、クラッドの屈折率をｎ２とする。
【０００９】
そして、図１（Ａ）に示すように、発光素子５を光ファイバ１０の左端部から発光（発光量Ｓ）し、その光ファイバの他端部から出光する光を受光素子６で受光する。
そして、このセンサ１を検出物質（可燃性ガス）が存在しない雰囲気下におくと、（コアの屈折率ｎ１）≦（クラッドの屈折率ｎ２）となり、図１（Ｂ１）に示すように、前記光（Ｌ）はクラッド３から漏洩し、受光素子６の受光量（Ｓａ）は減少する（図１（Ｃ））。
一方、検出物質（可燃性ガス）が存在する雰囲気にクラッド３をおくと、（コアの屈折率ｎ１）＞（クラッドの屈折率ｎ２）に変わって、光（Ｌ）はクラッド３で、前記検出物質の不存在下に比して、反射率が向上する。
その結果、受光素子６での受光量はＳｂになり、前記受光量（Ｓａ）より増加する（図１（Ｃ））。
このように、クラッド３が検出物質（可燃性ガス）の存在の有無によって屈折率が変化することを利用して、検出物質（可燃性ガス）の爆発限界濃度の検知を行うことができる。
【００１０】
図２（Ａ〜Ｄ）は、光ファイバの一部を使用してセンサの製作過程を示す図であり、センサ動作に寄与しない高次モード成分を減少させるためにコア径を小さくすることを目的とするものである。
先ず、良く知られた光ファイバーの被覆４を、長さ３〜５ｃｍにわたって剥ぐ（Ａ）。次に、温度２０℃、１０分間、1-4ジオキサンに浸漬して、既存の光ファイバーのクラッド層（３’）をエッチングして、コア２（ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ））の径を１ｍｍ以下にする（Ｂ）。
尚、このエッチングの温度は、図３に示すように、２０℃の時の方が温度１０℃に比してエッチング速度が早く、温度２０℃ではコア径０．５ｍｍにするのに約８０分、コア径０．２５ｍｍにするには約１２０分である。
【００１１】
次に、クロロフォルムと1-4ジオキサンを３：１（重量比）の混合物を作成し、前記センサ部を、この混合液に浸漬して、コア２を口径０．２５〜１ｍｍになるまでエッチングする（Ｃ）。
次に、トランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物を作成し、この混合物を前記コア２の表面に約１μｍの厚みのクラッド３を形成して、センサ１を形成する（Ｄ）。
以上によって、光ファイバの一部に、コア２の口径が０．２５〜１．０ｍｍ、クラッド３の厚みが約１μｍであるセンサが製作できる。
【００１２】
尚、クラッド３として、ポリプロピレン、ポリイソブテン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリエチルビニルエーテル、ポリスチレン等が使用できる。
又、前記トランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物のように、単体物質ではなく、２種類以上の混合物も使用できるし、それらの混合比は適宜、検知物質によって選定する。
尚、前記、トランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンの混合比が、３：１（重量比）であるのは、最も良好な性質を示したものであり、この比を多少変更しても、ほぼ、満足できる結果を得ている。
【００１３】
図４は、センサの実験設備を示す。
容器１１内に前記光ファイバ１０の一部に形成のセンサ１が中央になるように設置する。この容器１１には、注入するガスのガス入口１２とガス出口１３が設けてあると共に、ガス濃度計１４が設置してある。そして、前記容器１１内に所定濃度のガスを注入し、光ファイバ１０の左端子から発光素子５で照射し、光ファイバ１０の他端部で受光素子６によって受光する。そして、この受光量（受光強度）を測定し、解析するためにディジタルマルチメータとパーソナルコンピュータが設置してある。
【００１４】
次に、前記実験設備を使用しての結果について説明する。
図５は、コア２の口径に対する受光強度の変化についての結果である。
コア２にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クラッド３にトランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物を１μｍの膜で形成のセンサを用いる。
そして、５％濃度のプロパンガス中における、センサのコア２の口径（１．０ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍ）に対し、受光量の時間変化を示す図である。
５％濃度のプロパンガスを容器１１内に供給すると、当初は空気のみの透過強度変化を生じているが、これは窒素ガスによるものである。そして、時間が経過するに連れて、受光強度は上昇し、約３０秒後から一定になる。
コア２の口径が、１．０ｍｍを基準にすると、口径０．７５ｍｍでは１．６倍、口径０．５ｍｍでは３．６倍、口径０．２５ｍｍでは８．７であり、受光強度はコア２の径が小さいほど、高感度である。又、前記結果から、コア２の口径が１．０ｍｍ以下であると、良好に検知できるし、特に、０．２５ｍｍ以下にすると、ガス検知に寄与しない光の高次モードを除去することができる。
【００１５】
図６はプロパンガス濃度に対する受光強度の変化についての結果である。
コア材にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クラッドにトランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物を１μｍの膜で形成のセンサを用いる。そして、センサのコア２の口径（０．２ｍｍ）に対し、プロパンガス濃度をパラメータとして受光量の時間変化を示す図である。
この結果から、空気を基準にすると、プロパンガス濃度が１．２５％のときには２．０倍、２．５％のときには２．３倍、５％のときには４．０倍であり、プロパンガス濃度が１．２５％であっても検知することができる。
【００１６】
図７（Ａ）は、前記センサ１の構造であり、（Ｂ）は防曝室内にセンサ１を設置しての可燃性ガスの漏洩監視装置である。
図７（Ａ）に示すセンサ１の構成は、前記図２で作成したものであり、コア２にポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、クラッド３にトランス型ポリイソプレンとポリフッ化ビニリデンを３：１（重量比）の混合物を１μｍの膜で形成のセンサを用いる。
又、漏洩監視装置は、防曝室２０内における可燃性ガスに対するものであるので、センサ１は防曝室２０内に設置する。しかし、電気を扱う発光素子５と受光素子６は、防曝室外に設置し、前記センサ１と発光素子５及び受光素子６とは光ファイバ１１で連結する。
【００１７】
そして、発光素子５は、特定周波数（λ）の連続信号ではなく、予め決められた間隔で発光するパルス信号を用いる。このパルス信号によっては、連続信号に比して、発光素子５に要する電力の軽減により、電池の使用が可能になる。尚、前記パルス間隔は、保安上、問題のない時間間隔である。
そして、防曝室に可燃性ガスがないときには、前記受光素子６の受光量（Ｓａ）は図１（Ｃ））に示すように小さい。しかし、可燃性ガスの漏洩があると、クラッド３で反射して、受光素子６の受光量（Ｓｂ）は、Ｓａに比して大きくなるので、漏洩の有無を監視できる。
【００１８】
図８は、多点監視装置の図であり、監視点にはセンサ１（１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎ）が設置してある。
主光ファイバ１００には、後述する監視点からの副光ファイバ１０１ａ、１０１ｂ、…１０１ｎを接合するための波長混合器１０５ａ、１０５ｂ、…１０５ｎが設置してある。
又、監視する場所Ａ、Ｂ、…Ｎには、該設置箇所を区別をするために異なる周波数（λ1、λ2、…λn）で発光する発光素子５ａ、５ｂ、…５nと前記構成のセンサ１ａ、１ｂ、…１ｎが設置してあり、これらのセンサ１ａ、１ｂ、…１ｎは前記波長混合器１０５ａ、１０５ｂ、…１０５ｎに副光ファイバ１０１ａ、１０１ｂ、…１０１nによって接続してある。
【００１９】
基本周波数（λ0）を発光する発光素子５からの光は、主光ファイバ１００で伝送され、途中、波長混合器１０５ａ、１０５ｂ、…１０５ｎを経て、波長分配器１０８で分離され、受光した波長が基本周波数（λ0）であることから、前記発光素子５からであることを検知する。
尚、前記監視場所Ａ、Ｂ、…Ｎに設置のセンサ１ａ、１ｂ、…１ｎは、検知ガスがないときには、発光素子５ａ、５ｂ、…５nからの光は弱い状態で波長混合器１０５、１０５ｂ、…１０５ｎに伝送し、検知ガスがあるときには発光素子５ａ、５ｂ、…５nからの光は強い状態で波長混合器１０５、１０５ｂ、…１０５ｎに伝送する。
【００２０】
例えば、監視場所Ａ、Ｃで漏洩があるときには、波長分配器１０８には、基本周波数（λ0）と波長（λａ）及び波長（λｃ）の光を強く受光する。
このように、波長分配器１０８で受光する光の周波数を知ることによって、何れの場所で漏洩が発生したか判る。
尚、各発光素子５（５ａ、５ｂ、…５n）は、所定間隔のパルスであると、消費電力を軽減することができる。又、各発光素子５（５ａ、５ｂ、…５n）が発生するパルスは、同期させる必要がないことはいうまでもない。
以上のように、主光ファイバ１００を施設し、各監視場所からの信号を副光ファイバ１０１を介して波長混合器１０５に接続し、主光ファイバ１００に波長分配器１０８を用いることによって、各監視場所から各々単独に光ファイバを施設することなく、多点監視装置を構築することができる。尚、前記基本周波数（λ0）を発生する発光素子は必ずしも必要でない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（Ａ）はセンサを用いて可燃性ガスを検知する概念図、（Ｂ１、Ｂ２）はセンサの光特性図、（Ｃ）は発光量に対する受光量の比較図である。
【図２】（Ａ〜Ｄ）は、光ファイバの一部を使用してのセンサの製作過程図である。
【図３】温度に対するエッチング状態を示す図である。
【図４】センサの実験設備を示す図である。
【図５】コアの口径に対する受光強度の変化についての図である。
【図６】プロパンガス濃度に対する受光強度の変化図である。
【図７】（Ａ）はセンサの構造であり、（Ｂ）は防曝室内にセンサを設置しての監視装置図である。
【図８】多点監視装置の図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  センサ
２  コア
３  クラッド
５  発光素子
６  受光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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