(57)【要約】【課題】所定の温度条件下で所定の周波数帯の振動を検出してひび割れを検出する温度ひび割れセンサを提供する。【解決手段】所定の温度条件下で所定の周波数帯の振動を検出してひび割れを検出する温度ひび割れセンサ１であって、コイル状に巻かれ所定の接着剤７で固められた光ファイバ４と、ひび割れが発生したときに生じる振動が印加される振動印加部２と、光ファイバ４への入射光Ｌ１と出射光Ｌ２との間の周波数変化に基づいて振動を検出する振動検出部３とを備える。所定の温度条件は−１６２℃以上０℃以下、所定の周波数帯は１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下、所定の接着剤は水酸基含有エポキシ樹脂（Ａ）、１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ｂ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を脱アルコール縮合反応させて得られるアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を含有する。【選択図】図３
2013092435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度条件下で対象物の所定の周波数帯の振動を検出して前記対象物のひび割れを検出する温度ひび割れセンサであって、
コイル状に巻かれ所定の接着剤で固められた光ファイバを有し、前記対象物の振動が印加される振動印加部と、
前記光ファイバの一端に入射される入射光と前記光ファイバの他端から出射される出射光との間における周波数の変化に基づいて前記対象物の振動を検出する振動検出部と、
を備え、
前記所定の温度条件は摂氏マイナス１６２度以上摂氏０度以下であり、
前記所定の周波数帯は１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下であり、
前記所定の接着剤は、水酸基含有エポキシ樹脂（Ａ）、１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ｂ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を脱アルコール縮合反応させて得られるアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を含有することを特徴とする温度ひび割れセンサ。
【請求項２】
前記対象物は、天然ガス貯槽のコンクリート壁であることを特徴とする請求項１に記載の温度ひび割れセンサ。
【請求項３】
前記対象物は、天然ガス貯槽を覆う岩盤であることを特徴とする請求項１に記載の温度ひび割れセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の温度条件下において所定の周波数帯の振動を検出して対象物のひび割れを検出する温度ひび割れセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物を構成するコンクリートの健全性をモニタリングするために、コンクリート内部におけるひび割れの進行度合いを検出する技術がある。例えば、このような技術では、コンクリート内部においてひび割れが生じたときに発生する振動（AE：Acoustic  Emission、以下単に「AE」ともいう。）を検出してコンクリート内部におけるひび割れの進行度合いを検出する。
【０００３】
このＡＥを検出できるセンサとして、例えば特許文献１には、高いＳ／Ｎ比を実現可能な振動センサが記載されている。このセンサは、コイル状に形成された光ファイバを有し、光ファイバを通過する光の波長の変化を用いて、センサに印加された振動を検出する。また、このＡＥを検出できるセンサとして、低温条件環境において使用可能な圧電素子型の振動センサが製品化されている。このセンサは、圧電素子に加えられた力に応じて出力される電圧の変化を用いて、センサに印加された振動を検出する。
【０００４】
一方、光ファイバをコイル状に成形させるために、接着剤が用いられる。代表的な接着剤として、エポキシ樹脂からなるものが挙げられる。エポキシ樹脂は硬化剤によって硬化させることができ、加工性、絶縁性等に優れるため、電気・電子関係の分野で利用されている。しかしながら、耐熱性が不足する問題がある。この問題の解決のため本出願人らは、ビスフェノール型エポキシ樹脂とメトキシシラン部分縮合物とを脱メタノール反応させてなるメトキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂を用いることで、当該樹脂を硬化してなる硬化物がガラス転移点を消失し、高耐熱性材料となることを、既に見出している（特許文献２、３）。この方法では、硬化物を得るために、樹脂組成物中のメトキシシリル基をゾル−ゲル硬化させ、エポキシ基をエポキシ硬化させて、エポキシ樹脂−シリカハイブリッド硬化物とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３１２１９３６号公報
【特許文献２】特許３０７７６９５号
【特許文献３】特許３５７０３８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたセンサを低温環境において使用したときはセンサ自身が発する自己ノイズが問題になる。これ故、対象物においてひび割れが生じたときに発生するＡＥを検出して、精度良く対象物のひび割れを検出することが困難になるおそれがある。また、低温環境において使用可能な圧電素子型のセンサであっても、−１００℃以下の極低温環境下では、ＡＥを検出して精度良く対象物のひび割れを検出することが困難になるおそれがある。
【０００７】
上記問題に対して、本発明は、所定の温度条件下において所定の周波数帯の振動を検出して対象物のひび割れを検出することができる温度ひび割れセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の温度ひび割れセンサは、所定の温度条件下で対象物の所定の周波数帯の振動を検出して対象物のひび割れを検出する温度ひび割れセンサであって、コイル状に巻かれ所定の接着剤で固められた光ファイバを有し、対象物の振動が印加される振動印加部と、光ファイバの一端に入射される入射光と光ファイバの他端から出射される出射光との間における周波数の変化に基づいて対象物の振動を検出する振動検出部と、を備え、所定の温度条件は摂氏マイナス１６２度以上摂氏０度以下であり、所定の周波数帯は１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下であり、所定の接着剤は、水酸基含有エポキシ樹脂（Ａ）、１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ｂ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を脱アルコール縮合反応させて得られるアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を含有する。
【０００９】
この温度ひび割れセンサは、対象物の振動が印加される振動印加部が、コイル状に巻かれ所定の接着剤で固められた光ファイバを有している。この光ファイバに光を通過させた状態で振動印加部に振動が印加されると、光ファイバを通過する光の周波数が変化する。そして、対象物の振動を検出する振動検出部が、光ファイバの一端に入射される入射光と光ファイバの他端から出射される出射光の間における周波数の変化に基づいて、対象物に印加された振動を検出する。これ故、対象物においてひび割れが生じたときに発生する所定の周波数帯の振動を検出して、対象物のひび割れを検出できる。さらに、所定の接着剤はアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を含有する。これ故、温度ひび割れセンサ自身が発する自己ノイズを低減できる。従って、−１６２℃以上０℃以下の温度条件下において、１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の周波数帯の振動を検出して対象物のひび割れを精度良く検出できる。
【００１０】
また、本発明の温度ひび割れセンサは、対象物が、天然ガス貯槽のコンクリート壁であるとしてもよい。
【００１１】
液化天然ガス（LNG：Liquefied  Natural  Gas、以下単に「LNG」ともいう。）は、気体である天然ガスを−１６２℃以下に冷却して液体にしたものである。これ故、ＬＮＧを貯蔵する貯槽を構成するコンクリート壁は、−１６２℃以上０℃以下の温度範囲まで冷却される可能性がある。本発明の温度ひび割れセンサは、−１６２℃以上０℃以下の温度条件下において１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の周波数帯の振動を精度良く検出できる。従って、天然ガス貯槽のコンクリート壁の内部においてひび割れが生じた場合、ひび割れに起因するＡＥを検出することができるので、コンクリート壁の内部のひび割れを精度良く検出できる。
【００１２】
また、本発明の温度ひび割れセンサは、対象物が、天然ガス貯槽を覆う岩盤であるとしてもよい。この場合、コンクリート壁を覆う岩盤の内部においてひび割れが生じた場合、ひび割れに起因するＡＥを検出することができるので、岩盤の内部のひび割れを精度良く検出できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による温度ひび割れセンサによれば、所定の温度条件下において所定の周波数帯の振動を検出して対象物のひび割れを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る温度ひび割れセンサを適用したＬＮＧ貯槽の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示されたＬＮＧ貯槽の構成を説明するための図である。
【図３】本実施形態に係る温度ひび割れセンサの構成を説明するための図である。
【図４】温度ひび割れセンサの実施例を説明するための図である。
【図５】温度ひび割れセンサ及び比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図６】比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図７】温度ひび割れセンサ及び比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図８】温度ひび割れセンサ及び比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図９】温度ひび割れセンサ及び比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図１０】温度ひび割れセンサ及び比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図１１】温度ひび割れセンサ及び比較例のセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【図１２】温度ひび割れセンサの自己ノイズを測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本実施形態の温度ひび割れセンサ１が適用された貯槽３０の構成を示す図である。図１を参照して、貯槽３０の構成について説明する。貯槽３０は内部に天然ガスを貯蔵する設備である。天然ガスは、貯槽３０の内部において液体（ＬＮＧ）３３又は気体３４の状態で貯蔵されている。貯槽３０は地表３５から１００ｍ程度の地下に設けられる。貯槽３０は、地表３５へＬＮＧを払い出す箇所にピット３６を備えている。ピット３６には、貯槽３０のＬＮＧを吸い上げるためのポンプ３７が配置されている。貯槽３０の内部は、天然ガスを液化した状態で貯蔵するために、−１６２℃の低温状態にされている。そのため、貯槽３０は、複数の層を有する隔壁３１により周囲の岩盤３２と貯槽３０の内部とが隔てられている。隔壁３１の内部には、ひび割れの発生に起因するＡＥを検出するための温度ひび割れセンサ１が複数埋設されている。また、貯槽３０の周囲の岩盤３２の内部にも、ひび割れの発生に起因するＡＥを検出するための温度ひび割れセンサ１が複数埋設されている。
【００１６】
原油、液化石油ガスに続くエネルギー資源として、ＬＮＧが注目されている。ＬＮＧは、メタンを主成分とした天然ガスを冷却して液化した無色透明の液体である。ＬＮＧは−１６２℃まで冷却すると液体になる。液化された天然ガスの体積は、気体の天然ガスの体積の約６００分の１である。ＬＮＧは、液化すると体積が減少する性質を利用することによりＬＮＧガスを大量に輸送し、貯蔵することができる。
【００１７】
また、地上空間の有効活用等の理由から、貯槽３０は地下に建設される。貯槽３０では、−１６２℃まで冷却されたＬＮＧを貯槽３０の内部に保持している。このため、覆工コンクリート壁を含む隔壁３１の内側３１ａと外側３１ｂとでは、温度差が生じる。この温度差のため、隔壁３１の内部には温度応力が生じる可能性がある。さらに、貯槽３０周辺の岩盤３２も伝導で低温になる。この岩盤３２を一枚の岩と仮定すると、岩盤３２が低温に晒されて収縮する。貯槽３０の隔壁３１に引張応力が内在すると共に、岩盤３２には水で飽和された亀裂が内在すると想定すると、岩盤３２は亀裂に存在する水が凍ることにより膨張する。そうすると、貯槽３０の隔壁３１に圧縮応力が作用する。従って、隔壁３１の内部にひび割れが発生する要因となりえる。
【００１８】
このように地下に建設された隔壁３１を有する貯槽３０にひび割れが発生すると、ＬＮＧは液体の状態を保持できないので、貯槽３０から漏出するおそれがある。そのため、貯槽３０の構造の健全性は、貯槽３０の運用中に常時モニタリングする必要がある。貯槽３０の健全性は、例えば隔壁３１の内部において発生するひび割れの進行度合いにより評価される。
【００１９】
図２を参照して、貯槽３０の隔壁３１の構成について説明する。図２（ａ）を参照すると、隔壁３１は、貯槽３０の内部の側から順に、メンブレン４１、耐火板４２、保冷材４３、覆工コンクリート壁４４を有している。さらに、覆工コンクリート壁４４は地中連壁４５を介して地盤４６に接している。地盤４６の所定の位置には、ヒータ４７が設けられている。例えば、メンブレン４１は、およそ２ｍｍの厚さを有する鋼板（ＳＵＳ３０４等）からなる。例えば、耐火板４２は、およそ２ｍｍの厚さを有する。例えば、保冷材４３は、およそ２００ｍｍの厚さを有するポリウレタンフォーム（ＰＵＦ）からなる。例えば、覆工コンクリート壁４４は、およそ２３００ｍｍの厚さを有する。例えば、地中連壁４５は、およそ１２００ｍｍの厚さを有する。地中連壁４５からおよそ２０００ｍｍだけ離間した位置に、ヒータ４７が配置されている。例えば、メンブレン４１の表面温度がおよそ−１６２℃であるとき、保冷材４３と覆工コンクリート壁４４とが接する面はおよそ−５０℃程度である。また、例えば、メンブレン４１の表面温度がおよそ−１６２℃であるとき、地中連壁４５と地盤４６とが接する面はおよそ０℃程度である。このような構成を有する隔壁３１において、例えば、覆工コンクリート壁４４の内部に温度ひび割れセンサ１が埋設される。
【００２０】
また、隔壁３１は、図２（ｂ）に示される隔壁３１Ｂのような構成を有することもできる。図２（ａ）の構成と相違する点は、覆工コンクリート壁４４の外側に、防水シート４４ｂを介して吹付コンクリート４８が配置され、さらに吹付コンクリート４８は岩盤４９に接している点である。このような構成では、例えば、覆工コンクリート壁４４は、およそ４００ｍｍの厚さを有する。例えば、防水シート４４ｂは、およそ２ｍｍの厚さを有する。吹付けコンクリート４８は、およそ２００ｍｍの厚さを有する。例えば、メンブレン４１の表面温度がおよそ−１６２℃であるとき、吹付コンクリート４８と岩盤４９とが接する面はおよそ−４０℃程度である。このような構成を有する隔壁３１Ｂにおいて、例えば覆工コンクリート壁４４の内部に温度ひび割れセンサ１が埋設される。
【００２１】
次に、温度ひび割れセンサ１の構成について詳細に説明する。本実施形態の温度ひび割れセンサ１は、低温条件下で対象物の所定の周波数帯の振動を検出して、対象物のひび割れを検出する。本実施形態では、貯層３０を構成する覆工コンクリート壁４４、又は覆工コンクリート壁４４を囲む岩盤３２が対象物である。図３を参照すると、温度ひび割れセンサ１は、振動印加部２と振動検出部３とを備えている。コイル部６は接着剤７で固められている。コイル部６は光ファイバ４を所定の方向Ａに積層され、且つ方向Ａと直交する方向に積層されて、コイル状の形状をなす。このようにコイル状に巻かれて厚みを持たせた形状に構成されることで、光ファイバ４の長さを長くしてセンサ感度を向上させることができる。
【００２２】
コイル部６は略円筒状の外形形状を有する。コイル部６の中心部は中空であり、ボビンのような支持部材は配置されていない。光ファイバ４は、入射部（一端）８と、出射部（他端）９を有している。入射部８は、カプラ１１を介して振動検出部３と光学的に接続されている。また、出射部９は、カプラ１２を介して振動検出部３と光学的に接続されている。光ファイバ４は、ポリイミド樹脂で被覆された石英ガラスファイバである。入射部８には、振動検出部３からカプラ１１を介して入射光Ｌ１が入射される。この入射光Ｌ１は、振動計測が可能な程度に位相が揃ったコヒーレントな光である。出射部９は、カプラ１２を介してコイル部６を通過した出射光Ｌ２を振動検出部３に出射する。
【００２３】
振動検出部３は、光ファイバ４の入射部８に入射された入射光Ｌ１と出射部９から出射された出射光Ｌ２との間における周波数変化を検出する。振動検出部３は、周波数変化を検出することにより、振動印加部２に印加された振動ｖ１を検出する。振動検出部３は、光源１３、検出部１４、及び処理部１５を備えている。
【００２４】
接着剤７はコイル部６の端面６ａ，６ｂ、側周面６ｃ、及び内壁面６ｄに配置されている。接着剤７は、コイル部６の光ファイバ４の束に含浸され硬化されてコイル部６を固め、光ファイバ４をコイル状の形状に保つ。接着剤７は、水酸基含有エポキシ樹脂（Ａ）、１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ｂ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を脱アルコール縮合反応させて得られるアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を含有している。
【００２５】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）は、水酸基含有エポキシ樹脂（Ａ）、１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ｂ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を脱アルコール縮合反応させることによって得られる。
【００２６】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂の原料である、水酸基含有エポキシ樹脂（Ａ）（以下、単にエポキシ樹脂（Ａ）という）は、アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）と脱アルコール反応しうる水酸基を含有するエポキシ樹脂であれば、特に限定されないが、ビスフェノール類とエピクロルヒドリンまたはβ−メチルエピクロルヒドリン等のハロエポキシドとの反応により得られたビスフェノール型エポキシ樹脂が機械的性質、化学的性質、電気的性質、汎用性などを考慮して好適である。ビスフェノール類としてはフェノールとホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、ベンゾフェノン等のアルデヒド類もしくはケトン類との反応の他、ジヒドロキシフェニルスルフィドの過酸による酸化、ハイドロキノン同士のエーテル化反応等により得られるものがあげられる。また当該エポキシ樹脂（Ａ）としては、２，６−ジハロフェノールなどハロゲン化フェノールから誘導されたハロゲン化ビスフェノール型エポキシ樹脂、リン化合物を化学反応させたリン変性ビスフェノール型エポキシ樹脂など、難燃性に特徴があるものを使用することもできる。ビスフェノール類以外のエポキシ樹脂としては、例えば上記ビスフェノール型エポキシ樹脂を水添して得られる脂環式エポキシ樹脂の他、下記のような公知エポキシ樹脂（ａ）中のエポキシ基の一部に酸、アミン、フェノール類を反応させ当該エポキシ基を開環してなる水酸基含有エポキシ樹脂が挙げられる。このようなエポキシ樹脂（ａ）としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂にハロエポキシドを反応させて得られるノボラック型エポキシ樹脂；フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸類およびエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂；ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミン類とエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂；オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂および脂環式エポキシ樹脂、ビフェノール類とエピクロロヒドリンを反応させて得られるビフェニル型エポキシ樹脂などがあげられる。
【００２７】
エポキシ樹脂（Ａ）は、アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）との脱アルコール縮合反応により、珪酸エステルを形成しうる水酸基を有するものである。当該水酸基は、エポキシ樹脂（Ａ）を構成する全ての分子に含まれている必要はなく、これら樹脂として、水酸基を有していればよい。上記のようなエポキシ樹脂（Ａ）のなかでも、汎用性を考えるとビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましく、特に、ビスフェノール類としてビスフェノールＡを用いたビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が、低価格であり好ましい。
【００２８】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、一般式（ａ）：
【００２９】
【化１】
2013092435.tif 000003
【００３０】
で表される化合物である。例えば、上記一般式（ａ）においてｍは、ｍ＝１〜５の整数である。
【００３１】
なお、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）において、エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量は、特に限定されず、エポキシ樹脂（Ａ）の構造により、用途に応じたものを適宜に選択して使用できる。しかしながら、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を無溶剤下に製造する場合には、エポキシ樹脂（Ａ）として、１種類以上のビスフェノール型エポキシ樹脂を用いて、全体としてのエポキシ当量を２００〜４００ｇ／ｅｑとなる様に調整するのが好ましい。すなわち、無溶剤下にアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を製造する場合には、溶剤系で反応させる場合よりも反応系内の粘度が上昇するため、当該粘度を調整する観点からエポキシ樹脂（Ａ）の種類を選択するものである。
【００３２】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）において、エポキシ樹脂（Ａ）と１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ｂ）（以下、単にエポキシ化合物（Ｂ）という）はいずれも、アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）と脱アルコール縮合反応して、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）を与える。そのため、エポキシ樹脂（Ａ）中には、水酸基が存在しなければならないが、例えば、一般式（ａ）のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の場合には、水酸基を持たない分子（一般式（ａ）におけるｍ＝０の分子）も存在する。水酸基を持たないエポキシ樹脂分子はアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）とは反応しないため、未反応のままアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中に存在している。当該分子は、硬化時にエポキシ樹脂硬化剤を介してシラン変性されたビスフェノール型エポキシ樹脂分子と化学結合することになるが、エポキシ樹脂（Ａ）中に水酸基を持たない分子が多く含まれる場合には、最終的に得られる硬化物が十分な耐熱性を発現しない。
【００３３】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）では、水酸基を持たないエポキシ樹脂分子が多く存在するエポキシ樹脂（Ａ）を使用した場合であっても、得られる硬化物に十分な耐熱性を付与するために、エポキシ化合物（Ｂ）を必須構成成分としたものである。すなわち、エポキシ化合物（Ｂ）は、硬化物の耐熱性の低下を防止する作用効果を有する。アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂の製造に際して、エポキシ化合物（Ｂ）の使用量は特に限定されず、エポキシ樹脂（Ａ）中の水酸基を持たない分子の含有量に応じて適宜に決定すればよい。硬化物の耐熱性の観点から、エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ当量が２００ｇ／ｅｑ未満の場合には、エポキシ化合物（Ｂ）の重量／エポキシ樹脂（Ａ）の重量＝０．０５以上であり、当該エポキシ当量が２００〜３００ｇ／ｅｑの場合には該重量比が０．０３以上であり、当該エポキシ当量が３００ｇ／ｅｑを超える場合は該重量比が０．０１以上であるのが好ましい。なお、エポキシ化合物（Ｂ）は、多少の毒性を有するものも多いため、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中のエポキシ化合物（Ｂ）残存量を極力少なくするのがよい。上記重量比が０．３を超える場合には、未反応エポキシ化合物（Ｂ）を低減させるためにアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂の製造時間が長くなり、製造効率が低下する。
【００３４】
エポキシ化合物（Ｂ）としては、１分子中に水酸基を１つもつエポキシ化合物であれば、エポキシ基の数は特に限定されない。また、エポキシ化合物（Ｂ）としては、分子量が小さいもの程、エポキシ樹脂（Ａ）やアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）に対する相溶性がよく、耐熱性付与効果が高いことから、炭素数が１５以下のものが好適である。その具体例としては、エピクロロヒドリンと、水、２価アルコールまたはフェノール類とを反応させて得られる分子末端に１つの水酸基を有するモノグリシジルエーテル類；エピクロロヒドリンとグリセリンやペンタエリスリトールなどの３価以上の多価アルコールとを反応させて得られる分子末端に１つの水酸基を有するポリグリシジルエーテル類；エピクロロヒドリンとアミノモノアルコールとを反応させて得られる分子末端に１つの水酸基を有するエポキシ化合物；分子中に１つの水酸基を有する脂環式炭化水素モノエポキシド（例えば、エポキシ化テトラヒドロベンジルアルコール）などが例示できる。これらのエポキシ化合物の中でも、グリシドールが耐熱性付与効果の点で最も優れており、またアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）との反応性も高いため、最適である。
【００３５】
また、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂を構成するアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）としては、酸又は塩基触媒の存在下、下記アルコキシシラン化合物および水を加え、部分的に加水分解、縮合したものを用いることができる。
【００３６】
当該アルコキシシラン化合物としては、例えば、一般式（ｂ）：
Ｒ１ｐＳｉ（ＯＲ２）４−ｐ
（式中、ｐは０または１を示す。Ｒ１は、炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい低級アルキル基、アリール基または不飽和脂肪族残基を示す。Ｒ２はメチル基またはエチル基を示し、Ｒ２同士はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。）で表される化合物を例示できる。
【００３７】
アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）の構成原料である上記アルコキシシランの具体的としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等があげられる。
【００３８】
上記アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）としては、当該構成原料であるアルコキシシラン化合物のうちのメトキシシラン類から得られるものが、エポキシ樹脂（Ａ）やエポキシ化合物（Ｂ）との反応性に富み、比較的低温で硬化物を調製できるため好ましく、特に汎用性を考慮するとテトラメチトキシシラン、メチルトリメトキシシランが更に好ましい。
【００３９】
アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）は、例えば次の一般式（ｃ）または（ｄ）で示される。一般式（ｃ）：
【００４０】
【化２】
2013092435.tif 000004
【００４１】
（式中、Ｒ１は、炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい低級アルキル基、アリール基又は不飽和脂肪族残基を示す。Ｒ２はメチル基またはエチル基を示し、Ｒ２同士はそれぞれ同一でも異なっていてもよい。）
【００４２】
一般式（ｄ）：
【００４３】
【化３】
2013092435.tif 000005
【００４４】
（一般式（ｄ）中、Ｒ２は一般式（ｃ）中のＲ２と同じ。）
【００４５】
当該アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）の数平均分子量は２３０〜２０００程度、一般式（ｃ）および（ｄ）において、平均繰り返し単位数ｎは２〜１１が好ましい。ｎの値が１１を超えると、溶解性が悪くなり、反応温度において、エポキシ樹脂（Ａ）との相溶性が著しく低下し、エポキシ樹脂（Ａ）やエポキシ化合物（Ｂ）との反応性が落ちる傾向があるため好ましくない。ｎが２未満であると反応途中に反応系外にアルコールと一緒に留去されてしまい好ましくない。
【００４６】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂（Ａ）、エポキシ化合物（Ｂ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を、溶剤の存在下または無溶剤下に脱アルコール縮合反応させることにより得られる。エポキシ樹脂（Ａ）およびエポキシ化合物（Ｂ）と、アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）との使用重量比は、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中にアルコキシ基が実質的に残存するような割合であれば特に制限はされないが、エポキシ樹脂（Ａ）の水酸基とエポキシ化合物（Ｂ）の水酸基との合計当量／アルコキシシシラン部分縮合物（Ｃ）のアルコキシ基の当量（当量比）＝０．１〜０．６であることが好ましい。更に好ましくは０．１３〜０．５である。
【００４７】
なお、エポキシ樹脂（Ａ）として平均エポキシ当量４００以上の高分子量のものやアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）として前記一般式（Ｃ）の平均繰り返し単位数ｎ＞７を使用原料とする場合には、エポキシ樹脂（Ａ）の水酸基が完全に消失するまで、脱アルコール縮合反応を行うと高粘度化、ゲル化する傾向が見られる場合がある。このような場合には、脱アルコール反応を反応途中で、停止させたり、エポキシ化合物（Ｂ）／エポキシ樹脂（Ａ）（水酸基当量比）が０．３３を超えるような条件を選択するなどの方法により高粘度化、ゲル化を防ぐことが可能である。たとえば、反応を途中で停止させる方法としては、高粘度化してきた時点で、反応系を還流系にして、反応系からメタノールの留去量を調整したり、反応系を冷却し反応を終了させる方法等を採用できる。
【００４８】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）の製造は、前記のように、溶剤存在下または無溶剤下で行うことができる。この脱アルコール縮合反応では、反応温度は５０〜１３０℃程度、好ましくは７０〜１１０℃であり、全反応時間は１〜１５時間程度である。この反応は、アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）自体の重縮合反応を防止するため、実質的に無水条件下で行うのが好ましい。またアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂の製造は、反応時間を短くするため、エポキシ化合物（Ｂ）が蒸発しない範囲で、減圧下で行うこともできる。
【００４９】
また、上記の脱アルコール縮合反応に際しては、反応促進のために従来公知の触媒の内、エポキシ環を開環しないものを使用することができる。該触媒としては、たとえば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガンのような金属；これら金属の酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等があげられる。これらのなかでも、特に有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸錫等が有効である。
【００５０】
また、上記の脱アルコール縮合反応は、溶剤存在下または無溶剤下で行うことができる。しかしながら、エポキシ樹脂（Ａ）やアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）の分子量が大きい時には、反応温度において、反応系が不均一となる場合が見られ反応が進行しにくくなるため、溶剤を使用するのが好ましい。溶剤としては、エポキシ樹脂（Ａ）およびアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）を溶解し、且つこれらに対し非活性である有機溶剤であれば特に制限はない。このような有機溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトンなどの非プロトン性極性溶媒が例示できる。
【００５１】
こうして得られたアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）は、アルコキシシラン部分縮合物のアルコキシ基が、エポキシ樹脂残基やグリシジル基で置換されたものを主成分とするが、当該樹脂中には未反応のエポキシ樹脂（Ａ）、エポキシ化合物（Ｂ）、アルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）が含有されていてもよい。なお、未反応のアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）は、ゾル−ゲル硬化反応によりシリカとすることができる。
【００５２】
アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）は、その分子中にアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）に由来するアルコキシ基を有している。当該アルコキシ基の含有量は、特に限定はされないが、このアルコキシ基は溶剤の蒸発や加熱処理により、又は水分（湿気）との反応により、ゾル−ゲル反応や脱アルコール縮合して、相互に結合した硬化物を形成するために必要となるため、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂は通常、反応原料となるアルコキシシラン部分縮合物（Ｃ）のアルコキシ基の３０〜９５モル％、好ましくは４０〜８０モル％を未反応のままで保持しておくのが良い。かかる硬化物は、ゲル化した微細なシリカ部位（シロキサン結合の高次網目構造）を有するものである。かかる硬化物は、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂の固形残分中のＳｉ含有量が、シリカ重量換算で２〜５０重量％となることが好ましい。固形残分中のシリカ重量換算Ｓｉ含有量とは、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中のアルコキシシリル部位が上記ゾル−ゲル硬化反応を経て、シリカ部位に硬化した時のシリカ部位の重量パーセントである。
【００５３】
このような構成を有する化合物として、荒川化学工業株式会社製コンポラセンＥシリーズを用いることができる。
【００５４】
また、エポキシ樹脂用硬化剤としては、通常、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されている、フェノール樹脂系硬化剤、ポリアミン系硬化剤、ポリカルボン酸系硬化剤、イミダゾール系硬化剤等を特に制限なく使用できる。具体的には、フェノール樹脂系のものとしては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリｐ−ビニルフェノール等があげられ、ポリアミン系硬化剤としてはジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジシアンジアミド、ポリアミドアミン（ポリアミド樹脂）、ケチミン化合物、イソホロンジアミン、ｍ−キシレンジアミン、ｍ−キシレンジアミンとスチレンの反応生成物、ｍ−フェニレンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノ−３，３′―ジエチルジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジシアンジアミド等があげられ、ポリカルボン酸系硬化剤としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、３，６−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサクロルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチル−３，６−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸があげられ、またイミダゾール系硬化剤としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルへキシルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウム・トリメリテート、２−フェニルイミダゾリウム・イソシアヌレート等があげられる。上記エポキシ樹脂用硬化剤は、エポキシ環と反応して開環硬化させるだけではなく、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中のアルコキシシリル部位やアルコキシ基が互いにシロキサン縮合していく反応の触媒ともなる。
【００５５】
エポキシ樹脂用硬化剤の使用割合は、通常、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対し、硬化剤中の活性水素を有する官能基が０．２〜１．５当量程度となるような割合で配合して調製される。
【００５６】
また、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進するための硬化促進剤を含有することができる。例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの三級アミン類；２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール類；トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどの有機ホスフィン類；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩などをあげることができる。
【００５７】
また、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）中のエポキシ基はエポキシ重合触媒が存在する限り、硬化反応が進行するため、必ずしもエポキシ樹脂硬化剤を必要ではない。このようなエポキシ重合触媒としては、ルイス酸とそのトリアルキルオキソニウム塩、カルボニウム塩やアンモニウム塩などのカチオン重合触媒や３級アミンなどアニオン重合触媒が挙げられる。特にアルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂に対する溶解性やポットライフを考慮すると、アンモニウムテトラフルオロボレートなどルイス酸のアンモニウム塩やトリエチルアミンなど脂肪族３級アミンが好適である。
【００５８】
前記の硬化促進剤やエポキシ重合触媒は、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂のエポキシ基や任意成分として用いたエポキシ樹脂の合計エポキシ基に対して、それぞれ０．１〜５重量部の割合で使用するのが好ましい。また、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂中のアルコキシシリル部位やアルコキシ基のシロキサン縮合の促進には、従来公知の酸又は塩基性触媒、金属系触媒などのゾル−ゲル硬化触媒を配合することが出来る。これらのなかでも、オクチル酸錫やジブチル錫ジラウレート、テトラプロポキシチタンなど金属系触媒が、活性が高く好ましい。
【００５９】
温度ひび割れセンサ１の動作について説明する。貯槽３０を構成する覆工コンクリート壁４４に配置された温度ひび割れセンサ１に振動が印加されると、コイル部６を通過する光の周波数が振動ｖ１に対応して変化する。このため、入射部８に入射された入射光Ｌ１と振動ｖ１が印加されたコイル部６を通過した出射光Ｌ２との間では、周波数が異なっている。振動検出部３は、この周波数の変化を検出する。そして、周波数の変化に対応した振動ｖ１のレベルを算出する。
【００６０】
温度ひび割れセンサ１を冷却して、低温環境の使用に用いることができることを試験により実際に確認した。この試験では、比較例として３つのセンサを準備した。
【００６１】
試験に用いた温度ひび割れセンサ１には、接着剤７として、アルコキシ基含有シラン変性エポキシ樹脂（１）としてはメチルトリメトキシシラン変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（荒川化学工業株式会社製：商品名「コンポセランＥ２０１」、エポキシ当量２８５ｇ／ｅｑ）を１００ｇ、硬化剤としてはｍ−キシレンジアミンとスチレンの反応生成物（荒川化学工業株式会社製：商品名「コンポセランＡＤ０３３」、活性水素当量１０３ｇ／ｅｑ）を３６．１ｇ（エポキシ基と活性水素との当量比（モル比）が１：１となる量）を、良く混合して用いた。８０℃で１２時間保持する１次硬化工程を実施した後に、１５０℃で３時間保持する２次硬化工程を実施して、上記化合物と硬化剤を含む接着剤７を硬化させた。
【００６２】
比較のための第１のセンサとして、光ファイバを被覆しているポリイミドにより光ファイバをコイル状に成形したセンサを用いた。第１のセンサは、光ファイバを被覆しているポリイミド樹脂により接着しているので、第１のセンサに占める樹脂の分量を低減できる構成を有する。このセンサに用いられている光ファイバは、温度ひび割れセンサ１に用いられている光ファイバ４と同様に、ポリイミドにより被覆された石英ガラスからなる光ファイバである。この光ファイバは、石英ガラスからなるボビンに巻かれてコイル状に成形されている。従って、第１のセンサは、光ファイバを成形する接着剤が温度ひび割れセンサ１と異なる。さらに、光ファイバが石英ガラスからなるボビンに巻かれている点で温度ひび割れセンサ１と異なる。その他の構成は、温度ひび割れセンサ１と同じである。
【００６３】
また、比較のための第２のセンサとして、エポキシ系接着剤により光ファイバをコイル状に成形したセンサを用いた。このセンサに用いられている光ファイバは、温度ひび割れセンサ１に用いられている光ファイバと同様に、ポリイミドにより被覆された石英ガラスからなる光ファイバである。従って、第２のセンサは、光ファイバを成形する接着剤のみが温度ひび割れセンサ１と異なり、その他の構成は同じである。
【００６４】
さらに、比較のための第３のセンサとして、市販されている低温用ピエゾセンサ（以下、ＰＺＴセンサともいう）を用いた。ＰＺＴセンサは、圧電素子型のセラミック振動子を用いた振動センサである。このＰＺＴセンサは、圧電素子で検知した振動の外力により、圧電素子に生じる電荷を電圧に変換することにより振動を検知する。圧電素子は、例えばコバールからなるケースの内部に配置されている。
【００６５】
次に、比較試験の方法と、試験に用いた装置について説明する。試験装置には、センサの温度を所定の温度に設定することが可能な第１の試験装置５０と、センサを短時間で冷却することが可能な第２の試験装置６０とがある。
【００６６】
図４（ａ）を参照すると、第１の試験装置５０には、断熱容器５１が用いられている。断熱容器５１の底部５１ａから開口５１ｂまでの距離は２７ｃｍである。断熱容器５１の底部５１ａには液体窒素５２Ｌが配置されている。液体窒素５２Ｌの量は、１００〜３００ｍｌ（ミリリットル）程度である。さらに、液体窒素５２Ｌの上側にある空間５１ｃには、窒素ガス５２Ｇが配置されている。このように構成された第１の試験装置５０の内部には、底部５１ａ側が低温側であり、開口５１ｂ側が室温側になるように一定の温度勾配を有する空間が形成される。この第１の試験装置５０の内部に、針金等の保持具により保持された温度ひび割れセンサ１等を底部５１ａから所定の高さに保持することにより、温度ひび割れセンサ１等を所定の温度に保つことができる。また、温度ひび割れセンサ１等の近傍には、温度を測定するための熱電対５３が配置されている。この熱電対５３は、温度ひび割れセンサ１等に接触しておらず、温度ひび割れセンサ１等の近傍の窒素ガス５２Ｇの温度を測定している。なお、熱電対５３が温度ひび割れセンサ１等に接触している場合と、温度ひび割れセンサ１等に接触していない場合との温度差は、１℃未満であることが確認されている。
【００６７】
図４（ｂ）を参照すると、第２の試験装置６０には、第１の試験装置５０と同様の断熱容器５１が用いられている。断熱容器５１の底部５１ａには金属製のヒートシンク６１が配置されている。このヒートシンク６１は予め液体窒素を用いて所定の温度に冷却されている。ヒートシンク６１の上面６１ａには、ヒートシンク６１の温度を測定するための熱電対６２が配置されている。このヒートシンク６１の上面６１ａに温度ひび割れセンサ１等を載置して、温度ひび割れセンサ１等を冷却する。温度ひび割れセンサ１等には、温度ひび割れセンサ１等の温度を測定するための熱電対６３が温度ひび割れセンサ１等と接触するように配置されている。
【００６８】
第１の試験装置５０では、比熱が小さく熱伝導率の低い窒素ガス５２Ｇにより温度ひび割れセンサ１等を冷却するので、温度ひび割れセンサ１等の冷却にある程度の時間を要する。一方、第２の試験装置６０は、比熱が大きく、熱伝導率が高いヒートシンク６１を用いているので、温度ひび割れセンサ１等を急速に冷却することができる。
【００６９】
＜段階降温試験＞
まず、温度ひび割れセンサ１及び第１〜第３のセンサを段階的に冷却して、自己ノイズが発生する様子を確認した。温度ひび割れセンサ１等の表面温度を安定させるために、各温度ステップにおいて所定の時間保持した。この状態では、温度ひび割れセンサ１等の表面温度と温度ひび割れセンサ１等の内部温度とはほぼ同じ温度になっていると考えられる。図５は温度ひび割れセンサ１の自己ノイズの発生の様子と、第１のセンサの自己ノイズの発生の様子とを示す図である。図６は第２のセンサの自己ノイズの発生の様子と、第３のセンサの自己ノイズの発生の様子とを示す図である。
【００７０】
図５（ａ）のグラフＧ１は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図５（ａ）の棒グラフは、温度ひび割れセンサ１が１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図５（ｂ）のグラフＧ２は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図５（ｂ）のグラフＧ３は、温度ひび割れセンサ１が測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、温度ひび割れセンサ１は、室温から−１６０℃程度まで冷却しても自己ノイズの受振数は１秒当たり１個以下であった。また、累積受振数は４０個程度であった。
【００７１】
図５（ｃ）のグラフＧ４は第１のセンサの温度を表し、図５（ｃ）の棒グラフは、第１のセンサが１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図５（ｄ）のグラフＧ５は第１のセンサの温度を表し、図５（ｄ）のグラフＧ６は、第１のセンサが測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第１のセンサは、室温から−１６０℃程度まで冷却すると自己ノイズの受振数は最大１秒当たり９個程度であり、累積受振数は１９００個程度であった。
【００７２】
図６（ａ）のグラフＧ７は第２のセンサの温度を表し、図６（ａ）の棒グラフは、第２のセンサが１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図６（ｂ）のグラフＧ８は第２のセンサの温度を表し、図６（ｂ）のグラフＧ９は、第２のセンサが測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第２のセンサは、室温から−１６０℃程度まで冷却すると自己ノイズの受振数は最大１秒当たり４個程度であった。また、累積受振数は６００個程度であった。
【００７３】
図６（ｃ）のグラフＧ１０は第３のセンサの温度を表し、図６（ｃ）の棒グラフは、第３のセンサが１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図６（ｄ）のグラフＧ１１は第３のセンサの温度を表し、図６（ｄ）のグラフＧ１２は、第３のセンサが測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第３のセンサは、室温から−１６０℃程度まで冷却すると自己ノイズの受振数は最大１秒当たり２０個以上であった。また、累積受振数は２０００個以上であった。
【００７４】
図７は、温度ひび割れセンサ１及び第１〜第３のセンサの累積受振数と、冷却過程における温度との関係を示す。温度範囲は、２０℃〜−１５０℃である。グラフＧ１９は、温度ひび割れセンサ１の累積受振数であり、グラフＧ２０は第２のセンサの累積受振数であり、グラフＧ２１は第１のセンサの累積受振数であり、グラフＧ２２は第３のセンサの累積受振数である。グラフＧ１９を確認すると、温度ひび割れセンサ１では、累積受振数が−７０℃付近から微増し、−１３０℃付近で増大した。グラフＧ２１を確認すると、第１のセンサでは、累積受振数が室温から増加し、−７５℃以下において急増した。グラフＧ２０を確認すると、第２のセンサでは、累積受振数が−４０℃付近から微増し、−１１０℃付近で増大した。グラフＧ２２を確認すると、第３のセンサでは、累積受振数が室温から増加し、０℃以下で増大した。また、累積受振数は温度ひび割れセンサ１が最も少なく、自己ノイズの発生が抑制されていることがわかった。
【００７５】
＜段階昇温試験＞
２５℃間隔で温度ひび割れセンサ１等の温度を昇温し、自己ノイズが発生する様子を確認した。降温試験と同様に、温度ひび割れセンサ１等の表面温度を安定させるために、各温度ステップにおいて所定の時間保持した。図８は温度ひび割れセンサ１の自己ノイズの発生の様子と、第１のセンサの自己ノイズの発生の様子とを対比した図である。
【００７６】
図８（ａ）のグラフＧ２３は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図８（ａ）の棒グラフは、温度ひび割れセンサ１が１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図８（ｂ）のグラフＧ２４は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図８（ｂ）のグラフＧ２５は、温度ひび割れセンサ１が測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、温度ひび割れセンサ１は、−１５０℃付近の低温から室温まで昇温しても自己ノイズの受振数は１秒当たり１個以下であり、累積受振数は１０個程度であった。
【００７７】
図８（ｃ）のグラフＧ２６は第１のセンサの温度を表し、図８（ｃ）の棒グラフは、第１のセンサが１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図８（ｄ）のグラフＧ２７は第１のセンサの温度を表し、図８（ｄ）のグラフＧ２８は、第１のセンサが測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第１のセンサは、−１５０℃付近の低温から室温まで昇温すると自己ノイズの受振数は最大１秒当たり６個以上であり、累積受振数は４００個程度であった。
【００７８】
図９は、温度ひび割れセンサ１及び第１〜第３のセンサの累積受振数と、昇温過程における温度との関係を示す。温度範囲は、−１４５℃〜１６℃である。グラフＧ２９は、温度ひび割れセンサ１の累積受振数であり、グラフＧ３０は第１のセンサの累積受振数であり、グラフＧ３１は第２のセンサの累積受振数であり、グラフＧ３２は第３のセンサの累積受振数である。グラフＧ２９を確認すると、温度ひび割れセンサ１は昇温過程において自己ノイズは殆ど発生しなかった。グラフＧ３０を確認すると、第１のセンサは−１４５℃から累積的に累積受振数が増加した。グラフＧ３１を確認すると、第２のセンサは昇温過程において自己ノイズは殆ど発生しなかったが、温度ひび割れセンサ１の自己ノイズよりやや多かった。グラフＧ３２を確認すると、−１４０℃付近において累積受振数が急激に増加した。また、累積受振数は温度ひび割れセンサ１が最も少なく、自己ノイズの発生が抑制されていることがわかった。
【００７９】
＜繰り返し降温試験＞
温度ひび割れセンサ１と第１のセンサに、冷却と昇温を繰り返す温度負荷を与えて自己ノイズの発生の様子を確認した。温度負荷は、第１の温度ステップが−２０℃であり第２の温度ステップが−１３０℃であるパターンと、第３の温度ステップが−２０℃であり第４の温度ステップが−１００℃であるパターンとの、２つのパターンについて行った。図１０は温度ひび割れセンサ１の自己ノイズの発生の様子と、第１のセンサの自己ノイズの発生の様子とを対比した図である。
【００８０】
図１０（ａ）のグラフＧ３３は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１０（ａ）の棒グラフは、温度ひび割れセンサ１が１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図１０（ｂ）のグラフＧ３４は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１０（ｂ）のグラフＧ３５は、測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第１の温度ステップが−２０℃であり第２の温度ステップが−１３０℃であるパターンであるとき、１回目の降温時（グラフＧ３５ａ）に最も多い５０個程度の自己ノイズが確認された。また、第３の温度ステップが−２０℃であり第４の温度ステップが−１００℃であるとき、１回の降温及び昇温の過程において１０個程度の自己ノイズが確認された。
【００８１】
図１０（ｃ）のグラフＧ３６は第１のセンサの温度を表し、図１０（ｃ）の棒グラフは、第１のセンサが１秒当たりに受賑した自己ノイズの受振数を表す。図１０（ｄ）のグラフＧ３７は第１のセンサの温度を表し、図１０（ｄ）のグラフＧ３７は、測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第１の温度ステップが−２０℃であり第２の温度ステップが−１３０℃であるパターンであるとき、１回の降温及び昇温の過程において最大１２００個程度の自己ノイズが確認された。また、第３の温度ステップが−２０℃であり第４の温度ステップが−１００℃であるとき、１回の降温及び昇温の過程において最大６００個程度の自己ノイズが確認された。
【００８２】
＜低温保持試験＞
温度ひび割れセンサ１と第３のセンサを一定の温度に長時間保持し、自己ノイズの発生の様子を確認した。温度ひび割れセンサ１等は−８０℃〜−１００℃の低温環境に２時間程度保持した。図１１は温度ひび割れセンサ１の自己ノイズの発生の様子と、第３のセンサの自己ノイズの発生の様子とを対比した図である。
【００８３】
図１１（ａ）のグラフＧ３９は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１１（ａ）の棒グラフは、温度ひび割れセンサ１が１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図１１（ｂ）のグラフＧ４０は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１１（ｂ）のグラフＧ４１は、温度ひび割れセンサ１が測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、温度ひび割れセンサ１では、−９４℃までに３０個程度の自己ノイズが確認された。その後、低温保持中において自己ノイズの累積受振数は４０個程度に収束した。
【００８４】
図１１（ｃ）のグラフＧ４２は第３のセンサの温度を表し、図１１（ｃ）の棒グラフは、第３のセンサが１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図１１（ｄ）のグラフＧ４３は第３のセンサの温度を表し、図１１（ｄ）のグラフＧ４４は、第３のセンサが測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、第３のセンサでは、−８０℃までに２００個程度の自己ノイズが確認された。その後、−９４℃まで降温し、低温保持することで、自己ノイズの累積受振数は２０００個を上回った。
【００８５】
＜温度勾配試験＞
温度ひび割れセンサ１が冷却される速度により、自己ノイズの発生数がどのように変化するか確認した。ここでは、毎分−１０℃の速度で冷却するパターンと、毎分−３７℃の速度で冷却するパターンを温度ひび割れセンサ１に印加して、自己ノイズの発生の様子を確認した。
【００８６】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、毎分−１０℃の速度で冷却したときの温度ひび割れセンサ１の自己ノイズの発生の様子を示す図である。図１２（ａ）のグラフＧ４５は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１２（ａ）の棒グラフは、温度ひび割れセンサ１が１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図１２（ｂ）のグラフＧ４６は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１２（ｂ）のグラフＧ４６は、測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、温度ひび割れセンサ１に毎分−１０℃の速度で冷却するパターンを印加したとき、３０個程度の自己ノイズが確認された。
【００８７】
図１２（ｃ）及び（ｄ）は、毎分−３７℃の速度で冷却したときの温度ひび割れセンサ１の自己ノイズの発生の様子を示す図である。図１２（ｃ）のグラフＧ４８は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１２（ｃ）の棒グラフは、温度ひび割れセンサ１が１秒当たりに受振した自己ノイズの受振数を表す。図１２（ｄ）のグラフＧ４９は温度ひび割れセンサ１の温度を表し、図１２（ｄ）のグラフＧ５０は、測定開始時から受振した自己ノイズの数を累積した累積受振数を表す。これらによると、温度ひび割れセンサ１に毎分−３７℃の速度で冷却するパターンを印加したとき、４０個程度の自己ノイズが確認された。
【００８８】
以上の試験により、
第１のセンサであるポリイミドで光ファイバを接着したセンサは、段階降温試験及び段階昇温試験において、室温から−１６０℃までの温度範囲で、自己ノイズが発生することが確認された。第２のセンサであるエポキシ系接着剤で光ファイバを接着したセンサは、約−４０℃以下から自己ノイズが発生し、−１１０℃では自己ノイズが急増することが確認された。従って、第２のセンサは低温条件下において対象物のひび割れを検出するセンサとして用いることが困難であることが確認された。第３のセンサである低温用ＰＺＴセンサでは、約０℃から自己ノイズが発生することが確認された。
【００８９】
これらに対して、温度ひび割れセンサ１は、室温から−１６２℃までの温度範囲で自己ノイズの発生が抑制されていることが確認された。特に、室温から−７０℃までの温度範囲では自己ノイズを殆ど生じることがなく、さらに−１６２℃までの温度範囲でも自己ノイズが好適に抑制されていた。また、温度ひび割れセンサ１は、０℃以下の温度範囲において、繰り返しの温度変動が印加されても自己ノイズの発生する数が増加することがなかった。また、−９０℃付近の低温環境に保持されても自己ノイズの発生数が所定数よりも増加することはなかった。従って、温度ひび割れセンサ１は、−１６２℃以上０℃以下で用いる温度ひび割れセンサ１として好適であることが確認された。従って、温度ひび割れセンサ１は、貯槽３０を構成する覆工コンクリート壁４４及び岩盤３２の内部に設置され、覆工コンクリート壁４４及び岩盤３２のひび割れの発生を検知するために好適に用いることができることが確認された。
【００９０】
本実施形態の温度ひび割れセンサ１は、覆工コンクリート壁４４の内部でひび割れが発生したときに生じる振動が印加される振動印加部２が、コイル状に巻かれ所定の接着剤７で固められた光ファイバ４を有している。この光ファイバ４に光を通過させた状態で振動印加部２に振動ｖ１が印加されると、光ファイバ４を通過する光の周波数が変化する。そして、振動ｖ１を検出する振動検出部３が、光ファイバ４の入射部８に入射される入射光Ｌ１と光ファイバの出射部９から出射される出射光Ｌ２の間における周波数の変化に基づいて、振動ｖ１を検出する。これ故、覆工コンクリート壁４４の内部においてひび割れが生じたときに発生する所定の周波数帯の振動を検出して、覆工コンクリート壁４４のひび割れを検出できる。
【００９１】
さらに、上述の試験で示されたように、接着剤７を用いた温度ひび割れセンサ１によれば、温度ひび割れセンサ１自身が発する自己ノイズを低減できる。従って、−１６２℃以上０℃以下の温度条件下において、１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の周波数帯の振動を検出して対象物のひび割れを精度良く検出できる。また、覆工コンクリート壁４４又は岩盤３２に埋設することができるので、ひび割れの発生を地表３５から常時モニタリングすることができる。
【００９２】
また、温度ひび割れセンサ１は、光ファイバ４に通過させた光の周波数変化に基づいて振動を検出する。このように、温度ひび割れセンサ１は、主として赤外線のような電磁波を媒体として振動を検出する。このため、電圧が発生しないので、可燃性ガスを含む雰囲気中において温度ひび割れセンサ１を使用する場合に着火源となることがなく、いわゆる防爆性を有している。これ故、ＬＮＧを貯蔵する貯槽３０のひび割れを検知するセンサとして好適に用いることができる。また、長期の耐久性を有することができる。また、貯槽３０の健全性のモニタリングだけでなく、貯槽３０の構造設計の妥当性検証や、運用後の貯槽３０の維持管理に温度ひび割れセンサ１を用いることもできる。
【００９３】
また、温度ひび割れセンサ１の対象物は、天然ガスの貯槽３０の覆工コンクリート壁４４である。温度ひび割れセンサ１は、−１６２℃以上０℃以下の温度条件下において１０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の周波数帯の振動を精度良く検出できる。従って、天然ガスの貯槽３０における覆工コンクリート壁４４の内部においてひび割れが生じた場合、ひび割れに起因するＡＥを検出することができるので、覆工コンクリート壁４４の内部のひび割れを精度良く検出できる。
【００９４】
また、温度ひび割れセンサ１の対象物は、天然ガスの貯槽３０を覆う岩盤３２であるとしてもよい。この場合、覆工コンクリート壁４４を覆う岩盤３２の内部においてひび割れが生じた場合、ひび割れに起因するＡＥを検出することができるので、岩盤３２の内部のひび割れを精度良く検出できる。
【符号の説明】
【００９５】
１…温度ひび割れセンサ、２…振動印加部、３…振動検出部、４…光ファイバ、７…接着剤、３０…貯槽、４４…覆工コンクリート壁、Ｌ１…入射光、Ｌ２…出射光。
【図１】
2013092435.tif 000006
【図２】
2013092435.tif 000007
【図３】
2013092435.tif 000008
【図４】
2013092435.tif 000009
【図５】
2013092435.tif 000010
【図６】
2013092435.tif 000011
【図７】
2013092435.tif 000012
【図８】
2013092435.tif 000013
【図９】
2013092435.tif 000014
【図１０】
2013092435.tif 000015
【図１１】
2013092435.tif 000016
【図１２】
2013092435.tif 000017