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技術 光ファイバセンサ

出願人 古河電気工業株式会社
発明者 和田哲郎出雲正樹松田和彦
出願日 2004年2月26日 (16年4ヶ月経過) 出願番号 2004-052130
公開日 2005年9月8日 (14年9ヶ月経過) 公開番号 2005-241459
状態 特許登録済
技術分野 うきを用いたレベル指示器 光学的手段による測長装置 光学的変換 地球物理、対象物の検知
主要キーワード 折返し点 ゴム製カバー 増加現象 マンドレル間 張力増加 導入箇所 ボビン状 上昇距離
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図面 (20)

課題

センサ部変形前の心線整列状態乱れることなく、センサ部へのファイバ心線巻回し作業が容易であり。センサ設置スペースが狭くてよいセンサを提供する。

解決手段

円形状に巻回した光ファイバ被測定物変位に応じて変形するセンサ部1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固定されて形成されている。センサ部心線4は、予め互いに固定された複数のテープファイバ心線3が円形状に巻回されて形成されている。

概要

背景

光ファイバ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、コアクラッド境界面に入射する光の角度が、臨界補角より大きくなり、光がクラッド内漏れることにより生じる伝送損失である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平9−304173号公報

概要

センサ部変形前の心線整列状態乱れることなく、センサ部へのファイバ心線巻回し作業が容易であり。センサ設置スペースが狭くてよいセンサを提供する。円形状に巻回した光ファイバが被測定物変位に応じて変形するセンサ部1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固定されて形成されている。センサ部心線4は、予め互いに固定された複数のテープファイバ心線3が円形状に巻回されて形成されている。

目的

効果

実績

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請求項1

円形状に巻回し光ファイバ巻回部が被測定物変位に応じて変形す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。

請求項2

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請求項1に記載の光ファイバセンサ。

請求項3

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請求項2に記載の光ファイバセンサ。

請求項4

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請求項3に記載の光ファイバセンサ。

請求項5

前記センサ部は、粘着性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請求項3に記載の光ファイバセンサ。

請求項6

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請求項2〜5のいずれかに記載の光ファイバセンサ。

請求項7

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請求項2〜6のいずれかに記載の光ファイバセンサ。

請求項8

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請求項1に記載の光ファイバセンサ。

請求項9

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請求項8に記載の光ファイバセンサ。

請求項10

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請求項8に記載の光ファイバセンサ。

請求項11

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、時計周り反時計周りの両方を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の光ファイバセンサ。

請求項12

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請求項1〜7、11のいずれかに記載の光ファイバセンサ。

請求項13

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請求項1、8〜11のいずれかに記載の光ファイバセンサ。

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、コアクラッド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。
特開平9−304173号公報

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整列状態乱れることがある。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。

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、縦軸光パワーとし、横軸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。

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)

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。

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。

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。

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。

0082

水、油、有機溶剤などの液体レベル検知ハンドホール、扉、蓋、水門といった構造物開閉検知

図面の簡単な説明

0083

本発明の実施形態1の説明図である。
本発明の実施形態2の説明図である。
本発明の実施形態3の説明図である。
本発明の実施形態3の説明図である。
本発明の実施形態4の説明図である。
本発明の実施形態5の説明図である。
光ロス増の差を示した図である。
巻回回数による光損失を示す図である。
巻回回数による光損失を示す図である。
実施例1を示した説明図である。
実施例1における測定図である。
実施例2を示した説明図である。
4心テープファイバ心線の断面略図である。
実施例2における測定図である。
実施例3を示した説明図である。
実施例4を示した説明図である。
実施例5を示した説明図である。
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。
従来例のセンサ部の説明図である。
従来例のセンサ部の説明図である。
従来例のセンサの説明図である。
従来例のセンサの説明図である
従来例のセンサの説明図である。
従来例のセンサの説明図である。
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
409 光パワーメータ

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