JPH011935A - 光ファイバ浸水検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えばコンピュータルーム、半導体工場、
重要書類室、電気通信ケーブル等の内部などの浸水を嫌
う場所に配設され、このような場所における浸水事故を
正確にかつ迅速に検知できる光ファイバ浸水検知センサ
に関する。

「従来の技術とその問題点」 従来、この種の浸水検知センサとしては、裸線、紙絶縁
線あるいはプラスチック絶縁線などのＷ銀線を所定位置
に配線して、この警報線の部分的短絡により浸水を検知
する電気方式のらのが多く用いられている。また、この
ような電気方式の浸水検知センサは、浸水検知センサ部
を導線に多数取り付けた点検知のものが多数を占めてい
る。

しかし、このような点検知のものでは、浸水検知箇所が
限られているために、浸水箇所を正確にかつ迅速に検知
することかできない問題があった。

また警報線の浸水検知感度が低いことから、浸水検知セ
ンサの浸水検知能力が悪い問題があった。

また金属導体を用いた警報線は、電磁誘導のある区間で
は適用できないという問題があった。

一方、光ファイバを用い、その伝送損失から浸水検知を
行なうものとして、例えば実開昭６２−２５８４５号公
報記載のものもある。しかし、この光ファイバを用いた
従来の浸水検知センサは、人検知のセンナであり、浸水
箇所を正確にか一ノ迅速に検知できないという問題を解
消することはできない。また、この浸水検知センサにお
いて、光ファイバに接触させて設（すられた板を、光フ
ァイバの全線に亙って設ければ、光ファイバ全線に亙っ
て浸水検知が可能となり、浸水箇所を正確にかつ迅速に
検知できないという問題をある程度解消することができ
るが、光ファイバ全線に亙って板を設けると、浸水検知
部分か大きな乙のとなってしまい、可撓性がなく、融通
性に欠けるセンサとなってしまう。

この発明はこのような事情に鑑みてなされた乙ので、浸
水箇所を正確にかつ迅速に検知することかできる浸水検
知センサの提供を目的としている。

［問題点を解決するための手段」 この発明は、光ファイバと、この光ファイバに添設され
たテンションメンバと、これら光ファイバおよびテンシ
ョンメンバの全周に被覆された吸水時に体積膨張する吸
水材と、この吸水材の外側に設けられ、吸水材の体積膨
張を抑制するととらに、外部空の浸水を吸水材に導く膨
張抑制材とを備えてなり、上記光ファイバを上記吸水材
の中心から偏心させて配置して、浸水検知センサを構成
したことを問題解決の手段とした。

「作用Ｊ この発明の光ファイバ浸水検知センサにあっては、上記
のような構成としたことにより、次のような作用を奏す
る。

すなわち、浸水事故に際し、吸水材の浸水部分近傍が水
分を吸収して膨祠し、体積膨張を起こすか、膨張抑制材
が当接した部分では体積膨張が押さえ込まれる。この押
さえ込みにより光ファイバに側圧が加わり、光ファイバ
にマイクロヘンディングなどの曲がりか発生する。よっ
て、この光ファイバに生じたマイクロベンディングによ
る伝送光の損失増加を、光ファイバの入力端から入射し
た光の後方散乱光などの反射光を測定することによって
検知し、浸水事故の発生およびその発生位置を正確にか
つ迅速に検知できる。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明４−る。

第１図はこの発明の第１実施例を示す図であって、図中
符号１は、光ファイバ浸水検知センサ（以下、センサと
略記する）である。このセンサ１は、光ファイバ２と、
この光ファイバ２に添設されたテンションメンバ３と、
これら光ファイバ２およびテンションメンバ３の全周に
被覆された吸水材４と、この吸水材４の外側に設けられ
た膨張抑制材５とを備えてなるものである。吸水材４の
中心にはテンションメンバ３が配置されており、光ファ
イバ２は吸水材４の中心からテンションメンバ３の分だ
け偏心した状態で配置されている。′上記光ファイバ２
には、石英系ガラスファイバ、多成分系ガラスファイバ
あるいはプラスチックファイバか使用され、この光ファ
イバ裸線に、熱硬化性シリコン、ウレタン、紫外線硬化
型ポリマ等を材料とする一層あるいは二層以上の被覆を
施した光ファイバ素線が好適に使用される。また、この
光ファイバ２としては、通常の通信用に用いられる低損
失光ファイバを使用することが特に好ましい。なお、第
１図に示すセンサ１では１本の光ファイバ２を備えて構
成されているか、互いに接触しないようにして２本以上
の光ファイバ２を配置しても良い。

上記テンションメンバ３は、鋼線、カラス繊維あるいは
芳香族ポリアミド繊維などの高張力細線を束ねたものな
どが使用される。このテンションメンバ３の外径寸法は
、光ファイバ２の外径寸法と同じかあるいはそれよりも
細い乙のか特に好適に使用される。

上記吸水材４は、合成ｖＪｊ脂エシェラストマーのベー
ス中に吸水時に体積膨張を起こす吸水膨潤材料を混入し
た材料が好適に使用され、外部からの浸水を吸水し、吸
水部分が体積膨張を起こすようになっている。この吸水
材４のベースとして好適な材料を例示すれば、スチレン
−ブタジェンゴム（ＳＤＲ）、エチレン−プロピレンゴ
ム（Ｅ　Ｐ　Ｒ）、イソプレンゴム、ブタジェンゴム、
ブチルゴム等の炭化水素系合成ゴム、あるいはシリコー
ンゴム、フッ素ゴム、ポリエステル系化合物のエラスト
マー、６種プラスチックスなどである。また、吸水け４
の吸水膨潤材料としては、吸水によって体積か数百倍に
増大するような材料か好適に使用される。

吸水膨潤材料として好適なものを例示すれば、ＫＩゲル
（商品名、クラレ株式会社製）、アクリホープ（登録商
標、日本触媒化学工業味式会社製）なとである。

上記の膨張抑制材５は、吸水時に膨張性がなく、かつ吸
水材４の体積膨張により切断されない程度の張力を何し
た糸状のものが使用され、例えばテトロン糸などの合成
樹脂を材料としたものか特に好適に使用される。また、
この膨張抑制材５は、第２図ノこ示すように吸水材４の
表面に一定のピッチで巻回しても良く、第３図に示すよ
うに織組状にして設けて良く、また第４図に示すように
網目状にして設けても良い。

次に、このような構成によるセンサＩの製造方法の一例
を説明する。まず、所定の内外径およびモードを有する
長尺の光ファイバ素線あるいは光ファイバ裸線など光フ
ァイバ２と、テンションメンバ３を接触させた状態で保
持し、これら光ファイバ２およびテンションメンバ３の
上に、所定の膜厚の吸水材４を被覆する。光ファイバ２
およびテンションメンバ上に吸水材４を被覆する方法と
しては、溶融押出被覆法などが好適に用いられる。

また、このとき吸水材４の中心にテンションメンバ３が
位置するように光ファイバ２およびテンションメンバ３
の位置を調整しておく。次いで、この吸水材４上に、糸
状の膨張抑制材５を一定のピッチで巻回する。この巻回
操作は、電線や光ファイバ等に被覆用の糸を任意のピッ
チで巻き付ける巻回装置などを使用して行なうことがで
きる。以上の操作により目的とするセンサ１を得る。

このように構成されたセンサＩは、次のようにして浸水
事故の発生を検知する。まず、センサ１の設置場所に浸
水事故が起こり、この水分が膨張抑制材５を通過して吸
水材４に吸着される。水分を吸着した吸水材４は、膨潤
して体積膨張を起こすが、膨張抑制材５が巻回されてい
るために、この膨張抑制材５に当接した部分の体積膨張
は押さえ込まれる。これによりセンサ１の中心から離間
して配置された光ファイバ２は、膨張抑制材５の押さえ
込みに応じて押し曲げられ、浸水事故発生部分にマイク
ロベンディングが発生する。このマイクロベンディング
が発生した部分では、先ファイバ２中を伝送される伝送
光の伝送損失が大きくなるので、この損失増加を感知す
ることにより浸水事故の発生を検知することができる。

光ファイバ２中を伝送される伝送光の伝送損失を測定す
る方法としては、第５図に示すようにセンサ１中の光フ
ァイバ２の一端に光源を接続するとともに、他端に受光
器を接続し、この受光器に一人射される光の強度をモニ
タする方法や、第６図に示すように、センサ１中の光フ
ァイバ２の一端に浸水検知装置６を接続して、光ファイ
バ２のマイクロベンディング発生箇所を検出する方法な
とか使用される。

第７図はこのような浸水検知装置６の一例を示す図であ
って、この浸水検知装置６は、センサ１中の光ファイバ
２の入力端から光パルスを入射するパルス発生器７とＬ
Ｄ（レーザーダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）
等の発光素子８とからなる発光部９と、光ファイバ２か
ら後方散乱光などの反射光パルスを受光するＡＰＤ（ア
バランシェフォトダイオード）等の受光素子を有する光
検出部１０と、発光部９からの光パルスとセンサＩ中の
光ファイバ２からの反射光パルスとの流れを制御する光
方向性結合器■１と、上記の光検出部１０で受光された
反射光パルスの時間的な遅れを演算処理する演算部１２
と、この処理結果を表示する表示部１３とからなるもの
である。

次に、このような構成からなる浸水検知装置の稼動方法
を説明する。例えば第７図の図中Ｘで示す区域に浸水事
故が発生した場合、このＸ区域内に配設されたセンサ■
の吸水材４に水分が浸透し、Ｘ区域内にある吸水材４は
、吸水して膨潤し、体積膨張を起こすが、糸状の膨張抑
制材５が巻回されているために、この膨張抑制す４５が
当接した部分の体積膨張は押さえ込まれる。これにより
センサｌの中心から離間しで配置された光ファヂハ２は
、膨張抑制材５の押さえ込みに応じて押し曲げられ、Ｘ
区域内にある光ファイバ２にはマイク【ｊベンディング
が発生する。そして、この光ファイバ２の曲かりによる
伝送光の損失増加を浸水検知装置６により、光ファイバ
２の入力端に戻る後方散乱光などの反射光パルスの時間
的な遅れや受光レベルの変化に基づいて検知する。そし
て、浸水検知装置６の演算部１２で反射光パルスの測定
データを解析して光ファイバ２の入力端からの浸水発生
位置間での距離を割り出す。ついでこのデータを表示部
１３に表示することによってＸ区域の浸水事故を検知す
ることができる。

次に、この浸水事故発生に伴い、直しにＸ区域の浸水事
故に対する対応措置を施す。

このような浸水検知システムにあっては、浸水検知装置
６の表示部Ｉ３の位置において、Ｘ区域などセンサ１を
予め配設しておいたケーブル内や室内の浸水事故を正確
にかつ迅速に検知することか可能である。

また、このセンサＩは、光ファイバ２にテンノヨンメン
バ３を添設し、光ファイバ２およびテンノヨンメンバ３
の全周に吸水時に体積膨張する吸水材４を被覆し、この
吸水材４上に膨張抑制材５を設けて構成され、水分の浸
透により吸水４／１４が膨張し、膨張抑制（第５がこの
体積膨張を部分的に抑制して光ファイバ２に側圧を与え
て光ファイバ２にマイクロヘンディングなどの曲がりを
発生させ、光ファイバ２の伝送損失を増加さＵｏること
を浸水検知手段としたので、光ファイバ２の全線にｂｆ
っでの浸水検知か可能となり、また伝送光の損失増加を
測定することにより浸水検知を行なうので、極めて高感
度で浸水を検知することができる。また電磁誘導がある
区域においてｔＪ適応させることができる。更に、先フ
ァイバ２として通常の通信用として用いられているよう
なりレーデソトインデックス、ステップインデックス、
シングルモードのような低損失な光ファイバを用いるこ
とにより、長距離の布設が可能となり、長距離ケーブル
などにおける浸水検知にも適用さ什ることかてきる。

また、光ファイバ２にテンションメンバ３を添設したの
で、吸水材４を被覆した後の光ファイバ２の損失増加（
初期損失）を小さくすることがてき、また、温度変化等
により吸水材４が伸縮した場合の影響を減少させること
ができるため、温度変化等の環境変化に対する耐性を向
上させることができる。更に、センサ１に張力を受けた
場合にも、テンンヨンメンバ３がある程度の張力を分担
４゛るために、光ファイバ２の抗張力を高め、光ファイ
バ２の破断を生じ難くすることができる。

また、光ファイバ２を吸水材４の中心から偏心させて配
置したので、吸水材４の体積膨張時に光ファイバ２の曲
がりか大きくなり、浸水検知の感度を高めることができ
る。

第８図はこの発明の第２実施例を示す図である。

先の例によるセンサＩは、吸水材４の中心にテンノヨン
メンバ３を配置し、光ファイバ２を吸水材４の中心から
偏心させて配置した構成であったが、この例のセンサ１
４は、光ファイバ２とテンノヨンメンバ３の両方を吸水
材４の中心から偏心させて配置した構成になっている。

この例によるセンサ１４は、先の例と同様の効果が得ら
れる他、吸水材４の中心から先の例よりも更に離間した
位置に光ファイバ２を配置したので、浸水検知の感度を
更に向上させることかできる。

第９図ないし第１１図はこの発明の第３実施例を示す図
である。先の第１実施例では、光ファイバ２とテンンヨ
ンメンバ３とを平行に並べた状態で配置したが、この例
によるセンサ１５は、第１Ｏ図に示すように、テンノコ
／メンバ３を中心として、このテンションメンバ３に６
本の光ファイバ２を撚り合イっ仕て６芯のユニットとし
、このユニットの外側に吸水材４を被覆し、この吸水材
４の表面に糸状の膨張抑制材５を巻回して構成されてい
る。テンションメンバ３は吸水材４の中心に配置されて
おり、光ファイバ２は吸水材４の中心から偏心して配置
されている。また、テンノヨンメンバ３に撚り合わされ
ろ６芯の光ファイバ２は、６本全部が光ファイバ２であ
っても良く、光ファイバ２とダミー線を組み合わせて使
用しても良い。

したがって、光ファイバの本数は１〜６本の間で選択す
ることができる。

なお、上記６芯のユニットの表面には、直接吸水材４を
被覆しても良いが、例えば軟質のシリコーンゴム、コン
パウンド等の材料で彼覆し、６芯のユニットを予め固定
しておくと、吸水材４を被覆した後にも損失値（即し、
初期損失）の上昇を小さくすることかできる効果かある
。また、このセンサ１５では、第１１図に示すように、
吸水材４表面に、糸状の膨張抑制材５を一定のピッチで
巻回した構成としたが、膨張抑制材５の配設方法として
は、膨張抑制材５を一定のピッチで巻回する他に、前述
の第３図および第４図に示すように、織組状としたり、
或いは網目状として配設しても良い。

この例によるセンサ１５は、先の第１実施例と同様の効
果が得られる他、テンションメンバ３を中心として少な
くとも１本の光ファイバを備えた６芯を撚り合わせ、６
芯のユニットとしたので、先の第１実施例のものよりも
光ファイバ２の破損を生じにくくすることができる。ま
た、温度変化などにより吸水材４か伸縮した場合でも、
光ファイバ２の伝送損失に与える影響を更に減少させる
ことができ、温度変化などの環境変化に対する耐性を一
層向上さけることができる。

「実験例　ｌ」 光ファイバとして、コア径５０μｍ、クラツド径１２５
μｍ１比屈折率差１．０％の石英系のグレーデッドイン
デックス形マルチモード光ファイバに、ウレタンアクリ
レート被覆を施した外ｉ１０．３ｍＩＩ＋の光ファイバ
素線を用い、この素線に外洋０．３ｍａ＋の鋼線（テン
ションメンバ）を添設し、これら素線および鋼線の全周
に亙って、スチレン−ブタジェンゴム１００重量部にア
クリホープ（登録商標、日本触媒化学工業株式会社製）
を５重量部添加して作成された吸水材を、外径が２．５
ｎｕｎとなるように被覆した。このとき、吸水材の中心
に鋼線を配置した。

次に、この吸水材の表面に、太さ０．３１１ＩＩＲの硬
質プラスチック製の膨張抑制材を縁組状に巻回した。

このときの膨張抑制材のピッチ間隔は２．５ｍｍとした
。以上の操作により、前述の第１実施例とほぼ同様に構
成されたセンサを作成した。

このようにして作成された全長２０００ｍのセンサを用
い、第１２図に示すようにその一部を水に浸漬し、この
伝送損失の増加を０ＴＤＲ（後方散乱損失測定装置）で
測定した。すなわち、センサの一端Ａを０ＴＤＲに接続
し、このＡから■５００ｍ離間した位置Ｂに３０ｃＩ１
１の浸水部分りを設け、センサの他端Ｃをパワーメータ
に接続して、浸水開始からの損失増加を０ＴＤＲで測定
した。

０ＴＤＲは、１．３μｍ帯の光波長を用いた。また、こ
のセンサの初期伝送損失は０．８２　ｄＢ／Ｋｍであっ
た。

この結果、第１３図に示すように、センサを浸水させた
直後から損失増加が起こり、浸水開始からＩＯ分程度ま
で急激に損失が増加してゆき、それ以後は緩やかに上昇
して飽和状聾に達した。このように、上記センサは、非
常に感度よくかつ迅速に浸水検知を行なうことができた
。また０ＴＤＲによるモニターにおいて、Ａ点から１５
００ｍに設けた浸水箇所を正確に確認することができた
。

「実験例　２」 先の実験例１で用いた乙のと同じ光ファイバ素線を６本
用い、外径０．３ＩＩＩＩ１１のガラス繊維製のテンシ
ョンメンバを中心として、６本の素線を撚り合わせて６
芯のユニットとした。次に、このユニットの表面をシリ
コーンゴム（硬度　ショアＡ３６）で被覆した。この被
覆体の外径は１．５ｉ＋ｎ＋とじた。

次にこの被覆体の表面に、先の実験例！で用いた吸水材
と同一組成の吸水材を、外径４ＩＩＩ１１となるように
被覆した。次に、この吸水材の表面に、太さ０．３ｍｎ
＋の硬質プラスデック製の膨張抑制材を、ピッチ間隔３
ｍｍの一定ピッチで巻回した。以上の操作により、前述
の第３実施例とほぼ同様に構成されたセンサを作成した
。

このようにして作成された全長１０００ｍのセンサをｌ
ｌい、第１４図に示すように、先の実験例Ｉとほぼ同様
の方法によって伝送損失の増加を測定した。すなわち、
センサ中にある６本の光ファイバ素線の内の１本の素線
を選び、その一端ト〕を０ＴＤｒ（に接続し、このＥか
ら７００ｍ　８間し）二位置Ｆに、３０ｃｍの浸水部分
りを設け、センサの他端Ｇをパワーメータに接続して、
浸水開始からの損失増加をＯＴ　Ｄ　Ｒで測定した。Ｏ
’ｒ’　Ｉ）　ｒｊは１．３７１ｍ帯の光波長を用いた
。また、このセンサの初１υ１伝送損失は、０．７２　
ｄｒ３／Ｋｍてあった。

この結果、第１５図に示すように、浸水を開始した直後
から損失増加が起こり、浸水開始から１０分程度まで急
激に損失が増加してゆき、それ以後は綬やかに増加して
飽和状態に達した。

このように、上記センサは非常に感度よくか一ノ迅速に
浸水検知を行なうことができた。また、ＯＴ　Ｄ　Ｒに
よるモニターにおいて、Ｅ点から７００ｍ離間した浸水
箇所を正確に確認することかできた。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によるセンサは、光ファ
イバと、この光ファイバに添設されたテンノヨンメンバ
と、これら光ファイバおよびテンノヨンメンバの全周に
被覆され、吸水時に体積膨張する吸水材と、この吸水材
の外側に設けられ、吸水材の体積膨張を抑制するととら
に、外部からの浸水を吸水材に導く膨張抑制材とを備え
てなり、上記光ファイバを上記吸水ｔオの中心から偏心
させて配置して構成し、水分の浸透により吸水（オが膨
張し、膨張抑制材がこの体積膨張を部分的に抑制して光
ファイバにマイクロヘンディングなどの曲がりを発生さ
せ、光ファイバの１云送損失を増加させることを浸水検
知手段としたので、光ファイバの全線に亙っての浸水検
知が可能となり、また伝送光の損失増加を測定すること
により浸水検知を行なうので、極めて高感度で浸水を検
知することができる。また、電磁誘導かある区域におい
てら適用させることができる。更に、光ファイバとして
通常の通信用として用いられているような低損失な光フ
ァイバを用いることにより、長距離の布設が可能となり
、長距離ケーブルなとにおける浸水検知にも適用させる
ことができる。

また、光ファイバの損失増加を測定する手段として、後
方散乱損失測定装置（ＯＴＤＲ）などの浸水検知装置を
使用することにより、浸水箇所を正確に検知することが
できる。

また、光ファイバにテンションメンバを添設したので、
吸水材を被覆した後の光ファイバの損失増加（初期損失
）を小さくすることができ、また、温度変化等により吸
水材が伸縮した場合の影響を減少さ仕ることができるた
め、温度変化等の環境変化に対する耐性を向上させるこ
とができる。更に、センサに張力を受けた場合にも、テ
ンノヨンメンバがある程度の張力を分担するために、光
ファイバの抗張力を高め、光ファイバの破断を生じ難く
することができる。

また、光ファイバを吸水材の中心から偏心さＵ゛て配置
したので、吸水材の体積膨張時に先ファイバの曲かりが
大きくなり、浸水検知の感度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示４−図で力。 て、センサの横断面図、第２図ないし第４図は第１図に
示すセンサにおける膨張抑制材の配設方法の例を説明す
る図であって、第２図は膨張抑制材の配設方法の第１例
を示す側面図、第３図は同第２例を示す側面図、第４図
は同第３例を示す側面図、第５図および第６図は第１図
に示すセンサを用いた浸水検知手段の例を示す概略構成
図、第７図は、第６図に示す浸水検知手段に使用される
浸水検知装置を示す構成図である。 第８図はこの発明の第２実施例を示す図であって、セン
サの横断面図である。 第９図ないし第１１図はこの発明の第３実施例を示す図
であって、第９図はセンサの横断面図、第１０図は第９
図に示すセンサの要部の拡大斜視図、第１１図は第９図
に示すセンサの斜視図である。 第１２図は第１図に示すセンサを用いて浸水検知を実施
した実験例を説明するための図てあ。て、実験装置の略
構成図、第１３図は第１２図に示す実験例の結果を説明
するための図であって、センサの浸水時間と損失増加の
関係を示すグラフ、第１４図は第９図に示すセンサを用
いて浸水検知を実施した実験例を説明するための図であ
って、実験装置の概略構成図、第１５図は第１４図に示
す実験例の結果を説明するための図であって、センサの
浸水時間と損失増加の関係を示すグラフである。 １、＋４、＋５・・・センサ、２・・・光ファイバ、３
・・・テンンヨンメンバ、４・・・吸水Ｈ１５・・・膨
張抑制材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　光ファイバと、この光ファイバに添設されたテンショ
   ンメンバと、これら光ファイバおよびテンションメンバ
   の全周に被覆され、吸水時に体積膨張する吸水材と、こ
   の吸水材の外側に設けられ、吸水材の体積膨張を抑制す
   るとともに、外部からの浸水を吸水材に導く膨張抑制材
   とを備えてなり、上記光ファイバは上記吸水材の中心か
   ら偏心して配置されたことを特徴とする光ファイバ浸水
   検知センサ。