JPH02140634A - 光ファイバセンサ装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はプラントにおける高温流体の漏洩をプリズムの
屈折率変化とい・）光学的手段により自動検知する機能
を有する光フアイバセンサ装置に関する。

（従来の技術） 従来、発電所等のプラント現場において、配管などのプ
ラント設臓からの＾渇の然気、ガス、液滴等の漏洩に関
する異常検知は、監視員が頻繁に巡回することにより対
処してきた。

最近では、検知線を敷設して流体付着による抵抗値や静
電容量の変化といった電磁気的な手法による自動検知が
行われはじめている。また、防爆性や無誘導性というメ
リットから光ファイバをセンナとして利用することも試
みられている。これは、光ファイバのコアまたはクラッ
ドに、１ｉａｉ温や液滴付着によりその光学的性質が変
化する特殊な材質を用いるものである。

（発明が解決しようとする課題） 従来の監視員巡回時の目視による通報では、リアルタイ
ム性に欠け、重大事故に対処できない可能性がある。ま
た、配管等が入り組んだ複雑な構造の部位は目視が困難
であり、その信頼性についても個人的な差異がある。さ
らに、巡回は甲朝、深夜を問わず行われるため、監視員
の労力軽減の点で問題がある。

一方、最近実用化されつつある敷設した検知線の抵抗値
や静電容Ｒの変化をとらえる電磁気的な手法によるもの
については、火力・原子力発電所や石油化学プラント等
で防爆を必要とする区域での使用は危険である。また、
電磁気的な外乱による誤検知もありうる。

他方、光ファイバケーブルをセンサとして用い、コアま
たはクラッドの一部が流体付着によって透過率や屈折率
といった光学的性質が変化する方法は、出力信号の変化
率が微弱であり、判別が難しいという欠点がある。さら
に、特殊な材質による光ファイバは、その経年安定性が
低く、長期使用時には誤検知の可能性もあるため、信頼
性を要づる部位の検知には適さない。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、高温の
水蒸気、ガス、液滴の漏洩に対して、検知線に特別な防
爆対策や電磁気的外乱の影響を考慮する必要がなく、か
つ高い感度と経年安定性を保ちつつ高信頼瓜でオンライ
ン自動検知が可能な監視機能を有する光ファイバセンサ
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る光フアイバセンサ装置は、光学的信号を発
する投光部と、この投光部からの光学的信号を伝達する
光ファイバケーブルと、この先ファイバケーブルの途中
に介装されるとともに温度によって屈折率が変化する材
質からなるプリズムを右する検出部と、上記光ファイバ
ケーブルにより伝達された光学的信号を電気的信号に変
換する受光部と、この受光部からの電気的信号により検
出部における温度の異常を判断する判定部と、この判定
部で判定された結果を出力する出力部とを備えたもので
ある。

（作用） 投光部から発せられた光は光ファイバケーブルにより検
出部に伝達され、この検出部を通り、さらに光ファイバ
ケーブルにより受光部に伝達される。受光部に入った光
は電気的信号に変換される。ここで、検出部の周囲の温
度が高ｆＡ流体漏洩等により変化づると、検出部に備え
られたプリズムの屈折率が変化し、受光部に入る光の吊
が変化する。この変化は電気的信号の変化として判定部
へ送られ、この判定部により検出部における温度の異常
を判断し、その判断結果が出力部により出力される。

（実施例） 本発明の実施例について添付図面を参照して説明づる。

第１図は本発明に係る光フアイバセンサ装置の第１実施
例を示す構成図である。

光フアイバセンサ装置には光ファイバケーブル１の端部
コアに対して投光する投光部２が備えられる。この投光
部２は投光用制御信号３を入力して、１ジ光を中止した
り開始したりする機能を有する。

光ファイバケーブル１の導光路途中には配管４などから
の液ｆ４５や蒸気６′８の高温流体の漏洩を検出する検
出部７が介装される。

検出部７は、第２図に示すように、入力側の光ファイバ
１Ａと出力側の光ファイバ１Ｂとを連結する固定構造９
内に温度によって屈折率が変化ザる材質からなるプリズ
ム１０が備えられる。光ファイバ１Δ、ＩＢは、外部被
膜１１内にクラッド部１２と導光路の役割を果たすコア
部１３が備えられ、固定構造９に着脱可能なねじ部１４
により接続される。

固定構ｎ９は常温に−３いて入力側光ファイバ１Ａから
出力側光ファイバ１Ｂへプリズム１０を通して最も多く
の光を伝達するような位置関係に入力端光ファイバ１Ａ
、プリズム１０、出力側光ファイバ１Ｂを配設する形状
に形成される。また、固定構造９の材質としては、検出
部７の周囲の温度変化をプリズム１０に伝達しやすいも
のが用いられる。なお、固定構造９は、プリズム１０や
光ファイバＩＡ、ＩＢの端部を覆い、外気から１１１す
るすることにより煤塵や腐食性ガスなどによる劣化を防
ぐ役割も果たす。

プリズム１０は、温度により屈折率が変化する材質から
なり、常温時には、第２図に示すように入力側光ファイ
バ１Ａから出力側光ファイバ１Ｂへ最も効率よく光を伝
達し、配管４からの液滴５や蒸気６などの高′／！Ａ流
体の漏洩により検出部７周囲の温度が上昇し、その温度
が固定構造９を介して伝えられると、第３図に示すよう
に屈折率の変化により、出力側光ファイバ１Ｂへの光の
伝達を低下させるようになっている。

光ファイバケーブル１の他端は、投光部２から発せられ
検出部７を透過して伝達された光信号を受けて電気信号
に変換する受光部１７に接続される。受光部１７にはそ
の電気信号を検出信号１８として入力し、その検出信号
１８の信号レベル、変化量および時間的な変化率を予め
内部メモリに保持している設定値と化較して、正常値範
囲であるか異常値範囲であるかを判断し、これにより配
管４等からの高温流体の漏洩の有無を判断する判定部１
９が接続される。また、判定部１９は一定の時間間隔で
投光部２に投光用制御信号３を出力することにより投光
を中断し、中断中に「異常Ｊと検知された場合、装置が
健全であると判断する自己診断機能を有する。

判定部１９にはその出力信号２０を人力して判定結果を
出力する出力部２１が接続される。出力部２１は正常あ
るいは異常等の判定結果を例えば監視員の視聴覚に訴え
て通報覆るようになっている。

第４図（Ａ）および（Ｂ）は光ファイバセンリ装置の設
置状態を示す配置図である。光フｊ・イバセンサ装置の
投光部２、受光部１７および判定部１９は検出装置筺体
２３内に収容され、中央操作室等の監視しやすい場所に
設置される。検出部７は配管４のフランジ部４Ａの周囲
を覆って設けられた蒸気捕獲用カバー２４の一部に形成
された穴に嵌合・設置される。上記蒸気捕獲用カバー２
４は検出部７が７ランジ部４ａに直接接触しないように
フランジ部４ａとの間に間隙を形成して設置されるとど
もに、フランジ部４ａから漏洩する高温蒸気６を捕獲し
て、その温度を検出部７へ極力人きく伝える構造に形成
される。また、光ファイバケーブル１は蒸気捕獲用カバ
ー２４の外部を取り回すようにして配設され、外部液Ｆ
１１１、クラッド部１２およびコア部１３が熱や漏洩流
体の化学的作用によって変質することを防止している。

第５図および第６図は出力部２１にＣＲＴ２１ａを備え
た場合の表示例を示す図である。判定部１９により漏洩
と判断さ、れた場合には、ＣＲＴ　２１ａの画面に漏洩
検知と表示され、漏洩が発生した７ランジ部４ａのナン
バが表示される。このため、複数の７ランジ部４ａごと
にそれぞれ検出部７　Ｉ３よび光ファイバケーブル１が
備えられ、それぞれ投光部２および受光部１７に接続さ
れる。

また、判定部１９により装置の自己診断を行い、故障で
あると判定された場合には、ＣＲＴ２１ａの画面に自己
診断結果故障と表示され、故障が発生した光ファイバケ
ーブル１の系統のナンバが表示される。

次に上記実施例の作用について説明する。

投光部２から発せられた光は光ファイバケーブル１を通
って検出部７に入光する。常温においては、固定構造９
によって保持される入力側光ファイバ１Ａ、プリズム１
０、出力側光ファイバ１Ｂの位置関係により、第２図に
示すように最も効率よく光が伝達される。

一方、監視対象のフランジ部４ａから高温蒸気６が漏洩
すると、その高温蒸気６は蒸気捕獲用カバー２４内に充
満して、検出部７の固定構造９に熱を伝達し、この固定
構造９を介してプリズム１０に熱が伝わり、プリズム１
０の温度が上昇する。

プリズム１０の温度が１臂すると、その屈折率が変化し
、第３図に示すように、入力側光ファイバ１Ａから出力
側光ファイバ１Ｂへの光の伝達部が減少する。

光の伝達部の変化は受光部１７により電気信号の変化と
して判定部１９に伝えられ、この判定部１つにより異常
と判断された場合には、出力部２１のＣＲＴ２１ａ画面
に第５図に示すように漏洩検知と表示される。この場合
、予め信号線ごとに検出部７の設置場所をガイドとして
保持しておぎ、漏洩検出値にこれを同時に表示すること
により、監視員が一見して漏洩位ｄを認識することがで
き、迅速な対応が可能となる。

一方、判定部１９が自己診ｉ機能により、内部メモリに
予め設定しておいた時間間隔で、投光部２に対して投光
中断の指令を与える。投光中断中に判定部１９における
判定結果が１°賃常」となれば装置の検出機能が健全で
あると判断し、逆に「正常Ｊのまま変化がなければ故障
と判断して、第６図に示すように自己診断結果故障と表
示して、監視口に点検・昨理を促す。

このように上記実施例によれば、温度によって光の屈折
率が変化する材質からなるプリズム１０を用いるという
光学的手法により、高温の水蒸気、ガス、液滴の漏洩に
対してオンラインで自動検知が可能となり、監視０の巡
回による目視、判断、通報に比較して信頼性、リアルタ
イム性の向上、ざらには監視口の労力低減に効果がある
。

また、電磁気的な検知法に比べて特別な防煩対策や電磁
気的外乱の影響を考慮する必要がないという利点を右す
る。さらに、光ファイバケーブル自身をセンサとして用
い、コアまたはクラッドの一部が流体何首によって透過
率や屈折率といった光学的性質が変化することを利用し
た手法に対しても、感瓜の高さや経年安定性の面で優れ
ているため、実用的に有効である。

その他、蒸気捕獲用カバー２４を用いることにより、広
い検知領域にも比較的少ない検出部７による検知が可能
になるという効果がある。

第７図および第８図は本発明の第２実施例を示す構成図
である。

光ファイバ１フ部１３Ａとプリズム１０Ａの月質につい
て、常温では等屈折率であるが温度変化により両者の屈
折率に差異が生じるものを使用し、かつ光ファイバＩＡ
、１Ｂの端面２６をプリズム１０Ａの外形に密着するよ
うに傾斜した形状とすることにより、検出Ｍ７Ａに対し
て入力側光ファイバ１Ａおよび出力側光ファイバ１Ｂを
同軸上に配置するようにしたものである。光ファイバ１
Ａ。

１Ｂはその端面２６をプリズム１０Ａに密着した状態で
配設するため、固定橋Ｘｌｉ　９　Ａに光フアイバ位置
決め用ピン２７により固定される。

この実施例では、光フアイバ端面２６とプリズムＩＯＡ
が密着しているため、両者の屈折率が等しい常温時は第
７図に示すように光は屈折せず、入力側光ファイバ１Δ
に対し同軸上に固定された出力側光ファイバ１Ｂに最も
良好に受光される。

しかし、検出部７Ａの温度変化により両者の屈折率に差
が生じると、第８図に示すように、出力側光ファイバ１
Ｂの受光量は低減し、判定部１９により異常と判断され
る。

上記実施例によれば、検出部７Ａに対して入力側光ファ
イバ１Ａおよび出力側光ファイバ１Ｂを同軸上に配置り
ることか可能となり、検出部７Ａおよび光ファイバケー
ブル１敷設時の自由度が増大するという効果がある。

第９図および第１０図は本発明の第３実施例を示す構成
図である。

導光路方向に対して重ａ７膚な端面形状をもつ光ファイ
バ１Ａ、１Ｂのコア部１３とプリズム１０Ｂとの間隙に
、常温ではプリズム１０Ｂの材質と簀屈折率であるが、
温度変化により屈折率に差異を生じる材料からなる補助
検出片２８を設けることにより、光ファイバＩＡ、１Ｂ
の材質が限定されたりファイバ端面に加工を加えること
なく、検出部７Ｂに対して入力側光ファイバ１Ａ、出力
側光ファイバ１Ｂを同軸上に配置しうるようにしたもの
である。補助検出片２８は光ファイバ１Δ、１Ｂ側の端
面が導光路方向に対して重直に形成されて光ファイバＩ
Ａ、ＩＢに密着されるとともに、プリズムＩＯＢ側の端
面がプリズムＩＯＢの外形に適合する形状に形成されて
密着される。固定構造９Ｂは入力側光ファイバ１Ａと出
力側光ファイバ１Ｂとを同軸上に配置する形状に形成さ
れる。

上記実施例では、光ファイバ１Ａ、１Ｂの端部は光路に
垂直であるため屈折が生じない。また、常温においては
補助検出片２８とプリズムＩＯＢとが等屈折率であるた
め、その接合面でも屈折は生じず、第９図に示すように
、入力側光ファイバ１△に対し同軸上に固定された出力
側光ファイバ１Ｂで最も良好に受光される。しかし、検
出部７Ｂの温度変化により補助検出片２８とプリズム１
０Ｂの屈折率に差が生じると、第１０図に示すように出
力側光ファイバ１Ｂの受光ωが低減し、判定部１９によ
り異常と判断される。

このように上記実施例によれば、補助検出片２８を設け
ることにより、光ファイバ１△、１Ｂの材質が限定され
たり、ファイバ端面に加工を加えることなく、検出部７
Ｂに対して入力側光ファイバ１Ａおよび出力側光ファイ
バ１Ｂを同軸上に配置することが可能となり、光ファイ
バケーブル１敷設時の自由度を保ちながら、検出部７Ｂ
をユニット化することができ、従来の光ファイバケーブ
ルをも使用することができるという効果を有する。

〔発明の効果〕

本発明に係る光フアイバセンサ装置は、光学的信号を発
する投光部と、この投光部からの光学的信号を伝達する
光ファイバケーブルと、この光ファイバケーブルの途中
に介装されるとともに温度によって屈折率が変化する材
質からなるプリズムを有する検出部と、上記光ファイバ
ケーブルにより伝達された光学的信号を電気的信号に変
換する受光部と、この受光部からの電気的信号により検
出部における温度の異常を判断する判定部と、この判定
部で判定された結果を出力する出力部とを備えたから、
高温の水蒸気、ガス、液滴の漏洩に対して、検知線に特
別な防爆対策や電磁気的外乱の影響を考６する必要がな
く、かつ高い感度と経年安定性を保ちつつ、高信頼度で
オンライン自動検知が可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光フアイバセンサ装置の第１実施
例を示す構成図、第２図および第３図は上記実施例にお
ける検出部を示す断面図、第４図（Ａ）および（１３）
は上記実施例によりフランジからの高温蒸気の漏洩を検
出する場合の配置図、第５図Ｊ３よび第６図は上記実施
例における出力部の表示例を示１図、第７図および第８
図は本発明の第２実施例を示す断面図、第９図および第
１０図は本発明の第３実施例を示す断面図である。 １・・・光ファイバケーブル、２・・・投光部、７・・
・検出部、１０・・・プリズム、１７・・・受光部、１
９・・・判定部、２１・・・出力部。 代理人弁理士　　　則　近　憲　体 向 第　　子　　九　　蛙 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学的信号を発する投光部と、この投光部からの光学的
   信号を伝達する光ファイバケーブルと、この光ファイバ
   ケーブルの途中に介装されるとともに温度によつて屈折
   率が変化する材質からなるプリズムを有する検出部と、
   上記光ファイバケーブルにより伝達された光学的信号を
   電気的信号に変換する受光部と、この受光部からの電気
   的信号により検出部における温度の異常を判断する判定
   部と、この判定部で判定された結果を出力する出力部と
   を備えたことを特徴とする光ファイバセンサ装置。