JPH0284603A

JPH0284603A - センサファイバ

Info

Publication number: JPH0284603A
Application number: JP63237181A
Authority: JP
Inventors: Masumi Fukuma; 眞澄福間; Nobuhiro Akasaka; 伸宏赤坂; Kenya Fuchigami; 渕上　建也
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; NTT Inc
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-26

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、光ケーブル中に水が浸入した場合もしくは
光ケーブルの温度が上昇した場合、その浸水箇所もしく
は加熱箇所を検知する光ファイバに関するものである。

〔従来技術〕

光ファイバを用いた光伝送システムは、大容量化、長距
離化、高信頼性化に伴い、陸上中継伝送ばかりか海底中
継伝送等、至るところで使用される。

ところで、光フアイバケーブルに水が浸入したり、光ケ
ーブルの温度が上昇すると、光ファイバの光学的損失は
増加する。特に、水は光フアイバ表面における欠陥成長
を速めるので、光ファイバの寿命を短くする。

その為、光フアイバケーブルにおける浸水、加熱をでき
る限り防止しなければならないが、ケーブルが破損した
場合には早急に浸水箇所、加熱箇所を検知する必要があ
る。ケーブル内の水の浸水を検知するものとして、吸水
性高分子の膨潤を利用したものがある。

第７図は、第１の従来技術を示すもので、吸水性高分子
の膨潤を利用したセンサファイバである（シンプル　フ
ァイバーオプティック　センサフォー　デイチクティン
グ　ウォータ　ペネトレーション　インド　オプティカ
ル　ファイバ　ケーブルズ（ＳＩＭＰＬＥ　ＦＩＢＲＥ
−ＯＰＴＩＣ５ＥＮＳＯＲＦＯＲＤＥＴＥＣＴＩＮＧ　
ＷＡＴＥＲＰＥＮＥＴＯＲＡＴＩＯＮ　ＩＮＴＯ０ＰＴ
ＩＣＡＬＰ＋Ｂ［？Ｅ　ＣＡＢＬＥＳ）　、エレトロニ
ツクス　レターズ（ＥＬＥＣＴＲＯＮ）Ｃ３ＬＥＴＴＥ
Ｒ８）、１０　ｔ　ｈ。

Ｎｏｖｅｒｎｂｅｒ　　１９８３　　Ｖｏｌ、１９Ｎｏ
、２３、ｐｐ、９８０−９８２）、このセンサファイバ
は、吸水性膨潤物質１と所定のピッチで形成されたＶ形
溝構造物（Ｐｅｒｉｏｄｌｃ　Ｖ−ｇｒｏｏｖｅｓｔｒ
ｕｃｔｕｒｅ）　２をマルチモード光ファイバ３を介し
てケーブル４内に平行（又は、螺旋状）に配置し、非吸
水性テープ（又は、紐）５をその周辺に巻き付けたもの
である（第７図（ａ））。水がケーブル４内に浸入する
と、吸水性膨潤物質１はケーブル４内で膨張し、マルチ
モード光ファイバ３をＶ形溝構造物２へと押付ける（第
７図（ｂ））。その為、マルチモード光ファイバ３は波
状に曲げられ、伝送損失が増加する。これを後方散乱測
定機で損失箇所を検知し、浸水箇所を検知する。

第８図は、第２の従来技術を示すもので、他の吸水性高
分子の膨潤を利用したセンサファイバを示すものである
（オプチカル　ファイバ　ケーブル　ウィズ　サブマー
ジョン　センサ　ファイバ（Ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅ
ｒ　ｃａｂｌｅ　ｖｌｔｈ　ｓｕｂｍｅｒｓｉｏｎ　５
ｅｎｓｏｒ［’１ｂｃｒ）　、３６　ｔ　ｈ、インター
ナショナル　ワイヤ　ケーブル　シンポジウム　プロシ
ーディング（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｗｌ、ｒ
ｅ　　＆　　Ｃａｂｌｅ　　ＳｙｍｐｏｓｉｕＩ！１Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）　　、　１９８７、Ｉ）ｐ、　
　２８４−２８５）。このセンサファイバは、ＦＲＰ抗
張カロット６にコーティングされた吸水性膨潤物質１に
標準のマルチモード光ファイバ３を螺旋状に巻き付け、
このマルチモード光ファイバ３′と交差するようにヤン
グ率が高く吸水膨潤性の低い紐７をその上から螺旋状に
巻き付けたものである。水がセンサファイバに浸入する
と吸水性膨潤物質１が膨脹し、マルチモード光ファイバ
３を紐７へと押付ける。これによりマルチモード光ファ
イバ３は曲げられ伝送損失が増加する。これを後方散乱
測定機で損失箇所を検知し、浸水箇所を検知する。

また、光軸方向の温度分布を測定するセンサファイバと
しては、光ファイバのレーレ散乱を利用したものがある
（光ファイバを用いた多点計測技術、センサ技術、１９
８８年６月号（Ｖｏｌ、８Ｎｏ、７、ｐｐ、３ｌ−３４
）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第１の従来技術は実際にケーブル内に収
納すると、センサファイバ自体に張力が加わる。この張
力が吸水性膨潤物質に加わるので膨潤能力が阻害され、
十分に浸水を検知することができなかったという欠点が
あった。

また、第２の従来技術はＦＲＰ抗張カロットに吸水性膨
潤物質を塗布する工程が必要である。さらに、浸水時に
おけるセンサの単位長当りの損失増加を容易に調節する
ことが困難であるという欠点があった。

また、光ファイバのレーレ散乱を利用した温度分布を測
定するセンサファイバは、高温度である数１００℃の温
度差を検知するものであり、低温１００℃以下の温度変
化を測定することが困難であるという欠点があった。

そこで、この発明は精度及び信頼性が高く、製造が簡単
なセンサファイバ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〕

上記課題を達成する為、この発明に係るセンサファイバ
は被覆で覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤン
グ率を有し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、この
棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻回
する線状部材を含んで構成されている。

この場合、棒状部材を非吸水性（又は、熱変形率の小さ
い）材質で構成し、線状部材を吸水収縮性（熱収縮性）
の高い材質で構成し、浸水箇所（又は、加熱箇所）を検
知する。

また、棒状部材を吸水膨脹性（又は、熱膨脹率）の高い
材質で構成し、線状部材を非吸水性（又は、熱変形率の
低い）材質で構成し、浸水箇所（又は、加熱箇所）を検
知する。

この場合、熱膨脹率の高い棒状部材を軸方向において間
欠的に気体を封入した非吸水性パイプで構成してもよい
。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、簡単な
構造により、水（又は、熱）による棒状部材あるいは線
状部材の物理的変化（収縮、膨脹等）を確実に光ファイ
バへ伝えることができる。従って、精度及び信頼性の高
いセンサファイバを得ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明に係るセンサファイバの一実施例を添附
図面に基づき説明する。なお、説明において同一要素に
は同一符号を使用し、重複する説明は省略する。

第１図は、この発明に係るセンサファイバの一実施例を
示す斜視図である。この発明は、基本的に被覆で覆われ
た光ファイバ、棒状部材及び線状部材を含んで構成され
ている。棒状部材は、上記被覆より高いヤング率を有し
、光ファイバに隣接している。また、線状部材はこれら
の棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻
回している。

同図（ａ）は、被覆で覆われた光ファイバ８に非吸水性
棒状部材９を平行に密着させ、吸水収縮性の高い線状部
材１０で螺旋状に巻回したものである。

同図（ｂ）は、被覆で覆われた光ファイバ８に熱変形率
の小さい棒状部材１１を平行に密着させ、熱収縮性の高
い線状部材１２で螺旋状に巻回したものである。

同図（Ｃ）は、被覆で覆われた光ファイバ８に熱変形率
の小さい非吸水性棒状部材１１を平行に密着させ、これ
らを吸水収縮性の高い線状部材１０及び熱収縮性の高い
線状部材１２で交互に螺旋状で巻回したものである。こ
の場合、２本の線状部材（吸水収縮性の高い線状部材１
０及び熱収縮性の高い線状部材１２）の代わりに、吸水
収縮性及び熱収縮性の高い１本の線状部材を使用しても
よい。

同図（ｄ）は、被覆で覆われた光ファイバ８に熱膨脹率
の高い非吸水性棒状部材１３を平行に密着させ、吸水収
縮性が高く熱変形率が小さい線状部材１０を螺旋状に巻
回したものである。熱膨脹率の高い棒状部材１３は、軸
方向において間欠的に空気等の気体を封入した非吸水性
パイプで構成している。この場合、棒状部材として熱変
形率が小さく吸水膨脂率の高い材質を使用し、線状部材
として熱収縮性が高く非吸水性材質を使用しても同様の
効果が１１られる。

同図（ｅ）は、同図（ｄ）のセンサファイバにおける光
ファイバ８と棒状部材１３との間に、少なくとも光ファ
イバに施された被覆よりヤング率が高く、熱突形率が小
さい非吸水性棒状部材１４を介在し、これらを吸水収縮
性の高い線状部材１０で螺旋状に巻回したものである。

同図（ｆ）は、上記非吸水性棒状部材１４を中心軸とし
て光ファイバ８と棒状部材１３を密着させたまま巻回し
、これらを固定するように、吸水収縮性の高い線状部材
１０で螺旋状に巻回したものである。

同図（ｇ）は、同図（ｅ）のセンサファイバ゛における
非吸水性棒状部材１４を、片面に円形）ｔ１４ａを設け
た矩形状に形成したものである。この円形溝１４ａに棒
状部材１３を収納し、これらを固定するように、吸水収
縮性の高い線状部材１０で螺旋状に巻回したものである
。この構造にすると、ある一定の温度以上で光ファイバ
に外力を与えるように溝の深さを調節することができる
。

次に、上記実施例に係るセンサファイバの作用を説明す
る。上記センサファイバは、基本的に同図（ａ）及び同
図（ｅ）のセンサファイバと作用的には変わらないので
、同図（ａ）及び同図（ｅ）のセンサファイバの作用を
説明する。

第２図は、第１図（ａ）のセンサファイバの作用を示す
工程図である。被覆で覆われた光ファイバ８は、非吸水
性棒状部材９と平行に密着し、吸水時に収縮する線状部
材１０で螺旋状に巻回されて固定されている（同図（ａ
））。この状態で、光ファイバ８は曲げられていないの
で、伝送損失は発生していない。ところが、このセンサ
ファイバに水が浸入すると、線状部材１０は収縮し、被
覆を締付け、光ファイバ８は波状に曲げられる（同図（
ｂ））。この場合、伝送損失が増加するので、これを後
方散乱測定機等で損失発生箇所を検知することができる
。

第３図は、第１図（ｅ）のセンサファイバの作用を示す
工程図である。被覆で覆われた先ファイバ８と棒状部材
１３との間には、少なくとも光ファイバに施された被覆
よりヤング率が高く熱変形率が小さい非吸水性棒状部材
１４が置かれ、これらに吸水収縮性の高い線状部材１ｏ
が螺旋状に巻回されている（第３図（ａ））。このセン
サファイバに熱が加わると、非吸水性棒状部材１４内に
形成された空気層１３ａ、１３ａ、・・・が膨張するの
で被覆が締付けられ、光ファイバ８は波状に曲げられる
（同図（ｂ））。この場合、伝送損失が増加するので、
これを後方散乱測定機等で損失発生箇所を検知すること
ができる。

次に、第４図乃至第６図に基づき、本発明の効果を確認
する実験系及び実験結果を説明する。第４図は、浸水後
の時間と伝送損失の関係を示すものである。被覆で覆わ
れた光ファイバ８は、非吸水性棒状部材９と平行に密着
し、吸水時に収縮する線状部材１０で螺旋状に巻回され
て固定されている（同図（ａ））。この光ファイバ８に
は、３７１５０μｍ１クラツド径１２５μｍ１比屈折率
差１％のグレーデッドインデックスファイバに紫外線硬
化型樹脂（ヤング率５０ｋｇ／ｍｍ２）を仕上げ径０．
２５ｍｍで施している。この光ファイバ８を、外径０　
、４　ｍ　ｍ　ｓヤング率５３００ｋｇ／ｍｍ２のＦ　
ＲＰ　Ｏラド（棒状部材）９と平行に配置し、吸水収縮
性線状部材１０で５０ｍｍのピッチで螺旋状に巻き付け
、２ｍのサンプルを作成した。このサンプルを２０℃の
水道水に浸水させ、波長１．３μｍのＬＥＤ光源を使用
して伝送損失の増加量を測定した。この実験によると、
約２０秒で０．１７ｄＢ増加し、浸水を検知することが
できた。なお、被覆径を０．４ｍｍで施した場合、０゜
３ｄＢの損失増加を検出することができた。

第５図は、温度変化に対する伝送損失の増加を示すもの
である。この光ファイバ８には、コア径５０μｍ１クラ
ツド径１２５μｍ１比屈折率差１％のグレーデッドイン
デックスファイバに紫外線硬化型樹脂（ヤング率５０ｋ
ｇ／ｍｍ２）を仕上げ径０．２５ｍｍで施している。被
覆で覆われた光ファイバ８は、熱変形率の小さい外径０
．４ｍｍ、ヤング率５３００ｋｇ／ｍｍ２のＦＲＰ。

ッドｌ状部材）１１と平行に密告し、加熱時に収縮する
熱収縮チューブ（線状部材）１２で螺旋状に巻回されて
固定されている（第５図（ａ））。

この実験は、１工程を２時間で行い、２０℃−１００℃
−２０℃へと変化させ、波長１．３μｍのＬＥＤ光源を
使用して伝送損失の増加量を測定した。このセンサファ
イバでは、８０℃の温度になったとき急激に伝送損失が
増加した。この場合、熱収縮チューブを使用しているの
で、温度が低下しても損失は減少しなかった。

第６図は、温度変化に対する伝送損失の増加を示すもの
である。この光ファイバ８には、コア径５０μｍ１クラ
ツド径１２５μｍ１比屈折率差１％のグレーデッドイン
デックスファイバに紫外線硬化型樹脂（ヤング率５０　
ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍ　２）を仕上げ径０．２５ｍｍで施
している。被覆で覆われた光ファイバ８と棒状部材１３
との間には、少なくとも光ファイバに施された被覆より
ヤング率が高く熱変形率が小さい外径０．４ｍｍ、ヤン
グ率５３００ｋｇ／ｍｍ２のＦＲＰロッド（棒状部材）
１４が置かれ、これらに吸水収縮性の高いケブラ糸（線
状部材）１０が５０ｍｍピッチで螺旋状に巻回されてい
る。この実験は、１工程を２時間で行い、２０℃−１０
０℃−２０℃へと変化させ、波長１．３μｍのＬＥＤ光
源を使用して伝送損失の増加量を測定した。伝送損失は
、１００℃で約０．２ｄＢ伝送損失が増加した。このセ
ンサファイバは、温度が低下すると伝送損失も減少した
。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
簡単な構造で浸水箇所や加熱箇所を検知することができ
る。

また、棒状部材と線状部材の組合わせにより確実に光フ
ァイバを曲げることができるので、センサの精度及び信
頼性を向上させることができる。

この場合、光ファイバの被覆のヤング率、被覆径、線状
部材の螺旋ピッチを変えることにより、浸水時あるいは
加熱時の単位長さ当りの伝送損失の増加をコントロール
することができる。

特に、後方散乱測定機を組合わせて使用すれば、ケーブ
ル内の光軸方向の浸水箇所や加熱箇所を検出することが
でき、線路保守に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るセンサファイバの一実施例を
示す斜視図、第２図及び第３図は、その作用を示す工程
図、第４図は、浸水後の時間と伝送損失との関係を示す
実験結果の説明図、第５図及び第６図は、温度変化に対
する伝送損失の増加を示す実験結果の説明図、第７図は
、第１の従来技術に係るセンサファイバを示す断面図、
第８図は、第２の従来技術に係るセンサファイバを示す
斜視図である。１・・・吸水性膨潤物質２・・・Ｖ形溝構造物３・・・マルチモード光ファイバ４・・・ケーブル５・・・テープ６・・・ＦＲＰ抗張カロット７・・・紐８・・・光ファイバ９、１．１３、４・・・棒状部材１０、２・・・線状部材

Claims

【特許請求の範囲】１、被覆で覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤ
ング率を有し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、こ
の棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻
回する線状部材を含み、前記棒状部材が非吸水性材質で
構成され、前記線状部材が吸水収縮性の高い材質で構成
されていることを特徴とするセンサファイバ。２、被覆で覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤ
ング率を有し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、こ
の棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻
回する線状部材を含み、前記棒状部材が熱変形率の小さ
い材質で構成され、前記線状部材が熱収縮性の高い材質
で構成されていることを特徴とするセンサファイバ。３、被覆で覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤ
ング率を有し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、こ
の棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻
回する線状部材を含み、前記棒状部材が熱変形率の小さ
い非吸水性材質で構成され、前記線状部材が吸水収縮性
及び熱収縮性の高い材質で構成されていることを特徴と
するセンサファイバ。４、被覆で覆われた光ファイバと
、この被覆より高いヤング率を有し当該光ファイバに隣
接する棒状部材と、この棒状部材及び光ファイバを密着
させたまま螺旋状に巻回する線状部材を含み、前記棒状
部材が吸水膨脹性の高い材質で構成され、前記線状部材
が非吸水性材質で構成されていることを特徴とするセン
サファイバ。５、被覆で覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤ
ング率を有し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、こ
の棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻
回する線状部材を含み、前記棒状部材が熱膨脹率の高い
材質で構成され、前記線状部材が熱変形率の低い材質で
構成されていることを特徴とするセンサファイバ。６、被覆で覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤ
ング率を有し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、こ
の棒状部材及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻
回する線状部材を含み、前記棒状部材が吸水膨脹性の高
い熱変形率の低い材質で構成され、前記線状部材が熱収
縮性の高い非吸水性材質で構成されていることを特徴と
するセンサファイバ。７、被覆で覆われた光ファイバと
、この被覆より高いヤング率を有し当該光ファイバに隣
接する棒状部材と、この棒状部材及び光ファイバを密着
させたまま螺旋状に巻回する線状部材を含み、前記棒状
部材が熱膨脹率の高い非吸水性材質で構成され、前記線
状部材が吸水収縮性の高い熱変形率の低い材質で構成さ
れていることを特徴とするセンサファイバ。８、被覆で
覆われた光ファイバと、この被覆より高いヤング率を有
し当該光ファイバに隣接する棒状部材と、この棒状部材
及び光ファイバを密着させたまま螺旋状に巻回する線状
部材を含み、前記棒状部材が軸方向において間欠的に気
体を封入した非吸水性パイプで構成され、前記線状部材
が吸水収縮性の高い熱変形率の低い材質で構成されてい
ることを特徴とするセンサファイバ。