JPH03183925A - Distribution type pressure/sound pressure sensor - Google Patents
Distribution type pressure/sound pressure sensorInfo
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- JPH03183925A JPH03183925A JP32313289A JP32313289A JPH03183925A JP H03183925 A JPH03183925 A JP H03183925A JP 32313289 A JP32313289 A JP 32313289A JP 32313289 A JP32313289 A JP 32313289A JP H03183925 A JPH03183925 A JP H03183925A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、光ファイバを用いた分布型圧力音圧センサ
に係わり、特に地下に埋設された電カケープル等の地絡
の検出に好適なものに関する。[Detailed Description of the Invention] "Industrial Application Field" This invention relates to a distributed pressure and sound pressure sensor using optical fiber, and is particularly suitable for detecting ground faults in electrical cables buried underground. Regarding.
「従来の技術およびその課題」
従来、この種の圧力音圧センサとしては、圧電体などの
センサ素子を導電線の所定箇所に取り付けた電気方式の
ものが知られていた。"Prior Art and its Problems" Conventionally, as this type of pressure and sound pressure sensor, an electric type sensor in which a sensor element such as a piezoelectric body is attached to a predetermined location of a conductive wire has been known.
しかし金属導体からなる導電線を用いたセンサは、電磁
誘導のある区間では適用することができず、電磁誘導を
生じる電カケープルの歪み検出用センサとしては適して
いない。However, a sensor using a conductive wire made of a metal conductor cannot be used in a section where electromagnetic induction occurs, and is not suitable as a sensor for detecting strain in a power cable that generates electromagnetic induction.
、一方、光ファイバを用いた圧力音圧センサは、光ファ
イバを用いて高感度な圧力や音圧の検出が可能であり、
また電磁誘導のある区間でも使用できることから、現在
広く研究がなされている。On the other hand, pressure and sound pressure sensors using optical fibers can detect pressure and sound pressure with high sensitivity using optical fibers.
It is also currently being widely researched because it can be used in sections with electromagnetic induction.
しかしながら、実際に地下ケーブルなどに適用させて、
そのケーブルに生じる圧力や音圧を高感度で検出するこ
とが可能なセンサは未だ開発されていない。このことは
、地下に埋設された電カケープルの地絡など社会的に重
要なンステムの保全という点から大きな問題であった。However, when actually applied to underground cables,
A sensor that can detect the pressure and sound pressure generated in the cable with high sensitivity has not yet been developed. This was a major problem in terms of preserving socially important systems such as ground faults in power cables buried underground.
特にケーブル地絡時には数秒程度の短時間に強い圧力が
ケーブルにかかる。また放電による音波も発生する。こ
れらを検出する場合には即時性が必要である。分布型セ
ンサとして地下の電カケープル等の敷設区間全域を測定
する場合には、自らセンサの構造は限定され、通常の光
フアイバケーブルに近いものになりセンサの感度は低下
してしまう。このため地下ケーブルに適した検知形態と
圧力・音圧を高感度で検出可能な圧力音圧センサ部とを
開発する必要があった。In particular, when a cable ground fault occurs, strong pressure is applied to the cable in a short period of about a few seconds. Sound waves are also generated by the discharge. Immediacy is required when detecting these. When using a distributed sensor to measure the entire length of an underground power cable, etc., the structure of the sensor itself is limited and becomes similar to a normal optical fiber cable, reducing the sensitivity of the sensor. For this reason, it was necessary to develop a detection form suitable for underground cables and a pressure and sound pressure sensor section that can detect pressure and sound pressure with high sensitivity.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、地下ケー
ブルにおける地絡の発生を検出するのに好適な分布型圧
力音圧センサの提供を目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a distributed pressure and sound pressure sensor suitable for detecting the occurrence of a ground fault in an underground cable.
「課題を解決するための手段」
この発明の分布型圧力音圧センサは、センサファイバに
伝送される伝送光に外部の圧力あるいは音圧を作用せし
めて伝送光を変調するセンサ部を1個以上有する圧力音
圧センサにおいて、センサ部を、センサファイバを露出
せしめてこの露出部分に硬質材料からなる補強伝達層を
形成して構成したことによって、上記課題を解決した。"Means for Solving the Problems" The distributed pressure and sound pressure sensor of the present invention includes one or more sensor sections that modulate the transmitted light by applying external pressure or sound pressure to the transmitted light transmitted to the sensor fiber. In the pressure and sound pressure sensor having the present invention, the above-mentioned problem has been solved by configuring the sensor portion by exposing the sensor fiber and forming a reinforcing transmission layer made of a hard material on the exposed portion.
「作用 」
この発明の分布型圧力音圧センサは、硬質材料からなる
補強伝達層によって、外部からの圧力あるいは音圧が効
率よくセンサファイバに伝えられ高感度となる。また、
露出したセンサファイバがこの補強伝達層によって機械
的に補強される。"Function" The distributed pressure and sound pressure sensor of the present invention has high sensitivity because pressure or sound pressure from the outside is efficiently transmitted to the sensor fiber by the reinforcing transmission layer made of a hard material. Also,
The exposed sensor fiber is mechanically reinforced by this reinforcing transmission layer.
「実施例」
第1図および第2図は、この発明による圧力音圧センサ
の一実施例を示す図であって、これらの図中符号1はセ
ンサケーブル、2はセンサファイバ、3はセンサ部であ
る。"Embodiment" FIGS. 1 and 2 are diagrams showing an embodiment of the pressure and sound pressure sensor according to the present invention, in which reference numeral 1 indicates a sensor cable, 2 indicates a sensor fiber, and 3 indicates a sensor section. It is.
センサケーブル1は、センサファイバ2と、抗張力体4
と、これらを被覆するシース5とを備えて構成されてい
る。抗張力体4としては、FRP製テアテンションメン
バ属ワイヤ製テンションメンバなどが使用される。また
シース5の材料としては、通常の塩化ビニル、ポリエチ
レンなどが使用される。The sensor cable 1 includes a sensor fiber 2 and a tensile strength member 4.
and a sheath 5 that covers these. As the tensile strength member 4, an FRP tear tension member, a wire tension member, or the like is used. Further, as the material for the sheath 5, ordinary vinyl chloride, polyethylene, etc. are used.
センサファイバ2は、石英系シングルモード光ファイバ
に、シリコン、エポキシアクリレート、ウレタン樹脂な
どのプライマリ−コートを有する光フアイバ素線や、プ
ライマリ−コート上にナイ0ン被覆などの2次被覆を有
する光フアイバ心線が好適に使用される。The sensor fiber 2 is a quartz-based single mode optical fiber having a primary coat of silicon, epoxy acrylate, urethane resin, etc., or an optical fiber having a secondary coating such as a nylon coating on the primary coat. Fiber cores are preferably used.
上記センサケーブルlには、所定間隔毎にセンサ部3・
・・か形成されている。これらセンサ部3は、第2図に
示すように、センサケーブル1のシース5およびセンサ
ファイバ2の被覆6が除去され、露出したセンサファイ
バ2の表面に硬質材料からなる補強伝達層7が形成され
、さらに補強伝達層7上に樹脂からなる第2の被覆層8
が形成された構成になっている。The sensor cable l has sensor sections 3 and 3 at predetermined intervals.
...is being formed. As shown in FIG. 2, in these sensor parts 3, the sheath 5 of the sensor cable 1 and the coating 6 of the sensor fiber 2 are removed, and a reinforcing transmission layer 7 made of a hard material is formed on the exposed surface of the sensor fiber 2. , furthermore, a second coating layer 8 made of resin is provided on the reinforcing transmission layer 7.
The structure is such that
この補強伝達層7は、外部の圧力や音圧をセンサファイ
バ2に伝え、その部分のセンサファイバ2に歪みを生じ
させると共に、センサファイバ2の露出部分を補強する
ためのものである。また、補強伝達層7の材料としては
、金属、ガラス、低融点セラミックスなどが使用される
。これらの硬質材料をセンサファイバ2の表面にする方
法としては、センサファイバ2の露出部分に低融点のガ
ラスや金属のスリーブを被せ、このスリーブを加熱融着
させる方法や、DTP法やスパッタ法によつて作製され
た金属コートファイバを用い、センサファイバ2の接続
点に金属コートファイバを挿入して両端を融着接続する
方法などが適用できる。This reinforcing transmission layer 7 is for transmitting external pressure and sound pressure to the sensor fiber 2, causing distortion in that portion of the sensor fiber 2, and reinforcing the exposed portion of the sensor fiber 2. Further, as the material for the reinforcing transmission layer 7, metal, glass, low melting point ceramics, etc. are used. Methods for forming these hard materials onto the surface of the sensor fiber 2 include covering the exposed portion of the sensor fiber 2 with a low-melting-point glass or metal sleeve and fusing this sleeve with heat, or using the DTP method or sputtering method. Using the metal coated fiber thus produced, a method of inserting the metal coat fiber into the connection point of the sensor fiber 2 and fusion splicing both ends can be applied.
この補強伝達層7上に形成される樹脂からなる第2の被
覆層8は、補強伝達層7の絶縁性付与もしくは補強伝達
層7を含めたセンサファイバ2の露出部分の補強を目的
として形成され、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリ
アミド、ポリエステルなどの絶縁性および機械強度の優
れた合成樹脂材料が用いられる。またこの第2の被覆層
8は、樹脂製の嵌合部品を用いて形成することもできる
。A second coating layer 8 made of resin formed on the reinforcing transmission layer 7 is formed for the purpose of imparting insulation to the reinforcing transmission layer 7 or reinforcing the exposed portion of the sensor fiber 2 including the reinforcing transmission layer 7. Synthetic resin materials with excellent insulation properties and mechanical strength, such as polyimide, polyimide amide, polyamide, and polyester, are used. Moreover, this second covering layer 8 can also be formed using a fitting part made of resin.
このように構成されたセンサケーブルlは、第1図に示
すように、地下に埋設された管路9内に敷設された電カ
ケープルなどのケーブル10に接触させた状態で添設さ
れる。このケーブル敷設用の管路9には、一定間隔毎に
マンホールll・・・が設けられ、センサケーブル1の
センサ部3・・・は、これらマンホール11・・・内に
位置するように設けられている。このマンホール11・
・・の間隔は通常100〜200m程度とされる。マン
ホール11内では、その近辺で発生ずる音か集中するた
めにセンサ部3の音圧検出位置として好ま11.1.。As shown in FIG. 1, the sensor cable l configured in this manner is attached in contact with a cable 10 such as an electric cable laid in a conduit 9 buried underground. Manholes 11, . ing. This manhole 11.
The interval between ... is usually about 100 to 200 m. Inside the manhole 11, the sound pressure detection position of the sensor unit 3 is preferable because the sounds generated in the vicinity are concentrated 11.1. .
そしてセンサケーブル1を、ケーブル10とともに管路
9内に配設し、ノド−フル100it設区間にお:づる
圧力や音圧の発生を検出するには、センサケーブルlに
圧力音圧測定装置を接続し、センサファイバ内にブリリ
アン散乱光を生じさせ、このブリリアン周波数に合わせ
てプローブパルス光を反対方向より入射させてその出射
光の時間的な強度変化を計測してセンサファイバ2の損
失分布を検知することによって行なわれる。Then, the sensor cable 1 is placed in the conduit 9 together with the cable 10, and in order to detect the generation of pressure and sound pressure in the nodoful 100it installation section, a pressure and sound pressure measuring device is attached to the sensor cable l. The loss distribution of the sensor fiber 2 is determined by connecting the sensor fiber 2 to generate a brilliant scattered light in the sensor fiber, making the probe pulse light incident from the opposite direction in accordance with this brilliant frequency, and measuring the temporal intensity change of the emitted light. This is done by sensing.
第3図は、この発明の分布型圧力音圧センサにおいて好
適に使用される圧力音圧測定装置の一例を示すものであ
って、この装置は、ボン 1ノーザ装置12と、プロー
ブレーザ装置13と、光フアイバカプラ14と、受光器
15と、演算表示装置16とを備えて構成されている。FIG. 3 shows an example of a pressure and sound pressure measuring device suitably used in the distributed pressure and sound pressure sensor of the present invention. , an optical fiber coupler 14, a light receiver 15, and a calculation display device 16.
ポンプレーザ装置12から出射されたポンプレーザ光は
、光フアイバカプラ14を通ってセンザプアイハ2の一
端から二のファイバ内に入射さlil、ア゛cy−プレ
ーザ装置13からのプローブレーザ光は、センサファイ
バ2の他端から入射され、このプローブレーザ光がポン
プレーザ光により増幅されて生じる、ブリリアン散乱光
の増幅シグナルは、光フアイバカプラ14を通り、受光
器15に入って光電変換され、さらに変換された電気信
号が演算表示装置16に送られ、ブリリアン散乱光の増
幅シグナルの時間的な損失変化の波形として観察される
ようになっている。The pump laser light emitted from the pump laser device 12 passes through the optical fiber coupler 14 and enters into the second fiber from one end of the sensor fiber 2, and the probe laser light from the laser device 13 passes through the sensor fiber coupler 14. The amplified signal of the Brilliant scattered light, which is generated when the probe laser light is amplified by the pump laser light, passes through the optical fiber coupler 14, enters the light receiver 15, is photoelectrically converted, and is further converted. The electrical signal is sent to the arithmetic display device 16, and is observed as a waveform of temporal loss change of the amplified signal of the Brilliant scattered light.
この上)にして得られるブリリアン散乱光の増幅シグナ
ルは、OT D R信号の通常のものと同様の波形を示
す。そしてケーブル10に地絡等が発生し、その圧力、
音圧等がセンサ部3からセンサファイバ2に歪みとして
伝えられると、センサファイバ3の歪みによりブリリア
ン散乱光の周波数が変化し、ブリリアン散乱光の増幅シ
グナルの波形が変化し、これによってケーブル10に生
じた歪みが検出される。The amplified signal of the Brilliant scattered light obtained in above) shows a waveform similar to that of a normal OT D R signal. Then, a ground fault or the like occurs in the cable 10, and the pressure
When sound pressure or the like is transmitted as distortion from the sensor section 3 to the sensor fiber 2, the frequency of the Brilliant scattered light changes due to the distortion in the sensor fiber 3, and the waveform of the amplified signal of the Brilliant scattered light changes. The resulting distortion is detected.
(実験例)
シングルモードファイバ(コア径IOμm1 クララド
外径125I1m)をセンサファイバとして用いた。(Experimental Example) A single mode fiber (core diameter IO μm1, Clarad outer diameter 125I1 m) was used as a sensor fiber.
このセンサファイバは通常のナイロンジャケットおよび
ケブラー補強の塩化ビニル芯線であり、さらに1?RI
)テンンヨンメンハを有したケーブルとした。センサ部
は、第4図に示す上うに、センサファイバ接続点を封着
ガラス17で捕強し、さらにその外側に金属シース18
を被せて補強し、その外部に薄く絶縁用のポリイミドア
ミド樹脂19をコートした構造とした。This sensor fiber has a normal nylon jacket and Kevlar-reinforced PVC core, and 1? R.I.
) The cable has a tenonyonmenha. As shown in FIG. 4, the sensor section has a sensor fiber connection point secured with a sealing glass 17, and a metal sheath 18 on the outside thereof.
It has a structure in which the outside is coated with a thin layer of polyimide amide resin 19 for insulation.
このセンサファイバに、第3図に示すものと同様に構成
された圧力・音圧測定装置を接続し、センサファイバの
歪/圧力分布を測定した。光源のポンプレーザ光として
は半導体励起YAGレーザを用いた。このポンプレーザ
光のファイバ入力は800mWてあった。またプローブ
レーザ光に(よ波長ヂューニング可能なりBR単一モー
ドレーザを用いた。A pressure/sound pressure measuring device configured similarly to that shown in FIG. 3 was connected to this sensor fiber, and the strain/pressure distribution of the sensor fiber was measured. A semiconductor pumped YAG laser was used as the pump laser light of the light source. The fiber input of this pump laser light was 800 mW. In addition, a BR single mode laser was used as the probe laser beam (because wavelength tuning is possible).
ブリリアン散乱光は受光器により光電変換し、演算表示
装置で増幅して波形を観測した。その結果、圧力分解能
は5Kg/cm’であり、使用長10〜20Kmでの歪
の検出が可能であった。The brilliant scattered light was photoelectrically converted by a light receiver, amplified by an arithmetic display device, and its waveform was observed. As a result, the pressure resolution was 5 kg/cm', and it was possible to detect strain over a working length of 10 to 20 km.
「発明の効果j
以上説明したように、この発明による分布型圧力音圧セ
ンサは、センサファイバの露出部分の表面に硬質材料か
らなる補強伝達層を形成してセンサ部を構成したので、
このセンサ部に上り音圧および圧力が高感度でセンサフ
ァイバに歪みとして伝えられ、圧力・音圧を高感度で検
出することができる。Effects of the Invention j As explained above, in the distributed pressure and sound pressure sensor according to the present invention, the sensor portion is configured by forming a reinforcing transmission layer made of a hard material on the surface of the exposed portion of the sensor fiber.
Sound pressure and pressure rising to this sensor section are transmitted to the sensor fiber as distortion with high sensitivity, allowing pressure and sound pressure to be detected with high sensitivity.
第1図および第2図は、この発明の一実施例を示す図で
あって、第1図はセンサケーブルの概略側面図、第2図
はセンサ部の側面断面図、第3図は圧力・音圧測定装置
の一例を示す概略構成図、第4図は実験例を説明するた
めのセンサ部の側面断面図である。
2・・・・・・センサファイバ、 3・・・・・・セ
ンサ部、7.1.7.18・・・・・・補強伝達層。1 and 2 are views showing one embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a schematic side view of a sensor cable, FIG. 2 is a side sectional view of the sensor section, and FIG. 3 is a pressure A schematic configuration diagram showing an example of a sound pressure measuring device, and FIG. 4 is a side sectional view of a sensor section for explaining an experimental example. 2...Sensor fiber, 3...Sensor section, 7.1.7.18...Reinforcement transmission layer.
Claims (1)
は音圧を作用せしめて伝送光を変調するセンサ部を1個
以上有する圧力音圧センサにおいて、 上記センサ部は、センサファイバを露出せしめ、この露
出部分に硬質材料からなる補強伝達層が形成されている
ことを特徴とする分布型圧力音圧センサ。[Scope of Claims] A pressure and sound pressure sensor having one or more sensor sections that modulate the transmitted light by applying external pressure or sound pressure to the transmitted light transmitted to the sensor fiber, wherein the sensor section is connected to the sensor fiber. A distributed pressure and sound pressure sensor characterized in that a reinforcing transmission layer made of a hard material is formed on the exposed portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32313289A JPH03183925A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Distribution type pressure/sound pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32313289A JPH03183925A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Distribution type pressure/sound pressure sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183925A true JPH03183925A (en) | 1991-08-09 |
Family
ID=18151444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32313289A Pending JPH03183925A (en) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Distribution type pressure/sound pressure sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03183925A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6813403B2 (en) | 2002-03-14 | 2004-11-02 | Fiber Optic Systems Technology, Inc. | Monitoring of large structures using brillouin spectrum analysis |
-
1989
- 1989-12-13 JP JP32313289A patent/JPH03183925A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6813403B2 (en) | 2002-03-14 | 2004-11-02 | Fiber Optic Systems Technology, Inc. | Monitoring of large structures using brillouin spectrum analysis |
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