JPS63285439A - 同軸ケーブル式液体センサ - 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］ 本発明は流体の有無、又は漏洩を検出する同軸ケーブル
式センサ、より詳細には流体の浸透によるケーブルの内
部導体と外部導体との間のインピーダンスの変化に基づ
いて流体の検出を行うことができる同軸ケーブル式液体
センサに関するものである。

［従来の技術］ 流体の漏洩を正確、かつ迅速に検出し、あるいは流体レ
ベルを確定する必要のある多様な用途が存在する０例え
ば、液体薬品、原油、ガソリン、石油を含む各種油類及
びその他の液体誘起溶剤のような流体の輸送は地下のパ
イプラインを通って、極一般的に行われているものであ
る。このような流体輸送システム内における液体の漏洩
の早期検出は輸送中の流体の洩れによる生ずる爆発の危
険、腐蝕及び環境汚染等、多くの理由に鑑みて極めて重
要である。パイプラインは一般に、立入りにくい場所に
設置されていることが多く、さらには重い熱絶縁耐蝕層
で覆われているため、液体の洩れの検出は極めて複雑な
事情の下で行われる。

この問題に対する従来の方法は、検出システムに漏洩検
出用のケーブルを使用することであり、これは同軸上に
配設された一対の導体を通してパルス信号を伝達し、導
体がファイバーガラス撚糸のような多孔質誘電体層で満
たされていることを確認するための導体の特性インピー
ダンスの変化を測定することに基づいている。流体の有
無は誘＠体撚糸内の空隙が流体で満たされているときケ
ーブルのインピーダンスが変わることによって検出され
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記に述べたようなケーブルに伴う一般的な問題は、流
体が外部導体を通して浸透し、ファイバーガラス撚糸内
部に画定されている空隙内に落ち着くのに必要な時間の
ため、インピーダンスの変化が緩慢に行われるというこ
とである。加えて、ケーブルが一旦検出中の流体に浸さ
れ、発生したインピーダンス変化が記録されると、誘電
体物質を乾燥させること、すなわち誘電体内部の間隙に
溜った流体を除去することは問題が極めて多く。

引き続き流体検出測定を進める前に変化したケーブルの
特性インピーダンスをその最初の値に戻すにはかなりの
労力と時間とが必要である。

本発明の上記した問題点に鑑みてなされたものであり、
その主たる目的は検出中の流体と接触したのち再使用の
ため容易に乾燥することができる同軸ケーブル式の流体
検出センサを提供することにある。

本発明の他の目的はケーブルインピーダンスの測定可能
な変化が、ケーブルが検出中の流体と接触すると直ちに
発生する同軸ケーブル式の流体検出センサを提供するこ
とにある。

本発明の関連する目的は、ケーブルの製造において、流
体に浸したときケーブルが受けた特性インピーダンスの
変化を適宜に調節することができる構造を備えた同軸ケ
ーブル式流体センサを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、機械的強度を備え、誘を体
層の変位の結果生ずるケーブルインピーダ−ンスの変動
の可能性が少ない同軸ケーブル式液体センサを提供する
ことにある。

さらに本発明の他の目的は、誘電率が低いため検出感度
が比較的低い液体の検出に適している同軸ケーブル式液
体センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は互いに平行にし
て、かつ同軸上に配設された内部導体と円筒状の外部導
体とを備え、前記外部導体には検出すべき流体がケーブ
ル内を通過する複数の通路を画定すべく開放された編組
構造から形成されており、前記ケーブルはさらに、前記
内部導体と外部導体との間において、これらと同軸上に
配設された検出層を備え、同検出層は内部導体の周囲に
撚られ、かつ流体が外部導体を通過するときケーブルの
インピーダンスを測定可能に変化させ得るように流体を
収容する空気間隙を画定している少なくとも１つの中実
誘電体要素を備えていることをその要旨とする。

［作用］ 本発明によれば、上記目的はケーブルの内部導体の周り
に撚られた複数の中実誘電体要素からなる誘電体層を有
する検出ケーブル構造により達成される。ケーブルの外
部導体は流体が２つの導体間の区域に容易に入り込める
ように画定された通路を有する開放型編組構造のもので
ある。これは一対の中実誘電体要素が内部導体の周囲に
二重螺旋構造をなして撚られている。二重の誘電体要素
はそれらの間にほぼ連続する空隙を画定するように互い
に一定間隔離間されて撚られている。編組外部導体中に
おいて、良好に画定された通路により流体の通過が容易
により、流体は誘電体層内の空隙に収容されて検出ケー
ブルのインピーダンスを測定可能に変化させるようにな
る。誘電体要素は、検出中の流体に浸されず、かつ不浸
透性の材料が構成されており、誘電体空隙内部に保持さ
れた空隙はそれぞれの流体検出測定が終了してがら容易
に除去することができる。

ス、本発明によれば、誘電体材料の比較的低い被膜は内
部導体に設けられる。この被膜は流体の存在によるケー
ブルインピーダンスの変化をある程度制御することがで
き一又内部導体と外部導体とが互いに接触して短絡を生
ずる虞を除いている。

その中に画定されている空隙が流体で満たされていると
き、検出ケーブルが受けるインピーダンス変化は誘電体
の体積とケーブル内部体積に対する比を、内部導体の外
面の誘電体被膜の厚さに関連して変化させることにより
調節可能である。誘電体要素の撚りのピッチを比較的短
くし、二重螺旋構造を採用することにより、ケーブルに
実質的なｎ械的強度を付与することができる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を説明するが、本発明はこの実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に規定
する本発明の精神及び範囲の含まれる全ての構成を包含
するものである。

添付した図は本発明における同軸ケーブル式の流体セン
サを構成する各種の層を示す断面図である。

図示するように、流体検出センサはケーブルの芯を形成
する内部導体ｌを備えている。同内部導体１は銅又はア
ルミニウムのような中実導電材料にて形成されている。

前記内部導体１は固く撚って複合中実導体を形成する複
数のニッケルメッキ導線によって構成するのが好ましい
。さらに、前記内部導体１は外部導体２とほぼ同軸上に
して、かつ平行に配設されている。この外部導体２には
円筒形網状体をなし、これにより内部導体１と外部導体
２との間に軸方向に延びる隙間を形成している。

さらに、この外部導体２は一般に銅又はアルミニウムの
ような導電材料からなる複数の金属線２ａを用いた開放
編組構造の形態をなしている。編組の繊維は、望ましく
はニッケルメッキを施した銅線が使用される。前記内部
導体１及び外部導体２の外面に施されたニッケルメッキ
は導電性に影響を与えない腐蝕保護を行う。

編組外部導体２を形成するには各種タイプの編組を使用
することができる。但し編組プロセスに使用する線２ｂ
のグループ間の空間は、線２ｂが実際に占める空間に等
しくするのが盟ましい、このように補正すれば、外部導
体２の編組により画定される通路が、同外部導体２の全
領域の少なくとも２５％を確保し、これにより流体が同
軸導体、２間の隙間を容易に通過することができるよう
になる。

従来の流体検出ケーブルでは、内外同軸導＃、１゜２間
の隙間は、ファイバーガラス撚糸のような多。

孔質誘電体材料の層で満たされ、これによりその中に画
定された複数の空隙内部に流体を保持することクイでき
るようになっていた。このような検出ケーブルに関連す
る共通の問題は、ケーブルが例えば、検出すべき流体に
ケーブルを浸すことにより、一旦流体検出動作を行うと
、ゲｉプルの特性インピーダンスをその最初の値に戻す
ために流体が浸透したケーブルを乾燥させるのに異状に
ｉい時間を要することである。このため、このようなケ
ーブルを連続して流木検出測定に使用するには厳しい制
約が課せられる。その他にガラス撚糸のような誘電体材
料は設置場所の状態に左右され易く、ケーブルの特性イ
ンピーダンスが不規則に変化することがあり、流体検出
測定が不確実にして不正確なものとなる。

同軸流体ケーブルに関する上記した問題は内部導体１の
周りに、同軸導体１，２間に軸方向に延びる空隙を固定
するように撚った複数の中実誘導体要素を設けることに
より本発明により解決される。

さらに詳細に述べれば、図に示すように、誘電体層は一
対の中実誘電体要素３ａ、３ｂがら形成されておりこれ
らは内部導体１上に二重螺旋構成に従って撚られている
。中実要素は互いに規定の距離だけ離れて配置され、螺
旋状に撚られた誘電体要素３ａと、３ｂとの隣接ターン
の間に螺旋状の空隙を画定するようになっている。流体
は誘電体材料内の小孔の内部ではなく、撚られた中実誘
電体要素の間に画定された空隙の内部に保持されている
ので、流体に浸されたケーブルを乾がすのが比較的容易
である。２つの中実要素のための誘電体材料は一検出さ
れる液体に対して不浸透で−かつ事実上不活性であるよ
うに選定され、高密度ポリエチレン８０％と低密度ポリ
エチレン２０％の混合物にて形成することが望ましい、
この材料は水、ガソリン、その池の流体を検出するとき
に不可避の化学物質のような流体の検出に適している。

中実誘電体要素の使用から生ずる別の利点は、検出中の
流体とは実質上界なる誘電率を有する材料を使用するこ
とである。このため、液体が誘電体要素によって画定さ
れた空隙に充満するときの特性インピーダンスの変化が
早くなり、流体検出プロセスの応答時間を早くすること
ができる。本発明によるケーブルの′ｕｉ造は、水検出
システムに極めて適しており、代表的な例を挙げるなら
ば水蒸気式加熱システムに使用する水蒸気輸送管の漏洩
のセンサである。ポリエチレンの誘電率（２２〜２．４
）と比較して、実質上高い水の誘電率（７５〜８０の近
辺）は、誘電体空隙内部に少量の水が存在しても、実質
的に大きな特性インピーダンスの変化を生じ、これは容
易に測定することができる。水に浸されたケーブルの乾
燥ら容易かつ迅速に行われ得る。

本実施例によれば、液体センサのケーブルは検出中の液
体に浸されるときに受ける特性インピーダンスの変化を
適宜に調節することができ、これによりケーブル内部に
存在する液体が発生する反射のレベルを制御することが
可能となる。

従来のケーブル式流体センサでは、ケーブルの長さに沿
って液体が洩れた点があると、この点からパルス信号の
比較的大きな反射を生ずる。従って、ケーブルの長さに
沿って、液体の複数の洩れがあるときには、１つの洩れ
から生ずる反射が池の洩れからの反射を覆いかくずほど
十分に強くなる可能性がある。

よって、これらの点を全て検出することは困難であ、る
。このような場合には、液体が存在する複数の異なる点
から生ずる反射を互いに区別することを可能とすべく、
反射のレベルを下げることが望ましい。

複数の液体漏洩箇所を検出する能力を付与すべく、内部
導体１の内面に望ましくは中実誘電体要素と同一の材質
にて形成した誘電体被膜４を設ける。誘電体間隙が流体
で満たされたとき、ケーブルにより受ける乾燥インピー
ダンスに対するインピーダンス変化は内部導体１及び外
部導水２の間に含まれている誘電体物質の体積に反比例
する。

従って。、特性インピーダンスの変化は誘電体体積の検
出ケーブルの内部体積に対する比を小さくすることによ
り、大きくすることができる。誘電体被膜４がない場合
には、このような変化の増大には内部導体１上に撚られ
た誘電体要素間の間隔を変化させる必要があり、この変
更は製造過程全体を複雑化する虞がある。誘電体被膜４
を設けることにより、ケーブルの内側の誘電体体積全体
を適宜に変更する手段となる得る。誘電体体積のケーブ
ルの内部体積に対する比を一定に保持しながら、内部体
積１の被膜４の厚さを増減することにより、ケーブルを
流体にしたときケーブルの特性インピーダンスが被膜の
厚さ４に対応して増減する。

上記の理由によって、水のような流体の複数漏洩箇所の
検出に使用するケーブルを構成することが可能となる。

水は誘電体被膜４の厚さを増加することにより、ケーブ
ルに比較的に大きな特性インピーダンスを生ずるため、
反射の程度がこれに対応して減少する。誘電体空隙内部
に存在するときは特性インピーダンスの大きな変化は生
じないガソリンのような流体の検出にケーブルを使用す
る場合には、誘電体被膜４の厚さは減少させることがで
きる。このように厚さを減少させれば、流体の存在によ
り生ずる反射の程度は対応して大きくなり、比較的誘電
率が低い液体の有無を正確に検出することができる。

前記内部導体１に誘電体被膜４を設けたことにより、内
部導体１に編組外部導体２が接触することを回避するこ
とができ、ケーブルを所定位置に設置したとき、又は実
際に使用しているとき短絡を生ずる可能性がなくなる。

第１図を参照して説明した本発明による流体検出ケーブ
ルの典型的構造は例示目的のためのものである。空隙を
画定する中実誘電体層は二重螺旋構造に限定するもので
はない０例えば皐独の誘電゛　　体要素を内部導体、の
周囲に螺旋状によって、さらに螺旋状に巻いた要素のピ
ッチを機械的強さを生ずるに十分なほど小さくすれば上
記と同様に効果を発揮するものである。

さらに、３つ以上の誘電体要素を中実内部導体１の周囲
に比較的大きなピッチをもって螺旋状に巻装し、誘電体
要素間に十分な空間を形成して、編組外部導体２を通過
する液体を容易に収容するように構成することも可能で
ある。

又、中実誘電体層の形状をケーブルに沿って延び、その
間に長手方向に延びる空間を画定する複数のスプライン
を有する内部導体１の上に突出した中実部分の形態にす
ることも可能である。

前記の説明に関し、本願発明者がこの発明を具体化する
流体検出ケーブルと水検出システムに使用するように構
成して試験を行い成功した。これに関し代表的構造仕様
を以下に示す。

内部導体−１４ゲージ、１９撚り、ニッケルメッキ導線
、大径的０．１７５ｃｍ。

誘電体被膜層−外径的０．２ｃｍ。

中実誘電体要素断面−高さ約０．１５ｃｍ、幅約０．１
７５ｃｍ、ピッチ幅約０．７５ｃｍ。

誘電体体積のケーブルの内部体積に対する比−〇、５５
：０．６０ 誘電体材料−高密度ポリエチレン８０％と低密度ポリエ
チレン２０％の複合物。

上記仕様に従って構成すると、検出ケーブルは乾燥時５
０Ωの特性インピーダンスを、水に浸し・　たとき２５
Ωの特性インピーダンスをそれぞれ示した。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によると、ケーブルが検
出中の液体に接触すると、直ちに特性インピーダンスが
適宜に測定可能な変化を示すことが明らかである。ケー
ブルは液体に接触してがら容易に乾燥することができる
ように形成されているので、ケーブルを甚しい遅れなし
に連続測定を行うに使用される。加えて、ケーブルはケ
ーブル製造中に、検出中の流体に接触しなときケーブル
により受ける特性インピーダンスの変ｆヒする度合を適
宜に調整することにより流体の複数の漏洩箇所の検出に
使用するように構成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における同軸ケーブル式液体センサを示
す断面図である。 内部導体、４外部導体２、金属線２ａ、２ｂ、誘電体要
素３ａ、３ｂ、誘電体被膜４゜特許出願人　アンドリュ
ー　コーポレーション化　理　人　弁理士　恩１）博宣 一一一乙百２ノ・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに平行にして、かつ同軸上に配設された内部導
   体（１）と円筒状の外部導体（２）とを備え、 前記外部導体（２）には検出すべき流体がケーブル内を
   通過する複数の通路を画定すべく開放された編組構造か
   ら形成されており、 前記ケーブルはさらに、 前記内部導体（１）と外部導体（２）との間において、
   これらと同軸上に配設された検出層を備え、同検出層は
   内部導体（１）の周囲に撚られ、かつ流体が外部導体（
   １）を通過するときケーブルのインピーダンスを測定可
   能に変化させ得るように流体を収容する空気間隙を画定
   している少なくとも１つの中実誘電体要素を備えている
   ことを特徴とする同軸ケーブル式液体センサ。 ２、中実誘電体要素は螺旋状に内部導体（１）の周囲に
   撚られていることを特徴とする請求項１に記載の同軸ケ
   ーブル式液体センサ。 ３、中実誘電体要素は体積において８０％の高密度ポリ
   エチレンと２０％の低密度ポリエチレンとの混合物から
   構成されていることを特徴とする請求項２に記載の同軸
   ケーブル式液体センサ。 ４、前記検出層は内部導体（１）の周囲に螺旋状に撚ら
   れ、かつ前記２つの導体（１）（２）間に前記液体保持
   空間を画定すべく、所定距離だけ離間して配設された２
   つの中実誘電体要素からなることを特徴とする請求項１
   に記載の同軸ケーブル式液体センサ。 ５、前記内部導体（１）は検出される流体に対して不透
   過性の不導電層で被覆されていることを特徴とする請求
   項１に記載の同軸ケーブル式液体センサ。 ６、前記外部導体（２）は検出層上に流体の通路として
   交差導電要素間に前記通路を画定すべく撚られた導電要
   素の複数のグループからなることを特徴とする請求項１
   に記載の同軸ケーブル式液体センサ。 ７、前記検出層は内部導体（１）の周囲に螺旋状に撚ら
   れ、かつ流体が前記外部導体（２）を通過するとき、ケ
   ーブルの特性インピーダンスを測定可能に変化させ得る
   ように流体を収容する空間を画定している少なくとも２
   つの中央誘電体要素と、これが中央誘電体要素の回りに
   設けられた誘電体材料の被膜とを備えており、前記空隙
   内に収容される流体から生ずるテーブルインピーダンス
   の変化の程度は前記誘電体被膜の厚さに比例することを
   特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブル式液体センサ
   。 ８、前記中央誘電体要素は８０％の高密度ポリエチレン
   と２０％の低密度ポリエチレンとの混合物から構成され
   ていることを特徴とする請求項７に記載の同軸ケーブル
   式液体センサ。 ９、前記誘電体被膜は中央誘電体要素と、同じ材質から
   なることを特徴とする請求項７に記載の同軸ケーブル式
   液体センサ。