JP2001093074A - 状態監視用センサ及び光遠隔監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 監視対象物の動作状況を光ファイバを用いた
ひとつのセンサで細かく把握することを可能ならしめる
ことである。 【解決手段】 光ファイバ６に加圧子７ａで定量の光伝
送損失を与えるセンサ部７をひとつのセンサに複数設け
る。また、監視対象物１０の動きに応じて動く入力軸１
に加圧子７ａを作動させるカム２を設け、各センサ部７
による光ファイバ６への光伝送損失付与状態が入力軸の
変位（図のそれは回転）によって切換わるようにした。
こうして光伝送損失分布測定装置でどのセンサ部が作動
しているかを検知すると、監視対象物の動作状況が判
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバを用
いて各種物体の動作状況を遠隔監視するのに用いる状態
監視用センサと、そのセンサを使用する光遠隔監視シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、複数地点を対象にして水門、バ
ルブなどの開閉状況や開度などを遠隔監視する場合、従
来は電気的なセンサを使用しているが、この方法では１
地点１センサ及び情報の変換、伝送装置を必要とし、し
かも、現地に電源が必要であり、監視システムの構築が
煩雑化するほか、設置規制等も受け易い。

【０００３】これに対し、光ファイバセンサを用いて多
地点監視を行うシステムは、現地（監視点）に電源が無
くてもシステムを構築でき、情報の変換、伝送装置も必
要としない利点がある。この光ファイバセンサを用いた
監視システムは、比較的新しい技術であって、監視対象
の変位を利用して光ファイバを歪ませ、その歪を光歪分
布測定装置で測定して変位等の発生状況と発生箇所を把
握するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光ファイバセンサを用
いた従来の監視システムは、センサのＯＮ、ＯＦＦ信号
に基づいてある特定の状態を検知する。例えば、センサ
がＯＮならバルブが閉じており、ＯＦＦなら開いている
と判断するが、ＯＮ、ＯＦＦ信号のみでは、バルブがど
の程度開いているかなどのきめ細かな状況把握ができな
い。

【０００５】また、細かな状況把握を行うために１地点
に複数のセンサを設置すると、センサ接続のための融着
点が増えて光ファイバの伝送ロスが増加し、１システム
の光ファイバの距離が短くなって同一システムによる監
視可能地点数が減少する。

【０００６】この発明の目的は、かかる不具合を解消し
た光ファイバ利用の状態監視センサと、それを利用した
光遠隔監視システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、監視対象物の動きに応じて光
ファイバの一部に強制的に光伝送損失を定量的に与え、
その伝送損失の発生状況と発生位置を光伝送損失分布測
定装置（ＯＴＤＲ：光ファイバの長さ方向各部の伝送ロ
ス分布を測定する装置）を用いて監視する。

【０００８】また、監視対象物の動きに応じた光伝送損
失を光ファイバに与えるために、光ファイバにその光フ
ァイバを加圧子で加圧して定量的な光伝送損失を与える
センサ部と、前記加圧子を作動させるカムを設けた入力
軸と、その入力軸に監視対象物の動きを回転又は直線運
動にして伝える伝動機構とを有し、前記センサ部がひと
つのセンサに光ファイバの長手方向に位置を変えて複数
設けられ、その複数のセンサ部による同一光ファイバへ
の光伝送損失付与状態が前記入力軸の変位によって切換
わるようにした状態監視用センサを用いる。

【０００９】このセンサは、前記カムと加圧子との間に
運動量を所定の比率で変化させて伝達できるてこ等の第
２伝動機構を介在すると好ましい。その第２伝動機構が
てこである場合、そのてこをばね弾性のある材料で形成
するのも好ましい。

【００１０】さらに、入力軸はスライド軸でもよいが、
その入力軸を回転軸とし、この軸の外周にセンサ部の数
に対応させた複数のカムと、入力軸の外周に設けた溝に
ラッチを係止させて入力軸を状態切換えの各点に位置決
めする位置決め手段を設けると部品相互の位置調整等が
し易く、センサのユニット化も図り易くて好ましい。

【００１１】この状態監視センサを複数の監視点に通し
て布設される光ファイバにシリアルに接続して各監視点
に設置し、さらに、前記光ファイバに光伝送損失分布測
定装置を接続すると、この発明の光遠隔監視システムが
できる。

【００１２】

【作用】この発明では、ひとつのセンサに、同一光ファ
イバに対して異なる位置で定量的に光伝送損失を与える
複数のセンサ部を設け、監視対象物の動きに応じて動く
入力軸の変位によって各センサ部における伝送損失の付
与状態が切換わるようにしたので、どのセンサ部が作動
しているかによって監視対象物の動作状況を細かく把握
することができる。

【００１３】また、ひとつのセンサに各々が従来の光フ
ァイバセンサに匹敵するセンサ部を複数設けたので、１
監視点における光ファイバの融着接続部数が減少して融
着による光伝送ロスが少なくなる。そのため、一連のシ
ステムの監視距離を長くし、監視点を増加させることが
できる。

【００１４】さらに、入力軸と複数のセンサ部を一体化
でき、その一体化（ユニット化）により現地での設置作
業を簡素化でき、作業者のスキルに依存する部分も減ら
すことができる。

【００１５】このほか、光ファイバに定量の歪を与えて
その歪の分布を測定する方法でも、ひとつのセンサに複
数のセンサ部を設ければ細かな状態監視が可能となる
が、この方法は測定に時間がかかる。また、高価な光歪
分布測定装置を必要としセンサの複雑化、大型化も招
く。これに対し、この発明のセンサ及びシステムは、光
ファイバに伝送損失を与えてその損失分布を測定するの
で、ここで述べた複合も解消される。

【００１６】なお、好ましいとしたセンサ構造について
の作用・効果は、次項で述べる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の状態監視用セ
ンサの実施形態を示す。図中１は、軸受（図示せず）で
定位置回転可能に支持する入力軸である。この入力軸１
には、複数のカム２と、位置決め用の溝３を設けてあ
る。また、一端外周に放射状に延び出すピン４を取付け
てある。

【００１８】５は、カム２の各々に対応させて設けたて
こ、６は１芯の光ファイバ、７は加圧子７ａで光ファイ
バ６に定量的な光伝送損失を生じさせるセンサ部であ
る。センサ部７は、カム２と同数設けられている。

【００１９】例示のセンサ部７の内部構造を図２に示
す。図示のセンサ部７は、ファイバ支持点７ｂを有する
ハウジング７ｃ内に光ファイバ６を引き通し、２つのフ
ァイバ支持点間の光ファイバ６を加圧子７ａで加圧変形
させるものにしてある。このセンサ部７は、図７に示す
ように、ファイバ支持点７ｂと加圧子７ａによる加圧点
の数を増やし、複数箇所で光ファイバ６を加圧変形させ
るものが好ましい。所要の光伝送損失を多点で生じさせ
ると、１点で生じさせる場合に比べて光ファイバに与え
る歪が小さくてよく、光ファイバに無理な力を加えずに
済む。てこ５がカム２に抑えれて揺動し、加圧子７ａを
押し動かす。てこ５に押された加圧子７ａは、図２
（ｂ）に示すように、先端に接した光ファイバ６を変形
させ、その変形により、光ファイバ６に光の伝送ロスが
生じる。

【００２０】なお、カム２は間隔をあけずに配置しても
よい。また、カム２とセンサ部７の数は、必要に応じて
自由に増加させることができる。

【００２１】加圧子７ａは、ハウジング７ｃの一部を変
形可能にしてそこに一体に形成したもの、ハウジング７
ｃに孔をあけてその孔にスライド自在に挿入したものの
どちらであってもよい。この加圧子７ａは、光ファイバ
６の弾性復元力やハウジング７ｃの弾性復元力で復帰す
るようにしておくと復帰用スプリングを必要とせず、歪
付与部７の組立やコスト面で有利になる。

【００２２】図３は、入力軸１を状態切換えの各点に位
置決めする機構を示している。この位置決め機構は、板
ばねで形成されたラッチ８が入力軸１の外周に定ピッチ
で割り出して設けられた溝３に係止し、その位置に入力
軸１が位置決めされる。入力軸１は、一定値以上の回転
力が加わると板ばね８を撓ませて回転する。

【００２３】図１の１０は、矢印方向に動く監視対象物
である。ここでは、この監視対象物１０に２本のピン９
を設け、このピン９と入力軸外周のピン４とで監視対象
物１０の直線運動を回転運動に変換して入力軸１に伝え
るようにしたが、採用する伝動機構はこれに限定されな
い。

【００２４】また、図４に示すように、入力軸１を非回
転のスライド軸とし、その軸を監視対象物からリンク機
構等を介して伝えた力でスライドさせて軸の外周に設け
たカム２でセンサ部７の加圧子７ａを押し動かすセンサ
構造でも、同一目的を達成することができる。この構造
は、入力軸１のスライドストロークを大きくとれるとき
にはひとつのカム２で各センサ部の加圧子を順々に作動
させることが可能である。この図４の状態監視用センサ
も、カム２と可動子７ａとの間にてこ等の第２伝動機構
を介在するのが好ましい。

【００２５】その機構として、てこを介在する場合の効
果を下に列挙する。 カムをセンサ部の加圧子に直接接触させると加圧子
の摺動摩耗が生じて歪の発生量が変動する。従って、加
圧子の摩耗防止策が必要になるが、てこを介在すればそ
のような工夫が不要。 加圧子に対する力の印加方向がてこを介在すること
によって加圧子の進退方向とほぼ同じになるので、加圧
子に無理な力が加わらず、加圧子の動作性が悪くならな
い。 てこ比の調整で入力軸の小さな動きを増幅して加圧
子にえることができ、また、逆に過大な動きを小さくし
て伝えることもでき、センサの感度向上、保護、小型化
等についての対応の自由度が高まる。 てこを板ばね等で形成すると、てこの弾性変形によ
る緩衝効果が生じて動作量が変動したときにもセンサ部
に無理な力が加わらない。 てこによって入力軸とセンサ部間に適度の間隔を保
てるので、センサ部側の水密封止が行い易い。

【００２６】次に、前述の状態監視用センサを用いたこ
の発明の光遠隔監視システムの実施形態について述べ
る。

【００２７】図５は、樋門監視システムの概要を示して
いる。図の１１は樋門であり、樋管の通水量制御のため
に、この樋門の門扉１２の開度が調節される。その門扉
の開き状態を監視するために各樋門の位置に状態監視用
センサＳを設けている。また、一連の光ファイバ１３を
各監視点に通して布設し、監視所又は中継所に引込んだ
その光ファイバ１３の一端に光伝送損失分布測定装置
（ＯＴＤＲ）１４を接続し、さらに、その測定装置１４
に、測定したデータを処理して門扉の開き状態を把握す
る処理装置１５を接続している。

【００２８】状態監視用センサＳは、そのセンサの光フ
ァイバ（図６の６）を光ファイバ１３にシリアルに接続
する。光ファイバ１３の一部をセンサの光ファイバとし
て使用することもできるが、この構造は現地でのセンサ
組立が必要になるので、ユニット化したセンサを用いて
そのセンサの光ファイバを融着接続するとよい。

【００２９】図６は、図５のシステムにおける状態監視
用センサの動作状態を表している。ここで用いたセンサ
Ｓは、２つのセンサ部７_-1、７_-2を入力軸１（図のそれ
は回転軸）に設けた２つのカム２_-1、２_-2でそれぞれ作
動させる。

【００３０】図６の（Ｉ）は、門扉１２を全開したとき
であり、センサ部７_-1の加圧子７ａがカム２_-1に押され
て作動している。（II）は門扉１２が半開のときで、セ
ンサ部７_-1、７_-2が共に非作動状態になっている。又、
（III ）は門扉１２が全開のときで、センサ部７_-1が作
動している。従って２つのセンサ部７_-1、７_-2の作動状
態から門扉１２の開き状態が判る。

【００３１】なお、ここではひとつのセンサのセンサ部
の数を２としたので、半開状態は、２つのセンサ部が共
に非作動状態であることをもって判断するが、半開時に
作動するセンサ部を追設すれば半開の把握がより正確に
行える。また、センサ部の数を更に増やせば、門扉１２
の開き状態をより詳細に把握でき、扉の開度管理も可能
になる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の状態監視
用センサを用いると、ひとつのセンサで監視対象物の動
作状況を細かく把握することができる。

【００３３】また、複数のセンサ部をひとつのセンサに
設けたので、監視点での光ファイバの融着接続部の数を
減らして監視延長を長くし、ひとつのシステムによる監
視点数を増加させることができる。

【００３４】さらに、構成部品をひとつにまとめてセン
サをユニット化しておくことができるので、現地での設
置も容易になり、作業者のスキルに依存する部分も減ら
して監視システムの信頼性を高めることも可能になる。

【００３５】このほか、カムとセンサ部の加圧子との間
にてこ等を介在したものは、カムの直接接触による加圧
子の摩耗、動作不良を防止できる。また、入力軸の動き
を増幅したり、逆に小さくしたりして加圧子に伝えるこ
ともでき、センサの感度設定等に関する対応の自由度が
高まる。さらに、センサ部の保護や水密防止などの面で
も有利になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の状態監視用センサの実施形態の要部
を示す斜視図

【図２】（ａ）図１のセンサのセンサ部を非作動状態に
して示す断面図 （ｂ）図１のセンサのセンサ部を作動状態にして示す断
面図

【図３】入力軸の位置決め機構の一例を示す図

【図４】状態監視用センサの他の実施形態の要部を示す
図

【図５】この発明の光遠隔監視用システムの一例の概要
を示す図

【図６】図５のシステムにおける状態監視用センサの動
作状態を示す図

【図７】加圧子の好ましい例を示す斜視図

【符号の説明】

１ 入力軸 ２ カム ３ 溝 ４ ピン ５ てこ ６ 光ファイバ ７ センサ部 ７ａ 加圧子 ８ 板ばね ９ ピン １０ 監視対象物 １１ 樋門 １２ 門扉 １３ 光ファイバ １４ 光伝送損失分布測定装置 １５ 処理装置 Ｓ 状態監視用センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバにその光ファイバを加圧子で
   加圧して定量的な光伝送損失を与えるセンサ部と、前記
   加圧子を作動させるカムを設けた入力軸と、その入力軸
   に監視対象物の動きを回転又は直線運動にして伝える伝
   動機構とを有し、前記センサ部がひとつのセンサに光フ
   ァイバの長手方向に位置を変えて複数設けられ、その複
   数のセンサ部による同一光ファイバへの光伝送損失付与
   状態が前記入力軸の変位によって切換わるようにした状
   態監視用センサ。
2. 【請求項２】 前記カムと加圧子との間に運動量を所定
   の比率で変化させて伝達できる第２伝動機構を介在した
   請求項１記載の状態監視用センサ。
3. 【請求項３】 第２伝動機構としててこを採用し、その
   てこをばね弾性のある材料で形成した請求項２記載の状
   態監視用センサ。
4. 【請求項４】 前記入力軸を回転軸とし、この軸の外周
   にセンサ部の数に対応させた複数のカムと、入力軸の外
   周に設けた溝にラッチを係止させて入力軸を状態切換え
   の各点に位置決めする位置決め手段を設けた請求項１乃
   至３のいずれかに記載の状態監視用センサ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の状態監
   視用センサを、複数の監視点に通して布設される光ファ
   イバにシリアルに接続して各監視点に設置し、さらに、
   前記光ファイバに光伝送損失分布測定装置を接続し、各
   監視点における光ファイバの光伝送損失の有無と伝送損
   失発生位置の変動状況をモニタして各監視点における監
   視対象物の動作状況を把握するようにした光遠隔監視シ
   ステム。