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JP2009192250A - Fiber optic sensor cable - Google Patents

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JP2009192250A
JP2009192250A JP2008030500A JP2008030500A JP2009192250A JP 2009192250 A JP2009192250 A JP 2009192250A JP 2008030500 A JP2008030500 A JP 2008030500A JP 2008030500 A JP2008030500 A JP 2008030500A JP 2009192250 A JP2009192250 A JP 2009192250A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
sensor cable
fiber sensor
cable
temperature change
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008030500A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukiaki Tanaka
志明 田中
Takeshi Shimomichi
毅 下道
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP2008030500A priority Critical patent/JP2009192250A/en
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

【課題】温度変化を高精度で測定し得る光ファイバセンサケーブルの提供。
【解決手段】光ファイバを、該光ファイバよりも大きい線膨張係数を持つ条材状の抗張力体に付設し、抗張力体の長手方向に沿って連続的に又は間欠的に、光ファイバと抗張力体とが直に接するように一体化した固定部を設けてなり、温度変化に伴うブリルアン散乱光の周波数シフト量から布設環境温度を計測することを特徴とする光ファイバセンサケーブル。
【選択図】図1
An optical fiber sensor cable capable of measuring a temperature change with high accuracy is provided.
An optical fiber is attached to a strip-shaped tensile member having a linear expansion coefficient larger than that of the optical fiber, and the optical fiber and the tensile member are continuously or intermittently along the longitudinal direction of the tensile member. An optical fiber sensor cable comprising a fixed portion integrated so as to be in direct contact with each other, and measuring a laying environment temperature from a frequency shift amount of Brillouin scattered light accompanying a temperature change.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、高分解能BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)を用い、温度変化に伴うブリルアン散乱光の周波数シフト量から布設環境温度を計測するための光ファイバセンサケーブルに関する。   The present invention relates to an optical fiber sensor cable for measuring a laying environment temperature from a frequency shift amount of Brillouin scattered light accompanying a temperature change using a high resolution BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis).

従来、測定対象域に光ファイバを布設し、該光ファイバの後方散乱光やブリルアン散乱光の変化をモニターすることによって、光ファイバに加わる歪(圧力)や温度変化を測定する光ファイバセンサケーブルに関して、例えば、特許文献1〜5に開示された技術が提案されている。   Conventionally, an optical fiber sensor cable that measures strain (pressure) and temperature change applied to an optical fiber by installing an optical fiber in a measurement target area and monitoring changes in backscattered light and Brillouin scattered light of the optical fiber. For example, techniques disclosed in Patent Documents 1 to 5 have been proposed.

特許文献1には、熱収縮チューブなどの保護層を用いて、光ファイバを、中心部材の長手方向に連続的に固定してなる歪検知光ファイバセンサが開示されている。この歪検知光ファイバセンサには、曲がりに敏感なマルチモードファイバを使用し、圧縮歪を検出している。
特許文献2には、チューブの肉厚内に光ファイバセンサを埋設し、またはチューブの内壁、外壁に光ファイバを長手方向にわたって固定して、歪量を測定する光ファイバセンサが開示されている。
特許文献3には、チューブ状の樹脂条材の肉厚内に長尺光ファイバを埋設した光ファイバセンサを用いてBOTDRにより歪を検出することが開示されている。
特許文献4には、光ファイバを、より大きな熱膨張係数を有するエラストマー製のチューブ肉厚内に埋設して、圧力、温度、伸び、曲げなどを測定する光ファイバセンサが開示されている。
特許文献5には、FRPロッドなどのコア外周上に、複数の光ファイバをホットメルト樹脂で固定した構造の光ファイバケーブルが開示されている。
実開平2−120008号公報 特開2002−48518号公報 特開2004−101414号公報 米国特許出願公開第2006/71158号明細書 米国特許第6167179号明細書
Patent Document 1 discloses a strain detection optical fiber sensor in which an optical fiber is continuously fixed in the longitudinal direction of a central member using a protective layer such as a heat shrinkable tube. This strain detection optical fiber sensor uses a multimode fiber sensitive to bending and detects compressive strain.
Patent Document 2 discloses an optical fiber sensor that measures the amount of strain by embedding an optical fiber sensor in the wall thickness of the tube or fixing the optical fiber to the inner wall and outer wall of the tube in the longitudinal direction.
Patent Document 3 discloses that strain is detected by BOTDR using an optical fiber sensor in which a long optical fiber is embedded in the thickness of a tubular resin strip.
Patent Document 4 discloses an optical fiber sensor in which an optical fiber is embedded in an elastomer tube wall having a larger coefficient of thermal expansion, and pressure, temperature, elongation, bending, and the like are measured.
Patent Document 5 discloses an optical fiber cable having a structure in which a plurality of optical fibers are fixed with a hot melt resin on an outer periphery of a core such as an FRP rod.
Japanese Utility Model Publication No. 2-120008 JP 2002-48518 A JP 2004-101414 A US Patent Application Publication No. 2006/71158 US Pat. No. 6,167,179

しかしながら、前記特許文献1〜5には、次のような問題がある。
特許文献1では、曲がりによって生じる伝送損失増加量を歪へ換算するため、圧縮歪しか検知できない。また、曲がりに敏感なマルチモードファイバを使用しているため、マクロベンドが発生するほどの大きな圧縮歪を受けた場合、ロス増により測定不能に陥る可能性が高い。
However, Patent Documents 1 to 5 have the following problems.
In Patent Document 1, since an increase in transmission loss caused by bending is converted into distortion, only compression distortion can be detected. In addition, since a multimode fiber sensitive to bending is used, there is a high possibility that measurement will become impossible due to an increase in loss when subjected to a large compressive strain that causes macrobending.

特許文献2では、外被チューブを通じて光ファイバに加わった応力を歪として検出するが、温度変化によってチューブも伸縮するため、応力に起因する歪と温度変化に起因する歪とを切り分けることが困難である。   In Patent Document 2, the stress applied to the optical fiber through the outer tube is detected as a strain. However, since the tube also expands and contracts due to a temperature change, it is difficult to separate the strain caused by the stress from the strain caused by the temperature change. is there.

特許文献3では、外被センサに加わった応力を歪として検出するが、温度変化によってチューブも伸縮するため、応力に起因する歪と温度変化に起因する歪とを切り分けることが困難である。   In Patent Document 3, the stress applied to the jacket sensor is detected as a strain. However, since the tube also expands and contracts due to a temperature change, it is difficult to separate the strain caused by the stress from the strain caused by the temperature change.

特許文献4では、使用するエラストマー製のチューブの耐熱性は100〜120℃であり、スチレン系エラストマーでは140℃、ポリエステルエラストマーでも175℃が限度である。特許文献4の光ファイバセンサケーブルは、200℃以上の高温環境下に適用するものであり、光ファイバの支持体にエラストマーを使用した場合、融解してしまい、支持体としての機能を果たせない。   In patent document 4, the heat resistance of the elastomer tube used is 100 to 120 ° C., 140 ° C. for styrene elastomers and 175 ° C. for polyester elastomers. The optical fiber sensor cable of Patent Document 4 is applied in a high temperature environment of 200 ° C. or higher. When an elastomer is used as a support for optical fiber, it melts and cannot function as a support.

特許文献5に開示されたケーブルは、光ファイバを利用したセンサではない。センサケーブルとしての用途があったとしても、光ファイバが中心コアに接していないため、外部応力を光ファイバに十分に伝達することができない。従って、検出感度が低く、目的とする歪変化を検出できない可能性がある。   The cable disclosed in Patent Document 5 is not a sensor using an optical fiber. Even if the sensor cable is used, the external stress cannot be sufficiently transmitted to the optical fiber because the optical fiber is not in contact with the central core. Therefore, the detection sensitivity is low, and there is a possibility that the intended distortion change cannot be detected.

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、温度変化を高精度で測定し得る光ファイバセンサケーブルの提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical fiber sensor cable capable of measuring a temperature change with high accuracy.

前記目的を達成するため、本発明は、光ファイバを、該光ファイバよりも大きい線膨張係数を持つ条材状の抗張力体に付設し、抗張力体の長手方向に沿って連続的に又は間欠的に、光ファイバと抗張力体とが直に接するように一体化した固定部を設けてなり、温度変化に伴うブリルアン散乱光の周波数シフト量から布設環境温度を計測することを特徴とする光ファイバセンサケーブルを提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides an optical fiber attached to a strip-shaped tensile member having a linear expansion coefficient larger than that of the optical fiber, and continuously or intermittently along the longitudinal direction of the tensile member. An optical fiber sensor comprising a fixed portion integrated so that the optical fiber and the tensile body are in direct contact with each other, and measuring the installation environment temperature from the frequency shift amount of the Brillouin scattered light accompanying the temperature change Provide cables.

本発明の光ファイバセンサケーブルにおいて、抗張力体の長手方向に沿って少なくとも1本以上の光ファイバを螺旋状に横巻きし、固定剤によって間欠的あるいは全体的に、抗張力体と光ファイバとが直に接するように一体化した固定部を設けたことが好ましい。   In the optical fiber sensor cable of the present invention, at least one optical fiber is spirally wound along the longitudinal direction of the strength member, and the strength member and the optical fiber are directly or intermittently fixed by a fixing agent. It is preferable to provide an integrated fixing portion so as to be in contact with the surface.

本発明の光ファイバセンサケーブルにおいて、抗張力体の長手方向に沿って少なくとも1本以上の光ファイバを螺旋状に横巻きしたものを中コアとし、この中コアを緩衝材となる抗張力繊維で包括し、固定剤によって間欠的あるいは全体的に固定し、さらにケーブル外被を被覆して前記固定剤により中コアとケーブル外被とを抗張力繊維を介して一体化した固定部を有する構成とすることもできる。   In the optical fiber sensor cable of the present invention, at least one or more optical fibers spirally wound along the longitudinal direction of the strength member are used as a middle core, and the middle core is covered with a strength fiber as a buffer material. In addition, it may be fixed intermittently or entirely with a fixing agent, and further has a fixing portion in which the cable jacket is covered and the middle core and the cable jacket are integrated with the fixing agent through tensile strength fibers. it can.

本発明の光ファイバセンサケーブルにおいて、耐熱性プラスチックからなる樹脂被覆で抗張力体を被覆し、該樹脂被覆外面に光ファイバを螺旋状に横巻きし、光ファイバを抗張力体のみと一体化させた場合よりも温度変化1℃あたりの歪変化量を大きくした構成とすることもできる。   In the optical fiber sensor cable of the present invention, when a tensile body is coated with a resin coating made of heat-resistant plastic, the optical fiber is spirally wound on the outer surface of the resin coating, and the optical fiber is integrated only with the tensile body It is also possible to adopt a configuration in which the amount of change in strain per 1 ° C. of temperature change is increased.

本発明の光ファイバセンサケーブルにおいて、光ファイバが、温度変化に対して20με/℃〜100με/℃の範囲の歪変化量を有することが好ましい。   In the optical fiber sensor cable of the present invention, it is preferable that the optical fiber has a strain change amount in a range of 20 με / ° C. to 100 με / ° C. with respect to a temperature change.

本発明の光ファイバセンサケーブルは、光ファイバよりも高い線膨張係数を持つ抗張力体に対し、光ファイバを間欠固定又は全体固定して一体化させることで、温度変化に対する歪変化量を高分解能BOTDAの測定精度に対して大きくすることが可能となり、その結果として温度検出誤差範囲を狭め、温度測定精度の向上が可能となった。さらに、抗張力体の存在により温度変化によるケーブル外被収縮に起因する測定再現性の低下を防ぐことが可能となった。
本発明の光ファイバセンサケーブルは、光ファイバと抗張力体が一体化された中コアとケーブル外被とが、固定剤を介して一体化されていることにより、温度変化によるケーブル外被収縮に起因する測定再現性の低下を防ぐことが可能となった。ケーブル外被と中コアを抗張力繊維で包括することにより、抗張力繊維は緩衝材の役目を果たし、ケーブル外被が光ファイバに直接密着することがないため、歪測定に影響を及ぼすロス増を抑制することが可能となった。
The optical fiber sensor cable of the present invention integrates an optical fiber intermittently or entirely fixed to a tensile body having a higher linear expansion coefficient than that of the optical fiber, thereby integrating the amount of strain change with respect to a temperature change with a high resolution BOTDA. As a result, it is possible to narrow the temperature detection error range and improve the temperature measurement accuracy. In addition, the presence of the tensile body can prevent a decrease in measurement reproducibility due to cable sheath shrinkage due to temperature changes.
In the optical fiber sensor cable of the present invention, the inner core, in which the optical fiber and the tensile body are integrated, and the cable jacket are integrated via the fixing agent, thereby causing the cable jacket to contract due to temperature change. It is possible to prevent a decrease in measurement reproducibility. By wrapping the cable jacket and the inner core with tensile strength fibers, the tensile strength fibers act as a cushioning material, and the cable jacket does not adhere directly to the optical fiber, reducing the increase in loss that affects strain measurement. It became possible to do.

以下、図面を参照して本発明の光ファイバセンサケーブルの実施形態を説明する。
図1は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第1実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部6の横断面図、(c)は非固定部7の横断面図である。図1中、符号1Aは光ファイバセンサケーブル、2は光ファイバ、3は抗張力体、4は固定剤、5はケーブル外被、6は固定部、7は非固定部である。
Hereinafter, embodiments of the optical fiber sensor cable of the present invention will be described with reference to the drawings.
1A and 1B show a first embodiment of an optical fiber sensor cable according to the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view, FIG. 1B is a transverse sectional view of a fixed portion 6, and FIG. FIG. In FIG. 1, reference numeral 1A denotes an optical fiber sensor cable, 2 denotes an optical fiber, 3 denotes a strength member, 4 denotes a fixing agent, 5 denotes a cable jacket, 6 denotes a fixing portion, and 7 denotes a non-fixing portion.

本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aは、2本の光ファイバ2を、該光ファイバ2よりも大きい線膨張係数を持つ条材状の抗張力体3に螺旋状に横巻きし、抗張力体3の長手方向に沿って間欠的に、光ファイバ2と抗張力体3とが直に接するように固定剤4によって一体化した固定部6を設けてなり、温度変化に伴うブリルアン散乱光の周波数シフト量から布設環境温度を計測することを特徴としている。   The optical fiber sensor cable 1 </ b> A of the present embodiment spirally winds two optical fibers 2 around a strip-shaped tensile member 3 having a larger linear expansion coefficient than the optical fiber 2. From the frequency shift amount of the Brillouin scattered light accompanying the temperature change, the fixing unit 6 integrated with the fixing agent 4 is provided so that the optical fiber 2 and the strength member 3 are in direct contact with each other along the longitudinal direction. It is characterized by measuring the laying environment temperature.

本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aにおいて、光ファイバ2としては、抗張力体3に巻き付けた状態で、温度変化に伴って抗張力体3の線膨張に起因する歪量が付加された場合に、高分解能BOTDAを用いてブリルアン散乱光の周波数シフト量から布設環境温度を計測することができればよく、特に限定されないが、常温〜300℃程度の温度範囲を高精度で計測するためには、耐熱性樹脂被覆を有する石英ガラス系光ファイバを用いることが好ましい。光ファイバ2の本数は、1本以上であればよく、本例示の2本にのみ限定されるものではない。   In the optical fiber sensor cable 1A of the present embodiment, the optical fiber 2 is high when the strain caused by the linear expansion of the tensile body 3 is added in accordance with the temperature change in a state of being wound around the tensile body 3. There is no particular limitation as long as the laying environment temperature can be measured from the frequency shift amount of the Brillouin scattered light using the resolution BOTDA. However, in order to measure the temperature range from room temperature to about 300 ° C. with high accuracy, It is preferable to use a silica glass-based optical fiber having a coating. The number of the optical fibers 2 may be one or more, and is not limited to the two illustrated.

本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aにおいて、抗張力体3としては、光ファイバ2の線膨張係数よりも高い線膨張係数を持つ高強度材料が用いられ、例えば、炭素鋼線、アルミ線、黄銅などの銅合金線、亜鉛合金線、SUS403などのステンレス鋼線などが挙げられる。   In the optical fiber sensor cable 1A of the present embodiment, a high-strength material having a linear expansion coefficient higher than that of the optical fiber 2 is used as the tensile body 3, for example, carbon steel wire, aluminum wire, brass, etc. Copper alloy wire, zinc alloy wire, stainless steel wire such as SUS403, and the like.

本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aにおいて、固定剤4としては、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、ホットメルトなどの接着剤が挙げられる。固定剤は、未硬化状態で所定の固定部6の抗張力体3と光ファイバ2とに塗布し、それを硬化させることで固定部6を形成する。   In the optical fiber sensor cable 1A of the present embodiment, examples of the fixing agent 4 include an adhesive such as an ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, and a hot melt. The fixing agent is applied to the tensile body 3 and the optical fiber 2 of the predetermined fixing portion 6 in an uncured state, and the fixing portion 6 is formed by curing it.

図2は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第2実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部6の横断面図である。本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Bは、前述した第1実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aとほぼ同様の構成要素を備えて構成され、抗張力体3の長手方向に連続的に固定部6を形成したことを特徴としている。   2A and 2B show a second embodiment of the optical fiber sensor cable of the present invention, wherein FIG. 2A is a longitudinal sectional view, and FIG. 2B is a transverse sectional view of a fixing portion 6. The optical fiber sensor cable 1B of the present embodiment is configured to include substantially the same components as the optical fiber sensor cable 1A of the first embodiment described above, and continuously forms the fixing portion 6 in the longitudinal direction of the strength member 3. It is characterized by that.

図3は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第3実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部6の横断面図、(c)は非固定部7の横断面図である。本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Cは、前述した第1実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aとほぼ同様の構成要素を備えて構成され、抗張力体3の長手方向に沿って2本の光ファイバ2を螺旋状に横巻きしたものを中コアとし、この中コアを緩衝材となる抗張力繊維8で包括し、固定剤4によって間欠的に固定し、さらにケーブル外被5を被覆して前記固定剤4により中コアとケーブル外被5とを抗張力繊維8を介して一体化した固定部6を有する構成になっている。   3A and 3B show a third embodiment of the optical fiber sensor cable of the present invention, in which FIG. 3A is a longitudinal sectional view, FIG. 3B is a transverse sectional view of a fixed portion 6, and FIG. FIG. The optical fiber sensor cable 1 </ b> C of the present embodiment is configured to include substantially the same components as the optical fiber sensor cable 1 </ b> A of the first embodiment described above, and the two optical fibers 2 along the longitudinal direction of the strength member 3. Is formed as a middle core, and the middle core is covered with tensile strength fibers 8 serving as cushioning materials, intermittently fixed with a fixing agent 4, and further covered with a cable jacket 5 to fix the fixing agent. 4 has a fixing portion 6 in which the middle core and the cable jacket 5 are integrated through the tensile strength fiber 8.

図4は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第4実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部6の横断面図である。本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Dは、前述した第3実施形態の光ファイバセンサケーブル1Cとほぼ同様の構成要素を備えて構成され、中コアとケーブル外被5とを抗張力繊維8を介して一体化した固定部6を、抗張力体3の長手方向に連続的に形成したことを特徴としている。   4A and 4B show a fourth embodiment of the optical fiber sensor cable of the present invention, in which FIG. 4A is a longitudinal sectional view, and FIG. 4B is a transverse sectional view of a fixing portion 6. The optical fiber sensor cable 1D of the present embodiment is configured to include substantially the same components as the optical fiber sensor cable 1C of the third embodiment described above, and the middle core and the cable jacket 5 are interposed via the tensile strength fibers 8. The integrated fixing part 6 is characterized in that it is continuously formed in the longitudinal direction of the strength member 3.

図5は、本発明の光ファイバセンサケーブルの第5実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部6の横断面図、(c)は非固定部7の横断面図である。本実施形態の光ファイバセンサケーブル1Eは、前述した第1実施形態の光ファイバセンサケーブル1Aとほぼ同様の構成要素を備えて構成され、線膨張係数が高い耐熱性プラスチックからなる樹脂被覆9で抗張力体3を被覆し、該樹脂被覆9外面に光ファイバ2を螺旋状に横巻きしたことを特徴としている。   5A and 5B show a fifth embodiment of the optical fiber sensor cable of the present invention, in which FIG. 5A is a longitudinal sectional view, FIG. 5B is a transverse sectional view of a fixed portion 6, and FIG. FIG. The optical fiber sensor cable 1E of the present embodiment is configured to include substantially the same components as the optical fiber sensor cable 1A of the first embodiment described above, and has a tensile strength with a resin coating 9 made of a heat-resistant plastic having a high linear expansion coefficient. The body 3 is covered, and the optical fiber 2 is spirally wound horizontally on the outer surface of the resin coating 9.

前述した本発明に係る各実施形態の光ファイバセンサケーブル1A〜1Eは、温度計測用の光ファイバ2を抗張力体3に対して直に接するように、長手方向にわたって少なくとも1本以上の光ファイバ2を螺旋状に横巻きし、接着剤等の固定剤4を塗布して間欠的あるいは全体的に抗張力体3と光ファイバ2を一体化させることで、抗張力体3の線膨張に起因する歪量を光ファイバ2に付加し、温度変化に対する光ファイバ歪変化量を大きくすることを可能としている。   The optical fiber sensor cables 1 </ b> A to 1 </ b> E according to the embodiments of the present invention described above include at least one or more optical fibers 2 in the longitudinal direction so that the temperature-measuring optical fiber 2 is in direct contact with the tensile body 3. The amount of strain caused by the linear expansion of the tensile body 3 is integrated by intermittently or entirely integrating the tensile body 3 and the optical fiber 2 by applying a fixing agent 4 such as an adhesive. Is added to the optical fiber 2 so that the amount of change in strain of the optical fiber with respect to temperature change can be increased.

この光ファイバセンサケーブル1A〜1Eは、光ファイバ2が抗張力体3に螺旋状に巻き付けられ、且つ固定部6において直に接することで、温度変化に対する抗張力体3の膨張および収縮をフープストレス(周方向の応力)として光ファイバ2全長にわたって均一に且つ確実に伝達することが可能となる。その結果、光ファイバ2は温度変化によるブリルアン周波数シフトのみならず、抗張力体3の線膨張に起因する歪量を併せて測定することができ、1℃あたりの歪変化量を大きくすることが可能となる。つまり、本センサの歪計測に使用する高分解能BOTDAの測定精度±25μεに対して、センサ自身の歪測定量が大きくなればなるほど、温度検知誤差を小さくすることが可能となるのである。例えば、従来構造と同程度の歪変化量25με/℃である場合、高分解能BOTDAの測定精度±25μεから考えると、温度検出誤差は±1℃と見積もれる。これに対し、本発明のセンサ構造を採用することで歪変化量が50με/℃となった場合、温度検出誤差は±0.5℃になり、100μεとなった場合では温度検出誤差は±0.25℃まで向上する。
以下、実施例により更に具体的に説明する。
In the optical fiber sensor cables 1A to 1E, the optical fiber 2 is spirally wound around the strength member 3 and is directly in contact with the fixing portion 6, so that the expansion and contraction of the strength member 3 with respect to a temperature change is suppressed by a hoop stress. Directional stress) can be transmitted uniformly and reliably over the entire length of the optical fiber 2. As a result, the optical fiber 2 can measure not only the Brillouin frequency shift due to the temperature change but also the strain amount due to the linear expansion of the strength member 3, and can increase the strain change amount per 1 ° C. It becomes. That is, as the strain measurement amount of the sensor itself increases, the temperature detection error can be reduced with respect to the measurement accuracy ± 25 με of the high resolution BOTDA used for strain measurement of this sensor. For example, when the strain change amount is about 25 με / ° C. which is the same as that of the conventional structure, the temperature detection error can be estimated to be ± 1 ° C. in view of the measurement accuracy of high resolution BOTDA ± 25 με. On the other hand, when the strain change amount is 50 με / ° C. by employing the sensor structure of the present invention, the temperature detection error is ± 0.5 ° C., and when it is 100 με, the temperature detection error is ± 0. .Improved to 25 ° C.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

本実施例で試作した光ファイバセンサケーブルは、光ファイバに十分な耐熱性を有するポリイミド被覆ファイバ、固定剤にポリイミド、ケーブル外被にPFAを使用し、抗張力体に炭素鋼線とアルミ線を用いた2種類の構造とした。抗張力体に炭素鋼線を用いた場合の歪変化量は40με/℃、アルミを用いた場合は50με/℃であった。抗張力体には炭素鋼やアルミの他に、線膨張係数の大きな黄銅、亜鉛やSUS403などを用いても構わない。   The optical fiber sensor cable prototyped in this example uses a polyimide-coated fiber with sufficient heat resistance for the optical fiber, polyimide for the fixing agent, PFA for the cable jacket, and carbon steel wire and aluminum wire for the tensile body. Two types of structures were used. When the carbon steel wire was used as the tensile body, the amount of change in strain was 40 με / ° C., and when aluminum was used, it was 50 με / ° C. In addition to carbon steel and aluminum, brass, zinc, SUS403, or the like having a large linear expansion coefficient may be used as the strength member.

本センサを適用しようとしている布設環境温度範囲は常温〜300℃を想定している。固定剤に関しては、ポリイミドであるならば、ガラス転移点は310℃、300℃では重量減少もほとんど見られないため、適用した。もちろん、布設環境温度範囲で使用可能な材料であるならば、ポリイミドに限る必要はない。固定用接着剤なら熱硬化型の耐熱エポキシ、セラミック系統の耐熱接着剤が挙げられる。   The installation environment temperature range to which this sensor is to be applied is assumed to be room temperature to 300 ° C. With respect to the fixing agent, if it is a polyimide, the glass transition point was applied at 310 ° C. and 300 ° C., since almost no weight reduction was observed. Of course, the material need not be limited to polyimide as long as the material can be used in the temperature range of the installation environment. Examples of fixing adhesives include thermosetting heat-resistant epoxies and ceramic heat-resistant adhesives.

本実施例にあっては、下記(1)、(2)の構造の光ファイバセンサケーブルを作製した。
(1)図3に示すように、抗張力体3に対して直に接するように、長手方向にわたって2本の光ファイバ2を螺旋状に横巻きしたものを中コアとし、この中コアを緩衝材となる抗張力繊維8で包括し、接着剤を塗布して間欠的に一体化させ、さらにケーブル外被5を被覆して光ファイバセンサケーブル1Cとした。
(2)図4に示すように、抗張力体3に対して、長手方向にわたって2本の光ファイバ2を螺旋状に横巻きしたものを中コアとし、この中コアを緩衝材となる抗張力繊維8で包括し、接着剤を塗布して全体的に一体化させ、ケーブル外被5を被覆して光ファイバセンサケーブル1Dとした。
In this example, optical fiber sensor cables having the following structures (1) and (2) were produced.
(1) As shown in FIG. 3, a spiral core of two optical fibers 2 extending in the longitudinal direction so as to be in direct contact with the strength member 3 is used as a middle core, and this middle core is a cushioning material. The optical fiber sensor cable 1C was covered with the tensile strength fiber 8 to be, coated with an adhesive and intermittently integrated, and further covered with a cable jacket 5.
(2) As shown in FIG. 4, with respect to the strength member 3, two optical fibers 2 spirally wound in the longitudinal direction are used as a middle core, and the middle core serves as a cushioning material 8. Then, an adhesive was applied and integrated as a whole, and the cable jacket 5 was covered to obtain an optical fiber sensor cable 1D.

前記(1),(2)の光ファイバセンサケーブルと、従来のルース収納型の温度検出ファイバとについて、環境温度変化による歪変化量を調べて比較した。
従来のルース収納型の温度検出ファイバでは、温度変化による歪変化量が20με/℃であったのに対し、本実施例で作製した光ファイバセンサケーブルを用いることで、温度変化に対する歪変化量40〜100με/℃にすることが可能となった。
従って、計測器の測定精度±15〜25μεから考えると、従来構造の温度検出精度±0.75〜1.25℃に対し、本発明の構造採用により温度検出精度が±0.15〜0.6℃、すなわち2倍〜5倍の測定精度向上を実現した。また、温度変化によるケーブル外被収縮を抑制可能となり、外被収縮に起因する歪波形の乱れや測定再現性の低下を防ぐことが可能となった。
For the optical fiber sensor cables of the above (1) and (2) and the conventional loose-contained temperature detection fiber, the amount of strain change due to the environmental temperature change was examined and compared.
In the conventional loose-contained temperature detection fiber, the strain change amount due to temperature change is 20 με / ° C., but by using the optical fiber sensor cable manufactured in this example, the strain change amount 40 with respect to temperature change is 40. It became possible to set it to ˜100 με / ° C.
Therefore, considering the measurement accuracy of the measuring instrument ± 15 to 25 με, the temperature detection accuracy of ± 0.15 to .0. The measurement accuracy was improved by 6 ° C, that is, 2 to 5 times. In addition, cable sheath shrinkage due to temperature changes can be suppressed, and distortion waveform distortion and measurement reproducibility deterioration due to sheath shrinkage can be prevented.

さらに、図5のように、抗張力体3をPFAやPTFE、ポリイミド、ポリイミドアミドなどのプラスチック樹脂で被覆することにより、光ファイバ2を抗張力体3のみと一体化させた場合よりも温度変化1℃あたりの歪変化量を大きくすることが可能である。もちろん、目的とする温度範囲での耐熱性があれば、ポリアミドやポリオレフィンなどの樹脂でも構わない。構成材料の外径、線膨張係数、弾性率、被覆圧等を最適化することで、温度変化に対する歪変化量40〜100με/℃にすることが可能となった。   Further, as shown in FIG. 5, the temperature change is 1 ° C. as compared with the case where the optical fiber 2 is integrated with only the strength member 3 by coating the strength member 3 with a plastic resin such as PFA, PTFE, polyimide, polyimide amide or the like. It is possible to increase the amount of change in distortion per hit. Of course, a resin such as polyamide or polyolefin may be used as long as it has heat resistance in the target temperature range. By optimizing the outer diameter, linear expansion coefficient, elastic modulus, covering pressure, etc. of the constituent materials, it became possible to make the strain change amount 40 to 100 με / ° C. with respect to the temperature change.

本発明の光ファイバセンサケーブルの第1実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部の横断面図、(c)は非固定部の横断面図である。1A and 1B show a first embodiment of an optical fiber sensor cable of the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view, FIG. 1B is a transverse sectional view of a fixing portion, and FIG. 本発明の光ファイバセンサケーブルの第2実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部の横断面図である。The 2nd Embodiment of the optical fiber sensor cable of this invention is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a cross-sectional view of a fixing | fixed part. 本発明の光ファイバセンサケーブルの第3実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部の横断面図、(c)は非固定部の横断面図である。3A and 3B show a third embodiment of the optical fiber sensor cable of the present invention, in which FIG. 5A is a longitudinal sectional view, FIG. 5B is a transverse sectional view of a fixing portion, and FIG. 本発明の光ファイバセンサケーブルの第4実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部の横断面図である。The 4th Embodiment of the optical fiber sensor cable of this invention is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a cross-sectional view of a fixing | fixed part. 本発明の光ファイバセンサケーブルの第5実施形態を示し、(a)は縦断面図、(b)は固定部の横断面図、(c)は非固定部の横断面図である。5 shows a fifth embodiment of the optical fiber sensor cable of the present invention, wherein (a) is a longitudinal sectional view, (b) is a transverse sectional view of a fixed portion, and (c) is a transverse sectional view of an unfixed portion.

符号の説明Explanation of symbols

1A〜1E…光ファイバセンサケーブル、2…光ファイバ、3…抗張力体、4…固定剤、5…ケーブル外被、6…固定部、7…非固定部、8…抗張力繊維、9…樹脂被覆。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A-1E ... Optical fiber sensor cable, 2 ... Optical fiber, 3 ... Tensile body, 4 ... Fixing agent, 5 ... Cable jacket, 6 ... Fixed part, 7 ... Non-fixed part, 8 ... Tensile fiber, 9 ... Resin coating .

Claims (5)

光ファイバを、該光ファイバよりも大きい線膨張係数を持つ条材状の抗張力体に付設し、抗張力体の長手方向に沿って連続的に又は間欠的に、光ファイバと抗張力体とが直に接するように一体化した固定部を設けてなり、温度変化に伴うブリルアン散乱光の周波数シフト量から布設環境温度を計測することを特徴とする光ファイバセンサケーブル。   The optical fiber is attached to a strip-shaped tensile member having a larger linear expansion coefficient than that of the optical fiber, and the optical fiber and the tensile member are directly or continuously along the longitudinal direction of the tensile member. An optical fiber sensor cable comprising a fixed portion integrated so as to be in contact with each other, and measuring a laying environment temperature from a frequency shift amount of Brillouin scattered light accompanying a temperature change. 抗張力体の長手方向に沿って少なくとも1本以上の光ファイバを螺旋状に横巻きし、固定剤によって間欠的あるいは全体的に、抗張力体と光ファイバとが直に接するように一体化した固定部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサケーブル。   A fixing portion in which at least one optical fiber is spirally wound along the longitudinal direction of the strength member and integrated so that the strength material and the optical fiber are in direct contact with each other intermittently or entirely by a fixing agent. The optical fiber sensor cable according to claim 1, wherein the optical fiber sensor cable is provided. 抗張力体の長手方向に沿って少なくとも1本以上の光ファイバを螺旋状に横巻きしたものを中コアとし、この中コアを緩衝材となる抗張力繊維で包括し、固定剤によって間欠的あるいは全体的に固定し、さらにケーブル外被を被覆して前記固定剤により中コアとケーブル外被とを抗張力繊維を介して一体化した固定部を有することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサケーブル。   At least one or more optical fibers spirally wound along the longitudinal direction of the tensile strength member are used as a middle core, and the middle core is covered with a tensile strength fiber that serves as a cushioning material. 2. The optical fiber sensor according to claim 1, further comprising: a fixing portion that is fixed to the cable and further covers the cable jacket and integrates the middle core and the cable jacket with the fixing agent via a tensile strength fiber. cable. 耐熱性プラスチックからなる樹脂被覆で抗張力体を被覆し、該樹脂被覆外面に光ファイバを螺旋状に横巻きし、光ファイバを抗張力体のみと一体化させた場合よりも温度変化1℃あたりの歪変化量を大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバセンサケーブル。   The strain per 1 ° C of temperature change is higher than when a tensile strength body is coated with a resin coating made of heat-resistant plastic, the optical fiber is spirally wound horizontally on the outer surface of the resin coating, and the optical fiber is integrated with the tensile strength body alone. The optical fiber sensor cable according to claim 1, wherein the amount of change is increased. 光ファイバが、温度変化に対して20με/℃〜100με/℃の範囲の歪変化量を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイバセンサケーブル。   The optical fiber sensor cable according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical fiber has a strain change amount in a range of 20 µε / ° C to 100 µε / ° C with respect to a temperature change.
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