タンクにはどのくらいの油が残っているのでしょうか。光ファイバーはどうやって「見る」のでしょうか？
油タンクや貯蔵タンクなどの産業現場では、光ファイバーはカメラのように液面を直接「目視」するのではなく、光学原理を利用して、タンク内の物理量（温度場の急変、放熱率の違い、または液体の静水圧など）を光波のパラメータに変換し、それを復調システムで液面位置に換算します。
引火・爆発性の高い油タンクの液面監視に対して、光ファイバーセンサーは主に以下の物理メカニズムを通じて液位の正確な判定を実現します。
一、 コアとなる動作原理
1. 垂直温度勾配法（マルチポイント温度センサーアレイに基づく）
これは工学分野で最も広く応用されている光ファイバー液位測定方法の一つです。
- 物理メカニズム：油（液体相）とタンク上部の気体/油蒸気空間（気相）では、比熱容量、熱伝導率、対流熱伝達特性に顕著な違いがあります。自然環境下では、外部の昼夜の温度差や供給される油の温度の影響により、液面下の液体と液面上の気体の間には、明確な温度の段階的変化（すなわち、気液界面における温度勾配の屈折点）が存在します。
- 光ファイバーセンサーによる実現：複数の光ファイバーブラッググレーティング（FBG）を内蔵した温度センサーアレイを、タンクの垂直方向に沿って配置します。各グレーティングは特定の波長の狭帯域光を反射し、そのブラッグ反射波長は次式で表されます。\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda（ここで n_{\text{eff}} は光ファイバーコアの実効屈折率、 \Lambda はグレーティング周期）。
温度が変化すると、熱光学効果と熱膨張効果により、波長は線形にシフトします。\Delta \lambda_B = K_T \Delta T復調システムは、各高度測定点の温度値をリアルタイムで取得し、垂直方向の温度曲線を描画します。曲線の傾きが急変する屈折点の位置が、油の液面の実際の高さに対応します。
2. 自己発熱/熱拡散法（アクティブ加熱式）
油温とタンク内気相温度の差が小さい場合（完全な熱平衡状態にある場合）、センサー管内に微小電力の自己発熱部品（またはヒーター線）を組み込むことができます。
- 液体は、静止した気体よりも対流熱伝達係数がはるかに大きいため、熱を奪う速度が顕著に速くなります。
- 液面下のセンサー点は昇温が小さく遅く、気相空間のセンサー点は昇温が大きく速くなります。復調システムは、昇温速度と平衡温度差の急変境界に基づいて、界面位置を正確に識別できます。
3. 液体の静水圧変換法（圧力式）
- 流体静力学の公式によれば：P = \rho g h（ここで P はタンク底部の静水圧、 \rho は油の密度、 g は重力加速度、 h は液位の高さ）。
- 光ファイバーグレーティングひずみ/圧力センサーをタンク底部または特定の基準高さに設置します。油柱の静水圧がセンサー膜または弾性体に変形を引き起こし、それがグレーティングに軸方向ひずみを伝達して波長シフトを引き起こします。逆算によって液柱の高さ h を求めます。
二、 なぜ油タンク監視には光ファイバーセンサーが選ばれるのか？
- 本質安全（Intrinsic Safety）：
光ファイバー内を伝送されるのはマイクロワット級からミリワット級の微弱なレーザー信号であり、センサープローブおよび伝送経路は全面的に無電源・無電極であるため、火花を発生せず、従来の電気センサーがZone 0 / Zone 1 の可燃性・爆発性ガス環境で引き起こす爆発の安全上のリスクを排除します。 - 電磁干渉耐性と雷保護：
大型金属貯蔵タンクは野外の高層構造物であり、雷撃による強力なサージ電流を受けやすいです。光ファイバーセンサーの伝送媒体は電磁干渉に完全に耐性があり、雷撃の影響下でも損傷せず、誤報もありません。 - 耐化学腐食性と長期安定性：
光ファイバーの封止には通常、耐腐食性のシームレス鋼管（ステンレス鋼や耐食合金など）が採用されており、原油、重油、酸・アルカリ有機不純物の腐食に長期間耐えることができます。
三、 公式関連製品と参考仕様
大成永盛 (OFSCN®) は、この用途向けに、シームレス鋼管封止技術に基づいたカスタム光ファイバーグレーティング液位センサーソリューションを提供しています。
- 技術的特徴：
- 構造基盤：工業用グレードの金属シームレス鋼管に封止されたマルチポイント光ファイバーグレーティング温度センサー技術を基に派生・製造されており、優れた耐圧性、漏洩防止性、機械的保護性能を備えています。
- 分解能調整可能：空間分解能（測定点の垂直間隔）は、油タンクのレンジと精度要求に応じて柔軟にカスタマイズ可能です。
- マルチプレクサ：単一の装甲ケーブル内に複数の独立した波長測定点を直列に接続でき、単一チャネルの復調器でタンク深度に沿った連続測定点アレイの読み取りを完了できます。