(57)【要約】本開示の態様は、インタロゲータと、インタロゲータが共通回線カードと、回線カードが構成可能であり、異なる信号処理経路をサポートし、フロントエンドタイプを自動的に感知し、感知されたデータを処理するために対応するファームウェア／ソフトウェアまたは信号処理経路を使用する、機能固有のプラグ可能なフロントエンドとを含む、取り付けられたファイバとを含む、分散ファイバ感知システムのためのシステム、方法、および構造を説明する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改良された感知システムを送信するインタロゲータと取り付けられたファイバとを含む改良された分散型ファイバ感知システムであって、
前記インテロゲータは、１つまたは複数の機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドを受け取るように構成された共通回線カードを含み、前記フロントエンドは、前記ファイバの長さに沿った位置の振動、温度、および音響特性からなる群から選択された１つをインテロゲートし、感知するように構成されることを特徴とする改良された分散型ファイバ感知システム。
【請求項２】
請求項１に記載の改良された感知システムであって、
前記共通回線カードは、1つまたは複数の機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドのそれぞれに対して異なる信号処理を提供することを特徴とする改良された感知システム。
【請求項３】
請求項２に記載の改良された感知システムであって、
前記共通回線カードは、回線カードに差し込まれた機能固有のプラグ取付け可能／取外し可能なフロントエンドのタイプを自動的に感知し、適切なファームウェア／ソフトウェアおよび／または信号処理を自動的に呼び出して、そのタイプのフロントエンドの感知されたデータを適切に処理することを特徴とする改良された感知システム。
【請求項４】
請求項３に記載の改良された感知システムであって、
前記機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドは、標準的な機械的サイズおよびインタフェースを示すことを特徴とする改良された感知システム。
【請求項５】
請求項４に記載の改良された感知システムであって、
前記共通回線カードは、前記機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドをサポートするように自動的に構成された、デジタル信号プロセッサとソフトウェア信号プロセッサとを含むことを特徴とする改良された感知システム。
【請求項６】
請求項５に記載の改良された感知システムであって
前記共通回線カードは、前記機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドをサポートするように自動的に構成された、デジタル信号プロセッサとソフトウェア信号プロセッサとを含むことを特徴とする改良された感知システム。
【請求項７】
請求項５に記載の改良された感知システムであって、
前記共通回線カードは、振動、音響、および温度タイプを含む異なるタイプの複数の機能固有プラグ取り付け／取り外し可能なフロントエンドをサポートするように構成された共通光学素子を含むことを特徴とする改良された感知システム。
【請求項８】
請求項５に記載の改良された感知システムであって、
前記機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドは、前記回線カードから離れており、ケーブルを介して前記回線カードと電気的／機械的に接続され、前記フロントエンドは、デジタルシリアルリンクを介して前記回線カードと電気的に通信することを特徴とする改良された感知システム。
【請求項９】
請求項５に記載の改良された感知システムであって、
前記機能固有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドは、前記回線カードから離れており、光ケーブルＳＦＰ＋を介して前記回線カードと光学的／機械的に接続されていることを特徴とする改良された感知システム。
【請求項１０】
請求項５に記載の改良された感知システムであって、
前記機能固有のプラグ取付け可能／取外し可能なフロントエンドは、パケット交換ネットワーク、波長交換ネットワーク、および回線交換ネットワークからなる群から選択されるネットワークを介して通信されるシリアルリンクを介して前記回線カードと接続されることを特徴とする改良された感知システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の改良された感知システムであって、
前記機能特有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドは、ネットワークの一端に位置し、前記回線カードは前記ネットワークの他端に位置し、前記回線カードは前記ネットワークを介して通信する複数の機能特有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドのいずれかと接続するように構成可能であることを特徴とする改良された感知システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の改良された感知システムであって、
多機能特有のプラグ取り付け可能／取り外し可能なフロントエンドは、カスケード接続されてより長いリンクを形成し、多フロントエンドの個々の１つは、異なるファイバセグメントを感知することを特徴とする改良された感知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願情報
本出願は、２０１８年６月２８日に出願された米国仮特許出願シリアル番号６２／６９１，１５１号の優先権を主張するものであり、その全内容は、本書において詳細に記載されているかのように、参照により盛り込まれている。
【０００２】
本開示は、一般に、光ファイバ感知システム、方法、および構造に関する。より詳細には、それは、分離可能な端部を有する分散型ファイバ感知インテロゲータを記載する。
【背景技術】
【０００３】
光感知分野で知られているように、現代の分散型ファイバ感知システムＤｘＳ（分散型−ｘ−感知、ここで、xは振動に対して「Ｖ」、温度に対して「Ｔ」、または音響に対して「Ａ」）は、主に、光信号生成および感知信号検出／処理のためのインテロゲータを含むスタンドアロンシステムとして構成される。典型的な配置では、インテロゲータは、信号生成および受信のために、感知光ファイバに直接接続される。さらに、インテロゲータは、特殊な光学系、特殊な電子機器／ファームウェア、および特殊な構成／管理／監視／アプリケーションソフトウェアを含む、その意図された用途に特化されていることが知られている。そのようなシステムは、分散型侵入検出システムなどの完全に特殊化されたアプリケーションを含む、それが意図され、事前構成される単一および／または特殊化されたアプリケーションによく機能することが知られている。
【０００４】
このような有用性とさらなる技術の進歩により、分散型ファイバ感知は、より多くの産業においてさらなる応用が見出されており、そのいくつかは、異なる種類の感知に対して柔軟性を必要とする場合がある。例えば、海底通信用途は、振動及び／又は音響感知を採用する海底ケーブルシステムに近接する検出活動を必要とする。これらの出現しつつある用途は、当技術分野で提供される単一機能の完全に特殊化されたシステム以上のものを必要とする。
【０００５】
そして、上述した分散型感知システムの特殊化は、依然として、重要な欠点が残っているが、そのようなシステムの性能および感知距離も同様である。公知のように、従来技術の分散型感知システムは、妥当な性能を維持しながら、最大到達距離が約５０ｋｍしかない。それにもかかわらず、そのようなシステムは、より長い距離で著しい性能劣化／差別化を感じる。したがって、すべての長さにわたって、分散された感知システムが許容可能で一貫した性能で確実に動作する距離を長くすることは、当該技術分野にも好都合に追加されるであろう。
【発明の概要】
【０００６】
上記の問題は、インタロゲータと、インタロゲータが共通回線カードと、回線カードが構成可能であり、異なる信号処理経路をサポートし、フロントエンド型を自動的に感知し、感知されたデータを処理するために対応するファームウェア／ソフトウェアまたは信号処理経路を使用する機能固有のプラグ可能フロントエンドとを含む、取り付けられたファイバとを含む、分散ファイバ感知システムのための改善されたシステム、方法、および構造に向けられた本開示の態様に従ってなされる技術分野において解決され、進歩する。
【０００７】
従来技術とは明確に対照的に、本開示の態様によるシステム、方法、および構造は、ファイバに沿った異なるタイプの環境条件を感知することになり、先行技術を悩ませるような単一の特定のタイプに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示のより完全な理解は、添付の図面を参照することによって実現され得る。
【０００９】
【図１】従来技術の分散型振動感知（ＤＶＳ）システムを示す概略図である。
【００１０】
【図２】本開示の態様による共通インタロゲータ回線カードを含む分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムを示す概略図である。
【００１１】
【図３】本開示の態様による共通インタロゲータ回線カードを含む分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムを示す概略図である。
【００１２】
【図４】本開示の態様によるアナログスイッチを有する共通インタロゲータ回線カードを含むさらに他の分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムを示す概略図である。
【００１３】
【図５】本開示の態様による分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムプラグ可能回線カードを示す概略図である。
【００１４】
【図６】本開示の態様による、回線カードから物理的に分離された感知ヘッドを含む分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システム回線カードを示す概略図である。
【００１５】
【図７】本開示の態様による、より大きなネットワークに統合された共通のインテロゲータ回線カードを含む分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムを示す概略図である。
【００１６】
【図８】本開示の態様による、感知距離を拡張するためにカスケード接続された分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムを示す概略図である。
【００１７】
【図９】本開示の態様による、感知距離を延長するためにカスケード接続された他の分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）感知システムを示す概略図である。
【００１８】
例示的な実施形態は、図面および詳細な説明によってより完全に説明される。しかしながら、本開示による実施形態は、様々な形態で具現化されてもよく、図面および詳細な説明に記載された特定のまたは例示的な実施形態に限定されない。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下は、単に本開示の原理を例示するものである。したがって、当業者は、本明細書では明示的に説明または図示されていないが、本開示の原理を具体化し、その精神および範囲内に含まれる様々な構成を考案することができることが理解されよう。
【００２０】
さらに、本明細書に列挙されたすべての実施例および条件付き言語は、読者が本開示の原理および本技術を促進するために本発明者によって寄与された概念を理解するのを助けるための教育目的のためだけのものであることが意図され、そのような具体的に列挙された実施例および条件に限定されないものとして解釈されるべきである。
【００２１】
さらに、本開示の原理、態様、および実施形態、ならびにその特定の例を列挙する本明細書のすべてのステートメントは、その構造的および機能的同等物の両方を包含することが意図される。さらに、そのような均等物は、現在知られている均等物と、将来開発される均等物、すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を実行する開発された任意の要素との両方を含むことが意図される。
【００２２】
したがって、たとえば、本明細書の任意のブロック図が、本開示の原理を実施する例示的な回路の概念図を表すことが、当業者には理解されよう。
【００２３】
本明細書で特に明記しない限り、図面を構成する図面は、一定の縮尺で描かれていない。
【００２４】
いくつかのさらなる背景として、我々は、分散型ファイバ感知（ＤＦＳ）が、今度はインテロゲータに接続される光ファイバに沿った任意の位置の環境条件（温度、振動、伸張レベルなど）を検出するための重要で広く使用されている技術であることに着目することから始める。周知のように、現代のインテロゲータは、ファイバへの入力信号を生成し、反射／散乱され、続いて受信される信号を検出し、分析するシステムである。信号を分析し、ファイバの長さに沿って遭遇する環境条件を示す出力を生成する。そのように受信された信号は、ラマン後方散乱、レイリー後方散乱、およびブリリオン後方散乱のようなファイバ内の反射から生じることがある。また、複数のモードの速度差を使用する順方向の信号にすることもできる。一般性を損なうことなく、以下の説明では、同様のアプローチを転送された信号にも適用することができるが、反射された信号を仮定する。
【００２５】
図１は、反射信号を使用する従来技術による典型的なＤＦＳシステムを示す概略図である。この図を参照すると、インタロゲータ１００は、光パルス（１０８、または任意の符号化信号）を周期的に生成し、それらをファイバ１０２に注入する。注入された光パルス信号は、１０４で示すようにファイバ１０２に沿って搬送される。
【００２６】
ファイバの長さに沿った各位置で、信号の小さな部分が反射１０６され、インテロゲータに搬送させて戻される。反射された信号は、インテロゲータが検出するために使用する、機械的振動を示す電力レベル変化などの情報を搬送する。
【００２７】
反射された信号は、電気領域に変換され、インタロゲータ内部で処理される。パルス注入時間および信号が検出された時間とに基づいて、インテロゲータは、信号がファイバに沿ってどの位置から来るかを決定し、したがって、ファイバに沿った各位置の活動を感知することができる。
【００２８】
この背景で、ここで、本開示の態様によるシステム、方法、および構造は、共通のインテロゲータ回線カード、およびプラグ可能でセンサ依存のフロントエンド（または感知ヘッドと呼ばれる）を有するＤＦＳシステムを提供することに留意されたい。図２に概略的に示されているように、標準的な機械的寸法およびバックプレーン・インターフェース２１６を有するインタロゲータ回線カード２０２は、光トランスポンダまたはスイッチなどの既存の製品回線のものと有利に一致し、電気的および機械的に互換性がある。そこに示されるように、ＤＦＳデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）２０６およびコンピュータソフトウェアプロセッサ（すなわち、マイクロプロセッサ／マイクロコントローラ）２０８のような共通モジュールは、回線カード上に配置されるように示される。このような集積部品２０８および２０６は個々の素子として示されているが、ＳｏＣ（システムオンチップ）２１４内に集積することもできることに留意されたい。
【００２９】
図示のように、モジュール２１０は、感知ファイバ２０４が取り付けられたプラグ可能な感知フロントエンドである。モジュール２１０は、異なるセンサをサポートし、共通の機械的寸法（ＣＦＰサイズなど）と、２０２および２０８（制御、構成、および監視用）および２０６（データ経路用）とのインタフェースに差し込むことができる電気的インタフェースとを有する。２１０と２０８との間のインタフェースは、図２に示す２１２のようなＤＳＰ２０６を介してもよい。動作上、マイクロプロセッサとＤＳＰとは、接続されたフロントエンドモジュールを自動的に検出し、それに応じて、異なるソフトウェア／ファームウェアセット、または異なる処理経路のいずれかで処理を構成することができる。
【００３０】
本開示の態様による代替の例示的な実施形態では、ＤＳＰおよびマイクロコントローラに加えて、フロントエンド３１０に位置する他の既知のデバイスも、図３の回線カード３０２の３２０などの回線カードに統合することができる。そのような一般的なデバイスは、レーザ、信号発生器および変調器、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）などを含むことができる。
【００３１】
本開示の態様によるさらに別の代替実施形態では、ＡＤＣは、図４の４２０などの共通回線カード内に配置される。さらに、回線カードは、同じ感知機能または異なる機能の組合せのいずれかの、４１０、４１２、および４１４などの複数のフロントエンドモジュールを含むことができる。回線カード上では、ＡＤＣ（４２０など）は、構成回路４１８を介して、異なるフロントエンドモジュール（複数可）に接続するように動的に割り当てることができる。例えば、フロントエンドが、偏光Ｘ同相および直交、偏光Ｙ同相および直交をとるコヒーレント受信機を有する場合、合計４つのアナログ入力に対して、データ収集および処理のために割り当てられた４つのＡＤＣが存在するであろう。フロントエンドが単一波長の直接検出である場合、使用されるＡＤＣは１つだけであろう。
【００３２】
本開示の態様による１つの例示的な構成において、回線カードは、２ｘコヒーレントフロントエンドモジュール、または１ｘコヒーレントフロントエンドプラス４つの単一波長直接検出、または他の組み合わせをとることができる８つのＡＤＣを含んでもよい。ＡＤＣは、プラグ接続されたフロントエンドモジュールに基づいて割り当てることができる。
【００３３】
さらに他の例示的な実施形態では、図４の４１８は、アナログスイッチであり、フロントエンドコネクタから異なるＡＤＣにアナログ信号を経路指定する。さらに他の例示的な実施形態では、４１８は電気カプラであり、図５に示すように、１つまたは複数の信号源を１つのＡＤＣに接続することができ、モジュール５０２および５０４はプラグ接続可能なフロントエンドであり、５１０、５１２、５１４、および５１８はＡＤＣであり、５０６／５０８は図４の４１８の機能を実現する電気カプラである。
【００３４】
本開示の態様による例示的な構成では、コヒーレントフロントエンド５０４のみがプラグインされ、５０２は空であるため、５０４から出力される４つの信号は、それぞれ５１０、５１２、５１４、および５１８によって検出される。本開示の態様による他の例示的な構成では、５０４と５０２との両方は、２つのアナログチャネルを有し、５０４は、より低い２つの分岐を使用し、したがって、ＡＤＣ５１０および５１２は、５０２からの信号のみをサンプリングする。
【００３５】
本開示の態様によるさらに他の例示的な実施形態では、感知ヘッドは、図６に概略的に示されるように、回線カードから物理的に分離される。その図に図示されるように、フロントエンド感知ヘッド６０２は、統合感知光学系およびＡＤＣを有し、したがって、任意の感知信号は、デジタルドメインに変換され、リンク６１２を介して送信される。有利には、リンク６１２は、トランシーバ６０６を接続するシリアルリンクであってもよく、電気的または光学的であってもよい。
【００３６】
有利には、ＳＦＰ＋のような光トランシーバは、１００ｋｍまでの信号を送信することができ、これにより、回線カードからの感知範囲が大幅に増加する。シリアルリンクは、ＡＤＣシリアルインタフェース規格ＪＥＳＤ２０４Ｂなどの直接符号化ＡＤＣ信号とすることができる。シリアルリンクは、１０ＧＥフレームまたはＳＯＮＥＴ／ＳＤＨまたはファイバ・チャネル・フレームなどの標準ネットワーク・フレームで暗号化されたＡＤＣ信号とすることもできる。回線カード６０４は、直接フロントエンドソケットがディジタルトランシーバモジュール６０６で置き換えられることを除いて、図２に概略的に示す２０２のようなものであることに留意されたい。
【００３７】
本開示の態様によるさらに他の例示的な実施形態では、シリアル信号は、波長交換ネットワーク、またはＴＤＭ、またはパケット交換ネットワークもあり得る、図７のようなネットワーク７１０を介して送信することができる。ネットワーク７１０からのスイッチング機能のために、回線カード７１２は、ネットワーク内のどこにでも配置することができ、フロントエンド７０２および７０４などの任意のフロントエンドに仮想的に接続することができる。
【００３８】
物理的に取り外されたフロントエンドモジュールと、回線カードとの直列化されたデジタル接続とを用いて、図８に例示的に示すように、複数の感知ヘッドをカスケード接続して、より長い感知リンクを形成することができ、８０２、８０４、および８０６などの感知ヘッドは、同じケーブル８００に沿ってカスケード接続される。各感知ヘッドは、その感知セグメントに沿って伝送される信号８１４のような感知信号を生成する。各セグメントからの反射／感知された信号は、信号８１６のようなその対応する感知ヘッドに接続されて、感知ヘッド８０２に戻される。各感知ヘッドからのデジタル化された信号（信号８１８など）（アップリンクデジタル信号と呼ばれる）は、ケーブル８１０に結合され、さらに、波長多重化または他の多重化方法のいずれかを使用して、インテロゲータのＤＳＰ部（感知回線カード６０４など）に送達される。有利には、信号８１８は、制御／構成のために、回線カードから感知ヘッド（ダウンリンクデジタル信号と呼ばれる）への信号と共に、双方向であり得る。ダウンリンクデジタル信号は、同様にブロードキャストすることができ、これは、単一の信号が回線カードから送信され、全ての感知ヘッドによって受信され、各感知ヘッドは、その部分のみ（割り当てられたタイムスロット、またはフレームのＩＤタグなど）をとることを意味する。
【００３９】
最後に、本開示の態様によるさらに他の例示的な実施形態では、図９に例示的に示されるように、光感知信号が回線カードで生成され、全ての感知セグメントを覆う感知ケーブルの下方に伝送されることに留意されたい。ケーブル９００に沿って、このダウンリンク感知信号用の増幅器を配置することができる。各感知セグメントに対して、後方散乱信号（信号９１６など）は、そのセグメントに対してのみ、感知ヘッドによって受信される。
【００４０】
この時点で、いくつかの特定の例を使用して本開示を提示したが、当業者は、本教示がそのように限定されないことを認識するであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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