(57)【要約】【課題】ノイズや誤作動による検出精度の低下を招くことなく、障害のレベル判定及び発生位置を高速且つ正確に自動検出することができる、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムを得る。【解決手段】光ファイバケーブルにあっては通信用光ファイバとセンサ用光ファイバを同一の光ファイバケーブル内に併設して構成し、中継局にあっては当該中継局と隣接する中継局間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置を設けて構成し、該装置内のホログラフィックフィルタ内に形成する障害レベルに対応するホログラムの記録周期を、外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラムで回折した回折光の光強度とホログラムを透過した透過光の光強度における今回値と前回値とを逐次比較する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ネットワークを構築する光ファイバケーブルにあっては通信用光ファイバとセンサ用光ファイバを同一の光ファイバケーブル内に併設して構成し、中継局にあっては当該中継局と隣接する中継局間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置を設けて構成することを特徴とした、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システム。
【請求項２】
上記光ファイバケーブル内のセンサ用光ファイバの一端側にあっては当該光ファイバケーブルに発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバの他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成することを特徴とした、請求項１に記載の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システム。
【請求項３】
上記位置検出手段は、レーザーダイオードと偏光ビームスプリッタと半波長板とレンズと障害位置検出用フォトディテクタ及び制御装置にて構成し、レーザーダイオードより出射された平行光を偏光ビームスプリッタ及び半波長板を透過させ、レンズにて集光してセンサ用光ファイバに入射し、障害が発生した位置での屈折率が一様でなくなることにより反射した光を再びレンズにて集光して半波長板を透過させ、偏光ビームスプリッタで偏光した反射光の光強度を障害位置検出用フォトディテクタで測定することにより障害が発生した位置を求めることを特徴とした、請求項２に記載の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システム。
【請求項４】
上記荷重検出手段は、レンズとホログラフィックフィルタと荷重レベル検出用フォトディテクタ及び障害レベル検出用フォトディテクタにて構成し、センサ用光ファイバを透過した光をレンズにて平行光にしてホログラフィックフィルタ内に障害レベルに対応するホログラムを形成し、該ホログラムで回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタで測定すると共に、前記ホログラムを透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタで測定することにより障害のレベル判定を行うことを特徴とした、請求項２に記載の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システム。
【請求項５】
上記ホログラフィックフィルタ内に形成する障害レベルに対応するホログラムの記録周期を、風雨等による振動や温度変化等の外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラムで回折した回折光の光強度と、該ホログラムを透過した透過光の光強度における今回値と前回値とを逐次比較することにより前記外部要因によるノイズや誤作動を排除することを特徴とした、請求項４に記載の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ネットワークを構築する光ファイバケーブルが屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、該障害のレベル判定及び発生位置を高速且つ正確に自動検出することにより迅速な光ファイバケーブルの復旧作業を行なうことができる、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットやＩＰ電話等の爆発的な普及に伴い、通信の高速化や大容量化に対応すべく光ネットワークの構築が急拡大している。該光ネットワークを構築する光ファイバケーブルは、管路やトラフ等に敷設して地中に埋設したり、電柱間を吊線に沿って架空敷設しているが、道路工事や電線工事等に伴って使用する重機等により屈曲や変形及び断線等の障害を受けることが多々あった。
【０００３】
上記障害の内、特に光ファイバケーブルが断線した場合には、多数のノード間に敷設された光ファイバをパスすることにより光ネットワーク自体の障害復旧は図られるが、該障害が発生した光ファイバを特定すること、または特定することができても障害の発生位置を正確に検出することは困難であった。このため、迅速な光ファイバケーブルの復旧作業を行なうことはできなかった。また、断線に至らなくても、屈曲や変形等の障害を放置しておくと光ファイバケーブルの長期疲労により通信品質の劣化や将来的に断線に至ることがある。このため、事前にそのような障害のレベル判定及び発生位置を把握しておくことは重要であるが、前記と同様に困難であった。
【０００４】
上記に類似した問題点を解決すべく、例えば特開２００６−０６４３９９号公報の『光ファイバ断線位置検知装置及び光ファイバ破断位置検出方法』では、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に適用される屋外光ファイバが断線した位置を検出するため、光源から出射された投影光を特定周波数で変調させた変調光を光ファイバ内に照射し、破断点で反射された反射光を光ファイバカプラにて分離して前記変調光と前記反射光との位相差により破断点までの距離を検出することができる検知装置及び方法について記載している。
【０００５】
また、光ファイバは通信用途の他に変位や圧力等を検出するセンサとしても利用されている。例えば、特開２００１−０９９６８６号公報の『光監視装置および光ファイバセンサ』は主に土石流の検出を対象としたものであるが、監視対象領域に光ファイバセンサを設置し、監視対象物が光ファイバセンサを変形又は破断させることにより光損失が増大することを利用し、光パルス試験器より出射された試験光の戻り時間を計測することにより監視対象物の位置や破断の位置を検出することができる監視装置およびセンサについて記載している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０６４３９９
【特許文献２】特開２００１−０９９６８６
【非特許文献１】D. Z. Anderson, “Stabilization of the speckle pattern of a multimode fiber undergoing bending”, OPTICS LETERS, Vol. 21, No. 11, pp. 785-787, (1996).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特開２００６−０６４３９９号公報に記載のものは、ＦＴＴＨに適用される屋外光ファイバの断線した位置を検出するためのものであり、検出適応距離が５００ｍ〜１ｋｍと短く、さらには破断点しか検出することができず、破断には至らない屈曲や変形等の障害のレベル判定とその発生位置を検出することができないという問題点があった。また、検出方法として、変調光と反射光との位相差を電気的に比較演算処理して求めるため、光学的処理に比べて遅いという問題点があった。
【０００８】
また、特開２００１−０９９６８６号公報に記載のものは、光ファイバ自体をセンサとして利用したものであり、光ファイバが変形又は破断することによって土石流の発生位置を検出するものである。一般的に光ファイバを振動や圧力センサとして利用する場合、風雨等による微小振動や温度変化等の影響を受けて光ファイバが僅かに変形することにより発生するいわゆるノイズや誤作動により検出精度が低下する。該公報においてはこれらの影響を避けるため該当部分を地中に埋設して使用しているが、露出部分もあるために完全に排除することができないという問題点があった。
【０００９】
上述のように、屈曲や変形等の障害を放置しておくと光ファイバケーブルの長期疲労により通信品質の劣化や将来的に断線に至ることがあるため、常時光ファイバケーブルを監視し、障害のレベル及び発生位置を逐次分析して光ファイバケーブルの障害状況を把握しておくことは重要であるが、何れの公報もそのような機能がないという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、光ネットワークを構築する光ファイバが屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、ノイズや誤作動による検出精度の低下を招くことなく、該障害のレベル判定及び発生位置を光学的リアルタイム処理により高速且つ正確に自動検出して迅速な光ファイバケーブルの復旧作業を行なうことができる、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムを提供することを目的とする。なお、障害には風雨等による微小振動や温度変化等の影響によるノイズや誤作動を含むものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムは、光ネットワークを構築する光ファイバケーブルにあっては通信用光ファイバとセンサ用光ファイバを同一の光ファイバケーブル内に併設して構成し、中継局にあっては当該中継局と隣接する中継局間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置を設けて構成する。
【００１２】
上記光ファイバケーブル内のセンサ用光ファイバの一端側にあっては当該光ファイバケーブルに発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバの他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成する。
【００１３】
上記位置検出手段は、レーザーダイオードと偏光ビームスプリッタと半波長板とレンズと障害位置検出用フォトディテクタ及び制御装置にて構成し、レーザーダイオードより出射された平行光を偏光ビームスプリッタ及び半波長板を透過させ、レンズにて集光してセンサ用光ファイバに入射し、障害が発生した位置での屈折率が一様でなくなることにより反射した光を再びレンズにて集光して半波長板を透過させ、偏光ビームスプリッタで偏光した反射光の光強度を障害位置検出用フォトディテクタで測定することにより障害が発生した位置を求める。
【００１４】
上記荷重検出手段は、レンズとホログラフィックフィルタと荷重レベル検出用フォトディテクタ及び障害レベル検出用フォトディテクタにて構成し、センサ用光ファイバを透過した光をレンズにて平行光にしてホログラフィックフィルタ内に障害レベルに対応するホログラムを形成し、該ホログラムで回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタで測定すると共に、前記ホログラムを透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタで測定することにより障害のレベル判定を行う。
【００１５】
上記ホログラフィックフィルタ内に形成する障害レベルに対応するホログラムの記録周期を、風雨等による振動や温度変化等の外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラムで回折した回折光の光強度と、該ホログラムを透過した透過光の光強度における今回値と前回値とを逐次比較することにより前記外部要因によるノイズや誤作動を排除する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムによれば、光ネットワークを構築する光ファイバが屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、ノイズや誤作動による検出精度の低下を招くことなく、該障害のレベル判定及び発生位置を光学的リアルタイム処理により高速且つ正確に自動検出することができるという効果を奏する。このため、通信品質の劣化や将来的に断線に至ることがある光ファイバケーブルの疲労状況を事前に把握することができるという効果を奏する。さらに、前記障害の発生した光ファイバケーブルを交換する際において、従来時間が掛かっていた復旧作業が迅速に行なえるようになるという絶大なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明で用いる光ファイバケーブルの構造及び中継局の概略構成図であり、光ネットワークを構築する光ファイバケーブル１にあっては通信用光ファイバ２とセンサ用光ファイバ３を同一の光ファイバケーブル１内に併設して構成し、中継局５にあっては当該中継局５と隣接する中継局５ａ間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置７を設けて構成する。
【００１９】
上記光ファイバケーブル１内の通信用光ファイバ２は、単芯または多芯の何れであっても構わなく、当該光ファイバケーブル１に屈曲や変形及び断線等による障害のレベル及び位置を検出するセンサ用光ファイバ３を、後述の検出方式により１芯又は２芯併設する。なお、図１ではセンサ用光ファイバ３を２芯併設した例を示している。
【００２０】
上記通信用光ファイバ２は、中継局５，５ａ内に設置されたルーター６を中継して光ネットワークの通信伝送路を形成する。なお、図１では各光ファイバケーブル１内の通信用光ファイバ２を単芯で表しているが、上述のように多芯であっても構わない。
【００２１】
また、上記センサ用光ファイバ３は、中継局５，５ａ内に設置された障害レベル判定・位置検出装置７と光スイッチ８を中継して接続する。該光スイッチ８は、中継局５，５ａ間に複数の光ファイバケーブル１が接続されている場合において、該光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３を光学的に高速スキャニングして複数の光ファイバケーブル１に発生した障害のレベル及び位置をリアルタイムに検出するものである。なお、中継局５，５ａ間に接続されている光ファイバケーブル１が１本の場合や、ファースト１００ｍ（ラスト１マイル）等の支線の場合には、前記光スイッチ８は不要となる。
【００２２】
次に、図２は本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第一実施例のブロック図であり、光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３の一端側にあっては当該光ファイバケーブル１に発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバ３の他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成する。
【００２３】
上記位置検出手段は、レーザーダイオード９と偏光ビームスプリッタ１０と半波長板１１とレンズ１２と障害位置検出用フォトディテクタ１３及び制御装置１４にて構成し、レーザーダイオード９より出射された平行光を偏光ビームスプリッタ１０及び半波長板１１を透過させ、レンズ１２にて集光してセンサ用光ファイバ３に入射し、障害が発生した位置での屈折率が一様でなくなることにより反射した光を再びレンズ１２にて集光して半波長板１１を透過させ、偏光ビームスプリッタ１０で偏光した反射光の光強度を障害位置検出用フォトディテクタ１３で測定することにより障害が発生した位置を求めるものである。
【００２４】
上記位置検出の動作を詳述すると、レーザーダイオード９より出射された平行光はｐ波の偏光状態であり、偏光ビームスプリッタ１０を透過した平行光は半波長板１１にて偏光方向が４５度変えられるように設置されている。該平行光はレンズ１２にて集光され、マルチモード光ファイバであるセンサ用光ファイバ３に入射される。該光は障害が発生した位置例えば荷重Ｗがかかった位置での屈折率が一様でなくなることにより反射され、センサ用光ファイバ３よりレンズ１２に戻り再び平行光となる。さらに前記平行光が半波長板１１に戻ると再び偏光方向が４５度変えられてｓ波の偏光状態となり、偏光ビームスプリッタ１０にて反射されて障害位置検出用フォトディテクタ１３に入射される。次に、該障害位置検出用フォトディテクタ１３で前記反射光の光強度Ｐ１を検知する。障害が発生した位置は、原点からの距離ｘが遠くになるにしたがって光強度Ｐ１が小さくなることにより検出することができる。なお、反射光の光強度Ｐ１は距離ｘと荷重Ｗとの関数であるため、荷重Ｗを正確に求めて補正することにより、さらに正確な位置を検出することが可能となる。
【００２５】
次に、上記荷重検出手段は、レンズ１６とホログラフィックフィルタ１７と荷重レベル検出用フォトディテクタ１９及び障害レベル検出用フォトディテクタ２０にて構成し、センサ用光ファイバ３を透過した光をレンズ１６にて平行光にしてホログラフィックフィルタ１７内に障害レベルに対応するホログラム１８を形成し、該ホログラム１８で回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタ１９で測定すると共に、前記ホログラム１８を透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタ２０で測定することにより障害のレベル判定を行うものである。
【００２６】
上記荷重検出の動作を詳述すると、レーザーダイオード９より出射された平行光はｐ波の偏光状態であり、偏光ビームスプリッタ１０を透過した平行光は半波長板１１にて偏光方向が４５度変えられるように設置されている。該平行光はレンズ１２にて集光され、マルチモード光ファイバであるセンサ用光ファイバ３に入射された光はある特定のスペックルパターンＳ０を励起する。前記センサ用光ファイバ３の出力側では、レンズ１６にて平行光にしたスペックルパターンＳ０の参照光と物体光によりホログラフィックフィルタ１７内に障害レベルに対応するホログラム１８を形成する。ここで、該ホログラム１８で回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタ１９で測定すると共に、前記ホログラム１８を透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタ２０で測定する。この結果、スペックルパターンＳ０が参照光として入射された際には荷重レベル検出用フォトディテクタ１９が検知した回折光の光強度Ｐ２は参照光が上記ホログラム１８によって全て回折されるため最大となり、障害レベル検出用フォトディテクタ２０で検知した透過光の光強度Ｐ３は最小となる。しかし、荷重Ｗがかかった位置での屈折率は一様ではなくなるため、励起されたスペックルパターンＳ０は荷重W によって荷重を受けた場合のスペックルパターンＳｗに変化する。このため、荷重レベル検出用フォトディテクタ１９が検知した回折光の光強度Ｐ２は参照光が上記ホログラム１８によって全て回折されなくなるため小さくなり、障害レベル検出用フォトディテクタ２０で検知した透過光の光強度Ｐ３は大きくなる。これによって荷重Wを求めることが可能となる。
【００２７】
なお、上記荷重レベル検出用フォトディテクタ１９及び障害レベル検出用フォトディテクタ２０で検知した光強度Ｐ２，Ｐ３の信号は、信号線２１，２２を中継して位置検出手段側にある制御装置１４に帰還されることにより正確な障害発生の位置及び荷重Ｗが測定される。また、前記制御装置１４に警報装置１５を接続することにより、光ファイバケーブル１が屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、状況に応じた警報を発報することができる。さらには前記制御装置１４にモニタ装置２３を接続することにより、光ファイバケーブル１が屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、障害内容を表示することができる。
【００２８】
また、図３は本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第二実施例のブロック図であり、光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３の一端側にあっては当該光ファイバケーブル１に発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバ３の他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成する点は、図２の第一実施例と同様であるが、１芯のセンサ用光ファイバ３を折り返し、または２芯のセンサ用光ファイバ３の先端部を光ファイバカプラ４にて接続することにより、位置検出手段と荷重検出手段を一緒に障害レベル判定・位置検出装置７内に収納することができる。
【００２９】
上記第二実施例による障害レベル判定・位置検出装置７であれば、荷重検出手段から出力される光強度Ｐ２，Ｐ３の信号を信号線２１，２２で位置検出手段側に帰還させる必要がないため、長距離の光ファイバケーブル１での使用に好適となる。図１は当該実施例による方式であり、中継局５内の光スイッチ８に接続されたセンサ用光ファイバ３は、中継局５ａ内で光ファイバカプラ４にて折り返し接続されている。
【００３０】
また、図４は本発明で用いる光ファイバケーブルの引込み用架空敷設部の概略構成図であり、端末のユーザー宅２６に光ファイバケーブル１より引き込み線２７を接続した状態を示している。この場合、光ファイバケーブル１は電柱２４上に設置された中継ボックス２５内にて信号用光ファイバ２が分岐され、引き込み線２７としてユーザー宅２６に接続される。また、前記光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３は、前記中継ボックス２５内で光ファイバカプラ４にて折り返し接続されている。このため、ファースト１００ｍ（ラスト１マイル）等の支線であっても屈曲や変形及び断線等による障害のレベル及び位置を高速且つ正確に検出することができる。
【００３１】
また、上記ホログラフィックフィルタ１７内に形成する障害レベルに対応するホログラム１８の記録周期を、風雨等による振動や温度変化等の外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラム１８で回折した回折光の光強度Ｐ２と、該ホログラム１８を透過した透過光Ｐ３の光強度における今回値と前回値とを逐次比較することにより前記外部要因によるノイズや誤作動を排除することができる。これは、外部要因が作用する周期以下の時間に障害レベルに対応するホログラム１８として記録するスペックルパターンＳｗを再書込みしておけば、変動の遅い成分は検知されず誤動作がないため、外部要因による検出精度の低下を招くことない。変動の遅い成分は、障害レベルに対応するホログラム１８として記録されているＳｗと対応していないスペックルパターンＳｗ＋１との間ではＳｗとは異なるスペックルパターンに変動しているため、その変動が検知される。その変動から光強度Ｐ２，Ｐ３が変化するため、荷重Ｗを判別することができ、さらに反射光の光強度Ｐ１と荷重Ｗより荷重のかかった位置すなわち障害発生位置が正確に求められることになる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムは、光ファイバセンサを数キロメートルに渡って敷設することができるため、広大な敷地を有して一般の立ち入りが禁止される場所、例えば空港，発電所，製鉄所，製油所，各種プラント工場，刑務所，倉庫などにおける侵入者探知用の高速光ファイバセンサとして安価に使用することができる。また、土石流や岩盤等の崩落を検出する場合にも使用することができる。また、何れの場合も風雨等による微小振動や温度変化等の影響によるノイズや誤作動を受けることがない。なお、前記用途において通信用光ファイバが不要な場合は、センサ用光ファイバのみを使用した光ファイバケーブルとして構成して構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明で用いる光ファイバケーブルの構造及び中継局の概略構成図である。
【図２】本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第一実施例のブロック図である。
【図３】本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第二実施例のブロック図である。
【図４】本発明で用いる光ファイバケーブルの引込み用架空敷設部の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  光ファイバケーブル
２  通信用光ファイバ
３  センサ用光ファイバ
４  光ファイバカプラ
５  中継局
６  ルーター
７  障害レベル判定・位置検出装置
８  光スイッチ
９  レーザーダイオード
１０  偏光ビームスプリッタ
１１  半波長板
１２  レンズ
１３  障害位置検出用フォトディテクタ
１４  制御装置
１５  警報装置
１６  レンズ
１７  ホログラフィックフィルタ
１８  ホログラム
１９  荷重レベル検出用フォトディテクタ
２０  障害レベル検出用フォトディテクタ
２１  信号線
２２  信号線
２３  モニタ装置
２４  電柱
２５  中継ボックス
２６  ユーザー宅
２７  引き込み線
Ｐ１  反射光の光強度
Ｐ２  回折光の光強度
Ｐ３  透過光の光強度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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