(57)【要約】【課題】光ファイバの損傷原因の一つである光ファイバケーブルへの浸水個所を検出する。【解決手段】光ファイバにおける後方散乱光の１つであるラマン散乱光を利用する。被診断光ファイバにパルス光を入射し、ラマン散乱光を検出すると共にパルスの入射タイミングと散乱光の検出タイミングの差を検出する。この差から光ファイバの診断位置を検知することができる。また、ストークス散乱光と反ストークス散乱光の強度比から光ファイバの温度分布を検知することができる。これにより、光ファイバの長さ方向の温度分布を検知できる。この温度分布を連続して検知することにより光ファイバの長さ方向における経時温度変化の分布を検知することができる。光ファイバケーブルに浸水個所がある場合、その個所は非浸水個所に比較して比熱が大になり、温度変化が遅くなるか、または温度の変化幅もしくは変化速度が小さくなり、浸水を検出することができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被診断光ファイバにパルス光を入射し、後方散乱光を検出すると共に該後方散乱光の検出タイミングと前記パルス光の入射タイミングとの時間差から前記光ファイバの長さ方向の位置を検知し、前記後方散乱光に含まれるラマン散乱光のストークス光と反ストークス光との検出強度の比から前記位置の温度を検知することにより前記光ファイバの長さ方向の温度分布を検知し、前記被診断光ファイバ周囲の環境温度の変化に伴う前記温度分布を連続して検知することにより前記被診断光ファイバの経時温度変化の長さ方向の分布を演算し、経時温度変化が近接個所に比して遅い区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、経時温度変化幅が近接個所に比して小さい区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、温度変化速度が、近接個所に比して小さい区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、経時温度変化が、近接個所の氷点温度前後の変化に対して、浸水の氷結に伴って氷点温度の一定値で推移する区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水検出方法。
【請求項５】
被診断光ファイバに入射するパルス光を発生するパルス光発生部と、前記被診断光ファイバに入射したパルス光によって発生した後方散乱光を検出しストークス光と反ストークス光の信号を出力するラマン散乱光検出部と、前記ストークス光と反ストークス光の強度の比を算出するとともに前記パルス光の入射タイミングと後方散乱光の検出タイミングとの差を算出し前記光ファイバの長さ方向の温度を演算する信号処理部と、該信号処理部の演算結果に基づいて、前記被診断光ファイバの経時温度変化の長さ方向の分布を演算する温度変化演算処理部と、前記光ファイバの経時温度変化の分布を表示する表示モニタよりなる光ファイバケーブルの浸水個所検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバケーブルの設備診断に関し、特に光ファイバケーブル内部への浸水個所の検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバケーブル設備の診断技術としては、光ファイバで発生する後方散乱光を利用する手法が一般的に知られている。このような診断技術として代表的なものに、レイリー散乱光を利用して、光ファイバの損失分布特性を測定し、長さ方向の伝送損失の増加個所を検知することにより損傷個所を検出する方法や、ブリルアン散乱光を利用して、光ファイバの応力歪分布特性を測定することにより、長さ方向の応力歪の分布異常を検知することにより損傷個所を検出する方法、さらには、前記のレイリー散乱光と、ブリルアン散乱光の両者を利用して光ファイバの長さ方向の損失分布及び応力分布の両者から光ファイバの健全性を診断する方法がある。
【０００３】
ところで、光ファイバケーブルの損傷原因として、ケーブル外被の破損部分から雨水等の水が光ファイバ収納部内に浸水し、該浸水の凍結、解氷の繰返しにより光ファイバ心線が損傷にいたることが多く観察される。したがって、光ファイバケーブルへの浸水を検出することができれば光ファイバ心線の損傷を事前に防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術では、光ファイバケーブルへの浸水や浸水個所を検出することはできず、光ファイバケーブルの損傷を事前に防止することができないという問題があった。また、光ファイバケーブルへの浸水を検出する技術は従来なかった。
【０００５】
そこで、本発明は、光ファイバの損傷原因の一つである光ファイバケーブルへの浸水個所を検出する方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、光ファイバにおける後方散乱光の１つであるラマン散乱光を利用する。
被診断光ファイバにパルス光を入射し、ラマン散乱光を検出すると共に前記パルスの入射タイミングと散乱光の検出タイミングの差を検出する。
パルスの入射タイミングと散乱光の検出タイミングの差から光ファイバの診断位置を検知することができる。また、ストークス散乱光と反ストークス散乱光の強度比から光ファイバの温度分布を検知することができる。
上記により、光ファイバの長さ方向の温度分布を検知できる。この温度分布を連続して検知することにより光ファイバの長さ方向の温度変化の分布を検知することができる。
光ファイバに浸水個所がある場合、当該個所は非浸水個所に比較して比熱が大になり、温度変化が遅くなる。これは当該個所の温度変化速度が遅くなること、または、温度の変化幅が小さくなることから検出することができる。また、光ファイバケーブルの周囲の温度が氷点下に下がる場合、浸水個所の光ファイバの温度は、浸水が凍結するまでの間、氷点温度で一定に推移することからも浸水個所を検出することができる。
【０００７】
被診断光ファイバにパルス光を入射するパルス光発生手段と、後方散乱光を検出しストークス光と反ストークス光の信号を出力するラマン散乱光検出手段と、前記ストークス光と反ストークス光の強度の比を算出するとともに前記パルスの入射タイミングと後方散乱光の検出タイミングとの差とを算出し前記光ファイバの長さ方向の温度を演算する信号処理手段と、該信号処理手段の演算結果に基づいて前記光ファイバの長さ方向における温度変化を演算する温度変化演算処理手段と、前記光ファイバの長さ方向の温度変化を表示する表示モニタを備え、温度変化を色分けやパターン分け等で表示することにより簡単に光ファイバケーブルの浸水個所を検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、光ファイバの構成例を説明するための図で、一般的な光ファイバケーブルの一例の断面を図１（Ａ）に、送電線等に架設される光ファイバ複合架空地線（ＯＰＧＷ）の一例の断面を図１（Ｂ）に示す。図１（Ａ）に示す光ファイバケーブルにおいて、ＦＲＰなどのテンションメンバ１１を有するポリエチレン等から成る溝付スペーサ１２の溝部（スロット）１３にテープ型の光ファイバ心線１４が配設され、押え金またはテープ１５等により押えられ、ポリエチレンシース等のケーブル外被１６が設けられている。
【０００９】
図１（Ｂ）に示す複合架空地線において、１７はアルミ被覆鋼線、１８はアルミ管で、アルミ管１８内に、アルミより成る溝付スペーサ１２の溝部（スロット）１３にコード型の光ファイバ心線１４が配設されている。
【００１０】
これらの光ファイバケーブルにおいて、外被１６（図１（Ａ））またはアルミ管１８（図１（Ｂ））が損傷した場合に損傷部位から雨水などが浸入し、水はケーブルの長さ方向に浸水する。浸入した水は外気温が下がり氷点下になると凍結、膨張し、外気温が上がれば融解し、この繰返しにより光ファイバ心線に繰返し外力が加わり損傷に至ることが多い。
【００１１】
図２は、光ファイバの後方散乱光を説明するための図であり、例えば、石英系光ファイバへ波長１．５μｍの光を入射した場合、光ファイバの入射端に図２に示すスペクトル分布の後方散乱光が観測される。
ラマン散乱光は、入射光の波長よりも長波長側にシフトしたストークス光２１と短波長側にシフトした反ストークス光２２が観測され、これら２つのラマン散乱光の強度比から光ファイバの温度がわかる。また、ラマン散乱光が光ファイバの入射端に戻ってきた到着時間ごとに前記散乱光の強度比を求めることによって光ファイバの長さ方向の温度分布を求めることができる。
【００１２】
次に、測定した温度分布から光ファイバケーブル内部への浸水・凍結を検出する方法について図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）を用いて説明する。
図３（Ａ）は、光ファイバケーブルの一部に浸水区域がある場合の浸水検出イメージである。位置Ｐ１〜Ｐ２間の浸水区域３１では、浸水の無い正常区域３２に比べて浸水した水の分だけ光ファイバケーブルの比熱が大きくなる。このため外気温度等が変化した場合の光ファイバの温度変化は、浸水の無い正常区域３２と、浸水区域３１とでは異なった温度変化となる。
【００１３】
図３（Ｂ）は、外気温度等が変化した場合の所定経過時間における温度変化幅を光ファイバケーブルの長さ方向で比較した例を説明する図である。位置Ｐ１〜Ｐ２間の浸水区域は比熱が大きいことから温度変化幅が正常区域に比較して小さくなる。従って温度変化幅減少部分３３によって浸水検出ができる。
【００１４】
図３（Ｃ）は、外気温等が氷点下まで低下した場合の、光ファイバケーブルの浸水区域３１と正常区域３２における温度変化の推移を説明する図である。外気温等が氷点下になり、ケーブル温度が氷点下まで低下する場合は、浸水区域３２では浸入した水が凍結する間に氷点温度のままで推移する時間、すなわち氷点温度一定区間３４が観測される。また、外気温等が上昇し凍結した浸入水が融解して水となる場合も同様である。この現象は、浸水の無い正常区域３２では生じえない現象であることから明確に浸水区域３１を検出することができる。また、浸水区域３１は正常区域３２に比較して温度変化の速度が遅くなる。従って温度変化速度減少部分３５によっても浸水区域３１を検出することができる。
【００１５】
図４は、本発明の光ファイバの浸水個所検出方法の処理の一例について説明するためのフロチャートである。まず被診断光ファイバにパルス光を入射し（ステップＳ１）、入射したパルス光によって生成したラマン散乱光を検出する（ステップＳ２）。ここでパルスの入射タイミングと散乱光の検出タイミングの差から光ファイバの長さ方向の位置を検知する（ステップＳ３）。また、ストークス散乱光と反ストークス散乱光の強度比から上記位置の光ファイバの温度を検知する（ステップＳ４）。これにより、光ファイバの長さ方向の温度分布を検知する（ステップＳ５）。
【００１６】
そして上記の光ファイバの長さ方向の温度分布を連続して検知することにより、光ファイバの経時温度変化の長さ方向の分布を演算する（ステップＳ６）。光ファイバに浸水個所がある場合、その個所は非浸水個所に比較して比熱が大になり、経時温度変化が遅くなる。ここでは温度の変化幅もしくは変化速度が小さくなる個所を確認するようにしてもよい。また、浸水の凍結に伴い氷点温度の一定値で推移する区域を確認してもよい。こうして、経時温度変化の分布を検証することにより、光ファイバの浸水個所を検出することができる（ステップＳ７）。
【００１７】
図５は、本発明に係る光ファイバケーブルの浸水個所検出装置の一構成例を示すブロック図である。図５に示すように、この光ファイバケーブルの浸水個所検出装置は、レーザ光によるパルス光発生手段４１と、ラマン散乱光検出手段４２と、信号処理手段４３と、パルス光発生手段４１と信号処理手段４３との制御及び温度演算を行う温度変化演算処理手段４４と、温度変化演算手段４４による温度変化演算結果を表示する表示手段４５とによって構成されている。
【００１８】
パルス光発生手段４１は、レーザ制御回路４１１と半導体レーザ４１２とを有する。ここでレーザ制御回路４１１は、後述するコントロール回路４４１からのトリガ信号により、半導体レーザ４１２を駆動する。半導体レーザ４１２より射出された光パルスは、方向性結合手段を備えたフィルタ回路４２１へ出力され被診断光ファイバ４６に入射される。
【００１９】
ラマン散乱光検出手段４２は、方向性結合手段を備えたフィルタ回路４２１とストークス側のラマン散乱光の受光回路４２２と反ストークス側のラマン散乱光の受光回路４２３とを有する。
【００２０】
ここで、前述のパルス光発生手段４１より入射した光パルスは、方向性結合手段を備えたフィルタ回路４２１を通して被診断光ファイバ４６へ供給される。被診断光ファイバ４６に供給された伝送光パルス４６１により発生した後方ラマン散乱光４６２は、方向性結合手段を備えたフィルタ回路４２１により、ストークス側の散乱光と反ストークス側の散乱光に分離され、それぞれストークス側の受光回路４２２と反ストークス側の受光回路４２３に供給され、光電変換されて信号処理手段４３に入力される。
【００２１】
信号処理手段４３は、後述のコントロール回路４４１により制御されるゲート回路４３１と温度検出回路４３２とを有する。ここでゲート回路４３１では、ラマン散乱光検出手段４２の信号を後述のコントロール回路４４１により設定された所定時間間隔で区切り、温度検出回路４３２に出力する。この信号は光ファイバの長さ方向の所定個所に対応したラマン散乱光の信号である。
【００２２】
温度検出回路４３２は、上記のストークス側ラマン散乱光と反ストークス側ラマン散乱光の信号を平均化して強度比を算出するとともに、散乱光の出力タイミングと入射光パルスのトリガのタイミングの差を算出し、温度と光ファイバの長さ方向の距離に換算して温度変化演算処理部に出力する。
【００２３】
温度変化演算処理手段４４は、前述のレーザ制御回路４１１とゲート回路４３１の制御機能を有するコントロール回路４４１と，当該コントロール回路の制御及び前記信号処理手段４３で得られた前記光ファイバの長さ方向の距離と温度に基づいて、光ファイバの長さ方向における経時温度変化の分布を演算処理するパーソナルコンピュータ４４２とを有する。
【００２４】
コントロール回路４４１では、レーザ制御回路４１１に対してパーソナルコンピュータ４４２により、被診断光ケーブルの長さ等により設定された計測条件に応じたレーザパルス発生用トリガ信号の送出を行う。さらに、コントロール回路４４１では、ゲート回路４３１に対してパーソナルコンピュータ４４２により設定された時間分解能に応じて所定時間間隔で区切られたラマン散乱光の抽出信号の送出を行う。
【００２５】
パーソナルコンピュータ４４２は，前述の信号処理手段４３で得られた光ファイバの長さ方向の距離と温度を連続して記録するとともに、コントロール回路４４１から送出された光ファイバ距離の測定レンジや距離分解能および温度分解能などの測定条件を記録する。また、測定条件の変更がある場合は、コントロール回路４４１に対し測定条件の設定を行う。
【００２６】
温度測定は繰り返し行われ、光ファイバの長さ方向の距離と温度が繰り返し測定毎に蓄積される。蓄積された光ファイバの長さ方向の距離と温度のデータは、繰り返し測定間隔によって決まる経過時間毎にパーソナルコンピュータ４４２で逐次比較され、光ファイバ長さ方向の距離に対する経時温度変化幅として演算処理されるとともに，光ファイバ長さ方向の距離毎の温度変化速度としても演算処理される。また，氷点温度一定区間の検出処理が行われる。
【００２７】
表示手段４５では、表示モニタ上にパーソナルコンピュータ４４２で演算処理された光ファイバの長さ方向の距離と温度を表示するとともに、光ファイバ長さ方向の距離に対する温度変化幅，光ファイバ長さ方向の距離毎の温度変化速度，及び氷点温度一定区間の検出処理結果が表示される。
【００２８】
図６〜図８は、それぞれ表示手段４５により表示される光ファイバ長さ方向の距離に対する温度変化幅，光ファイバ長さ方向の距離毎の温度変化速度，氷点温度一定区間の検出処理の表示例である。各検出処理に用いた光ファイバケーブルは、１５０ｍのダミーファイバケーブルと１１００ｍの被診断光ファイバケーブルの合計１２５０ｍをコネクタ接続した条件で測定したものであり、被診断光ファイバケーブルのうち６００ｍは内部に浸水させた光ファイバケーブルである。すなわち上記の光ファイバケーブルは、パルス光入力端部から１５０ｍまでがダミーファイバケーブルで、コネクタ接続を経て１５０〜４００ｍまでが正常な光ファイバケーブル、４００〜１０００ｍが内部に浸水させた光ファイバケーブル、１００〜１２５０ｍが正常な光ファイバケーブルである。
【００２９】
図６は、光ファイバの周囲温度を降下させたときの光ファイバ内部の温度変化幅を表示した例であり、各時間における光ファイバ長さ方向の各距離での温度変化幅を図６（Ａ）に示している。被診断対象の光ファイバは、恒温槽内部に入れて恒温槽の温度を制御する。図６（Ｂ）は恒温槽の温度制御とこのとき恒温槽内部における水の温度を示す図である。図６（Ｂ）に示すように、約２０℃の温度の恒温槽を冷却して、１４０分かけて４℃まで温度降下させ、４℃を１２０分維持したのちさらに氷点以下に温度降下させた。図６（Ａ）に示される温度変化幅の情報は、恒温槽の温度降下の開始から氷点まで温度降下した約３００分までのものである。
【００３０】
図６に示すように、他の部分より相対的に温度変化幅が減少している温度変化幅減少部分５１があり、この部分が浸水させた光ファイバに一致している。すなわち、本方法によって、光ファイバケーブル内部への浸水が検出できる。
【００３１】
図７は、光ファイバの周囲温度を降下させたときの光ファイバ内部の温度を表示した例であり、各時間における光ファイバ長さ方向の各距離での温度を示している。同じ模様で表示される時間の長さにより、光ファイバ長さ方向の各距離での温度変化速度を比較することができる。恒温槽の温度降下は、図７（Ｂ）に示すように、図６（Ｂ）と同様の条件で行い、３００分までの温度変化幅を記録した。図７（Ａ）に示すように、温度変化速度減少部分６１があり、この部分が浸水させた光ファイバに一致している。すなわち、本方法によって、光ファイバケーブル内部への浸水が検出できる。
【００３２】
さらに図８は、光ファイバの周囲温度を氷点下以下に降下させたときの光ファイバ内部の温度を表示した例であり、各時間における光ファイバ長さ方向の各距離での温度を模様によって区別して表示している。恒温槽の制御は、約２０℃の温度の恒温槽を冷却して、１４０分かけて４℃まで温度降下させ、４℃を１２０分維持したのちさらに―１１℃まで温度降下させた。―１１℃で８０分維持した後、１２０分かけて４℃まで昇温し、４℃で１２０分維持した後、２０℃まで昇温させた。
【００３３】
図８に示すように、恒温槽が氷点以下に降温しても、氷点近傍の温度が維持される氷点温度一定区間７１があり、この部分が浸水させた光ファイバに一致している。すなわち、本方法によって、光ファイバケーブル内部への浸水が検出できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、これまで検出できなかった光ファイバケーブル内部への浸水を、光ファイバ通信回線に影響が出る前に非破壊で検出することができる。このため、光ファイバ回線の運用およびケーブル張替えを効率的・計画的に行うことができ、光ファイバ通信のサービス停止が回避できることによる信頼度維持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバケーブルの構成例を説明するための図であり、（Ａ）は丸型光ファイバケーブルの断面例を示し、（Ｂ）はＯＰＧＷの断面例を示すものである。
【図２】光ファイバにおける後方散乱光のスペクトル分布を示す図である。
【図３】測定した温度分布から光ファイバケーブル内部への浸水・凍結を検出する方法について説明する図である。
【図４】本発明の光ファイバの浸水個所検出方法の処理の一例について説明するためのフロチャートである。
【図５】光ファイバケーブルの浸水個所検出装置の一構成例である。
【図６】温度変化幅に着目した場合の，光ファイバケーブル内部への浸水検出表示例である。
【図７】温度変化速度に着目した場合の，光ファイバケーブル内部への浸水検出表示例である。
【図８】氷点温度に着目した場合の，光ファイバケーブル内部への浸水検出表示例である。
【符号の説明】
１１…テンションメンバ，１２…溝付スペーサ，１３…光ファイバ挿入スロット，１４…光ファイバ心線，１５…押え金またはテープ，１６…ケーブル外被，１７…アルミ被覆鋼線，１８…アルミ管，２１…ラマン散乱光（ストークス光），２２…ラマン散乱光（反ストークス光），３１…浸水区域，３２…正常区域，３３…温度変化幅減少部分，３４…氷点温度一定区間，３５…温度変化速度減少部分，４１…パルス光発生手段，４２…ラマン散乱光検出手段，４３…信号処理手段，４４…温度変化演算処理手段，４５…表示手段，４６…被測定光ファイバ，５１…温度変化幅減少部分，６１…温度変化速度減少部分，７１…氷点温度一定区間，４１１…レーザ制御回路，４１２…半導体レーザ，４２１…フィルタ回路，４２２…ストークス側ラマン散乱光受光回路，４２３…反ストークス側ラマン散乱光受光回路，４３１…ゲート回路，４３２…温度検出回路，４４１…コントロール回路，４４２…パーソナルコンピュータ，４６１…伝送光パルス，４６２…後方ラマン散乱光。
【図１】
2004037358.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004037358.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004037358.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004037358.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月27日(2003.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被診断光ファイバにパルス光を入射し、後方散乱光を検出すると共に該後方散乱光の検出タイミングと前記パルス光の入射タイミングとの時間差から前記光ファイバの長さ方向の位置を検知し、前記後方散乱光に含まれるラマン散乱光のストークス光と反ストークス光との検出強度の比から前記位置の温度を検知することにより前記光ファイバの長さ方向の温度分布を検知し、前記被診断光ファイバ周囲の環境温度の変化に伴う前記温度分布を連続して検知することにより前記被診断光ファイバの経時温度変化の長さ方向の分布を演算し、経時温度変化の様相が近接個所と比較して異なる区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、経時温度変化が近接個所に比して遅い区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、経時温度変化幅が近接個所に比して小さい区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、温度変化速度が、近接個所に比して小さい区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水個所検出方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光ファイバケーブルの浸水個所検出方法において、経時温度変化が、近接個所の氷点温度前後の変化に対して、浸水の氷結に伴って氷点温度の一定値で推移する区域を浸水個所と判定する光ファイバケーブルの浸水検出方法。
【請求項６】
被診断光ファイバに入射するパルス光を発生するパルス光発生部と、前記被診断光ファイバに入射したパルス光によって発生した後方散乱光を検出しストークス光と反ストークス光の信号を出力するラマン散乱光検出部と、前記ストークス光と反ストークス光の強度の比を算出するとともに前記パルス光の入射タイミングと後方散乱光の検出タイミングとの差を算出し前記光ファイバの長さ方向の温度を演算する信号処理部と、該信号処理部の演算結果に基づいて、前記被診断光ファイバの経時温度変化の長さ方向の分布を演算する温度変化演算処理部と、前記光ファイバの経時温度変化の分布を表示する表示モニタよりなる光ファイバケーブルの浸水個所検出装置。