JP2002005755A - 光監視システム及び温度検知システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて簡単な構成により物理的、機械的な外
乱要素及び温度変化の検出を実現でき、物理的、機械的
な外乱要素及び温度変化箇所の位置の特定の精度を向上
することが可能である光監視システム及び温度検知シス
テムを提供する。 【解決手段】 光ファイバ同士の接続部４には、複数の
バンドカットフィルタ５が介在される光線路３の一端か
ら光が入射される。この光線路からの戻り光は、光分波
手段２により複数波長に分波される。この光分波手段２
によって波長毎に分波された光の波長特性を検出するこ
とにより、物理的、機械的な外乱要素及び温度変化を検
知することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバとバン
ドカットフィルタを用いた光監視システム及び温度検知
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術では、光ファイバを用いて温
度上昇を検知する手段として、メタル通信ケーブルが温
度上昇により切断されることを利用したものや、光ファ
イバで生じるラマン散乱の温度依存性を利用したものが
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの手段
によると、温度上昇を生じている場所を特定する精度が
十分ではないため、特定箇所の温度変化の検知を行うこ
とができず、温度上昇箇所を特定するのが困難であっ
た。本発明は、このような事情を考慮してなされたもの
で、その目的は、極めて簡単な構成により物理的、機械
的な外乱要素及び温度変化の検出を実現でき、物理的、
機械的な外乱要素及び温度変化箇所の位置の特定の精度
を向上することが可能である光監視システム及び温度検
知システムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ために、請求項１記載の発明は、外的要因によって反射
波長が変化するバンドカットフィルタが複数箇所に介在
配置されて連続されている光線路と、この光線路の一端
から入射した光の光線路からの戻り光の波長特性を検出
する手段とを備えることを特徴とする光監視システムで
ある。請求項２記載の発明は、温度変化によって反射波
長が変化するバンドカットフィルタが複数箇所に介在配
置されて連続されている光線路と、この光線路の一端か
ら入射した光の光線路からの戻り光の波長特性を検出す
る手段とを備えることを特徴とする温度検知システムで
ある。この温度検知システムによれば、バンドカットフ
ィルタからの反射光が得られなくなることから、このバ
ンドカットフィルタの設置位置の温度上昇が検知され
る。請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明におい
て、バンドカットフィルタは、ファイバグレーティング
であることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求
項２又は３記載の発明において、光線路の一端に、光線
路への入射光の戻り光を、バンドカットフィルタの設計
波長毎に分波する光分波手段と、この光分波手段によっ
て分波された光の強度を計測する光検出器とを備えるこ
とを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の
形態として、バンドカットフィルタ５を用いた温度検知
システムを示す図である。

【０００６】光源１としては、通常レーザ光源が用いら
れる。図１はレーザ光源として、可変波長レーザを用い
た場合を例示している。レーザ光源から出射された光
は、光合分波器２ａにより各波長帯域の光に分波された
後、光合分波器２ｂにより合波されて、光線路３にその
一端から入射される。光線路３は、複数本の光ファイバ
ケーブル同士を直列に接続して構成される。光ファイバ
ケーブルは、複数本の光ファイバ（光ファイバ心線等）
を収納した多心の通信用光ファイバケーブルであり、こ
の実施の形態では、各光ファイバケーブルに収納される
光ファイバのうちの１心を温度検知システム用として用
いる。図１、図２では、各光ファイバケーブルに収納さ
れている温度検知システム用の光ファイバ３ａ、３ｂ、
…３ｎ同士をバンドカットフィルタ５を介在させて直列
に接続してなる光線路３を図示している。光ファイバケ
ーブル同士を接続してなる光線路の途中の複数箇所に
は、光ファイバケーブル同士の接続部４（接続箱）が設
けられている。図２では光ファイバケーブル接続部４
は、光ファイバケーブルが布設されたとう道内、具体的
にはとう道の途中に設けられたマンホール８の中に設置
されている。接続部４内には温度検知システム用の光フ
ァイバ同士の接続部に介在配置されたバンドカットフィ
ルタ５も収納されている。

【０００７】バンドカットフィルタ５は、特定の波長帯
域の光のみを選択的に反射し、それ以外の波長帯域の光
を透過させるよう設計された光フィルタである。バンド
カットフィルタ５には種々のものがあるが、ここでは、
ファイバグレーティングを用いた実施の形態について説
明する。

【０００８】ファイバグレーティングは、例えばゲルマ
ニウムをドープした石英系ガラスからなる光導波路に紫
外線の干渉パターンを照射して形成され、干渉パターン
の光強度分布に応じてガラスの屈折率が変化することを
利用したものである。このようにしてに形成されたファ
イバグレーティングは、光導波路中を進行する光のう
ち、所定の反射波長を中心とした狭い波長幅の光を反射
する反射特性を有する。

【０００９】このようにして製造されたファイバグレー
ティングを、光ファイバ同士の接続部に介在配置するこ
とで光線路３に組み込む。ファイバグレーティングは光
ファイバ同士の接続の場合と同様の手法により光ファイ
バと接続できるから、例えば、ファイバグレーティング
（詳細にはファイバグレーティングが形成された光ファ
イバ）の両端を、光線路３を構成する光ファイバの途中
にそれぞれ融着すること等により、簡単に光線路に組み
込むことができる。

【００１０】バンドカットフィルタ５は一般的に、温度
によって反射特性が変化するという性質を持っている
が、ファイバグレーティングは、温度による反射特性の
変化が特に敏感であるという特徴がある。具体的には、
ファイバグレーティングが反射する光の波長幅を約0.2n
mとし、ファイバグレーティングで反射される光の波長
帯域を約0.2nmきざみとする。この反射波長は、温度が1
00℃上昇することにより、反射光の波長帯域が約１nm変
化することが知られているため、温度の変化、特に温度
上昇により当初の反射波長の反射光は得られなくなる。

【００１１】以下の説明においては、接続部４が、とう
道の途中のマンホール８内に設置されている場合につい
て説明する。各マンホール８内にある接続部４には、そ
れぞれ反射特性の異なるバンドカットフィルタ５が設け
られている。具体的には、マンホール８ａには、常温で
は波長λ１（設計波長）の光を反射するバンドカットフ
ィルタ５ａを設けた光ファイバ同士の接続部４ａが設置
されている。マンホール８ｂには、常温では波長λ２
（設計波長）の光を反射するバンドカットフィルタ５ｂ
を設けた光ファイバ同士の接続部４ｂが設置されてい
る。同様にして、マンホール８ｎには、常温では波長λ
ｎ（設計波長）の光を反射するバンドカットフィルタ５
ｎを設けた光ファイバ同士の接続部４ｎが設置されてい
る。

【００１２】従って、マンホール８内が常温に保たれて
いる場合には、マンホール８ａ内に設置された光ファイ
バ同士の接続部４ａからは、波長λ１の光が反射され、
マンホール８ｂ内に設置された光ファイバ同士の接続部
４ｂからは、波長λ２の光が反射される。同様にして、
マンホール８ｎ内に設置された光ファイバ同士の接続部
４ｎからは、波長λｎの光が反射される。

【００１３】バンドカットフィルタ５で反射された光
は、光線路３を光源側に戻り、合分波器２ｂで波長λ
１、波長λ２、…波長λｎの光に分波される。分波され
た光は、アイソレータ６により光合分波器２ｂによる分
波波長λ１、λ２、…λｎ毎に設けられた光検出器７、
あるいはこれらの波長のうちから１波長を選択する光ス
イッチ（図示しない）を経由して接続された１台の光検
出器（図示せず）に導かれ、反射光の光強度（以下「光
パワーレベル」と称する場合がある）が波長λ１、波長
λ２、…波長λｎのそれぞれについて測定される。なお
ここでは、光検出器７として光パワーメータを用いてい
る。マンホール内が常温に保たれている場合には、光検
出器７によって各波長帯域の反射光の所定の光パワーレ
ベルが検知され、正常と判断される。

【００１４】この実施の形態では、光合分波器２とし
て、アレイ導波路回折格子(AWG)を用いている。アレイ
導波路回折格子は、波長分解能において優れているた
め、バンドカットフィルタ５による反射光を精度良く、
各波長帯域に分波することができる。

【００１５】このバンドカットフィルタ５の反射特性は
温度依存性を持ち、当初は設計波長の光を反射していて
も、環境温度変化によって反射波長が変化し設計波長の
光を透過するようになる。ここで用いられるバンドカッ
トフィルタ５は具体的には常温での反射波長帯域を設計
波長としており、環境温度変化によって前記設計波長の
光とは異なる波長帯域の光を反射し、設計波長の光を透
過するようになる。

【００１６】これにより、マンホール８ａで火災等の原
因により温度上昇が生じると、常温（つまりマンホール
内にて規定される通常の温度範囲）では反射される波長
λ１の光が、バンドカットフィルタ５ａにより反射され
ずに透過されてしまい、波長λ１の反射光のパワーレベ
ルが著しく低下する。マンホール８ｂで火災等の原因に
より温度上昇が生じると、常温では反射される波長λ２
の光が、バンドカットフィルタ５ｂにより反射されずに
透過されてしまい、波長λ２の反射光のパワーレベルが
著しく低下する。同様にして、マンホール８ｎで火災等
の原因により温度上昇が生じると、常温では反射される
波長λｎの光が、バンドカットフィルタ５ｎにより反射
されずに透過されてしまい、波長λｎの反射光のパワー
レベルが著しく低下する。

【００１７】従って、波長λ１の反射光のパワーレベル
が所定の値を下回った場合には、マンホール８ａで温度
上昇を生じていることが検知され、波長λ２の反射光の
パワーレベルが所定の値を下回った場合には、マンホー
ル８ｂで温度上昇を生じていることが検知される。同様
に、波長λｎの反射光のパワーレベルが所定の値を下回
った場合には、マンホール８ｎで温度上昇を生じている
ことが検知される。つまりここでは、各分波波長λ１、
λ２、…λｎの光パワーレベルの変化を、光線路からの
戻り光の波長特性として把握し、各分波波長λ１、λ
２、…λｎの光パワーレベルの分布の変化を波長特性の
変化として検出することにより、各バンドカットフィル
タの設置場所で生じた温度変化（温度上昇）の検出並び
に温度変化の発生場所の特定を実現するようになってい
る。また、この温度検知システムでは、複数の反射波長
のパワーレベルの低下を観測することで、複数箇所の温
度上昇を検知することも可能である。

【００１８】光検出器７は、各バンドカットフィルタで
反射される波長λ１、波長λ２、…波長λｎ（いずれも
設計波長）毎に個別に光強度を計測するものである。例
えば、光検出器７ａは、ファイバグレーティングである
バンドカットフィルタ５ａの反射波長λ１（設計波長）
の光強度を計測するものである。温度上昇による変化後
の反射波長帯域は、光検出器に入射する設計波長λ１、
λ２、…λｎのいずれにも該当しないようにすることが
好ましい。

【００１９】以上のように、本発明の実施の形態による
と、それ自体が光線路を構成するバンドカットフィルタ
を温度センサとして利用する構成であるので、光線路３
にバンドカットフィルタ５を組み込むだけで所望の場所
の温度上昇の監視を簡単に実現することができる。

【００２０】本発明の実施の形態によると、１本の光線
路３で複数箇所の温度監視を実現できるため、システム
の構成が簡単で、組立が容易である。このため、例え
ば、通信用多心光ファイバケーブルの中の１心を温度検
出用光線路に割り当てることが可能となり、この場合に
は別途温度検知用光ファイバケーブルを布設する必要が
ない。

【００２１】本発明の実施の形態によると、各バンドカ
ットフィルタ５からの常温時の反射波長に対応して設け
られた光検出器の内、バンドカットフィルタ５からの反
射光を観測しなくなった光検出器７から温度上昇により
反射波長が変化したバンドカットフィルタ５を特定する
ことにより、温度上昇箇所を明瞭かつ簡単に把握でき
る。

【００２２】本発明の実施の形態によると、バンドカッ
トフィルタ５として、温度特性に優れたファイバグレー
ティングを採用することで、温度上昇の検出精度を向上
でき、ファイバグレーティングは光ファイバと同様の作
業により接続できるため、光線路３に容易に組み込むこ
とができる。これにより、システムの組立が極めて簡単
になる。

【００２３】本発明の実施の形態によると、光源１か
ら、温度検出用の光線路３への試験光入射用の光線路の
途中に、ＡＷＧとアイソレータ６とからなる光合分波部
を介在させた構造により、光線路３からの反射光の光検
出器への複数波長λ１、λ２、…λｎ毎の分波を実現す
るとともに、光源１や光合分波部２も、温度検出用の光
線路に対して直列に接続しているので、システム構成の
単純化、小型化を実現できる。そして、光合分波部と光
検出器７とからなる戻り光の波長特性検出手段では、バ
ンドカットフィルタ５の設計波長に対応する波長毎に戻
り光の光強度を検出するだけで、波長毎に計測された光
強度の分布である戻り光の波長特性を容易に把握でき、
波長特性の変化を容易に把握できるため、温度変化を迅
速に検出できる。

【００２４】なお、この実施の形態においては、光ファ
イ同士の接続部４がマンホール８内に設置されている場
合について説明したが、光ファイバ同士の接続部が設置
される場所は特に限定されるものではなく、あらゆる場
所での温度検知を可能とする温度検知システムを提供す
るものである。バンドカットフィルタ５としては、ファ
イバグレーティング以外に例えば誘電体多層膜フィルタ
等の各種膜型フィルタを採用しても良い。但し、温度変
化によって反射波長帯域が変化するものである必要があ
る。また、光合分波器２はＡＷＧに限定されるものでは
なく、光線路からの戻り光を複数波長に分波する機能を
有する、例えばスプリッタとアイソレータの組合せであ
ってもよい。レーザ光源としては、可変波長レーザ光源
に限定されず、単一波長レーザ光源を複数用いることも
可能である。この場合には、図１の光源１側の光合分波
器２ａを省略して、複数の単一波長レーザ光源からの出
射光が他方の光合分波器２ｂを介して光線路３に入射さ
れるようになる。なお、実施例では温度検出のみを説明
しているが、本システムはファイバグレーティングのフ
ィルタ特性に影響を及ぼす他の物理的、機械的な外乱要
素の検出をすることが可能である。例えば気圧によって
反射波長帯域が変化するファイバグレーティング等があ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、光線路にバンドカットフィルタを組み込むだけ
で所望の場所の物理的、機械的な外乱要素の監視を簡単
に、しかも精度良く実現することができ、１本の光線路
で複数箇所の物理的、機械的な外乱要素の監視を実現で
きため、システムの構成が簡単で、組立が容易である。

【００２６】請求項２記載の発明では、光線路にバンド
カットフィルタを組み込むだけで所望の場所の温度変化
の監視を簡単に、しかも精度良く実現することができ、
１本の光線路で複数箇所の温度監視を実現できため、シ
ステムの構成が簡単で、組立が容易である。

【００２７】請求項３記載の発明では、バンドカットフ
ィルタとして、反射特性の温度依存性が敏感であるファ
イバグレーティングを用いることにより、いずれの光フ
ァイバ接続部において温度上昇が生じているかを精度良
く容易に検知することができるとともに、ファイバグレ
ーティングは光線路に容易に組み込むことができるので
システムの組立を簡単にすることができる。

【００２８】請求項４記載の発明では、バンドカットフ
ィルタからの反射光が観測されなくなった光検出器か
ら、温度上昇により反射波長が変化したバンドカットフ
ィルタを特定することで、温度上昇箇所を明瞭かつ簡単
に把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態による温度検知システ
ムを示す図である。

【図２】 同実施の形態におけるとう道の途中に設けら
れたマンホール内での光ファイバ同士の接続部の設置を
示す図である。

【符号の説明】

１……光源、 ２……光分波合波器、 ３……光線路、
４……光ファイバ同士の接続点、 ５……バンドカッ
トフィルタ、 ６……アイソレータ、 ７……光検出
器、 ８……マンホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安原 賢治 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2F056 VF12 VF16 VF20 2G086 DD04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外的要因によって反射波長が変化するバ
   ンドカットフィルタ（５）が複数箇所に介在配置されて
   連続されている光線路（３）と、 この光線路の一端から入射した光の前記光線路からの戻
   り光の波長特性を検出する手段とを備えることを特徴と
   する光監視システム。
2. 【請求項２】 温度変化によって反射波長が変化するバ
   ンドカットフィルタ（５）が複数箇所に介在配置されて
   連続されている光線路（３）と、 この光線路の一端から入射した光の前記光線路からの戻
   り光の波長特性を検出する手段とを備えることを特徴と
   する温度検知システム。
3. 【請求項３】 前記バンドカットフィルタは、ファイバ
   グレーティングであることを特徴とする請求項２記載の
   温度検知システム。
4. 【請求項４】 前記光線路の一端に、前記光線路への入
   射光の戻り光を、前記バンドカットフィルタの設計波長
   毎に分波する光分波手段（２）と、この光分波手段によ
   って分波された光の強度を計測する光検出器（７）とを
   備えることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の温
   度検知システム。