JP2004212325A - Ｏｔｄｒ測定装置およびｏｔｄｒ測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、レイリー後方散乱光の特性を利用して、任意のケーブル心線を識別することができるＯＴＤＲ測定装置を提供する。
【解決手段】光ファイバ１３に加わった振動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともにこの偏光角を有するレイリー後方散乱光を偏光子２５に透過させ、偏光子２５を透過したレイリー後方散乱光をビームスプリッタ２３介して受光器２９に与えて光電変換し、信号処理部３１によりレイリー後方散乱光の受光レベルの変動を表すＯＴＤＲ波形に生成して表示部３３に表示する。
【選択図】 図７
【解決手段】光ファイバ１３に加わった振動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともにこの偏光角を有するレイリー後方散乱光を偏光子２５に透過させ、偏光子２５を透過したレイリー後方散乱光をビームスプリッタ２３介して受光器２９に与えて光電変換し、信号処理部３１によりレイリー後方散乱光の受光レベルの変動を表すＯＴＤＲ波形に生成して表示部３３に表示する。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー後方散乱光を利用して光ケーブルに収容された複数の光ファイバから特定の光ファイバを対照することができるＯＴＤＲ測定装置およびＯＴＤＲ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ対照装置としては、特許文献１に記載された「光ファイバの環境可変装置、その摘出装置及び、その摘出システム」が報告されている。
【０００３】
従来の光ファイバ対照装置では、光ファイバケーブルを加熱し、光ファイバ中で発生するラマン散乱光の二成分のうち、温度変化率の大きいアンチストークス光の強度変化を検出し、光ファイバケーブルの対照を行っていた。
【０００４】
詳しくは、図１３に示すように、光ファイバ１の所定部位に温度差をもたせる環境可変装置１０と、その光ファイバ１の一端から入射した光の散乱光を検出し、多数本の中から該当する光ファイバを摘出する摘出装置２０と、光ファイバ１に温度差が与えられたことを環境可変装置１０から摘出装置２０に送信し、その光ファイバ１が摘出すべきものであるか否かの判定信号を摘出装置２０から環境可変装置１０に送信する同期装置３０Ａ，３０Ｂを備えることで、複数本の光ファイバの中から特定の１本を離れた位置で摘出することができるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９７３９８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＯＴＤＲ測定装置は、光ファイバ１の所定部位に生じた温度変化によるアンチストークス光の強度変化を計測する専用の摘出装置２０と、対照ケーブルを加熱するための環境可変装置１０が必要であり、どちらも汎用品ではなかった。
【０００７】
また、摘出装置２０が検出できる温度変化を光ファイバ１に付与する必要があり、光ファイバが加熱するまでの所要時間がかかるため、即応性が低く作業効率が低いといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、レイリー後方散乱光の特性を利用して、任意のケーブル心線を識別することができ、即応性と作業効率の向上に寄与することができるＯＴＤＲ測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、光ケーブルに収容された複数の光ファイバのうちの１本に送光器からパルス光を出射し、該光ファイバから入射する後方散乱光を受光器により受光してＯＴＤＲ波形を表示するＯＴＤＲ測定装置であって、前記送光器からのパルス光を最大になる偏光角で透過して前記光ファイバの端部に出射するとともに、該光ファイバの端部から該偏光角を有する後方散乱光のみを透過して前記受光器に出射する偏光子を備え、前記光ファイバに加わった振動、側圧および回転運動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともに前記偏光角を有するレイリー後方散乱光を前記偏光子に透過させて前記受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、光ケーブルに収容された複数の光ファイバのうちの１本に送光器からパルス光を出射し、該光ファイバから入射する後方散乱光を受光器により受光してＯＴＤＲ波形を表示するＯＴＤＲ測定方法であって、前記送光器からのパルス光を最大になる偏光角で透過して前記光ファイバの端部に偏光子から出射するとともに、該光ファイバの端部から該偏光角を有する後方散乱光のみを透過して前記偏光子から前記受光器に出射し、
前記光ファイバに加わった振動、側圧および回転運動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともに前記偏光角を有するレイリー後方散乱光を前記偏光子に透過させて前記受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（原理）
図１は、光ファイバ内で後方散乱光が発生する様子を説明するための図である。
【００１３】
図１において、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ ）測定装置１１では光ファイバ１３の例えば左端部から光パルスを入射させ、光ファイバ内で発生した散乱光（戻り光）を入射端部側でＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などを用いて受光し、戻り光の強度を観察する。入射端部近傍で発生した戻り光は遠端で発生したものより早く入射端部に戻ってくる。
【００１４】
ここで、光ファイバ１３の各地点で発生する戻り光は、入射端部から戻り光の発生地点までの往復距離に応じた時間だけ遅れて入射端部に戻ってくる。すなわち、光パルスは、速度ｖで散乱光を発生させがら光ファイバの中を伝搬していき散乱光の一部は、後方散乱光として遅延時間ｔ後に入射端部に戻ってくることから、発生位置ｘ（＝ｖ・ｔ／２）を算出することができる。なお、この位置は光ファイバ１３中の光の速度で往復時聞１０ｎｓで１ｍに換算することができる。
【００１５】
一方、散乱光の種類としては、図２に示す散乱光スペクトラムのように、レイリー後方散乱光、ブリリアン後方散乱光（図示しない）、およびラマン後方散乱光の３種類に分類される。
【００１６】
波長でみると、入射光の基本波長と同じ波長のレイリー後方散乱光、その近傍にブリリアン後方散乱光が存在し、さらにガラスの固有振動数だけシフトした位置に、ラマン後方散乱光の２成分であるストークス後方散乱光とアンチストークス後方散乱光のピークが見られる。この２成分は波長シフト量が大きいため干渉膜フィルターを用いることで他の散乱光との分離が可能である。
【００１７】
ガラスにおけるレイリー後方散乱光は、伝搬する平面波の波長に比べて非常に小さい局所的な密度ゆらぎによる散乱として求められ、損失αＲ は、成分がＳｉＯ２ のガラスにおいては次式で与えられる。
【００１８】
【数１】
ただし、ｎは屈折率、ＣＰ は光弾性定数、ｋＢ はボルツマン定数、ＴＦ は固化温度、βは等温圧縮率を表す。
【００１９】
式１から明らかなように、レイリー散乱損失は波長の四乗に逆比例することと、光の弾性定数に依存することがわかる。
【００２０】
光ファイバ１３の入射端部側に戻ってくる後方散乱光の強度比であるレイリー後方散乱係数ηは、式１で示したレイリー散乱損失αＲ を用いると式２のようになる。
【００２１】
【数２】
ここで、ｃは真空中の光速、ｎ１ はコアの屈折率、Δは光ファイバ１３のコアとクラッドの比屈折率差、Ｗは送出光パルスのパルス幅を示す。
【００２２】
この結果、レイリー後方散乱光の特性は、式１，２により媒質の特性（屈折率、光弾性定数）と入射光波長に依存することがわかる。
【００２３】
媒質の特性のうち、光弾性定数については、圧力や振動による偏光面の変動性に関連する定数であり、石英ガラスは、ガラス中でも比較的変動を生じ易い特性を有している。
【００２４】
ＯＴＤＲ測定装置１１が受光するレイリー後方散乱光は、本来、光弾性定数に依存し、圧力や振動などの外乱で偏波面の変動を生じ易い特性を有している。
【００２５】
従って、外乱によって生じる偏波面の変動を検出することができれば、光ケーブルの対照技術に応用ができると考えられる。
【００２６】
次に、図３は、光ファイバ１３に外力を与えた時に生じる伝搬光の特性変動の概念図である。
【００２７】
図３においては、Ｙ軸に平行な応力を光ファイバ１３に加えた場合を想定している。この場合、Ｙ軸方向には圧縮力が働き、Ｘ軸方向には引張力が働く。光ファイバのような円筒形の媒質に対して、軸方向に異なった力が働く時には、各々の軸方向（Ｙ−Ｚ面とＸ−Ｚ面）の屈折率に相違が生じる。
【００２８】
ここで、光ファイバ１３内を進行する光の速度をＶとすると、Ｖ＝Ｃ／Ｎ（Ｃ：真空中の光速、Ｎ：屈折率）という関係があるため、Ｙ−Ｚ面を進行する光とＸ−Ｚ面を進行する光の速度が異なり、位相遅延が生じ、偏波面が変動する。
【００２９】
外部応力によってＹ軸方向に圧縮応力が、Ｘ軸方向に引張り応力が生じ、軸方向によって屈折率に相違が生じる。光の速度は屈折率の逆数に比例関係があるため、Ｙ−Ｚ面を進行する光とＸ−Ｚ面を進行する光の位相に遅延が生じる。
【００３０】
次に、図４は、光ファイバ１３の側方から外部応力が印加されているモデルである。図５は、光の電界ベクトルと偏光子の方向を示すグラフである。
【００３１】
この場合、座標軸を図５に示すように、ｙ軸方向を電界ベクトルＥｙ、ｘ軸方向を電界ベクトルＥｘと考え、また受光部における偏光子の挿入角度を図５に示すようにｘ軸に対してγとする。
【００３２】
図４において、外部応力が印加される信号印加部を通過する以前の光は式３で表される。
【００３３】
【数３】
ただし、ω０ は信号光の角周波数、またφは初期の位相差である。
【００３４】
また、応力印加によって、光ファイバ１３の直交方向でその伝搬定数が変化するので、信号印加部を通過した光は次の式４のように表される。
【００３５】
【数４】
ここで、α、βは側圧を印加したことにより変化するｘ軸方向、ｙ軸方向での光の位相変化量である。角度γで挿入された偏光子を通過し受光素子に入る光振幅Ｅは、
【数５】
で表される。ここで、Ｄは透過係数である。
【００３６】
式５より、偏光子を使用することで、ＯＴＤＲ測定装置１１に受光される光パワーＷは、応カσの影響を受けることとなり、シングルモード型光ファイバケーブル、シングルモード型光ファイバ素線への衝撃、揺動によるＯＴＤＲ測定装置１１での受光レベルの揺らぎ（これは、偏波揺らぎと呼ばれ、対象となっている光ファイバ１３の本質的特性である）に関する感度が良好になる。
【００３７】
次に、図６は、ＯＴＤＲ測定装置１１を局Ａ側に配置し、複数の光ファイバのうちの１本にのみ外部応力を加えたことを表す図である。
【００３８】
図６に示すように、ＯＴＤＲ測定装置１１を配置してＯＴＤＲ波形を表示することにより、受光レベルの揺らぎを検出することができ、安価で、即応性に優れたシングルモード型光ファイバ素線、シングルモード型光ファイバケーブルの対照が可能となる。
【００３９】
（一実施の形態）
次に、図７は、本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１のブロック構成を示す図である。
【００４０】
図７において、送光器２１は、パルス発生器と、位相がそろったコヒーレント光を発生する半導体レーザより構成され、光パルスをビームスプリッタ２３に出力する。ビームスプリッタ２３は、送光器２１からの光を偏光子２５ヘ向ける一方、偏光子２５からの光を受光器２９へ向ける。
【００４１】
送光器２１から出力された光パルスは、ビームスプリッタ２３を通過し、偏光子２５からコネクタ部２７を介して光ファイバ１３に入射される。この時、偏光子２５は、ビームスプリッタ２３を通過した光パルスが最も強い光レベルで偏光子２５を透過するように偏光角が調整されていることとする。
【００４２】
さらに、入射光パルスは、光ファイバ１３内を伝送する。なお、光ファイバ１３としては、シングルモード型光ファイバケーブル、シングルモード型光ファイバ素線などがよい。
【００４３】
光ファイバ１３内に入射された光パルスにより発生したレイリー後方散乱光やフレネル反射光は、コネクタ部２７から偏光子２５に入射し上述した偏光角を有する光のみがビームスプリッタ２３により受光器２９側へ伝送される。ビームスプリッタ２３は、送光器２１からの光を偏光子２５ヘ向ける一方、偏光子２５からの光を受光器２９へ向ける。受光器２９は、フォトダイオードを内蔵し、光の受光レベルに変換して信号処理部３１に出力する。
【００４４】
偏光子２５は、所定の偏光角を有しており、入射光の入射角が偏光角に近い光を透過する素子である。なお、その透過率は一般に数１０％程度である。
【００４５】
信号処理部３１は、制御プログラムに従って動作しており、受光器２９で受信した光レベルを受信時間毎に管理し、入力された群屈折率の値より、受信時間よりレイリー散乱、あるいはフレネル反射（ファイバ内での反射光）が発生した距離を算出することで、受信時間が距離に変換され、光レベルと距離データを表示部３３に出力する。また、信号処理部３１は、信号対雑音比を向上させるため、時間軸上で平均化処理を行う。
【００４６】
信号処理部３１により平均化処理された光レベルと距離データ情報は、表示部３３によりグラフ化してＯＤＴＲ波形が表示される。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、ビームスプリッタ２３とコネクタ部２７との間に偏光子２５を配置するように構成したが、ビームスプリッタ２３と受光器２９との間に偏光子２５を配置するように構成してもよい。
【００４８】
次に、図８を参照して、信号処理部３１の内部構成を説明する。
【００４９】
ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に記憶されている制御プログラムに従って装置全体の動作を制御する。ＲＯＭ４３は、後述する本装置全体を制御するための制御プログラムを記憶している。ＲＡＭ４５は、ワークエリアを有し、制御データを記憶する。
【００５０】
タイマ４７は、時間を計時してサンプリング時間間隔Δｔ毎に割込信号ＩＮＴをＣＰＵに出力する。Ａ／Ｄ変換器４９は、受光器２９から出力された光の受光レベル信号をアナログ／デジタル変換してＣＰＵに出力する。
【００５１】
次に、図９に示すフローチャートを参照して、ＯＴＤＲ測定装置１１の動作を説明する。なお。本フローチャートは、図７に示すように信号処理部３１に設けられたＲＯＭ４３に記憶されている制御プログラムによって動作する。
【００５２】
いま、ＯＴＤＲ測定装置１１が配置されている局Ａからある距離だけ離れた中間部の地下のマンホール内やとう道において、集中して敷設されている光ケーブルから１本の光ファイバ１３を選択して、この光ファイバ１３に対して外部振動、側圧、回転運動を加えたこととする。
【００５３】
まず、ステップＳ１０では、タイマ４７からＣＰＵ４１に出力される割込信号ＩＮＴの数を計数するための自然数からなる計数値ｋをｋ＝０として初期化する。次いで、ステップＳ２０では、タイマ４７にサンプリング時間間隔Δｔを設定して計時を開始させる。
【００５４】
次いで、ステップＳ３０では、信号処理部３１に設けられたＣＰＵ４１は、基準となる時刻ｔ＝０において、パルス発生指示信号を発生して送光器２１に出力する。送光器２１は、信号処理部３１からのパルス発生指示信号に応じてパルス発生器によりパルス信号を発生し、さらに、このパルス信号に応じて半導体レーザが光パルスを出力する。
【００５５】
送光器２１より出力された光パルスは、ビームスプリッタ２３を通過し、この光パルスを最も透過するようにその偏光角が調整された偏光子２５からコネクタ部２７を介して光ファイバ１３に入射される。入射光パルスは、光ファイバ１３内を伝送する。
【００５６】
光ファイバ１３内に入射された光パルスにより発生したレイリー後方散乱光やフレネル反射光は、コネクタ部２７から偏光子２５に到達する。偏光子２５は、上述した偏光角に調整されており、コネクタ部２７から入射されるレイリー後方散乱光やフレネル反射光のうち現在の偏光子２５の偏光角を有する光のみが透過してビームスプリッタ２３に到達し、さらに、ビームスプリッタ２３により受光器２９側へ伝送される。
【００５７】
受光器２９では、フォトダイオードにより光を受光レベルに変換して信号処理部３１に出力する。受光器２９で受信した光レベルは信号処理部３１に設けられたＡ／Ｄ変換器４９に入力される。
【００５８】
次いで、ステップＳ４０では、ＣＰＵ４１は、Ａ／Ｄ変換器４９からＡ／Ｄ変換された光レベルデータをレジスタに読み込む。さらに、ステップＳ５０では、ＣＰＵ４１は、レジスタに読み込んだ光レベルデータに計数値ｋを付加してＲＡＭ４５のワークエリアに記憶することで、光レベルデータを受信時間毎に管理することができる。
【００５９】
次いで、ステップＳ６０では、ＣＰＵ４１は、計数値ｋに基づいて現在受信した光の散乱位置までの距離ｓを算出する。すなわち、光ファイバ１３の群屈折率Ｎと真空中の光速度ｃから光ファイバ１３中の光速度ｖを求めると、
【数６】
ｖ＝ｃ／Ｎ （６）
となる。さらに、求めたｖ、現在の計数値ｋおよびサンプリング時間間隔Δｔに基づいて、距離ｓを求めると、
【数７】
ｓ＝ｖ・ｋ・Δｔ／２ （７）
となる。
【００６０】
次いで、ステップＳ７０では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４５のワークエリアに記憶されている現在の計数値ｋに対応させて求めた距離ｓを記憶する。この結果、ワークエリアには、スタート時点から現在までの計数値ｋに対応して光レベルデータと距離ｓが記憶される。
【００６１】
次いで、ステップＳ８０では、タイマ４７からサンプリング時間間隔Δｔ毎に出力される割込信号ＩＮＴがＣＰＵ４１に入力されたか否かを判断する。割込信号ＩＮＴがＣＰＵ４１に入力された場合には、ステップＳ９０に進み、現在の計数値ｋに１を加算して最新の計数値ｋを求め、ステップＳ４０に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００６２】
一方、割込信号ＩＮＴがＣＰＵに入力されていない場合には、ステップＳ１００に進み、ＣＰＵ４１は、現在の計数値ｋが最大値ｋｍａｘ に到達したか否かを判断する。なお、最大値ｋｍａｘ は、本ＯＴＤＲ測定装置１１によりレイリー後方散乱光を測定可能な位置までの距離をサンプリング時間間隔Δｔの数で表している。
【００６３】
現在の計数値ｋが最大値ｋｍａｘ に到達していない場合には、ステップＳ８０に戻り、割込信号ＩＮＴが発生するのを待つ。
【００６４】
一方、現在の計数値ｋが最大値ｋｍａｘ に到達した場合には、ステップＳ１１０に進み、ＣＰＵ４１は、縦軸に受信レベルの大きさを表す数字、横軸に距離を表す数字からなる座標データを生成する。
【００６５】
次いで、ステップＳ１２０では、生成された座標データを表示部３３に出力する。この結果、表示部３３には縦軸に受信レベルの大きさを表す数字、横軸に距離を表す数字からなる座標が表示される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１３０では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４５のワークエリアに記憶されている原点から最大測定距離までの計数値ｋ、光レベルデータ、距離ｓのうち光レベルデータに対応して時間軸上の平均化処理を実行し、平均値ＤＡｋと距離ｓを対応させてＲＡＭ４５上の別のワークエリアに記憶する。すなわち、例えば計数値ｋ−１，ｋ，ｋ＋１の３点に対応する光レベルデータＤｋ−１，Ｄｋ ，Ｄｋ＋１に対して、平均値ＤＡｋを求めると、
【数８】
ＤＡｋ＝（Ｄｋ−１＋Ｄｋ ＋Ｄｋ＋１）／３ （８）
となる。この結果、光レベルデータの信号対雑音比が向上する。
【００６７】
次いで、ステップＳ１４０では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４５上の別のワークエリアに記憶されている平均値ＤＡｋと距離ｓを順次に読み出し、表示部３３に出力する。この結果、表示部３３には距離ｓに対応する光レベルデータの平均値ＤＡｋが、図１０に示すように、グラフ化してＯＤＴＲ波形が表示される。
【００６８】
なお、図１０に示すＰはレイリー後方散乱光により形成された光レベルの最大値であり、Ｈａは距離ｓに対応して取り得るレイリー後方散乱光の最高レベルであり、Ｈｂは距離ｓに対応して取り得るバックグラウンドレベルである。図１０に示すＯＤＴＲ波形のように、レイリー後方散乱光の光レベルの最大値Ｐが現われる条件は、光ファイバ１３に対して外部応力が加わったときに、レイリー後方散乱光が有する角度が偏光子２５の角度γに最も近い場合である。
【００６９】
（実験例）
図１１は、光ケーブル１３を分岐するためのクロージャ６１の構成を示す図である。このクロージャ６１からある距離を隔てた位置にＯＴＤＲ測定装置１１が接続されていることとする。なお、図１１に示すクロージャ６１に代わって、光成端箱を接続してもよい。
【００７０】
クロージャ６１の内部では例えば光ファイバ１３−１〜１３−ｎがそれぞれ数ｍの余長を吸収するために、図１１に示すように、略円形状の束６３として余長収納トレイ（図示しない）に収納されている。
【００７１】
ＯＴＤＲ測定装置１１が配置されている局Ａからある距離だけ離れた中間部の架線に、図１１に示すようなクロージャ６１が設けられているとする。そこで、光ケーブルから任意の１本の光ファイバを選択して、この光ファイバの略円形状の束６３に対して、紙面左右方向を回転軸にして上下に回転を加え、束６３に揺動を加えたこととする。
【００７２】
次いで、図１２は、クロージャ６１内に収容された光ファイバの略円形状の束６３に対して揺動を加えた場合に、ＯＴＤＲ測定装置１１により表示されるＯＴＤＲ波形を示すグラフである。
【００７３】
この場合、ＯＴＤＲ測定装置１１では図１２に示すような波形が観測される。図１２に示すＰ１ 〜Ｐ５ は、束６３に上述した揺動を加えた場合のレイリー後方散乱光により形成された光レベルであり、Ｈａは距離ｓに対応して取り得るレイリー後方散乱光の最高レベルであり、Ｈｂは距離ｓに対応して取り得るバックグラウンドレベルである。図１２に示すＯＤＴＲ波形のように、レイリー後方散乱光の光レベルがＰ１ 〜Ｐ５ が現われる条件は、光ファイバの束６３に対して揺動を加えたときに、偏光子２５の角度γが任意に設定されている場合である。
【００７４】
（応用例１）
本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１は、光ファイバを使った浸入検知システムに適用することができる。
【００７５】
建造物や施設などの監視対象物の周囲に光ファイバを張り巡らしておき、侵入者が侵入したときに発生する振動を光ファイバに加わるようにしておき、揺動に応じて発生するレイリー後方散乱光をＯＴＤＲ測定装置１１で検知することで、施設内への浸入を検知することが可能になる。
【００７６】
従来行われていた施設に対する監視カメラによる監視に比べて、施設全周に対しての侵入検知が可能であり、従来のようなカメラ死角をなくすことができる。光ファイバとＯＴＤＲ測定装置を用いた侵入検知システムであるのでコスト低減に寄与することができる。
【００７７】
（応用例２）
本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１は、光ファイバを使った設備異常検知システムに適用することができる。
【００７８】
機械設備の周辺に光ファイバを布設し、異常振動が光ファイバに加わるようにしておき、この異常振動に応じて発生するレイリー後方散乱光をＯＴＤＲ測定装置１１で検知することで、異常振動の有無を検知することができる。特に、発電所のタービンなどの回転体を収容した施設に適用することで、保守・監視の省力化に寄与することができる。
【００７９】
以上のように、本実施の形態によれば、光ファイバに加わった振動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともにこの偏光角を有するレイリー後方散乱光を偏光子に透過させて受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することで、複数の光ファイバのうちの１本に振動が加わったか否かをＯＴＤＲ波形から視認することができる。この結果、複数の光ファイバが輻輳している状態でも、任意のケーブル心線を識別することができる。また、光ファイバの端部にのみ本ＯＴＤＲ測定装置を配置して心線対照を行うので、従来の技術に比べて利便性と省力化に寄与することができ、即応性と作業効率の向上に寄与することができる。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、光ファイバに加わった振動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともにこの偏光角を有するレイリー後方散乱光を偏光子に透過させて受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することで、複数の光ファイバのうちの１本に振動が加わったか否かをＯＴＤＲ波形から視認することができる。この結果、複数の光ファイバが輻輳している状態でも、任意のケーブル心線を識別することができる。また、光ファイバの端部にのみ本ＯＴＤＲ測定装置を配置して心線対照を行うので、従来の技術に比べて利便性と省力化に寄与することができ、即応性と作業効率の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ内で後方散乱光が発生する様子を説明するための図である。
【図２】３種類の後方散乱光の散乱光スペクトラムを表す図である。
【図３】光ファイバ１３に外力を与えた時に生じる伝搬光の特性変動の概念図である。
【図４】光ファイバ１３の側方から外部応力が印加されているモデルである。
【図５】光の電界ベクトルと偏光子の方向を示すグラフである。
【図６】ＯＴＤＲ測定装置１１を局Ａ側に配置し、複数の光ファイバのうちの１本にのみ外部応力を加えたことを表す図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１のブロック構成を示す図である。
【図８】信号処理部３１の内部構成を示す図である。
【図９】ＯＴＤＲ測定装置１１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】レイリー後方散乱光により形成された光レベルのピークを示すグラフである。
【図１１】光ケーブル１３を分岐するためのクロージャ６１の構成を示す図である。
【図１２】クロージャ６１内に収容された光ファイバの略円形状の束６３に対して揺動を加えた場合に、ＯＴＤＲ測定装置１１により表示されるＯＴＤＲ波形を示すグラフである。
【図１３】従来のＯＴＤＲ測定装置が適用されるシステムを示す図である。
【符号の説明】
１１ ＯＴＤＲ測定装置
１３ 光ファイバ
２１ 送光器
２３ ビームスプリッタ
２５ 偏光子
２７ コネクタ部
２９ 受光器
３１ 信号処理部
３３ 表示部
４１ ＣＰＵ
４３ ＲＯＭ
４５ ＲＡＭ
４７ タイマ
４９ Ａ／Ｄ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、レイリー後方散乱光を利用して光ケーブルに収容された複数の光ファイバから特定の光ファイバを対照することができるＯＴＤＲ測定装置およびＯＴＤＲ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ対照装置としては、特許文献１に記載された「光ファイバの環境可変装置、その摘出装置及び、その摘出システム」が報告されている。
【０００３】
従来の光ファイバ対照装置では、光ファイバケーブルを加熱し、光ファイバ中で発生するラマン散乱光の二成分のうち、温度変化率の大きいアンチストークス光の強度変化を検出し、光ファイバケーブルの対照を行っていた。
【０００４】
詳しくは、図１３に示すように、光ファイバ１の所定部位に温度差をもたせる環境可変装置１０と、その光ファイバ１の一端から入射した光の散乱光を検出し、多数本の中から該当する光ファイバを摘出する摘出装置２０と、光ファイバ１に温度差が与えられたことを環境可変装置１０から摘出装置２０に送信し、その光ファイバ１が摘出すべきものであるか否かの判定信号を摘出装置２０から環境可変装置１０に送信する同期装置３０Ａ，３０Ｂを備えることで、複数本の光ファイバの中から特定の１本を離れた位置で摘出することができるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１９７３９８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＯＴＤＲ測定装置は、光ファイバ１の所定部位に生じた温度変化によるアンチストークス光の強度変化を計測する専用の摘出装置２０と、対照ケーブルを加熱するための環境可変装置１０が必要であり、どちらも汎用品ではなかった。
【０００７】
また、摘出装置２０が検出できる温度変化を光ファイバ１に付与する必要があり、光ファイバが加熱するまでの所要時間がかかるため、即応性が低く作業効率が低いといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、レイリー後方散乱光の特性を利用して、任意のケーブル心線を識別することができ、即応性と作業効率の向上に寄与することができるＯＴＤＲ測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、光ケーブルに収容された複数の光ファイバのうちの１本に送光器からパルス光を出射し、該光ファイバから入射する後方散乱光を受光器により受光してＯＴＤＲ波形を表示するＯＴＤＲ測定装置であって、前記送光器からのパルス光を最大になる偏光角で透過して前記光ファイバの端部に出射するとともに、該光ファイバの端部から該偏光角を有する後方散乱光のみを透過して前記受光器に出射する偏光子を備え、前記光ファイバに加わった振動、側圧および回転運動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともに前記偏光角を有するレイリー後方散乱光を前記偏光子に透過させて前記受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、光ケーブルに収容された複数の光ファイバのうちの１本に送光器からパルス光を出射し、該光ファイバから入射する後方散乱光を受光器により受光してＯＴＤＲ波形を表示するＯＴＤＲ測定方法であって、前記送光器からのパルス光を最大になる偏光角で透過して前記光ファイバの端部に偏光子から出射するとともに、該光ファイバの端部から該偏光角を有する後方散乱光のみを透過して前記偏光子から前記受光器に出射し、
前記光ファイバに加わった振動、側圧および回転運動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともに前記偏光角を有するレイリー後方散乱光を前記偏光子に透過させて前記受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（原理）
図１は、光ファイバ内で後方散乱光が発生する様子を説明するための図である。
【００１３】
図１において、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ ）測定装置１１では光ファイバ１３の例えば左端部から光パルスを入射させ、光ファイバ内で発生した散乱光（戻り光）を入射端部側でＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などを用いて受光し、戻り光の強度を観察する。入射端部近傍で発生した戻り光は遠端で発生したものより早く入射端部に戻ってくる。
【００１４】
ここで、光ファイバ１３の各地点で発生する戻り光は、入射端部から戻り光の発生地点までの往復距離に応じた時間だけ遅れて入射端部に戻ってくる。すなわち、光パルスは、速度ｖで散乱光を発生させがら光ファイバの中を伝搬していき散乱光の一部は、後方散乱光として遅延時間ｔ後に入射端部に戻ってくることから、発生位置ｘ（＝ｖ・ｔ／２）を算出することができる。なお、この位置は光ファイバ１３中の光の速度で往復時聞１０ｎｓで１ｍに換算することができる。
【００１５】
一方、散乱光の種類としては、図２に示す散乱光スペクトラムのように、レイリー後方散乱光、ブリリアン後方散乱光（図示しない）、およびラマン後方散乱光の３種類に分類される。
【００１６】
波長でみると、入射光の基本波長と同じ波長のレイリー後方散乱光、その近傍にブリリアン後方散乱光が存在し、さらにガラスの固有振動数だけシフトした位置に、ラマン後方散乱光の２成分であるストークス後方散乱光とアンチストークス後方散乱光のピークが見られる。この２成分は波長シフト量が大きいため干渉膜フィルターを用いることで他の散乱光との分離が可能である。
【００１７】
ガラスにおけるレイリー後方散乱光は、伝搬する平面波の波長に比べて非常に小さい局所的な密度ゆらぎによる散乱として求められ、損失αＲ は、成分がＳｉＯ２ のガラスにおいては次式で与えられる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
式１から明らかなように、レイリー散乱損失は波長の四乗に逆比例することと、光の弾性定数に依存することがわかる。
【００２０】
光ファイバ１３の入射端部側に戻ってくる後方散乱光の強度比であるレイリー後方散乱係数ηは、式１で示したレイリー散乱損失αＲ を用いると式２のようになる。
【００２１】
【数２】
【００２２】
この結果、レイリー後方散乱光の特性は、式１，２により媒質の特性（屈折率、光弾性定数）と入射光波長に依存することがわかる。
【００２３】
媒質の特性のうち、光弾性定数については、圧力や振動による偏光面の変動性に関連する定数であり、石英ガラスは、ガラス中でも比較的変動を生じ易い特性を有している。
【００２４】
ＯＴＤＲ測定装置１１が受光するレイリー後方散乱光は、本来、光弾性定数に依存し、圧力や振動などの外乱で偏波面の変動を生じ易い特性を有している。
【００２５】
従って、外乱によって生じる偏波面の変動を検出することができれば、光ケーブルの対照技術に応用ができると考えられる。
【００２６】
次に、図３は、光ファイバ１３に外力を与えた時に生じる伝搬光の特性変動の概念図である。
【００２７】
図３においては、Ｙ軸に平行な応力を光ファイバ１３に加えた場合を想定している。この場合、Ｙ軸方向には圧縮力が働き、Ｘ軸方向には引張力が働く。光ファイバのような円筒形の媒質に対して、軸方向に異なった力が働く時には、各々の軸方向（Ｙ−Ｚ面とＸ−Ｚ面）の屈折率に相違が生じる。
【００２８】
ここで、光ファイバ１３内を進行する光の速度をＶとすると、Ｖ＝Ｃ／Ｎ（Ｃ：真空中の光速、Ｎ：屈折率）という関係があるため、Ｙ−Ｚ面を進行する光とＸ−Ｚ面を進行する光の速度が異なり、位相遅延が生じ、偏波面が変動する。
【００２９】
外部応力によってＹ軸方向に圧縮応力が、Ｘ軸方向に引張り応力が生じ、軸方向によって屈折率に相違が生じる。光の速度は屈折率の逆数に比例関係があるため、Ｙ−Ｚ面を進行する光とＸ−Ｚ面を進行する光の位相に遅延が生じる。
【００３０】
次に、図４は、光ファイバ１３の側方から外部応力が印加されているモデルである。図５は、光の電界ベクトルと偏光子の方向を示すグラフである。
【００３１】
この場合、座標軸を図５に示すように、ｙ軸方向を電界ベクトルＥｙ、ｘ軸方向を電界ベクトルＥｘと考え、また受光部における偏光子の挿入角度を図５に示すようにｘ軸に対してγとする。
【００３２】
図４において、外部応力が印加される信号印加部を通過する以前の光は式３で表される。
【００３３】
【数３】
【００３４】
また、応力印加によって、光ファイバ１３の直交方向でその伝搬定数が変化するので、信号印加部を通過した光は次の式４のように表される。
【００３５】
【数４】
【数５】
【００３６】
式５より、偏光子を使用することで、ＯＴＤＲ測定装置１１に受光される光パワーＷは、応カσの影響を受けることとなり、シングルモード型光ファイバケーブル、シングルモード型光ファイバ素線への衝撃、揺動によるＯＴＤＲ測定装置１１での受光レベルの揺らぎ（これは、偏波揺らぎと呼ばれ、対象となっている光ファイバ１３の本質的特性である）に関する感度が良好になる。
【００３７】
次に、図６は、ＯＴＤＲ測定装置１１を局Ａ側に配置し、複数の光ファイバのうちの１本にのみ外部応力を加えたことを表す図である。
【００３８】
図６に示すように、ＯＴＤＲ測定装置１１を配置してＯＴＤＲ波形を表示することにより、受光レベルの揺らぎを検出することができ、安価で、即応性に優れたシングルモード型光ファイバ素線、シングルモード型光ファイバケーブルの対照が可能となる。
【００３９】
（一実施の形態）
次に、図７は、本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１のブロック構成を示す図である。
【００４０】
図７において、送光器２１は、パルス発生器と、位相がそろったコヒーレント光を発生する半導体レーザより構成され、光パルスをビームスプリッタ２３に出力する。ビームスプリッタ２３は、送光器２１からの光を偏光子２５ヘ向ける一方、偏光子２５からの光を受光器２９へ向ける。
【００４１】
送光器２１から出力された光パルスは、ビームスプリッタ２３を通過し、偏光子２５からコネクタ部２７を介して光ファイバ１３に入射される。この時、偏光子２５は、ビームスプリッタ２３を通過した光パルスが最も強い光レベルで偏光子２５を透過するように偏光角が調整されていることとする。
【００４２】
さらに、入射光パルスは、光ファイバ１３内を伝送する。なお、光ファイバ１３としては、シングルモード型光ファイバケーブル、シングルモード型光ファイバ素線などがよい。
【００４３】
光ファイバ１３内に入射された光パルスにより発生したレイリー後方散乱光やフレネル反射光は、コネクタ部２７から偏光子２５に入射し上述した偏光角を有する光のみがビームスプリッタ２３により受光器２９側へ伝送される。ビームスプリッタ２３は、送光器２１からの光を偏光子２５ヘ向ける一方、偏光子２５からの光を受光器２９へ向ける。受光器２９は、フォトダイオードを内蔵し、光の受光レベルに変換して信号処理部３１に出力する。
【００４４】
偏光子２５は、所定の偏光角を有しており、入射光の入射角が偏光角に近い光を透過する素子である。なお、その透過率は一般に数１０％程度である。
【００４５】
信号処理部３１は、制御プログラムに従って動作しており、受光器２９で受信した光レベルを受信時間毎に管理し、入力された群屈折率の値より、受信時間よりレイリー散乱、あるいはフレネル反射（ファイバ内での反射光）が発生した距離を算出することで、受信時間が距離に変換され、光レベルと距離データを表示部３３に出力する。また、信号処理部３１は、信号対雑音比を向上させるため、時間軸上で平均化処理を行う。
【００４６】
信号処理部３１により平均化処理された光レベルと距離データ情報は、表示部３３によりグラフ化してＯＤＴＲ波形が表示される。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、ビームスプリッタ２３とコネクタ部２７との間に偏光子２５を配置するように構成したが、ビームスプリッタ２３と受光器２９との間に偏光子２５を配置するように構成してもよい。
【００４８】
次に、図８を参照して、信号処理部３１の内部構成を説明する。
【００４９】
ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に記憶されている制御プログラムに従って装置全体の動作を制御する。ＲＯＭ４３は、後述する本装置全体を制御するための制御プログラムを記憶している。ＲＡＭ４５は、ワークエリアを有し、制御データを記憶する。
【００５０】
タイマ４７は、時間を計時してサンプリング時間間隔Δｔ毎に割込信号ＩＮＴをＣＰＵに出力する。Ａ／Ｄ変換器４９は、受光器２９から出力された光の受光レベル信号をアナログ／デジタル変換してＣＰＵに出力する。
【００５１】
次に、図９に示すフローチャートを参照して、ＯＴＤＲ測定装置１１の動作を説明する。なお。本フローチャートは、図７に示すように信号処理部３１に設けられたＲＯＭ４３に記憶されている制御プログラムによって動作する。
【００５２】
いま、ＯＴＤＲ測定装置１１が配置されている局Ａからある距離だけ離れた中間部の地下のマンホール内やとう道において、集中して敷設されている光ケーブルから１本の光ファイバ１３を選択して、この光ファイバ１３に対して外部振動、側圧、回転運動を加えたこととする。
【００５３】
まず、ステップＳ１０では、タイマ４７からＣＰＵ４１に出力される割込信号ＩＮＴの数を計数するための自然数からなる計数値ｋをｋ＝０として初期化する。次いで、ステップＳ２０では、タイマ４７にサンプリング時間間隔Δｔを設定して計時を開始させる。
【００５４】
次いで、ステップＳ３０では、信号処理部３１に設けられたＣＰＵ４１は、基準となる時刻ｔ＝０において、パルス発生指示信号を発生して送光器２１に出力する。送光器２１は、信号処理部３１からのパルス発生指示信号に応じてパルス発生器によりパルス信号を発生し、さらに、このパルス信号に応じて半導体レーザが光パルスを出力する。
【００５５】
送光器２１より出力された光パルスは、ビームスプリッタ２３を通過し、この光パルスを最も透過するようにその偏光角が調整された偏光子２５からコネクタ部２７を介して光ファイバ１３に入射される。入射光パルスは、光ファイバ１３内を伝送する。
【００５６】
光ファイバ１３内に入射された光パルスにより発生したレイリー後方散乱光やフレネル反射光は、コネクタ部２７から偏光子２５に到達する。偏光子２５は、上述した偏光角に調整されており、コネクタ部２７から入射されるレイリー後方散乱光やフレネル反射光のうち現在の偏光子２５の偏光角を有する光のみが透過してビームスプリッタ２３に到達し、さらに、ビームスプリッタ２３により受光器２９側へ伝送される。
【００５７】
受光器２９では、フォトダイオードにより光を受光レベルに変換して信号処理部３１に出力する。受光器２９で受信した光レベルは信号処理部３１に設けられたＡ／Ｄ変換器４９に入力される。
【００５８】
次いで、ステップＳ４０では、ＣＰＵ４１は、Ａ／Ｄ変換器４９からＡ／Ｄ変換された光レベルデータをレジスタに読み込む。さらに、ステップＳ５０では、ＣＰＵ４１は、レジスタに読み込んだ光レベルデータに計数値ｋを付加してＲＡＭ４５のワークエリアに記憶することで、光レベルデータを受信時間毎に管理することができる。
【００５９】
次いで、ステップＳ６０では、ＣＰＵ４１は、計数値ｋに基づいて現在受信した光の散乱位置までの距離ｓを算出する。すなわち、光ファイバ１３の群屈折率Ｎと真空中の光速度ｃから光ファイバ１３中の光速度ｖを求めると、
【数６】
ｖ＝ｃ／Ｎ （６）
となる。さらに、求めたｖ、現在の計数値ｋおよびサンプリング時間間隔Δｔに基づいて、距離ｓを求めると、
【数７】
ｓ＝ｖ・ｋ・Δｔ／２ （７）
となる。
【００６０】
次いで、ステップＳ７０では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４５のワークエリアに記憶されている現在の計数値ｋに対応させて求めた距離ｓを記憶する。この結果、ワークエリアには、スタート時点から現在までの計数値ｋに対応して光レベルデータと距離ｓが記憶される。
【００６１】
次いで、ステップＳ８０では、タイマ４７からサンプリング時間間隔Δｔ毎に出力される割込信号ＩＮＴがＣＰＵ４１に入力されたか否かを判断する。割込信号ＩＮＴがＣＰＵ４１に入力された場合には、ステップＳ９０に進み、現在の計数値ｋに１を加算して最新の計数値ｋを求め、ステップＳ４０に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００６２】
一方、割込信号ＩＮＴがＣＰＵに入力されていない場合には、ステップＳ１００に進み、ＣＰＵ４１は、現在の計数値ｋが最大値ｋｍａｘ に到達したか否かを判断する。なお、最大値ｋｍａｘ は、本ＯＴＤＲ測定装置１１によりレイリー後方散乱光を測定可能な位置までの距離をサンプリング時間間隔Δｔの数で表している。
【００６３】
現在の計数値ｋが最大値ｋｍａｘ に到達していない場合には、ステップＳ８０に戻り、割込信号ＩＮＴが発生するのを待つ。
【００６４】
一方、現在の計数値ｋが最大値ｋｍａｘ に到達した場合には、ステップＳ１１０に進み、ＣＰＵ４１は、縦軸に受信レベルの大きさを表す数字、横軸に距離を表す数字からなる座標データを生成する。
【００６５】
次いで、ステップＳ１２０では、生成された座標データを表示部３３に出力する。この結果、表示部３３には縦軸に受信レベルの大きさを表す数字、横軸に距離を表す数字からなる座標が表示される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１３０では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４５のワークエリアに記憶されている原点から最大測定距離までの計数値ｋ、光レベルデータ、距離ｓのうち光レベルデータに対応して時間軸上の平均化処理を実行し、平均値ＤＡｋと距離ｓを対応させてＲＡＭ４５上の別のワークエリアに記憶する。すなわち、例えば計数値ｋ−１，ｋ，ｋ＋１の３点に対応する光レベルデータＤｋ−１，Ｄｋ ，Ｄｋ＋１に対して、平均値ＤＡｋを求めると、
【数８】
ＤＡｋ＝（Ｄｋ−１＋Ｄｋ ＋Ｄｋ＋１）／３ （８）
となる。この結果、光レベルデータの信号対雑音比が向上する。
【００６７】
次いで、ステップＳ１４０では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４５上の別のワークエリアに記憶されている平均値ＤＡｋと距離ｓを順次に読み出し、表示部３３に出力する。この結果、表示部３３には距離ｓに対応する光レベルデータの平均値ＤＡｋが、図１０に示すように、グラフ化してＯＤＴＲ波形が表示される。
【００６８】
なお、図１０に示すＰはレイリー後方散乱光により形成された光レベルの最大値であり、Ｈａは距離ｓに対応して取り得るレイリー後方散乱光の最高レベルであり、Ｈｂは距離ｓに対応して取り得るバックグラウンドレベルである。図１０に示すＯＤＴＲ波形のように、レイリー後方散乱光の光レベルの最大値Ｐが現われる条件は、光ファイバ１３に対して外部応力が加わったときに、レイリー後方散乱光が有する角度が偏光子２５の角度γに最も近い場合である。
【００６９】
（実験例）
図１１は、光ケーブル１３を分岐するためのクロージャ６１の構成を示す図である。このクロージャ６１からある距離を隔てた位置にＯＴＤＲ測定装置１１が接続されていることとする。なお、図１１に示すクロージャ６１に代わって、光成端箱を接続してもよい。
【００７０】
クロージャ６１の内部では例えば光ファイバ１３−１〜１３−ｎがそれぞれ数ｍの余長を吸収するために、図１１に示すように、略円形状の束６３として余長収納トレイ（図示しない）に収納されている。
【００７１】
ＯＴＤＲ測定装置１１が配置されている局Ａからある距離だけ離れた中間部の架線に、図１１に示すようなクロージャ６１が設けられているとする。そこで、光ケーブルから任意の１本の光ファイバを選択して、この光ファイバの略円形状の束６３に対して、紙面左右方向を回転軸にして上下に回転を加え、束６３に揺動を加えたこととする。
【００７２】
次いで、図１２は、クロージャ６１内に収容された光ファイバの略円形状の束６３に対して揺動を加えた場合に、ＯＴＤＲ測定装置１１により表示されるＯＴＤＲ波形を示すグラフである。
【００７３】
この場合、ＯＴＤＲ測定装置１１では図１２に示すような波形が観測される。図１２に示すＰ１ 〜Ｐ５ は、束６３に上述した揺動を加えた場合のレイリー後方散乱光により形成された光レベルであり、Ｈａは距離ｓに対応して取り得るレイリー後方散乱光の最高レベルであり、Ｈｂは距離ｓに対応して取り得るバックグラウンドレベルである。図１２に示すＯＤＴＲ波形のように、レイリー後方散乱光の光レベルがＰ１ 〜Ｐ５ が現われる条件は、光ファイバの束６３に対して揺動を加えたときに、偏光子２５の角度γが任意に設定されている場合である。
【００７４】
（応用例１）
本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１は、光ファイバを使った浸入検知システムに適用することができる。
【００７５】
建造物や施設などの監視対象物の周囲に光ファイバを張り巡らしておき、侵入者が侵入したときに発生する振動を光ファイバに加わるようにしておき、揺動に応じて発生するレイリー後方散乱光をＯＴＤＲ測定装置１１で検知することで、施設内への浸入を検知することが可能になる。
【００７６】
従来行われていた施設に対する監視カメラによる監視に比べて、施設全周に対しての侵入検知が可能であり、従来のようなカメラ死角をなくすことができる。光ファイバとＯＴＤＲ測定装置を用いた侵入検知システムであるのでコスト低減に寄与することができる。
【００７７】
（応用例２）
本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１は、光ファイバを使った設備異常検知システムに適用することができる。
【００７８】
機械設備の周辺に光ファイバを布設し、異常振動が光ファイバに加わるようにしておき、この異常振動に応じて発生するレイリー後方散乱光をＯＴＤＲ測定装置１１で検知することで、異常振動の有無を検知することができる。特に、発電所のタービンなどの回転体を収容した施設に適用することで、保守・監視の省力化に寄与することができる。
【００７９】
以上のように、本実施の形態によれば、光ファイバに加わった振動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともにこの偏光角を有するレイリー後方散乱光を偏光子に透過させて受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することで、複数の光ファイバのうちの１本に振動が加わったか否かをＯＴＤＲ波形から視認することができる。この結果、複数の光ファイバが輻輳している状態でも、任意のケーブル心線を識別することができる。また、光ファイバの端部にのみ本ＯＴＤＲ測定装置を配置して心線対照を行うので、従来の技術に比べて利便性と省力化に寄与することができ、即応性と作業効率の向上に寄与することができる。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、光ファイバに加わった振動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともにこの偏光角を有するレイリー後方散乱光を偏光子に透過させて受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することで、複数の光ファイバのうちの１本に振動が加わったか否かをＯＴＤＲ波形から視認することができる。この結果、複数の光ファイバが輻輳している状態でも、任意のケーブル心線を識別することができる。また、光ファイバの端部にのみ本ＯＴＤＲ測定装置を配置して心線対照を行うので、従来の技術に比べて利便性と省力化に寄与することができ、即応性と作業効率の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ内で後方散乱光が発生する様子を説明するための図である。
【図２】３種類の後方散乱光の散乱光スペクトラムを表す図である。
【図３】光ファイバ１３に外力を与えた時に生じる伝搬光の特性変動の概念図である。
【図４】光ファイバ１３の側方から外部応力が印加されているモデルである。
【図５】光の電界ベクトルと偏光子の方向を示すグラフである。
【図６】ＯＴＤＲ測定装置１１を局Ａ側に配置し、複数の光ファイバのうちの１本にのみ外部応力を加えたことを表す図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るＯＴＤＲ測定装置１１のブロック構成を示す図である。
【図８】信号処理部３１の内部構成を示す図である。
【図９】ＯＴＤＲ測定装置１１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】レイリー後方散乱光により形成された光レベルのピークを示すグラフである。
【図１１】光ケーブル１３を分岐するためのクロージャ６１の構成を示す図である。
【図１２】クロージャ６１内に収容された光ファイバの略円形状の束６３に対して揺動を加えた場合に、ＯＴＤＲ測定装置１１により表示されるＯＴＤＲ波形を示すグラフである。
【図１３】従来のＯＴＤＲ測定装置が適用されるシステムを示す図である。
【符号の説明】
１１ ＯＴＤＲ測定装置
１３ 光ファイバ
２１ 送光器
２３ ビームスプリッタ
２５ 偏光子
２７ コネクタ部
２９ 受光器
３１ 信号処理部
３３ 表示部
４１ ＣＰＵ
４３ ＲＯＭ
４５ ＲＡＭ
４７ タイマ
４９ Ａ／Ｄ変換器
Claims (2)
- 光ケーブルに収容された複数の光ファイバのうちの１本に送光器からパルス光を出射し、該光ファイバから入射する後方散乱光を受光器により受光してＯＴＤＲ波形を表示するＯＴＤＲ測定装置であって、
前記送光器からのパルス光を最大になる偏光角で透過して前記光ファイバの端部に出射するとともに、該光ファイバの端部から該偏光角を有する後方散乱光のみを透過して前記受光器に出射する偏光子を備え、
前記光ファイバに加わった振動、側圧および回転運動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともに前記偏光角を有するレイリー後方散乱光を前記偏光子に透過させて前記受光器に与え、該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することを特徴とするＯＴＤＲ測定装置。 - 光ケーブルに収容された複数の光ファイバのうちの１本に送光器からパルス光を出射し、該光ファイバから入射する後方散乱光を受光器により受光してＯＴＤＲ波形を表示するＯＴＤＲ測定方法であって、
前記送光器からのパルス光を最大になる偏光角で透過して前記光ファイバの端部に偏光子から出射するとともに、該光ファイバの端部から該偏光角を有する後方散乱光のみを透過して前記偏光子から前記受光器に出射し、
前記光ファイバに加わった振動、側圧および回転運動に応じて偏波面が変動する特性を有するとともに前記偏光角を有するレイリー後方散乱光を前記偏光子に透過させて前記受光器に与え、
該レイリー後方散乱光の受光レベルの変動をＯＴＤＲ波形として表示することを特徴とするＯＴＤＲ測定方法。
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