JP2007281779A - 光線路の障害検出方法及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光線路の障害情報を、光線路の途中に設置した複数の中継地点でそれぞれ取得でき、取得した障害情報に基づいて関連する制御を直ちに行なうことができる安価な光線路の障害検出方法と、これを用いた障害発生制御方法を提供する。
【解決手段】光学的に連続した往路と復路からなる光ファイバ線路２ａ，２ｂの信号光を複数の中継地点Ｂ〜Ｊで常時検出し、信号光のレベルが所定値以下になったことにより光ファイバ線路２ａ，２ｂに障害が生じたことを、複数の中継地点Ｂ〜Ｊでそれぞれ検出して障害情報として取得する。取得した障害情報により各中継地点における関連制御装置を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ線路の断線等の障害を検出する光線路の障害検出方法、及び、この光線路の障害検出方法を用いて、パイプライン等の長尺敷設物の障害発生を検出し、これを制御する障害発生制御方法に関する。

従来、光ファイバ通信線路網の断線等の障害を検出するのに、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）が用いられている。このＯＴＤＲは、被測定光線路の光ファイバ線路の一端から高出力、狭パルス幅のレーザ光を入射させると、光ファイバ中で生じる後方散乱光や、出射端面、接続面、破断面等で生じる反射光等が入射端側に戻ってくる。この戻ってきた光信号の強度を測定して得られる波形を観察することによって、被測定光ファイバ線路に断線等の障害が生じた場合には、その位置を検出できるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平７−２０２８０５号公報 特開平９−２４７１０２号公報

上述のＯＴＤＲを用いた光線路の監視は、光ファイバ線路の一方の端部から試験パルスを入れ、その反射光を見て断線しているか否かを判断するもので、試験端末側から操作を行なうことによって、初めて断線等の障害やその位置等を監視・検出することができる。したがって、常時、光線路を監視しているわけではなく、障害発生を即時に検出することはできない。

また、伝送装置等を備えた光線路の中継地点では、伝送装置に警報を発生させることにより、障害発生情報を得ることは可能であるが、伝送装置を備えていない中継地点（例えば、無人の中継所等）では断線情報を取得することはできない。また、ＯＴＤＲにより断線等の障害個所を特定できたとしても、障害発生地点の下流では光線路自体が断線して使用できないことから、断線発生地点の下流側には、これらの情報を送るのに別の通信手段も用意しておく必要がある。

光ファイバを用いた光線路は、電気的線路に比べ通信情報量も多く電気的接点部分を有しないことから保守管理がしやすく、このため、各種装置の監視制御等への適用が検討されている。また、ケーブル線路や管路等の長尺敷設物の破断や障害発生の監視が可能であり、特に可燃ガスや石油等の可燃流体のパイプライン破断事故等の検出への利用が考えられる。この場合、障害検出用の光線路は、多数の中継地点を経て敷設距離数十ｋｍ以上の長距離になることがある。そして、上記中継地点は、パイプラインの管理事務所的なもの或いは無人ではあるがパイプラインの保全、点検等の際の開閉弁操作機構や緊急遮蔽弁を備えているものなどがある。

また、石油、ガス等のパイプラインシステムにおいては、テレメータ・テレコントロール（ＴＭＴＣ）装置等による遠隔監視制御が行なわれていて、パイプ内の圧力等を常時検出し、障害発生や大量漏洩を検出したときは、直ちに緊急遮蔽弁が作動されるようにしている。しかし、この監視制御には信号線が用いられるが、この信号線自体が断線等で通信が不可能となることがある。このような場合は、中央局への障害発生情報が伝わらず、中央局からの制御も行なわれなくなる。このような場合、各中継地点（子局）での緊急操作が必要となるが、中央局から障害情報を受取るのではなく、子局自身で障害情報を得る必要がある。

安全性確保のため、２重チェックや予備の信号線を備える場合もあるが、コスト高となるうえに、十分とは言えない。さらに、パイプラインシステムを長時間停止できない場合もあり、障害が小さい場合は早期に回復できることも求められている。したがって、上述のようなパイプラインの障害発生や大量漏洩の検出には、できるだけシンプルな方法で設置され、しかし、その検出とその後の制御操作は、迅速かつ確実に行なわれなければならない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、光線路の障害情報を、光線路の途中に設置した複数の中継地点でそれぞれ取得でき、取得した障害情報に基づいて関連する制御を直ちに行なうことができる安価な光線路の障害検出方法と、これを用いた障害発生制御方法の提供を課題とする。

本発明による光線路の障害検出方法は、光学的に連続した往路と復路からなる光ファイバ線路の信号光を複数の中継地点で常時検出し、信号光のレベルが所定値以下になったことにより光ファイバ線路に障害が生じたことを、複数の中継地点でそれぞれ検出して障害情報として取得するものである。

また、本発明による制御方法は、光学的に連続した往路と復路からなる光ファイバ線路を長尺敷設物に一体的に添設し、光ファイバ線路の信号光を複数の中継地点で常時検出し、信号光のレベルが所定値以下になったことにより、長尺敷設物に障害が生じたことを複数の中継地点でそれぞれ検出して障害情報として取得し、取得した障害情報により各中継地点における関連制御装置を制御するものである。

本発明によれば、光線路の障害情報を線路区間内の複数の地点で直ちに取得することができ、この障害情報に基づいて、各検出地点で適切な障害発生への対応を可能とすることができる。また、所定の地点ごとに減衰を補う新たな信号光を送出する構成とすることにより、検出システム全体をシンプルにすることができる。さらに、この光線路の断線検出をパイプライン等の障害検出に用いることにより、パイプラインの障害発生を確実に検出すると共に障害発生による被害を最小限に抑えることが可能となる。

図１及び図２により、本発明による光線路の障害検出方法の実施形態を説明する。図１は光線路に多数の中継地点を設置した状態を示す図、図２（Ａ）は光検出装置の概略を説明する図、図２（Ｂ）は制御機能付光源装置の概略を説明する図である。図中、１は光線路、２ａ，２ｂ，２ｃは光ファイバ線路、３は光検出装置、４は光源装置、４ａは制御機能付光源装置、５は光入力端、６は光出力端、７は光分岐器、８は検出回路、９は駆動回路、１０ａ，１０ｂはレーザ発光素子、１１は検出回路、１２は光合波器、１３は光出力端、１４は制御端子を示す。

図１において、光線路１は、例えば、単心又は多心の光ファイバを収納した光ケーブルを始端地点Ａから終端地点Ｋまで敷設して形成される。そして、始端地点Ａから終端地点Ｋの間は、適当なスパンで中継地点Ｂ〜Ｊが設置されているものとする。中継地点Ｂ〜Ｊは、光線路１の子局、中継所等の人が管理しているような場所であり、或いは、無人の中継所或いは中継ボックスのような場所であってもよい。

また、光線路１は、例えば、往路用の光ファイバ線路２ａと復路用の光ファイバ線路２ｂとを折返し用の光ファイバ線路２ｃで連続させた往復路で構成される。往路と復路の光ファイバ線路２ａと２ｂは、多心の光ケーブル内の２心を用いて形成してもよく、２本の単心光ケーブルを平行に敷設して形成してもよい。

光線路１の始端地点Ａには、下流側に送出する信号光の光源装置４が配設され、また、復路の終端として戻り光を検出する光検出装置３が配設される。中継地点Ｂから終端地点Ｋまでは、光線路１内の信号光のレベルを検出する光検出装置３が、往路と復路で２セット分配設され、また、所定の中継地点には制御機能付光源装置４ａが配設される。図の例では、中継地点Ｅと中継地点Ｊで往路側の光ファイバ線路２ａに配設され、中継地点Ｇの復路側の光ファイバ線路２ｂに配設されている。

光検出装置３は、図２（Ａ）に一例として示すように、光入力端５と光出力端６との間に光分岐器７を設け、分岐光を受光して信号光のレベルを検出する検出回路８を備えた構成のものである。光入力端５には、光コネクタ等を用いて上流からの信号光が入射され、光出力端６から光コネクタ等を用いて光分岐器７で分岐されずに通過した信号光が下流側に出射される。光分岐器７は、例えば、分岐比１：４程度のもので、検出回路８において、分岐光のレベルが閾値以下となったとき、上流側（光源側）の光線路１に断線等の障害が生じたとして、これを検出することができる。この検出信号は、障害情報として電気信号の形で出力され、警報、遮断機構等の関連装置への制御信号とすることができる。

制御機能付光源装置４ａは、図２（Ｂ）に一例として示すように、１対のレーザ発光素子１０ａ，１０ｂを駆動して光を送出する駆動回路９とレーザ発光素子１０ａ，１０ｂの発光状態をモニタする検出回路１１を備えた構成のものである。レーザ発光素子１０ａ，１０ｂからの２つのレーザ光は、光合波器１２により合波されるか又は切換えられて、光出力端１３から光コネクタ等を用いて光線路１に出射される。この制御機能付光源装置４ａは、制御端子１４を備え、この制御端子１４に所定の信号が入力されたとき、レーザ発光素子１０ａ，１０ｂの駆動を停止させることができる。すなわち、制御端子１４に図２（Ａ）の光検出装置３からの断線等の障害情報を入力すると、駆動回路９を停止させ光の送出を停止させることができる。

制御機能付光源装置４ａは、光線路中でのロス及び各中継地点で障害検出のために分岐されて減じられた信号光が、どの中継地点まで送出されるかによって、配設点が決められる。この制御機能付光源装置４ａは、信号光が送られてくる上流側で断線が生じている場合は、起動が停止され下流側に信号光を送出しないようにする必要があり、上流側の断線情報によって制御される。なお、この制御機能付光源装置４ａに代えて、光増幅装置を用いて減衰された信号光を増幅する構成とすることも可能である。しかし、光増幅装置を用いる場合は、コスト的に高価なものとなる。

図１に戻って、上述のように敷設された光線路１における断線検出方法について説明する。光線路１には始端地点Ａにおいて、光源装置４により断線検出用の信号光が、往路側の光ファイバ線路２ａに入力され、下流側に向けて送出される。送出された信号光は、中継地点Ｂ〜Ｅにおいて光検出装置３でそれぞれ受光され、分岐光のレベルが所定値以上になっていることにより、自己の地点より上流側においては断線が生じていないという情報が得られる。

始端地点Ａから送出された信号光は、中継地点Ｅまで送られ、中継地点Ｅにおいて光検出装置３で断線情報が生じていなければ、制御機能付光源装置４ａを起動し、新たに下流側の光ファイバ線路２ａに向けて断線検出用の信号光を送出する。中継地点Ｅから中継地点Ｊまでは、前記と同様の態様で信号光が送出され、中継地点Ｊにおいて、新たに制御機能付光源装置４ａが起動されて終端地点Ｋに信号光が送出される。終端地点Ｋでは、折返しの光ファイバ線路２ｃにより、往路側の光ファイバ線路２ａと復路の光ファイバ線路２ｂに連続させる。なお、終端地点Ｋ内で折返す場合は、光検出装置３は１つでもよいが、図１では２つ備えた形態で示してある。

終端地点Ｋからは復路側の光ファイバ線路２ｂにより、上流の始端地点Ａに向けて信号光が送出される。光ファイバ線路２ｂに送出された信号光に、中継地点Ｇに至るまでに断線情報が生じていなければ、中継地点Ｇに新たに制御機能付光源装置４ａが起動されて、上流の始端地点Ａに向けて信号光が送出される。なお、始端地点Ａの光源装置４に制御機能付光源装置４ａを用い、復路終端の光検出装置３からの信号に断線情報が生じていなければ、信号光が継続供給される。しかし、下流側に断線が生じている場合は、この光検出装置３で信号光が検出されないので、例えば、点線Ｒｅで示すように、この情報で光源装置４の信号光供給を遮断することができる。すなわち、往路と復路が完全に閉じたループとなるように構成してもよい。

ここで、例えば、中継地点ＦとＧの間のＸ地点で、光線路１に断線が生じたとする。なお、光線路１の断線とは、少なくとも往路側の光ファイバ線路２ａで断線される状態を言い、復路側の光ファイバ線路２ｂでは同地点で同時に断線されても、されなくてもよい。Ｘ地点で断線が生じると、往路側の光ファイバ線路２ａにおいては、中継地点Ｆまでは光検出装置３には断線情報が生ぜず、中継地点Ｇ以降の下流側の全地点で検出装置３に断線情報が生じる。

したがって、往路側の光ファイバ線路２ａからは、始端地点Ａから中継地点Ｆの各地点では、各地点の上流側の光線路１に断線は生じていないと判断できるが、自己地点より下流側の地点で断線が生じているか否かは判断することはできない。中継地点Ｇから終端地点Ｋの各地点では、自己地点の上流側のどこかで断線が生じたことを知ることができる。すなわち、往路側の光ファイバ線路２ａに光検出装置３を設置しただけでは、光線路１に断線が生じていることを検出できない地点があることとなる。また、復路側の光ファイバ線路２ｂに光検出装置３を設置しただけの場合、全ての地点で、光線路１のどこかで断線が生じたことを知ることができるが、どの位置で断線が生じているかは検出できない。

復路側の光ファイバ線路２ｂにおいては、終端地点Ｋから始端地点Ａの全地点で光検出装置３から信号光が検出されず、光線路１のどこかで断線が生じていることを知ることができる。したがって、往路側の光ファイバ線路２ａと復路側の光ファイバ線路２ｂとからの情報を合わせることにより、始端地点Ａから中継地点Ｅの各地点においては、往路側では所定レベルの光検出がＯＫ、で復路側の光検出がＮＯということで、自己地点より上流側での断線は生じていないが下流側のどこかで断線が生じているとの断線情報を得ることができる。中継地点Ｇから終端地点Ｋは、往路側の光ファイバ線路２ａと復路側の光ファイバ線路２ｂの両方で所定レベルの光検出がＮＯということで、自己地点より上流側のどこかで断線が生じているとの断線情報を得ることができる。

上記の光線路１は、光ファイバ線路２ａ，２ｂ自体が検知素子として、長尺又は長距離の道路、管路、ケーブル等の敷設構造物やその他監視を必要とする河川等の自然構造物に近接又は接するように敷設され、所定の区間ごとに設置された地点において、光線路の断線等によりこれら構造物における障害発生を検出できる。各検出地点においては、障害発生の情報（上流側か下流側を含む）に基づいて、警告情報を出したり、関連する制御装置に制御信号を発するなどして、障害発生に伴う危険拡大等を未然に防止する対応を直ちにとることができる。

図３は、長尺敷設物の形態の１つである石油やガスの可燃流体や気体を輸送するパイプラインシステムでの障害発生を検出し、この障害発生を制御する例を説明する図である。図中、１５はパイプライン、１６は緊急開閉弁、１７は流体送出ポンプ、１８はテレメータ・テレコントロール信号線（信号伝送線）、１９は弁作動機構、２０は圧力発信装置を示し、その他の符号は、図１及び図２で使用した符号を用いることにより説明を省略する。

石油等の可燃流体のパイプライン１５には、所定或いは任意の間隔で、例えば、テレメータ・テレコントロール装置子局（中継地点Ａ〜Ｋ）が設けられ、通常、パイプラインに沿ってテレメータ・テレコントロール信号線１８（以下、単に信号伝送線という）等の信号伝送線が敷設される。パイプライン１５の全体の監視制御は、この信号伝送線１８を介して中央局等からの指令に基づいて行なわれる。この信号伝送線１８には、パイプライン１５に配設された緊急開閉弁１６の開閉を行なう弁作動機構１９への制御信号、パイプライン１５の圧力を計測し送信する圧力発信装置２０からの情報信号等が供給されている。

パイプライン１５自体には、破断や漏洩等の障害が発生していないが、信号伝送線１８に断線等の障害発生が生じることがある。この場合、信号伝送線１８によるパイプライン１５の監視制御ができなくなることから、安全のためパイプライン１５の作動を直ちに停止させる必要がある。なお、重要度に応じて信号伝送線１８を２回線設けるなど２重化するなども行なわれているが、コスト高になる上、完全な保護にはなっていない。図３は、このような信号伝送線に対する障害検出を行なうと共に、これに関連するパイプライン１５の緊急開閉弁１６の作動制御を行なう一例を示したものである。

信号伝送線１８には、図１で説明した光ファイバ線路２ａ，２ｂからなる光線路１が物理的に一体的又は近接して配置され、この信号伝送線１８自体に断線等の障害が生じると、光ファイバ線路２ａ，２ｂからなる光線路１で障害発生が検出される。信号伝送線１８は、電気的な通信ケーブル又は光ファイバを用いた光ケーブルであってもよい。信号伝送線１８として複数本の光ファイバを収納した光ケーブルを用いる場合、光ケーブル内の２本の光ファイバを障害検出用の往復光ファイバ線路２ａ，２ｂとし、残りを信号伝送線１８として使用することができる。

パイプライン１５に沿って設けられている中継地点Ｂ〜終端地点Ｋには、図１で説明したのと同様に光線路１の光検出装置３、制御機能付光源装置４ａ等が設置され、光線路１の障害発生（信号伝送線１８の障害発生）は各地点で検出することができる。また、この障害発生は、検出地点から下流側で生じたか、上流側で生じたかを含めて障害発生と同時に直ちに検出することができる。検出された障害情報は、制御信号の形態で弁作動機構１９に送出され、各地点の緊急開閉弁１６を直ちに閉じることができる。

例えば、図１の場合と同様に、中継地点ＦとＧの間のＸ地点で信号伝送線１８が破断されたり屈曲されたりして障害が生じたとする。この障害情報は、信号伝送線１８によらずに中継地点Ｂ〜中継地点Ｅの各地点においては、自己地点より上流側では正常であるが、下流側のどこかで障害が生じているとの障害情報を得ることができる。また、同様に中継地点Ｇ〜終端地点Ｋの各地点においては、自己地点より上流側の信号伝送線１８がどこかで障害が生じているとの障害情報を得ることができる。

各地点で取得された信号伝送線１８の障害情報により、これと関連する始端地点Ａの流体送出ポンプ１７、中継地点Ｂ〜終端地点Ｋの各地点に設置された緊急開閉弁１６の全てを直ちに閉じることができる。信号伝送線１８の障害が取除かれた（障害検出用の光線路も回復）後は、信号伝送線１８からの信号により再稼働させてもよく、手動で行なってもよい。また、予備の信号伝送線が設けられている場合は、障害情報の発生により直ちに切換えて、パイプライン１５を継続して監視制御するようにしてもよい。

なお、障害検出用の光ファイバ線路２ａ，２ｂをパイプライン１５に直接添設して、パイプライン１５自体の破断等の障害発生を直接検出することもできる。また、障害発生地点が各中継地点の上流にあるか下流にあるかによって、緊急開閉弁１６の作動タイミングをずらすこともできる。

例えば、パイプライン１５の障害発生のＸ地点より上流側にある始端地点Ａ及び中継地点Ｂ〜Ｆでは、Ｘ地点の位置までは特定できなくても、下流側のどこかで障害発生が生じているとの情報が得られている。そこで、可燃流体が大量に漏洩しないように、障害情報に基づいて緊急開閉弁１６を直ちに閉じる制御を行なうことが可能となる。これにより、大量の可燃流体を外部に流出させるのを防止することができ、また、大量流出による大きな事故や災害に至らないようにすることができる。

他方、パイプライン１５の障害発生のＸ地点より下流側にある中継地点Ｇ〜終端地点Ｋでは、Ｘ地点の位置までは特定できなくても、上流側のどこかで障害発生が生じているとして、いずれパイプライン１５が停止されるとして、緊急開閉弁１６を閉じる制御を行なう。しかし、中継地点におけるパイプラインの設置状態にもよるが、障害発生でパイプ内での逆流もなく直ちに緊急開閉弁１６を閉じる必要がない場合は、パイプ内の可燃流体が下流に全部流れきった後で、緊急開閉弁１６を閉じるなど、過渡擾乱のないスムーズな制御を行なうことも可能となる。

以上のように、パイプライン等での障害発生制御に、図１に示すような光線路の障害検出方法を用いて障害検出を行なうことにより、障害発生を複数の地点で直ちに取得することができる。この結果、これに関連する緊急開閉弁の作動等を、各障害検出地点で直ちに行なうことができ、障害発生を事前に又は最小限に抑えることが可能となる。また、障害発生地点が検出地点の上流であるか下流であるかの情報も得ることができ、これに応じて緊急開閉弁の作動タイミングを変えることにより、最適な障害発生制御を行なうことができる。

本発明による光線路の障害検出方法の実施形態を説明する図である。 本発明に用いる光検出装置と制御機能付光源装置を説明する図である。 本発明によるパイプラインの障害発生制御方法の実施形態を説明する図である。

符号の説明

１…光線路、２ａ，２ｂ，２ｃ…光ファイバ線路、３…光検出装置、４…光源装置、４ａ…制御機能付光源装置、５…光入力端、６…光出力端、７…光分岐器、８…検出回路、９…駆動回路、１０ａ，１０ｂ…レーザ発光素子、１１…検出回路、１２…光合波器、１３…光出力端、１４…制御端子、１５…パイプライン、１６…緊急開閉弁、１７…流体送出ポンプ、１８…テレメータ・テレコントロール信号線（信号伝送線）、１９…弁作動機構、２０…圧力発信装置。

Claims (10)

1. 光学的に連続した往路と復路からなる光ファイバ線路の信号光を複数の中継地点で常時検出し、前記信号光のレベルが所定値以下になったことにより前記光ファイバ線路に障害が生じたことを、前記複数の中継地点でそれぞれ検出して障害情報として取得することを特徴とする光線路の障害検出方法。
2. 前記往路と復路の両方で、光ファイバ線路の信号光を検出することを特徴とする請求項１に記載の光線路の障害検出方法。
3. 前記中継地点で取得した前記障害情報を、前記中継地点の関連制御装置に送出することを特徴とする請求項１に記載の光線路の障害検出方法。
4. 前記中継地点の所定の中継地点で、前記光ファイバ線路の信号光の減衰を補うレベルの新たな信号光を送出するとともに、前記減衰を補うレベルの信号光の送出を障害情報によって停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の光線路の障害検出方法。
5. 前記減衰を補うレベルの新たな信号光の送出に、制御端子に所定の信号が入力されたとき、光の送出を停止する制御機能付光源装置が用いられていることを特徴とする請求項４に記載の光線路の障害検出方法。
6. 往路始端から送出された信号光は、復路終端からの断線情報により停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の光線路の障害検出方法。
7. 光学的に連続した往路と復路からなる光ファイバ線路を長尺敷設物に一体的に添設し、前記光ファイバ線路の信号光を複数の中継地点で常時検出し、前記信号光のレベルが所定値以下になったことにより、前記長尺敷設物に障害が生じたことを前記複数の中継地点でそれぞれ検出して障害情報として取得し、取得した前記障害情報により前記各中継地点における関連制御装置を制御することを特徴とする制御方法。
8. 前記長尺敷設物は、情報通信線であることを特徴とする請求項７に記載の制御方法。
9. 前記情報通信線は、パイプラインの監視制御を行なうための信号伝送線であり、前記制御装置は前記パイプラインの緊急遮断機構であることを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
10. 前記信号伝送線は、予備の信号伝送線を備え、前記障害情報によりパイプラインの監視制御を前記予備の信号伝送線に切換えることを特徴とする請求項８に記載の制御方法。

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