JP2008014731A - 監視・制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成によって計測結果に基づき、監視地点における監視及び制御を可能にする。
【解決手段】 パルス光を発射するＯＴＤＲ５と、異なる波長λ１，λ２の信号光を発射する第１及び第２のレーザーダイオード６ａ，６ｂと、上記パルス光と各信号光を合波して基幹の光ファイバ３に伝播させる光合波部８と、光ファイバ３に設けられている第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂとを備え、各監視装置２ａ，２ｂは光ファイバ３に設けられている光量分岐部９ａ，９ｂと波長分波部１０ａ，１０ｂと、上記光量分岐部に接続されている第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂと、上記波長分波部に接続されている第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂを備え、上記波長λ１の信号光は第１の表示装置１４ａに対応し、波長λ２の信号光は第２の表示装置１４ｂに対応している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＯＴＤＲ及び発光部による監視・制御システムに関するものである。

従来、例えば道路の冠水注意警報を発して円滑な交通状態を確保するために、光ファイバ及びセンサの特徴を生かした広域下での監視を可能とする監視システムが提案されている。
当該監視システムにおいて、道路管理センターと監視領域である道路の監視地点に設置されている検知装置との間は主線路である光ファイバで接続されている。道路管理センター側のパソコンによって制御されているＯＴＤＲからパルス光が出射されて光ファイバを介して検知装置のセンサに送られる。センサからの光パルスの反射光は、センサの状態により強度が変調され、ＯＴＤＲに戻る。ＯＴＤＲでは反射光の強度を測定して、パソコンは測定結果に基づいてセンサの状態を判定する。

測定結果によって監視地点に何らかの指令を出す必要がある場合、監視用の回線とは別系統の専用回線を利用しているのが実情であった。
この発明の目的は、簡単な構成によって計測結果に基づき、監視地点における監視及び制御を可能にすることにある。

この発明の第１の特徴は、制御装置によって制御されかつパルス光を発射するＯＴＤＲと、制御装置によって制御されかつ波長の異なる複数の信号光を発射する発光部と、上記パルス光と各信号光を合波して基幹の光ファイバに伝播させる光合波部と、上記光ファイバに設けられている複数の監視装置とを備えており、上記各監視装置は、基幹の光ファイバに設けられている光量分岐部と波長分波部と、上記光量分岐部に接続されているセンサと、上記波長分波部に接続されている指示装置を備えており、上記各発光部から発射させる波長の信号光は上記波長分波部のいずれかに対応していることにある。
この発明の第２の特徴は、上記第１の特徴を備え、基幹の光ファイバが左側ルートと右側ルートからなるループを形成しており、光量分岐部が上流側の分岐部と下流側の分岐部とからなり、波長分波部が上流側の分波部と下流側の分岐部とからなり、上記上流側の分岐部が左側ルート又は右側ルートのいずれか一側のルートに配置されており、上記上流側の分波部が上記上流側の分岐部と同じ側のルートに配置されていることにある。
この発明の第３の特徴は、上記第２の特徴を備え、上流側の分岐部及び上流側の分波部がいずれも２×２のカプラであり、下流側の各分岐部が２×１の３ｄＢカプラであることにある。

この発明によれば、専用の伝送装置などを必要としないで、監視地点の指示装置と波長を対応させることにより、簡単な構成により監視地点における監視と制御をすることができる。

この発明の第１の実施の形態である図１に示す監視・制御システムＳ１について説明する。
監視管理部である監視センター１と、この監視センターから離れておりかつ監視領域の複数の監視地点ａ，ｂにそれぞれ設置されている監視装置２（２ａ，２ｂ）との間は主線路である基幹の光ファイバ３で接続されている。
なお、第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂについて、これらの監視装置を総称する場合には、必要に応じて符号「２」を用いる。

監視センター１内には、制御装置４、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）５、発光部であるレーザーダイオード６（６ａ，６ｂ）、光結合部７及び光合波部８を設けてある。
なお、第１及び第２のレーザーダイオード６ａ，６ｂについて、これらのレーザーダイオードを総称する場合には、必要に応じて符号「６」を用いる。
制御装置４は、第１のレーザーダイオード６ａ及び第２のレーザーダイオード６ｂに対して並列関係にある。制御装置４は、制御信号を発信してレーザーダイオード６に対して異なる波長の信号光を発射するように制御することができるものであり、換言すれば、第１のレーザーダイオード６ａを駆動させて波長λ１の信号光を、また第２のレーザーダイオード６ｂを駆動させて波長λ２の信号光をそれぞれ発射するように制御可能である。
第１及び第２のレーザーダイオード６ａ，６ｂには例えばＣＷＤＭ（Ｃｏａｒｓｅ Ｗａｖｃｌｃｎｇｔｈ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｃｘｉｎｇ）などが使用されている。第１のレーザーダイオード６ａから発射される波長λ１の信号光と、第２のレーザーダイオード６ｂから発射される波長λ２の信号光とは光結合部７を通じて光合波部８に入射される。
ＯＴＤＲ５は制御装置４によって制御されており、パルス光（検査光又は試験光）を発射する。このパルス光は光合波部８に入射される。
光合波部８は、第１のレーザーダイオード６ａ及び第２のレーザーダイオード６ｂから発射される波長λ１，λ２の各信号光と、ＯＴＤＲ５から発射されるパルス光とを合波して基幹の光ファイバ３に発射する。

第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂは、第１及び第２の光量分岐部９ａ，９ｂ、第１及び第２の波長分波部１０ａ，１０ｂ、第１及び第２の光量分岐部に接続されている第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂ、第１及び第２の波長分波部から発射される信号光を電気信号に変換する第１及び第２の光・電気変換部１２ａ，１２ｂ、第１及び第２のリレーユニット１３ａ，１３ｂ並びに第１及び第２のリレーユニットに接続されている指示装置である第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂをそれぞれ設けてある。
第１及び第２の光量分岐部９ａ，９ｂ並びに第１及び第２の波長分波部１０ａ，１０ｂは基幹の光ファイバ３に接続されている。
第１及び第２の光量分岐部９ａ，９ｂは基幹の光ファイバ３を経て入射されたパルス光を第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂに発射させ、また第１及び第２のセンサから反射された反射光を基幹の光ファイバ３に戻す機能を備えている。第１及び第２の波長分波部１０ａ，１０ｂはいずれもパルス光と予め設定された特定の波長以外の波長の信号光を透過して基幹の光ファイバ３に伝播させ、特定の波長の信号光のみを分岐線路に伝播させる。図示の例では、第１の波長分波部１０ａはパルス光と波長λ２の信号光を透過し、波長λ１の信号光を分岐線路に伝播させ、最終的に第１の波長分波部から発射された波長λ１の信号光のみが第１の光・電気変換部１２ａ及びリレーユニット１３ａを介して制御信号となって表示装置１４ａに入力される。また第２の波長分波部１０ｂはパルス光と波長λ１の信号光を透過し、波長λ２の信号光を分岐線路に伝播させ、最終的に第２の波長分波部から発射された波長λ２の信号光のみが第２の光・電気変換部１２ｂ及びリレーユニット１３ｂを介して制御信号となって表示装置１４ｂに入力される。
第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂは監視対象である河川の岸、大型タンクなどに接続される。

監視及び制御方法について説明する。
ＯＴＤＲ５はパルス光（検査光又は試験光）を光合波部８を介して基幹の光ファイバ３に発射し、発射されたパルス光が第１及び第２の光量分岐部９ａ，９ｂを経てそれぞれ第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂに到達する。各パルス光は第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂで反射されるが、各反射光は第１及び第２のセンサの状態により強度が変調されて、第１及び第２の光量分岐部９ａ，９ｂ及び基幹の光ファイバ３を経てＯＴＤＲ５に戻る。ＯＴＤＲ５では反射光からセンサの位置及び強度を計測し、すなわち、反射光の到達時間と速度によって第１のセンサ１１ａ又は第２のセンサ１１ｂからの戻り光であるか否かを計測すると共に、強度を測定し、その計測結果を制御装置４に送信すると、制御装置は第１のセンサ１１ａ及び第２のセンサ１１ｂの位置を識別して、識別された反射光の強度から第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂのそれぞれの状態を判断する。この判断は、例えば第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂの初期状態の光強度を基準とする。
計測結果に基づいて制御装置４は、例えば監視地点ｂの第２の表示装置１４ｂを点灯させる必要があると判定した場合には、第２のレーザーダイオード６ｂを駆動させる。すると、第２のレーザーダイオード６ｂから波長λ２の信号光が発射され、この波長λ２の信号光は、基幹の光ファイバ３を経て監視地点ａの第１の監視装置２ａを通過して、監視地点ｂの第２の監視装置２ｂの第２の波長分波部１０ｂで分波され、分波された波長λ２の信号光は、光・電気変換部１２ｂ及びリレーユニット１３ｂを介して制御信号として第２の表示装置１４ｂに入力され、この第２の表示装置が動作される。

上述したように、監視センター１において、遠隔から動作させたい監視領域にある任意の表示装置（図１では第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂ）の制御は、これらの表示装置に対応させた波長λ１，λ２の信号光により行う。そのために、監視センター１には異なる波長の制御信号（信号光）を出力できる第１及び第２のレーザーダイオード６ａ，６ｂを配置し、第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂの上記異なる波長に対応可能である第１及び第２の波長分波部１０ａ，１０ｂを通じて、監視センターから出力される特定の制御信号（信号光）をこの制御信号に対応している各表示装置のみが受信できるようにしている。
このことによって、監視センター１は、監視領域の監視地点ａ，ｂに設置されている第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂを第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂの計測結果に基づいて遠隔から動作させることができる。

図１に示す監視・制御システムＳ１において、基幹の光ファイバ３が所定の箇所で断線した場合、例えば第１の監視装置２ａと第２の監視装置２ｂとの間を結ぶ光ファイバ３の箇所で断線した場合には、上記断線箇所以降に設置されている第２の監視装置２ｂにおける第２のセンサ１１ｂにはパルス光が届かず、同時に第２の表示装置１４ｂに信号光が届かず、第２の監視装置２ｂの監視及び制御が不可能となる。
そこで、このような不都合を生じないようにしたのが、図２に示す監視・制御システムＳ２である。

この発明の第２の実施の形態である図２に示す監視・制御システムＳ２について説明する。
なお、図１に示す監視・制御システムＳ１と共通する部分については詳細な説明を省略すると共に、監視・制御システムＳ２の説明上の符号に関して、図１に示す監視・制御システムと共通する部分には図１に付した符号をそのまま使用している。
図２に示す監視・制御システムＳ２の第１の特徴は、監視センター１と監視地点ａ，ｂの第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂとの間を接続する基幹の光ファイバ３に光スイッチ１５を設けると共に、この光スイッチと第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂとの間を接続する基幹の光ファイバ部分を一側ルートである左側ルート３ａと他側ルートである右側ルート３ｂとからなるループとしたところにある。
図２に示す監視・制御システムＳ２の第２の特徴は、左側ルート３ａに第１及び第２の監視装置２ａ，２ｂの第１及び第２の光量分岐部１０９ａ，１０９ｂ並びに第１及び第２の波長分波部１１０ａ，１１０ｂをそれぞれ設けているところにある。

第１及び第２の光量分岐部１０９ａ，１０９ｂを利用している第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂの接続基本構成について説明する。
第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂの接続基本構成はいずれも共通しているので、第１のセンサ１１ａの接続基本構成について図３を参照して説明し、第２のセンサ１１ｂのそれについての説明を省略する。
図３に示す第１の光量分岐部１０９ａは、基幹の光ファイバ３に接続されている上流側の分岐器１０９ａ１と、第１のセンサ１１ａ（図２）に接続されている下流側の分岐器１０９ａ２と、両分岐器間を接続する１側及び２側の分岐路とからなる。上流側の分岐器１０９ａ１として分岐比１〜１０％の２×２のカプラが用いられており、下流側の分岐器１０９ａ２として２×１の３ｄＢカプラが用いられており、第１のセンサ１１ａは下流側の分岐器１０９ａ２の１本のポート側に接続されている。

第１及び第２の波長分波部１１０ａ，１１０ｂを利用している第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂの接続基本構成について説明する。
第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂの接続基本構成はいずれも共通しているので、第１の表示装置１４ａの接続基本構成について図３を参照して説明し、第２の表示装置１４ｂのそれについての説明を省略する。
第１の波長分波部１１０ａは、基幹の光ファイバ３に接続されている上流側の分波器１１０ａ１と、第１の光・電気変換部１２ａ（図２）に接続されている下流側の分岐器１１０ａ２と、上流側の分波器と下流側の分岐器との間を接続する１側及び２側の分岐路とからなる。上流側の分波器１１０ａ１として２×２のカプラが用いられており、下流側の分岐器１１０ａ２として２×１の３ｄＢカプラが用いられており、第１の表示装置１４ａは第１の光・電気変換部１２ａを介して下流側の分岐器１１０ａ２の１本のポート側に接続されている。

図２及び図３において、第１及び第２のセンサ１１ａ，１１ｂを基幹の光ファイバ３の左側ルート３ａを通じて監視する時、ＯＴＤＲ５から発射されるパルス光（検査光又は試験光）について述べると、パルス光は第１の光量分岐部１０９ａの上流側の分岐器１０９ａ１により所定の分岐比で分岐され、１側（図３右側）を通り下流側の分岐器１０９ａ２を経由して第１のセンサ１１ａに到達する。反対に、第１のセンサ１１ａを基幹の光ファイバ３の右側ルート３ｂから監視する時、パルス光は上流側の分岐器１０９ａ１により分岐され、２側（図３左側）を通り下流側の分岐器１０９ａ２を経由して第１のセンサ１１ａに到達する。
ＯＴＤＲ５から発射されるパルス光と第２のセンサ１１ｂとの関係について、パルス光と第１のセンサ１１ａとの関係と同様である。

また図２及び図３において、第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂを基幹の光ファイバ３の左側ルート３ａを通じて制御する時、第１のレーザーダイオード６ａから発射される波長λ１の信号光について述べると、信号光は第１の波長分波部１１０ａの上流側の分波器１１０ａ１から所定の波長が分波され、１側（図３右側）を通り下流側の分岐器１１０ａ２を経由して波長λ１の信号光のみが第１の光・電気変換部１２ａ及びリレーユニット１３ａを介して制御信号となって第１の表示装置１４ａに入力される。反対に、第１の表示装置１４ａを基幹の光ファイバ３の右側ルート３ｂから制御する時、信号光は上流側の分波器１１０ａ１により分波され、２側（図３左側）を通り下流側の分岐器１１０ａ２を経由し最終的に波長λ１の信号光のみが第１の表示装置１４ａに入力される。
第２のレーザーダイオード６ｂから発射される波長λ２の信号光と第２の表示装置１４ｂとの関係について、上記した第１のレーザーダイオード６ａから発射される波長λ１の信号光と第１の表示装置１４ａとの関係と同様である。ただし、第２の表示装置１４ｂには、第２のレーザーダイオード６ｂから発射される波長λ２の信号光のみが入力される。

図２に示す光ファイバ３の断線箇所が第１の監視装置２ａと第２の監視装置２ｂとの間で生じた場合、光スイッチ１５を通じて基幹の光ファイバの逆側（右側ルート３ｂ）からパルス光及び信号光を入れることにより、断線箇所以降のセンサ及び表示装置（図２では第２のセンサ１１ｂ及びこれに後続する後順位のセンサ並びに第２の表示装置１４ｂ及びこれに後続する後順位の表示装置）の監視・制御を継続することができるから、結局、基幹の光ファイバの断線時においても、監視領域に位置している全てのセンサ及び表示装置の監視・制御を続けることができる。
したがって、ＯＴＤＲ５及びレーザーダイオード６による監視・制御システムにおいて、上述したセンサ及び表示装置の各接続基本構成を採用することにより、各センサ１１ａ，１１ｂ及び各表示装置１４ａ，１４ｂには、基幹の光ファイバ３の左右どちらの経路（ルート）からも監視・制御することができ、監視の信頼性が高まる。
図２に示す監視・制御システムＳ２によれば、基幹の光ファイバの断線時においても、センサ及び表示装置を逆方向から監視・制御することにより全てのセンサ及び表示装置の監視・制御を続けることができるから、簡単な構成によって監視・制御システムの信頼性が向上する。

指示装置は、上記第１及び第２の表示装置１４ａ，１４ｂに限定されるものではなく、制御装置４からの指令に基づいて動作する手段、例えばポンプを駆動させる電磁スイッチ、警報装置などが含まれるものである。

この発明に係る監視・制御システムの第１の実施の形態を示す構成図である。 この発明に係る監視・制御システムの第２の実施の形態を示す構成図である。 この発明に係る監視・制御システムの第２の実施の形態に使用するセンサ及び表示装置の接続基本を拡大して示す構成図である。

符号の説明

１ 監視センター
２ 監視装置
２ａ 第１の監視装置
２ｂ 第２の監視装置
３ 光ファイバ
４ 制御装置
５ ＯＴＤＲ
６ レーザーダイオード（発光部）
６ａ 第１のレーザーダイオード（発光部）
６ｂ 第２のレーザーダイオード（発光部）
８ 光合波部
９ａ，１０９ａ 第１の光量分岐部
１０９ａ１ 上流側の分岐器
１０９ａ２ 下流側の分岐器
９ｂ，１０９ｂ 第２の光量分岐部
１０ａ 第１の波長分波部
１１０ａ１ 上流側の分波器
１１０ａ２ 下流側の分岐器
１０ｂ 第２の波長分波部
１１ａ 第１のセンサ
１１ｂ 第２のセンサ
１４ａ 第１の表示装置（指示装置）
１４ｂ 第２の表示装置（指示装置）
ａ，ｂ 監視地点

Claims (3)

1. 制御装置によって制御されかつパルス光を発射するＯＴＤＲと、上記制御装置によって制御されかつ波長の異なる複数の信号光を発射する発光部と、上記パルス光と各信号光を合波して基幹の光ファイバに伝播させる光合波部と、上記光ファイバに設けられている複数の監視装置とを備えており、
   上記各監視装置は、基幹の光ファイバに設けられている光量分岐部と波長分波部と、上記光量分岐部に接続されているセンサと、上記波長分波部に接続されている指示装置を備えており、
   上記各発光部から発射させる波長の信号光は上記波長分波部のいずれかに対応している
   ことを特徴とする監視・制御システム。
2. 基幹の光ファイバは左側ルートと右側ルートからなるループを形成しており、光量分岐部が上流側の分岐部と下流側の分岐部とからなり、波長分波部が上流側の分波部と下流側の分岐部とからなり、上記上流側の分岐部が左側ルート又は右側ルートのいずれか一側のルートに配置されており、上記上流側の分波部が上記上流側の分岐部と同じ側のルートに配置されていることを特徴とする請求項１記載の監視・制御システム。
3. 上流側の分岐部及び上流側の分波部はいずれも２×２のカプラであり、下流側の各分岐部は２×１の３ｄＢカプラであることを特徴とする請求項２記載の監視・制御システム。

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