JP2009250750A - 位置情報取得システムおよび位置情報取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に設置でき、しかも特定箇所の正確な位置情報を安定して取得できる位置情報取得システムを提供する。
【解決手段】伝送用光ファイバ線路２と、伝送用光ファイバ線路２の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュール３と、伝送用光ファイバ線路２に試験光を入射する光パルス試験器１０と、を備えた位置情報取得システム１。位置表示モジュール３は、伝送用光ファイバ線路２に歪みを印加する歪印加部５を内蔵している。光パルス試験器１０は、戻り光に基づいて歪印加部５における歪みを検出可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを用いた位置情報取得システムおよびこれを用いた位置情報取得方法に関する。

光線路の構築においては、光ファイバ線路上における特定箇所の位置情報が必要となることがある。
従来、光ファイバ線路上の特定箇所の位置を検出するには、光ファイバ線路構築後に、前記特定箇所に赴き、光ファイバに故意に曲げを与え、ＯＴＤＲ等によりその位置を検出し、これに基づいて光ファイバ線路とその実敷設場所の位置情報のマッピングを行うことが行われていた。
光ファイバセンサを用いたシステムとしては、計測対象区間とその前後とで散乱光の特性が異なるように光ファイバを配置し、散乱光に基づいて計測対象区間の測定値を識別するシステムがある（特許文献１を参照）。
特許第３５４４８６１号公報

しかしながら、上記システムでは、異常が発生した際にその箇所が前記特定箇所であるか否かを確認するには、別途作成したマッピング情報が必要となることがあった。また、マッピング情報のない場所において異常発生が検出された場合には、異常箇所が前記特定箇所であるか否かを判断するのが難しいことがあった。
また、計測対象区間とその前後とで散乱光の特性が異なるように光ファイバを配置するシステムでは、光ファイバの設置が容易でなかった。また、散乱光が安定せず、位置情報の検出が不安定になることがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、容易に設置でき、しかも特定箇所の正確な位置情報を安定して取得できる位置情報取得システムおよびこれを用いた位置情報取得方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる位置情報取得システムは、伝送用光ファイバ線路と、前記伝送用光ファイバ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュールと、前記伝送用光ファイバ線路に試験光を入射する光パルス試験器と、を備え、前記位置表示モジュールは、歪印加部が形成された光ファイバを有し、前記光パルス試験器が、戻り光に基づいて前記歪印加部における歪みを検出可能であることを特徴とする。
本発明の請求項２にかかる位置情報取得システムは、請求項１において、前記位置表示モジュールは、前記歪印加部における光ファイバの歪みεが、０．０５％＜ε≦０．４０％となるように前記光ファイバを保持できるようにされていることを特徴とする。
本発明の請求項３にかかる位置情報取得システムは、請求項１または２において、前記位置表示モジュールは、前記光ファイバに曲げを与えることにより曲げ歪みを加えるように形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項４にかかる位置情報取得システムは、請求項１または２において、前記位置表示モジュールは、前記光ファイバに伸びを与えることにより伸び歪みを加えるように形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項５にかかる位置情報取得システムは、請求項１または２において、前記位置表示モジュールは、前記光ファイバに短縮方向の力を与えることにより圧縮歪みを加えるように形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項６にかかる位置情報取得システムは、請求項１〜５のうちいずれか１項において、前記位置表示モジュール内には、光部品が前記光ファイバに接続されて設けられ、前記歪印加部は、前記光部品の一端側と他端側のうち少なくとも一方に設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項７にかかる位置情報取得方法は、伝送用光ファイバ線路と、前記伝送用光ファイバ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュールと、前記伝送用光ファイバ線路に試験光を入射する光パルス試験器とを備え、前記位置表示モジュールは、歪印加部が形成された光ファイバを有する位置情報取得システムを用いて、前記光パルス試験器によって、戻り光に基づいて前記歪印加部における歪みを検出することでこの歪印加部の位置を特定することを特徴とする。

本発明によれば、光パルス試験器によって戻り光に基づいて伝送用光ファイバ線路上の歪印加部の位置を特定できる。
よって、光ファイバ線路に、例えば断線検知センサ、歪み検知センサなどの光部品を設置した場合に、この光部品から断線、歪み等に関する検知情報が得られたときに、この検知情報を発した光部品の正確な位置情報を、前記歪印加部の位置に基づいて容易に取得できる。
また、位置表示モジュールを伝送用光ファイバ線路に設置することで、容易にシステム構築が可能である。
位置表示モジュールは、歪印加部を内蔵して構成されているので、歪印加部を保護でき、歪印加部の特性に乱れが生じることがない。安定した戻り光が得られるため、正確な位置情報を安定して取得できる。
また、歪印加部において、伝送損失が生じない範囲で歪みを印加することによって、伝送損失を増大させずに前記位置情報の取得が可能である。

図１は、本発明の第１の例である位置情報取得システムを示すもので、この位置情報取得システム１は、伝送用光ファイバ線路２（以下、単に光ファイバ線路という）と、光ファイバ線路２に設けられた位置表示モジュール３と、光ファイバ線路２に試験光を入射する光パルス試験器１０と、を備えている。

位置表示モジュール３は、位置特定の対象となる対象箇所４の一端側および他端側に、それぞれ対象箇所４に近接して形成されている。位置表示モジュール３を対象箇所４の両端側に形成することで、対象箇所４の特定が容易になる。対象箇所４は、位置表示モジュール３に近接している点と、２つの位置表示モジュール３、３の間にあるという点で、位置表示モジュール３に対し関連づけられている。なお、位置表示モジュールは、対象箇所の一端側および他端側のうち一方のみに形成してもよい。
図示例では、位置表示モジュールは光ファイバ線路の２箇所に設けられているが、本発明では、位置表示モジュールは１箇所でもよいし、３箇所以上に設けることもできる。

位置表示モジュール３は、収容ケース６内に歪印加部５を有する内蔵光ファイバ８を内蔵している。
歪印加部５は、内蔵光ファイバ８に歪みを印加し検出可能とするものであって、内蔵光ファイバ８に曲げを与えることによって、曲げ歪みが印加されるように形成されている。図示例では、歪印加部５は、内蔵光ファイバ８を１または複数回巻回することにより構成されている。
歪印加部５における内蔵光ファイバ８の曲率は、曲げによる歪みは与えるが伝送損失は生じない範囲とされる。
図１２は、光ファイバの曲げ直径と曲げ歪みとの関係を示すグラフである。この図に示すように、曲げ直径が小さくなると曲げ歪みは大きくなる。

図２および図３は、位置表示モジュール３の構造の具体例を示すもので、この位置表示モジュール３は、直方体状の収容ケース６内に、円筒形のガイド部７と、ガイド部７の周面に巻き付けられた内蔵光ファイバ８と、内蔵光ファイバ８の一端および他端がそれぞれ接続された光コネクタアダプタ９、９（光コネクタ）が設けられている。
ガイド部７は、内蔵光ファイバ８に、歪みは与えるが伝送損失は生じない範囲の曲げを与えるように形成されている。ガイド部７に巻き付けられた部分の内蔵光ファイバ８は、歪印加部５となる。
内蔵光ファイバ８としては、例えば光ファイバ心線、光ファイバ素線等を使用できる。
光コネクタアダプタ９、９は、光ファイバ線路２の端部に組み立てられた光コネクタプラグ１２（光コネクタ）に着脱自在に接続可能である。
光コネクタプラグ１２を光コネクタアダプタ９に接続することによって、位置表示モジュール３が光ファイバ線路２の端部２ａ、２ａ間に介在することになる。
なお、図示例では、内蔵光ファイバ８をコネクタ接続により光ファイバ線路２に接続したが、これに限らず、融着接続や、メカニカルスプライスによる接続を採用してもよい。

歪印加部５における光ファイバ線路２の歪みεは、０．０５％＜ε≦０．４０％であることが好ましい。歪みεが０．０５％を越える値であると、光パルス試験器１０による検出が容易となる。歪みεを０．４０％以下とすることによって、伝送損失を抑え、かつ光ファイバの信頼性を保つことができる。

光ファイバ線路２に適用される光ファイバとしては、例えば、光ファイバを抗張力体とともにシース樹脂で一括被覆された光ファイバケーブル、光ファイバコードを使用できる。
光ファイバ線路２に使用される光ファイバに好適に使用できるものとして、ＦｕｔｕｒｅＧｕｉｄｅ−ＳＲ１５Ｅ（株式会社フジクラ製）がある。また、ホールアシストファイバを用いることもできる。これらを使用することによって、伝送損失を発生させずに歪印加部５の曲率半径を小さくし、小径化が可能となる。
光ファイバ線路２には、石英系シングルモードファイバ、石英系マルチモードファイバを使用できる。

光パルス試験器１０は、例えばＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）、ＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ）等である。

光パルス試験器１０から光ファイバ線路２に試験光を入射し、その戻り光のブリルアン散乱光やレイリー散乱光を観測することで、光ファイバ線路２の歪み発生位置や伝送損失を検出できる。例えば、ブリルアン散乱光の波長は、歪みが発生した光ファイバでは試験光の波長に対しずれるため、この周波数シフトから歪みを検出できる。
歪印加部５では、歪みが印加されているため、戻り光の観察によって歪印加部５の位置を正確かつ容易に特定できる。
対象箇所４が２つの歪印加部５、５の間に位置しているため、歪印加部５の位置に基づいて、対象箇所４の位置を正確かつ容易に特定できる。
このため、対象箇所４に、例えば断線検知センサ、歪み検知センサなどの光部品を設置した場合には、この光部品から断線、歪み等に関する検知情報が得られたときに、この検知情報を発した光部品の正確な位置情報を容易に取得できる。

また、位置表示モジュール３を光ファイバ線路２に設置することで、容易にシステム構築が可能である。
位置表示モジュール３は、歪印加部５を内蔵して構成されているので、歪印加部５を保護でき、歪印加部５の特性に乱れが生じることがない。安定した戻り光が得られるため、正確な位置情報を安定して取得できる。
歪印加部５においては、曲率を伝送損失が生じない範囲で設定することができるため、伝送損失の増大は起こらない。
歪印加部５は、内蔵光ファイバ８に曲げを与えるだけで形成できるため、その構造を簡略にでき、作業の容易性やコストの点で有利である。

図４は、本発明の位置情報取得システムの第２の例を示すものである。以下の説明において、既出の構成については同一符号を付してその説明を省略する。
この位置情報取得システム１１は、光ファイバ線路２の対象箇所４に設けられた光部品１４の一端側および他端側にそれぞれ歪印加部５が形成され、光部品１４および歪印加部５、５が、１つの位置表示モジュール１３に内蔵されている。
光部品１４は、例えば断線検知センサ、歪み検知センサなどである。
なお、歪印加部５は、光部品１４の一端側および他端側のうち一方のみに形成してもよい。

図５および図６は、位置表示モジュール１３の構造の一例を示すものである。この位置表示モジュール１３は、直方体状の収容ケース１６内に、２つの円筒形のガイド部７Ａ、７Ｂと、２つの光コネクタアダプタ９Ａ、９Ｂ（光コネクタ）と、２つの内蔵光ファイバ８Ａ、８Ｂと、光部品１４とを内蔵している。
内蔵光ファイバ８Ａの一端は光コネクタアダプタ９Ａに接続され、他端は光部品１４に接続されている。内蔵光ファイバ８Ｂの一端は光コネクタアダプタ９Ｂに接続され、他端は光部品１４に接続されている。内蔵光ファイバ８Ａ、８Ｂはそれぞれガイド部７Ａ、７Ｂに巻き付けられている。
ガイド部７Ａ、７Ｂは、上述のガイド部７と同様の形状とされ、ガイド部７Ａ、７Ｂに巻き付けられた部分の内蔵光ファイバ８Ａ、８Ｂは、歪印加部５、５となる。

図７に示すように、位置表示モジュール１３は、複数形成することもできる。
この位置情報取得システム２１では、第１位置表示モジュール１３−１〜第Ｎ位置表示モジュール１３−Ｎまで、合計Ｎ個の位置表示モジュール１３を備えている。
第１位置表示モジュール１３−１〜第Ｎ位置表示モジュール１３−Ｎは、一定間隔で設けるのが好ましい。

図８は、本発明の位置情報取得システムの第３の例を示すもので、この位置情報取得システム３１では、歪印加部１５が、光ファイバ線路２に伸びを与えることにより伸び歪みが印加されるように構成されている点で、図１に示す位置情報取得システム１と異なる。歪印加部１５には、伝送損失が発生しない範囲で伸び歪みが印加されている。

歪印加部１５では、光ファイバ線路２が膨張性材料からなる膨張材１６で覆われている。膨張材１６としては、硬化時に膨張する樹脂、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。
例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を、軟化させた状態で光ファイバ線路２の所定箇所に塗布し、冷却または加熱により膨張させつつ硬化させることによって光ファイバ線路２に伸びを与え、歪印加部１５を形成することができる。
歪印加部１５は、膨張材１６により光ファイバ線路２に伸び歪みを加えるように構成されているので、図１に示す歪印加部５より小型化が可能である。

図９は、本発明の位置情報取得システムの第４の例を示すもので、この位置情報取得システム４１では、歪印加部２５が、光ファイバ線路２に圧縮歪みが印加されるように構成されている点で、図１に示す位置情報取得システム１と異なる。歪印加部２５には、伝送損失が発生しない範囲で圧縮歪みが印加されている。

歪印加部２５では、光ファイバ線路２が収縮性材料からなる収縮材２６で覆われている。収縮材２６としては、硬化時に収縮する樹脂、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。
例えば、収縮性材料からなるチューブ体（図示略）に光ファイバ線路２が挿通した状態で、前記チューブ体を加熱により収縮させつつ硬化させることによって、光ファイバ線路２に短縮方向の力を与え、歪印加部２５を形成することができる。
また、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を軟化させた状態で光ファイバ線路２の所定箇所に塗布し、冷却または加熱により収縮させつつ硬化させることによって歪印加部２５を形成することもできる。
歪印加部２５は、収縮材２６により光ファイバ線路２に圧縮歪みを加えるように構成されているので、図１に示す歪印加部５より小型化が可能である。

（試験１）
図１に示すように、全長５００ｍの光ファイバ線路２のうち２箇所に、それぞれ一対の位置表示モジュール３を形成した。位置表示モジュール３には、光ファイバ線路２を８回巻回（外径４０ｍｍ）することによって、曲げ歪みが印加された歪印加部５を形成した。
光ファイバ線路２には、ＦｕｔｕｒｅＧｕｉｄｅ−ＳＲ１５Ｅ（株式会社フジクラ製）を使用した。
光パルス試験器１０（ＢＯＴＤＲ）によってブリルアン散乱光を観測して歪み量を算出した結果を図１０に示す。
図１０に示すように、歪印加部５において約０．３％の歪みが検出され、その位置を特定できることが確認された。このため、歪印加部５、５の間に位置する対象箇所４を容易に特定できた。
また、ＯＴＤＲにより歪印加部５における伝送損失はないことがわかった。また、光ファイバ線路２全体の伝送損失は０．１９ｄＢ／ｋｍ（波長１．５５μｍ）と良好であったことがわかった。

（試験２）
図９に示すように、全長５００ｍの光ファイバ線路２のうち２箇所に、それぞれ一対の位置表示モジュール３を形成した。位置表示モジュール３には、光ファイバ線路２に熱収縮チューブを被せて加熱し、熱収縮チューブを収縮させつつ硬化させることで、圧縮歪みが印加された歪印加部２５を形成した。光パルス試験器１０（ＢＯＴＤＲ）によってブリルアン散乱光を観測して歪み量を算出した結果を図１１に示す。
図１１に示すように、歪印加部２５において約−０．３％の歪みが検出され、その位置を特定できることが確認された。このため、歪印加部２５、２５の間に位置する対象箇所４を容易に特定できた。
また、ＯＴＤＲにより歪印加部２５における伝送損失はないことがわかった。また、光ファイバ線路２全体の伝送損失は０．１９ｄＢ／ｋｍ（波長１．５５μｍ）と良好であったことがわかった。

本発明の位置情報取得システムの第１の例を示す概略構成図である。 位置表示モジュールの構造の一例を模式的に示す斜視図である。 前図に示す位置表示モジュールを模式的に示す平面図である。 本発明の位置情報取得システムの第２の例を示す概略構成図である。 位置表示モジュールの構造の一例を模式的に示す斜視図である。 前図に示す位置表示モジュールを模式的に示す平面図である。 位置情報取得システムの構成例を示す概略構成図である。 本発明の位置情報取得システムの第３の例を示す構成図である。 本発明の位置情報取得システムの第４の例を示す構成図である。 試験結果を示すグラフである。 試験結果を示すグラフである。 試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１・・・位置情報取得システム、２・・・伝送用光ファイバ線路、３・・・位置表示モジュール、５、１５、２５・・・歪印加部、８・・・内蔵光ファイバ、１０・・・光パルス試験器、１４・・・光部品。

Claims (7)

1. 伝送用光ファイバ線路（２）と、前記伝送用光ファイバ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュール（３）と、前記伝送用光ファイバ線路に試験光を入射する光パルス試験器（１０）と、を備え、
   前記位置表示モジュールは、歪印加部（５）が形成された光ファイバ（８）を有し、
   前記光パルス試験器が、戻り光に基づいて前記歪印加部における歪みを検出可能であることを特徴とする位置情報取得システム（１）。
2. 前記位置表示モジュールは、前記歪印加部における光ファイバの歪みεが、０．０５％＜ε≦０．４０％となるように前記光ファイバを保持できるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の位置情報取得システム。
3. 前記位置表示モジュールは、前記光ファイバに曲げを与えることにより曲げ歪みを加えるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置情報取得システム（１）。
4. 前記位置表示モジュールは、前記光ファイバに伸びを与えることにより伸び歪みを加えるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置情報取得システム（１１）。
5. 前記位置表示モジュールは、前記光ファイバに短縮方向の力を与えることにより圧縮歪みを加えるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の位置情報取得システム（２１）。
6. 前記位置表示モジュール内には、光部品が前記光ファイバに接続されて設けられ、
   前記歪印加部は、前記光部品の一端側と他端側のうち少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の位置情報取得システム。
7. 伝送用光ファイバ線路（２）と、前記伝送用光ファイバ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュール（３）と、前記伝送用光ファイバ線路に試験光を入射する光パルス試験器（１０）とを備え、前記位置表示モジュールは、歪印加部（５）が形成された光ファイバ（８）を有する位置情報取得システムを用いて、
   前記光パルス試験器によって、戻り光に基づいて前記歪印加部における歪みを検出することでこの歪印加部の位置を特定することを特徴とする位置情報取得方法。

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