JP2011174713A - Method and device for detection of water surface - Google Patents

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Yoshiaki Yamabayashi
由明 山林
Masahiro Takanashi
雅弘 高梨
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for detection of a water surface, capable of detecting a turbulent water surface. <P>SOLUTION: The water surface detection method for the water surface detection device 301 includes: outputting a light pulse toward a water surface 7 from a distal end 6 of an optical fiber 8 connected to an OTDR 1, receiving the light pulse reflected by the water surface 7 at the distal end 6, and detecting the distance from the distal end 6 to the water surface 7 by measuring a propagation time from the output of the light pulse at the distal end 6 to the reception at the distal end 6. At least part of the distal end 6 of the optical fiber 8 is a dual-mode fiber. The light pulse is output from an inner core of the dual-mode fiber in a gravity direction. The light pulse reflected by the water surface 7 is received by an outer core of the dual-mode fiber. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、OTDR(光パルス試験器:Optical Time Domain Reflectometer)を用いて、それに接続されるファイバの遠端から水面までの距離を測る水面検知方法及び水面検知装置に関する。   The present invention relates to a water surface detection method and a water surface detection device that measure a distance from a far end of a fiber connected to a water surface using an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer).

図1は、従来の水面検知方法を説明する図である。従来の水面検知方法は、OTDRにより出射された1550nmのレーザパルス光をシングルモードファイバ(SMF)の出射端(遠端)からレンズによりコリメートし、離れた位置にある水面へ鉛直に照射し、水面から反射されてきた光パルスの遅延を計測することにより水面までの距離を計測していた。図2は、従来の水面検知方法で水面検知を行った結果である。図2に示すようにファイバ遠端の反射と水面からの反射の距離の差L(m)にファイバ屈折率を乗算することでファイバ遠端から水面までの空間距離が得られる。これは市販のOTDRの距離表示がファイバ長に換算しているので、これを空間距離に戻すためである(例えば、非特許文献1を参照。)。   FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional water surface detection method. In the conventional water surface detection method, a laser pulse light of 1550 nm emitted from OTDR is collimated by a lens from the emission end (far end) of a single mode fiber (SMF), and vertically irradiated to the water surface at a distant position. The distance to the water surface was measured by measuring the delay of the light pulse reflected from the surface. FIG. 2 shows the result of water surface detection performed by a conventional water surface detection method. As shown in FIG. 2, the spatial distance from the far end of the fiber to the water surface can be obtained by multiplying the difference L (m) between the reflection at the far end of the fiber and the reflection from the water surface by the fiber refractive index. This is because the commercially available OTDR distance display is converted to the fiber length, so that this is returned to the spatial distance (see, for example, Non-Patent Document 1).

大窪央・山林由明,“レーザによる水面検知及び近接高度計”,“第39回光波センシング技術研究会講演論文集”,no.LST39−23,pp.143−148,June2007.Okukuo and Yoshiaki Yamabayashi, “Laser Surface Detection and Proximity Altimeter”, “The 39th Lightwave Sensing Technology Research Conference Proceedings”, no. LST39-23, pp. 143-148, June 2007. 田野辺博正(NTT)・小林 勝(NTT−AT)・長瀬 亮・界 義久(NTT), 信学技報,vol.107,no.190,OCS 2007−37,pp.27−32,2007年8月Hiromasa Tanobe (NTT), Masaru Kobayashi (NTT-AT), Ryo Nagase, Yoshihisa Kai (NTT), IEICE Tech. 107, no. 190, OCS 2007-37, pp. 27-32, August 2007

通常水面とは波立っている(動揺)ことが多く、動揺した水面を検知可能とする必要がある。しかし、従来の水面検知方法は、OTDRから遠端までのファイバ配線にシングルモードファイバを使用しており、動揺した水面で反射した光パルスが遠端のコアに戻る確率が低く、水面を検知することが困難という課題があった。   Usually, the water surface is often rippled (swaying), and it is necessary to be able to detect the shaking water surface. However, the conventional water surface detection method uses a single mode fiber for the fiber wiring from the OTDR to the far end, and the probability that an optical pulse reflected by the shaken water surface returns to the far end core is low, and the water surface is detected. There was a problem that it was difficult.

一方、OTDRは、プローブとなる光パルスを数千発出射し、その反射して戻る光の光強度を平均化して雑音成分を除去し、距離に対する戻り光の光強度からなるOTDR波形の信号対雑音比(SNR)を向上させる平均化処理を行なうことができる。しかし、動揺する水面で反射して遠端のコアに戻らない光パルスが多い場合、平均化処理をすると遠端に戻った光パルスの信号成分がほとんど消去されることになる。このため、OTDRで平均化処理を行なったとしても、従来の水面検知方法は、水面を検知することが困難という課題があった。   On the other hand, the OTDR emits several thousand light pulses as a probe, averages the light intensity of the reflected and returned light, removes noise components, and pairs of signals having an OTDR waveform composed of the light intensity of the returned light with respect to the distance. An averaging process for improving the noise ratio (SNR) can be performed. However, when there are many light pulses that are reflected by the oscillating water surface and do not return to the far end core, the signal components of the light pulses that have returned to the far end are almost eliminated by averaging. For this reason, even if it performed the averaging process by OTDR, the conventional water surface detection method had the subject that it was difficult to detect a water surface.

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、動揺した水面を検知可能とする水面検知方法及び水面検知装置を提供することを目的とする。   Then, in order to solve the said subject, an object of this invention is to provide the water surface detection method and water surface detection apparatus which can detect the fluctuating water surface.

上記目的を達成するために、本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置は、動揺する水面で反射した光パルスの多くを遠端に戻らせる手段を採用することとした。   In order to achieve the above object, the water surface detection method and the water surface detection device according to the present invention employ a means for returning most of the light pulses reflected by the swaying water surface to the far end.

具体的には、本発明に係る第1の水面検知方法は、OTDR(光パルス試験器:Optical Time Domain Reflectometer)に接続された光ファイバの遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知する水面検知方法であって、少なくとも前記遠端部分の前記光ファイバがデュアルモードファイバであり、前記光パルスが前記デュアルモードファイバの内側コアから重力方向に出力されており、前記水面で反射した前記光パルスを前記デュアルモードファイバの外側コアで受光することを特徴とする。   Specifically, the first water surface detection method according to the present invention outputs an optical pulse from the far end of an optical fiber connected to an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) toward the water surface, The light pulse reflected at the water surface is received at the far end, and the distance from the far end to the water surface is measured by measuring the propagation time until the light pulse is output from the far end and received at the far end. The optical fiber in at least the far end portion is a dual mode fiber, and the optical pulse is output from the inner core of the dual mode fiber in the direction of gravity and reflected by the water surface. The optical pulse is received by the outer core of the dual mode fiber.

また、本発明に係る第1の水面検知装置は、遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光する光ファイバと、前記光ファイバの前記遠端の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知するOTDRと、を備える水面検知装置であって、前記光ファイバは、少なくとも前記遠端部分がデュアルモードファイバであり、前記光パルスを前記デュアルモードファイバの内側コアから重力方向に出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記デュアルモードファイバの外側コアで受光することを特徴とする。   Further, the first water surface detection device according to the present invention includes: an optical fiber that outputs a light pulse from the far end toward the water surface, and that receives the light pulse reflected by the water surface at the far end; and The optical pulse is input to the opposite end of the far end, and the propagation time from the far end to the water surface is measured by measuring the propagation time until the optical pulse is output from the far end and received at the far end. OTDR for detecting a distance, wherein the optical fiber is a dual mode fiber at least at the far end, and outputs the optical pulse from the inner core of the dual mode fiber in the direction of gravity. The optical pulse reflected by the water surface is received by the outer core of the dual mode fiber.

本水面検知方法及び水面検知装置は、遠端部分にデュアルモードファイバ(DMF)を用いる。デュアルモードファイバは、図3に示すようにシングルモードのコアをマルチモードのコア中心部に形成したもので、一本のファイバでシングルモードとマルチモード両方の光伝送方式に対応することができるばかりでなく、シングルモードに対してダブルクラッド構造となり曲げ損失が小さいという特徴を有する(例えば、非特許文献2を参照。)。   The water surface detection method and the water surface detection device use a dual mode fiber (DMF) at the far end. As shown in FIG. 3, the dual mode fiber has a single mode core formed at the center of the multimode core. A single fiber can support both single mode and multimode optical transmission systems. In addition, the single-mode has a double-clad structure and a small bending loss (see, for example, Non-Patent Document 2).

デュアルモードファイバを遠端部分に用いることでコア部分が広がり、シングルモードファイバのコア部分に戻らなかった光パルスも、デュアルモードファイバのマルチモードのコア部分に戻ることができる。このため、OTDRで動揺する水面までの距離を測定することができる。また、光パルスが遠端のコア部分に戻る確率が高まり、光パルスの受信量が多くなるのでOTDRで平均化処理を行なうことができる。   By using the dual mode fiber at the far end portion, the core portion expands, and the optical pulse that has not returned to the core portion of the single mode fiber can also return to the multimode core portion of the dual mode fiber. For this reason, the distance to the water surface which is shaken by OTDR can be measured. In addition, since the probability that the optical pulse returns to the core portion at the far end is increased and the amount of received optical pulses increases, the averaging process can be performed by OTDR.

従って、本発明は、動揺した水面を検知可能とする水面検知方法及び水面検知装置を提供することができる。   Therefore, the present invention can provide a water surface detection method and a water surface detection device that can detect a swaying water surface.

本発明に係る第2の水面検知方法は、OTDRに接続された光ファイバの遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知する水面検知方法であって、前記光ファイバの前記遠端の周囲にコーナーキューブアレイが配置され、前記光パルスが前記遠端から重力方向に出力されており、前記水面で反射した前記光パルスを前記コーナーキューブアレイで反射させ、前記遠端から前記コーナーキューブまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする。   The second water surface detection method according to the present invention outputs a light pulse from the far end of an optical fiber connected to the OTDR toward the water surface, receives the light pulse reflected by the water surface at the far end, and A water surface detection method for detecting a distance from the far end to the water surface by measuring a propagation time until an optical pulse is output from the far end and received by the far end. A corner cube array is arranged around the edge, and the light pulse is output in the direction of gravity from the far end, the light pulse reflected by the water surface is reflected by the corner cube array, and the corner is turned from the far end. The optical pulse is coupled to the far end in the same optical path to the cube.

また、本発明に係る第2の水面検知装置は、遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光する光ファイバと、前記光ファイバの前記遠端の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知するOTDRと、を備える水面検知装置であって、前記光ファイバの前記遠端の周囲に配置されたコーナーキューブアレイをさらに備え、前記光ファイバは、前記遠端から前記光パルスを重力方向に出力し、前記コーナーキューブアレイは、前記水面で反射した前記光パルスを反射し、前記遠端から前記コーナーキューブアレイまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする。   The second water surface detection device according to the present invention outputs an optical pulse from the far end toward the water surface, receives the light pulse reflected at the water surface at the far end, and the optical fiber. The optical pulse is input to the opposite end of the far end, and the propagation time from the far end to the water surface is measured by measuring the propagation time until the optical pulse is output from the far end and received at the far end. An OTDR for detecting a distance, further comprising: a corner cube array disposed around the far end of the optical fiber, wherein the optical fiber gravitates the light pulse from the far end. The corner cube array reflects the light pulse reflected by the water surface, and connects the light pulse to the far end through the same optical path from the far end to the corner cube array. Characterized in that it.

本水面検知方法及び水面検知装置は、遠端の周囲に水面に向けたコーナーキューブアレイを配置する。コーナーキューブアレイは、図4に示すように自転車などの反射板などに用いられる再帰性反射をする。再帰性反射とは、図4に示すように、入射光を各々の鏡面で一回ずつ反射させ、入射角のいかんにかかわらず、入射光が入射した方向へ戻す性質の反射である。   In the water surface detection method and the water surface detection device, a corner cube array facing the water surface is arranged around the far end. As shown in FIG. 4, the corner cube array performs retroreflection used in a reflector such as a bicycle. As shown in FIG. 4, the retroreflection is a reflection having a property of reflecting incident light once at each mirror surface and returning the incident light in the incident direction regardless of the incident angle.

コーナーキューブアレイを遠端の周囲に置くことで、水面で乱反射した光パルスを再帰性反射を利用して逆進させ、遠端のコア部分に再集光させることができる。このため、水面の傾きが大きすぎたり、水面によって光が散乱される場合でも、OTDRで水面までの距離を測定することができる。また、水面で反射した光パルスの量が多くなるのでOTDRで平均化処理を行なうことができる。   By placing the corner cube array around the far end, the light pulse irregularly reflected on the water surface can be reversed using retroreflection and refocused on the core portion at the far end. For this reason, even when the inclination of the water surface is too large or light is scattered by the water surface, the distance to the water surface can be measured by OTDR. In addition, since the amount of light pulses reflected on the water surface increases, the averaging process can be performed by OTDR.

従って、本発明は、動揺した水面を検知可能とする水面検知方法及び水面検知装置を提供することができる。   Therefore, the present invention can provide a water surface detection method and a water surface detection device that can detect a swaying water surface.

本発明に係る第3の水面検知方法は、OTDRに接続された光ファイバの遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知する水面検知方法であって、前記光ファイバの前記遠端と異なる位置にコーナーキューブアレイが配置され、前記光パルスが前記遠端から重力方向に対して前記コーナーキューブアレイの方向に傾斜した方向に出力されており、前記水面で反射した前記光パルスを前記コーナーキューブアレイで反射させ、前記遠端から前記コーナーキューブアレイまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする。   The third water surface detection method according to the present invention outputs a light pulse from the far end of the optical fiber connected to the OTDR toward the water surface, receives the light pulse reflected by the water surface at the far end, and A water surface detection method for detecting a distance from the far end to the water surface by measuring a propagation time until an optical pulse is output from the far end and received by the far end. A corner cube array is arranged at a position different from the end, and the light pulse is output in a direction inclined in the direction of the corner cube array with respect to the direction of gravity from the far end, and the light pulse reflected on the water surface is output. The optical pulse is reflected by the corner cube array, and the optical pulse is coupled to the far end through the same optical path from the far end to the corner cube array.

また、本発明に係る第3の水面検知装置は、遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光する光ファイバと、前記光ファイバの前記遠端の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知するOTDRと、を備える水面検知装置であって、前記光ファイバの前記遠端と異なる位置に配置されたコーナーキューブアレイをさらに備え、前記光ファイバは、前記遠端から前記光パルスを重力方向から前記コーナーキューブアレイの方向に傾斜した方向に出力し、前記コーナーキューブアレイは、前記水面で反射した前記光パルスを反射し、前記遠端から前記コーナーキューブアレイまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする。   The third water surface detection device according to the present invention includes: an optical fiber that outputs a light pulse from the far end toward the water surface, and that receives the light pulse reflected at the water surface at the far end; and The optical pulse is input to the opposite end of the far end, and the propagation time from the far end to the water surface is measured by measuring the propagation time until the optical pulse is output from the far end and received at the far end. An OTDR for detecting a distance, further comprising a corner cube array disposed at a position different from the far end of the optical fiber, the optical fiber receiving the optical pulse from the far end. The light is output in a direction inclined from the direction of gravity to the direction of the corner cube array, the corner cube array reflects the light pulse reflected on the water surface, and the corner cube is reflected from the far end. Characterized by coupling said light pulses to the far end of the same optical path as the optical path to the ray.

本水面検知方法及び水面検知装置は、遠端から一定距離だけ離れた箇所に水面に向けたコーナーキューブアレイを配置する。そして、光パルスを重力方向から傾けて、水面に斜めになるように照射する。水面で反射した光パルスは、コーナーキューブアレイに到達する。この光パルスをコーナーキューブアレイの再帰性反射を利用して逆進させ、遠端のコア部分に再集光させることができる。このため、水面によって光が散乱される場合でも、OTDRで水面までの距離を測定することができる。また、水面で反射した光パルスの量が多くなるのでOTDRで平均化処理を行なうことができる。   In the water surface detection method and the water surface detection device, a corner cube array directed to the water surface is disposed at a location separated from the far end by a certain distance. Then, the light pulse is tilted from the direction of gravity and irradiated on the water surface so as to be inclined. The light pulse reflected from the water surface reaches the corner cube array. This light pulse can be reversed using the retroreflection of the corner cube array and refocused on the core portion at the far end. For this reason, even when light is scattered by the water surface, the distance to the water surface can be measured by OTDR. In addition, since the amount of light pulses reflected on the water surface increases, the averaging process can be performed by OTDR.

従って、本発明は、動揺した水面を検知可能とする水面検知方法及び水面検知装置を提供することができる。   Therefore, the present invention can provide a water surface detection method and a water surface detection device that can detect a swaying water surface.

本発明に係る第4の水面検知方法は、OTDRに接続された光ファイバの遠端から、水面に配置されて前記水面に応じて動揺するコーナーキューブアレイに向けて重力方向に光パルスを出力し、前記コーナーキューブアレイで反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知することを特徴とする。   The fourth water surface detection method according to the present invention outputs a light pulse in the direction of gravity from the far end of the optical fiber connected to the OTDR toward the corner cube array that is arranged on the water surface and fluctuates according to the water surface. The light pulse reflected by the corner cube array is received at the far end, and the propagation time until the light pulse is output from the far end and received at the far end is measured from the far end. It is characterized by detecting the distance to the water surface.

本水面検知方法は、遠端方向に向けたコーナーキューブアレイを水面に配置する。このコーナーキューブアレイは、水面の動揺に合わせて動揺するが、再帰性反射をするので、光パルスを逆進させ、遠端のコア部分に再集光させることができる。このため、水面の傾きが大きすぎたり、水面によって光が散乱される場合でも、OTDRで水面までの距離を測定することができる。また、水面で反射した光パルスの量が多くなるのでOTDRで平均化処理を行なうことができる。   In this water surface detection method, a corner cube array facing the far end is arranged on the water surface. This corner cube array oscillates in accordance with the sway of the water surface, but since it is retroreflected, it can reverse the light pulse and refocus it on the core portion at the far end. For this reason, even when the inclination of the water surface is too large or light is scattered by the water surface, the distance to the water surface can be measured by OTDR. In addition, since the amount of light pulses reflected on the water surface increases, the averaging process can be performed by OTDR.

従って、本発明は、動揺した水面を検知可能とする水面検知方法及び水面検知装置を提供することができる。   Therefore, the present invention can provide a water surface detection method and a water surface detection device that can detect a swaying water surface.

本発明に係る第2から4の水面検知方法及び第2から3の水面検知装置は、少なくとも前記遠端部分の前記光ファイバがデュアルモードファイバであり、前記光パルスを前記デュアルモードファイバの内側コア又は外側コアで受光することを特徴とする。デュアルモードファイバを遠端部分に用いることでコア部分が広がり、シングルモードファイバのコア部分に戻らなかった光パルスも、デュアルモードファイバのマルチモードのコア部分に戻ることができる。このため、OTDRで動揺する水面までの距離を測定することができる。また、光パルスが遠端のコア部分に戻る確率が高まり、光パルスの受信量が多くなるのでOTDRで平均化処理を行なうことができる。   In the second to fourth water surface detection methods and the second to third water surface detection devices according to the present invention, at least the optical fiber in the far end portion is a dual mode fiber, and the optical pulse is sent to an inner core of the dual mode fiber. Alternatively, light is received by the outer core. By using the dual mode fiber at the far end portion, the core portion expands, and the optical pulse that has not returned to the core portion of the single mode fiber can also return to the multimode core portion of the dual mode fiber. For this reason, the distance to the water surface which is shaken by OTDR can be measured. In addition, since the probability that the optical pulse returns to the core portion at the far end is increased and the amount of received optical pulses increases, the averaging process can be performed by OTDR.

本発明は、動揺した水面を検知可能とする水面検知方法及び水面検知装置を提供することができる。   The present invention can provide a water surface detection method and a water surface detection device that can detect a swaying water surface.

従来の水面検知方法を説明する図である。It is a figure explaining the conventional water surface detection method. 従来の水面検知方法で水面検知を行った結果である。It is the result of having performed water surface detection by the conventional water surface detection method. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. テーパファイバを説明する図である。It is a figure explaining a taper fiber. OTDRを説明する図である。It is a figure explaining OTDR. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention. 本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置を説明する図である。It is a figure explaining the water surface detection method and water surface detection apparatus which concern on this invention.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

(実施形態1)
図8は、本実施形態の水面検知装置301を説明する図である。水面検知装置301は、遠端6から水面7に向けて光パルスを出力し、水面7で反射した前記光パルスを遠端6で受光する光ファイバ8と、遠端6の反対側の端から前記光パルスを光ファイバ8に入力し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知するOTDR1と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 8 is a diagram illustrating the water surface detection device 301 of the present embodiment. The water surface detection device 301 outputs an optical pulse from the far end 6 toward the water surface 7, and receives the optical pulse reflected by the water surface 7 at the far end 6 and an end opposite to the far end 6. OTDR 1 that detects the distance from the far end 6 to the water surface 7 by inputting the light pulse to the optical fiber 8 and measuring the propagation time until the light pulse is output from the far end 6 and received by the far end 6. And comprising.

光ファイバ8は、少なくとも遠端6部分がデュアルモードファイバであり、前記光パルスを前記デュアルモードファイバの内側コアから重力方向に出力し、水面7で反射した前記光パルスを前記デュアルモードファイバの外側コアで受光する。   The optical fiber 8 is a dual mode fiber at least at the far end 6, outputs the optical pulse from the inner core of the dual mode fiber in the direction of gravity, and reflects the optical pulse reflected by the water surface 7 to the outside of the dual mode fiber. Light is received by the core.

また、水面検知装置301の水面検知方法は、OTDR1に接続された光ファイバ8の遠端6から水面7に向けて光パルスを出力し、水面7で反射した前記光パルスを遠端6で受光し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知する水面検知方法であって、少なくとも遠端6部分の光ファイバ8がデュアルモードファイバであり、前記光パルスが前記デュアルモードファイバの内側コアから重力方向に出力されており、水面7で反射した前記光パルスを前記デュアルモードファイバの外側コアで受光することを特徴とする。   The water surface detection method of the water surface detection device 301 is to output a light pulse from the far end 6 of the optical fiber 8 connected to the OTDR 1 toward the water surface 7 and receive the light pulse reflected by the water surface 7 at the far end 6. A water surface detection method for detecting a distance from the far end 6 to the water surface 7 by measuring a propagation time until the optical pulse is output from the far end 6 and received by the far end 6, and at least the far end The six-part optical fiber 8 is a dual-mode fiber, the optical pulse is output in the direction of gravity from the inner core of the dual-mode fiber, and the optical pulse reflected by the water surface 7 is transmitted by the outer core of the dual-mode fiber. It is characterized by receiving light.

図7は、OTDR1を説明する図である。OTDR1は、レーザダイオード(LD)21、フォトダイオード(PD)22、LD出力ファイバ23、PD入力ファイバ24、入出力ファイバ25、及び光合分波器27を有する。LD21は光パルスを出力する。この光パルスは、LD出力ファイバ23、光合分波器27、及び入出力ファイバ25を経由して外部に出力される。一方、入出力ファイバ25は外部から光パルスを受信する。光合分波器27は、この光パルスをPD入力ファイバ24に結合する。PD22はPD入力ファイバ24が伝搬する光パルスを受光する。   FIG. 7 is a diagram illustrating OTDR1. The OTDR 1 includes a laser diode (LD) 21, a photodiode (PD) 22, an LD output fiber 23, a PD input fiber 24, an input / output fiber 25, and an optical multiplexer / demultiplexer 27. The LD 21 outputs an optical pulse. This optical pulse is output to the outside via the LD output fiber 23, the optical multiplexer / demultiplexer 27, and the input / output fiber 25. On the other hand, the input / output fiber 25 receives an optical pulse from the outside. The optical multiplexer / demultiplexer 27 couples this optical pulse to the PD input fiber 24. The PD 22 receives an optical pulse that propagates through the PD input fiber 24.

LD出力ファイバ23はシングルモードファイバ、PD入力ファイバ24はマルチモードファイバ、出力する光パルス及び受信した光パルスが伝搬する入出力ファイバ25はシングルモードファイバとマルチモードファイバの両方に対応できるデュアルモードファイバである。このような構成とすることで、OTDR1と遠端6との間の光ファイバ8を全てデュアルモードファイバとすることができる。   The LD output fiber 23 is a single mode fiber, the PD input fiber 24 is a multimode fiber, and the input / output fiber 25 through which the output optical pulse and the received optical pulse propagate is a dual mode fiber that can support both a single mode fiber and a multimode fiber. It is. By setting it as such a structure, all the optical fibers 8 between OTDR1 and the far end 6 can be made into a dual mode fiber.

光ファイバ8は、デュアルモードファイバである遠端6の内側コアから光パルスを重力方向に出力する。レンズ3は遠端6からの光パルスを平行光として水面7へ照射する。照射されたパルスは水面7で反射される。ここで、図3に示すように、水面7は動揺しており、反射された光パルスは水面7の傾きによって水面7へ向う光パルスと異なる光路で遠端6へ向う。このため、反射された光パルスはデュアルモードファイバのシングルモード動作用の内側コアに戻ることはできないが、マルチモード動作用の外側コアに戻ることができる。   The optical fiber 8 outputs a light pulse in the direction of gravity from the inner core of the far end 6 which is a dual mode fiber. The lens 3 irradiates the water surface 7 with a light pulse from the far end 6 as parallel light. The irradiated pulse is reflected by the water surface 7. Here, as shown in FIG. 3, the water surface 7 is shaken, and the reflected light pulse travels to the far end 6 along an optical path different from the light pulse directed to the water surface 7 due to the inclination of the water surface 7. Thus, the reflected light pulse cannot return to the inner core for single mode operation of the dual mode fiber, but can return to the outer core for multimode operation.

光ファイバ8は、受信した反射された光パルスをOTDR1へ結合する。OTDR1は、遠端6で反射される光パルスから得られる遠端6までの距離と水面7で反射される光パルスとから得られる水面7までの距離の差にファイバ屈折率を乗算することで遠端6から水面7までの空間距離を算出することができる。   Optical fiber 8 couples the received reflected light pulses to OTDR1. OTDR1 multiplies the difference between the distance from the optical pulse reflected from the far end 6 to the far end 6 and the distance from the optical pulse reflected from the water surface 7 to the water surface 7 by the fiber refractive index. The spatial distance from the far end 6 to the water surface 7 can be calculated.

(実施形態2)
図5は、光ファイバ8が他の形態である水面検知装置302を説明する図である。図5の水面検知装置302のOTDR1は、マルチモードファイバ用である。光ファイバ8は、テーパファイバ15、サーキュレータ16、エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)17、デュアルモードファイバ11、及びシングルモードファイバ2を含む。テーパファイバ15は、図6に示すように、シングルモードファイバのコアとマルチモードファイバのコア同士をテーパ19で接続したものである。テーパファイバ15は、OTDR1から出射されるマルチモードファイバ用光パルスのスポットサイズを変換し、高効率でシングルモードファイバ2に結合する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram illustrating a water surface detection device 302 in which the optical fiber 8 is in another form. OTDR1 of the water surface detection apparatus 302 of FIG. 5 is for multimode fibers. The optical fiber 8 includes a tapered fiber 15, a circulator 16, an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) 17, a dual mode fiber 11, and a single mode fiber 2. As shown in FIG. 6, the taper fiber 15 is formed by connecting a core of a single mode fiber and a core of a multimode fiber with a taper 19. The tapered fiber 15 converts the spot size of the optical pulse for multimode fiber emitted from the OTDR 1 and couples it to the single mode fiber 2 with high efficiency.

テーパファイバ15でシングルモード用に変換された光パルスは、EDFA17で増幅され、デュアルモードファイバ11に結合される。遠端6から出力される光パルスの挙動は図8での説明と同様である。水面7で反射された光パルスは、図8での説明と同様に遠端6で受信され、サーキュレータ16でEDFA17を回避されてOTDR1に結合される。水面検知装置302も水面検知装置301同様に遠端6から水面7までの空間距離が得られる。水面検知装置302は、EDFA17で光パルスを増幅しているため、OTDR波形のSNRが向上し、測定精度が向上する。   The optical pulse converted for single mode by the taper fiber 15 is amplified by the EDFA 17 and coupled to the dual mode fiber 11. The behavior of the light pulse output from the far end 6 is the same as described with reference to FIG. The light pulse reflected by the water surface 7 is received at the far end 6 as described in FIG. 8, and is bypassed by the circulator 16 by the EDFA 17 and coupled to the OTDR 1. Similarly to the water surface detection device 301, the water surface detection device 302 can obtain a spatial distance from the far end 6 to the water surface 7. Since the water surface detection device 302 amplifies the optical pulse with the EDFA 17, the SNR of the OTDR waveform is improved and the measurement accuracy is improved.

(実施形態3)
図11は、本実施形態の水面検知装置303を説明する図である。水面検知装置303は、遠端6から水面7に向けて光パルスを出力し、水面7で反射した前記光パルスを遠端6で受光する光ファイバ8と、光ファイバ8の遠端6の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知するOTDR1と、を備える。
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a diagram illustrating the water surface detection device 303 of the present embodiment. The water surface detection device 303 outputs an optical pulse from the far end 6 toward the water surface 7 and receives the optical pulse reflected by the water surface 7 at the far end 6, and the opposite of the far end 6 of the optical fiber 8. OTDR1 detects the distance from the far end 6 to the water surface 7 by measuring the propagation time from the far end 6 to the optical pulse being input to the side end and the optical pulse being output from the far end 6 and received by the far end 6 And comprising.

図8の水面検知装置301との違いは、光ファイバ8の遠端6の周囲にコーナーキューブアレイ13をさらに備えていることである。コーナーキューブアレイ13は、水面7で反射した前記光パルスを反射し、遠端6からコーナーキューブアレイ13までの光路と同一の光路で前記光パルスを遠端6に結合する。   A difference from the water surface detection device 301 of FIG. 8 is that a corner cube array 13 is further provided around the far end 6 of the optical fiber 8. The corner cube array 13 reflects the light pulse reflected by the water surface 7 and couples the light pulse to the far end 6 in the same optical path from the far end 6 to the corner cube array 13.

水面検知装置303の水面検知方法は、OTDR1に接続された光ファイバ8の遠端6から水面7に向けて光パルスを出力し、水面7で反射した光パルスを遠端6で受光し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知する水面検知方法であって、光ファイバ8の遠端6の周囲にコーナーキューブアレイ13が配置され、前記光パルスが遠端6から重力方向に出力されており、水面7で反射した前記光パルスをコーナーキューブアレイ13で反射させ、遠端6からコーナーキューブアレイ13までの光路と同一の光路で前記光パルスを遠端6に結合することを特徴とする。   The water surface detection method of the water surface detection device 303 is to output a light pulse from the far end 6 of the optical fiber 8 connected to the OTDR 1 toward the water surface 7 and receive the light pulse reflected by the water surface 7 at the far end 6. A water surface detection method for detecting a distance from a far end 6 to a water surface 7 by measuring a propagation time until an optical pulse is output from a far end 6 and received by the far end 6. A corner cube array 13 is arranged around the edge 6, the light pulse is output in the direction of gravity from the far end 6, the light pulse reflected by the water surface 7 is reflected by the corner cube array 13, and the corner from the far end 6 The optical pulse is coupled to the far end 6 through the same optical path as that up to the cube array 13.

コーナーキューブアレイ13は、図4に示すように入射光を各々の鏡面で一回ずつ反射させ、入射角のいかんにかかわらず、光を入射光の方向へ戻す再帰性反射を行なう。遠端6の周囲に配置したコーナーキューブアレイ13は、動揺する水面7の傾きが大きく乱反射した光パルスを再帰性反射し、再度水面7で反射させ遠端6に結合することができる。   As shown in FIG. 4, the corner cube array 13 reflects incident light once at each mirror surface, and performs retroreflection to return the light to the direction of incident light regardless of the incident angle. The corner cube array 13 arranged around the far end 6 can recursively reflect the light pulse that has been diffusely reflected with a large inclination of the oscillating water surface 7 and can be reflected again by the water surface 7 and coupled to the far end 6.

OTDR1は、図8で説明したように遠端6から水面7までの空間距離を算出することができる。なお、水面検知装置303の遠端6は、水面7と遠端6との間のみを往復する光パルス(これを「直帰光パルス」と記載する。)と、水面7とコーナーキューブアレイ13との間をさらに往復する光パルス(これを「再帰性反射光パルス」と記載する。)と、を受光する。このため、水面検知装置303は遠端6が受光した光パルスが直帰光パルスであるか、再帰性反射光パルスであるかを判断して遠端6から水面7までの空間距離を算出する。具体的には、OTDR波形において3つの光パルスの波形が観測されるため、水面検知装置303は、最も短い距離に生ずる波形が遠端6で反射した光パルスのもの、最も遠い距離に生ずる波形が再帰性反射光パルスのもの、その間に生ずる波形が直帰光パルスのものと判断する。そして、直帰光パルスの波形ならば、水面検知装置303は、実施形態1で説明したように遠端6から水面7までの空間距離を算出する。再帰性反射光パルスの波形ならば、遠端6から水面7までの距離だけでなく、水面7からコーナーキューブアレイ13までの距離も含まれているので、水面検知装置303は、遠端6までの距離と再帰性反射光パルスの波形から得られる距離の差にファイバ屈折率を乗算し、1/2することで遠端6から水面7までの空間距離を算出する。   The OTDR 1 can calculate the spatial distance from the far end 6 to the water surface 7 as described with reference to FIG. It should be noted that the far end 6 of the water surface detection device 303 includes a light pulse that reciprocates only between the water surface 7 and the far end 6 (this is referred to as “direct bounce light pulse”), the water surface 7, and the corner cube array 13. And a light pulse (which will be referred to as a “retro-reflected light pulse”) that travels back and forth between the light and the light. Therefore, the water surface detection device 303 determines whether the light pulse received by the far end 6 is a bounce light pulse or a retroreflected light pulse, and calculates the spatial distance from the far end 6 to the water surface 7. . Specifically, since three optical pulse waveforms are observed in the OTDR waveform, the water surface detection device 303 uses the light pulse reflected at the far end 6 as the waveform generated at the shortest distance, and the waveform generated at the farthest distance. Is a retroreflected light pulse, and the waveform generated between them is a direct light pulse. And if it is a waveform of a direct light return pulse, the water surface detection apparatus 303 will calculate the spatial distance from the far end 6 to the water surface 7 as demonstrated in Embodiment 1. FIG. In the case of the waveform of the retroreflected light pulse, not only the distance from the far end 6 to the water surface 7 but also the distance from the water surface 7 to the corner cube array 13 is included. The spatial distance from the far end 6 to the water surface 7 is calculated by multiplying the difference in distance and the distance obtained from the waveform of the retroreflected light pulse by the fiber refractive index and halving it.

なお、図9のように水面7から遠端6までの距離と水面7からコーナーキューブアレイ13までの距離が異なる場合、遠端6からコーナーキューブアレイ13までの重力方向の距離Lを予め取得しておく必要がある。そして、再帰性反射光パルスの波形から得られる距離に距離Lを加算し、1/2することで遠端6から水面7までの空間距離Lを算出する。 If the distance from the water surface 7 to the far end 6 is different from the distance from the water surface 7 to the corner cube array 13 as shown in FIG. 9, the distance L c in the gravity direction from the far end 6 to the corner cube array 13 is acquired in advance. It is necessary to keep it. Then, the distance L c is added to the distance obtained from the waveform of the retroreflected light pulse, and is halved to calculate the spatial distance L w from the far end 6 to the water surface 7.

また、水面検知装置303は、光ファイバ8にシングルモードファイバを使用することができるが、少なくとも遠端6部分の光ファイバ8がデュアルモードファイバであり、光パルスをデュアルモードファイバの内側コア又は外側コアで受光することが望ましい。遠端6で光パルスを受光できる確率が高まるため、遠端6から水面7までの空間距離の測定精度が向上する。   Further, the water surface detection device 303 can use a single mode fiber for the optical fiber 8, but at least the optical fiber 8 at the far end 6 portion is a dual mode fiber, and the optical pulse is transmitted to the inner core or the outer side of the dual mode fiber. It is desirable to receive light at the core. Since the probability of receiving a light pulse at the far end 6 increases, the measurement accuracy of the spatial distance from the far end 6 to the water surface 7 is improved.

さらに、水面検知装置303は、実施形態2で説明した光ファイバ8としてもよい。水面検知装置303は、EDFA17で光パルスを増幅するため、OTDR波形のSNRが向上し、測定精度が向上する。   Further, the water surface detection device 303 may be the optical fiber 8 described in the second embodiment. Since the water surface detection device 303 amplifies the optical pulse with the EDFA 17, the SNR of the OTDR waveform is improved and the measurement accuracy is improved.

(実施形態4)
図12は、本実施形態の水面検知装置304を説明する図である。水面検知装置304は、遠端6から水面7に向けて光パルスを出力し、水面7で反射した前記光パルスを遠端6で受光する光ファイバ8と、光ファイバ8の遠端6の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知するOTDR1と、を備える。
(Embodiment 4)
FIG. 12 is a diagram illustrating the water surface detection device 304 of the present embodiment. The water surface detection device 304 outputs an optical pulse from the far end 6 toward the water surface 7 and receives the optical pulse reflected by the water surface 7 at the far end 6, and the opposite of the far end 6 of the optical fiber 8. OTDR1 detects the distance from the far end 6 to the water surface 7 by measuring the propagation time from the far end 6 to the optical pulse being input to the side end and the optical pulse being output from the far end 6 and received by the far end 6 And comprising.

水面検知装置304と図11の水面検知装置303との違いは、コーナーキューブアレイ13の位置と遠端6から出力される光パルスの方向である。すなわち、水面検知装置304は、光ファイバ8の遠端6と異なる位置に配置されたコーナーキューブアレイ13をさらに備える。光ファイバ8は、遠端6から前記光パルスを重力方向からコーナーキューブアレイ13の方向に傾斜した方向に出力する。コーナーキューブアレイ13は、水面7で反射した前記光パルスを反射し、遠端6からコーナーキューブアレイ13までの光路と同一の光路で前記光パルスを遠端6に結合することを特徴とする。   The difference between the water surface detection device 304 and the water surface detection device 303 in FIG. 11 is the position of the corner cube array 13 and the direction of the light pulse output from the far end 6. That is, the water surface detection device 304 further includes the corner cube array 13 disposed at a position different from the far end 6 of the optical fiber 8. The optical fiber 8 outputs the light pulse from the far end 6 in a direction inclined from the direction of gravity toward the corner cube array 13. The corner cube array 13 reflects the light pulse reflected by the water surface 7 and couples the light pulse to the far end 6 in the same optical path from the far end 6 to the corner cube array 13.

水面検知装置304の水面検知方法は、OTDR1に接続された光ファイバ8の遠端6から水面7に向けて光パルスを出力し、水面7で反射した前記光パルスを遠端6で受光し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知する水面検知方法であって、光ファイバ8の遠端6と異なる位置にコーナーキューブアレイ13が配置され、前記光パルスが遠端6から重力方向に対してコーナーキューブアレイ13の方向に傾斜した方向に出力されており、水面7で反射した前記光パルスをコーナーキューブアレイ13で反射させ、遠端6からコーナーキューブアレイ13までの光路と同一の光路で前記光パルスを遠端6に結合することを特徴とする。   The water surface detection method of the water surface detection device 304 outputs a light pulse from the far end 6 of the optical fiber 8 connected to the OTDR 1 toward the water surface 7, and receives the light pulse reflected by the water surface 7 at the far end 6, A water surface detection method for detecting a distance from the far end 6 to the water surface 7 by measuring a propagation time until the light pulse is output from the far end 6 and received by the far end 6. The corner cube array 13 is disposed at a position different from the end 6, and the light pulse is output from the far end 6 in a direction inclined in the direction of the corner cube array 13 with respect to the direction of gravity, and the light reflected by the water surface 7 The pulse is reflected by the corner cube array 13, and the optical pulse is coupled to the far end 6 by the same optical path from the far end 6 to the corner cube array 13.

遠端6は、重力方向に対してθだけ傾斜した方向に光パルスを出力する。コーナーキューブアレイ13は、この光パルスが動揺がない水面7で反射して進む方向に配置する。遠端6から出力された光パルスは、水面7で反射してコーナーキューブアレイ13に到達する。コーナーキューブアレイ13は、動揺する水面7の傾きが大きく乱反射した光パルスを再帰性反射し、再度水面7で反射させ遠端6に結合することができる。   The far end 6 outputs a light pulse in a direction inclined by θ with respect to the direction of gravity. The corner cube array 13 is arranged in a direction in which this light pulse is reflected by the water surface 7 where there is no shaking. The light pulse output from the far end 6 is reflected by the water surface 7 and reaches the corner cube array 13. The corner cube array 13 can recursively reflect the light pulse reflected by the turbulent water surface 7 having a large inclination and reflected again on the water surface 7 and coupled to the far end 6.

水面検知装置304は、図11の水面検知装置303と異なり、再帰性反射光パルスのみ遠端6で受光する。このため、OTDR1は、遠端6までの距離と再帰性反射光パルスの波形から得られる距離の差にファイバ屈折率を乗算した距離、すなわち遠端6から水面7を経由してコーナーキューブアレイ13までの往復の空間距離Lを測定する。水面検知装置304は空間距離Lから遠端6と水面7との間の空間距離Lを次式で算出する。
(数式1)
=(L/2)・cosθ
Unlike the water surface detection device 303 in FIG. 11, the water surface detection device 304 receives only the retroreflected light pulse at the far end 6. For this reason, the OTDR 1 is a distance obtained by multiplying the difference between the distance to the far end 6 and the distance obtained from the waveform of the retroreflected light pulse by the fiber refractive index, that is, the corner cube array 13 via the water surface 7 from the far end 6. The round-trip spatial distance L p is measured. Water sensing unit 304 calculates the spatial distance L w between the distal end 6 and the water surface 7 from the space distance L by the following equation.
(Formula 1)
L w = (L p / 2) · cos θ

また、図13のように水面7から遠端6までの距離と水面7からコーナーキューブアレイ13までの距離が異なる場合、遠端6からコーナーキューブアレイ13までの重力方向の距離Lを予め取得しておく必要がある。この場合、水面検知装置304は、空間距離Lを次式で算出する。
(数式2)
={(L+L)/2}・cosθ
If the distance from the water surface 7 to the far end 6 is different from the distance from the water surface 7 to the corner cube array 13 as shown in FIG. 13, the distance L c in the gravitational direction from the far end 6 to the corner cube array 13 is acquired in advance. It is necessary to keep it. In this case, the water surface detection device 304 calculates the spatial distance Lw by the following equation.
(Formula 2)
L w = {(L p + L c ) / 2} · cos θ

また、水面検知装置304は、水面検知装置303と同様に光ファイバ8にシングルモードファイバを使用することができるが、デュアルモードファイバを使用することが望ましい。   In addition, the water level detection device 304 can use a single mode fiber for the optical fiber 8 similarly to the water level detection device 303, but it is desirable to use a dual mode fiber.

さらに、水面検知装置304は、実施形態2で説明した光ファイバ8としてもよい。水面検知装置304は、EDFA17で光パルスを増幅するため、OTDR波形のSNRが向上し、測定精度が向上する。   Furthermore, the water surface detection device 304 may be the optical fiber 8 described in the second embodiment. Since the water surface detection device 304 amplifies the optical pulse with the EDFA 17, the SNR of the OTDR waveform is improved and the measurement accuracy is improved.

(実施形態5)
図10は、本実施形態の水面検知方法を説明する図である。本水面検知方法は、OTDR1に接続された光ファイバ8の遠端6から、水面7に配置されて水面7に応じて動揺するコーナーキューブアレイ13に向けて重力方向に光パルスを出力し、コーナーキューブアレイ13で反射した前記光パルスを遠端6で受光し、前記光パルスが遠端6から出力され遠端6で受光されるまでの伝搬時間を測定することで遠端6から水面7までの距離を検知する。
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a diagram illustrating the water surface detection method of the present embodiment. This water surface detection method outputs light pulses in the direction of gravity from the far end 6 of the optical fiber 8 connected to the OTDR 1 toward the corner cube array 13 that is arranged on the water surface 7 and fluctuates according to the water surface 7. The light pulse reflected by the cube array 13 is received at the far end 6, and the propagation time from when the light pulse is output from the far end 6 to when it is received at the far end 6 is measured. Detect the distance.

本水面検知方法は、図1、図5、図8及び図11で説明した水面検知装置を使用して行なう。さらに、本水面検知方法は、図10のように水面7にコーナーキューブアレイ13を遠端6に向けて浮かせておく。例えば、水に流されないよう紐や筒状の網などで支柱35に結び付けておく。   This water surface detection method is performed using the water surface detection apparatus described in FIGS. 1, 5, 8, and 11. Further, in this water surface detection method, the corner cube array 13 is floated on the water surface 7 toward the far end 6 as shown in FIG. For example, it is tied to the column 35 with a string or a cylindrical net so as not to be washed away by water.

水面検知装置の遠端6から重力方向に光パルスを出力すれば、コーナーキューブアレイ13はこの光パルスを再帰性反射するため、水面7が動揺していたとしても反射した光パルスを遠端6に結合することができる。OTDR1が、図8で説明したように遠端6からコーナーキューブアレイ13までの空間距離を算出することで、水面検知装置は遠端6から水面7までの空間距離を得ることができる。   If a light pulse is output in the direction of gravity from the far end 6 of the water surface detector, the corner cube array 13 retroreflects this light pulse, so that even if the water surface 7 is shaken, the reflected light pulse is reflected at the far end 6. Can be combined. The OTDR 1 calculates the spatial distance from the far end 6 to the corner cube array 13 as described with reference to FIG. 8, so that the water surface detection device can obtain the spatial distance from the far end 6 to the water surface 7.

本発明に係る水面検知方法及び水面検知装置は、川や湖の水面を検知する防災システムや工場での液面監視などに適用できる。   The water surface detection method and the water surface detection device according to the present invention can be applied to a disaster prevention system for detecting the water surface of a river or a lake, a liquid level monitoring in a factory, or the like.

1:OTDR
2:シングルモードファイバ
3:レンズ
4:液体
5:容器
6:遠端
7:水面
8:光ファイバ
9:内側コア
10:外側コア
11:デュアルモードファイバ
13:コーナーキューブアレイ
15:テーパファイバ
16:サーキュレータ
17:EDFA
19:テーパ
21:LD
22:PD
23:LD出力ファイバ
24:PD入力ファイバ
25:入出力ファイバ
27:光合分波器
35:支柱
300、301、302、303、304:水面検知装置
1: OTDR
2: Single mode fiber 3: Lens 4: Liquid 5: Container 6: Far end 7: Water surface 8: Optical fiber 9: Inner core 10: Outer core 11: Dual mode fiber 13: Corner cube array 15: Tapered fiber 16: Circulator 17: EDFA
19: Taper 21: LD
22: PD
23: LD output fiber 24: PD input fiber 25: Input / output fiber 27: Optical multiplexer / demultiplexer 35: Support columns 300, 301, 302, 303, 304: Water surface detection device

Claims (9)

OTDR(光パルス試験器:Optical Time Domain Reflectometer)に接続された光ファイバの遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知する水面検知方法であって、
少なくとも前記遠端部分の前記光ファイバがデュアルモードファイバであり、
前記光パルスが前記デュアルモードファイバの内側コアから重力方向に出力されており、
前記水面で反射した前記光パルスを前記デュアルモードファイバの外側コアで受光することを特徴とする水面検知方法。
An optical pulse is output from the far end of an optical fiber connected to an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) toward the water surface, the light pulse reflected by the water surface is received at the far end, and the light is received. A water surface detection method for detecting a distance from the far end to the water surface by measuring a propagation time until a pulse is output from the far end and received at the far end,
At least the optical fiber in the far end portion is a dual mode fiber;
The light pulse is output in the direction of gravity from the inner core of the dual mode fiber;
A method of detecting a water surface, wherein the light pulse reflected by the water surface is received by an outer core of the dual mode fiber.
OTDRに接続された光ファイバの遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知する水面検知方法であって、
前記光ファイバの前記遠端の周囲にコーナーキューブアレイが配置され、
前記光パルスが前記遠端から重力方向に出力されており、
前記水面で反射した前記光パルスを前記コーナーキューブアレイで反射させ、前記遠端から前記コーナーキューブまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする水面検知方法。
An optical pulse is output from the far end of the optical fiber connected to the OTDR toward the water surface, the light pulse reflected by the water surface is received at the far end, and the light pulse is output from the far end and the far end A water surface detection method for detecting a distance from the far end to the water surface by measuring a propagation time until the light is received at
A corner cube array is disposed around the far end of the optical fiber;
The light pulse is output in the direction of gravity from the far end;
A method of detecting a water surface, comprising: reflecting the light pulse reflected on the water surface by the corner cube array; and coupling the light pulse to the far end along the same optical path from the far end to the corner cube. .
OTDRに接続された光ファイバの遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知する水面検知方法であって、
前記光ファイバの前記遠端と異なる位置にコーナーキューブアレイが配置され、
前記光パルスが前記遠端から重力方向に対して前記コーナーキューブアレイの方向に傾斜した方向に出力されており、
前記水面で反射した前記光パルスを前記コーナーキューブアレイで反射させ、前記遠端から前記コーナーキューブアレイまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする水面検知方法。
An optical pulse is output from the far end of the optical fiber connected to the OTDR toward the water surface, the light pulse reflected by the water surface is received at the far end, and the light pulse is output from the far end and the far end A water surface detection method for detecting a distance from the far end to the water surface by measuring a propagation time until the light is received at
A corner cube array is disposed at a position different from the far end of the optical fiber,
The light pulse is output in a direction inclined in the direction of the corner cube array with respect to the direction of gravity from the far end,
Water surface detection characterized in that the light pulse reflected by the water surface is reflected by the corner cube array, and the light pulse is coupled to the far end in the same optical path from the far end to the corner cube array. Method.
OTDRに接続された光ファイバの遠端から、水面に配置されて前記水面に応じて動揺するコーナーキューブアレイに向けて重力方向に光パルスを出力し、前記コーナーキューブアレイで反射した前記光パルスを前記遠端で受光し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知することを特徴とする水面検知方法。   From the far end of the optical fiber connected to the OTDR, an optical pulse is output in the direction of gravity toward the corner cube array that is arranged on the water surface and fluctuates in accordance with the water surface, and the optical pulse reflected by the corner cube array is output. Light is received at the far end, and a distance from the far end to the water surface is detected by measuring a propagation time until the light pulse is output from the far end and received at the far end. Water surface detection method. 少なくとも前記遠端部分の前記光ファイバがデュアルモードファイバであり、前記光パルスを前記デュアルモードファイバの内側コア又は外側コアで受光することを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の水面検知方法。   5. The water surface according to claim 2, wherein at least the optical fiber in the far end portion is a dual mode fiber, and the optical pulse is received by an inner core or an outer core of the dual mode fiber. Detection method. 遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光する光ファイバと、
前記光ファイバの前記遠端の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知するOTDRと、
を備える水面検知装置であって、
前記光ファイバは、少なくとも前記遠端部分がデュアルモードファイバであり、前記光パルスを前記デュアルモードファイバの内側コアから重力方向に出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記デュアルモードファイバの外側コアで受光することを特徴とする水面検知装置。
An optical fiber that outputs a light pulse from the far end toward the water surface and receives the light pulse reflected by the water surface at the far end;
The optical pulse is input to the end opposite to the far end of the optical fiber, and the propagation time until the optical pulse is output from the far end and received at the far end is measured. OTDR for detecting the distance to the water surface;
A water surface detection device comprising:
At least the far end portion of the optical fiber is a dual mode fiber, the optical pulse is output from the inner core of the dual mode fiber in the direction of gravity, and the optical pulse reflected by the water surface is output to the outside of the dual mode fiber. A water surface detection device characterized by receiving light at a core.
遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光する光ファイバと、
前記光ファイバの前記遠端の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知するOTDRと、
を備える水面検知装置であって、
前記光ファイバの前記遠端の周囲に配置されたコーナーキューブアレイをさらに備え、
前記光ファイバは、前記遠端から前記光パルスを重力方向に出力し、
前記コーナーキューブアレイは、前記水面で反射した前記光パルスを反射し、前記遠端から前記コーナーキューブアレイまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする水面検知装置。
An optical fiber that outputs a light pulse from the far end toward the water surface and receives the light pulse reflected by the water surface at the far end;
The optical pulse is input to the end opposite to the far end of the optical fiber, and the propagation time until the optical pulse is output from the far end and received at the far end is measured. OTDR for detecting the distance to the water surface;
A water surface detection device comprising:
Further comprising a corner cube array disposed around the far end of the optical fiber;
The optical fiber outputs the light pulse from the far end in the direction of gravity,
The corner cube array reflects the light pulse reflected from the water surface, and couples the light pulse to the far end in the same optical path from the far end to the corner cube array. Detection device.
遠端から水面に向けて光パルスを出力し、前記水面で反射した前記光パルスを前記遠端で受光する光ファイバと、
前記光ファイバの前記遠端の反対側の端に前記光パルスを入力し、前記光パルスが前記遠端から出力され前記遠端で受光されるまでの伝搬時間を測定することで前記遠端から前記水面までの距離を検知するOTDRと、
を備える水面検知装置であって、
前記光ファイバの前記遠端と異なる位置に配置されたコーナーキューブアレイをさらに備え、
前記光ファイバは、前記遠端から前記光パルスを重力方向から前記コーナーキューブアレイの方向に傾斜した方向に出力し、
前記コーナーキューブアレイは、前記水面で反射した前記光パルスを反射し、前記遠端から前記コーナーキューブアレイまでの光路と同一の光路で前記光パルスを前記遠端に結合することを特徴とする水面検知装置。
An optical fiber that outputs a light pulse from the far end toward the water surface and receives the light pulse reflected by the water surface at the far end;
The optical pulse is input to the end opposite to the far end of the optical fiber, and the propagation time until the optical pulse is output from the far end and received at the far end is measured. OTDR for detecting the distance to the water surface;
A water surface detection device comprising:
A corner cube array disposed at a position different from the far end of the optical fiber,
The optical fiber outputs the light pulse from the far end in a direction inclined from the direction of gravity toward the corner cube array,
The corner cube array reflects the light pulse reflected from the water surface, and couples the light pulse to the far end in the same optical path from the far end to the corner cube array. Detection device.
少なくとも前記遠端部分の前記光ファイバがデュアルモードファイバであり、前記光パルスを前記デュアルモードファイバの内側コア又は外側コアで受光することを特徴とする請求項7又は8に記載の水面検知装置。   The water level detection device according to claim 7 or 8, wherein at least the optical fiber in the far end portion is a dual mode fiber, and the optical pulse is received by an inner core or an outer core of the dual mode fiber.
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