JP2018194372A - Optical fiber position searching device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、配線された光ファイバケーブルの位置や経路を特定する設備探索技術に関するものである。 The present disclosure relates to a facility search technique for specifying the position and route of a wired optical fiber cable.
従来、ケーブルの位置を探索する技術として、例えば非特許文献1のように、導電性のケーブル(メタルケーブルや導電体を有する光ファイバケーブル)に対して、探索用の交流または直流磁界を導電性のケーブルに付与してそれを検出する技術が存在する。一方、導電体を持たない光ファイバケーブルに対しては、主には断線有無を確認する手段ではあるが、例えば非特許文献2のように、波長600nm〜800nm程度の可視光を光ファイバに入射し、光ファイバケーブルのストレス部や接続部などで発生する漏洩光を視認することで当該のケーブル位置を視認する技術が存在する。
Conventionally, as a technique for searching for the position of a cable, for example, as in Non-Patent
一方、光ファイバケーブルの形状を計測する技術としては、複数のコアを有する光ファイバを内蔵した光ファイバケーブルを用いて、例えば非特許文献3のように、ファイバブラッググレーティングを用いるものや、非特許文献4のように、複数のコアを光ファイバ内で規則的にねじるものなどを用いて、高精度にひずみとひずみのかかった方向を分布的に計測することで、光ファイバの曲がり形状を三次元上で計測する技術が知られている。
On the other hand, as a technique for measuring the shape of an optical fiber cable, an optical fiber cable incorporating an optical fiber having a plurality of cores is used. Using a material that regularly twists a plurality of cores in an optical fiber as described in
通信事業者の通信ビルやデータセンタビルなどにおいては、数多くの光サービス加入者やサーバ間の配線を行うための光ファイバ設備量は増加の一途をたどっており、設備の更改に伴う撤去や移動を行う際には、特定の光ファイバケーブルの位置やその経路を探索する必要がある。例えば、光ファイバの詳細位置が不明な場合、撤去作業そのものが通信中の光ファイバケーブルにおける通信に影響を及ぼす事故を起こすことがあり、これを回避するために光ファイバケーブルの確認作業が必要である。しかし、この作業には大きな稼働やコストがかかるという課題がある。 In communication buildings and data center buildings of telecommunications carriers, the number of optical fiber facilities used for wiring between many optical service subscribers and servers is steadily increasing. When performing, it is necessary to search for the position and route of a specific optical fiber cable. For example, if the detailed position of the optical fiber is unknown, the removal work itself may cause an accident that affects the communication in the fiber optic cable during communication. To avoid this, it is necessary to check the optical fiber cable. is there. However, there is a problem that this operation requires a large operation and cost.
さらに、通常こうした通信ビル等で用いられる光ファイバケーブルは、光ファイバにアラミド繊維等を縦添えしたアラミド繊維強化ケーブルであり、導電性が無いため、背景技術にある磁界を利用した探索技術は、適用することができない。また、可視光源を利用する探索技術は、視認できる位置にケーブルが存在し、かつ漏洩部分が確認できる場所に限定されるだけでなく、その経路について知ることは現実的に不可能である。例えば、こうした空間においては、二重床内での配線、ケーブル配線管路などを用いた配線架上の経路、壁内配線など非露出配線の場合が多く、適用することができない。背景技術の高精度なひずみ計測による形状計測技術は、特殊な光ファイバやデバイスが検出原理に必要であるため、通常の光ファイバの探索に適用することができない。このように、既存の背景技術では、上記課題を解決することは困難である。 Furthermore, the optical fiber cable normally used in such communication buildings is an aramid fiber reinforced cable in which an aramid fiber or the like is vertically attached to an optical fiber, and since there is no electrical conductivity, a search technique using a magnetic field in the background art is It cannot be applied. In addition, the search technique using a visible light source is not limited to a place where a cable is present at a visible position and a leaked portion can be confirmed, and it is practically impossible to know the route. For example, in such a space, there are many cases of non-exposed wiring such as wiring in a double floor, a route on a wiring rack using a cable wiring conduit, and wiring in a wall, and thus cannot be applied. The shape measurement technique based on high-precision strain measurement in the background art cannot be applied to a normal optical fiber search because a special optical fiber or device is necessary for the detection principle. Thus, with the existing background art, it is difficult to solve the above problems.
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、目視や手で触れることが困難な既設の光ファイバの位置や経路を探索する光ファイバ位置探索装置及びプログラムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fiber position search apparatus and program for searching for the position and route of an existing optical fiber that is difficult to touch visually or by hand to solve the above-described problems.
上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ位置探索装置は、音波のような弾性波を空中に放出し、当該弾性波が光ファイバに衝突した時に光ファイバに発生する振動をOTDR等で観測し、弾性波発生部と当該弾性波が光ファイバに衝突した箇所までの距離を測定することとした。 In order to achieve the above object, an optical fiber position search apparatus according to the present invention emits an elastic wave such as a sound wave into the air, and generates vibration generated in the optical fiber when the elastic wave collides with the optical fiber. The distance between the elastic wave generator and the location where the elastic wave collided with the optical fiber was measured.
具体的には、本発明に係る光ファイバ位置探索装置は、
弾性波信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段が生成した前記弾性波信号に基づいて弾性波を発生させ、空気中に出力する弾性波発生部と、
被測定光ファイバの一端に試験光を入射し、前記被測定光ファイバの各点からの戻り光から前記試験光の偏波あるいは位相情報を時間毎に取得する光反射計測部と、
前記弾性波の発生と前記試験光の前記被測定光ファイバへの入射との同期を行うクロック信号を発生させるクロック信号生成部と、
時間毎に取得された前記偏波あるいは前記位相情報の変化から、前記弾性波が前記被測定光ファイバの各点へ到達する伝搬遅延時間を算出し、前記弾性波発生部と前記被測定光ファイバの各点との距離を算出する信号処理部と、
を備える。
Specifically, the optical fiber position search apparatus according to the present invention is:
Signal generating means for generating an elastic wave signal;
An elastic wave generating unit that generates an elastic wave based on the elastic wave signal generated by the signal generating unit and outputs the generated elastic wave to the air;
A light reflection measuring unit that enters test light into one end of the optical fiber to be measured, and obtains the polarization or phase information of the test light from the return light from each point of the optical fiber to be measured every time;
A clock signal generation unit that generates a clock signal that synchronizes generation of the elastic wave and incidence of the test light on the optical fiber to be measured;
A propagation delay time for the elastic wave to reach each point of the optical fiber to be measured is calculated from a change in the polarization or the phase information acquired every time, and the elastic wave generator and the optical fiber to be measured are calculated. A signal processing unit for calculating the distance to each point of
Is provided.
空間に出力した弾性波が光ファイバに衝突することで光ファイバが振動し、光ファイバの僅かな伸縮により振動付与部分を透過する試験光に位相変調や偏波変調が加えられる。試験光の位相変調を利用する場合、反射あるいは散乱光の位相変化あるいはスペクトル応答をもって振動を解析するコヒーレントOTDRやコヒーレントOFDR等で弾性波発生部と当該弾性波が光ファイバに衝突した箇所までの距離を測定する。試験光の偏波変調を利用する場合、反射あるいは散乱光の偏波状態の変化を解析する偏波OTDRあるいは偏波OFDR等で弾性波発生部と当該弾性波が光ファイバに衝突した箇所までの距離を測定する。 When the elastic wave output to the space collides with the optical fiber, the optical fiber vibrates, and phase modulation or polarization modulation is applied to the test light transmitted through the vibration applying portion by slight expansion and contraction of the optical fiber. When using phase modulation of test light, the distance between the elastic wave generator and the location where the elastic wave collided with the optical fiber in a coherent OTDR or coherent OFDR that analyzes vibration with the phase change or spectral response of reflected or scattered light Measure. When using the polarization modulation of the test light, it is necessary to analyze the change in the polarization state of the reflected or scattered light by using the polarized wave OTDR or the polarized wave OFDR to the point where the elastic wave collides with the optical fiber. Measure distance.
従って、本発明は、目視や手で触れることが困難な既設の光ファイバの位置や経路を探索する光ファイバ位置探索装置を提供することができる。 Therefore, the present invention can provide an optical fiber position search device that searches for the position and path of an existing optical fiber that is difficult to touch visually or by hand.
また、本発明に係る光ファイバ位置探索装置の前記弾性波発生部は、三次元空間の少なくとも2つの出力点からそれぞれ前記弾性波を出力し、前記信号処理部は、前記出力点から出力された前記弾性波それぞれに基づいて前記出力点と前記被測定光ファイバの各点との距離を算出し、前記三次元空間内の前記被測定光ファイバ各点の位置を特定することが好ましい。
このような構成とすると、配線された光ファイバケーブルの位置や経路を三次元的に特定できる。
Further, the elastic wave generation unit of the optical fiber position search apparatus according to the present invention outputs the elastic wave from at least two output points in a three-dimensional space, and the signal processing unit is output from the output point. It is preferable that the distance between the output point and each point of the measured optical fiber is calculated based on each of the elastic waves, and the position of each point of the measured optical fiber in the three-dimensional space is specified.
With such a configuration, the position and route of the wired optical fiber cable can be specified three-dimensionally.
本発明に係る光ファイバ位置探索装置の前記弾性波発生部は、前記弾性波として100Hz以下の低周波音を出力することが好ましい。低周波の音は、壁などの物理的障壁に対して比較的減衰定数の小さく、指向性が低いので、光ファイバケーブルが室内の隅や隠れた箇所に配線されていても特定できる。 It is preferable that the elastic wave generator of the optical fiber position search device according to the present invention outputs a low frequency sound of 100 Hz or less as the elastic wave. Low-frequency sound has a relatively small attenuation constant with respect to a physical barrier such as a wall and has low directivity, so that it can be specified even if an optical fiber cable is wired in a corner or a hidden place in a room.
本発明に係る光ファイバ位置探索装置の前記信号生成部は、前記弾性波信号に前記弾性波発生部の前記出力点毎に異なる周波数または符号列を付与することが好ましい。取得した情報が弾性波による変調なのか雑音なのかを容易に識別でき、探索精度が向上する。 It is preferable that the signal generation unit of the optical fiber position search apparatus according to the present invention assigns a different frequency or code string to the elastic wave signal for each output point of the elastic wave generation unit. Whether the acquired information is modulated by elastic waves or noise can be easily identified, and search accuracy is improved.
本発明に係る光ファイバ位置探索装置の前記信号処理部は、測定点の前記偏波あるいは前記位相情報と前記測定点の前記光反射計測部側の点における前記偏波あるいは前記位相情報との差分を計算し、前記偏波あるいは前記位相情報の変化とすることが好ましい。 The signal processing unit of the optical fiber position search apparatus according to the present invention is configured such that the difference between the polarization or the phase information at a measurement point and the polarization or the phase information at a point on the light reflection measurement unit side of the measurement point Is preferably calculated as the change of the polarization or the phase information.
光ファイバの試験光の入射側で弾性波による振動が加えられた場合、振動付与部分以降の光ファイバを伝搬する試験光は変調された状態なので、その影響は遠端側にも伝わる。このため、光ファイバの各点での偏波あるいは位相成分を得た後に、光ファイバ上の距離方向で隣り合う点同士で偏波あるいは位相成分の差分を取ることで前記影響を低減する。 When vibration due to elastic waves is applied on the test light incident side of the optical fiber, the test light propagating through the optical fiber after the vibration applying portion is in a modulated state, and the influence is transmitted to the far end side. For this reason, after obtaining the polarization or phase component at each point of the optical fiber, the influence is reduced by taking the difference of the polarization or phase component between adjacent points in the distance direction on the optical fiber.
本発明に係るプログラムは、前記光ファイバ位置経路探索装置の前記信号処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。本発明に係る光ファイバ位置探索装置の信号処理部はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。 The program according to the present invention is a program for causing a computer to function as the signal processing unit of the optical fiber position path searching device. The signal processing unit of the optical fiber position search apparatus according to the present invention can be realized by a computer and a program, and can be recorded on a recording medium or provided through a network.
本発明は、目視や手で触れることが困難な既設の光ファイバの位置や経路を探索する光ファイバ位置探索装置及びプログラムを提供することができる。 The present invention can provide an optical fiber position search apparatus and program for searching for the position and route of an existing optical fiber that is difficult to touch visually or by hand.
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.
図1は、本実施形態の光ファイバ位置探索装置301を説明する図である。光ファイバ位置探索装置301は、3次元空間0に配線される被測定光ファイバ1の位置および経路を特定することができる。
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical fiber
光ファイバ位置探索装置301は、
弾性波信号を生成する信号生成部3と、
信号生成部3が生成した弾性波信号に基づいて弾性波を発生させ、空気中に出力する弾性波発生部2と、
被測定光ファイバ1の一端に試験光を入射し、被測定光ファイバ1の各点からの戻り光から試験光の偏波あるいは位相情報を時間毎に取得する光反射計測部4と、
弾性波の発生と試験光の被測定光ファイバ1への入射との同期を行うクロック信号を発生させるクロック信号生成部5と、
時間毎に取得された偏波あるいは位相情報の変化から、弾性波が被測定光ファイバ1の各点へ到達する伝搬遅延時間を算出し、弾性波発生部2と被測定光ファイバ1の各点との距離を算出する信号処理部6と、
を備える。
The optical fiber
A
An elastic
A light
A clock signal generator 5 for generating a clock signal for synchronizing the generation of the elastic wave and the incidence of the test light on the
The propagation delay time for the elastic wave to reach each point of the measured
Is provided.
弾性波発生部2は、信号生成部3から入力された信号に対して空中を伝搬する弾性波を発生させるものであればよい。また、詳細は別途記すが、弾性波発生部2の位置は任意とすることができ、且つ、特定する被測定光ファイバ1の位置及び経路はこの弾性波発生部2の位置に依存しない形で特定することができる。
The
本実施例では、壁などの物理的障壁に対して、比較的減衰定数の小さく、指向性が低い、例えば100Hz以下の低周波な音を発生させる音源を弾性波発生部2として用いる場合について示す。この低周波音は、人間の耳のラウドネス特性より、高周波音に対して比較的騒音性が小さいというメリットもある。このため、弾性波発生装置として、サブウーファー等の低周波数特性に特化した音響スピーカーを用いることが可能である。
In the present embodiment, a case where a sound source that generates a low-frequency sound having a relatively small attenuation constant and low directivity, for example, 100 Hz or less, is used as the
光反射計測部4は、被測定光ファイバ1の一端から試験光を入射して、被測定光ファイバ1上の各点の反射光あるいは散乱光を解析することで、被測定光ファイバ1に加えられた振動を解析する計測装置である。光反射計測部4の代表的な原理としては、OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)や、OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry)がある。
The light
振動検出は、振動が加えられた光ファイバの僅かな伸縮により、振動付与部分を透過する試験光に位相変調や偏波変調が加えられることを利用する。試験光の位相変調を利用する場合、反射あるいは散乱光の位相変化あるいはスペクトル応答をもって振動を解析するコヒーレントOTDRやコヒーレントOFDR等の手段を用いる。試験光の偏波変調を利用する場合、反射あるいは散乱光の偏波状態の変化を解析する偏波OTDRあるいは偏波OFDR等の手段を用いる。 The vibration detection utilizes the fact that phase modulation or polarization modulation is applied to the test light transmitted through the vibration applying portion by slight expansion and contraction of the optical fiber to which vibration is applied. When utilizing phase modulation of test light, means such as coherent OTDR or coherent OFDR that analyze vibrations with a phase change or spectral response of reflected or scattered light is used. When using polarization modulation of test light, means such as polarization OTDR or polarization OFDR for analyzing changes in the polarization state of reflected or scattered light are used.
クロック信号生成部5のクロック信号に合わせて、信号生成部3を介して弾性波発生部2から低周波音を発生させる。同時にクロック信号により、光反射計測部4において試験光の入射が開始され、繰り返し計測が実施されるとする。すなわち、光反射計測部4では、被測定光ファイバ1の各点における位相あるいは偏波状態が時間的にサンプリングされる。
A low frequency sound is generated from the
弾性波発生部2から発生された弾性波は3次元空間0内を伝搬し、被測定光ファイバ1に到達する。弾性波が到達の様子を図2に示す。指向性の低い弾性波は理想的には球面波のように弾性波発生部2から伝搬するため、弾性波発生部2からの距離に応じた経過時間後に被測定光ファイバ1の各点に到達する。弾性波は空気の物理的振動であるため、被測定光ファイバ1は弾性波を受けると弾性波と同じ周波数で振動を始める。この振動により光ファイバを伝搬する光はパワーの偏波成分あるいは位相が変動する。光反射計測部4は、クロックからの経過時刻に対する被測定光ファイバ1の各点における偏波あるいは位相情報を記録し、信号処理部6へ出力する。
The elastic wave generated from the
光ファイバ中の光速が空気中の弾性波の伝搬速度に比べて十分早く、弾性波の速度が測定する三次元空間0の中で温度がほぼ一定であると仮定する。信号処理部6は、光反射計測部4で記録された被測定光ファイバ1各点の偏波あるいは位相情報から、クロック信号の時刻に対する弾性波が被測定光ファイバ1各点に到達した時刻、すなわち弾性波伝搬遅延時間を解析する。つまり、信号処理部6は、被測定光ファイバ1の各点が弾性波発生部2からどれだけ離れているかを計算できる。
It is assumed that the speed of light in the optical fiber is sufficiently faster than the propagation speed of the elastic wave in the air, and the temperature is almost constant in the three-dimensional space 0 in which the speed of the elastic wave is measured. From the polarization or phase information of each point of the measured
したがって、光ファイバ位置探索装置301を用いて、被測定光ファイバ1の3次元空間0内での位置を特定する手順は次の2ステップである。
(手順M1)
被測定光ファイバ1の各点が弾性波発生部2からどれだけ離れているかを光反射計測部4で測定する。
(手順M2)
測定した被測定光ファイバ1の各点の弾性波発生部2からの距離を元に3次元空間0内での位置を特定する。
Therefore, the procedure for specifying the position of the measured
(Procedure M1)
The light
(Procedure M2)
The position in the three-dimensional space 0 is specified based on the measured distance from the
まず、手順M1について説明する。光反射計測部4による被測定光ファイバ1の弾性波発生部2からの距離測定に関して、光反射計測部4の条件について述べる。測定するパラメータはすでに説明した通り、被測定光ファイバ1の各点での散乱光の位相変化、応答スペクトル変化、偏波状態変化等の振動によって変動するパラメータである。
First, the procedure M1 will be described. The conditions of the light
3次元空間0の一辺の長さを最大100m、弾性波の速度(音速)を330m/sと仮定すると、弾性波の最大伝搬時間は100m÷330m/s≒300ms程度である。1秒測定すれば十分に部屋全体に弾性波が伝わりその様子が測定できる。また、この部屋全体に光ファイバが配線されていると想定し、ファイバ長を300m程度と想定すると、光反射計測部4における光ファイバの往復時間は3μsとなる。これは、これ以上高速に被測定光ファイバ1の各点における偏波あるいは位相情報は取得できないことを意味する。測定する弾性波伝搬遅延時間の検出精度を100μs程度とすると、速度330m/sより、3次元空間0上の位置精度は3cmとなる。光反射計測部4の光ファイバ上の距離分解能が10cmであるとすると、対象物の認識精度が10cm程度となる。これは、イメージ的に、長さ10cm単位の光ファイバの位置が3cm程度の誤差で把握できることになる。
Assuming that the length of one side of the three-dimensional space 0 is 100 m at the maximum and the velocity (sound velocity) of the elastic wave is 330 m / s, the maximum propagation time of the elastic wave is approximately 100 m ÷ 330 m / s≈300 ms. If the measurement is performed for 1 second, the elastic wave is sufficiently transmitted to the entire room and the state can be measured. Further, assuming that an optical fiber is wired in the entire room and assuming that the fiber length is about 300 m, the reciprocation time of the optical fiber in the light
上記の例から、光反射計測部4に必要な性能は、以下のようになる。
(条件1)必要とされる対象物の認識精度より、光反射計測部4の距離分解能は同等または小さいこと
(条件2)必要とされる3次元空間0上の位置精度÷空間中の弾性波伝搬速度(音速)×2より、光反射計測部4の被測定光ファイバ1の各点における偏波あるいは位相情報の取得周期が同等もしくは短いこと
なお、条件2の「×2」は、ナイキストのサンプリング定理による要請からである。
From the above example, the performance required for the light
(Condition 1) The distance resolution of the light
まず、具体的な測定原理としてOTDRを考える。対象物の認識精度が10cmとすると、距離分解能を10cm以下とするためパルス幅は1nsとなる。測定するファイバ長を300mで往復時間3μsと想定するとパルスが往復して光ファイバ全体の波形が測定できるのは最大3μs間隔ということを意味する。これは測定したい時間変化間隔100μsの半分よりも小さいという条件2を満たす。これらの条件はOTDRでも十分実現可能である。
First, OTDR is considered as a specific measurement principle. If the recognition accuracy of the object is 10 cm, the pulse width is 1 ns because the distance resolution is 10 cm or less. Assuming that the length of the fiber to be measured is 300 m and the round trip time is 3 μs, the fact that the pulse can travel back and forth and the waveform of the entire optical fiber can be measured means a maximum interval of 3 μs. This satisfies the
次にOFDRを考える。OFDRはある程度の時間測定したあとにフーリエ変換することで周波数分離し光ファイバの各点の散乱光を分離する。OFDRの距離分解能は、周波数掃引幅で決まり、1GHzの場合、10cmとなる。周波数掃引速度をγ(Hz/s)、測定時間を50μs以下とすると、10cm分解能にするためには約20THz/sのスピードの周波数掃引が必要である。これは波長可変光源を用いれば容易に実現できる範囲である。 Next, consider OFDR. The OFDR measures the frequency for a certain period of time and then performs Fourier transform to separate the frequencies to separate scattered light at each point of the optical fiber. The distance resolution of OFDR is determined by the frequency sweep width, and is 10 cm at 1 GHz. If the frequency sweep speed is γ (Hz / s) and the measurement time is 50 μs or less, a frequency sweep of about 20 THz / s is required to achieve 10 cm resolution. This is a range that can be easily realized by using a wavelength variable light source.
以上のようにOTDRまたはOFDRでも光反射計測部4として動作可能であるが、光反射計測部4の被測定光ファイバ1の各点における偏波あるいは位相情報から信号処理部6にて弾性波伝搬遅延時間を算出する上で、以下を考慮する必要がある。
As described above, even the OTDR or OFDR can operate as the light
光ファイバ位置探索装置301は、被測定光ファイバ1の片端から振動計測を行う必要があるため、上記に述べたOTDRやOFDR等の原理を光反射計測部4に用いる。これらの測定では、被測定光ファイバ1の試験光の入射側で弾性波による振動が加えられた場合、被測定光ファイバ1中を透過する試験光に変調が加えられるため、その影響は原理的に遠端側にも伝わってしまう。これを回避するために、被測定光ファイバ1の各点での偏波あるいは位相成分を得た後に、光ファイバ上の距離方向で隣り合う点同士で偏波あるいは位相の差分を取り、この差分を元に処理することが必要となる。つまり、信号処理部6は、測定点の偏波あるいは位相情報と測定点の光反射計測部4側の点における偏波あるいは位相情報との差分を計算し、偏波あるいは位相情報の変化とする。
Since the optical fiber
なお、信号処理部6における弾性波伝搬遅延時間の測定方法として、信号生成部3が弾性波信号に変調を加えることでさらに容易に測定できるようにすることも可能である。弾性波信号に何も変調を加えていない場合、弾性波による位相差の変化の有無、すなわちインパルス的な応答だけで弾性波伝搬遅延時間を測定するため、その他の雑音や位相差の変化が小さい場合に測定誤差を生む。
Note that, as a method for measuring the elastic wave propagation delay time in the signal processing unit 6, the
一方、信号生成部3が弾性波信号に振幅または位相変調を行い何らかの符号列を付与すれば、信号処理部6は試験光の偏波あるいは位相情報と信号生成部3に加えた信号との相互相関を観察し、偏波あるいは位相情報が一致する信号で遅延時間差を算出することが可能である。信号処理部6が行う弾性波伝搬遅延時間の測定精度を上げることが可能となる。
On the other hand, if the
なお、後述するように、2か所以上の点からに弾性波を出力する場合、信号生成部3は、弾性波信号に弾性波発生部2の出力点毎に異なる周波数または符号列を付与することが好ましい。いずれの出力点からの弾性波が試験光に与えた偏波あるいは位相情報であるかを容易に判断できる。
As will be described later, when the elastic wave is output from two or more points, the
以上の条件を満たした光反射計測部4は被測定光ファイバ1の各点での弾性波到達時刻及び弾性波発生部2からの距離を測定できる。
The light
次に、手順M2について説明する。
被測定光ファイバ1の点を(x,y,z)とし、弾性波発生部2の位置(弾性波出力点)を(X,Y,Z)とした座標系をとることで、被測定光ファイバ1の各点と弾性波発生部2との距離rは以下のように書ける。
By taking a coordinate system in which the point of the measured
弾性波発生部2は、三次元空間の少なくとも2つの出力点からそれぞれ弾性波を出力し、信号処理部6は、出力点から出力された弾性波それぞれに基づいて出力点と被測定光ファイバの各点との距離を算出し、三次元空間内の被測定光ファイバ1各点の位置を特定する。数1が1つだけでは、被測定光ファイバ1の各点の位置(x,y,z)を特定することは不可能である。ため、弾性波発生部2を複数用いて数1を複数作り、連立方程式を解くことで、被測定光ファイバ1の各点の位置(x,y,z)を解くことができる。
The
このとき、弾性波発生部2の数(出力点の数)によって計算方法が異なる。なお、実際は複数の弾性波発生部2を準備する必要は無く、1つの弾性波発生部2を移動して複数回計測しても良い。
At this time, the calculation method differs depending on the number of elastic wave generating units 2 (number of output points). Actually, it is not necessary to prepare a plurality of
(1)弾性波発生部2の出力点の数が4つの場合
求めたいパラメータは被測定光ファイバ1の各点の位置(x,y,z)と3つであるが、測定できる弾性波発生部2との距離である数1は非線形であるため、解を1つに定めるためには4つの式が必要である。したがってまず基本となる弾性波の出力点が4つの場合を説明する。
(1) When the number of output points of the
弾性波発生部2を、3次元空間0上の任意の位置4点に配置する。3次元空間0内の位置は任意であるが、その4点の位置関係は計算を簡単にするため、4つの弾性波発生部2をA、B、C、Dとし、その位置をA(0,0,0)、B(X,0,0)、C(0,Y,0), D(0,0,Z)となるよう座標系を定める。Aが(0,0,0)であることから、これは弾性波発生部2を基準とした座標系である。
The
被測定光ファイバ1の位置(x,y,z)と各弾性波発生部2との距離(rA、rB、rC,rD)は、遅延時間から計算できているとすると、距離rA、rB、rC,rDは、
数2−数3、数2−数4、数2−数5を計算すると、
When calculating
しかし、このままでは、座標系としては弾性波発生部2を基準とした座標で表されており、位置認識のためには弾性波発生部2と被測定光ファイバ1の位置関係、距離を把握しておく必要があり、実用上弾性波発生部2の設置位置に制限が加わる可能性がある。
However, as it is, the coordinate system is represented by coordinates based on the
このため、この求められた、弾性波発生部2を基準とした座標系から、被測定光ファイバ1を基準とした座標系に変換する必要がある。この手順について以下で説明する。
For this reason, it is necessary to convert the obtained coordinate system based on the
実際に測定する場合、光反射計測部4から試験光を被測定光ファイバ1に入射する際に直接光ファイバを接続することになるため、被測定光ファイバ1の試験光入射端は光反射計測部4と同じ場所で露出された目に見える触れられる場所にある。このため、この被測定光ファイバ1の入射点l0=(x0,y0,z0)を基準とすることにする。
In the actual measurement, since the optical fiber is directly connected when the test light is incident on the
まず原点を合わせる。原点は弾性波発生部2A(0,0,0)から被測定光ファイバ1の入射点l0=(x0,y0,z0)に平行移動する。これは、計算された光ファイバの各点(x,y,z)からl0=(x0,y0,z0)を引けばよい。
First, adjust the origin. The origin moves in parallel from the elastic wave generator 2A (0, 0, 0) to the incident point l0 = (x0, y0, z0) of the
次に角度を変換する。これも原点と同じく弾性波発生部2の位置に依存しない形にするよう変換するが、特に方向自体に物理的な意味はないので任意の角度の座標系でよい。ただし、求められた(x,y,z)の向きが3次元空間0内でどちらの方向を向いているかを弾性波発生部2に依存しない形で表すために変換自体は必要である。ここでは、次のような座標系を考える。4つの弾性波発生部2の置き方は任意でよいが、現実的にはz軸を鉛直方向に向けたほうが考え易い。つまり、この鉛直方向のz軸は変換せず、x軸y軸を変換することを考える。
Next, the angle is converted. This is also converted so as to be independent of the position of the
例えば、被測定光ファイバ1の入射点l0から隣りの次の点l1までの方向とz軸で作る面と垂直な方向、つまりl0からl1の方向とz軸の外積を新しいx軸として計算する。繰り返しになるが、この軸の取り方には特に意味はないが計算が簡単になるようこのようにとっており、またこの変換をしないと求められた(x,y,z)の方向を把握するために弾性波発生部2の向きと対応させる必要があり、弾性波発生部2の位置の依存性をなくすための必須の変換である。
For example, the outer product of the direction from the incident point 10 of the measured
この変換の対応を図3に示す。以後原点を被測定光ファイバ1の入射点l0=(x0,y0,z0)を引いて平行移動させた後の計算を記す。一般的な3次元での直交座標系について、z軸が同じなのでz軸を軸とした回転変換を考えると、
次にx軸を変換する。新しいx軸は、l0から次の点のl1までの方向とz軸の外積となる。l0からl1の方向は(x1−x0,y1−y0,z1−z0)であり、これを(x’,y’,z’)としておく。(x’,y’,z’)の長さは定義よりΔlである。l1−l0のベクトルとz軸の間の角度αは内積を利用して
これらの表現が新しい座標系でx軸、y軸になるので、
以上の計算より、弾性波発生部2を基準とした座標系から被測定光ファイバ1の入射点を基準とした座標系への変換は、まず、被測定光ファイバ1の入射点の座標を引いて原点を移動させ、次にz軸を軸として回転させればよく、
なお、すでに説明しているが、この変換での新しい座標軸は任意のため、この計算方法に限定されるものではない。z軸を鉛直方向で共通とすることに限定するものでもなく、座標の変換を任意の直交座標系での変換であるオイラー角を用いたもので計算したものでもよいし、直交座標ではなく被測定光ファイバ1の入射点を原点とした極座標表示でもよい。いかなる計算方法でも弾性波発生部2を基準とした座標系から変換することは可能である。
As already described, a new coordinate axis in this conversion is arbitrary and is not limited to this calculation method. The z-axis is not limited to being common in the vertical direction, and the coordinate conversion may be calculated using Euler angles, which are conversions in an arbitrary orthogonal coordinate system. Polar coordinate display with the incident point of the measurement
(2)弾性波発生部2の出力点の数が3つの場合
この場合、上記の弾性波発生部2が4つの場合の数2〜数8で、数5と数8が存在せず、数6と数7の式でxとyは同じように決定される。数6と数7で求められたxとyを数2〜数4のいずれか代入してzを求めようとしても式が非線形なため±の任意性が残る。このため、ここでは、被測定光ファイバ1が連続的な物体であることを利用する。
(2) In the case where the number of output points of the
計算したい被測定光ファイバ1に試験光を入射する入射点l0=(x0,y0,z0)を利用する。この点での、x0とy0は数6と数7の式ですでにわかっている。z0が±のどちらかになるかを決める必要がある。この時、入射点l0はすでに説明した通り、光反射計測部4と同じ場所で見える場所にある。このため、弾性波発生部23つを3次元空間0の端に置く、もしくは床に置くなどの仮定をおいて、例えばz0>0が明らかである環境とすることで、z0を一意に特定することが可能である。これにより、被測定光ファイバ1の入射点l0=(x0,y0,z0)が決定する。
The incident point l0 = (x0, y0, z0) at which the test light enters the
次に被測定光ファイバ1の入射点の隣の点l=(x,y,z)について計算する。やはりxとyについてはすでに計算でわかっている。ここで、lとl0は光反射計測部4の光ファイバ上の距離分解能(距離サンプリング間隔)Δlに相当する長さだけ離れていると考える。Δlは測定方法で決まる既知パラメータである。Δlよりも短い範囲では光ファイバは直線であるという近似になるが、光反射計測部4で行う光計測方法の分解能と同程度の長さであるため、測定の劣化にはつながらず妥当な近似である。この条件を考えるとlとl0の関係は、
以上の計算によりl=(x,y,z)が一意に計算でき、この点の隣の点も順次計算でき、被測定光ファイバ1上のすべての点の弾性波発生部2からの位置が測定できる。また、この場合も弾性波発生部2が4つの場合と同じくすでに計算できている被測定光ファイバ1の入射点l0=(x0,y0,z0)と隣の点への方向を基準とすることで、被測定光ファイバ1の位置を、その入射点を基準とした座標系に変換することができ、弾性波発生部2の3次元空間0内の位置に依存しない形に表現できる。
By the above calculation, l = (x, y, z) can be calculated uniquely, and the points adjacent to this point can also be calculated sequentially, and the positions of all the points on the measured
(3)弾性波発生部2の出力点の数が2つの場合
弾性波発生部2が2つの場合では、上記の数2、数3、数6、及び数11のみとなる。この場合は、数2、数6、及び数11を連立して解き、被測定光ファイバ1の入射点l0から逐次的に計算すればよい。しかし、すでに説明した通り、この3式ではyかzのいずれかが±でどちらか定まらない。特に弾性波発生部2が2つしかないこの場合は、被測定光ファイバ1の入射点l0以外のすべての点においてもyかzの±が定まらない。このため、弾性波発生部2つを3次元空間0の端に置く、もしくは床に置くなどの仮定をおいて、被測定光ファイバ1の特定したい配線経路全体が、例えばy>0またはz>0が明らかである環境とすることで、ファイバの位置を一意に特定することが可能である。なお、既に説明しているように、被測定光ファイバ1の入射点l0の位置と隣の点への方向を基準とすることで、弾性波発生部2の位置に依存しない形で表現できることは同じである。
(3) When the number of output points of the elastic
以上の手順により、複数の弾性波発生部2と光反射計測部4で測定した被測定光ファイバ1の各点の距離とを用いて空間内の光ファイバの経路及び位置特定が可能である。また、弾性波発生部2の数は少なくとも2つ以上あればよく、5つ以上ある場合は説明していないが、条件を表す式が増え、4つの場合の計算に加えて数値の精度を向上させる、誤差を減らす計算が可能となる。
By the above procedure, the path and position of the optical fiber in the space can be specified using the plurality of
なお、本実施例では、複数の弾性波発生部2またはその位置において、全ての弾性波について特に条件を付与していないが、例えば同信号であれば順次測定をすればよいし、例えば、弾性波発生部2からの弾性波の周波数を弾性波発生部2によって変化させる、符号列を弾性波発生部2により直交させるように配置する、などの応用を用いれば複数の弾性波発生部2による測定を同時に行うなどの応用も考えられる。
In the present embodiment, no specific condition is given to all the elastic waves at the plurality of
図4は、光ファイバ位置探索装置301を用いて光ファイバの位置を探索する手順を説明する図である。光ファイバの位置を探索する場合、
(ステップS1)
任意の位置に弾性波発生部2を設置する。なお、複数個所に弾性波発生部2を設置する場合、直交座標系に合わせた位置の関係になっている場所に弾性波発生部2を設置する。3次元空間0内の位置は問わない。
(ステップS2)
クロック信号生成部5からクロックを送信し、そのクロックに合わせて信号生成部3から弾性波発生信号を弾性波発生部2に送信し、弾性波を送出すると同時に、光反射計測部4から被測定光ファイバ1に試験光を入射し後方散乱光の位相変化またはスペクトル応答変化または偏波変動を測定する。
(ステップS3)
光反射計測部4で測定した後方散乱光波形から、被測定光ファイバ1の各点での弾性波
到達時間を記録し、信号処理部6に出力する。
(ステップS4)
信号処理部6にて各弾性波発生装置と被測定光ファイバの各位置の間隔を元にそれぞれの位置の被測定光ファイバ1の入射点に対しての位置特定を計算する。
(ステップS5)
弾性波発生部2を複数設置した場合、弾性波発生部2の数だけステップS2とS3を繰り返す。
FIG. 4 is a diagram for explaining a procedure for searching for the position of the optical fiber using the optical fiber
(Step S1)
The
(Step S2)
A clock is transmitted from the clock signal generation unit 5, and an elastic wave generation signal is transmitted from the
(Step S3)
From the backscattered light waveform measured by the light
(Step S4)
Based on the interval between each position of each elastic wave generator and the measured optical fiber, the signal processing unit 6 calculates the position of each position relative to the incident point of the measured
(Step S5)
When a plurality of
なお、本発明は、上記実施形態例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種種の発明を形成できる。例えば、実施形態例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiment examples may be appropriately combined.
(発明の効果)
以上説明したように、本発明の技術を用いれば、壁などを透過する弾性波による振動を探索対象の光ファイバにあえて引き起こし、これを反射計で検知することで、壁の中や床の中、多くの心線が輻輳して束になった中、などの目視や触れることが不可能な光ファイバ経路を特定・可視化することが可能である。これにより光ファイバ線路運用時における設備更改時など通信設備探索の効率化、通信設備への損害事故予防などに貢献することができる。
(Effect of the invention)
As described above, with the technology of the present invention, vibrations caused by elastic waves that pass through walls and the like are intentionally caused in the optical fiber to be searched, and this is detected by a reflectometer, so that it can be detected in the walls and floors. It is possible to identify and visualize optical fiber paths that cannot be seen or touched, such as when many core wires are converging into bundles. As a result, it is possible to contribute to the efficiency of searching for communication equipment such as equipment renewal during the operation of an optical fiber line and prevention of damage accidents to the communication equipment.
0:光ファイバが配線されている3次元空間
1:被測定光ファイバ
2:弾性波発生部
3:信号生成部
4:光反射計測部
5:クロック信号生成部
6:信号処理部
301:光ファイバ位置探索装置
0: Three-dimensional space in which optical fibers are wired 1: Optical fiber to be measured 2: Elastic wave generation unit 3: Signal generation unit 4: Light reflection measurement unit 5: Clock signal generation unit 6: Signal processing unit 301: Optical fiber Location search device
Claims (6)
前記信号生成手段が生成した前記弾性波信号に基づいて弾性波を発生させ、空気中に出力する弾性波発生部と、
被測定光ファイバの一端に試験光を入射し、前記被測定光ファイバの各点からの戻り光から前記試験光の偏波あるいは位相情報を時間毎に取得する光反射計測部と、
前記弾性波の発生と前記試験光の前記被測定光ファイバへの入射との同期を行うクロック信号を発生させるクロック信号生成部と、
時間毎に取得された前記偏波あるいは前記位相情報の変化から、前記弾性波が前記被測定光ファイバの各点へ到達する伝搬遅延時間を算出し、前記弾性波発生部と前記被測定光ファイバの各点との距離を算出する信号処理部と、
を備える光ファイバ位置探索装置。 Signal generating means for generating an elastic wave signal;
An elastic wave generating unit that generates an elastic wave based on the elastic wave signal generated by the signal generating unit and outputs the generated elastic wave to the air;
A light reflection measuring unit that enters test light into one end of the optical fiber to be measured, and obtains the polarization or phase information of the test light from the return light from each point of the optical fiber to be measured every time;
A clock signal generator for generating a clock signal that synchronizes generation of the elastic wave and incidence of the test light on the optical fiber to be measured;
A propagation delay time for the elastic wave to reach each point of the optical fiber to be measured is calculated from a change in the polarization or the phase information acquired every time, and the elastic wave generator and the optical fiber to be measured are calculated. A signal processing unit for calculating the distance to each point of
An optical fiber position search device.
前記信号処理部は、前記出力点から出力された前記弾性波それぞれに基づいて前記出力点と前記被測定光ファイバの各点との距離を算出し、前記三次元空間内の前記被測定光ファイバ各点の位置を特定する
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ位置探索装置。 The elastic wave generator outputs the elastic waves from at least two output points in a three-dimensional space,
The signal processing unit calculates a distance between the output point and each point of the measured optical fiber based on each of the elastic waves output from the output point, and the measured optical fiber in the three-dimensional space The position of each point is specified, The optical fiber position search apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
測定点の前記偏波あるいは前記位相情報と前記測定点の前記光反射計測部側の点における前記偏波あるいは前記位相情報との差分を計算し、前記偏波あるいは前記位相情報の変化とすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光ファイバ位置経路探索装置。 The signal processing unit
The difference between the polarization or the phase information at the measurement point and the polarization or the phase information at a point on the light reflection measurement unit side of the measurement point is calculated, and the change in the polarization or the phase information is calculated. The optical fiber position path searching device according to any one of claims 1 to 4.
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