JP2717592B2 - 電気的パルスエコーによる光海底ケーブルの障害点測定方法 - Google Patents

電気的パルスエコーによる光海底ケーブルの障害点測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光海底ケーブルの障害位置を陸揚げ局から
の測定により検出するための測定方法に関するものであ
る。
(従来技術) 光海底ケーブルに生じた破断点などの障害位置を陸揚
げ局から測定する方法として、電気的なパルスが陸揚げ
局と障害点の間を往復するのに要する時間を測定し、そ
の時間から障害点までの距離を計算する電気的パルスエ
コー方式と呼ばれる方法がある。
(本発明が解決しようとする課題) 同軸ケーブルなどに対する従来の電気的パルスエコー
方法においては、パルスの伝搬速度は、周波数や伝搬距
離に依存せずに一定であるとみなされている。
しかし、光海底ケーブル内の電気的パルスの伝搬速度
は、該電気的パルスの周波数や伝搬距離に依存する。
また光海底ケーブルシステムは、第1図に示すような
異なる横断面構造を持つ複数の光海底ケーブルを接続し
て構成されている。よって光海底ケーブルの電気的パル
スの伝搬特性は、光海底ケーブルの構造およびその接続
の構成によって異なる。従って、従来のパルスエコーの
測定のように、パルスの伝搬速度を一定とするようなデ
ータ処理の障害点確定処理方法では、誤差が大きく、十
分な精度を得ることができなかった。
さらに光海底ケーブルシステムに障害が発生した場合
には、障害点からの反射に異種構造の光海底ケーブルの
接続点からの反射が重なって観測されるので、障害点か
らの反射の波形が歪み、正確な測定が困難になる。
本発明は、異なる構造を持つ複数の光海底ケーブルを
接続して構成されている光海底ケーブルシステムの障害
位置を正確かつ迅速に確定するデータ処理を行うことの
できる電気的パルスエコーによる光海底ケーブルの障害
点測定方法を提供することを目的としている。
(問題点を解決するための手段) また、本発明の特徴は、パルスエコーの測定前に、伝
搬距離とパルスの周波数をパラメータとするそれぞれの
光海底ケーブルの種類に対応する複数のパルスの伝搬速
度の値と、海底ケーブルシステムを構成する光海底ケー
ブルの種類と、各々の光海底ケーブルの長さとを、参照
データとして記憶装置に読み込み、かつ該複数のパルス
の伝搬速度の中から暫定のパルス伝搬速度を定め、被測
定光海底ケーブルの障害時におけるパルスエコーの測定
において、参照データの各々の光海底ケーブルの種類に
対応する暫定のパルスの伝搬速度と各々の光海底ケーブ
ルの長さと、計算されたパルスの往復時間を用いて、障
害点までの暫定的な距離を計算し、該記憶装置に読み込
まれている該参照データパルスの伝搬速度の中から、計
算された該暫定的な距離とパルスの周波数に最もよく対
応する各々の光海底ケーブルにおける確定伝搬速度を求
め、該確定伝搬速度を用いて、障害点までの距離を計算
することである。
本発明の詳細な説明に当たり、まず、光海底ケーブル
における電気的パルスの伝搬の特徴について、説明す
る。
第2図(a)は、無外装光海底ケーブルのパルスの伝
搬速度の周波数特性の一例、第2図(b)は、無外装光
海底ケーブルのパルスの伝送損失の周波数特性の一例、
第2図(c)にパルスの伝搬速度と伝搬距離の関係の一
例の理論的計算結果を示す。これらの計算結果は実測値
とよく一致することが確認されている。
このように伝搬速度が周波数と伝搬距離に依存するこ
とは、光海底ケーブル内の給電線と海水が電流の通路と
して利用されていることから説明される。すなわち、第
1図(a)の無外装光海底ケーブルでは、3分割鉄パイ
プ102と抗張力線103などが給電線として働いており、電
気的には給電線を内部導体、海水を外部導体とする同軸
ケーブルと等価である。しかし、海水の導電率が低いた
め、外部導体である海水の表皮の厚さが厚く、インダク
タンスLが大きい。そのため、位相速度 で表される。Cは給電線と海水の間のキャパシタンス)
が同軸ケーブルの速度の1/3〜1/5程度と遅くなる。ま
た、表皮の厚さは周波数に依存するので、電搬速度も第
2図(a)のように周波数に依存する。同じ理由によ
り、伝送損失も第2図(b)に示すように周波数に大き
く依存する。
パルスエコーには第3図(a)に示すような電気的パ
ルスを使用するが、このようなパルスのパワースペクト
ルは第3図(b)に示すような周波数の広がりを持って
いる。ところが、第2図(b)に示したように、伝送損
失は周波数が高いほど大きいので、光海底ケーブル中を
伝搬するのにしたがって高周波数成分が減少し、低周波
成分が残る。第2図(a)に示したように、伝搬速度は
低周波数側の方が遅いので、伝搬するのにしたがって、
第2図(c)に示すように伝搬速度は遅くなる。
第1図(b)の強化ジャケット光海底ケーブルは金属
テープ105を持つため、従来の同軸ケーブルと類似の構
造を持っているが、金属テープ105の抵抗が高いため、
電流の一部は海水中を流れ、電気的には無外装ケーブル
に近い性質を持っている。ただし、伝搬速度は無外装光
海底ケーブルのおよそ1.5倍以上速い。第1図(c)の
外装光海底ケーブルの場合にも、外装鉄線107があるた
め、強化ジャケット光海底ケーブルと似たような性質を
持っている。
(本発明の実施例) 第4図は本発明に使用する装置の構成例を示すもので
ある。以下同図について説明する。
光海底ケーブルシステムは2種類の光海底ケーブル40
1aと401bから構成されている。給電線403が光海底ケー
ブル401aと401bの中に入っている。海底ケーブル401−
bに障害が発生し、障害点402で給電線403が海水に地絡
していると仮定する。給電線403はインピーダンスブリ
ッジ404を介してパルス発振器である発振器405と差動入
力型前置増幅器である増幅器406に接続されている。
ブリッジ404は発振器405から増幅器406に直接入力す
る信号を抑圧するために設けられている。
発振器405は第3図(a)に示したパルスを間欠的に
出力する。また、出力パルスと同期したトリガ信号をA/
D変換器407と408に出力する。この出力パルスの周波数
fは可変である。これは、障害点が遠い場合には伝送損
失が小さい低周波数のパルスを使用する必要があるのに
対し、障害点が近い場合には、高い分解能が得られる高
周波数のパルスを使用することができるので、パルスの
高周波を可変とする必要があるためである。
A/D変換器407,408内には、図示していないが、制御回
路、サンプルホールド回路、A/D変換回路、クロック、
メモリなどが含まれる。A/D変換器407,408は発振器405
からのトリガ信号によって一定の周期でのサンプリング
とA/D変換を開始し、結果をA/D変換器407,408内部のメ
モリに蓄積する。サンプリング周期は随時外部から変更
できるように構成されている。信号のS/Nを高めるため
に、A/D変換器407,408に平均化の機能を付加することも
可能である。
A/D変換器407は、増幅器406の出力をディジタル信号
に変換する。A/D変換器408は、発振器405の出力をディ
ジタル信号に変換する。
演算制御装置409は、演算制御回路409a、内部記憶装
置409b、キーボードとディスプレイからなる入出力装置
409c、A/D変換器407と408とのインターフェイス409eと4
09f、外部記憶装置409gを有している。測定データと発
振器405の出力波形はインターフェイス409eと409fを介
して内部記憶装置409bに取り込む。
第5図は、演算制御装置409により制御される電気的
パルスエコー測定装置の障害点確定処理動作の一例を示
すフローチャートであり、第4図を参照しつつパルスエ
コー測定装置の測定動作をステップ毎に説明する。
1)障害発生前にあらかじめパルスエコーの測定を行
い、測定データを外部記憶装置409gに保持する。
2)パルスエコーの測定前に、伝搬距離とパルスの周波
数をパラメータとするパルスの伝搬速度の値と、光海底
ケーブルシステムを構成する光海底ケーブルの種類と、
各々の光海底ケーブルの長さを、参照データとして外部
記憶装置から内部記憶装置に読み込み、かつ該複数のパ
ルスの伝搬速度の中から暫定のパルス伝搬速度を定め
る。
本実施例では、パルスの伝搬速度は、光海底ケーブル
401aと401bについて2種類存在する。従って、伝搬速度
のデータは、2つの2次元の配列VaとVbで定義される。
配列Vaは光海底ケーブル401aに、配列Vbは光海底ケーブ
ル401bに対応する。
配列要素Va(if,iL)(if,iLは正の整数)は、周波数
fif、伝搬距離LiLに対応するパルスの伝搬速度である。
fifとLiLは、次式で定義することができる。
fif=rf if×f0 (1) LiL=rL iL×L0 (2) rf、rL、f0、L0は正の定数である。
配列要素Vb(if,iL)も同様に定義される。
第1表は、無外装光海底ケーブルの速度の配列の1例
である。定義の範囲は、 ir=1〜4 iL=1〜4 rf=10 rL=10 f0=10(Hz) L0=10(m) である。例えば、周波数f=10kHz、距離L=100kmでの
無外装光海底ケーブルのパルスの伝搬速度vは、ir
3、iL=4であるから、 v=V(3,4) =6.8×107(m/s) である。
3)発振器405からパルス列を発生させ、インピーダン
スブリッジ404を介して光海底ケーブル401aに出力す
る。
4)障害点402からの反射パルスは、インピーダンスブ
リッジ404に入力し、増幅器406で増幅したのち、A/D変
換器407でディジタル信号に変換する。
5)A/D変換器407によりディジタル信号に変換した測定
データは、インターフェイス409eを介して内部記憶装置
409bに読み込む。
6)演算制御装置409により、1)項で測定した障害発
生前の測定データと、5)項4で読み込んだ測定データ
の差を計算する。
7)演算制御回路409aは、6)項で処理された測定デー
タを用いて、障害点402から反射して戻ってきたパルス
の往復時間を求める。その往復時間は、測定データと発
振器の出力波形の相関関数を計算し、その値が極大にな
る時間差から求める。
8)記憶装置409bに読み込まれた参照データの中の光海
底ケーブル401aと401bに対して定めた暫定的な速度v1h
とv2hと各々のケーブルの長さと、ステップ7)におい
て計算された該パルスの往復時間を用いて、演算制御回
路409は障害点までの暫定的な距離Lhを計算する。
パルスの往復時間をt、光海底ケーブル401aの長さを
L1、401bの長さをL2とすると、Lhは次式で表わされる。
t≦2×L1/v1hの場合 Lh=t×v1h/2 (3) t<2×L1/v 1hの場合 Lh=L1+(t−2×L1/v1h)×v2h/2 (4) 9)演算制御回路409は、記憶装置409bに読み込んだ参
照データのパルスの伝搬速度のデータの中から、パルス
の周波数fと暫定的な距離Lhに最もよく対応する伝搬速
度v1とv2を選択する。
選択の方法は、例えば、fに最も近い fif=rf if×f0とLhに最も近い Lif=rL IL×L0に対応するVa(if,iL)とVb(if,iL)をv
1とv2にする。また、補間法を利用して、さらにv1とv2
の推定精度を高めることも可能である。
10)演算制御回路409は、伝搬速度v1とv2を用いて、次
式により障害点までの距離Lを計算する。
t≦2×L1/v1の場合 L=t×v1/2 (5) t>2×L1/v1の場合 L=L1+(t−2×L1/v1)×v2/2 (6) 11)計算結果を入出力装置409cのディスプレイに表示す
る。
本実施例では、光海底ケーブルシステムは2種類の光
海底ケーブル401aと401bで構成されているが、2種類以
上の光海底ケーブルで構成されている光海底ケーブルシ
ステムにも本発明を適用することができる。
第6図(a)はパルスエコーの測定結果の一例、第6
図(b)は第6図(a)で測定したケーブルを途中で切
断した時のパルスエコーの測定例、第6図(c)は第6
図(a)と第6図(b)の差を求めた図、第6図(d)
は測定に使用した光海底ケーブルの構成を示す図面であ
る。第6図(d)に示すように、ここに示す光海底ケー
ブルシステムは、外装光海底ケーブル611,無外装光海底
ケーブル612,中継器613,陸揚げ局614から構成される。
第6図(a)の測定例では、パルス発振器から直接入
射した波形である601のほか、外装/無外装光海底ケー
ブルの接続点615からの反射602、中継器613からの反射6
03が見える。
第6図(b)は切断点616で光海底ケーブルを切断し
た後のパルスエコーの測定例で、切断点616からの反射6
04が現れている。
第6図(c)は、第6図(a)と第6図(b)の差を
求めたもので、外装/無外装光海底ケーブル接続点615
からの反射602がほとんど消減していることが分かる。
すなわち、切断点616と陸揚げ局614の間からの反射はす
べて抑圧されるので、第6図(c)において、直接波60
1の後に現れるピークである604が切断点616からの反射
波であることがわかる。
このように、障害前のパルスエコーの測定結果と障害
発生後の測定結果の差を求めることにより、障害点から
の反射を容易に識別することができるようになる。
(発明の効果) 本発明は、異なる構造を持つ複数の光海底ケーブルを
接続して構成されている光海底ケーブルシステムの障害
位置を測定する電気的パルスエコー装置において、障害
位置を正確かつ迅速に確定するデータ処理方法を提供す
ることが可能である。
特に、基本的には、障害点からの反射に異種構造の光
海底ケーブルの接続点からの反射が重なって観測された
時に効果がある。
請求項1の発明は、異なった光海底ケーブルの電気的
パルスの伝搬特性を有する光海底ケーブルシステムに効
果がある。
請求項2の発明は、請求項1の効果と前記の基本的効
果とを合わせた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は光海底ケーブルの断面図、第2図(a)(b)
(c)は無外装光海底ケーブルの電気的特性図、第3図
(a)(b)はパルスエコーの測定に使用するパルス波
形図とそのパワースペクトルの一例を示す特性図、第4
図は電気的パルスエコー測定装置の一例を示すブロック
図、第5図は本発明を示す動作フローチャート、第6図
(a)(b)(c)(d)は本発明方法による測定例を
説明するための特性図及びブロック図である。 101……光ファイバユニット、102……3分割鉄パイプ、
103……抗張力線、104,106……ポリエチレン層、105…
…金属テープ、107……外装鉄線、401a,401b……光海底
ケーブル、402……障害点、403……給電線、404……イ
ンピーダンスブリッジ、405……発振器、406……差動型
前置増幅器、407,408……A/D変換器、409……演算制御
装置、409a……演算制御回路、409b……内部記憶回路、
409c……入出力装置、409e,409f……インターフェイ
ス、409g……外部記憶装置、611……外装ケーブル、612
……無外装ケーブル、613……中継器、614……陸揚げ
局、615……外装/無外装接続点、616……切断点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−1527(JP,A) 特開 昭61−30741(JP,A) 特開 昭59−60338(JP,A) 特開 昭54−161368(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】伝搬距離と電気的パルスの周波数をパラメ
    ータとする被測定光海底ケーブルのそれぞれの光海底ケ
    ーブルの種類に対応する複数の電気的パルスの伝搬速度
    の値と、各々の該光海底ケーブルの長さとを、参照デー
    タとして記憶装置に読み込み、かつ暫定の電気的パルス
    伝搬速度を定めておき、 該被測定光海底ケーブルの障害時に該被測定光海底ケー
    ブルに対する電気的パルスエコーの測定を行い、該測定
    時の反射電気パルスをA/D変換器によりディジタル信号
    に変換し、該変換された測定データと前記反射電気パル
    スの周波数を該記憶装置に読み込み、 演算制御回路により、該変換された測定データを用い
    て、前記電気的パルスの前記被測定光海底ケーブル内に
    おける該障害時の障害点までの往復時間を計算し、該記
    憶装置に読み込まれている該参照データの各々の該光海
    底ケーブルの種類に対応する暫定の電気パルスの伝搬速
    度と各々の該光海底ケーブルの長さと、計算された該電
    気的パルスの前記往復時間を用いて、該演算制御回路に
    より前記障害点までの暫定的な距離を計算し、 該記憶装置に読み込まれている該参照データと該電気パ
    ルスの伝搬速度の中から、計算された該暫定的な距離と
    該電気パルスの周波数に最もよく対応する各々の該光海
    底ケーブルにおける確定伝搬速度を求め、該確定伝搬速
    度を用いて、該演算制御回路により前記障害点までの距
    離を計算することを特徴とする電気的パルスエコーによ
    る光海底ケーブルの障害点測定方法。
  2. 【請求項2】障害の発生前に、被測定光海底ケーブルに
    対し電気的パルスエコーの測定を行い、該測定時の反射
    電気パルスをA/D変換器によりディジタル信号に変換
    し、インターフェイスを介して演算制御装置の記憶装置
    に読み込み、 伝搬距離と電気的パルスの周波数をパラメータとする前
    記被測定光海底ケーブルのそれぞれの光海底ケーブルの
    種類に対応する複数の電気的パルスの伝搬速度の値と、
    光海底ケーブルシステムを構成する被測定光海底ケーブ
    ルの種類と、各々の該光海底ケーブルの長さとを、参照
    データとして該記憶装置に読み込み、かつ該複数のパル
    スの伝搬速度の中から暫定の電気的パルス伝搬速度を定
    め、 前記被測定光海底ケーブルにおける障害の発生後に電気
    的パルスエコーの測定を行い、該測定時の反射電気パル
    スを該A/D変換器によりディジタル信号に変換し、該変
    換された測定データと該反射電気パルスの周波数を該記
    憶装置に読み込み、 該演算制御回路により、前記被測定光海底ケーブルにお
    ける該障害の発生前と発生後の前記測定データを比較し
    てその差を計算し、該変換された測定データを用いて、
    前記電気的パルスの往復時間を計算し、 該記憶装置に読み込まれている該参照データの各々の前
    記被測定光海底ケーブルの種類に対応する暫定の電気パ
    ルスの伝搬速度と各々の前記被測定光海底ケーブルの長
    さと、計算された該電気的パルスの往復時間とを用い
    て、該演算制御回路により該障害の障害点までの暫定的
    な距離を計算し、 該記憶装置に読み込まれている該参照データと該電気パ
    ルスの伝搬速度の中から、計算された該暫定的な距離と
    該電気的パルスの周波数に最もよく対応する各々の前記
    被測定光海底ケーブルにおける確定伝搬速度を求め、該
    確定伝搬速度を用いて、該演算制御回路により前記障害
    点までの距離を計算することを特徴とする電気的パルス
    エコーによる光海底ケーブルの障害点測定方法。
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