JP2955957B2 - 伝送媒体の試験方法 - Google Patents

伝送媒体の試験方法

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JP2955957B2 JP2410305A JP41030590A JP2955957B2 JP 2955957 B2 JP2955957 B2 JP 2955957B2 JP 2410305 A JP2410305 A JP 2410305A JP 41030590 A JP41030590 A JP 41030590A JP 2955957 B2 JP2955957 B2 JP 2955957B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、伝送媒体の異常を検出
し、その特性を解析する試験方法、特に、信号伝送媒体
の異常を探すタイム・ドメイン・リフレクトメトリ・シ
ステム用の試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】遠隔通信及びヌットワーク・アプリケー
ションにおいては、同軸ケーブル又はオプチカル（光）
ファイバなどの信号伝送ケーブル（伝送媒体）を介し
て、送信機及び受信機を相互に接続している。これらケ
ーブルの欠陥により、ケーブルを伝送する信号に望まし
くない減衰が生じて、情報が失われる。タイム・ドメイ
ン・リフレクトメータを用いて、これらケーブルを試験
することにより、情報伝送を干渉妨害する欠陥やその他
の不連続の如き異常を判断する。
【０００３】タイム・ドメイン・リフレクトメトリは、
レーダに似ている。すなわち、パルスを伝送媒体に転送
し、パルスのインターバル期間中、戻った信号の異常を
試験する。光がオプチカル・ファイバを伝送する場合
は、ファイバ材料が、「レイリー散乱」として知られて
いる効果により、光を散乱させる。光の一部は、ファイ
バを介して送信機に戻る。この光を「後方散乱」と呼
ぶ。オプチカル・ファイバに入力されたパルスからの後
方散乱信号は、ファイバの減衰比で対数的に減少する。
重ね継ぎのように光が減衰するが、反射はしないファイ
バの不連続により、後方散乱信号内に、パルス幅期間に
わたる異常なドロップが生じる。機械的コネクタのよう
な反射現象により、パルスの反射したイメージが後方散
乱に加わる。ファイバの不規則性は、しばしば、反射や
損失の原因になる。許容できない大きな損失の現象を探
すことは、ファイバの品質や異常位置を定めるのに重要
である。ファイバの既知の屈折率や戻り信号対時間の関
係から、ファイバの開始端や、コネクタ又は重ね継ぎの
近傍に生じる既知の事象に対して、問題のある事象位置
を求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】米国オレゴン州ビーバ
ートンのテクトロニクス社製Ｆ２３５型ファイバ・オプ
チカル・タイム・ドメイン・リフレクトメータの如き従
来のオプチカル・タイム・ドメイン・リフレクトメータ
は、典型的には、ファイバ長に沿った狭い間隔の多くの
点における戻り信号をサンプルする。その結果のサンプ
ル・データ点は、振幅対時間として、即ち、波形として
表示される。後方散乱は弱い信号なので、この波形の各
データ点を多数回サンプルし、その結果を平均化して、
許容できるレベルまでノイズを減らさなければならな
い。ファイバの長さ及び表示波形の所望分解能により、
波形のデータ点を集めるのにかなりの時間である約１０
分程かかる。さらに、操作者は、表示波形を測定し、判
断して、事象の位置及び損失量を求めなけらばならな
い。
【０００５】したがって、本発明の目的は、データ数が
最少で、平均化する回数が最少であっても、後方散乱信
号内の顕著な不連続を検出し、解析する方法の提供にあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】したがって、本
発明の方法は、ファイバ・オプチカル・ケーブルの如き
伝送媒体を試験して、この媒体を通過するエネルギー・
パルスの伝送に影響する媒体の不連続性に関連した異常
を見つける。エネルギー・パルスを媒体に転送し、戻り
信号レベルをサンプルして、データ点を取込む。最低し
きい値で異常を検出するための最小の信号対ノイズ比を
維持する範囲で、各データ点に対して行なうサンプルの
数を最小にする。異常の存在を検出するのに必要なデー
タ点の数は、異常の範囲に応じて、最少にする。取り込
んだデータ内の異常の存在のは段は、取り込んだデータ
内の戻り信号レベルを予測値と比較して行う。取り込ん
だデータ内に異常を検出すると、その異常の特性を判断
し、表示する。
【０００７】本発明の好適な実施例においては、オプチ
カル・エネルギー・パルスをオプチカル・ファイバに転
送して、後方散乱及び反射の形式の戻りエネルギーをサ
ンプルする。最少数のデータ点を取り込んでオプチカル
・ファイバの異常を試験する。損失の位置及び量の如き
形式の各異常の特性を求め、メモリに蓄積して、後で表
示する。ファイバに沿った各点の平均数（各点の平均値
を求めるためのサンプルの回数）を可変して、信号対ノ
イズ比を充分に維持して、予め選択したしきい値レベル
と少なくとも同程度の異常を検出する。ケーブルの端部
に達するまで、又は適切な時間までファイバの試験を接
続する。なお、ノイズを必要レベルにまで減らすのに要
する回数だけのサンプルが、この適切な時間内に終わら
ない場合は、信号が小さい。
【０００８】異常の存在を検出するには、異常がない位
置及びその先の他の位置での戻り信号をサンプルする。
これら２点間の損失を計算し、ファイバの減衰比から予
測できる損失と比較する。測定した損失が、信号内のノ
イズによる不確実さを加味した以上に予測損失と異なっ
ていると、異常となる。
【０００９】ファイバ内の異常は、ほぼ１パルス幅の戻
り信号内の不連続の結果である。したがって、必要なサ
ンプル数を最少にするには、長いパルス幅を用いて、異
常を検出する。「長い」パルス幅は、典型的なファイバ
用測定器の測定範囲の約１００分の１である。
【００１０】不連続を検出すると、狭いパルス幅を用い
て、問題の領域を試験する。狭いパルス幅は、互いに接
近した異常を解析すると共に、より正確にその異常の位
置を求める。
【００１１】反射異常を検出すると、より多くのデータ
点を集めて、その反射の前縁を探す。この結果を、異常
の位置として報告する。そして、データ点を取り込ん
で、反射の終わりを探し、異常の損失を測定する。狭い
パルス幅を用いて、反射内の領域を試験し、長いパルス
幅で分析するには互いに接近し過ぎた反射を検出し、そ
の位置を求める。
【００１２】無反射（非反射）損失を検出すると、その
損失の開始前の少なくともパルス幅１つ分前の領域か
ら、損失の開始後の少なくともパルス幅２つ分後の領域
までからデータ点を取込む。この領域に沿った各データ
点の位置において、現在の位置から、この現在の位置の
後のパルス幅１つ分までの総べてのデータ点を用い、前
後するデータ点の大きさの比から、各データ点間の信号
損失の変化を表す信号損失の比を計算する。計算した損
失対位置の比が最大である位置を求める。これは、後方
散乱信号内の１つのパルス幅にわたる最大の損失の開始
を表すと共に、異常の位置となる。この異常損失も、測
定する。
【００１３】本発明のその他の目的、利点及び新規な特
徴は、添付図を参照した以下な説明より明らかになろ
う。
【００１４】
【実施例】本発明は、伝送媒体を試験し、この媒体を通
過するエネルギー・パルスの伝送に影響を与える媒体の
不連続に関連した異常を見つける。かかる異常を検出す
るには、この媒体に伝送したエネルギー・パルスに応答
した媒体からの戻り信号レベルをサンプルして、データ
点を取込む。取込んだデータ内から異常を検出すると、
その異常の特性を求め、表示する。異常を検出するのに
要する時間を最短にするには、最少しきい値で異常を検
出できる最少の信号対ノイズ比を維持する関数として、
各データ点に必要なサンプルの数を求める。伝送媒体で
あるオプティカル・ファイバの不連続に関する異常が存
在する範囲において、この異常の存在を検出するのに必
要なデータ点の数を、後述の如くしきい値と信号対ノイ
ズ比との関係で、最少にする。取り込んだデータ内の異
常の存在のは段は、取り込んだデータ内の戻り信号レベ
ルを予測値と比較して行う。伝送媒体を試験するこの方
法を用いて、オプチカル・ファイバ伝送媒体内の異常を
検出し、その特性を求める。
【００１５】図１は、オプチカル信号伝送ケーブル内の
異常を探すのに適するオプチカル・タイム・ドメイン・
リフレクトメータ（ＯＴＤＲ）１０を示す。オプチカル
・パルス発生器（ＰＧ）１２は、パルス・トリガに応答
して、結合器１４を介して、オプチカル・パルスをハウ
ジング１８内のコネクタ１６に送り、被試験ケーブル
（オプチカル・ファイバ）２０の一端に入力させる。オ
プチカル・パルス発生器１２には、個体半導体レザーを
用いるが、その理由は、このレザーの大きさが小さく、
ファイバに結合するオプチカル・エネルギーのスペクト
ル純度及び量が最大のためである。被試験ファイバの波
長及び形式により、レザーの形式を選ぶ。レザーの形式
に応じて、長いパルス幅を用いる場合は、レザーの破壊
を防止するために、最大レザー・パワー又はパルス繰り
返し比を制限する必要がある。ケーブル２０からの戻り
オプチカル・エネルギーは、オネクタ１６及び結合器１
４を介して、ＯＴＤＲ１０に入力する。この結合器１４
が、戻りエネルギーを検出器／増幅器２２に供給する。
この検出器２２は、関連した増幅器を有するアバランシ
ェ・フォットダイオード（ＡＰＤ）でもよい。検出器／
増幅器２２からの検出電気信号をサンプル回路（サンプ
ラ）２４がサンプルする。サンプル回路２４からのデー
タ・サンプルをアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２
６に供給する。この出力信号を制御器２８に入力して、
処理する。制御器２８は、操作者が適当な操作パラメー
タを入力する前面パネル３０と相互に作用する。この制
御器２８は、データ、ＯＴＤＲ測定器の設定、及びその
他の変数を蓄積する、外部から書き込み可能なメモリ
（ＲＡＭ）３２と接続されている。制御器２８が与えた
パラメータに応じて、液晶表示器（ＬＣＤ）の如き表示
器３４に、この制御器２８がデータの試験結果を表示す
る。
【００１６】制御器２８は、前面パネル３０からの「試
験開始」命令に応答して、オプチカル・ファイバ２０の
試験を開始する。制御器２８が準備でき、タイムベース
３６をイネーブルすると、オプチカル戻り信号がサンプ
ルされた際に、システム・ノイズを減らすために、制御
器２８は非アクティブ状態になる。タイムベース３６
は、パルス・トリガ信号をオプチカル・パルス発生器１
２に送り、このトリガ信号に応答して、このパルス発生
器１２はオプチカル・パルスを発生する。オプチカル・
パルスはパルス発生器１２から、結合器１４を介してコ
ネクタ１６及びファイバ２０に伝わる。パルス発生器１
２が発生したオプチカル・パルスの幅は、制御器２８が
設定する。
【００１７】オプチカル戻り信号は、ファイバ２０から
コネクタ１６及び結合器１４を介して検出器／増幅器２
２に戻り、電気信号に変換されて、サンプル回路２４の
入力端に供給される。パルス・トリガ後のプロッグラマ
ブル遅延にて、タイムベース３６からのサンプル・トリ
ガにより、サンプル回路２４は、この遅延に相当するフ
ァイバ位置から戻った信号をサンプルする。そして、タ
イムベース３６は、変換開始信号をＡＤＣ２６に送る。
このＡＤＣ２６は、サンプル回路からのアナログ・デー
タをデジタル・サンプルに変換する。
【００１８】ＡＤＣ２６がデータ変換を終了すると、こ
のＡＤＣ２６は変換終了信号により、制御器２８にその
旨を知らせる。制御器２８は、非アクティブ状態からア
クティブ状態になり、ＡＤＣ２６からのデータを処理
し、現在位置でのサンプルの収集が終了したかを判断す
る。制御器２８の動作が終了すると、タイムベース３６
をディスエーブルする。まだ終了しなければ、制御器２
８は、非アクティブとなり、タイムベース３６が他のパ
ルス・トリガ信号により処理を繰り返す。パルス・トリ
ガの間隔と、パルス・トリガからサンプル・トリガまで
の遅延との期間は、制御器２８からのタイムベース制御
パラメータにより決まる。
【００１９】ケーブル２０全体を試験し、異常を検出、
その特性を求めた後、制御器２８は、その結果をフォー
マットし、記号及び文字により表示器３４に表示する。
制御器２８が受けた動作パラメータ及び測定命令、表示
器（ＬＣＤ）３４へのデータのフォーマット及び表示に
関しては、１９８８年１２月１２日に出願した米国特許
出願第２８９６６０号（米国特許第４９９６６５４号：
特開平２−２１６０１４号に対応）「取込みデータの表
示方法」に開示されている。
【００２０】図２は、従来のＯＴＤＲからのデータの取
り込み波形４０の時間に対する振幅を示す。この図で
は、前面パネルのコネクタでの反射４２、損失を伴った
反射異常４４、非反射損失異常４６、損失のない反射遺
贈４８を表示している。点線５０は、損失を伴った異常
がなければ期待できる指数的に減少する後方散乱信号
を、対数目盛りに変換して示す。オプチカル・ファイバ
の長さにわたる信号減衰の比は、一定である。後述する
試験ルーチンでは、線５２が表すデータ線をファイバの
長さにわたって取込み、これらデータ点間の領域にわた
る損失をファイバの予想損失比と比較して、データ点で
決まる期間内に異常が存在するかを判断する。最後に取
り込んだデータ点の信号レベル値が減少して、ノイズを
充分に減らすのに必要な平均化の回数が適切な時間内に
対して多すぎるようになるまで、又はケーブルの端部に
達するようになるまで、データ点５２の取込み、及び異
常の存在の判断を持続する。
【００２１】図３の流れ図を参照して、タイム・ドメイ
ン・リフレクトメータ１０を用いたオプチカル・ファイ
バ２０の試験手順を説明する。この試験ルーチンは、戻
り信号内のランダム・ノイズの測定から開始する。サン
プルを集めてこのノイズを測定した後、データ取込みル
ーチンを用いてデータ点を取込む。このデータ取込みル
ーチンは、これらノイズ測定を用いて、ノイズを許容レ
ベルまで減らすのに必要な平均回数を求める。ここで
は、２つの形式のランダム・ノイズを考慮する。まず、
このノイズ・レベル・ルーチンは、戻り信号と独立した
システム・ノイズ・レベルを測定する。そして、戻り信
号レベルに比例したオプチカル・ノイズ・レベルを求め
る。
【００２２】システム・ノイズ・レベルを求めるには、
図４に示すノイズ・レベル・ルーチンが、パルス発生器
がディスエーブルされた際の多く（Ｎ個）のサンプルを
集め、これらサンプルの分散を計算する。この計算結果
が、システム・ノイズ分散Ｖｓｎ１であり、その平方根
がシステム・ノイズの標準偏差ＳＤｓｎ１である。この
システム・ノイズ・レベルＳＮＬを、システム・ノイズ
標準偏差の３倍として計算する。オプチカル・ノイズ・
レベルを求めるには、このルーチンが、パルス発生器を
イネーブルし、実際の戻り信号の位置にて、多く（Ｎ
個）のサンプルを集め、その分散Ｖｏｎ１を求める。オ
プチカル・ノイズ分散は、これらサンプルの分散Ｖｏｎ
１からシステム・ノイズ分散Ｖｓｎ１をマイナスしたも
のである。また、このオプチカル・ノイズ分散の平方根
が、その標準偏差ＳＤｏｎ１である。オプチカル・ノイ
ズ・レベルＯＮＬは、オプチカル・ノイズ標準偏差ＳＤ
ｏｎ１の３倍を、この位置の平均信号レベルで除算して
計算する。図５に示すデータ取込みルーチンがある位置
での戻り信号をサンプルしたとき、このルーチンは、デ
ータ値（平均化したサンプル値）をオプチカル・ノイズ
・レベルＯＮＬと乗算し、システム・ノイズ・レベルＳ
ＮＬと加算することにより、そのデータ点に関連したノ
イズを求める。そして、これを、平均するのに用いたサ
ンプルの数Ｎの平方根で除算してサンプル・ノイズＳＮ
を求める。
【００２３】データ取込みルーチンへの入力は、サンプ
ルの位置と、平均化するサンプルの最少数と、信号レベ
ルに対するノイズの最大許容量とである。このデータ取
込みルーチンは、戻り信号を必要な回数だけサンプルし
てデータ点を取込み、これらサンプルを平均化し、その
結果、ノイズを計算する。そして、このルーチンは、終
了するか、又は、ノイズが規格値未満になるまで、サン
プルを累積し平均化して、その結果、ノイズを求める。
付加サンプルの累積により、必要な最小の信号対ノイズ
比を維持し、所定の大きさの異常を検出し、既知の最低
精度で損失測定用の値を取込む。このルーチンの結果
は、その位置における信号の値、測定におけるノイズ又
は不確実さ、及び用いた平均の数である。
【００２４】ファイバの開始であるコネクタ１６に対す
るファイバ２０の総べての異常の位置を報告する。ノイ
ズ・レベルを求めた後、この試験ルーチンは、このオネ
クタ１６を探す。図６及び図７に示すファイバ探索ルー
チンは、ゼロ遅延で開始し、パルス幅ＰＷから検出器／
増幅器２２の立ち上がり時間をひいた時間管下で、分離
したデータ点を取込む。このサンプルの間隔は、データ
点間で適合させることにより、反射が検出できなくなら
ないことを補償する。このルーチンは、コネクタ１６か
らの反射を指示する信号内での顕著なステップ・アッを
探す。そして、詳細に後述する如く、反射の前縁及び終
わりを探す。この前縁の位置をコネクタ１６の位置とし
てセーブし、総べてのその後の位置測定から除く。
【００２５】反射の終わりにおける後方散乱信号の信号
対ノイズ比を測定して、接続の品質を確かめる。信号が
ない場合、この試験ルーチンは、パルス幅を連続的に狭
くして、後方散乱信号を見つけるか、又は、パルス幅が
最も狭くなるまで、反射の終わりを見つける動作を続け
る。これにより、最長のパルス幅よりも短いファイバの
試験が可能になる。そして、最も狭いパルス幅を用い
て、現在のパルス幅でマスクしたファイバの領域を探索
して反射を見つける。最も狭いパルス幅は、顕著な後方
散乱を発生するにはエネルギーが小さいので、主にこれ
を用いて、長いパルス幅によって分析するには互いに接
近し過ぎる反射異常を検出する。後方散乱が検出されな
いと、反射異常の位置のみを報告し、非反射異常での損
失測定又は情報を利用できない旨、操作者に知らせる。
後方散乱が検出されると、試験ルーチンが、後方散乱を
検出したパルス幅により、持続する。後方散乱の信号対
ノイズ比が、測定器の最小ダイナミック・レンジを達成
するには低すぎるならば、ファイバの試験を続行する
か、コネクタをクリーニングして接続を改善するかの選
択を操作者が行い、信号対ノイズ比を再測定する。
【００２６】試験ルーチンが後方散乱に遭遇すると、こ
のルーチンは、図８に示すように、異常の検索を開始す
る。異常を検出するには、戻り信号内の２つの取り込ん
だデータ点間の損失を計算して、ファイバの減衰比から
予測した損失と比較する。この損失が予測値よりも小さ
く、第１位置が後方散乱ならば、後者の位置を反射とす
る。損失が予測値よりも大きければ、これら２つのデー
タ点間に損失を伴う異常がある。
【００２７】等価的な検出方法は、１つのデータ点の値
とファイバの減衰比とを用いて、他のデータ点の値を予
測する。一般的には、問題となるデータ点の値は、１つ
以上のデータ点の数値解析により予測できる。データ点
の予測値が測定値と一致しなければ、異常が指示され
る。
【００２８】異常により生じた信号遷移の位置に部分的
にかかった位置にデータ点が存在するならば、異常を検
出できないであろう。例えば、反射になりかかるデータ
点と、信号遷移の前又はそこでのデータ点とを比較して
も、異常を検出できない。しかし、反射の後のデータ点
と、信号遷移でのデータ点とを比較すると、反射が検出
される。
【００２９】異常を検出するのに最大感度にするには、
信号の損失を測定するのに用いた２つのデータ点が定め
る期間により、予想される損失からの総合偏差を得る。
これは、測定期間を重ねることにより確実になる。この
重なり合いは、少なくとも異常による遷移と同じぐらい
長くなければならない。反射による遷移は、検出器／増
幅器２２の立ち上がり時間の長さである。無反射損失に
よる遷移は、１つのパルス幅の長さである。
【００３０】１つのパルス幅の時間から検出器／増幅器
２２の立ち上がり時間を引いて得た時間のサンプル時間
を用いた場合、反射は、２つのサンプル間に存在でき
ず、検出できない。好適な実施例においては、前の２つ
のデータ点の各々に対する各データ点の損失を測定す
る。そして、いずれかがファイバの予想損失に対応しな
ければ、異常を知らせる。
【００３１】各データ点のノイズを、異常しきい値の４
分の１になるまで平均化して、最小偏差を検出する。よ
って、２つのデータ点を基にした損失決定での不確実さ
は、異常しきい値の２分の１である。測定した信号損失
が、期待損失プラス測定の不確実さよりも大きければ、
損失のある異常を検出する。信号損失が期待損失マイナ
ス不確実さよりも小さければ、反射のあることが示され
る。このレベルまでノイズを減少するには、少なくとも
しきい値程度の異常を分解できるような平均化の最小値
が必要である。
【００３２】損失のある異常のみに関心があるならば、
必要なデータ点が一層少なくてよい以下の方法を利用で
きる。損失は、総べての後の後方散乱点に影響するの
で、信号の損失を測定するのに用いる２つのデータ点間
の最大距離は、信号内のノイズと、信号を予測する再の
不正確さ（精度）とのみにより制限される。よって、損
失のある異常を、広い範囲にわたって検索する。損失の
ある領域を見つけると、その領域の中間に近い２つのデ
ータ点を集めて、その領域を分割する。なお、この領域
は、検出に必要な重ね合わせにより分割される。この領
域の各半分は、異常損失についてチェックする。損失が
検出される限り、異常を含む領域がいくつかのパルス幅
になるまで、この処理を持続する。そして、上述の如
く、この領域をサンプルして、試験する。
【００３３】反射が検出されると、図９に示す如く、反
射分析ルーチンを用いて、前縁と、信号が反射の後に後
方散乱に戻る位置を探索する。このルーチンは、反射の
直前から直後までの信号損失を測定し、狭いパルス幅を
用いて、長いパルス幅の反射によりマスクされた反射を
見つける。そして、このルーチンは、前縁の位置を異常
を位置、測定した損失量、細いパルス幅を用いつ見つけ
た反射の位置、後方散乱が始まる位置として報告する。
信号が後方散乱に戻る位置は、試験ルーチンが異常の探
索を持続する位置である。
【００３４】反射ルーチンは、図１０の流れ図に示すよ
うに、以下の方法を用いて、反射の前縁を探す。これ
は、試験ルーチンが用いる２つのデータ点Ｌ１、Ｌ２に
より開始し、反射を検出する。第１取込み点を近い点Ｌ
１とし、他の点を遠い点Ｌ２とする。しきい値レベル
は、データ取込みルーチンが定めた如く、近い点Ｌ１の
値プラスその不正確さに設定する。そして、データ点を
これら２つの点の間で集める。新たな点の値がしきい値
よりも小さければ、それは新たな「近い」点になる。ま
た、それがしきい値よりも大きければ、それが新たな
「遠い」点になる。新たな点から計算したしきい値が現
在のしきい値よりも小さければ、それが新たなしきい値
になる。新たな近いデータ点及び遠いデータ点により、
測定器の最小距離分解能でこれら２つの点が分離できる
まで、このルーチンはこの処理を繰り返す。最後の近い
点を、反射の前縁の位置とする。
【００３５】前縁を見つけるためにデータ点を集めた
が、このルーチンは最小値及び最大値と、それらの不確
実さとをセーブする。最大及び最小値の差がこれらの不
確実さの和よりも小さければ、反射ルーチンを抜け、試
験ルーチンが、検出できなくとも異常の探索を持続す
る。
【００３６】実質的な反射を受けた後、検出器は快復の
時間を必要とするので、その応答はオプチカル戻り信号
に対応する。一般に「テイル」と呼ばれるこの現象は、
検出器／増幅器２２からの電気信号が、ほとんどの反射
の後で後方散乱に直ちに戻るのを妨げる。反射ルーチン
は、反射直後の後方散乱の前縁の直前の後方散乱レベル
から異常の損失を測定するので、それは、信号が後方散
乱に戻る位置を探さなければならない。また、そこは、
試験ルーチンが異常の探索を再開する位置でもある。
【００３７】信号が後方散乱に戻る位置を探すには、こ
のルーチンは、前縁の後のパルス幅１つ分の領域の信号
をサンプルし始める。これは、パルス幅の４分の１だけ
分離されたデータ点を取込み、４つの連続した点の各組
を用いて、損失の比を測定する。損失の測定した比がフ
ァイバの減衰比の許容範囲内ならば、このルーチンは停
止する。これは、反射の終わり及び後方散乱の初めとし
て、損失を測定するのに用いる４つの点の最も遠い位置
をマークする。そして、このルーチンは、サンプルした
最小値の位置からの損失を測定すると共に、前縁を探索
し、反射の終わりの位置を見つける。ファイバの減衰比
から予想される損失を除いた後、このルーチンは、この
損失を異常の損失としてセーブする。
【００３８】長いパルス幅の反射によりマスクされた反
射遺贈がないことを確実にするには、最も狭いパルス幅
を用いて、オリジナルとして検出した反射の前縁から終
わりまでの反射を探す。最も狭いパルス幅は、顕著な後
方散乱信号を発生するのに充分なエネルギーを含んでい
ないので、反射の損失、又は長いパルス幅がマスクした
反射の損失の存在を測定できない。大きな反射内で反射
を見つける手順は、損失を検出できない例外を除いて、
ファイバ内で異常を探すのと同じである。反射異常を検
出すると、反射の前縁を探すルーチンを用いて、その位
置を求める。反射の位置、損失、終わり、マスクされた
反射異常の位置を報告した後、反射ルーチンが終わり、
試験ルーチンがファイバの探索を持続する。
【００３９】反射のない損失が検出されると、適当に大
きな後方散乱信号を発生する最も細いパルス幅を用い
て、上述の異常検出ルーチンが繰り返される。狭いパル
ス幅は、近接した異常を良好に分離でき、より正確に異
常を探す。
【００４０】次に、無反射損失分析ルーチンを用いて、
異常の特性を求める。図１１及び図１２に示したこのル
ーチンは、異常を含む領域を繰り返し試験して、異常の
位置を求めると共に、この測定の精度を改善する。試験
の各連続レベルにより、その領域内で更にサンプルを集
め、新たなサンプルを既に存在するサンプルと組み合わ
せて、データ内のランダム・ノイズを減らす。そして、
異常の位置を、不正確さの度合いを少なくして、再び求
める。充分な精度で異常を見つけると、このルーチン
は、異常位置での信号損失を測定し、この測定結果、異
常の位置、位置の不正確さの概算、その異常位置で反射
成分が検出されたかを報告する。
【００４１】このルーチンは、反射のない適切な位置で
開始する。隣接した既知の異常をサンプルするのを防ぐ
ために、このルーチンはサンプルする範囲を制限する。
これは、データ取込みルーチンを呼び出し、操作者が選
択した損失しきい値に必要な最小信号対ノイズ比を達成
するために要する平均化の回数を求める。これは、サン
プルの第１レベルに用いる平均化回数である。平均化の
回数、各レベルを実行するのに必要なデータ点の数、及
び特定の許容時間内で可能な取込みの数に基づき、この
ルーチンは、実行するレベルの最大数を設定する。
【００４２】各レベルに対して、その時の平均化回数に
より、データ点を取込む。サンプルが集められる領域
は、最も近い可能領域よりもパルス幅１つ分前の領域か
ら、サンプル範囲制限内で最も遠い可能位置よりもパル
ス幅２つ分後の領域までである。最も近い可能領域は、
概算した現在の位置に対して、不正確さ（誤差）分だけ
手前の領域である。最も遠い可能位置は、概算した現在
の位置よりも不正確さだけ先にある領域である。
【００４３】データ点の間隔の整数倍がパルス幅になる
ように、データ点は離れている。その領域を再サンプル
し、新たなサンプルを既に存在するデータと組み合わせ
て、データ内のランダム・ノイズによる位置測定の不正
確さを各レベルにおいて減らす。好適な実施例におい
て、既に存在するデータ点と同じ平均化で、新たなデー
タ点を集め、これら新たなデータ点サンプルを既に存在
するデータと２つの方法のいずれかで組み合わせる。１
つの方法は、２つの隣接する既に存在するデータ点間の
当距離の新たな各データ点を取り込んで、サンプル間隔
を半分にする。他の方法は、同じ位置の新たなサンプル
を取り込んで、既に存在するデータと共に新たなサンプ
ルを平均化して、データ点の実効平均を二重に行う。
【００４４】これらデータを用いて異常を探すには、先
ず、データ点を拡大して、プロセッサの計算中、ワード
・サイズの有限分解能による誤差切り捨てを防止する。
拡大係数は、ワード・サイズの最大値を最大データ値に
より除算して、計算する。そして、各データ値をこの拡
大係数と乗算する。各データ点の位置において、次のパ
ルス幅における信号の損失の相対比を計算する。損失比
を求める１つの方法は、線形回帰の如き曲線あてはめ技
法を用いる。しかし、計算簡略化のため、好適実施例に
おいては、パルス幅の最初の部分における複数のデータ
点の値を加算し、このパルス幅の最終部分において最初
の部分のデータ点の数と等しい数のデータ点の値を減算
して、損失の相対比を近似する。
【００４５】損失対位置の特性において、損失の相対比
が最大となる位置が、無反射損失の位置となる。この最
大位置を見つけるには、損失の相対比が最大値となる部
分のパルス幅の半分にはまるような放物曲線を配置し、
この放物曲線が最大値となる位置を計算して求め、無反
射損失の位置とする。
【００４６】異常の信号損失は、その異常の開始から終
わりまでの戻り信号の減衰を測定することにより求ま
る。オプチカル・フォイバの減衰比からこれら２点間で
予測される損失よりも大きな減衰は、異常位置における
損失である。損失の開始は、その位置の不確実さよりも
小さい位置である。異常が無反射損失ならば、異常の終
わりは、異常の開始位置に、位置の不確実さをプラスし
て、更にパルス幅１つ分だけ後の位置である。異常が、
無反射損失ルーチンにより特徴づけられた反射ならば、
その終わりの位置は、その開始後の１つのパルス幅と、
検出器／増幅器２２の不動作時間と、位置の不確実さと
の和である。
【００４７】このルーチンに入力された近似位置の位置
不正確さは、検出ルーチンの不正確さである１パルス幅
である。各レベルにおいて、このルーチンは、測定した
無反射損失の位置の精度を改善し、「不正確さの概算
（度合い）」を更新する。前の測定位置にその不正確さ
をプラス又はマイナスした範囲（エラー境界）内に、新
たな測定位置がある場合（レベル）では、異常の損失を
測定する。この範囲（エラー境界）内に新たな測定位置
がない場合、即ち、失敗の場合では、前の測定位置及び
不正確さは、新たな値に更新されない。前の２つの測定
における範囲（エラー境界内）に新たな測定位置が入っ
ていない場合では、直前の測定の位置とその異常の特性
とを報告して、このルーチンが終わる。これにより、何
らかの理由で異常の位置を見失った場合、ルーチンは、
データの収拾及び処理を終了する。測定した損失が操作
者の選択したしきい値レベルよりも小さいならば、この
ルーチンが終了し、検出が行われなかったように試験ル
ーチンが持続する。
【００４８】各レベルでの不正確さの概算は、見積から
得た経験的な表による。この表の各概算は、無反射損失
を表すシミュレーションしたデータに対してこのルーチ
ンが求めた位置の標準偏差に基づく。各レベルに対し
て、このデータに付加したガウシャン・ノイズを伴った
試行の統計的な顕著な数を用いて、標準偏差を計算す
る。
【００４９】損失しきい値に対して損失が増加すると、
各場合と同じ量だけ「不正確さの概算」が減るが、各場
合における損失は経験的に求められる。このルーチン
は、先ず、現在のレベルにおける「不正確さの概算」を
用いる。
【００５０】損失を測定した後、この損失が操作者の選
択したしきい値よりも大幅に大きければ、高レベル状態
の「不正確さの概算」で、このルーチンを持続する。例
えば、この損失がしきい値よりも大幅に大きければ、以
後の総べてのレエルにおいて、このルーチンは、現在の
レベルよりも高い３つのレベルに対応する「不正確さの
概算」を表から選択する。これら経験的に得た「不正確
さの概算」は、実際のファイバにおける多くの無反射の
損失によって確認したものである。
【００５１】異常の位置に対する最も正確な値を求めた
後、その損失を初めに測定した際に用いた位置の値とそ
の位置とが大幅に異なるならば、その異常における損失
を再測定する。そして、このルーチンは、その異常の特
性を報告し、終了する。
【００５２】各レベルにおいて、サンプルを更に集めて
いる間、ノイズより大きいステップ・アップに対してデ
ータをチェックする。これは、異常における反射成分の
前縁を示す。このルーチンは、より多くほ平均が必要な
らば、エッジの付近でより多くのサンプルを集めて応答
し、そのエッジの位置を反射の位置としてセーブする。
反射を見つけると、このルーチンは、サンプリングと付
加レベルの処理とを停止する。そして、これは、異常で
の損失を測定し、その異常の特性を報告し、終了する。
【００５３】反射が検出されない場合、そのルーチンが
実行したレベルの総数は、その期間内の信号対ノイズ比
を求めるのに必要な数のデータ点をサンプルし平均化す
るのに要する時間において、異常を見つけるのに利用で
きる時間がどの低画かに応じて決まる。必要な平均化が
少なければ、このルーチンは指定時間内で実行できるレ
ベルが増える。
【００５４】ノイズを減らして、データを試験する代わ
りに、１回の試験で最終的な平均値を求めるのに必要な
データ点の総てよりも少ない数のデータ点のサンプルを
求める。これは、異常の位置の不正確さの程度が減った
ので、サンプルすべき領域が小さくなったためである。
さらに、異常における小さな反射の如きアベレーション
を処理できる。この場合、このアベレーションを分析す
るのに充分なほどノイズが減少すると、サンプリングを
直ちに停止できる。
【００５５】このルーチンは、高速モード及び高精度モ
ードの両方で、反射なしの損失を探す。高速モードは。
ファイバの初期試験期間中に用い、比較的短い時間で、
異常位置を測定できる。現在のデータ点と２つの前の点
のいずれかとの間で損失を検出したとき、無反射の損失
ルーチンが開始する異常のおおよその位置は、前のデー
タ点である。
【００５６】ケーブルの初期試験が完了し、その結果の
異常データを表示した後に、高精度モードを用いる。高
精度モードにおいて、高速モードを用いて見つけた位置
にて、このルーチンが開始する。操作者は、無反射の損
失の表示位置にカソールを動かす。その位置が最高精度
で求まらないとき、このシステムは、高精度モードによ
り、無反射損失ルーチンを自動的に呼び出すが、高速モ
ード測定が終わってからデータが変化した場合、データ
を完全に再サンプルする。高精度モードは、高速モード
よりも充分な時間をかけるので、通常、より多くのレベ
ルを試験し、小さな不正確さで異常を見つける。位置の
精度を改善する各連続したレベルにより、表示が更新さ
れ、新たな位置及び概算した精度を示す。この方法にお
いて、より長い時間のかかる測定は、操作者が関心のあ
る異常に限定される。
【００５７】上述の試験ルーチンは、異なる方法で実現
できる。１つの方法は、データ点で決まる期間にわたっ
て異常を検出するために、最小数のデータ点を取込み、
この期間にわたる損失がファイバの予測損失よりも大き
いかを判断する。この損失が予測値内ならば、他のデー
タ点を取り込んでこの期間を延ばし、この新たな期間に
わたる損失を予測した損失と比較する。
【００５８】異常が検出されると、適切な反射又は無反
射損失ルーチンにより、この期間を再試験して、この異
常の特性を調べる。特性を求めた異常データを直ちに表
示するか、後で表示するためにメモリに蓄積する。ケー
ブルの端分に達するまでか、又は、必要な信号レベルを
得るためにノイズを減らす平均化の回数が適切な期間内
に行うのには多すぎる程、信号が小さくなるまで、ファ
イバの試験を持続する。
【００５９】他の方法は、長いパルス幅を用いてファイ
バ全体を試験し、最小数のデータ点を取込み、蓄積す
る。データの全波形を集めた後、データ点間の損失を計
算し、予測した損失と比較する。この損失が予測した損
失よりも測定の不正確さ以上に異なるならば、適切なル
ーチンを呼び出し、このファイバのその部分を再試験
し、検出した異常の特性を求める。
【００６０】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、先ず、オ
プティカル・ファイバにオプティカル・パルスを伝送
し、このオプティカル・ファイバからのオプティカル戻
り信号を取り込んで、異常の存在及び形式を求める。次
に、この異常を含む領域で充分な強さのオプティカル戻
り信号が発生できるオプティカル・パルス幅のオプティ
カル・パルスをオプティカル・ファイバに伝送して、そ
の際のオプティカル戻り信号を再び取り込んで、異常の
特性を求めている。すなわち、段階的に異常の特性を求
めているので、少ないデータ数で、異常を適切に検出で
きる。
【００６１】また、サンプルのデータ数は、最低しきい
値での異常を検出するために信号対ノイズ比を最小にで
きる範囲で最少とするので、所定のしきい値と同じぐら
いの大きさの異常を検出できると共に、異常を検出する
ためのデータ数を更に少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により信号伝送媒体の異常を試験するタ
イム・ドメイン・リフレクトメータのブロック図であ
る。
【図２】従来のオプチカル・タイム・ドメイン・リフレ
クトメータからのデータ波形を取り込んで、振幅対時間
により示した図である。
【図３】本発明による試験ルーチンの流れ図である。
【図４】本発明によるノイズ・レベル判断ルーチンの流
れ図である。
【図５】本発明によるデータ取込みルーチンの流れ図で
ある。
【図６】本発明によるファイバの開始を探すルーチンの
前半の流れ図である。
【図７】本発明によるファイバの開始を探すルーチンの
後半の流れ図である。
【図８】本発明による異常検索ルーチンの流れ図であ
る。
【図９】本発明による反射異常の特性を求めるルーチン
の流れ図である。
【図１０】本発明による反射の前縁を探すルーチンの流
れ図である。
【図１１】本発明による無反射損失異常の特性を求める
ルーチンの前半の流れ図である。
【図１２】本発明による無反射損失異常の特性を求める
ルーチンの後半の流れ図である。
【符号の説明】
１０ タイム・ドメイン・リフレクトメータ １２ パルス発生器 １４ 結合器 １６ コネクタ ２０ 被試験オプチカル・ファイバ・ケーブル ２２ 検出器及び増幅器 ２４ サンプル回路 ２６ アナログ・デジタル変換器 ２８ 制御器 ３４ 表示器 ３６ タイムベース
フロントページの続き (72)発明者 バリー エル ローズノウ アメリカ合衆国オレゴン州97701 ノー スイースト ブロークン ボウ ドライ ブ 2779 (72)発明者 マイケル エス オーバートン アメリカ合衆国オレゴン州97005 ビー バートン サウスウエスト バットナー ロード 13095 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01M 11/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 伝送媒体であるオプティカル・ファイバ
    にオプティカル・パルスを伝送し、上記オプティカル・
    ファイバからのオプティカル戻り信号を発生させて、上
    記オプティカル・ファイバの不連続に関する異常を求め
    るために上記オプティカル・ファイバを試験する方法で
    あって、 （ａ）上記オプティカル・ファイバに第１オプティカル
    ・パルスを伝送し、上記オプティカル戻り信号をサンプ
    リングし、最低しきい値で異常を検出するための最小の
    信号対ノイズ比を維持する範囲で最少のサンプル数のデ
    ータ点を用いて、上記オプティカル・ファイバに沿って
    上記オプティカル戻り信号の振幅値を表す上記データ点
    を取込み、 （ｂ）上記取り込んだデータ点の振幅値に応じて、上記
    オプティカル戻り信号内の異常の存在及び形式を検出
    し、 （ｃ）上記異常を含む領域で充分な強さのオプティカル
    戻り信号を発生できると共に上記第１オプティカル・パ
    ルスのオプティカル・パルス幅よりも狭いオプティカル
    ・パルス幅の第２オプティカル・パルスを上記オプティ
    カル・ファイバに伝送し、 （ｄ）上記オプティカル戻り信号をサンプリングし、上
    記異常を含む領域でのデータ点を取り込み、上記検出し
    た異常の特性を求め、 （ｅ）上記検出した異常の特性を表示する ことを特徴とする伝送媒体の試験方法。
  2. 【請求項２】 伝送媒体であるオプティカル・ファイバ
    にオプティカル・パルスを伝送し、上記オプティカルフ
    ァイバからのオプティカル戻り信号を発生させて、上記
    オプティカル・ファイバの不連続に関する異常を求める
    ために上記オプティカル・ファイバを試験する方法であ
    って、 （ａ）上記オプティカル・ファイバに第１オプティカル
    ・パルスをで層し、上記オプティカル戻り信号をサンプ
    リングし、上記オプティカル・ファイバに沿って上記オ
    プティカル戻り信号の増幅値を表すデータ点を取り込
    み、 （ｂ）上記取り込んだデータ点の振幅値に応じて、上記
    オプティカル戻り信号内の上記オプティカル・ファイバ
    の不連続性に関する異常の存在及び形式を検出し、 （ｃ）上記異常を有する期間に対応する領域で充分な強
    さのオプティカル戻り信号を発生できると共に上記第１
    オプティカル・パルスのオプティカル・パルス幅よりも
    狭いオプティカル・パルス幅の第２オプティカル・パル
    スを上記オプティカル・ファイバに伝送し、 （ｄ）上記オプティカル戻り信号をサンプリングし、上
    記異常を有する期間に対応する領域でのデータ点を取り
    込み、上記検出した異常の特性を求め、 （ｅ）上記検出した異常の特性を表示する ことを特徴とする伝送媒体の試験方法。
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