JP4644791B2 - 自動周回収集式データ収集システム - Google Patents

Description

本発明は、新しい原理に基づく光スイッチを利用して構成される自動周回収集式データ収集システムに関するものである。

従来より、河川等の様子を監視する場合、例えば監視拠点にモニタカメラやセンサを取り付け、監視センターでそれらからのデータを収集し、そのデータをモニタリングして監視を行うことが多い。この場合、電気信号としてそれらの収集データを回収し、画像信号等に変換するのが一般的である。

しかしながら、台風等の悪天候のような場合に、電線が切断されたり、停電となったりすると、監視を続けることができなくなってしまうという問題があった。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、電線が切断されたり、停電になったりしたような場合でも、監視を続けることができ、且つ安価な構成で構築可能な自動周回収集式データ収集システムを提供することを課題とする。

本発明によれば、上記課題を解決するため、第１には、監視装置と、各拠点に配置されたデータ収集モジュールとを光ケーブルで接続して構成される自動周回収集式データ収集システムであって、監視装置は、所定のタイミングでデータ収集を行うためのトリガパルスを光ケーブルを介して各データ収集モジュールに送るトリガパルス発生部と、光ケーブルを介して各データ収集モジュールから収集データを受け取る収集データ回収部と、各データ収集モジュールにデータ収集のための制御信号を送信する監視装置制御部を有し、各データ収集モジュールには識別符号が付与され、各データ収集モジュールは、第１の光スイッチ及び第２の光スイッチよりなる自動周回機構と、それぞれの拠点でのデータを収集するためのデータ収集ユニットと、データ収集ユニット及び光ケーブルに接続されるデータ収集モジュール制御部と、このデータ収集モジュール制御部と光ケーブルとの接続のオン／オフを制御する第３の光スイッチを有し、第１の光スイッチは、データ収集モジュールに備えられた光源からの連続光である第１の光源光とこれとは異なる波長を有する監視装置からの第１の信号光を入力し、該第１の信号光の入力のオン／オフにより該第１の光源光の出力のオン／オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなり、第２の光スイッチは、監視装置からの連続光である第２の光源光とこれとは異なる波長を有する第１の光スイッチからの出力である第１の光源光を第２の信号光として入力し、該第２の信号光の入力のオン／オフにより連続光である該第２の光源光の出力のオン／オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなり、自動周回機構は、監視装置からトリガパルスを受け取ると、第３の光スイッチをオン制御し、データ収集モジュール制御部にデータ収集ユニットで収集したデータを前記識別符号とともに光ケーブルを介して監視装置へ送信させるとともに、トリガパルスを光ケーブルを介して次のデータ収集モジュールに送り出すことを特徴とする自動周回収集式データ収集システムを提供する。

また、第２には、上記第１の発明において、第１の光スイッチは、第１の波長λ１を有する連続光である第１の光源光と第２の波長λ２を有するパルス状光である第１の信号光とを同軸でかつ収束して入力する第１の信号入力部、第１の信号光に対し吸収性を示し第１の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第１の光吸収膜を有し、第１の光吸収膜が第１の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第１の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第１の光源光を通常の開き角度で出力する状態と、第１の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第１の光源光を通常の開き角度より大きい開き角度で出力する状態とを、第１の信号光の照射の有無に対応させて実現させる第１の熱レンズ効果素子、及び第１の熱レンズ効果素子より出力した第１の光源光のうち、通常の開き角度で出力した第１光源光を第１の出力ポートから出力させ、通常の開き角度より大きい開き角度で出力した第１の光源光は第２の出力ポートから出力させる第１の光源光選択部を備え、第２の光スイッチは、第１の光スイッチの第２の出力ポートから出力される第１の波長λ１の第１の光源光を第２の信号光として取り込み、この第２の信号光と監視装置に備えられた光源からの第２の波長λ２を有する連続光である第２の光源光とを同軸でかつ収束して入力する第２の信号入力部、第２の信号光に対し吸収性を示し第２の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第２の光吸収膜を有し、第２の光吸収膜が第２の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第２の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第２の光源光を通常の開き角度で出力する状態と、第２の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第２の光源光を通常の開き角度より大きい開き角度で出力する状態とを、第２の信号光の照射の有無に対応させて実現させる第２の熱レンズ効果素子、及び出力した第２の光源光のうち、通常の開き角度で出力した第２光源光は第１の出力ポートから出力し、通常の開き角度より大きい開き角度で出力した第２の光源光は第２の出力ポートから出力させる第２の光源光選択部を備え、第１の光スイッチの第１の信号入力部は、光ケーブルに接続され、トリガパルスを第１の信号光として取り込み、第１の光スイッチの第１の出力ポートは第３の光スイッチに接続され、第１の光スイッチの第２の出力ポートは第２の光スイッチの第２の信号入力部に接続され、第２の光スイッチの第２の出力ポートは光ケーブルに接続されることを特徴とする請求項１に記載の自動周回収集式データ収集システムを提供する。

第３には、上記第２の発明において、第１の光源光選択部と第２の光源光選択部がそれぞれ穴付ミラーであり、それぞれ通常の開き角度のときは第１の光源光と第２の光源光を穴より通過させ、それぞれ通常の開き角度より大きな開き角度のときは穴付ミラーのミラー部により第１の光源光と第２の光源光の光路の方向を変更させることを特徴とする自動周回収集式データ収集システムを提供する。

本発明によれば、電線が切断されたり、停電となったりした場合等でも、監視を続けて行うことが可能で、収集データの回収を電気的処理を行うことなく光技術を利用した新たな原理に基づく安価な構成で構築できる自動周回週式データ収集システムが提供される。

本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動周回収集式データ収集システム１の構成を模式的に示した図である。

この自動周回収集式データ収集システム１では、監視装置２と各拠点に設置された複数のデータ収集モジュール３が光ケーブルＣ１、Ｃ２、Ｃ３等を介して周回的に接続されている。なお、図１には便宜的に１つのデータ収集モジュール３のみ詳細に示してある。監視装置２は例えば各データ収集モジュール３とは離隔した監視センターに設置することができる。本実施形態では、監視装置２は無停電電源２Ａを備えており、また、電源供給等のためのレーザー発振装置２Ｂも備えており、光ケーブルＣ３を介して各データ収集モジュール３に電源供給等を行うことができるようになっている。監視装置２は、図示はしていないが、所定のタイミングでデータ収集を行うためのトリガパルスを光ケーブルＣ１を介して各データ収集モジュール３に送るトリガパルス発生部と、光ケーブルＣ２を介して各データ収集モジュール３から収集データを受け取る収集データ回収部と、各データ収集モジュール３にデータ収集のための制御信号を送信する制御部と、監視のためのモニタ装置等をも備えている。

各データ収集モジュール３には識別符号が付与され、各データ収集モジュール３は、第１の光スイッチＳＷ１及び第２の光スイッチＳＷ２よりなる自動周回機構４と、それぞれの拠点でのデータを収集するためのデータ収集ユニット５と、データ収集ユニット５及び光ケーブルＣ２に接続され、データ収集のための各種制御を行う制御部（ＣＰＵ）６と、通信制御部（Ｅｔｈｅｒ）７と、電気信号と光信号の相互変換を行うＥ／Ｏ部８と、制御部６側と光ケーブルＣ２側の接続のオン／オフを制御する第３の光スイッチＳＷ３を備える。また光ケーブルＣ３に接続された光電池３Ａ、充電池３Ｂも設けてある。データ収集ユニット５としては、使用目的、用途に応じてモニタカメラや各種センサ等を用いることができる。

個々のデータ収集モジュールに付与する識別符号としては、例えば、デジタル情報転送に広く用いられている公知の「ＩＰアドレス」を、ＩＰアドレスを用いたデータ識別方式とともに好適に用いることができる。この識別符号によって、送信されたデータが、どのデータ収集モジュールから送出されたかを的確に把握することが可能となる。

自動周回機構４の第１の光スイッチＳＷ１及び第２の光スイッチＳＷ２は、後記するように、それぞれ、光源光とこれとは異なる波長の信号光を入力し、該信号光の入力のオン／オフにより該信号光の出力のオン／オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなる。第３の光スイッチＳＷ３には、通常のオン／オフ制御タイプの光スイッチを用いることができる。

自動周回機構４は、監視装置２からケーブルＣ１を介してトリガパルスを受け取ると、第３のスイッチＳＷ３をオン制御し、制御部６にデータ収集ユニット５で収集したデータを光ケーブルを介して例えば所定時間、監視装置２へ送信させるとともに、トリガパルスを光ケーブルＣ１を介して次のデータ収集モジュール３に送り出す。

ここで、データ収集ユニット３の自動周回機構４の構成について詳細に説明する。

前述のように、自動周回機構４は第１の光スイッチＳＷ１と第２の光スイッチＳＷ２より構成される。第１の光スイッチＳＷ１には、波長６５０ｎｍの連続（ＣＷ）光である光源光１１を取り込むための入力ポート１２と、トリガパルスである波長１５５０ｎｍのパルス状信号光［ゲート光］である１３を取り込むための入力ポート１４が設けられている。入力ポート１２の下流側には入力した光源光１１を平行光とするためのレンズ１５が配置され、入力ポート１４の下流側には入力した信号光１３を平行光とするためのレンズ１６が配置されている。レンズ１５の下流側にはダイクロイックミラー１７が配置され、レンズ１６の下流側にはレンズ１６からの平行光の光路を変えるミラー１８が配置されている。ダイクロイックミラー１７はレンズ１５からの平行光は透過させ、ミラー１８からの平行光の光路を変えて、光源光１１と信号光１３を同軸の重なりあった平行光とする。ダイクロイックミラー１７の下流側にはレンズ１９、熱レンズ効果素子２０、レンズ２１、フィルター２２、穴付ミラー２３、レンズ２４がそれぞれ配置されている。レンズ１９はダイクロイックミラー１７からの重なりあった平行光を焦点が熱レンズ効果素子２０内となるように収束させる。熱レンズ効果素子２０は、光源光１１のみが入力した場合には通常の開き角度で光源光１１を出力し、光源光１１と信号光１３が同時に入力した場合には熱レンズを形成し、通常の開き角度より大きな開き角度で両者の光１１、１３を出力する。レンズ２１は出力した両者の光１１、１３を平行光にする。フィルター２２は信号光１３をカットし、光源光１１は通過させる。穴付ミラー２３は通常の開き角度の光源光１１はその穴を通過させ、通常の開き角度より大きな開き角度の光源光１１はミラー部分で反射させ、その光路を変える。穴付ミラー２３の下流側のミラー２４は、穴付ミラー２３の穴を通過した光源光１１を収束させる。穴付ミラー２３の下方には、穴付ミラー２３により反射した光源光１１をさらに反射させ、光路を変えるミラー２５が配置され、その下流側にはミラー２５からの平行光を収束させるレンズ２６が配置されている。第１の光スイッチＳＷ１には、２つの出力ポート２７、２８が設けられている。出力ポート２７は信号光１３オフ時にレンズ２４で収束された６５０ｎｍ光出力を行い、第３の光スイッチＳＷ３に供給する。この状態のときには、第３の光スイッチＳＷ３は、制御部６と光ケーブルＣ２との接続をオフとする。出力ポート２８は信号光１３オン時にレンズ２６で収束された６５０ｎｍ光出力を行う。この状態のときには、第３の光スイッチＳＷ３は、制御部６とケーブルＣ２の接続をオンとし、収集データの送信が行われる。オン状態は所定時間継続するようになっている。

第２のスイッチ光ＳＷ２には、監視装置２のレーザー発振装置２Ｂから光ケーブルＣ３を介して供給された波長１５５０ｎｍの連続（ＣＷ）光である光源光３１を取り込むための入力ポート３２と、第１の光スイッチＳＷ１の出力ポート２８から出力される６５０ｎｍ光出力を信号光［ゲート光］３３として取り込むための入力ポート３４が設けられている。入力ポート３２の下流側には入力した光源光３１を平行光とするためのレンズ３５が配置され、入力ポート３４の下流側には入力した信号光３３を平行光とするためのレンズ３６が配置されている。レンズ３５の下流側にはダイクロイックミラー３７が配置され、レンズ３６の下流側にはレンズ３６からの平行光の光路を変えるミラー３８が配置されている。ダイクロイックミラー３７はレンズ３５からの平行光は透過させ、ミラー３８からの平行光の光路を変えて、光源光３１と信号光３３を同軸の重なりあった平行光とする。ダイクロイックミラー３７の下流側にはレンズ３９、熱レンズ効果素子４０、レンズ４１、フィルター４２、穴付ミラー４３、レンズ４４がそれぞれ配置されている。レンズ３９はダイクロイックミラー３７からの重なりあった平行光を焦点が熱レンズ効果素子４０内となるように収束させる。熱レンズ効果素子４０は、光源光３１のみが入力した場合には通常の開き角度で光源光３１を出力し、光源光３１と信号光３３が同時に入力した場合には熱レンズを形成し、通常の開き角度より大きな開き角度で両者の光３１、３３を出力する。レンズ４１は出力した両者の光３１、３３を平行光にする。フィルター４２は信号光３３をカットし、光源光３１は通過させる。穴付ミラー４３は、通常の開き角度の光源光３１はその穴を通過させ、通常の開き角度より大きな開き角度の光源光３１はミラー部分で反射させ、その光路を変える。穴付ミラー４３の下流側のミラー４４は、穴付ミラー４３の穴を通過した光源光３１を収束させる。穴付ミラー４３の下方には、穴付ミラー４３により反射した光源光３１をさらに反射させ、光路を変えるミラー４５が配置され、その下流側にはミラー４５からの平行光を収束させるレンズ４６が配置されている。第２の光スイッチＳＷ２には、２つの出力ポート４７、４８が設けられている。出力ポート４７は信号光３３オフ時にレンズ４４で収束された１５５０ｎｍ光出力を行う。出力ポート４８は信号光３３オン時にレンズ４６で収束された１５５０ｎｍ光出力を行う。この出力ポート４８からの光出力がトリガパルスとして光ケーブルＣ１に送り出され、次のデータ収集ユニット３に送られる。

トリガパルスのパルス幅は例えば数百μｓ〜１ｍｓ程度、パルス高さは数ｍＷ〜１０ｍＷのように設定することができるが、特にこれに限定されない。

ここで第１の光スイッチＳＷ１の熱レンズ効果素子２０と第２の光スイッチＳＷ２の熱レンズ効果素子４０について説明する。

図３は、熱レンズ効果素子２０を説明するための概念図である。熱レンズ効果素子２０は、図４の実線で示すように、波長６５０ｎｍの光源光１１に対しては透過性を示し、波長１５５０ｎｍの信号光１３に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素よりなる光吸収膜２０’を有している。このような波長帯域を持つ色素としては、市販の赤外線吸収色素を好適に用いることができ、更に具体的には、例えば、日本カーリット株式会社製、ＣＩＲ−９６０を使用することができる。

熱レンズ効果素子２０では、上記のような波長帯域を持つ光吸収膜２０’に波長１５５０ｎｍの信号光１３が照射されると、その光に対して吸収性を示すため光を吸収した領域及びその周辺領域の温度が上昇し、屈折率が変化し、その温度分布に応じて屈折率が変化して熱レンズ（ＴＬ）が形成され、信号光１３の照射が終わると元の状態に戻るという可逆的な屈折率変化を生じる。したがって、熱レンズ効果素子２０に連続（ＣＷ）光である光源光１１のみが照射され信号光１３がオフの場合には、図３（ａ）のように熱レンズ（ＴＬ）は形成されないため、通常の開き角度で光源光１１が出力し、レンズ２１で平行光とされ、断面が円形状のビームとして穴付ミラー２２の穴をそのまま通過する。一方、熱レンズ効果素子２０に光源光１１が照射され且つ信号光１３がオンの場合には、図３（ｂ）のように熱レンズ（ＴＬ）が形成され、通常の開き角度より大きい角度で光源光１１が出力し、レンズ２１で平行光とされ、断面がリング状のビームとして穴付ミラー２２のミラー部で反射され、光路の方向が変えられる。

一方、熱レンズ効果素子４０は、図４の鎖線で示すように、波長１５５０ｎｍの光源光３１に対しては透過性を示し、波長６５０ｎｍの信号光３３に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素よりなる光吸収膜を有している。このような波長帯域を持つ色素としては、溶剤可溶性のフタロシアニン色素を好適に用いることができ、更に具体的には、例えば、銅（II)２，９，１６，２３−テトラ−ｔｅｒｔ−ブチル−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン（Copper(II)2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine)を使用することができる。熱レンズの形成、その作用に関しては上記と同様である。

熱レンズ効果素子２０、４０は、基本的に上記のような吸収、透過の波長特性を持ち、熱レンズの形成可能な光吸収膜２０’、４０’を有しておればよく、光吸収を促進させる層や、伝熱層、保温層等、この出願の発明者らの出願に係る特開２００５−２６５９８６号公報に記載されているような各種の層を設けることができる。

本実施形態では、上記のようにして、トリガパルスを光ケーブルＣ３を介して周回させる。

さらに、上記の自動周回機構４では、光源光選択部として穴付ミラーを用いたが、これに限定されず、穴部分が透明材料となっているものや、特定の波長のもののみを透過させる素子等、光源光の選択ができるものであれば、適宜のもの使用が可能である。また、光源光、信号光に用いる光の波長も適宜の値のもの、適宜の組み合わせとすることができる。

本実施形態では、上記のようにして、電気的処理なしに、新規な光スイッチを用いた自動周回機構と光ケーブルを用いて収集データを回収できるようにしたため、安価にシステムを構築できる上、悪天候等の条件下で電線が切断されたり、停電になったりしても、監視対象の監視を続けることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る自動周回収集式データ収集システムの構成を模式的に示した図である。 上記実施形態のデータ収集モジュールで用いる自動周回機構の構成を模式的に示した図である。 熱レンズ効果素子を説明するための概念図である。 熱レンズ効果素子に用いる光吸収膜の波長特性の説明図である。

符号の説明

１ 自動周回収集式データ収集システム
２ 監視装置
２Ａ 無停電電源
２Ｂ レーザー発振装置
３ データ収集モジュール
３Ａ 光電池
３Ｂ 充電池
４ 自動周回機構
５ データ収集ユニット
６ 制御部
７ 通信制御部
８ Ｅ／Ｏ部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 光ケーブル
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ 光スイッチ

Claims (3)

1. 監視装置と、各拠点に配置されたデータ収集モジュールとを光ケーブルで接続して構成される自動周回収集式データ収集システムであって、
   監視装置は、所定のタイミングでデータ収集を行うためのトリガパルスを光ケーブルを介して各データ収集モジュールに送るトリガパルス発生部と、光ケーブルを介して各データ収集モジュールから収集データを受け取る収集データ回収部と、各データ収集モジュールにデータ収集のための制御信号を送信する監視装置制御部を有し、
   各データ収集モジュールには識別符号が付与され、各データ収集モジュールは、第１の光スイッチ及び第２の光スイッチよりなる自動周回機構と、それぞれの拠点でのデータを収集するためのデータ収集ユニットと、データ収集ユニット及び光ケーブルに接続されるデータ収集モジュール制御部と、このデータ収集モジュール制御部と光ケーブルとの接続のオン／オフを制御する第３の光スイッチを有し、
   第１の光スイッチは、データ収集モジュールに備えられた光源からの連続光である第１の光源光とこれとは異なる波長を有する監視装置からの第１の信号光を入力し、該第１の信号光の入力のオン／オフにより該第１の光源光の出力のオン／オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなり、第２の光スイッチは、監視装置からの連続光である第２の光源光とこれとは異なる波長を有する第１の光スイッチからの出力である第１の光源光を第２の信号光として入力し、該第２の信号光の入力のオン／オフにより連続光である該第２の光源光の出力のオン／オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなり、
   自動周回機構は、監視装置からトリガパルスを受け取ると、第３の光スイッチをオン制御し、データ収集モジュール制御部にデータ収集ユニットで収集したデータを前記識別符号とともに光ケーブルを介して監視装置へ送信させるとともに、トリガパルスを光ケーブルを介して次のデータ収集モジュールに送り出すことを特徴とする自動周回収集式データ収集システム。
2. 第１の光スイッチは、
   第１の波長λ１を有する連続光である第１の光源光と第２の波長λ２を有するパルス状光である第１の信号光とを同軸でかつ収束して入力する第１の信号入力部、
   第１の信号光に対し吸収性を示し第１の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第１の光吸収膜を有し、第１の光吸収膜が第１の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第１の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第１の光源光を通常の開き角度で出力する状態と、第１の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第１の光源光を通常の開き角度より大きい開き角度で出力する状態とを、第１の信号光の照射の有無に対応させて実現させる第１の熱レンズ効果素子、及び
   第１の熱レンズ効果素子より出力した第１の光源光のうち、通常の開き角度で出力した第１光源光を第１の出力ポートから出力させ、通常の開き角度より大きい開き角度で出力した第１の光源光は第２の出力ポートから出力させる第１の光源光選択部を備え、
   第２の光スイッチは、
   第１の光スイッチの第２の出力ポートから出力される第１の波長λ１の第１の光源光を第２の信号光として取り込み、この第２の信号光と監視装置からの第２の波長λ２を有する連続光である第２の光源光とを同軸でかつ収束して入力する第２の信号入力部、
   第２の信号光に対し吸収性を示し第２の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第２の光吸収膜を有し、第２の光吸収膜が第２の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第２の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第２の光源光を通常の開き角度で出力する状態と、第２の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第２の光源光を通常の開き角度より大きい開き角度で出力する状態とを、第２の信号光の照射の有無に対応させて実現させる第２の熱レンズ効果素子、及び
   出力した第２の光源光のうち、通常の開き角度で出力した第２光源光は第１の出力ポートから出力し、通常の開き角度より大きい開き角度で出力した第２の光源光は第２の出力ポートから出力させる第２の光源光選択部を備え、
   第１の光スイッチの第１の信号入力部は、光ケーブルに接続され、トリガパルスを第１の信号光として取り込み、
   第１の光スイッチの第１の出力ポートは第３の光スイッチに接続され、
   第１の光スイッチの第２の出力ポートは第２の光スイッチの第２の信号入力部に接続され、
   第２の光スイッチの第２の出力ポートは光ケーブルに接続されることを特徴とする請求項１に記載の自動周回収集式データ収集システム。
3. 第１の光源光選択部と第２の光源光選択部がそれぞれ穴付ミラーであり、それぞれ通常の開き角度のときは第１の光源光と第２の光源光を穴より通過させ、それぞれ通常の開き角度より大きな開き角度のときは穴付ミラーのミラー部により第１の光源光と第２の光源光の光路の方向を変更させることを特徴とする請求項２に記載の自動周回収集式データ収集システム。