JPH0263176B2 - - Google Patents

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JPH0263176B2
JPH0263176B2 JP59172158A JP17215884A JPH0263176B2 JP H0263176 B2 JPH0263176 B2 JP H0263176B2 JP 59172158 A JP59172158 A JP 59172158A JP 17215884 A JP17215884 A JP 17215884A JP H0263176 B2 JPH0263176 B2 JP H0263176B2
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Iwatsu Electric Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3109—Reflectometers detecting the back-scattered light in the time-domain, e.g. OTDR
    • G01M11/3145—Details of the optoelectronics or data analysis

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は線路などの特性や破断点などを測定す
るためのタイム・ドメイン・リフレクトメータ
（以下、TDRいう。）に関する。
本発明は出射パルスを伝送線路などの被測定物
に加えて、その各部の特性に応じて反射し戻つて
くる反射信号をサンプルするTDRに関する。
さらに、本発明は反射信号が微小であればある
ほど適用効果の大きい高感度のTDRに関する。
したがつて、本発明は、被測定物である線路が
光フアイバである場合に極めて大きな効果を発揮
するオプテイカル・タイム・ドメイン・リフレク
トメータ（以下、OTDRという。）に関する。
〔従来の技術〕
従来のTDRとくにOTDRにおいては、フアイ
バの損失の小さなものが製造され、さらに発光お
よび受光素子などの改良進歩にともなつて長距離
無中継伝送が可能となつてきたので長いフアイバ
についても測定の要求が高まり、いかに微弱な反
射信号まで正確に検出できるかゞ重要な問題とさ
れてきた。
従来のOTDRの一例は特開昭58−120316に示
されており、これについて第７図および第８図を
用いて説明する。
１２はクロツク発生器で第８図ａに示すクロツ
ク信号を発生し、デジタル遅延回路である第１遅
延回路１３に印加される。ｂに示すスタート信号
が第１遅延回路１３に印加されると、その直後に
印加されるａに示すクロツク信号の立上り部分で
光パルストリガ信号を発生し、図示されていない
光パルス発生器をトリガしてｃに示す光パルスを
発生し、被測定用のフアイバに出射される。
第１遅延回路１３には、遅延データが印加され
ておりラツチ信号によりラツチされているが、こ
の遅延データにもとづいてクロツク信号を計数
し、所定数に達するとｄに示す時間遅延信号を発
生しこれをアナグロ遅延回路である第２遅延回路
１４に印加する。そこで、第２遅延回路ではｅに
示すのこぎり波を発生し、これが遅延データにも
とづき定められたレベルＬに達すると第２遅延回
路１４に含まれるコンパレータが動作してｆに示
すサンプリング信号を発生し、図示されていない
サンプラに加えられる。
一方このサンプラには、ｇに示すフアイバに出
射された光パルスのフアイバ中におけるレイリー
散乱による後方散乱光や接合点におけるフレネル
反射による反射波にもとづく信号（以下、後方散
乱信号という。）が印加されており、これをサン
プリング信号にもとづきつくられた細い幅のパル
スでサンプルし信号処理として測定結果を波形表
示している。
すなわち、クロツク信号に同期した光パルスを
長いフアイバに出射し、長期間継続する信号上に
重畳された非常に短い期間の信号を正確にサンプ
ルし正確に再生せんとするものである。
ところが、このような従来の技術には重要な未
解決の問題を内蔵していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような未解決の問題は特に長いフアイバの
測定に際して顕著にあらわれる。
すなわち、長いフアイバであるほど損失も大き
くなるから、後方散乱信号も微弱となる。このよ
うな信号をサンプルするサンプラはノイズの影響
を極めて受け易い。このノイズ源の大きな原因と
なるものに第２遅延回路１４に含まれるコンパレ
ータやのこぎり波発生器がある。
このコンパレータは第８図ｆに示すサンプリン
グ信号を発生するが、このサンプリング信号を発
生する時点であるサンプリング点は、遅延データ
の指示もとづき変化するレベルＬによつてｆに矢
印で示すように左右に移動する。
コンパレータはレベルＬの変動によつてその動
作点が変化するため、コンパレータ流れる電流が
変化しそのために、コンパレータの出力波形の立
上り時間や振幅に測定できない程度のわずかな変
動を生じたり、コンパレータ周辺の回路に電源や
アースを通して微小ながら影響を及ぼす。
のこぎり波発生器についても同様で、とくにの
こぎり波（第８図ｅ）のスタートのあたりでの影
響は大きい。これも、サンプリング点が固定して
いれば影響は単にサンプラの出力のオフセツト電
圧を一定値変えるにすぎないので問題はないが、
サンプリング点がｅの矢印に示すように移動する
とその影響はサンプリング点とともに変動するの
で重大な影響がある。
このコンパレータを含む第２遅延回路１４の影
響は、この出力でサンプリング信号を印加するサ
ンプラや、微弱信号を80dBあるいは場合によつ
ては100dB以上も増幅してサンプラに後方散乱信
号を加える入力増幅器に重大な影響を及ぼす。こ
れは、長いフアイバの場合すなわち、光パルスの
出射後長期間経過したのちにサンプルする場合
に、その点での後方散乱信号が微弱であるために
悪影響を受けやすく、サンプリングによつて再現
した波形は真の後方散乱信号を示すものではなく
なという問題が生じている。従来これらの悪影響
を軽減するために、電源フイルタを入れたり、各
回路を厳重にシールドしたりするなどの方策がな
されているが完全ではなかつた。
本発明はこの問題点を根本的に解決し、光パル
スをフアイバに出射後長期間経過したのちにも、
微小な後方散乱信号を前記悪影響を受けることな
く十分に増幅し、サンプルすることを可能にし、
従来にくらべ著るしく長いフアイバの測定をも可
能にせんとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
上述の問題を解決するため、従来のサンプリン
グ技術における被測定信号（後方散乱信号）に対
してサンプリングごとにサンプリング信号を微小
時間ずらして被測定信号を再現するという思想を
全く変えて、本発明では、サンプリング信号はク
ロツク信号によつて発生せしめることによつて固
定定し、光パルストリガ信号をサンプリングごと
に微小時間移動せしめることによつてサンプルを
可能とするものである。
〔作用〕
サンプリング点はクロツクに同期せしめて固定
化し、アナグロ遅延回路による悪影響を排除し、
しかもサンプリングを可能とするため、フアイバ
への出射パルスをクロツクに対してサンプリング
ごとに微小時間移動せしめて、後方散乱信号の所
定の部分のサンプルを可能とするように動作せし
めるものである。
〔実施例〕
本発明はOTDRに適用した一実施例を第１図
に示し説明する。
１１はOTDRを構成する構成要素を制御し信
号処理するためのメモリやマイクロプロセツサを
含む制御回路、１２は制御回路１１からのスター
ト信中およびストツプ信号によつて約3KHzのト
リガ信号を発生し、停止するとともに5MHzのク
ロツクを発生するクロツク発生器、１３は制御回
路１１から遅延データとラツチ信号を受けてクロ
ツク発生器１２からのクロツクを所定数カウント
したとき、クロツク信号に同期してサンプリング
信号を発生するデジタル遅延回路である第１遅延
回路、１４は制御回路１１から遅延データとラツ
チ信号を受けてクロツク発生器１２からのトリガ
信号とクロツク信号によりのこぎり波を発生し、
所定のレベルに達したときコンパレータが動作し
て光パルストリガ信号を発生するアナグロ遅延回
路である第２遅延回路、１５は第２遅延回路１４
からの光パルストリガ信号を受けて制御回路１１
からのパルス幅制御信号にもとづいて、10〜
160nSの幅の光パルスを発生する光パルス発生
器、１６は光パルス発生器１５からの光パルスを
被測定フアイバ接続端子を通して被測定フアイバ
に出射し、被測定フアイバからの後方散乱光を分
岐してとり出す光方向性結合器、１７は光方向性
結合器１６からの後方散乱光を受けて電気信号に
変換し増幅するアバランシエ・フオト・ダイオー
ド（APD）を含むたとえば100dB以上の利得を
有するＯ／Ｅ入力増幅器であり、多くの場合広い
ダイナミツクレンジを要求されるところから対数
増幅器である。１８は第１遅延回路１３からのサ
ンプリング信号によりＯ／Ｅ入力増幅器１７から
の後方散乱信号をサンプルするサンプラ、、１９
はサンプラ１８からのサンプルされた信号をアナ
グロデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、２０はＡ／
Ｄ変換器１９の出力を制御回路１１内のメモリに
記憶し、平均化などの計算処理した信号を制御回
路１１から受けて、たとえば、ブラウン管
（CRT）デイスプレイである表示装置２１を表示
するための制御する表示制御回路、２２は測定条
件の設定および変更などの指示を制御回路１１に
与えるための操作パネルである。
つぎに第１図に示す構成の各部の波形を第２図
に示し、これによつて動作説明する。ａおよびｂ
に示すクロツク信号およびトリカガ信号が第２遅
延回路に印加されると、トリガ信号の印加された
直後のクロツク信号の立上り部分でｃに示す一定
の傾斜をもつのとぎり波がスタートする。このの
こぎり波がレベルLNに達するとｄに示す光パル
ストリガ信号を発生する。ここでレベルLNは制
御回路１１からの遅延データにもとづき定められ
たものである。ａに示すクロツク信号の周期がた
とえば200nS（周波数5MHz）でレベルLNのＮを０
〜1023（10ビツト）とし、１ビツトあたり
200nS／1024≒195pSとなるようにのこぎり波の
傾斜を設定する。このＮを遅延データもとづき変
えるならば、195pSステツプで光パルストリガ信
号の発生時間TN（のこぎり波のスタート点を基準
とする）を10ビツトまで変えることができる。Ｎ
＝０としてときのレベルL0のとき光パルストリ
ガ信号は時間T0（のこぎり波のスタート点を基準
する）で発生する。
ａに示すクロツク信号を受けた第１遅延回路１
３は、遅延データにもとづき、第２図に示すスタ
ート点からクロツクパルスをＭ個計数したときｇ
に示すサンプリング信号を発生し、サンプラ１８
はｆに示す後方散乱信号をサンプルする。ここで
Ｍは、フアイバ長１Kmあたり約5μSの遅延時間で
あるところから定められ、たとえば16ビツト変え
ることができ、１ビツトあたりクロツクの周期で
ある200nSのステツプでスタート点からサンプリ
ング点までの時間TMを変えることができる。
このＭおよびＮを選ぶならば、光パルスに対す
るサンプリング点までの時間TDは第２図から明
らかなように TD＝TM−TN となり、このTDを１ビツト195pSステツプで26ビ
ツトの範囲で変えることができる。ここで T0−TN≒Ｎ×195pS TM＝Ｍ×200nS である。
このようにして195pSステツプでTDを変化させ
しめて後方散乱信号をサンプルし、Ａ／Ｄ変器１
９でＡ／Ｄ変換した値は、制御回回路１１に記憶
される。
このような動作は制御回路１１から出されるス
タート信号もとづきクロツク発生器で発生する約
3KHzのトリガ信号によつてなされる。サンプリ
ング信号の割り込みを受けた制御回路１１は、つ
ぎのサンプリングの前に現在のTDを算出し、つ
ぎのサンプリングにおけるTDを設定した遅延デ
ータの送出する。
Ａ／Ｄ変換したデータの記憶を所定回くり返す
と、制御回路はストツプ信号を発生し、トリガ信
号の送出を止めサンプリングを終了する。そこで
制御回路１１内にメモリに蓄積されたデータは平
均化処理などをして、表示制御回路２０を介して
表示装置２１に表示する。ここで平均化処理を行
う場合は所定の多数回繰返される後方散乱信号の
同一点をサンプルするため、その間TDの値は変
更されない。
このような平均化処理はランダムノイズに対し
てはフイルタ効果、平滑効果が作用するので有効
である。
つぎに、本発明の重要な構成要素をなす第１遅
延回路１３および第２遅延回路１４の具体的実施
例をそれぞれ第３図および第５図に示し、その動
作を説明するための波形図をそれぞれ第４図およ
び第６図に示す。
デジタル遅延回路である第１遅延回路１３は第
３図および第４図に示すごとくになつており、ａ
に示すクロツク信号がANDゲート４３に加えら
れる。一方ｂに示すトリガ信号はＲ−Ｓフリツプ
フロツプ４１に印加されｃに示す出力をクロツク
信号の印加されたＪ−Ｋフリツプフロツク４２に
加え、ｄに示す出力を得てこれをANDゲート４
３に加えるｅに示す出力をダウンカウンタ４５に
印加する。制御回路１１から遅延データをラツチ
信号によりラツチ回路４６に設定し、この遅延デ
ータはダウンカウンタ４５にロードされている。
ここへアンドゲート４３を通してクロツク信号が
供給されて所定の数Ｍをカウントすると、ｆに示
す力をインバータ４４を介してクロツク信号が加
えられているＤフリツプフロツプ４７に印加し、
ｇにサンプリング信号を得る。これによつてＲ−
Ｓフリツプフロツプ４１はリセツトされつぎのト
リガ信号を待つ。
アナログ遅延回路である第２遅延回路１４は第
５図および第６図に示すごとくになつており、ｂ
に示すトリガ信号がＲ−Ｓフリツプフロツク３１
に印加され、ｃに示す出力を得て、これがａに示
すクロツク信号が印加れているＪ−Ｋフリツプフ
ロツプ３２に印加される。Ｊ−Ｋフリツプフロツ
プ３２はｄに示す出力によつてそれまでオン状態
にあつたスイツチ３３をオフにする。するとコン
デンサ３５には定電流源３４から電流が供給され
てｅに示すのこぎり波を発生し、コンパレータ３
６の一方の端子に加えられる。一方制御回路１１
からのラツチ信号と遅延データはラツチ回路３８
に印加されＤ／Ａ変換器３９の出力レベルを設定
し、これがコンパレータ３６の他方の端子に印加
されてｅに示すのこぎり波と比較される。
データＮによつてレベルLNが設定されると、
ｅに示すのこぎり波がレベルLNを越えた瞬間コ
ンパレータ３６はｆに示す光パルストリガ信号を
出力する。光パルストリガ信号の一部は遅延回路
３７を介して２つのフリツプフロツク３１および
３２をリセツトする。上記動作において、Ｎは10
ビツト（０〜123）でありレベルLNも1024ステツ
プをとることになる。ここで、１ステツプは
195pSである。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなごとく、発明によれ
ば、光パルス発生器はアナグロ遅延回路（第２遅
延回路）の出力によつて動作し、一方サンプラは
クロツクパルスに同期したデジタル遅延回路（第
１遅延回路）の出力で動作するために、サンプラ
やＯ／Ｅ入力増幅器はアナグロ遅延回路の動作か
ら悪影響を受けない。クロツクパルスに同期した
何等かの信号がＯ／Ｅ入力増幅器やサンプラに入
つたとしても、それはサンプラの出力のオフセツ
トを一定値変えるにとどまるから、誤差とはなら
ない。
もしも、アナグロ遅延回路の動作に起因する好
ましくない信号がＯ／Ｅ入力増幅器やサンプラに
入つたとしても、これらの好ましくない信号の持
続期間は、光パルスを出射してからわずかの期間
であり、一方この期間における後方散乱信号は被
測定フアイバの近距離点からのものであるため十
分に大きいために、好ましくない信号によつて測
定値が影響を受けることはなく、後方散乱信号が
微弱なものとなる時点までは、この好ましくない
信号は持続しないから、その悪影響を全く受ける
ことがなく、きわめて微弱な後方散乱信号まで正
確にサンプルし処理できるため、従来に比較して
きわめて長いフアイバまで測定が可能になるとい
う大きな特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は第１図の動作を説明するための波形図、第３
図はデジタル遅延回路である第１遅延回路の具体
的実施例を示す回路図、第４図は第３図の動作を
説明するための波形図、第５図はアナグロ遅延回
路である第２遅延回路の具体的実施例を示す回路
図、第６図は第５図の動作を説明するための波形
図、第７図は従来例を説明する構成図、第８図は
第７図の動作を説明するための波形図である。 １１……制御回路、１２……クロツク発生器、
１３……第１遅延回路、１４……第２遅延回路、
１５……光パルス発生器、１６……光方向性結合
器、１７……Ｏ／Ｅ入力増幅器、１８……サンプ
ラ、１９……Ａ／Ｄ変換器、３１，３２，４１，
４２，４７……フリツプフロツプ、３３……スイ
ツチ、３４……定電流源、３５……コンデンサ、
３６……コンパレータ、４３……ANDゲート、
４５……ダウンカウンタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ クロツク信号を発生するクロツク発生手段
    と、前記クロツク発生手段からのクロツク信号が
    遅延データにもとづく所定数加わつたときにサン
    プリング信号を発生するデジタル遅延手段と、前
    記クロツク信号の印加から遅延データにもとづく
    所定時間後にパルストリガ信号を発生するアナロ
    グ遅延手段と、前記パルストリガ信号を受けてパ
    ルスを発生するパルス発生手段と、前記パルスを
    被測定物に印加し、そこから反射してくる信号を
    とり出す結合手段と、前記結合手段からの信号を
    前記サンプリング信号の印加された瞬間にサンプ
    ルするサンプリング手段と、前記サンプリング手
    段の出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段
    と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力を記憶するメモリ
    および前記第１遅延回路および第２遅延回路に遅
    延データを送出するための処理および前記メモリ
    に記憶されたデータを処理する計算手段を含む制
    御手段とを含み、前記制御手段から前記被測定物
    のデータを取り出すことを特徴とするタイム・ド
    メイン・リフレクトメータ。 ２ 前記サンプリング手段が、サンプラと前置増
    幅器を含み、前記結合手段からの信号が前記前置
    増幅器によつて増幅されてから前記サンプラに印
    加される特許請求の範囲第１項記載のタイム・ド
    メイン・リフレクトメータ。 ３ 前記アナグロ遅延手段が、前記クロツク信号
    の印加によつてのこぎり波を発生し、前記のこぎ
    り波が遅延データにもとづく所定レベルに達した
    とき前記パルストリガ信号を発生するものである
    特許請求の範囲第１項記載のタイム・ドメイン・
    リフレクトメータ。 ４ 前記パルス発生手段が光パルスを発生する光
    パルス発生器であり、前記結合手段が光方向性結
    合器であり、前記サンプリング手段が光信号を電
    気信号に交換するＯ／Ｅ変換器と前記Ｏ／Ｅ交換
    器の出力を増幅する入力増幅器と前記入力増幅器
    の出力をサンプルするサンプラを含む特許請求の
    範囲第１項記載のタイム・ドメイン・リフレクト
    メータ。 ５ 前記前置増幅器が対数増幅器である特許請求
    の範囲第２項記載のタイム・ドメイン・リフレク
    トメータ。 ６ 前記Ｏ／Ｅ交換器がアバランシエ・フオト・
    ダイオードであり、前記入力増幅器が対数増幅器
    である特許請求の範囲第４項記載のタイム・ドメ
    イン・リフレクトメータ。
JP59172158A 1984-08-18 1984-08-18 タイム・ドメイン・リフレクトメ−タ Granted JPS6150033A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59172158A JPS6150033A (ja) 1984-08-18 1984-08-18 タイム・ドメイン・リフレクトメ−タ
GB08520703A GB2163315B (en) 1984-08-18 1985-08-19 Time domain reflectometer
US07/080,226 US4732469A (en) 1984-08-18 1987-07-29 Low noise optical time domain reflectometer

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JPS6150033A JPS6150033A (ja) 1986-03-12
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