JPH0333633A - 光ケーブル監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複数の被測定光ファイバを測定し、警報を発出
し、光ケーブルの障害点の位置を検出する光ケーブル監
視装置に関する。

［従来の技術］ 従来光ケーブルの障害を検出し障害点を探索する装置と
して、大気より高い圧力の乾燥空気をケーブル内に流し
、その圧力値を圧力センサにより遠方監視するガス圧遠
方監視装置がある。

しかし、この装置では圧力センサと信号の伝送をするた
めの金属の介在対が必要である。そのため光ケーブルが
太くなり、しかも落雷や誘導を受けやすくなり光フアイ
バ本来の特徴が損なわれていた。

そこで、金属の介在対を使用せず、水により光ファイバ
にレベル損失を与える浸水センサを、光ケーブルの接続
点に設置し、各浸水センサを全て直列に接続し、全体が
ワンループになるように配設して、被測定光ファイバの
一端から、光パルスを人力し、他端で出力を監視する方
法（特開昭６２５２４３３号公報）、及び監視装置から
光パルスを光ファイバに入射しその反射光のレヘルを検
出する方法が考えられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、浸水センサを使用した監視装置の動作原
理は、光ケーブルに亀裂等の障害が発生し光ケーブル内
に浸水があった場合、浸水センサの動作により光ファイ
バにレベル損失を与え、そのレベル損失を検出すること
により障害点を探索するものである。

そのため、障害点を確実に検出するためには、浸水セン
サの動作により光ファイバに与えるレベル損失を大きく
するため、最大監視区間が限られていた。このことは、
ガスケーブルにおいてケーブル内圧力に応して、光ファ
イバにレベル損失を与える光フアイバ用圧力センサを使
用しても同様である。

又、光ケーブル監視装置が持つ問題点を上げると次のよ
うになる。

■　主な雑音発生源は光検出器であり、ＳＮ比を上げる
には平均光電力を上げなければならない。

■　■の理由により光分岐手段による光損失はＳＮ比を
劣化させる要因となる。

■　■及び■を解決するために高出力光源を用いると光
源駆動回路が複雑になり、しかもレーザ光障害による危
険性がます。

■　近端フレネル反射光による光検出器や増幅器の飽和
により監視不能区間が生ずる。

■　近端フレネル反射光による問題を解決するためには
光分岐手段にＡ○素子、ＥＯ素子を用いれば良い。しか
し、長い監視区間を確保するため、高出力光源を用いる
と光源駆動回路が複雑になり、しかもレーザ光障害によ
る危険性も増す。

■　高分解能、長い監視区間を確保するには相関処理を
すると良い。しかし、近端フレネル反射光による飽和を
避けるための工夫が必要で複雑になり、また性能を充分
に発揮できない。　このことから不要な反射パルスの除
去にはＡ○素子、ＥＯ素子等を用いたタイプが有効であ
り、長い監視区間の実現には相関処理が有効であるとい
える。しかし、いまだそれぞれの長所をあわせ持った光
ケーブル監視装置が無かった。

■　通常、浸水センサは光ケーブルの接続点に設置され
、接続点からのフレネル反射により光検出器が飽和し定
常状態に復帰するまでに時間を要するため、浸水センサ
によるレベル損失を検出できなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、不要な反射パルスの影響無く、かつ、高分解能で長い
監視区間の光ケーブル監視装置を提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために本発明の光ケーブル監視装
置では、光検出器の前に光増幅器を配置し、かつ、この
利得を光源の光パルスに関連させながら制御することに
より、ＳＮ比の改善を図ると同時に付加的機能も実現し
た。光増幅器として使用する一例としてはファイバレー
ザ光増幅器や半導体レーザ光増幅器などが挙げられる。

この際問題となる近端フレネル反射による光検出器の飽
和に関しては次の方法で解決を図った。一つはこの光が
入って来るタイミングにおいて光増幅器の利得を下げる
制御手段（光スイツチング作用）を備えたものであり、
または光検出器の飽和レベル以上の光をカットする制御
手段（光リミッタ作用）を備えたものである。又は光検
出器の信号をフィードバックして光増幅器の利得を最適
に調整する制御手段（擬似的光フイードバツク作用）を
備えたものである。

付加的機能としては所望の区間の反射光に対し利得を上
げてさらに精度よく測定したり、または接続点のフレネ
ル反射等の不要な強い反射光に対し、減衰を与えてその
強い反射光付近の反射光を測定しやすくすることなどが
出来る。

［作用］ 本発明においては使用する光増幅器の特性を考慮して、
光増幅器を組み込む場所及び光増幅器の制御方法に特徴
がある。まず光増幅器の特性例から説明する。

第８図はファイバレーザ光増幅器の特性例である。ファ
イバのコアに添加される希土類元素の例はエルビウム（
元素記号：Ｅｒ）、ネオジウム（元素記号：Ｎｄ）等が
あげられる。ファイバレーザ増幅器では励起光が無いと
信号光に対し、減衰を与え励起光があると増幅作用を持
つ。したがって、本発明では近端フレネル反射光が入る
時間中は制御手段により励起光を下げることによって、
この光に対し利得（増幅度）を下げるか、または減衰を
与え、他の反射光のみに大きな利得を与えることにより
、光検出器の飽和を招くことなくＳＮ比を改善できる。

第９図（Ａ）、（Ｂ）に進行波型半導体レーザ光増幅器
の励起電流対利得特性及び入力光電力対利得特性を示す
。この光増幅器は第９図（Ａ）に示すように励起電流を
制御して利得を制御出来ることが知られている。したが
って、本発明では強い反射光が入る時間中は制御手段に
より励起電流を下げることによって、この光に対し利得
を下げるか、または減衰を与え、他の反射光のみに太き
な利得を与えることにより光検出器の飽和を招くことな
くＳＮ比を改善できる。また第９図（Ｂ）に示すように
一定しヘル以上の光が入力すると増幅機能が飽和し、利
得が下がる。

本発明では一定の光をバイアス光として半導体レーザ光
増幅器に与え、バイアス光の波長を反射光の波長付近と
し、バイアス光のレヘルと半導体レーザ光増幅器の励起
電流を調整することにより、通常の反射光に対しては利
得を持ち、かつ近端フレネル反射光のような強い光に対
して半導体レーザ光増幅器の利得が飽和するよう設定す
る。したがって光検出器の飽和を招くことなくＳＮ比を
改善できる。この方法であると一定レベルの光に対し常
にカットされるので応答が極めて早い。利得特性につい
てまとめると、これらの光増幅器は最大利得が２０ｄＢ
以上得られ、その利得は励起電流又は励起光により容易
に制御できる。また、光増幅器の休止状態と最大利得状
態では利得差が４０ｄＢ〜６０ｄＢあり、この利得差を
利用して光スイッチングが出来る。しかも電気回路にお
ける増幅器と違って双方向性である。

次に光増幅器を組み込む場所について説明する。

通常は光分岐手段と光検出器の間であるが、特に単一パ
ルス型の光ケーブル監視装置では例示した光増幅器の双
方向性を利用して被測定光ファイバと光分岐手段の間で
もよい。特にこの場合においては光源より発射された信
号光も光増幅器を通るので、その分さらに光源の出力を
低くすることが出来、光源駆動回路を簡略化することが
出来る。

発射される平均光電力が大きい場合は光増幅器が飽和し
て利得が低下するが、その量は予め予見できるので信号
処理時に補正してやればよい。

次に光増幅器の制御方法について説明する。近端フレネ
ル反射光に対しては、単一パルス型の光ケーブル監視装
置においては予め近端フレネル反射がかえってくる時間
がパルス波形および光ケーブル監視装置内部で光の伝播
時間より判断できるのでその時間帯だけ励起光又は励起
電流を遮断して光増幅器の利得を制御すれば、この光に
よる光検出器の飽和を防ぐことが出来る。　又、相関処
理を行う光ケーブル監視装置においては相関関係を取る
都合上、反射光は常に光検出器に入射されているため、
光スイッチングできない。そこで、光検出器の信号を制
御手段にフィードバックして受光状態を判断し、飽和し
ないように自動的に利得を調整すれば良い。又、付加的
機能として両方式において制御手段の制御パターンを自
動及びオペレータが任意に制御することが可能である。

これにより所望の区間の反射光に対し、利得を上げてさ
らに精度よく測定したり、または接続点のフレネル反射
等の不要な強い反射光に対し、減衰を与えてその強い反
射光付近の反射光を測定しやすくなり、光ケーブルの障
害監視機能がさらに向」ニし、障害点の探索が容易にな
る。

〔実施例］ 以下図面により本発明の詳細な説明する。

まず、光学処理部について説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示ず構成図であり、本発
明において単一パルス型の光ケーブル監視装置に光増幅
器として半導体レーザ光増幅器を適用したものである。

パルス発生器１により光源２を駆動する。光源２からの
光は光分岐手段３のポートＡからポートＢを通り、接続
端４につながれた被測定光ファイバ５に入射される。被
測定光ファイバ５からの反射光は光分岐手段３のポート
Ｂに入り、ポートＣより光増幅器６に入射する。

光増幅器６は半導体レーザ光増幅器６ａ、帯域通過型光
フィルタ６ｂ及び駆動回路６Ｃにより構成される。半導
体レーザ光増幅器６ａは駆動回路６Ｃによって励起電流
が供給され、駆動回路６Ｃは制御手段１０によって励起
電流の大きさを制御されている。制御手段１０はパルス
発生器１のパルス発生時間と、光ケーブル監視装置内部
で近端フレネル反射光が半導体レーザ光増幅器６ａに到
達する時間とを考慮して駆動回路６Ｃを制御するよう構
成されている。半導体レーザ光増幅器６ａの出力光中に
は増幅された反射光と半導体レーザ光増幅器６ａ自身が
発する自然放出光が含まれる。

自然放出光はＳＮ比劣化の原因となるので帯域通過型光
フィルタ６ｂにより除去し、増幅された反１ 射光の波長付近のみを通過させる。帯域通過型光フィル
タ６ｂを通った光は光検出器７により電気信号に変換さ
れ、増幅器８により増幅された後、平均化回路９により
平均化処理を行い、その電気信号ａを監視処理部に出力
する。

第２図は、本発明において単一パルス型の光ケーブル監
視装置に半導体レーザ光増幅器を適用した第２の実施例
を示す構成図である。

パルス発生器ｌによる駆動電流の発生から被測定光ファ
イバ５からの反射光が光増幅器６に入射するまでの動作
は第１の実施例と同しである。異なる点は光増幅器６の
構成が半導体レーザ光増幅器６ａとバイアス用光源６ｅ
と、光カプラ６ｄと４ｉＦ域通過型光フィルタ６ｂから
なることにある。バイアス用光源６ｅの波長は光源２の
波長に対し、数ｎｍずらしてあり、この光と被測定ファ
イバ５からの反射光は光カプラ６ｄによって混合され、
半導体レーザ光増幅器６ａに入射する。バイアス用光源
６ｅの光出力及び半導体レーザ光増幅器６ａの励起電流
は、近端フレネル反射光のような強い２ レベルの光が半導体レーザ光増幅器に入射すると飽和す
るようなレベルに調整しである。半導体レーザ光増幅器
６ａの出力光中には増幅された反射光とバイアス光及び
半導体レーザ光増幅器自身が発する自然放出光が含まれ
る。バイアス光及び自然放出光は、ＳＮ比劣化の原因と
なるので帯域通過型光フィルタ６ｂにより除去し、増幅
された反射光の波長付近のみを通過させる。帯域通過型
光フィルタ６ｂを通った光は光検出器７により電気信号
に変換され、増幅器８により増幅された後、平均化回路
９により平均化処理を行い、その電気信号ａを監視処理
部に出力する。

第３図は、本発明において単一パルス型の光ケーブル監
視装置に半導体レーザ光増幅器を適用した第３の実施例
を示す構成図である。

パルス発生器１により光源２を駆動する。光源２からの
光は光分岐手段３のポートＡからポートＢを通る。第１
の実施例と異なる点は光増幅器６が光分岐手段３と接続
端４の間に入っていることにある。光分岐手段３より出
てきた信号光は光増幅器６に人力する。光増幅器６は半
導体レーザ光増幅器６ａと、その両端に帯域通過型光フ
ィルタ６ｂ、半導体レーザ光増幅器６ａを駆動する駆動
回路６ｃからなる。光源２より発射された信号光が光増
幅器６を通ると、利得の分だけ光源の出力を低くするこ
とが出来、駆動回路６Ｃを簡略化することが出来る。平
均光電力が大きい場合は光増幅器６が飽和して利得が低
下するが、その量は予め予見できるので信号処理時に補
正をすればよい。

半導体レーザ光増幅器６ａの出力光中には増幅された信
号光と半導体レーザ光増幅器６ａ自身が発する自然放出
光が含まれる。自然放出光による被測定光ファイバ５の
反射を防ぐため、帯域通過光フィルタ６ｂ’　によりこ
の光を除去し、増幅された信号光の波長付近のみを通過
させる。光増幅器６を通った光は接続端４につながれた
被測定光ファイバ５に入射する。被測定光ファイバ５か
らの反射光は再び光増幅器６に入る。制御手段１０はパ
ルス発生器１のパルス発生時間と、光ケーブル監視装置
内部で近端フレネル反射光が半導体装置ザ光増幅器６ａ
に到達する時間とを考慮して駆動回路６ｃを制御するよ
う構成されている。半導体レーザ光増幅器６ａの出力光
中には増幅された反射光と半導体レーザ光増幅器６ａ自
身が発する自然放出光が含まれ、自然放出光はＳＮ比劣
化の原因となるので帯域通過光フィルタ６ｂにより除去
し、増幅された反射光の波長付近のみを通過させる。増
幅された反射光は光分岐手段３のポートＢからボートＣ
を通って光検出器側に分岐し、光検出器７により電気信
号に変換され、増幅器８によって増幅された後、平均化
回路９により平均化処理を行い、その電気信号ａを監視
処理部に出力する。

一方、第４図は、本発明において相関処理を行う光ケー
ブル監視装置に希土類添加ファイバレーザ光増幅器を適
用した第４の実施例を示す構成国である。

パルス発生器１ａは先例の単一パルス型の光ケーブル監
視装置のパルス発生器１とは違い、疑似ランダムパルス
またはＭ系列パルスなど有限の時系５ 列ヲ持ったパルスを発生する。このパルス発生器１ａに
より光源２を駆動する。光源２からの光は光分岐手段３
のボート八からボートＢを通り、接続端４につながれた
被測定光ファイバ５に入射される。被測定光ファイバ５
からの反射光は光分岐手段３のボートＢに入り、ボート
Ｃより光増輔器６番こ入る。光増幅器６は希土類添加フ
ァイバレーザ光増幅器６ｆとこれを励起する励起用光源
６ｇと、光カプラ６ｄおよび１＃域通過型光フィルタ６
ｂからなる。希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆの
添加希土類元素は光源２の波長により定まる。希土類添
加ファイバ６ｆを光励起する励起用光源６ｇからの励起
光と被測定光ファイバ５からの反射光は光カプラ６ｄに
より混合されて希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆ
に入射される。

励起用光源６ｇの波長は希土類添加ファイバレーザ光増
幅器６ｆに添加された希土類元素の種類により定まる。

励起用光源６ｇの励起光出力は制御手段１０により制御
される。希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆの出力
光中には増幅された反６ 射光と励起光と希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆ
自身が発する自然放出光が含まれ、励起光と自然放出光
はＳＮ比劣化の原因となるので帯域通過光フィルタ６ｂ
により除去し、増幅された反射光の波長付近のみを通過
させる。増幅された反射光の波長のみを通過させる。例
えば近端フレネル反射に対する飽和の問題に対しては光
検出器７から受光信号を制御手段１０にフィードバック
を行ない、受光状態が最適になるように自動的に利得を
調整する。この時の制御時定数は少なくともパルス列時
間より長くなるようにし、１つのパルス列受信中は光利
得が変化しないようにする。増幅された反射光は光検出
器７により電気信号に変換され、増幅器８によって増幅
された後、平均化回路９により平均化処理を行なう。自
然放出光の内帯域通過型光フィルタ６ｂによって除去で
きなかった部分による雑音が存在する。この雑音は希土
類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆの動作時間中に発生
し、電気信号に変換すると直流信号とみなせる性質の信
号である。したがって相関装置１１によって元の信号と
の相関処理を行なうことにより、反射光成分のみを取り
出す事ができる。これにはまずパルス発生器１ａからの
信号を波形整形回路１１ａによって相関処理に適した形
に整形し、遅延回路１１ｂによって受光信号とのタイミ
ングを合わせる。相関装置１１には、遅延回路１１ｂか
らの原信号と平均化回路９からの電気信号を乗算器など
からなる相関係数検出回路１１ｃに入力し、相関処理を
行うことにより、希土類添加ファイバレーザ光増幅器６
ｆの自然放出光で帯域通過型光フィルタ６ｂによって除
去できなかった部分による雑音を取り除く事ができる。

相関結果ａは監視処理部に出力される。

次に、監視処理部について説明する。

第５図は、第１図乃至第２図に記載の監視処理部の一実
施例を示す構成国であ゛る。

光増幅器６により増幅、減衰された光学処理部からの電
気信号ａを、レヘル変換手段１２＆こよりレベル変換し
、測定レベル記憶手段１３で監視距離（反射光受光時間
）に対応して配位する。１つの被測定光ファイバ５の測
定、記憶が終了すると光スイツチ１４で次の被測定光フ
ァイバ５に切り換えられ、測定、記憶する。

一方、各被測定光ファイバ５の監視区間における警報レ
ベルは設定手段１５で設定され、警報レベル記憶手段１
６で記憶する。測定レベル記憶手段１３で記憶した測定
レベルと警報レベル記憶手段１６で記憶した警報レベル
を、判定手段１７で判定し測定レベルが警報レベルに達
しているときは、出力手段１８に警報を出力する。警報
の判定は設定された警報レベルの他に、過去の測定レヘ
ルとの変化量で行う事もできる。この測定レベルの記憶
から警報出力迄の処理は、監視制御手段１９にて最適な
測定精度の条件で監視するように制御される。尚、光ス
イツチ１４は監視制御手段１９からの信号すにより制御
される。

又、インタフェース部２０に人出力される信号Ｃにより
集中監視する事ができる。

次に、第６図の光ケーブル監視例により具体的に説明す
る。第６図（Ａ）は、光ケーブルの布設置９ 図であり光ケーブル監視装置から距離ＤＩ、Ｄ２、Ｄ４
に接続点、その接続点の後方に浸水センサが設置されて
いて、Ｄ２接続点で浸水障害、Ｄ３で断線障害が発生し
ている。

第６図（Ｂ）は、第６図（Ａ）の光ケーブルによる反射
光レベル曲線であり、実線は増幅制御を第６図（Ｃ）で
、破線は増幅制御を第６図（Ｄ）で、−点鎖線は増幅制
御を第６図（Ｅ）で、それぞれ光増幅器６を制御したも
のである。

監視フロチャートを第７図に示す。

１）まず、増幅制御を第６図（Ｃ）で行い測定レベルを
、判定手段１７で判定する。本例では、距離Ｄ３に大き
な反射光レヘルが有り警報レヘル、又は過去の測定レヘ
ル比較し、Ｄ３で断線障害が発生していると判定する。

しかし、Ｄ２接続点での浸水障害はＤ２接続点の反射光
のため検出できない。

２）次に、増幅制御を第６図（Ｄ）で行い測定レヘルを
、判定手段１７で判定する。光増幅器６で各接続点の反
射光に対し減衰を与えているため、０ 浸水センサによるレベル損失が検出可能となり、Ｄ２接
続点での障害を検出できる。

３）更に、増幅制御を第６図（Ｅ）で行いＤ２接続点で
の障害種別、障害距離を精度良く検出する事ができる。

又、接続点で断線障害が発生しても反射光のレベル差に
より断線障害と判定する事ができる。更に、この処理に
より障害の種類により光ファイバに与えるレベル損失が
異なるセンサが設置されているか、接種類のセンサが設
置されている場合も、該当の障害を検出する事ができる
。

以上、本発明の趣旨を鑑みて各実施例において次のこと
が言えるのは言うまでもない。

ａ）励起用光と被測定光ファイバからの反射光の混合、
又はバイアス光と被測定光ファイバからの反射光の混合
は光カプラに限らず光合波器やノ＼−フミラー等、同効
果を持つものなら使用できる。

ｂ）励起用光と被測定光ファイバからの反射光の分離、
又はバイアス光と被測定光ファイバからの反射光の分離
は光フィルタに限らず光分波器等、同し効果を持つもの
なら使用できる。

Ｃ）希土類添加ファイバレーザ光増幅器ばＥｒ添加に限
らず他の希土類元素も適用できる。

ｄ）半導体レーザ光増幅器は進行波型に限らず、共振器
型も適用できる。

ｅ）相関処理を行う光ケーブル監視装置は希土類添加フ
ァイバレーザ光増幅器に限らず、半導体レーザ光増幅器
も適用できる。

ｆ）又、被測定ファイバの傷等によりフレネル反射が発
生したとき、フレネル反射の受光付近から反射光受光時
間に応じて光増幅器６を減衰さセ、フレネル反射による
ピークを受光しなくなった反射光受光時間（距離）が、
被測定ファイバの傷の障害点と推定する方法がある。

ｇ）光ケーブルの監視距離、ＳＮ比に応して単一パルス
型光ケーブル監視装置と相関処理を行う光ケーブル監視
装置とを切り換えて使用できる。

ｈ）光ケーブルの設置状況、監視体制により、光ケーブ
ル監視装置の各機能を適宜に分離して所定の場所に設置
すること、複数の光ケーブル監視装置を集中監視するこ
ともできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、光増幅器を光検出
器の前段に挿入し、光増幅器の利得を制御するために光
パルスに関連した励起光、又は励起電流を光増幅器に人
力する制御手段とを備えた構成であるから、ＳＮ比を改
善でき同一光出力ではより高分解能となり、同一分解能
では低出力光源でよくなるので光源駆動回路の簡略化、
レーザ光による障害の防止に役立つ。しかも監視不能区
間を短縮でき、不要な反射光を減衰させ所望の反射光を
増幅又は減衰させ測定が容易となり、光ケーブル内に挿
入された浸水センサの特性によらず監視精度向上、監視
範囲の拡大などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例、 第２図は本発明の第２の実施例、 第３図は本発明の第３の実施例、 第４図は本発明の第４の実施例、 第５図は監視処理部の一実施例、 第６図は光ケーブルの監視例、 ３ 第７図は監視フローチャート、 第８図は希土類添加ファイバレーザ光増幅器の特性例、 第９図は進行波型半導体レーザ光増幅器の特性例、 ｌ、１ａ・・・パルス発生器、２・・・光源、３・・・
光分岐手段、５・・・被測定光ファイバ、６・・・光増
幅器、７・・・光検出器、ＩＯ・・・制御手段、Ｉ６・
・・警報レベル記憶手段、１７・・・判定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルス発生器と、前記パルス発生器より駆動される光源
   と、前記光源の光パルスを被測定光ファイバに伝送しか
   つ該被測定光ファイバからの反射光を分岐する光分岐手
   段と、該光分岐手段からの前記反射光を電気信号に変換
   する光検出器と、被測定光ファイバの警報レベルを記憶
   する警報レベル記憶手段と、前記電気信号と前記警報レ
   ベルとを比較する判定手段とからなる光ケーブル監視装
   置において、 前記光分岐手段と前記光検出器との間、又は前記光分岐
   手段と前記被測定光ファイバとの間に挿入された光増幅
   器と、該光増幅器の利得を制御するために前記光パルス
   に関連した励起光、又は励起電流を前記光増幅器に入力
   する制御手段とを備えたことを特徴とする光ケーブル監
   視装置。