JPH0436330B2

JPH0436330B2 -

Info

Publication number: JPH0436330B2
Application number: JP99987A
Authority: JP
Inventors: Juichi Shirasaki; Kenichi Asakawa; Junichi Kojima
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1987-01-08
Filing date: 1987-01-08
Publication date: 1992-06-15
Also published as: GB2200009B; JPS63169534A; GB2200009A; GB8729586D0

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検出す
るための測定方式に関するものである。

（従来の技術）何らかの原因により切断された光海底ケーブル
を修理する場合には、まず障害点を知る必要があ
る。無中継の光海底ケーブルシステムの場合に
は、陸上の端局から光後方散乱法により、その端
局から障害点までのケーブル長を知ることができ
る。

この光後方散乱法とは、端局で光フアイバの断
面で反射される光信号成分を抽出し、その伝搬時
間から障害位置を検出するものである。しかし、
中継器を含むシステムにおいては、その中継器が
再生中継動作を行うので光信号の伝送方向は一方
向のみである。

したがつて、中継器を含む海底ケーブルでは、
この方法によつて測定できる範囲は、端局と、端
局に最も近い中継器の間に限定される。したがつ
て、中継器を含む光海底ケーブルシステムの障害
点を探知する場合、従来の技術では、大別して、
２つの方法が考えられている。

第１の方法は、次のように、障害が発生した中
継区間の中央で光海底ケーブルを切断して障害点
を検出する方法である。

(1) 陸揚げ地点にある中継所から各中継器を監視
して、どの中継区間で障害が発生したかを知
る。

(2) 障害が発生した中継区間のほぼ中央で光海底
ケーブルを切断し、切断点を修理船上に引き揚
げる。

(3) 光後方散乱光法や、パルスエコー法などによ
り、切断点から障害点までのケーブル長を測定
する。

従来の第２の方法は、本願発明者らが先に提案
した特願昭60−244104に記述されている光海底ケ
ーブル障害点検出器を用いる方法である。この方
法は、本願と共通する部分があるので、図５〜図
８を用いて詳細に説明する。

第５図は、光海底ケーブルの一例を示す断面図
である。６本の光フアイバ１と中心のピアノ線２
がシリコンゴム３の内側に埋め込まれている。そ
の外側は、アルミ３分割層４、抗張力体（ピアノ
線）５、銅チユーブ６、絶縁体（ポリエチレン）
７、外皮８によつて保護されている。銅チユーブ
６等の導体は、中継器へ給電するための導体とし
て利用されている。

第６図は、第２の方法の構成を示したものであ
る。磁性体１１ａ，１１ｂは、リング状の磁性体
を半円状に２分割したものである。この磁性体１
１ａ、あるいは磁性体１１ｂには、送波および受
波用コイル１２，１３が巻かれている。該磁性体
１１ａと１１ｂは、光海底ケーブル１４ａがその
中心を貫通するようにリング状に連結され、トラ
ンスを形成する。該送波用コイル１２には、電力
増幅器１５を介してパルス発生器１６が接続され
ており、光海底ケーブル１４ａ内の導体にパルス
状の電流を誘起することができる。この場合、光
海底ケーブル１４ａは、内部導体を中心導体、海
水を外部導体とする同軸構造の伝送線路と見なす
ことができる。したがつて、光海底ケーブル１４
ａ内に誘起されたパルス状電流は、光海底ケーブ
ル１４ａにそつて伝播したのち、障害点２１で一
部が反射される。

反射されて反対方向に戻るパルス状電流は、受
波用コイル１３で検出される。１７はスイツチン
グ回路で、送波用コイル１２により誘導されたパ
ルス信号が、光海底ケーブル１４ａを往復する前
に直接STC（Sensitivity Time Control）１８に
入力されるのを防ぐ。すなわち、送波用コイル１
２にパルス電流を流す間は、受波用コイル１３と
STC１８の間を遮断し、パルス電流が消滅した
後に受波用コイル１３とSTC１８を接続する。

受波用コイル１３で検出された反射波は、スイ
ツチング回路１７とSTC１８を介して、波形整
形器１９で整形される。さらに、パルス間隔カウ
ンタ２０では、パルス電流が、トランス１１と障
害点２１との間を往復するのに要する時間τを測
定する。光海底ケーブル内の伝播速度をｖとする
と、障害点２１までのケーブル長ＸはＸ＝vτ／２ (1) の関係を用いて知ることができる。

第７図は、可変周波数発振器を用いた例であ
る。コイル３８には、電力増幅器３６を介して可
変周波数発振器３７が接続されている。コイル３
８に流れる電流i₂(t)は、トランス３１と電流電圧
変換器３２により、電圧に変換される。コイル３
８の両端の電圧V₂(t)は、増幅器３４により増幅
される。V₂(t)とi₂(t)は、位相比較器３３と振幅比
較器３５により処理され、コイル３８への入力イ
ンピーダンスZ_iは、 Z_i＝V₂(t)／i₂(t) (2) により求められる。

第８図は、トランス１１と光海底ケーブル１４
ａの電気的等価回路を示したものである。図４に
おいて、Z_Lはトランス１１から左側の光海底ケー
ブルを見込んだ時のインピーダンス、Z_rは右側を
見込んだ時のインピーダンスである。入力インピ
ーダンスZ_iは、次のように表わされる。

Z_i＝jωL₁＋jωM（jωL₂＋Z_L＋Z_r）／（jω（Ｍ＋L₂）＋Z_L＋Z_r） (3) さらに、光海底ケーブルの特性インピーダンス
をZ_c、伝播定数をγ、切断点２１での光海底ケー
ブルの接地インピーダンスをZ_r1、トランス１１
と切断点２１までの距離をx₁とすると、Z_rは次式
のように表わされる。

Z_r＝Z_c（Z_r1＋Z_ctanhγl₁）／（Z_c＋Z_r1 tanhγl₁） (4) 伝播定数γは、周波数の関数であるので、周
波数を掃引すると、Z_rおよびZ_iは周期的に変動
する。したがつて、その周期を測定することによ
り、障害点までの距離xlを知ることができる。な
お、Z_Lは、光海底ケーブルの左側にある中継器の
インピーダンスや中継器までの距離により決る。
中継器までの距離は、光海底ケーブル敷設時に衛
星航法などにより測位した中継器の敷設場所を参
照して推測することができる。また、中継器のイ
ンピーダンスは既知であるので、これらの値を用
いてZ_Lを知ることができる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら第１の方法では、正常の部分の光
海底ケーブルを切断し、再接続するため、修理に
必要な割り入れケーブル長の増加、光フアイバ接
続点の増加、修理に必要な時間と経費の増加、埋
設区間の場合には、修理後に残る非埋設区間の増
加などの問題が生じる。

第２の方法でパルスを使用する場合には、距離
分解能を高めるために広帯域の増幅器を使用する
必要があり、一方、周波数を掃引する方式では、
トランス１１の相互インダクタンスＭがL₁とL₂
よりもかなり小さいため、十分な信号が得られ
ず、高精度な測定が困難である。

本発明は、これらの問題点を解決するものであ
り、光海底ケーブルを切断することなく、障害位
置を迅速かつ高精度に検出することを可能とする
光海底ケーブル障害点検出方式を提供することを
目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は次の手順に
より障害点の検出を行なう。

(a) ２分割されたリング状の磁性体の一方あるい
は両方にコイルを巻いた励振器と、 (b) 励振器と同様に、２分割したリング状の磁性
体の一方あるいは両方にコイルを巻いたプロー
ブを用い、 (c) 光海底ケーブルが、励振器とプローブの中を
貫通するように、該２分割された磁性体をリン
グ状に連結し、 (d) 該励振器のコイルに正弦波状の電流を流すこ
とにより、光海底ケーブル内の導体に正弦波状
の電流を発生させ、 (e) プローブ上のコイルの両端に発生する電圧を
測定することにより、光海底ケーブル内の導体
に流れる電流を検知し、 (f) さらに、該正弦波の周波数を掃引して、プロ
ーブによる検知電圧の周波数特性を測定し、 (g) 該周波数特性から、測定点と障害点の間のケ
ーブル長を測定する。

（作用）光海底ケーブルは抗張力線のごとき導体線を具
備しており、光海底ケーブルに障害が発生した場
合には、該導体線にも海水への地絡や切断等の障
害が発生する。本発明では、励振器とプローブに
より測定用回路と導体線を電磁的に結合し、該プ
ローブから、ほゞ正弦波の周波数の信号を導体中
に送り出し、別のプローブにより反射信目を検出
する。正弦波信号の周波数を掃引すると、プロ
ーブからケーブルの左右をみたインピーダンスZ_L
及びZ_r、及び検出プローブの出力V₂は周期的に
変動し、変動の基本周波数は、測定点と切断点ま
での距離の逆数、及び測定点と中継器の間の距離
の逆数に比例する。従つて、変動の基本周波数を
測定することにより障害点を検知することができ
る。

（実施例）第１図は本発明の一実施例で、２７ａ，２７
ｂ，２８ａ，２８ｂは、リング状の磁性体を半円
状に２分割し、一方または両方にコイル２７ｃ，
２８ｃを巻いたものである。この磁性体２７ａと
２７ｂは、光海底ケーブル１４ａがその中心を貫
通するようにリング状に連結され、光海底ケーブ
ル１４ａ内の導体線に電流を誘起するための励振
器２７として使用される。同様に、磁性体２８ａ
と２８ｂも、光海底ケーブル１４ａがその中心を
貫通するようにリング状に連結され、光海底ケー
ブル１４ａ内の導体線に流れる電流を検知するた
めのプローブ２８として使用される。該光海底ケ
ーブル１４ａの左側には、中継器２２が接続され
ており、右側には、破断点２１がある。

該コイル２７ｃには、電力増幅器２３を介して
周波数が可変である発振器２４が接続されてい
る。またコイル２８ｃには、前置増幅器２５と、
ロツクインアンプのように周波数同調型の電圧計
２６が接続されている。

第２図は、励振器２７、プローブ２８、および
中継器２２と破断点２１を含む光海底ケーブルの
等価回路を示すもので、L_oはコイル２７ｃの自
己インダクタンス、L₂₁はコイル２８ｃの自己イ
ンダクタンス、M₁はコイル２７ｃと光海底ケー
ブル内の導体線間の相互インダクタンス、M₂は
コイル２８ｃと光海底ケーブル内の導体線間の相
互インダクタンス、L₁₂とL₂₂は光海底ケーブル内
の導体線の自己インダクタンス、Z_Lは、測定点か
ら左側のケーブルを見込んだ時のインピーダン
ス、Z_rは、測定点から右側のケーブルを見込んだ
時のインピーダンス、V₁は励振用コイル２７ｃ
の両端に加える電圧、V₂は検知用コイル２８ｃ
の両端に現れる電圧である。前置増幅器２５の入
力インピーダンスが十分大きいものとすると、
V₂は次式で現すことができる。

V₂＝jωM₁M₂／（（L₁₁＋M₁）（jω（L₁₂＋L₂₂＋
M₂）＋Z_r＋Z_L）＋jωL₁₁M₁） (5) この場合の光海底ケーブルは、内部の導体を中
心導体、海水を外部導体とする同軸ケーブルと考
えることができる。

したがつて、Z_LとZ_rは次式で表わすことができ
る。

Z_r＝Z_c（Z_r1＋Z_c tanhγx₁）／（Z_c＋Z_r1 tanhγx₁）（再掲４） Z_L＝Z_c（Z_r2＋Z_c tanhγx₂）／（Z_c＋Z_r2 tanhγx₂） (6) ここで、Z_cはケーブルの特性インピーダンス、
γは伝播定数、Z_r1は切断点２１でのケーブルの
接地インピーダンス、x₁は測定点と切断点２１の
間の距離、Z_r2は中継器の右側入り口から左側を
見た時のインピーダンス、x₂は測定点と中継器の
間の距離を表わしている。

位相速度V_pで、伝播損失がない理想的なケー
ブルの場合には、伝播定数γは次式で表わされる
ように、周波数に比例する。

γ＝j2π／V_p (7) したがつて、(4)，(5)，(6)，(7)式より、周波数
を掃引するとZ_r，Z_L、およびV₂は周期的に変動
し、その変動の基本周波数は、１／x₁、１／x₂に
ほぼ比例することが分かる。すなわち、検知用コ
イル２８ｃの両端の電圧V₂の周波数特性から該
変動の基本周波数を測定することにより、測定点
から障害点２１までのケーブル長x₁、および測定
点から中継器２２までのケーブル長x₂を知ること
ができる。これをさらに詳述する。1MHz以下の
周波数帯域では、伝播損失は小さいので、伝播定
数γは前記式(7)で近似される。

γ＝j2π／V_P （再掲７）この場合、tanh（γx）は次のように変形でき
る。

tanh（γx）＝tanh（j2πX／V_P）＝tan（2πx／V_P） (8) したがつて、測定点から右側のケーブルを見込
んだインピーダンスZ_rは次のように書き改められ
る。

Z_r＝Z_c（Z_r1＋Z_ctan（2πx₁／V_P））／（Z
_C＋Z_r1 tan（2πx₁／V_P））（4′）この場合（4′）は周期が2π_cx₁／V_P＝πの周期
関数になる。この周期_c＝πV_P／2x₁は、検知コイルの出力信号の周期から知ることができる。したが
つて、障害点までのケーブル長x₁は、 x₁＝πV_P／2_c で近似される。なお、位相速度V_Pは、実験ある
いは理論的解析により、あらかじめ知ることがで
きる。

一方、該中継器２２の敷設位置は、該光海底ケ
ーブル建設時の工事記録により知ることができ
る。また、測定点は、衛星航法などにより、知る
ことができる。したがつて、測定点と中継器２２
のあいだの距離およびケーブル長x₂を推定するこ
とができ、測定点と障害点の間のケーブル長x₁と
測定点と中継器のあいだのケーブル長x₂を判別す
ることが可能となる。

第１図では、障害点２１は測定点の右側に描か
れているが、実際の障害点探査の場合は、障害点
は測定点のどちら側にあるのかは不明であり、上
述の方法だけでは判別することはできない。この
判別を行なうためには、たとえば、測定点を光海
底ケーブルに沿つてどちらかに移動させ、再び測
定を行なえばよい。このとき、もし障害点までの
ケーブル長x₁が短くなれば、障害点は移動した方
向にあり、長くなれば、反対の方向にあることが
わかる。そのほか、光海底ケーブルの陸揚地にあ
る中継所のうちの一方から光海底ケーブルの導体
線に25Hz程度の交流電流を流し、その交流電流を
該測定点の近傍においた磁気センサにより検知す
る方法もある。このとき、もし電流が検知されな
ければ、測定点と該中継所と測定点の間に障害点
があり、もし、電流が検知されれば、障害点は測
定点以遠にあることがわかる。

第３図は、2500メートルの光海底ケーブルの両
端を海水に接地し、片端の近傍に励振器２７とプ
ローブ２８を取り付けて行なつた実験の結果を示
したものである。検知電圧の周波数特性に現れて
いる変動の基本周波数は、理論的に求めた周波数
とほぼ一致しており、破断点までのケーブル長が
約2500メートルであることが推定できることを示
している。

第４図は遠隔制御方式の無人潜水機４１のマニ
ピユレータ４２とグラバ４３を用いて励振器２７
とプローブ２８を光海底ケーブルに嵌合している
ようすを表わしたものである。この種の無人潜水
機は、複数個のスラスタ４４により水中を自由に
走行し、光海底ケーブルに容易に接近することが
できる。励振器２７やプローブ２８は、無人潜水
機４１内の信号伝送装置（図示していない）と無
人潜水機と支援船を結ぶテザーケーブル４５内の
信号線（図示なし）を介して、支援船に接続し、
実時間で測定を行なうことが可能である。また、
励振器用の増幅器や、プローブ用の前置増幅器
は、潜水機内の耐圧容器に収容することも可能で
ある。

以上の説明は、光海底ケーブルを対象に行なつ
たが、本発明は従来の同軸海底ケーブルに対して
も用いることができる。

（発明の効果）このように本発明によれば、光海底ケーブルを
切断することなく障害点までのケーブル長を知る
ことができるので、迅速かつ高精度に光海底ケー
ブルの障害点を検出し、ケーブルの修理に要する
時間を短縮し、経費を削減することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は第
１図の等価回路図、第３図は本発明の実験結果を
示す図、第４図は遠隔制御の無人潜水機により励
振器とプローブを光海底ケーブルに結合する方法
を示す図、第５図は光海底ケーブルの断面図、第
６図と第７図と第８図は従来の技術を示す図であ
る。２２…中継器、２３…電力増幅器、２４…周波
数可変発振器、２５…前置増幅器、２６…周波数
同調型電圧計、２７…励振器、２７ａ，２７ｂ…
磁性体、２７ｃ…コイル、２８…プローブ、２８
ａ，２８ｂ…磁性体、２８ｃ…コイル。

Claims

【特許請求の範囲】１分割が可能でかつコイルを備えた閉じたリン
グ状の磁性体を該磁性体によるプローブの中を光
ケーブルが貫通するように設定することにより、
該磁性体と光ケーブルとの間にカレントトランス
を形成させ、該カレントトランスを介して光ケー
ブル内の導体に信号電流を流し、障害点から反射
されてくる該信号電流成分を抽出し、該信号電流
成分からカレントトランスと前記障害点との間の
ケーブル長を測定する光ケーブルの障害点検出方
式において、前記信号電流が周波数の変化するほゞ正弦波で
あり、前記障害点までのケーブル長が、抽出された電
流成分の周期的変動の基本周波数に従つて求めら
れることを特徴とする光ケーブルの障害点検出方
式。２反射されてくる信号電流成分の抽出が、別の
プローブにより行なわれ、抽出された信号の測定
が周波数同調型電圧計により行なわれることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ケーブル
の障害点検出方式。