JPS6367538A - タイム・ドメイン・リフレクトメトリ測定方法 - 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〕　一 本発明は、タイム・ドメイン・リフレクトメトリを実行
する方法に関する。なお、本発明をファイバ・オプチッ
プ・タイム・ドメイン・リフレクトメトリに適用した場
合について以下に説明するが、本発明は他のパルス・エ
コー測定技術にも利用できる。

〔従来の技術及び問題点〕

ファイバ・オプティック・タイム・ドメイン・リフレク
トメータ（ＦＯＴＤＲ：光フアイバ用障害位置検出器）
においては、時点ｔ＝Ｑにて光パルスを被試験媒体であ
るファイバの一端に入力し、遅延時間Ｔの後にこの被試
験ファイバの同一端を通る光パワー・レベルを光検出器
により検出する。

このパワー・レベルは、光源及び光検出器から距離ＶＴ
／２におけるファイバの状態を表わす（ここで、■はフ
ァイバ内の光伝搬速度）。ファイバへのパルス入射及び
このファイバを通過する光パワー・レベルの検出を、非
常に多くの異なる遅延値に対して繰返し、その結果デー
タを用いて表示を行ない、距離の関数としてファイバの
状態を表わす。

従来のＦＯＴＤＩ？は、レーザ・ダイオードを用いて所
望の光パルスを発生している。　　ＦＯＴＤＲのレンジ
は、ファイバに入射するエネルギ位によって決まった。

従来のＦＯＴＤＲのレーザ・ダイオードは最大パワー・
レベルで動作したので、ＦＯＴＯＲのレンジを広げるに
は、レーザ・ダイオードを活性化する時間を延ばす必要
があった。しかし、光パルスの持続時間を単に増やすと
、ＦＯＴＤＲの分解能が低下した。よって、光パルスの
シーケンスをファイバに入射し、このファイバを通過す
るパワー・レベルをこのシーケンスに相互に関連づける
ことが提案された。この技術は、１　（オン）又はＯ（
オフ）であるパルス・シーケンスである電気信号をレー
ザ・ダイオードに供給して、それに応じた光パルスのシ
ーケンスをファイバに入射し、距離の関数としてファイ
バの状態を表示することを意図した。

この表示は、遅延した電気信号を光検出器の出力信号に
相互に関連づける。なお、光検出器の出力信号はファイ
バを通過する光パワー・レベルを表わす、「エレクトロ
ン・レータ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ）　Ｊ１９
８１年第１７巻９７０ページのピー・ヘアレイ　（Ｐ、
Ｈｅａｌｅｙ）著［ホッピングによる光直角パルス圧縮
コード（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｐｕ
１ｓｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｃｏｄｅｓｂｙ　ｆ
ｌｏｐｐｉｎｇ）　Ｊには、最長シーケンス（Ｍシーケ
ンス）により電気信号を符号化できることが開示されて
おり、また相関関数を発生する特殊な技術を用いて、フ
ァイバを通過する光パワー・レベルを遅延した電気信号
に相互に関連づけられることが開示されている。なお、
この相関関数は、零を除いた相対遅延（ファイバを介し
た伝搬による遅延と、電気信号に与える遅延との差）の
総ての値に対して零であり、零に対して、相対遅延は、
シーケンスの項の数に応じて決まる。ファイバ内の距離
■τｏ／２の位置に不連続があって反射が生じ、この反
射をファイバに光エネルギを入射後の時点τＧに受け、
遅延した電気信号を光が通過したファイバのパワー・レ
ベルと相互に関連づけると、τ０以外の遅延値に対して
相関関数は零になる。測定分解能は、シーケンスの持続
期間ではなく、シーケンスの各パルスの持続期間により
制限される。しかし、上述のヘアレイの開示した技術に
は、光パルスのＮシーケンスもファイバに入射する必要
があると共に、伝送したシーケンスの各々に対してファ
イバを通過するパワー・レベルを２回関連づけなければ
ならないという欠点があった。なお、Ｎは、Ｍシーケン
スにおける要素の数である。

情報理論に関するアイ・アール・イー・トランザクショ
ン（ＩＲＥＴｒａｎｓ、　ｏｎ　Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ
　Ｔｈｅｏｙ）の１９６１年ＩＴ−７第８２ページのエ
ム・ジエイ・イー・プレイ著［相補シリーズ（Ｃｏｍｐ
ｌｅｍｅｎｔａｒｙ　５ｅｒｉｅｓ）　Ｊは、あるシー
ケンスの特性を説明している。この論文では、用語「シ
リーズ」を用いて、シーケンスとして一般に知られてい
るものは何かを説明しているので、本明細書では後者の
用語を用いる。

プレイの論文で相補シリーズと呼ばれたシーケンスは、
本明細書において、プレイ相補シーケンスと呼ぶ。１組
のプレイ相補シーケンスは、２種類の要素の１対の等し
く長く、有田なシーケンスとして定置できる。これら要
素には、１つのシーケンスにおける任意所定の分離によ
る類偵要素の対の数は、他のシーケンスの同じ分離によ
る非類似の要素の数と等しいという特性がある。プレイ
の論文は、プレイ相補シーケンスの多スリット分光計へ
の応用を開示すると共に、１組のプレイ相補シーケンス
の対応要素が１種類か、他のものが改善した信号対ノイ
ズ比及び分解能を生じるかに応じて、スリットが開くか
閉じる多スリット分光計を用いることを指摘している。

一般的場合において、プレイの論文は、１及び０の値を
プレイ相補シーケンスの２種類の要素に割当てており、
＋１及び−１の値を割当てた場合、２つのプレイ相補シ
ーケンスの自動相関関数の和は、零サイドロープを有す
る。よって、要素＋１及び−１を有する２つのプレイ相
補シーケンスを夫々ａ及びｂと名づけ、これらシーケン
スのａ及びｂ用の自動相関関数を夫々ｃｊ及びｄｊと名
づけると、 ｃ　ｊ＋ｄ　ｊ＝Ｑ　　　　ｊ≠０（１）ｃ　ｏ　＋　
ｄ　ｏ　＝　２ｎ　　　　　　　　　（２１となる。な
お、ｊは、相関づけられたシーケンスの分離を表わす。

ヘアレイの論文は、正及び負の値がシーケンスの２種類
の要素に利用可能であるというプレイ相補シーケンスの
利用の可能性及び利点を認識しているが、負でない値の
みが利用可能なとき、プレイ相補シーケンスの特性を利
用てきないと信じている。

したがって本発明の目的は、負でない値のみが利用可能
なときでも、プレイ相補シーケンスの特性が利用可能な
タイム・ドメイン・リフレクトメトリ測定方法の提供に
ある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、選
択した形式でエネルギを伝激する媒体の測定を実行する
際、選択した形式でエネルギを媒体に供給する。パワー
は、２つのプレイ相補シーケンスの要素に応じて、時間
の関数で変化する。なお、要素の一方の種類は零パワー
で表わし、要素の他方の種類は所定の零でないパワー・
レベルで表わす。また、各シーケンスの連続した要素を
均一な時間間隔で供給する。選択した形式で媒体から放
射されたエネルギを受け、この放射されたパワーの時間
関数の変動を、供給されたパワーの時間関数の変動に関
係づける。

２つのプレイ相補シーケンスの要素に応じて、また、誘
導方法で、２つのプレイ相禎シーケンスの論理的相補値
に応じて、共に直接的にパワーが変動するのが好ましい
。第１シーケンスの一方の種類の各要素を他方の種類の
要素に置換し、第１シーケンスの他方の種類の各要素を
一方の種類の要素で置換して、２進要素シーケンスの「
論理的相補値」を得る。

〔実施例〕

添付図は、本発明を実施したＰＯＴＤＲの簡略化したブ
ロック図である。このＦＯＴＯＲは、時点１＝０にて、
タイマ（６）から受けた開始パルスに応じて、ｎ個の２
進要素１．０の所定シーケンスの電気信号を発生するコ
ード発生器（２）を具えている。各２進要素の経続期間
はｔｅであり、全体的シーケンスの経続期間はｊｐ　（
＝ｎｔｅ）である。説明を簡単にするため、ｎ＝４の場
合について本発明を説明するが、本発明を実際に実施す
る場合には、ｎは通常非常に大きく、１０００以上でも
よい。コード発生器（２）が発生した信号を光源（４）
に供給する。レーザ・ダイオードを有する光源（４）は
、２進要素のシーケンスに応答して、経続期間ｔｐの光
信号を発生する。経続期間ｔｐ内の所定時点における光
信号のパワー・レベルは、゛コード発生器（２）から受
けた電気信号のレベルにより決まる。すなわち、電気信
号がレベル１のとき、光パルスは零でない所定のパワー
・レベルであり、また電気信号がレベル０のとき、光パ
ルスは第２パワー・レベルである。説明の便宜上、第２
パワー・レベルを零と仮定する。

光源（４）が放射した光エネルギは、光ファイバ（８）
。

（１０）及び結合器（１２）を介して伝送され、被試験
媒体であるファイバ（１４）の結合部に近い方の端面（
２２）を経由して、このファイバ（１４）に供給される
。被試験ファイバ（１４）に放射されたエネルギの一部
は、結合部に近い方の端面（２２）の方向に拡散されて
戻り、ファイバ（１４）　、　　（１０）、結合器（１
２）及びファイバ（１６）を介して光検出器（１８）、
例えばフォト・ダイオードに伝送される。この検出器（
１８）は電気出力信号を発生するが、その電圧は検出器
（１８）に入力したエネルギと実質的に直線関係にある
。この電気出力信号を信号処理回路（２４）に供給する
。

時点Ｔにおいて、タイマ（６）は、コード発生器（２）
に電気信号を発生させるが、この電気信号は、光源（４
）に供給する２進要素のシーケンスである。コード発生
器（２）は、この信号を処理回路（２４）にも供給する
。この信号処理回路（２４）は、変換ブロック（２６）
を含んでおり、このブロック（２６）は、コード発生器
（２）からの１及びＯのシーケンスを受けると共に、こ
のシーケンスに応答して誘導シーケンスを発生する。好
適には、コード発生″ｒｔ（２１が発止した１及びＯの
シーケンスに応答して変換ブロック（２６）が発生した
誘導シーケンスは、＋１及び−１のシーケンスであり、
コード発生器（２）が発生したシーケンスの１毎に、変
換ブロック（２６）は＋１を発生し、コード発生器（２
）が発生した０毎に、変換ブロック（２６）は−■を発
生する。相関関係ブロック（２８）において、変換ブロ
ック（２６）及び検出器（１日）からの２つの信号を互
いに関連づける。

コード発生器（２）が開始パルスに応じて発生する２進
要素のシーケンスが４つの可能なシーケンスの１つにな
るように、このコード発生器（２）をプログラムする。

また、コード選択器（２０）をコード発生器（２）に接
続して、４つのシーケンスのどれを発生するかを選択す
る。コード発生器（２）が発生する４つのシーケンスは
、２つのプレイ相補シーケンス及びそれらの論理的相補
値である。Ｔの各値に対して、選択したシーケンスを発
生し、光源（４）を活性化し、検出器（１８）の出力信
号を変換ブロック（２６）の出力信号に関連づける動作
を、４つのシーケンスを夫々用いて、４回実行する。各
関連づけを実行して、Ｔの値に対して、検出器（１８）
の出力信号及び変換ブロック（２６）の出力信号の相関
関数である関連づけの結果をＮ積手段（メモリ”）　　
（３０）に書込む。４つの関連づけの総てが完了すると
、４つの相関関数の総ての和を求めて、ＦＯＴＤ）？の
表示回路（３２）に供給する。勿論、ファイバ（１４）
に連続的に入射した光信号間の関連づけを２回以上実行
するのも可能であり、コード発生器（２）が発生した電
気信号の経続時間は、光信号が光源（４）からファイバ
の末端に達して、検出器（１８）に戻るのにかかる時間
よりも短かい。

コード発生器（２）が発生した１及びＯのプレイ相補シ
ーケンスを夫々Ａ及びＢで表わし、これらの論理的相補
値をＡ′及びＢ′で表わすと、ファイバ（１４）の所定
位置から拡散された光により光検出器に入射した光パワ
ーは、シーケンスＡ、Ｂ。

Ａ′及びＢ′に比例する。コード発生器（２）が受けた
１及び０のシーケンスＡ、　Ｂ、　Ａ’及びＢ′に応答
して、変換ブロック（２６）が発生した＋１及び−１の
シーケンスは、ａ、ｂ、ａ’及びｂ′で夫々表わすこと
ができる。すなわち、Ａｉ＝　（１＋ａ　ｉ）／２．Ｂ
　ｉ＝　（１＋ｂ　ｉ）／２．ａ　１＝−ａｔ’及びｂ
ｉ＝−ｂｉ’であり、下に書いた文字ｉは、関連したシ
ーケンスのｉ番目の項を表わす。よって、４つの相関関
数の総てを加算すると、 Ａ＊ａ＋Ａ’　　＊ａ’　　＋１３＊ｂ＋Ｂ’　　＊ｂ
’＝〔（上＋ａ）　＊ａ＋　（１十ａ’　）　＊ａ’　
＋（止ｂ）　＊ｂ＋　（上＋ｂ’　）　＊ｂ’　）　／
２＝　　（ａ＊ａ＋ｂ＊ｂ） となる、なお、＊は相関関係を表わし、ＬはＡ及びＢと
同じ長さであるが、総てが１であるシーケンスを表わす
。式（１）及び（２）より、相関関数の和は、Ｔ≠τで
零となり、Ｔ＝τで２ｎに等しくなる。

よって、プレイ相補光コードＡ及びＢばかりでなく、そ
れらの論理的相補値Ａ′及びＢ′も伝送すると共に、光
コードを＋１及び−１の対応コードに関係づけることに
より、零サイドロープの相関関数が得られる。

以下に示す表１及び２は、４項のプレイ相補シーケンス
（１０００及び００１０）及びこれらの論理的相補値（
０１１１及び１１０１）の対に応じて、ファイバ（１４
）に入力された光信号がエンコードされたときに得られ
る結果の例を示している。表１において、左側は、光源
（４）により被試験ファイバに伝送され、この被試験フ
ァイバ内での拡散により検出器（１８）がこのファイバ
から受けたパワーを表わす０表１の右側は、受けた光パ
ワーのレベルを表わす信号を夫々関係づけたコードを表
わす。表２の上側４行は、τ−３ｔｅからτ＋３ｔｅの
範囲でＴの異なる値に対して表１に示した相関関係が発
生した相関関数を示す。表２の下側の行は、Ｔの各値に
対する４つの相関関数の和を表わし、これら４つの相関
関数の和は、Ｔ≠τで零に等しく、Ｔ＝τで８ユニツト
（２ｎ）に等しいことを示している。勿論、処理回路（
２４）の出力はＴ＝τで２ｎに等しくなく、ファイバ内
での減衰により減少しているのは明らかである。しかし
、相関関数は取器、零サイドローブを有している。

表　　１ １０００★１−１−１−１ ０１１１★−１１１１ ００１０★−１−１１−１ １１０１★１１−１１ 表２ 検出器（１８）は、その動作範囲にわたって、実質的に
直線的な素子である。この検出器（１日）は、処理回路
（２４）をイネーブルし、ファイバ内で距離がｖｔｐ未
に！４離れている２つの位置から反射したエネルギを弁
別し、一方の位置からのエネルギの受信が他方の位置か
らのエネルギの受信と重なっても、この距離はｖｔｅよ
り長くする。コンピュータ・シュミレーションによれば
、検出器の一部の直線的性能からの実質的な偏差を容認
できる。

説明を明瞭にするために、十分に限定できる時間間隔で
生じた閲々のパワー・レベルについて本発明を説明した
が、ファイバ内での減衰、拡散、及び多くの不連続点で
の反射により、ファイバから検出器（１８）が受けたパ
ワーのレベルは、きちんと個々のレベルにならないこと
が理解できよう。

よって、明らかに限定された値の２つのシーケンスの積
を加算して関係づける代りに、！２つの時間に従続した
関数の乗算した積を禎分することによる関係づけも実際
には実行できる。相関関数の結果としての和は、零サイ
ドローブを有する。

本発明は、上述の特定方法及び装置に限定されず、本発
明の要旨を逸脱することなく変更が可能なことが理解で
きよう０例えば、シーケンスはＡ＊Ａ＋Ａ’　Ａ’　−
ＢＩＢ’　−Ｂ’　＊Ｂ＝　（ａＩａ＋ｂ＊ｂ）／２ と表わせるので、ジ−ケンスミ、ａ’　、ｂ、ｂ’を形
成することは根本的なことではない。よって、零ザイド
ローブを有する関数は、シーケンスＡ１Ａ’　、Ｂ、Ｂ
’を伝送し、戻ったパワーを同じシーケンスに関係づけ
、自動相関関数Ａ＊Ａ及びＡ　／　＊　Ａ　Ｉを加算し
、自動相関関数ＢＩＢ及びＢ’　＊Ｂ’の和を減算して
実現できる。（直接的には明らかでないが、これは、プ
レイが開示している多スリット分光計の試みと等価であ
る。）また、４つのシーケンスを伝送する必要もない。

よって、 Ｂ＊ｂ＋Ａ＊ａ−１／２　（（１＊ａ）　十（１＊ｂ）
＝ａ＊ａ＋ｂ＊ｂ）／’ｌ となる。この最後の式は、シーケンスＡを伝送して、戻
ったパワーをシーケンスａと関係づけ、シーダンスＢを
伝送して、戻ったパワーをシーケンスｂと関係づけ、シ
ーケンス上を伝送して、戻ったパワーの半分をａと関係
づけると共に、残りの半分をｂと関係づけ、相関関係用
Ａ＊ａ及びＢ＊ｂを加算し、相関関係用（１＊ａ）／２
及び（上水ｂ）／２を減算して、零サイドロープを有す
る関数を発生できることを意味する。

また、 Ａ＊ａ−１＊Δ＋Ｂ＊ｂ−１＊Ｂ＋１＊１＝　（ａ＊ａ
＋ｂ＊ｂ）／２ と表わせるので、シーケンス八を伝送して、戻ったパワ
ーをａ及びＬの両方に関係づけ、シーケンスＢを伝送し
て、戻ったパワーをｂ及び二の両方に関係づけ、シーケ
ンスＬを伝送して戻ったパワーをＬに関係づけることに
より、零サイドローブを有する関数を発生する。

独特な１対のプレイ補間シーケンス（及びそれらの論理
的相補値）を各ステーションに割付けることにより、本
発明をネットワークによる情報伝達に通用できる。例え
ば、このネットワークが３つのステーションＰ、　Ｑ及
びＲを具えており、これらステーションに割当てたプレ
イ相補シーケンス（及びそれらの論理的相補値）をｐ、
ｑ及びｒで表わすとすると、ステーションＰは、シーケ
ンス上 て、ステーションＱと通信する。所定クロック周期にお
いて、ステーションＱがシーケンスｑを受けると、ステ
ーションＱがこの事実をロジックＩとして解釈し、ステ
ーションＱがシーケンスｑを受けないと、この事実をロ
ジック０として解釈する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、正及び負の両方の値に対してプレイ相
補シーケンスを利用して、被試験エネルギ伝搬媒体の特
性をタイム・ドメイン・リフレクトメトリにより測定で
きる。よって、信号対ノイズ比及び分解能がより一層改
善できる。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明を実行するためのタイム・ドメイン・リ
フレクトメトリ装置のブロック図である。 （４）は光源、（１４）は被試験ファイバ、（１８）は
光検出器、（２４）は信号処理回路、（３２）は表示回
路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも２つのゴレイ相補シーケンスの第１及び第２
   パワー・レベルを表わす要素に応じて、パワー・レベル
   が時間の関数として変化するエネルギを均一な時間間隔
   で被試験媒体に供給し、上記被試験媒体に供給されたパ
   ワー・レベルを上記被試験媒体から受けたパワー・レベ
   ルに関係づけることを特徴とするタイム・ドメイン・リ
   フレクトメトリ測定方法。