WO2015132899A1 - 異常検知システム及び異常検知方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an abnormality detection system and an abnormality detection method.
- an abnormality detection system including a temperature distribution measuring device (Distributed Temperature Sensor: DTS) that uses an optical fiber as a temperature sensor may be employed.
- DTS distributed Temperature Sensor
- an optical fiber is laid around a pipe or tank, and the end of the optical fiber is connected to a temperature distribution measuring device. Then, laser light is incident on the optical fiber from the temperature distribution measuring device, and the Raman scattered light generated in the optical fiber is detected by the temperature distribution measuring device to obtain the temperature of the pipe, tank, etc. Determine if there is an abnormality.
- An object of the present invention is to provide an abnormality detection system and an abnormality detection method capable of detecting abnormalities occurring in facilities such as chemical plants, refineries and thermal power plants at an early stage.
- an optical fiber is connected to one end side and the other end side of the optical fiber, and light is incident on the optical fiber from the one end side, and a first intensity distribution of backscattered light
- a backscattered light detector for acquiring a second intensity distribution of backscattered light by making light incident on the optical fiber from the other end side, the first intensity distribution, and the second intensity distribution.
- an anomaly detection system including a data processing unit that calculates transmission loss at each position in the length direction of the optical fiber by using a normalization function and determines the presence or absence of an abnormality from the calculation result.
- light is incident from one end side of the optical fiber to acquire a first intensity distribution of backscattered light, and light is incident from the other end side of the optical fiber to be rearward.
- a transmission loss is calculated at each position in the length direction of the optical fiber by using the step of obtaining the second intensity distribution of the scattered light, the first intensity distribution, the second intensity distribution, and the normalization function. And a step of determining whether or not there is an abnormality from the calculation result.
- an anomaly occurring in a facility such as a chemical plant, a refinery factory, or a thermal power plant can be detected at an initial stage.
- FIG. 1 is a view showing a state in which an optical fiber is wound with a constant tension around a portion where a branch pipe is welded to a main pipe.
- FIG. 2 is a diagram showing the results of examining transmission loss when a moderate bending is applied to an optical fiber, when a slightly strong bending is applied, and when a strong bending is applied.
- FIG. 3 is a diagram specifically illustrating moderate bending, slightly strong bending, and strong bending.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a result of second-order differentiation of the intensity distribution of the backscattered light illustrated in FIG.
- FIG. 5 is a block diagram illustrating the abnormality detection system according to the embodiment.
- FIG. 6A is a diagram showing a state where one end side of the optical fiber and the beam splitter are optically connected
- FIG. 6B is an optical view between the other end side of the optical fiber and the beam splitter. It is a figure which shows the state connected.
- FIG. 7 is a diagram showing the intensity distribution of the first backscattered light NTS1 and the intensity distribution of the second backscattered light NTS2.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the temperature distribution (actual temperature distribution) when a part of the optical fiber is heated to 450 ° C. and the intensity distribution of the backscattered light NTS1, NTS2.
- FIG. 9 is an image diagram (part 1) for explaining the normalization function suppression function.
- FIG. 10 is an image diagram (part 2) for explaining the normalization function suppression function.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the normalization function.
- FIG. 12 is a flowchart illustrating an abnormality detection method by the abnormality detection system according to the embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 and the normalized backscattering fluctuation.
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the FIR filter.
- FIG. 15 is a diagram showing the normalized backscattering fluctuation after the FIR filter processing together with the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 and the normalized backscattering fluctuation before the FIR filter processing.
- FIG. 16 is a flowchart showing an example of a method for determining the phase of the backscattered light NTS1, NTS2.
- FIG. 17 is a diagram illustrating the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 and the functions FIRNTS1 and FIRNTS2.
- FIG. 18 is a diagram showing an experimental method for confirming that the stress can be measured by the optical fiber.
- FIGS. 19A to 19C are diagrams showing the normalized backscatter fluctuation and the normalized backscatter fluctuation after the FIR filter processing.
- FIG. 20 is a diagram showing the relationship between tensile stress on the horizontal axis and the peak height of normalized backscattering fluctuation after FIR filter processing on the vertical axis.
- FIG. 21 is a block diagram illustrating an example of a chemical plant monitoring system to which the abnormality detection system according to the embodiment is applied.
- FIG. 22 is a diagram showing availability 1.
- FIG. 23 is a flowchart showing generation of an alarm in the abnormality detection system.
- FIG. 24 is a diagram showing availability 2.
- an abnormality is detected by utilizing the fact that the transmission loss of the optical fiber changes due to the application of stress.
- FIG. 1 is a view showing a state in which an optical fiber 13 is wound with a constant tension around a portion where a branch pipe 12 is welded to a main pipe 11.
- the optical fiber 13 is partially fixed to the branch wiring 12 with a tape 14.
- the flow of liquid or gas in the main pipe 11 and branch pipe 12 changes, and the temperature of the main pipe 11 and branch pipe 12 changes. Due to this temperature change, the main pipe 11 and the branch pipe 12 expand or contract, and the bending stress or tensile stress applied to the optical fiber 13 changes.
- the optical fiber 13 has a large transmission loss when a bending stress or a tensile stress exceeding a certain level is applied. Therefore, for example, it is possible to determine whether there is an abnormality by comparing the transmission loss at the time of past operation or stop and the current transmission loss.
- the horizontal axis indicates the position in the length direction of the optical fiber
- the vertical axis indicates the intensity distribution of the backscattered light (backscattered light amount).
- the moderate bending is the bending shown in FIG. 3A (bending radius is about 10 mm), and the slightly stronger bending is slightly stronger than FIG. 3A (see FIG. 3B).
- the strong bend is a slightly stronger bend than that shown in FIG. 3B (see FIG. 3C).
- the intensity of the backscattered light is normalized based on the light amount at a position of 0 m in the length direction of the optical fiber.
- FIG. 2 shows that transmission loss corresponding to the degree of bending occurs at a position of about 340 m in the length direction of the optical fiber.
- the optical fiber is moderately bent during normal operation and a certain amount of transmission loss occurs at a specific position in the length direction of the optical fiber. In this case, if the transmission loss of the optical fiber changes rapidly, it can be determined that some abnormality has occurred.
- Patent Document 1 describes the second-order differentiation of the intensity distribution of backscattered light for the purpose of measuring the position and connection loss of an optical fiber with high accuracy. It is conceivable to use this method for detecting the presence or absence of abnormality.
- FIG. 4 is a diagram showing a result of second-order differentiation of the intensity distribution of the backscattered light shown in FIG.
- a one-dot chain line in FIG. 4 indicates a range of 3 ⁇ ( ⁇ is a standard deviation).
- the threshold value in order to remove noise components, it is necessary to set the threshold value to about 3 ⁇ .
- the threshold value is set to 3 ⁇ , the peak level of the middle bending portion is slightly higher than the noise level, and it cannot be said that the detection reliability is high.
- FIG. 2 shows that the difference in the amount of backscattered light before and after the position where a slightly strong bend is applied is about 2.4%.
- the occurrence of abnormality cannot be detected accurately unless there is a change in light quantity of 2.4% or more due to bending stress or tensile stress.
- the method of detecting the abnormality by second-order differentiation of the intensity distribution of the backscattered light cannot detect the abnormality until the transmission loss becomes large to some extent, that is, the problem that the abnormality cannot be detected at the initial stage. is there.
- an anomaly detection system and an anomaly detection method capable of detecting an anomaly occurring in a facility such as a chemical plant, a refinery factory, or a thermal power plant at an initial stage will be described.
- FIG. 5 is a block diagram illustrating the abnormality detection system according to the embodiment.
- the anomaly detection system includes a loop photodetection device 20 and a data processing device 30 that processes data output from the loop photodetection device 20.
- the loop-type photodetector 20 is an example of a backscattered light detector
- the data processor 30 is an example of a data processor.
- the loop type light detection device 20 includes a laser light source 21, a beam splitter 22, a transmission path switch 23, a light detection circuit unit 24, and a calculation unit 25, and is connected to an optical fiber 26 for use. Both ends of the optical fiber 26 are connected to the transmission path switch 23, and are laid around the pipes 11 and 12 as shown in FIG. 1 and partially fixed to the pipes 11 and 12 with a tape 14 or the like.
- Laser light with a predetermined pulse width is output from the laser light source 21 at a constant cycle.
- the laser light passes through the beam splitter 22 and enters the optical fiber 26 via the transmission path switch 23.
- the transmission path switch 23 switches the laser light transmission path at a constant cycle. That is, the transmission path switch 23 is in a state where one end side of the optical fiber 26 and the beam splitter 22 are optically connected (see FIG. 6A), and the other end side of the optical fiber 26 and the beam splitter 22. Are alternately switched to the state in which they are optically connected (see FIG. 6B).
- a part of the light that has entered the optical fiber 26 is backscattered by molecules constituting the optical fiber 26.
- the backscattered light returns through the optical fiber 26 and reaches the beam splitter 22 through the transmission path switch 23. Then, the light is reflected by the beam splitter 22 and reaches the light detection circuit unit 24.
- the photodetection circuit unit 24 is provided with a filter (not shown) that separates light of a predetermined wavelength and a light receiving element (not shown) that receives light of a predetermined wavelength separated by the filter. An electric signal corresponding to the intensity of the light received by the light receiving element is output from the light detection circuit unit 24.
- the calculation unit 25 includes a computer.
- the arithmetic unit 25 stores changes with time of the signal output from the light detection circuit unit 24 and outputs the data to the data processing device 30.
- the data processing device 30 is also configured to include a computer.
- the data processing device 30 processes the data output from the light detection device 20 to determine whether there is an abnormality as will be described later, and executes a preset process such as generating an alarm when it is determined as abnormal. To do.
- An optical pulse detector (Optical Time Domain Reflectometer: OTDR) that uses Rayleigh scattered light may be used as the loop-type photodetector 20, and Raman scattered light (Stokes light and anti-Stokes light) is used.
- a temperature distribution measuring device (DTS) may be used. When a temperature distribution measuring device is used as the light detection device 20, the temperature distribution can be measured together with the detection of the abnormality.
- the inventors of the present application have proposed a temperature measurement method for performing correction calculation using a transfer function for a temperature distribution detected by an optical fiber (Patent Document 3, etc.). According to this method, the temperature of the measurement points set at intervals of 10 cm to several tens of cm along the length direction of the optical fiber can be detected with high accuracy.
- FIG. 7 shows the intensity distribution of the first backscattered light NTS1 by taking the position of the optical fiber 26 in the length direction on the horizontal axis and the amount of backscattered light detected by the light detection device 20 on the vertical axis. It is a figure which shows intensity distribution of 2nd backscattered light NTS2.
- the horizontal axis in FIG. 7 indicates a predetermined position on the laser light source 21 side as a reference position in a state where the optical detection device 20 and one end side of the optical fiber 26 are optically connected as shown in FIG. (0m) is the distance from the reference position. Further, the transmission loss at the positions indicated by A1 and A2 in FIG. 7 is caused by a connector that optically connects between the light detection device 20 and one end side and the other end side of the optical fiber 26.
- the amount of the backscattered light NTS1 when the laser light is incident from one end of the optical fiber 26 is higher near the reference position (0 m position) and decreases as the distance from the reference position is increased.
- the amount of the backscattered light NTS2 when the laser light is incident from the other end of the optical fiber 26 is lower near the reference position and increases as the distance from the reference position is increased.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the temperature distribution (actual temperature distribution) when a partial section of the optical fiber 26 is heated to 450 ° C. and the intensity distribution of the backscattered light NTS1, NTS2.
- a portion of about 92 m to about 100 m of the optical fiber 26 is heated to about 450 ° C., and an external force is applied to a position of about 120 m. Further, the step at the 81.5 m position of the optical fiber 26 is due to the optical fiber connecting portion (connector).
- the direction of change in the amount of light of the backscattered light NTS1, NTS2 is the same (hereinafter referred to as “in-phase”) where a large temperature difference occurs (about 92m to about 100m). The gain is almost the same.
- the direction of change in the amount of the backscattered light NTS1, NTS2 is reversed (hereinafter referred to as "reverse phase”) at a location where an abnormality due to external force has occurred (about 120 m).
- the backscattered light NTS1 and NTS2 may be in the same phase as shown in FIG. 8, but a large transmission loss occurs. In this case, the backscattered light NTS1 and NTS2 are in opposite phases.
- the portion of the backscattered light NTS1, NTS2 having the opposite phase is either a portion where an abnormality is caused by an external force or a portion where a large transmission loss is generated at the optical fiber connection portion.
- an abnormality due to an external force is an abnormality in transmission loss caused by some external force acting on the optical fiber, such as tension, bending, or twisting.
- the intensity distribution of the backscattered light NTS1, NTS2 is normalized using a normalization function in order to detect anomalies due to external forces.
- a normalization function By giving this normalization function a suppression function, the influence of the temperature gradient is reduced.
- the distance from one end face of the optical fiber 26 is L, and a light pulse is made incident from one end face of the optical fiber 26 at a certain time t1.
- the intensity distribution of the backscattered light is normalized by its maximum value to obtain the L function NTS1 (L).
- the intensity distribution of the backscattered light obtained by making the light pulse incident from the other end face of the optical fiber 26 at the time t2 adjacent to the time t1 is also normalized by the maximum value, and the L function NTS2 (L).
- the condition (3) is that either the value of NTS1 (L) or the value of NTS2 (L) depends on whether the point of interest is near one end face side of the optical fiber 26 or near the other end face side. This is because one may be larger than the other. Even if the gain is the same value, for example, the intensity of the light pulse incident from one end face side of the optical fiber 26 is reduced. It becomes easy to receive.
- the step generated in the normalized backscattering fluctuation is small. Therefore, at the position where a large step occurs in the normalized backscattering fluctuation, either the transmission state of the optical fiber connection part is not good, a large transmission loss has occurred, or a transmission loss due to external force has occurred. It can be said.
- the position of the optical fiber connection part is managed when the optical fiber 26 is laid, it can be determined whether or not the position where the large step in the normalized backscattering fluctuation is the optical fiber connection part. . If the position where a large step is generated in the normalized backscattering fluctuation is not the optical fiber connection portion, it can be determined that an external force is applied to the position.
- a differential FIR (Finite Impulse Response) filter is used to emphasize the level difference of the normalized backscattering fluctuation.
- the differential FIR filter will be described later.
- FIG. 11 shows an example of the normalization function. This normalization function is expressed by the following equation (1).
- This equation (2) becomes the following equation (3) by canceling the denominator and the K of the numerator.
- the location affected by the ambient temperature and the location not affected by the ambient temperature have the same value.
- a function expressed by the following equation (4) using a sufficiently large real number A for non-zero NTS1 (L) and NTS2 (L) may be used.
- the denominator and numerator of equation (1) You may use the function of (5) Formula which replaced.
- FIG. 12 is a flowchart showing an abnormality detection method by the abnormality detection system according to this embodiment.
- the block diagrams of FIGS. 6A and 6B are also referred to.
- step S11 the data processing device 30 causes laser light to enter from one end side of the optical fiber 26 (see FIG. 6A), and acquires the intensity distribution of the backscattered light NTS1. Then, the data processing device 30 normalizes the intensity distribution of the backscattered light NTS1 with a reference value generated using the amount of laser light at the time of data acquisition, and obtains a function NTS1 (L) of the distance L.
- the light amount of the laser light measured by the light detection device may be used, and the normality or abnormality of the light amount of the laser light is judged from the output of the light detection device or the laser drive current, and normal If so, a predetermined value may be used.
- An average value or an integrated value can be used as the amount of laser light.
- the data processing device 30 causes the laser beam to enter from the other end of the optical fiber 26 (see FIG. 6B), acquires the intensity distribution of the backscattered light NTS2, and generates it by the same method as the NTS1.
- the function NTS2 (L) of the distance L is obtained by normalizing with the reference value.
- step S12 the data processing device 30 calculates a normalization function for each distance using NTS1 (L) and NTS2 (L), and generates a standardized backscattering fluctuation.
- FIG. 13 is a diagram showing the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 and the normalized backscattering fluctuation.
- the step due to the temperature gradient of the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 is suppressed, and the connector portion (position of about 81.5 m) and stress are applied.
- a large step occurs in the portion (position of about 120 m).
- step S13 the process proceeds to step S13, and the data processing device 30 causes a differential FIR filter to act (convolution) on the normalized backscattering fluctuation. Then, the absolute value of the result of applying the FIR filter is taken as the normalized backscattering fluctuation after the FIR filter processing.
- a differential FIR filter is a filter having a differentiation function and a high-frequency cutoff function by weighted smoothing.
- An example of the FIR filter used in this embodiment is shown in FIG.
- the FIR filter is 0 at the origin, is point-symmetric with respect to the origin, has an absolute value that increases as it approaches the origin, and approaches 0 as it moves away from the origin. Use a function.
- FIG. 15 is a diagram showing the normalized backscattering fluctuation after the FIR filter processing together with the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 and the normalized backscattering fluctuation before the FIR filter processing.
- step S14 the data processing device 30 extracts a peak where the maximum value exceeds the threshold value from the graph of the normalized backscattering fluctuation after the FIR filter processing.
- the threshold value is set to 10 times that. Thereby, the peak by the influence of the temperature gradient which exists in the position of about 92m and about 103m remove
- the threshold value may be set arbitrarily according to the system design, and may not be 10 times the background noise.
- the peak is treated as noise accompanying the large peak. This is because the distance resolution of the present system is about 1 m, and if there is a large peak and a small peak within ⁇ 2 m, the small peak is likely to be a large peak noise. Further, even if the small peak and the large peak are caused by different abnormalities, it is considered that there is no problem even if an alarm is generated as the same abnormalities.
- step S15 the data processing device 30 determines whether or not the backscattered light NTS1 and NTS2 are in reverse phase at the peak position.
- the determination as to whether or not the backscattered light NTS1 and NTS2 are in reverse phase is a local maximum value of a predetermined magnitude or more after a second-order differentiation is performed on the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2, respectively.
- step S15 when it is determined that the backscattered light NTS1 and NTS2 are in phase (in the case of NO), the process proceeds to step S19.
- step S19 the data processing device 30 stores the peak as a result of the optical fiber connection unit. Thereafter, the process proceeds to step S20.
- step S15 if it is determined in step S15 that the backscattered light NTS1 and NTS2 are in opposite phases at the peak position (in the case of YES), the process proceeds to step S16.
- step S16 the data processing device 30 refers to the laying data and determines whether or not the peak position is the optical fiber connection portion.
- a peak larger than the threshold value occurs at a position of 80.5 m.
- the laying data it is recorded that there is a connector at a position of 81.5 m.
- There is a difference of 1 m between the peak position of the standardized backscattering fluctuation after the FIR processing and the connector position of the laying data but this difference is within the range of ⁇ 2 m described above.
- the peak at the position of 80.5 m is determined to be due to the optical fiber connection. Therefore, in this case (YES in step S16), the process proceeds to step S19.
- the data processing device 30 stores the peak at the position of 80.5 m as a transmission loss due to the optical fiber connection unit. Thereafter, the process proceeds to step S20.
- step S20 the data processing device 30 performs a system check.
- the data processing device 30 refers to past data to check whether or not the transmission loss amount in the optical fiber connection portion has changed significantly. When it is determined that the amount of transmission loss has not changed significantly, the process ends with no abnormality. Further, when it is determined that the transmission loss has changed significantly, it is considered that some abnormality has occurred in the optical fiber connection portion, and therefore the data processing device 30 executes processing such as generating an alarm.
- step S16 determines whether the peak position is not the optical fiber connection part (in the case of NO)
- the process proceeds to step S17.
- step S17 the data processing device 30 stores the peak located at 119.5 m as a transmission loss due to the application of external force.
- step S17 the process proceeds from step S17 to step S18, and the data processing apparatus 30 performs sign analysis.
- the data processing device 30 compares past data with a transmission loss amount (for example, the magnitude of the detection signal in FIG. 13) due to the application of external force. If the amount of transmission loss is the same as when there is no abnormality in the past, the process ends with no abnormality.
- a transmission loss amount for example, the magnitude of the detection signal in FIG. 13
- the data processing device 30 performs processing such as generating an alarm indicating abnormality. Note that an alarm may be generated when the amount of transmission loss due to the application of an external force deviates from a preset range.
- a sensitivity three times or more is obtained as compared with the method of second-order differentiation of the intensity distribution of the backscattered light (see FIG. 4). For this reason, according to the present embodiment, it is possible to detect an abnormality occurring in a facility such as a chemical plant, a refinery factory, or a thermal power plant at an initial stage, and it is possible to prevent a serious accident.
- step S21 the data processing device 30 causes a differential FIR filter to act (convolution) on the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2.
- a differential FIR filter is applied to the intensity distributions of the backscattered light NTS1 and NTS2, a function (graph) having a peak corresponding to a change in the amount of light with little noise is obtained.
- a filter having the characteristics shown in FIG. 14 is used as the differential FIR filter.
- FIRNTS1 a function obtained by applying the FIR filter to the intensity distribution of the backscattered light NTS1
- a function obtained by applying the FIR filter to the intensity distribution of the backscattered light NTS2 is referred to as FIRNTS2.
- FIG. 17 is a diagram showing the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 and the functions FIRNTS1 and FIRNTS2.
- the function FIRNTS1 has a positive peak at positions of about 80 m, about 100 m, and about 120 m, and has a negative peak at a position of about 92 m.
- the function FIRNTS2 has a positive peak at a position of about 100 m, and has negative peaks at positions of about 80 m, about 92 m, and about 120 m.
- step S22 the data processing unit 30 performs multiplication (multiplication) of the peak value at each peak position of the functions FIRNTS1 and FIRNTS2. Then, it transfers to step S23 and it is determined whether a calculation result is negative for every peak position.
- step S23 If it is determined in step S23 that the calculation result is negative (in the case of YES), the process proceeds to step S24, where the change in the amount of the backscattered light NTS1, NTS2 at the peak position is determined to be in reverse phase, and step S15 in FIG. Return to.
- step S23 If it is determined in step S23 that the calculation result is 0 or positive (in the case of NO), the process proceeds to step S25, where the change in the light amount of the backscattered light NTS1, NTS2 at the peak position is determined to be the same phase. Return to step S15 of step 12.
- the calculation result is a negative value at positions of about 80 m and about 120 m, and is a positive value at positions of about 92 m and about 100 m. That is, it can be seen that the change in the amount of light of the backscattered light NTS1 and NTS2 is in the opposite phase at the positions of about 80 m and about 120 m and in the same phase at the positions of about 92 m and about 100 m.
- three circular bobbins 31a, 31b, 32 having a radius larger than the minimum allowable bending radius of the optical fiber 26 were prepared. Then, the bobbins 31a and 31b were fixed to a support (not shown), the optical fiber 26 was hung between the bobbins 31a and 31b, and the bobbin 32 was arranged at the center.
- a spring alone (not shown) is attached to the bobbin 32, and the bobbin 32 is pulled downward through the spring alone so that a desired tensile stress can be applied to the optical fiber 26 between the bobbins 31a and 31b. Further, the optical fiber 26 and the bobbins 31a and 31b are joined with a tape so that tensile stress is applied only to the optical fiber 26 between the bobbins 31a and 31b.
- Both ends of the optical fiber 26 are connected to the photodetector 20 (see FIG. 5), the intensity distribution of the backscattered light NTS1 and NTS2 is measured, and data processing is performed by the data processing device 30 (see FIG. 5) to perform normalized backscattering. Normalization backscatter variation after variation and FIR treatment was obtained. It was confirmed that NTS1 (L) and NTS2 (L) were in antiphase when obtaining normalized backscattering fluctuations.
- the horizontal axis represents the position of the optical fiber
- the vertical axis represents the temperature and the peak height of the normalized backscattering fluctuation after FIR filter processing, that is, the detection signal. It is a figure which shows a relationship.
- FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the tensile stress on the horizontal axis and the peak height of normalized backscattering fluctuation after FIR filter processing on the vertical axis.
- FIG. 19A is a graph when a medium tensile stress is applied to the bobbin 32
- FIG. 19B is a graph when a tensile stress twice that of FIG. 19A is applied
- FIG. 19 (c) is a graph when a tensile stress of 2.8 times that in FIG. 19 (a) is applied.
- the peak near 98 m is due to the tensile stress.
- FIG. 20 shows that the peak height of the detection signal changes in a quadratic function with respect to the tensile stress.
- FIG. 21 is a block diagram showing an example of a chemical plant monitoring system to which the abnormality detection system according to the present embodiment is applied.
- the 21 includes an abnormality detection system 40 that monitors whether there is an abnormality in the chemical reaction tower 41 and the piping 42, and a monitoring control system 50 that performs state monitoring and control of the entire chemical plant.
- the optical fiber 26 is laid on the outer surface of the chemical reaction tower 41 and a pipe 42 connected to the chemical reaction tower 41, and the optical fiber 26, the light detection device 20, and the data processing device 30.
- the abnormality detection system 40 is constructed.
- This anomaly detection system 40 updates the history of transmission loss of the optical fiber 26, thereby causing abnormal expansion or contraction due to deformation of the piping 42, breakage at the joint, and malfunction of the chemical reaction tower 41. Etc. are detected.
- the abnormality detection system 40 activates the monitoring alarm lamp 44 or a buzzer to notify the operator of the abnormality.
- a temperature distribution measurement device (DTS) is used as the light detection device 20, and the temperature distribution in the length direction of the optical fiber 26 can be measured.
- the temperature data of the preset section is sent to the I / O device 53 via the external contact 43, and is used for opening / closing control of the electromagnetic valve 54, for example.
- the abnormality detection system 40 is connected to the monitoring control system 50 via the transmission control LAN 55.
- the monitoring control system 50 includes a monitoring control server 51 that monitors the states of the I / O devices 53 and the abnormality detection system 40 via the transmission control LAN 55, and a monitoring operation connected to the monitoring control server 51 via the man-machine LAN 56. And a table 52. The state of each place in the plant can be monitored by the monitoring console 52, and the electromagnetic valve 54 and the like can be operated via the I / O device 53.
- the abnormality detection system 40 is connected to the monitoring control system 50, it is configured independently as a local system. This is to prevent other parts from being affected even if the abnormality detection system 40 stops for some reason.
- FIGS. 22A to 22D show examples in which the abnormality detection system described in the embodiment is applied to abnormality detection of a pipe connection portion as shown in FIG.
- FIG. 22 (a) it is assumed that a high-temperature liquid or gas flows in the main pipe 61 during plant operation.
- the main pipe 61 expands during plant operation, and the main pipe 61 contracts when the plant is stopped.
- the data processor 30 stores the loss amount of the optical fiber 26 during plant operation and shutdown.
- reference numeral 64 denotes a tape for fixing the optical fiber 26
- 65 denotes a heat insulating material and a protective pipe arranged around the main pipe 61.
- the normal operation is performed next time as shown in FIG. 22 (c). Rather than the branch pipe 52 is pushed out. Then, as shown in FIG. 22D, when the next stop state is reached, the optical fiber 26 is pulled without returning the pushed branch pipe 62, and an abnormality is detected by the abnormality detection system.
- FIG. 23 is a flowchart showing generation of an alarm in the abnormality detection system.
- step S31 when a peak equal to or higher than the threshold value is detected in step S31 (see FIG. 15), the process proceeds to step S32 to determine whether or not the peak location is different from the previous time. If the peak location is the same as the previous time in step S32 (in the case of YES), the process proceeds to step S33, and if the peak location is not the same as the previous time (in the case of NO), the process proceeds to step S37.
- step S33 it is determined whether the backscattered light NTS1 and NTS2 are in reverse phase. In the case of the reverse phase (in the case of YES), the process proceeds to step S34, and in the case of the same phase (in the case of NO), the process proceeds to step S36.
- step S34 When the process proceeds from step S33 to step S34, the peak position and size are stored. And it transfers to step S35 and turns on a red lamp. The lighting of this red light indicates a loss abnormality due to external force.
- step S36 the yellow light is turned on. This yellow light indicates that there is an unregistered fusion splice point or the like.
- step S32 it is determined whether or not the peak position is not registered in the laying data. If not registered (in the case of YES), the process proceeds to step S38. If registered (in the case of NO), the process proceeds to step S41.
- step S38 it is determined whether there is a significant difference from the past data.
- the process proceeds to step S39 and the red light is turned on. The lighting of this red light indicates an increase in loss.
- step S38 If it is determined in step S38 that there is no significant difference from the past data (in the case of NO), the process proceeds to step S40 and the yellow light is turned on. The lighting of this yellow light indicates the remaining loss.
- step S41 it is determined whether there is a significant difference from the past data.
- step S42 the yellow light is turned on. The lighting of this yellow lamp indicates that the connection state of the fused part of the connector or the optical fiber has deteriorated.
- step S41 when it is determined in step S41 that there is no significant difference (in the case of NO), the process proceeds to step S43 and the green lamp is turned on.
- the green light indicates that the peak is due to a connector or the like and there is no abnormality.
- a minute change in transmission loss of the optical fiber can be captured and classified as being due to an external force or due to a connector or fusion. Then, transmission loss exceeding the set threshold value is sequentially registered as data, and used for instruction determination of the display level of the monitoring warning light at the next and subsequent data collection. Thereby, for example, it can be used as a health check function such as whether or not a large displacement has occurred in piping after an earthquake or the like occurs.
- FIG. 24 shows an example in which the abnormality detection system described in the embodiment is applied to the cultivation of high-quality fruits and theft prevention in a greenhouse.
- a temperature distribution measuring device DTS
- the temperature in the house is managed based on the measurement result.
- the temperature distribution measuring device is also used as the light detection device 20 in FIG. 5 and connected to the data processing device 30 to be used for detecting an abnormality.
- the optical fiber 26 wound around the melon 70 is to be unwound. If the thief works carefully, the optical fiber 26 will not be cut, but if the optical fiber 26 is to be unwound, the occurrence of a minute transmission loss is inevitable. Thereby, abnormality can be detected in the abnormality detection system.
- the abnormality detection system detects an abnormality
- the administrator is notified of the occurrence of the abnormality as the patrol lamp is turned on and the alarm buzzer is started. As a result, enormous damage can be suppressed.
- An optical fiber is attached to a bridge such as a railway bridge, and the abnormality of the bridge can be detected by the disclosed abnormality detection system. Thereby, for example, when an earthquake occurs, it is possible to determine whether there is an abnormality in the bridge, or to estimate the maintenance time.
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Abstract
【課題】化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる異常検知システム及び異常検知方法を提供する。 【解決手段】異常検知システムは、光ファイバ２６と、後方散乱光検出部２０と、データ処理部３０とを有する。後方散乱光検出部２０は、光ファイバ２６の一端側及び他端側に接続され、一端側から光ファイバ２６に光を入射して後方散乱光の第１の強度分布を取得し、他端側から光ファイバ２６に光を入射して後方散乱光の第２の強度分布を取得する。データ処理部３０は、第１の強度分布及び第２の強度分布と規格化関数とを用いて光ファイバ２６の長さ方向の各位置で伝送損失を計算し、その計算結果から異常の有無を判定する。
Description
本発明は、異常検知システム及び異常検知方法に関する。
化学プラント、製油工場及び火力発電所等のように大量の可燃物、爆発物又は危険物を取り扱う施設では、配管やタンクの腐食や減肉を早期に検知して、重大事故を未然に防ぐことが重要である。
そのために、光ファイバを温度センサとして使用する温度分布測定装置（Distributed Temperature Sensor：ＤＴＳ）を備えた異常検知システムが採用されることがある。
この種の異常検知システムでは、例えば配管やタンクの周囲に光ファイバを敷設し、光ファイバの端部を温度分布測定装置に接続する。そして、温度分布測定装置から光ファイバ内にレーザ光を入射させ、光ファイバ内で発生するラマン散乱光を温度分布測定装置で検出して配管やタンク等の温度を取得し、その結果を基に異常の有無を判定する。
化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設では、異常検知の遅れが重大事故につながることがあるため、異常の発生をより早い段階で検知できるシステムが望まれる。
化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる異常検知システム及び異常検知方法を提供することを目的とする。
開示の技術の一観点によれば、光ファイバと、前記光ファイバの一端側及び他端側に接続され、前記一端側から前記光ファイバに光を入射して後方散乱光の第１の強度分布を取得し、前記他端側から前記光ファイバに光を入射して後方散乱光の第２の強度分布を取得する後方散乱光検出部と、前記第１の強度分布及び前記第２の強度分布と規格化関数とを用いて前記光ファイバの長さ方向の各位置で伝送損失を計算し、その計算結果から異常の有無を判定するデータ処理部とを有する異常検知システムが提供される。
開示の技術の他の一観点によれば、光ファイバの一端側から光を入射して後方散乱光の第１の強度分布を取得し、前記光ファイバの他端側から光を入射して後方散乱光の第２の強度分布を取得する工程と、前記第１の強度分布及び前記第２の強度分布と規格化関数とを用いて前記光ファイバの長さ方向の各位置で伝送損失を計算し、その計算結果から異常の有無を判定する工程とを有する異常検知方法が提供される。
上記一観点に係る異常検知システム及び異常検知方法によれば、化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる。
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
実施形態に係る異常検知システムでは、応力の印加により光ファイバの伝送損失が変化することを利用して、異常を検知する。
図１は、主配管１１に枝配管１２が溶接された部分に光ファイバ１３を一定の張力で巻き付けた状態を示す図である。光ファイバ１３は、テープ１４により枝配線１２に部分的に固定している。
プラントの運転や停止にともなって、主配管１１及び枝配管１２内の液体又は気体の流れが変化し、主配管１１及び枝配管１２の温度が変化する。この温度変化により主配管１１及び枝配管１２が膨張又は収縮し、光ファイバ１３に加わる曲げ応力や引張り応力が変化する。
光ファイバ１３は、ある程度以上の曲げ応力又は引張り応力が加えられると、伝送損失が大きくなる。そこで、例えば過去の運転時又は停止時の伝送損失と現在の伝送損失とを比較することで、異常の有無を判定することが可能になる。
図２は、横軸に光ファイバの長さ方向の位置をとり、縦軸に後方散乱光の強度分布（後方散乱光量）をとって、光ファイバに中程度の曲げを加えたとき、やや強い曲げを加えたとき、及び強い曲げを加えたときの伝送損失を調べた結果を示す図である。
なお、中程度の曲げとは図３（ａ）に示す程度の曲げ（曲げ半径１０ｍｍ程度）であり、やや強い曲げとは図３（ａ）よりも若干強い曲げ（図３（ｂ）参照）であり、強い曲げとは図３（ｂ）よりも若干強い曲げ（図３（ｃ）参照）である。また、図２では、後方散乱光の強度を、光ファイバの長さ方向０ｍの位置の光量を基準に規格化している。
図２から、光ファイバの長さ方向の約３４０ｍの位置で、曲げの程度に応じた伝送損失が発生していることがわかる。
例えば、通常運転時には光ファイバに中程度の曲げが加わっており、光ファイバの長さ方向の特定の位置で一定量の伝送損失が発生しているものとする。この場合、光ファイバの伝送損失が急激に変化したら、何らかの異常が発生したものと判定することができる。
図２からわかるように、後方散乱光の強度は光ファイバの長さ方向の位置に応じて変化するため、単に後方散乱光の強度から異常の有無を判定することはできない。従って、異常の検知を自動化するためには、後方散乱光の強度変化を検出することが重要になる。
特許文献１には、光ファイバの接続部の位置及び接続損失を高精度で測定することを目的とし、後方散乱光の強度分布を２階微分することが記載されている。この手法を、異常の有無の検知に利用することが考えられる。
図４は、図２に示す後方散乱光の強度分布を２階微分した結果を示す図である。図４中の一点鎖線は、３σ（σは標準偏差）の範囲を示している。
この図４に示すように、後方散乱光の強度分布を２階微分すると後方散乱光の強度変化が強調され、伝送損失と伝送損失が生じた位置とを比較的精度よく検出することができる。
但し、ノイズ成分を除去するためにはしきい値を３σ程度に設定することが必要になる。しきい値を３σに設定すると、中程度の曲げの部分のピークレベルはノイズレベルよりも若干高い程度であり、検出の信頼性が高いとはいえない。
図２から、やや強い曲げが加えられた位置の前後の後方散乱光の光量差は約２．４％であることがわかる。つまり、この方法では、曲げ応力や引張り応力により２．４％以上の光量の変化がないと、異常の発生を精度よく検知することはできない。
このように、後方散乱光の強度分布を２階微分して異常の検出を行う方法では、伝送損失がある程度大きくなるまで異常を検知することができない、すなわち異常を初期段階で検知できないという問題がある。
また、例えば４００℃を超えるような大きく且つ急峻な温度勾配が生じる敷設経路では、後方散乱光の強度分布を２階微分すると、温度勾配の立ち上がり部分と立下り部分とに大きなピークが生じる。このピークが温度勾配によるものか、光ファイバに印加された応力によるものかを判定するプロセスが必要となり、システムが複雑になるという問題もある。
以下の実施形態では、化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知できる異常検知システム及び異常検知方法について説明する。
（実施形態）
図５は、実施形態に係る異常検知システムを示すブロック図である。
図５は、実施形態に係る異常検知システムを示すブロック図である。
本実施形態に係る異常検知システムは、ループ型光検出装置２０と、そのループ型光検出装置２０から出力されるデータを処理するデータ処理装置３０とを有する。ループ型光検出装置２０は後方散乱光検出部の一例であり、データ処理装置３０はデータ処理部の一例である。
ループ型光検出装置２０は、レーザ光源２１と、ビームスプリッタ２２と、伝送経路切替器２３と、光検出回路部２４と、演算部２５とを有し、光ファイバ２６に接続して使用する。光ファイバ２６は、その両端が伝送経路切替器２３に接続され、例えば図１のように配管１１，１２の周囲に敷設されて、テープ１４等により配管１１，１２に部分的に固定される。
レーザ光源２１からは、所定のパルス幅のレーザ光が一定の周期で出力される。このレーザ光は、ビームスプリッタ２２を透過し、伝送経路切替器２３を介して光ファイバ２６内に進入する。
伝送経路切替器２３は、一定の周期でレーザ光の伝送経路を切替える。すなわち、伝送経路切替器２３は、光ファイバ２６の一端側とビームスプリッタ２２との間が光学的に接続した状態（図６（ａ）参照）と、光ファイバ２６の他端側とビームスプリッタ２２との間が光学的に接続した状態（図６（ｂ）参照）とを交互に切替える。
光ファイバ２６内に進入した光の一部は、光ファイバ２６を構成する分子により後方散乱される。後方散乱光は光ファイバ２６内を戻り、伝送経路切替器２３を通ってビームスプリッタ２２に到達する。そして、ビームスプリッタ２２により反射されて、光検出回路部２４に到達する。
光検出回路部２４には所定の波長の光を分離するフィルタ（図示せず）と、フィルタにより分離された所定の波長の光を受光する受光素子（図示せず）とが設けられている。そして、光検出回路部２４からは、受光素子で受光した光の強度に応じた電気信号が出力される。
演算部２５は、コンピュータを含んで構成される。この演算部２５は、光検出回路部２４から出力される信号の経時的変化を記憶し、それらのデータをデータ処理装置３０に出力する。
データ処理装置３０も、コンピュータを含んで構成される。そして、データ処理装置３０は、後述するように光検出装置２０から出力されるデータを処理して異常の有無を判定し、異常と判定したときには警報を発生するなどの予め設定された処理を実行する。
ループ型光検出装置２０として、レイリー（Rayleigh）散乱光を使用する光パルス検出器（Optical Time Domain Reflectmeter：ＯＴＤＲ）を使用してもよく、ラマン散乱光（ストークス光及び反ストークス光）を使用する温度分布測定装置（ＤＴＳ）を使用してもよい。光検出装置２０として温度分布測定装置を使用した場合は、異常の検知とともに、温度分布の測定を行うこともできる。
なお、本願発明者らは、光ファイバにより検出した温度分布に対し伝達関数を用いた補正計算を行う温度測定方法を提案している（特許文献３等）。この方法によれば、光ファイバの長さ方向に沿って１０ｃｍ～数１０ｃｍの間隔で設定された測定ポイントの温度を精度よく検出することができる。
図７は、横軸に光ファイバ２６の長さ方向の位置をとり、縦軸に光検出装置２０で検出される後方散乱光の光量をとって、第１の後方散乱光ＮＴＳ１の強度分布と第２の後方散乱光ＮＴＳ２の強度分布とを示す図である。
なお、図７の横軸は、図６（ａ）のように光検出装置２０と光ファイバ２６の一端側とが光学的に接続された状態において、レーザ光源２１側の所定の位置を基準位置（０ｍ）とし、基準位置からの距離を示している。また、図７中にＡ１，Ａ２で示す位置における伝送損失は、光検出装置２０と光ファイバ２６の一端側及び他端側との間を光学的に接続するコネクタで発生したものである。
図６（ａ）のように光ファイバ２６の一端側からレーザ光を入射させたときの後方散乱光ＮＴＳ１の光量は、基準位置（０ｍの位置）に近いほうが高く、基準位置から離れるほど低くなる。また、図６（ｂ）のように光ファイバ２６の他端側からレーザ光を入射させたときの後方散乱光ＮＴＳ２の光量は、基準位置から近いほうが低く、基準位置から離れるほど高くなる。
図８は、光ファイバ２６の一部区間を４５０℃に加熱したときの温度分布（実際の温度分布）と後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布との関係を示す図である。
なお、ここでは、光ファイバ２６の約９２ｍ～約１００ｍの部分を約４５０℃に加熱し、約１２０ｍの位置に外力を印加している。また、光ファイバ２６の８１．５ｍの位置の段差は、光ファイバ接続部（コネクタ）によるものである。
図８からわかるように、大きな温度差が発生している箇所（約９２ｍ～約１００ｍ）では、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化の向きは同じ（以下、「同位相」という）になり、ゲインもほぼ同じになる。一方、外力による異常が発生している箇所（約１２０ｍ）では、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化の向きは逆（以下、「逆位相」という）になる。
また、コネクタ又は融着等による光ファイバ接続部で伝送損失が小さい場合には、図８のように後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２は同位相になることもあるが、大きな伝送損失が発生している場合には後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２は逆位相になる。
これらのことから、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が同位相の部分では、何らかの処理で光量の変化（又は伝送損失）を抑圧しても、外力による異常の検知には問題ないことがわかる。また、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が逆位相の部分は、外力による異常が発生している部分か、又は光ファイバ接続部で大きな伝送損失が発生している部分のいずれかという十分条件が得られる。
なお、外力による異常とは、引張り、曲げ又はねじりなど、光ファイバに何らかの外力が働くことにより生じる伝送損失の異常である。
本実施形態では、外力による異常を検出するために、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布を規格化関数を用いて規格化する。この規格化関数に抑圧機能をもたせることで、温度勾配の影響を小さくする。
規格化関数の抑圧機能について、図９，図１０のイメージ図を参照して説明する。
大きな温度勾配が存在する場合、その両端部の温度差は無視してよい。また、その温度勾配が後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化に与える影響は、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２ともにほぼ同じである。
そこで、図９のように、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布において、温度差を無視してよい領域を直線（図９中に破線で示す）で結ぶ。その直線の中点の光量をａ，ｂとしたときに、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の実際の光量は（Ｋ１・ａ），（Ｋ２・ｂ）と表すことができる。但し、Ｋ１，Ｋ２はいずれも正の実数である。
実際の温度分布は一様ではないが、図１０のように、その中の一部を短冊状に切り取れば、上記の関係はどの部分でも成立する。例えば光ファイバのある部分を高温のボイラー近傍に敷設したとしても、その両端部分は室温又は外気温になり、ほぼ同一温度とみなすことができる。
そこで、規格化関数として、（１）Ｋ１＝Ｋ２のときには一定値をもち、（２）Ｋ１≠Ｋ２のときには（１）のときに対して値が変化する、という条件を設定すれば、温度勾配による影響を抑圧できる。
この（１），（２）の条件を成立させるために、光ファイバ２６の一方の端面からの距離をＬとし、ある時刻ｔ１に光ファイバ２６の一方の端面から光パルスを入射させて取得した後方散乱光の強度分布を例えばその最大値で規格化して、Ｌの関数ＮＴＳ１（Ｌ）とする。
また、時刻ｔ１に隣接する時刻ｔ２に光ファイバ２６の他方の端面から光パルスを入射させて取得した後方散乱光の強度分布も、同様にその最大値で規格化してＬの関数ＮＴＳ２（Ｌ）とする。
そうすると、規格化関数には次の２つの条件、すなわち（３）ＮＴＳ１（Ｌ）／ＮＴＳ２（Ｌ）を横軸（対数軸）としＮＴＳ１（Ｌ）／ＮＴＳ２（Ｌ）＝１を中心軸としたときに偶関数であり、（４）ＮＴＳ１（Ｌ）＝ＮＴＳ２（Ｌ）のときには最大値又は最小値となり、どちらかが限りなくゼロに近づいても有限の値をもつ、という条件が必要になる。
上記（３）の条件は、着目している箇所が光ファイバ２６の一方の端面側近傍か、他方の端面側近傍かにより、ＮＴＳ１（Ｌ）の値とＮＴＳ２（Ｌ）の値とのどちらか一方が他方より大きくなる可能性があるためである。ゲインが同じ値だとしても、例えば光ファイバ２６の一方の端面側では、他方の端面側から入射した光パルスの強度は減少しているため、一方の端面側よりもオフセットや量子化誤差の影響を受けやすくなる。
このような（１）～（４）の条件を満足する関数を規格化関数とすれば、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が同位相で且つ振幅が等しい場合は光量の変化が抑圧される。以下、ＮＴＳ１（Ｌ）,ＮＴＳ２（Ｌ）を用いて各位置（距離Ｌ）毎に規格化関数を計算した結果を、規格化後方散乱変動と呼ぶ。規格化後方散乱変動に大きな段差が発生した位置は、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が逆位相であるか、又は同位相であるが値が異なるか、のどちらかである。
前述したように後者の場合の伝送損失は小さい値となるため、規格化後方散乱変動に生じる段差は小さい。従って、規格化後方散乱変動に大きな段差が発生した位置は、光ファイバ接続部の接続状態が良好でないために大きな伝送損失が発生しているか、又は外力による伝送損失が発生しているか、のどちらかであるということができる。
例えば光ファイバ２６を敷設したときに光ファイバ接続部の位置を管理しておけば、規格化後方散乱変動に大きな段差が発生した位置が光ファイバ接続部であるのか否かを判定することができる。そして、規格化後方散乱変動に大きな段差が発生した位置が光ファイバ接続部でないのならば、その位置に外力が印加されていると判定することができる。
なお、本実施形態では、規格化後方散乱変動の段差を強調するために微分系のＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）フィルタを使用する。微分系のＦＩＲフィルタについては後述する。
図１１に、規格化関数の一例を示す。この規格化関数は、下記（１）式により表わされる。
上記（１）式において、ＮＴＳ１（Ｌ）にＫ・ａを代入し、ＮＴＳ２（Ｌ）にＫ・ｂを代入すると、下記（２）式のようになる。
この（２）式は、分母と分子のＫが打ち消されて、下記（３）式のようになる。
つまり、規格化関数を用いて計算した規格化後方散乱変動では、ゲインが等しいときには、周囲の温度の影響を受けている箇所と周囲の温度の影響を受けていない箇所とは同じ値になる。図９に示す例では、実線同士で規格化した場合と破線同士で規格化した場合とが同じ値になるということを意味する。
規格化関数として、ゼロでないＮＴＳ１（Ｌ）,ＮＴＳ２（Ｌ）に対して十分大きな実数Ａを用いた下記（４）式で表わされる関数を使用してもよく、（１）式の分母と分子とを入れ替えた（５）式の関数を使用してもよい。
図１２は、本実施形態に係る異常検知システムによる異常検知方法を示すフローチャートである。ここでは、図６（ａ），（ｂ）のブロック図も参照する。
まず、ステップＳ１１において、データ処理装置３０は、光ファイバ２６の一端側からレーザ光を入射させて（図６（ａ）参照）、後方散乱光ＮＴＳ１の強度分布を取得する。そして、データ処理装置３０は、その後方散乱光ＮＴＳ１の強度分布をデータ取得時のレーザ光の光量を用いて生成した基準値で規格化して、距離Ｌの関数ＮＴＳ１（Ｌ）を得る。
上記の基準値として、例えば、光検出装置で測定したレーザ光の光量を使用してもよいし、レーザ光の光量の正常又は異常を光検出装置の出力やレーザの駆動電流から判断し、正常であれば所定の値を用いてもよい。レーザ光の光量として、平均値又は積算値を用いることができる。
また、データ処理装置３０は、光ファイバ２６の他端側からレーザ光を入射させて（図６（ｂ）参照）、後方散乱光ＮＴＳ２の強度分布を取得し、それをＮＴＳ１と同じ方法で生成した基準値で規格化して距離Ｌの関数ＮＴＳ２（Ｌ）を得る。
次に、ステップＳ１２に移行し、データ処理装置３０は、ＮＴＳ１（Ｌ），ＮＴＳ２（Ｌ）を用いて各距離毎に規格化関数を計算し、規格化後方散乱変動を生成する。
図１３は、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布と、規格化後方散乱変動とを示す図である。この図１３に示すように、規格化後方散乱変動では、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布の温度勾配による段差は抑圧され、コネクタ部分（約８１．５ｍの位置）及び応力が印加されている部分（約１２０ｍの位置）では大きな段差が発生する。
次に、ステップＳ１３に移行し、データ処理装置３０は、規格化後方散乱変動に対し、微分系のＦＩＲフィルタを作用（convolution：畳み込み）させる。そして、ＦＩＲフィルタを作用させた結果の絶対値をとって、ＦＩＲフィルタ処理後の規格化後方散乱変動とする。
微分系のＦＩＲフィルタとは、微分機能と、重みづけ平滑化による高域遮断機能とを備えたフィルタである。本実施形態で使用するＦＩＲフィルタの一例を、図１４に示す。本実施形態では、ＦＩＲフィルタとして、図１４に示すように原点では０となり、原点に対して点対称であって、原点に近づくと絶対値が大きくなり、原点から離れるほど絶対値が０に近づく関数を使用する。
図１５は、ＦＩＲフィルタ処理後の規格化後方散乱変動を、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布及びＦＩＲフィルタ処理前の規格化後方散乱変動と併せて示す図である。
図１５からわかるように、規格化後方散乱変動に微分系のＦＩＲフィルタを作用させると、規格化後方散乱変動の段差部分がピークとなり、光量の変化が強調される。
図１５に示す例では、約９２ｍ及び約１０３ｍの位置に大きな温度勾配の影響によるピークが発生しているものの、それらのピークの高さは低い。
その後、ステップＳ１４に移行し、データ処理装置３０は、ＦＩＲフィルタ処理後の規格化後方散乱変動のグラフから、極大値がしきい値を超えるピークを抽出する。
図１５に示す例では、バックグラウンドノイズが０．０００６程度であるので、しきい値をその１０倍に設定している。これにより、約９２ｍ及び約１０３ｍの位置に存在する温度勾配の影響によるピークは抽出対象から外れる。なお、しきい値はシステム設計に応じて任意に設定すればよく、バックグラウンドノイズの１０倍でなくてもよい。
また、極大値がしきい値を超えるピークがあっても、そのピークの±２ｍ以内により大きなピークがあれば、そのピークは大きなピークに伴うノイズとして扱う。これは、本システムの距離分解能が約１ｍであるので、±２ｍ以内に大きなピークと小さなピークとがある場合、小さなピークは大きなピークのノイズの可能性が高いためである。また、小さなピークと大きなピークとが別の異常によるものであったとしても、同一の異常として警報を発生しても問題ないと考えられるためでもある。
次に、ステップＳ１５において、データ処理装置３０は、ピーク位置で後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が逆位相か否かを判定する。後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が逆位相か否かの判定は、後述する方法や、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布に対しそれぞれ２階微分を行ってから所定の大きさ以上の極大値となる位置を抽出する方法などがある。
ステップＳ１５において、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が同位相と判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１９に移行する。そして、ステップＳ１９において、データ処理装置３０は、当該ピークを光ファイバ接続部によるものとして記憶する。その後、ステップＳ２０に移行する。
一方、ステップＳ１５において、ピーク位置で後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が逆位相と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ１６に移行する。
ステップＳ１６において、データ処理装置３０は、敷設データを参照して、ピーク位置が光ファイバ接続部か否かを判定する。
図１５に示す例では、８０．５ｍの位置にしきい値よりも大きなピークが発生している。また、敷設データには、８１．５ｍの位置にコネクタがあることが記録されている。ＦＩＲ処理後の規格化後方散乱変動のピーク位置と敷設データのコネクタ位置との間には１ｍの差があるが、この差は前述した±２ｍの範囲内であるので、データ処理装置３０は、８０．５ｍの位置のピークは光ファイバ接続部によるものと判定する。従って、この場合（ステップＳ１６でＹＥＳの場合）はステップＳ１９に移行する。そして、ステップＳ１９において、データ処理装置３０は、８０．５ｍの位置のピークを光ファイバ接続部による伝送損失として記憶する。その後、ステップＳ２０に移行する。
ステップＳ２０において、データ処理装置３０はシステムチェックを行う。例えば、データ処理装置３０は、過去のデータを参照して光ファイバ接続部における伝送損失量が大きく変化していないか否か調べる。そして、伝送損失量が大きく変化していないと判定したときは、異常がないとして処理を終了する。また、伝送損失が大きく変化していると判定したときは、光ファイバ接続部で何らかの異常が発生したものと考えられるため、データ処理装置３０は警報を発生するなどの処理を実行する。
一方、ステップＳ１６でピーク位置が光ファイバ接続部でないと判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１７に移行する。
図１５に示す例では１１９．５ｍの位置に大きなピークが発生している。しかし、敷設データには１１９．５ｍ±２ｍの位置に光ファイバ接続部のデータはない。従って、ステップＳ１７において、データ処理装置３０は、１１９．５ｍに位置するピークは外力の印加による伝送損失として記憶する。
その後、ステップＳ１７からステップＳ１８に移行し、データ処理装置３０は兆候分析を行う。例えば、データ処理装置３０は、外力の印加による伝送損失量（例えば図１３の検出信号の大きさ）を過去のデータを比較する。そして、伝送損失量が過去の異常のないときと同じであれば、異常はないとして処理を終了する。
しかし、外力の印加による伝送損失量が過去の異常のないときの伝送損失量に比べて大きく異なる場合、放置すれば重大事故につながるおそれがある。この場合、データ処理装置３０は、異常を示す警報を発生するなどの処理を行う。なお、外力の印加による伝送損失量が予め設定された範囲から外れる場合に、警報を発生するようにしてもよい。
本実施形態では、後方散乱光の強度分布を２階微分する方法（図４参照）に比べて３倍以上の感度が得られる。このため、本実施形態によれば、化学プラント、製油工場及び火力発電所等の施設で発生する異常を初期段階で検知することができ、重大事故を未然に防ぐことができるという効果を奏する。
以下、ステップＳ１５において行う後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の位相の判定方法の一例について、図１６に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ２１において、データ処理装置３０は、後方散乱光ＮＴＳ１,ＮＴＳ２の強度分布に対し微分系のＦＩＲフィルタを作用（convolution：畳み込み）させる。後方散乱光ＮＴＳ１,ＮＴＳ２の強度分布に対し微分系のＦＩＲフィルタを作用させると、ノイズが少なく且つ光量の変化に応じたピークを有する関数（グラフ）が得られる。ここでも、微分系のＦＩＲフィルタとして、図１４に示す特性のフィルタを使用する。
以下、後方散乱光ＮＴＳ１の強度分布に対しＦＩＲフィルタを作用させて得た関数をＦＩＲＮＴＳ１と呼び、後方散乱光ＮＴＳ２の強度分布に対しＦＩＲフィルタを作用させて得た関数をＦＩＲＮＴＳ２と呼ぶ。
図１７は、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布と関数ＦＩＲＮＴＳ１，ＦＩＲＮＴＳ２とを併せて示す図である。この図１７に示す例では、関数ＦＩＲＮＴＳ１は約８０ｍ、約１００ｍ、約１２０ｍの位置に正のピークをもち、約９２ｍの位置に負のピークをもつ。また、関数ＦＩＲＮＴＳ２は約１００ｍの位置に正のピークをもち、約８０ｍ、約９２ｍ、約１２０ｍの位置に負のピークをもつ。
次に、ステップＳ２２に移行し、データ処理部３０は、関数ＦＩＲＮＴＳ１，ＦＩＲＮＴＳ２の各ピーク位置で、ピーク値の乗算（掛け算）を行う。その後、ステップＳ２３に移行し、各ピーク位置毎に計算結果が負か否かを判定する。
この計算結果が負であれば、そのピーク位置における後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化は逆位相であるということができる。また、この計算結果が０又は正であれば、そのピーク位置における後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化は同位相であるということができる。
ステップＳ２３で計算結果が負と判定した場合（ＹＥＳの場合）は、ステップＳ２４に移行し、ピーク位置における後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化は逆位相と判定して、図１２のステップＳ１５に戻る。
また、ステップＳ２３で計算結果が０又は正と判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２５に移行し、ピーク位置における後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化は同位相と判定して、図１２のステップＳ１５に戻る。
図１７に示す例では、約８０ｍ及び約１２０ｍの位置で計算結果が負の値となり、約９２ｍ及び約１００ｍの位置で正の値となる。つまり、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の光量の変化は、約８０ｍ及び約１２０ｍの位置では逆位相であり、約９２ｍ及び約１００ｍの位置では同位相であることがわかる。
以下、光ファイバにより応力の測定が可能であることを確かめた実験及びその結果について説明する。
図１８に示すように、半径が光ファイバ２６の最小許容曲げ半径よりも大きい３個の円形ボビン３１ａ，３１ｂ，３２を用意した。そして、ボビン３１ａ，３１ｂを支持体（図示せず）に固定し、ボビン３１ａ，３１ｂ間に光ファイバ２６を垂らして、その中央にボビン３２を配置した。
ボビン３２にバネばかり（図示せず）を取り付け、バネばかりを介してボビン３２を下方に引っ張ることで、ボビン３１ａ，３１ｂ間の光ファイバ２６に所望の引張り応力を印加できるようにした。また、光ファイバ２６とボビン３１ａ，３１ｂとはテープで接合し、引張り応力がボビン３１ａ，３１ｂ間の光ファイバ２６のみに印加されるようにした。
光ファイバ２６の両端を光検出器２０（図５参照）に接続して後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２の強度分布を測定し、データ処理装置３０（図５参照）によりデータ処理して規格化後方散乱変動及びＦＩＲ処理後の規格化後方散乱変動を得た。なお、規格化後方散乱変動を得る際に、ＮＴＳ１（Ｌ），ＮＴＳ２（Ｌ）が逆位相となることを確認した。
図１９（ａ）～（ｃ）は、横軸に光ファイバの位置をとり、縦軸に温度及びＦＩＲフィルタ処理後の規格化後方散乱変動のピーク高さ、すなわち検出信号をとって、それらの関係を示す図である。また、図２０は、横軸に引張り応力をとり、縦軸にＦＩＲフィルタ処理後の規格化後方散乱変動のピーク高さをとって、両者の関係を示す図である。
図１９（ａ）はボビン３２に中程度の引張り応力を印加したときのグラフであり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のときの２倍の引張り応力を印加したときのグラフであり、図１９（ｃ）は図１９（ａ）のときの２．８倍の引張り応力を印加したときのグラフである。図１９（ａ）～（ｃ）において、９８ｍ付近のピークが引張り応力によるものである。
図１９（ａ）～（ｃ）から、光ファイバ２６に印加された引張り応力の強さに応じて検出信号が変化することがわかる。また、図２０から、引張り応力に対して検出信号のピーク高さは二次関数的に変化していることがわかる。
図２１は、本実施形態に係る異常検知システムを適用した化学プラント監視システムの一例を示すブロック図である。
図２１に例示する化学プラント監視システムは、化学反応塔４１及び配管４２の異常の有無を監視する異常検知システム４０と、化学プラント全体の状態監視と制御とを行う監視制御システム５０とを有する。
この図２１に示す例では、光ファイバ２６を化学反応塔４１の外面と、その化学反応塔４１に接続した配管４２とに敷設し、光ファイバ２６と、光検出装置２０と、データ処理装置３０とにより異常検知システム４０を構築している。
この異常検知システム４０は、光ファイバ２６の伝送損失の履歴を更新していくことで、配管４２の変形、継ぎ手部での折れ、及び化学反応塔４１の運転状態の不具合による異常な膨張又は収縮等を検知する。そして、この異常検知システム４０は、データ処理装置３０により異常を検知すると、監視警報灯４４又はブザー等を作動させて、オペレータに異常を知らせる。
なお、図２１に示す例では、光検出装置２０として温度分布測定装置（ＤＴＳ）を使用しており、光ファイバ２６の長さ方向の温度分布を測定することができる。予め設定された区画の温度データは、外部接点４３を介してＩ／Ｏ機器５３に送られ、例えば電磁バルブ５４等の開閉制御に使用される。
異常検知システム４０は、伝送制御ＬＡＮ５５を介して監視制御システム５０に接続されている。監視制御システム５０は、伝送制御ＬＡＮ５５を介してＩ／Ｏ機器５３及び異常検知システム４０等の状態を監視する監視制御サーバ５１と、マンマシンＬＡＮ５６を介して監視制御サーバ５１に接続された監視操作卓５２とにより構成されている。監視操作卓５２によりプラント内の各所の状態を監視できるとともに、Ｉ／Ｏ機器５３を介して電磁バルブ５４等を操作することができる。
この図２１に示す例では、異常検知システム４０は監視制御システム５０に接続されているものの、ローカルシステムとして独立して構成されている。これは、何らかの原因で異常検知システム４０が停止しても、他の部分に影響を与えないようにするためである。
以下、開示した技術の利用可能性について説明する。
（利用可能性１）
図２２（ａ）～（ｄ）は、実施形態で説明した異常検知システムを図１に示したような配管接続部の異常検知に適用した事例を示している。
図２２（ａ）～（ｄ）は、実施形態で説明した異常検知システムを図１に示したような配管接続部の異常検知に適用した事例を示している。
図２２（ａ）のように、プラント運用中は、主配管６１内を高温の液体又はガスが流れているものとする。この場合、プラント運用中は主配管６１が膨張し、プラントが停止しているときには主配管６１が収縮する。データ処理装置３０には、プラント運用中及び停止中における光ファイバ２６の損失量を記憶しておく。
なお、図２２（ａ）～（ｄ）において、６４は光ファイバ２６を固定するテープであり、６５は主配管６１の周囲に配置された断熱材及び保護管を示している。
図２２（ｂ）のように、例えばプラントの停止にともなって主配管６１と枝配管６２との接合溶接部の金属疲労が発生した場合、図２２（ｃ）のように次に運用したときには通常よりも枝配管５２が外に押し出される。そして、図２２（ｄ）のように、次に停止状態になると、押し出された枝配管６２が戻りきらずに光ファイバ２６が引張られ、異常検知システムにより異常が検知される。
このように、プラント等において配管接続部の異常を初期段階で検知することにより、重大事故の発生が回避される。
図２３は、異常検知システムの警報の発生を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ３１でしきい値以上のピーク（図１５参照）を検出すると、ステップＳ３２に移行してピーク箇所が前回と違う箇所か否かを判定する。ステップＳ３２でピーク箇所が前回と同じ場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３３に移行し、ピーク箇所が前回と同じでない場合（ＮＯの場合）はステップＳ３７に移行する。
ステップＳ３３では、後方散乱光ＮＴＳ１，ＮＴＳ２が逆位相か否かを判定する。逆位相の場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３４に移行し、同位相の場合（ＮＯの場合）はステップＳ３６に移行する。
ステップＳ３３からステップＳ３４に移行した場合は、ピークの位置と大きさを保存する。そして、ステップＳ３５に移行し、赤色灯を点灯する。この赤色灯の点灯は、外力による損失異常を示す。
一方、ステップＳ３３からステップＳ３６に移行した場合は、黄色灯を点灯する。この黄色灯の点灯は、未登録の融着接続点などがあることを示す。
ステップＳ３２からステップＳ３７に移行した場合は、ピーク位置が敷設データに未登録か否かを判定する。未登録の場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３８に移行し、登録済みの場合（ＮＯの場合）はステップＳ４１に移行する。
ステップＳ３７からステップＳ３８に移行した場合は、過去データと有意の差があるか否かを判定する。有意の差があると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ３９に移行して赤色灯を点灯する。この赤色灯の点灯は、損失の拡大を示す。
また、ステップＳ３８で過去データと有意の差がないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ４０に移行して黄色灯を点灯する。この黄色灯の点灯は、損失の残存を示す。
ステップＳ３７からステップＳ４１に移行した場合も、過去データと有意の差があるか否かを判定する。ここで、有意の差があると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ４２に移行して黄色灯を点灯する。この黄色灯の点灯は、コネクタ又は光ファイバの融着箇所の接続状態が悪化したことを示す。
一方、ステップＳ４１で有意の差がないと判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ４３に移行して緑色灯を点灯する。この緑色灯の点灯は、ピークがコネクタ等によるものであり、異常がないことを示す。
この図２３に示す例では、光ファイバの微細な伝送損失の変化を捉えてそれが外力によるものか、コネクタや融着によるものかの区分けができる。そして、設定したしきい値を超えた伝送損失を逐次データとして登録しておき、次回以降のデータ収集時の監視警告灯の表示レベルの指示判定に用いる。これにより、例えば地震等が発生した後に配管に大きなずれが生じていないかなどのヘルスチェック機能としても使用可能である。
（利用可能性２）
図２４は、実施形態で説明した異常検知システムを、ビニールハウス内での高級果物の栽培及び盗難防止に適用した事例を示す。
図２４は、実施形態で説明した異常検知システムを、ビニールハウス内での高級果物の栽培及び盗難防止に適用した事例を示す。
ここでは、クラウンメロンのハウス栽培において、土中温度、周囲環境温度、及び果物の温度を、温度分布測定装置（ＤＴＳ）により測定し、その測定結果に基づいてハウス内の温度を管理しているものとする。また、ここでは、温度分布測定装置を図５の光検出装置２０としても使用し、データ処理装置３０に接続して異常の検知にも使用しているものとする。
例えば盗難者がメロン７０を盗難しようとする場合、メロン７０に巻きつけられた光ファイバ２６を解こうとする。盗難者が慎重に作業をすれば光ファイバ２６を切断することは無いが、光ファイバ２６を解こうとすると微小伝送損失の発生は避けられない。これにより、異常検知システムにおいて、異常を検知することができる。
異常検知システムが異常を検知すると、パトランプの点灯や警報ブザーの始動と共に管理者に異常の発生が通知される。これにより、甚大な被害を抑えることができる。
（その他の利用可能性）
鉄道の鉄橋等の橋梁に光ファイバを取り付け、開示した異常検知システムにより橋梁の異常を検知することができる。これにより、例えば地震が発生したときに橋梁の異常の有無を判定したり、メンテナンスの時期を見積もることができる。
鉄道の鉄橋等の橋梁に光ファイバを取り付け、開示した異常検知システムにより橋梁の異常を検知することができる。これにより、例えば地震が発生したときに橋梁の異常の有無を判定したり、メンテナンスの時期を見積もることができる。
Claims (21)
- 光ファイバと、
前記光ファイバの一端側及び他端側に接続され、前記一端側から前記光ファイバに光を入射して後方散乱光の第１の強度分布を取得し、前記他端側から前記光ファイバに光を入射して後方散乱光の第２の強度分布を取得する後方散乱光検出部と、
前記第１の強度分布及び前記第２の強度分布と規格化関数とを用いて前記光ファイバの長さ方向の各位置で伝送損失を計算し、その計算結果から異常の有無を判定するデータ処理部と
を有することを特徴とする異常検知システム。 - 前記規格化関数が、前記光ファイバの任意の位置Ｌにおける前記第１の強度分布の強度をＫ１・ａ（但し、ａは前記第１の強度分布にピークがないと仮定したときの位置Ｌにおける強度）とし、前記第２の強度分布の強度をＫ２・ｂ（但し、ｂは前記第２の強度分布にピークがないと仮定したときの位置Ｌにおける強度）としたときに、（１）Ｋ１＝Ｋ２のときには一定値となり、（２）Ｋ１≠Ｋ２のときには前記一定値と異なる値となり、
前記第１の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ１（Ｌ）、前記第２の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ２（Ｌ）としたときに、（３）ＮＴＳ１（Ｌ）／ＮＴＳ２（Ｌ）を横軸（対数軸）としたときにＮＴＳ１（Ｌ）／ＮＴＳ２（Ｌ）＝１を中心軸とする偶関数であり、（４）ＮＴＳ１（Ｌ）＝ＮＴＳ２（Ｌ）のときには最大値又は最小値をとり、どちらかが限りなくゼロに近づいても有限の値をもつ、という条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の異常検知システム。 - 前記関数ＮＴＳ１（Ｌ）及び前記関数ＮＴＳ２（Ｌ）は、測定時のレーザ光の光量を用いて規格化されていることを特徴とする請求項２に記載の異常検知システム。
- 前記後方散乱光検出部が、温度分布測定装置（Distributed Temperature Sensor）又は光パルス検出器（Optical Time Domain Reflectmeter）であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異常検知システム。
- 前記データ処理部は、前記関数ＮＴＳ１（Ｌ）及び前記関数ＮＴＳ２（Ｌ）を前記規格化関数に入力して得た規格化後方散乱変動に対し微分系の第１のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させた後にその絶対値をとって得た分布から、しきい値よりも大きな極大値のピークを抽出することを特徴とする請求項２に記載の異常検知システム。
- 前記データ処理部は、前記関数ＮＴＳ１（Ｌ）及び前記関数ＮＴＳ２（Ｌ）に対して微分系の第２のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させて得た結果同士の積が負の箇所を抽出することを特徴とする請求項５に記載の異常検知システム。
- 前記第１のＦＩＲフィルタと前記第２のＦＩＲフィルタが同一であることを特徴とする請求項６に記載の異常検知システム。
- 前記データ処理部は、敷設データに記録された光ファイバ接続部と前記負の箇所とを照合し、その結果に基づいて前記負の箇所が光ファイバ接続部か、前記光ファイバに応力が印加された箇所かを判定することを特徴とする請求項６に記載の異常検知システム。
- 前記規格化関数が、前記第１の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ１（Ｌ）、前記第２の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ２（Ｌ）としたときに、下記式で表わされることを特徴とする請求項１に記載の異常検知システム。
- 前記規格化関数が、前記第１の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ１（Ｌ）、前記第２の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ２（Ｌ）としたときに、下記式で表わされることを特徴とする請求項１に記載の異常検知システム。
- 前記データ処理部は、抽出後の前記しきい値よりも大きなピークのピーク高さから前記光ファイバに印加された応力を推定することを特徴とする請求項５に記載の異常検知システム。
- 前記データ処理部は、抽出後の前記しきい値よりも大きなピークのピーク高さを過去のデータと比較し、その結果に応じて異常か否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の異常検知システム。
- 光ファイバの一端側から光を入射して後方散乱光の第１の強度分布を取得し、前記光ファイバの他端側から光を入射して後方散乱光の第２の強度分布を取得する工程と、
前記第１の強度分布及び前記第２の強度分布と規格化関数とを用いて前記光ファイバの長さ方向の各位置で伝送損失を計算し、その計算結果から異常の有無を判定する工程と
を有することを特徴とする異常検知方法。 - 前記規格化関数が、前記光ファイバの任意の位置Ｌにおける前記第１の強度分布の強度をＫ１・ａ（但し、ａは前記第１の強度分布にピークがないと仮定したときの位置Ｌにおける強度）とし、前記第２の強度分布の強度をＫ２・ｂ（但し、ｂは前記第２の強度分布にピークがないと仮定したときの位置Ｌにおける強度）としたときに、（１）Ｋ１＝Ｋ２のときには一定値となり、（２）Ｋ１≠Ｋ２のときには前記一定値と異なる値となり、
前記第１の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ１（Ｌ）、前記第２の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ２（Ｌ）としたときに、（３）ＮＴＳ１（Ｌ）／ＮＴＳ２（Ｌ）を横軸（対数軸）としたときにＮＴＳ１（Ｌ）／ＮＴＳ２（Ｌ）＝１を中心軸とする偶関数であり、（４）ＮＴＳ１（Ｌ）＝ＮＴＳ２（Ｌ）のときには最大値又は最小値をとり、どちらかが限りなくゼロに近づいても有限の値をもつ、という条件を満足することを特徴とする請求項１３に記載の異常検知方法。 - 前記第１の強度分布及び前記第２の強度分布は、光パルス検出器（Optical Time Domain Reflectmeter：ＯＴＤＲ）又は温度分布測定装置（Distributed Temperature Sensor：ＤＴＳ）を用いて取得することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の異常検知方法。
- 前記関数ＮＴＳ１（Ｌ）は前記第１の強度分布を前記第１の強度分布測定時のレーザ光の光量を用いて規格化したものであり、前記関数ＮＴＳ２（Ｌ）は前記第２の強度分布を前記第２の強度分布測定時のレーザ光の光量を用いて規格化したものであることを特徴とする請求項１５に記載の異常検知方法。
- 前記異常の有無を判定する工程は、
前記関数ＮＴＳ１（Ｌ）及び前記関数ＮＴＳ２（Ｌ）を前記規格化関数に入力して得た規格化後方散乱変動に対し微分系の第１のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させた後にその絶対値をとって得た分布から、しきい値よりも大きな極大値のピークを抽出する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の異常検知方法。 - 前記異常の有無を判定する工程は、
前記関数ＮＴＳ１（Ｌ）及び前記関数ＮＴＳ２（Ｌ）に対して微分系の第２のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを作用させて得た結果同士の積が負の箇所を抽出する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の異常検知方法。 - 前記異常の有無を判定する工程は、
敷設データに記録された光ファイバ接続部と前記負の箇所とを照合し、その結果に基づいて前記負の箇所が光ファイバ接続部か、前記光ファイバに応力が印加された箇所かを判定する工程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の異常検知方法。 - 前記規格化関数が、前記第１の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ１（Ｌ）、前記第２の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ２（Ｌ）としたときに、下記式で表わされることを特徴とする請求項１３に記載の異常検知方法。
- 前記規格化関数が、前記第１の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ１（Ｌ）、前記第２の強度分布を規格化した関数をＮＴＳ２（Ｌ）としたときに、下記式で表わされることを特徴とする請求項１３に記載の異常検知システム。
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