WO2020178976A1 - センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法 - Google Patents

センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020178976A1
WO2020178976A1 PCT/JP2019/008579 JP2019008579W WO2020178976A1 WO 2020178976 A1 WO2020178976 A1 WO 2020178976A1 JP 2019008579 W JP2019008579 W JP 2019008579W WO 2020178976 A1 WO2020178976 A1 WO 2020178976A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor signal
optical fiber
fluctuation amount
signal processing
optical
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/008579
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智之 樋野
聡寛 田中
Original Assignee
日本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
Priority to JP2021503307A priority Critical patent/JP7173276B2/ja
Priority to PCT/JP2019/008579 priority patent/WO2020178976A1/ja
Priority to US17/417,198 priority patent/US20220057255A1/en
Publication of WO2020178976A1 publication Critical patent/WO2020178976A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
    • G01D5/35354—Sensor working in reflection
    • G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
    • G01D5/35361—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using elastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Rayleigh backscattering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2537—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to scattering processes, e.g. Raman or Brillouin scattering

Definitions

  • the present invention relates to a sensor signal processing device and a sensor signal processing method, and particularly to a sensor signal processing device and a sensor signal processing method used for an optical fiber sensor.
  • Optical fiber sensors are widely used for applications such as maintenance of communication optical fibers and abnormality diagnosis of infrastructure.
  • the OTDR method is a method in which an optical pulse is sent from one end of an optical fiber and the intensity change of the backscattered light returning in the optical fiber in the direction opposite to the direction in which the optical pulse is sent is measured.
  • the light intensity of the backscattered light increases at the place where there is an abnormal loss at the connection point of the optical fiber such as the optical connector.
  • the abnormal portion can be specified by calculating the propagation time from the transmission of the light pulse to the measurement of the backscattered light.
  • the BOTDR Bacillouin Optical Time Domain Reflectometry
  • the BOTDR method transmits an optical pulse from one end of the optical fiber like the OTDR method described above, but the type of backscattered light to be measured is different from that of the OTDR method.
  • backscattered light called Brillouin scattered light is measured. Since this Brillouin scattered light has a property of causing a frequency shift when distortion or the like is applied to the optical fiber, it is possible to determine whether or not the fiber is distorted by measuring the amount of this frequency shift.
  • optical fiber sensors are widely applied for the purpose of detecting abnormalities at optical fiber connection points and measuring strain applied to optical fibers.
  • Patent Document 1 describes an example of an optical fiber sensor that detects mechanical vibration applied to an optical fiber and detects an abnormality such as an intruder or a broken pipeline.
  • the optical fiber vibration sensor 1 described in Patent Document 1 includes an optical fiber 2, a light source 3 that emits pulsed light, a receiver 4, a coupler 5, and a polarization beam splitter 6 provided between the coupler 5 and the receiver 4. And a polarization combiner 7 and a signal processing circuit 8.
  • the optical fiber 2 is arranged along the structure (fence, pipeline, etc.) that detects vibration as the sensor cable 9.
  • the signal processing circuit 8 includes a first vibration detector 8a and a second vibration detector 8b.
  • the first vibration detection unit 8a detects the light intensity of the interference light from the output of the receiver 4, and detects the vibration applied to the optical fiber 2 by the fluctuation of the light intensity of the interference light.
  • the second vibration detector 8b is configured to detect the light intensities of the two linearly polarized lights and detect the vibration based on the light intensities of the two linearly polarized lights.
  • the characteristic of the optical fiber sensor is its continuity.
  • application to new applications is expected. For example, using optical fiber cables that have already been installed along highways and train tracks, etc., to detect vibration and sound, and to grasp the position information of moving objects and the deterioration state of structures, etc. Is expected.
  • the installed optical fiber cables have various installation states in the structure of the optical fiber cable. Therefore, the strength of the sensor signal output from the optical fiber fluctuates greatly depending on the installation state. For example, the sensor performance for detecting vibration differs between "a place where the optical fiber cable is fixed to the structure" and "a place where the optical fiber cable is separated from the structure".
  • the optical fiber sensor there is a problem that the sensor signal obtained differs depending on the installation condition of the optical fiber to be the sensor in the observation target, and accurate measurement is difficult.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem that, in an optical fiber sensor, the sensor signal obtained differs depending on the installation condition of the optical fiber as a sensor in an observation target, and accurate measurement is difficult. It is an object of the present invention to provide a sensor signal processing apparatus and a sensor signal processing method.
  • the sensor signal processing device of the present invention receives a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating in an optical fiber, and calculates a fluctuation amount of the sensor signal from a reference value, and a fluctuation amount within a predetermined time. And a standardization processing unit that calculates a standardized variation amount.
  • the sensor signal processing method of the present invention receives a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating in an optical fiber, calculates a fluctuation amount from a reference value of the sensor signal, standardizes the fluctuation amount within a predetermined time, and standardizes. Calculate the amount of variability.
  • the computer-readable recording medium of the present invention defines a computer as a fluctuation amount calculation means for receiving a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating in an optical fiber and calculating a fluctuation amount from a reference value of the sensor signal.
  • a program for normalizing the fluctuation amount within time and for functioning as standardization processing means for calculating the standardized fluctuation amount is recorded.
  • the sensor signal processing device and the sensor signal processing method of the present invention accurate measurement is possible in the optical fiber sensor regardless of the installation status of the optical fiber as the sensor in the observation target.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sensor signal processing device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the sensor signal processing device 10 has a fluctuation amount calculation means 11 and a normalization processing means 12.
  • the fluctuation amount calculation means 11 receives a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating in an optical fiber, and calculates a fluctuation amount from a reference value of the sensor signal.
  • the normalization processing means 12 normalizes the fluctuation amount within a predetermined time and calculates the standardized fluctuation amount.
  • the sensor signal processing device 10 is configured to standardize the variation amount of the sensor signal from the reference value and calculate the standardized variation amount. Therefore, by using the sensor signal processing device 10 according to the present embodiment, accurate measurement can be performed in the optical fiber sensor regardless of the installation status of the optical fiber to be the sensor in the observation target.
  • the standardization processing means 12 can be configured to standardize by dividing the fluctuation amount by the maximum value of the fluctuation amount within a predetermined time. Further, the normalization processing means 12 may be configured to standardize by dividing the variation amount by the average value of the variation amounts within a predetermined time.
  • the sensor signal processing device 10 may be configured to further include a generation region estimation unit that estimates a region in which the environment of the optical fiber has changed from the difference between the transmission time of the optical pulse and the reception time of the scattered light of the optical pulse. ..
  • the sensor signal received by the fluctuation amount calculating means 11 included in the sensor signal processing device 10 can be a signal based on scattered light when the optical fiber is laid along the road.
  • the sensor signal may be a signal based on scattered light when an optical fiber is laid along the line.
  • this sensor signal may be a signal based on scattered light when an optical fiber is laid in a building.
  • a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating in an optical fiber is accepted, and a variation amount of the sensor signal from a reference value is calculated. Then, the fluctuation amount within the predetermined time is standardized, and the standardized fluctuation amount is calculated.
  • the sensor signal processing method further includes a process of estimating a region in which the environment of the optical fiber has changed from the difference between the transmission time of the optical pulse and the reception time of the scattered light of the optical pulse. Good.
  • the calculation of the above-mentioned normalized fluctuation amount can be standardized by dividing the fluctuation amount by the maximum value of the fluctuation amount within a predetermined time. Further, the calculation of the standardized fluctuation amount can be standardized by dividing the fluctuation amount by the average value of the fluctuation amounts within a predetermined time.
  • the computer may be made to perform each of the above steps. That is, it is possible to use a program for causing a computer to function as a fluctuation amount calculating means and a normalization processing means, and a computer-readable recording medium recording this program.
  • the fluctuation amount calculation means receives the sensor signal based on the scattered light of the optical pulse propagating through the optical fiber, and calculates the fluctuation amount of the sensor signal from the reference value.
  • the normalization processing means normalizes the variation amount within a predetermined time and calculates the standardization variation amount.
  • the sensor signal processing device 10 As described above, according to the sensor signal processing device 10, the sensor signal processing method, the program, and the computer-readable recording medium in which the program is recorded according to the present embodiment, in the optical fiber sensor, the optical fiber serving as the sensor is Accurate measurement is possible regardless of the installation status on the observation target.
  • FIG. 2 shows the configuration of the optical fiber sensor device 100 according to the present embodiment.
  • the optical fiber sensor device 100 is used by connecting to an optical fiber cable 1000 which is a sensor installed in an observation target, and detects environmental changes such as distortion, temperature, vibration, and sound in the observation target.
  • the optical fiber cable 1000 has a characteristic that the intensity and frequency of scattered light of propagating light change due to environmental changes such as strain, temperature, vibration, and sound.
  • a material capable of transmitting light such as quartz glass or plastic formed in a fiber shape, is used, and a two-layer structure including a core in a central portion and a clad that surrounds the core is formed. What was done can be used.
  • the optical fiber cable 1000 is connected to an observation target that is a target for detecting environmental changes such as strain, temperature, vibration, and sound, or is arranged along the observation target.
  • an observation target that is a target for detecting environmental changes such as strain, temperature, vibration, and sound
  • it can be connected to a communication optical fiber cable that is a target for detecting an abnormal loss at a connection point, or can be arranged outside equipment or the like that is a target for detecting an abnormality.
  • vibration of a vehicle (moving body) running on an expressway is detected by connecting to an optical fiber cable 1000 for communication use arranged along the expressway will be described as an example.
  • the optical fiber sensor device 100 has an optical fiber 101, one end of which is connected to an optical fiber cable 1000 installed on an observation target, and a device body 102.
  • the other end of the optical fiber 101 is connected to the optical circulator 103 included in the apparatus main body 102.
  • the device body 102 includes a sensor unit 104 that continuously senses the movement of a moving body and an analysis unit 105 that analyzes data acquired by the sensor unit 104.
  • the sensor unit 104 includes an optical circulator 103, a sending unit 106 that generates and sends an optical pulse signal, a light receiving unit 107 that receives scattered light of the optical pulse signal, and a sending unit 106 and a control unit 108 that controls the light receiving unit 107.
  • the sending unit 106 includes a light source unit 109 including a light emitting element and a drive circuit thereof, and an optical modulator 110.
  • a laser diode LD: Laser Diode
  • the drive circuit is a circuit for driving the light emitting element, and drives the light emitting element under the control of the control unit 108 such that the light source unit 109 outputs an optical pulse signal having a constant cycle (pulse width).
  • the light modulator 110 modulates the optical pulse signal output from the light source unit 109. That is, the optical modulator 110 intensity-modulates a pulse-shaped optical carrier at a high frequency (for example, several hundred megahertz) by using an acoustooptic device.
  • a high frequency for example, several hundred megahertz
  • the control unit 108 can change the wavelength, frequency, intensity, phase, etc. of the transmitted light by controlling the light source unit 109 and the light modulator 110.
  • the optical pulse signal modulated by the optical modulator 110 is output to the optical fiber cable 1000 via the circulator 103 and the optical fiber 101.
  • the circulator 103 enters the optical pulse signal output from the optical modulator 110 into the optical fiber 101, and receives the backscattered light of the optical pulse signal from the optical fiber cable 1000 returning through the optical fiber 101, in the light receiving unit. It outputs to the photodetector 111 with which 107 is equipped.
  • the light receiving unit 107 receives the backscattered light.
  • the light receiving unit 107 includes a photodetector 111 and a digital signal processing circuit 112.
  • the photodetector 111 converts the received backscattered light into an analog electrical signal.
  • a photodetector for example, a photodetector (PD: Photo Detector) can be used.
  • the scattered light returning at the same time interferes with the light receiving unit 107, which causes the light intensity to fluctuate.
  • the optical fiber cable 1000 receives an environmental change such as vibration, the strain of the optical fiber cable 1000 changes, and the phase of the high frequency wave that modulates the optical pulse signal changes. Therefore, the interference state of the scattered light in the light receiving unit 107 changes according to the environmental change such as the vibration received by the optical fiber cable 1000, and the fluctuation amount of the light intensity changes accordingly.
  • the photodetector 111 outputs an analog electric signal to the digital signal processing circuit 112.
  • the digital signal processing circuit 112 converts this analog electric signal into a digital signal.
  • a semiconductor integrated circuit device can be used for the digital signal processing circuit 112.
  • the digital signal processing circuit 112 outputs the converted digital signal (sensor signal) to the analysis unit 105.
  • the control unit 108 controls the sending unit 106 that generates an optical pulse signal and the light receiving unit 107 that receives scattered light due to the optical pulse signal.
  • the control unit 108 controls the transmission unit 106 and the light receiving unit 107 to be synchronized with each other. That is, the control unit 108 synchronizes the sending timing at which the sending unit 106 sends the optical pulse signal with the detection timing at which the light receiving unit 107 detects the backscattered light. Further, the control unit 108 controls the sampling interval in the light receiving unit 107 to be shorter than the pulse width of the optical pulse signal.
  • the analysis unit 105 analyzes the digital signal (sensor signal) acquired from the sensor unit 104.
  • the analysis unit 105 includes a vibration detection unit 113 that determines a vibration based on a state change of received scattered light, and a normalization processing unit (normalization processing unit) that suppresses fluctuations in sensor signal intensity depending on the installation state of the optical fiber cable 1000. 114 and an output unit 119.
  • the vibration detection unit 113 includes a parallel processing unit 115, an integration unit 116, a fluctuation amount calculation unit (variation amount calculation means) 117, and a generation area estimation unit (generation area estimation means) 118.
  • the normalization processing unit (normalization processing unit) 114 and the variation amount calculation unit (variation amount calculation unit) 117 configure the sensor signal processing device 10 according to the first embodiment.
  • the parallel processing unit 115 processes the sensor signal obtained by sampling at the specific frequency in the digital signal processing circuit 112 in parallel at each sampling time.
  • the sensor signal is a digital signal based on the backscattered light from the optical fiber cable 1000 by the optical pulse signal.
  • the period of parallel processing in the parallel processing unit 115 corresponds to the round-trip time in which the optical pulse signal reaches the longest measurement point of the optical fiber cable 1000 and returns. That is, the time required for the optical pulse signal to be sent from the sending unit 106 to reach the longest measuring point of the optical fiber cable 1000 and for the backscattered light from the longest measuring point to return to the light receiving unit 107 is parallel processing. It is the minimum period.
  • the sensor signal based on the backscattered light returning from the same place of the optical fiber cable 1000 is always processed in the same processing plane in parallel processing.
  • the sensor signal for each sampling time that is parallel-processed by the parallel processing unit 115 is output to the integrating unit 116.
  • the integrating unit 116 integrates the sensor signals based on the backscattered light processed in parallel by the parallel processing unit 115 for each sampling time within a preset time. Then, the integration unit 116 outputs the sensor signal (integrated data) integrated for each sampling time to the fluctuation amount calculation unit 117.
  • the fluctuation amount calculation unit 117 calculates the fluctuation amount (variation amount integration data) from the reference value of the sensor signal (integration data) integrated for each sampling time in the integration unit 116. Then, the fluctuation amount calculation unit 117 outputs the calculated fluctuation amount for each sampling time to the normalization processing unit 114.
  • the normalization processing unit 114 standardizes the above-described variation amount, that is, the variation amount for each sampling time within a preset time.
  • the normalization can be performed, for example, by dividing each fluctuation amount by the maximum value of the fluctuation amount within a predetermined time. Not limited to this, the normalization processing unit 114 may normalize by dividing each variation amount by the average value of the variation amounts within a predetermined time.
  • the normalization processing unit 114 outputs the standardized fluctuation amount (standardized fluctuation amount) to the output unit 119.
  • the occurrence area estimation unit 118 estimates the area where the environmental change has occurred in the observation target in which the optical fiber cable 1000 is installed. Specifically, the generation area estimation unit 118 estimates the area where the change in the environment of the optical fiber cable 1000 has occurred from the difference between the transmission time of the optical pulse signal and the reception time of the backscattered light of the optical pulse signal.
  • the output unit 119 outputs information on the normalization fluctuation amount acquired from the normalization processing unit 114 and information on the generation area acquired from the generation area estimation unit 118.
  • the output unit 119 outputs the above information in the form of image display, voice, print, digital signal, and the like.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the analysis unit 105 included in the optical fiber sensor device 100 according to the present embodiment.
  • the photodetector 111 included in the light receiving unit 107 converts the backscattered light into an analog electric signal.
  • the digital signal processing circuit 112 samples this analog electric signal at a specific frequency and converts it into a digital signal (sensor signal) at each sampling time (t1, t2, t3,..., Tn-1, tn). To do.
  • the parallel processing unit 115 included in the vibration detection unit 113 performs parallel processing on the input digital signal (sensor signal) at each sampling time (t1, t2, t3,..., Tn-1, tn) (step). S201).
  • the period of parallel processing corresponds to the round-trip time until the optical pulse signal reaches the longest measurement point of the optical fiber cable 1000 and returns. That is, the optical pulse signal is transmitted from the transmission unit 106 and reaches the longest measurement point (distance corresponding to the sampling time tun) on the optical fiber cable 1000, from which the backscattered light of the optical pulse signal is transmitted to the light receiving unit 107.
  • the time to return is the cycle of parallel processing. Therefore, the sensor signal based on the backscattered light returning from the same position on the optical fiber cable 1000 is always processed in the same processing plane in parallel processing.
  • the integration unit 116 integrates the sensor signals processed in parallel and input for each sampling time within a preset time to generate integration data (step S202).
  • the fluctuation amount calculation unit 117 calculates the fluctuation amount from the reference value for the input integrated data for each sampling time (step S203).
  • the normalization processing unit 114 inputs the variation amount for each sampling time and normalizes the variation amount within a predetermined time (step S204). Specifically, for example, the maximum value of the fluctuation amount within a predetermined time is calculated, and each fluctuation amount is divided by this maximum value to perform normalization.
  • the generation area estimation unit 118 estimates the area where the environment of the optical fiber cable 1000 has changed, from the difference between the transmission time of the optical pulse signal and the reception time of the backscattered light of the optical pulse signal.
  • FIG. 4 shows an example of sensor signal fluctuation amount integration data before the standardization processing by the standardization processing unit 114.
  • FIG. 5 shows an example of the variation amount integration data of the sensor signal after the standardization processing by the standardization processing unit 114.
  • FIGS. 4 and 5 simulates the result of detecting the vibration generated when a moving body (automobile or the like) moves on the road on which the optical fiber cable 1000 is laid.
  • the horizontal axis represents each sampling time within one sampling period
  • the vertical axis represents each time within a predetermined time (13 seconds in the example of the figures).
  • Each sampling time shown on the horizontal axis is synonymous with the distance from the incident end of the optical fiber cable 1000 because the speed of the optical pulse propagating through the optical fiber cable 1000 is known.
  • Each value in both figures shows the amount of fluctuation of the sensor signal based on the backscattered light.
  • the optical fiber sensor device 100 is configured such that the standardization processing unit 114 normalizes the fluctuation amount within a unit time for each sampling time. Specifically, for example, the normalization processing unit 114 calculates the maximum value of the variation amount in a unit time for each sampling time, and divides the value of each variation amount by the calculated maximum value to perform the normalization.
  • FIG. 5 shows the integrated data value of the fluctuation amount after standardization.
  • the optical fiber sensor device 100 of the present embodiment it is possible to accurately measure environmental changes regardless of the installation status of the optical fiber as a sensor in the observation target.
  • FIG. 6 shows the configuration of the optical fiber sensor device 200 according to the present embodiment.
  • the configuration of the sensor unit 204 included in the device main body 202 is different from the configuration of the optical fiber sensor device 100 according to the first embodiment.
  • Other configurations are the same as the configurations of the optical fiber sensor device 100 according to the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the sensor unit 204 includes a sending unit 206, a light receiving unit 207, a control unit 108, and an optical circulator 103.
  • the sending unit 206 generates and sends an optical pulse signal.
  • the sending unit 206 of this embodiment includes an optical coupler (optical branching unit) 211 in the optical path between the light source unit 109 and the optical modulator 110.
  • the light receiving unit 207 is configured to include a coherent optical receiver (coherent optical receiving means) 212 in place of the photodetector 111 included in the optical fiber sensor device 200 according to the first embodiment.
  • the optical coupler (optical branching means) 211 branches the optical pulse sent from the light source unit 109. Then, the optical coupler 211 sends the branched optical pulse that is a part of the optical pulse to the coherent optical receiver 212 included in the light receiving unit 207 through the optical path. Further, the optical coupler 211 sends an optical pulse other than the branched optical pulse to the optical modulator 110.
  • the coherent light receiver (coherent light receiving means) 212 coherently detects the scattered light by interfering with the branched light pulse and converts it into an analog electric signal. According to the coherent detection method, it is possible to measure backscattered light with high sensitivity and low noise by adaptively processing the fluctuation of phase and polarization in the digital signal processing in the subsequent stage.
  • the coherent optical receiver 212 is input with two lights, an optical pulse from the optical coupler 211 and a backscattered light from the circulator 103. Since the transmitted optical pulse is intensity-modulated at a high frequency by the acoustic optical element of the light modulator 110, the frequency shift occurs, so that the frequency shift also occurs in the backward scattered light. Therefore, two lights having different frequencies are simultaneously input to the coherent optical receiver 212.
  • the coherent optical receiver 212 observes the beat frequency component generated by the interference of these two different frequency optical signals (premodulated optical pulse and modulated backscattered light). That is, the coherent optical receiver 212 performs heterodyne detection. In this case, since the high-frequency phase information obtained by modulating the optical pulse signal can be reproduced, it is possible to detect the sound in the surrounding environment of the optical fiber cable 1000.
  • the coherent optical receiver 212 converts this beat frequency component into an analog electric signal and outputs it to the digital signal processing circuit 112.
  • the control unit 108 synchronizes the transmission timing at which the transmission unit 206 transmits the optical pulse signal with the detection timing at which the light receiving unit 207 detects the backscattered light.
  • the configuration and operation of the analysis unit 105 included in the apparatus main body 202 are as described in the second embodiment.
  • the optical fiber sensor device 200 of the present embodiment by adopting the coherent detection method for the light receiving unit 207, it becomes possible to observe backscattered light with high sensitivity and low noise. As a result, according to the optical fiber sensor device 200 of the present embodiment, more accurate measurement of environmental changes becomes possible regardless of the installation status of the optical fiber as a sensor in the observation target.
  • FIG. 7 shows the configuration of the monitoring system 1100 according to this embodiment.
  • the monitoring system 1100 according to the present embodiment has an optical fiber sensor device 300, an image information acquisition unit, and a monitoring unit (not shown).
  • the optical fiber sensor device 300 As the optical fiber sensor device 300, the optical fiber sensor device 100 according to the second embodiment or the optical fiber sensor device 200 according to the third embodiment can be used.
  • the optical fiber sensor device 300 is used by connecting to the optical fiber cable 1000.
  • FIG. 7 shows a case where the optical fiber cable 1000 is laid along a road such as a highway.
  • a newly laid optical fiber cable may be used for the purpose of monitoring, or an existing optical fiber cable for information communication may be used.
  • the image information acquisition means acquires image information of the surrounding environment of the optical fiber cable 1000.
  • FIG. 7 shows a case where a surveillance camera 401 is provided as an example of the image information acquisition means.
  • the monitoring means monitors the surrounding environment of the optical fiber cable 1000 based on the standardized inspection signal acquired from the optical fiber sensor device 300 and the image information acquired from the image information acquisition means.
  • the monitoring system 1100 can be further provided with a vibration sensor 501 that senses vibration at a point position.
  • the monitoring system 1100 it is possible to monitor the surrounding environment by detecting environmental changes such as vibration and sound caused by the running of a vehicle.
  • environmental changes such as vibration and sound caused by the running of a vehicle.
  • the monitoring system 1100 is configured to monitor together with the standardized inspection signal obtained from the optical fiber sensor device 300 used by connecting to the optical fiber cable 1000 laid along the expressway. Therefore, it is possible to continuously and constantly monitor all locations on the highway.
  • existing highway monitoring systems such as the monitoring camera 401 and the point-sensitive vibration sensor 501.
  • the optical fiber sensor device 300 can set the integration time of the sensor signal based on the backscattered light in the integration unit 116 to, for example, 24 hours. Then, the standardization processing unit 114 calculates the maximum value of the fluctuation amount for each sampling frequency with respect to the integrated data acquired in these 24 hours, and standardizes the fluctuation amount using this maximum value. it can.
  • the standardization process performed by the standardization processing unit 114 does not necessarily need to be performed every day, and may be performed regularly. When the weather condition is different, it is desirable to perform the standardization process according to the weather condition.
  • FIG. 8 shows another configuration of the monitoring system according to the present embodiment.
  • the monitoring system 1200 shown in the figure has an optical fiber sensor device 300 used by being connected to an optical fiber cable 1000 laid along a line, and a monitoring camera 402 as an image information acquisition means.
  • an optical fiber cable 1000 an optical fiber cable newly laid for monitoring purposes may be used, or an existing optical fiber cable for information communication may be used.
  • the monitoring system 1200 can be configured to further include, for example, a wireless train position sensor 601 as shown in FIG. That is, the monitoring system 1200 can be used with a train operation monitoring system including a track circuit and a wireless train position sensor 601.
  • the optical fiber sensor device 300 can detect environmental changes such as vibrations and sounds caused by traveling of the train along the track, and thus can complement the existing monitoring system. .. That is, it is possible to monitor information obtained from the optical fiber sensor device 300 that detects vibrations and sounds due to train movement and information obtained from the existing train operation monitoring system in combination. As a result, the movement of the train can be continuously monitored with higher accuracy.
  • FIG. 9 shows yet another configuration of the monitoring system according to the present embodiment.
  • the surveillance system 1300 shown in the figure includes an optical fiber sensor device 300 used by connecting to an optical fiber cable 1000 laid in a building, and a surveillance camera 403 as an image information acquisition means.
  • the case where the optical fiber cable 1000 is installed along the passage under the floor in a building such as a data center is shown as an example.
  • a newly laid optical fiber cable may be used for the purpose of monitoring, or an existing optical fiber cable for information communication in the data center may be used.
  • the entry and exit management system manages the entry and exit of people in the server room, and the movement of people in the server room is tracked by surveillance cameras. In this case, a large number of surveillance cameras are required to monitor the movement of people in all passages in the server room, and the cost thereof is enormous.
  • the optical fiber sensor device 300 can detect an environmental change such as vibration or sound caused by a person walking along the passage. That is, the information obtained from the optical fiber sensor device 300 that detects the vibration and sound caused by walking of a person in the server room and the image information obtained from the surveillance camera 403 can be combined and monitored. As a result, even when the number of surveillance cameras is small, it is possible to continuously and highly accurately trace the movement of a person while walking.
  • observation target is not limited to the above-mentioned moving bodies such as cars, trains, and people, and for example, in order to monitor the deterioration state of the bridge pier, etc. from the change in the vibration state of the vibration data of the bridge pier, etc.
  • a surveillance system according to embodiments may be used.
  • Variation amount calculating means for receiving a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating through an optical fiber and calculating a variation amount of the sensor signal from a reference value, and normalizing the variation amount within a predetermined time.
  • a sensor signal processing device having a standardized processing means for calculating a standardized fluctuation amount.
  • the normalization processing unit normalizes the sensor signal processing by dividing the variation amount by the maximum value of the variation amount within the predetermined time. apparatus.
  • the normalization processing unit normalizes the sensor signal by dividing the variation by the average value of the variation within the predetermined time. apparatus.
  • the sensor signal is a signal based on the scattered light when the optical fiber is laid along a road. Signal processing device.
  • the sensor signal is a signal based on the scattered light when the optical fiber is laid along a line.
  • Signal processing device In the sensor signal processing device according to any one of supplementary notes 1 to 4, the sensor signal is a signal based on the scattered light when the optical fiber is laid along a line. Signal processing device.
  • the sensor signal is a signal based on the scattered light when the optical fiber is laid in a building. apparatus.
  • An optical fiber sensor device comprising: a light receiving processing unit that generates the sensor signal based on the scattered light.
  • the light receiving processing means converts the scattered light into an analog electric signal, and the analog electric signal into a digital signal.
  • An optical fiber sensor device comprising a digital signal processing means, and.
  • the light transmitting means includes a light branching means, the light branching means branches the light pulse, and a branched light pulse which is a part of the light pulse.
  • the light receiving processing means digitally converts the coherent optical receiving means for coherently detecting the converted scattered light into the analog electric signal by interfering the scattered light pulse with the branched electric light pulse, and the analog electric signal.
  • An optical fiber sensor device comprising: a digital signal processing unit for converting the signal into a signal and generating the sensor signal.
  • the optical fiber sensor device according to any one of supplementary notes 8 to 10, an image information acquisition unit that acquires image information of an environment surrounding the optical fiber, the standardized inspection signal, and the image information.
  • a monitoring system having a monitoring means for monitoring the surrounding environment based on the above.
  • a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating through an optical fiber is received, a variation amount from a reference value of the sensor signal is calculated, the variation amount within a predetermined time is standardized, and a normalized variation amount.
  • a sensor signal processing method for calculating is described.
  • the region in which the environmental change of the optical fiber has occurred is estimated from the difference between the transmission time of the optical pulse and the reception time of scattered light of the optical pulse.
  • a sensor signal processing method further comprising processing.
  • a sensor signal processing method including:
  • a sensor signal processing method including:
  • a computer a variation amount calculating means for receiving a sensor signal based on scattered light of an optical pulse propagating through an optical fiber, and calculating a variation amount of the sensor signal from a reference value, and the variation amount within a predetermined time.
  • a computer-readable recording medium in which is recorded a program for functioning as a standardization processing unit that standardizes and calculates a standardized variation amount.
  • the computer is further configured to determine an environment of the optical fiber from a difference between a transmission time of the optical pulse and a reception time of scattered light of the optical pulse.
  • a computer-readable recording medium recording a program for causing it to function as an occurrence area estimation unit that estimates an area where a change has occurred.
  • the normalization processing means normalizes by dividing the fluctuation amount by the maximum value of the fluctuation amount within the predetermined time.
  • a computer-readable recording medium that performs any of the processes of normalizing by dividing the fluctuation amount by the average value of the fluctuation amount within the predetermined time.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

光ファイバセンサにおいては、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況により得られるセンサ信号が異なり、正確な計測が困難であるため、本発明のセンサ信号処理装置は、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、とを有する。

Description

センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法
　本発明は、センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法に関し、特に、光ファイバセンサに用いられるセンサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法に関する。
　光ファイバセンサは、通信用光ファイバの保守やインフラの異常診断などの用途で幅広く導入されている。
　通信用光ファイバの保守を用途とする場合は、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：光時間領域リフレクトメトリ）方式が採用されている。ＯＴＤＲ方式は、光ファイバの一端から光パルスを送出し、光パルスが送出された方向と逆方向に光ファイバ内を戻ってくる後方散乱光の強度変化を測定する方式である。後方散乱光の光強度は、光コネクタなどの光ファイバの接続点で異常な損失がある場合、その場所で増加する。その異常箇所は、光パルスを送出してから後方散乱光を測定するまでの伝搬時間を算出することによって特定することができる。
　また、インフラの異常診断を用途とする場合は、ＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：ブリルアン光時間領域リフレクトメトリ）方式が採用されている。ＢＯＴＤＲ方式は、上述したＯＴＤＲ方式と同様に光ファイバの一端から光パルスを送出するが、測定する後方散乱光の種類がＯＴＤＲ方式と異なる。ＢＯＴＤＲ方式では、ブリルアン散乱光と呼ばれる後方散乱光を測定する。このブリルアン散乱光は光ファイバに歪などが加わると周波数シフトを生じる性質があるため、この周波数シフト量を測定することにより、ファイバに歪が加わったか否かを判別することができる。
　このように、光ファイバセンサは、光ファイバの接続点の異常検出や、光ファイバに加わる歪を測定する目的で幅広く適用されている。
　特許文献１には、光ファイバに加わる機械的な振動を検出し、侵入者やパイプラインの破壊などの異常を検知する光ファイバセンサの一例が記載されている。
　特許文献１に記載された光ファイバ振動センサ１は、光ファイバ２、パルス光を出射する光源３、受光器４、カプラ５、カプラ５と受光器４との間に設けられる偏波ビームスプリッタ６と偏波コンバイナ７、および信号処理回路８を有する。ここで、光ファイバ２は、センサケーブル９として振動を検知する構造体（フェンスやパイプラインなど）に沿って配置される。信号処理回路８は、第１振動検出部８ａと第２振動検出部８ｂを備える。第１振動検出部８ａは、受光器４の出力から干渉光の光強度を検出し、光ファイバ２に加えられた振動を干渉光の光強度の変動により検知する。また、第２振動検出部８ｂは、２つの直線偏光の光強度を検出し、両直線偏光の光強度を基に振動を検知する構成としている。
特開２０１３－１８５９２２号公報
　近年、レーザのスペクトルの狭線幅化や、コヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ：波動が互いに干渉しあう性質）受信方式の進展など、光ネットワーク技術の革新によって、光ファイバセンシング技術にも新しい用途が加わってきた。すなわち、光の位相の状態変化を測定することが可能になったことにより、光ファイバセンサが検出できるパラメータがこれまでの歪や温度だけではなく、振動や音などの環境要素にも拡大してきている。
　さらに、光ファイバセンサの特徴はその連続性にある。つまり、光ファイバケーブルの長手方向のどの位置における環境変化も取得可能であることから、新しいアプリケーションへの適用が期待されている。例えば、高速道路や電車の線路などに沿って既設されている光ファイバケーブルを使用して、振動や音などを検知することによって、移動体の位置情報や構造物の劣化状態を把握することなどが期待されている。
　しかしながら、既に設置されている光ファイバケーブルは、光ファイバケーブルの構造物への設置状態が多様である。そのため、設置状態に依存して、光ファイバから出力されるセンサ信号の強度が大きく変動する。例えば、「光ファイバケーブルが構造物に固定されている場所」と「光ファイバケーブルが構造物から離れている場所」とでは、振動を感知するセンサ性能が異なることになる。
　このように、光ファイバセンサにおいては、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況により得られるセンサ信号が異なり、正確な計測が困難である、という問題があった。
　本発明の目的は、上述した課題である、光ファイバセンサにおいては、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況により得られるセンサ信号が異なり、正確な計測が困難である、という課題を解決するセンサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法を提供することにある。
　本発明のセンサ信号処理装置は、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、とを有する。
　本発明のセンサ信号処理方法は、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、センサ信号の基準値からの変動量を算出し、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する。
　本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、として機能させるためのプログラムを記録している。
　本発明のセンサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法によれば、光ファイバセンサにおいて、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況によらず、正確な計測が可能になる。
本発明の第１の実施形態に係るセンサ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ファイバセンサ装置が備える解析部の動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ファイバセンサ装置が備える規格化処理部の動作を説明するための図であって、規格化処理前における変動量積算データの例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ファイバセンサ装置が備える規格化処理部の動作を説明するための図であって、規格化処理後における変動量積算データの例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光ファイバセンサ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る監視システムの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る監視システムの別の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る監視システムのさらに別の構成を示す図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
　〔第１の実施形態〕
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るセンサ信号処理装置１０の構成を示すブロック図である。センサ信号処理装置１０は、変動量算出手段１１と規格化処理手段１２を有する。
　変動量算出手段１１は、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、センサ信号の基準値からの変動量を算出する。規格化処理手段１２は、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する。
　このように、本実施形態によるセンサ信号処理装置１０は、センサ信号の基準値からの変動量を規格化し、規格化変動量を算出する構成としている。そのため、本実施形態によるセンサ信号処理装置１０を用いることにより、光ファイバセンサにおいて、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況によらず、正確な計測が可能になる。
　ここで、規格化処理手段１２は、所定時間内の変動量の最大値で変動量を除算することにより規格化する構成とすることができる。また、規格化処理手段１２は、所定時間内の変動量の平均値で変動量を除算することにより規格化する構成としてもよい。
　センサ信号処理装置１０は、光パルスの送信時間と、光パルスの散乱光の受信時間の差分から、光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する発生領域推定手段をさらに有する構成としてもよい。
　また、本実施形態によるセンサ信号処理装置１０が備える変動量算出手段１１が受け付けるセンサ信号は、光ファイバが道路に沿って敷設されている場合における散乱光に基づく信号とすることができる。これに限らず、このセンサ信号は、光ファイバが線路に沿って敷設されている場合における散乱光に基づく信号であってもよい。さらに、このセンサ信号は、光ファイバが建屋に敷設されている場合における散乱光に基づく信号であってもよい。
　次に、本実施形態によるセンサ信号処理方法について説明する。
　本実施形態によるセンサ信号処理方法においては、まず、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、このセンサ信号の基準値からの変動量を算出する。そして、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する。
　また、本実施形態によるセンサ信号処理方法において、光パルスの送信時間と、光パルスの散乱光の受信時間の差分から、光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する処理をさらに有することとしてもよい。
　ここで、上述した規格化変動量を算出することは、所定時間内の変動量の最大値で変動量を除算することにより規格化することとすることができる。また、規格化変動量を算出することは、所定時間内の変動量の平均値で変動量を除算することにより規格化することとすることができる。
　また、上述の各ステップをコンピュータに実行させることとしてもよい。すなわち、コンピュータを、変動量算出手段および規格化処理手段として機能させるためのプログラム、およびこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いることができる。ここで、変動量算出手段は、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、センサ信号の基準値からの変動量を算出する。そして、規格化処理手段は、所定時間内の変動量を規格化し、規格化変動量を算出する。
　以上説明したように、本実施形態のセンサ信号処理装置１０、センサ信号処理方法、プログラム、およびこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、光ファイバセンサにおいて、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況によらず、正確な計測が可能になる。
　〔第２の実施形態〕
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２に、本実施形態による光ファイバセンサ装置１００の構成を示す。
　光ファイバセンサ装置１００は、観測対象に設置されたセンサとなる光ファイバケーブル１０００に接続して用いられ、観測対象における歪、温度、振動、および音などの環境変化を検出する。ここで、光ファイバケーブル１０００は、歪、温度、振動、および音などの環境変化によって、伝搬する光の散乱光の強度や周波数が変化する特性を有する。光ファイバケーブル１０００として、例えば、繊維状に形成した石英ガラスやプラスチック等の光を伝送することが可能な物質を用い、中心部のコアと、このコアの周囲を覆うクラッドとの二層構造としたものを用いることができる。
　光ファイバケーブル１０００は、歪、温度、振動、および音などの環境変化を検出する対象となる観測対象に接続されるか、または観測対象に沿って配設される。例えば、接続点の異常な損失を検出する対象となる通信用光ファイバケーブルに接続するか、または異常を検出する対象となる設備等の外側に配設することができる。本実施形態では、高速道路に沿って配設された通信用途の光ファイバケーブル１０００に接続することにより、高速道路上を走る車（移動体）の振動を検知する場合を例として説明する。
　光ファイバセンサ装置１００は、観測対象に設置された光ファイバケーブル１０００に一端が接続される光ファイバ１０１と装置本体１０２とを有する。光ファイバ１０１の他端は、装置本体１０２が備える光サーキュレータ１０３に接続されている。
　装置本体１０２は、移動体の動きを連続的にセンシングするセンサ部１０４と、センサ部１０４で取得したデータを解析する解析部１０５から構成される。
　センサ部１０４は、光サーキュレータ１０３、光パルス信号を生成し送出する送出部１０６、光パルス信号の散乱光を受け付ける受光部１０７、および送出部１０６と受光部１０７を制御する制御部１０８を備える。
　送出部１０６は、発光素子とその駆動回路からなる光源部１０９、および光変調器１１０を備える。発光素子として、コヒーレンス性の高い狭線幅を有するレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。駆動回路は発光素子を駆動する回路であり、制御部１０８からの制御により、光源部１０９から一定の周期（パルス幅）の光パルス信号が出力されるように発光素子を駆動する。
　光変調器１１０は、光源部１０９から出力された光パルス信号を変調する。すなわち、光変調器１１０は、音響光学素子を用いて、パルス形状の光搬送波を高周波（例えば、数百メガヘルツ）で強度変調する。
　制御部１０８は、光源部１０９および光変調器１１０を制御することにより、送出する光の波長、周波数、強度、および位相などを変化させることができる。
　光変調器１１０で変調された光パルス信号は、サーキュレータ１０３および光ファイバ１０１を介して光ファイバケーブル１０００に出力される。サーキュレータ１０３は、光変調器１１０から出力された光パルス信号を光ファイバ１０１に入射し、かつ、光ファイバ１０１を通って戻ってきた光ファイバケーブル１０００による光パルス信号の後方散乱光を、受光部１０７が備える光検出器１１１に向けて出力する。
　受光部１０７は、後方散乱光を受光する。受光部１０７は光検出器１１１とデジタル信号処理回路１１２とを有する。光検出器１１１は受光した後方散乱光をアナログ電気信号に変換する。光検出器１１１には、例えば、フォトディテクタ（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いることができる。
　ここで、後方散乱光は一定のパルス幅を有するので、受光部１０７に同時刻に戻ってくる散乱光同士が干渉し、これにより光強度が変動する。このとき、光ファイバケーブル１０００が振動などの環境変化を受けると光ファイバケーブル１０００の歪が変化し、光パルス信号を変調した高周波の位相が変化する。したがって、光ファイバケーブル１０００が受ける振動などの環境変化に応じて、受光部１０７における散乱光同士の干渉状態が変化し、これにより光強度の変動量が変化することになる。
　光検出器１１１はアナログ電気信号をデジタル信号処理回路１１２に出力する。デジタル信号処理回路１１２は、このアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理回路１１２には、例えば、半導体集積回路装置を用いることができる。デジタル信号処理回路１１２は、変換したデジタル信号（センサ信号）を解析部１０５に出力する。
　制御部１０８は、光パルス信号を生成する送出部１０６と、この光パルス信号による散乱光を受光する受光部１０７をそれぞれ制御する。ここで制御部１０８は、送出部１０６と受光部１０７が同期するように制御する。すなわち、制御部１０８は、送出部１０６が光パルス信号を送出する送出タイミングと、受光部１０７が後方散乱光を検出する検出タイミングを同期させる。また、制御部１０８は、受光部１０７におけるサンプリングの間隔を光パルス信号のパルス幅よりも短くなるように制御する。
　解析部１０５は、センサ部１０４から取得したデジタル信号（センサ信号）を解析する。解析部１０５は、受光した散乱光の状態変化から振動を判定する振動検出部１１３、センサ信号強度の光ファイバケーブル１０００の設置状態に依存した変動を抑制する規格化処理部（規格化処理手段）１１４、および出力部１１９を有する。
　振動検出部１１３は、並列処理部１１５、積算部１１６、変動量算出部（変動量算出手段）１１７、および発生領域推定部（発生領域推定手段）１１８を備える。
　ここで、規格化処理部（規格化処理手段）１１４と変動量算出部（変動量算出手段）１１７が、第１の実施形態によるセンサ信号処理装置１０を構成している。
　並列処理部１１５は、デジタル信号処理回路１１２において特定の周波数でサンプリングすることによって得られたセンサ信号を、サンプリング時間毎に並列処理する。ここでセンサ信号は、光パルス信号による光ファイバケーブル１０００からの後方散乱光に基づくデジタル信号である。並列処理部１１５における並列処理の周期は、光パルス信号が光ファイバケーブル１０００の最長測定点まで到達して戻ってくる往復時間に対応する。つまり、送出部１０６から光パルス信号が送出されて光ファイバケーブル１０００の最長の測定点に到達し、この最長測定点からの後方散乱光が受光部１０７に戻ってくるまでの時間が並列処理の最小周期となる。したがって、光ファイバケーブル１０００の同じ場所から戻ってくる後方散乱光に基づくセンサ信号は、並列処理において常に同じ処理面で処理されることになる。並列処理部１１５において並列処理されたサンプリング時間毎のセンサ信号は、積算部１１６に出力される。
　積算部１１６は、サンプリング時間毎に並列処理部１１５において並列処理された後方散乱光に基づくセンサ信号を、予め設定された時間内で積算する。そして、積算部１１６は、サンプリング時間毎に積算されたセンサ信号（積算データ）を変動量算出部１１７に出力する。
　変動量算出部１１７は、積算部１１６においてサンプリング時間毎に積算されたセンサ信号（積算データ）の基準値からの変動量（変動量積算データ）を算出する。そして変動量算出部１１７は、算出したサンプリング時間毎の変動量を規格化処理部１１４に出力する。
　規格化処理部１１４は、上述した変動量、すなわち予め設定された時間内におけるサンプリング時間毎の変動量を規格化する。規格化は例えば、所定時間内における変動量の最大値で各変動量を除算することにより行うことができる。これに限らず、規格化処理部１１４は、所定時間内における変動量の平均値で各変動量を除算することにより規格化することとしてもよい。規格化処理部１１４は、規格化した変動量（規格化変動量）を出力部１１９に出力する。
　発生領域推定部１１８は、光ファイバケーブル１０００が設置された観測対象における環境変化が発生した領域を推定する。具体的には、発生領域推定部１１８は、光パルス信号の送信時間と、光パルス信号の後方散乱光の受信時間の差分から、光ファイバケーブル１０００の環境の変化が発生した領域を推定する。
　出力部１１９は、規格化処理部１１４から取得した規格化変動量に関する情報、および発生領域推定部１１８から取得した発生領域に関する情報を出力する。出力部１１９は上述の情報を、画像表示、音声、印刷、およびデジタル信号等の形態で出力する。
　次に、光ファイバセンサ装置１００によるファイバセンシングの原理について説明する。
　光パルス信号を光ファイバケーブル１０００に送出すると、光パルス信号が通過する光ファイバケーブル１０００の長手方向の全ての場所から、微弱な後方散乱光が光パルス信号の進行方向とは逆向きに伝搬してくる。後方散乱光には様々な種類があるが、本実施形態においてはレイリー散乱光を検知する場合について説明する。レイリー散乱光は、送出された光パルス信号と同じ周波数成分の散乱光である。
　光ファイバケーブル１０００が設置された環境において振動や音などの環境変化が生じ、このような環境変化が光ファイバケーブル１０００に伝わると、この環境変化が生じた場所から戻ってくる後方散乱光の状態が変化する。具体的には、後方散乱光の強度や、後方散乱光の元となる光パルス信号を変調した高周波の位相が変化する。したがって、このときの強度および位相の変化を感知することによって、光ファイバケーブル１０００が設置された環境に変化が生じたことを検知することができる。また、送出部１０６が光パルス信号を送出してから、強度および位相の変化が生じた後方散乱光を観測するまでの時間を測定することによって、光ファイバケーブル１０００のどの位置で環境変化が生じたのかを算出することができる。これにより、環境変化が発生した場所を特定することができる。
　次に、本実施形態による光ファイバセンサ装置１００が備える解析部１０５の動作について説明する。図３は、本実施形態による光ファイバセンサ装置１００が備える解析部１０５の動作を説明するための図である。
　光ファイバケーブル１０００からの後方散乱光がサーキュレータ１０３を経由して受光部１０７に入力されると、受光部１０７が備える光検出器１１１はこの後方散乱光をアナログ電気信号に変換する。デジタル信号処理回路１１２は、このアナログ電気信号を特定の周波数でサンプリングし、サンプリング時間（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・・・，ｔｎ－１，ｔｎ）毎にデジタル信号（センサ信号）に変換する。
　振動検出部１１３が備える並列処理部１１５は、入力されたデジタル信号（センサ信号）をサンプリング時間（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・・・，ｔｎ－１，ｔｎ）毎に並列処理する（ステップＳ２０１）。ここで、並列処理の周期は、光パルス信号が光ファイバケーブル１０００の最長測定点に到達して戻ってくるまでの往復時間に対応する。つまり、送出部１０６から光パルス信号が送出されて光ファイバケーブル１０００上の最長の測定点（サンプリング時間ｔｎに対応する距離)に到達し、そこから光パルス信号の後方散乱光が受光部１０７に戻ってくるまでの時間が並列処理の周期となる。したがって、光ファイバケーブル１０００上の同一の位置から戻ってくる後方散乱光に基づくセンサ信号は、並列処理において常に同じ処理面で処理されることになる。
　積算部１１６は、並列処理されサンプリング時間毎に入力されるセンサ信号を、予め設定された時間内で積算し積算データを生成する（ステップＳ２０２）。
　変動量算出部１１７は、入力されたサンプリング時間毎の積算データについて、基準値からの変動量を算出する（ステップＳ２０３）。
　規格化処理部１１４は、サンプリング時間毎の変動量を入力し、所定の時間内の変動量を規格化する（ステップＳ２０４）。具体的には例えば、所定時間内の変動量の最大値を算出し、この最大値で各変動量を除算することにより規格化を実行する。
　発生領域推定部１１８は、光パルス信号の送信時間と、光パルス信号の後方散乱光の受信時間の差分から、光ファイバケーブル１０００の環境の変化が発生した領域を推定する。
　次に、規格化処理部１１４の動作について、図４および図５を用いて説明する。
　図４に、規格化処理部１１４による規格化処理前における、センサ信号の変動量積算データの例を示す。また、図５には、規格化処理部１１４による規格化処理後における、センサ信号の変動量積算データの例を示す。図４および図５のいずれも、光ファイバケーブル１０００が敷設された道路を移動体（自動車等）が移動する時に発生する振動を検知した結果を模擬したものである。両図において、横軸は１サンプリング周期内の各サンプリング時間を示し、縦軸は所定時間（図の例では単位時間１３秒）内の各時刻を示す。横軸に示した各サンプリング時間は、光ファイバケーブル１０００を伝播する光パルスの速度がわかっているため、光ファイバケーブル１０００の入射端からの距離と同義である。
　両図における各数値は、後方散乱光に基づくセンサ信号の変動量の大きさを示す。そして、この後方散乱光に基づくセンサ信号の変動量の値が大きいほど、振動の強度が大きいことを意味している。これは、以下の理由による。すなわち、光ファイバケーブル１０００が受ける振動の強度が大きいと、その分、光ファイバケーブル１０００に生じる歪の量が大きくなる。そのため、散乱光の元になる光パルス信号を変調した高周波の位相に変化を与えるので、受光部１０７における光強度の変動量が大きくなるからである。
　図４に示した例では、サンプリング時間ｔ５およびサンプリング時間ｔ６に対応する光ファイバケーブル１０００の位置で大きな振動が観測されている。一方、例えばサンプリング時間ｔ３やサンプリング時間ｔ４に対応する光ファイバケーブル１０００の位置では、同じ移動体が通過しているにも関わらず、変動量の値は小さい。そのため、振動の強度は微弱であるように見える。しかし、これはサンプリング時間ｔ３やサンプリング時間ｔ４に対応する光ファイバケーブル１０００の位置において、光ファイバケーブル１０００の設置状態が不良なためであり、振動を検知する感度が低いことを示している。
　このような状況に対して、本実施形態による光ファイバセンサ装置１００は、規格化処理部１１４がサンプリング時間毎に単位時間内で変動量を規格化する構成としている。具体的には例えば、規格化処理部１１４は、サンプリング時間毎に単位時間内における変動量の最大値を算出し、算出した最大値で各変動量の値を除算することによって規格化を行う構成とすることができる。図５に、規格化した後の変動量の積算データ値を示す。この規格化処理により、サンプリング時間毎の変動量の最大値はすべて１となる。これにより、センサ信号強度の、光ファイバケーブル１０００の設置状態による変動を抑制することができる。その結果、移動体の位置を明瞭に把握することが可能となる。
　上述したように、本実施形態の光ファイバセンサ装置１００によれば、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況によらず、環境変化の正確な計測が可能になる。
　〔第３の実施形態〕
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６に、本実施形態による光ファイバセンサ装置２００の構成を示す。本実施形態による光ファイバセンサ装置２００は、装置本体２０２が備えるセンサ部２０４の構成が、第１の実施形態による光ファイバセンサ装置１００の構成と異なる。他の構成は、第１の実施形態による光ファイバセンサ装置１００の構成と同様であるので、それらの詳細な説明は省略する。
　センサ部２０４は、送出部２０６、受光部２０７、制御部１０８、および光サーキュレータ１０３を備える。
　送出部２０６は、光パルス信号を生成し送出する。本実施形態の送出部２０６は、光源部１０９および光変調器１１０に加えて、光源部１０９と光変調器１１０との間の光路に光カプラ（光分岐手段）２１１を備える。一方、受光部２０７は、第１の実施形態による光ファイバセンサ装置２００が備える光検出器１１１に替えて、コヒーレント光受信器（コヒーレント光受信手段）２１２を備えた構成とした。
　光カプラ（光分岐手段）２１１は、光源部１０９から送出された光パルスを分岐する。そして、光カプラ２１１は光パルスの一部である分岐光パルスを、光路を介して受光部２０７が備えるコヒーレント光受信器２１２に送出する。また、光カプラ２１１は、分岐光パルス以外の光パルスを光変調器１１０に送出する。
　コヒーレント光受信器（コヒーレント光受信手段）２１２は、散乱光を分岐光パルスと干渉させることによりコヒーレント検波してアナログ電気信号に変換する。コヒーレント検波方式によれば、後段のデジタル信号処理において、位相や偏波の変動に対して適応的に処理を行うことにより、高感度および低ノイズで後方散乱光を測定することが可能である。
　コヒーレント光受信器２１２には、光カプラ２１１からの光パルスと、サーキュレータ１０３からの後方散乱光の二つの光が入力される。送出された光パルスは光変調器１１０の音響光学素子によって高周波で強度変調されることにより周波数シフトが生じているので、後方散乱光においても周波数シフトが生じている。そのため、コヒーレント光受信器２１２には、周波数の異なる二つの光が同時に入力される。コヒーレント光受信器２１２は、これらの二つの周波数の異なる光信号（変調前の光パルスおよび変調された後方散乱光）の干渉によって生じるビート周波数成分を観測する。すなわち、コヒーレント光受信器２１２はヘテロダイン検波を行う。この場合は、光パルス信号を変調した高周波の位相の情報を再生することができるので、光ファイバケーブル１０００の周囲環境における音も検知することが可能である。
　コヒーレント光受信器２１２は、このビート周波数成分をアナログ電気信号に変換し、デジタル信号処理回路１１２に出力する。
　制御部１０８は、送出部２０６が光パルス信号を送出する送出タイミングと、受光部２０７が後方散乱光を検出する検出タイミングを同期させる。
　装置本体２０２が備える解析部１０５の構成および動作は、第２の実施形態で説明したとおりである。
　本実施形態の光ファイバセンサ装置２００によれば、受光部２０７にコヒーレント検波方式を採用したことにより、高感度および低ノイズで後方散乱光を観測することが可能になる。その結果、本実施形態の光ファイバセンサ装置２００によれば、センサとなる光ファイバの観測対象への設置状況によらず、環境変化のより正確な計測が可能になる。
　〔第４の実施形態〕
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図７に、本実施形態による監視システム１１００の構成を示す。本実施形態による監視システム１１００は、光ファイバセンサ装置３００、画像情報取得手段、および監視手段（図示せず）を有する。
　光ファイバセンサ装置３００として、第２の実施形態による光ファイバセンサ装置１００または第３の実施形態による光ファイバセンサ装置２００を用いることができる。光ファイバセンサ装置３００は、光ファイバケーブル１０００に接続して用いられる。図７では、光ファイバケーブル１０００が高速道路などの道路に沿って敷設されている場合を示す。光ファイバケーブル１０００として、監視目的のために新たに敷設した光ファイバケーブルを用いてもよいし、情報通信用の既設の光ファイバケーブルを用いることとしてもよい。
　画像情報取得手段は、光ファイバケーブル１０００の周辺環境の画像情報を取得する。図７では、画像情報取得手段の例として、監視カメラ４０１を備えた場合を示す。
　監視手段は、光ファイバセンサ装置３００から取得する規格化検査信号と、画像情報取得手段から取得する画像情報に基づいて、光ファイバケーブル１０００の周辺環境を監視する。
　また監視システム１１００は、図７に示すように、点位置（ポイント）で振動を感知（センシング）する振動センサ５０１をさらに備えた構成とすることができる。
　このように、監視システム１１００によれば、車の走行により生じる振動や音などの環境変化を検知することにより、周辺環境を監視することが可能となる。特に、高速道路は長距離にわたるため、監視カメラ４０１や振動センサ５０１によって高速道路のすべての場所を連続的に常時監視するのは困難である。しかしながら、本実施形態による監視システム１１００は、高速道路に沿って敷設された光ファイバケーブル１０００に接続して用いられる光ファイバセンサ装置３００から得られる規格化検査信号と合わせて監視する構成としている。そのため、高速道路のすべての場所を連続的に常時監視することが可能になる。すなわち、高速道路上の車の移動による振動や音を検知する光ファイバセンサ装置３００から得られる情報と、監視カメラ４０１やポイント感知型の振動センサ５０１など既存の高速道路の監視システムから得られる情報を組み合わせて監視することができる。その結果、高速道路上の車の連続的な移動をモニタすることが可能になる。これにより、渋滞発生の検知や逆走の検知などトラフィックモニタとして使用することができる。
　光ファイバセンサ装置３００は、積算部１１６における後方散乱光に基づくセンサ信号の積算時間を、例えば２４時間とすることができる。そして、規格化処理部１１４は、この２４時間で取得した積算データについて、サンプリング周波数毎に変動量の最大値を算出し、この最大値を用いて変動量の規格化を行う構成とすることができる。このような規格化処理部１１４が行う規格化処理は、必ずしも毎日実施する必要はなく、定期的に実施すれば良い。なお、天候状態が異なるときは、天候状態に応じて規格化処理を実施することが望ましい。
　図８に、本実施形態による監視システムの別の構成を示す。同図に示した監視システム１２００は、線路に沿って敷設されている光ファイバケーブル１０００に接続して用いられる光ファイバセンサ装置３００と、画像情報取得手段としての監視カメラ４０２を有する。この場合においても、光ファイバケーブル１０００として、監視目的のために新たに敷設した光ファイバケーブルを用いてもよいし、情報通信用の既設の光ファイバケーブルを用いることとしてもよい。
　また監視システム１２００は、図８に示すように、例えば無線式の列車位置センサ６０１をさらに備えた構成とすることができる。すなわち、監視システム１２００は、軌道回路や無線式の列車位置センサ６０１を含む列車運行監視システムと共に用いることができる。
　列車が走行する線路は長距離にわたり、また山岳部のトンネルなど場所によっては無線信号が届かないところがある。そのため、既設の監視カメラ４０２や無線式の列車位置センサ６０１によってすべての線路を常時監視するのは困難である。しかしながら、光ファイバセンサ装置３００は上述したように、列車の走行により生じる振動や音などの環境変化を、線路に沿って検知することが可能であるため、既設の監視システムを補完することができる。すなわち、列車の移動による振動や音を検知する光ファイバセンサ装置３００から得られる情報と、既設の列車運行監視システムから得られる情報を組み合わせて監視することができる。その結果、列車の移動をより高い精度で連続的にモニタすることが可能になる。
　図９に、本実施形態による監視システムのさらに別の構成を示す。同図に示した監視システム１３００は、建屋に敷設されている光ファイバケーブル１０００に接続して用いられる光ファイバセンサ装置３００と、画像情報取得手段としての監視カメラ４０３を有する。図９では、光ファイバケーブル１０００がデータセンタなどの建物内の床下に通路に沿って設置されている場合を例として示す。この場合においても、光ファイバケーブル１０００として、監視目的のために新たに敷設した光ファイバケーブルを用いてもよいし、データセンタ内の情報通信用の既設の光ファイバケーブルを用いることとしてもよい。
　建物の一例としてのデータセンタなどでは、サーバルーム等に多くの来訪者が出入りする。サーバルームへの人の出入りは入退場管理システムなどで管理し、サーバルーム内における人の移動は監視カメラで追跡している。この場合、サーバルーム内のすべての通路における人の移動を監視するためには、多数の監視カメラが必要となり、そのための費用は莫大なものになる。
　それに対して、本実施形態の監視システム１３００によれば、光ファイバセンサ装置３００により、人の歩行によって生じる振動や音などの環境変化を、通路に沿って検知することが可能である。すなわち、サーバ室内の人の歩行による振動や音を検知する光ファイバセンサ装置３００から得られる情報と、監視カメラ４０３から得られる画像情報を組み合わせて監視することができる。その結果、監視カメラの個数を少数とした場合であっても、人の歩行による移動の追跡（トレース）を高精度で連続的に行うことが可能になる。
　なお、観測対象は上述した車、列車、人等の移動体に限らず、例えば、橋脚部等の振動データの振動の状態の変化から、橋脚部等の劣化状態を監視するためにも、本実施形態による監視システムを使用することができる。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
　（付記１）光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、前記センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、所定時間内の前記変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、とを有するセンサ信号処理装置。
　（付記２）付記１に記載したセンサ信号処理装置において、前記光パルスの送信時間と、前記光パルスの散乱光の受信時間の差分から、前記光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する発生領域推定手段をさらに有するセンサ信号処理装置。
　（付記３）付記１または２に記載したセンサ信号処理装置において、前記規格化処理手段は、前記所定時間内の前記変動量の最大値で前記変動量を除算することにより規格化するセンサ信号処理装置。
　（付記４）付記１または２に記載したセンサ信号処理装置において、前記規格化処理手段は、前記所定時間内の前記変動量の平均値で前記変動量を除算することにより規格化するセンサ信号処理装置。
　（付記５）付記１から４のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置において、前記センサ信号は、前記光ファイバが道路に沿って敷設されている場合における前記散乱光に基づく信号であるセンサ信号処理装置。
　（付記６）付記１から４のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置において、前記センサ信号は、前記光ファイバが線路に沿って敷設されている場合における前記散乱光に基づく信号であるセンサ信号処理装置。
　（付記７）付記１から４のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置において、前記センサ信号は、前記光ファイバが建屋に敷設されている場合における前記散乱光に基づく信号であるセンサ信号処理装置。
　（付記８）付記１から７のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置と、前記光パルスを生成し、前記光パルスを前記光ファイバに送出する光送出手段と、前記散乱光を受け付け、前記散乱光に基づいて前記センサ信号を生成する受光処理手段、とを有する光ファイバセンサ装置。
　（付記９）付記８に記載した光ファイバセンサ装置において、前記受光処理手段は、前記散乱光をアナログ電気信号に変換する光検出手段と、前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換し、前記センサ信号を生成するデジタル信号処理手段、とを備える光ファイバセンサ装置。
　（付記１０）付記８に記載した光ファイバセンサ装置において、前記光送出手段は光分岐手段を備え、前記光分岐手段は、前記光パルスを分岐し、前記光パルスの一部である分岐光パルスを前記受光処理手段に送出し、前記受光処理手段は、前記散乱光を前記分岐光パルスと干渉させることによりコヒーレント検波してアナログ電気信号に変換するコヒーレント光受信手段と、前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換し、前記センサ信号を生成するデジタル信号処理手段、とを備える光ファイバセンサ装置。
　（付記１１）付記８から１０のいずれか一項に記載した前記光ファイバセンサ装置と、前記光ファイバの周辺環境の画像情報を取得する画像情報取得手段と、前記規格化検査信号と前記画像情報に基づいて、前記周辺環境を監視する監視手段、とを有する監視システム。
　（付記１２）光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、前記センサ信号の基準値からの変動量を算出し、所定時間内の前記変動量を規格化し、規格化変動量を算出するセンサ信号処理方法。
　（付記１３）付記１２に記載したセンサ信号処理方法において、前記光パルスの送信時間と、前記光パルスの散乱光の受信時間の差分から、前記光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する処理をさらに有するセンサ信号処理方法。
　（付記１４）付記１２または１３に記載したセンサ信号処理方法において、前記規格化変動量を算出することは、前記所定時間内の前記変動量の最大値で前記変動量を除算することにより規格化することを含むセンサ信号処理方法。
　（付記１５）付記１２または１３に記載したセンサ信号処理方法において、前記規格化変動量を算出することは、前記所定時間内の前記変動量の平均値で前記変動量を除算することにより規格化することを含むセンサ信号処理方法。
　（付記１６）コンピュータを、光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、前記センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、所定時間内の前記変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
　（付記１７）付記１６に記載したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記コンピュータを、さらに、前記光パルスの送信時間と、前記光パルスの散乱光の受信時間の差分から、前記光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する発生領域推定手段、として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
　（付記１８）付記１６または１７に記載したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記規格化処理手段は、前記所定時間内の前記変動量の最大値で前記変動量を除算することにより規格化する処理、および前記所定時間内の前記変動量の平均値で前記変動量を除算することにより規格化する処理、のいずれかを実行するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　１０　　センサ信号処理装置
　１１　　変動量算出手段
　１２　　規格化処理手段
　１００、２００、３００　　光ファイバセンサ装置
　１０１　　光ファイバ
　１０２、２０２　　装置本体
　１０３　　光サーキュレータ
　１０４、２０４　　センサ部
　１０５　　解析部
　１０６、２０６　　送出部
　１０７、２０７　　受光部
　１０８　　制御部
　１０９　　光源部
　１１０　　光変調器
　１１１　　光検出器
　１１２　　デジタル信号処理回路
　１１３　　振動検出部
　１１４　　規格化処理部
　１１５　　並列処理部
　１１６　　積算部
　１１７　　変動量算出部
　１１８　　発生領域推定部
　１１９　　出力部
　２１１　　光カプラ
　２１２　　コヒーレント光受信器
　４０１、４０２、４０３　　監視カメラ
　５０１　　振動センサ
　６０１　　列車位置センサ
　１０００　　光ファイバケーブル
　１１００、１２００、１３００　　監視システム

Claims (18)

  1. 光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、前記センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、
    　所定時間内の前記変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、とを有する
    　センサ信号処理装置。
  2. 請求項１に記載したセンサ信号処理装置において、
    　前記光パルスの送信時間と、前記光パルスの散乱光の受信時間の差分から、前記光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する発生領域推定手段をさらに有する
    　センサ信号処理装置。
  3. 請求項１または２に記載したセンサ信号処理装置において、
    　前記規格化処理手段は、前記所定時間内の前記変動量の最大値で前記変動量を除算することにより規格化する
    　センサ信号処理装置。
  4. 請求項１または２に記載したセンサ信号処理装置において、
    　前記規格化処理手段は、前記所定時間内の前記変動量の平均値で前記変動量を除算することにより規格化する
    　センサ信号処理装置。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置において、
    　前記センサ信号は、前記光ファイバが道路に沿って敷設されている場合における前記散乱光に基づく信号である
    　センサ信号処理装置。
  6. 請求項１から４のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置において、
    　前記センサ信号は、前記光ファイバが線路に沿って敷設されている場合における前記散乱光に基づく信号である
    　センサ信号処理装置。
  7. 請求項１から４のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置において、
    　前記センサ信号は、前記光ファイバが建屋に敷設されている場合における前記散乱光に基づく信号である
    　センサ信号処理装置。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載したセンサ信号処理装置と、
    　前記光パルスを生成し、前記光パルスを前記光ファイバに送出する光送出手段と、
    　前記散乱光を受け付け、前記散乱光に基づいて前記センサ信号を生成する受光処理手段、とを有する
    　光ファイバセンサ装置。
  9. 請求項８に記載した光ファイバセンサ装置において、
    　前記受光処理手段は、
    　　前記散乱光をアナログ電気信号に変換する光検出手段と、
    　　前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換し、前記センサ信号を生成するデジタル信号処理手段、とを備える
    　光ファイバセンサ装置。
  10. 請求項８に記載した光ファイバセンサ装置において、
    　前記光送出手段は光分岐手段を備え、
    　　前記光分岐手段は、前記光パルスを分岐し、前記光パルスの一部である分岐光パルスを前記受光処理手段に送出し、
    　前記受光処理手段は、
    　　前記散乱光を前記分岐光パルスと干渉させることによりコヒーレント検波してアナログ電気信号に変換するコヒーレント光受信手段と、
    　　前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換し、前記センサ信号を生成するデジタル信号処理手段、とを備える
    　光ファイバセンサ装置。
  11. 請求項８から１０のいずれか一項に記載した前記光ファイバセンサ装置と、
    　前記光ファイバの周辺環境の画像情報を取得する画像情報取得手段と、
    　前記規格化検査信号と前記画像情報に基づいて、前記周辺環境を監視する監視手段、とを有する
    　監視システム。
  12. 光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、前記センサ信号の基準値からの変動量を算出し、
    　所定時間内の前記変動量を規格化し、規格化変動量を算出する
    　センサ信号処理方法。
  13. 請求項１２に記載したセンサ信号処理方法において、
    　前記光パルスの送信時間と、前記光パルスの散乱光の受信時間の差分から、前記光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する処理をさらに有する
    　センサ信号処理方法。
  14. 請求項１２または１３に記載したセンサ信号処理方法において、
    　前記規格化変動量を算出することは、前記所定時間内の前記変動量の最大値で前記変動量を除算することにより規格化することを含む
    　センサ信号処理方法。
  15. 請求項１２または１３に記載したセンサ信号処理方法において、
    　前記規格化変動量を算出することは、前記所定時間内の前記変動量の平均値で前記変動量を除算することにより規格化することを含む
    　センサ信号処理方法。
  16. コンピュータを、
    　光ファイバを伝搬する光パルスの散乱光に基づくセンサ信号を受け付け、前記センサ信号の基準値からの変動量を算出する変動量算出手段と、
    　所定時間内の前記変動量を規格化し、規格化変動量を算出する規格化処理手段、として機能させるためのプログラムを記録した
    　コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  17. 請求項１６に記載したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
    　前記コンピュータを、さらに、
    　前記光パルスの送信時間と、前記光パルスの散乱光の受信時間の差分から、前記光ファイバの環境の変化が発生した領域を推定する発生領域推定手段、として機能させるためのプログラムを記録した
    　コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  18. 請求項１６または１７に記載したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
    　前記規格化処理手段は、前記所定時間内の前記変動量の最大値で前記変動量を除算することにより規格化する処理、および前記所定時間内の前記変動量の平均値で前記変動量を除算することにより規格化する処理、のいずれかを実行する
    　コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
PCT/JP2019/008579 2019-03-05 2019-03-05 センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法 WO2020178976A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021503307A JP7173276B2 (ja) 2019-03-05 2019-03-05 センサ信号処理装置、光ファイバセンサ装置、およびセンサ信号処理方法
PCT/JP2019/008579 WO2020178976A1 (ja) 2019-03-05 2019-03-05 センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法
US17/417,198 US20220057255A1 (en) 2019-03-05 2019-03-05 Sensor signal processing apparatus and sensor signal processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/008579 WO2020178976A1 (ja) 2019-03-05 2019-03-05 センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020178976A1 true WO2020178976A1 (ja) 2020-09-10

Family

ID=72337722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/008579 WO2020178976A1 (ja) 2019-03-05 2019-03-05 センサ信号処理装置およびセンサ信号処理方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220057255A1 (ja)
JP (1) JP7173276B2 (ja)
WO (1) WO2020178976A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022101959A1 (ja) * 2020-11-10 2022-05-19 日本電気株式会社 距離補正装置、処理装置、センサ装置、距離補正方法及び記録媒体

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11271028A (ja) * 1998-03-24 1999-10-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバ歪測定装置
JP3439109B2 (ja) * 1998-02-20 2003-08-25 三菱重工業株式会社 歪計測装置及び方法
JP2005321264A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Taisei Kiso Sekkei Kk 変状監視システム
JP2005349892A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Oki Electric Ind Co Ltd 侵入検知システム及び、侵入検知方法
JP3733125B2 (ja) * 2003-04-22 2006-01-11 東海旅客鉄道株式会社 トロリ線摩耗検出方法
JP2013205124A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Neolux Inc 光ファイバーセンサによる歪み又は温度の多点計測装置
US20190025095A1 (en) * 2016-01-20 2019-01-24 Fotech Solutions Limited Distributed Optical Fibre Sensors

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9626099D0 (en) * 1996-12-16 1997-02-05 King S College London Distributed strain and temperature measuring system
FR3066280B1 (fr) * 2017-05-11 2019-09-13 Febus Optics Dispositif optoelectronique de mesure repartie par fibre optique

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3439109B2 (ja) * 1998-02-20 2003-08-25 三菱重工業株式会社 歪計測装置及び方法
JPH11271028A (ja) * 1998-03-24 1999-10-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバ歪測定装置
JP3733125B2 (ja) * 2003-04-22 2006-01-11 東海旅客鉄道株式会社 トロリ線摩耗検出方法
JP2005321264A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Taisei Kiso Sekkei Kk 変状監視システム
JP2005349892A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Oki Electric Ind Co Ltd 侵入検知システム及び、侵入検知方法
JP2013205124A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Neolux Inc 光ファイバーセンサによる歪み又は温度の多点計測装置
US20190025095A1 (en) * 2016-01-20 2019-01-24 Fotech Solutions Limited Distributed Optical Fibre Sensors

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022101959A1 (ja) * 2020-11-10 2022-05-19 日本電気株式会社 距離補正装置、処理装置、センサ装置、距離補正方法及び記録媒体
JP7424511B2 (ja) 2020-11-10 2024-01-30 日本電気株式会社 距離補正装置及び距離補正方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220057255A1 (en) 2022-02-24
JP7173276B2 (ja) 2022-11-16
JPWO2020178976A1 (ja) 2021-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4880586B2 (ja) 外乱の位置の評価
US7088436B2 (en) Integrated optical time domain reflectometer and optical supervisory network
US20220170766A1 (en) Optical fiber sensor, and monitoring system
CA2274505C (en) Distributed strain and temperature sensing system
CN113405577B (zh) 一种测量方法及测量装置
US5767956A (en) Backward brillouin scattering optical time domain reflectometry
US7885539B2 (en) Method for detecting and localizing faults in an optical transmission path, and optical transmission system
US8027584B2 (en) Sensing a disturbance
CN104021645B (zh) 一种基于分布式光缆传感的公路护栏碰撞告警方法
JP3147616B2 (ja) 分布型導波路センサ
Iida et al. Advances in distributed vibration sensing for optical communication fiber state visualization
JPWO2006030502A1 (ja) 光波レーダ装置
JP7173276B2 (ja) センサ信号処理装置、光ファイバセンサ装置、およびセンサ信号処理方法
JP7156502B2 (ja) 構造物劣化検知システム及び構造物劣化検知方法
US11143528B2 (en) Optical fiber sensor and analysis method
KR102041949B1 (ko) 분산온도광센서를 통한 실시간 철로 온도 감시 시스템
US20240195499A1 (en) Locating disturbances in optical fibres
JP2007232439A (ja) 光ファイバリング干渉型センサ
CN114838803B (zh) 一种振动测量装置以及振动测量方法
KR102299905B1 (ko) 광 검출부 이득조절 기반 광섬유 분산 음향 감지 센서를 이용한 감시 시스템 및 그 방법
Anderson Detecting flat wheels with a fiber-optic sensor
Bogachkov et al. Monitoring of Operational Parameters of Optical Telecommunication Systems' Physical Channels
US20230152152A1 (en) Automatic fiber end point detection using coherent optical time domain reflectometry
Qin et al. Vibration Detection Based on Multipath Information Fusion in Dual-Channel ϕ-OTDR System
Corera Orzanco et al. Long-range traffic monitoring based on pulse-compression distributed acoustic sensing and advanced vehicle tracking and classification algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19917653

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021503307

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19917653

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1