JP2008203128A

JP2008203128A - Fault level judgment method and position detection method and fault level judgment / position detection system for optical fiber cable

Info

Publication number: JP2008203128A
Application number: JP2007040524A
Authority: JP
Inventors: Akinari Sugiyama; 晃也杉山; Mitsuteru Inoue; 光輝井上; Hikariko Shin; 光鎬申; Hirokazu Sugiyama; 博一杉山
Original assignee: TS PHOTON KK; Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: TS PHOTON KK; Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】ノイズや誤作動による検出精度の低下を招くことなく、障害のレベル判定及び発生位置を高速且つ正確に自動検出することができる、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムを得る。
【解決手段】光ファイバケーブルにあっては通信用光ファイバとセンサ用光ファイバを同一の光ファイバケーブル内に併設して構成し、中継局にあっては当該中継局と隣接する中継局間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置を設けて構成し、該装置内のホログラフィックフィルタ内に形成する障害レベルに対応するホログラムの記録周期を、外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラムで回折した回折光の光強度とホログラムを透過した透過光の光強度における今回値と前回値とを逐次比較する。
【選択図】図１A fault level determination method, a position detection method, and a fault in an optical fiber cable capable of automatically detecting a fault level judgment and a position where the fault occurs without causing a decrease in detection accuracy due to noise or malfunction. Get a level judgment and position detection system.
In an optical fiber cable, a communication optical fiber and a sensor optical fiber are arranged in the same optical fiber cable, and in a relay station, between the relay station and an adjacent relay station. A fault level determination / position detection device is provided to automatically detect the level and position detection of a fault that has occurred by optical real-time processing, and corresponds to the fault level formed in the holographic filter in the device. The hologram recording cycle is sequentially rewritten at a cycle shorter than the cycle in which an external factor acts, and the current value and the previous value in the light intensity of the diffracted light diffracted by the hologram and the light intensity of the transmitted light transmitted through the hologram Are compared sequentially.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、光ネットワークを構築する光ファイバケーブルが屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、該障害のレベル判定及び発生位置を高速且つ正確に自動検出することにより迅速な光ファイバケーブルの復旧作業を行なうことができる、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムに関するものである。 In the present invention, when an optical fiber cable constituting an optical network suffers a failure such as bending, deformation, or disconnection, the optical fiber cable can be quickly detected by determining the level of the failure and automatically detecting the occurrence position at high speed. The present invention relates to a failure level determination method and position detection method and a failure level determination / position detection system for an optical fiber cable.

近年、インターネットやＩＰ電話等の爆発的な普及に伴い、通信の高速化や大容量化に対応すべく光ネットワークの構築が急拡大している。該光ネットワークを構築する光ファイバケーブルは、管路やトラフ等に敷設して地中に埋設したり、電柱間を吊線に沿って架空敷設しているが、道路工事や電線工事等に伴って使用する重機等により屈曲や変形及び断線等の障害を受けることが多々あった。 In recent years, with the explosive spread of the Internet, IP telephones, etc., the construction of optical networks is rapidly expanding to cope with higher communication speeds and larger capacities. The optical fiber cable that constructs the optical network is laid on the pipes and troughs and buried in the ground, or between the utility poles along the suspension line. In many cases, the heavy machinery used suffers problems such as bending, deformation and disconnection.

上記障害の内、特に光ファイバケーブルが断線した場合には、多数のノード間に敷設された光ファイバをパスすることにより光ネットワーク自体の障害復旧は図られるが、該障害が発生した光ファイバを特定すること、または特定することができても障害の発生位置を正確に検出することは困難であった。このため、迅速な光ファイバケーブルの復旧作業を行なうことはできなかった。また、断線に至らなくても、屈曲や変形等の障害を放置しておくと光ファイバケーブルの長期疲労により通信品質の劣化や将来的に断線に至ることがある。このため、事前にそのような障害のレベル判定及び発生位置を把握しておくことは重要であるが、前記と同様に困難であった。 Of the above failures, especially when the optical fiber cable is broken, the optical network itself can be recovered by passing the optical fiber laid between a large number of nodes. Even if it can be specified or specified, it has been difficult to accurately detect the occurrence position of the failure. For this reason, it was not possible to quickly restore the optical fiber cable. Even if the disconnection does not occur, if a failure such as bending or deformation is left unattended, the communication quality may deteriorate due to long-term fatigue of the optical fiber cable, or the disconnection may occur in the future. For this reason, it is important to know the level determination and occurrence position of such a failure in advance, but it is difficult as described above.

上記に類似した問題点を解決すべく、例えば特開２００６−０６４３９９号公報の『光ファイバ断線位置検知装置及び光ファイバ破断位置検出方法』では、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）に適用される屋外光ファイバが断線した位置を検出するため、光源から出射された投影光を特定周波数で変調させた変調光を光ファイバ内に照射し、破断点で反射された反射光を光ファイバカプラにて分離して前記変調光と前記反射光との位相差により破断点までの距離を検出することができる検知装置及び方法について記載している。 In order to solve the problems similar to the above, for example, in “Optical Fiber Break Position Detection Device and Optical Fiber Break Position Detection Method” of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-064399, outdoor light applied to FTTH (Fiber To The Home) In order to detect the position where the fiber is disconnected, the optical fiber is irradiated with modulated light obtained by modulating the projection light emitted from the light source at a specific frequency, and the reflected light reflected at the break point is separated by an optical fiber coupler. Thus, a detection apparatus and method capable of detecting the distance to the break point based on the phase difference between the modulated light and the reflected light are described.

また、光ファイバは通信用途の他に変位や圧力等を検出するセンサとしても利用されている。例えば、特開２００１−０９９６８６号公報の『光監視装置および光ファイバセンサ』は主に土石流の検出を対象としたものであるが、監視対象領域に光ファイバセンサを設置し、監視対象物が光ファイバセンサを変形又は破断させることにより光損失が増大することを利用し、光パルス試験器より出射された試験光の戻り時間を計測することにより監視対象物の位置や破断の位置を検出することができる監視装置およびセンサについて記載している。 In addition to communication applications, optical fibers are also used as sensors for detecting displacement and pressure. For example, “Optical monitoring device and optical fiber sensor” of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-099686 is mainly intended for detection of debris flow. However, an optical fiber sensor is installed in the monitoring target area, and the monitoring target is optical. By detecting the return time of the test light emitted from the optical pulse tester using the fact that the optical loss is increased by deforming or breaking the fiber sensor, the position of the monitoring object or the position of the breakage is detected. It describes a monitoring device and sensor capable of

特開２００６−０６４３９９JP 2006-064399 特開２００１−０９９６８６JP2001-099686 D. Z. Anderson, “Stabilization of the speckle pattern of a multimode fiber undergoing bending”, OPTICS LETERS, Vol. 21, No. 11, pp. 785-787, (1996).D. Z. Anderson, “Stabilization of the speckle pattern of a multimode fiber undergoing bending”, OPTICS LETERS, Vol. 21, No. 11, pp. 785-787, (1996).

しかしながら、上記特開２００６−０６４３９９号公報に記載のものは、ＦＴＴＨに適用される屋外光ファイバの断線した位置を検出するためのものであり、検出適応距離が５００ｍ〜１ｋｍと短く、さらには破断点しか検出することができず、破断には至らない屈曲や変形等の障害のレベル判定とその発生位置を検出することができないという問題点があった。また、検出方法として、変調光と反射光との位相差を電気的に比較演算処理して求めるため、光学的処理に比べて遅いという問題点があった。 However, the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-064399 is for detecting the position where an outdoor optical fiber applied to FTTH is disconnected, and the detection adaptive distance is as short as 500 m to 1 km, and further, it is broken. Only points can be detected, and there is a problem that it is not possible to determine the level of a failure such as bending or deformation that does not lead to breakage, and to detect the occurrence position. In addition, as a detection method, since the phase difference between the modulated light and the reflected light is obtained by electrical comparison calculation processing, there is a problem that it is slower than optical processing.

また、特開２００１−０９９６８６号公報に記載のものは、光ファイバ自体をセンサとして利用したものであり、光ファイバが変形又は破断することによって土石流の発生位置を検出するものである。一般的に光ファイバを振動や圧力センサとして利用する場合、風雨等による微小振動や温度変化等の影響を受けて光ファイバが僅かに変形することにより発生するいわゆるノイズや誤作動により検出精度が低下する。該公報においてはこれらの影響を避けるため該当部分を地中に埋設して使用しているが、露出部分もあるために完全に排除することができないという問題点があった。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-099686 uses an optical fiber itself as a sensor, and detects the occurrence position of debris flow when the optical fiber is deformed or broken. In general, when an optical fiber is used as a vibration or pressure sensor, detection accuracy decreases due to so-called noise or malfunction caused by slight deformation of the optical fiber under the influence of minute vibrations due to wind and rain, temperature changes, etc. To do. In this publication, in order to avoid these effects, the corresponding part is buried in the ground, but there is a problem that it cannot be completely eliminated because there is an exposed part.

上述のように、屈曲や変形等の障害を放置しておくと光ファイバケーブルの長期疲労により通信品質の劣化や将来的に断線に至ることがあるため、常時光ファイバケーブルを監視し、障害のレベル及び発生位置を逐次分析して光ファイバケーブルの障害状況を把握しておくことは重要であるが、何れの公報もそのような機能がないという問題点があった。 As described above, leaving faults such as bending or deformation as a result of long-term fatigue of the optical fiber cable may lead to degradation of communication quality or disconnection in the future. Although it is important to analyze the level and occurrence position sequentially to understand the failure status of the optical fiber cable, none of the publications has such a problem.

本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、光ネットワークを構築する光ファイバが屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、ノイズや誤作動による検出精度の低下を招くことなく、該障害のレベル判定及び発生位置を光学的リアルタイム処理により高速且つ正確に自動検出して迅速な光ファイバケーブルの復旧作業を行なうことができる、光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムを提供することを目的とする。なお、障害には風雨等による微小振動や温度変化等の影響によるノイズや誤作動を含むものとする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When an optical fiber constituting an optical network is subjected to a failure such as bending, deformation, or disconnection, the detection accuracy is reduced due to noise or malfunction. And a fault level determination method in an optical fiber cable, which can quickly and accurately automatically detect the fault level and occurrence position by optical real-time processing without incurring An object of the present invention is to provide a position detection method and a fault level determination / position detection system. It should be noted that the failure includes noise and malfunction due to the influence of minute vibrations caused by wind and rain, temperature changes, and the like.

上記課題を解決するため、本発明の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムは、光ネットワークを構築する光ファイバケーブルにあっては通信用光ファイバとセンサ用光ファイバを同一の光ファイバケーブル内に併設して構成し、中継局にあっては当該中継局と隣接する中継局間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置を設けて構成する。 In order to solve the above problems, the fault level determination method and position detection system and fault level determination / position detection system in the optical fiber cable according to the present invention include a communication optical fiber and a sensor in an optical fiber cable constituting an optical network. Optical fiber is installed in the same optical fiber cable, and the relay station automatically determines the level of faults that occur between the relay station and the adjacent relay station and detects the position using optical real-time processing. A fault level determination / position detection device is provided for detection.

上記光ファイバケーブル内のセンサ用光ファイバの一端側にあっては当該光ファイバケーブルに発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバの他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成する。 On one end side of the optical fiber for the sensor in the optical fiber cable, there is provided a position detecting means for detecting the position of the failure occurring in the optical fiber cable, and on the other end side of the optical fiber for the sensor. Comprises a load detection means for determining the level of the failure.

上記位置検出手段は、レーザーダイオードと偏光ビームスプリッタと半波長板とレンズと障害位置検出用フォトディテクタ及び制御装置にて構成し、レーザーダイオードより出射された平行光を偏光ビームスプリッタ及び半波長板を透過させ、レンズにて集光してセンサ用光ファイバに入射し、障害が発生した位置での屈折率が一様でなくなることにより反射した光を再びレンズにて集光して半波長板を透過させ、偏光ビームスプリッタで偏光した反射光の光強度を障害位置検出用フォトディテクタで測定することにより障害が発生した位置を求める。 The position detecting means is composed of a laser diode, a polarizing beam splitter, a half-wave plate, a lens, a photo detector for detecting a fault position and a control device, and transmits parallel light emitted from the laser diode through the polarizing beam splitter and the half-wave plate. Then, the light is condensed by the lens and incident on the optical fiber for the sensor, and the reflected light is condensed again by the lens because the refractive index is not uniform at the position where the failure occurs, and is transmitted through the half-wave plate. The position where the failure occurs is obtained by measuring the light intensity of the reflected light polarized by the polarization beam splitter with the photodetector for detecting the failure position.

上記荷重検出手段は、レンズとホログラフィックフィルタと荷重レベル検出用フォトディテクタ及び障害レベル検出用フォトディテクタにて構成し、センサ用光ファイバを透過した光をレンズにて平行光にしてホログラフィックフィルタ内に障害レベルに対応するホログラムを形成し、該ホログラムで回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタで測定すると共に、前記ホログラムを透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタで測定することにより障害のレベル判定を行う。 The load detection means is composed of a lens, a holographic filter, a load level detection photo detector and an obstacle level detection photo detector, and the light transmitted through the sensor optical fiber is converted into parallel light by the lens to cause an obstacle in the holographic filter. A hologram corresponding to the level is formed, and the light intensity of the diffracted light diffracted by the hologram is measured with a load level detection photo detector, and the light intensity of the transmitted light that has passed through the hologram is measured with an obstacle level detection photo detector. The fault level is determined by

上記ホログラフィックフィルタ内に形成する障害レベルに対応するホログラムの記録周期を、風雨等による振動や温度変化等の外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラムで回折した回折光の光強度と、該ホログラムを透過した透過光の光強度における今回値と前回値とを逐次比較することにより前記外部要因によるノイズや誤作動を排除する。 The hologram recording period corresponding to the failure level formed in the holographic filter is sequentially rewritten at a period shorter than the period in which external factors such as vibration due to wind and rain and temperature changes act, and diffracted by the hologram. By sequentially comparing the current value and the previous value of the light intensity of the diffracted light and the light intensity of the transmitted light that has passed through the hologram, noise and malfunction due to the external factors are eliminated.

本発明の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムによれば、光ネットワークを構築する光ファイバが屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、ノイズや誤作動による検出精度の低下を招くことなく、該障害のレベル判定及び発生位置を光学的リアルタイム処理により高速且つ正確に自動検出することができるという効果を奏する。このため、通信品質の劣化や将来的に断線に至ることがある光ファイバケーブルの疲労状況を事前に把握することができるという効果を奏する。さらに、前記障害の発生した光ファイバケーブルを交換する際において、従来時間が掛かっていた復旧作業が迅速に行なえるようになるという絶大なる効果を奏する。 According to the failure level determination method and position detection method and failure level determination / position detection system of the optical fiber cable of the present invention, when an optical fiber constituting an optical network is subjected to a failure such as bending, deformation or disconnection, noise is generated. There is an effect that the level determination and occurrence position of the failure can be automatically detected at high speed and accurately by optical real-time processing without degrading the detection accuracy due to malfunction. For this reason, there exists an effect that the fatigue condition of the optical fiber cable which may lead to deterioration of communication quality or a disconnection in the future can be grasped in advance. Furthermore, when replacing the optical fiber cable in which the failure has occurred, there is a great effect that the restoration work that has taken a long time can be quickly performed.

本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明で用いる光ファイバケーブルの構造及び中継局の概略構成図であり、光ネットワークを構築する光ファイバケーブル１にあっては通信用光ファイバ２とセンサ用光ファイバ３を同一の光ファイバケーブル１内に併設して構成し、中継局５にあっては当該中継局５と隣接する中継局５ａ間で発生した障害のレベル判定及び位置検出を光学的リアルタイム処理にて自動検出するための障害レベル判定・位置検出装置７を設けて構成する。 FIG. 1 is a schematic diagram of the structure of an optical fiber cable used in the present invention and a relay station. In an optical fiber cable 1 for constructing an optical network, a communication optical fiber 2 and a sensor optical fiber 3 are connected to the same light. In order to automatically detect the level determination and position detection of a failure occurring between the relay station 5 and the adjacent relay station 5a in the optical fiber real-time processing. The fault level determination / position detection device 7 is provided.

上記光ファイバケーブル１内の通信用光ファイバ２は、単芯または多芯の何れであっても構わなく、当該光ファイバケーブル１に屈曲や変形及び断線等による障害のレベル及び位置を検出するセンサ用光ファイバ３を、後述の検出方式により１芯又は２芯併設する。なお、図１ではセンサ用光ファイバ３を２芯併設した例を示している。 The optical fiber 2 for communication in the optical fiber cable 1 may be either single-core or multi-core, and a sensor that detects the level and position of a failure caused by bending, deformation, or disconnection of the optical fiber cable 1. The optical fiber 3 is provided with one or two cores according to a detection method described later. FIG. 1 shows an example in which two optical fibers 3 for sensors are provided side by side.

上記通信用光ファイバ２は、中継局５，５ａ内に設置されたルーター６を中継して光ネットワークの通信伝送路を形成する。なお、図１では各光ファイバケーブル１内の通信用光ファイバ２を単芯で表しているが、上述のように多芯であっても構わない。 The communication optical fiber 2 relays a router 6 installed in the relay stations 5 and 5a to form a communication transmission path of an optical network. In FIG. 1, the communication optical fiber 2 in each optical fiber cable 1 is represented by a single core, but may be a multicore as described above.

また、上記センサ用光ファイバ３は、中継局５，５ａ内に設置された障害レベル判定・位置検出装置７と光スイッチ８を中継して接続する。該光スイッチ８は、中継局５，５ａ間に複数の光ファイバケーブル１が接続されている場合において、該光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３を光学的に高速スキャニングして複数の光ファイバケーブル１に発生した障害のレベル及び位置をリアルタイムに検出するものである。なお、中継局５，５ａ間に接続されている光ファイバケーブル１が１本の場合や、ファースト１００ｍ（ラスト１マイル）等の支線の場合には、前記光スイッチ８は不要となる。 The sensor optical fiber 3 relays and connects the fault level determination / position detection device 7 and the optical switch 8 installed in the relay stations 5 and 5a. In the case where a plurality of optical fiber cables 1 are connected between the relay stations 5 and 5a, the optical switch 8 optically scans the sensor optical fiber 3 in the optical fiber cable 1 at high speed. The level and position of a failure occurring in the fiber cable 1 is detected in real time. Note that the optical switch 8 is not required when the number of the optical fiber cable 1 connected between the relay stations 5 and 5a is one, or in the case of a branch line such as first 100 m (last 1 mile).

次に、図２は本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第一実施例のブロック図であり、光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３の一端側にあっては当該光ファイバケーブル１に発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバ３の他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成する。 Next, FIG. 2 is a block diagram of the first embodiment showing the basic configuration of the fault level determination / position detection apparatus used in the present invention. In the one end side of the sensor optical fiber 3 in the optical fiber cable 1, FIG. Position detecting means for detecting the position of a fault occurring in the optical fiber cable 1 is provided, and load detecting means for determining the level of the fault is provided on the other end side of the sensor optical fiber 3. Configure.

上記位置検出手段は、レーザーダイオード９と偏光ビームスプリッタ１０と半波長板１１とレンズ１２と障害位置検出用フォトディテクタ１３及び制御装置１４にて構成し、レーザーダイオード９より出射された平行光を偏光ビームスプリッタ１０及び半波長板１１を透過させ、レンズ１２にて集光してセンサ用光ファイバ３に入射し、障害が発生した位置での屈折率が一様でなくなることにより反射した光を再びレンズ１２にて集光して半波長板１１を透過させ、偏光ビームスプリッタ１０で偏光した反射光の光強度を障害位置検出用フォトディテクタ１３で測定することにより障害が発生した位置を求めるものである。 The position detecting means comprises a laser diode 9, a polarizing beam splitter 10, a half-wave plate 11, a lens 12, a fault position detecting photo detector 13 and a control device 14, and the parallel light emitted from the laser diode 9 is converted into a polarized beam. The light that passes through the splitter 10 and the half-wave plate 11, is condensed by the lens 12, is incident on the optical fiber 3 for the sensor, and the light reflected by the non-uniform refractive index at the position where the failure occurs is returned to the lens again. The position where the failure has occurred is obtained by measuring the light intensity of the reflected light that has been condensed at 12 and transmitted through the half-wave plate 11 and that has been polarized by the polarization beam splitter 10 with the photodetector 13 for detecting the failure position.

上記位置検出の動作を詳述すると、レーザーダイオード９より出射された平行光はｐ波の偏光状態であり、偏光ビームスプリッタ１０を透過した平行光は半波長板１１にて偏光方向が４５度変えられるように設置されている。該平行光はレンズ１２にて集光され、マルチモード光ファイバであるセンサ用光ファイバ３に入射される。該光は障害が発生した位置例えば荷重Ｗがかかった位置での屈折率が一様でなくなることにより反射され、センサ用光ファイバ３よりレンズ１２に戻り再び平行光となる。さらに前記平行光が半波長板１１に戻ると再び偏光方向が４５度変えられてｓ波の偏光状態となり、偏光ビームスプリッタ１０にて反射されて障害位置検出用フォトディテクタ１３に入射される。次に、該障害位置検出用フォトディテクタ１３で前記反射光の光強度Ｐ１を検知する。障害が発生した位置は、原点からの距離ｘが遠くになるにしたがって光強度Ｐ１が小さくなることにより検出することができる。なお、反射光の光強度Ｐ１は距離ｘと荷重Ｗとの関数であるため、荷重Ｗを正確に求めて補正することにより、さらに正確な位置を検出することが可能となる。 The position detection operation will be described in detail. The parallel light emitted from the laser diode 9 is in a p-wave polarization state, and the polarization direction of the parallel light transmitted through the polarization beam splitter 10 is changed by 45 degrees by the half-wave plate 11. It is installed to be able to. The parallel light is collected by the lens 12 and is incident on the sensor optical fiber 3 which is a multimode optical fiber. The light is reflected when the refractive index is not uniform at the position where the obstacle occurs, for example, the position where the load W is applied, and returns to the lens 12 from the sensor optical fiber 3 and becomes parallel light again. Further, when the parallel light returns to the half-wave plate 11, the polarization direction is changed again by 45 degrees to be in the s-wave polarization state, reflected by the polarization beam splitter 10, and incident on the obstacle position detection photodetector 13. Next, the light intensity P1 of the reflected light is detected by the failure position detecting photodetector 13. The position where the failure has occurred can be detected by decreasing the light intensity P1 as the distance x from the origin increases. Since the light intensity P1 of the reflected light is a function of the distance x and the load W, it is possible to detect a more accurate position by accurately obtaining and correcting the load W.

次に、上記荷重検出手段は、レンズ１６とホログラフィックフィルタ１７と荷重レベル検出用フォトディテクタ１９及び障害レベル検出用フォトディテクタ２０にて構成し、センサ用光ファイバ３を透過した光をレンズ１６にて平行光にしてホログラフィックフィルタ１７内に障害レベルに対応するホログラム１８を形成し、該ホログラム１８で回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタ１９で測定すると共に、前記ホログラム１８を透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタ２０で測定することにより障害のレベル判定を行うものである。 Next, the load detection means comprises a lens 16, a holographic filter 17, a load level detection photo detector 19 and a fault level detection photo detector 20, and the light transmitted through the sensor optical fiber 3 is paralleled by the lens 16. A hologram 18 corresponding to an obstacle level is formed in the holographic filter 17 as light, and the light intensity of the diffracted light diffracted by the hologram 18 is measured by a load level detection photodetector 19 and transmitted through the hologram 18. The failure level is determined by measuring the light intensity with the failure level detection photodetector 20.

上記荷重検出の動作を詳述すると、レーザーダイオード９より出射された平行光はｐ波の偏光状態であり、偏光ビームスプリッタ１０を透過した平行光は半波長板１１にて偏光方向が４５度変えられるように設置されている。該平行光はレンズ１２にて集光され、マルチモード光ファイバであるセンサ用光ファイバ３に入射された光はある特定のスペックルパターンＳ０を励起する。前記センサ用光ファイバ３の出力側では、レンズ１６にて平行光にしたスペックルパターンＳ０の参照光と物体光によりホログラフィックフィルタ１７内に障害レベルに対応するホログラム１８を形成する。ここで、該ホログラム１８で回折した回折光の光強度を荷重レベル検出用フォトディテクタ１９で測定すると共に、前記ホログラム１８を透過した透過光の光強度を障害レベル検出用フォトディテクタ２０で測定する。この結果、スペックルパターンＳ０が参照光として入射された際には荷重レベル検出用フォトディテクタ１９が検知した回折光の光強度Ｐ２は参照光が上記ホログラム１８によって全て回折されるため最大となり、障害レベル検出用フォトディテクタ２０で検知した透過光の光強度Ｐ３は最小となる。しかし、荷重Ｗがかかった位置での屈折率は一様ではなくなるため、励起されたスペックルパターンＳ０は荷重W によって荷重を受けた場合のスペックルパターンＳｗに変化する。このため、荷重レベル検出用フォトディテクタ１９が検知した回折光の光強度Ｐ２は参照光が上記ホログラム１８によって全て回折されなくなるため小さくなり、障害レベル検出用フォトディテクタ２０で検知した透過光の光強度Ｐ３は大きくなる。これによって荷重Wを求めることが可能となる。 The operation of load detection will be described in detail. The parallel light emitted from the laser diode 9 is in a p-wave polarization state, and the polarization direction of the parallel light transmitted through the polarization beam splitter 10 is changed by 45 degrees by the half-wave plate 11. It is installed to be able to. The parallel light is collected by the lens 12, and the light incident on the sensor optical fiber 3 which is a multimode optical fiber excites a specific speckle pattern S0. On the output side of the sensor optical fiber 3, a hologram 18 corresponding to the obstacle level is formed in the holographic filter 17 by the reference light and the object light of the speckle pattern S 0 made parallel by the lens 16. Here, the light intensity of the diffracted light diffracted by the hologram 18 is measured by the load level detection photo detector 19, and the light intensity of the transmitted light transmitted through the hologram 18 is measured by the failure level detection photo detector 20. As a result, when the speckle pattern S0 is incident as the reference light, the light intensity P2 of the diffracted light detected by the load level detection photo detector 19 is maximized because the reference light is all diffracted by the hologram 18, resulting in an obstacle level. The light intensity P3 of the transmitted light detected by the detection photo detector 20 is minimized. However, since the refractive index at the position where the load W is applied is not uniform, the excited speckle pattern S0 changes to a speckle pattern Sw when the load W is applied. For this reason, the light intensity P2 of the diffracted light detected by the load level detection photo detector 19 becomes small because the reference light is not diffracted by the hologram 18, and the light intensity P3 of the transmitted light detected by the failure level detection photo detector 20 is growing. As a result, the load W can be obtained.

なお、上記荷重レベル検出用フォトディテクタ１９及び障害レベル検出用フォトディテクタ２０で検知した光強度Ｐ２，Ｐ３の信号は、信号線２１，２２を中継して位置検出手段側にある制御装置１４に帰還されることにより正確な障害発生の位置及び荷重Ｗが測定される。また、前記制御装置１４に警報装置１５を接続することにより、光ファイバケーブル１が屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、状況に応じた警報を発報することができる。さらには前記制御装置１４にモニタ装置２３を接続することにより、光ファイバケーブル１が屈曲や変形及び断線等の障害を受けた際において、障害内容を表示することができる。 The signals of the light intensities P2 and P3 detected by the load level detection photo detector 19 and the fault level detection photo detector 20 are fed back to the control device 14 on the position detection means side via the signal lines 21 and 22. As a result, the exact position and load W of the fault occurrence are measured. Further, by connecting the alarm device 15 to the control device 14, an alarm corresponding to the situation can be issued when the optical fiber cable 1 receives a failure such as bending, deformation, or disconnection. Further, by connecting the monitor device 23 to the control device 14, when the optical fiber cable 1 receives a failure such as bending, deformation or disconnection, the content of the failure can be displayed.

また、図３は本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第二実施例のブロック図であり、光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３の一端側にあっては当該光ファイバケーブル１に発生した障害の位置を検出するための位置検出手段を設け、前記センサ用光ファイバ３の他端側にあっては前記障害のレベル判定を行うための荷重検出手段を設けて構成する点は、図２の第一実施例と同様であるが、１芯のセンサ用光ファイバ３を折り返し、または２芯のセンサ用光ファイバ３の先端部を光ファイバカプラ４にて接続することにより、位置検出手段と荷重検出手段を一緒に障害レベル判定・位置検出装置７内に収納することができる。 FIG. 3 is a block diagram of the second embodiment showing the basic configuration of the fault level determination / position detection apparatus used in the present invention. Position detecting means for detecting the position of the fault occurring in the optical fiber cable 1 is provided, and load detecting means for determining the level of the fault is provided on the other end side of the sensor optical fiber 3. The configuration is the same as in the first embodiment of FIG. 2, but the single-core sensor optical fiber 3 is folded or the tip of the two-core sensor optical fiber 3 is connected by the optical fiber coupler 4. As a result, the position detection means and the load detection means can be housed together in the failure level determination / position detection device 7.

上記第二実施例による障害レベル判定・位置検出装置７であれば、荷重検出手段から出力される光強度Ｐ２，Ｐ３の信号を信号線２１，２２で位置検出手段側に帰還させる必要がないため、長距離の光ファイバケーブル１での使用に好適となる。図１は当該実施例による方式であり、中継局５内の光スイッチ８に接続されたセンサ用光ファイバ３は、中継局５ａ内で光ファイバカプラ４にて折り返し接続されている。 In the fault level determination / position detection device 7 according to the second embodiment, it is not necessary to return the signals of the light intensities P2 and P3 output from the load detection means to the position detection means side through the signal lines 21 and 22. It is suitable for use with a long-distance optical fiber cable 1. FIG. 1 shows a system according to this embodiment, in which a sensor optical fiber 3 connected to an optical switch 8 in a relay station 5 is connected back by an optical fiber coupler 4 in the relay station 5a.

また、図４は本発明で用いる光ファイバケーブルの引込み用架空敷設部の概略構成図であり、端末のユーザー宅２６に光ファイバケーブル１より引き込み線２７を接続した状態を示している。この場合、光ファイバケーブル１は電柱２４上に設置された中継ボックス２５内にて信号用光ファイバ２が分岐され、引き込み線２７としてユーザー宅２６に接続される。また、前記光ファイバケーブル１内のセンサ用光ファイバ３は、前記中継ボックス２５内で光ファイバカプラ４にて折り返し接続されている。このため、ファースト１００ｍ（ラスト１マイル）等の支線であっても屈曲や変形及び断線等による障害のレベル及び位置を高速且つ正確に検出することができる。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an aerial laying portion for drawing in an optical fiber cable used in the present invention, and shows a state in which a lead-in wire 27 is connected from the optical fiber cable 1 to a user house 26 of a terminal. In this case, in the optical fiber cable 1, the signal optical fiber 2 is branched in a relay box 25 installed on the utility pole 24, and connected to the user's house 26 as a lead-in line 27. In addition, the sensor optical fiber 3 in the optical fiber cable 1 is folded back by an optical fiber coupler 4 in the relay box 25. For this reason, even if it is a branch line of the first 100 m (last 1 mile) etc., the level and position of the failure due to bending, deformation, disconnection, etc. can be detected quickly and accurately.

また、上記ホログラフィックフィルタ１７内に形成する障害レベルに対応するホログラム１８の記録周期を、風雨等による振動や温度変化等の外部要因が作用する周期に比べて短い周期で逐次再書込みし、該ホログラム１８で回折した回折光の光強度Ｐ２と、該ホログラム１８を透過した透過光Ｐ３の光強度における今回値と前回値とを逐次比較することにより前記外部要因によるノイズや誤作動を排除することができる。これは、外部要因が作用する周期以下の時間に障害レベルに対応するホログラム１８として記録するスペックルパターンＳｗを再書込みしておけば、変動の遅い成分は検知されず誤動作がないため、外部要因による検出精度の低下を招くことない。変動の遅い成分は、障害レベルに対応するホログラム１８として記録されているＳｗと対応していないスペックルパターンＳｗ＋１との間ではＳｗとは異なるスペックルパターンに変動しているため、その変動が検知される。その変動から光強度Ｐ２，Ｐ３が変化するため、荷重Ｗを判別することができ、さらに反射光の光強度Ｐ１と荷重Ｗより荷重のかかった位置すなわち障害発生位置が正確に求められることになる。 In addition, the recording period of the hologram 18 corresponding to the failure level formed in the holographic filter 17 is sequentially rewritten at a period shorter than the period in which external factors such as vibration and temperature change due to wind and rain act, By sequentially comparing the current value and the previous value of the light intensity P2 of the diffracted light diffracted by the hologram 18 and the light intensity of the transmitted light P3 transmitted through the hologram 18, noise and malfunction due to the external factors are eliminated. Can do. This is because if the speckle pattern Sw recorded as the hologram 18 corresponding to the failure level is rewritten at a time equal to or shorter than the period in which the external factor acts, the component with slow fluctuation is not detected and no malfunction occurs. Does not cause a decrease in detection accuracy. The component with slow fluctuation is detected as a speckle pattern different from Sw between the Sw recorded as the hologram 18 corresponding to the failure level and the non-corresponding speckle pattern Sw + 1. Is done. Since the light intensities P2 and P3 change from the fluctuation, the load W can be discriminated, and the position where the load is applied, that is, the position where the failure occurs is accurately obtained from the light intensity P1 and the load W of the reflected light. .

本発明の光ファイバケーブルにおける障害レベル判定方式及び位置検出方式並びに障害レベル判定・位置検出システムは、光ファイバセンサを数キロメートルに渡って敷設することができるため、広大な敷地を有して一般の立ち入りが禁止される場所、例えば空港，発電所，製鉄所，製油所，各種プラント工場，刑務所，倉庫などにおける侵入者探知用の高速光ファイバセンサとして安価に使用することができる。また、土石流や岩盤等の崩落を検出する場合にも使用することができる。また、何れの場合も風雨等による微小振動や温度変化等の影響によるノイズや誤作動を受けることがない。なお、前記用途において通信用光ファイバが不要な場合は、センサ用光ファイバのみを使用した光ファイバケーブルとして構成して構わない。 The fault level determination method and position detection method and fault level determination / position detection system in the optical fiber cable according to the present invention can lay an optical fiber sensor over several kilometers, and thus have a vast site. It can be used at low cost as a high-speed optical fiber sensor for intruder detection in places where entry is prohibited, such as airports, power plants, steel mills, refineries, various plant factories, prisons, and warehouses. It can also be used to detect collapse of a debris flow or bedrock. Further, in any case, there is no noise or malfunction due to the influence of minute vibrations or temperature changes due to wind and rain. In addition, when the communication optical fiber is unnecessary in the above application, it may be configured as an optical fiber cable using only the sensor optical fiber.

本発明で用いる光ファイバケーブルの構造及び中継局の概略構成図である。1 is a schematic diagram of a structure of an optical fiber cable used in the present invention and a relay station. 本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第一実施例のブロック図である。1 is a block diagram of a first embodiment showing a basic configuration of a failure level determination / position detection device used in the present invention. FIG. 本発明で用いる障害レベル判定・位置検出装置の基本構成を示す第二実施例のブロック図である。It is a block diagram of the 2nd example which shows the basic composition of the fault level judging and position detecting device used by the present invention. 本発明で用いる光ファイバケーブルの引込み用架空敷設部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the aerial laying part for drawing of the optical fiber cable used by this invention.

Explanation of symbols

１光ファイバケーブル
２通信用光ファイバ
３センサ用光ファイバ
４光ファイバカプラ
５中継局
６ルーター
７障害レベル判定・位置検出装置
８光スイッチ
９レーザーダイオード
１０偏光ビームスプリッタ
１１半波長板
１２レンズ
１３障害位置検出用フォトディテクタ
１４制御装置
１５警報装置
１６レンズ
１７ホログラフィックフィルタ
１８ホログラム
１９荷重レベル検出用フォトディテクタ
２０障害レベル検出用フォトディテクタ
２１信号線
２２信号線
２３モニタ装置
２４電柱
２５中継ボックス
２６ユーザー宅
２７引き込み線
Ｐ１反射光の光強度
Ｐ２回折光の光強度
Ｐ３透過光の光強度 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber cable 2 Optical fiber for communication 3 Optical fiber for sensor 4 Optical fiber coupler 5 Relay station 6 Router 7 Fault level judgment and position detection apparatus 8 Optical switch 9 Laser diode 10 Polarizing beam splitter 11 Half-wave plate 12 Lens 13 Fault position Photodetector for detection 14 Control device 15 Alarm device 16 Lens 17 Holographic filter 18 Hologram 19 Photodetector for load level detection 20 Photodetector for failure level detection 21 Signal line 22 Signal line 23 Monitor device 24 Electric pole 25 Relay box 26 User house 27 Lead-in line P1 Light intensity of reflected light P2 Light intensity of diffracted light P3 Light intensity of transmitted light

Claims

For optical fiber cables that make up an optical network, communication optical fibers and sensor optical fibers are arranged together in the same optical fiber cable. For relay stations, between the relay station and the adjacent relay station Fault level determination method and position in an optical fiber cable, comprising a fault level determination / position detection device for automatically detecting optical fault real-time level determination and position detection by optical real-time processing Detection method and fault level determination / position detection system.

On one end side of the optical fiber for the sensor in the optical fiber cable, there is provided a position detecting means for detecting the position of the failure occurring in the optical fiber cable, and on the other end side of the optical fiber for the sensor. 2. The fault level determination method and position detection method and fault level determination / position detection system for an optical fiber cable according to claim 1, wherein load detection means for determining the level of the fault is provided. .

The position detecting means is composed of a laser diode, a polarizing beam splitter, a half-wave plate, a lens, a photo detector for detecting a fault position and a control device, and transmits parallel light emitted from the laser diode through the polarizing beam splitter and the half-wave plate. Then, the light is condensed by the lens and incident on the optical fiber for the sensor, and the reflected light is condensed again by the lens because the refractive index is not uniform at the position where the failure occurs, and is transmitted through the half-wave plate. The fault level determination in the optical fiber cable according to claim 2, wherein the position where the fault occurs is obtained by measuring the light intensity of the reflected light polarized by the polarizing beam splitter with a photodetector for detecting the fault position. System, position detection system and fault level determination / position detection system.

The load detection means is composed of a lens, a holographic filter, a load level detection photo detector and an obstacle level detection photo detector, and the light transmitted through the sensor optical fiber is converted into parallel light by the lens to cause an obstacle in the holographic filter. A hologram corresponding to the level is formed, and the light intensity of the diffracted light diffracted by the hologram is measured with a load level detection photo detector, and the light intensity of the transmitted light that has passed through the hologram is measured with an obstacle level detection photo detector. The fault level determination method, position detection method, and fault level determination / position detection system for an optical fiber cable according to claim 2, wherein the fault level determination is performed by:

The hologram recording period corresponding to the failure level formed in the holographic filter is sequentially rewritten at a period shorter than the period in which external factors such as vibration due to wind and rain and temperature changes act, and diffracted by the hologram. 5. The noise and malfunction due to the external factor are eliminated by sequentially comparing the current value and the previous value of the light intensity of the diffracted light and the light intensity of the transmitted light transmitted through the hologram. A fault level determination method and position detection method and a fault level determination / position detection system for an optical fiber cable according to claim 1.