JP2013140132A

JP2013140132A - オプチカル・ファイバーの水を観測する水センサーシステム及び観測方法（ＡＲｅｍｏｔｅＷａｔｅｒＳｅｎｓｉｎｇＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ）

Info

Publication number: JP2013140132A
Application number: JP2012114669A
Authority: JP
Inventors: Jr-Yi Wang; 王志益; Tzu-Wen Wang; 王子文; Jia-Shian Wu; 呉嘉憲; Fu-Yuan Tsai; 蔡福源
Original assignee: Chunghwa Telecom Co Ltd
Current assignee: Chunghwa Telecom Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US20130170786A1; CN102706514A; TW201326782A; TWI458953B

Abstract

【課題】オプチカル・ファイバーの水を観測する観測システム及び観測方法を提供し、観測能力を備えた類神経ネットワークを形成すること。
【解決手段】オプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法の組成は、（１）光回路の反射損失を検知する原理による光学エレメントとして、繰り返し使用できる特性を備え、有水・無水状態を観測するための水センサーと；（２）光パルス試験器(OTDR)或いは光周波数変調/連続波(OFMCW)或いは光源及び光パワーメーターによって、観測光源信号を発送し、且つ水センサーがフィードバックした光信号を接収し、観測点に浸水状況があるかどうかを判断するための信号処理制御ユニットと、を含む；本方法は、光ケーブル接続ボックスの浸水観測や、電信施設の浸水警告・窪地地区・橋梁河川水位監視測定及び警告などの領域に応用することもできる。
【選択図】図３

Description

本発明は、オプチカル・ファイバーの水を観測するための水センサーシステム及び観測方法であって、水センサーによって水に接触した後の媒質屈折係数の変化を観測する。
つまり光回路の反射現象破壊や光回路反射損失事件を観測して、更に光パルス試験器（ＯＴＤＲ）、光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）或いは光源及び光パワーメーターによって、観測点の水接触状態を観測するものである。

従来知られているオプチカル・ファイバー接続ボックス浸水観測器は、水センサー中の不織布高分子材料が浸水後膨張し、オプチカル・ファイバーを湾曲損失させる原理を利用して、光回路の挿入損失や時間の長さを観測する。
しかし、この方法は僅か１・２の事件箇所しか観測することができない。
また、一旦不織布高分子材料の吸水が飽和すると、繰り返し使用することができない。その上、前端の浸水点が修復されていなければ、後端に浸水点があるかどうかわからない。
したがって、従来方法は、「経済性及び効率」の面で、機能不足が明らかである。

電信会社の光ケーブルは全国各地に敷設されている。近年、水害・土砂崩れなど自然災害が頻出している、光ケーブルネットワークの電信施設（たとえば光ジョイントボックス及びその中の電信設備・光ケーブル接続ボックス）が一旦浸水すると、電信会社の資産は膨大な損失を被るおそれがある。

本発明は、電信会社の光ケーブルネットワークに最高の保護を提供することができる。
本発明の目的は、オプチカル・ファイバーの水を観測する観測システム及び観測方法を提供し、観測能力を備えた類神経ネットワークを形成する。
重複使用可能な浸水オプイチカルファーバー観測器によって、電信会社の光ケーブル接続ボックスの浸水を観測し、電信施設の浸水警報・窪地地区・橋梁・河川の水位観測及び警告の目的を達成することにある。

本発明は、光回路中の「反射損失」を観測原理とし、水センサーの繰り返し使用を可能とする。
水センサーは、同時に２０箇所以上の浸水事件点を観測できる。
前端の浸水箇所がまだ修復されない状態でも、後端に浸水箇所があるかどうかを知ることができる。
同時に、この観測方法は、リアルタイムに観測箇所の浸水事件箇所を観測することができる。

水センサーが水に接触すると、水の屈折率値は約１．３３であり、光がこのインターフェースに伝送されるとき、全反射条件を満足させることはできず、大部分の伝送光は透射して発散し、元のルートに沿って反射回帰することができない。
したがって、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）・光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）によって、光ケーブルルートの水センサーの位置を観測すれば、元あった強い反射が消失する事件を発見することができる。
或いは、光源及び光パワーメーターによって観測された反射率値が低下すれば、この位置に据え付けられた水センサーの箇所に浸水現象が生じたことを表す。

このように水センサーの浸水前・浸水後の反射の差異を観測し、リアルタイムに観測箇所に浸水現象があるかどうかを観測することができる。
また、光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）の、光チャンネル反射損失事件を観測する能力によって、水センサーの反射事件を観測しても、観測箇所の浸水観測を行うことができる。
また、光源及び光パワーメーターによって、反射光パワー値の大小変化を観測することによって、観測箇所に浸水状態があるかどうかを判断することもできる。

本発明は、オプチカル・ファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法であって、観測光源信号を発送し、水センサーからフィードバックされた光信号を接収するための観測設備と、光回路の反射損失を検知する原理で水センサーによって、有水と無水状態を観測し、重複使用できる光学エレメントと、観測光信号に対応する光チャンネルを選択するとともに、複数の光観測ルートに送り、信号処理制御ユニットにて分析するための光チャンネル・セレクターと、これらの水センサーからフィードバックされた光信号を分析して、観測点に浸水状況があるかどうかを判断する信号処理制御ユニットと、を含む。

上述のようなオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステムは、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）・光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）或いは光源及び光パワーメーターを観測設備とする。

前記水センサーは、浸水前では観測光信号を局側へ回送し、浸水後は、観測光信号が発散するため観測光信号は局側へ回送されなくなる。
前記光チャンネル・セレクターは、異なる工程に対応して、観測ウェーブバンドを入力し、後続の光回路及び装置に接続し、前記信号処理制御ユニットを経由して、観測工程に沿って異なる光チャンネルを切り替え、観測されるべき光回路数及び区域を拡大し、観測装置の使用効率を向上させる。
前記信号処理制御ユニットは、全体の工程を監視制御し、信号を採取、分析することによって、観測点の有水・無水の最新状況を掌握する。

本発明に係るオプチカルファイバーの水を観測する方法は、少なくとも下記ステップを含む。
ステップａ：機械室側に特許請求範囲第一項に記載のオプチカルファイバーの水を観測するシステムを設置し、且つこれらの観測ルートの観測点にそれぞれ水センサーを据え付ける。
ステップｂ：前記オプチカルファイバーの水を観測する方法は、必要に応じて、順次光チャンネルセレクターを制御して観測されるべき光チャンネルへ切り替える、観測設備は、観測波の光信号を観測されるべきオプチカルファイバーへ入力し、更に光ケーブルを経由して各ルートの水センサーへ至る。
ステップｃ：前記水センサーが浸水していないときは、観測波の光信号を機械室側へ反射してもどす、浸水した後は、観測波の光信号を機械室側へ反射して戻すことができない、機械室側の観測設備は、光チャンネルから反射して戻った光信号を同時に接収、且つ測定し、更にその時点での各水センサーの反射光パワー値を獲得する。
ステップｄ：前記各水センサーの光パワー損失値を分析することによって、観測点の水センサーに浸水事件が生じたかどうかを測定する。
上述オプチカルファイバーの水を観測する方法は、ステップｄ．においてオプチカルルートの状態を測定するうえで、更に、下記機能を含むことができる、
ａ：測定した結果、水センサーの観測光パワーがプリセットした値より小さい場合は、前記観測点に浸水状況が発生したことを示す。
ｂ：測定した結果、水センサーの観測光パワーの数値がプリセットした原始値と接近している場合は、前記観測点が正常であることを示す。
本発明に係るその他の特徴と優れた点は、本明細書に添付した図面を参照しながら、以降の実施例を基に説明する。

本発明に係るオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法は、その他従来の技術に比べ、更に下記のような長所がある。
（１）本発明に係る水センサーは、繰り返し使用することができる。
（２）本発明によれば、２０個以上の観測点の浸水事件を観測することができる。
（３）本発明によれば、前端の浸水点が修復されていない場合も、後端に浸水点があるかどうかを知ることができる。
（４）本発明は、安くて有効な浸水観測方法を提供し、リアルタイムに観測点の浸水状況を感知し、損失を避けることができる。

水センサーの観測構造及び原理略図である。本発明に係るオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法の観測原理略図である。本発明に係るオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法のＯＴＤＲ／ＯＦＭＣＷによる観測構築略図である。本発明に係るオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法の光源及び光パワーメーターによる観測構築略図である。本発明に係る水センサー浸水前の実測図である。本発明に係る水センサー浸水後の実測図である。。本発明に係る水センサー浸水後の自然乾燥実測図である。

本発明は、オプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム及び方法によって、一層経済的・効率的な監視測定方式を提供する。
図１は、水センサーの観測構造及び原理略図で、図２は、本発明の観測原理略図、図３・図４は、本発明の構築略図、図５は、本発明の水センサー浸水前の波形実測図、図６は、本発明の水センサー浸水後の波形実測図、図７は、本発明の水センサー浸水後自然乾燥後の波形実測図である。

図３に示すように、観測の主要装置は機械室１０におかれる。
観測装置は光パルス試験器（ＯＴＤＲ）或いは光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）１３によって、観測ウェーブバンド１４の光信号を送り出し、光チャンネルセレクター１２を経由してオプチカルファイバールート１１・機械室外部光ケーブル１６・更に観測点１７へ至り、最後に水センサー１８へ至る。
或いは、光源光パワ−メーター１３から観測信号を送り出し、オプチカルファイバールート１１・機械室外部の光ケーブル１６を経由し、更に観測点１７へ、最後に水センサー１８へ至る。
観測装置の光は、図４のように、光源光パワーメーターによって信号を観測することもできる。

観測信号は水センサー１８へ入った後、二本の光に分岐する。
一本は、９５％の光エネルギーを次の観測点１７へ送り、同時に別の一本は、５％の光エネルギーが水センサー１８を透き通り、元のルートで折り返す。
観測点１７・光ケーブル１６・オプチカルファイバー１１を経由して光チャンネルセレクター１２へ入り、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）或いは光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）或いは光源及び光パワーメーターに接収測定され、全体の光回路水センサーの反射損失波形図或いは反射光パワー値の大小変化情報を獲得する。

図５の実測に示すように、信号処理制御ユニット１５が、この波形図を採取することによって、全体の光回路水センサー１８の最新反射損失状態の情報を獲得することができる。
水センサー１８が浸水すると、５％の分岐光は、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）或いは光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）１３或いは光源及び光パワーメーター１３へ１戻ることができず、水センサー１８の元反射波形が消失する。

図６の実測に示すように、信号処理制御ユニット１５は、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）或いは光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）、或いは光源及び光パワーメーターを経由して、どの水センサー１８が浸水したかがわかる。
この時、信号処理制御ユニット１５が直ちに浸水測定工程へ入る。図７に示すように、水センサー１８が浸水後自然乾燥すると、光回路全体の水センサー反射波形図が回復される。

水センサーの浸水位置測定工程は、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）或いは光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）１３から観測ウェーブバンド１４を発送し、光チャンネルセレクター１２・オプチカルファーバー１１・光ケーブル１６・観測点１７を経由して、最後に水センサー１８へ至り、信号処理制御ユニット１５によって、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）或いは光周波数変調／連続波（ＯＦＭＣＷ）を制御することによって、図６に示すように、各ルートの水センサーの最新軌跡波形図を測定することができ、水センサー浸水点の発生位置を知り、警告などの後続工程の根拠とすることができる。

本発明は、混合して運用することができ、たとえば、図３・図４に示すように、図３は、光チャンネルセレクター（Optical Channel Selector,OCS）１２と組み合わせて、異なる工程に対応して観測ウェーブバンドを入力するほか、その後の光回路及び装置に連結して、信号処理制御ユニット１５を経由し、観測工程に応じて異なる光チャンネルへ切り替え、観測されるべき光回路数及び区域を拡大し、観測装置の使用効率を高め、観測の単位コストを切り下げることができる。

図４は、光チャンネルセレクター（Optical Channel Selector,OCS）１２を組み合わせない例で、異なる工程に対応して観測ウェーブバンドを入力するほか、その後の光回路及び装置に連結することもできる。

上述した詳細な説明は、本発明の実施可能な実施例についての具体的説明である。ただし、前記実施例は、本発明の特許請求の範囲を制限するものではなく、およそ本発明の技芸精神を逸脱せずになされる等価実施或いは変更は、すべて本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。

１０機械室
１１オプチカルファイバー
１２光チャンネルセレクター（Optical Channel Selector, OCS）
１３観測設備
１４観測ウェーブバンド
１５信号処理制御ユニット
１６光ケーブル
１７観測点
１８水センサー
１０機械室
１１オプチカルファイバー

Claims

オプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステムであって、
観測光源を発送し、且つ前記水センサーから戻ってくる光信号を接収する複数の観測設備と、
光回路の反射損失を検知する原理による光学エレメントとして繰り返し使用でき、有水・無水状態を観測するための複数の水センサーと、
観測光信号に対応する観測光チャンネルを選択し、複数の光観測ルートに送り込み、信号処理制御ユニットによって処理・分析するための複数の光チャンネルセレクターと、
前記水センサーから戻ってきた光信号を分析し、観測点に浸水状況があるかどうかを判断するための信号処理制御ユニットと、
を含むことを特徴とする、オプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム。
前記観測設備は、光パルス試験器（OTDR）或いは光周波数変調／連続波（OFMCW）或いは光源及び光パワーメーターであることを特徴とする請求項１に記載のオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム。
前記水センサーは、浸水前は観測信号を局側へ反射して回送し、浸水後は観測光を発散させて観測光信号を局側へ回送できなくなることを特徴とする請求項１に記載のオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム。
前記光チャンネルセレクターは、異なる工程に応じて観測ウェーブバンドを入力し、そのあとの光回路及び装置に連結し、信号処理制御ユニットを経由して、観測工程にしたがって異なる光チャンネルを切り替え、観測されるべき光回路数及び区域を拡大し、観測装置の使用効率を高めることを特徴とする請求項１に記載のオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム。
前記信号処理制御ユニットは、全体の工程を監視制御・信号を採取・分析し、観測点の浸水の有無について最新状況を知るためであることを特徴とする請求項１に記載のオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステム。
水センサーによるオプチカルファイバーの水の観測方法であって、少なくとも、
ステップａ：機械室側に請求項１に記載のオプチカルファイバーの水を観測する水センサーシステムを設置し、且つ前記観測ルートの各観測点にそれぞれ水センサーを一個ずつ取り付ける、
ステップｂ：前記水センサーの方法は、必要に応じて、順次光チャンネルセレクターを制御して観測されるべき光チャンネルへ切り替え、観測設備は観測波の光信号を観測されるべきオプチカルファーバーに入力し、更に光ケーブルを経由して各ルートの水センサーへ送る、
ステップｃ：前記水センサーが浸水していない場合は、観測波の光信号を反射して機械室側へ戻すことができるが、浸水後は、観測波の光信号を機械室側へ送り返すことができない、機械室側の観測設備は光ルートから反射して戻ってきた光信号を同時に接収且つ測定することによって、現時点での各水センサーの反射光パワー値を獲得する、
ステップｄ：前記各水センサーの光パワー損失値を分析し、観測点の水センサーに浸水事件が起こったかどうかを測定する、
工程を含むことを特徴とする、水センサーによるオプチカルファイバーの水の観測方法。
前記水センサーによるオプチカルファイバーの水の観測方法は、前記ステップｄ：において、オプチカルファイバールートの状態を測定するうえで、更に、
ａ：水センサーの観測光パワーがプリセットされた値より小さい場合は、前記観測点に浸水状況が発生したことを示し、
ｂ：水センサーの観測光パワーがプリセットされた値より大きい場合は、前記観測点が正常であることを示す、
ことを特徴とする請求項６に記載の水センサーによるオプチカルファイバーの水の観測方法。