検知装置

【課題】本発明の目的は、光伝送特性値の出力時間間隔を短縮し、さまざまな場面に適用可能な検知装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の検知装置は、物理量の変化による光ファイバ線路の光伝送特性の変化を測定し、前記物理量の変化を検知する検知装置であって、一つの測定箇所に対して複数の伝送系統と前記複数の伝送系統のそれぞれに設けた光伝送特性測定器を備え、それぞれの前記光伝送特性測定器は互いに異なる時刻に前記光ファイバ線路の光伝送特性値を出力することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量の変化による光ファイバの光伝送特性の変化を測定して、前記物理量の変化を検知する検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物理量の変化に起因して生ずる光ファイバの光伝送特性の変化を測定して、前記物理量の変化を検知する種々の検知装置が用いられている。
これらの検知装置は、例えば、光ファイバ中のラマン散乱光やレーリー散乱光などの光散乱強度が温度によって変化することを利用し、光ファイバが曝される周囲温度によりこれらの散乱光の光伝送特性の変化を測定し、測定箇所の温度を検知する温度検知装置がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、物理量の変化により可動する可動部を用い、前記可動部により光ファイバに応力を加え、応力による光ファイバの光伝送特性の変化を測定して物理量の変化を検知する検知装置もある。
可動部を用いた検知装置としては、例えば、フロート機構を可動部とした水位検知装置や、蓋、扉などを可動部とした開閉検知装置が知られている。また可動部の動きを受け止める光ファイバの構成として光ファイバを巻回した構成のものが特許文献２、３などに開示されている。
【０００４】
これらの検知装置においては、図１４に示すように複数の測定箇所４、４・・が１心の光ファイバ線路３上に直列に設けられ、光パルス測定器（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｍｅｔｒｙ、以下ＯＴＤＲと呼ぶ）２にて各測定箇所における光ファイバの光伝送特性変化（典型的には光伝送損失変化）を測定し、光ファイバ線路３上の測定箇所４、４・・に生じた物理量変化の有無を検知している。
ＯＴＤＲ２では信号光のＳ／Ｎ比を向上させるために平均化処理が行われている。即ち、ＯＴＤＲ２により測定される散乱光は微弱であり、不規則に発生するノイズの影響が大きいため、所定時間内に複数回測定を繰り返し、複数回の測定値を平均して出力値として出力することにより、不規則に発生するノイズの影響を低減している。この状態を模式化したのが図１５である。
ＯＴＤＲ２による測定は線図５で示すようにｔ１の時間間隔で行うが、出力は線図６に示すようにｔ１の例えば５倍であるｔ２の時間間隔で行う。線図６における出力値８は線図５における５つの測定値９、９・・を平均したものであるため、不規則なノイズ１０はこの場合１／５に希釈されて出力値８は真値と近いものとなる。
このような平均化処理については、例えば特許文献４に開示がある。
【特許文献１】特開平８−２３３６６８号公報
【特許文献２】特開平１０−８２６２１号公報
【特許文献３】特開平６−１４８０１７号公報
【特許文献４】特開平７−２１８３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような平均化処理において測定の時間間隔ｔ１は光ファイバ線路の長さが長くなるほど長時間を要し、１回の出力に対する測定回数は多いほどノイズの影響が低減できるが、その分、出力の時間間隔ｔ２は長くなってしまう。
光ファイバの光伝送特性変化の測定値を２値化して物理量変化の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）を検知するある例においては、光ファイバ線路長が３０ｋｍの場合には、出力の時間間隔ｔ２は約１０秒が必要である。このため、高速検知が要求される箇所での使用には制約があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決し、高速検知の可能な検知装置を提供するため、本発明者等は鋭意検討の結果以下の構成に想到した。即ち、
（１）請求項１の検知装置は、物理量の変化による光ファイバ線路の光伝送特性の変化を測定し、前記物理量の変化を検知する検知装置であって、一つの測定箇所に対して複数の伝送系統と前記複数の伝送系統のそれぞれに設けた光伝送特性測定器を備え、それぞれの前記光伝送特性測定器は互いに異なる時刻に前記光ファイバ線路の光伝送特性値を出力することを特徴とする。
（２）請求項２の検知装置は、請求項１に記載の検知装置であって、前記複数の伝送系統は、複数の光ファイバ線路であることを特徴とする。
（３）請求項３の検知装置は、請求項１に記載の検知装置であって、前記複数の伝送系統は、一つの光ファイバ線路を伝播する波長の異なる伝送系統であることを特徴とする。
（４）請求項４の検知装置は、請求項２または請求項３に記載の検知装置であって、前記光伝送特性測定器から出力される光伝送特性値は、所定時間内に測定された複数の測定値を最適化処理した値であることを特徴とする。
（５）請求項５の検知装置は、物理量の変化による光ファイバの光伝送特性の変化を測定し、前記物理量の変化を検知する検知装置であって、一つの測定個所を複数回測定し、ｎ回目測定値からｎ＋ａ回目測定値までを最適化処理したｍ回目出力値とｎ＋ｂ（ｂ＜ａ）回目測定値からｎ＋ｃ（ａ＜ｃ＜２ａ）回目測定値を最適化処理したｍ＋１回目出力値を出力することを特徴とする。
（６）請求項６の検知装置は、請求項１から請求項５いずれか一つに記載の検知装置であって、流路内に設置された少なくとも第１の測定箇所と第２の測定箇所を備え、前記第１の測定箇所は前記第２の測定箇所よりも前記流路内の上流側に設置されることを特徴とする。
（７）請求項７の検知装置は、請求項１から請求項５いずれか一つに記載の検知装置であって、液体が溜まる箇所に少なくとも第１の測定箇所と第２の測定箇所が鉛直方向に高低差をもって設置されることを特徴とする。
（８）請求項８の検知装置は、請求項６に記載の検知装置であって、前記第２の測定箇所はさらに複数の測定箇所からなり、前記複数の測定箇所のうち少なくとも２つの測定箇所は、互いに鉛直方向に高低差をもって設置されることを特徴とする。
（９）請求項９の検知装置は、請求項１から請求項８いずれか一つに記載の検知装置であって、前記測定箇所は、前記物理量の変化に応じて可動する可動部により光ファイバに応力を加え、前記応力により前記光ファイバに光伝送特性の変化を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の検知装置によれば、複数の伝送系統に設けたそれぞれの光伝送特性測定器から互いに異なる時刻に光伝送特性値を出力するので、一つの伝送系統の光伝送特性測定値に基づく出力に要する時間が長い場合であっても、前回出力から今回出力までの間に他の伝送系統の光伝送特性測定値に基づく出力を行うことができる。その結果、実質的に短い時間間隔での特性値出力が可能となり、高速検知の要求に応じることが可能となる。
【０００８】
そして、前記複数の伝送系統は、例えば、請求項２の検知装置のように複数の光ファイバ線路を設けることで実現することができる。
また、請求項３の検知装置のように、一つの光ファイバ線路しか設けない場合であっても、一つの光ファイバ線路に異なる波長を伝播させ波長分割多重することにより複数の伝送系統を構成することもできる。
特に、光伝送特性測定器から出力される光伝送特性値が、所定時間内に測定された複数の測定値を最適化処理した値である場合には、出力値の精度という点では好適であるが、前回出力から今回出力までの時間間隔が長くなりがちである。そこで、請求項４の検知装置においては、最適化処理とそれぞれの前記光伝送特性測定器は互いに異なる時刻に前記光ファイバ線路の光伝送特性値を出力するという構成の協働により、精度の良さと出力時間間隔の短縮を両立することができる。
【０００９】
また、伝送系統を複数設けない場合であっても、請求項５の検知装置によれば、ｎ＋ａ回目測定時点とｎ＋ｃ回目測定時点に出力が可能となる。即ち、この動作を繰り返せばｎ＋ａ回目測定時点からｎ＋２ａ回目測定時点の間のｎ＋ｃ回目測定時点にも特性値が出力されるので、実質的に前回出力から今回出力までの時間間隔が短縮され高速検知に供することができる。
また、これらの出力値はいずれも複数の測定値を最適化処理した値なのでノイズの影響も低減することができる。
【００１０】
上述した検知装置はいずれも高速検知に給するものである。このため、請求項６の検知装置のように、第１および第２の測定個所を流路内に設置すれば、ある時点まで液体のなかった流路に液体が到達したことを検知できるとともに、第１の測定個所と第２の測定個所に流路が到達した時刻の差をも検知する上で有益であり、上記時刻差から流速をも知ることができる。
同様に請求項７の検知装置によれば、各測定個所に液体レベル（液体が水の場合は水位）が到達しているか否かおよび液体レベルの上昇速度を検知することができる。
【００１１】
また、請求項８に記載の検知装置によれば、上流側に設けた第１の測定個所と下流側に設けた第２の測定個所の検知時刻の差から流速が求められるとともに、鉛直方向に高低差をもって設けられた複数の測定個所からなる第２の測定個所のいずれの測定個所に液体が到達しているかを検知することにより液体レベルを知ることができる。即ち、流路の断面のディメンジョンを考慮することにより流量を知ることができる。
【００１２】
上述した検知装置の測定個所は、前記物理量の変化に応じて可動する可動部により光ファイバに応力を加え、前記応力により前記光ファイバに光伝送特性の変化を生じさせることにより、好適に種々の物理量変化を光伝送特性の変化に変換できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施する最良の形態を以下に説明する。本形態における検知装置は、図１に示すように下水道のオーバーフロー流出口の浸水検知装置として構成されている。
図１においてオーバーフロー管１０１、１０２・・は、下水管１１の所定個所に接続され、下水管１１からのオーバーフローを系外１２に放出する。系外１２は例えば河川、海などである。このオーバーフローする下水の有無、その流量などは下水道の管理者などにとっては重大な関心事である。そこでオーバーフロー管１０１、１０２・・には２１、２２、２３および２４，２５，２６・・・のそれぞれ３つの測定個所が設置されている。
【００１４】
いまオーバーフロー管１０１を例に説明すると、オーバーフロー管１０１に設置される測定個所は、第１に光ファイバ線路３１上に直列接続されたプローブ２１ａと、光ファイバ線路３２上に直列接続されたプローブ２１ｂからなる測定個所２１、第２に光ファイバ線路３１上に直列接続されたプローブ２２ａと、光ファイバ線路３２上に直列接続されたプローブ２２ｂからなる測定個所２２、第３に光ファイバ線路３１上に直列接続されたプローブ２３ａと、光ファイバ線路３２上に直列接続されたプローブ２３ｂからなる測定個所２３の３箇所がある。
【００１５】
また、他のオーバーフロー管１０２に設置される測定個所２４、２５、２６を構成するプローブ２４ａ、２５ａ、２６ａ、プローブ２４ｂ、２５ｂ、２６ｂもそれぞれ光ファイバ線路３１、３２上に直列接続されている。光ファイバ線路３１、３２はそれぞれＯＴＤＲ４１、４２に接続されている。
ＯＴＤＲ４１、４２からは光ファイバ線路３１、３２に光パルスが入射されその後方散乱光強度を測定することにより、光ファイバ線路３１、３２の所定個所（本形態においては測定個所２１・・２６）における伝送特性の変化を知ることができる。
【００１６】
しかしながら、背景技術欄で前述したように後方散乱光は微弱であり、ノイズの影響を低減するため最適化処理としての平均化処理が有用であるが、その場合、光伝送特性値を出力する時間間隔が長くなってしまう。本実施形態においても最適化処理としての平均化処理を実施しているが以下に説明するように光伝送測定値を出力する時間間隔を短縮している。
【００１７】
即ち、ＯＴＤＲ４１は、光ファイバ線路３１、プローブ２１ａ・・２６ａからなる第１の光伝送系統の光伝送特性を時刻Ａを始点に時間間隔ｔ１で測定し、時間間隔ｔ２での平均化処理した値の出力を行う。
他方、ＯＴＤＲ４２は、光ファイバ線路３２、プローブ２１ｂ・・２６ｂからなる第２の光伝送系統の光伝送特性を時刻Ａからｔ２／２だけ遅れた時刻Ｂを始点に時間間隔ｔ１で測定し、時間間隔ｔ２での平均化処理した値の出力を行う。すると、２つのＯＴＤＲ４１、４２からの出力を合せて考えると出力の時間間隔はｔ２／２となり時間間隔を半分に短縮できる。
この状態を模式的に示したのが図２であり、図２において線図５１はＯＴＤＲ４１の測定値、線図５２はＯＴＤＲ４１の出力値、線図５３はＯＴＤＲ４２の測定値、線図５４はＯＴＤＲ４２の出力値である。なお、本実施の形態のおいては、光伝送系統を２つとしたが、光伝送系統の数を増やせばそれだけ出力の時間間隔を短縮できる。
【００１８】
次に、一つのオーバーフロー管、例えばオーバーフロー管１０１内の測定個所２１、２２、２３の設置の仕方について説明する。
図３に示すように、オーバーフロー管１０１にはその上流側には管底からＨ１の高さに測定個所２１が設置され、測定個所２１より下流側に管底からＨ１の高さに測定個所２２が設置され、測定個所２２の鉛直上側の管底からＨ２の高さに測定個所２３が設置されている。
【００１９】
今、オーバーフローによる下水流が発生したとすると、下水流はまず測定個所２１の光伝送特性を変化させ（以下、作動と呼ぶ）、所定時間ｔ３後に、測定個所２２のみ、あるいは測定個所２２および２３を作動させる。
本実施形態においては、ＯＴＤＲ４１からの出力時間間隔が短縮されているので比較的短時間である所定時間ｔ３内の変化を出力することができる。
そうすると、測定個所２１の作動時刻と測定個所２２などの作動時刻の差を知ることができる。これにより測定個所２１と測定個所２２などの距離は既知であるから下水流の速度を知ることができる。また、下水流の水位が測定個所２２より上かつ測定個所２３より下である場合は下水流は測定個所２２のみを作動させ、水位が測定個所２３よりも上の場合は測定個所２２および２３を作動させるので、作動した測定個所が２２のみなのか測定箇所２２および２３の両方なのかを検知することにより下水流の水位を知ることができる。
その結果、オーバーフロー管１０１の断面のディメンジョンは既知なので下水流の流量を知ることができる。
なお、本実施形態では測定個所を３箇所としたが、測定個所の数、特に下流側に設置される測定個所の数を増やし、様々な高さに設置すれば流量検知の分解能を向上させることができる。
【００２０】
次に、測定個所の構造について説明する。図４に示すように、測定個所２１は支持具２０１、２０２に２本の光ファイバ２１１、２１２が巻回されプローブ２１ａ、２１ｂを構成している。光ファイバ２１１、２１２はそれぞれ光ファイバ線路３１、３２に直列接続されている。
図５に示すように支持具２０２は固定され、支持具２０１はフロート２２０と連結して可動である。水位の上昇に伴いフロート２２０、支持具２０１が上昇すれば支持具２０１、２０２に巻回されたプローブ２１ａ、２１ｂは変形し、マクロベンドによる伝送損失の増加を生じてＯＴＤＲ４１、４２により検知が可能となる。
【００２１】
このようにして、本実施形態においては、光伝送特性の変化を出力する時間間隔を短くしたため、流速や流量の検知も可能となり、下水道のオーバーフローを監視するのに好適な検知装置を実現している。
【実施例】
【００２２】
その他の実施例を以下に説明する。
まず、光伝送特性の変化を出力する時間間隔を短くするために、複数本の光ファイバ線路を用いる代わりに１本の光ファイバ線路に波長の異なる光を伝播させ波長分割多重により複数の伝送系統を構成してもよい。この場合、例えば図６に示すようにＯＴＤＲ４１、４２、光合分波器５０、光ファイバ線路３１、測定個所２７、２８を備えた検知装置によって実現される。
【００２３】
また、検知装置は出力値の最適化処理を行わないものであってもよい。例えば図７に示すように、第一の光伝送測定器は測定した都度その測定値をそのまま出力し（線図５５）、第２の光伝送測定器も測定した都度その測定値をそのまま出力する（線図５６）場合であっても、その出力する時刻を異ならせることで出力時間間隔を短縮することができる。
【００２４】
さらに、伝送系統を１つしか設けない場合であっても、図８に示すよう、複数回光伝送特性の測定を行い、１回目測定値から５回目測定値までを最適化処理した出力値５００の出力を行い、以降測定値５回分を最適化処理した出力値５０１・・の出力を繰り返すとともに、３回目測定値から７回目測定値までを最適化処理した出力値５１０の出力を行い以降測定値５回分を最適化処理した出力値５１１・・の出力を繰り返すことによっても最適化処理と出力時間間隔の短縮を両立させることができる。
【００２５】
また、最適化処理については、前述した平均化処理のほかに、複数の測定値の中から、中央値を選択して出力するもの、最頻値を出力するもの、所定の範囲外の測定値を無視するもの、またはこれらの組み合わせなど種々の手法が採用可能である。
【００２６】
さらに光伝送特性測定器としては図９に示すようにＯＴＤＲではなく光源４５、４６およびパワーメータ４３、４４を使用してもよい。
【００２７】
測定個所の構成については、前述した構成の他に、図１０に示すように、光ファイバテープ心線２１３を支持具２０１、２０２に巻回し、光ファイバテープ心線２１３を構成する光ファイバの一端を適宜短絡させても構成できる。
また、必ずしも巻回部を設けなくても、図１１（ａ）に示すように光ファイバ２３０の直線部を可動部により押圧して応力を負荷するもの、図１１（ｂ）のように可動部により引っ張って応力を負荷するものなど種々の構成が採用できる。
【００２８】
本発明の検知装置を浸水検知に用いる場合、測定個所の配置は以下のようなものでもよい。即ち、図１２に示すように、２つ測定個所２１、２２を流れ方向の異なる個所に設置すれば、流量の検知には不向きだが流速の検知は可能である。また、図１３に示すように液体の溜まる個所に鉛直方向に高低差をもって測定個所２１、２２を設置すれば、液体レベル、および液体レベルの上昇速度を検知することができる。
【００２９】
また、本発明に係る検知装置は浸水検知のみならず、蓋、扉などの開閉検知、温度検知などの種々の物理量の変化を検知する場合に適用可能である。
【００３０】
このように、本発明によれば、光伝送特性値の出力時間間隔を短縮したので、さまざまな場面に適用可能な検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る検知装置を示す模式図。
【図２】本発明に係る検知装置における測定、出力状態を示す概念図。
【図３】本発明に係る検知装置の測定箇所設置状態を示す模式図。
【図４】本発明に係る検知装置の測定箇所の構成を示す模式図。
【図５】本発明に係る検知装置の測定箇所の構成を示す模式図。
【図６】本発明に係る検知装置を示す模式図。
【図７】本発明に係る検知装置における測定、出力状態を示す概念図。
【図８】本発明に係る検知装置における測定、出力状態を示す概念図。
【図９】本発明に係る検知装置を示す模式図。
【図１０】本発明に係る検知装置の測定箇所の構成を示す模式図。
【図１１】本発明に係る検知装置の測定箇所の構成を示す模式図。
【図１２】本発明に係る検知装置の測定箇所設置状態を示す模式図。
【図１３】本発明に係る検知装置の測定箇所設置状態を示す模式図。
【図１４】従来の検知装置を示す模式図。
【図１５】従来の検知装置における測定、出力状態を示す概念図。
【符号の説明】
【００３２】
１検知装置
２ＯＴＤＲ
３光ファイバ線路
４測定箇所
５測定線図
６出力線図
８出力値
９測定値
１０ノイズ
１１下水管
１２系外
１０１オーバーフロー管
１０２オーバーフロー管
２１測定箇所
２１ａプローブ
２１ｂプローブ
２２測定箇所
２２ａプローブ
２２ｂプローブ
２３測定箇所
２３ａプローブ
２３ｂプローブ
２４測定箇所
２４ａプローブ
２４ｂプローブ
２５測定箇所
２５ａプローブ
２５ｂプローブ
２６測定箇所
２６ａプローブ
２６ｂプローブ
２７測定箇所
２８測定箇所
２０１支持具
２０２支持具
２１１光ファイバ
２１２光ファイバ
２１３光ファイバテープ心線
２２０フロート
２３０光ファイバ
３１光ファイバ線路
３２光ファイバ線路
４１ＯＴＤＲ
４２ＯＴＤＲ
４３パワーメータ
４４パワーメータ
４５光源
４６光源
５０光合分波器
５１測定線図
５２出力線図
５３測定線図
５４出力線図
５５測定・出力線図
５６測定・出力線図
５００出力値
５０１出力値
５１０出力値
５１１出力値

【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量の変化による光ファイバ線路の光伝送特性の変化を測定し、前記物理量の変化を検知する検知装置であって、一つの測定箇所に対して複数の伝送系統と前記複数の伝送系統のそれぞれに設けた光伝送特性測定器を備え、それぞれの前記光伝送特性測定器は互いに異なる時刻に前記光ファイバ線路の光伝送特性値を出力することを特徴とする検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検知装置であって、前記複数の伝送系統は、複数の光ファイバ線路であることを特徴とする検知装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検知装置であって、前記複数の伝送系統は、一つの光ファイバ線路を伝播する波長の異なる伝送系統であることを特徴とする検知装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の検知装置であって、前記光伝送特性測定器から出力される光伝送特性値は、所定時間内に測定された複数の測定値を最適化処理した値であることを特徴とする検知装置。
【請求項５】
物理量の変化による光ファイバの光伝送特性の変化を測定し、前記物理量の変化を検知する検知装置であって、一つの測定個所を複数回測定し、ｎ回目測定値からｎ＋ａ回目測定値までを最適化処理したｍ回目出力値とｎ＋ｂ（ｂ＜ａ）回目測定値からｎ＋ｃ（ａ＜ｃ＜２ａ）回目測定値を最適化処理したｍ＋１回目出力値を出力することを特徴とする検知装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５いずれか一つに記載の検知装置であって、流路内に設置された少なくとも第１の測定箇所と第２の測定箇所を備え、前記第１の測定箇所は前記第２の測定箇所よりも前記流路内の上流側の設置されることを特徴とする検知装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５いずれか一つに記載の検知装置であって、液体が溜まる箇所に少なくとも第１の測定箇所と第２の測定箇所が鉛直方向に高低差をもって設置されることを特徴とする検知装置。
【請求項８】
請求項６に記載の検知装置であって、前記第２の測定箇所はさらに複数の測定箇所からなり、前記複数の測定箇所のうち少なくとも２つの測定箇所は、互いに鉛直方向に高低差をもって設置されることを特徴とする検知装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８いずれか一つに記載の検知装置であって、前記測定箇所は、前記物理量の変化に応じて可動する可動部により光ファイバに応力を加え、前記応力により前記光ファイバに光伝送特性の変化を生じさせることを特徴とする検知装置。

【図１】