JP7077887B2 - Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method - Google Patents

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Description

この発明は、発電所や工場などの大型の施設における人の不法な侵入の検知や、橋梁や道路などの大型の土木構造に発生する亀裂の検知に利用するのに好適な、振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法に関する。 The present invention is a vibration detection optical fiber suitable for detection of illegal intrusion of a person in a large facility such as a power plant or a factory, or detection of a crack generated in a large civil engineering structure such as a bridge or a road. Regarding sensors and vibration detection methods.

光波を光ファイバへ入力すると、伝搬に伴って後方散乱光が発生していく。光ファイバの長手方向の各位置において発生した後方散乱光は、入力される光波（以下、入力光）が光ファイバの入力端から後方散乱光が発生する位置までの往復に要する時間だけ遅れて観測される。光ファイバの長手方向に、破断点や、伝搬する光を大きく減衰させる点がある場合、その位置に対応する後方散乱光の光強度が変化する。この原理は、通信用光ファイバの破断点の検知に利用され、時間領域反射測定（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）として知られている。 When a light wave is input to an optical fiber, backscattered light is generated as it propagates. The backscattered light generated at each position in the longitudinal direction of the optical fiber is observed with a delay of the time required for the input light wave (hereinafter referred to as input light) to reciprocate from the input end of the optical fiber to the position where the backscattered light is generated. Will be done. When there is a break point or a point that greatly attenuates the propagating light in the longitudinal direction of the optical fiber, the light intensity of the backscattered light corresponding to the position changes. This principle is used for detecting a break point of an optical fiber for communication, and is known as time domain reflection measurement (OTDR) (OTDR: Optical Time Domain Reflectometry).

ＯＴＤＲにおいて、入力光としての光パルスの発生に利用するレーザを、周波数ドリフトが小さく、線幅が狭いレーザに交換するのみで、光ファイバに伝わる振動を検知できる（例えば、非特許文献１参照）。 In an OTDR, vibration transmitted to an optical fiber can be detected simply by replacing the laser used to generate an optical pulse as input light with a laser having a small frequency drift and a narrow line width (see, for example, Non-Patent Document 1). ..

このようなレーザを利用したＯＴＤＲでは、後方散乱光の光強度の波形は、光パルスが光ファイバを伝搬する間に光ファイバ内の複数の散乱中心で発生するコヒーレントな後方散乱光の強い干渉の結果として観測される。 In OTDR using such a laser, the waveform of the light intensity of the backscattered light is the strong interference of the coherent backscattered light generated at multiple scattering centers in the optical fiber while the optical pulse propagates through the optical fiber. Observed as a result.

光ファイバに振動が加わると、その位置のみ光ファイバの屈折率や複屈折が変化する。これにより、振動が加わった位置の複数の散乱中心からの複数のコヒーレントな後方散乱光間の相対的な位相差が変化する。コヒーレント波の重ね合わせでは、波形間の相対的な位相差が変化すると波形が変化する。このため、観測されるＯＴＤＲ波形において、振動が加わった位置に相当する時刻の波形のみ変化する。この現象を利用すれば、観測したＯＴＤＲ波形と、以前の時刻において観測したＯＴＤＲ波形の差を計算することにより、振動の発生と位置を検出できる。 When vibration is applied to the optical fiber, the refractive index and birefringence of the optical fiber change only at that position. This changes the relative phase difference between the plurality of coherent backscattered lights from the plurality of scattering centers at the position where the vibration is applied. In the superposition of coherent waves, the waveform changes when the relative phase difference between the waveforms changes. Therefore, in the observed OTDR waveform, only the waveform at the time corresponding to the position where the vibration is applied changes. By utilizing this phenomenon, the occurrence and position of vibration can be detected by calculating the difference between the observed OTDR waveform and the OTDR waveform observed at the previous time.

この方法は、位相感応ＯＴＤＲやφ－ＯＴＤＲと呼ばれる。位相感応ＯＴＤＲでは、以前の時刻のＯＴＤＲ波形との差分を求める。この際に、異常な振動が無い場合においても、ＯＤＴＲ波形の振幅の揺らぎが大きいと大きな雑音となる。これは、異常な振動を検知するといった目的に対して、異常な振動の有無の見逃しや誤検知の原因となる。この雑音を低減するために、移動平均（ｍｏｖｉｎｇ ａｖｅｒａｇｉｎｇ）と移動差分（ｍｏｖｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）と呼ばれる方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。 This method is called a phase sensitive OTDR or φ-OTDR. In the phase sensitive OTDR, the difference from the OTDR waveform at the previous time is obtained. At this time, even if there is no abnormal vibration, if the fluctuation of the amplitude of the ODTR waveform is large, a large noise will be generated. This causes the presence or absence of abnormal vibration to be overlooked or falsely detected for the purpose of detecting abnormal vibration. In order to reduce this noise, methods called moving averaging and moving differential are known (see, for example, Non-Patent Document 2).

移動平均は、時間の経過と共に観測した複数のＯＴＤＲ波形に関し、位置ごとに移動平均を求めることにより、差分を計算した場合の雑音を低減する方法である。移動差分は、異なる時刻で観測したＯＴＤＲ波形の差分を計算する際に、時間軸上で隣り合ったＯＴＤＲ波形との差分を計算するのではなく、少し離れた時刻において観測したＯＴＤＲ波形との差分を計算する方法である。ＯＴＤＲ波形を取得する時間の間隔と比較して振動の持続時間が十分に長い場合、時間軸上で隣り合ったＯＴＤＲ波形との差分を計算する方法と比較して大きな差分の値を得られる。 The moving average is a method of reducing noise when a difference is calculated by obtaining a moving average for each position of a plurality of OTDR waveforms observed with the passage of time. The movement difference is the difference from the OTDR waveform observed at a slightly distant time, instead of calculating the difference from the OTDR waveforms adjacent to each other on the time axis when calculating the difference between the OTDR waveforms observed at different times. Is a method of calculating. If the duration of the vibration is sufficiently long compared to the time interval for acquiring the OTDR waveform, a large difference value can be obtained as compared with the method of calculating the difference between the OTDR waveforms adjacent to each other on the time axis.

J. C. Juarez, W. Maier, K. N. Choi, and H. F. Taylor, “Distributed Fiber-Optic Intrusion Sensor System,” IEEE JLT, vol. 23, No. 6, June 2005, pp. 2081-2087J. C. Juarez, W. Maier, K. N. Choi, and H. F. Taylor, “Distributed Fiber-Optic Intrusion Sensor System,” IEEE JLT, vol. 23, No. 6, June 2005, pp. 2081-2087 Y. Lu, T. Zhu, L. Chen, and X. Bao, “Distributed Vibration Sensor Based on Coherent Detection of Phase-OTDR,” IEEE JLT, vol. 28, No. 22, Nov. 15, 2010, pp.3243-3249Y. Lu, T. Zhu, L. Chen, and X. Bao, “Distributed Vibration Sensor Based on Coherent Detection of Phase-OTDR,” IEEE JLT, vol. 28, No. 22, Nov. 15, 2010, pp. 3243-3249

しかしながら、ＯＴＤＲ波形に対して移動平均と移動差分を利用しても、異常な振動が有る場合と無い場合の値の比は数倍程度である。差分のみで振動の有無を評価する限り、異常な振動が有る場合の差分の大きさは、原理的に、最大でもＯＴＤＲ波形のとり得る振幅の最大値と最小値の差に留まる。このように、異常な振動が有る場合と無い場合の値の比が小さいため、振動検知光ファイバセンサの動作は不安定である。さらに、位相感応ＯＴＤＲは僅かな振動も検知できる一方で、雑音の程度は光ファイバが敷設された環境に依存する。このため、風などの影響を受ける環境下では、異常の有無を見分けることが難しい。 However, even if the moving average and the moving difference are used for the OTDR waveform, the ratio of the values with and without abnormal vibration is about several times. As long as the presence or absence of vibration is evaluated only by the difference, the magnitude of the difference when there is abnormal vibration is, in principle, limited to the difference between the maximum value and the minimum value of the possible amplitude of the OTDR waveform at the maximum. As described above, since the ratio of the values with and without abnormal vibration is small, the operation of the vibration detection optical fiber sensor is unstable. Further, while the phase sensitive OTDR can detect even a slight vibration, the degree of noise depends on the environment in which the optical fiber is laid. Therefore, it is difficult to distinguish the presence or absence of an abnormality in an environment affected by wind or the like.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、ＯＴＤＲ、例えば、位相感応ＯＴＤＲにおいて、移動平均と移動差分の利用に加えて、雑音の性質を利用することで、ＯＴＤＲ波形の変化を統計的に評価し、異常な振動の有無を明瞭に判別する、振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. An object of the present invention is to statistically evaluate changes in the OTDR waveform by utilizing the properties of noise in addition to the use of moving averages and moving differences in OTDRs, for example, phase sensitive OTDRs, to obtain anomalous vibrations. It is an object of the present invention to provide a vibration detection optical fiber sensor and a vibration detection method for clearly discriminating the presence or absence.

上述した目的を達成するために、この発明の振動検知光ファイバセンサは、光源部と、光ファイバと、光強度取得部と、ＯＴＤＲ波形取得手段と、移動平均取得手段と、差分波形取得手段と、統計情報取得手段と、異常度取得手段と、異常判定手段とを備えて構成される。 In order to achieve the above-mentioned object, the vibration detection optical fiber sensor of the present invention includes a light source unit, an optical fiber, a light intensity acquisition unit, an OTDR waveform acquisition unit, a moving average acquisition unit, and a difference waveform acquisition unit. , Statistical information acquisition means, abnormality degree acquisition means, and abnormality determination means are provided.

光源部は、プローブ光として、光パルスを生成する。光ファイバにはプローブ光が入力され、光強度取得部は、プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する。 The light source unit generates an optical pulse as probe light. The probe light is input to the optical fiber, and the light intensity acquisition unit acquires the intensity of the output light in which the probe light is back-scattered by the optical fiber.

ＯＴＤＲ波形取得手段は、光強度取得部から送られてくる、光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶する。移動平均取得手段は、時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）～第ｋ＋Ｍ－１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する。差分波形取得手段は、第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する。統計情報取得手段は、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。異常度取得手段は、以下の式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する。 The OTDR waveform acquisition means sequentially acquires and stores the OTDR waveform, which is the waveform of the output light for each optical pulse sent from the light intensity acquisition unit. The moving average acquisition means acquires the kth moving average waveform by averaging the temporally continuous OTDR waveforms of the kth (k is an integer of 1 or more) to the k + M-1 (M is an integer of 2 or more). And remember. The difference waveform acquisition means acquires the OTDR waveform of the k + M + N (N is an integer of 2 or more) and the difference waveform of the moving average waveform of the kth. The statistical information acquisition means acquires the sample mean μ of the difference waveform and the standard deviation σ. The abnormality degree acquisition means acquires an abnormality degree waveform indicating the abnormality degree by calculating the abnormality degree at each position using the following equation (1).

Figure 0007077887000001
Figure 0007077887000001

異常判定手段は、異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する。 The abnormality determining means acquires the presence or absence of abnormal vibration and the position of the abnormal vibration if it is present from the value of the degree of abnormality.

この発明の振動検知光ファイバセンサの好適な実施形態によれば、光源部は、狭線幅レーザと、関数発生器と、強度変調器とを備えて構成される。狭線幅レーザは、レーザ光を生成する光源であって、線幅が１０ｋＨｚ以下である。関数発生器は、一定の周波数で電気パルスを生成する。強度変調器は、レーザ光を電気パルスで光パルス化することにより、光パルスを生成する。 According to a preferred embodiment of the vibration detection optical fiber sensor of the present invention, the light source unit includes a narrow line width laser, a function generator, and an intensity modulator. The narrow line width laser is a light source that generates a laser beam and has a line width of 10 kHz or less. The function generator produces an electrical pulse at a constant frequency. The intensity modulator generates an optical pulse by converting a laser beam into an optical pulse with an electric pulse.

また、この発明の振動検知方法は、光パルス生成過程と、光強度取得過程と、ＯＴＤＲ波形取得過程と、移動平均取得過程と、差分取得過程と、統計情報取得過程と、異常度取得過程と、異常判定過程とを備える。 Further, the vibration detection method of the present invention includes a light pulse generation process, a light intensity acquisition process, an OTDR waveform acquisition process, a moving average acquisition process, a difference acquisition process, a statistical information acquisition process, and an abnormality degree acquisition process. , Equipped with an abnormality determination process.

光パルス生成過程では、プローブ光として、光パルスを生成する。光強度取得過程では、プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する。ＯＴＤＲ波形取得過程では、光強度取得過程で取得された、光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶する。移動平均取得過程では、時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）～第ｋ＋Ｍ－１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する。差分取得過程では、第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する。統計情報取得過程では、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。異常度取得過程では、上記式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する。異常判定過程では、異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する。 In the optical pulse generation process, an optical pulse is generated as probe light. In the light intensity acquisition process, the intensity of the output light in which the probe light is backscattered by the optical fiber is acquired. In the OTDR waveform acquisition process, the OTDR waveform, which is the waveform of the output light for each optical pulse acquired in the light intensity acquisition process, is sequentially acquired and stored. In the moving average acquisition process, the kth moving average waveform is acquired by averaging the temporally continuous OTDR waveforms of the kth (k is an integer of 1 or more) to the k + M-1 (M is an integer of 2 or more). And remember. In the difference acquisition process, the difference waveform of the k + M + N (N is an integer of 2 or more) and the moving average waveform of the kth are acquired. In the statistical information acquisition process, the sample mean μ of the difference waveform and the standard deviation σ are acquired. In the abnormality degree acquisition process, the abnormality degree waveform indicating the abnormality degree is acquired by calculating the abnormality degree at each position using the above equation (1). In the abnormality determination process, the presence or absence of abnormal vibration and the position of the abnormal vibration, if any, are acquired from the value of the degree of abnormality.

この発明の振動検知方法の好適な実施形態によれば、光パルス生成過程は、線幅が１０ｋＨｚ以下の狭線幅レーザを用いてレーザ光を生成する過程と、一定の周波数で電気パルスを生成する過程と、レーザ光を電気パルスで光パルス化することにより、光パルスを生成する過程とを備える。 According to a preferred embodiment of the vibration detection method of the present invention, the optical pulse generation process includes a process of generating a laser beam using a narrow line width laser having a line width of 10 kHz or less and an electric pulse generation process at a constant frequency. The process includes a process of generating an optical pulse by converting a laser beam into an optical pulse with an electric pulse.

この発明の振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法によれば、単にＯＴＤＲ波形と移動平均波形との差分波形を取るだけでなく、差分波形の標本平均及び標準偏差を用いて異常度を取得し、この異常度の値から異常振動の有無を判定する。この結果、異常がある場合と無い場合のピーク値の比が、差分波形でのピーク値の比に比べて大きくなり、異常の有無がより明確になる。 According to the vibration detection optical fiber sensor and the vibration detection method of the present invention, not only the difference waveform between the OTDR waveform and the moving average waveform is obtained, but also the sample average and the standard deviation of the difference waveform are used to obtain the degree of abnormality. The presence or absence of abnormal vibration is determined from the value of this degree of abnormality. As a result, the ratio of the peak values with and without the abnormality becomes larger than the ratio of the peak values in the difference waveform, and the presence or absence of the abnormality becomes clearer.

振動検知光ファイバセンサの概略的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the vibration detection optical fiber sensor. ＯＴＤＲ波形と移動平均波形を示す図（１）である。It is a figure (1) which shows the OTDR waveform and the moving average waveform. ＯＴＤＲ波形と移動平均波形を示す図（２）であって、図２の一部を拡大して示す図である。FIG. 2 is a diagram (2) showing an OTDR waveform and a moving average waveform, and is a diagram showing a part of FIG. 2 in an enlarged manner. 差分波形を示す図である。It is a figure which shows the difference waveform. 異常な振動が加えられていない状態の差分波形と、雑音の分布を示す図である。It is a figure which shows the difference waveform in the state where abnormal vibration is not applied, and the distribution of noise. 異常度を示す図である。It is a figure which shows the degree of abnormality.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the shape, size, and arrangement of each component are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood. Further, although a suitable configuration example of the present invention will be described below, numerical conditions and the like are merely suitable examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications or modifications can be made to achieve the effects of the present invention without departing from the scope of the configuration of the present invention.

（振動検知光ファイバセンサ）
図１を参照して、振動検知光ファイバセンサの実施形態について説明する。図１は、振動検知光ファイバセンサの概略的構成を示すブロック図である。 (Vibration detection optical fiber sensor)
An embodiment of a vibration detection optical fiber sensor will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vibration detection optical fiber sensor.

この振動検知光ファイバセンサは、光源部１０、光ファイバ２０、光サーキュレータ３０、及び、計測部４０を備えて構成される。この振動検知光ファイバセンサは、ＯＴＤＲに用いられる。 The vibration detection optical fiber sensor includes a light source unit 10, an optical fiber 20, an optical circulator 30, and a measurement unit 40. This vibration detection optical fiber sensor is used for OTDR.

光源部１０は、プローブ光として、周期的に光パルスを生成する。振動検知光ファイバセンサの空間分解能は、この光パルスの幅に依存する。また、振動検知光ファイバセンサの測定距離は、光パルスの周波数に依存する。光パルスは、光ファイバ２０を１ｍ伝搬するのに５ｎｓの時間を要する。後方散乱光を観測する場合は，順方向の伝搬と，逆方向の伝搬の往復の時間を要するので、１ｍあたり１０ｎｓの遅延が発生する。例えば、パルス幅を１００ｎｓ、周波数を５ｋＨｚとしたとき、空間分解能は１０ｍとなり、最大の測定距離は２０ｋｍとなる。 The light source unit 10 periodically generates an optical pulse as probe light. The spatial resolution of the vibration detection optical fiber sensor depends on the width of this optical pulse. Further, the measurement distance of the vibration detection optical fiber sensor depends on the frequency of the optical pulse. The optical pulse takes 5 ns to propagate 1 m through the optical fiber 20. When observing backscattered light, it takes a round trip time of forward propagation and reverse propagation, so a delay of 10 ns per 1 m occurs. For example, when the pulse width is 100 ns and the frequency is 5 kHz, the spatial resolution is 10 m and the maximum measurement distance is 20 km.

光源部１０は、例えば、レーザ光源１２、強度変調器１４、関数発生器１６及び光増幅器１８を備えて構成される。 The light source unit 10 includes, for example, a laser light source 12, an intensity modulator 14, a function generator 16, and an optical amplifier 18.

レーザ光源１２は、通信波長帯の連続光として、レーザ光を生成する。レーザ光源１２として、線幅が１０ｋＨｚ以下のいわゆる狭線幅レーザを用いるのが良い。レーザ光源１２として狭線幅レーザを用いると、この振動検知光ファイバセンサは、位相感応ＯＴＤＲに用いることができる。レーザ光の波長は、任意で良いが、標準単一モード光ファイバで低損失の１５５０ｎｍにするのが良い。レーザ光源１２で生成されたレーザ光は、強度変調器１４に送られる。 The laser light source 12 generates laser light as continuous light in the communication wavelength band. As the laser light source 12, it is preferable to use a so-called narrow line width laser having a line width of 10 kHz or less. When a narrow line width laser is used as the laser light source 12, this vibration detection optical fiber sensor can be used for a phase sensitive OTDR. The wavelength of the laser beam may be arbitrary, but it is preferable to use a standard single-mode optical fiber with a low loss of 1550 nm. The laser light generated by the laser light source 12 is sent to the intensity modulator 14.

関数発生器１６は、矩形状の電気パルスを生成する。この電気パルスは、強度変調器１４に送られる。関数発生器１６が生成する電気パルスは、例えば、パルス幅が１００ｎｓｅｃ幅で、繰り返し周波数が５ｋＨｚである。また、関数発生器１６の出力は、後述するアナログ－ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器４４にも送られ、トリガー信号として用いられる。 The function generator 16 generates a rectangular electric pulse. This electric pulse is sent to the intensity modulator 14. The electric pulse generated by the function generator 16 has, for example, a pulse width of 100 nsec and a repetition frequency of 5 kHz. The output of the function generator 16 is also sent to the analog-to-digital (A / D) converter 44, which will be described later, and is used as a trigger signal.

強度変調器１４は、レーザ光を電気パルスで光パルス化して、光パルスを生成する。この光パルスは、光増幅器１８に送られる。強度変調器１４が生成する光パルスのパルス幅と周波数は、共に関数発生器１６が生成する電気パルスと同じである。この例では、光パルスは、パルス幅が１００ｎｓｅｃで、繰り返し周波数が５ｋＨｚである。 The intensity modulator 14 converts the laser beam into an optical pulse with an electric pulse to generate an optical pulse. This optical pulse is sent to the optical amplifier 18. The pulse width and frequency of the optical pulse generated by the intensity modulator 14 are both the same as the electric pulse generated by the function generator 16. In this example, the optical pulse has a pulse width of 100 nsec and a repetition frequency of 5 kHz.

強度変調器１４で生成された光パルスは、光増幅器１８で所定の増幅を受けた後、プローブ光として、光サーキュレータ３０を経て光ファイバ２０に送られる。 The optical pulse generated by the intensity modulator 14 is amplified by the optical amplifier 18 and then sent to the optical fiber 20 as probe light via the optical circulator 30.

光ファイバ２０に送られたプローブ光は、光ファイバ２０を伝播し、プローブ光の伝播に伴って後方散乱光が発生する。この後方散乱光は、出力光として光サーキュレータ３０を経て計測部４０に送られる。 The probe light sent to the optical fiber 20 propagates in the optical fiber 20, and backscattered light is generated along with the propagation of the probe light. This backscattered light is sent to the measuring unit 40 as output light via the optical circulator 30.

計測部４０は、光強度取得部としての光検出器４２及びＡ／Ｄ変換器４４と、演算器５０とを備えて構成される。光ファイバ２０から計測部４０に入力された出力光は、光検出器４２に送られる。 The measuring unit 40 includes a photodetector 42 and an A / D converter 44 as a light intensity acquisition unit, and an arithmetic unit 50. The output light input from the optical fiber 20 to the measuring unit 40 is sent to the photodetector 42.

光検出器４２は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）で構成することができる。光検出器４２は、出力光を２乗検波することにより電気信号に変換して、Ａ／Ｄ変換器４４に送る。ここで、後方散乱光の光強度は小さい。このため、光検出器４２は、－３０ｄＢｍ程度でも受光できる感度があることが望ましい。 The photodetector 42 can be configured with, for example, a photodiode (PD). The photodetector 42 converts the output light into an electric signal by square detection and sends it to the A / D converter 44. Here, the light intensity of the backscattered light is small. Therefore, it is desirable that the photodetector 42 has a sensitivity to receive light even at about -30 dBm.

Ａ／Ｄ変換器４４は、光検出器４２から受けとった電気信号をディジタル信号に変換する。ここで、Ａ／Ｄ変換器４４の標本化周波数は、ＯＴＤＲ波形を標本化できる程度に大きければよく、２００ＭＨｚ程度あれば十分である。 The A / D converter 44 converts the electrical signal received from the photodetector 42 into a digital signal. Here, the sampling frequency of the A / D converter 44 may be large enough to sample an OTDR waveform, and may be about 200 MHz.

Ａ／Ｄ変換器４４で得られるディジタル信号は、演算器５０に送られる。 The digital signal obtained by the A / D converter 44 is sent to the arithmetic unit 50.

演算器５０は、ディジタル信号を用いて、ＯＴＤＲ波形の変化を統計的に評価し、異常な振動の有無の検知及び振動の位置の特定を行う。演算器５０としては、例えば、異常な振動の有無の検知及び振動の位置の特定を行うプログラムがインストールされた市販のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を利用できる。ここでは、一例として、演算器５０が、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５４及び記憶手段５６を備えて構成されるものとして説明する。ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ５４に格納されているプログラムを実行することにより、後述する各機能手段を実現する。各機能手段での処理結果は、一時的にＲＡＭ５２に格納される。 The arithmetic unit 50 statistically evaluates changes in the OTDR waveform using a digital signal, detects the presence or absence of abnormal vibration, and identifies the position of vibration. As the calculator 50, for example, a commercially available personal computer (PC) in which a program for detecting the presence or absence of abnormal vibration and specifying the position of vibration is installed can be used. Here, as an example, the arithmetic unit 50 will be described as being configured to include a CPU (Central Processing Unit) 60, a RAM (Random Access Memory) 52, a ROM (Read Only Memory) 54, and a storage means 56. The CPU 60 realizes each functional means described later by executing a program stored in the ROM 54. The processing result of each functional means is temporarily stored in the RAM 52.

ＯＴＤＲ波形は、Ａ／Ｄ変換器４４から演算器５０に周期的に送られてくる。ＯＴＤＲ波形取得手段６２は、時間的に連続するＭ個分（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を順に記憶手段５６に格納、すなわち記憶する。Ｍ個分の波形が格納された後は、一番古い波形を削除して、新しい波形を記憶手段５６に格納していく。 The OTDR waveform is periodically sent from the A / D converter 44 to the arithmetic unit 50. The OTDR waveform acquisition means 62 sequentially stores, that is, stores M OTDR waveforms (M is an integer of 2 or more) continuously in time in the storage means 56. After M waveforms are stored, the oldest waveform is deleted and the new waveform is stored in the storage means 56.

移動平均取得手段６４は、ＯＴＤＲ波形をＡ／Ｄ変換器４４から受け取るたびに、時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）～第ｋ＋Ｍ－１（Ｍは２以上の整数）のＭ個分のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得する。第ｋの移動平均波形は、記憶手段５６に格納される。移動平均取得手段６４が取得した時間的に連続するＮ個分（Ｎは２以上の整数）の移動平均波形は、順に記憶手段５６に格納される。Ｎ個分の移動平均波形が格納された後は、一番古い移動平均波形を削除して、新しい移動平均波形を記憶手段５６に格納していく。 Each time the moving average acquisition means 64 receives the OTDR waveform from the A / D converter 44, the time-consecutive th k (k is an integer of 1 or more) to the k + M-1 (M is an integer of 2 or more) The kth moving average waveform is acquired by averaging M OTDR waveforms. The kth moving average waveform is stored in the storage means 56. The time-consecutive N moving average waveforms (N is an integer of 2 or more) acquired by the moving average acquisition means 64 are sequentially stored in the storage means 56. After N moving average waveforms are stored, the oldest moving average waveform is deleted and a new moving average waveform is stored in the storage means 56.

差分波形取得手段６６は、新たに受け取った第ｋ＋Ｍ＋ＮのＯＴＤＲ波形と、記憶手段５６に格納されている、第ｋの移動平均波形の差分を取ることにより、差分波形を取得する。なお、この差分を移動差分と称することもある。上述の通り、第ｋの移動平均波形は、第ｋ～第ｋ＋Ｍ－１のＯＴＤＲ波形の平均である。 The difference waveform acquisition means 66 acquires a difference waveform by taking the difference between the newly received k + M + N OTDR waveform and the kth moving average waveform stored in the storage means 56. In addition, this difference may be referred to as a moving difference. As described above, the kth moving average waveform is the average of the kth to k + M-1 OTDR waveforms.

統計情報取得手段６８は、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。 The statistical information acquisition means 68 acquires the sample average μ of the difference waveform and the standard deviation σ.

異常度取得手段７０は、上記式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す波形（以下、異常度波形とも称する。）を取得する。 The abnormality degree acquisition means 70 acquires a waveform indicating the abnormality degree (hereinafter, also referred to as an abnormality degree waveform) by calculating the abnormality degree at each position using the above equation (1).

その後、異常判定手段７２が、異常度から異常振動の有無を判断する。なお、異常度の有無を判定する際に用いるしきい値については、設置場所の環境による影響をモニタするなどして、好適な値に設定すればよい。 After that, the abnormality determining means 72 determines the presence or absence of abnormal vibration from the degree of abnormality. The threshold value used to determine the presence or absence of the degree of abnormality may be set to an appropriate value by monitoring the influence of the environment of the installation location.

移動平均を計算する際の波形の数Ｍは、例えば、レーザ光源１２の線幅に基づいて定められる。レーザ光源１２の線幅が５００Ｈｚの場合は、２ｍｓｅｃ（＝１／５００Ｈｚ）以下の時間の平均になるようにするのが良い。光パルスの周波数が５ｋＨｚの場合は、例えば、Ｍを２０にすることができる。この場合、移動平均波形は、４ｍｓｅｃの時間の平均になる。 The number M of the waveforms when calculating the moving average is determined, for example, based on the line width of the laser light source 12. When the line width of the laser light source 12 is 500 Hz, it is preferable that the average time is 2 msec (= 1/500 Hz) or less. When the frequency of the optical pulse is 5 kHz, M can be set to 20, for example. In this case, the moving average waveform becomes the average for a time of 4 msec.

なお、統計情報取得手段６８が標本平均μ及び標準偏差σを取得するにあたり、異常振動が無い状態で計算するのが良い。従って、統計情報取得手段６８は、例えば、異常判定手段７２において、異常振動が有ったと判定された場合は、その位置に対応する標本を除いて、標本平均μ及び標準偏差σを取得する構成とすることができる。また、異常判定手段７２において、異常振動が有ったと判定された場合は、移動平均取得手段６４が、該当するＯＴＤＲ波形を除いて移動平均波形を取得する構成にしてもよい。 When the statistical information acquisition means 68 acquires the sample average μ and the standard deviation σ, it is preferable to perform the calculation without any abnormal vibration. Therefore, for example, when the abnormality determination means 72 determines that the abnormality vibration is present, the statistical information acquisition means 68 acquires the sample average μ and the standard deviation σ except for the sample corresponding to the position. Can be. Further, when the abnormality determination means 72 determines that the abnormality vibration is present, the moving average acquisition means 64 may be configured to acquire the moving average waveform excluding the corresponding OTDR waveform.

差分波形を取得する際の、ＯＴＤＲ波形と移動平均波形の時間差は、異常振動の周期以上に設定するのが良い。例えば、光パルスの周波数が５ｋＨｚの場合、光パルスの周期は、０．２ｍｓｅｃ（＝１／５ｋＨｚ）である。これに対し、光ファイバを叩いたことにより発生する振動の周波数は数１００Ｈｚ程度である。この場合、周期は、数ｍｓｅｃ程度であるので、時間的に隣接するＯＴＤＲ波形の差が小さい。このため、時間差を４ｍｓｅｃ程度にするのが良い。 The time difference between the OTDR waveform and the moving average waveform when acquiring the difference waveform should be set to be equal to or longer than the period of abnormal vibration. For example, when the frequency of the optical pulse is 5 kHz, the period of the optical pulse is 0.2 msec (= 1/5 kHz). On the other hand, the frequency of vibration generated by hitting the optical fiber is about several hundred Hz. In this case, since the period is about several msec, the difference between the OTDR waveforms adjacent in time is small. Therefore, it is better to set the time difference to about 4 msec.

（特性試験）
この振動検知光ファイバセンサの特性試験について説明する。ここでは、光ファイバ２０の長さを１８ｋｍとした。光ファイバ２０の、入力端側から８．５ｋｍの位置の光ファイバを叩いて、異常な振動を加えた。ここでは、光ファイバ２０の、光サーキュレータ３０に接続される側が入力端側である。 (Characteristic test)
The characteristic test of this vibration detection optical fiber sensor will be described. Here, the length of the optical fiber 20 is set to 18 km. An abnormal vibration was applied by hitting the optical fiber at a position 8.5 km from the input end side of the optical fiber 20. Here, the side of the optical fiber 20 connected to the optical circulator 30 is the input end side.

レーザ光源１２は、線幅５００Ｈｚの狭線幅レーザとした。光パルスのパルス幅及び周波数をそれぞれ１００ｎｓｅｃ及び５ｋＨｚとした。また、移動平均を計算する際に用いる波形の数Ｍを２０とし、差分波形を取得する際の時間差を４ｍｓｅｃとした。この時間差の４ｍｓｅｃは、光パルスの数Ｎに換算すると２０個分になる。すなわち、この試験では、移動平均を計算する際に用いる波形の数Ｍと、差分波形を取得する際の時間差から換算される光パルスの数Ｎはともに２０で等しい。記憶手段には、Ｍ（＝２０）個のＯＴＤＲ波形と、Ｎ（＝２０）個の移動平均波形が格納されている。 The laser light source 12 was a narrow line width laser having a line width of 500 Hz. The pulse width and frequency of the optical pulse were set to 100 nsec and 5 kHz, respectively. Further, the number M of the waveforms used when calculating the moving average was set to 20, and the time difference when acquiring the difference waveform was set to 4 msec. This time difference of 4 msec is equivalent to 20 light pulses when converted to the number N of optical pulses. That is, in this test, the number M of the waveform used when calculating the moving average and the number N of the optical pulses converted from the time difference when acquiring the difference waveform are both equal at 20. The storage means stores M (= 20) OTDR waveforms and N (= 20) moving average waveforms.

図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、ＯＴＤＲ波形と移動平均波形を説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）は、いずれもＯＴＤＲ波形と移動平均波形を示す図である。 The OTDR waveform and the moving average waveform will be described with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B) and FIGS. 3 (A) and 3 (B). 2 (A) and 2 (B) and FIGS. 3 (A) and 3 (B) are diagrams showing an OTDR waveform and a moving average waveform.

図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）は横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、信号強度（単位：ｍＶ）を取って示している。この信号強度は、例えばＡ／Ｄ変換器の出力電圧として与えられる。 2 (A) and (B) and FIGS. 3 (A) and 3 (B) show the distance (unit: m) from the input end of the optical fiber on the horizontal axis, and the signal strength (unit: m) on the vertical axis. mV) is taken and shown. This signal strength is given, for example, as the output voltage of the A / D converter.

図２（Ａ）及び図３（Ａ）は、Ｍ（＝２０）個分のＯＴＤＲ波形を示している。また、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）は、Ｎ（＝２０）個分の移動平均波形を示している。ここで、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、異常な振動を与えた８．５ｋｍ付近の波形を拡大して示している。 2 (A) and 3 (A) show M (= 20) OTDR waveforms. Further, FIGS. 2B and 3B show moving average waveforms for N (= 20) pieces. Here, FIGS. 3 (A) and 3 (B) show enlarged waveforms around 8.5 km in which abnormal vibration is applied.

与えられた異常な振動の影響を受けていない、８４００～８５００ｍと８６５０～９０００ｍの範囲に着目する。この範囲において、図３（Ａ）に示す各ＯＴＤＲ波形では、信号強度にばらつきがある。一方、図３（Ｂ）に示す各移動平均波形では、信号強度にばらつきがなく、ほぼ等しい。 Focus on the range of 8400-8500m and 8650-9000m, which are not affected by the given anomalous vibration. In this range, the signal strength varies in each OTDR waveform shown in FIG. 3 (A). On the other hand, in each moving average waveform shown in FIG. 3 (B), the signal intensities do not vary and are almost equal.

図４は、差分波形取得手段で取得された差分波形を示す図である。図４は、横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、差分（単位：ｍＶ）を取って示している。ここで、差分は、第ｋ＋Ｍ＋ＮのＯＴＤＲ波形と、第ｋ～第ｋ＋Ｍ－１のＯＴＤＲ波形から取得された第ｋの移動平均波形との差分とする。ｋが１の場合、移動差分は、第１～第２０のＯＴＤＲ波形から取得された第１の移動平均波形と、第４０のＯＴＤＲ波形との差分になる。以下の説明では、移動差分を単に差分とも称する。 FIG. 4 is a diagram showing a difference waveform acquired by the difference waveform acquisition means. In FIG. 4, the horizontal axis shows the distance (unit: m) from the input end of the optical fiber, and the vertical axis shows the difference (unit: mV). Here, the difference is the difference between the k + M + N OTDR waveform and the kth moving average waveform acquired from the k to k + M-1 OTDR waveforms. When k is 1, the moving difference is the difference between the first moving average waveform acquired from the first to twentieth OTDR waveforms and the 40th OTDR waveform. In the following description, the moving difference is also simply referred to as a difference.

図４に示すように、異常な振動を加えた８．５ｋｍの位置での移動差分の大きさは、他の、異常な振動を加えていない箇所の移動差分の大きさに比べて５．６倍程度である。なお、この特性試験では、加えた異常な振動以外には、光ファイバの揺らぎがない条件で測定を行っている。 As shown in FIG. 4, the magnitude of the movement difference at the position of 8.5 km to which the abnormal vibration is applied is 5.6 compared to the magnitude of the movement difference of the other places where the abnormal vibration is not applied. It is about double. In this characteristic test, the measurement is performed under the condition that there is no fluctuation of the optical fiber other than the added abnormal vibration.

ここで、移動差分の測定では、風の影響などにより僅かに光ファイバが揺らいだだけでも大きな差分が発生する。移動差分では、ＯＴＤＲ波形の最大値と最小値の差以上の値は得られない。このため、風などで光ファイバが揺らいだ場合に、加えた異常な振動による移動差分のピークが、風の影響によるピークと判別が難しい場合がある。 Here, in the measurement of the movement difference, a large difference is generated even if the optical fiber is slightly shaken due to the influence of wind or the like. With the movement difference, a value larger than the difference between the maximum value and the minimum value of the OTDR waveform cannot be obtained. Therefore, when the optical fiber is shaken by wind or the like, it may be difficult to distinguish the peak of the movement difference due to the added abnormal vibration from the peak due to the influence of wind.

そこで、さらに、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。 Therefore, the sample average μ of the difference waveform and the standard deviation σ are further acquired.

図５は、異常な振動が加えられていない状態の差分波形と、雑音の分布を示す図である。図５（Ａ）は、差分波形を示す図であって、横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、移動差分（単位：ｍＶ）を取って示している。図５（Ｂ）は、雑音の分布を示す図であって、縦軸に、移動差分（単位：ｍＶ）を取って示し、横軸に、移動差分の値ごとの、標本数を取って示している。図５（Ｂ）に示す雑音の分布では、標本平均μが２４．４であり、標準偏差σが２５．２である。 FIG. 5 is a diagram showing a difference waveform in a state where abnormal vibration is not applied and a noise distribution. FIG. 5A is a diagram showing a difference waveform, in which the horizontal axis shows the distance (unit: m) from the input end of the optical fiber, and the vertical axis shows the moving difference (unit: mV). Is shown. FIG. 5B is a diagram showing the noise distribution, in which the vertical axis shows the movement difference (unit: mV) and the horizontal axis shows the number of samples for each movement difference value. ing. In the noise distribution shown in FIG. 5B, the sample mean μ is 24.4 and the standard deviation σ is 25.2.

異常度取得手段は、上記式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す波形（以下、異常度波形とも称する。）を取得する。 The abnormality degree acquisition means acquires a waveform indicating the abnormality degree (hereinafter, also referred to as an abnormality degree waveform) by calculating the abnormality degree at each position using the above equation (1).

図６は、異常度を示す図である。図６は、横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、上記式（１）を用いて計算した異常度を取って示している。ここでは、図４に示したのと同じデータを用いて計算している。 FIG. 6 is a diagram showing the degree of abnormality. In FIG. 6, the horizontal axis shows the distance (unit: m) from the input end of the optical fiber, and the vertical axis shows the degree of abnormality calculated using the above equation (1). Here, the calculation is performed using the same data as shown in FIG.

図６に示すように、異常な振動を加えた８．５ｋｍの位置での異常度の大きさは、他の、異常な振動を加えていない箇所の異常度の大きさに比べて４６．４倍程度である。移動差分により得られる５．６倍と比べて、異常の有無がより明確になっている。 As shown in FIG. 6, the magnitude of the anomaly at the position of 8.5 km where the anomalous vibration is applied is 46.4 compared with the magnitude of the anomaly at the other places where the anomalous vibration is not applied. It is about double. The presence or absence of anomalies is clearer than the 5.6 times obtained by the movement difference.

その後、異常度から異常振動の有無を判断する。なお、異常振動の有無を判定する際に用いるしきい値については、設置場所の環境による影響をモニタするなどして、好適な値に設定すればよい。 After that, the presence or absence of abnormal vibration is determined from the degree of abnormality. The threshold value used for determining the presence or absence of abnormal vibration may be set to an appropriate value by monitoring the influence of the environment of the installation site.

なお、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得するにあたり、異常振動有りと判断された箇所の値は用いずに、異常振動のない箇所の値のみを用いる。 In order to obtain the sample average μ of the difference waveform and the standard deviation σ, the value of the part where it is judged that there is abnormal vibration is not used, but only the value of the part where there is no abnormal vibration is used.

（他の実施形態）
ここでは、光強度取得部にＰＤを用いて、後方散乱光の強度を測定する例を説明したが、これに限定されない。後方散乱光を観測するにあたり、非特許文献２に記載しているように、後方散乱光をレーザ光源で生成されたレーザ光と干渉させて、コヒーレント検波を行ってもよい。また、光９０度ハイブリッド受信機を用いて後方散乱光の位相変化を観測してもよい。また、後方散乱光に対してヘテロダイン検波をしてもよい。 (Other embodiments)
Here, an example of measuring the intensity of backscattered light by using a PD for the light intensity acquisition unit has been described, but the present invention is not limited to this. In observing the backscattered light, as described in Non-Patent Document 2, the backscattered light may interfere with the laser light generated by the laser light source to perform coherent detection. Further, the phase change of the backscattered light may be observed by using a light 90 degree hybrid receiver. Heterodyne detection may also be performed on the backscattered light.

１０ 光源部
１２ レーザ光源
１４ 強度変調器
１６ 関数発生器
１８ 光増幅器
２０ 光ファイバ
３０ 光サーキュレータ
４０ 計測部
４２ ＰＤ
４４ Ａ／Ｄ変換器
５０ 演算器
５２ ＲＡＭ
５４ ＲＯＭ
５６ 記憶手段
６０ ＣＰＵ
６２ ＯＴＤＲ波形取得手段
６４ 移動平均取得手段
６６ 差分波形取得手段
６８ 統計情報取得手段
７０ 異常度取得手段
７２ 異常判定手段 10 Light source unit 12 Laser light source 14 Intensity modulator 16 Function generator 18 Optical amplifier 20 Optical fiber 30 Optical circulator 40 Measurement unit 42 PD
44 A / D converter 50 Arithmetic unit 52 RAM
54 ROM
56 Storage means 60 CPU
62 OTDR waveform acquisition means 64 Moving average acquisition means 66 Difference waveform acquisition means 68 Statistical information acquisition means 70 Abnormality acquisition means 72 Abnormality determination means

Claims (8)

プローブ光として、光パルスを生成する光源部と、
前記プローブ光が入力される光ファイバと、
前記プローブ光が前記光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する光強度取得部と、
前記光強度取得部から送られてくる、前記光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶するＯＴＤＲ波形取得手段と、
時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）～第ｋ＋Ｍ－１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する、移動平均取得手段と、
第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する差分波形取得手段と、
前記差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する統計情報取得手段と、
以下の式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する異常度取得手段と、
前記異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する異常判定手段と
を備えることを特徴とする振動検知光ファイバセンサ。
Figure 0007077887000002
 A light source that generates an optical pulse as probe light,
The optical fiber to which the probe light is input and
A light intensity acquisition unit that acquires the intensity of output light in which the probe light is backscattered by the optical fiber, and a light intensity acquisition unit.
An OTDR waveform acquisition means for sequentially acquiring and storing an OTDR waveform, which is a waveform of output light for each optical pulse, sent from the light intensity acquisition unit.
A moving average waveform of the kth kth is acquired and stored by averaging the OTDR waveforms of the kth (k is an integer of 1 or more) to the k + M-1 (M is an integer of 2 or more) that are continuous in time. Average acquisition method and
A difference waveform acquisition means for acquiring a difference waveform between a k + M + N (N is an integer of 2 or more) and a moving average waveform of the kth.
A statistical information acquisition means for acquiring the sample mean μ of the difference waveform and the standard deviation σ,
An abnormality degree acquisition means for acquiring an abnormality degree waveform indicating the abnormality degree by calculating the abnormality degree at each position using the following equation (1).
A vibration detection optical fiber sensor comprising: an abnormality determining means for acquiring the presence / absence of abnormal vibration and the position of the abnormal vibration when there is abnormal vibration from the value of the degree of abnormality.
Figure 0007077887000002
 前記統計情報取得手段は、前記異常判定手段において異常振動が有ったと判定された場合は、その位置に対応する標本を除いて、標本平均μ及び標準偏差σを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検知光ファイバセンサ。 When the abnormality determination means determines that there is an abnormality vibration, the statistical information acquisition means acquires a sample average μ and a standard deviation σ, excluding the sample corresponding to the position. Item 1. The vibration detection optical fiber sensor according to Item 1. 前記移動平均取得手段は、前記異常判定手段において異常振動が有ったと判定された場合は、該当するＯＴＤＲ波形を除いて移動平均波形を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検知光ファイバセンサ。 The vibration detection according to claim 1, wherein the moving average acquisition means acquires a moving average waveform excluding the corresponding OTDR waveform when it is determined that the abnormality determination means has an abnormal vibration. Fiber optic sensor. 前記光源部は、
レーザ光を生成する光源であって、線幅が１０ｋＨｚ以下の狭線幅レーザと、
一定の周波数で電気パルスを生成する関数発生器と、
前記レーザ光を前記電気パルスで光パルス化することにより、前記光パルスを生成する強度変調器と
を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の振動検知光ファイバセンサ。 The light source unit is
A light source that generates laser light, such as a narrow line width laser with a line width of 10 kHz or less, and
A function generator that generates an electrical pulse at a constant frequency,
The vibration detection optical fiber sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising an intensity modulator that generates the optical pulse by converting the laser beam into an optical pulse with the electric pulse. .. プローブ光として、光パルスを生成する光パルス生成過程と、
前記プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する光強度取得過程と、
前記光強度取得過程で取得された、前記光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶するＯＴＤＲ波形取得過程と、
時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）～第ｋ＋Ｍ－１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する移動平均取得過程と、
第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する差分取得過程と、
前記差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する統計情報取得過程と、
以下の式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する異常度取得過程と、
前記異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する異常判定過程と
を備えることを特徴とする振動検知方法。
Figure 0007077887000003
 An optical pulse generation process that generates an optical pulse as probe light,
The light intensity acquisition process for acquiring the intensity of the output light in which the probe light is backscattered by the optical fiber, and
An OTDR waveform acquisition process in which an OTDR waveform, which is an output light waveform for each optical pulse acquired in the light intensity acquisition process, is sequentially acquired and stored, and
A moving average that acquires and stores the kth moving average waveform by averaging the temporally continuous kth (k is an integer of 1 or more) to the k + M-1 (M is an integer of 2 or more) OTDR waveforms. Acquisition process and
The difference acquisition process for acquiring the difference waveform between the k + M + N (N is an integer of 2 or more) and the kth moving average waveform.
The sample average μ of the difference waveform, the statistical information acquisition process for acquiring the standard deviation σ, and
The abnormality degree acquisition process for acquiring the abnormality degree waveform indicating the abnormality degree by calculating the abnormality degree at each position using the following equation (1), and the abnormality degree acquisition process.
A vibration detection method comprising: presence / absence of abnormal vibration from the value of the degree of abnormality, and an abnormality determination process of acquiring the position of the abnormal vibration if present.
Figure 0007077887000003
 前記統計情報取得過程では、前記異常判定過程において異常振動が有ったと判定された場合は、その位置に対応する標本を除いて、標本平均μ及び標準偏差σを取得する
ことを特徴とする請求項５に記載の振動検知方法。 In the statistical information acquisition process, when it is determined that there is anomalous vibration in the anomaly determination process, the sample mean μ and the standard deviation σ are acquired except for the sample corresponding to the position. Item 5. The vibration detection method according to Item 5. 前記移動平均取得過程では、前記異常判定過程において異常振動が有ったと判定された場合は、該当するＯＴＤＲ波形を除いて移動平均波形を取得する
ことを特徴とする請求項５に記載の振動検知方法。 The vibration detection according to claim 5, wherein in the moving average acquisition process, when it is determined that there is an abnormal vibration in the abnormality determination process, the moving average waveform is acquired except for the corresponding OTDR waveform. Method. 前記光パルス生成過程は、
線幅が１０ｋＨｚ以下の狭線幅レーザを用いてレーザ光を生成する過程と、
一定の周波数で電気パルスを生成する過程と、
前記レーザ光を前記電気パルスで光パルス化することにより、前記光パルスを生成する過程と
を備えることを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載の振動検知方法。 The light pulse generation process is
The process of generating laser light using a narrow line width laser with a line width of 10 kHz or less,
The process of generating an electric pulse at a constant frequency,
The vibration detection method according to any one of claims 5 to 7, further comprising a process of generating the optical pulse by converting the laser beam into an optical pulse with the electric pulse.
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