JPH04132932A - 自己相関型光ファイバ障害点位置検査機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光フアイバ中に生ずる障害点の位置を検出する
光フアイバ障害点位置検査機（ＯＴＤＲ）に関し、特に
ダイナミックレンジ及び距離分解能を改善した自己相関
型光ファイバ障害点位置検査機に関する。

（従来の技術） ＯＴＤＲは光ファイバの破断点、不連続点などを標定す
るために用いられる検査機である。従来、同軸ケーブル
においても、パルス法において障害点の検索が行われて
いた。同軸ケーブルの一端からパルス波を伝播させると
、不連続点がある場合、インピーダンス不整合により反
射が生じ、入力端に反射パルス波が戻ってくる。完全に
破断した場合には、略１００％の反射が生じ、入射パル
スと反射パルスの時間差から破断点の位置を測定するこ
とができる。光ファイバの場合も同様にパルス法を用い
て破断点を検出するが、破断点の反射率は、理想的な破
断状態（ファイバ軸に直角で鏡面状破断）の場合でも約
４％に過ぎない。破断の状態によっては殆ど反射波が生
じない場合かあり、この場合は後方散乱光を観測するこ
とにより光ファイバの障害を標定することができる。し
かし、シングルモード光ファイバのように損失の少ない
光ファイバの場合には後方散乱光は微弱であり、障害位
置を検出するためにはエネルギーの大きな光パルスを送
り込む必要がある。エネルギーの大きな光パルスを送る
ためには光パルスのパルス幅を広くすれば良いが、それ
では時間分解能が低下する。従って、振幅を大きくして
光パルスのエネルギーを大きくすれば良い。しかし、振
幅を大きくするにはレーザの発生する光のパワーには限
度があって必要な程度に十分大きくすることは困難であ
る。実効的にパルス幅を広くせず振幅を増大させる方法
として自己相関関数を用いた０ＴＤＲがある。自己相関
により自己相関関数を求める方法を第２図により説明す
る。（イ）はコードＡの波形で、１．−１．　１．　１
．の４ビツトのコードで構成されている。（ロ）はシフ
トされたコードＡでＡ１とする。（イ）と（ロ）の相関
を求める。

これは各時刻におけるコードＡとＡ１の積の和を求める
もノテある。ＡＸＡＩは０，０，０，１゜０．０となり
その和は１である。（ハ）においてＡ１を１つシフトし
たＡ２とＡの相関を求めると、ＡＸＡ２は０．０．　１
．−１．０．０となり、その和はＯである。（ニ）にお
いてＡ２を更に１つずらせてＡとＡ３の相関を求めると
、ＡＸＡ、は０、−１．−１．１となり、その和は−１
である。

（ホ）において、同様にしてＡとＡ４の相関を求めると
ＡＸＡ４は１．　１．　１．　１となりその和は４にな
る。以下同様にコードＡをずらせて相関を求めて合成す
ると、第３図に示すような波形の信号となる。即ち、振
幅１．パルス幅（ビット数）４のパルスの自己相関を求
めることによって振幅４のパルスを得ることができる。

この第３図の波形ではメインパルスの外側に多くのサイ
ドローブが存在するため、第４図のようにメインパルス
は同相で、サイドローブが逆相の波形を得るために第２
図に示した方法と同様な方法でコードＢとシフトしたコ
ードＢ７との相関を求める。この結果の波形は第４図の
波形となる。ここで、第３図と第４図の波形を合成する
と、第５図の波形が得られる。この場合、第３図の波形
と第４図の波形は相補的であり、コンプリメンタリコー
ドと云われる。又、このように相関を取ると中央でピー
クが得られるコードとしてＭ、　Ｊ、　Ｅ、　Ｇｏｌａ
ｙによって導入されたゴーレイコードが用いられ、第２
図と第３図の波形によってサイドローブが打ち消される
ので、コンプリメンタリゴーレイコードと呼ばれる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、第３図のパルスを得るための第２図に示すゴ
ーレイコードをコードＡ１第４図のパルスを得るための
コードをコードＢ（図示せず）とする。コードＡについ
て見ると、このコードの振幅は−１〜１の間に存在する
が、光信号には負パルスは存在しないので、正信号でオ
フセットする必要がある。このため、第６図に示すよう
な変換を行い、これを電気信号に変換した後再び合成し
て元の信号に復元している。第６図において、（イ）は
元のゴーレイコードで、（ロ）はコードＡに１を加えて
２て除したコードＡ＋、（ハ）は１からコードＡを減じ
て２で除したコードＡ−である。このコードＡ＋からコ
ードＡ−を減じると（ニ）に示すように元のコードＡが
得られる。コードＢについても同様である。このように
自己相関を用いた０ＴＤＲは合成波形のピーク値が大き
くなるのでダイナミックレンジの点で通常の０ＴＤＲに
比べて有利であるが、１データを得るために、Ａ＋、ｉ
、Ｂや、Ｂ−の４個のコードによる４回の測定が必要な
ためダイナミックレンジの改善率は次式のようになる。

又、上記の４コードに対応した測定値は、ＡＤ変換され
た後メモリに取り込まれ、ディジタル演算されることに
なるが、４コードのパルス光の光ファイバへの照射は時
間的にシリアルに行われるため、演算処理の前後にメモ
リが必要となり、回路構成が複雑になる。又、ディジタ
ル演算を行うため信号処理が複雑である。更に、０ＴＤ
Ｒの距離分解能はコードの１ビツトの長さて決まるため
、１ビツトの長さを小さくし、照射回数を増やしてＳＮ
比の低下を防ぐようにすると高速処理が不可欠となるが
、処理速度の高速化には限度かある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、ダイナミックレンジの改善率を拡大し、距離分解能の
向上した自己相関型の０ＴＤＲを実現することにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、２種類の相補的パルス
コード信号をオフセットすることにより作られた４個の
異なるパルスコードを持つ光パルスを被測定光ファイバ
に送出し、障害点位置からの反射光を元の２種類のコー
ドに戻した後、それぞれ自己相関を行って加算する自己
相関型光ファイバ障害点位置検査機において、前記４個
の異なるパルスコード信号により４個の異なる波長の光
をそれぞれ変調する第１．第２．第３．第４の電気光学
変調器と、該第１．第２．第３．第４の電気光学変調器
からの４個の異なる波長の光を合成して１個の光信号と
し、被測定光ファイバに導く合波器と、前記被測定光フ
ァイバから戻ってくる後方散乱光やフレネル反射光等を
前記４個の異なる波長の光に分離する分波器と、該分波
器により分離された光信号を電気信号に変換する第１．
第２、第３．第４の光電変換器と、前記第１の光電変換
器と前記第２の光電変換器の出力信号の差を求める第１
の減算器と、前記第３の光電変換器と前記第４の光電変
換器の出力信号の差を求める第２の減算器と、前記第１
の減算器の出力信号の自己相関を演算する第１の相関器
と、前記第２の減算器の出力信号の自己相関を演算する
第２の相関器と、前記第１の相関器の出力信号と前記第
２の相関器の出力信号を加算して等価的に送出光パルス
の反射光を単一光パルスに形成する加算器とを具備する
ことを特徴とするものである。

（作用） ２種類の相補的コードをオフセットして得られた４種類
のコードにより、４種類の波長の光を４個の電気光学変
調器により変調して合波器で１′個の光信号とする。被
測定光ファイバからの反射光を分波器により４種類の波
長の光に分渡し、それぞれ第１〜第４の光電変換器で電
気信号に変換した後、第１．第２の光電変換器出力を第
１の減算器で減算し第１の相関器で自己相関演算を行い
、第３．第４の光電変換器出力を第２の減算器で減算し
て第２の相関器で自己相関演算を行い、第１゜第２の相
関器の出力を加算して等価的に送出光パルスの反射光を
振幅の大きな単一パルスに形成する。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

図において、１は例えば第２図に示すゴーレイコードに
よるコードＡの波形の信号を発生するＡコード発生器、
２はコードＡの信号の相補信号であるコードＢの波形の
信号を発生するＢツー８発生器である。３はＡゴー１発
生器１の出力コードＡをオフセットして次式に示すコー
ドＡやとコードＡ−の波形の信号を出力するオフセット
シフタＡである。

■ Ａ、−−（１＋Ａ）　　　　　　　　　・・・　（１）
１−　−　　　（１−Ａ）　　　　　　　　　・・・　
（２）オフセットシフタＡ３による波形変換を第６図に
示しである。図において、（イ）はコードＡの波形、（
ロ）は（１）式の演算を行って得られたＡ＋の波形、（
ハ）は（２）式の演算を行って得られたＡ−の波形であ
る。（ニ）は（ロ）のＡ＋と（ハ）のＡ−の減算を行っ
て元のコードＡに復元した信号の波形を示している。４
は同様にＢツー１発生器２の出力のコードＢの波形の信
号をオフセットして次式に示すコードＢ＋とコードＢの
波形の信号を出力するオフセットシフタＢである。

Ｂ、−−（１＋Ｂ）　　　　　　　　・・・　（３）■ Ｂ　　　−−（１−Ｂ）　　　　　　　　　・・・　（
４）５は人力された波長λ、の光をコードＡやの信号で
変調して出力する電気光学変調器、６は入力された波長
λ２の光をコードＡ−の信号で変調して出力する電気光
学変調器、７は人力された波長λ３の光をコードＢやの
信号で変調して出力する電気光学変調器、８は入力され
た波長λ４の光をコードＢ−の信号で変調して出力する
電気光学変調器である。この波長λ１．λ２．λ３．λ
４の光は、被測定光ファイバの波長分散による影響を受
けない程度に、分波器によるクロストークを低下させな
い範囲で、できるだけ小さな波長差の光が選ばれている
。

９は波長がλ１．λ２．λ３．λ４の光波を合成して１
つの光波にする合波器で、その出力の光は光結合器１０
により光コネクタ１１を介して被測定光ファイバ１２に
導入される。光結合器１０は方向性を有しており、図の
光結合器１０のＣ端子に人力した光はｂ端子から出力し
、ｂ端子から入射した光はＣ端子から出力するように作
られている。

１３は被測定光ファイバ１２から戻って来た波長λ１．
λ２．λ５．λ４の光が合波された反射光等を各波長λ
１．λ２．λ２．λ４にそれぞれ分離する分波器で、分
波された波長λ１．λ２゜λ１．λ４の光を出力する。

１４は波長λ１の光が入力されて電気信号に変換する光
電変換器で、その出力信号は被測定光ファイバ１２の応
答特性をＳ　（ｔ）とすると、ＳＡやと記される信号で
ある。

１５．１６．１７は同様にして波長λ２．λ３゜λ４の
光が入力されて電気信号に変換し、電気信号Ｓｉ、ＳＢ
、、ＳＢ−を出力する光電変換器である。１８は信号Ｓ
Ａ＋とＳＡ−が入力されてその差を求める減算器Ａ、１
９は信号ＳＢやとＳＢ−か入力されてその差を求める減
算器Ｂである。

２０は減算器Ａの出力信号とＡゴー１発生器１の出力信
号との相関を求めてパルス波を生成する相関器Ａ１２１
は減算器Ｂの出力信号とＢツー１発生器２の出力信号と
の相関を求めてパルス波を生成する相関器Ｂである。こ
の両出力は加算器２２で加算され、サイドローブが打ち
消されてメインパルスのみが生成される。２３は加算器
２２の出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換器、２
４は複数回出射される光パルスによる反射光により生成
される電気信号を格納するメモリで、所定回数の信号が
格納されると平均化回路２５に読み出されて平均化され
、表示器２６に表示される。

次に、上記のように構成された実施例の動作を説明する
。Ａゴー１発生器１で発生されたコードＡの信号はオフ
セットシフタＡ３において（１）式、（２）式の演算処
理を受けてコードＡや、コードＡ−の信号を出力する。

又、Ｂツー１発生器２はコードＢの信号を発生し、オフ
セットシフタＢ４において（３）式、（４）式の演算処
理を受けてコードＢ。、コードＢ−の信号を出力する。

電気光学変調器５は人力されたコートＡ４の信号により
入力される波長λ１の光を変調して、コードＡやにより
コード化された波長λ１の光を出力する。電気光学変調
器６，７及び８はそれぞれ入力されたコードｉ、Ｂ、、
Ｂ−の信号により波長λ２．λ１．λ４の光を変調して
コードＡＢや、Ｂ−によりコード化された波長λ２．λ
３゜λ４の光を出力する。これらの４つの光信号は合波
器９で合成されて、λ１＋λ２＋λ３＋λ４の信号とさ
れ、光結合器１０から光コネクタ１１を経て被測定光フ
ァイバ１２に入力される。

被測定光ファイバ１２から戻ってきた後方散乱光、フレ
ネル反射光等は光コネクタ１１を経て光結合器１０のｂ
端子に戻り、Ｃ端子から出力されて分波器１３に導入さ
れる。分波器１３は入力された光信号をそれぞれ波長λ
１．λ２．λ３゜λ４の光に分離し、波長λ１．λ２．
λ９．λ４の光をそれぞれ光電変換器１４，１５，１６
゜１７に入力する。光電変換器１４，１５，１６゜１７
はそれぞれの光を電気信号に変換し、以下に示すような
信号を出力する。即ち、光電変換器１４からは電気信号
ＳＡ＋　（コードＡ４の光による反射光からの電気信号
）が出力され、光電変換器１５からは電気信号ＳＡ−が
出力されて減算器Ａ１８に人力され、光電変換器１６か
ら電気信号ＳＢやが出力され、光電変換器１７から電気
信号ＳＢ−が出力されて減算器Ｂ１９に人力される。

ここで、被測定光ファイバ１２の障害点における応答特
性を５（ｔ）とした時、コードＡやを持った光信号の反
射波ＳＡ＋は応答特性Ｓ　（ｔ）とコードＡやの重畳積
分として表すことができ、次式の通りになる。（＊：重
畳積分） Ｓ　Ａ、　−Ｓ　（ｔ）＊Ａや　　　　　　　・・・（
５）ＳＡ−、ＳＢや、ＳＢ−についても同様にして次式
が得られる。

Ｓ　ｉ−Ｓ　（ｔ）＊Ａ−・・・（６）ＳＢや−Ｓ　（
ｔ）ＳＢ＋　　　　　　　・・・（７）ＳＢ、−−５（
ｔ）＊Ｂ−・・・（８）減算器Ａ１８は入力されたＳＡ
＋とＳＡ−の減算を次式のように行って出力する。（５
）式、（６）式、（１）式、（２）式から、 ＳＡや一８Ａ−−３（ｔ）＊Ａ＋−８（ｔ）＊＾−３（
ｔ）＊（Ａ＋−＾−） −３（ｔ）＊Ａ　　　　　　　　・・・（９）減算器Ｂ
１９は入力されたＳＢ＋とＳＢ−の減算を行い、上記と
同様に（７）式、（８）式、（３）式、（４）式から次
式の信号を出力する。

ＳＢ＋−３Ｂ−−３（ｔ）＊Ｂ　　　　・・・（１０）
相関器Ａ２０は（９）式の入力信号とＡツー１発生器１
の出力信号との自己相関演算を行い、第３図に示す中心
付近に正のピークを持った次式で表される信号を出力す
る。

（ｓ　（ｔ）＊Ａ　）★Ａ　　　　　　　・・・（１１
）但し、★・・・自己相関 相関器Ｂ２１は（１０）式の入力信号とＢツー１発生器
２の出力信号との自己相関演算を行い、第４図に示す中
心付近に正のピークを持ち、その他の部分では第３図に
示す波形を加算により打ち消す波形の次式の信号を出力
する。

（Ｓ　（ｔ）＊Ｂ　）★Ｂ　　　　　　　・・・（１２
）加算器２２は相関器Ａ２０と相関器Ｂ２１の出力を加
算して第５図に示すように尖鋭でピーク値の大きな信号
にして、通常のレーザ発振器では出力されない値のパル
スを被測定光ファイバ１２に入射させたのと同等の効果
を得る。この出力はＡＤ変換器２３においてディジタル
信号に変換され、メモリ２４に格納される。成る一定数
の光パルスによる反射光がメモリ２４に格納されると平
均化回路２５は取り出して平均値を求め、障害点位置検
出の精度を高める。平均化回路２５は平均化した画像デ
ータを表示器２６に表示させる。

次に、上記の実施例によって得られる出力データの大き
さを求める。上記のように被測定光ファイバ１２の応答
特性をＳ　（ｔ）とする。５（ｔ）を求めるには成るパ
ルス幅を持ったデルタ関数δ（１）を入れた時の出力を
観測すればよい。このデルタ関数を作用させた信号は次
式で与えられる。

δ（ｔ）＋５（ｔ）−Ｊ”　５（ｔ）δ（ｔ−τ）ｄτ
・・　（１３）本実施例において用いたコンプリメンタ
リ・ゴーレイコードＡ、Ｂには次式の関係がある。

Ａ＊Ａ＋Ｂ＊Ｂ−２Ｌδ（１）　　　　　　・・・（１
４）但し、Ｌ・・・ビット数 光電変換器１４の出力は、（５）式〜（８）式から ’ＳＡや−８（ｔ）＊＾や−、ｌ’　　５（ｔ）Ａや（
ｔ−τ）ｄτ・・・　（１５） ＳＡ−−３（ｔ）＊Ａ−−Ｊ’　　５（ｔ）Ａ−（ｔ−
τ）ｄτ・・・　（１６） ＳＢ、−３（ｔ）＊Ｂや−、ｌ’　　５（ｔ）Ｂや（ｔ
−τ）ｄτ・・・　（１７） ＳＢ−−８（ｔ）＊Ｂ−−Ｊ’　５（ｔ）Ｂ−（ｔ−τ
）ｄτ・・・　（１８） 減算器Ａ１８、減算器Ｂ１９の入力信号ＳＡ。。

ＳＡ−、ＳＢ、、ＳＢ−は相関器Ａ２０と相関器Ｂ２１
及び加算器２２により次に示す演算が行われる。（１５
）式、（１６）式、（１７）式、（１８）式及び（１４
）式から、 （ＳＡ、−３八−）★Ａ＋　（ＳＢ＋−３Ｂ−）★Ｂ−
（Ｓ（ｔ）＊Ａ＋−３（ｔ）＊Ａ　　）★＾＋　（Ｓ（
ｔ）＊Ｂ、　−８（ｔ）＊Ｂ−）★Ｂ−８（ｔ）＊（Ａ
や−Ａ−）★Ａ ＋５（ｔ）＊（Ｂや−Ｂ−）★Ｂ Ａ＋−Ａ−−Ａ、　Ｂ＋−Ｂ、−−Ｂから与式−５（ｔ
）＊（Ａ＊Ａ＋　Ｂ＊Ｂ）−２Ｌδ（ｔ）ＩＳ（ｔ）　
　　　　　　　　・・・（１つ）（１９）式と（１３）
式とを比べると、その出力は２Ｌ倍になっていることが
分る。これはコンプリメンタリ・ゴーレイコードを用い
た光パルスを被測定光ファイバに送ることにより、単に
デルタ関数を作用させた形状のパルスを送るのに比べて
、その出力が２Ｌ倍となって、反射率の小さなシングル
モードの光ファイバの障害点からの反射光及び後方散乱
光を捉えることができるようになる。

又、本実施例では４個のＡや、ｉ、Ｂ、。

Ｂ−の信号を同時に送り、必要な測定値ＳＡ、。

ＳＡ−ＳＢ、、ＳＢ−が１回の測定で得られるため、ダ
イナミックレンジの改善率がｒ丁７丁から、’Ｔとなっ
て、ダイナミックレンジが２倍に改善されて、小さい反
射係数の障害点からの反射光をも捕捉することができる
。

従来の自己相関型の０ＴＤＲでは別々に被測定光ファイ
バに入射される光ムこよ名反射光の４個の測定値をすべ
てメモリ上に取り込みディジタル演算を行って結果を求
める必要があるため、信号処理が複雑となり、信号処理
回路の負担が大きく、高速化のための制限条件となって
いるが、本実施例では最終的な結果までアナログ計算で
行うことができるようになり、ディジタル信号処理は基
本的には平均化だけなので、処理の高速化が容易であっ
て、高速処理が可能で、高分解能な自己相関型の０ＴＤ
Ｒを得ることができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、実効的に大
きな振幅の光パルスを送ることができ、ダイナミックレ
ンジの改善率が拡大し、距離分解能の向上した自己相関
型０ＴＤＲを実現することができるようになり、実用上
の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はゴー
レイコードの自己相関の説明図、第３図は第２図による
自己相関によって得られた波形の図、 第４図は第２図のコードのコンプリメンタリ・ゴーレイ
コードにより得られる波形の図、第５図は第３図、第４
図の波形の和によって得られる波形の図、 第６図はコードＡをオフセットシフタによって分離して
得る２倍号と、減算によって復元する状態の説明図であ
る。 １・・・Ａコード発生器　　　２・・・Ｂコード発生器
３・・・オフセットシフタＡ ４・・・オフセットシフタＢ ５６．７．８・・電気光学変調器 ９・・・合波器　　　　　　　１０・・・光結合器１２
・・被測定光ファイバ　１３・・・分波器１４．１５，
１６．１７・・・光電変換器１８・・・減算器Ａ　　　
　　　１９・・・減算器Ｂ２０・・・相関器Ａ　　　　
　　２１・・・相関器Ｂ２２・・・加算器　　　　　　
２３・・・ＡＤ変換器２５・・・平均化回路 ＸＡｌ ０ｏＯ０１００００ ＸＡ２ ＸＡ３ ｏｏ−＋−＋＋ｏ。 ＡＸ△６ 第 図 第 図 ０−１０１　４　Ｔｏ−１０ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２種類の相補的パルスコード信号をオフセットすること
   により作られた４個の異なるパルスコードを持つ光パル
   スを被測定光ファイバに送出し、障害点位置からの反射
   光を元の２種類のコードに戻した後、それぞれ自己相関
   を行って加算する自己相関型光ファイバ障害点位置検査
   機において、前記４個の異なるパルスコード信号により
   ４個の異なる波長の光をそれぞれ変調する第１，第２，
   第３，第４の電気光学変調器（５，６，７，８）と、 該第１，第２，第３，第４の電気光学変調器（５，６，
   ７，８）からの４個の異なる波長の光を合成して１個の
   光信号とし、被測定光ファイバ（１２）に導く合波器（
   ９）と、 前記被測定光ファイバ（１２）から戻ってくる後方散乱
   光やフレネル反射光等を前記４個の異なる波長の光に分
   離する分波器（１３）と、 該分波器（１３）により分離された光信号を電気信号に
   変換する第１，第２，第３，第４の光電変換器（１４，
   １５，１６，１７）と、 前記第１の光電変換器（１４）と前記第２の光電変換器
   （１５）の出力信号の差を求める第１の減算器（１８）
   と、 前記第３の光電変換器（１６）と前記第４の光電変換器
   （１７）の出力信号の差を求める第２の減算器（１９）
   と、 前記第１の減算器（１８）の出力信号の自己相関を演算
   する第１の相関器（２０）と、 前記第２の減算器（１９）の出力信号の自己相関を演算
   する第２の相関器（２１）と、 前記第１の相関器（２０）の出力信号と前記第２の相関
   器（２１）の出力信号を加算して等価的に送出光パルス
   の反射光を単一光パルスに形成する加算器（２２）とを
   具備することを特徴とする自己相関型光ファイバ障害点
   位置検査機。