光パルス試験器

【課題】損失分布特性の波形と波形上に現れるイベントの解析結果を同時に表示する場合に、短時間で精度よくイベントの解析を行うことが出来る光パルス試験器を実現する。
【解決手段】
表示手段の表示分解能に応じた表示データを作成する表示データ作成手段とを備えた光パルス試験器において、表示データ作成手段で作成した表示データに基づいて仮の損失分布変極点を検出し、仮の損失分布変極点近傍の測定データに基づいて真の損失分布変極点を特定するとともに真の損失分布変極点を含むイベントを解析する解析手段を備えた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバに対して光パルスを入射し、光ファイバから戻ってくる反射戻り光(後方散乱光、フレネル反射光)を受光して信号解析をおこなうことにより、光ファイバの損失分布特性や障害点探索を行う光パルス試験器に関し、特に、短時間で正確な測定データの解析を行うことが可能な光パルス試験器に関する。
【背景技術】
【0002】
高速、大容量の通信を実現する光通信システムでは、その通信媒体である光ファイバの敷設時に、あるいは敷設後の保守のために、光パルス試験器(Optical Time Domain Refrectometer)を用いて、光ファイバの障害点の探索や損失分布の監視が行われる。
【0003】
図4は、従来の光パルス試験器20の基本構成を示すブロック図である。
【0004】
タイミング発生手段52が発するタイミング信号Etに応じて、駆動回路51は駆動信号Edを発生する。この駆動信号Edを受けてパルス光源50は、光カプラなどの光方向性結合器53を介して、光コネクタ57に接続された被測定光ファイバ70に光パルスPoを入射する。そして、レイリー散乱などの後方散乱光や光ファイバの破断点からのフレネル反射などの反射戻り光Prが、光方向性結合器53によってパルス光源50とは別の光路に接続された受光器54で受光され、受光レベルに応じた電気信号に変換される。
【0005】
A/D変換器55は、タイミング発生手段52のタイミング信号Etのタイミングで、受光器54から出力された電気信号を、光パルス試験器の空間分解能nに応じたサンプリング間隔で順次デジタル信号に変換する。デジタル信号は、光コネクタ57からの距離と各距離位置からの反射レベルとを対応付けた波形データとして波形メモリ56に記憶される。
【0006】
表示データ作成手段60は、波形メモリ56に記憶された波形データから液晶ディスプレイなどの表示手段61の表示分解能mに合わせた表示データを作成する。
【0007】
解析装置62は、波形メモリ56の波形データまたは表示データ作成手段60の表示データに基づいて、被測定光ファイバ上の損失レベルや反射レベルの解析、イベント(曲げ、破断、コネクタ接続、終端等)の有無の判断を行う。
【0008】
図5に、表示手段61に表示する損失分布特性の波形と各イベントの解析結果の一例を示す。
【0009】
図5の上段の損失分布特性61aには、被測定光ファイバ70の光パルス試験器の接続コネクタ57からの距離を横軸に、反射レベルを縦軸(対数表示)に表したグラフが表示されている。
【0010】
光ファイバに曲げや破断等が発生していない場合は、レイリー散乱に基づく反射光のみ存在しグラフは右肩下がりの直線になるが、図5の例では、約5kmの位置に光ファイバの曲げに基づく損失、約7kmの位置に破断又はコネクタ接続に起因する反射、約10kmの位置に終端部によるフレネル反射が、それぞれ、変極点1)、2)、3)として確認できる。
【0011】
また、図5の下段のイベント解析結果61bには、各イベントについて解析装置62が解析した結果(距離、イベントの種類、損失レベル、反射レベル)が一覧表示されており、作業者は被測定光ファイバ70の状態を容易に確認できる。
【0012】
以上説明した従来の光パルス試験器20は、例えば、下記の先行技術文献に開示されている。
【特許文献1】特許第3002343号
【特許文献2】特開2001−21451号公報 なお、イベントは損失分布特性において大きく変極する位置に存在するから、イベントの有無は、損失分布特性を微分してその変位量から判断される。例えば、下記の先行技術文献に開示されている。
【特許文献3】特公平7−92421号
【特許文献4】特許第2893014号 また、各イベントにおける接続損失は、最小2乗法や2点法により反射の前後における損失分布特性の傾き直線L1、L2を求め(図7)、この2本の直線L1、L2が反射点*を通る垂直線と交わる点の間隔Lを接続損失として求められる。
【0013】
また、各イベントにおける反射減衰量Rは、次式(1)により求められる。
R=−(10log10bsl+10log10(10L/5−1)) ・・・(1)
ここで、
bsl=S・αR・V・W/2
S=K・(NI−N2)/NI
V=C/N
W(sec):現在設定されているパルス幅
L:*マーカと▽マーカとのレベル差
BSL=10log10bsl: 後方散乱光レベル
S: 後方散乱係数
αR: レーリ散乱による損失(Np/m)=0.23026×10×RSL
RSL: レーリ散乱による損失(dB/km)
V: 光ファイバ内の群速度
K: 光ファイバで決まる定数
N1: 光ファイバのコアの屈折率
N2: 光ファイバのクラッドの屈折率
Ne: 光ファイバの実効群屈折率
C(m/s): 光速(3×10
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
光パルス試験器の表示ディスプレイの横軸は光コネクタからの距離を示し、その表示分解能mが大きいほど作業者は一度の表示で損失分布特性の状態を正確に把握することができるが、測定器の表示ディスプレイの表示分解能mは最大でも1000ドット程度である。
【0015】
これに対し、波形メモリ56に記憶される波形データは、空間分解能の設定値によるが、数万〜数十万ポイントに及ぶのが通常である。例えば、図5の全長10kmの光ファイバについて、空間分解能1mで測定すると、波形データのポイント数は1万ポイントになる。
【0016】
したがって、表示データ作成手段60は、測定開始後、最初に損失分布の全体波形を表示する際に、波形メモリ56に記憶された波形データを間引きしたり平均化することによって波形データを圧縮して表示ディスプレイの表示ポイント数に合わせた表示データを作成し、表示手段61はその表示データに基づいて損失分布特性のグラフを表示する。
【0017】
解析装置62は、測定データはポイント数が多く解析に時間を要するので、表示データに基づいて暫定的な解析を行い、表示手段61は、この暫定値を全体波形とともに表示して作業者に各イベントのおよその解析値を与える。
【0018】
この時、各イベントの正確な解析値を知りたければ、作業者は、イベント毎に正確な解析が行われる程度まで距離スパン(横軸)を拡大し、再解析を指示する必要がある。
【0019】
しかし、波形上に多数のイベントが存在し、すべてのイベントについて正確な解析結果を望む場合、「全体波形の表示」→「イベント選択」→「距離スパンを拡大」→「測定データに基づく解析を指示」→「全体波形の表示」という操作を、イベント毎に作業者に強いることになり不便である。
【0020】
また、間引きポイントや平均化のポイント数が大きいため表示データに基づく解析値が測定データに基づく解析値から大きく乖離すると、被測定光ファイバ70の損失値が小さく表示されてしまい、作業者に誤った情報を与え、最悪の場合、光ファイバの損傷を見逃してしまう恐れがある。
【0021】
図6は、測定データに基づく解析値と表示データに基づく解析値の違いを説明するために、図5のNo.2イベントの近傍における測定データ(d1〜dn)を識別可能な程度にまで拡大した損失分布特性63aのグラフである。グラフにおいて、10個置きにハッチングされた測定データ(d、d17・・・)が、表示データ作成手段60で作成される表示データに該当する。
【0022】
グラフの下にある表は解析結果63bの一覧表であって、表の上段には測定データに基づく解析結果を、下段には表示データに基づく解析結果を示す。
【0023】
このNo.2の反射点の距離は、測定データに基づく解析値では、7.108km(A)であるのに対して、表示データに基づく解析値では、7.113km(A)である。また、反射減衰量についても、測定データに基づく解析値では5.12dBであるのに対し、表示データに基づく解析値では4.82dBとなって、両者の解析値が一致せず、表示データでは正確な解析が行えない。
【0024】
本発明は、上記問題点を鑑み、表示データに基づく損失分布特性の波形を表示しているときでも、損失分布波形上に現れた各イベントの解析を短時間で且つ正確に行うことが可能な光パルス試験器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0025】
上記目的を達成するために、本願請求項1の発明は、
被測定光ファイバ70にパルス光Poを一定周期で出射するパルス光源50と、被測定光ファイバからの戻り光Prを受光して電気信号に変換する受光器54と、受光器の出力信号を所望のサンプリング間隔で順次デジタル信号に変換するA/D変換器55と、A/D変換器の出力信号を被測定光ファイバの損失分布特性の測定データとして記憶する波形メモリ56と、損失分布特性とその解析結果を表示する表示手段61と、波形メモリに記憶した前記測定データを圧縮して表示手段の表示分解能に応じた表示データを作成する表示データ作成手段60とを備えた光パルス試験器において、
表示データ作成手段で作成した表示データに基づいて仮の損失分布変極点を推定するイベント推定手段3と、
イベント推定手段で検出した仮の損失分布変極点に基づいて解析範囲を設定する解析範囲設定手段4と、
解析範囲設定手段で設定した解析範囲における測定データを波形メモリから解析データとして抽出する解析データ抽出手段5と、
解析データ抽出手段で抽出した解析データに基づいて正確な損失分布変極点を特定するとともに、正確な損失分布変極点を含むイベントを解析するイベント解析手段6とを備えた。
【0026】
本願請求項2の発明は、請求項1の光パルス試験器において、解析範囲設定手段は、パルス光源が出射する光パルスのパルス幅に基づいて解析範囲を設定する。
【0027】
本願請求項3の発明は、請求項1の光パルス試験器において、解析範囲設定手段は、A/D変換器のサンプリング分解能に基づいて解析範囲を設定する。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、損失分布特性の波形と波形上に現れるイベントの解析結果を同時に表示する場合に、イベントの解析については解析範囲を限定した測定データに基づいて解析を行うことで、表示ディスプレイの表示分解能が空間分解能(距離分解能)よりも粗い場合であっても、短時間で正確なイベントの解析を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
以下、図1〜図3に基づいて、本願発明の実施形態を説明する。
【0030】
図1は本願発明に係る光パルス試験器1の内部構成を示すブロック図であるが、従来の光パルス試験器20と同一の構成要素は同一の符号を付す。本実施例では、解析装置2は、イベント推定手段3、解析範囲設定手段4、解析データ抽出手段5、イベント解析手段6から構成される。
【0031】
図2は測定手順を示すフローチャート、図3は損失分布特性の波形と各イベントの解析値の一覧を例示する。
【0032】
この光パルス試験器1では、駆動回路51の駆動信号Edを受けてパルス光源50から発せられたパルス信号Poを、光カプラなどの光方向性結合器53を介して光コネクタ57に接続した被測定ファイバ70に入射し、レイリー散乱などの後方散乱光や光ファイバの破断点からのフレネル反射などの反射戻り光Prを光方向性結合器53によってパルス光源50とは別の光路に接続された受光器54で受光し、反射戻り光Prのレベルに応じた電気信号に変換する。
【0033】
(STEP1)受光器54から出力された電気信号をA/D変換器55は、光パルス試験器の空間分解能nに応じたサンプリング間隔で順次デジタル信号に変換し、被測定光ファイバ70の光コネクタ57からの距離と戻り光Prの反射レベルとを対応付けた波形データとして波形メモリ56に記憶する。
【0034】
(STEP2)表示データ作成手段60は、波形メモリ56に記憶した波形データから液晶ディスプレイなどの表示手段61の表示分解能mに合わせた表示データを作成する。
【0035】
例えば、長さ10kmの光ファイバを空間分解能n=1mで測定する場合、測定データのポイント数は1万ポイント(=10km÷1m)になる。表示ディスプレイの表示分解能mは、最大でも1000ポイント程度であるから、表示データ作成手段60は、測定データを数十ポイント置きに抽出したり平均化して表示データを作成する。
【0036】
(STEP3)イベント推定手段3は、表示データ作成手段60が作成した表示データに基づいて、ファイバの曲げ、破断、コネクタ接続、ファイバの終端等に起因する損失分布特性上のイベント(仮の損失分布変極点)を推定する。これらのイベントが光ファイバ上に存在しない場合は、反射戻り光Prはレイリー散乱に基づく反射光のみ存在し損失分布特性の波形は右肩下がりの直線になるが、イベントが存在する場合は、波形上の変極点として識別される。
【0037】
図3の波形において、負方向の変位を示す変極点A、Bを含む領域1)は、光ファイバの曲げに起因するイベントであると推定される。
【0038】
尖頭状の変極点A、B、Cを含む領域2)は、コネクタ接続や光ファイバの損傷に起因するイベントであると推定される。
【0039】
尖頭状に立ち上がる変極点A、Bを含み、その後、ノイズに埋もれる現象を示す領域3)は、光ファイバの終端に起因するフレネル反射であると推定される。
【0040】
(STEP4)解析範囲設定手段4は、イベント推定手段3で推定した各イベントについて、イベント毎に、測定データに基づいた正確な解析値を算出するための測定データの解析範囲Xを設定する。
【0041】
この範囲の設定方法としては、例えば、変極点Aの距離位置から前後100ポイントの範囲に設定するといったように、パルス幅やイベントの種類等とは無関係に一律に設定するのが最も簡易な方法である。
【0042】
しかし、最適な解析範囲Xはイベントの種類や光パルスPoのパルス幅等によって異なるので、一律に解析範囲Xを設定すると、必要以上の範囲の測定データを解析してしまう恐れがある。
【0043】
図1の実施例では、解析範囲設定手段4は、測定条件に基づいてイベント毎に最適な解析範囲Xを設定して、解析時間が最小になるようにしている。
【0044】
具体的には、解析範囲設定手段4は、2つの解析範囲算出手段(4a、4b)と、それぞれの解析範囲算出手段が算出した解析範囲XaとXbから最適な解析範囲Xを選択する比較手段4cから構成される。
【0045】
第1の解析範囲算出手段4aは、光パルスPoのパルス幅の10倍に相当する範囲aを解析範囲Xaとして設定する。これは、パルス幅とデッドゾーンの長さが等しいと仮定したときに、パルス幅の10倍程度が各イベントについて解析を行うための最小限の必要な範囲になるからである。
【0046】
例えば、光パルスPoのパルス幅30ns、空間分解能10cmの測定条件では、解析範囲Xaは、パルス幅30ns×10倍=300ns。光速Vcを3×10m/s、光ファイバの屈折率nを1.5とすると、距離に換算して、300(ns)× 3×10(m/s)/1.5=60m。
【0047】
したがって、解析に最低限必要な測定データのポイント数は、60m/10cm=600ポイントである。
第2の解析範囲算出手段4bは、パルス幅や空間分解能等の測定条件にかかわらず、連続する100ポイントを、解析に必要な測定データの解析範囲Xbとして設定する。
【0048】
このポイント数は、背景技術で説明したイベントを損失分布特性の微分波形から求める際に最低限必要なポイント数である。
【0049】
したがって、微分法以外の方法でイベントを検出する場合は、その検出方法に応じた最低ポイント数が設定される。
【0050】
比較手段4cは、第1および第2の解析範囲算出手段が算出したうち最も大きな解析範囲を、各イベントを正確に解析するために最小限必要な解析範囲Xとして決定する。
【0051】
以上の実施例では、2つの解析範囲設定手段(4a、4b)がそれぞれ算出した解析範囲(Xa、Xb)のうち、最適な解析範囲を比較手段4cで選択する構成にしたが、解析範囲設定手段4aまたは解析範囲設定手段4bのうち一方のみを備え、比較手段4cがない構成にすることも可能である。
(STEP5)解析データ抽出手段5は、解析範囲設定手段4が決定した解析範囲Xに基づいて、イベントの起点(図7の*)を基準に−X〜+2Xの範囲の測定データを波形メモリから抽出し、イベント解析手段6は、解析データ抽出手段4が抽出した測定データに基づいて各イベントの種別の判定とイベントの位置、接続損失や反射減衰量等の特性値を解析する。
【0052】
−X〜+2Xの範囲を解析対象にするのは、反射レベルが比較的大きい場合にリンギングの影響でAPDやオペアンプが安定せず波形が乱れることを想定して、イベント後の解析範囲を広く設定することで解析を確実に行うためである。
(STEP6)表示手段61は、図3に例示するように、表示データ作成手段60が作成した表示データに基づいて被測定光ファイバ70の損失分布特性7aの波形を表示するとともに、イベント解析手段6が作成したイベント解析結果7bを表示する。
【0053】
なお、図3の損失分布特性の波形上でイベント1)、2)、3)の両サイドにある一点鎖線は、解析範囲設定手段4が決定しイベント解析手段6が測定データに基づいて解析を行う範囲を示すが、解析範囲Xの理解の為に明示したものであって、必ずしも、表示手段61に表示する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明に係る光パルス試験器の構成を説明するためのブロック図である。
【図2】本発明に係る光パルス試験器の測定手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明に係る光パルス試験器について、光ファイバの損失分布特性および各イベントの解析値を表示する表示画面の一例を示す説明図である。
【図4】従来の光パルス試験器の構成を説明するためのブロック図である。
【図5】光ファイバの損失分布特性および各イベントの解析値を表示する表示画面の一例を示す説明図である。
【図6】表示データに基づく解析結果と測定データに基づく解析結果の違いを示す説明図である。
【図7】損失分布特性から接続損失と反射減衰量を求める方法を説明するための図
【符号の説明】
【0055】
1、20・・・光パルス試験器、2、62・・・解析装置、3・・・イベント推定手段、4・・・解析範囲設定手段、4a、4b・・・解析範囲算出手段、4c・・・比較手段、5・・・解析データ抽出手段、6・・・イベント解析手段、7、61・・・表示手段、7a、61a・・・損失分布特性、7b、61b・・・イベント解析結果、50・・・パルス光源、51・・・駆動回路、52・・・タイミング発生手段、53・・・光方向性結合器、54・・・受光器、55・・・A/D変換器、56・・・波形メモリ、57・・・光コネクタ、60・・・表示データ作成手段、70・・・被測定光ファイバ、Et・・・タイミング信号、Ed・・・駆動信号、Po・・・パルス信号、Pr・・・反射戻り光

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定光ファイバ(70)にパルス光(Po)を一定周期で出射するパルス光源(50)と、前記被測定光ファイバからの戻り光(Pr)を受光して電気信号に変換する受光器(54)と、該受光器の出力信号を所望のサンプリング間隔で順次デジタル信号に変換するA/D変換器(55)と、該A/D変換器の出力信号を被測定光ファイバの損失分布特性の測定データとして記憶する波形メモリ(56)と、前記損失分布特性とその解析結果を表示する表示手段(61)と、前記波形メモリに記憶した前記測定データを圧縮して前記表示手段の表示分解能に応じた表示データを作成する表示データ作成手段(60)とを備えた光パルス試験器において、
前記表示データ作成手段で作成した前記表示データに基づいて仮の損失分布変極点を推定するイベント推定手段(3)と、
前記イベント推定手段で検出した前記仮の損失分布変極点に基づいて解析範囲を設定する解析範囲設定手段(4)と、
前記解析範囲設定手段で設定した前記解析範囲における測定データを前記波形メモリから解析データとして抽出する解析データ抽出手段(5)と、
前記解析データ抽出手段で抽出した前記解析データに基づいて正確な損失分布変極点を特定するとともに、前記正確な損失分布変極点を含むイベントを解析するイベント解析手段(6)とを備えたことを特徴とする光パルス試験器。
【請求項2】
前記解析範囲設定手段は、前記パルス光源が出射する光パルスのパルス幅に基づいて前記解析範囲を設定することを特徴とする請求項1に記載の光パルス試験器。
【請求項3】
前記解析範囲設定手段は、前記A/D変換器のサンプリング分解能に基づいて前記解析範囲を設定することを特徴とする請求項1に記載の光パルス試験器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−108997(P2013−108997A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2013−49777(P2013−49777)
【出願日】平成25年3月13日(2013.3.13)
【分割の表示】特願2008−264046(P2008−264046)の分割
【原出願日】平成20年10月10日(2008.10.10)
【出願人】(000000572)アンリツ株式会社 (838)
【Fターム(参考)】