特開 2017-229012 光ファイバ中継装置および下水道管渠通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-229012(P2017-229012A)

(43)【公開日】2017年12月28日

(54)【発明の名称】光ファイバ中継装置および下水道管渠通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/80 20130101AFI20171201BHJP

   E03F 7/00 20060101ALI20171201BHJP

   H04B 10/27 20130101ALI20171201BHJP

【ＦＩ】

   H04B9/00 380

   E03F7/00

   H04B9/00 270

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-125508(P2016-125508)

(22)【出願日】2016年6月24日

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(71)【出願人】

【識別番号】000220675

【氏名又は名称】東京都下水道サービス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】500343371

【氏名又は名称】一般社団法人日本下水道光ファイバー技術協会

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】田所 秀之

(72)【発明者】

【氏名】畑山 正美

(72)【発明者】

【氏名】鷹野 秀明

(72)【発明者】

【氏名】川上 博行

(72)【発明者】

【氏名】熱田 孝

(72)【発明者】

【氏名】三浦 春好

(72)【発明者】

【氏名】藤平 貞義

【テーマコード（参考）】

2D063

5K102

【Ｆターム（参考）】

2D063BA37

5K102AD01

5K102AL01

5K102AL07

5K102AN01

5K102AN03

5K102MH04

5K102PB01

5K102PH32

5K102PH48

5K102PH49

(57)【要約】

【課題】下水道管渠内における無電源環境下でも、複数種類のセンサによるセンシングデータの計測を可能とする光ファイバ中継装置および下水道管渠通信システムを提供する。
【解決手段】下水道管渠内に設置され、複数芯の光ファイバケーブルで接続された光ファイバ中継装置であって、複数芯の光ファイバケーブルから特定の光ファイバを取り出す光成端部と、光受電部と、光コネクタと、電気コネクタとを含み、光受電部は、光ファイバからの光により電力を得て駆動電力とし、電気コネクタからの信号を光信号に変換して光ファイバに送出し、光コネクタと光成端部との間に設けられた光ファイバにより光信号を送受信するとともに、光成端部において、光ファイバが融着接続されていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下水道管渠内に設置され、複数芯の光ファイバケーブルで接続された光ファイバ中継装置であって、
前記複数芯の光ファイバケーブルから特定の光ファイバを取り出す光成端部と、光受電部と、光コネクタと、電気コネクタとを含み、
前記光受電部は、光ファイバからの光により電力を得て駆動電力とし、前記電気コネクタからの信号を光信号に変換して光ファイバに送出し、
前記光コネクタと前記光成端部との間に設けられた光ファイバにより光信号を送受信するとともに、
前記光成端部において、光ファイバが融着接続されていることを特徴とする光ファイバ中継装置。

【請求項2】

請求項１に記載の光ファイバ中継装置であって、
前記電気コネクタに電気式センサを接続し前記駆動電力を用いて計測を行うとともに、前記光コネクタに光ファイバセンサを接続することを特徴とする光ファイバ中継装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の光ファイバ中継装置であって、
前記光受電部は、ＷＤＭ（波長分割多重）カプラを備え、前記駆動電力を得るための光ファイバと前記電気コネクタ側に接続される光ファイバを、前記ＷＤＭ（波長分割多重）カプラによって多重化することで１本化することを特徴とする光ファイバ中継装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバ中継装置であって、
前記駆動電力は、間歇的に前記電気コネクタ側に与えられることを特徴とする光ファイバ中継装置。

【請求項5】

請求項２に記載の光ファイバ中継装置であって、
前記光ファイバセンサを接続する光コネクタ以外に、情報通信用の第２の光コネクタを備えていることを特徴とする光ファイバ中継装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光ファイバ中継装置であって、
光ファイバ中継装置は、水密構造の箱体で構成されており、前記光ファイバケーブル、光コネクタ及び電気コネクタは、前記箱体の下部に設けられていることを特徴とする光ファイバ中継装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の複数の光ファイバ中継装置が、互いに光ファイバケーブルで接続され、その一部に親局を備えて構成されたことを特徴とする下水道管渠通信システム。

【請求項8】

請求項７に記載の下水道管渠通信システムであって、
前記親局は、前記光ファイバケーブル内の光ファイバに光パワーを有する高出力レーザを印加し、光ファイバ中継装置は当該高出力レーザの光パワーを光電変換して前記駆動電力を得ることを特徴とする下水道管渠通信システム。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載の下水道管渠通信システムであって、
前記電気コネクタからの信号の工学値への変換処理を、前記親局側にて実施することで、光ファイバ中継装置側における消費電力を低減させることを特徴とする下水道管渠通信システム。

【請求項10】

請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の下水道管渠通信システムであって、
光ファイバ中継装置内でＷＤＭ（波長分割多重）カプラによる光受電を行い、計測データ送信用の光ファイバに光カプラを設置することで、分光し、ツリー型構成で、複数の光ファイバ中継装置を１本の光ファイバに接続可能とすることを特徴とする下水道管渠通信システム。

【請求項11】

請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の下水道管渠通信システムであって、
前記電気コネクタからの信号の送信方式を、データ送信間隔に比べてデータ伝送時間が充分小さくなるようにデータ送信間隔を決定し、データ送信間隔内において、複数の前記電気コネクタからの信号の送信タイミングをランダムとすることで、伝送制御に伴う電力消費量を低減することを特徴とする下水道管渠通信システム。

【請求項12】

請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の下水道管渠通信システムであって、
前記電気コネクタからの信号をマルチプレクサ経由で接続することで、１本の光ファイバで、前記電気コネクタからの信号を同一の光ファイバ中継装置に複数接続可能とすることを特徴とする下水道管渠通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は下水道管渠内に設置する光ファイバ中継装置および下水道管渠通信システムに係り、特に光ファイバを活用して下水道管路内の状況を監視、計測し、通信により情報収集する光ファイバ中継装置および下水道管渠通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

日本国内の下水道管渠には光ファイバの敷設が進められており、主に下水道事業体の自営通信網として活用されている。日本下水道光ファイバ技術協会によれば、２０１４年度末における敷設総延長は約２２５０ｋｍに及んでいる。

【0003】

係る下水道管渠光ファイバ網は、例えば下水道管渠に接続されたポンプ場などの下水場施設間に設置されて通信を行うことに使用されているが、近年では下水道管渠光ファイバ網の一部にセンサ（光ファイバセンサ）を備えた光ファイバ中継装置を設置して、下水道管渠内の状況を監視、計測することが検討されている。このために、光ファイバセンサの開発、設置が推進されている。ここで用いられる光ファイバセンサは、耐環境性に優れ、計測ポイントに電源がなくても計測可能であり、既に水位センサが実用化されている。

【0004】

しかしながら光ファイバセンサは、計測可能な物理量に制約がある。たとえば、下水道管渠内でのモニタリングニーズの高い水質や各種ガス濃度などは計測することが困難である。このような物理量は電気式センサならば計測可能である。しかしながら下水道管渠で電源を確保することは一般に困難で、電池駆動をしたとしても定期的な電池交換が必要となる。

【0005】

一方、計測のニーズに応えるために、計測値を無線通信で収集することが考えられる。しかし、下水道管渠内では湿度１００％のため無線電波が伝播しにくく、地下をアドホック通信していくことは困難である。他方、地上の無線通信設備を利用して通信を行うには許可が必要であり、手続きが煩雑化する。このため下水道光ファイバ設備の利用が有効であるが、光通信を行うための電力確保が困難である。

【0006】

これらの解決策として、近年、光ファイバによる給電技術が検討されている。例えば、特許文献１には、光ファイバ給電によりカメラを動作させ、取得した画像データを別の光ファイバで伝送する技術が開示されている。これは、光給電用光源とカメラとが１対１対応で、上りと下りの２本の光ファイバを用いる方式である。光給電により単一機能のセンシングを可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１４−１４３４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

下水道管渠内のモニタリングにおいては、単一の物理量計測ではなく、複数種の物理量を同時に無電源環境下で計測し、データ通信可能であることが求められる。

【0009】

しかしながら、これを解決するために下水道モニタリングに光給電技術を適用する場合には、実用上の課題が３つある。

【0010】

一つ目は、下水道管渠内という過酷環境下ではセンサの経年劣化や破損などが本質的に起こりやすいが、センサ設置／交換には大変な手間がかかる点である。光ファイバ配線時のファイバ融着作業のためには、道路を一時的に封鎖してマンホールより作業員が管渠内に入って実施することになるが、融着本数に比例して作業時間は長くなる。作業効率の面だけでなく、厳しい労働環境下での作業となるため管渠内での作業時間は短いほうが望ましい。

【0011】

二つ目は、安全性の確保である。上記課題を解決しようとしてファイバ融着の代わりに光コネクタを使用した場合、作業現場での誤接続リスクも大きくなってしまう。光給電で使用するレーザはクラス３Ｂ〜４であるので、直接光（クラス３Ｂ及び４）や間接光（クラス４）が作業員の目に入ることを回避する必要がある。インターロック機構は装備されるが、下水道管渠の敷設状態が不可視であるため不測の事態が起こるリスクも伴う。

【0012】

三つ目は、既設の下水道光ファイバケーブルは芯数に制約があるので、光ファイバ１本あたりの計測ポイントを増やす必要があることである。

【0013】

以上のことから本発明においては、下水道管渠内における無電源環境下でも、複数種類のセンサによるセンシングデータの計測を可能とする光ファイバ中継装置および下水道管渠通信システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

以上のことから本発明においては、下水道管渠内に設置され、複数芯の光ファイバケーブルで接続された光ファイバ中継装置であって、複数芯の光ファイバケーブルから特定の光ファイバを取り出す光成端部と、光受電部と、光コネクタと、電気コネクタとを含み、光受電部は、光ファイバからの光により電力を得て駆動電力とし、電気コネクタからの信号を光信号に変換して光ファイバに送出し、光コネクタと光成端部との間に設けられた光ファイバにより光信号を送受信するとともに、光成端部において、光ファイバが融着接続されていることを特徴とする。

【0015】

また本発明においては、光ファイバ中継装置が、互いに光ファイバケーブルで接続され、その一部に親局を備えて構成されたことを特徴とする下水道管渠通信システムである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、下水道管渠内における無電源環境下でも、複数種類のセンサによるセンシングデータの計測が可能となる。

【0017】

本発明の実施例によれば、センサの設置／交換作業の工数減可能、かつ光ファイバ１本あたりの計測ポイントを増やすことができる。

【0018】

より具体的に述べると、本発明の実施例によれば、電気／光ファイバセンサが光ファイバ中継装置とコネクタ接続されているので、センサの設置／交換にかかる作業時間を大幅に短縮することができる。

【0019】

また本発明の実施例によれば、ファイバ融着作業は光給電用光ファイバに限定することで作業時間の短縮を図りつつ、センサ交換などメンテナンスの際に誤接続などのリスクをなくすことが可能となる。また、給電光側でのコネクタ接続を回避することで、作業安全性を確保している。

【0020】

さらに本発明の実施例によれば、電気式センサを間欠的に動作させることでセンサの平均消費電力を抑制できるので、光ファイバ１本で可能な給電能力で、計測ポイント数を増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る下水道管渠通信システムの構成例を示す図。

【図2a】実施例１に係る親局１内の光源装置１Ｇの構成例を示す図。

【図2b】実施例１に係る光ファイバ中継装置３内の構成例を示す図。

【図3】マイコン２３４に実装したロジックの処理フローの例を示す図。

【図4a】実施例２に係る親局１内の光源装置１Ｇの構成例を示す図。

【図4b】実施例２に係る光ファイバ中継装置３内の構成例を示す図。

【図5】複数の光ファイバ中継装置３を光ファイバ２により直列接続する構成を示す図。

【図6】図５の構成で、ノード間同期をせずにデータをランダム送信する方式を示す図。

【図7】電気コネクタ４１から電気式センサＳ２間の構成を示した図。

【図8】複数の電気式センサＳ２を接続した光ファイバ中継装置３の構成を示図。

【図9a】実施例６に係る親局１内の光源装置１Ｇの構成例を示す図。

【図9b】実施例６に係る光ファイバ中継装置３内の構成例を示す図。

【図10】光ファイバ中継装置３に光コネクタ４２Ａを設置した構成を示す図。

【図11】下水道管渠Ｃ内に設置されるセンサの具体事例を示す図。

【図12】光ファイバ中継装置３を構成する光中継箱３Ｇの構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0023】

図１は、本発明に係る下水道管渠通信システムの構成例を示している。

【0024】

図１において、Ｐはポンプ場、下水処理場など、電源設備を有する下水場施設、Ｍは下水道管渠Ｃの各所に設けられたマンホール部であり、下水場施設Ｐには光源装置１Ｇを備えた親局１、マンホール部Ｍには、一般には無電源の光ファイバ中継装置３が設置されている。親局１と複数の光ファイバ中継装置３の間は、多芯の光ファイバで構成された光ファイバケーブル２が直列接続されて配置されている。また光ファイバ中継装置３には、センサＳ１、Ｓ２が接続されている。センサＳ１は光ファイバセンサであり、センサＳ２は電気式センサである。図１の回路構成により、センサＳ１、Ｓ２で検知した下水道管渠Ｃ内の検知情報が親局１に伝送される。

【0025】

図２ａは実施例１に係る親局１内の光源装置１Ｇ、図２ｂは実施例１に係る光ファイバ中継装置３内の構成例を示している。光源装置１Ｇと光ファイバ中継装置３の組み合わせ回路構成により、光ファイバセンサＳ１の検知信号ＳＯを入手するとともに、光源装置１Ｇから光ファイバ中継装置３へ光給電することにより、光ファイバ中継装置３内の電気式センサＳ２を駆動し、電気式センサＳ２の取得データを光信号に変換して、光ファイバ２で送り返してくる。

【0026】

図２ａの光源装置１Ｇは、光給電用基板１１と光ファイバセンサ用コンバータ１２を主たる構成要素として構成されており、光給電用基板１１内の高出力レーザ発生器１１１で生成した数１００ｍＷの光パワーを有する高出力レーザＲＳが光ファイバケーブル２内の光給電用光ケーブル２１に送出される。他方、後述する図２ｂの光ファイバ中継装置３内の電気式センサＳ２で検知された電気式検知信号ＳＰが光ファイバケーブル２内の電気式検知信号用光ファイバ２２に印加されている。電気式検知信号ＳＰは、光給電用基板１１内の電気式検知信号ＳＰ受信用のフォトダイオード１１２、インタフェイス回路１１３を介してデータＤＥとして取り出される。また図２ｂの光ファイバ中継装置３内の光ファイバセンサＳ１で検知された光検知信号ＳＯが光ファイバケーブル２内の光検知信号用光ファイバ２３に印加されている。光検知信号ＳＯは、光給電用基板１１内の光ファイバセンサ用コンバータ１２を介してデータＤＯとして取り出される。

【0027】

図２ｂの光ファイバ中継装置３は、数〜１００芯程度からなる光ファイバケーブル同士の接続をするために用いられている。光ファイバ中継装置３は、人孔（マンホール部Ｍ）や下水道管渠Ｃの内壁に設置され、光ファイバケーブル同士を１芯ずつ融着接続しており、光ファイバ中継装置３の箱全体は防水処理がなされている。

【0028】

光ファイバ中継装置３は、成端部３１と制御基板３２を主たる構成要素として構成されており、光ファイバケーブル同士の接続処理は成端部３１において、例えば融着処理７により行われている。なお成端部３１には、光源装置１Ｇからの光ファイバケーブル２Ｉと次段設備である光ファイバ中継装置３または他方端の光源装置１Ｇに至る光ファイバケーブル２Ｏが導入されており、当該光ファイバ中継装置３に関与する光ファイバ（図２ｂの例では２１、２２、２３）が、光ファイバ中継装置３内の制御基板３２に融着処理７により取り込まれている。

【0029】

制御基板３２内のフォトダイオード３２１には光給電用光ファイバ２１が接続されており、光給電用基板１１内の高出力レーザ発生器１１１で生成した数１００ｍＷの光パワーを有する高出力レーザＲＳがフォトダイオード３２１に接続されることで光エネルギーを電力に変換する。この電力を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ３２２を駆動し、バッテリ３２３に蓄電する。蓄電された電力によりマイコン３２４を動かし、電気式センサＳ２により検知したデータを取得し、変調信号を生成する。レーザ３２５により光変調信号を電気式検知信号用光ファイバ２２に入力して、電気式検知信号ＳＰを光源装置１Ｇに送出する。光ファイバ２２は再び光源装置１Ｇに戻り、電気式検知信号用光ファイバ２２の電気式検知信号ＳＰはフォトダイオード１１２に接続されて電気信号に変換され、インタフェイス回路１１３を介してデータＤＯとして出力される。また光ファイバセンサＳ１により検知された光検知信号ＳＯは、光検知信号用光ケーブル２３に印加されて光源装置１Ｇに送られ、光給電用基板１１内の光ファイバセンサ用コンバータ１２を介してデータＤＯとして取り出される。なお図２ｂにおいて４１は電気コネクタ、４２は光コネクタである。

【0030】

上記構成における本発明の第１の特徴は、光成端部３１と制御基板３２の間の光給電用光ファイバ２１が融着箇所７で融着接続され、電気式センサＳ２とは電気コネクタ４１で、光ファイバセンサＳ１とは光コネクタ４２で接続されている点である。また融着作業は、成端部３１において内部取り込み用ファイバ２１、２２、２３に対してのみ実施し、他のファイバは後段に直接スルーさせるのみとすることができる。これによって、工数を有する光融着作業が必要な箇所数を減らすことができる。また、光給電用光ファイバ２１は光給電で使用するため、クラス３Ｂ〜４相当の強い光が入力されており、直接光（クラス３Ｂ及び４）や間接光（クラス４）が作業員の目に入る危険性が常にある。特に下水道管渠では、途中の経路の光ファイバが不可視であるため、インターロック機構が装備されても、不測の事態が起こるリスクも伴うため、本質安全化が必要である。そのため、高出力レーザ発生器１１１からの出力光は５００ｍＷ未満としてクラス３Ｂとすることで、間接光が作業員の目に入っても問題ないようにすることができる。

【0031】

本発明の第２の特徴は、電気式センサＳ２が間欠動作をする点である。これにより、平均消費電力を抑制することができる。バッテリ３２３に蓄電された電力によりマイコン３２４を駆動し、電気コネクタ４１を介して接続された電気式センサＳ２を動作させ、センサデータＳＰをマイコン３２４に格納する。マイコン３２４からは光変調電気信号を送出し、レーザ３２５により光信号に変換し、光ファイバ２２に入力する。ここで、マイコン３２４でロジックを組み、電気式センサ５１を間歇的に動作させることで平均消費電力を抑制し、バッテリ３２３に蓄電された電力消費を節約することができる。

【0032】

図３に、マイコン２３４に実装した上記ロジックの処理フローの例を示す。本処理は定周期で起動される。起動される毎に処理ステップＳ９１でタイマー状態をチェックする。本タイマーは電気式センサＳ２の動作タイミングを計るものである。カウント中（動作タイミングではない）の場合は、本処理を終了させ、カウントアップ（動作タイミング）である場合は、処理ステップＳ９２にてバッテリ３２３の充電状態をチェックし、充電量が充分であると判定された場合、処理ステップＳ９５、処理ステップＳ９６、処理ステップＳ９７の処理を実行し、電気式センサ電源オン、計測データ取り込み、送信した後、電気式センサＳ２の電源をオフすることで、電気式センサの間歇動作を実現する。最後に処理ステップＳ９８でタイマーをセットして、次の動作タイミングに向けたカウントを開始させる。

【0033】

光ファイバセンサ用コンバータ１２は光ファイバ２３に接続され、信号光を送出し、光ファイバから戻ってくる光信号を検出し、所望の物理量に変換する機能を有する。具体例としては、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）型の水位センサの場合、光ファイバ２３に信号光を出力し、各計測点からの反射スペクトルの中心波長が水圧によりどれだけずれているかを水位へ換算して出力する。反射光は、光ファイバ２３を経由して伝送され、光ファイバセンサ用コンバータ１２にて検出される。光ファイバ２３は、光ファイバ中継装置３において、光コネクタ４２を通じて、光ファイバセンサＳ１に接続されている。光ファイバセンサＳ１を経由した光ファイバ２３は、もう一端の多芯光ファイバケーブル２Ｏに入る。光ファイバセンサＳ１は、例えば「環境システム計測学会誌ＥＩＣＡ、Ｖｏｌ１５ Ｎｏ．２／３ ２０１０．１０、 ｐ２５「光ファイバを用いた水位検出システムの開発」遠藤他」のように、１芯の光ケーブルにツリー状に複数接続することが可能であり、本実施例においても、光ファイバ中継装置３外に設置されている光ファイバセンサＳ１に、多芯光ファイバケーブル２Ｉを通じて接続する。

【0034】

本発明では、光ファイバケーブルを複数芯の光ファイバケーブルを収納する光ファイバ中継装置３において、箱内においては光給電用光ファイバが融着接続され、且つ箱外においては電気／光ファイバセンサとコネクタ接続されている構成とすることによって、時間を要する融着作業が必要となる箇所を給電側の光ケーブルのみに限定し作業時間の短縮を可能とするとともにセンサ交換時の誤接続リスクを低減している。また、上記構成でコネクタ接続は電気／光ファイバセンサとの接続部分のみであるがゆえに、クラス３Ｂ 〜４のレーザ光が作業員の目に入ることを避けることができる。

【0035】

光ファイバ中継装置３内では、光ファイバ経由で送られてきた給電光を光電変換にて電気に変換後バッテリに蓄電する。これを電気式センサ用の電源として活用し、電気式センサを間欠的動作させることで、平均消費電力を抑制する。これによって光ファイバケーブル１本の給電能力で可能な計測ポイント数を増やすことができる。

【実施例2】

【0036】

図４ａは実施例２に係る親局１内の光源装置１Ｇ、図４ｂは実施例２に係る光ファイバ中継装置３内の構成例を示している。

【0037】

実施例２では、光源装置１Ｇの光給電用基板１１上で、高出力レーザ発生器１１１の出力側、フォトダイオード１１２の入力側にＷＤＭ（波長分割多重）カプラ１１４を接続している。また実施例２の光ファイバ中継装置３においては、光給電兼データ伝送用のフォトダイオード３２１の入力側と電気式センサＳ２による計測データ通信用のレーザダイオード３２５の出力側にＷＤＭ（波長分割多重）カプラ３２６を接続している。

【0038】

実施例２の構成によって、電気式センサＳ２の光給電用ファイバ２１に計測データ通信用の信号を重ねることができ、光ファイバが１本で済む。

【実施例3】

【0039】

本発明の実施例３を図５に示す。実施例３では、複数の光ファイバ中継装置３を光ファイバ２により直列接続する構成を示している。

【0040】

実施例３では、実施例２における光ファイバ中継装置３において、成端箱３１内に光カプラ３１１を設置し、電気式センサＳ２の給電と計測データ通信用途に使用している光ファイバ２１の光（高出力レーザＲＳ）を、次段設備に通過する高出力レーザＲＳ１と、内部に取り込む高出力レーザＲＳ２に分光している。これによって光ファイバ２１は、図５に示すように複数の光ファイバ中継装置３をツリー状に接続することが可能となる。また、光ファイバセンサＳ１用のケーブルは、図に示すように光ファイバセンサＳ１を直列接続しているが、これは光ファイバセンサＳ１の公知技術によって対応可能である。実施例３のように、電気式センサＳ２がツリー状に接続する構成とすることで、光ファイバセンサＳ１の使用本数と同じとすることが可能となり、光ファイバケーブルの利用効率が向上する。

【0041】

図６は、実勢例３において、ツリー型トポロジの構成で消費電力の低減を図るために、ノード間同期（光ファイバ中継装置３間同期）をせずに、データをランダムで送信する方式を示した図である。図６において、横軸は時間、縦軸は出力データを表しており、周期Ｔｉｎｔの間に♯１、♯３、♯２の光ファイバ中継装置３との間の通信をこの順序で実行し、かつ周期Ｔｉｎｔで継続通信することを表している。

【0042】

然るに、送受信機システム間で送信側と受信側の同期をとる際によく用いられるデータ通信のシェイクハンド方式は、送受信間の状態確認のやり取りによる情報量が増大し、消費電力を増加させる恐れがある。通信速度を早くすれば、通信時間を短縮できるが、早くしすぎると周辺回路の消費電力が増大する上、ノイズの影響やシステムマージンの低下、部品の追加によるコストの増加が問題となる。

【0043】

図５のようなツリー型トポロジのデメリットとして、複数の光ファイバ中継装置３からのデータ通信が衝突する可能性があるが、センサからの情報量が少なく、各光ファイバ中継装置３が間欠的通信ですむのであれば、各光ファイバ中継装置３からのタイミングをランダムにすることで十分対応可能である。通信間隔Ｔｉｎｔ（例えば５秒に１回）と、データ送信時間Ｔｄ（例えば１０ミリ秒）との比を十分大きくとり、各光ファイバ中継装置３の通信路占有時間を極小化すれば、光ファイバ中継装置３間でデータ衝突する確率をゼロに近づけることができる。この比は、ｃｈ数の１０分の１以下が望ましい。例えば１０ｃｈであれば、１対１００以下であればｃｈ間衝突確立が小さくすることができる。これは各光ファイバ中継装置３の消費電力低減方向とも一致しており、コストパフォーマンスに優れる方式である。

【実施例4】

【0044】

図７は、本発明において、電気式センサＳ２として電気伝導度計を接続した第４の実施例における電気コネクタ４１から電気式センサＳ２間の構成を示したものである。電気伝導度計は通常の４〜２０ｍＡの計装信号で計測する場合は、たとえば、東亜ディーケーケー株式会社２０１３年１１月１５日発行ＳＰＥＣＩＦＩＣＡＴＩＯＮ 「ＳＨＥＥＴ電磁誘導式電気伝導率検出器カタログ（高感度ＭＥ−６□□／７□□／１１Ｔ型シリーズ、小型軽量ＭＥ−１□□型シリーズ）」にあるように、検出端（センサヘッド）と変換器から構成されている。

【0045】

実施例４では、電気伝導度計のセンサヘッド５１１、５１２部分のみを用いて、得られた計測信号の電気伝導度への変換は光源装置１Ｇ側で実施することとして、光ファイバ中継装置での消費電力を減らしている。

【実施例5】

【0046】

図８は、ひとつの光ファイバ中継装置３に複数の電気式センサＳ２を接続した、第５の実施例である。

【0047】

２個の電気式センサＳ２を接続する構成では、２種類のセンサデータ量は少ないので、光ファイバ中継装置３内のマイコンでＴＤＭ（時分割多重化、Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を行えば、ハード構成に大きな変更を加えずに済む。ＴＤＭは複数の信号を時間分割して一つのケーブルで送信できる。

【0048】

このための構成として図８では、２種の電気式センサＳ２ａ、Ｓ２ｂの信号は、マルチプレクサＭＵＸ３３に入る。マルチプレクサ３３は、複数の信号を受け、一つの信号として出力する素子であり、マルチプレクサ３３を経由してマルチプレクサセンサの信号が制御基板３２に渡される。各マルチプレクサ中継装置３からの光通信をＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、光波長分割多重）方式とすることも考えられるが、マルチプレクサ中継装置３毎に波長の異なる高出力レーザ発生器１１１を準備する必要があるなど、メンテナンスや在庫管理が煩雑になる恐れがある。実施例５では、光ファイバセンサの種別毎にレーザを供する必要性がなくレーザ種類を単一にできるため、在庫管理や部品共通化により、低コスト化を図ることができる。

【実施例6】

【0049】

図９ａは実施例６に係る親局１内の光源装置１Ｇ、図９ｂは実施例６に係る光ファイバ中継装置３内の構成例を示している。実施例６では、光ファイバ中継装置３において、予備光回線を光コネクタとして取り出す構成を示している。図９ｂを図４ｂと比較すると、コネクタ４２Ａをそなえており、ここに情報コンセント６を接続できるようにしている。情報コンセント６に、情報通信機器を接続することで、下水管渠光ファイバ網を、各種の情報通信に活用することができる。下水道管渠光ファイバ網は震災に強いとされており、また、無線のように気象条件の影響も受けないことから、災害時における通信手段として利用可能である。なお、情報コンセント６は、公知のＬＡＮ接続コネクタ等で構成できる。

【0050】

図１０は、実施例６の光ファイバ中継装置３において、下部に光コネクタ４２Ａならびに情報コンセント６を設置した構成である。光ファイバ中継装置３は、数〜１００芯程度からなる光ファイバケーブル同士の接続するために用いられている。人孔内壁に設置され、光ファイバケーブル同士を１芯ずつ融着接続しており、箱全体は防水処理がなされている。

【実施例7】

【0051】

図１１は、下水道管渠Ｃ内のマンホール部Ｍに設置された光ファイバ中継装置３の下部から電気式コネクタ４１を介して設置された電気式センサＳ２の例としてＨ２ＳガスセンサＳ２Ｂ、水質センサＳ２Ａを、また光ファイバセンサＳ１の例として光水位センサＳ１Ａ、光液位センサＳ１Ｂを設置した例を示している。

【実施例8】

【0052】

図１２は、光ファイバ中継装置３を構成する光中継箱３Ｇの構成例を示す図である。光中継箱３Ｇはゴムパッキンされた水密構造の箱体で構成されており、箱体の上部から、光源装置１Ｇからの光ファイバケーブル２Ｉと次段設備である光ファイバ中継装置３または他方端の光源装置１Ｇに至る光ファイバケーブル２Ｏが導入されている。箱体３Ｇ内には予長処理された光ファイバを収納する光ファイバ収納トレイ２Ｔや、電気、電子部品で構成された制御基板３２などが収納されている。制御基板３２には、バッテリ３２３や、センサＳ１、Ｓ２、情報通信用のコネクタ４２Ａなどと接続するためのセンサ子基板６０が敷設されている。箱体の下部からは防水栓１０１や、防水コネクタ１０２を介して光ファイバセンサＳ１や電気式センサＳ２に導く計測用導管１０３が導出されている。実施例８では、防水コネクタ１０２の部分が電気式コネクタ４１、光コネクタ４２、情報通信用のコネクタ４２Ａに相当しており、防水機能を兼用している。

【符号の説明】

【0053】

Ｃ：下水道管渠
Ｍ：マンホール部
Ｐ：下水場施設
Ｓ１：光ファイバセンサ
Ｓ２：電気式センサ
１：親局
１Ｇ：光源装置
２：光ファイバケーブル
３：光ファイバ中継装置
６：情報コンセント
７：融着箇所
１１：光給電用基板
１２：光ファイバセンサ用コンバータ
２１：光給電用光ファイバ
２２：電気式検知信号用光ファイバ
２３：光検知信号用光ファイバ
３１：成端部
３１１：光カプラ
３２：制御基板
４１：電気式コネクタ
４２：光コネクタ
５１：電気式センサ
５２：光ファイバセンサ
１１１：高出力レーザ発生器
１１２：フォトダイオード
１１３：インタフェイス回路
１１４：ＷＤＭカプラ
３２１：フォトダイオード
３２２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２３：バッテリ
３２４：マイコン
３２５：レーザ
３２６：ＷＤＭカプラ

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図10】

【図11】

【図12】