特開 2023-182479 損失解析装置及び損失解析方法

(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】P2023182479

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】損失解析装置及び損失解析方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20231219BHJP

【ＦＩ】

G01M11/00 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096119

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100163876

【弁理士】

【氏名又は名称】上藤 哲嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(74)【代理人】

【識別番号】100187045

【弁理士】

【氏名又は名称】梅澤 奈菜

(72)【発明者】

【氏名】高須 涼太

(72)【発明者】

【氏名】村上 太一

【テーマコード（参考）】

2G086

【Ｆターム（参考）】

2G086CC02

2G086CC04

(57)【要約】

【課題】本開示では、ＳＮ比が小さいとき、又はイベント間隔が短いときに、イベントを再現性良く検出する損失解析装置及び損失解析方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示に係る損失解析装置は、被測定光ファイバのＯＴＤＲ波形を取得するＯＴＤＲ波形取得部と、前記ＯＴＤＲ波形に含まれる各イベントの開始点の位置、前記各イベントの開始点のレベル、前記各イベントの損失、及び前記各イベントの反射減衰量をパラメータとしたイベントモデル関数を前記ＯＴＤＲ波形に非線形フィッティングし、前記位置、前記レベル、前記損失及び前記反射減衰量を算出する算出部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定光ファイバのＯＴＤＲ波形を取得するＯＴＤＲ波形取得部と、
前記ＯＴＤＲ波形に含まれる各イベントの開始点の位置、前記各イベントの開始点のレベル、前記各イベントの損失、及び前記各イベントの反射減衰量をパラメータとしたイベントモデル関数を前記ＯＴＤＲ波形に非線形フィッティングし、前記位置、前記レベル、前記損失及び前記反射減衰量を算出する算出部と、
を備える損失解析装置。

【請求項2】

被測定光ファイバのＯＴＤＲ波形を取得するＯＴＤＲ波形取得ステップと、
前記ＯＴＤＲ波形に含まれる各イベントの開始点の位置、前記各イベントの開始点のレベル、前記各イベントの損失、及び前記各イベントの反射減衰量をパラメータとしたイベントモデル関数を前記ＯＴＤＲ波形に非線形フィッティングし、前記位置、前記レベル、前記損失及び前記反射減衰量を算出する算出ステップと、
を備える損失解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、イベントモデル関数を用いた損失解析装置及び損失解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

測定したＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）波形に基づいて、被測定光ファイバ内で発生したイベントを検出する方法が知られている（例えば特許文献１を参照。）。関連技術に係る装置では、被測定光ファイバのＯＴＤＲ波形を測定し、測定したＯＴＤＲ波形における変化点を抽出し、変化点でイベントが発生した場合の理想波形を生成する。その後、測定したＯＴＤＲ波形と、理想波形との差分を抽出し、差分量がある場合には、当該差分量のある位置に未検出のイベントがあるとして、ＯＴＤＲ波形に含まれる全イベントを検出する。

【0003】

具体的には、関連技術に係る装置では、イベントの位置を計算するため、ＯＴＤＲ波形の傾きの変化点を検出する。また、関連技術に係る装置では、イベントの損失を計算するため、ＯＴＤＲ波形に対して最小二乗近似直線を用いる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－１６７９３５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、関連技術では、ＳＮ比が悪いときに、イベントの開始点の位置の再現性が低いという課題があった。また、関連技術では、イベントが隣接しているときに、イベントのロス値の再現性が低いという課題があった。

【0006】

前記課題を解決するために、本開示は、ＳＮ比が小さいとき、又はイベント間隔が短いときに、イベントを再現性良く検出する損失解析装置及び損失解析方法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】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の損失解析装置は、ＯＴＤＲ波形に対してイベントモデル関数を非線形フィッティングすることとした。

【0008】

具体的には、本開示に係る損失解析装置は、
被測定光ファイバのＯＴＤＲ波形を取得するＯＴＤＲ波形取得部と、
前記ＯＴＤＲ波形に含まれる各イベントの開始点の位置、前記各イベントの開始点のレベル、前記各イベントの損失、及び前記各イベントの反射減衰量をパラメータとしたイベントモデル関数を前記ＯＴＤＲ波形に非線形フィッティングし、前記位置、前記レベル、前記損失及び前記反射減衰量を算出する算出部と、
を備える。

【0009】

具体的には、本開示に係る損失解析方法は、
被測定光ファイバのＯＴＤＲ波形を取得するＯＴＤＲ波形取得ステップと、
前記ＯＴＤＲ波形に含まれる各イベントの開始点の位置、前記各イベントの開始点のレベル、前記各イベントの損失、及び前記各イベントの反射減衰量をパラメータとしたイベントモデル関数を前記ＯＴＤＲ波形に非線形フィッティングし、前記位置、前記レベル、前記損失及び前記反射減衰量を算出する算出ステップと、を備える。

【0010】

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、ＳＮ比が小さいとき、又はイベント間隔が短いときに、イベントを再現性良く検出する損失解析装置及び損失解析方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る損失解析装置の概略構成の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0014】

（実施形態１）
本実施形態に係る損失解析装置の概略構成の一例を図１に示す。本実施形態に係る損失解析装置は、被測定光ファイバ２０のＯＴＤＲ波形を取得するＯＴＤＲ波形取得部１１と、ＯＴＤＲ波形に含まれる各イベントの開始点の位置、各イベントの開始点のレベル、各イベントの損失、及び各イベントの反射減衰量をパラメータとしたイベントモデル関数をＯＴＤＲ波形に非線形フィッティングし、各イベントの開始点の位置、各イベントの開始点のレベル、各イベントの損失及び各イベントの反射減衰量を算出する算出部１２と、を備える。以下、イベントの「損失」を「ロス値」として説明する。また、イベントのパラメータとは、イベントの開始点の位置［ｋｍ］、イベントの開始点のレベル［ｄＢ］、イベントのロス値［ｄＢ］、及びイベントの反射減衰量［ｄＢ］のことをいう。

【0015】

（ＯＴＤＲ波形取得ステップ）
ＯＴＤＲ波形取得部１１は、被測定光ファイバ２０からのＯＴＤＲ波形を取得する。例えば、ＯＴＤＲ波形取得部１１は、光パルスを被測定光ファイバ２０の一端から入射し、光パルスを入射した被測定光ファイバ２０の一端から出力される後方散乱光の強度の時間分布をＯＴＤＲ波形として取得する。以下「光パルスを入射した被測定光ファイバ２０の一端からの距離」を「距離」とする。

【0016】

（算出ステップ）
算出部１２は、ＯＴＤＲ波形取得部１１が取得したＯＴＤＲ波形に対してイベントモデル関数を非線形フィッティングし、イベントの開始点の位置、イベントの開始点のレベル、イベントのロス値、及びイベントの反射減衰量を算出する。

【0017】

具体的には、算出部１２は、イベントモデル関数ｙ_ｆｉｔとして式（１）を用いてもよい。

【数1】

ここで、ｘは距離、ｙ_ｂｓはバックスキャッタ関数、ｙ_ｌｏｓｓはロス関数、ｙ_ｒｅｆｌは反射関数、ｓ_ｘはイベントの開始点の位置［ｋｍ］、ｓ_ｙはイベントの開始点のレベル［ｄＢ］、ｌはロス値［ｄＢ］、ｒは反射減衰量［ｄＢ］を表す。

【0018】

バックスキャッタ関数ｙ_ｂｓは式（２）で定義してもよい。

【数2】

ここで、α_ｄＢはバックスキャッタの傾き［ｄＢ／ｋｍ］であり、ｓ′_ｙはｓ_ｙ及び式（３）から求める。

【数3】

【0019】

ロス関数ｙ_ｌｏｓｓは、式（４）で定義してもよい。

【数4】

ここで、ｌ′はロス値ｌ及び式（５）から求め、ｙ′_ｌｏｓｓは式（６）から求める。

【数5】

【数6】

なお、τは時定数［ｋｍ］、ｗはパルス幅［ｋｍ］を表す。

【0020】

反射関数ｙ_ｒｅｆｌは、式（７）及び（８）で定義してもよい。

【数7】

【数8】

Ｔ_ｒはパルス立ち上がり距離［ｋｍ］、ｂはバックスキャッタ係数［ｄＢ］を表す。

【0021】

算出部１２は、ＯＴＤＲ波形に対して式（１）で表したイベントモデル関数ｙ_ｆｉｔを非線形フィッティングする。本実施形態に係る非線形フィッティングとは、イベントモデル関数ｙ_ｆｉｔを非線形関数とし、ＯＴＤＲ波形と、イベントモデル関数ｙ_ｆｉｔとの間で最小二乗法を行うことをいう。例えば、算出部１２は、非線形最小二乗近似アルゴリズムである信頼領域法（Ｔｒｕｓｔ Ｒｅｇｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ）を用いて非線形フィッティングを行う。算出部１２は、この非線形フィッティングにより最適なイベントの開始点の位置ｓ_ｘ、イベントの開始点のレベルｓ_ｙ、ロス値ｌ、及び反射減衰量ｒを算出する。

【0022】

なお、イベントの開始点の位置ｓ_ｘの初期値は、イベントが非反射イベントである場合は、ＯＴＤＲ波形から検出したイベント候補点からパルス幅のポイント数を差し引いた点とし、イベントが反射イベントである場合は、ＯＴＤＲ波形から検出したイベント候補の開始点から最大レベルの範囲内の最小レベルとしてもよい。ここで、イベント候補点とは、ＯＴＤＲ波形に微分法を用いて検出した傾きの絶対値のピーク点としてもよく、ＯＴＤＲ波形にウェーブレット変換を用いて検出したウェーブレット係数の絶対値のピーク点としてもよい。また、イベントの開始点のレベルｓ_ｙの初期値は、イベントの開始点の位置ｓ_ｘのＯＴＤＲ波形のレベル［ｄＢ］としてもよい。ロス値ｌの初期値は、イベントの開始点の位置ｓ_ｘのレベルとイベント終了位置のレベルの比をｄＢ換算した値としてもよい。反射減衰量ｒの初期値は、イベントの開始点の位置ｓ_ｘのレベルと最大レベルの差を反射減衰量に換算した値としてもよい。

【0023】

また、フィッティング範囲は、フィッティング対象のイベント候補の開始点の位置からイベント候補の終了点の位置までの範囲をパルス幅の２倍広げた範囲としてもよい。

【0024】

本実施形態に係る損失解析装置は、イベントの開始点の位置ｓ_ｘの初期値及びフィッティング範囲を設定するために、ＯＴＤＲ波形からイベント候補を検出するイベント検出部を備えてもよい。例えば、イベント検出部は、算出部１２が非線形フィッティングを行う前に、ＯＴＤＲ波形取得部１１が取得したＯＴＤＲ波形に微分法を用いてイベント候補を検出してもよい。また、イベント検出部は、算出部１２が非線形フィッティングを行う前に、ＯＴＤＲ波形取得部１１が取得したＯＴＤＲ波形にウェーブレット変換を用いてイベント候補点を検出してもよい。

【0025】

ＯＴＤＲ波形に複数のイベントが含まれる場合には、算出部１２は、イベントモデル関数として式（１）の代わりに式（９）を用いる。

【数9】

ｎはイベント番号、Πは積乗、Σは積和を表す。イベント番号は、被測定光ファイバ２０の入射端側のイベントから順に割り当ててもよい。また、イベント番号ｎであるイベントのロス値ｌ_ｎは、最遠端のイベントを除き、式（１０）及び（１１）により求めてもよい。

【数10】

【数11】

【0026】

算出部１２は、ＯＴＤＲ波形に含まれる２個のイベントが含まれる場合には、２個のイベントそれぞれのパラメータを同時に最適化してもよい。

【0027】

また、算出部１２は、ＯＴＤＲ波形に３個以上のイベントが含まれる場合は、イベント毎にパラメータの最適化を行う。算出部１２は、非線形フィッティングが未完了のイベントの中でロス値の初期値が大きいイベントから順に非線形フィッティングを行ってもよい。

【0028】

例えば、ＯＴＤＲ波形にイベント１からイベント３が含まれている場合について説明する。イベント毎のロス値の初期値が、イベント１、イベント２、イベント３の順で大きいとすると、非線形フィッティングが未完了のイベントの中でイベント１のロス値の初期値が最大となる。そこで、イベント２及びイベント３のパラメータは初期値で固定したままイベント１について非線形フィッティングを行う。これにより、イベント１について、開始点の位置ｓ_ｘ，１、開始点のレベルｓ_ｙ，１、ロス値ｌ_１、及び反射減衰量ｒ_１を算出する。続いて、非線形フィッティングが未完了のイベントの中でイベント２のロス値の初期値が最大となる。イベント３のパラメータは初期値で固定し、イベント１のパラメータは算出した値で固定したままイベント２について非線形フィッティングを行う。これにより、イベント２について、開始点の位置ｓ_ｘ，２、開始点のレベルｓ_ｙ，２、ロス値ｌ_２、及び反射減衰量ｒ_２を算出する。最後に、イベント１及びイベント２のパラメータを算出した値で固定したまま、非線形フィッティングが未完了のイベント３について非線形フィッティングを行う。これにより、イベント３について、開始点の位置ｓ_ｘ，３、開始点のレベルｓ_ｙ，３、ロス値ｌ_３、及び反射減衰量ｒ_３を算出する。

【0029】

以上説明したように、本開示に係る損失解析装置及び損失解析方法は、ＯＴＤＲ波形にイベントモデル関数を非線形フィッティングすることにより、ＳＮ比が小さいとき、又はイベント間隔が短いときに、イベントを再現性良く検出することができる。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本開示に係る損失解析装置及び損失解析方法は、光学測定器産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0031】

１０：損失解析装置
１１：ＯＴＤＲ波形取得部
１２：算出部
２０：被測定光ファイバ

【図1】