特開 2023-74152 曲げ状態推定装置、曲げ状態推定方法、およびプログラム

(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】P2023074152

(43)【公開日】2023-05-29

(54)【発明の名称】曲げ状態推定装置、曲げ状態推定方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20230522BHJP

【ＦＩ】

G01M11/00 R

G01M11/00 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186947

(22)【出願日】2021-11-17

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】800000068

【氏名又は名称】学校法人東京電機大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 貴章

(72)【発明者】

【氏名】河合 伸悟

(72)【発明者】

【氏名】乾 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】平野 章

【テーマコード（参考）】

2G086

【Ｆターム（参考）】

2G086CC02

2G086CC07

(57)【要約】

【課題】伝送路の曲げに関する定量的な情報を推定する装置を提供する。
【解決手段】波長の異なる２つ以上の光を使用して測定された伝送路の曲げに起因する曲げ損失と、異なる波長に対応する曲げ損失の比と前記伝送路の曲げの曲率との関係に基づいて、前記伝送路の曲げの曲率を推定する曲率推定部と、を備える曲げ状態推定装置。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長の異なる２つ以上の光を使用して測定された伝送路の曲げに起因する曲げ損失と、異なる波長に対応する曲げ損失の比と前記伝送路の曲げの曲率との関係に基づいて、前記伝送路の曲げの曲率を推定する曲率推定部と、
を備える曲げ状態推定装置。

【請求項2】

波長の異なる２つ以上の光を使用して測定された伝送路の曲げに起因する曲げ損失に基づいて、波長ごとの曲げ損失の比を示す損失比を算出する損失比算出部と、
をさらに備え、
前記曲率推定部は、前記損失比と前記伝送路の曲げの曲率との関係に基づいて。前記伝送路の曲げの曲率を推定する、
請求項１に記載の曲げ状態推定装置。

【請求項3】

前記曲げ損失、前記曲率推定部により推定された曲率、及び前記曲げの曲率と前記曲げの曲率における曲げの角度あたりの曲げ損失を示す損失係数との関係に基づいて、前記曲げの角度を推定する曲げ角度推定部と、
をさらに備える、
請求項２に記載の曲げ状態推定装置。

【請求項4】

前記損失比算出部は、異なる３つ以上の波長の光を使用して測定された前記曲げ損失から、異なる波長に係る損失の組み合わせに基づいて複数の損失比を算出し、
前記曲率推定部は、前記複数の損失比それぞれに基づいて前記曲率に係る複数の曲率標本を推定し、前記複数の曲率標本に基づいて、前記曲率を推定する
請求項２又は請求項３に記載の曲げ状態推定装置。

【請求項5】

前記損失比算出部により算出される前記損失比に基づいて、前記伝送路に曲げがあるか否かを推定する曲げ有無推定部と、
をさらに備える請求項２から４のいずれか一項に記載の曲げ状態推定装置。

【請求項6】

波長の異なる２つ以上の光を使用して測定された伝送路の曲げに起因する曲げ損失と、異なる波長に対応する曲げ損失の比と前記伝送路の曲げの曲率との関係に基づいて、前記伝送路の曲げの曲率を推定する曲率推定ステップと、
を有する曲げ状態推定方法。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか一項に記載の曲げ状態推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、曲げ状態推定装置、曲げ状態推定方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバの伝送路に生じた曲げは、通信品質の劣化や光ファイバの破損・断線につながることがある。そのため、光ファイバの曲げの状態や位置を把握することは光通信の設備の点検において重要である。例えば、非特許文献１には光ファイバの曲げの状態や位置を把握するために、複数の異なる波長を使用して伝送路の損失を測定できるＯＴＤＲ(optical time-domain reflectometer)を使用して、異なる波長に対応する損失の差が１０ｄＢ以上であるときに伝送路に曲げが生じていると判断することが記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】M. F. M. Salleh and Z. Zakaria, “Optical Fiber Bending Detection on Long Distance OPGW using OTDR,” TELKOMNIKA, Vol.13, No.3, September 2015, pp. 889-893, 2015.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、非特許文献１に記載された発明は曲げの有無を推定するのみであり、曲げに関する定量的な値は推定することができない。
本発明の目的は、伝送路の曲げに関する定量的な情報を推定する曲げ状態推定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様は、波長の異なる２つ以上の光を使用して測定された伝送路の曲げに起因する曲げ損失と、異なる波長に対応する曲げ損失の比と前記伝送路の曲げの曲率との関係に基づいて、前記伝送路の曲げの曲率を推定する曲率推定部と、を備える曲げ状態推定装置である。

【0006】

本発明の一態様は、波長の異なる２つ以上の光を使用して測定された伝送路の曲げに起因する曲げ損失と、異なる波長に対応する曲げ損失の比と前記伝送路の曲げの曲率との関係に基づいて、前記伝送路の曲げの曲率を推定する曲率推定ステップと、を有する曲げ状態推定方法である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、伝送路の曲げに関する定量的な情報を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る曲げ状態推定システムの構成を示す図である。

【図2A】伝送路に曲げが生じていないときの損失測定装置による測定結果を示す図である。

【図2B】伝送路に曲げが生じているときの損失測定装置による測定結果を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係る曲げ状態推定装置の構成を示す図である。

【図4】第１の実施形態に係る損失比曲率関係記憶部に記憶されるテーブルの一例である。

【図5】第１の実施形態に係る損失係数記憶部に記憶されるテーブルの一例である。

【図6】第１の実施形態に係る曲げ状態推定装置の動作を示すフローチャートである。

【図7】第２の実施形態に係る損失比曲率関係記憶部が記憶するテーブルの一例である。

【図8】第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置を示す図である。

【図9】第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。

【0010】

〈第１の実施形態〉
図１は、第１の実施形態に係る曲げ状態推定システム１の構成を示す図である。曲げ状態推定システム１は、伝送路１１、損失測定装置１２、曲げ状態推定装置１３及び表示装置１４を備える。

【0011】

伝送路１１は、例えば光ファイバであり、光信号を伝送する。伝送路１１は、損失測定装置１２により伝送損失が測定され、曲げ状態推定装置１３により曲げ状態が推定される。

【0012】

損失測定装置１２は、光を使用して伝送路１１の伝送損失を測定する。損失測定装置１２は例えばＯＴＤＲであって、伝送路１１にパルス光を送出し、送出した光が後方散乱し、伝送路を逆戻りする光を測定することで伝送路１１の伝送損失を測定する。
図２Ａは、伝送路に曲げが生じていないときの損失測定装置１２による測定結果を示す図である。図２Ｂは、伝送路に曲げが生じているときの損失測定装置１２による測定結果を示す図である。図２Ａにおいて、損失測定装置１２が測定する反射光のパルス強度は反射した位置が損失測定装置１２からの距離が離れるに従って線形に小さくなる。しかしながら、図２Ｂにおいて損失測定装置１２が測定する反射光のパルス強度は、曲げが生じている位置以遠からの反射光は少なくなることから、当該位置において反射光のパルス強度は急激に小さくなり段差が確認される。急激に小さくなる前のパルス強度の大きさと急激に小さくなる後のパルス強度の大きさとの差を「曲げ損失」と呼ぶ。損失測定装置１２は、例えば損失測定装置１２からの距離に対する反射光パルス強度の減少率が所定の値以上であるときに、パルス強度が急激に小さくなったと判定する。

【0013】

損失測定装置１２は異なる波長の光を送出することで伝送路１１の曲げ損失を測定することができる。損失測定装置１２により測定される曲げ損失は送出する光の波長により異なる。これは、波長により光の伝播特性が変わるためであり、一般的に波長が長い方が曲げ損失は大きくなる。

【0014】

損失測定装置１２により測定される曲げ損失は、伝送路１１に生じる曲げの曲率や角度に依存する。曲げ損失は曲げの角度と線形の関係がある。
曲げ損失は式（１）により表すことができる。

【0015】

【数1】

【0016】

ここでＬは曲げ損失である。ｋは損失係数であって、損失測定装置１２の送出光の波長及び伝送路１１に生じる曲げの曲率により決定される数である。θは伝送路１１に生じる曲げの角度である。

【0017】

曲げ状態推定装置１３は、損失測定装置１２による測定結果に基づいて伝送路１１における曲げ状態を推定する。

【0018】

表示装置１４は、曲げ状態推定装置１３による出力に基づいて曲げ状態に係る値を表示する。

【0019】

図３は、第１の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３の構成を示す図である。
曲げ状態推定装置１３は、伝送損失取得部１３０、損失比算出部１３１、曲率推定部１３２、損失比曲率関係記憶部１３３、曲げ角度推定部１３４、損失係数記憶部１３５、出力部１３６を備える。

【0020】

伝送損失取得部１３０は、損失測定装置１２より測定された曲げ損失を示すデータを取得する。

【0021】

損失比算出部１３１は、損失測定装置１２の送出光の波長別に測定される曲げ損失に基づいて、２つの波長に係る曲げ損失の比（損失比）を算出する。例えば、損失比算出部１３１により算出される損失比は式（２）により表される。

【0022】

【数2】

【0023】

ここでαは損失比であり、Ｌ_１は損失測定装置１２の送出光の波長λ_１に対応する曲げ損失であり、Ｌ_２は損失測定装置１２の送出光の波長λ_２に対応する曲げ損失である。曲げ損失Ｌ_１及びＬ_２が式（１）に従う場合、損失比αは損失係数に依存する数であり、曲げの角度に依存しない。つまり、波長λ_１、λ_２を固定すると、損失比と曲げの曲率は１対１の関係になる。波長λ_１、λ_２は例えば一般的なＯＴＤＲが送出できる光パルスの波長であり、例えばλ_１は1310nm、λ_２は1550nmである。

【0024】

曲率推定部１３２は、損失比算出部１３１により算出された損失比と損失比曲率関係記憶部１３３に記憶された損失比と曲率との関係に基づいて伝送路１１に生じている曲げの曲率を推定する。損失比と曲率との関係は、例えば損失比と曲率との関係式であり、損失測定装置１２の送出光の波長がλ_１及びλ_２である場合の損失比と曲率との関係式である。損失比曲率関係記憶部１３３が記憶する関係式は、損失測定装置１２が送出する光と同じ波長の光を送出し伝送路の伝送損失を測定することができる装置と、伝送路１１と同じ伝送損失を示す伝送路を用いて、伝送路に生じる曲げの曲率を変化させて損失比を測定し、例えば最小二乗法などの手法を適用することで作成された式である。損失比は角度に依存する値ではないため、伝送路に生じる曲げの曲率を変化させるときに曲げの角度は一定に保たれなくてもよい。曲率推定部１３２は、損失比算出部１３１により算出された損失比を損失比と曲率との関係式に代入することで曲率を推定する。

【0025】

損失比と曲率との関係は、損失比と曲率との関係を示すテーブルであってもよい。図４は、第１の実施形態に係る損失比曲率関係記憶部１３３に記憶されるテーブルの一例である。図４に示すテーブルは、損失測定装置１２と同等の装置と伝送路１１と同等の伝送路を用いて、伝送路に生じる曲げの曲率を変化させて損失比を測定することで作成される。

【0026】

曲率推定部１３２は、損失比算出部１３１により算出された損失比と最も近い損失比の値を損失比曲率関係記憶部１３３に記憶されたテーブルから見つけ出し、見つけ出した損失比に対応する曲率を伝送路１１に生じている曲げの曲率と推定してもよい。

【0027】

曲げ角度推定部１３４は、損失測定装置１２により測定された曲げ損失、曲率推定部１３２により推定された曲げの曲率及び損失係数記憶部１３５に記憶された曲率と損失係数との関係に基づいて曲げ角度を推定する。曲率と損失係数との関係は例えば曲率と損失係数との関係式であって、損失測定装置１２の送出光の波長がλ_１である場合の曲率と損失係数との関係式である。損失係数記憶部１３５により記憶される関係式は、損失測定装置１２と同等の装置と伝送路１１と同等の伝送路を用いて、送出光の波長をλ_１に設定し伝送路に生じる曲げの曲率を変化させて、曲げ損失と曲げ角度を測定し、例えば最小二乗法などの手法を適用することで作成された式である。曲げ角度推定部１３４は、曲率推定部１３２により推定された曲げの曲率を曲率と損失係数との関係式に代入して損失係数を推定する。その後、曲げ角度推定部１３４は、推定した損失係数と損失測定装置１２により測定された曲げ損失とを式（１）に代入し、曲げ角度を推定する。

【0028】

出力部１３６は、曲率推定部１３２により推定された曲げの曲率及び曲げ角度推定部１３４により推定された曲げ角度を示すデータを表示装置１４に出力する。

【0029】

曲率と損失係数との関係は、曲率と損失係数との関係を示すテーブルであってもよい。図５は、第１の実施形態に係る損失係数記憶部１３５に記憶されるテーブルの一例である。図５に示すテーブルは損失測定装置１２の送出光の波長がλ_１である場合の曲げの曲率と損失係数の関係である。図５に示すテーブルは、損失測定装置１２と同等の装置と伝送路１１と同等の伝送路を用いて、送出光の波長をλ_１に設定し伝送路に生じる曲げの曲率を変化させて、曲げ損失と曲げ角度を測定することで作成されたテーブルである。

【0030】

曲げ角度推定部１３４は、曲率推定部１３２により推定された曲率と最も近い曲率の値を損失係数記憶部１３５に記憶されたテーブルから見つけ出すことで損失係数を推定してもよい。

【0031】

図６は、第１の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３の動作を示すフローチャートである。
伝送損失取得部１３０は、損失測定装置１２より測定された曲げ損失を示すデータを取得する（ステップＳ１０）。損失比算出部１３１は、損失測定装置１２の送出光の波長により別々に測定される曲げ損失の比である損失比を算出する（ステップＳ１１）。曲率推定部１３２は、損失比算出部１３１により算出された損失比と損失比曲率関係記憶部１３３に記憶された損失比と曲率との関係に基づいて伝送路１１に生じている曲げの曲率を推定する（ステップＳ１２）。曲げ角度推定部１３４は、損失測定装置１２により測定された曲げ損失、曲率推定部１３２により推定された曲げの曲率及び損失係数記憶部１３５に記憶された曲率と損失係数との関係に基づいて曲げ角度を推定する（ステップＳ１４）。出力部１３６は、推定結果として曲げの曲率及び曲げ角度を表示装置１４に出力する（ステップＳ１６）。

【0032】

曲げ状態推定装置１３は、以上の構成により伝送路の曲率及び曲げ角度、つまり曲げに関する定量的な値を推定することができる。

【0033】

〈第２の実施形態〉
第２の実施形態に係る損失測定装置１２は、３つの異なる波長の光を用いて伝送路１１の曲げ損失を測定する。つまり、第２の実施形態に係る損失測定装置１２は用いる光の波長により異なる３つの曲げ損失を測定する。

【0034】

第２の実施形態に係る損失比算出部１３１は、損失測定装置１２により測定された３つの損失に基づいて、２つの損失比を算出する。第２の実施形態に係る損失比算出部１３１は例えば波長λ_１に対応する曲げ損失と波長λ_２に対応する曲げ損失との比を算出し、さらに波長λ_１に対応する曲げ損失と波長λ_３に対応する曲げ損失との比を算出する。

【0035】

第２の実施形態に係る曲率推定部１３２は、損失比算出部１３１により算出された２つの損失比に基づき２つの曲率を推定する。第２の実施形態に係る損失比曲率関係記憶部１３３は、損失比がどの波長に対応する曲げ損失との比であるかにより異なる関係式又はテーブルを記憶する。図７は、第２の実施形態に係る損失比曲率関係記憶部１３３が記憶するテーブルの一例である。第２の実施形態に係る損失比曲率関係記憶部１３３は、損失比が波長λ_１に対応する曲げ損失と波長λ_２に対応する曲げ損失との比である場合の損失比と曲率の関係を示す関係式又はテーブルを記憶し、さらに損失比が波長λ_１に対応する曲げ損失と波長λ_３に対応する曲げ損失との比である場合の損失比と曲率の関係を示す関係式又はテーブルを記憶する。損失比曲率関係記憶部１３３に記憶された関係式又はテーブルに基づいて推定された曲率を曲率標本と呼ぶ。

【0036】

曲率推定部１３２は曲率標本に基づきさらに曲率を推定する。例えば曲率推定部１３２は、２つの曲率標本の平均値を最終的に推定結果とする曲率と決定する。

【0037】

第２の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３は、３つの波長を用いて測定された３つの曲げ損失に基づき２つの損失比を算出し、２つの曲率標本を推定し、２つの曲率標本に基づいて最終的に推定結果とする曲率を決定する。これにより、第２の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３は、推定する曲率の精度を高めることができる。

【0038】

損失比算出部１３１が算出する損失比は２つに限られず、３つ以上であってもよい。このとき、損失測定装置１２により測定される損失は３つ以上である。損失比曲率関係記憶部１３３は、損失比算出部１３１が算出する損失比に対応する波長のテーブルを記憶し、曲率推定部１３２は、損失比算出部１３１が算出する損失比と同じ数の曲率標本を推定し、複数の曲率標本に基づいて最終的に推定結果とする曲率を決定してもよい。

【0039】

〈第３の実施形態〉
図８は、第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３を示す図である。第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３は、第１の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３に加え曲げ有無推定部１３７を備える。曲げ有無推定部１３７は、損失比算出部１３１により算出される損失比に基づいて、伝送路１１に曲げがあるか否かを推定する。

【0040】

第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３は、損失比算出部１３１により算出される損失比が規定範囲内にないときに伝送路１１に曲げはなく、生じている損失は別の要因によるものであると推定する。規定範囲の下限値は例えば、損失測定装置１２により測定される２つの損失の差が伝送路の曲げを推定できる最小の損失差（例えば１０ｄＢ）であるときの損失比である。規定範囲の上限値は例えば、伝送路１１が許容可能な曲率（伝送路１１が曲がったことにより破損しない限界の曲率）における損失比である。

【0041】

曲げ有無推定部１３７が伝送路１１に曲げがないと推定したときは、曲率推定部１３２は曲率を推定しなくてもよく、曲げ角度推定部１３４は曲げ角度を推定しなくてもよい。

【0042】

図９は、第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３の動作の一例を示すフローチャートである。伝送損失取得部１３０は、曲げ損失を示すデータを取得する（ステップＳ３０）。損失比算出部１３１が損失比を算出する（ステップＳ３１）。曲げ有無推定部１３７が損失比算出部１３１により算出される損失比に基づいて、伝送路１１に曲げがあるか否かを推定する（ステップＳ３２）。その後、曲げ有無推定部１３７が伝送路１１に曲げがあると推定した場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、曲率推定部１３２は曲率を推定し（ステップＳ３６）、曲げ角度推定部１３４は曲げ角度を推定する（ステップＳ３８）。出力部１３６は推定結果として曲げの曲率及び曲げ角度を出力し（ステップＳ４０）、動作を終了する。曲げ有無推定部１３７が伝送路１１に曲げがないと推定した場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、出力部１３６は推定結果として曲げがないことを出力し（ステップＳ４０）、動作を終了する。

【0043】

第３の実施形態に係る曲げ状態推定装置１３は、曲げ有無推定部１３７が伝送路１１に曲げがあるか否かを推定する。これにより、曲げ状態推定装置１３は、光フィルタなど波長依存性デバイスによる損失など、曲げ以外の要因による損失に基づいて曲げ状態を推定するのを避けることができる。

【0044】

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

【0045】

上述した実施形態における曲げ状態推定装置１３はコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0046】

１ 曲げ状態推定システム、１１ 伝送路、１２ 損失測定装置、１３ 曲げ状態推定装置、１４ 表示装置、１３０ 伝送損失取得部、１３１ 損失比算出部、１３２ 曲率推定部、１３３ 損失比曲率関係記憶部、１３４ 曲げ角度推定部、１３５ 損失係数記憶部、１３６ 出力部、１３７ 曲げ有無推定部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】