JPH06180212A

JPH06180212A - 光フアイバの長さ測定用計器

Info

Publication number: JPH06180212A
Application number: JP4145000A
Authority: JP
Inventors: Adriano Bollero; アドリアーノ・ボーレロ; Marco Gugliemina; マルコ・ググリエルミナ
Original assignee: SIP Societa Italiana per lEsercizio delle Telecomunicazioni SpA
Current assignee: TIM SpA
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1994-06-28
Also published as: IT1245543B; EP0514747A2; CA2068599A1; ITTO910355A1; ITTO910355A0; EP0514747A3

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】現場で簡単に高度に正確な測定ができる、ポ
ータブルの光ファイバ長さ測定用計器を提供する。【構成】本測定用計器は、光フアイバの長さを、フア
イバを進行する光パルス信号の走行時間を測定すること
により測定する。時間測定は、光信号の送信に際し周期
的に始動し、その受信に際し停止する電子カウンタＣＯ
により行われる。マイクロプロセッサＭＰが光源を、そ
れが、光パルス信号を、カウンタＣＯによつて計数され
る電気信号の繰り返し周波数に全く無関連の繰り返し周
波数で送り出すように制御する。フアイバを走行するの
に要した時間は、カウンタによつて供給される多数の計
数値に対する算術平均値を算出することにより得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物理的キャリア上を伝
送される光放射を使用する通信システムのための装置に
関し、とりわけ光フアイバの長さ測定用計器に係る。

【０００２】

【従来の技術】良く知られているように、数十キロメー
タの長さにもなり得る、或る数の光フアイバを含むケー
ブルが、現在、光通信システムのために使用されてい
る。研究室および現場の両方において、ケーブルの動作
可能な条件を調査するため単一の光フアイバについて、
幾つかの測定がなされなければならない。重要な測定
は、研究室において、また敷設中の両方における、ケー
ブルに対する牽引テスト中に行われるもので、とりわけ
受けた歪みによる光フアイバの延びの測定である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】加熱室中でフアイバの
線型膨張を計る同類の測定を行うこと、あるいは、フア
イバ長さの絶対値またはフアイバ長さの変動が既に知ら
れているとき、それらが置かれる環境の温度、例えば光
フアイバが地下に埋設される土地の温度を間接的に測定
することも又必要である。勿論、かような測定は主とし
て現場で行われるので、簡単で、ポータブル且つ高度に
正確な計器が必要である。

【０００４】実際、要求される正確度は、数ミリメータ
のオーダーであるが、測定がなされる長さは数十キロメ
ータにも達する。計器により供給される測定値の中で、
敷設中に有用なフアイバ長さの変動、および時間的に間
隔を置いて行われた測定についての延びに有用なフアイ
バ長さの絶対値は両方共必須である。

【０００５】光フアイバの長さの測定は、通常正弦波ま
たはパルス信号がフアイバを進行するときに受ける遅れ
を測定することにより行われる。長さは次いで遅れを、
フアイバの物理的性質に依存する量であるフアイバ内の
伝搬速度で乗算することにより得られる。この速度が知
られていない場合、それは光放射が既知長さのフアイバ
部分を進行するのに要した時間を測定することにより容
易に得られる。

【０００６】遅れの測定は、オプチカル・エンジニアリ
ング("Optical Engineering"１９８７年１１月，Vol. 2
6, No.11, 1112〜1119頁）に掲載されたブリニンスツー
ル(Michael R. Brininstool)による『光フアイバの長手
方向歪みの測定（"Measuringlongitudinal strain in o
ptical fibres")』と題する論文に記載されたような幾
つかの技術を利用して行われ得る。

【０００７】最初の技術によれば、パルスが全フアイバ
を進行するのに要した時間が直接測定される。所要の正
確度の達成を可能とする計器は不幸にも扱い難く高価で
ある、というのはそれらが、主としてフアイバの端部で
得られ、サンプリング・オッシロスコープのスクリーン
に表示された波型の分析を行うのに適しているからであ
る。

【０００８】他の技術によれば、光フアイバが共振回路
の素子として扱われ、その共振回路では発振周波数が、
電子回路における発振を始動させるか、あるいは、共振
ピークの達成にいたるレーザにより発光された、パルス
の繰り返し周波数を変化させるか、により測定される。
しかしながら、上記の全ての測定は寧ろ複雑であり、２
つのフアイバ端部を必要としている。

【０００９】最後に、それによれば、光搬送波を変調す
るのに使用され、フアイバの入力および出力端の両方で
抽出された正弦波信号の位相遅れを測定する技術があ
る。この測定は、他の端で反射された信号を活用するこ
とにより、一方の端だけが利用可能なときでも、行うこ
とが出来る。この技術は、単一の周波数において動作さ
せることにより、フアイバ長さの変動だけが既知で絶対
的なフアイバ長さが未知の場合でも、採用することが出
来るが、結果は、フアイバに沿う屈折率の不連続性によ
る反射の存在に影響される。

【００１０】絶対的なフアイバ長さは、周波数の或る範
囲を、システム的に走査することにより知ることができ
るが、かような測定システムは、走査周波数の全範囲で
動作するのに適している周波数合成器や位相測定装置の
ような複雑な装置を必要とする。上記の欠点は、本発明
により提供される光フアイバの長さ測定用計器により克
服されるが、それは、高度に正確な結果を供給し、僅か
な取扱上のわずらわしさと廉価さを与え、水準および温
度の変化により生じる測定値のドリフトを自動的に補正
し、絶対的なフアイバ長さと長さの変動の両方を供給
し、且つ透過および反射の両方で動作し得るものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、フアイバの一
端に送られ、他端で受けられるか、あるいはその遠い方
の端で反射したのち同一端で受けられる光パルスの後縁
の時間遅れを測定することによる、時間領域で動作する
光フアイバの長さ測定用計器であつて、光パルスが、送
信される各パルスで開始し受信される各パルスで停止す
るカウンタによりカウントされるべきパルスの第二の繰
り返し周波数と全く無関連の第一の繰り返し周波数で送
られ、上記時間遅れが、上記カウンタにより供給される
充分な数の計数値に基づきなされた算術平均値の結果で
あることを特徴とする、光フアイバの長さ測定用計器
を、提供するものである。

【００１２】

【作用】本発明の上記およびその他の特徴は、非限定的
な例として与えられた、以下の好ましい実施例の記述に
より、また計器のブロック・ダイヤグラムを示す添付図
面により明らかとなるであろう。

【００１３】

【実施例】この計器は、レーザ・ダイオードＬＡで発生
し、アバランシェ・フォトダイオードＡＰＤにより検出
される光パルスの後縁の時間遅れを測定することによ
り、時間領域で動作する。マイクロプロセッサＭＰは、
レーザを、ワイヤ１上に周期的パルス信号を、約１０ｋ
Ｈｚの繰り返し周波数で送り込むことにより制御し、同
時にカウンタＣＯが、約７０ＭＨｚの周波数で動作する
発生器ＢＴがワイヤ２に出すパルスをカウントすること
を可能とする。以下に開示する目的のため、ワイヤ１上
の信号の１０ｋＨｚの周波数と、ワイヤ２上の７０ＭＨ
ｚの周波数とは全く無関連、即ち、それらは相対的に公
約数を持たないのである。レーザＬＡで発生した光パル
スは、光カプラＡＯを介して計器の発光出力である光フ
アイバ５に接続された光フアイバ４に送られる。

【００１４】外部から光フアイバ５を通じて来る、反射
した光パルスは、光カプラＡＯから抽出することが出
来、光フアイバ６に送られる。若し、テストを受ける光
フアイバの両端が利用可能なら、その一つをフアイバ５
に、もう一つを計器の受入れ部分を表している光フアイ
バ７に結合することが出来る。そうでなければ、測定に
関してフアイバ５により反射したパワーをオープンにし
たまま使用することにより、一端をフアイバ６に、他端
をフアイバ７に結合することが出来る。後者の場合、受
入れたパワー・レベルは、反射測定に関して使用される
ものに近い。

【００１５】反対に、若し、一端だけが利用可能なら、
測定は、入射パワーの少なくとも４％の反射を確保する
ように用意されていなければならないフアイバの遠い端
により反射した信号を使用して行うことが出来る。この
場合、光カプラＡＯにより抽出された反射パルスを、計
器の受入れ部分の入力に乗せるため、短い幹線フアイバ
がフアイバ６および７に結合される。

【００１６】フアイバ７を通じて受入れられたパルス
は、アバランシェ・フォトダイオードＡＰＤにより検出
され、ワイヤ８を通じて、そのしきい値がマイクロプロ
セッサＭＰによりセットされワイヤ９を通じて供給され
ている、しきい値比較器ＴＣに送られる。比較器ＴＣに
より行われる比較から生じた信号は、ワイヤ３上で利用
可能とされ、その後計数値を接続１０を通じてマイクロ
プロセッサＭＰに供給するカウンタＣＯの計数を停止さ
せるために使われる。

【００１７】マイクロプロセッサＭＰは、都合の良い時
間間隔でカウンタＣＯにより供給された定められた数の
計数値の算術平均Ｍ、例えば２０００を算出する。ここ
で得られＢＴにより供給される信号の周期Ｔで乗算され
た値は、テストされている光フアイバに沿う伝搬遅れＤ
に一致する。

【００１８】理論的には、只一つの計数操作により得ら
れる最大の解像度は、ワイヤ２上の信号周波数、即ち７
０ＭＨｚにより決定される。この場合、大体１パルスの
不正確性は、若し測定が、反射光を用いて行われたら、
長さで大体１メ−トルの不正確性を伴い、若し測定が、
透過光を用いて行われたら、２倍の不正確性を伴う。よ
り良い解像度を得るためには、平均は多数の測定値に基
づいて算出される：この場合、統計学的な配慮は、計数
操作の周期と計数されたパルスの周期Ｔとの間に関連性
が無いとすれば、解像度はより高くなることを示してい
る。実際、線路上の遅れＤは、計数されたパルスの数Ｎ
が、比Ｄ／Ｔの整数であり、ｄが、Ｔ倍された遅れＤの
少数部分である（即ち、ｄが、Ｔより下位の列上の遅れ
の分数であり、したがって計数不能である）としたと
き、Ｄ＝Ｎ・Ｔ＋ｄで表すことが出来る。計数操作の周
期と、計数された信号の周期Ｔとの間に関連性が無いの
で、ある周期中に計数されたパルスの数が、Ｎである確
率は、Ｐ１＝ｄ／Ｔであり、一方計数されたパルスの数
が、Ｎ＋１である確率はＰ２＝（Ｔ−ｄ）／Ｔである。
計数の平均値は：

【００１９】

【数１】Ｍ＝（Ｎ＋１）・Ｐ１＋Ｎ・Ｐ２＝（Ｎ＋１）・ｄ／Ｔ＋Ｎ・（Ｔ−ｄ）／Ｔ＝Ｄ／Ｔそれゆえ、Ｄ＝Ｍ・Ｔ

【００２０】この計器はさらに、水準および温度変化に
より生じる測定値のドリフトを自動的に補正するのに適
した幾つかの回路を備えている。第一の回路は、レーザ
ＬＡから発するパワーを、その部分を抽出し検出するこ
とにより安定化する。パワーに比例した電圧が、レベル
・メータＬＭにワイヤ１１を通じて送られ、レベル・メ
ータＬＭは、測定値をワイヤ１２を通じてマイクロプロ
セッサＭＰに送る。それによりマイクロプロセッサＭＰ
は、バイアス電流を発生し、それをワイヤ１３を通じて
レーザに送る。出力パワーに不所望の変化が生じた場
合、フイードバックがレーザの動作点を所望の条件に引
き戻す。

【００２１】環境温度変化は、メータＴＭにより検出さ
れ、ワイヤ１４を通じてマイクロプロセッサＭＰに送ら
れ、それは、ワイヤ１５上に送られる適切な信号によ
り、フオトダイオードＡＰＤに通じるバイアス電流を変
化させる。このようにして、フオトダイオードの利得は
一定のままにされる。最後に、比較器ＴＣが動作するし
きい値も制御される。実際、受信パルスの後縁は、非理
想的であり、数百ｐｓの持続時間を有しているので、比
較しきい値を、受信パルスのピーク値の固定した分数、
例えば約１／３に保つことが必要である。このようにし
て、受信パルスの後縁の検出に影響する時間誤差は一定
に保たれる；それゆえ、それは、後でシステム的に補正
出来る。ワイヤ８上に現れるパルスのピーク値は、ピー
ク・メータＡＭにより測定され、その相対値がワイヤ１
６を通じてマイクロプロセッサＭＰに送られる。マイク
ロプロセッサは、ピーク値の１／３に等しいしきい値を
算出し、それをワイヤ９を通じて比較器ＴＣに送る。

【００２２】接続線１７を通じてマイクロプロセッサＭ
Ｐに接続されたポータブル・プロセッサＰＣは、測定さ
れた絶対長さおよび長さの変動値、ならびに使用するプ
ログラムにもよるが、受信された光パワーのレベル、デ
ータ変化の推定などのような更に興味深いデータの記録
および表示を可能とする。記述の事項は、非限定的な例
として与えられたものである。変更および改良は特許請
求の範囲を逸脱することなく可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光フアイバの長さ測定用計器のブロ
ック・ダイヤグラムである。

【符合の説明】

ＬＡレーザ・ダイオードＡＰＤアバランシェ・フォトダイオードＭＰマイクロプロセッサＡＯ光カプラＣＯカウンタＢＴ発生器ＴＣしきい値比較器ＬＭレベル・メータＴＭメータＡＭピーク・メータＰＣポータブル・プロセッサ１〜３ワイヤ８〜１６ワイヤ４〜７光フアイバ

フロントページの続き (72)発明者アドリアーノ・ボーレロイタリー国トリノ、リヴアロロカン. エスイー、ヴイア・ブオナルロテイ７ (72)発明者マルコ・ググリエルミナイタリー国トリノ、ヴイア・テストナ 14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フアイバの一端に送られ、他端で受けら
れたか、あるいはその遠い方の端で反射したのち同一端
で受けられた光パルスの後縁の時間遅れを測定すること
による、時間領域で動作する光フアイバの長さ測定用計
器であつて、その光パルスが、送信される各パルスで始
動し、受信される各パルスで停止するカウンタ（ＣＯ）
により計数されるべきパルスの第二の繰り返し周波数と
全く無関連の第一の繰り返し周波数で前記フアイバに送
られ、前記時間遅れが、前記カウンタ（ＣＯ）により供
給される充分な数の計数値に基づきなされた算術平均値
の結果であることを特徴とする、光フアイバの長さ測定
用計器。
【請求項２】上記カウンタ（ＣＯ）が、受信されるパ
ルスの後縁が、メータ（ＴＣ）により測定され、その測
定値がマイクロプロセッサ（ＭＰ）により、受信パルス
に基づき作動し、各しきい値交差においてカウンタを停
止させるための信号（３）を発生するしきい値比較器
（ＴＣ）のための対応するしきい値（９）を決定するた
めに使われる、ピーク値の予め定められた分数に達した
ときに、停止されることを特徴とする請求項１に記載の
計器。
【請求項３】内部で発生した上記光パルスの第一の出
力（５）および上記第一の出力から来る反射光パルスの
第二の出力（６）において利用可能となる、光カプラ
（ＡＯ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の計
器。