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JP2023050426A - Event detection system, measuring instrument, and event detection method - Google Patents

Event detection system, measuring instrument, and event detection method Download PDF

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JP2023050426A JP2021160510A JP2021160510A JP2023050426A JP 2023050426 A JP2023050426 A JP 2023050426A JP 2021160510 A JP2021160510 A JP 2021160510A JP 2021160510 A JP2021160510 A JP 2021160510A JP 2023050426 A JP2023050426 A JP 2023050426A
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Abstract

Figure 2023050426000001

【課題】簡易な構成にて事象の発生を高速に検出することができる事象検出システム、測定器および事象検出方法を提供すること。
【解決手段】事象検出システムは、測定対象物に設けられた光ファイバと、前記光ファイバに一端から光パルスを入射し、前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定し、前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う測定器と、を備える。
【選択図】図1

Figure 2023050426000001

The object of the present invention is to provide an event detection system, a measuring instrument, and an event detection method capable of detecting the occurrence of an event at high speed with a simple configuration.
Kind Code: A1 An event detection system includes an optical fiber provided in an object to be measured, and an optical pulse incident on one end of the optical fiber and emitted from the one end of the optical fiber. Receiving the Rayleigh scattered light, measuring changes in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light occurring at each point in the longitudinal direction of the optical fiber, and measuring the phase or intensity of the Rayleigh scattered light or both the phase and intensity over time a measuring device that calculates a change in target or distance, and based on the calculated change, determines the position or time of occurrence of an event that accompanies a temperature change that occurs in the object to be measured.
[Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、事象検出システム、測定器および事象検出方法に関するものである。 The present invention relates to an event detection system, a meter and an event detection method.

OPGW(Optical Ground Wire)とは、架空地線の一種であり、送電線鉄塔の頂上間に張られ、避雷の役目も担っている。OPGWは、中心部に光ファイバを内包したアルミ管の外側に、アルミ被覆銅線が螺旋状に撚られた構造を有している。OPGWへの落雷により、周辺設備が損傷を生じ場合、その補修の必要性から、落雷箇所の特定が課題であり、これまで様々なOPGWに対する落雷位置標定方法が提案されてきた。 An OPGW (Optical Ground Wire) is a type of overhead ground wire, which is stretched between the tops of transmission line towers and also serves as a lightning protection. The OPGW has a structure in which an aluminum-coated copper wire is helically twisted on the outside of an aluminum tube containing an optical fiber in the center. When a lightning strike to an OPGW causes damage to peripheral equipment, it is necessary to repair the damage, and the identification of the location of the lightning strike is a problem.

OPGW内の光ファイバを用いた光センシング方法としては、伝搬する光の偏波変動を利用した方法が知られている(特許文献1,2,3)。落雷時には非常に大きな雷撃電流の一部が、中心部の光ファイバを包むコイルのように流れ、ファラデー効果によりOPGW内部に磁界が生じ、OPGWを進む光はこの磁界の影響によって大きな偏波変動を生じる。 As an optical sensing method using an optical fiber in an OPGW, a method using polarization fluctuation of propagating light is known (Patent Documents 1, 2, and 3). At the time of a lightning strike, part of the very large lightning current flows like a coil that wraps around the optical fiber in the center, and a magnetic field is generated inside the OPGW due to the Faraday effect. occur.

したがって、雷撃監視したい送電線のOPGWの片側にレーザ光源を設け、OPGWに片側からレーザ光を入射し、もう一方で折り返し戻ってきた光を偏波変動解析部で偏波変動解析すれば、雷撃位置を標定することが可能である。 Therefore, if a laser light source is provided on one side of the OPGW of the transmission line to be monitored for lightning strikes, the laser light is incident on one side of the OPGW, and the light returned from the other side is analyzed by the polarization variation analysis section, lightning strikes can be performed. It is possible to locate the position.

このように光ファイバを伝搬する光に対する落雷による偏波変動を用いて検出する手法では、2本の光ファイバを用いることが必要となり、末端ではその2本の光ファイバを接続する構成が必要になる。 In this way, the method of detecting the light propagating through the optical fiber by using the polarization variation caused by lightning strikes requires the use of two optical fibers, and a configuration that connects the two optical fibers at the end is required. Become.

また、OPWGの光ファイバを用いた雷撃位置標定法として、OPGWに落雷が生じた際の温度上昇を検知する方法が開示されている(特許文献4)。この手法では光ファイバ長手方向の温度分布変化を測定する方法としては、OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)の一種であるROTDR(ラマンOTDR)が用いられている。 In addition, as a lightning strike position locating method using an OPWG optical fiber, a method of detecting a temperature rise when a lightning strike occurs in an OPGW is disclosed (Patent Document 4). In this method, ROTDR (Raman OTDR), which is a kind of OTDR (Optical Time Domain Reflectometry), is used as a method for measuring temperature distribution changes in the longitudinal direction of the optical fiber.

ROTDRは、DTS(Distributed Temperature Sensor)とも呼ばれ、一般に光ファイバを用いた温度測定に最も多く利用されている測定手法である。ROTDRは、光ファイバコアを伝搬するパルス光に対して、光ファイバを構成する石英分子の格子振動とエネルギーの授受を行い、波長がシフトした後方散乱ラマン光を観測する方法である。特に高周波側にシフトするアンチストークス光の強度は散乱発生位置での温度により大きく変化するため、ラマン散乱光の強度を測定することによって、光ファイバ長手方向各位置での温度分布を測定することができる。 ROTDR is also called DTS (Distributed Temperature Sensor), and is generally the most widely used measurement method for temperature measurement using optical fibers. ROTDR is a method of observing wavelength-shifted backscattered Raman light by performing lattice vibration and energy exchange of quartz molecules constituting the optical fiber with respect to pulsed light propagating through an optical fiber core. In particular, the intensity of the anti-Stokes light, which shifts to the high frequency side, varies greatly depending on the temperature at the position where the scattering occurs. Therefore, by measuring the intensity of the Raman scattered light, it is possible to measure the temperature distribution at each position in the longitudinal direction of the optical fiber. can.

ラマン散乱光の光強度は非常に微弱であるため、光パルスからの散乱光を多数回平均化してSNRを向上させる必要がある。光パルスを入射させる時間間隔は、光ファイバ終端で発生したラマン散乱光が装置側に戻るのを待ってから次のパルスを送出するように設定する必要がある。そのため、光ファイバ条長が長くなると、パルス光の繰り返し周期が長くなり、測定の平均化時間もさらに長くなり、数十秒から数分間かかる場合もある。 Since the light intensity of Raman scattered light is very weak, it is necessary to average the scattered light from the light pulse many times to improve the SNR. The time interval for incident light pulses must be set so that the next pulse is sent after waiting for the Raman scattered light generated at the end of the optical fiber to return to the device side. Therefore, when the length of the optical fiber becomes longer, the repetition period of the pulsed light becomes longer, and the averaging time for measurement becomes even longer, which may take several tens of seconds to several minutes.

この他に光ファイバの長手方向の温度分布変化を測定する方法としては、BOTDR(ブリユアンOTDR)がある(非特許文献1)。BOTDRは、光ファイバコアを伝搬するパルス光の進行方向に対して、反対方向(後方)に進むブリユアン散乱光を検出する方法である。ブリユアン散乱光の入射パルス光に対する周波数シフト量は、光ファイバの歪や温度に比例して変化する。そのため、後方散乱したブリユアン散乱光の周波数シフト量を測定することにより、光ファイバ長手方向での歪あるいは温度の分布状態を算出することができる。 In addition, there is BOTDR (Brillouin OTDR) as a method for measuring temperature distribution changes in the longitudinal direction of an optical fiber (Non-Patent Document 1). BOTDR is a method of detecting Brillouin scattered light traveling in the opposite direction (backward) to the traveling direction of pulsed light propagating through an optical fiber core. The frequency shift amount of the Brillouin scattered light with respect to the incident pulsed light changes in proportion to the strain and temperature of the optical fiber. Therefore, by measuring the frequency shift amount of the backscattered Brillouin scattered light, it is possible to calculate the strain or temperature distribution in the longitudinal direction of the optical fiber.

ブリユアン散乱は、光ファイバの歪量と温度の両方の事象によって周波数シフト量が変化するため、シフト量変化の要因が歪であるのか温度変化であるのかの判別が難しい点がある。またブリユアン散乱光はラマン散乱光と同様に、散乱光の光強度が小さいために、光パルスからの散乱光を多数回平均化してSNRを向上させる必要がある。そのため1回の測定に数十秒から十数分を要する場合もある。 In Brillouin scattering, the amount of frequency shift changes depending on both the amount of strain and the temperature of the optical fiber, so it is difficult to determine whether the cause of the shift amount change is strain or temperature change. Like Raman scattered light, Brillouin scattered light has a low light intensity, so it is necessary to improve the SNR by averaging the scattered light from the light pulse many times. Therefore, it may take several tens of seconds to ten minutes for one measurement.

特許第2818674号公報Japanese Patent No. 2818674 特許第4302273号公報Japanese Patent No. 4302273 特許第4786036号公報Japanese Patent No. 4786036 特開平2-159925号公報JP-A-2-159925

H. Ohno, H. Naruse, M. Kihara, and A. Shimada, “Industrial Applications of the BOTDR Optical Fiber Strain Sensor” Optical Fiber Technology 7, 45-64 2001.H. Ohno, H. Naruse, M. Kihara, and A. Shimada, “Industrial Applications of the BOTDR Optical Fiber Strain Sensor” Optical Fiber Technology 7, 45-64 2001. Yonas Muanenda, “Recent Advances in Distributed Acoustic Sensing Based on Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectometry” Journal of Sensors Volume 2018, Article ID 3897873, 16 pagesYonas Muanenda, “Recent Advances in Distributed Acoustic Sensing Based on Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectometry” Journal of Sensors Volume 2018, Article ID 3897873, 16 pages 阪神高速道路公団技報第21号 2003Hanshin Expressway Public Corporation Technical Report No. 21 2003

ROTDRやBOTDRを用いたシステムは、OPGW内の終端での光ファイバの接続構成を必要とせず1本の光ファイバのみを用いた構成であるが、光ファイバ長手方向の温度分布を測定するためには、測定時間が長くなり、短時間での温度変化を捉えることはできないという課題がある。 A system using ROTDR or BOTDR does not require an optical fiber connection configuration at the end of the OPGW and uses only one optical fiber. However, there is a problem that the measurement time is long and it is not possible to capture the temperature change in a short time.

落雷によるOPGWの温度上昇は大きいが、雷撃での通電時間は一瞬(数十μ秒オーダー)であり、OPGWを構成する金属被覆銅線により熱が拡散する。そのため温度上昇測定による雷撃位置標定を正確に行うためには、より高速に温度変化を観測する必要がある。 A lightning strike causes a large temperature rise in the OPGW, but the energization time of the lightning strike is instantaneous (on the order of several tens of microseconds), and the heat is diffused by the metal-coated copper wires forming the OPGW. Therefore, it is necessary to observe the temperature change at a higher speed in order to accurately locate the lightning strike position by measuring the temperature rise.

以上の観点から、OPGW内の終端での光ファイバの接続構成を必要とせず、1本の光ファイバのみを用いた簡易な構成にてOPGWへの雷撃位置をより正確に検出する方法として、落雷位置での温度上昇の時間変化をより高速に検出する方法が求められる。 From the above point of view, as a method for more accurately detecting the lightning strike position to the OPGW with a simple configuration using only one optical fiber without requiring an optical fiber connection configuration at the end in the OPGW, lightning strike There is a need for a faster method of detecting temperature rise over time at a location.

このような光ファイバの局所的なある部分に温度変化を伴う事象の発生位置及び発生時間を検出することは、OPGWでの雷撃標定以外にも光ファイバが配置された様々な施設・設備において課題となっている。 Detecting the location and time of occurrence of an event involving temperature change in such a localized part of an optical fiber is a problem in various facilities and equipment where optical fibers are arranged, in addition to lightning strike location in OPGW. It has become.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な構成にて事象の発生を高速に検出することができる事象検出システム、測定器および事象検出方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an event detection system, a measuring instrument, and an event detection method capable of detecting the occurrence of an event at high speed with a simple configuration. be.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、測定対象物に設けられた光ファイバと、前記光ファイバに一端から光パルスを入射し、前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定し、前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う測定器と、を備える事象検出システムである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, one aspect of the present invention provides an optical fiber provided in an object to be measured; By receiving the backward Rayleigh scattered light generated in the optical fiber emitted from the optical fiber, a change in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light generated at each point in the longitudinal direction of the optical fiber is measured, and the Rayleigh scattered light calculating temporal or distance changes in the phase or intensity or both phase and intensity of the measurement object, and based on the calculated changes, determining the position or time of occurrence of the event accompanied by the temperature change occurring in the measurement object an event detection system comprising:

前記判定は、任意に定められた経過時間毎に前記光ファイバの長手方向での前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の変化に対して、事前に定めたしきい値と比較することにより行うものでもよい。 The determination is performed by comparing changes in the phase or intensity or both the phase and intensity of the Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber with a predetermined threshold for each arbitrarily determined elapsed time. It may be done by doing.

前記判定は、任意に定められた前記光ファイバの長手方向の区間内での前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の時間的な変化と、事前に定めたしきい値とを比較することによる事象発生の判定であるものでもよい。 The determination is based on temporal changes in phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light within an arbitrarily defined longitudinal section of the optical fiber and a predetermined threshold value. It may be a determination of occurrence of an event by comparison.

前記判定は、任意に定められた経過時間および前記光ファイバの長手方向の距離で定められた複数の領域に分割し、前記複数の領域内の前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の分布状態を比較することによる事象発生の判定であるものでもよい。 The determination is divided into a plurality of regions defined by an arbitrarily defined elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber, and the phase or intensity of the Rayleigh scattered light or the phase and intensity of the Rayleigh scattered light in the plurality of regions. It may be determination of event occurrence by comparing both distribution states.

任意に定められた経過時間および前記光ファイバの長手方向の距離で定められた複数の領域に分割し、前記複数の領域内の前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の分布状態を比較する際に、各領域内での分布状態の特徴として、事象が発生したと推定される位置から前記測定器から見て遠方に近接した距離区間の位相または強度を比較することにより、判定対象とする事象か否かを判定するものでもよい。 Divided into a plurality of regions defined by an arbitrarily defined elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber, and a distribution state of phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light within the plurality of regions When comparing , as a feature of the distribution state in each area, by comparing the phase or intensity of the distance section that is far and close to the measuring device from the position where the event is estimated to have occurred. It may be determined whether or not the event is a target event.

前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象は、温度の変化が、時間に対して1℃/秒以上の変化量を有するものでもよい。 The event accompanied by a temperature change occurring in the object to be measured may have a change in temperature of 1° C./second or more with respect to time.

前記測定対象物は、前記光ファイバが収納された架空地線または送電線であり、前記測定器は、前記判定として、前記架空地線または送電線に発生する雷撃の位置および雷撃発生時刻を標定することを行うものでもよい。 The object to be measured is an overhead ground wire or a transmission line in which the optical fiber is housed, and the measuring device locates the location and time of occurrence of a lightning strike occurring in the overhead ground wire or transmission line as the determination. It may be something that does what you do.

前記測定器は、前記雷撃の発生の有無の判定を行うとともに、前記架空地線または送電線に発生する雷撃以外の周囲環境状態や発生事象の判定も行うものでもよい。 The measuring device may determine whether or not the lightning strike has occurred, and may also determine the surrounding environmental conditions and occurrence events other than the lightning strike occurring in the overhead ground wire or power transmission line.

前記測定器は、前記判定として、前記測定対象物において、発熱現象または発火現象の発生位置および発生時刻を判定することを行うものでもよい。 As the determination, the measuring device may determine the position and time of occurrence of the heat generation phenomenon or the ignition phenomenon in the measurement object.

前記測定対象物は、前記光ファイバを収納した電力ケーブルであり、前記測定器は、前記判定として、前記電力ケーブルに発生する故障の発生位置および発生時刻を判定することを行うものでもよい。 The object to be measured may be a power cable housing the optical fiber, and the measuring device may determine a location and time of occurrence of a failure occurring in the power cable as the determination.

本発明の一態様は、測定対象物に設けられた光ファイバに一端から光パルスを入射し、前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定する測定部と、前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う判定部と、を備える測定器である。 According to one aspect of the present invention, a light pulse is incident from one end of an optical fiber provided in a measurement object, and the backward Rayleigh scattered light emitted from the one end of the optical fiber and generated in the optical fiber is received. a measurement unit that measures changes in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light generated at each point in the longitudinal direction of the optical fiber; a determination unit that calculates a change in temperature, and determines an occurrence position or occurrence time of an event accompanied by a temperature change that occurs in the object to be measured based on the calculated change.

本発明の一態様は、測定対象物に設けられた光ファイバに一端から光パルスを入射し、前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定し、前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う、事象検出方法である。 According to one aspect of the present invention, a light pulse is incident from one end of an optical fiber provided in a measurement object, and the backward Rayleigh scattered light emitted from the one end of the optical fiber and generated in the optical fiber is received. changes in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light generated at each point in the longitudinal direction of the optical fiber, and changes in the phase or intensity or both the phase and intensity of the Rayleigh scattered light over time or over distance are measured. and determining the occurrence position or occurrence time of an event accompanied by a temperature change occurring in the object to be measured based on the calculated change.

本発明によれば、簡易な構成にて事象の発生を高速に検出することができる。 According to the present invention, occurrence of an event can be detected at high speed with a simple configuration.

図1は、第1実施形態の雷撃標定システムを示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a lightning strike location system of the first embodiment. 図2は、OPGWの構成を説明する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the OPGW. 図3は、測定器の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a measuring device. 図4は、測定器で行われる雷撃標定方法のフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram of a lightning strike location method performed by a measuring instrument. 図5は、計算部で算出された、光ファイバの長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the phase value distribution of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber calculated by the calculator. 図6は、図5における距離方向のある地点での位相値の時間変化を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a temporal change in phase value at a certain point in the distance direction in FIG. 図7は、計算部で算出された、光ファイバの長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the phase value distribution of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber calculated by the calculator. 図8は、図7中の事象発生時間でのレイリー散乱特性値の位置変化を表す図である。FIG. 8 is a diagram showing the position change of the Rayleigh scattering characteristic value at the time when the event in FIG. 7 occurs. 図9は、計算部で算出された、光ファイバの長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the phase value distribution of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber calculated by the calculator. 図10は、計算部で算出された、光ファイバの長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the phase value distribution of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber calculated by the calculator. 図11は、計算部で算出された、光ファイバの長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the phase value distribution of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber calculated by the calculator. 図12は、計算部で算出された、光ファイバの長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the phase value distribution of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber calculated by the calculator. 図13は、計算部で算出された、検出対象の事象が発生した際の事象発生位置でのレイリー散乱光の位相値の時間変化を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the time change of the phase value of Rayleigh scattered light at the event occurrence position when the event to be detected occurs, calculated by the calculation unit. 図14は、第2実施形態の火災検知システムの構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of the fire detection system of the second embodiment. 図15は、第2実施形態で使用される光ファイバケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 15 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an optical fiber cable used in the second embodiment. 図16は、第2実施形態で使用される光ファイバケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 16 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an optical fiber cable used in the second embodiment. 図17は、第2実施形態で使用される光ファイバケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 17 is an exemplary and schematic cross-sectional view of an optical fiber cable used in the second embodiment; 図18は、第2実施形態で使用される光ファイバケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。FIG. 18 is an exemplary schematic cross-sectional view of an optical fiber cable used in the second embodiment. 図19は、第3実施形態の電力ケーブルでの故障検知システムの構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram of a failure detection system for power cables according to the third embodiment. 図20は、第3実施形態で使用される電力ケーブルの例示的かつ模式的な断面図であるFIG. 20 is an exemplary and schematic cross-sectional view of a power cable used in the third embodiment; 図21は、測定器での処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 21 is a flow chart showing an example of a processing procedure in the measuring device.

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果(派生的な効果も含む)のうち少なくとも一つを得ることが可能である。 Exemplary embodiments and variations of the invention are disclosed below. The configurations of the embodiments and modifications shown below, and the actions and results (effects) brought about by the configurations are examples. The present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments and modifications. Moreover, according to the present invention, at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration can be obtained.

以下の実施形態は、同様の構成要素を有している。以下では、それら同様の構成要素については、共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する場合がある。 The following embodiments have similar components. In the following description, the same reference numerals are given to the same constituent elements, and overlapping explanations may be omitted.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の雷撃標定システムを示す構成図である。本実施形態の雷撃標定システム1は、事象検出システムの一例であり、OPGW10と、鉄塔20と、測定器30とを備えている。OPGW10は、測定対象物の一例である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a lightning strike location system of the first embodiment. A lightning strike location system 1 of this embodiment is an example of an event detection system, and includes an OPGW 10 , a steel tower 20 and a measuring device 30 . OPGW 10 is an example of a measurement object.

図2は、OPGW10の構成を説明する断面図である。OPGW10は、複数のアルミ被覆銅線11と、アルミ管12と、光ファイバ13とを備えている。OPGW10は、アルミ管12内に光ファイバ13を収納している。アルミ管12の周囲にはアルミ被覆銅線11が撚られている。光ファイバ13は、測定対象物に設けられた光ファイバの一例である。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the OPGW 10. As shown in FIG. The OPGW 10 includes a plurality of aluminum-coated copper wires 11 , aluminum tubes 12 and optical fibers 13 . The OPGW 10 accommodates an optical fiber 13 inside an aluminum tube 12 . An aluminum-coated copper wire 11 is twisted around the aluminum tube 12 . The optical fiber 13 is an example of an optical fiber provided on the object to be measured.

光ファイバ13はシングルモード光ファイバが望ましいが、マルチモード光ファイバも使用することができる。シングルモードに光ファイバの場合、例えば国際通信連合(international telecommunication union)で規定されたG.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657に準拠するシングルモード光ファイバであってもよい。 Optical fiber 13 is preferably a single mode optical fiber, but multimode optical fiber can also be used. In the case of single-mode optical fibers, for example G.3 as defined by the International Telecommunications Union. 652, G. 653, G. 654, G. 655, G. 656, G. 657 compliant single mode optical fiber.

なお、レイリー散乱光を検出する実施形態における光ファイバ13には、長手方向において屈折率が周期的に変化するファイバブラッググレーティング(以下、FBGと記す)が全長に渡って連続的に構成されているコアを有した光ファイバを、用いることができる。 In the optical fiber 13 in the embodiment for detecting Rayleigh scattered light, a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as FBG) whose refractive index changes periodically in the longitudinal direction is continuously formed over the entire length. An optical fiber with a core can be used.

測定器30は光パルスを送信し、OPGW10内の光ファイバ13に一端から入射する。送信された光パルスは光ファイバ13中を伝搬する。光ファイバ13中で後方レイリー散乱が発生し、光パルスの進行方向と逆方向に散乱光が進む。この後方レイリー散乱光は、光ファイバ13の前記一端から出射され、測定器30に到達する。測定器30は後方レイリー散乱光を受信する。測定器30では時系列的に到達したレイリー後方散乱光の特性を算出することにより、光ファイバ長手方向各地点でのレイリー散乱光の発生状態を調べることができる。 The measuring device 30 transmits an optical pulse and enters the optical fiber 13 inside the OPGW 10 from one end. The transmitted optical pulse propagates through the optical fiber 13 . Backward Rayleigh scattering occurs in the optical fiber 13, and the scattered light travels in the direction opposite to the traveling direction of the light pulse. This backward Rayleigh scattered light is emitted from the one end of the optical fiber 13 and reaches the measuring device 30 . Meter 30 receives the back-Rayleigh scattered light. By calculating the characteristics of the Rayleigh backscattered light arriving in time series with the measuring instrument 30, it is possible to examine the generation state of the Rayleigh scattered light at each point in the longitudinal direction of the optical fiber.

測定器30は、後方レイリー散乱光を受信することにより、光ファイバ13の長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定する。そして、レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出する。さらに、算出した変化に基づいて、OPGW10に発生する温度変化を伴う事象(雷撃)の発生位置または発生時間の判定を行うことができる。 By receiving the backward Rayleigh scattered light, the measuring device 30 measures changes in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light generated at each point in the longitudinal direction of the optical fiber 13 . Then, temporal or distance changes of the phase or intensity of the Rayleigh scattered light or both of the phase and intensity are calculated. Furthermore, based on the calculated change, it is possible to determine the occurrence position or occurrence time of an event (lightning strike) that occurs in the OPGW 10 and accompanies a temperature change.

測定器30は、雷撃時の比較的時間変化の速い温度変化に対応したレイリー散乱光特性を測定する必要があるため、光ファイバ13の長手方向でのレイリー散乱光特性分布の時間変化を測定することが必要になる。そのような用途に使用される機器としては、DAS(Distributed Acoustic Sensor:分布型音響センサ)を用いることができる(非特許文献2)。DASを用いることによって、光ファイバ13の長手方向でのレイリー散乱光の強度または位相の変化を求めることができる。 Since the measuring instrument 30 needs to measure the Rayleigh scattered light characteristic corresponding to the temperature change that changes relatively quickly with time during a lightning strike, the time change of the Rayleigh scattered light characteristic distribution in the longitudinal direction of the optical fiber 13 is measured. becomes necessary. A DAS (Distributed Acoustic Sensor) can be used as a device used for such applications (Non-Patent Document 2). By using DAS, changes in intensity or phase of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 can be obtained.

図3に測定器30の構成例を示す。測定器30は、測定部31、計算部32、記憶部33、情報保存部34および判定部35を有している。計算部32、記憶部33、情報保存部34および判定部35は、たとえばCPU、RAM、ROMなどを備えるコンピュータ、およびその周辺機器によって構成できる。 FIG. 3 shows a configuration example of the measuring device 30. As shown in FIG. The measuring device 30 has a measurement section 31 , a calculation section 32 , a storage section 33 , an information storage section 34 and a determination section 35 . The calculation unit 32, the storage unit 33, the information storage unit 34, and the determination unit 35 can be configured by, for example, a computer including a CPU, a RAM, a ROM, and peripheral devices thereof.

測定部31は、光源311、光カプラ312,315、光変調器313、光サーキュレータ314、フォトディテクタ316、AD変換器317およびパルス発生器318を有している。光源311、光カプラ312,315、光変調器313、光サーキュレータ314、およびフォトディテクタ316の間は光ファイバで接続されている。フォトディテクタ316とAD変換器317との間は電気信号線で接続されている。なお測定部の構成は一例であり、様々な構成を用いることができる。光サーキュレータ314はOPGW10に収納されている光ファイバ13に接続されている。 The measuring section 31 has a light source 311 , optical couplers 312 and 315 , an optical modulator 313 , an optical circulator 314 , a photodetector 316 , an AD converter 317 and a pulse generator 318 . The light source 311, optical couplers 312, 315, optical modulator 313, optical circulator 314, and photodetector 316 are connected by optical fibers. An electric signal line connects between the photodetector 316 and the AD converter 317 . Note that the configuration of the measurement unit is an example, and various configurations can be used. The optical circulator 314 is connected to the optical fiber 13 housed in the OPGW 10 .

つぎに、図3および図4のフロー図を参照して、測定器30の動作および事象検出方法(雷撃標定方法)について説明する。 Next, the operation of the measuring instrument 30 and the event detection method (lightning strike location method) will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 3 and 4. FIG.

(測定部31)
光源311から出力された連続光は光カプラ312で二分岐され、一方の光は光変調器313に入力する。光変調器313はパルス発生器318が発生した電気パルス信号を受信し、その電気パルスに同期した時間変化で入力した光を変調し、光パルスを生成する。発生した光パルスは光ファイバを介し光サーキュレータ314に入力され、光サーキュレータ314からOPGW10内の光ファイバ13へ光パルスが送出され、入射される(図4のステップS101)。
(Measuring unit 31)
A continuous light output from a light source 311 is split into two by an optical coupler 312 , and one light is input to an optical modulator 313 . The optical modulator 313 receives the electrical pulse signal generated by the pulse generator 318, modulates the input light with a time change synchronized with the electrical pulse, and generates an optical pulse. The generated optical pulse is input to the optical circulator 314 via the optical fiber, and the optical pulse is sent from the optical circulator 314 to the optical fiber 13 in the OPGW 10 and is incident (step S101 in FIG. 4).

OPGW10内の光ファイバ13に入射された光パルスは、光ファイバ13中を伝搬し、その際に光ファイバ13の長手方向各地点で後方レイリー散乱光を発生する。測定部31は、発生した後方レイリー散乱光を受信する(図4のステップS102)。具体的には、発生した後方レイリー散乱光は、光サーキュレータ314を介し、光カプラ315によって、光源311から発生し光カプラ312で分岐した他方の光と合波される。光カプラ315で合波した光はフォトディテクタ316に入射しアナログ電気信号に変換しAD変換器317に入力される。AD変換器317は入力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換し、計算部32に送出する。 A light pulse that has entered the optical fiber 13 in the OPGW 10 propagates through the optical fiber 13 and generates backward Rayleigh scattered light at each point in the longitudinal direction of the optical fiber 13 . The measurement unit 31 receives the generated backward Rayleigh scattered light (step S102 in FIG. 4). Specifically, the generated backward Rayleigh scattered light passes through the optical circulator 314 and is combined with the other light generated from the light source 311 and branched by the optical coupler 312 by the optical coupler 315 . The light multiplexed by the optical coupler 315 is incident on the photodetector 316 , converted into an analog electrical signal, and input to the AD converter 317 . The AD converter 317 converts the input analog electric signal into a digital electric signal and sends it to the calculator 32 .

(計算部32)
測定部31で得られたデジタル電気信号は計算部32に送られる。計算部32はデジタル電気信号に含まれる情報をもとにレイリー散乱光特性値を計算する。ここでレイリー散乱光特性値とは、光ファイバ13の各地点で発生するレイリー散乱光発生状態を特徴付ける特徴量であり、例えばレイリー散乱光強度やレイリー散乱光の位相変化量である。これらの値は光ファイバ13に振動・音響が伝搬したり、光ファイバ13自身が変形したり、温度が変化するなどによって変化を生じる。計算部32は、光ファイバ13の長手方向において変化するレイリー散乱光特性値を算出する。計算部32で算出された結果は、測定部31で光ファイバ13に送出される個々の光パルスに対応して光ファイバ13の長手方向である距離毎に離散化した複数のレイリー散乱光特性値が、繰り返し連なったデータ列である。
(Calculation unit 32)
A digital electrical signal obtained by the measurement unit 31 is sent to the calculation unit 32 . The calculator 32 calculates the Rayleigh scattered light characteristic value based on the information contained in the digital electrical signal. Here, the Rayleigh scattered light characteristic value is a feature quantity that characterizes the generation state of Rayleigh scattered light generated at each point of the optical fiber 13, and is, for example, the intensity of Rayleigh scattered light or the phase change amount of Rayleigh scattered light. These values change due to vibration/sound propagation to the optical fiber 13, deformation of the optical fiber 13 itself, temperature change, and the like. The calculator 32 calculates Rayleigh scattered light characteristic values that change in the longitudinal direction of the optical fiber 13 . The result calculated by the calculation unit 32 is a plurality of Rayleigh scattered light characteristic values discretized for each distance in the longitudinal direction of the optical fiber 13 corresponding to the individual light pulses sent to the optical fiber 13 by the measurement unit 31. is a repeated data string.

(記憶部33)
計算部32は、算出結果のデータ列を、光ファイバ13の長手方向の距離と光パルスの繰り返し時間を間隔とする任意の時間とでの二次元のデータに変換して記憶部33に保存する(図4のステップS104)。記憶部33は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体でもよい。
(storage unit 33)
The calculation unit 32 converts the data string of the calculation result into two-dimensional data with respect to the distance in the longitudinal direction of the optical fiber 13 and an arbitrary time interval with the repetition time of the optical pulse, and stores the data in the storage unit 33 . (Step S104 in FIG. 4). The storage unit 33 may be a computer-readable recording medium.

(情報保存部34、判定部35)
情報保存部34には、算出したレイリー散乱光特性値と比較するための参照データが保存されている。判定部35は、記憶部33に一端保存された任意の時間における光ファイバ13の長手方向でのレイリー散乱光特性値データと情報保存部34が保持する参照データとを読み出し(図4のステップS105)、まず雷撃の発生の有無を判別する(図4のステップS106)。雷撃が発生していると判断した場合には(ステップS106、Yes)、その発生箇所(雷撃地)、具体的には測定器30からの距離と、発生時間とを算出する(ステップS107)。また必要に応じて、レイリー散乱光特性値から雷撃が影響した光ファイバの距離範囲を見積もる。また、雷撃が発生していないと判断した場合には(ステップS106、No)、フローを終了する。
(Information storage unit 34, determination unit 35)
The information storage unit 34 stores reference data for comparison with the calculated Rayleigh scattered light characteristic value. The determination unit 35 reads the Rayleigh scattered light characteristic value data in the longitudinal direction of the optical fiber 13 at an arbitrary time temporarily stored in the storage unit 33 and the reference data stored in the information storage unit 34 (step S105 in FIG. 4). ), first, it is determined whether or not a lightning strike has occurred (step S106 in FIG. 4). If it is determined that a lightning strike has occurred (step S106, Yes), the location of the occurrence (lightning strike area), specifically, the distance from the measuring device 30, and the occurrence time are calculated (step S107). If necessary, the optical fiber distance range affected by the lightning strike is estimated from the Rayleigh scattered light characteristic value. If it is determined that a lightning strike has not occurred (step S106, No), the flow ends.

(雷撃発生時刻の判定)
図5に計算部32で算出された、2分間における光ファイバ13の長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布(二次元データの一例)を示す。
(Determination of lightning strike occurrence time)
FIG. 5 shows a phase value distribution (an example of two-dimensional data) of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 for 2 minutes calculated by the calculator 32 .

図5において、横軸は時間であり、縦軸は距離を示している。縦軸の距離は、原点(ゼロの点)を測定器30が設置されている位置としている。また、白い部分は位相値が大きい領域である。以下図7,9~12でも同様である。 In FIG. 5, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents distance. The distance on the vertical axis has the origin (zero point) as the position where the measuring device 30 is installed. Also, the white portion is a region with a large phase value. The same applies to FIGS. 7 and 9 to 12 below.

図6は、図5における距離方向のある地点(図5中に示された時間軸に沿った矢印の地点)での位相値の時間変化を示している。位相値はレイリー散乱光特性の一例である。 FIG. 6 shows temporal changes in the phase value at a point in the distance direction in FIG. 5 (the point indicated by the arrow along the time axis shown in FIG. 5). A phase value is an example of a Rayleigh scattered light characteristic.

図6において、時間軸方向に示されている破線は、雷撃発生による位相変化を判定するためのしきい値を示している。図中で時間軸約30秒の時刻に位相変化がしきい値を超えていることが分かる。そのため図5中に示された時間軸に沿った矢印で定めた位置において、しきい値を超える時点で雷撃が発生したと定めることができる。これは、測定器30における判定が、任意に定められた経過時間毎に光ファイバ13の長手方向でのレイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の変化に対して、事前に定めたしきい値と比較することにより行う判定の一例である。時間軸約30秒の時刻は、任意に定められた経過時間の一例である。しきい値は、情報保存部34が保持する参照データの一例である。 In FIG. 6, the dashed line along the time axis indicates the threshold value for determining the phase change due to the occurrence of a lightning strike. In the figure, it can be seen that the phase change exceeds the threshold value at the time of about 30 seconds on the time axis. Therefore, it can be determined that a lightning strike has occurred when the threshold value is exceeded at the position indicated by the arrow along the time axis shown in FIG. This is because the determination in the measuring device 30 is determined in advance with respect to changes in phase or intensity or both phase and intensity of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 at each arbitrarily determined elapsed time. It is an example of determination made by comparison with a threshold value. A time of approximately 30 seconds on the time axis is an example of an arbitrarily determined elapsed time. A threshold is an example of reference data held by the information storage unit 34 .

図6に示される雷撃発生時のレイリー散乱光の位相の時間変化には特徴が見られる。すなわち雷撃による放電のジュール熱でのOPGW10の温度上昇に伴い、位相値は急激に立ち上がり、ある時間間隔(図6の場合は約10秒)ののち位相値は低下する。これは温度上昇時の光ファイバ13の伸長による位相変化が検出されたが、その後、OPGW10を構成するアルミ被覆銅線11を伝わって熱が拡散するとともに、光ファイバ13の伸びが止まったことにより、位相変化が減少したためと考えられる。 Characteristics can be seen in the temporal change of the phase of the Rayleigh scattered light when a lightning strike occurs, as shown in FIG. That is, the phase value rises sharply as the temperature of the OPGW 10 rises due to the Joule heat of the discharge caused by the lightning strike, and the phase value drops after a certain time interval (about 10 seconds in the case of FIG. 6). This is because the phase change due to the extension of the optical fiber 13 at the time of temperature rise was detected, but after that, the heat diffused through the aluminum-coated copper wire 11 constituting the OPGW 10, and the extension of the optical fiber 13 stopped. , is thought to be due to a decrease in the phase change.

つまりOPGWへの雷撃現象では雷撃直後のレイリー散乱光の時間変化は、急激な立ち上がりとある時間間隔の後の立下りを持つ特徴的な波形となることが分かる。そのためレイリー散乱光の位相の時間波形を観測することにより、雷撃の有無を判断することができる。 In other words, it can be seen that in the lightning strike phenomenon to the OPGW, the time change of the Rayleigh scattered light immediately after the lightning strike becomes a characteristic waveform having a sharp rise and a fall after a certain time interval. Therefore, by observing the time waveform of the phase of Rayleigh scattered light, it is possible to determine the presence or absence of a lightning strike.

(雷撃発生位置の判定)
図7に計算部32で算出された、図5とは別の2分間における光ファイバ13の長手方向でのレイリー散乱光の位相値分布(二次元データの一例)を示す。
(Determination of location of lightning strike)
FIG. 7 shows the phase value distribution (an example of two-dimensional data) of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 for two minutes different from that in FIG.

図8は、図7における時間方向のある時間での距離(図7中に示された距離軸に沿った矢印の時間)での位相値の距離に対する変化を示している。 FIG. 8 shows the variation of the phase value with respect to distance at a certain time in the time direction in FIG. 7 (the time of the arrow along the distance axis shown in FIG. 7).

図8において、距離軸方向に示されている破線は、雷撃発生による位相変化を判定するためのしきい値を示している。図中で距離軸約49600mの位置で位相変化がしきい値を超えていることが分かる。そのため図7中に示された距離軸に沿った矢印で定めた時刻において、しきい値を超える位置で雷撃が発生したと定めることができる。これは、測定器30における判定が、任意に定められた光ファイバ13の長手方向の区間内でのレイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の時間的な変化と、事前に定めたしきい値とを比較することによる事象発生の判定であるものの一例である。距離軸約49600mの位置は、任意に定められた光ファイバ13の長手方向の区間に含まれる位置の一例である。しきい値は、情報保存部34が保持する参照データの一例である。 In FIG. 8, the dashed line along the distance axis indicates the threshold value for determining the phase change due to the occurrence of a lightning strike. In the figure, it can be seen that the phase change exceeds the threshold value at a position of about 49600 m on the distance axis. Therefore, it can be determined that a lightning strike occurred at a position exceeding the threshold value at the time determined by the arrow along the distance axis shown in FIG. This is determined in advance by the determination in the measuring device 30 as the temporal change in the phase or intensity or both the phase and intensity of the Rayleigh scattered light within an arbitrarily defined longitudinal section of the optical fiber 13. This is an example of determination of occurrence of an event by comparison with a threshold value. A position of about 49600 m on the distance axis is an example of a position included in an arbitrarily defined longitudinal section of the optical fiber 13 . A threshold is an example of reference data held by the information storage unit 34 .

図8に示される雷撃発生時のレイリー散乱光の位相の距離変化には特徴が見られる。雷撃位置と標定される49600mの前後でその波形がやや異なる。雷撃位置49600m以降では位相値の平均レベルが雷撃位置より前よりやや高いことが分かる。これは雷撃位置での急激な光ファイバ13の変化に伴い、その箇所を伝搬する光パルス及び雷撃位置以降の部分で発生する及びレイリー後方散乱光の位相に変化が生じるためと考えられる。 A feature can be seen in the distance change of the phase of the Rayleigh scattered light when a lightning strike occurs, as shown in FIG. The waveform differs slightly around 49,600m, which is the location of the lightning strike. It can be seen that the average level of the phase values after the lightning strike position of 49600 m is slightly higher than before the lightning strike position. This is thought to be due to the fact that the rapid change in the optical fiber 13 at the lightning strike position causes a change in the phase of the optical pulse propagating there and the phase of the Rayleigh backscattered light generated in the portion after the lightning strike position.

つまりOPGW10への雷撃現象では、雷撃位置前後のレイリー散乱光の位相の距離に対する変化の波形(距離波形)は、雷撃位置前後で変化の形態が異なる特徴的な波形となることが分かる。そのためレイリー散乱光の位相の距離波形を観測することにより、雷撃の有無を判断することができる。 In other words, in the lightning strike phenomenon to the OPGW 10, the waveform (distance waveform) of the change in the phase of the Rayleigh scattered light before and after the lightning strike position with respect to the distance is a characteristic waveform in which the form of change is different before and after the lightning strike position. Therefore, by observing the distance waveform of the phase of Rayleigh scattered light, the presence or absence of a lightning strike can be determined.

(雷撃発生位置および時刻の判定)
図9に計算部32で算出された、図5,7とは別の2分間における光ファイバ13の長手方向のレイリー散乱光の位相値分布(二次元データの一例)を示す。
(Determination of location and time of lightning strike)
FIG. 9 shows the phase value distribution (an example of two-dimensional data) of the Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 for two minutes different from those in FIGS.

図9において、任意に定められた経過時間および光ファイバ13の長手方向の距離で定められた分割された領域(領域1~8)を破線の枠で示している。判定部35は、各領域内の位相値の分布を比較することで対象事象の発生の有無を判定することができる。すなわち、これは、任意に定められた経過時間および光ファイバ13の長手方向の距離で定められた複数の領域に分割し、これらの複数の領域内のレイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の分布状態を比較することによる事象発生の判定の一例である。 In FIG. 9, divided regions (regions 1 to 8) determined by an arbitrarily determined elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber 13 are indicated by dashed frames. The determination unit 35 can determine whether or not the target event has occurred by comparing the distribution of the phase values in each region. That is, it is divided into a plurality of regions defined by an arbitrarily defined elapsed time and a longitudinal distance of the optical fiber 13, and the phase or intensity or the phase and intensity of the Rayleigh scattered light within these regions. is an example of determination of event occurrence by comparing the distribution states of both.

図9では、領域3内では、領域1~2と比較し、位相変化が大きくなっていることがわかりこの領域内の時刻及び位置で雷撃の事象が発生していると判断することができる。領域の比較は、特徴量を抽出しての比較や、学習済モデルの利用などによって実行することができる。 In FIG. 9, it can be seen that the phase change is larger in region 3 than in regions 1 and 2, and it can be determined that a lightning event has occurred at the time and position within this region. Comparison of regions can be performed by comparing after extracting feature amounts, using a trained model, or the like.

図10に計算部32で算出された、図9と同じ2分間における光ファイバ13の長手方向のレイリー散乱光の位相値分布(二次元データの一例)を示す。 FIG. 10 shows the phase value distribution (an example of two-dimensional data) of the Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 for the same two minutes as in FIG.

図10において、任意に定められた経過時間および光ファイバ13の長手方向の距離で定められた分割された領域(領域1~5)を破線の枠で示している。各領域内の位相値の分布を比較することで対象事象の発生の有無を判定することができる。図10は図9と異なる領域の区切り方の一例である。 In FIG. 10, divided regions (regions 1 to 5) determined by an arbitrarily determined elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber 13 are indicated by dashed frames. By comparing the phase value distribution in each region, it is possible to determine whether or not the target event has occurred. FIG. 10 shows an example of a method of segmenting regions that is different from that in FIG.

図10では、領域1~2と領域3~5を比較し、位相の分布状態の変化が異なっていることが分かる。そのため対象事象が発生している位置は、領域2と領域3の境目であると判断することができる。 In FIG. 10, regions 1-2 are compared with regions 3-5, and it can be seen that changes in phase distribution state are different. Therefore, it can be determined that the position where the target event occurs is the boundary between the regions 2 and 3 .

図11に計算部32で算出された、雷撃発生時の2分間における光ファイバ13の長手方向のレイリー散乱光の位相値分布(二次元データの一例)を示す。図11において、或る経過時間および光ファイバ長手方向の距離で定められた領域を破線の枠で示している。ここでは、破線の枠の中に事象が発生した位置および時間が含まれるように枠を示している。 FIG. 11 shows a phase value distribution (an example of two-dimensional data) of Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 for two minutes when a lightning strike occurs, calculated by the calculator 32 . In FIG. 11, a region defined by a certain elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber is indicated by a dashed frame. Here, the frame is shown so as to include the position and time when the event occurred within the dashed frame.

図12に計算部32で算出された、雷撃とは異なる事象が発生した際の2分間における光ファイバ13の長手方向のレイリー散乱光の位相値分布を示す。図12において、或る経過時間および光ファイバ長手方向の距離で定められた領域を破線の枠で示している。ここでは、破線の枠の中に事象が発生した位置が含まれるように枠を示している。 FIG. 12 shows the phase value distribution of the Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber 13 for 2 minutes when an event other than a lightning strike occurs, calculated by the calculator 32 . In FIG. 12, a region defined by a certain elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber is indicated by a dashed frame. Here, the frame is shown so that the position where the event occurred is included in the dashed frame.

図11及び図12のそれぞれの破線で定められた枠内の位相値の分布状態を比較すると、図11では事象発生位置から遠方方向で位相値が大きくなっていることが分かる。他方、図12では事象発生位置では位相値が大きくなっているものの、遠方方向では図11に見られるような変化はない。 11 and 12, it can be seen that in FIG. 11, the phase value increases in the far direction from the event occurrence position. On the other hand, in FIG. 12, although the phase value is large at the event occurrence position, there is no change seen in FIG. 11 in the far direction.

雷撃が発生すると、放電によるジュール熱で急激な温度上昇が起きる。部分的に温度が急激に上昇した光ファイバ13中を測定器30からの光パルスが伝搬し、さらに事象発生位置より遠方の光ファイバから発生した後方レイリー散乱光も、温度上昇した光ファイバ部分を伝搬して、測定器30へ進んでいく。 When a lightning strike occurs, Joule heat due to discharge causes a rapid temperature rise. The light pulse from the measuring device 30 propagates through the optical fiber 13, whose temperature has risen sharply, and the backward Rayleigh scattered light generated from the optical fiber far from the event occurrence position also travels through the optical fiber portion whose temperature has risen. It propagates and advances to the measuring device 30 .

光ファイバ13において温度が上昇した部分を、光パルスとレイリー散乱光が伝搬する際に、位相変化を生じることで、光ファイバ13において本来温度変化が起こっていないはずの遠方の部分で位相変化が表れている。この現象は位相が急激に変わるような現象が発生した時に起こり、雷撃現象もこれに該当する。 When the optical pulse and the Rayleigh scattered light propagate through the portion of the optical fiber 13 where the temperature rises, the phase change occurs in a distant portion of the optical fiber 13 where the temperature should not originally change. It is shown. This phenomenon occurs when a phenomenon such as a sudden change in phase occurs, and the lightning phenomenon also corresponds to this phenomenon.

そのため図11と図12を比較するように、各領域内での分布状態の特徴として、事象が発生したと推定される位置から測定器30から見て遠方に近接した距離区間の位相あるいは強度を比較することにより、その事象が判定対象(ここでは雷撃)であるか否かを判定することができる。 Therefore, as compared with FIG. 11 and FIG. 12, as a characteristic of the state of distribution in each region, the phase or intensity of the distance section that is far and close to the position where the event is estimated to have occurred as seen from the measuring instrument 30. By comparing, it can be determined whether or not the event is a determination target (lightning strike in this case).

図13に計算部32で算出された、検出対象の事象が発生した際の事象発生位置でのレイリー散乱光の位相値の時間変化を示す。図13において矢印で事象発生時間を示している。 FIG. 13 shows the time change of the phase value of the Rayleigh scattered light at the event occurrence position when the event to be detected occurs, calculated by the calculation unit 32 . In FIG. 13, arrows indicate event occurrence times.

レイリー散乱光の位相あるいは強度の検出方法においては、局所的な光ファイバ13の二点間での差分を求めている。そのため時間に対する温度変化率が小さいと、検出される差分が小さくなり、温度変化を検出するのが困難になる。図13に示されるような事象発生時のレイリー散乱光位相変化と温度変化を比較した結果から、より最適な検出条件として1℃/秒以上であることを見出した。したがって、測定対象物に発生する温度変化を伴う事象は、温度の変化が、時間に対して1℃/秒以上の変化量を有する事象であることが好ましい。 In the method of detecting the phase or intensity of Rayleigh scattered light, the difference between two points on the local optical fiber 13 is obtained. Therefore, if the temperature change rate with respect to time is small, the detected difference will be small, making it difficult to detect the temperature change. As a result of comparing the phase change of Rayleigh scattered light and the temperature change when an event occurs as shown in FIG. 13, it was found that the optimum detection condition is 1° C./second or more. Therefore, the event that accompanies the temperature change that occurs in the object to be measured is preferably an event in which the temperature change has an amount of change of 1° C./second or more with respect to time.

(雷撃以外の事象の検出)
図1に示した雷撃標定システム1において、雷撃標定以外にOPGW10の周囲環境状態やOPGW10で発生する発生事象を検出することもできる。
(Detection of events other than lightning strikes)
In the lightning location system 1 shown in FIG. 1, it is also possible to detect the surrounding environmental conditions of the OPGW 10 and events occurring in the OPGW 10 in addition to the lightning location.

OPGW10は避雷機能を備えるため送電線である鉄塔20の頂点に張られている。そのためOPGW10には風力による振動が生じる。OPGW10に収納された光ファイバ13の振動は図3で示した測定器30で測定されるレイリー後方散乱光の位相あるいは強度に変化を与える。しかし前記した通り雷撃より発生するレイリー散乱光の位相あるいは強度の変化は他の事象とは異なる特徴を持っているため、風量等による変化と分別することができる。 The OPGW 10 has a lightning protection function and is installed at the top of a transmission line pylon 20 . Therefore, the OPGW 10 is vibrated by the wind force. Vibration of the optical fiber 13 housed in the OPGW 10 changes the phase or intensity of the Rayleigh backscattered light measured by the measuring instrument 30 shown in FIG. However, as described above, changes in the phase or intensity of Rayleigh scattered light generated by a lightning strike have characteristics different from those of other events, so they can be distinguished from changes due to wind volume or the like.

そのため雷撃標定システム1によれば、雷撃検出と同時に、レイリー散乱光の位相あるいは強度の変化を測定することにより風力の状態を観測することもできる。 Therefore, according to the lightning strike location system 1, it is possible to observe the state of the wind force by measuring the change in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light at the same time as detecting the lightning strike.

なお、雷撃標定システム1において、OPGW10を、光ファイバが収納された送電線に置き換えてもよい。 In addition, in the lightning location system 1, the OPGW 10 may be replaced with a transmission line containing an optical fiber.

[第2実施形態]
図14は、第2実施形態の火災検知システムを示す構成図である。本実施形態の火災検知システム2は、測定器30と、トンネル21内に設置された光ファイバケーブル22とを備えている。火災検知システム2は事象検出システムの一例である。トンネル21は測定対象物の一例である。
[Second embodiment]
FIG. 14 is a configuration diagram showing the fire detection system of the second embodiment. The fire detection system 2 of this embodiment includes a measuring instrument 30 and an optical fiber cable 22 installed inside a tunnel 21 . Fire detection system 2 is an example of an event detection system. Tunnel 21 is an example of an object to be measured.

トンネル21内に設置される光ファイバケーブル22は光ファイバを1本以上実装していればよく、様々な形態のケーブルを用いることができる。 The optical fiber cable 22 installed in the tunnel 21 only has to mount one or more optical fibers, and various types of cables can be used.

図15は第2実施形態で使用される光ファイバケーブル22の例示としての光ファイバケーブル22aの長手方向に垂直な断面図である。図15に示されるように、光ファイバケーブル22aは、断面中心で長手方向に延びたテンションメンバ222と、当該テンションメンバ222の周囲を取り囲むように配置されるとともに長手方向に延びた4本の光ファイバ221と、外周を取り囲む被覆層223と、を有している。 FIG. 15 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber cable 22a as an example of the optical fiber cable 22 used in the second embodiment. As shown in FIG. 15, the optical fiber cable 22a includes a tension member 222 extending in the longitudinal direction at the center of the cross section and four light beams extending in the longitudinal direction so as to surround the tension member 222. It has a fiber 221 and a coating layer 223 surrounding the outer periphery.

図16は第2実施形態で使用される光ファイバケーブル22の例示としての光ファイバケーブル22bの長手方向に垂直な断面図である。図16に示されるように、光ファイバケーブル22bは、断面中心で長手方向に延びた複数の光ファイバ224と、外周を取り囲む被覆層226と、被覆層226内で長手方向に延びたテンションメンバ225と、を有している。 FIG. 16 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber cable 22b as an example of the optical fiber cable 22 used in the second embodiment. As shown in FIG. 16, the optical fiber cable 22b includes a plurality of optical fibers 224 extending longitudinally at the cross-sectional center, a coating layer 226 surrounding the outer circumference, and tension members 225 extending longitudinally within the coating layer 226. and have

図17は第2実施形態で使用される光ファイバケーブル22の例示としての光ファイバケーブル22cの長手方向に垂直な断面図である。図17に示されるように、光ファイバケーブル22cは、複数の光ファイバテープ心線227と、テンションメンバ228と、外部被覆層229a、229bと、スロット材230と、を備えている。スロット材230は、光ファイバケーブル22cの長手方向に延びている。 FIG. 17 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber cable 22c as an example of the optical fiber cable 22 used in the second embodiment. As shown in FIG. 17, the optical fiber cable 22c includes a plurality of optical fiber tape core wires 227, a tension member 228, outer covering layers 229a and 229b, and a slot member 230. As shown in FIG. The slot material 230 extends in the longitudinal direction of the optical fiber cable 22c.

スロット材230は、その外周において周方向に等間隔で設けられた複数の溝231が設けられている。溝231は、それぞれ、軸心の周りにS撚り(左撚り)、Z撚り(右撚り)、あるいはそれを組み合わせ撚り方向が長手方向に一定間隔で反転しているSZ撚りで、延びている。すなわち、複数の溝231においては、多重の撚りが設けられている。スロット材230は、例えば、合成樹脂材料によって作られうる。 The slot member 230 is provided with a plurality of grooves 231 provided at equal intervals in the circumferential direction on its outer circumference. The grooves 231 extend around the axis with an S twist (left twist), a Z twist (right twist), or a combined SZ twist in which the twist direction is reversed at regular intervals in the longitudinal direction. That is, multiple twists are provided in the plurality of grooves 231 . The slot material 230 can be made of synthetic resin material, for example.

図18は第2実施形態で使用される光ファイバケーブル22の例示としての光ファイバケーブル22dの長手方向に垂直な断面図である。図18に示されるように、光ファイバケーブル22dは、2本の光ファイバ232と、複数のテンションメンバ233と、内部被覆層234と、外部被覆層235と、3本の電力線236と、アース線237と、を有している。 FIG. 18 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber cable 22d as an example of the optical fiber cable 22 used in the second embodiment. As shown in FIG. 18, the optical fiber cable 22d includes two optical fibers 232, a plurality of tension members 233, an inner coating layer 234, an outer coating layer 235, three power lines 236, and a ground line. 237 and .

トンネル21内で火災が発生すると、火災発生箇所に近い光ファイバケーブル22内の光ファイバの温度が上昇する。それによって測定器30によって観測されるレイリー散乱光の特性(位相、強度)が変化する。火災によるトンネル内での温度上昇は定常時の外気温から数十℃から百数十℃程度まで上昇すると想定されている(非特許文献3)。発熱現象または発火現象の一例であって、トンネル21に発生する温度変化を伴う事象の一例である。 When a fire breaks out in the tunnel 21, the temperature of the optical fibers in the optical fiber cable 22 near the location of the fire rises. Thereby, the properties (phase, intensity) of the Rayleigh scattered light observed by the measuring device 30 change. It is assumed that the temperature inside the tunnel due to a fire will rise from the ambient temperature in a steady state to several tens of degrees Celsius to about one hundred and several tens of degrees Celsius (Non-Patent Document 3). It is an example of a heat generation phenomenon or an ignition phenomenon, and is an example of an event that accompanies a temperature change that occurs in the tunnel 21 .

そのためOPGWへの雷撃発生時の温度上昇と同様に、大きな温度変化が発生し、それによって光ファイバからのレイリー散乱光の特性に大きな変化が生じる。 As a result, a large temperature change occurs, similar to the temperature rise at the time of lightning strike to the OPGW, which causes a large change in the characteristics of Rayleigh scattered light from the optical fiber.

本実施形態における測定器30での火災検知のプロセスのフローは、第1実施形態での雷撃標定プロセスのフロー(図4)と同様であるため、詳細の説明は省略する。 The fire detection process flow in the measuring instrument 30 in this embodiment is the same as the lightning strike location process flow (FIG. 4) in the first embodiment, so detailed description will be omitted.

第2実施形態のような火災検知を目的としたシステムでは、火災発生をより早く検知すること、そして火災発生位置をより正確に特定することが最重要である。このような目的に対し本第2実施形態による火災検知システム2は、光ファイバからのレイリー散乱光の特徴を捉えることで火災の兆候を瞬時に把握することができ、従来の火災検知の性能を凌ぐ特性を有している。 In a system for fire detection such as that of the second embodiment, it is most important to quickly detect the occurrence of fire and to more accurately identify the location of the fire. For this purpose, the fire detection system 2 according to the second embodiment can instantly grasp the signs of fire by capturing the characteristics of Rayleigh scattered light from optical fibers, and improves the performance of conventional fire detection. It has superior characteristics.

図14にはトンネルに対する火災検知例を示したが、火災検知システムの実施形態としては、様々な施設、設備に導入することができる実施形態が含まれる。そのような施設、設備としては、例えば、石油やガスのプラント、発電所、空港、パイプライン等が挙げられる。 Although FIG. 14 shows an example of fire detection for a tunnel, embodiments of the fire detection system include embodiments that can be introduced into various facilities and equipment. Such facilities and equipment include, for example, oil and gas plants, power plants, airports, pipelines, and the like.

[第3実施形態]
図19は、第3実施形態の電力ケーブルでの故障検知システムを示す構成図である。本実施形態の故障検知システム3は、測定器30と、地中のマンホール43及び管路42内に設置された、電力ケーブル40とを備えている。電力ケーブル40は光ファイバ402を内包している。光ファイバ402は測定器30に接続されている。故障検知システム3は事象検出システムの一例である。電力ケーブル40は測定対象物の一例である。
[Third embodiment]
FIG. 19 is a configuration diagram showing a failure detection system for power cables according to the third embodiment. The failure detection system 3 of this embodiment includes a measuring instrument 30 and a power cable 40 installed in an underground manhole 43 and a pipeline 42 . The power cable 40 encloses an optical fiber 402 . Optical fiber 402 is connected to measuring instrument 30 . Failure detection system 3 is an example of an event detection system. The power cable 40 is an example of an object to be measured.

図20は第3実施形態で使用される電力ケーブル40の長手方向に垂直な断面図である。図20に示されるように、電力ケーブル40は、3本の電力線401と、光ファイバ402と、当該電力線401と当該光ファイバ402とを取り囲む内部被覆層403と、外周を取り囲む外部被覆層404と、を有している。 FIG. 20 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the power cable 40 used in the third embodiment. As shown in FIG. 20, the power cable 40 includes three power lines 401, an optical fiber 402, an inner coating layer 403 surrounding the power line 401 and the optical fiber 402, and an outer coating layer 404 surrounding the outer periphery. ,have.

電力ケーブル40では、落雷による衝撃電圧の印加や、電力ケーブル40の絶縁体の劣化あるいは電力ケーブル40の外傷により絶縁破壊が生じ、この絶縁破壊の生じた部分から大電流が接地系に流れる地絡事故が生じて、その電力ケーブル40に損傷が生じる場合がある。 In the power cable 40, dielectric breakdown occurs due to the application of shock voltage due to a lightning strike, deterioration of the insulation of the power cable 40, or external damage to the power cable 40, and a large current flows from the portion where the dielectric breakdown occurs to the ground system. An accident may occur and damage the power cable 40 .

また電力ケーブル40では、絶縁体中に、ボイド、傷や電界集中部など、絶縁弱点部が存在する場合には、電力ケーブル40の運転状態で、該ボイド内部等で部分放電が発生し、電力ケーブル40の機器の絶縁劣化等を引き起こし、最終的には絶縁破壊を引き起す等の問題が発生することがある。 In addition, in the power cable 40, if there is an insulation weak point such as a void, a flaw, or an electric field concentrated portion in the insulator, partial discharge occurs inside the void or the like in the operating state of the power cable 40, Problems such as deterioration of the insulation of the equipment of the cable 40 and the like, and eventually dielectric breakdown may occur.

このような地絡や部分放電等の故障発生において、導体部分から絶縁体あるいは接地系に大電流が流れることにより、ケーブル周辺部に発熱が起こる。そのため電力ケーブル40内に内蔵された光ファイバ402も加熱される。 When a fault such as a ground fault or partial discharge occurs, a large current flows from the conductor portion to the insulator or the ground system, causing heat generation in the cable peripheral portion. Therefore, the optical fiber 402 built in the power cable 40 is also heated.

本実施形態のおける測定器30での地絡や部分放電等の故障検知のプロセスのフローは、第1実施形態での雷撃標定プロセスのフロー(図4)と同様であるため、詳細の説明は省略する。 The process flow for fault detection such as ground faults and partial discharges in the measuring instrument 30 in this embodiment is the same as the lightning strike location process flow in the first embodiment (FIG. 4), so detailed description is as follows. omitted.

第3実施形態による電力ケーブル40の故障検知システム3は、故障発生をより早く検知し、そして故障発生位置をより正確に特定することができる。 The failure detection system 3 for the power cable 40 according to the third embodiment can detect the occurrence of a failure earlier and more accurately identify the location of the failure.

図19には地中に設置された電力ケーブルに対する故障検知例を示したが、故障検知システムの実施形態としては、様々な形態で敷設される電力ケーブルに対して導入することができる実施形態が含まれる。そのような電力ケーブルとしては、例えば、海中に設置される送電用電力ケーブル、架空電力ケーブル等が挙げられる。 FIG. 19 shows an example of failure detection for a power cable installed underground, but as an embodiment of the failure detection system, there are embodiments that can be introduced to power cables laid in various forms. included. Such power cables include, for example, power transmission cables installed in the sea, overhead power cables, and the like.

第1、2および3実施形態で示した事象検出システムにおいて、測定器30での処理手順の実施例を以下に示す。 An example of the processing procedure in the measuring device 30 in the event detection system shown in the first, second and third embodiments is shown below.

[処理手順]
図21は、測定器30での処理手順の一例であって、機械学習を含む例を示すフローチャートである。
[Processing procedure]
FIG. 21 is a flow chart showing an example of a processing procedure in the measuring device 30, which includes machine learning.

まず、測定部31で測定されたデータを元に計算部32が計算を実行し、レイリー散乱光の強度あるいは位相等の物理量を取得し、記憶部33に保存を行う(ステップS201)。つづいて、事象判別を行う(ステップS202)。事象判別においては、例えば情報保存部34にプログラムとして格納された学習済みモデルに基づいて、入力パラメータに対する出力パラメータを取得し、当該出力パラメータに基づいて判定部35が事象を判別する。ここで、判別可能な事象としては、雷撃の有無、発生位置、発生時刻等である。この手法は雷撃標定システムだけでなく、第2実施形態で示される火災検知システムでも用いることができる。ステップS201において、過去の学習済みモデルでは分類されていない事象の主体としての物、すなわち既に分類済みの物とは異なる新たな物が分類される場合もある。また、学習済みモデルは、例えば、雷撃標定システムを用いて測定された測定データとそれに対する事象を示すラベルとが紐づけされた教師データを用いて、機械学習(ステップS203)によって得ることができる。機械学習の手法としては、ニューラルネットワークのようなディープラーニングの手法を用いることができる。 First, the calculation unit 32 performs calculations based on the data measured by the measurement unit 31, acquires physical quantities such as the intensity or phase of Rayleigh scattered light, and stores them in the storage unit 33 (step S201). Subsequently, event discrimination is performed (step S202). In event discrimination, for example, based on a learned model stored as a program in the information storage unit 34, output parameters for input parameters are acquired, and the determination unit 35 discriminates events based on the output parameters. Here, the events that can be determined include the presence or absence of a lightning strike, the location of occurrence, the time of occurrence, and the like. This technique can be used not only in the lightning location system but also in the fire detection system shown in the second embodiment. In step S201, there are cases where an entity as a subject of an event that has not been classified by the past trained model, that is, a new entity different from the already classified entity may be classified. Also, the trained model can be obtained by machine learning (step S203), for example, using teacher data in which measurement data measured using a lightning strike orientation system and labels indicating events corresponding to the measurement data are linked. . As a machine learning method, a deep learning method such as a neural network can be used.

つづいて、機械学習を実行した結果を、学習済みモデルに更新または蓄積する(ステップS204)。なお、更新は、新たなデータに対応した過去のデータの一部等を削除する処理であり、蓄積は、過去のデータを削除することなく新たなデータと追加する処理である。 Subsequently, the result of executing machine learning is updated or stored in the learned model (step S204). Update is a process of deleting a part of past data corresponding to new data, and accumulation is a process of adding new data without deleting past data.

なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 In addition, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration obtained by appropriately combining the constituent elements of the above-described embodiments. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

1…雷撃標定システム
2…火災検知システム
3…故障検知システム
10…OPGW
11…アルミ被覆銅線
12…アルミ管
13…光ファイバ
20…鉄塔
21…トンネル
22…光ファイバケーブル
22a…光ファイバケーブル
22b…光ファイバケーブル
22c…光ファイバケーブル
22d…光ファイバケーブル
30…測定器
31…測定部
32…計算部
33…記憶部
34…情報保存部
35…判定部
40…電力ケーブル
42…管路
43…マンホール
221…光ファイバ
222…テンションメンバ
223…被覆層
224…光ファイバ
225…テンションメンバ
226…被覆層
227…光ファイバテープ心線
228…テンションメンバ
229a,229b…外部被覆層
230…スロット材
231…溝
232…光ファイバ
233…テンションメンバ
234…内部被覆層
235…外部被覆層
236…電力線
237…アース線
311…光源
312…光カプラ
313…光変調器
314…光サーキュレータ
315…光カプラ
316…フォトディテクタ
317…AD変換器
318…パルス発生器
401…電力線
402…光ファイバ
403…内部被覆層
404…外部被覆層
1... Lightning location system 2... Fire detection system 3... Failure detection system 10... OPGW
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11...Aluminum-coated copper wire 12...Aluminum tube 13...Optical fiber 20...Steel tower 21...Tunnel 22...Optical fiber cable 22a...Optical fiber cable 22b...Optical fiber cable 22c...Optical fiber cable 22d...Optical fiber cable 30...Measuring instrument 31 Measurement section 32 Calculation section 33 Storage section 34 Information storage section 35 Judgment section 40 Power cable 42 Duct 43 Manhole 221 Optical fiber 222 Tension member 223 Coating layer 224 Optical fiber 225 Tension Member 226 Coating layer 227 Optical fiber ribbon 228 Tension member 229a, 229b Outer coating layer 230 Slot material 231 Groove 232 Optical fiber 233 Tension member 234 Internal coating layer 235 External coating layer 236 Power line 237 Ground line 311 Light source 312 Optical coupler 313 Optical modulator 314 Optical circulator 315 Optical coupler 316 Photodetector 317 AD converter 318 Pulse generator 401 Power line 402 Optical fiber 403 Internal coating layer 404 ... outer coating layer

Claims (12)

測定対象物に設けられた光ファイバと、
前記光ファイバに一端から光パルスを入射し、前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定し、前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う測定器と、
を備える事象検出システム。
an optical fiber provided in the object to be measured;
By inputting a light pulse into the optical fiber from one end and receiving the backward Rayleigh scattered light generated in the optical fiber emitted from the one end of the optical fiber, measuring a change in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light, calculating temporal or distance changes in the phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light, and based on the calculated change, the measurement a measuring instrument that determines the location or time of occurrence of an event that accompanies a temperature change that occurs in an object;
An event detection system comprising:
前記判定は、任意に定められた経過時間毎に前記光ファイバの長手方向での前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の変化に対して、事前に定めたしきい値と比較することにより行う
請求項1に記載の事象検出システム。
The determination is performed by comparing changes in the phase or intensity or both the phase and intensity of the Rayleigh scattered light in the longitudinal direction of the optical fiber with a predetermined threshold for each arbitrarily determined elapsed time. The event detection system of claim 1, wherein the event detection system is performed by:
前記判定は、任意に定められた前記光ファイバの長手方向の区間内での前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の時間的な変化と、事前に定めたしきい値とを比較することによる事象発生の判定である
請求項1に記載の事象検出システム。
The determination is based on temporal changes in phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light within an arbitrarily defined longitudinal section of the optical fiber and a predetermined threshold value. 2. The event detection system of claim 1, wherein the determination of event occurrence is by comparison.
前記判定は、任意に定められた経過時間および前記光ファイバの長手方向の距離で定められた複数の領域に分割し、前記複数の領域内の前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の分布状態を比較することによる事象発生の判定である
請求項1に記載の事象検出システム。
The determination is divided into a plurality of regions defined by an arbitrarily defined elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber, and the phase or intensity of the Rayleigh scattered light or the phase and intensity of the Rayleigh scattered light in the plurality of regions. 2. The event detection system of claim 1, wherein determination of event occurrence is by comparing both distribution states.
任意に定められた経過時間および前記光ファイバの長手方向の距離で定められた複数の領域に分割し、前記複数の領域内の前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の分布状態を比較する際に、
各領域内での分布状態の特徴として、事象が発生したと推定される位置から前記測定器から見て遠方に近接した距離区間の位相または強度を比較することにより、判定対象とする事象か否かを判定する
請求項4に記載の事象検出システム。
Divided into a plurality of regions defined by an arbitrarily defined elapsed time and a distance in the longitudinal direction of the optical fiber, and a distribution state of phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light within the plurality of regions When comparing
As a feature of the distribution state in each region, by comparing the phase or intensity of the distance section far and close to the position where the event is estimated to have occurred from the measuring device, it is possible to determine whether the event is an object to be determined. 5. The event detection system of claim 4, wherein the event detection system determines whether the
前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象は、温度の変化が、時間に対して1℃/秒以上の変化量を有する
請求項1~5のいずれか一つに記載の事象検出システム。
6. The event detection system according to any one of claims 1 to 5, wherein an event accompanied by a temperature change occurring in the object to be measured has an amount of temperature change of 1°C/second or more with respect to time.
前記測定対象物は、前記光ファイバが収納された架空地線または送電線であり、前記測定器は、前記判定として、前記架空地線または送電線に発生する雷撃の位置および雷撃発生時刻を標定することを行う
請求項1~6のいずれか一つに記載の事象検出システム。
The object to be measured is an overhead ground wire or a transmission line in which the optical fiber is housed, and the measuring device locates the location and time of occurrence of a lightning strike occurring in the overhead ground wire or transmission line as the determination. The event detection system of any one of claims 1-6, wherein:
前記測定器は、前記雷撃の発生の有無の判定を行うとともに、前記架空地線または送電線に発生する雷撃以外の周囲環境状態や発生事象の判定も行う
請求項7に記載の事象検出システム。
8. The event detection system according to claim 7, wherein the measuring device determines whether or not the lightning strike has occurred, and also determines an ambient environment state and an occurrence event other than the lightning strike occurring in the overhead ground wire or power transmission line.
前記測定器は、前記判定として、前記測定対象物において、発熱現象または発火現象の発生位置および発生時刻を判定することを行う
請求項1~6のいずれか一つに記載の事象検出システム。
7. The event detection system according to any one of claims 1 to 6, wherein said measuring device determines, as said determination, the position and time of occurrence of an exothermic phenomenon or an ignition phenomenon in said object to be measured.
前記測定対象物は、前記光ファイバを収納した電力ケーブルであり、前記測定器は、前記判定として、前記電力ケーブルに発生する故障の発生位置および発生時刻を判定することを行う
請求項1~6のいずれか一つに記載の事象検出システム。
The object to be measured is a power cable containing the optical fiber, and the measuring instrument determines, as the determination, the location and time of occurrence of a failure occurring in the power cable. An event detection system according to any one of the preceding claims.
測定対象物に設けられた光ファイバに一端から光パルスを入射し、前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定する測定部と、
前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う判定部と、
を備える測定器。
A light pulse is incident from one end of an optical fiber provided in a measurement object, and the backward Rayleigh scattered light emitted from the one end of the optical fiber is received. a measurement unit that measures changes in the phase or intensity of Rayleigh scattered light occurring at each point in the direction;
Calculate temporal or distance changes in the phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light, and based on the calculated change, the occurrence position or the event accompanied by the temperature change occurring in the measurement object a determination unit that determines the occurrence time;
measuring instrument.
測定対象物に設けられた光ファイバに一端から光パルスを入射し、
前記光ファイバの前記一端から出射される、前記光ファイバにおいて発生する後方レイリー散乱光を受信することにより、前記光ファイバの長手方向の各地点で発生するレイリー散乱光の位相または強度の変化を測定し、
前記レイリー散乱光の位相もしくは強度または位相および強度の両方の経時的、あるいは距離的変化を算出し、前記算出した変化に基づいて、前記測定対象物に発生する温度変化を伴う事象の発生位置または発生時間の判定を行う、
事象検出方法。
A light pulse is injected from one end into an optical fiber provided in the object to be measured,
By receiving the backward Rayleigh scattered light generated in the optical fiber emitted from the one end of the optical fiber, the change in the phase or intensity of the Rayleigh scattered light generated at each point in the longitudinal direction of the optical fiber is measured. death,
Calculate temporal or distance changes in the phase or intensity or both phase and intensity of the Rayleigh scattered light, and based on the calculated change, the occurrence position or the event accompanied by the temperature change occurring in the measurement object determine the occurrence time,
Event detection method.
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