(57)【要約】【課題】移動平均と移動差分の利用に加えて、雑音の性質を利用することで、ＯＴＤＲ波形の変化を統計的に評価し、異常な振動の有無を明瞭に判別する。【解決手段】光強度取得部は、プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する。ＯＴＤＲ波形取得手段は、光強度取得部から送られてくる、光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶する。移動平均取得手段は、時間的に連続する第ｋ〜第ｋ＋Ｍ−１のＯＴＤＲ波形を平均して第ｋの移動平均波形を取得して記憶する。差分波形取得手段は、第ｋ＋Ｍ＋ＮのＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する。統計情報取得手段は、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。異常度取得手段は、各位置の異常度を計算して、異常度を示す異常度波形を取得する。異常判定手段は、異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する。【選択図】図１
2020041972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ光として、光パルスを生成する光源部と、
前記プローブ光が入力される光ファイバと、
前記プローブ光が前記光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する光強度取得部と、
前記光強度取得部から送られてくる、前記光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶するＯＴＤＲ波形取得手段と、
時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）〜第ｋ＋Ｍ−１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する、移動平均取得手段と、
第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する差分波形取得手段と、
前記差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する統計情報取得手段と、
以下の式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する異常度取得手段と、
前記異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する異常判定手段と
を備えることを特徴とする振動検知光ファイバセンサ。
【数１】
2020041972.tif 000004
【請求項２】
前記統計情報取得手段は、前記異常判定手段において異常振動が有ったと判定された場合は、その位置に対応する標本を除いて、標本平均μ及び標準偏差σを取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検知光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記移動平均取得手段は、前記異常判定手段において異常振動が有ったと判定された場合は、該当するＯＴＤＲ波形を除いて移動平均波形を取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動検知光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記光源部は、
レーザ光を生成する光源であって、線幅が１０ｋＨｚ以下の狭線幅レーザと、
一定の周波数で電気パルスを生成する関数発生器と、
前記レーザ光を前記電気パルスで光パルス化することにより、前記光パルスを生成する強度変調器と
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動検知光ファイバセンサ。
【請求項５】
プローブ光として、光パルスを生成する光パルス生成過程と、
前記プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する光強度取得過程と、
前記光強度取得過程で取得された、前記光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶するＯＴＤＲ波形取得過程と、
時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）〜第ｋ＋Ｍ−１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する移動平均取得過程と、
第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する差分取得過程と、
前記差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する統計情報取得過程と、
以下の式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する異常度取得過程と、
前記異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する異常判定過程と
を備えることを特徴とする振動検知方法。
【数２】
2020041972.tif 000005
【請求項６】
前記統計情報取得過程では、前記異常判定過程において異常振動が有ったと判定された場合は、その位置に対応する標本を除いて、標本平均μ及び標準偏差σを取得する
ことを特徴とする請求項５に記載の振動検知方法。
【請求項７】
前記移動平均取得過程では、前記異常判定過程において異常振動が有ったと判定された場合は、該当するＯＴＤＲ波形を除いて移動平均波形を取得する
ことを特徴とする請求項５に記載の振動検知方法。
【請求項８】
前記光パルス生成過程は、
線幅が１０ｋＨｚ以下の狭線幅レーザを用いてレーザ光を生成する過程と、
一定の周波数で電気パルスを生成する過程と、
前記レーザ光を前記電気パルスで光パルス化することにより、前記光パルスを生成する過程と
を備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の振動検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電所や工場などの大型の施設における人の不法な侵入の検知や、橋梁や道路などの大型の土木構造に発生する亀裂の検知に利用するのに好適な、振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光波を光ファイバへ入力すると、伝搬に伴って後方散乱光が発生していく。光ファイバの長手方向の各位置において発生した後方散乱光は、入力される光波（以下、入力光）が光ファイバの入力端から後方散乱光が発生する位置までの往復に要する時間だけ遅れて観測される。光ファイバの長手方向に、破断点や、伝搬する光を大きく減衰させる点がある場合、その位置に対応する後方散乱光の光強度が変化する。この原理は、通信用光ファイバの破断点の検知に利用され、時間領域反射測定（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）として知られている。
【０００３】
ＯＴＤＲにおいて、入力光としての光パルスの発生に利用するレーザを、周波数ドリフトが小さく、線幅が狭いレーザに交換するのみで、光ファイバに伝わる振動を検知できる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
このようなレーザを利用したＯＴＤＲでは、後方散乱光の光強度の波形は、光パルスが光ファイバを伝搬する間に光ファイバ内の複数の散乱中心で発生するコヒーレントな後方散乱光の強い干渉の結果として観測される。
【０００５】
光ファイバに振動が加わると、その位置のみ光ファイバの屈折率や複屈折が変化する。これにより、振動が加わった位置の複数の散乱中心からの複数のコヒーレントな後方散乱光間の相対的な位相差が変化する。コヒーレント波の重ね合わせでは、波形間の相対的な位相差が変化すると波形が変化する。このため、観測されるＯＴＤＲ波形において、振動が加わった位置に相当する時刻の波形のみ変化する。この現象を利用すれば、観測したＯＴＤＲ波形と、以前の時刻において観測したＯＴＤＲ波形の差を計算することにより、振動の発生と位置を検出できる。
【０００６】
この方法は、位相感応ＯＴＤＲやφ−ＯＴＤＲと呼ばれる。位相感応ＯＴＤＲでは、以前の時刻のＯＴＤＲ波形との差分を求める。この際に、異常な振動が無い場合においても、ＯＤＴＲ波形の振幅の揺らぎが大きいと大きな雑音となる。これは、異常な振動を検知するといった目的に対して、異常な振動の有無の見逃しや誤検知の原因となる。この雑音を低減するために、移動平均（ｍｏｖｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｉｎｇ）と移動差分（ｍｏｖｉｎｇ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）と呼ばれる方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
移動平均は、時間の経過と共に観測した複数のＯＴＤＲ波形に関し、位置ごとに移動平均を求めることにより、差分を計算した場合の雑音を低減する方法である。移動差分は、異なる時刻で観測したＯＴＤＲ波形の差分を計算する際に、時間軸上で隣り合ったＯＴＤＲ波形との差分を計算するのではなく、少し離れた時刻において観測したＯＴＤＲ波形との差分を計算する方法である。ＯＴＤＲ波形を取得する時間の間隔と比較して振動の持続時間が十分に長い場合、時間軸上で隣り合ったＯＴＤＲ波形との差分を計算する方法と比較して大きな差分の値を得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J. C. Juarez, W. Maier, K. N. Choi, and H. F. Taylor, “Distributed Fiber-Optic Intrusion Sensor System,” IEEE JLT, vol. 23, No. 6, June 2005, pp. 2081-2087
【非特許文献２】Y. Lu, T. Zhu, L. Chen, and X. Bao, “Distributed Vibration Sensor Based on Coherent Detection of Phase-OTDR,” IEEE JLT, vol. 28, No. 22, Nov. 15, 2010, pp.3243-3249
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＯＴＤＲ波形に対して移動平均と移動差分を利用しても、異常な振動が有る場合と無い場合の値の比は数倍程度である。差分のみで振動の有無を評価する限り、異常な振動が有る場合の差分の大きさは、原理的に、最大でもＯＴＤＲ波形のとり得る振幅の最大値と最小値の差に留まる。このように、異常な振動が有る場合と無い場合の値の比が小さいため、振動検知光ファイバセンサの動作は不安定である。さらに、位相感応ＯＴＤＲは僅かな振動も検知できる一方で、雑音の程度は光ファイバが敷設された環境に依存する。このため、風などの影響を受ける環境下では、異常の有無を見分けることが難しい。
【００１０】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、ＯＴＤＲ、例えば、位相感応ＯＴＤＲにおいて、移動平均と移動差分の利用に加えて、雑音の性質を利用することで、ＯＴＤＲ波形の変化を統計的に評価し、異常な振動の有無を明瞭に判別する、振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した目的を達成するために、この発明の振動検知光ファイバセンサは、光源部と、光ファイバと、光強度取得部と、ＯＴＤＲ波形取得手段と、移動平均取得手段と、差分波形取得手段と、統計情報取得手段と、異常度取得手段と、異常判定手段とを備えて構成される。
【００１２】
光源部は、プローブ光として、光パルスを生成する。光ファイバにはプローブ光が入力され、光強度取得部は、プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する。
【００１３】
ＯＴＤＲ波形取得手段は、光強度取得部から送られてくる、光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶する。移動平均取得手段は、時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）〜第ｋ＋Ｍ−１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する。差分波形取得手段は、第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する。統計情報取得手段は、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。異常度取得手段は、以下の式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する。
【００１４】
【数１】
2020041972.tif 000003
【００１５】
異常判定手段は、異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する。
【００１６】
この発明の振動検知光ファイバセンサの好適な実施形態によれば、光源部は、狭線幅レーザと、関数発生器と、強度変調器とを備えて構成される。狭線幅レーザは、レーザ光を生成する光源であって、線幅が１０ｋＨｚ以下である。関数発生器は、一定の周波数で電気パルスを生成する。強度変調器は、レーザ光を電気パルスで光パルス化することにより、光パルスを生成する。
【００１７】
また、この発明の振動検知方法は、光パルス生成過程と、光強度取得過程と、ＯＴＤＲ波形取得過程と、移動平均取得過程と、差分取得過程と、統計情報取得過程と、異常度取得過程と、異常判定過程とを備える。
【００１８】
光パルス生成過程では、プローブ光として、光パルスを生成する。光強度取得過程では、プローブ光が光ファイバで後方散乱した出力光の強度を取得する。ＯＴＤＲ波形取得過程では、光強度取得過程で取得された、光パルスごとの出力光の波形であるＯＴＤＲ波形を順次取得して記憶する。移動平均取得過程では、時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）〜第ｋ＋Ｍ−１（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得して記憶する。差分取得過程では、第ｋ＋Ｍ＋Ｎ（Ｎは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形と、第ｋの移動平均波形の差分波形を取得する。統計情報取得過程では、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。異常度取得過程では、上記式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す異常度波形を取得する。異常判定過程では、異常度の値から、異常振動の有無と、異常振動が有った場合はその位置を取得する。
【００１９】
この発明の振動検知方法の好適な実施形態によれば、光パルス生成過程は、線幅が１０ｋＨｚ以下の狭線幅レーザを用いてレーザ光を生成する過程と、一定の周波数で電気パルスを生成する過程と、レーザ光を電気パルスで光パルス化することにより、光パルスを生成する過程とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の振動検知光ファイバセンサ及び振動検知方法によれば、単にＯＴＤＲ波形と移動平均波形との差分波形を取るだけでなく、差分波形の標本平均及び標準偏差を用いて異常度を取得し、この異常度の値から異常振動の有無を判定する。この結果、異常がある場合と無い場合のピーク値の比が、差分波形でのピーク値の比に比べて大きくなり、異常の有無がより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】振動検知光ファイバセンサの概略的構成を示すブロック図である。
【図２】ＯＴＤＲ波形と移動平均波形を示す図（１）である。
【図３】ＯＴＤＲ波形と移動平均波形を示す図（２）であって、図２の一部を拡大して示す図である。
【図４】差分波形を示す図である。
【図５】異常な振動が加えられていない状態の差分波形と、雑音の分布を示す図である。
【図６】異常度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００２３】
（振動検知光ファイバセンサ）
図１を参照して、振動検知光ファイバセンサの実施形態について説明する。図１は、振動検知光ファイバセンサの概略的構成を示すブロック図である。
【００２４】
この振動検知光ファイバセンサは、光源部１０、光ファイバ２０、光サーキュレータ３０、及び、計測部４０を備えて構成される。この振動検知光ファイバセンサは、ＯＴＤＲに用いられる。
【００２５】
光源部１０は、プローブ光として、周期的に光パルスを生成する。振動検知光ファイバセンサの空間分解能は、この光パルスの幅に依存する。また、振動検知光ファイバセンサの測定距離は、光パルスの周波数に依存する。光パルスは、光ファイバ２０を１ｍ伝搬するのに５ｎｓの時間を要する。後方散乱光を観測する場合は，順方向の伝搬と，逆方向の伝搬の往復の時間を要するので、１ｍあたり１０ｎｓの遅延が発生する。例えば、パルス幅を１００ｎｓ、周波数を５ｋＨｚとしたとき、空間分解能は１０ｍとなり、最大の測定距離は２０ｋｍとなる。
【００２６】
光源部１０は、例えば、レーザ光源１２、強度変調器１４、関数発生器１６及び光増幅器１８を備えて構成される。
【００２７】
レーザ光源１２は、通信波長帯の連続光として、レーザ光を生成する。レーザ光源１２として、線幅が１０ｋＨｚ以下のいわゆる狭線幅レーザを用いるのが良い。レーザ光源１２として狭線幅レーザを用いると、この振動検知光ファイバセンサは、位相感応ＯＴＤＲに用いることができる。レーザ光の波長は、任意で良いが、標準単一モード光ファイバで低損失の１５５０ｎｍにするのが良い。レーザ光源１２で生成されたレーザ光は、強度変調器１４に送られる。
【００２８】
関数発生器１６は、矩形状の電気パルスを生成する。この電気パルスは、強度変調器１４に送られる。関数発生器１６が生成する電気パルスは、例えば、パルス幅が１００ｎｓｅｃ幅で、繰り返し周波数が５ｋＨｚである。また、関数発生器１６の出力は、後述するアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器４４にも送られ、トリガー信号として用いられる。
【００２９】
強度変調器１４は、レーザ光を電気パルスで光パルス化して、光パルスを生成する。この光パルスは、光増幅器１８に送られる。強度変調器１４が生成する光パルスのパルス幅と周波数は、共に関数発生器１６が生成する電気パルスと同じである。この例では、光パルスは、パルス幅が１００ｎｓｅｃで、繰り返し周波数が５ｋＨｚである。
【００３０】
強度変調器１４で生成された光パルスは、光増幅器１８で所定の増幅を受けた後、プローブ光として、光サーキュレータ３０を経て光ファイバ２０に送られる。
【００３１】
光ファイバ２０に送られたプローブ光は、光ファイバ２０を伝播し、プローブ光の伝播に伴って後方散乱光が発生する。この後方散乱光は、出力光として光サーキュレータ３０を経て計測部４０に送られる。
【００３２】
計測部４０は、光強度取得部としての光検出器４２及びＡ／Ｄ変換器４４と、演算器５０とを備えて構成される。光ファイバ２０から計測部４０に入力された出力光は、光検出器４２に送られる。
【００３３】
光検出器４２は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）で構成することができる。光検出器４２は、出力光を２乗検波することにより電気信号に変換して、Ａ／Ｄ変換器４４に送る。ここで、後方散乱光の光強度は小さい。このため、光検出器４２は、−３０ｄＢｍ程度でも受光できる感度があることが望ましい。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換器４４は、光検出器４２から受けとった電気信号をディジタル信号に変換する。ここで、Ａ／Ｄ変換器４４の標本化周波数は、ＯＴＤＲ波形を標本化できる程度に大きければよく、２００ＭＨｚ程度あれば十分である。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器４４で得られるディジタル信号は、演算器５０に送られる。
【００３６】
演算器５０は、ディジタル信号を用いて、ＯＴＤＲ波形の変化を統計的に評価し、異常な振動の有無の検知及び振動の位置の特定を行う。演算器５０としては、例えば、異常な振動の有無の検知及び振動の位置の特定を行うプログラムがインストールされた市販のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を利用できる。ここでは、一例として、演算器５０が、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５４及び記憶手段５６を備えて構成されるものとして説明する。ＣＰＵ６０は、ＲＯＭ５４に格納されているプログラムを実行することにより、後述する各機能手段を実現する。各機能手段での処理結果は、一時的にＲＡＭ５２に格納される。
【００３７】
ＯＴＤＲ波形は、Ａ／Ｄ変換器４４から演算器５０に周期的に送られてくる。ＯＴＤＲ波形取得手段６２は、時間的に連続するＭ個分（Ｍは２以上の整数）のＯＴＤＲ波形を順に記憶手段５６に格納、すなわち記憶する。Ｍ個分の波形が格納された後は、一番古い波形を削除して、新しい波形を記憶手段５６に格納していく。
【００３８】
移動平均取得手段６４は、ＯＴＤＲ波形をＡ／Ｄ変換器４４から受け取るたびに、時間的に連続する第ｋ（ｋは１以上の整数）〜第ｋ＋Ｍ−１（Ｍは２以上の整数）のＭ個分のＯＴＤＲ波形を平均することにより第ｋの移動平均波形を取得する。第ｋの移動平均波形は、記憶手段５６に格納される。移動平均取得手段６４が取得した時間的に連続するＮ個分（Ｎは２以上の整数）の移動平均波形は、順に記憶手段５６に格納される。Ｎ個分の移動平均波形が格納された後は、一番古い移動平均波形を削除して、新しい移動平均波形を記憶手段５６に格納していく。
【００３９】
差分波形取得手段６６は、新たに受け取った第ｋ＋Ｍ＋ＮのＯＴＤＲ波形と、記憶手段５６に格納されている、第ｋの移動平均波形の差分を取ることにより、差分波形を取得する。なお、この差分を移動差分と称することもある。上述の通り、第ｋの移動平均波形は、第ｋ〜第ｋ＋Ｍ−１のＯＴＤＲ波形の平均である。
【００４０】
統計情報取得手段６８は、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。
【００４１】
異常度取得手段７０は、上記式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す波形（以下、異常度波形とも称する。）を取得する。
【００４２】
その後、異常判定手段７２が、異常度から異常振動の有無を判断する。なお、異常度の有無を判定する際に用いるしきい値については、設置場所の環境による影響をモニタするなどして、好適な値に設定すればよい。
【００４３】
移動平均を計算する際の波形の数Ｍは、例えば、レーザ光源１２の線幅に基づいて定められる。レーザ光源１２の線幅が５００Ｈｚの場合は、２ｍｓｅｃ（＝１／５００Ｈｚ）以下の時間の平均になるようにするのが良い。光パルスの周波数が５ｋＨｚの場合は、例えば、Ｍを２０にすることができる。この場合、移動平均波形は、４ｍｓｅｃの時間の平均になる。
【００４４】
なお、統計情報取得手段６８が標本平均μ及び標準偏差σを取得するにあたり、異常振動が無い状態で計算するのが良い。従って、統計情報取得手段６８は、例えば、異常判定手段７２において、異常振動が有ったと判定された場合は、その位置に対応する標本を除いて、標本平均μ及び標準偏差σを取得する構成とすることができる。また、異常判定手段７２において、異常振動が有ったと判定された場合は、移動平均取得手段６４が、該当するＯＴＤＲ波形を除いて移動平均波形を取得する構成にしてもよい。
【００４５】
差分波形を取得する際の、ＯＴＤＲ波形と移動平均波形の時間差は、異常振動の周期以上に設定するのが良い。例えば、光パルスの周波数が５ｋＨｚの場合、光パルスの周期は、０．２ｍｓｅｃ（＝１／５ｋＨｚ）である。これに対し、光ファイバを叩いたことにより発生する振動の周波数は数１００Ｈｚ程度である。この場合、周期は、数ｍｓｅｃ程度であるので、時間的に隣接するＯＴＤＲ波形の差が小さい。このため、時間差を４ｍｓｅｃ程度にするのが良い。
【００４６】
（特性試験）
この振動検知光ファイバセンサの特性試験について説明する。ここでは、光ファイバ２０の長さを１８ｋｍとした。光ファイバ２０の、入力端側から８．５ｋｍの位置の光ファイバを叩いて、異常な振動を加えた。ここでは、光ファイバ２０の、光サーキュレータ３０に接続される側が入力端側である。
【００４７】
レーザ光源１２は、線幅５００Ｈｚの狭線幅レーザとした。光パルスのパルス幅及び周波数をそれぞれ１００ｎｓｅｃ及び５ｋＨｚとした。また、移動平均を計算する際に用いる波形の数Ｍを２０とし、差分波形を取得する際の時間差を４ｍｓｅｃとした。この時間差の４ｍｓｅｃは、光パルスの数Ｎに換算すると２０個分になる。すなわち、この試験では、移動平均を計算する際に用いる波形の数Ｍと、差分波形を取得する際の時間差から換算される光パルスの数Ｎはともに２０で等しい。記憶手段には、Ｍ（＝２０）個のＯＴＤＲ波形と、Ｎ（＝２０）個の移動平均波形が格納されている。
【００４８】
図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、ＯＴＤＲ波形と移動平均波形を説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）は、いずれもＯＴＤＲ波形と移動平均波形を示す図である。
【００４９】
図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）は横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、信号強度（単位：ｍＶ）を取って示している。この信号強度は、例えばＡ／Ｄ変換器の出力電圧として与えられる。
【００５０】
図２（Ａ）及び図３（Ａ）は、Ｍ（＝２０）個分のＯＴＤＲ波形を示している。また、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）は、Ｎ（＝２０）個分の移動平均波形を示している。ここで、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、異常な振動を与えた８．５ｋｍ付近の波形を拡大して示している。
【００５１】
与えられた異常な振動の影響を受けていない、８４００〜８５００ｍと８６５０〜９０００ｍの範囲に着目する。この範囲において、図３（Ａ）に示す各ＯＴＤＲ波形では、信号強度にばらつきがある。一方、図３（Ｂ）に示す各移動平均波形では、信号強度にばらつきがなく、ほぼ等しい。
【００５２】
図４は、差分波形取得手段で取得された差分波形を示す図である。図４は、横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、差分（単位：ｍＶ）を取って示している。ここで、差分は、第ｋ＋Ｍ＋ＮのＯＴＤＲ波形と、第ｋ〜第ｋ＋Ｍ−１のＯＴＤＲ波形から取得された第ｋの移動平均波形との差分とする。ｋが１の場合、移動差分は、第１〜第２０のＯＴＤＲ波形から取得された第１の移動平均波形と、第４０のＯＴＤＲ波形との差分になる。以下の説明では、移動差分を単に差分とも称する。
【００５３】
図４に示すように、異常な振動を加えた８．５ｋｍの位置での移動差分の大きさは、他の、異常な振動を加えていない箇所の移動差分の大きさに比べて５．６倍程度である。なお、この特性試験では、加えた異常な振動以外には、光ファイバの揺らぎがない条件で測定を行っている。
【００５４】
ここで、移動差分の測定では、風の影響などにより僅かに光ファイバが揺らいだだけでも大きな差分が発生する。移動差分では、ＯＴＤＲ波形の最大値と最小値の差以上の値は得られない。このため、風などで光ファイバが揺らいだ場合に、加えた異常な振動による移動差分のピークが、風の影響によるピークと判別が難しい場合がある。
【００５５】
そこで、さらに、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得する。
【００５６】
図５は、異常な振動が加えられていない状態の差分波形と、雑音の分布を示す図である。図５（Ａ）は、差分波形を示す図であって、横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、移動差分（単位：ｍＶ）を取って示している。図５（Ｂ）は、雑音の分布を示す図であって、縦軸に、移動差分（単位：ｍＶ）を取って示し、横軸に、移動差分の値ごとの、標本数を取って示している。図５（Ｂ）に示す雑音の分布では、標本平均μが２４．４であり、標準偏差σが２５．２である。
【００５７】
異常度取得手段は、上記式（１）を用いて、各位置の異常度を計算することにより、異常度を示す波形（以下、異常度波形とも称する。）を取得する。
【００５８】
図６は、異常度を示す図である。図６は、横軸に光ファイバの入力端からの距離（単位：ｍ）を取って示し、縦軸に、上記式（１）を用いて計算した異常度を取って示している。ここでは、図４に示したのと同じデータを用いて計算している。
【００５９】
図６に示すように、異常な振動を加えた８．５ｋｍの位置での異常度の大きさは、他の、異常な振動を加えていない箇所の異常度の大きさに比べて４６．４倍程度である。移動差分により得られる５．６倍と比べて、異常の有無がより明確になっている。
【００６０】
その後、異常度から異常振動の有無を判断する。なお、異常振動の有無を判定する際に用いるしきい値については、設置場所の環境による影響をモニタするなどして、好適な値に設定すればよい。
【００６１】
なお、差分波形の標本平均μと、標準偏差σを取得するにあたり、異常振動有りと判断された箇所の値は用いずに、異常振動のない箇所の値のみを用いる。
【００６２】
（他の実施形態）
ここでは、光強度取得部にＰＤを用いて、後方散乱光の強度を測定する例を説明したが、これに限定されない。後方散乱光を観測するにあたり、非特許文献２に記載しているように、後方散乱光をレーザ光源で生成されたレーザ光と干渉させて、コヒーレント検波を行ってもよい。また、光９０度ハイブリッド受信機を用いて後方散乱光の位相変化を観測してもよい。また、後方散乱光に対してヘテロダイン検波をしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０    光源部
１２    レーザ光源
１４    強度変調器
１６    関数発生器
１８    光増幅器
２０    光ファイバ
３０    光サーキュレータ
４０    計測部
４２    ＰＤ
４４    Ａ／Ｄ変換器
５０    演算器
５２    ＲＡＭ
５４    ＲＯＭ
５６    記憶手段
６０    ＣＰＵ
６２    ＯＴＤＲ波形取得手段
６４    移動平均取得手段
６６    差分波形取得手段
６８    統計情報取得手段
７０    異常度取得手段
７２    異常判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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