(57)【要約】  ＤＰＴＳＳケーブルを、外周部の軸方向に溝を形成し、この溝内に光ファイバを備えた金属ワイヤケーブルを少なくとも２本備えたものとし、うち１本の金属ワイヤケーブルは、溝に沿って光ファイバを埋め込んだ光ファイバ埋め込み型ケーブルとし、他の１本の金属ワイヤケーブルは、前者の金属ワイヤケーブルとは、その特性が異なるものとした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに出射されたパルスレーザ光の散乱であるブリルアン散乱とレイリー散乱の周波数変化をもとに、被測定体の圧力分布、歪分布、温度分布を測定するため、
外周部の軸方向に溝を形成し当該溝内に光ファイバを備えた金属ワイヤケーブルを、少なくとも２本備えたＤＰＴＳＳケーブルであって、
一の前記金属ワイヤケーブルは、当該金属ワイヤケーブルの前記溝に沿って光ファイバを埋め込んで保持した光ファイバ埋め込み型ケーブルであり、
他の前記金属ワイヤケーブルは、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルであって、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルのブリルアン散乱およびレイリー散乱の周波数変化に対する圧力変化の感度係数とは異なる圧力変化の感度係数を持つよう構成したことを特徴とするＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項２】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルは、
前記溝内に埋め込まれた光ファイバの特性が、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルの溝内に埋め込まれた光ファイバの特性と異なることを特徴とする請求項１に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項３】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルは、
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルの外部を構成する金属とは異なる材質の金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項４】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルの外側に、当該光ファイバ埋め込み型ケーブルに対して螺旋状に巻回された少なくとも一層のケーブル構造体を有するストランド構造体を配置したことを特徴とする請求項１に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項５】
前記金属ワイヤケーブルは、前記溝内に備えた光ファイバが固定部により部分的に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項６】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルは、前記溝の外側寄りに化学保護層を備えたことを特徴とする請求項１、請求項３、または請求項５のいずれか１項に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来のＦＩＭＴを備えた光ファイバケーブルに代わる光ファイバケーブルの組立、あるいは製造、例えば絞線加工、を容易にし、光ファイバを用いた圧力分布、ひずみ分布等の測定において、連続的な測定が可能な光ファイバケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ素線を金属管で被覆した芯線であるＦＩＭＴ（Fiber  In  Metallic  Tube）は、複数素線の被覆ができ、水あるいは水素ガスに対する密封性がよく、補強なしで所要の引張強度他の機械強度が保てる等、の利点があり、ＦＩＭＴ中の光ファイバは圧力による荷重を受けないため、温度センサとして機能して光ファイバに沿った長距離の連続的な温度分布を測定できるため、放射温度計をはじめ、種々の分野で広く利用されている。【０００３】
上記のようなＦＩＭＴの一例として、高温下で使用できる光ファイバ緩衝管を備えたものがあり、この光ファイバ緩衝管は、最低でも２００℃以上、例えば３５０℃の高温下で動作する高温測定のセンサとしての光ファイバを備えている。また、上記光ファイバ緩衝管と高導電率の導体を備えた光ファイバケーブルがある（例えば特許文献１参照）。【０００４】
また、別の例として、トロリ線長手方向に形成されたセンサ収納溝に光ファイバ歪センサを収納し、長い区間及び長期間にわたり、トロリ線の摩耗により断面積が減少する部位に流れる電流による発熱量を計測し、トロリ線の断線危険部位を検出することができるものがある（例えば特許文献２参照）。この例では、光ファイバのひずみ測定による方法も述べられている。つまり金属管に負余長状態で光ファイバを実装し、張力無負荷の状態で、光ファイバはこれを内包する金属管より短い状態で間隙を持って内包され、金属管が張力を付与された状態でトロリ線長手方向に距離をおいて１０ｃｍ〜４ｍ程度の間隔で間欠的に固定されている。光ファイバは温度もひずみも検出できるため、温度情報とひずみ情報を同時に監視し、いわゆるダブルパラメータ監視により確実性を高める計測方法もある。【０００５】
また、別の例として、工業用の分布型光ファイバセンシングの分野で、歪あるいは温度を旨く測定できた例がごく限られていることが指摘されている（例えば、非特許文献１参照）。これは、商用的に利用可能なシステムと実際の産業での要求とが、特に、空間分解能と精度においてマッチングしていないからである（例えば、一般的に距離分解能と温度分解能はトレードオフの関係にある）。ここでは、歪ゲージを使用した測定方法を超える能力を示すハイブリッドブリルアン・レイリー（Brillouin-Rayleigh）後方散乱光測定システムについても示されている。このシステムの原理が、光ファイバ校正方法を考慮して図示されるとともに、歪、温度、水圧を決めるための式が導き出され、議論されている。ただし、温度とブリルアン（Brillouin）周波数シフト、あるいは温度とレイリー（Rayleigh）周波数シフトの関係においてヒステリシスが生ずることが示されている。また光ファイバの保護膜である塗布剤の厚みの影響があることについても示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２０９０４４号明細書
【特許文献２】特開２００７−１７６４２６号公報
【特許文献３】国際公開２０１４／０８３９８９号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】K．KISHIDA  et.al,  ”Study  of  Optical  Fibers  Strain-Temperature  Sensitivities  Using  Hybrid  Brillouin-Rayleigh  System”,”PHOTONIC  SENSORS”,2  Sep.  2013．
【非特許文献２】J.Wojcik  et.al,  “V  type  high  birefringent  PCF  fiber  for  hydrostatic  pressure  sensing”,PHOTONIC  LETTERS  OF  POLAND,  vol.2(1),10-12,  2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＤＰＴＳＳ（Distributed  Pressure,  Temperature,  and  Strain  System）計測するには、これまで圧力を受けないファイバと圧力を受けるファイバをそれぞれ少なくとも１本ずつ設けて実現していた。そして、圧力を受けないファイバを金属管の中に配置するＦＩＭＴが採用されていた。
しかしながら、従来、光ファイバ素線を金属管で被覆した芯線であるＦＩＭＴ（Fiber  In  Metallic  Tube）では、金属管（パイプ）の外径は約０．８ｍｍφ〜数ｍｍφ程度であって、その肉厚は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍであるため、断線しやすく、長尺の光ファイバケーブルを製造することは難しかった。
特に、複数の金属管被覆芯線を撚りあわせて用いるＦＩＭＴにおいては、ケーブル外径が１ｍｍφ程度の場合には、パイプの肉厚は０．１ｍｍ以下となり、機械強度の点などから、絞線加工が困難となる。【０００９】
また、従来のＦＩＭＴにおいては、密封性が良いとはいえ、被覆する金属管に１箇所でもピンホールがあると、圧力遮断機能が喪失して、精度の高い圧力の測定ができなくなるという問題がある。すなわち、ピンホールがあると、測定の対象となる流体がピンホールを通じてＦＩＭＴの内部に侵入するため、ＦＩＭＴの内外での圧力差がなくなり、圧力測定ができなくなる。
実際上、数ｋｍ長のＦＩＭＴを製造する場合において、ピンホールを１００％検出することは困難であり、コストがかかるという問題もある。地上部分でＦＩＭＴを開口して内部圧力を解放する方法もあるが、ＦＩＭＴ内部に通常充填されているグリースにより、この方法による効果も万全とはいえない。【００１０】
また、従来のＦＩＭＴを備えた光ファイバケーブルによる圧力、歪、温度測定においては、例えば、光ファイバケーブルには、被測定体の圧力を計測する光ファイバ芯線と、被測定体の温度を計測するアーマードケーブル中のＦＩＭＴが備えられ、当該光ファイバ芯線とアーマードケーブル間に環状の空隙層が形成されるよう、光ファイバ芯線とアーマードケーブルを固定する固定材を光ファイバケーブルの軸方向に、間隔をおいて設けたものがある。【００１１】
この装置においては、被測定体の歪を正確に測定するため、所定の間隔でアーマードケーブルと光ファイバを固定する固定材を設け、その固定材の設置位置で両者を固定する必要があり、この固定材の設置された箇所では圧力を正確に測定できないという問題が生じていた。このことから、固定材の設置位置では、光ファイバに生ずる歪を正確に求めることができず、従って、連続的な歪分布が測定できないという問題が生じていた。
また、多層アーマードケーブルの場合においては、各層間の相対すべりにより、アーマードケーブルの歪と光ファイバ芯線の歪との間にずれが生ずるような場合においても、正確な歪分布を得ることはできないという問題もある。【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、ＦＩＭＴを採用していないためピンホールの問題は生じず、断線等の懸念がほとんどなく、また、使用する多数本のケーブルの組立が容易であることなどによって製造が容易であって、かつ連続的な歪分布測定可能なＤＰＴＳＳケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るＤＰＴＳＳケーブルは、
光ファイバに出射されたパルスレーザ光の散乱であるブリルアン散乱とレイリー散乱の周波数変化をもとに、被測定体の圧力分布、歪分布、温度分布を測定するため、
外周部の軸方向に溝を形成し当該溝内に光ファイバを備えた金属ワイヤケーブルを、少なくとも２本備えたＤＰＴＳＳケーブルであって、
一の前記金属ワイヤケーブルは、当該金属ワイヤケーブルの前記溝に沿って光ファイバを埋め込んで保持した光ファイバ埋め込み型ケーブルであり、
他の前記金属ワイヤケーブルは、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルであって、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルのブリルアン散乱およびレイリー散乱の周波数変化に対する圧力変化の感度係数とは異なる圧力変化の感度係数を持つよう構成したものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、従来のＦＩＭＴを用いた場合に比べて、ピンホールの課題を完全に排除することが可能となり、また特殊なレーザー溶接が不要であることから、高速かつ経済的な製造が可能となるため、ケーブル構造を組み立てる際に組立性の改善が図れる。また、ピンホールによる圧力遮断機能の喪失がない。さらに、従来のＤＰＴＳＳケーブルを用いた固定点を設ける方式では不可能であった連続的なひずみ分布計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１によるＤＰＴＳＳケーブルに用いられる光ファイバ埋め込み型ケーブルの基本構造の一例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるＤＰＴＳＳケーブルの構成の一例を示す図である。
【図３】材質の違いによる圧力変化とレイリー散乱の周波数変化との関係の一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるＤＰＴＳＳケーブルの構成の他の例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるＤＰＴＳＳケーブルに用いられる光ファイバ埋め込み型ケーブルの基本構造の他の例を示す図である。
【図６】応力シミュレーションに用いた光ファイバ埋め込み型ケーブルの基本構造のパラメータを説明するための図である。
【図７】応力シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるＤＰＴＳＳケーブルの構成の一例を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるＤＰＴＳＳケーブルの構成の他の例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２によるＤＰＴＳＳケーブルに用いられる光ファイバ埋め込み型ケーブルの製造方法を説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるＤＰＴＳＳケーブルの構成の一例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるＤＰＴＳＳケーブルの構成の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。本実施の形態の具体例を示す前に、まず本発明に係るＤＰＴＳＳケーブル１０の基本構造について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるＤＰＴＳＳケーブル１０に用いられる金属ワイヤケーブルである光ファイバ埋め込み型ケーブルの基本構造の一例を示す図である。図１（ａ）は、この光ファイバ埋め込み型ケーブル１の基本構造の概念図であり、図１（ｂ）、図１（ｃ）は、この光ファイバ埋め込み型ケーブル１の軸に直交する方向の断面図であり、図１（ａ）のＡ矢視に相当する。図１に示す例では、１本の光ファイバ埋め込み型ケーブル１の外周部分であって、その長手方向に沿って凹状（切り込み溝）に形成され、この光ファイバ埋め込み型ケーブルの軸に直交する方向の断面形状がＵ字状の溝２に、光ファイバ３を埋め込んで収納し、この光ファイバ埋め込み型ケーブル１の長手方向の全長にわたって樹脂等により光ファイバを保持したものである（この部分を以降、光ファイバ保持部４と呼ぶ）。本発明では、ＤＰＴＳＳケーブルの基本構造として、圧力を受ける感度の異なる２種類の構造のものを提案している。
【００１７】
第１の基本構造（以下タイプ１とも呼ぶ）は、光ファイバ保持部４が水溶性被膜５ａで構成されており、この光ファイバ保持部を切込みのあるワイヤの中に固定する(埋め込む)ものである（図１（ｂ）参照）。本基本構造をもつワイヤは、ストランド（撚り線）する際に、ワイヤ１本として扱え、ＤＰＴＳＳケーブル製作を可能にするものであって、ＤＰＴＳＳケーブル完成後、上記水溶性被膜を溶解させ、ケーブル周りの全部分（１００％の部分）で圧力感度を有する構造のものである。
第２の基本構造(以下タイプ２とも呼ぶ)は、光ファイバ保持部４が接着剤５ｃ、あるいは光ファイバの被覆部分が弾性材５ｄで構成されているような場合であり、接着剤による接着効果、あるいは被覆部分の弾性効果を利用してワイヤの切込み部分に実装する（埋め込む）ものである（図１（ｃ）参照）。本基本構造をもつワイヤは、ストランド（撚り線）する際に、ワイヤ１本として扱え、ＤＰＴＳＳケーブル製作を可能にするものである点は上記第１の基本構造のものと同じである。しかし、圧力測定時においては、溝の形状、ワイヤとの結合方法により、光ファイバに負荷される圧力はケーブル周りの静水圧の一部でしかなく、この場合の光ファイバの圧力に対する感度は、上記第１の基本構造のものとは異なる。そして、本実施の形態においては、上述の２種類の光ファイバを埋め込んだワイヤを用いて、ＤＰＴＳＳケーブルを製造する。
【００１８】
なお、図１（ｃ）において、埋め込み距離ｈ０は使用時における光ファイバ埋め込み型ケーブル変形量（ケーブルの径方向変形量）より大きく設定されており、光ファイバ埋め込み型ケーブル１の長手方向において軸回りのねじり変形があっても、それによって光ファイバ３による計測に悪影響を及ぼすことはない。また、この図において、Ｄは光ファイバ埋め込み型ケーブルの直径、ｂは光ファイバ埋め込み型ケーブルの最外周半径位置でのＵ字形状の溝の開口幅、ｈはＵ字形状の溝の溝深さであり、例えば、Ｄ＝１．１７ｍｍ、ｂ＝０．３ｍｍ、ｈ＝０．３ｍｍに設定されている。また、さらに詳細にいうと、このＵ字形状の溝は外周側に凹状の段差部分を持っている。この部分を以降、凹部と呼ぶ。以上を前提にして、以下、実施の形態１の具体例の詳細を説明する。
【００１９】
図２は、この光ファイバ埋め込み型ケーブル１を用いたＤＰＴＳＳケーブル１０の構成の一例を示す図であり、ＤＰＴＳＳケーブルの軸に直交する方向の断面図である。図２（ａ）は、ＤＰＴＳＳケーブルに用いられる金属ワイヤケーブルの構成を示す断面図、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）は、それぞれ、図２（ａ）の一部拡大図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、ＤＰＴＳＳケーブル１０では、通常、上述のような、基本構造の異なる２種類のワイヤを少なくとも各１本ずつ備えた構造となっていることが特徴であり、これら２種類のワイヤを内層である第１層(図中、一点鎖線の枠内の層)に配置し、その外周を第２層（図中、一点鎖線と二点鎖線の枠内の層）である外層で取り囲んだ交差撚りのストランド構造のＤＰＴＳＳケーブルとなっている。
【００２１】
ここで、図２（ａ）に示す光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａは、その拡大図である図２（ｂ）に示すように、第１の基本構造である光ファイバ保持部４を水溶性被膜５ａで構成した金属ワイヤケーブルであり、光ファイバ３ａを溝に埋め込んでいる。この水溶性被膜５ａは、使用時において、被測定体である水溶液によって溶解するため、光ファイバ３ａはフリーな状態で使用に供される。
同様に図２（ａ）に示す光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｂは、図２（ｃ）の拡大図に示すように、第２の基本構造である光ファイバ保持部４を樹脂等の接着剤５ｃで構成した金属ワイヤケーブルであり、光ファイバ３ｂを溝に埋め込んでいる。以降では、これら、溝に埋め込んだ光ファイバを総称して、ビルトインファイバと呼び、そのうちタイプ１に用いられるファイバをＰファイバ、タイプ２に用いられるファイバをＢファイバと以下称する。
また、図２（ｄ）は、上記２種類の金属ワイヤケーブルのいずれとも異なるダミーケーブル９を説明する図であり、金属ワイヤケーブルである光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａ、１ｂに比較して、細径の複数本のワイヤで構成されたストランド（撚り線）となっている。
なお、図２（ａ）に示す金属ワイヤケーブルの組み合わせは上記に限らず、ダミーケーブル９に代えて、金属ワイヤケーブルである光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａ、あるいは１ｂのいずれか１本を用いてもよい。また、上記では、フリー構造の光ファイバを作成するため、水溶性被膜を用いた例を示したが、被測定体が石油などの油性である場合には、水溶性被膜を油溶性被膜に代えることで同様の効果を得ることができる。また、同じワイヤ上に溝を２つ設けて、それぞれに光ファイバを１本づつ、計２本実装することもできる。
【００２２】
このような光ファイバ埋め込み型ケーブルを使う方式においては、図２（ａ）に示したように、通常、ＤＰＴＳＳケーブルを多層化構造とする必要がある。以下、この多層化された構造体をストランド構造体６と呼ぶ。特にタイプ１の金属ワイヤケーブルはその切込み部をＤＰＴＳＳケーブルの中心軸の向きに配置するのが好ましい。
【００２３】
この理由は、以下の通りである。すなわち、本ケーブルを用いて液体中などの水圧が負荷された条件下で計測する場合には、その液体に通常、プロッパント（proppant）、すなわち砂を主成分とする物質が含まれている。本実施の形態の光ファイバ埋め込み型ケーブルでは光ファイバが金属ワイヤケーブルの表面近くに配置されているため、この砂が金属ワイヤケーブルの表面を摩耗させ、この結果、砂成分が光ファイバに直接接触して光ファイバにダメージを与える可能性がある。本実施の形態の多層化構造は、砂侵入を阻止するフィルタ機能を果たすとともに、水圧を測定する機能を維持している。また、このフィルタ機能は、多層化した内周部ほど効果が大きい。
【００２４】
ところで、図２における多層化した光ファイバ埋め込み型ケーブルは上述のようにストランド構造体（撚り線構造体）６として配置されているが、ここで用いられるストランド構造体（撚り線構造体）は、通常、交差撚りといわれる構造のものである。交差撚りでは、ほぼ同径の素線を使用するため、一般的には、取扱い易く安価であるという特徴がある。そして、内層と外層間で螺旋のピッチが異なるストランド構造となっており、内側の層の光ファイバ埋め込み型ケーブルの並びの凹凸をまたぐように外側の層の光ファイバ埋め込み型ケーブルの層が接する配置となっている。従って、交差撚りの場合、外層のひずみを忠実に中央のワイヤに伝えられない可能性があるが、ケーブル構造の安定性がすぐれている。また、ケーブルに砂侵入の可能性がないときは、ひずみ測定ワイヤを外層に配置することも可能となり、ひずみ測定が有効に実現できる。
なお、図２では一例として、基本構造を有する光ファイバ埋め込み型ケーブルの外側に１層のみの外層を構成したＤＰＴＳＳケーブルを示したが、これに限らず、外層が２層以上で構成されるストランド構造体であってもよい。例えば外層が２層の場合には、基本構造を有する光ファイバ埋め込み型ケーブルが配置されている層を内層、この内層のすぐ外側の層を中間層、その外側の層を最外層、と以下称する。
【００２５】
また、別のストランド構造である平行撚りを採用してもよい。平行撚りの場合には、一般に異なる径の素線を同時に撚り合わせて、内層から外層まで、互いにケーブルの長手方向に同一ピッチで撚られている。例えば、上述の基本構造を有する光ファイバ埋め込み型ケーブルが配置されている第１層である内層と、そのすぐ外側の第２層である中間層と、この第２層の外側に位置する第３層である最外層は、第１層から第３層までが、互いに、ケーブルの長手方向に同一ピッチで撚られた構造とすることができ、このような構造の平行撚りでは、各光ファイバ埋め込み型ケーブル１同士の接触状態はいわゆる線接触であるため線接触撚りとも呼ばれる。すなわち、ストランドの第１層の谷間に第２層が重なり、ストランドの第２層の谷間に第３層が重なって各層が隙間なく配置されるような構造となる。このため、各光ファイバ埋め込み型ケーブル１同士の摩耗あるいは金属疲労による断線が起こり難いという長所があり、また、型くずれ、あるいは変形が起こり難く破断荷重も高くなるという特徴を備えている。
さらに、ストランド構成するワイヤに異なる直径のものを用いて、層と層の間の結合を強化する方法もあるが、従来、光ファイバが含まれていないケーブル構造体で熟知されており、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２６】
ところで、最近の研究によって、光ファイバを埋め込んだ形状体の外圧により、この形状体に発生した変形によって発生した光ファイバの変形によって、光ファイバに出射されたパルスレーザ光の散乱光であるブリルアン散乱の周波数変化は以下の式（１）により、またレイリー散乱の周波数変化は以下の式（２）で表されることが示されている（特許文献３参照）。
【数１】
2017060971.tif 000003
ここでＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３は、それぞれ、ブリルアン散乱の周波数変化における光ファイバの歪変化に対する感度係数、温度変化に対する感度係数、圧力変化に対する感度係数である。
【数２】
2017060971.tif 000004
ここでＣ２１、Ｃ２２、Ｃ２３は、それぞれ、レイリー散乱の周波数変化における光ファイバの歪変化に対する感度係数、温度変化に対する感度係数、圧力変化に対する感度係数である。
【００２７】
この原理を今回提示するＤＰＴＳＳケーブルに適用することで、所望の被測定体の圧力、温度、歪の連続的な分布が測定できることを以下順に説明する。
光ファイバを鋼線などに固定して変形させた場合、鋼線の剛性は光ファイバの剛性に比較して非常に大きいため、光ファイバの変形は鋼線の変形に一致する。発明者の最近の研究によれば、圧力変化に関わる項目に限定して考えた場合、βを圧力変化に対する体積変化係数として、光ファイバの圧力変化によるレイリー散乱の周波数変化は次の式（３）で表される。
【数３】
2017060971.tif 000005
【００２８】
ここで、ΔνＲとΔＰとの関係を表す感度係数であるＣ23＋βＣ21をまとめ、これを改めてＫ23とおくと、Ｋ23は水中での計測等により、図３に示すような特性を示す。つまり、固定する材質によって感度係数が異なる特性をもち、固定材質が鋼（Ｓｔｅｅｌ）の場合が一番小さく（感度が低く）、ついでアルミ（Ａｌ）であった。そして光ファイバを特に固定しない場合（フリー構造の場合）に一番大きな値を示した。
【００２９】
さらに、レイリー散乱においては、適当な固定物質を選べば、次式（４）が成立する場合があることが判っている。
【数４】
2017060971.tif 000006
すなわち、光ファイバに圧力変化が生じても、レイリー散乱の周波数は変化しないという特性を持つ場合があることが判っている。
従って、実際の計測においては、必要な精度に応じて、上述のような、感度係数を上げる構造等を選択することが重要になる。
【００３０】
本実施の形態１においては、従来形式のＦＩＭＴを用いるわけではないので、上記の式（１）、あるいは式（２）の周波数変化の評価式をそのまま使用して、歪などを評価することはできない。そこで、まず、本実施の形態で使用できる評価式を上記式（１）、（２）をもとに導出する。以下では、２種類の金属ワイヤケーブルの光ファイバとして、上述のタイプ１のＰファイバとタイプ２のＢファイバを組み合わせた場合を例に説明する。
【００３１】
ＰファイバとＢファイバの素線は同一とすると、上記式（１）、（２）から、各ファイバについて、以下の式（５）〜式（８）が成立する。
【数５】
2017060971.tif 000007
【数６】
2017060971.tif 000008
【数７】
2017060971.tif 000009
【数８】
2017060971.tif 000010
ここで、各式において、上付き符号Ｐ、Ｂは、それぞれ、Ｐファイバの場合、Ｂファイバの場合を示し、下付き符号Ｂ、Ｒはそれぞれ、ブリルアン散乱の場合、レイリー散乱の場合を示す。
【００３２】
また、下記の（９）、（１０）で表される係数は、それぞれ、張力等を付加しないフリーのＰファイバ、Ｂファイバに、温度または圧力を負荷したときに計測される温度と周波数シフト、圧力と周波数シフト関間の関係を表す式の傾きを表わす係数である。
【数９】
2017060971.tif 000011
【数１０】
2017060971.tif 000012
そして、これらの係数は、温度については、熱膨張による歪を、また、圧力については、体積圧縮による歪を含んでいる。従って、ＰファイバとＢファイバとでは、値が異なっている。
【００３３】
そこで、これらの歪による影響を考えるため、熱歪による係数をα、体積圧縮による係数をβとすると、上記（９）、（１０）の各係数は、以下の式（１１）〜（１８）で示すように、光ファイバ固有の項（係数α、あるいは係数βを含まない項）、熱歪による項（係数αを含む項）、および体積圧縮による項（係数βを含む項）に分離して表すことができる。
【００３４】
【数１１】
2017060971.tif 000013
【数１２】
2017060971.tif 000014
【数１３】
2017060971.tif 000015
【数１４】
2017060971.tif 000016
【数１５】
2017060971.tif 000017
【数１６】
2017060971.tif 000018
【数１７】
2017060971.tif 000019
【数１８】
2017060971.tif 000020
【００３５】
式（１１）〜式（１８）を用いると、式（５）〜式（８）は、下記の式（１９）〜式（２２）で、それぞれ表される。
【数１９】
2017060971.tif 000021
【数２０】
2017060971.tif 000022
【数２１】
2017060971.tif 000023
【数２２】
2017060971.tif 000024
【００３６】
そこで、計測によって求まる各式左辺のブリルアン散乱の周波数変化の値、およびレイリー散乱の周波数変化の値、および既知である各感度係数（Ｃ11他）の値を基に、以上の式を用いて、ΔＴ、ΔＰを求めることを考える。上述の式（５）、式（６）から、以下の式（２３）が求まる。
【数２３】
2017060971.tif 000025
また、式（１９）、式（２０）より、以下の式（２４）が求まる。
【数２４】
2017060971.tif 000026
【００３７】
同様に、式（７）、式（８）から、以下の式（２５）が求まる。
【数２５】
2017060971.tif 000027
また、式（２１）、式（２２）より、以下の式（２６）が求まる。
【数２６】
2017060971.tif 000028
【００３８】
式（２３）、式（２５）から、これらの式を連立することにより、ΔＴ、ΔＰが求まる（独立して求められる）ように思われる。しかしながら、式（２３）の右辺は式（２４）の右辺と等価であり、式（２５）の右辺は式（２６）の右辺と等価であることを考慮し、かつ、式（２４）の右辺と、式（２６）の右辺は全く同一の式になっていることを考慮すれば、ΔＴ、ΔＰは互いに独立して求めることができないことが判る。つまり、以上の式からはΔＴ、ΔＰを求めることはできない。
【００３９】
そこで、この問題を解決するためには、以下の考えを導入することが必要であることが判る。すなわち、Ｂファイバについては、このファイバが受ける圧力をΔＰとしてきたが、一般に、Ｂファイバがそれより剛な材料に囲まれているときには、実際にＢファイバが受ける圧力ΔＰ1は、式（２７）の関係になっていると考えられる。
【数２７】
2017060971.tif 000029
すなわち、Ｂファイバについては、以下の式（２８）が一般的に成立する。
【数２８】
2017060971.tif 000030
なお、Ｐファイバについては、ｋ＝１とすればよい。
【００４０】
よって、圧力のみの変化による光ファイバのブリルアン周波数シフトは、金属のΔＰによる変形を考えると、次式（２９）で表される。
【数２９】
2017060971.tif 000031
ここで、右辺の左側のΔＰの係数を式（３０）で置きなおせば、Ｂファイバの圧力変化に対する真の感度係数は、式（３０）の左辺で表されると見なせる。
【数３０】
2017060971.tif 000032
なお、従来のＦＩＭＴは、この式（３０）でｋ＝０となる極端な場合の例と言える。
一方、圧力のみの変化による光ファイバのレイリー周波数シフトについても、同様に式（３１）で表される。
【数３１】
2017060971.tif 000033
【００４１】
そこで、歪を消去したＰファイバの式（２４）を見やすくするため、係数を簡略化した記号で置き換え、式（３２）として表す。
【数３２】
2017060971.tif 000034
また、Ｂファイバの式（２６）を、式（３０）、式（３２）を用いて、同様に式（３３）として表す。
【数３３】
2017060971.tif 000035
【００４２】
ここで、Ｓ、Ｒ、Ｑ1、Ｑ2は、以下の通りである。
【数３４】
2017060971.tif 000036
【数３５】
2017060971.tif 000037
【数３６】
2017060971.tif 000038
【数３７】
2017060971.tif 000039
上記の式（３２）、式（３３）では、各右辺の式は互いに異なるため、ΔＴ、ΔＰは互いに独立して求めることができることがわかる。すなわち、本実施の形態１の方式のＰファイバとＢファイバを同時に用いることにより、被測定体の温度分布、圧力分布を求めることができることになる。
【００４３】
以上をまとめると、実施の形態１でのＰファイバとＢファイバにおけるブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化は、式（１９）〜式（２１）及び式（３０）、式（３１）などから、結局、以下の式（３８）〜式（４１）で表される。
【数３８】
2017060971.tif 000040
【数３９】
2017060971.tif 000041
【数４０】
2017060971.tif 000042
【数４１】
2017060971.tif 000043
【００４４】
ここで、ΔＴとΔＰの各感度係数は以下の関係式（４２）を満たす。また、ΔεＰ、ΔεＢは以下の式（４３）、式（４４）で表される値である。
【数４２】
2017060971.tif 000044
【数４３】
2017060971.tif 000045
【数４４】
2017060971.tif 000046
【００４５】
なお、上記の式（３８）〜式（４１）から、ＢファイバとＰファイバ間で、ΔＴとΔＰの感度係数が異なるものとなっていることが確かめられる。すなわち、ＰファイバとＢファイバなど、感度の異なる２種類のファイバを用いることで、これらのファイバの温度変化、圧力変化によるブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化をそれぞれ求め、これら４種類のデータが式（３８）〜式（４１）によることを基に、これらの式から歪変化ΔεＰ、ΔεＢをそれぞれ消去して求めたΔＴとΔＰの関係式（ΔＴとΔＰを２つの未知数とする２元連立方程式）から、ΔＴとΔＰを求めることができる。
【００４６】
つまり、上記の式（３８）〜式（４１）の原理式を実現する実施の形態１の一例が上記の図２に示したものである。すなわち、第１の基本構造のＰファイバにより、被測定体の圧力変化等によるブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化を計測するとともに、第２の基本構造のＢファイバにより、被測定体の圧力変化等によるブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化を計測する。
【００４７】
そして、予め求めておいたΔε、ΔＴ、およびΔＰの感度係数と、上記式（３８）〜式（４１）を基にして、これらの式を連立させて演算することにより、Δε、ΔＴ、およびΔＰが求められ、結局、所定のケーブル位置での求めるべき圧力、温度、歪が求まり、この位置と異なるケーブル軸上の多点位置で同様に計測値が求まることで、被測定体の圧力分布、温度分布、歪分布を求めることができる。
【００４８】
以上のような光ファイバ埋め込み型ケーブル１を使う方式により、従来のＦＩＭＴを用いた場合の組立性の改善、ピンホールによる圧力遮断機能の喪失といったデメリットを克服できることは勿論、従来の固定点を設ける方式の欠点であった連続的な歪測定が可能となる。また、光ファイバは、従来より外径の大きな鋼線など（従来のケーブル径としては、例えば図２（ｄ）に示したダミーケーブルの径を想定すればよい）の金属の外周に設けた溝に埋め込むだけの構造であり、ＤＰＴＳＳケーブルの製造は比較的容易である。
【００４９】
また、上述の説明においては、多層のストランド構造のＤＰＴＳＳケーブルについて説明したが、これに限らず、図４に示すように、図２に示した内層を構成する２種類の金属ワイヤケーブルを含む第１層の構成のみを用いて螺旋に巻回した構造のものでも、同一の効果を奏することはいうまでもない。また、このような構成のＤＰＴＳＳケーブル１０は、より簡易に製造することが可能であり、被測定体が変わるなど、ＤＰＴＳＳケーブルの仕様を変更しなければならないような場合にも容易に対応することができる。なお、金属ワイヤケーブルを、２本ではなく３本のケーブルとして構成するのは、各金属ワイヤケーブル同士の接触状態を線接触状態にして、ＤＰＴＳＳケーブルとして構造の安定化を図るためである。すなわち、各金属ワイヤケーブル同士の摩耗あるいは金属疲労による断線が起こり難くし、また、型くずれ、あるいは変形が起こり難く破断荷重も高くなるという特徴を備えるようにするためである。
【００５０】
なお、計測の原理式である式（４０）〜式（４１）のファイバに生ずる歪は、そのまま、光ファイバ埋め込み型ケーブルの歪に等しく、従って、結局、被測定体の歪はＢファイバに生ずる歪となっていることを、ここで、もう一度、確認しておきたい。また、光ファイバを埋め込む溝の形状はＵ字形状のもので説明したが、この形状に限らず、凹状の形状であれば、同様の効果を奏する。
【００５１】
また、以上では光ファイバを埋め込むＵ字形状の溝２は外周側に凹部を持つものを示して説明したが、これに限らず、図５に示すように、この凹部の外側寄り（金属ワイヤケーブルの外周寄り）に樹脂などの化学保護層７で覆われ、光ファイバ３ｃを溝２に埋め込んだ光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｃでも、ＤＰＴＳＳケーブルに上述の光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａ、１ｂを採用した場合と同様の効果を奏する。さらに、この図５のような化学保護層７で覆った構造のものでは、水素ガス等の内部への侵入を有効に防ぐことができるため、光ファイバ３ｃの性能の劣化を防止できる効果がある。
なお、以上の説明において、外層である中間層、あるいは最外層を構成する各ワイヤケーブルは、上述のダミーケーブル９、光ファイバ埋め込み型ケーブル１（１ａ〜１ｃ、１ｅ。１ｅについては後述）のいずれであってもよい。
【００５２】
ここで、Ｕ字形状の溝を有する光ファイバ埋め込み型ケーブル内に設置された光ファイバに対する歪に密接に関係する応力について、３次元シミュレーション解析により確認したので、以下図を用いて説明する。なお、本シミュレーション解析では、光ファイバ埋め込み型ケーブルの形状を格子状に分割したモデルを用いた。このモデルでは、光ファイバ保持部のうちでも光ファイバが存在する領域の近傍では、それ以外の領域に比較してこの格子の間隔を特に細かく設定しており、このように設定したモデルを用いて３次元領域で発生する応力のシミュレーションを行った。
【００５３】
図６は、本シミュレーションに用いた光ファイバ埋め込み型ケーブルの軸に直交する断面形状モデルを示す図であって、本シミュレーションに用いる各パラメータを説明するための図である。図６（ａ）では、このモデル図における主な形状パラメータを説明するための図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のうち、光ファイバ保持部の形状のパラメータをさらに詳細に説明するため、図６（ａ）の光ファイバ保持部に相当する部分を拡大した図である。これらの図において、Ｄは光ファイバ埋め込み型ケーブルの外径、ｈは溝の深さ、ｂはＵ字形状の溝の上部の開口部分の幅、ｃは接着剤の厚さ、ｄは被膜を含めた光ファイバ外径、ｄ０はクラッド外径、ｅは光ファイバ埋め込み型ケーブルの外表面から光ファイバの中心位置までの距離、をそれぞれ示す。また、光ファイバ埋め込み型ケーブルの材質は鋼線とする。また、座標は図中に示した通り、右方向がｘ軸のプラス方向、上方向がｙ軸のプラス方向である。なおｚ方向は紙面に垂直な方向（紙面下側から上に向かう方向がプラス方向）であり、光ファイバ埋め込み型ケーブルの軸方向に相当する。
【００５４】
図７に外圧が作用した場合のシミュレーション結果の一例を示す。この図はケース１として光ファイバの弾性係数が３．２Ｇｐａ、ポアソン比が０．３５の場合と、ケース２として光ファイバの弾性係数が０．３Ｇｐａ、ポアソン比が０．４５の場合(液体に似た特性の場合)とを採り上げ、比較したものである。図中、グラフの横軸は接着剤（本例ではエポキシ樹脂）の厚さｃ（図７（ｂ）参照）をグラフの横軸にとって変化させた場合のケース１とケース２のｘ、ｙ、ｚ方向の応力を示したものである。
【００５５】
この結果から、応力の値は全て負の値を取るので、いずれの方向にも圧縮応力が負荷されていることが判る。また、応力の値は、ケース２の方が横方向ｘの応力と縦方向ｙの応力がより近い状態となっているが、両者ともほぼ等方的（ｘ、ｙの２方向の応力の値がほぼ等しい）になっているといえる。
このことは、実施の形態１に示した光ファイバ埋め込み方式の光ファイバ埋め込み型ケーブルを用いたＤＰＴＳＳケーブルにおいて、歪分布についても適正な計測が可能であることを数値解析的に裏付けるものである。なお、本シミュレーションで用いたパラメータの値は、Ｄ＝０．７５ｍｍ、ｂ＝０．３ｍｍ、ｄ＝０．２５ｍｍ、ｄ０＝０．１２５ｍｍ、ｈ＝０．６ｍｍである。
【００５６】
以上説明したように、ブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化を用いて、被測定対象物の温度分布、圧力分布の計測が可能であるが、これらの式、すなわち、式（３８）〜式（４１）と式（１）、式（２）との対比から判るように、ΔＴとΔＰの感度係数は、従来とは異なるものであり、また、ＢファイバとＰファイバ間でも、ΔＴとΔＰの感度係数が異なるものとなることが特徴である。すなわち、本実施の形態１では、これらの違いに留意してブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化として得られる計測値を評価する必要がある。
【００５７】
以上においては、シングルコアの光ファイバを例にして説明したがこれに限らず、マルチコアの光ファイバを採用して実施する場合もある。その場合、同一の光ファイバ中の各コアのひずみ、温度、圧力は同じであると仮定することができる。そして、以上に述べた各数式におけるひずみ、温度、圧力は、同一の光ファイバ中の各コアの値とみなすことにより、シングルコアの光ファイバの場合と同様の議論が成立する。マルチコアの場合においては、光スイッチを介することなく、複数の計測機器を直接、同時に接続することが可能となるため、高速測定において優れている。
【００５８】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、２種類の金属ワイヤケーブルを同軸状に配置し、多層のストランド構造体６として構成したＤＰＴＳＳケーブル１０の一例を示した。この２種類の金属ワイヤケーブルの圧力感度の特性の違いは、光ファイバ自体の影響というよりは、主としてその光ファイバ保持部の差によるものであった。
この実施の形態２では、上記２種類の金属ワイヤケーブルを、そこに使用される光ファイバを例えば１ケタ程度、圧力係数の異なる２種類の光ファイバで構成するものであり、２種類の金属ワイヤケーブルの圧力感度の特性の違いが、その光ファイバ保持部の差によるものというよりは、光ファイバ自体の特性の差による影響が大きい構成としたものである。このような構成としたＤＰＴＳＳケーブルを用いることによっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。以下本実施の形態について図を用いて詳しく説明する。
【００５９】
本実施の形態のＤＰＴＳＳケーブル１０の構成の一例を図８に示す。図８において、内層（第１層）は、ＤＰＴＳＳケーブルの基本構造である光ファイバ埋め込み型ケーブル２本と、実施の形態１で示したダミーケーブル９が１本の計３本の金属ワイヤケーブルで構成され、外層（第１層）は、実施の形態１と同様に構成され、全体としてストランド構造で構成されたＤＰＴＳＳケーブルである。
【００６０】
図において、２本の光ファイバ埋め込み型ケーブルのうちの１つである光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａ（以下タイプ３とも呼ぶ）には、実施の形態１と同様、フリー構造の光ファイバ３ａが使用されており、もう１つの光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｄ（以下タイプ４とも呼ぶ）には実施の形態１とは異なるフリー構造の光ファイバ３ｄが使用されており、この点で実施の形態１とは異なる。すなわち、光ファイバ３ｄは、光ファイバ３ａと比較して圧力係数が１ケタ程度大きい光ファイバであり（このような光ファイバについては、例えば非特許文献２参照）、この点で光ファイバ３ａとは異なるものである。
このような構成とすることによっても、実施の形態１において、式（２８）で説明したのと同様の効果が得られ、従って、ＤＰＴＳＳケーブル全体として、実施の形態１と同様の効果が得られるものである。
【００６１】
本実施の形態のＤＰＴＳＳケーブル１０を構成する２本の光ファイバ埋め込み型ケーブルは、実施の形態１で説明したＰファイバと同様の光ファイバ保持部を有するものであり、この光ファイバ埋め込み型ケーブルを用いることにより、被測定体の圧力の変化、および温度変化を計測することが可能である。なお、図中、符号９で示した光ファイバの固定部（詳細は後述）を追加しオプションとして設けることにより、被測定体の圧力の変化、および温度変化に加え、歪変化の検知も可能となる。
【００６２】
図９は、本実施の形態のＤＰＴＳＳケーブル１０の構成の他の例であり、図４と同様に、図８の構成要素のうち、第１層である内層のみを構成要素として３本の金属ワイヤケーブルを互いに螺旋状に巻回するものである。なお、これら図８、図９は、後述する図１０の断面Ｂ１−Ｂ１と断面Ｂ２−Ｂ２とが同一の断面上にあるとして、ＤＰＴＳＳケーブルの軸に垂直な方向の断面を示したものである。この図に示すように、１層で２種類の金属ワイヤケーブルを用いて構成したものでも、図８と同一の効果を奏することはいうまでもない。
さらに、このような構成のＤＰＴＳＳケーブルは、図８の構造のものに比較して、より簡易に製造することが可能であり、被測定体が変わるなど、ＤＰＴＳＳケーブルの仕様を変更しなければならないような場合にも容易に対応することができる。なお、金属ワイヤケーブルを、２本ではなく３本のケーブルとして構成するのは、図４の場合と同様の理由である。
【００６３】
次に、図１０を用いて、図８、図９で示した光ファイバ埋め込み型ケーブルの製法について説明する。本実施の形態の光ファイバ埋め込み型ケーブルは、概略、図１０で示す方法により製作することができる。以下、この光ファイバ埋め込み型ケーブルの製作方法の概略を、本実施の形態に用いられる２種類の光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａと１ｄを比較しながら説明する。
【００６４】
図１０（ａ）は、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの製作工程の一例を示し、図１０（ｂ）は、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｄの製作工程の一例を示す。光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの製作は、概略、図１０（ａ）のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４の工程順に行う。光ファイバ埋め込み型ケーブルの芯線として、通常の圧力感度特性を持つ光ファイバ３ａを採用し（ＳＴＥＰ１）、この芯線に、一部に非水溶性部分を設けた水溶性被膜５ｂをコーティング（ＳＴＥＰ２）した後、金属ワイヤケーブルの溝２に挿入して保持する（ＳＴＥＰ３）。その後、実際の使用時において、被測定体である溶液中で水溶性被膜５ｂの水溶性の被膜部分を溶解させる（ＳＴＥＰ４）。そして、実際の計測に使用する。
【００６５】
ここで、実施の形態１で説明した水溶性被膜５ａは、そのすべての部分が水溶性の被膜で作られているのに対して、この図で示した水溶性被膜５ｂは、その大部分が水溶性の被膜で作られているものの、一部分は非水溶性の被膜で作られている。そして、この非水溶性の環状の被膜が、使用時に光ファイバを溝の部分に固定する固定部８となる。この固定部８は、所定の間隔Ｌで光ファイバ埋め込み型ケーブルの長手方向（軸方向）に複数個設けられる（図１０（ａ）のＳＴＥＰ２参照）。その後、この水溶性被膜５ｂで被膜した光ファイバ３ａを金属ワイヤケーブルの溝２に挿入した後、実際の使用時において、被測定体である溶液中で水溶性被膜５ｂの水溶性の被膜部分が溶解し、非水溶性の被膜部分である固定部のみが残る構成となっている（図１０（ａ）のＳＴＥＰ４参照）。なお。図１０（ａ）のＳＴＥＰ４のＢ１−Ｂ１、及び図１０（ｂ）のＳＴＥＰ４のＢ２−Ｂ２は、各金属ワイヤケーブルの軸に直交する断面を示す。
【００６６】
一方、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｄの製作は、概略、図１０（ｂ）のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４の工程順に行う。光ファイバ埋め込み型ケーブルの芯線として通常の圧力感度性能より１桁程度大きい圧力感度特性を持つ光ファイバ３ｄを採用（ＳＴＥＰ１）するところだけが、上述の光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの製作工程と異なり、他の製作工程は、上述の光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの製作工程と同様である（詳細説明は省略する）。
【００６７】
以上、図１０の説明においては、２種類の光ファイバ埋め込み型ケーブルはいずれも固定部８を持つ場合について説明したが、これに限らず、２種類の一方のみが固定部８を持つものであってもよい。また、両者とも固定部のないものであってもよい。いずれの場合にも、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００６８】
また、図８、図９において示した２種類の光ファイバ埋め込み型ケーブルである金属ワイヤケーブル以外の金属ワイヤケーブルは、タイプ３、タイプ４、あるいは実施の形態１で示したダミーケーブル９のうち、いずれでもよく、いずれの構成とした場合も実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態２のＤＰＴＳＳケーブルにおいては、３本の金属ワイヤケーブルのうち、少なくとも１本が基本構造の光ファイバ埋め込み型ケーブルとなっている。また、このケーブル以外に、光ファイバの特性自体が異なるようにして、上記の基本構造の光ファイバ埋め込み型ケーブルとは特性が異なるようにした光ファイバ埋め込み型ケーブルを少なくとも１本有していることが特徴となっている。
【００７０】
このような構造を持つ実施の形態２のＤＰＴＳＳケーブルにおいては、固定部のないフリー構造の光ファイバを２本、基本構造の光ファイバ埋め込み型ケーブルとして用いることで、実施の形態１と同様の効果を得ることができるが、固定部のある光ファイバ埋め込み型ケーブルを用いることで、さらに別の効果を得ることができる。これについて以下説明する。
【００７１】
例えば、歪変化については、図１０で固定部８のある光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの光ファイバ３ａを用いて直接、計測し、圧力変化、温度変化については、図１０で固定部８のある光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの光ファイバ３ａと、固定部のない光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｄの光ファイバ３ｄ、２種類の光ファイバを用いて計測することができる。この結果、これら２種類の光ファイバ埋め込み型ケーブルは、その光ファイバの特性が互いに異なることで、圧力変化と温度変化の感度係数は互いに異なるものとなるため、上記、実施の形態１の原理式が成立し、２種類の光ファイバ埋め込み型ケーブルの圧力変化と温度変化のブリルアン散乱の周波数変化、およびレイリー散乱の周波数変化を計測することにより、圧力分布、温度分布が求まり、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａで測定した求めた歪分布と併せて、所要の温度分布、圧力分布、歪分布を求めることができる。
【００７２】
なお、実施の形態２においては、フリー構造の光ファイバを用いた計測が可能となるものであるが、製作時にこのフリー構造の光ファイバを被覆する被膜は水溶性被膜以外に油溶性被膜でも適用可能である。後者は、石油井など、被測定対象が油性の場合に使用されることとなる。
【００７３】
実施の形態３．
本実施の形態３では、光ファイバ埋め込み型ケーブルのケーブル特性の１つである材質について取り上げ、材質に特徴がある場合の適用例について以下説明する。本実施の形態では、光ファイバ埋め込み型ケーブルには実施の形態１で示したものと同じ構造のものを用いる点、かつ金属ワイヤケーブルを構成する金属の材質が互いに異なるものを用いる点が、実施の形態１の場合と相違する。以下この実施の形態３について、図を用いて説明する。
【００７４】
図１１は実施の形態３に係るＤＰＴＳＳケーブル１０の一例を示す。光ファイバ埋め込み型ケーブル１ａの代わりに、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｅを用いる点が実施の形態１と異なる。すなわち、この光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｅは光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｂとは、接着剤をもつ光ファイバ保持部４を用いる点では、実施の形態１の場合と同じであるが、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｅを構成する金属の材質が光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｂとは基本的に異なるものである（例えば、実施の形態１の場合には鋼であり、本実施の形態ではアルミニウムである）。その結果、ここで用いられる光ファイバ３ｅもその圧力感度特性が光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｂの光ファイバ３ｂの特性とは異なるものとなる
【００７５】
つまり、このように構成した場合には、光ファイバ埋め込み型ケーブル１ｅに埋め込まれたＢファイバが実際に受ける圧力をΔＰ2とすると、このΔＰ2は実施の形態１で示した式（２８）の右辺の値ではなく、この式（２８）の右辺のｋをｋとは異なるｋ１で置き換えたものとなっていると考えられる。すなわち、次式（４５）の関係が成立していると考えられる。
【数４５】
2017060971.tif 000047
ここでｋ≠ｋ１であることに注意する。
【００７６】
このことから、実施の形態３においては、ΔＰの感度係数は、実施の形態１とは異なるものであることがわかる。よって、図１１に示すような構成とした場合においても、ΔＴとΔＰをそれぞれ求めることができる。なお、図１１においても、第３のケーブルとして、これらとは異なるダミーケーブル９を示したが、他の１本のケーブルは、これに限らず、上記２種類の光ファイバ埋め込み型ケーブルのいずれか１つと同じものであってもよい。
【００７７】
なお、上述の説明においては、多層ストランド構造のＤＰＴＳＳケーブルについて説明したが、これに限らず、図１２に示すように、第２層である外層のない構造のものでも、図１１のＤＰＴＳＳケーブルと同一の効果を奏することはいうまでもない。また、このような構成のＤＰＴＳＳケーブル１０は、より簡易に製造することが可能であり、被測定体が変わるなど、ＤＰＴＳＳケーブルの仕様を変更しなければならないような場合にも容易に対応することができる。
【００７８】
以上により、本実施の形態３のＤＰＴＳＳケーブルを用いた場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。さらに、本実施の形態３のＤＰＴＳＳケーブルの構成においては、その製造に際して、フリー構造のファイバを用いないため、光ファイバに対する水溶性被膜の製造工程を設ける必要がない。このため、製造がより簡単になり、コスト的な利点が得られるという効果がある。
【００７９】
なお、本発明は、上記各実施の形態に示した内容に止まらず、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、図５の化学保護層は、実施の形態３の光ファイバ埋め込み型ケーブルにも、同様に適用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  光ファイバ埋め込み型ケーブル、２  溝、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ  光ファイバ、４  光ファイバ保持部、５ａ  水溶性被膜（非水溶性の被膜部分なし）、５ｂ  水溶性被膜（非水溶性の被膜部分あり）、５ｃ  接着剤  ５ｄ  弾性材  、６  ストランド構造体、７  化学保護層、８  固定部、９  ダミーケーブル、１０  ＤＰＴＳＳケーブル。
【図１】
2017060971.tif 000048
【図２】
2017060971.tif 000049
【図３】
2017060971.tif 000050
【図４】
2017060971.tif 000051
【図５】
2017060971.tif 000052
【図６】
2017060971.tif 000053
【図７】
2017060971.tif 000054
【図８】
2017060971.tif 000055
【図９】
2017060971.tif 000056
【図１０】
2017060971.tif 000057
【図１１】
2017060971.tif 000058
【図１２】
2017060971.tif 000059
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月26日(2017.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに出射されたパルスレーザ光の散乱であるブリルアン散乱とレイリー散乱の周波数変化をもとに、被測定体の圧力分布、歪分布、温度分布を測定するため、
外周部の軸方向に溝を形成し当該溝内に光ファイバを備えた金属ワイヤケーブルを、少なくとも２本備えたＤＰＴＳＳケーブルであって、
一の前記金属ワイヤケーブルは、当該金属ワイヤケーブルの前記溝に沿って光ファイバを埋め込んで保持した光ファイバ埋め込み型ケーブルであり、
他の前記金属ワイヤケーブルは、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルであって、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルのブリルアン散乱およびレイリー散乱の周波数変化に対する圧力変化の感度係数とは異なる圧力変化の感度係数を持つよう構成したことを特徴とするＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項２】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルは、
前記溝内に埋め込まれた光ファイバの特性が、前記光ファイバ埋め込み型ケーブルの溝内に埋め込まれた光ファイバの特性と異なることを特徴とする請求項１に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項３】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルは、
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルの外部を構成する金属とは異なる材質の金属で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項４】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルの外側に、当該光ファイバ埋め込み型ケーブルに対して螺旋状に巻回された少なくとも一層のケーブル構造体を有するストランド構造体を配置したことを特徴とする請求項１に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項５】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルとは異なる特性を持つ金属ワイヤケーブルは、前記溝内に備えた光ファイバが固定部により部分的に固定されていることを特徴とする請求項２に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【請求項６】
前記光ファイバ埋め込み型ケーブルは、前記溝の外側寄りに化学保護層を備えたことを特徴とする請求項１、請求項３、または請求項５のいずれか１項に記載のＤＰＴＳＳケーブル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
この結果から、応力の値は全て負の値を取るので、いずれの方向にも圧縮応力が負荷されていることが判る。また、応力の値は、ケース２の方が横方向ｘの応力と縦方向ｙの応力がより近い状態となっているが、両者ともほぼ等方的（ｘ、ｙの２方向の応力の値がほぼ等しい）になっているといえる。
このことは、実施の形態１に示した光ファイバ埋め込み方式の光ファイバ埋め込み型ケーブルを用いたＤＰＴＳＳケーブルにおいて、歪分布についても適正な計測が可能であることを数値解析的に裏付けるものである。なお、本シミュレーションで用いたパラメータの値は、Ｄ＝１．５ｍｍ、ｂ＝０．３ｍｍ、ｄ＝０．２５ｍｍ、ｄ０＝０．１２５ｍｍ、ｈ＝０．６ｍｍである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
本実施の形態のＤＰＴＳＳケーブル１０を構成する２本の光ファイバ埋め込み型ケーブルは、実施の形態１で説明したＰファイバと同様の光ファイバ保持部を有するものであり、この光ファイバ埋め込み型ケーブルを用いることにより、被測定体の圧力の変化、および温度変化を計測することが可能である。なお、図中、符号８で示した光ファイバの固定部（詳細は後述）を追加しオプションとして設けることにより、被測定体の圧力の変化、および温度変化に加え、歪変化の検知も可能となる。
【国際調査報告】
2017060971.tif 000060
2017060971.tif 000061
2017060971.tif 000062
2017060971.tif 000063