(57)【要約】  ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ、及び上記ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの使用方法を本明細書に記載する。一例では、上記ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサは特に、配備済みのファイバ（例えば４コアファイバ）に沿った温度分布（ΔＴ）、曲げ角度β、及び曲げ半径Ｒを測定するよう構成される。
2019522206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコア、第２のコア、第３のコア及び第４のコアを有するファイバであって、前記第１のコア、前記第２のコア及び前記第３のコアは、前記ファイバ内の円形経路に沿った３つの異なる位置にあり、前記円形経路は、前記ファイバの中心に対する半径（ｒ）を有し、前記第４のコアは前記ファイバの前記中心にある、ファイバ；並びに
前記第１のコア、前記第２のコア、前記第３のコア及び前記第４のコアに連結されたブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項２】
前記ブリルアン後方散乱感知機構に連結された、処理システムであって：
前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに、前記ブリルアン後方散乱感知機構から、前記第１のコアに沿った第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）、前記第２のコアに沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）、前記第３のコアに沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）、及び前記第４のコアに沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）を取得し；
前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに、前記ブリルアン後方散乱感知機構から、前記第１のコアに沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）、前記第２のコアに沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）、前記第３のコアに沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）、及び前記第４のコアに沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を取得し；
前記第１、第２、第３及び第４のコアそれぞれに沿った第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）を算出し；
配備済みの前記ファイバに沿った温度分布（ΔＴ）を算出し；
前記第１、第２及び第３のコアそれぞれに沿った第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出し；
前記配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出し；
前記配備済みのファイバに沿った曲げ半径Ｒを算出する
よう構成された、処理システムを更に備える、請求項１に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項３】
前記処理システムは更に、前記第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）の変化を、以下の式：
ΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１；
ΔνＢ２＝ν’Ｂ２−νＢ２；
ΔνＢ３＝ν’Ｂ３−νＢ３；及び
ΔνＢ４＝ν’Ｂ４−νＢ４
を用いて算出するよう構成される、請求項２に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項４】
前記処理システムは更に、前記配備済みのファイバに沿った前記温度分布（ΔＴ）を、以下の式：
ΔνＢ４＝Ｋε４Δε４＋ＫＴ４＋ΔＴ＝ＫＴ４＋ΔＴ
を用いて算出するよう構成され；
ＫＴ４は、前記第４のコアの温度係数であり；
前記ファイバに印加される曲げが前記第４のコアの長さの変化を引き起こさないため、前記第４のコアに関連付けられた前記第４の曲げ誘発型歪み分布（Δε４）は存在しない、請求項２又は３に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項５】
前記処理システムは更に、前記第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を、以下の式：
【数１】
2019522206.tif 000047
【数２】
2019522206.tif 000048
及び
【数３】
2019522206.tif 000049
を用いて算出するよう構成され；
Ｋε１，２，３及びＫＴ１，２，３，４はそれぞれ、前記第１のコア、前記第２のコア、前記第３のコア及び前記第４のコアの歪み係数及び温度係数である、請求項２〜４のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項６】
前記処理システムは更に、前記配備済みのファイバに沿った前記曲げ角度βを、以下の式：
【数４】
2019522206.tif 000050
を用いて算出するよう構成され；
φ１２は、前記第１のコアと前記第２のコアとの間の方位角であり；
φ１３は、前記第１のコアと前記第３のコアとの間の方位角である、請求項２〜５のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項７】
前記処理システムは更に、前記配備済みのファイバに沿った前記曲げ半径Ｒを、以下の式：
【数５】
2019522206.tif 000051
【数６】
2019522206.tif 000052
又は
【数７】
2019522206.tif 000053
を用いて算出するよう構成され；
φ１２は、前記第１のコアと前記第２のコアとの間の方位角であり；
φ１３は、前記第１のコアと前記第３のコアとの間の方位角であり；
ｒは、前記ファイバの前記中心に対する前記円形経路に沿った半径であり、前記第１のコア、前記第２のコア及び前記第３のコアは、前記ファイバ内の前記円形経路に沿った３つの異なる位置にある、請求項２〜６のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項８】
前記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１）のポンプパルスを第１の光サーキュレータ及びファンアウトデバイスを通して前記第１のコアに入射させる第１のポンプレーザを備える、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、前記第１の光サーキュレータが出力した、周波数（ν１−νＢ１）の、前記第１のコアからのブリルアン後方散乱光は、第１の光結合器によって、第１の局部発振器が生成した固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）の連続波光と混合され、前記第１の光結合器からの混合光信号は、第１の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第１の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、前記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）を出力する、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν２）のポンプパルスを第２の光サーキュレータ及び前記ファンアウトデバイスを通して前記第２のコアに入射させる第２のポンプレーザを備える、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、前記第２の光サーキュレータが出力した、周波数（ν２−νＢ２）の、前記第２のコアからのブリルアン後方散乱光は、第２の光結合器によって、第２の局部発振器が生成した固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）の連続波光と混合され、前記第２の光結合器からの混合光信号は、第２の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第２の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、前記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第２のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ２）；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）を出力する、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν３）のポンプパルスを第３の光サーキュレータ及び前記ファンアウトデバイスを通して前記第３のコアに入射させる第３のポンプレーザを備える、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、前記第３の光サーキュレータが出力した、周波数（ν３−νＢ３）の、前記第３のコアからのブリルアン後方散乱光は、第３の光結合器によって、第３の局部発振器が生成した固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）の連続波光と混合され、前記第３の光結合器からの混合光信号は、第３の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第３の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第３の電気信号プロセッサによって分析され、前記第３の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ３）；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）を出力する、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν４）のポンプパルスを第４の光サーキュレータ及び前記ファンアウトデバイスを通して前記第４のコアに入射させる第４のポンプレーザを備える、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、前記第４の光サーキュレータが出力した、周波数（ν４−νＢ４）の、前記第４のコアからのブリルアン後方散乱光は、第４の光結合器によって、第４の局部発振器が生成した固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）の連続波光と混合され、前記第４の光結合器からの混合光信号は、第４の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第４の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第４の電気信号プロセッサによって分析され、前記第４の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第４のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ４）；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を出力する、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
を備える、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）ブリルアン後方散乱感知機構である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項９】
前記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１Ｌ）の連続波光を、前記連続波光を２つの部分に分割する第１の光結合器に入射させる第１の光結合器に入射させる第１のレーザを備える、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第１の光強度変調器は、前記連続波光の一方の前記部分を、周波数（ν１）のポンプパルスに変換し、前記ポンプパルスは、第１の光サーキュレータ及びファンアウトデバイスによって前記第１のコアに導入され、第１の周波数シフタは、前記連続波光の他方の部分の周波数（ν１Ｌ）を、固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）へとシフトさせ、前記第１の周波数シフタが提供する、周波数（ν１−νＢ１）の、前記第１のコアからのブリルアン後方散乱光は、第１の光結合器によって、前記第１の周波数シフタが提供する、前記固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）のシフト済み連続波光と混合され、前記第１の光結合器からの混合光信号は、第１の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第１の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、前記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１を出力する、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν２Ｌ）の連続波光を、前記連続波光を２つの部分に分割する第２の光結合器に入射させる第２の光結合器に入射させる第２のレーザを備える、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第２の光強度変調器は、前記連続波光の一方の前記部分を、周波数（ν２）のポンプパルスに変換し、前記ポンプパルスは、第２の光サーキュレータ及び前記ファンアウトデバイスによって前記第２のコアに導入され、第２の周波数シフタは、前記連続波光の他方の部分の周波数（ν２Ｌ）を、固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）へとシフトさせ、前記第２の周波数シフタが提供する、周波数（ν２−νＢ２）の、前記第２のコアからのブリルアン後方散乱光は、第２の光結合器によって、前記第２の周波数シフタが提供する、前記固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）のシフト済み連続波光と混合され、前記第２の光結合器からの混合光信号は、第２の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第２の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、前記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν３Ｌ）の連続波光を、前記連続波光を２つの部分に分割する第３の光結合器に入射させる第３の光結合器に入射させる第３のレーザを備える、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第３の光強度変調器は、前記連続波光の一方の前記部分を、周波数（ν３）のポンプパルスに変換し、前記ポンプパルスは、第３の光サーキュレータ及び前記ファンアウトデバイスによって前記第３のコアに導入され、第３の周波数シフタは、前記連続波光の他方の部分の周波数（ν３Ｌ）を、固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）へとシフトさせ、前記第３の周波数シフタが提供する、周波数（ν３−νＢ３）の、前記第３のコアからのブリルアン後方散乱光は、第３の光結合器によって、前記第３の周波数シフタが提供する、前記固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）のシフト済み連続波光と混合され、前記第３の光結合器からの混合光信号は、第３の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第３の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第３の電気信号プロセッサによって分析され、前記第３の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３を出力する、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν４Ｌ）の連続波光を、前記連続波光を２つの部分に分割する第４の光結合器に入射させる第４の光結合器に入射させる第４のレーザを備える、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第４の光強度変調器は、前記連続波光の一方の前記部分を、周波数（ν４）のポンプパルスに変換し、前記ポンプパルスは、第４の光サーキュレータ及び前記ファンアウトデバイスによって前記第４のコアに導入され、第４の周波数シフタは、前記連続波光の他方の部分の周波数（ν４Ｌ）を、固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）へとシフトさせ、前記第４の周波数シフタが提供する、周波数（ν４−νＢ４）の、前記第４のコアからのブリルアン後方散乱光は、第４の光結合器によって、前記第４の周波数シフタが提供する、前記固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）のシフト済み連続波光と混合され、前記第４の光結合器からの混合光信号は、第４の光コヒーレントレシーバによって検出され、前記第４の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第４の電気信号プロセッサによって分析され、前記第４の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）ブリルアン後方散乱感知機構である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項１０】
前記ブリルアン後方散乱感知機構は：
第１のポンプレーザ及び第１のプローブレーザを備える、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、前記第１のポンプレーザは、周波数（ν１）のポンプパルスを第１の光サーキュレータ及び第１のファンアウトデバイスを通して前記第１のコアに入射させ、前記第１のプローブレーザは、周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２））の連続波光を、前記第１のファンアウトデバイスを通して前記第２のコアに入射させ、第２のファンアウトデバイスは、前記第１のコアと前記第２のコアとを連結し、プローブ信号は、前記第１の光サーキュレータに連結された第１の光検出器によって検出され、前記第１の光検出器が出力した電気信号は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、前記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値νＢ１及び第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構；並びに
第２のポンプレーザ及び第２のプローブレーザを備える、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、前記第２のポンプレーザは、周波数（ν２）のポンプパルスを第２の光サーキュレータ及び前記第１のファンアウトデバイスを通して前記第３のコアに入射させ、前記第２のプローブレーザは、周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４））の連続波光を、前記第１のファンアウトデバイスを通して前記第４のコアに入射させ、プローブ信号は、前記第２の光サーキュレータに連結された第２の光検出器によって検出され、前記第２の光検出器が出力した電気信号は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、前記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）ブリルアン後方散乱感知機構である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項１１】
前記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１Ｌ）の連続波光を、前記連続波光を２つの部分に分割する第１の光結合器に入射させる第１のレーザを備える、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、第１の光変調器は、前記連続波光の一方の前記部分を、周波数（ν１）のポンプパルスに変換し、前記ポンプパルスは、第１の光サーキュレータ及び第１のファンアウトデバイスによって前記第１のコアに導入され、第１の周波数シフタは、前記連続波光の他方の前記部分の周波数（ν１Ｌ）を、周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２））にシフトさせ、シフトされた前記連続波光は、前記第１のファンアウトデバイスによって前記第２のコアに導入され、第２のファンアウトデバイスは、前記第１のコアと前記第２のコアとを連結し、プローブ信号は、前記第１の光サーキュレータに連結された第１の光検出器によって検出され、前記第１の光検出器が出力した電気信号は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、前記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値νＢ１及び第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構；並びに
周波数（ν２Ｌ）の連続波光を、前記連続波光を２つの部分に分割する第２の光結合器に入射させる第２のレーザを備える、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、第２の光変調器は、前記連続波光の一方の前記部分を、周波数（ν２）のポンプパルスに変換し、前記ポンプパルスは、第２の光サーキュレータ及び前記第１のファンアウトデバイスによって前記第３のコアに導入され、第２の周波数シフタは、前記連続波光の他方の前記部分の周波数（ν２Ｌ）を、周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４））にシフトさせ、シフトされた前記連続波光は、前記第１のファンアウトデバイスによって前記第４のコアに導入され、プローブ信号は、前記第２の光サーキュレータに連結された第２の光検出器によって検出され、前記第２の光検出器が出力した電気信号は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、前記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）ブリルアン後方散乱感知機構である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【請求項１２】
ブリルアンベース分布型ファイバセンサの使用方法であって、
前記ブリルアンベース分布型ファイバセンサは：第１のコア、第２のコア、第３のコア及び第４のコアを備えるファイバであって、前記第１のコア、前記第２のコア及び前記第３のコアは、前記ファイバ内の円形経路に沿った３つの異なる位置にあり、前記円形経路は、前記ファイバの中心に対する半径（ｒ）を有し、前記第４のコアは前記ファイバの前記中心にある、ファイバ；並びに前記第１のコア、前記第２のコア、前記第３のコア及び前記第４のコアに連結されたブリルアン後方散乱感知機構を備える、方法において、
前記方法は：
前記ファイバの配備前の、前記ファイバに曲げが印加されていないときに、前記ブリルアン後方散乱感知機構から、前記第１のコアに沿った第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）、前記第２のコアに沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）、前記第３のコアに沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）、及び前記第４のコアに沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）を取得するステップ；
前記ファイバの配備後の、前記ファイバに曲げが印加されているときに、前記ブリルアン後方散乱感知機構から、前記第１のコアに沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）、前記第２のコアに沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）、前記第３のコアに沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）、及び前記第４のコアに沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を取得するステップ；
前記第１、第２、第３及び第４のコアそれぞれに沿った第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）を算出するステップ；
配備済みの前記ファイバに沿った温度分布（ΔＴ）を算出するステップ；
前記第１、第２及び第３のコアそれぞれに沿った第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出するステップ；
前記配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出するステップ；並びに
前記配備済みのファイバに沿った曲げ半径Ｒを算出するステップ
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１６年７月１９日出願の米国仮特許出願第６２／３６４，０１２号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、参照によりその全体が本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ、並びに配備済みのファイバ（例えば４コアファイバ）に沿った温度分布（ΔＴ）、曲げ角度β、及び曲げ半径Ｒを測定するための、上記ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
極めて長い距離にわたって歪み及び温度を測定するファイバ光学センサは、例えば構造ヘルスモニタリング（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｈｅａｌｔｈ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：ＳＨＭ）、地盤工学（例えば壊滅的な地滑りの監視）、電力線監視、パイプライン監視、石油掘削監視、橋梁監視、ダム監視、及び国境警備監視といった多数の用途での使用のためにますます採用されている。改良されたファイバ光学センサ、並びに歪み及び温度を測定するための上記改良されたファイバ光学センサの使用方法が、本開示の主題である。
【発明の概要】
【０００４】
ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ、及び上記ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの使用方法は、本開示の独立請求項に記載される。上記ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ、及び上記ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの上記使用方法の有利な実施形態は、従属請求項に記載される。
【０００５】
ある態様では、本開示はブリルアンベース分布型ファイバセンサを提供する。上記ブリルアンベース分布型ファイバセンサは、第１のコア、第２のコア、第３のコア及び第４のコアを有するファイバを備え、上記第１のコア、上記第２のコア及び上記第３のコアは、上記ファイバ内の円形経路に沿った３つの異なる位置にあり、上記円形経路は、上記ファイバの中心に対する半径（ｒ）を有し、上記第４のコアは上記ファイバの上記中心にある。上記ブリルアンベース分布型ファイバセンサは更に、上記第１のコア、上記第２のコア、上記第３のコア及び上記第４のコアに連結されたブリルアン後方散乱感知機構を備える。上記ブリルアンベース分布型ファイバセンサは：（ａ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）を取得し；（ｂ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を取得し；（ｃ）上記第１、第２、第３及び第４のコアそれぞれに沿った第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）を算出し；（ｄ）配備済みの上記ファイバに沿った温度分布（ΔＴ）を算出し；（ｅ）上記第１、第２及び第３のコアそれぞれに沿った第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出し；（ｆ）上記配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出し；（ｇ）上記配備済みのファイバに沿った曲げ半径Ｒを算出するよう構成された、処理システムを備えることができる。
【０００６】
別の態様では、本開示はブリルアンベース分布型ファイバセンサの使用方法を提供し、上記ブリルアンベース分布型ファイバセンサは：第１のコア、第２のコア、第３のコア及び第４のコアを有するファイバであって、上記第１のコア、上記第２のコア及び上記第３のコアは、上記ファイバ内の円形経路に沿った３つの異なる位置にあり、上記円形経路は、上記ファイバの中心に対する半径（ｒ）を有し、上記第４のコアは上記ファイバの上記中心にある、ファイバ；並びに上記第１のコア、上記第２のコア、上記第３のコア及び上記第４のコアに連結されたブリルアン後方散乱感知機構を備える。上記方法は：（ａ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）を取得するステップ；（ｂ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を取得するステップ；（ｃ）上記第１、第２、第３及び第４のコアそれぞれに沿った第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）を算出するステップ；（ｄ）配備済みの上記ファイバに沿った温度分布（ΔＴ）を算出するステップ；（ｅ）上記第１、第２及び第３のコアそれぞれに沿った第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出するステップ；（ｆ）上記配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出するステップ；並びに（ｇ）上記配備済みのファイバに沿った曲げ半径Ｒを算出するステップを含む。
【０００７】
本開示の更なる態様は、その一部が以下の「発明を実施するための形態」、図面及びいずれの請求項に記載され、またその一部が、以下の「発明を実施するための形態」から導出されるか、又は本開示の実施によって習得できる。上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも例示及び説明のみを目的としたものであり、本開示をここで開示されているように限定するものではないことを理解されたい。
【０００８】
本開示のより完全な理解は、以下の「発明を実施するための形態」を、添付の図面と共に参照することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本開示のある実施形態によるブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの基本的な構成部品を示す図
【図１Ｂ】本開示のある実施形態による、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）に基づくブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ
【図１Ｃ】本開示のある実施形態による、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）に基づくブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００
【図２】本開示のある実施形態による、ある例示的なＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの構成部品を示す図
【図３Ａ】本開示のある実施形態による、別の例示的なＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの構成部品を示す図
【図３Ｂ】図３Ａの続きを示す図
【図４】本開示のある実施形態による、ある例示的なＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの構成部品を示す図
【図５】本開示のある実施形態による、別の例示的なＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの構成部品を示す図
【図６】本開示のある実施形態による、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサに関連付けられた４コアシングルモード光ファイバの断面図
【図７】本開示のある実施形態による、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサに関連付けられた屈曲４コアファイバのジオメトリを示す図
【図８】本開示のある実施形態による、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサに関連付けられた屈曲４コアファイバのジオメトリを示す別の図
【図９】本開示のある実施形態による、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサに関連付けられた屈曲４コアファイバの断面図を示す図
【図１０】本開示のある実施形態による、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサのある例示的な使用方法の複数のステップを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａを参照すると、本開示のある実施形態によるブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００の基本的な構成部品を示す図が示されている。ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００は、ファイバ１０２、ブリルアン後方散乱感知機構１１４、及び処理システム１１６を含む。ある例では、ファイバ１０２は、クラッド半径ｒｄを有する円形であり、第１のコア１０４（コア１）、第２のコア１０６（コア２）、第３のコア１０８（コア３）及び第４のコア１１０（コア４）を含む（拡大図を参照）。第１のコア１０４、第２のコア１０６及び第３のコア１０８は、ファイバ１０２の中心に対する半径ｒを有する円形経路１１２に沿った、３つの異なる位置にある。第４のコア１１０はファイバ１０２の上記中心にある。図１Ｂに示す例では、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００はブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）に基づくものであり、ここではブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００は、ファンアウトデバイス２０８を介してファイバ１０２の第１のコア１０４、第２のコア１０６、第３のコア１０８及び第４のコア１１０にそれぞれ連結されたチャネル１、チャネル２、チャネル３及びチャネル４を有する、ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構１１４’を有する（例えば図２、３Ａ及び３Ｂも参照）。図１Ｃに示す別の例では、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００はブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）に基づくものであり、ここではブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００は、第１のファンアウトデバイス４１０を介してファイバ１０２の第１のコア１０４及び第２のコア１０６（チャネル１）並びに第３のコア１０８及び第４のコア１１０（チャネル２）にそれぞれ連結されたチャネル１及びチャネル２を有する、ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構１１４’’を有する。更に、ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構１１４’’を有するブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００は、第１のコア１０４と第２のコア１０６、及び第３のコア１０８と第４のコア１１０を、ファイバ１０２の端部において連結する、第２のファンアウトデバイス４１４を有する（例えば図４〜５も参照）。
【００１１】
本開示に関連する様々なＢＯＴＤＲ及びＢＯＴＤＡベースのブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００を詳細に説明する前に、１つのコア（１つのチャネル）のみを有する従来のブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサの基本動作原理を説明するために、簡潔な議論をまず提供する。
【００１２】
分布型ブリルアンセンサの原理
単一のコア（１つのチャネル）を有する従来の分布型ブリルアンセンサは、ブリルアン散乱に基づくものであり、これは音響フォノンによる非弾性散乱光であり、上記光は、ファイバとの衝突中に周波数シフト（ブリルアン周波数シフトとして公知）を受ける。このブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）は光が後方散乱するときに最大となり：
【００１３】
【数１】
2019522206.tif 000003
【００１４】
で表され、ｎは屈折率であり、Ｖａは音の速度であり、λは光の波長である。ブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）は、ファイバに印加される歪み及び温度と共に線形に増大することが分かっている。従ってＢＦＳ（ΔνＢ）の変化は、歪み変動（Δε）及び温度変動（ΔＴ）に依存する。ＢＦＳ（ΔνＢ）は：
【００１５】
【数２】
2019522206.tif 000004
【００１６】
として記述でき、Ｋε及びＫＴはそれぞれ、ＢＦＳの歪み及び温度係数である。よってファイバ内の温度及び歪みの変化は、ＢＦＳの変化の分析によって測定できる。しかしながら、ブリルアン周波数シフトは温度及び歪み両方の関数であるため、多くの分布型ブリルアンファイバセンサに共通する問題は、ファイバに発生する歪みの変化と温度の変化とを区別できないことである。この問題は、本開示に関連付けられたブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００によって解決される。
【００１７】
一般的な観点から、分布型ブリルアンファイバセンサは、以下の主要な２種類のうちの１つとして分類できる：（１）自発的なブリルアン散乱を利用するブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）；及び（２）誘導ブリルアン散乱に基づくブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）。
【００１８】
ＢＯＴＤＲでは、パルス光波（ポンプ）のみが光ファイバに入射し、フォノン生成に対するいずれの追加の刺激も存在せず、ポンプ波の出力は誘導ブリルアン散乱閾値より低い。光ファイバに沿った分布型νＢである分布型歪みを得るために、ＢＯＴＤＲは、ＯＴＤＲ技法を利用して、光ファイバに沿ったブリルアン後方散乱スペクトルの分布を観察する。簡潔に述べると、ＯＴＤＲ技法は以下のようなものである：一連の光パルスを試験下のファイバの一方の端部に注入し、ファイバに沿った複数の点から散乱又は反射されて戻る光を、ファイバの同一の端部から抽出する。ある特定の位置における散乱又は反射光は、損失、温度といった、測定するべき情報を含む。異なる複数の時点において散乱した光を測定することにより、ファイバに沿って測定するべき情報を得ることができる。
【００１９】
ＢＯＴＤＡはブリルアン利得（又は損失）分光法を使用し、パルス光波（ポンプ）と、通常は連続波である逆伝播光（プローブ）との両方が、光ファイバに注入される。パルス光と連続光との間の周波数の差異をファイバのブリルアン周波数νＢへと調整すると、連続光は、誘導ブリルアン散乱プロセスによって増幅される。即ちＯＴＤＲ技法を用いた場合と同様に、増大した連続光が時間の関数として測定される。
【００２０】
新規のブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００
複数の新規のブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００が、図１Ａ〜１Ｃに概略図で示されている。これらのブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００では、曲げ及び温度の同時測定を可能とするための感知媒体として、４コア光ファイバ１０２が使用される。各ファイバコア１０４、１０６、１０８及び１１０は、ブリルアンセンサ１００の動作波長においてシングルモードであり、独立した感知媒体として動作する。
【００２１】
図１Ｂを再び参照すると、従来のＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサが、単一コアファイバに対応する１つのチャネルしか有しないのに対して、ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００は、ファイバ１０２のコア１、２、３及び４に対応する４つの感知用チャネル１、２、３及び４を有する。ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００はＢＯＴＤＲに基づくものであり、ここでは、ポンプパルスがファンアウトデバイス２０８を通して４コアファイバ１０２の各コア１、２、３及び４（又はチャネル１、２、３及び４）に入射し、異なる複数の位置の温度及び歪み情報を含む各コア１、２、３及び４のブリルアン後方散乱光が、ファンアウトデバイス２０８によって収集され、処理システム１１６によって分析される。より具体的には、コア１、２及び３の曲げ誘発型歪みはチャネル１、２及び３によって測定され、ファイバ温度は、チャネル４によって監視されるコア４によって測定される。各コア１、２、３及び４（又はチャネル１、２、３及び４）に関するポンプパルスの波長は、同一であっても異なっていてもよい。しかしながら、コア４（チャネル４）とコア１、２及び３（チャネル１、２及び３）との間のクロストークを最小化するために、コア４（チャネル４）のポンプパルスの波長は、他のコア１、２及び３（又はチャネル１、２及び３）の波長とは異なるものとすることができる。２つの例示的なＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ａ及び１００ｂについて、図２、３Ａ及び３Ｂを参照して以下に詳細に説明する。
【００２２】
図２を参照すると、本開示のある実施形態による、ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ａの構成部品を示す図が示されている。ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ａは、ファイバ１０２、ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構１１４ａ、処理システム１１６、及びファンアウトデバイス２０８を含む。図示されているように、ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構１１４ａは、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００１、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００２、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００３、及び第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００４を備え、これらはそれぞれ、ファンアウトデバイス２０８を介して、ファイバ１０２の第１のコア１０４、第２のコア１０６、第３のコア１０８及び第４のコア１１０に接続される。
【００２３】
第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００１は、周波数ν１のポンプパルス２０４１を、第１の光サーキュレータ２０６１及びファンアウトデバイス２０８を通して第１のコア１０４に入射させる、第１のポンプレーザ２０２１を備える。第１の光サーキュレータ２０６１から出力された、周波数ν１−νＢ１の、第１のコア１０４からのブリルアン後方散乱光２１０１は、第１の光結合器２１２１によって、第１の局部発振器２１６１（例えば、レーザ２１６１）が生成した固定周波数ν１Ｌ≒ν１−νＢ１の連続波光２１４１と混合される。第１の光結合器２１２１からの混合光信号２１８１は、第１の光コヒーレントレシーバ２２０１によって検出される。その後、第１の光コヒーレントレシーバ２２０１からの電気出力２２２１が第１の電気信号プロセッサ２２４１によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００２４】
第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００２は、周波数ν２のポンプパルス２０４２を、第２の光サーキュレータ２０６２及びファンアウトデバイス２０８を通して第２のコア１０６に入射させる、第２のポンプレーザ２０２２を備える。第２の光サーキュレータ２０６２から出力された、周波数ν２−νＢ２の、第２のコア１０６からのブリルアン後方散乱光２１０２は、第２の光結合器２１２２によって、第２の局部発振器２１６２（例えば、レーザ２１６２）が生成した固定周波数ν２Ｌ≒ν２−νＢ２の連続波光２１４２と混合される。第２の光結合器２１２２からの混合光信号２１８２は、第２の光コヒーレントレシーバ２２０２によって検出される。その後、第２の光コヒーレントレシーバ２２０２からの電気出力２２２２が第２の電気信号プロセッサ２２４２によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００２５】
第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００３は、周波数ν３のポンプパルス２０４３を、第３の光サーキュレータ２０６３及びファンアウトデバイス２０８を通して第３のコア１０８に入射させる、第３のポンプレーザ２０２３を備える。第３の光サーキュレータ２０６３から出力された、周波数ν３−νＢ３の、第３のコア１０８からのブリルアン後方散乱光２１０３は、第３の光結合器２１２３によって、第３の局部発振器２１６３（例えば、レーザ２１６３）が生成した固定周波数ν３Ｌ≒ν３−νＢ３の連続波光２１４３と混合される。第３の光結合器２１２３からの混合光信号２１８３は、第３の光コヒーレントレシーバ２２０３によって検出される。その後、第３の光コヒーレントレシーバ２２０３からの電気出力２２２３が第３の電気信号プロセッサ２２４３によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００２６】
第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構２００４は、周波数ν４のポンプパルス２０４４を、第４の光サーキュレータ２０６４及びファンアウトデバイス２０８を通して第４のコア１１０に入射させる、第４のポンプレーザ２０２４を備える。第４の光サーキュレータ２０６４から出力された、周波数ν４−νＢ４の、第４のコア１１０からのブリルアン後方散乱光２１０４は、第４の光結合器２１２４によって、第４の局部発振器２１６４（例えば、レーザ２１６４）が生成した固定周波数ν４Ｌ≒ν４−νＢ４の連続波光２１４４と混合される。第４の光結合器２１２４からの混合光信号２１８４は、第４の光コヒーレントレシーバ２２０４によって検出される。その後、第４の光コヒーレントレシーバ２２０４からの電気出力２２２４が第４の電気信号プロセッサ２２４４によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００２７】
図３Ａ〜３Ｂを参照すると、本開示のある実施形態による、ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｂの構成部品を示す図が示されている。ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｂは、ファイバ１０２、ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構１１４ｂ、処理システム１１６、及びファンアウトデバイス２０８を含む。図示されているように、ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構１１４ｂは、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００１、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００２、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００３、及び第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００４を備え、これらはそれぞれ、ファンアウトデバイス２０８を介して、ファイバ１０２の第１のコア１０４、第２のコア１０６、第３のコア１０８及び第４のコア１１０に接続される。
【００２８】
第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００１は、周波数ν１Ｌの連続波光３０４１を、この連続波光３０４１を２つの部分３０４１ａ及び３０４１ｂに分割する第１の光結合器３０６１に入射させる、第１のレーザ３０２１を備える。第１の光強度変調器３０８１は、連続波光３０４１の一方の部分３０４１ａを、周波数ν１のポンプパルス３１０１に変換し、これは第１の光サーキュレータ３１２１及びファンアウトデバイス２０８によって、第１のコア１０４に導入される。第１の周波数シフタ３１６１は、連続波光３０４１のもう一方の部分３０４１ｂの周波数ν１Ｌを、固定周波数ν１Ｌ≒ν１−νＢ１へとシフトさせる。周波数ν１−νＢ１の、第１のコア１０４からのブリルアン後方散乱光３１８１は、第１の光結合器３２０１によって、第１の周波数シフタ３１６１が提供する固定周波数ν１Ｌ≒ν１−νＢ１のシフト済み連続波光３１５１と混合される。第１の光結合器３２０１からの混合光信号３２２１は、第１の光コヒーレントレシーバ３２４１によって検出される。第１の光コヒーレントレシーバ３２４１からの電気出力３２６１は、第１の電気信号プロセッサ３２８１によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００２９】
第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００２は、周波数ν２Ｌの連続波光３０４２を、この連続波光３０４２を２つの部分３０４２ａ及び３０４２ｂに分割する第２の光結合器３０６２に入射させる、第２のレーザ３０２２を備える。第２の光強度変調器３０８２は、連続波光３０４２の一方の部分３０４２ａを、周波数ν２のポンプパルス３１０２に変換し、これは第２の光サーキュレータ３１２２及びファンアウトデバイス２０８によって、第２のコア１０６に導入される。第２の周波数シフタ３１６２は、連続波光３０４２のもう一方の部分３０４２ｂの周波数ν２Ｌを、固定周波数ν２Ｌ≒ν２−νＢ２へとシフトさせる。周波数ν２−νＢ２の、第２のコア１０６からのブリルアン後方散乱光３１８２は、第２の光結合器３２０２によって、第２の周波数シフタ３１６２が提供する固定周波数ν２Ｌ≒ν２−νＢ２のシフト済み連続波光３１５２と混合される。第２の光結合器３２０２からの混合光信号３２２２は、第２の光コヒーレントレシーバ３２４２によって検出される。第２の光コヒーレントレシーバ３２４２からの電気出力３２６２は、第２の電気信号プロセッサ３２８２によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３０】
第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００３は、周波数ν３Ｌの連続波光３０４３を、この連続波光３０４３を２つの部分３０４３ａ及び３０４３ｂに分割する第３の光結合器３０６３に入射させる、第３のレーザ３０２３を備える。第３の光強度変調器３０８３は、連続波光３０４３の一方の部分３０４３ａを、周波数ν３のポンプパルス３１０３に変換し、これは第３の光サーキュレータ３１２３及びファンアウトデバイス２０８によって、第３のコア１０８に導入される。第３の周波数シフタ３１６３は、連続波光３０４３のもう一方の部分３０４３ｂの周波数ν３Ｌを、固定周波数ν３Ｌ≒ν３−νＢ３へとシフトさせる。周波数ν３−νＢ３の、第３のコア１０８からのブリルアン後方散乱光３１８３は、第３の光結合器３２０３によって、第３の周波数シフタ３１６３が提供する固定周波数ν３Ｌ≒ν３−νＢ３のシフト済み連続波光３１５３と混合される。第３の光結合器３２０３からの混合光信号３２２３は、第３の光コヒーレントレシーバ３２４３によって検出される。第３の光コヒーレントレシーバ３２４３からの電気出力３２６３は、第３の電気信号プロセッサ３２８３によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３１】
第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構３００４は、周波数ν４Ｌの連続波光３０４４を、この連続波光３０４４を２つの部分３０４４ａ及び３０４４ｂに分割する第４の光結合器３０６４に入射させる、第４のレーザ３０２４を備える。第４の光強度変調器３０８４は、連続波光３０４４の一方の部分３０４４ａを、周波数ν４のポンプパルス３１０４に変換し、これは第４の光サーキュレータ３１２４及びファンアウトデバイス２０８によって、第４のコア１１０に導入される。第４の周波数シフタ３１６４は、連続波光３０４４のもう一方の部分３０４４ｂの周波数ν４Ｌを、固定周波数ν４Ｌ≒ν４−νＢ４へとシフトさせる。周波数ν４−νＢ４の、第４のコア１１０からのブリルアン後方散乱光３１８４は、第４の光結合器３２０４によって、第４の周波数シフタ３１６４が提供する固定周波数ν４Ｌ≒ν４−νＢ４のシフト済み連続波光３１５４と混合される。第４の光結合器３２０４からの混合光信号３２２４は、第４の光コヒーレントレシーバ３２４４によって検出される。第４の光コヒーレントレシーバ３２４４からの電気出力３２６４は、第４の電気信号プロセッサ３２８４によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３２】
再び図１Ｃを参照すると、ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００は２つのチャネルを有し、チャネル１はコア１及び２からなり、チャネル２はコア３及び４からなる。ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００はＢＯＴＤＡに基づくものであり、各チャネル１（又は２）に対するポンプ光及びプローブ光は、ファイバ１０２の一方の端部において、第１のファンアウトデバイス４１０を通してコア１及び２（又はコア３及び４）に入射し、その一方で、ファイバ１０２のもう一方の端部では、コア１及び２（又はコア３及び４）は、別のファンアウトデバイス４１４を通って、一体となってループを形成する。コア１及び２の曲げ誘発型歪みはチャネル１によって測定され、コア３及び４の曲げ誘発型歪みはチャネル２によって測定され、その一方でファイバ温度は、チャネル２によって監視されるコア４によって測定される。チャネル１とチャネル２との間のクロストークを最小化するために、チャネル１のポンプ光及びプローブ光の波長は、チャネル２のポンプ光及びプローブ光の波長と異なるものとしてよい。２つの例示的なＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｃ及び１００ｄについて、図４〜５を参照して以下に詳細に説明する。
【００３３】
図４を参照すると、本開示のある実施形態による、ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｃの構成部品を示す図が示されている。ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｃは、ファイバ１０２、ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構１１４ｃ、処理システム１１６、第１のファンアウトデバイス４１０、及び第２のファンアウトデバイス４１４を含む。図示されているように、ブリルアン後方散乱感知機構１１４ｃは、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構４００１、及び第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構４００２を備える。第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構４００１は、第１のファンアウトデバイス４１０を介して、第１のコア１０４及び第２のコア１０６それぞれの第１の端部に接続される。第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構４００２は、第１のファンアウトデバイス４１０を介して、第３のコア１０８及び第４のコア１１０それぞれの第１の端部に接続される。第２のファンアウトデバイス４１４は、第１のコア１０４のもう一方の端部と第２のコア１０６のもう一方の端部とを接続し、また第３のコア１０８のもう一方の端部と第４のコア１１０のもう一方の端部とを接続する。
【００３４】
第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構４００１は、第１のポンプレーザ４０２１及び第１のプローブレーザ４０４１を備える。第１のポンプレーザ４０２１は、周波数ν１のポンプパルス４０６１を、第１の光サーキュレータ４０８１及び第１のファンアウトデバイス４１０を通して第１のコア１０４に入射させる。第１のプローブレーザ４０４１は、周波数ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２）の連続波光４１２１を、第１のファンアウトデバイス４１０を通して第２のコア１０６に入射させる。プローブ信号４１６１は、第１の光サーキュレータ４０８１に連結された第１の光検出器４１８１によって検出される。第１の光検出器４１８１が出力した電気信号４２０１は、第１の電気信号プロセッサ４２２１によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、（第１のコア１０４に関連付けられた）第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１及び（第２のコア１０６に関連付けられた）第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、（第１のコア１０４に関連付けられた）第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び（第２のコア１０６に関連付けられた）第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３５】
第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構４００２は、第２のポンプレーザ４０２２及び第２のプローブレーザ４０４２を備える。第２のポンプレーザ４０２２は、周波数（ν２）のポンプパルス４０６２を、第２の光サーキュレータ４０８２及び第１のファンアウトデバイス４１０を通して第３のコア１０８に入射させる。第２のプローブレーザ４０４２は、周波数ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４）の連続波光４１２２を、第１のファンアウトデバイス４１０を通して第４のコア１１０に入射させる。プローブ信号４１６２は、第２の光サーキュレータ４０８２に連結された第２の光検出器４１８２によって検出される。第２の光検出器４１８２が出力した電気信号４２０２は、第２の電気信号プロセッサ４２２２によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、（第３のコア１０８に関連付けられた）第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び（第４のコア１１０に関連付けられた）第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、（第３のコア１０８に関連付けられた）第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び（第４のコア１１０に関連付けられた）第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３６】
図５を参照すると、本開示のある実施形態による、ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｄの構成部品を示す図が示されている。ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００ｄは、ファイバ１０２、ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構１１４ｄ、処理システム１１６、第１のファンアウトデバイス４１０、及び第２のファンアウトデバイス４１４を含む。図示されているように、ブリルアン後方散乱感知機構１１４ｄは、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構５００１、及び第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構５００２を備える。第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構５００１は、第１のファンアウトデバイス４１０を介して、第１のコア１０４及び第２のコア１０６それぞれの第１の端部に接続される。第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構５００２は、第１のファンアウトデバイス４１０を介して、第３のコア１０８及び第４のコア１１０それぞれの第１の端部に接続される。第２のファンアウトデバイス４１４は、第１のコア１０４のもう一方の端部と第２のコア１０６のもう一方の端部とを接続し、また第３のコア１０８のもう一方の端部と第４のコア１１０のもう一方の端部とを接続する。
【００３７】
第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構５００１は、周波数ν１Ｌの連続波光５０４１を、この連続波光５０４１を２つの部分５０８１ａ及び５０８１ｂに分割する第１の光結合器５０６１に入射させる、第１のレーザ５０２１を備える。第１の光変調器５１０１は、連続波光５０４１の一方の部分５０８１ａを、周波数ν１のポンプパルス５１２１に変換し、これは第１の光サーキュレータ５１４１及び第１のファンアウトデバイス４１０によって第１のコア１０４に導入される。第１の周波数シフタ５１８１は、連続波光５０４１のもう一方の部分５０８１ｂの周波数ν１Ｌを、周波数ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２）へとシフトさせ、シフトされた連続波光５１９１は、第１のファンアウトデバイス４１０によって第２のコア１０６に導入される。プローブ信号５２２１は、第１の光サーキュレータ５１４１に連結された第１の光検出器５２４１によって検出される。第１の光検出器５２４１が出力した電気信号５２６１は、第１の電気信号プロセッサ５２８１によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、（第１のコア１０４に関連付けられた）第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１及び（第２のコア１０６に関連付けられた）第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、（第１のコア１０４に関連付けられた）第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び（第２のコア１０６に関連付けられた）第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３８】
第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構５００２は、周波数ν２Ｌの連続波光５０４２を、この連続波光５０４２を２つの部分５０８２ａ及び５０８２ｂに分割する第２の光結合器５０６２に入射させる、第２のレーザ５０２２を備える。第２の光変調器５１０２は、連続波光５０４２の一方の部分５０８２ａを、周波数ν２のポンプパルス５１２２に変換し、これは第２の光サーキュレータ５１４２及び第１のファンアウトデバイス４１０によって第３のコア１０８に導入される。第２の周波数シフタ５１８２は、連続波光５０４２のもう一方の部分５０８２ｂの周波数ν２Ｌを、周波数ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４）へとシフトさせ、シフトされた連続波光５１９２は、第１のファンアウトデバイス４１０によって第４のコア１１０に導入される。プローブ信号５２２２は、第２の光サーキュレータ５１４２に連結された第２の光検出器５２４２によって検出される。第２の光検出器５２４２が出力した電気信号５２６２は、第２の電気信号プロセッサ５２８２によって分析され、これは：（ｉ）ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに得られる、（第３のコア１０８に関連付けられた）第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び（第４のコア１１０に関連付けられた）第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４（図１０のステップ１００２を参照）；又は（ｉｉ）ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに得られる、（第３のコア１０８に関連付けられた）第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び（第４のコア１１０に関連付けられた）第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４（図１０のステップ１００４を参照）を出力する。
【００３９】
図６は、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄのために使用される４コアシングルモード光ファイバ１０２の断面図を示す（注記：ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ及び１００ｄは、５個（又は６個以上）のブリルアン後方散乱感知機構）を用いて、５（又は６以上）コアシングルモード光ファイバ１０２を使用することもできる）。ファイバ１０２は、クラッド半径ｒｄの円形であり、ファイバ１０２の中心に対する半径ｒを有する円１１２内の３つの異なる位置にある３つのファイバコア１、２、３（コア１０４、１０６及び１０８）と、ファイバ１０２の中心にあるコア４（コア１１０）とを有する。コア１とコア２との間の方位角はφ１２であり、コア１とコア３との間の方位角はφ１３である。４つのコア１、２、３及び４のパラメータ及び屈折率プロファイルは、同一とすることも異なるものとすることもできる。しかしながら、中心コア４と他のコア１、２及び３との間のクロストークを最小化するために、中心コア４は、コア１、２及び３と比較した場合に異なる有効屈折率を有することが好ましい。中心コア４は、このコア４に沿ったＢＦＳ分布を監視することによって、ファイバ１０２に沿った温度を感知するために使用され、他の３つのコア１、２及び３は、各コア１、２、３及び４に沿ったＢＦＳ分布を監視することによって、ファイバ１０２に沿った曲げ半径Ｒ及び曲げ角度βを感知するために使用される（式３〜１４を参照）。
【００４０】
ファイバ距離ｚにおける長さΔｚを有する、ファイバ１０２のあるセグメントについて考えると、このファイバセグメントが屈曲していない場合、４つのコア１、２、３、４は全て同一の長さΔｚを有する。しかしながら、曲げ半径Ｒの曲率がファイバ１０２に導入されると、コア１、２、３及び４は一般に、曲率の中心から異なる距離（又は曲げ半径）を有することになり、これはそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４＝Ｒで表される。図７及び８は、屈曲４コアファイバのジオメトリを示す図である（注記：図８では、センサファイバ１０２は複数のセグメントに分割されており、各セグメントは、各セグメントの屈曲を一定の曲率半径Ｒとして扱うことができる程度に十分に小さい）。図９は、ファイバ１０２が半径Ｒ及び曲げ角度β（即ち回転軸と局所座標系のｘ軸との間の角度）の屈曲を有する場合の、屈曲４コアファイバ１０２の断面図を示す。局所座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は、図７及び９に示すように定義され、ｚ軸はファイバ１０２の中心線に沿っており、ｘ及びｙ軸は、ファイバ１０２の断面の平面内にある。図７に示すように、全てのコアセグメントは同一の曲率角をなしているため、コア１、２及び３はそれぞれ、その曲げ半径に対するコアの長さの比が同一であり、これは以下のように表現できる：
【００４１】
【数３】
2019522206.tif 000005
【００４２】
ここでｄｚ１、ｄｚ２、及びｄｚ３はそれぞれ、屈曲によるコア１、２、３の長さの変化である。コア４はファイバ１０２の中心にあるため、屈曲はコア４の長さを変化させない。従ってファイバ１０２の屈曲は、コア４に歪みの変化を導入しない（即ちΔε４＝０）。
【００４３】
歪みの定義が、元々の屈曲前のファイバの長さに対するファイバの長さの変化の比であることを考えると、コア１、２、３及び４の曲げ誘発型歪みはそれぞれ、Δε１＝ｄｚ１／Δｚ、Δε２＝ｄｚ２／Δｚ、Δε３＝ｄｚ３／Δｚ、Δε４＝０である。上述のように、コア４はファイバ１０２の中心線にあるため、ファイバの屈曲はコア４内においていずれの歪みも生成しない。この場合、式（３）を以下のように書き換えることができる：
【００４４】
【数４】
2019522206.tif 000006
【００４５】
図９に関する半径Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、曲げ半径Ｒ及び曲げ角度βによって、以下の様に表現できる：
【００４６】
【数５ａ】
2019522206.tif 000007
【００４７】
【数５ｂ】
2019522206.tif 000008
【００４８】
【数５ｃ】
2019522206.tif 000009
【００４９】
式（５ａ）、（５ｂ）及び（５ｃ）はそれぞれ、以下のように書き換えることができる：
【００５０】
【数６ａ】
2019522206.tif 000010
【００５１】
【数６ｂ】
2019522206.tif 000011
【００５２】
【数６ｃ】
2019522206.tif 000012
【００５３】
ｒはコア１、２及び３からファイバ１０２の中心までの半径であることを想起されたい。注記：センサファイバ１０２は複数のセグメントに分割されており、各セグメントは、各セグメントに関する温度及び歪みを一定の温度及び歪みとして扱うことができる程度に十分に小さい。
【００５４】
式（６ａ）を式（６ｂ）及び式（６ｃ）に代入すると、次のようになる：
【００５５】
【数７ａ】
2019522206.tif 000013
【００５６】
【数７ｂ】
2019522206.tif 000014
【００５７】
次に式（４）を式（７ａ）及び式（７ｂ）に代入すると、曲げ角度βに関する以下のような解が得られる：
【００５８】
【数８】
2019522206.tif 000015
【００５９】
式（８）は、曲げ角度βが、コア３とコア１との間の歪みの差（Δε３−Δε１）、コア３とコア２との間の歪みの差（Δε３−Δε２）、及びコア３とコア２との間の歪みの差（Δε３−Δε２）のみに左右されることを示している。
【００６０】
式（４）及び（５）から、曲げ半径Ｒは、以下の操作のうちのいずれの１つによって算出できる：
【００６１】
【数９ａ】
2019522206.tif 000016
【００６２】
【数９ｂ】
2019522206.tif 000017
【００６３】
【数９ｃ】
2019522206.tif 000018
【００６４】
一般に、上述の式（９ａ）、（９ｂ）及び（９ｃ）はそれぞれ、曲げ半径Ｒに関する同一の解を与える。これらの場合に関して、上述の式のうちの１つにおける歪みが０である場合、他の２つの式を用いて曲げ半径Ｒを計算するものとする。例えばβ＝０又は１８０°である場合、Ｒ１はＲに等しくなる。従ってコア１には曲げ歪みは導入されない。この場合、曲げ半径Ｒは式（９ｂ）又は式（９ｃ）によって算出できる。同一のスキームを、Ｒ２＝Ｒ（β＋φ１２＝０又は１８０°）、又はＲ３＝Ｒ（β−φ１３＝０又は１８０°）である場合に関して導入でき、曲げ半径Ｒをそれぞれ式（９ａ）若しくは（９ｃ）、又は式（９ａ）若しくは（９ｂ）を用いて算出できる。従って、コア１、２、３の曲げ誘発型歪みΔε１、Δε２、及びΔε３をあるファイバ位置で測定した場合、このファイバ位置における曲げ半径Ｒ及び曲げ角度βは、それぞれ式（９ａ−ｃ）及び式（８）を用いて算出できる。
【００６５】
上述のように、シングルモード光ファイバ１０２では、ＢＦＳ（νＢ）は、ファイバ１０２が受ける熱膨張及び曲げの結果として、温度及び歪みに依存し（式（２）を参照）、従ってＢＦＳ（νＢ）は温度及び歪みと共に変化する。よってコア１、２、３の曲げ誘発型歪みΔε１、Δε２、及びΔε３は、ファイバ１０２の曲げによって引き起こされるＢＦＳΔνＢ１、ΔνＢ２及びΔνＢ３の変化と、コア１、２及び３の温度による変化とを測定することによって測定できる。中心コア４は、温度のみによるＢＦＳΔνＢ４の変化を測定するために導入される。従って、曲げによって導入された歪みの変動（Δε）及び温度変動（ΔＴ）による、ＢＦＳΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３及びΔνＢ４の変化は、それぞれ以下のように記述できる：
【００６６】
【数１０】
2019522206.tif 000019
【００６７】
【数１１】
2019522206.tif 000020
【００６８】
【数１２】
2019522206.tif 000021
【００６９】
【数１３】
2019522206.tif 000022
【００７０】
ここでＫε１，２，３，４及びＫＴ１，２，３，４はそれぞれ、ファイバコア１、２、３及び４の歪み及び温度係数である（注記：ＫＴは、温度の変動によって引き起こされるＢＦＳの変化を記述し、その単位はＭＨｚ／℃であるが、Ｋεは、歪みの変動によって引き起こされるＢＦＳの変化を記述し、その単位はＭＨｚ／μεであり、μεは歪みの測定値の単位であり、１マイクロ歪みは、百万分の１部の変形をもたらす歪みに等しい）。式（１３）に示すように、ファイバコア４の直径がファイバ１０２の直径よりはるかに小さいことを考慮し、またコア４がファイバ１０２の中心線にあることを考慮すると、ファイバの屈曲は、コア４内にいずれの歪みΔε４も導入しない。従って、曲げられたファイバ１０２に沿った温度分布ΔＴは、ファイバ１０２に沿ったコア４のＢＦＳ分布ΔνＢ４を監視することによって測定できる。
【００７１】
更に、コア１、２及び３の曲げ誘発型歪みΔε１、Δε２及びΔε３は、コア１、２、３及び４のＢＦＳΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、及びΔνＢ４の変化を測定することにより、以下のように算出できる：
【００７２】
【数１４】
2019522206.tif 000023
【００７３】
【数１５】
2019522206.tif 000024
【００７４】
【数１６】
2019522206.tif 000025
【００７５】
最後に、ファイバ１０２のある位置における曲げ角度β及び曲げ半径Ｒは、式（８）及び（９）を用いて算出でき、光ファイバに沿った曲げ角度の分布Δβ及び曲げ半径の分布ΔＲは、ＯＴＤＲ技法を利用して取得できる。曲げ角度Δβは、ファイバ１０２に沿ったねじれ又は屈曲方向を表し、曲げ半径ΔＲは、ファイバ１０２に沿った曲げ半径を表すことを理解されたい。
【００７６】
図１０を参照すると、本開示のある実施形態による、配備済みの４コアファイバ１０２に沿った温度分布（ΔＴ）、曲げ角度β及び曲げ半径Ｒを測定するための、ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄの例示的な使用方法１０００を示すフローチャートが示されている。ステップ１００２を始点とし、ここでは、ファイバ１０２の配備前の、ファイバ１０２に曲げが印加されていないときに、処理システム１１６が動作して、ブリルアン後方散乱感知機構１１４、１１４’、１１４’’、１１４ａ、１１４ｄ、１１４ｃ及び１１４ｄから以下を取得する：第１のコア１０４（コア１）に沿った第１のＢＦＳベースライン測定値（νＢ１）；第２のコア１０６（コア２）に沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）；第３のコア１０８（コア３）に沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）；及び第４のコア１１０（コア４）に沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）。
【００７７】
ステップ１００４では、ファイバ１０２の配備後の、ファイバ１０２に曲げが印加されているときに、処理システム１１６が動作して、ブリルアン後方散乱感知機構１１４、１１４’、１１４’’、１１４ａ、１１４ｄ、１１４ｃ及び１１４ｄから以下を取得する：第１のコア１０４（コア１）に沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）；第２のコア１０６（コア２）に沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）；第３のコア１０８（コア３）に沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）；及び第４のコア１１０（コア４）に沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）。
【００７８】
ステップ１００６では、処理システム１１６は、それぞれ第１のコア１０４（コア１）、第２のコア１０６（コア２）、第３のコア１０８（コア３）及び第４のコア１１０（コア４）に沿った、第１のＢＦＳ分布ΔνＢ１の変化、第２のＢＦＳ分布ΔνＢ２の変化、第３のＢＦＳ分布ΔνＢ３の変化、及び第４のＢＦＳ分布ΔνＢ４の変化を算出する。例えば処理システム１１６は、以下の式：ΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１；ΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１；ΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１；及びΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１を用いて、第１のＢＦＳ分布ΔνＢ１の変化、第２のＢＦＳ分布ΔνＢ２の変化、第３のＢＦＳ分布ΔνＢ３の変化、及び第４のＢＦＳ分布ΔνＢ４の変化を算出できる。
【００７９】
ステップ１００８では、処理システム１１６は、配備済みのファイバ１０２に沿った温度分布（ΔＴ）を算出する。例えば処理システム１１６は、以下のような式（１３）：
ΔνＢ４＝Ｋε４Δε４＋ＫＴ４＋ΔＴ＝ＫＴ４＋ΔＴ
を用いて、配備済みのファイバ１０２に沿った温度分布（ΔＴ）を算出でき、ここでＫＴ４は、第４のコア１１０（コア４）の温度係数である。ファイバ１０２に印加される曲げが第４のコア１１０（コア４）の長さ（ｚ）の変化を引き起こさないため、第４のコア１１０（コア４）に関連付けられた第４の曲げ誘発型歪み分布（Δε４）は存在しないことを想起されたい。
【００８０】
ステップ１０１０では、処理システム１１６は、それぞれ第１のコア１０４（コア１）、第２のコア１０６（コア２）、及び第３のコア１０８（コア３）に沿った、第１の曲げ誘発型歪み分布Δε１、第２の曲げ誘発型歪み分布Δε２及び第３の曲げ誘発型歪み分布Δε３を算出する。例えば処理システム１１６は、第１の曲げ誘発型歪み分布Δε１、第２の曲げ誘発型歪み分布Δε２及び第３の曲げ誘発型歪み分布Δε３を、以下の式（１４〜１６）：
【００８１】
【数１７】
2019522206.tif 000026
【００８２】
【数１８】
2019522206.tif 000027
【００８３】
及び
【００８４】
【数１９】
2019522206.tif 000028
【００８５】
を用いて算出でき、ここでＫε１，２，３及びＫＴ１，２，３，４はそれぞれ、第１のコア１０４（コア１）、第２のコア１０６（コア２）、第３のコア１０８（コア３）及び第４のコア１１０（コア４）の歪み係数及び温度係数である。
【００８６】
ステップ１０１２では、処理システム１１６は、配備済みのファイバ１０２に沿った曲げ角度βを算出する。例えば上記処理システムは更に、以下の式（８）：
【００８７】
【数２０】
2019522206.tif 000029
【００８８】
によって、配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出するよう構成され、ここでφ１２は、第１のコア１０４と第２のコア１０６との間の方位角であり、φ１３は、第１のコア１０４と第３のコア１０８との間の方位角である。
【００８９】
ステップ１０１４では、処理システム１１６は、配備済みのファイバ１０２に沿った曲げ半径Ｒを算出する。例えば上記処理システムは、以下の式（９ａ）、（９ｂ）、及び（９ｃ）：
【００９０】
【数２１】
2019522206.tif 000030
【００９１】
【数２２】
2019522206.tif 000031
【００９２】
又は
【００９３】
【数２３】
2019522206.tif 000032
【００９４】
によって、配備済みのファイバ１０２に沿った曲げ角度Ｒを算出するよう構成でき、ここでφ１２は、第１のコア１０４（コア１）と第２のコア１０６（コア２）との間の方位角であり、φ１３は、第１のコア１０４（コア１）と第３のコア１０８（コア３）との間の方位角であり、ｒは、ファイバ１０２の中心に対する円形経路１１２に沿った半径であり、第１のコア１０４（コア１）、第２のコア１０６（コア２）及び第３のコア１０８（コア３）は、ファイバ１０２内の円形経路１１２に沿った３つの異なる位置にある。ステップ１０１４の終了時、方法１０００はステップ１００４に戻る。注記：処理システム１１６は、プロセッサと、プロセッサが実行可能な命令を記憶したメモリとを含んでよく、プロセッサはメモリと対話して上記プロセッサが実行可能な命令を実行し、ステップ１００２、１００４、１００６、１００８、１０１０、１０１２及び１０１４を実装する。
【００９５】
以上に鑑みて、当業者は、本開示が、長い感知距離（例えば数十キロメートル）を有し、歪みの影響と温度の影響とを区別できる、完全分布型屈曲ファイバセンサを開示していることを容易に理解するだろう。この完全分布型屈曲ファイバセンサでは、４コアファイバが、曲げ及び温度の同時測定を可能とする感知用媒体として使用され、ブリルアン後方散乱効果が感知機構として使用される。曲げ及び温度の分布型感知は、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）又はブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）のいずれの技法を用いて実現される。本開示の完全分布型屈曲ファイバセンサは、ファイバブラッグ格子（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）をベースとした屈曲ファイバセンサと比べた場合に、コストが低く、感知距離がはるかに長い（例えば１０倍長い）。更に本開示の完全分布型屈曲ファイバセンサは、周波数領域反射率測定を用いる、レイリー散乱をベースとした屈曲ファイバセンサと比べた場合に、感知距離がはるかに長い（例えば２倍長い）。
【００９６】
本開示の様々な実施形態は、当該特定の実施形態に関連して記載されている特定の特徴、要素又はステップを伴い得ることが理解されるだろう。また、ある特定の特徴、要素又はステップは、ある特定の実施形態に関連して記載されていても、例示されていない組み合わせ又は順列で、相互交換してよく、又は代替実施形態と組み合わせてよいことが理解されるだろう。
【００９７】
また本明細書中で使用される場合、用語「上記（ｔｈｅ）」、「ある（ａ又はａｎ）」は「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」を意味し、そうでないことが明示されていない限り、「唯一の（ｏｎｌｙ  ｏｎｅ）」に限定されてはならないことも理解されたい。従って例えば「ある開口（ａｎ  ｏｐｅｎｉｎｇ）」に関する言及は、文脈によってそうでないことが明示されていない限り、２つ以上のこのような「開口」を有する例を含む。
【００９８】
本明細書において、範囲は、「約（ａｂｏｕｔ）」ある特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現されている場合、その例は、上記ある特定の値から、及び／又は上記別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を用いることにより、値が概数として表現されている場合、上記特定の値は別の態様を形成することが理解されるだろう。更に、各範囲の端点は、他方の端点との関連でも、他方の端点とは独立しても、重要であることが理解されるだろう。
【００９９】
本明細書中で表現される全ての数値は、そうでないことがはっきりと指示されていない限り、そのように述べたかどうかにかかわらず、「約」を含むものとして解釈される。しかしながら、記載されている各数値は、「約」当該値として表されているかにかかわらず、正確なものとして考慮されることが、更に理解される。従って、「１０ｍｍ未満の寸法（ａ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ  １０  ｍｍ）」及び「約１０ｍｍ未満の寸法（ａ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ  ａｂｏｕｔ  １０  ｍｍ）」は両方とも、「約１０ｍｍ未満の寸法」及び「１０ｍｍ未満の寸法」の実施形態を含む。
【０１００】
そうでないことが言明されていない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、そのステップを特定の順序で実施することを必要とするものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又はステップをある特定の順序に限定するべきであることが、特許請求の範囲若しくは説明中で具体的に言明されていない場合、いずれの特定の順序が推定されることは全く意図されていない。
【０１０１】
特定の実施形態の様々な特徴、要素又はステップが、移行句「…を含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を用いて開示される場合があるが、移行句「…からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」又は「…から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」を用いて記載され得るものを含む代替実施形態も含意されていることを理解されたい。従って例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む方法に対して含意されている代替実施形態は、方法がＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態、及び方法がＡ＋Ｂ＋Ｃから本質的になる実施形態を含む。
【０１０２】
本開示の複数の実施形態を、添付の図面に図示し、また上述の「発明を実施するための形態」において説明してきたが、本開示は開示されているこれらの実施形態に限定されず、以下の請求項によって記載及び定義されるような本開示から逸脱することなく、多数の再構成、修正及び置換が可能であることを理解されたい。
【０１０３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０４】
実施形態１
第１のコア、第２のコア、第３のコア及び第４のコアを有するファイバであって、上記第１のコア、上記第２のコア及び上記第３のコアは、上記ファイバ内の円形経路に沿った３つの異なる位置にあり、上記円形経路は、上記ファイバの中心に対する半径（ｒ）を有し、上記第４のコアは上記ファイバの上記中心にある、ファイバ；並びに
上記第１のコア、上記第２のコア、上記第３のコア及び上記第４のコアに連結されたブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１０５】
実施形態２
上記ブリルアン後方散乱感知機構に連結された、処理システムであって：
上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）を取得し；
上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を取得し；
上記第１、第２、第３及び第４のコアそれぞれに沿った第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）を算出し；
配備済みの上記ファイバに沿った温度分布（ΔＴ）を算出し；
上記第１、第２及び第３のコアそれぞれに沿った第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出し；
上記配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出し；
上記配備済みのファイバに沿った曲げ半径Ｒを算出する
よう構成された、処理システムを更に備える、実施形態１に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１０６】
実施形態３
上記処理システムは更に、上記第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）の変化を、以下の式：
ΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１；
ΔνＢ２＝ν’Ｂ２−νＢ２；
ΔνＢ３＝ν’Ｂ３−νＢ３；及び
ΔνＢ４＝ν’Ｂ４−νＢ４
を用いて算出するよう構成される、実施形態２に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１０７】
実施形態４
上記処理システムは更に、上記配備済みのファイバに沿った上記温度分布（ΔＴ）を、以下の式：
ΔνＢ４＝Ｋε４Δε４＋ＫＴ４＋ΔＴ＝ＫＴ４＋ΔＴ
を用いて算出するよう構成され；
ＫＴ４は、上記第４のコアの温度係数であり；
上記ファイバに印加される曲げが上記第４のコアの長さの変化を引き起こさないため、上記第４のコアに関連付けられた上記第４の曲げ誘発型歪み分布（Δε４）は存在しない、実施形態２又は３に記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１０８】
実施形態５
上記処理システムは更に、上記第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を、以下の式：
【０１０９】
【数２４】
2019522206.tif 000033
【０１１０】
【数２５】
2019522206.tif 000034
【０１１１】
及び
【０１１２】
【数２６】
2019522206.tif 000035
【０１１３】
を用いて算出するよう構成され；
Ｋε１，２，３及びＫＴ１，２，３，４はそれぞれ、上記第１のコア、上記第２のコア、上記第３のコア及び上記第４のコアの歪み係数及び温度係数である、実施形態２〜４のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１１４】
実施形態６
上記処理システムは更に、上記配備済みのファイバに沿った上記曲げ角度βを、以下の式：
【０１１５】
【数２７】
2019522206.tif 000036
【０１１６】
を用いて算出するよう構成され；
φ１２は、上記第１のコアと上記第２のコアとの間の方位角であり；
φ１３は、上記第１のコアと上記第３のコアとの間の方位角である、実施形態２〜５のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１１７】
実施形態７
上記処理システムは更に、上記配備済みのファイバに沿った上記曲げ半径Ｒを、以下の式：
【０１１８】
【数２８】
2019522206.tif 000037
【０１１９】
【数２９】
2019522206.tif 000038
【０１２０】
又は
【０１２１】
【数３０】
2019522206.tif 000039
【０１２２】
を用いて算出するよう構成され；
φ１２は、上記第１のコアと上記第２のコアとの間の方位角であり；
φ１３は、上記第１のコアと上記第３のコアとの間の方位角であり；
ｒは、上記ファイバの上記中心に対する上記円形経路に沿った半径であり、上記第１のコア、上記第２のコア及び上記第３のコアは、上記ファイバ内の上記円形経路に沿った３つの異なる位置にある、実施形態２〜６のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１２３】
実施形態８
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１）のポンプパルスを第１の光サーキュレータ及びファンアウトデバイスを通して上記第１のコアに入射させる第１のポンプレーザを備える、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第１の光サーキュレータが出力した、周波数（ν１−νＢ１）の、上記第１のコアからのブリルアン後方散乱光は、第１の光結合器によって、第１の局部発振器が生成した固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）の連続波光と混合され、上記第１の光結合器からの混合光信号は、第１の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第１の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）を出力する、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν２）のポンプパルスを第２の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスを通して上記第２のコアに入射させる第２のポンプレーザを備える、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第２の光サーキュレータが出力した、周波数（ν２−νＢ２）の、上記第２のコアからのブリルアン後方散乱光は、第２の光結合器によって、第２の局部発振器が生成した固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）の連続波光と混合され、上記第２の光結合器からの混合光信号は、第２の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第２の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第２のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ２）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）を出力する、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν３）のポンプパルスを第３の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスを通して上記第３のコアに入射させる第３のポンプレーザを備える、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第３の光サーキュレータが出力した、周波数（ν３−νＢ３）の、上記第３のコアからのブリルアン後方散乱光は、第３の光結合器によって、第３の局部発振器が生成した固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）の連続波光と混合され、上記第３の光結合器からの混合光信号は、第３の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第３の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第３の電気信号プロセッサによって分析され、上記第３の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ３）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）を出力する、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν４）のポンプパルスを第４の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスを通して上記第４のコアに入射させる第４のポンプレーザを備える、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第４の光サーキュレータが出力した、周波数（ν４−νＢ４）の、上記第４のコアからのブリルアン後方散乱光は、第４の光結合器によって、第４の局部発振器が生成した固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）の連続波光と混合され、上記第４の光結合器からの混合光信号は、第４の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第４の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第４の電気信号プロセッサによって分析され、上記第４の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第４のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ４）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を出力する、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
を備える、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１〜７のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１２４】
実施形態９
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第１の光結合器に入射させる第１の光結合器に入射させる第１のレーザを備える、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第１の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν１）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第１の光サーキュレータ及びファンアウトデバイスによって上記第１のコアに導入され、第１の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν１Ｌ）を、固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）へとシフトさせ、上記第１の周波数シフタが提供する、周波数（ν１−νＢ１）の、上記第１のコアからのブリルアン後方散乱光は、第１の光結合器によって、上記第１の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）のシフト済み連続波光と混合され、上記第１の光結合器からの混合光信号は、第１の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第１の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１を出力する、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν２Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第２の光結合器に入射させる第２の光結合器に入射させる第２のレーザを備える、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第２の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν２）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第２の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスによって上記第２のコアに導入され、第２の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν２Ｌ）を、固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）へとシフトさせ、上記第２の周波数シフタが提供する、周波数（ν２−νＢ２）の、上記第２のコアからのブリルアン後方散乱光は、第２の光結合器によって、上記第２の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）のシフト済み連続波光と混合され、上記第２の光結合器からの混合光信号は、第２の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第２の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν３Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第３の光結合器に入射させる第３の光結合器に入射させる第３のレーザを備える、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第３の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν３）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第３の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスによって上記第３のコアに導入され、第３の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν３Ｌ）を、固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）へとシフトさせ、上記第３の周波数シフタが提供する、周波数（ν３−νＢ３）の、上記第３のコアからのブリルアン後方散乱光は、第３の光結合器によって、上記第３の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）のシフト済み連続波光と混合され、上記第３の光結合器からの混合光信号は、第３の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第３の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第３の電気信号プロセッサによって分析され、上記第３の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３を出力する、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν４Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第４の光結合器に入射させる第４の光結合器に入射させる第４のレーザを備える、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第４の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν４）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第４の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスによって上記第４のコアに導入され、第４の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν４Ｌ）を、固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）へとシフトさせ、上記第４の周波数シフタが提供する、周波数（ν４−νＢ４）の、上記第４のコアからのブリルアン後方散乱光は、第４の光結合器によって、上記第４の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）のシフト済み連続波光と混合され、上記第４の光結合器からの混合光信号は、第４の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第４の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第４の電気信号プロセッサによって分析され、上記第４の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１〜７のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１２５】
実施形態１０
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
第１のポンプレーザ及び第１のプローブレーザを備える、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第１のポンプレーザは、周波数（ν１）のポンプパルスを第１の光サーキュレータ及び第１のファンアウトデバイスを通して上記第１のコアに入射させ、上記第１のプローブレーザは、周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２））の連続波光を、上記第１のファンアウトデバイスを通して上記第２のコアに入射させ、第２のファンアウトデバイスは、上記第１のコアと上記第２のコアとを連結し、プローブ信号は、上記第１の光サーキュレータに連結された第１の光検出器によって検出され、上記第１の光検出器が出力した電気信号は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値νＢ１及び第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構；並びに
第２のポンプレーザ及び第２のプローブレーザを備える、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第２のポンプレーザは、周波数（ν２）のポンプパルスを第２の光サーキュレータ及び上記第１のファンアウトデバイスを通して上記第３のコアに入射させ、上記第２のプローブレーザは、周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４））の連続波光を、上記第１のファンアウトデバイスを通して上記第４のコアに入射させ、プローブ信号は、上記第２の光サーキュレータに連結された第２の光検出器によって検出され、上記第２の光検出器が出力した電気信号は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１〜７のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１２６】
実施形態１１
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第１の光結合器に入射させる第１のレーザを備える、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、第１の光変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν１）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第１の光サーキュレータ及び第１のファンアウトデバイスによって上記第１のコアに導入され、第１の周波数シフタは、上記連続波光の他方の上記部分の周波数（ν１Ｌ）を、周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２））にシフトさせ、シフトされた上記連続波光は、上記第１のファンアウトデバイスによって上記第２のコアに導入され、第２のファンアウトデバイスは、上記第１のコアと上記第２のコアとを連結し、プローブ信号は、上記第１の光サーキュレータに連結された第１の光検出器によって検出され、上記第１の光検出器が出力した電気信号は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値νＢ１及び第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構；並びに
周波数（ν２Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第２の光結合器に入射させる第２のレーザを備える、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、第２の光変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν２）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第２の光サーキュレータ及び上記第１のファンアウトデバイスによって上記第３のコアに導入され、第２の周波数シフタは、上記連続波光の他方の上記部分の周波数（ν２Ｌ）を、周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４））にシフトさせ、シフトされた上記連続波光は、上記第１のファンアウトデバイスによって上記第４のコアに導入され、プローブ信号は、上記第２の光サーキュレータに連結された第２の光検出器によって検出され、上記第２の光検出器が出力した電気信号は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１〜７のいずれか１つに記載のブリルアンベース分布型ファイバセンサ。
【０１２７】
実施形態１２
ブリルアンベース分布型ファイバセンサの使用方法であって、
上記ブリルアンベース分布型ファイバセンサは：第１のコア、第２のコア、第３のコア及び第４のコアを備えるファイバであって、上記第１のコア、上記第２のコア及び上記第３のコアは、上記ファイバ内の円形経路に沿った３つの異なる位置にあり、上記円形経路は、上記ファイバの中心に対する半径（ｒ）を有し、上記第４のコアは上記ファイバの上記中心にある、ファイバ；並びに上記第１のコア、上記第２のコア、上記第３のコア及び上記第４のコアに連結されたブリルアン後方散乱感知機構を備える、方法において、
上記方法は：
上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳベースライン測定値（νＢ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳベースライン測定値（νＢ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳベースライン測定値（νＢ４）を取得するステップ；
上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに、上記ブリルアン後方散乱感知機構から、上記第１のコアに沿った第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）、上記第２のコアに沿った第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）、上記第３のコアに沿った第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）、及び上記第４のコアに沿った第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を取得するステップ；
上記第１、第２、第３及び第４のコアそれぞれに沿った第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）を算出するステップ；
配備済みの上記ファイバに沿った温度分布（ΔＴ）を算出するステップ；
上記第１、第２及び第３のコアそれぞれに沿った第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出するステップ；
上記配備済みのファイバに沿った曲げ角度βを算出するステップ；並びに
上記配備済みのファイバに沿った曲げ半径Ｒを算出するステップ
を含む、方法。
【０１２８】
実施形態１３
上記第１、第２、第３及び第４のＢＦＳ分布（ΔνＢ１、ΔνＢ２、ΔνＢ３、ΔνＢ４）の変化を算出する上記ステップは、以下の式：
ΔνＢ１＝ν’Ｂ１−νＢ１；
ΔνＢ２＝ν’Ｂ２−νＢ２；
ΔνＢ３＝ν’Ｂ３−νＢ３；及び
ΔνＢ４＝ν’Ｂ４−νＢ４
を用いることを更に含む、実施形態１２に記載の方法。
【０１２９】
実施形態１４
上記配備済みのファイバに沿った上記温度分布（ΔＴ）を算出する上記ステップは、以下の式：
ΔνＢ４＝Ｋε４Δε４＋ＫＴ４＋ΔＴ＝ＫＴ４＋ΔＴ
を用いることを更に含み；
ＫＴ４は、上記第４のコアの温度係数であり；
上記ファイバに印加される曲げが上記第４のコアの長さの変化を引き起こさないため、上記第４のコアに関連付けられた上記第４の曲げ誘発型歪み分布（Δε４）は存在しない、実施形態１２又は１３に記載の方法。
【０１３０】
実施形態１５
上記第１、第２及び第３の曲げ誘発型歪み分布（Δε１、Δε２、Δε３）を算出する上記ステップは、以下の式：
【０１３１】
【数３１】
2019522206.tif 000040
【０１３２】
【数３２】
2019522206.tif 000041
【０１３３】
及び
【０１３４】
【数３３】
2019522206.tif 000042
【０１３５】
を用いることを更に含み；
Ｋε１，２，３及びＫＴ１，２，３，４はそれぞれ、上記第１のコア、上記第２のコア、上記第３のコア及び上記第４のコアの歪み係数及び温度係数である、実施形態１２〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【０１３６】
実施形態１６
上記配備済みのファイバに沿った上記曲げ角度βを算出する上記ステップは、以下の式：
【０１３７】
【数３４】
2019522206.tif 000043
【０１３８】
を用いることを更に含み；
φ１２は、上記第１のコアと上記第２のコアとの間の方位角であり；
φ１３は、上記第１のコアと上記第３のコアとの間の方位角である、実施形態１２〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【０１３９】
実施形態１７
上記配備済みのファイバに沿った上記曲げ半径Ｒを算出する上記ステップは、以下の式：
【０１４０】
【数３５】
2019522206.tif 000044
【０１４１】
【数３６】
2019522206.tif 000045
【０１４２】
又は
【０１４３】
【数３７】
2019522206.tif 000046
【０１４４】
を用いることを更に含み；
φ１２は、上記第１のコアと上記第２のコアとの間の方位角であり；
φ１３は、上記第１のコアと上記第３のコアとの間の方位角であり；
ｒは、上記ファイバの上記中心に対する上記円形経路に沿った半径であり、上記第１のコア、上記第２のコア及び上記第３のコアは、上記ファイバ内の上記円形経路に沿った３つの異なる位置にある、実施形態１２〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【０１４５】
実施形態１８
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１）のポンプパルスを第１の光サーキュレータ及びファンアウトデバイスを通して上記第１のコアに入射させる第１のポンプレーザを備える、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第１の光サーキュレータが出力した、周波数（ν１−νＢ１）の、上記第１のコアからのブリルアン後方散乱光は、第１の光結合器によって、第１の局部発振器が生成した固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）の連続波光と混合され、上記第１の光結合器からの混合光信号は、第１の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第１の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ１）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ１）を出力する、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν２）のポンプパルスを第２の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスを通して上記第２のコアに入射させる第２のポンプレーザを備える、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第２の光サーキュレータが出力した、周波数（ν２−νＢ２）の、上記第２のコアからのブリルアン後方散乱光は、第２の光結合器によって、第２の局部発振器が生成した固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）の連続波光と混合され、上記第２の光結合器からの混合光信号は、第２の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第２の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第２のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ２）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ２）を出力する、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν３）のポンプパルスを第３の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスを通して上記第３のコアに入射させる第３のポンプレーザを備える、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第３の光サーキュレータが出力した、周波数（ν３−νＢ３）の、上記第３のコアからのブリルアン後方散乱光は、第３の光結合器によって、第３の局部発振器が生成した固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）の連続波光と混合され、上記第３の光結合器からの混合光信号は、第３の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第３の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第３の電気信号プロセッサによって分析され、上記第３の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ３）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ３）を出力する、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν４）のポンプパルスを第４の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスを通して上記第４のコアに入射させる第４のポンプレーザを備える、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第４の光サーキュレータが出力した、周波数（ν４−νＢ４）の、上記第４のコアからのブリルアン後方散乱光は、第４の光結合器によって、第４の局部発振器が生成した固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）の連続波光と混合され、上記第４の光結合器からの混合光信号は、第４の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第４の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第４の電気信号プロセッサによって分析され、上記第４の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第４のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値（νＢ４）；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値（ν’Ｂ４）を出力する、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
を備える、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１４６】
実施形態１９
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第１の光結合器に入射させる第１の光結合器に入射させる第１のレーザを備える、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第１の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν１）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第１の光サーキュレータ及びファンアウトデバイスによって上記第１のコアに導入され、第１の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν１Ｌ）を、固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）へとシフトさせ、上記第１の周波数シフタが提供する、周波数（ν１−νＢ１）の、上記第１のコアからのブリルアン後方散乱光は、第１の光結合器によって、上記第１の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１）のシフト済み連続波光と混合され、上記第１の光結合器からの混合光信号は、第１の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第１の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のＢＦＳベースライン測定値νＢ１；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１を出力する、第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν２Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第２の光結合器に入射させる第２の光結合器に入射させる第２のレーザを備える、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第２の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν２）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第２の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスによって上記第２のコアに導入され、第２の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν２Ｌ）を、固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）へとシフトさせ、上記第２の周波数シフタが提供する、周波数（ν２−νＢ２）の、上記第２のコアからのブリルアン後方散乱光は、第２の光結合器によって、上記第２の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ２）のシフト済み連続波光と混合され、上記第２の光結合器からの混合光信号は、第２の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第２の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν３Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第３の光結合器に入射させる第３の光結合器に入射させる第３のレーザを備える、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第３の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν３）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第３の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスによって上記第３のコアに導入され、第３の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν３Ｌ）を、固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）へとシフトさせ、上記第３の周波数シフタが提供する、周波数（ν３−νＢ３）の、上記第３のコアからのブリルアン後方散乱光は、第３の光結合器によって、上記第３の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν３Ｌ≒ν３−νＢ３）のシフト済み連続波光と混合され、上記第３の光結合器からの混合光信号は、第３の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第３の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第３の電気信号プロセッサによって分析され、上記第３の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３を出力する、第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構；
周波数（ν４Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第４の光結合器に入射させる第４の光結合器に入射させる第４のレーザを備える、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構であって、第４の光強度変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν４）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第４の光サーキュレータ及び上記ファンアウトデバイスによって上記第４のコアに導入され、第４の周波数シフタは、上記連続波光の他方の部分の周波数（ν４Ｌ）を、固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）へとシフトさせ、上記第４の周波数シフタが提供する、周波数（ν４−νＢ４）の、上記第４のコアからのブリルアン後方散乱光は、第４の光結合器によって、上記第４の周波数シフタが提供する、上記固定周波数（ν４Ｌ≒ν４−νＢ４）のシフト済み連続波光と混合され、上記第４の光結合器からの混合光信号は、第４の光コヒーレントレシーバによって検出され、上記第４の光コヒーレントレシーバからの電気出力は、第４の電気信号プロセッサによって分析され、上記第４の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域反射測定法（ＢＯＴＤＲ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１４７】
実施形態２０
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
第１のポンプレーザ及び第１のプローブレーザを備える、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第１のポンプレーザは、周波数（ν１）のポンプパルスを第１の光サーキュレータ及び第１のファンアウトデバイスを通して上記第１のコアに入射させ、上記第１のプローブレーザは、周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２））の連続波光を、上記第１のファンアウトデバイスを通して上記第２のコアに入射させ、第２のファンアウトデバイスは、上記第１のコアと上記第２のコアとを連結し、プローブ信号は、上記第１の光サーキュレータに連結された第１の光検出器によって検出され、上記第１の光検出器が出力した電気信号は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値νＢ１及び第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構；並びに
第２のポンプレーザ及び第２のプローブレーザを備える、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、上記第２のポンプレーザは、周波数（ν２）のポンプパルスを第２の光サーキュレータ及び上記第１のファンアウトデバイスを通して上記第３のコアに入射させ、上記第２のプローブレーザは、周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４））の連続波光を、上記第１のファンアウトデバイスを通して上記第４のコアに入射させ、プローブ信号は、上記第２の光サーキュレータに連結された第２の光検出器によって検出され、上記第２の光検出器が出力した電気信号は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１４８】
実施形態２１
上記ブリルアン後方散乱感知機構は：
周波数（ν１Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第１の光結合器に入射させる第１のレーザを備える、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、第１の光変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν１）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第１の光サーキュレータ及び第１のファンアウトデバイスによって上記第１のコアに導入され、第１の周波数シフタは、上記連続波光の他方の上記部分の周波数（ν１Ｌ）を、周波数（ν１Ｌ≒ν１−νＢ１（又はν１−νＢ２））にシフトさせ、シフトされた上記連続波光は、上記第１のファンアウトデバイスによって上記第２のコアに導入され、第２のファンアウトデバイスは、上記第１のコアと上記第２のコアとを連結し、プローブ信号は、上記第１の光サーキュレータに連結された第１の光検出器によって検出され、上記第１の光検出器が出力した電気信号は、第１の電気信号プロセッサによって分析され、上記第１の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第１のブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）ベースライン測定値νＢ１及び第２のＢＦＳベースライン測定値νＢ２；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第１のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ１及び第２のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ２を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構；並びに
周波数（ν２Ｌ）の連続波光を、上記連続波光を２つの部分に分割する第２の光結合器に入射させる第２のレーザを備える、第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構であって、第２の光変調器は、上記連続波光の一方の上記部分を、周波数（ν２）のポンプパルスに変換し、上記ポンプパルスは、第２の光サーキュレータ及び上記第１のファンアウトデバイスによって上記第３のコアに導入され、第２の周波数シフタは、上記連続波光の他方の上記部分の周波数（ν２Ｌ）を、周波数（ν２Ｌ≒ν２−νＢ３（又はν２−νＢ４））にシフトさせ、シフトされた上記連続波光は、上記第１のファンアウトデバイスによって上記第４のコアに導入され、プローブ信号は、上記第２の光サーキュレータに連結された第２の光検出器によって検出され、上記第２の光検出器が出力した電気信号は、第２の電気信号プロセッサによって分析され、上記第２の電気信号プロセッサは：（ｉ）上記ファイバの配備前の、上記ファイバに曲げが印加されていないときに得られる、第３のＢＦＳベースライン測定値νＢ３及び第４のＢＦＳベースライン測定値νＢ４；又は（ｉｉ）上記ファイバの配備後の、上記ファイバに曲げが印加されているときに得られる、第３のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ３及び第４のＢＦＳ曲げ測定値ν’Ｂ４を出力する、第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
を備える、ブリルアン光時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）ブリルアン後方散乱感知機構である、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【符号の説明】
【０１４９】
１００      ブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ
１００ａ    ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ
１００ｂ    ＢＯＴＤＲブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ
１００ｃ    ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ
１００ｄ    ＢＯＴＤＡブリルアンベース分布型屈曲ファイバセンサ
１０２      ファイバ、センサファイバ、４コアファイバ
１０４      第１のコア、コア１
１０６      第２のコア、コア２
１０８      第３のコア、コア３
１１０      第４のコア、コア４
１１２      円形経路、円
１１４      ブルリアン後方散乱感知機構
１１４’    ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
１１４’’  ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
１１４ａ    ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
１１４ｂ    ＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
１１４ｃ    ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
１１４ｄ    ＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
１１６      処理システム
２００１    第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
２００２    第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
２００３    第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
２００４    第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
２０２１    第１の励起レーザ
２０２２    第２の励起レーザ
２０２３    第３の励起レーザ
２０２４    第４の励起レーザ
２０４１    励起パルス
２０４２    励起パルス
２０４３    励起パルス
２０４４    励起パルス
２０６１    第１の光サーキュレータ
２０６２    第２の光サーキュレータ
２０６３    第３の光サーキュレータ
２０６４    第４の光サーキュレータ
２０８      ファンアウトデバイス
２１０１    ブリルアン後方散乱光
２１０２    ブリルアン後方散乱光
２１０３    ブリルアン後方散乱光
２１０４    ブリルアン後方散乱光
２１２１    第１の光結合器
２１２２    第２の光結合器
２１２３    第３の光結合器
２１２４    第４の光結合器
２１４１    連続波光
２１４２    連続波光
２１４３    連続波光
２１４４    連続波光
２１６１    第１の局部発振器、レーザ
２１６２    第２の局部発振器、レーザ
２１６３    第３の局部発振器、レーザ
２１６４    第４の局部発振器、レーザ
２１８１    混合光信号
２１８２    混合光信号
２１８３    混合光信号
２１８４    混合光信号
２２０１    第１の光コヒーレントレシーバ
２２０２    第２の光コヒーレントレシーバ
２２０３    第３の光コヒーレントレシーバ
２２０４    第４の光コヒーレントレシーバ
２２２１    電気出力
２２２２    電気出力
２２２３    電気出力
２２２４    電気出力
２２４１    第１の電気信号プロセッサ
２２４２    第２の電気信号プロセッサ
２２４３    第３の電気信号プロセッサ
２２４４    第４の電気信号プロセッサ
３００１    第１のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
３００２    第２のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
３００３    第３のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
３００４    第４のＢＯＴＤＲブリルアン後方散乱感知機構
３０２１    第１のレーザ
３０２２    第２のレーザ
３０２３    第３のレーザ
３０２４    第４のレーザ
３０４１    連続波光
３０４１ａ  連続波光３０４１の一方の部分
３０４１ｂ  連続波光３０４１のもう一方の部分
３０４２    連続波光
３０４２ａ  連続波光３０４２の一方の部分
３０４２ｂ  連続波光３０４２のもう一方の部分
３０４３    連続波光
３０４３ａ  連続波光３０４３の一方の部分
３０４３ｂ  連続波光３０４３のもう一方の部分
３０４４    連続波光
３０４４ａ  連続波光３０４４の一方の部分
３０４４ｂ  連続波光３０４４のもう一方の部分
３０６１    第１の光結合器
３０６２    第２の光結合器
３０６３    第３の光結合器
３０６４    第４の光結合器
３０８１    第１の光強度変調器
３０８２    第２の光強度変調器
３０８３    第３の光強度変調器
３０８４    第４の光強度変調器
３１０１    励起パルス
３１０２    励起パルス
３１０３    励起パルス
３１０４    励起パルス
３１２１    第１の光サーキュレータ
３１２２    第２の光サーキュレータ
３１２３    第３の光サーキュレータ
３１２４    第４の光サーキュレータ
３１５１    シフト済み連続波光
３１５２    シフト済み連続波光
３１５３    シフト済み連続波光
３１５４    シフト済み連続波光
３１６１    第１の周波数シフタ
３１６２    第２の周波数シフタ
３１６３    第３の周波数シフタ
３１６４    第４の周波数シフタ
３２０１    第１の光結合器
３２０２    第２の光結合器
３２０３    第３の光結合器
３２０４    第４の光結合器
３２２１    混合光信号
３２２２    混合光信号
３２２３    混合光信号
３２２４    混合光信号
３２４１    第１の光コヒーレントレシーバ
３２４２    第２の光コヒーレントレシーバ
３２４３    第３の光コヒーレントレシーバ
３２４４    第４の光コヒーレントレシーバ
３２６１    電気出力
３２６２    電気出力
３２６３    電気出力
３２６４    電気出力
３２８１    第１の電気信号プロセッサ
３２８２    第２の電気信号プロセッサ
３２８３    第３の電気信号プロセッサ
３２８４    第４の電気信号プロセッサ
４００１    第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
４００２    第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
４０２１    第１の励起レーザ
４０２２    第２の励起レーザ
４０４１    第１のプローブレーザ
４０４２    第２のプローブレーザ
４０８１    第１の光サーキュレータ
４０８２    第２の光サーキュレータ
４１０      第１のファンアウトデバイス
４１２１    連続波光
４１２２    連続波光
４１４      第２のファンアウトデバイス、別のファンアウトデバイス
４１６１    プローブ信号
４１６２    プローブ信号
４１８１    第１の光検出器
４１８２    第２の光検出器
４２０１    電気信号
４２０２    電気信号
４２２１    第１の電気信号プロセッサ
４２２２    第２の電気信号プロセッサ
５００１    第１のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
５００２    第２のＢＯＴＤＡブリルアン後方散乱感知機構
５０２１    第１のレーザ
５０２２    第２のレーザ
５０４１    連続波光
５０４２    連続波光
５０６１    第１の光結合器
５０６２    第２の光結合器
５０８１ａ  連続波光５０４１の一方の部分
５０８１ｂ  連続波光５０４１のもう一方の部分
５０８２ａ  連続波光５０４２の一方の部分
５０８２ｂ  連続波光５０４２のもう一方の部分
５１０１    第１の光変調器
５１０２    第２の光変調器
５１２１    励起パルス
５１２２    励起パルス
５１４１    第１の光サーキュレータ
５１４２    第２の光サーキュレータ
５１８１    第１の周波数シフタ
５１８２    第２の周波数シフタ
５１９１    シフトされた連続波光
５１９２    シフトされた連続波光
５２２１    プローブ信号
５２２２    プローブ信号
５２４１    第１の光検出器
５２４２    第２の光検出器
５２６１    電気信号
５２６２    電気信号
５２８１    第１の電気信号プロセッサ
５２８２    第２の電気信号プロセッサ
【図１Ａ】
2019522206.tif 000054
【図１Ｂ】
2019522206.tif 000055
【図１Ｃ】
2019522206.tif 000056
【図２】
2019522206.tif 000057
【図３Ａ】
2019522206.tif 000058
【図３Ｂ】
2019522206.tif 000059
【図４】
2019522206.tif 000060
【図５】
2019522206.tif 000061
【図６】
2019522206.tif 000062
【図７】
2019522206.tif 000063
【図８】
2019522206.tif 000064
【図９】
2019522206.tif 000065
【図１０】
2019522206.tif 000066
【国際調査報告】
2019522206.tif 000067
2019522206.tif 000068
2019522206.tif 000069