(57)【要約】【課題】光ファイバ゛を用いた歪み温度計測装置の空間分解能の向上を図る。【解決手段】本発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置によれば、センシング区間１６に配置される光ファイバ１８と、雑音変調信号を同期信号と共に出力する雑音変調信号源１０と、雑音変調信号に基づき出力光を出力する光源１１と、出力光をポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとに分配する光分配器１２と、ポンプ光Ｅを光ファイバ１８に導くと共にブリルアン散乱光Ｇを光ファイバ１８から導く光サーキュレータ１４と、プローブ光Ｆの変調処理を行う光変調器２２と、プローブ光Ｆの遅延処理を行う光遅延部２４と、プローブ光Ｆとブリルアン散乱光Ｇとを合波する光合波器２６と、合波光からブリルアン散乱光Ｇを抽出する波長フィルタ２９と、このブリルアン散乱光Ｇを電気信号に変換する受光器３０と、この電気信号に基づいてセンシング区間１６の歪み量及び温度変化の測定情報を求める波形測定器３１とを備える。【選択図】　図１
2004101472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、
雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、
前記雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、
前記光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器と、
前記光分配器によって分配されたポンプ光を、前記センシング用光ファイバに導くと共に、前記ポンプ光が導かれたセンシング用光ファイバ内で発生した歪みおよび温度に関する情報を有するブリルアン散乱光を、このセンシング用光ファイバから導く導光手段と、
前記光分配器によって分配されたプローブ光に対して、ブリルアンシフト周波数相当の変調信号を印加することによって、周波数変調処理を施す周波数変調手段と、
前記周波数変調手段によって周波数変調されたプローブ光と、前記ポンプ光とが予め定めた時間位相関係になるように、このプローブ光の遅延処理を行う光遅延手段と、
前記光遅延手段によって遅延処理されたプローブ光と、前記導光手段によって導かれたブリルアン散乱光とを合波する光合波手段と、
前記光合波手段によって合波されたブローブ光とブリルアン散乱光からなる合波光から、ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、前記雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段と
を備えた光ファイバを用いた歪み温度計測装置。
【請求項２】
被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、
雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、
前記雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、
前記光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器と、
前記光分配器によって分配されたプローブ光に対して、ブリルアンシフト周波数相当の変調信号を印加することによって、周波数変調処理を施す周波数変調手段と、
前記周波数変調手段によって周波数変調されたプローブ光と、前記ポンプ光とが予め定めた時間位相関係になるように、このプローブ光の遅延処理を行う光遅延手段と、
前記センシング用光ファイバの一端に接続され、前記光遅延手段によって遅延処理されたプローブ光Ｆを、前記センシング用光ファイバに導く第１の導光手段と、
前記センシング用光ファイバの他の一端が接続され、前記光分配器によって分配されたポンプ光を、前記センシング用光ファイバに導くと共に、前記センシング用光ファイバ内において前記ポンプ光によって誘起されたブリルアン散乱光と合波された前記プローブ光を、前記センシング用光ファイバから導く第２の導光手段と、
前記第２の導光手段によって導光されたプローブ光から、前記ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、前記雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段と
を備えた光ファイバを用いた歪み温度計測装置。
【請求項３】
被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、
雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、
前記雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、
前記光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器と、
前記光分配器によって分配されたポンプ光を、前記センシング用光ファイバに導くと共に、前記ポンプ光が導かれたセンシング用光ファイバ内で発生した歪みおよび温度に関する情報を有するブリルアン散乱光を、このセンシング用光ファイバから導く導光手段と、
前記光分配器によって分配されたプローブ光に対して、１８０度時間位相遅延処理を行う光遅延手段と、
前記光遅延部によって遅延処理されたプローブ光と、前記導光手段によって導かれたブリルアン散乱光とを合波する光合波手段と、
前記光合波手段によって合波されたブローブ光とブリルアン散乱光からなる合波光から、ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、前記雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段と
を備えた光ファイバを用いた歪み温度計測装置。
【請求項４】
被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、
雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、
前記雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、
前記光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器と、
前記光分配器によって分配されたプローブ光に対して、１８０度時間位相遅延処理を行う光遅延手段と、
前記センシング用光ファイバの一端に接続され、前記光遅延手段によって遅延処理されたプローブ光Ｆを、前記センシング用光ファイバに導く第１の導光手段と、
前記センシング用光ファイバの他の一端が接続され、前記光分配器によって分配されたポンプ光を、前記センシング用光ファイバに導くと共に、前記センシング用光ファイバ内において前記ポンプ光によって誘起されたブリルアン散乱光と合波された前記プローブ光を、前記センシング用光ファイバから導く第２の導光手段と、
前記第２の導光手段によって導光されたプローブ光から、前記ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、前記雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段と
を備えた光ファイバを用いた歪み温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを媒体とし、光ファイバ内で発生するブリルアン散乱現象の変化を捉えることで被測定物の歪みと温度とを同時に計測する計測装置に係り、特に、そのブリルアン散乱現象の発生位置の空間分解能の向上を図った歪み温度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバをセンシング媒体として用いて歪みおよび温度の分布を測定する技術が幾つかあるが、そのうちの一つに光ファイバ内で発生するブリルアン散乱現象を利用した方法がある。この方法は、これまでの定点型センサーを事前に並べ置く方法に比べ、単純な構成でしかも任意の測定場所での分布計測が可能である。
【０００３】
この技術は、光ファイバが敷設されている周囲の歪みや温度等の外乱因子に関する物理量を測定する光ファイバセンサーが用いられている。例えば、（１）光通信網の保守管理、（２）トンネルや鉄橋等の大型構造物の保守管理、（３）航空機等に利用されている複合材料にこれら光ファイバを埋設することで、その材料自体に故障、疲労などの不具合を自己診断するスマートマテリアル・ストラクチャーに利用することができる。
【０００４】
ブリルアン散乱現象とは、光ファイバ内で周波数の異なる２つの光波が双方向からすれ違うとき、高周波数の光から低周波数の光へと、光ファイバ内の音響波を介してパワーが移動する現象をいう。すれ違う光波間の周波数差がνであるとき、移動するパワーは近似的に以下に示す式［１］で定義されるブリルアンゲインスペクトラムｇＢ（ν）に比例する。
【０００５】
【数１】
2004101472.tif 000003
【０００６】
ここでνＢ、ΔνＢは、それぞれブリルアンシフト周波数、ブリルアン線幅（ゲイン幅）と呼ばれ、それらパラメータからなるブリルアンゲインスペクトラムは、上記［１］式で示されるようにローレンツ関数曲線に従うプロファイルになる。つまり、光ファイバ内でブリルアン散乱現象を効率良く発生させるためには、ブリルアンシフト周波数νＢを中心としブリルアン線幅ΔνＢの周波数範囲にある周波数差νを付加する必要がある。ブリルアンシフト周波数νＢは光ファイバ内の音速ｖａとしたとき、以下に示す式［２］で与えられる。
【０００７】
【数２】
2004101472.tif 000004
【０００８】
ここで、ｎはファイバの屈折率、λは光ファイバ内の光の波長である。音速ｖａが光ファイバ周辺の温度、歪みに依存して変化すると、ブリルアンシフト周波数νＢは、上記［２］式により温度、歪みの検知手段を与える結果となる。
【０００９】
例えば波長１．５５μｍにおけるＵＶ被膜シングルモード石英光ファイバのブリルアンシフト周波数νＢの温度、歪み量に対する変化感度はそれぞれ以下に示す［３］式、および［４］式であることが知られている。
【００１０】
【数３】
2004101472.tif 000005
【００１１】
【数４】
2004101472.tif 000006
【００１２】
従って、ブリルアンゲインスペクトラムｇＢ（ν）を光ファイバに沿った位置の関数として測定することで温度または歪みの分布を測定することができる。
【００１３】
前述のブリルアンゲインスペクトラムを測定する従来技術として、周波数νが可変のパルスポンプ光と連続波プローブ光とを、それぞれ光ファイバ両端から入射し、ブリルアン散乱現象によるプローブ光のブリルアンゲインに比例したパワーの変化を時間の関数として測定し、その変化量から温度、歪み分布を求めるＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）法が用いられてきた。
【００１４】
また、ＢＯＴＤＡと等価な技術としてポンプパルス光のみが被測定光ファイバから入射し、自然ブリルアン散乱現象による後方散乱光成分パワーのブリルアンゲインスペクトラムｇＢ（ν）の時間関数（光ファイバ上の位置関数）として測定し、その変化量から温度、歪みの分布を求めるＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法が用いられてきた。ＢＯＴＤＡおよびＢＯＴＤＲは、以下に示す非特許文献１によって解説されている。
そして、従来技術のＢＯＴＤＡおよびＢＯＴＤＲの温度、歪みの発生個所の空間分解能δｚは、ポンプ光のパルス時間幅をＷ、光ファイバ中の光速をｖとすると、以下に示す［５］式で与えられる。
【００１５】
【数５】
2004101472.tif 000007
【００１６】
従って空間分解能δｚを良くするには、光パルス時間幅Ｗを短くする必要がある。しかし、ブリルアンゲインスペクトラムｇＢ（ν）、特にその最大周波数であるブリルアンシフト周波数νＢを精度良く測定するためには、光パルス時間幅Ｗは以下に示す［６］式の範囲に制約される。
【００１７】
【数６】
2004101472.tif 000008
【００１８】
一般的な数値例として、ブリルアンゲイン幅ΔνＢ＝３０ＭＨｚと、光ファイバ内の光速ｖ＝２×１０８ｍ／ｓを用いると、［５］式で与えられる空間分解能δｚは３ｍとなる。
【００１９】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｈｏｒｉｇｕｃｈｉ　ｅｔ　ａｌ．　，　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｖｏｌ．　１３　，　ｐｐ．　１２９６−１３０２．　（１９９５）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の光ファイバを用いた歪み温度計測装置では、以下のような問題がある。
【００２１】
すなわち、従来技術であるＢＯＴＤＡおよびＢＯＴＤＲでは、空間分解能が前述した理由により実質１〜３ｍ程度に制限されており、上述した（１）から（３）に示す応用例のうち、（２）トンネルや鉄橋等の大型構造物の保守管理、（３）航空機等に利用されている複合材料にこれら光ファイバを埋設することで、その材料自体の故障、疲労などの不具合を自己診断するためには、空間分解能が足りないという問題がある。
【００２２】
また、ブリルアン散乱現象を利用した測定法および装置は、ポンプ光と式［２］で示されるブリルアンシフト周波数帯相当に離調したプローブ光の二つの光波が必要である。そして、その離調周波数は通常１０ＧＨｚ以上の高周波数領域において１ＭＨｚ以下の離調精度が必要であり、その部分が装置全体のコストの大半を占めている。これは、上述した（１）から（３）に示す応用例の全てに該当する。このため、光ファイバの非線形現象を取り扱った通常の光ファイバセンサー装置に比べ非常にコストがかかるという問題がある。
【００２３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、連続光を基本にし、ポンプ光に雑音変調を行うことで時間的にポンプ光のスペクトル幅（コヒーレンス性）を制御し、そのブリルアン散乱条件の周波数相関による効果を利用することによって、空間分解能を高めた光ファイバを用いた歪み温度計測装置を提供することにある。
【００２４】
また、その第２の目的は、上述したような光ファイバを用いた歪み温度計測装置を低コストで提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００２６】
すなわち、請求項１の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、上記第１の目的を達成するために、被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器とを備えている。更に、光分配器によって分配されたポンプ光を、センシング用光ファイバに導くと共に、ポンプ光が導かれたセンシング用光ファイバ内で発生した歪みおよび温度に関する情報を有するブリルアン散乱光を、このセンシング用光ファイバから導く導光手段と、光分配器によって分配されたプローブ光に対して、ブリルアンシフト周波数相当の変調信号を印加することによって、周波数変調処理を施す周波数変調手段と、周波数変調手段によって周波数変調されたプローブ光と、ポンプ光とが予め定めた時間位相関係になるように、このプローブ光の遅延処理を行う光遅延手段と、光遅延手段によって遅延処理されたプローブ光と、導光手段によって導かれたブリルアン散乱光とを合波する光合波手段とを備え、光合波手段によって合波されたブローブ光とブリルアン散乱光からなる合波光から、ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段と、フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、変換手段によって変換された電気信号に基づいて、被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段とを備えている。
【００２７】
従って、請求項１の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置においては、以上のような手段を講じることにより、光変調器の変調信号源の変調周波数を離調操作することで変化する測定信号の強度変化から、ブリルアン散乱利得の周波数特性を求めることができる。更にその結果からスペクトラムの周波数変化を求め、その周波数値と被測定物理量との換算係数から、歪みや温度を測定することができる。その結果、空間分解能および歪み・温度測定精度を向上することが可能となる。
【００２８】
請求項２の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、上記第１の目的を達成するために、被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器とを備えている。更に、光分配器によって分配されたプローブ光に対して、ブリルアンシフト周波数相当の変調信号を印加することによって、周波数変調処理を施す周波数変調手段と、周波数変調手段によって周波数変調されたプローブ光と、ポンプ光とが予め定めた時間位相関係になるように、このプローブ光の遅延処理を行う光遅延手段と、センシング用光ファイバの一端に接続され、光遅延手段によって遅延処理されたプローブ光Ｆを、センシング用光ファイバに導く第１の導光手段と、センシング用光ファイバの他の一端が接続され、光分配器によって分配されたポンプ光を、センシング用光ファイバに導くと共に、センシング用光ファイバ内においてポンプ光によって誘起されたブリルアン散乱光と合波されたプローブ光を、センシング用光ファイバから導く第２の導光手段とを備え、第２の導光手段によって導光されたプローブ光から、ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段と、フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、変換手段によって変換された電気信号に基づいて、被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段とを備えている。
【００２９】
従って、請求項２の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置においては、以上のような手段を講じることにより、ポンプ光から見た反射光、つまり、そのブリルアン散乱光発生有無による利得差で生じるパルス状の反射光の時間差を検出することで、そのブリルアン散乱の発生位置を求めることができる。更に、光変調器の変調信号源の変調周波数を離調操作することで変化する測定信号の強度変化に基づいて、ブリルアン散乱利得の周波数特性を求めることができる。そして、その結果からスペクトラムの周波数変化を求めることができるので、その周波数値と被測定物理量との換算係数から、歪みや温度を高い空間分解能で測定することができる。
【００３０】
請求項３の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、上記第２の目的を達成するために、被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器とを備えている。更に、光分配器によって分配されたポンプ光を、センシング用光ファイバに導くと共に、ポンプ光が導かれたセンシング用光ファイバ内で発生した歪みおよび温度に関する情報を有するブリルアン散乱光を、このセンシング用光ファイバから導く導光手段と、光分配器によって分配されたプローブ光に対して、１８０度時間位相遅延処理を行う光遅延手段と、光遅延部によって遅延処理されたプローブ光と、導光手段によって導かれたブリルアン散乱光とを合波する光合波手段と、光合波手段によって合波されたブローブ光とブリルアン散乱光からなる合波光から、ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段とを備え、フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、変換手段によって変換された電気信号に基づいて、被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段とを備えている。
【００３１】
従って、請求項３の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置においては、以上のような手段を講じることにより、請求項１で備えていた光変調器および変調信号源を省略した構成であっても、雑音変調信号出力部が光源に対して雑音変調信号波形を印加することによって、請求項１の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置の作用効果を奏することができる。すなわち、請求項１の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置と同じ作用効果を、小型化および低コスト化を図りつつ実現することが可能となる。
【００３２】
請求項４の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、上記第２の目的を達成するために、被測定物に対して配置されるセンシング用光ファイバと、雑音変調信号を同期信号とともに出力する雑音変調信号出力部と、雑音変調信号出力部から出力された雑音変調信号に基づいて出力光を出力する光源と、光源からの出力光をポンプ光とプローブ光とに分配する光分配器とを備えている。更に、光分配器によって分配されたプローブ光に対して、１８０度時間位相遅延処理を行う光遅延手段と、センシング用光ファイバの一端に接続され、光遅延手段によって遅延処理されたプローブ光Ｆを、センシング用光ファイバに導く第１の導光手段と、センシング用光ファイバの他の一端が接続され、光分配器によって分配されたポンプ光を、センシング用光ファイバに導くと共に、センシング用光ファイバ内においてポンプ光によって誘起されたブリルアン散乱光と合波されたプローブ光を、センシング用光ファイバから導く第２の導光手段と、第２の導光手段によって導光されたプローブ光から、ブリルアン散乱光のみを抽出するフィルタ手段とを備え、フィルタ手段によって抽出されたブリルアン散乱光を電気信号に変換する変換手段と、変換手段によって変換された電気信号に基づいて、被測定物の歪み量および温度変化に関する測定情報を求め、この測定情報を、雑音変調信号出力部から出力された同期信号に同期させて表示する表示手段とを備えている。
【００３３】
従って、請求項４の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置においては、以上のような手段を講じることにより、請求項２で備えていた光変調器および変調信号源を省略した構成であっても、雑音変調信号出力部が光源に対して雑音変調信号波形を印加することによって、請求項２の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置の作用効果を奏することができる。すなわち、請求項２の発明の光ファイバを用いた歪み温度計測装置と同じ作用効果を、小型化および低コスト化を図りつつ実現することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態を図１から図４を用いて説明する。
【００３６】
図１は、第１の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の一例を示す構成概念図である。
【００３７】
すなわち、本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、雑音変調信号源１０と、光源部１１と、光分配器１２と、光サーキュレータ１４と、センシング区間１６に配置された光ファイバ１８と、変調信号源２０と、光変調器２２と、光遅延部２４と、光合波器２６と、検出信号処理部２８とを備えている。更に、検出信号処理部２８は、波長フィルタ２９と、受光器３０と、波形測定器３１とを備えている。
【００３８】
光源部１１は、雑音変調信号源１０から雑音変調信号が印加されることによって雑音変調可能な光源から為しており、好適な一例に半導体レーザがある。光源部１１からの出力光は雑音変調光となる。この雑音変調光は、光分配器１２がポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとにそれぞれ分配する。
【００３９】
ポンプ光Ｅは、光サーキュレータ１４によって入力ポートａから出力ポートｂへ出力されるようにしている。光サーキュレータ１４の出力ポートｂは実際の歪みや温度を検知するためのセンシング区間１６の光ファイバ１８の片端に接続されており、ポンプ光Ｅはその光ファイバ１８内を伝搬し、ポンプ光Ｅによって誘起されたブリルアン散乱光Ｇが発生する。
【００４０】
一方のプローブ光Ｆは、変調信号源２０によりブリルアンシフト周波数相当の変調信号が印加された光変調器２２に導かれる。この場合の光変調器２２の好適な一例として、波長１．５５μｍにおける石英光ファイバのブリルアンシフト周波数νＢ＝１０〜１１ＧＨｚ相当の変調可能な電界効果を利用した導波路型変調器が挙げられるが、他に音響効果を用いた変調素子や、両効果に基づくバルク型の変調素子等でもよい。
【００４１】
プローブ光Ｆが光変調器２２によって変調されると、そのプローブ光Ｆの変調周波数はν（ｔ）±νＢとなる。その後プローブ光Ｆは光遅延部２４に導かれるようにしている。光遅延部２４の光路差条件は、結果として受光側において、図２に示すようなポンプ光Ｅとプローブ光Ｆの時間位相関係になるように設定している。
【００４２】
光遅延部２４によって光路遅延を受けたプローブ光Ｆは、光合波器２６に導かれ、一方のセンシング区間１６の光ファイバ１８から光サーキュレータ１４の出力ポートｃを経由したブリルアン散乱光Ｇと結合されるようにしている。その後、検出信号処理部２８の波長フィルタ２９がブリルアン散乱光Ｇの波長成分のみを受光器３０に入力する。
【００４３】
受光器３０は、受光したブリルアン散乱光Ｇを電気信号に変換し、測定信号を得る。この測定信号は、雑音変調信号源１０から出力される雑音変調信号に基づいたタイミング波形（図２の受光側の検出タイミング波形）に同期して波形測定器３１（好適な一例としてオシロスコープ）に入力されるようにしている。
【００４４】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の作用について説明する。
【００４５】
すなわち、本実施の形態では、基本的にある時間周期で雑音変調した連続光からなるポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとが用いられている。そして、センシング区間１６に配置された光ファイバ１８において、それぞれの変調波形の関係が、図２に示す時間関係になるよう、ポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとが光ファイバ１８内に存在すると、それぞれの変調区間の組合せでブリルアン散乱発生の有無が制御できる。
【００４６】
ブリルアン散乱が発生する組合せは、ポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとがいずれも雑音変調されていない区間、ブリルアン散乱が発生しない組合せは、ポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとの両方が雑音変調もしくはいずれか一方が雑音変調している区間である。雑音変調の有無によるブリルアン散乱光スペクトラムの実験結果を図３に示す。
【００４７】
上述したような本実施の形態における雑音変調光利用と、従来技術のパルス光との違いは、様々な測定時間領域における光スペクトラム幅の違いである。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、従来技術によるパルス光では、いずれの時間領域においても常に光スペクトラムが拡散した状態にある。すなわち、空間分解能向上に伴うパルス化（Ｗ１→Ｗ２）により、全ての時間領域においてポンプ光スペクトラム幅は広がった状態になるため、結果ブリルアンスペクトラム周波数拡散により強度が低くなり感度が劣化する。
【００４８】
一方、本実施の形態では、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、ブリルアン散乱光が発生しうる区間つまりポンプ光Ｅとプローブ光Ｆの両方が雑音変調のない時にはその光スペクトラムは拡散せず、狭い状態である。それ以外の時間区間では雑音変調がある区間なのでスペクトラムが拡散してしまい、ブリルアン散乱が発生しづらくなっている。ブリルアン散乱光Ｇが発生する区間の時間幅Ｗを、Ｗ１からＷ２のように短くしても、図４（ｄ）のようにスペクトラム拡散は生じない。よって、時間幅の短縮化による従来技術の課題は回避して、非変調区間の短時間化による空間分解能は、その時間幅に比例して向上する。
【００４９】
また、本実施の形態において、ブリルアン発生位置の特定は、ポンプ光Ｅから見た反射光、つまり、そのブリルアン散乱光Ｇの発生有無による利得差で生じるパルス状の反射光の時間差を検出することで、そのブリルアン発生位置が求められる。
【００５０】
同時に、歪みや温度のような被測定物理量の特定には、そのブリルアン散乱利得スペクトラムの周波数変化を検出し、その周波数値と被測定物理量との換算係数から上述した［３］式、および［４］式を用いて算出される。
【００５１】
上述したように、本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置においては、上記のような作用により、ポンプ光Ｅから見た反射光、つまり、そのブリルアン散乱光発生有無による利得差で生じるパルス状の反射光の時間差を検出することで、そのブリルアン発生位置を求めることができる。
【００５２】
そして、光変調器２２の変調信号源の変調周波数νＢを離調操作することで変化する測定信号の強度変化から、ブリルアン散乱利得の周波数特性を求めることができる。更にその結果からスペクトラムの周波数変化を求め、その周波数値と被測定物理量との換算係数から、歪みや温度を測定することができる。その結果、空間分解能および歪み・温度測定精度を向上することが可能となる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態を図５を用いて説明する。
【００５４】
図５は、第２の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の一例を示す構成概念図である。
【００５５】
すなわち、本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、雑音変調信号源１０と、光源部１１と、光分配器１２と、光サーキュレータ１４と、センシング区間１６に配置された光ファイバ１８と、変調信号源２０と、光変調器２２と、光遅延部２４と、検出信号処理部２８と、光アイソレータ３２とを備えている。更に、検出信号処理部２８は、波長フィルタ２９と、受光器３０と、波形測定器３１とを備えている。
【００５６】
光源部１１は、雑音変調信号源１０から雑音変調信号が印加されることによって雑音変調可能な光源から為しており、好適な一例に半導体レーザがある。光源部１１からの出力光は雑音変調光となる。その雑音変調光は、光分配器１２がポンプ光Ｅとプローブ光Ｆとにそれぞれ分配する。
【００５７】
ポンプ光Ｅは、光サーキュレータ１４によって入力ポートａから出力ポートｂへ出力されるようにしている。光サーキュレータ１４の出力ポートｂは実際の歪みや温度を検知するためのセンシング区間１６の光ファイバ１８の片端に接続されており、ポンプ光Ｅはその光ファイバ１８内を伝搬し、ポンプ光Ｅによって誘起されたブリルアン利得を形成する。
【００５８】
そして、そのブリルアン利得条件に見合った後述するプローブ光Ｆは、そのブリルアン利得情報を反映したプローブ光Ｆ’となり、光ファイバ１８内を伝搬し、光サーキュレータ１４の出力ポートｂからポートｃを経由して、波長フィルタ２９、更には受光器３０へと導かれるようにしている。波長フィルタ２９は、この導かれたプローブ光Ｆ’からブリルアン散乱光Ｇのみを抽出する。
【００５９】
一方、プローブ光Ｆは、変調信号源２０によりブリルアン周波数相当の変調信号が印加された光変調器２２に導かれるようにしている。光変調器２２の好適な一例として、波長１．５５μｍにおける石英光ファイバのブリルアンシフト周波数νＢ＝１０〜１１ＧＨｚ相当の変調可能な電界効果を利用した導波路型変調器が挙げられるが、他に音響効果を用いた変調素子や、両効果に基づくバルク型の変調素子等でもよい。
【００６０】
プローブ光Ｆが、このような光変調器２２によって変調されると、そのプローブ光の変調周波数はν（ｔ）±νＢとなる。その後プローブ光Ｆは光遅延部２４に導かれるようにしている。光遅延部２４の光路差条件は、結果として受光側において図２に示すようなポンプ光Ｅとプローブ光Ｆの時間位相関係になるように設定している。
【００６１】
光遅延部２４によって光路遅延を受けたプローブ光Ｆは、光アイソレータ３２を経由してセンシング区間１６の光ファイバ１８に導かれ、その後は、上述したようにして、最終的にブリルアン散乱光Ｇが受光器３０に導かれるようにしている。
【００６２】
受光器３０は、受光したブリルアン散乱光Ｇを電気信号に変換し、測定信号を得る。この測定信号は、雑音変調信号源１０から出力される雑音変調周期に基づいたタイミング波形（図２の受光側の検出タイミング波形）に同期して波形測定器３１（好適な一例としてオシロスコープ）に入力されるようにしている。
【００６３】
以上のように構成した本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置では、ポンプ光Ｅから見た反射光、つまり、そのブリルアン散乱光発生有無による利得差で生じるパルス状の反射光の時間差を検出することで、そのブリルアン発生位置を求めることができる。
【００６４】
そして、更に、光変調器２２の変調信号源２０の変調周波数νＢを離調操作することで変化する測定信号の強度変化に基づいて、ブリルアン散乱利得の周波数特性を求めることができる。
【００６５】
更にその結果からスペクトラムの周波数変化が求められるので、その周波数値と被測定物理量との換算係数から、歪みや温度を測定することができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図６から図８を用いて説明する。
【００６７】
図６は、第３の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の一例を示す構成概念図である。
【００６８】
また、図７は、第３の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の変形例を示す構成概念図である。
【００６９】
すなわち、図６に示す本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、図１に示す第１の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の構成から光変調器２２および変調信号源２０を省略した構成である。また、図７に示す本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置は、図５に示す第２の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の構成から光変調器２２および変調信号源２０を省略した構成である。図６では図１と、図７では図５と、それぞれ同一部分には同一符号を付している。
【００７０】
本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置では、雑音変調信号源１０は、光源部１１に対して、図８に示すような雑音変調信号波形を印加する。そもそもポンプ光Ｅとプローブ光Ｆは、同じ光源からの雑音変調光であり、それぞれ光分配器１２によって二分され、第１および第２の実施の形態では、それぞれ光変調器２２と変調信号源２０で必要な変調等の光波処理を行っている。本実施の形態では、これらの操作を光源部１１の雑音変調信号波形を、図８に示す区間（Ｉ）プローブ光部分と、区間（ＩＩ）ポンプ光部分とに時分割で操作することで実現する。
【００７１】
本実施の形態で用いる光源部１１の好適な一例として半導体レーザが挙げられるが、その特徴の一つに駆動電流を変化することで同時に所望する周波数変調を実現することができる。この場合の具体的な例で言うと、区間（Ｉ）プローブ光部分において、ポンプ光周波数より、ブリルアン周波数（石英ファイバの場合、通常１０ＧＨｚから１１ＧＨｚ）分だけ低周波数に周波数偏移した光波である必要があるが、それは半導体レーザの駆動電流値をその周波数偏移分に相当する電流変化を、その区間（Ｉ）の時間領域において与えることで容易に実現できる。
【００７２】
このようにポンプ光Ｅとプローブ光Ｆそれぞれに必要な光波制御は時分割上で個別に行うことができ、それぞれの光波スペクトラムの様子は、図８（ｂ）で示されるようになる。そして本発明の目的のためには、最終的にはポンプ光Ｅとプローブ光Ｆが受光器３０前もしくは光ファイバ１８で同一時間で合波しなければならない。そのためには、図８（ｂ）に示す変調信号波形と１８０度時間位相反転した状態の同波形の重なりあいが必要でありそれを実現しているのは図１および図５に示す光遅延部２４である。雑音変調光の１８０度時間位相ずれた分に相当する光路差を光遅延部２４が担当している。
【００７３】
以上、本実施の形態の特徴について記述した。他装置構成および動作については前述した第１および第２の実施の形態と同じであるので、重複を避けるためにここではその記述を省略する。
【００７４】
上述したように、本実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置は図６および図７にその構成を示すように、図１および図５に示すような第１および第２の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置から、光変調器２２および変調信号源２０を省略した構成であっても、雑音変調信号源１０が、光源部１１に対して、図８に示すような雑音変調信号波形を印加することによって、第１および第２の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の作用効果を奏することができる。
【００７５】
したがって、第１および第２の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置よりも装置構成を簡素化することによって、小型化および低コスト化を図りつつ、同じ作用効果を得ることができる。
【００７６】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パルス光誘起によるブリルアン散乱光の発生・位置識別技術ではなく、連続光を基本にし、ポンプ光に雑音変調を行うことで時間的にポンプ光のスペクトル幅（コヒーレンス性）を制御することができる。
【００７８】
更に、そのブリルアン散乱条件の周波数相関による効果を利用し、もって、空間分解能を高めるとともに、コストダウンを図ることが可能な光ファイバを用いた歪み温度計測装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の一例を示す構成概念図
【図２】ポンプ光とプローブ光との時間位相関係を示す図
【図３】雑音変調の有無とブリルアン散乱光スペクトラムとの関係を示す図
【図４】ブリルアン散乱計測法における従来技術との比較を説明するための図
【図５】第２の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の一例を示す構成概念図
【図６】第３の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の一例を示す構成概念図
【図７】第３の実施の形態に係る光ファイバを用いた歪み温度計測装置の別の一例を示す構成概念図
【図８】光源部に対して印加する雑音変調信号波形の概念を説明するための図
【符号の説明】
Ｅ…ポンプ光
Ｆ…プローブ光
Ｇ…ブリルアン散乱光
１０…雑音変調信号源
１１…光源部
１２…光分配器
１４…光サーキュレータ
１６…センシング区間
１８…光ファイバ
２０…変調信号源
２２…光変調器
２４…光遅延部
２６…光合波器
２８…検出信号処理部
２９…波長フィルタ
３０…受光器
３１…波形測定器
３２…光アイソレータ
【図１】
2004101472.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004101472.tif 000013
【図６】
2004101472.tif 000014
【図７】
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【図８】
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