(57)【要約】【課題】本発明は、狭い監視区間でも精度良く振動位置を算出する、或いは加振地点で生じた位相変動量を算出することができる光ファイバリング干渉型センサを提供する。【解決手段】異なる波長λ１，λ２を１つのループ状光ファイバ１０２（１０６）を共有して時計回りと反時計回りに伝搬させ、両端に設けられた第１及び第２の検出部３ａ１（３ａ２）で同時に２つの波長の干渉光強度を観測し、この光ファイバ１０２上で生じた加振点の特定や加振点での位相変化量を算出するものである。ここで光ファイバ１０２の一部に、落下物の落下方向に対して垂直方向に光ファイバを敷設し、且つ、落下方向に沿って上下方向に光ファイバを往復配置させてなる光ファイバセンサ部を設けることで、単位長当たりの光ファイバの収容率が上げることができるので、狭い監視区間であっても、精度良く加振点算出を行なうことができる。【選択図】      図１
2005043087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、該光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、前記光ファイバリング部は、長さ方向に蛇行配置される光ファイバセンサ部を有することを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項２】
光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、該光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、前記光ファイバリング部は、長さ方向に蛇行配置された光ファイバセンサ部の敷設面を有し、該敷設面は、監視対象箇所に対して、対面していることを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項３】
光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、該光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、
前記光ファイバリング部は、斜面上を落下する落下物の落下方向に対して垂直且つ斜面上に、更に該落下方向に対して上下方向に往復するように蛇行配置される光ファイバセンサ部を有することを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項４】
前記光ファイバセンサ部の蛇行配置されてなる敷設面は、
前記斜面に対し平行方向を角度０°とし、前記斜面に対し垂直方向を角度９０°としたときに、前記角度０°から角度１８０°の範囲内の角度で敷設されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項５】
光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、該光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、
前記光ファイバリング部は、１つ又は複数の戸口の床上に敷設され、該戸口の出入り方向に往復するように蛇行配置され、且つ、蛇行配置されてなる敷設面が床面に平行に配置される光ファイバセンサ部を有することを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項６】
前記光ファイバセンサ部は、
複数の連続して設けられる各戸口前の床上に敷設されることを特徴とする請求項５記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項７】
光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリグ部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、該光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、
前記光ファイバリング部は、１箇所又は複数箇所の橋の架橋方向に敷設され、前記橋の側面に、重力方向に沿って上下方向に往復するように蛇行配置される光ファイバセンサ部を有することを特徴とする光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項８】
前記光ファイバセンサ部の蛇行配置されてなる敷設面は、
前記橋の橋脚側面に対し密着配置されることを特徴とする請求項７記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項９】
前記光ファイバセンサ部は、
前記光ファイバをＵ型に曲げてなる曲線検出部と、敷設方向に対し垂直方向に設けられる直線検出部とが交互に連続形成され、前記曲線検出部は、前記光ファイバの性能上の最小曲げ半径を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【請求項１０】
前記直線検出部の長さｈは、前記曲線検出部の幅ｄの少なくとも３倍以上を有することを特徴とする請求項８記載の光ファイバリング干渉型センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光ファイバリング干渉型センサに関し、特に、狭い監視区間でも精度良く振動位置を算出する、或いは加振地点で生じた位相変動量を算出する光ファイバリング干渉型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバを用いた干渉型センサが種々報告されており、例えば、本願出願人が出願した光ファイバリング干渉型センサに関する特許文献１がある。
【０００３】
この特許文献１に開示された光ファイバリング干渉型センサによれば、発光素子（光源）から出力され、光分岐結合素子を介して分岐された２つの光信号は、ループ状に構成された光ファイバの両端にそれぞれ入射される。
【０００４】
光ファイバの両端にそれぞれ入射された２つの光信号は、光ファイバ（同一光路）内を時計回り及び反時計回りにそれぞれ伝搬し、時計回り伝播光及び反時計回り伝播光として再度光分岐結合素子に入射され、この光分岐結合素子において結合して互いに干渉する。
【０００５】
この結合光、即ち、互いに干渉された状態の結合光（以下、干渉光とも呼ぶ）は受光素子に入射される。
【０００６】
このとき、光ファイバが加振（振動が加えられることを意味する）されると、時計回り伝播光及び反時計回り伝播光間に位相差が生じ、この位相差は、受光素子により干渉光の強度（干渉光の強度を表す電気信号）として検出される。この干渉光強度信号に基づいて干渉光の位相差を算出することができる。
【０００７】
即ち、受光素子で受光される干渉光成分の大きさをＰｃ、非干渉光成分の大きさをＰｉとすると、受光素子で検出される干渉光強度Ｐｐｄは、下式（１）で表される。
【０００８】
【数１】
2005043087.tif 000003
従って、受光素子により検出された干渉光強度に基づいて光ファイバの振動を検出することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−０４６５６４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、干渉強度信号の変動は、上記加振される加振点（位置）ｐ、及びその加振点ｐでの位相変動量に依存することが知られている。
【００１１】
ここで、加振点ｐ及び／またはその加振点ｐでの位相変動量を算出するために、図９に示す光ファイバリング干渉型センサがある。
【００１２】
この光ファイバリング干渉型センサは、２つの異なる波長λ１及びλ２の光信号に基づいて、上記特許文献１で開示された位相差検出処理を用いて振動量を検出する第１及び第２の検出部９５ａ１及び９５ａ２を備えており、この第１及び第２の検出部９５ａ１及び９５ａ２は、１つの共有ファイバリング９６を共有する構成となっている。
【００１３】
また、この光ファイバリング干渉型センサは、第１及び第２の検出部９５ａ１及び９５ａ２により同時に２つの干渉光強度を検出し、検出された２つの干渉光強度に基づいて加振点ｐの特定、及び／または加振点ｐでの位相変化量を算出するようになっている。
【００１４】
ここで具体的な作用を説明する。図９に示すように、第１の発光素子９７ａ１から発光された波長λ１を有する光信号Ｓ（λ１）は、第１の光分岐結合素子９８ａ１によって分岐される。
【００１５】
分岐された一方の光信号Ｓ（λ１）は、共有ファイバリング９６を反時計回りに伝播する。
【００１６】
即ち、光信号Ｓ（λ１）は、光路長Ｌｃを有する第１の接続用光ファイバ１００、第１の波長分割分岐素子１０１、光路長Ｌａを有する第１のループ状光ファイバ１０２、第４の波長分割分岐素子１０３、光路長Ｌｇを有する第２の接続用光ファイバ１０４、第３の波長分割分岐素子１０５、光路長Ｌｂを有する第２のループ状光ファイバ１０６、第２の波長分割分岐素子１０７及び光路長Ｌｅを有する第３の接続用光ファイバ１０８をそれぞれ伝播して第１の光分岐結合素子９８ａ１に入力される。
【００１７】
一方、第１の光分岐結合素子９８ａ１により分岐された他方の第１の光信号Ｓ（λ１）は、共有ファイバリング９６を時計回りに伝播する。
【００１８】
即ち、分岐された他方の第１の光信号Ｓ（λ１）は、第３の接続用光ファイバ１０８、第２の波長分割分岐素子１０７、第２のループ状光ファイバ１０６、第３の波長分割分岐素子１０５、第２の接続用光ファイバ１０４、第４の波長分割分岐素子１０３、第１のループ状光ファイバ１０２、第１の波長分割分岐素子１０１、及び第１の接続用光ファイバ１００をそれぞれ伝播して第１の光分岐結合素子９８ａ１に入力される。
【００１９】
この結果、第１の光分岐結合素子９８ａ１を介して分岐された２つの光信号は、共有ファイバリング９６（光路長Ｌｃ＋Ｌａ＋Ｌｇ＋Ｌｂ＋Ｌｅ）を時計回りと反時計回りにそれぞれ伝播した後、第１の光分岐結合素子９８ａ１によって結合（合波）されて第１の受光素子１１０ａ１に入力され、干渉光の強度（干渉光の強度を表す電気信号）として検出される。
【００２０】
同様に、第２の発光素子９７ａ２から発光された波長λ２を有する光信号Ｓ（λ２）は、第２の光分岐結合素子９８ａ２によって分岐され、分岐された一方の光信号Ｓ（λ２）は、共有ファイバリング９６を反時計回りに伝播（光路長Ｌｆ＋Ｌｂ＋Ｌｄ＋Ｌａ＋Ｌｈ）して、第２の光分岐結合素子９８ａ２に入力され、分岐された他方の光信号Ｓ（λ２）は、共有ファイバリング９６を時計回りに伝播（光路長Ｌｈ＋Ｌａ＋Ｌｄ＋Ｌｂ＋Ｌｆ）して、第２の光分岐結合素子９８ａ２に入力される。
【００２１】
そして、この反時計回り伝播光及び時計回り伝播光は、第２の光分岐結合素子９８ａ２によって結合（合波）されて第２の受光素子１１０ａ２に入力され、干渉光の強度（干渉光の強度を表す電気信号）として検出される。
【００２２】
このとき、第１の受光素子１１０ａ１で観測される干渉光Ｃ（λ１）（時計回り伝播光と反時計回り伝播光）の位相差θ１は、下式（２）で表される。
【００２３】
【数２】
2005043087.tif 000004
また、第２の受光素子１１０ａ２で観測される干渉光Ｃ（λ２）（時計回り伝播光と反時計回り伝播光）の位相差θ２も、下式（３）で表される。
【００２４】
【数３】
2005043087.tif 000005
ここで、φ１及びφ２は、それぞれ加振点ｐにおける光信号Ｓ（λ１）及び光信号Ｓ（λ２）それぞれの位相変動量であり、θ１０及びθ２０は、それぞれ位相差θ１及びθ２の静的状態の初期位相差である。また、Ｌｊは、第１の光分岐結合素子９８ａ１と第１の受光素子１１０ａ１との間の光路長であり、Ｌｍは、第２の光分岐結合素子９８ａ２と第２の受光素子１１０ａ２との間の光路長である。
【００２５】
更に、φ１とφ２は同一の光路長変動によって起こるため、
【数４】
2005043087.tif 000006
となる。
【００２６】
光ファイバリング干渉型センサの構成（測定系）が決定すれば、上式（２）〜（４）おける未知数は、第１の波長分割分岐素子１０１から加振点ｐまでの距離Ｌｐ、位相変動量φ１及びφ２のみ、即ち、３未知数であるため、上記（２）〜（４）の３つの連立方程式を解くことにより、第１の波長分割分岐素子１０１から加振点ｐまでの距離Ｌｐ、光信号Ｓ（λ１）及び光信号Ｓ（λ２）の位相変動量φ１及びφ２をそれぞれ求めることができる。
【００２７】
ここで、光信号が光ファイバリング干渉型センサ内を通過する時間内において、位相変動量φ１及びφ２の時間微分値がほとんど変化しないとすると、上記（２）式及び（３）式から、干渉光Ｃ（λ１）の位相差θ１及び干渉光Ｃ（λ２）の位相差θ２は、それぞれ
【数５】
2005043087.tif 000007
【数６】
2005043087.tif 000008
として表すことができる。
【００２８】
このとき、加振点ｐの距離Ｌｐを精度高く算出するためには、位相差θ１或いはθ２がある程度大きい必要がある。ここで、式（５），（６）の位相変動量φ１及びφ２の時間変化の値（ｄφ（ｔ）／ｄｔ）を固定すると、位相差θ１或いはθ２は、距離Ｌａ及びＬｂに比例することが分かる。尚ここで、位相変動量φ１，φ２とは、光ファイバリング干渉型センサに与えられる振動等の外乱により生じるものである。従い、監視区間が狭い、即ち距離Ｌａ，Ｌｂが小さい場合は、加振点ｐの算出精度が低下してしまうという問題がある。
【００２９】
図１０は、この光ファイバリング干渉型センサを落石検知に適用した場合の概略構成図である。同図において、共有ファイバリング９６の長さを数ｋｍ以上と仮定し、これを山の裾野等のように広い監視区間Ｌｌに敷設した場合、この共有ファイバリング９６のある地点が加振されると、敷設されている共有ファイバリング９６が長尺であるため、この距離に比例して大きい位相差を得ることができる。これにより落石物等が衝突して加振された加振点ｐを精度高く算出することができる。
【００３０】
このように広い監視区間Ｌｌを有していれば加振点ｐを精度高く算出することができるが、例えば数ｍ〜数百ｍといった狭い監視区間の場合は、上述したように精度高く算出することができない。
【００３１】
そこで、監視区間が狭くても十分な感度を得る敷設方法として、図１１〜図１４に示す共有ファイバリング９６の敷設方法が考えられる。
【００３２】
図１１に示す従来の光ファイバリング干渉型センサを用いた第１の敷設例によれば、長尺の共有ファイバリング９６をフェンス１２０の敷設方向に対して平行方向に往復配置（蛇行配置）させている。これによれば長尺の共有ファイバリング９６を所定長内に収容することができるので、実質的に距離Ｌａ、Ｌｂを大きく取ることができる。これにより狭い監視区間Ｌｓでもあっても、落石物等が衝突して加振された加振点ｐを精度高く算出することができると考えれる。
【００３３】
また、図１２に示すように、長尺の共有ファイバリング９６をフェンス１２０の平面方向に螺旋状に敷設させても、上記と同様に距離Ｌａ、Ｌｂを大きく取ることができるので、狭い監視区間Ｌｓでもあっても精度高く加振点を検出することができると考えれる。
【００３４】
また図１３も同様に、長尺の共有ファイバリング９６をフェンス１２０の平面一杯に輪状に何重にも重ねて敷設させることで、距離Ｌａ、Ｌｂを大きく取ることができるので、狭い監視区間Ｌｓでもあっても精度高く加振点を検出することができると考えれる。
【００３５】
また図１４も同様に、長尺の共有ファイバリング９６のうち、一部はフェンス１２０に直線状に敷設させ、他部はフェンス１２０の脇に束ねて配置させることで距離Ｌａ、Ｌｂを大きく取ることができるので、狭い監視区間Ｌｓでもあっても精度高く加振点を検出することができると考えれる。
【００３６】
また、距離Ｌａ，Ｌｂが小さくても、位相変動量φ１及びφ２を大きくすることで加振点を精度高く算出することもできる。そこで、図示していないが、共有ファイバリング９６上で発生した振動を第１及び第２の検出部９５ａ１，９５ａ２により伝わり易くするために、フェンス１２０に弛みを持たせたり、フェンス１２０にバネを設けることで、位相変動量φ１及びφ２を大きくする検出させることも考えられる。
【００３７】
しかし、図１１に示した光ファイバの第１の敷設例では、山の斜面から落下してきた落石物がフェンス１２０に衝突したときに、フェンス１２０の敷設方向に対して平行方向に共有ファイバリングが敷設されてため、加振点ｐ１、ｐ２・・・、ｐｎと縦方向に複数箇所連続して発生する。このように複数箇所で加振が生じると第１及び第２の検出部９５ａ１，９５ａ２で、落下地点を特定するのが煩雑となり、結果として精度高く加振点を算出することができないという問題がある。
【００３８】
図１２の場合も同様に、加振点ｐ１，ｐ２，ｐ４のみならず、ｐ４の振動を受けてｐ３も振動する場合があるため、敷設方向に対してどの位置に加振が加わったのか正確に算出することができない。また図１３の場合も同様に、加振点ｐ１〜ｐｎに連続して落下物が衝突した場合、各加振点で振動が発生するため、敷設方向に対してどの位置に加振が加わってのか正確に算出することができない。
【００３９】
また図１４に示した場合も、共有ファイバリング９６を直線的に敷設した直線敷設領域Ｂと、フェンス１２０脇に余長用に束ねて配置した余長領域Ａとの割合いにより、加振点の位置算出精度が変化する。例えば、領域Ｂの光ファイバ長を１００ｍ、領域Ａの光ファイバ長を５ｋｍとした場合、その比率は１：５０である。ここで領域Ｂに落下物が衝突した場合、本センサの位置算出精度がファイバリングの±Ａ％とすると、領域Ｂでの精度は１００ｍ±Ａ％×１００ｍの精度ではなく、１００ｍ±Ａ％×全長（即ち、１００ｍ±５１００ｍ）となり、高精度で算出することができないという問題がある。
【００４０】
またフェンス１２０に弛みを持たせることや、バネを設けた場合も、フェンス１２０自身の振動が要因となり振動が多方向に広がるため、加振点を正確に算出することができないという問題がある。
【００４１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的としては、狭い監視区間でも精度良く振動位置を算出する、或いは加振地点で生じた位相変動量を算出することができる光ファイバリング干渉型センサを提供することにある。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項１記載の本発明は、光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、この光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリング部は、長さ方向に蛇行配置される光ファイバセンサ部を有することを要旨とする。
【００４３】
請求項２記載の本発明は、光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、この光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリング部は、長さ方向に蛇行配置された光ファイバセンサ部の敷設面を有し、この敷設面は、監視対象箇所に対して、対面していることを要旨とする。尚、ここで監視対象箇所とは、例えば落石箇所、又は地滑り箇所等を指している。
【００４４】
請求項３記載の本発明は、光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリング部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、この光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリング部は、斜面に敷設され、この斜面上を落下する落下物の落下方向に対して垂直方向に敷設され、且つ、この落下方向に沿って上下方向に往復するように蛇行配置される光ファイバセンサ部を有することを要旨とする。
【００４５】
請求項４記載の本発明は、請求項３記載の光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバセンサ部の蛇行配置されてなる敷設面は、斜面に対し平行方向を角度０°とし、斜面に対し垂直方向を角度９０°としたときに、角度０°から角度１８０°の範囲内の角度で敷設されることを要旨とする。
【００４６】
請求項５記載の本発明は、光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリグ部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、この光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリング部は、１つ又は複数の戸口の床上に敷設され、この戸口の出入り方向に往復するように蛇行配置され、且つ、蛇行配置されてなる敷設面が床面に平行に配置される光ファイバセンサ部を有することを要旨とする。
【００４７】
請求項６記載の本発明は、光ファイバを用いて形成されたリング状光路を含むファイバリグ部を用いて互いに異なる波長を有する第１及び第２の光信号それぞれの干渉光の位相差を求め、この光ファイバリング部上で生じた加振点を特定する光ファイバリング干渉型センサであって、光ファイバリング部は、１箇所又は複数箇所の橋の架橋方向に敷設され、橋の側面に、重力方向に沿って上下方向に往復するように蛇行配置される光ファイバセンサ部を有することを要旨とする。
【００４８】
請求項７記載の本発明は、請求項６記載の光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバセンサ部は、橋の複数の各橋脚側面に敷設され、且つ、この橋脚と橋脚の間に橋脚に敷設される光ファイバ長と同長の光ファイバを有する余長部を有することを要旨とする。
【００４９】
請求項８記載の本発明は、請求項７記載の光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバセンサ部の蛇行配置されてなる敷設面は、橋の橋脚側面に密着するように配置されることを要旨とする。
【００５０】
請求項９記載の本発明は、請求項１乃至８記載の光ファイバリング干渉型センサにおいて、光ファイバセンサ部は、光ファイバをＵ型に曲げてなる曲線検出部と、敷設方向に対し垂直方向に設けられる直線検出部とが交互に連続形成され、この曲線検出部は、光ファイバの性能上の最小曲げ半径を有することを要旨とする。
【００５１】
請求項１０記載の本発明は、請求項８記載の光ファイバリング干渉型センサにおいて、直線検出部の長さｈは、  曲線検出部の幅ｄの少なくとも３倍以上を有することを要旨とする。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５３】
図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバリング干渉型センサ１の概略構成図である。
【００５４】
図１に示すように、光ファイバリング干渉型センサ１は、第１の光信号Ｓ（λ１）及び第２の光信号Ｓ（λ２）をそれぞれ出力するレーザダイオード等の発光素子９７ａ１及び９７ａ２と、干渉光強度検出用のフォトダイオード等の第１及び第２の受光素子１１０ａ１及び１１０ａ２とを備えている。
【００５５】
また、光ファイバリング干渉型センサ１は、光路長Ｌａ及びＬｂをそれぞれ有する第１及び第２のループ状光ファイバ１０２及び１０６を含み、全体でリンク状の光路を構成する光ファイバリング部９６と、第１の光信号Ｓ（λ１）を分岐／結合するための第１の２×２光分岐結合素子９８ａ１と、第２の光信号Ｓ（λ２）を分岐／結合するための第２の２×２光分岐結合素子９８ａ２とを備えている。
【００５６】
第１の発光素子９７ａ１及び第１の受光素子１１０ａ１は、それぞれ第１の光分岐結合素子９８ａ１の入出力ポートに接続されている。また、第２の発光素子９７ａ２及び第２の受光素子１１０ａ２は、それぞれ第２の光分岐結合素子９８ａ２の入出力ポートにそれぞれ接続されている。
【００５７】
ファイバリング部９６は、図１に示すように、第１の波長分割分岐素子１０１と、第１の光分岐結合素子９８ａ１とを接続する光路長Ｌｃを有する第１の接続用光ファイバと、第２の波長分割分岐素子１０７と、第１の光分岐結合素子９８ａ１とを接続する光路長Ｌｅを有する第２の接続用光ファイバと、第１の波長分割分岐素子１０１と第２の波長分割分岐素子１０７とを接続する光路長Ｌｄを有する第３の接続用光ファイバとからなる。
【００５８】
また、ファイバリング部９６は、図１に示すように、第３の波長分割分岐素子１０５と、第２の光分岐結合素子９８ａ２とを接続する光路長Ｌｆを有する第４の接続用光ファイバと、第４の波長分割分岐素子１０３と、第２の光分岐結合素子９８ａ２とを接続する光路長Ｌｈを有する第５の接続用光ファイバと、第３の波長分割分岐素子１０５と第４の波長分割分岐素子１０３とを接続する光路長Ｌｇを有する第６の接続用光ファイバとからなる。
【００５９】
第１の波長分割分岐素子１０１は、異なる波長を有する第１及び第２の光信号Ｓ（λ１）及びＳ（λ２）を結合する結合機能、及び多重化された第１及び第２の光信号Ｓ（λ１）及びＳ（λ２）を分岐する機能を有している。尚、第２〜第４の波長分割分岐素子も同様の機能を有している。
【００６０】
そして、ファイバリング部９６は、第１及び第２のループ状光ファイバ１０２，１０６の一部を蛇行成形してなる光ファイバセンサ部２を有している。
【００６１】
この光ファイバセンサ部２は、狭い監視区間Ｌｓに予め設置されているフェンス１２０に取り付けられる。このフェンス１２０は横幅がＬｓを有する、例えば金網型のフェンスである。ここで狭い監視区間Ｌｓとは、数十ｍ〜数百ｍ程度のことを指している。従来の広い監視区間Ｌｌは、数ｋｍ以上を指しているので、これと比較し、この監視区間は非常に狭い監視区間を対象としている。
【００６２】
次に図２を参照して、この光ファイバセンサ部２の具体的な構成を説明する。
【００６３】
図２に示すように、光ファイバセンサ部２は、ファイバリング部９６をフェンス１２０の敷設方向に向かい、且つ、敷設方向に直行する方向に上下に蛇行配置させたものである。
【００６４】
この光ファイバセンサ部２は、ファイバリング部９６をＵ型に曲げてなる曲線検出部６と、フェンス１２０の敷設方向に対し垂直方向に設けられる直線検出部８とが交互に連続したものである。
【００６５】
ここで曲線検出部６は、使用する光ファイバの性能上の最小曲げ半径を下回らない範囲で１８０°に折り返されている。光ファイバを折り返す曲率は、光ファイバの最小曲げ半径であることが好ましい。この最小曲げ半径は、適用する光ファイバにより異なるが、例えば光ファイバ心線の場合は３０ｃｍであり、光ファイバコードの場合も同じく３０ｃｍ程度である。その他の光ファイバの最小曲げ半径は、ＪＩＳ  Ｃ  ６８２１の１３で規定される「曲げによる動的疲労気数測定法（ＩＥＣ  ６０７９３−１−Ｂ７Ｂ）」で測定される破断限界点を超えない曲げ半径とする。
【００６６】
尚、ここで光ファイバとは、裸光ファイバ、光ファイバ素線、光ファイバ心線、光ファイバコード、更にガラスファイバ、プラスチックファイバ等の各種ファイバ及びこれら各種光ファイバを使用した光ファイバケーブルを含む。
【００６７】
また、曲線検出部６と直線検出部８の長さの比率関係は、直線検出部の長さｈが曲線検出部の幅ｄの少なくとも３倍以上であることが望ましい。一般にフェンス１２０の高さは１ｍであることから、曲線検出部６の幅ｄを３０ｃｍとし、直線検出部８の長さｈを９０ｃｍとすると、上記光ファイバのいずれを適用しても光ファイバを破断させることなく、精度高い加振点の算出を行なうことができる。
【００６８】
尚、曲線検出部６は、破断限界点を超えないものであれば、その幅ｄは特に規定しない。つまり、精度良く加振点を算出するために必要な長さを有するファイバリング部９６を使用し、その長さを所定の監視区間内に収容することができれば、最小曲げ半径以上の曲率を有していても本実施の形態の効果を得ることができる。
【００６９】
そこで、図３に、光ファイバセンサ部２の他の構成例を示す。同図において、フェンス１２０のＦａ−Ｆａ端をフェンス１２０の上端とし、Ｆｂ−Ｆｂ端をフェンス１２０の下端とする。
【００７０】
このフェンス１２０に取り付けられた光ファイバのうち、上端側で折り返される曲線検出部６の曲率は光ファイバの最小曲げ半径とし、下端側で折り返される曲線検出部６の曲率は、最小曲げ半径よりも広い幅Ｔとする。一般にフェンス１２０は地面に対して垂直に設置されることから、フェンス１２０のＦｂ−Ｆｂ端が地面側となるように設置した場合、落下物がＦｂ−Ｆｂ端に接触する可能が高いことから、下端側の曲線検出部６の幅を広くした方が加振点ｐを検出し易い。
【００７１】
また、本発明の光ファイバリング干渉型センサ１には、光ファイバセンサ部２上で生じた振動から加振点を算出する加振点算出部４を備えている。図４は、加振点算出部４の具体的な構成図である。
【００７２】
この加振点算出部４は、第１及び第２の検出部３ａ１及び３ａ２にそれぞれに備えられている受光素子１１０ａ１及び１１０ａ２で検出された信号を取得し、それぞれの干渉光強度信号に基づく干渉光の位相差から振動レベル及び位相を算出し、光ファイバセンサ部２上の加振点ｐを算出するものである。
【００７３】
具体的には、受光素子１１０ａ１及び１１０ａ２で変換された干渉光強度のアナログ信号をそれぞれ増幅する増幅器４１ａ，４１ｂと、増幅後のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部４２ａ，４２ｂと、デジタル信号を基に振動量を算出する位相差算出部４３ａ，４３ｂと、２つの振動量を基に振動レベルと加振点を算出し光ファイバセンサ部２上の加振点を予め記憶されている対応表から読み出す振動レベル・位置算出部４４と、算出された光ファイバ上の加振点とフェンス１２０上の位置を関連付けてデータベース化した対応表を記憶する記憶部４６と、振動レベル・位置算出部４４で読み出されたフェンス１２０上の加振点を表示する表示部４５とから少なくとも構成されている。
【００７４】
ここで振動レベル・位置算出部４４は、位相差算出部４３ａ，４３ｂで算出された各位相差θ１，θ２を基に、式（５），式（６）から振動レベルと加振点を算出する機能部である。また「算出された加振点」に対応する「フェンス１２０上の加振点」を、予め記憶部４６に記憶されているデータベースから読み出し、表示部４５に出力する機能部でもある。尚、この機能部はＣＰＵ及びメモリ等で構成される演算処理機能により処理される。
【００７５】
次に、本発明の実施の形態に係る光ファイバリング干渉型センサ１の作用を説明する。
【００７６】
（第１の光信号Ｓ（λ１）の作用）
図１に示す光ファイバリング干渉型センサ１によれば、第１の発光素子９７ａ１から発光された波長λ１を有する光信号Ｓ（λ１）は、第１の光分岐結合素子９８ａ１によって分岐される。分岐された一方の第１の光信号Ｓ（λ１）は、共有ファイバリング９６を反時計回りに伝播し、他方の第１の光信号Ｓ（λ１）は、共有ファイバリング９６を時計回りに伝播する。
【００７７】
再び第１の光分岐結合素子９８ａ１によって結合（合波）された第１の光信号Ｓ（λ１）は、第１の受光素子１１０ａ１に入力され、式（１）に基づき干渉光の強度Ｐｐｄとして検出される。
【００７８】
次いで、検出された電気信号は、増幅器４１ａで増幅され、Ａ／Ｄ変換部４２ａでデジタル信号に変換された後、位相差算出部４３ａで式（２）に代入されて、位相差θ１が算出される。
【００７９】
（第２の光信号Ｓ（λ２）の作用）
第２の光信号Ｓ（λ２）も上記と同様に、第２の発光素子９７ａ２から発光された波長λ２を有する光信号Ｓ（λ２）は、第２の光分岐結合素子９８ａ２によって分岐される。分岐された一方の第２の光信号Ｓ（λ２）は、共有ファイバリング９６を反時計回りに伝播し、他方の第２の光信号Ｓ（λ２）は、共有ファイバリング９６を時計回りに伝播する。
【００８０】
再び第２の光分岐結合素子９８ａ２によって結合（合波）された第２の光信号Ｓ（λ２）は、第２の受光素子１１０ａ２に入力され、式（１）に基づき干渉光の強度Ｐｐｄとして検出される。
【００８１】
次いで、検出された電気信号は、増幅器４１ｂで増幅され、Ａ／Ｄ変換部４２ｂでデジタル信号に変換された後、位相差算出部４３ｂで式（３）に代入されて、位相差θ２が算出される。
【００８２】
（加振点算出）
ここで、光信号が光ファイバリング干渉型センサ内を通過する時間内において、位相変動量φ１及びφ２の時間微分値がほとんど変化しないとすると、式（２）及び式（３）から、干渉光Ｃ（λ１）の位相差θ１及び干渉光Ｃ（λ２）の位相差θ２は、それぞれ式（５）及び式（６）で表すことができる。
【００８３】
ここで式（２），式（３）のφ１及びφ２は、それぞれ加振点ｐにおける光信号Ｓ（λ１）及び光信号Ｓ（λ２）それぞれの位相変動量であり、θ１０及びθ２０は、それぞれ位相差θ１及びθ２の静的状態の初期位相差である。
【００８４】
この構成によれば、フェンス１２０の敷設方向と平行に光ファイバを直線状に敷設した場合と比較して、約３倍以上の光ファイバ長を収容できるので、光ファイバ上で発生した加振点を精度高く検出することができる。
【００８５】
また、図１１〜図１３に示した敷設方法と比較して、本発明の光ファイバセンサ部は、落下物の落下方向に沿って上下方向に往復するように敷設されているので、落下物の衝突箇所を少なくさせることができる。その結果、敷設方向における加振点を特定することが容易になる。
【００８６】
（実施例１）
図５は、本発明の光ファイバリング干渉型センサ１を落石感知に適用した場合の敷設一例を示す図である。
【００８７】
図５に示すように、この敷設一例は、本発明の光ファイバリング干渉型センサを山の斜面２１に配置し、土砂崩れ等を検知するものである。
【００８８】
ここで斜面２１は、崩落の危険性がある山の斜面や、雪崩が発生する可能性がある雪山の斜面であって、更に木々等の障害物により設置場所が限定されるような狭い場所を指している。
【００８９】
このような斜面２１上に、又は斜面２１の裾野に、斜面２１上を落下する落下物の落下方向に対して直交する方向に２本の支柱を打ち込み、この支柱間にフェンス１２０を張設する。このフェンス１２０の張面上には、光ファイバをフェンス１２０の高さ方向Ｌｖに往復させながら、フェンス１２０の敷設方向に蛇行配置させる。
【００９０】
このように光ファイバをフェンス１２０面上に蛇行配置させることで、光ファイバセンサ部２を、斜面２１上を落下する落下物の落下方向に対して垂直方向に、且つ、この落下方向に沿って上下方向に往復するように蛇行配置させることができる。
【００９１】
これにより斜面２１を落下してきた落下物が光ファイバセンサ部２に衝突した場合に、光ファイバは落下方向に沿って蛇行配置されているので、図１１〜図１３の敷設方法と比較して衝突箇所が少なくなる。これにより第１及び第２の検出部３ａ１，３ａ２で検出される位相変化の情報量が少なくなるので、光ファイバ上の加振点を特定し易くなる。また、従来とは異なり、光ファイバを蛇行配置させているので、狭い監視区間Ｌｓであっても、長尺の光ファイバコードを収容させることができる。これにより広い監視区間Ｌｌに敷設するのと同等の精度で加振点を算出することができる。
【００９２】
尚、本実施例において監視対象箇所は、土砂崩れを起こしそうな斜面２１としたが、監視対象箇所はこれに限らず、落石の恐れがある落石危険箇所や、地滑りを起こす可能性のある地滑り箇所であってもよい。
【００９３】
次に、図６を参照して、他の変形例を説明する。
【００９４】
図６は、光ファイバセンサ部２の敷設一例を示す図である。同図は、斜面２１に敷設される光ファイバセンサ部２ａ、トンネル入口上部に敷設される光ファイバ２ｂ、トンネル内に敷設される光ファイバセンサ部２ｃの３種類の敷設例を示している。この変形例の特徴は、各光ファイバセンサ部２ａ〜２ｃに共通して、斜面に対し所定の角度範囲内で敷設させる点にある。
【００９５】
つまり光ファイバセンサ部２ａは、光ファイバセンサ部２ａの蛇行配置されてなる面が斜面２１と対面するように配置している。また光ファイバセンサ部２ｂは、トンネル入口上部から張り出すように斜傾配置している。更に光ファイバセンサ部２ｃは、トンネルの内壁曲面に沿わせて湾曲配置している。
【００９６】
ここで傾斜角度は、例えば斜面に対して垂直方向を角度９０°とし、斜面２１に対して平行な方向を角度０°とした場合に、角度０°〜９０°の範囲内を指しており、光ファイバセンサ部２ａ〜２ｃはこの角度範囲内であれば、いずれの角度でも設置することができる。
【００９７】
これにより光ファイバセンサ部２ａのように斜面２１と対面するように配置した場合は、狭い監視区間での落石場所を高精度算出できるという効果の他に、地中内で生じた変動を検出し、その変動位置を高精度算出することができるという効果が得られる。
【００９８】
また光ファイバセンサ部２ｂのようにトンネル入口上部から張り出すように配置した場合は、狭い監視区間での落石場所を高精度算出できるという効果の他に、斜面２１を撥ね落ちてきた落下物を捕らえることができる。
【００９９】
また光ファイバセンサ部２ｃのようにトンネルの内壁に設置した場合は、トンネル内の狭い監視区間での落石場所を高精度算出できるという効果の他に、壁面のひび割れやトンネル内の崩落位置を高精度算出することができる。
【０１００】
従って、上記変形例によれば、敷設環境下に応じて角度０°〜９０°の範囲内で斜傾設置させることや、敷設面に沿って湾曲させることでも、光ファイバセンサ部の加振地点を高精度算出することができる。
【０１０１】
尚、同図において第１及び第２の検出部３ａ１，３ａ２は省略した。
【０１０２】
（実施例２）
図７は、本発明の光ファイバリング干渉型センサ１を戸口の前に設置させた場合の敷設一例を示す図である。
【０１０３】
図７に示すように、この敷設一例は、本発明の光ファイバリング干渉型センサ１を戸口１４の床上に敷設し、光ファイバを戸口１４の出入り方向に往復するように蛇行配置させると共に、この蛇行配置されてなる敷設面を床面と平行に配置している。
【０１０４】
ここで蛇行配置されてなる光ファイバセンサ部２は、床上のゴムマット１２に設けられている凹部に収納されており、その上からカーペット１０で保護されている。ゴムマット１２上に設けることで、カーペット１０上から押圧が加わった場合であっても、光ファイバを破断させることなく、押圧を光ファイバでに伝達することができる。これにより上記実施例と同様に、加振点が検出することができる。
【０１０５】
尚、この光ファイバセンサ部２は、戸口１４が複数連続して設けられている場所において、各戸口毎に敷設すると、各戸口を出入り状態を検出することができる。
【０１０６】
（実施例３）
図８は、本発明の光ファイバリング干渉型センサ１を橋の橋脚に設置させた場合の敷設一例を示す図である。
【０１０７】
図８に示すように、この敷設一例は、本発明の光ファイバリング干渉型センサの光ファイバリング部を、橋の架橋方向に敷設したものである。ここで光ファイバセンサ部２を重力方向に沿って上下方向に往復するように蛇行配置されている。このように配置させることで、橋の架橋方向において、いずれかの位置でひび割れ等が生じた場合に、その発生箇所を容易に特定することができる。
【０１０８】
また、光ファイバセンサ部２を、橋の橋脚側面に敷設することで、複数の橋脚のうち、どの橋脚にひび割れ等が生じたのかを容易に特定することができる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、異なる波長λ１，λ２を１つのループ状光ファイバ１０２，１０６を共有して時計回りと反時計回りに伝搬させ、両端に設けられた第１及び第２の検出部３ａ１，３ａ２で同時に２つの波長の干渉光強度を観測し、ループ状光ファイバ１０２，１０６上で生じた加振点の特定や加振点での位相変化量を算出するものであって、このループ状光ファイバ１０２，１０６上に、ループ状光ファイバ１０２，１０６の一部を蛇行成形してなる光ファイバセンサ部２を設けることで、狭い監視区間Ｌｓに長尺の光ファイバを収容することができるので、狭い監視区間Ｌｓ内で生じた加振点を高精度で算出することができる。
【０１１０】
また、光ファイバセンサ部２を光ファイバの最小曲げ半径で構成することで、より単位長当たりに収容できる光ファイバ長が長くすることができるので、監視区間が狭くても、敷設方向に生じた加振点ｐを精度良く算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る光ファイバリング干渉型センサの概略構成図である。
【図２】光ファイバリング干渉型センサに設けられる光ファイバセンサ部２の構成図である。
【図３】光ファイバリング干渉型センサに設けられる光ファイバセンサ部２の変形例である。
【図４】光ファイバリング干渉型センサに設けられる加振点算出部４の具体的な構成図である。
【図５】本発明の光ファイバリング干渉型センサを山の斜面に設置する場合の設定例である。
【図６】本発明の光ファイバリング干渉型センサを所定角度で斜面に設置する場合の設置例及び、トンネル内に本発明の光ファイバリング干渉型センサを設置する場合の設定例である。
【図７】本発明の光ファイバリング干渉型センサを戸口の前に設置する場合の設置例である。
【図８】本発明の光ファイバリング干渉型センサを橋の橋脚に設置する場合の設置例である。
【図９】従来の光ファイバリング干渉型センサの概略構成図である。
【図１０】従来の光ファイバリング干渉型センサを広い監視区間ＬＩに設置した場合の概略構成図である。
【図１１】従来の光ファイバリング干渉型センサを狭い監視区間Ｌｓに設置した場合の第１敷設例を示す構成図である。
【図１２】従来の光ファイバリング干渉型センサを狭い監視区間Ｌｓに設置した場合の第２敷設例を示す構成図である。
【図１３】従来の光ファイバリング干渉型センサを狭い監視区間Ｌｓに設置した場合の第３敷設例を示す構成図である。
【図１４】従来の光ファイバリング干渉型センサを狭い監視区間Ｌｓに設置した場合の第４敷設例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…光ファイバリング干渉型センサ
２…光ファイバセンサ部
３ａ１，３ａ２…検出部
４…加振点算出部
６…曲線検出部
８…直線検出部
１０…カーペット
１２…ゴムマット
１４…戸口
２１…斜面
４１ａ，４１ｂ…増幅器
４２ａ，４２ｂ…変換部
４３ａ，４３ｂ…位相差算出部
４４…振動レベル・位置算出部
４５…表示部
４６…記憶部
９５ａ１…第１の検出部
９５ａ２…第２の検出部
９６…（共有）ファイバリング部
９７ａ１…第１の発光素子
９７ａ２…第２の発光素子
９８ａ１…第１の光分岐結合素子
９８ａ２…第２の光分岐結合素子
１００…第１の接続用光ファイバ
１０１…第１の波長分割分岐素子
１０２…第１のループ状光ファイバ
１０３…第４の波長分割分岐素子
１０４…第２の接続用光ファイバ
１０５…第３の波長分割分岐素子
１０６…第２のループ状光ファイバ
１０７…第２の波長分割分岐素子
１０８…第３の接続用光ファイバ
１１０ａ１…第１の受光素子
１１０ａ２…第２の受光素子
１２０…フェンス
【図１】
2005043087.tif 000009
【図２】
2005043087.tif 000010
【図３】
2005043087.tif 000011
【図４】
2005043087.tif 000012
【図５】
2005043087.tif 000013
【図６】
2005043087.tif 000014
【図７】
2005043087.tif 000015
【図８】
2005043087.tif 000016
【図９】
2005043087.tif 000017
【図１０】
2005043087.tif 000018
【図１１】
2005043087.tif 000019
【図１２】
2005043087.tif 000020
【図１３】
2005043087.tif 000021
【図１４】
2005043087.tif 000022