(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、
前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサにおいて、
前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下である
ことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項２】
外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、
前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定されるか、もしくは前記円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサにおいて、
前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下である
ことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光ファイバセンサにおいて、
前記光ファイバは、１．３μｍ帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバである
ことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光ファイバセンサにおいて、
前記光ファイバの前記螺旋巻き部分における曲率半径が１５ｍｍ以下である
ことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項５】
外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、
前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さであり、
前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が０．０５以上２以下又は４以上６以下である光ファイバセンサにおいて、
外径及び内径が各々均一に形成され、前記円筒状の部材の近傍に設けられる第二の円筒状の部材を備えるとともに、前記光ファイバが所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれて前記第二の円筒状の部材の中空部に内包される第二の螺旋巻き部分を有し、
前記第二の螺旋巻き部分全体が、前記第二の円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記第二の螺旋巻き部分の光ファイバ長が前記測定手段の最小分解能以上の長さであり、
前記円筒状の部材の中空部に前記螺旋巻き部分を内包してなるセンサ部で観測される周波数シフト量と、前記第二の円筒状の部材の中空部に前記第二の螺旋巻き部分を内包してなる温度モニタ部で検知される周波数シフト量とに基づいて、外的な歪みによる周波数シフト量を求める
ことを特徴とする光ファイバセンサ。
【請求項６】
外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ、前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成され、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長が前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサを用いて固体状の被測定物の歪み分布を測定する方法であって、
前記円筒状の部材の内部に前記測定手段の距離分解能以上の長さの前記光ファイバを内包してなるセンサ部を前記被測定物に接着固定し、前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定して前記被測定物の歪み分布を得る光ファイバセンサを用いた歪み測定方法において、
前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下である
ことを特徴とする光ファイバセンサを用いた歪み測定方法。
【請求項７】
外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成され、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定されるか、もしくは前記円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサを用いて固体形状の被測定物の温度分布を測定する方法であって、
前記光ファイバセンサの前記円筒状の部材の内部に前記測定手段の距離分解能以上の長さの前記光ファイバを内包してなるセンサ部を前記被測定物に接着固定し、
前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定して前記被測定物の温度分布を得る光ファイバセンサを用いた温度測定方法において、
前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下である
ことを特徴とする光ファイバセンサを用いた温度測定方法。
【請求項８】
外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成され、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定されるか、もしくは前記円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサを用いて流体状の被測定物の温度分布を測定する方法であって、
前記円筒状の部材の内部に前記測定手段の距離分解能以上の長さの前記光ファイバを内包してなるセンサ部の中空部に前記被測定物を導入し、
前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定して前記被測定物の温度分布を得る光ファイバセンサを用いた温度測定方法において、
前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下である
ことを特徴とする光ファイバセンサを用いた温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサ及び光ファイバセンサを用いた歪み及び温度測定方法に関し、特に被測定物の歪み及び温度を検知する光ファイバ型センサ技術と歪み及び温度の測定検知技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばトンネル等の構造物（以下、被測定物という）に発生する歪みの計測など、広い範囲や多数の地点に及ぶ歪み計測や温度計測を行う場合、一般的には、センサとして電力供給により稼動する歪みゲージなどを被測定物の表面に設置し、それぞれの歪みゲージの値をモニタする方法が用いられている（以下、従来技術１という）。しかしながらこの方法では、多数の歪みゲージを設置する必要があると共に、モニタの大きな稼動が必要であり、さらに、屋外で用いる際は電気的なノイズの影響への対策なども必要となる。
【０００３】
そこで近年、センサ自体への電源の供給が不要で、電気的なノイズの影響がなく、被測定物の長手方向の歪み分布測定が可能である光ファイバセンサによる歪み分布測定を行う方法の開発が進められている。特に、光ファイバの後方散乱光をモニタする方法が大きく進展している。つまり、石英ガラス系の光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量が歪みに比例して変化することを利用し、光ファイバ歪み分布測定器としてＢ−ＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）と呼ばれる試験器（以下、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器と称する）を用いて光ファイバ内に発生する歪みとその位置を光ファイバ片端から連続的に測定して、被測定物の歪みの量と位置とを測定することができる。この方法では長尺の光ファイバセンサ１本とＢ−ＯＴＤＲ測定器を１台用いれば、数ｋｍにおよぶ被測定物の歪みの分布測定が可能になる（以下、従来技術２という）。
【０００４】
なお、上記従来技術１及び従来技術２による歪み測定結果を比較した文献として、例えば、非特許文献１がある。また、非特許文献１には、温度にもブリルアン散乱光の周波数のシフト量が比例することが示されており、これを用いて温度分布測定を行うことも可能である。
【０００５】
また、温度の測定には、光ファイバのラマン散乱光の強度が温度に対して変化することを利用する方法（Raman Optical Time Domain Reflectometer：Ｒ−ＯＴＤＲ）も知られており、その報告例として、例えば非特許文献２がある。
【０００６】
【非特許文献１】Kurashima他著、「Application of fiber optic distributed sensor for strain measurement in civil engineering」、Proceedings of SPIE、Vol.3241、OFT2004-3、p.247-258
【非特許文献２】中島他著、「B-10-43  Ｒ−ＯＴＤＲを用いたＯＰＧＷ内部への浸水検出方法」、電子情報通信学会総合大会、2004年、p.414
【非特許文献３】安江他著、「光ファイバを用いたコンクリート管ひずみ計測」、信学技報、OFT99-1、p.1-6
【非特許文献４】IEDA他著、「Transmission Characteristics of a Hole-Assisted Fiber Cord for Flexible Optical Wiring」、Proceedings of 54th IWCS, p.63-68
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器による歪み測定評価に関しても、測定の距離分解能が主にＢ−ＯＴＤＲ測定器の最小距離分解能の数１０ｃｍから１ｍ程度に限定されるという問題点がある。また、上述した光ファイバのラマン散乱光を利用するＲ−ＯＴＤＲ測定器による温度測定評価についても、市販品レベルでのＲ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能（サンプリング間隔距離）は同様に１ｍ程度である。
【０００８】
両者の測定方法に関する課題は同じであるため、以下では、従来報告例が多いＢ−ＯＴＤＲ測定器について述べる。上記問題を解決するために、例えば、光ファイバの可とう性を利用し、被測定物の１ｍより短い箇所に対して歪み分布測定を行う場合には、光ファイバに対して２０〜３０ｃｍ周期で緩やかな曲げを与え折り返して被測定物に接着し、その後Ｂ−ＯＴＤＲ測定器により測定を行い、擬似的に距離分解能を向上させる方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００９】
しかしながら、非特許文献３の歪み分布測定方法についても、光ファイバを急激に折り曲げると損失が増加するため、光ファイバの折り返し点では、ある程度の大きさの曲げ径を確保する必要がある。従って、特に、広い範囲で複数箇所にわたって歪み測定を行う場合、光ファイバを直線状に接着する場合と比べて、被測定物へのファイバの接着施工作業が非常に煩雑となる。さらには、一定以上の表面積がない被測定物（被測定箇所）には、この方法の適用自体が非常に困難となってしまう。
【００１０】
以上のように、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器と光ファイバセンサを用いた歪みの測定方法においては、距離分解能が１ｍ程度以上に限定され、これより狭い範囲での歪み測定を行う場合には、被測定物への光ファイバの接着において、煩雑な施工処理が必要となる。さらには、表面積が狭い被測定物、例えば細長い円柱状の物体などの長手方向の歪み分布を測定する場合、前記の施工処理自体が非常に困難になってしまう。
【００１１】
さらに、上述したＢ−ＯＴＤＲ測定器、又はＲ−ＯＴＤＲ測定器と、光ファイバセンサとを用いて温度を測定する温度分布測定方法においても、上述した歪み分布測定と同様の課題があった。
【００１２】
本発明は上述した課題に鑑みて、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器またはＲ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能以下で歪みまたは温度の分布測定を簡易に実現できる取り扱いの容易な光ファイバセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る光ファイバセンサは、外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサにおいて、前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下であることを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る光ファイバセンサは、外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定されるか、もしくは前記円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサにおいて、前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下であることを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る光ファイバセンサは、第１又は第２の発明において、前記光ファイバは、１．３μｍ帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバであることを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る光ファイバセンサは、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記光ファイバの前記螺旋巻き部分における曲率半径が１５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る光ファイバセンサは、外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成される光ファイバセンサであって、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さであり、前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が０．０５以上２以下又は４以上６以下である光ファイバセンサにおいて、外径及び内径が各々均一に形成され、前記円筒状の部材の近傍に設けられる第二の円筒状の部材を備えるとともに、前記光ファイバが所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれて前記第二の円筒状の部材の中空部に内包される第二の螺旋巻き部分を有し、前記第二の螺旋巻き部分全体が、前記第二の円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記第二の螺旋巻き部分の光ファイバ長が前記測定手段の最小分解能以上の長さであり、前記円筒状の部材の中空部に前記螺旋巻き部分を内包してなるセンサ部で観測される周波数シフト量と、前記第二の円筒状の部材の中空部に前記第二の螺旋巻き部分を内包してなる温度モニタ部で検知される周波数シフト量とに基づいて、外的な歪みによる周波数シフト量を求めることを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第６の発明に係る光ファイバセンサを用いた歪み測定方法は、外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ、前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成され、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長が前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサを用いて固体状の被測定物の歪み分布を測定する方法であって、前記円筒状の部材の内部に前記測定手段の距離分解能以上の長さの前記光ファイバを内包してなるセンサ部を前記被測定物に接着固定し、前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量を測定して前記被測定物の歪み分布を得る光ファイバセンサを用いた歪み測定方法において、前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下であることを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第７の発明に係る光ファイバセンサを用いた温度測定方法は、外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成され、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定されるか、もしくは前記円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサを用いて固体形状の被測定物の温度分布を測定する方法であって、前記光ファイバセンサの前記円筒状の部材の内部に前記測定手段の距離分解能以上の長さの前記光ファイバを内包してなるセンサ部を前記被測定物に接着固定し、前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定して前記被測定物の温度分布を得る光ファイバセンサを用いた温度測定方法において、前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下であることを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第８の発明に係る光ファイバセンサを用いた温度測定方法は、外径及び内径が各々均一に形成された円筒状の部材と、所定ピッチ周期で螺旋状に巻かれ前記円筒状の部材の中空部に内包される螺旋巻き部分を有する光ファイバとから構成され、前記光ファイバの片端がブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定する測定手段に接続されるとともに、前記螺旋巻き部分全体が前記円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定されるか、もしくは前記円筒状の部材の内周面に対してすべり移動可能な状態で内接され、且つ、前記螺旋巻き部分の光ファイバ長は前記測定手段の最小分解能以上の長さである光ファイバセンサを用いて流体状の被測定物の温度分布を測定する方法であって、前記円筒状の部材の内部に前記測定手段の距離分解能以上の長さの前記光ファイバを内包してなるセンサ部の中空部に前記被測定物を導入し、前記測定手段により前記光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量またはラマン散乱光の強度を測定して前記被測定物の温度分布を得る光ファイバセンサを用いた温度測定方法において、前記円筒状の部材の内径と前記螺旋巻き部分の螺旋のピッチ長との比である（螺旋巻部分の螺旋のピッチ長）÷（円筒状の部材の内径）が、４以上６以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上述した、光ファイバを円筒状の部材の内部に螺旋状に巻いた状態とし、光ファイバの螺旋状に巻かれた部分全体が円筒状の部材の内周面に密着した状態で接着固定すれば、円筒状の部材の長さに対して、これよりもｋ倍（ｋ＞１）長い光ファイバが測定手段の距離最小分解能以上の長さで螺旋状に巻かれた部分、換言すると、円筒状の部材に対応する部分がセンサ部として機能する。従って、被測定物にセンサ部として円筒状の部材を固定することにより、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器の距離最小分解能の１／ｋ小さい距離分解能で歪みを測定することが可能になる。さらに、螺旋のピッチ周期を円筒の半径に対応して適切な範囲の値に調整することで、歪みの測定感度の低下（測定で検知可能な最小歪みの増加）を抑制することができる。
【００２３】
また、上述した、光ファイバを円筒状の部材の内部に螺旋状に巻いた状態とし、光ファイバの螺旋状に巻かれた部分全体が円筒状の部材の内周面にすべり移動可能な状態で内接した構造とすれば、円筒状の部材の長さに対して、これよりもｋ倍（ｋ＞１）長い光ファイバが測定手段の距離最小分解能以上の長さで螺旋状に巻かれた部分、換言すると、円筒状の部材に対応する部分がセンサ部として機能する。従って、固体状の被測定物にセンサ部として円筒状の部材を直線上に固定した場合も、流体の被測定物をセンサ部としての円筒状の部材の内部に導入した場合も、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器またはＲ−ＯＴＤＲ測定器の距離最小分解能の１／ｋ小さい距離分解能で温度を測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の最良の形態に係る光ファイバセンサについて図面を用いて具体的に説明する。図１は本実施形態に係る光ファイバセンサの測定系の一例を示す概略構造図、図２は本実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部の単位構造を示す説明図、図３は螺旋の半径とピッチの比Ｘと円筒の伸び歪みと光ファイバの歪みの比Ｑとの関係を示すグラフ、図４は螺旋の半径とピッチの比Ｘと単位構造中の円筒長と光ファイバ長の比ｋとの関係を示すグラフである。
【００２５】
まず、本発明で用いる光ファイバセンサの基本的な構成と、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器によって歪みを測定された際の距離分解能の向上の原理について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態において光ファイバセンサは、光ファイバ１１と、外径及び内径が各々均一に形成され該光ファイバ１１を挿通する円筒状の部材（以下、円筒と称する）１２と、光ファイバ１１の片端に接続され、光ファイバ１１内に発生する歪みとその位置を光ファイバ１１の片端から連続的に測定して、被測定物の歪みの量と位置とを測定する測定手段としての測定器１３とから構成される。なお、本実施形態においては測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器を用いるものとする。
【００２７】
光ファイバ１１の、円筒１２の中空部１２ａに挿通された部分は、円筒１２の内周面１２ｂに沿って所定のピッチで螺旋状に巻かれて（以下、光ファイバ１１の螺旋状に巻かれた部分を「螺旋巻き部分」と称する）、この螺旋巻き部分が円筒１２に内包されたような状態となって、光ファイバ１１の螺旋巻き部分と円筒１２とは互いに押圧し合うような状態となっている。そして、光ファイバ１１の螺旋巻き部分は、接着剤などによって円筒１２の内周面１２ｂに接着固定される等、円筒１２の内周面１２ｂに密着しているものとする。本実施形態においては、円筒１２及び該円筒１２の内周面１２ｂに沿って設けられた光ファイバ１１の螺旋巻き部分がセンサ部１０１として機能する。
【００２８】
本実施形態の光ファイバセンサの構造にあっては、上述したように光ファイバ１１の螺旋巻き部分と円筒１２とは互いに押圧するような状態となるため、光ファイバ１１を円筒１２の内周面１２ｂに接着した後は、歪みによって円筒１２が変形したような場合であっても光ファイバ１１と円筒１２の内周面１２ｂとの接着部が剥離しにくいという利点がある。
【００２９】
ここで、円筒１２の内周面１２ｂは、凹凸のない円滑な状態でも良いし、光ファイバ１１を接着するためのガイドとなる螺旋状の溝を均一な深さで設けた状態であっても良い。図１に示すように円筒１２は光ファイバ１１を保護する被覆としても作用し、この円筒１２の外周面１２ｃと被測定物とを直接接着固定して使用するものとする。また、センサ部１０１にある光ファイバ１１の螺旋巻き部分が一様な半径およびピッチ周期で螺旋状に巻かれていれば、被測定物との接続や接着を容易にするために円筒１２に接続部や接着面を設けるなど、円筒１２の外径形状を適宜加工しても良い。また、円筒１２を構成する材料は均一な材料であることが望ましく、応力に対する応答の感度を向上させるために、強度に問題が生じない範囲で円筒１２の外径を適宜調整することができる。
【００３０】
また、光ファイバ１１は破断を避けるために心線自体がＵＶ硬化性樹脂やカーボンコートなどによって通信用に用いられる光ファイバと同様に表面を被覆保護されていることが望ましい。また、圧縮歪みへの応答の向上と初期の歪みの分布の均一化のために、円筒１２の内周面１２ｂに光ファイバ１１を接着する際に光ファイバ１１に加える張力は適切な範囲の一定値であることが望ましい。但し、センサの歪みの初期分布に多少の不均一性が残った場合であっても、初期分布を測定器１３で予め測定して記録しておけば、この初期分布との比較によって歪みの変化を判定できるので、実用上の問題は生じない。
【００３１】
また、測定器１３の距離分解能を考慮して、光ファイバ１１の螺旋巻き部分の長さは最小距離分解能以上の任意の値とすればよく、必要に応じて上記螺旋巻き部分を十分に長くしてもよい。また、測定器１３のダイナミックレンジの及ぶ範囲で、光ファイバ１１を複数の螺旋巻き部分の間に任意の形状や長さとした区間を挟んだ構造や、複数の異なる周期からなる螺旋巻き部分を周期的に繰り返してなる構造などとすることも可能である。
【００３２】
次に、図１に示し上述した光ファイバセンサを温度測定に用いる例について説明する。即ち、図１と同様な構造の測定系からなる光ファイバセンサを、温度測定に用いる光ファイバセンサとして用いることができる。以下、図１に示す光ファイバセンサを歪み測定に用いる場合と同様の構成については説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。本実施形態の光ファイバセンサを温度測定に用いる場合は、測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器またはＲ−ＯＴＤＲ測定器を用いると好適である。
【００３３】
図１に示す光ファイバセンサを温度測定に用いる場合にあっても、光ファイバ１１は、歪み測定に用いる場合と同様に片端が測定器１３に接続されるとともに、円筒１２に挿通された部分が円筒１２の内周面１２ｂに沿うように螺旋状に巻かれている。そして、この光ファイバ１１の螺旋巻き部分が、（イ）円筒１２の内周面１２ｂに全体が密着するように接着固定した状態、もしくは、（ロ）円筒１２の内周面１２ｂに対してすべり移動が可能なように、換言すると摺動が可能なように内接した状態となるようにしている。
【００３４】
より詳しくは、測定器１３としてＲ−ＯＴＤＲ測定器を用いる場合は、上記条件（イ）、（ロ）のいずれであっても測定上の問題はない。一方、測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器を用いる場合は、ブリルアン散乱光の周波数シフト量が歪みと温度の両方に依存するので、円筒１２に加わる歪みや熱膨張が無視できない場合は、上記条件（ロ）、即ち光ファイバ１１の螺旋巻き部分がすべり移動が可能な状態で円筒１２の内周面１２ｂに内接するように構成することが望ましい。
【００３５】
ここで、上記条件（ロ）は、光ファイバ１１の円筒１２への接着部分をファイバ１１の螺旋巻き部分全体とはせず、螺旋の数周期ごとに接着部分を設けるといった方法によって実現することができる。なお、このような構成とする場合には、円筒１２の内周面１２ｂは凹凸のない円滑な形状であることが望ましい。
【００３６】
また、温度測定の補助的な手段として、上記光ファイバ１１と同じ構造の直線状の光ファイバの別心線（以下、温度補正用別心線と称する）を円筒１２内に事前に内包しておくようにしてもよい。このような温度補正用別心線は、円筒１２と同等の長さとし、円筒１２との接着点の数をゼロ又は極少数にしておけば、歪みの影響のない温度分布測定が、測定器１３の距離分解能において可能になる。この温度補正用別心線による温度測定値を用いれば、光ファイバ１１の測定値への歪みの影響の有無を判断することで、温度測定値の補正を行うことができる。
【００３７】
また、光ファイバ１１は破断を避けるために、心線自体がＵＶ硬化性樹脂やカーボンコートなどによって通信用の光ファイバと同様に表面を被覆されていることが望ましい。測定器１３の距離分解能を考慮して、光ファイバ１１の螺旋巻き部分の長さは最小距離分解能以上の任意の値とすれば良く、必要に応じて、螺旋巻き部分を十分に長くしても良く、また測定器１３のダイナミックレンジの及ぶ範囲で、光ファイバ１１を複数の螺旋巻き部分の間に任意の形状や長さとした区間を挟んだ構造や、複数の異なる周期からなる螺旋巻き部分を周期的に繰り返してなる構造などとすることも可能である。
【００３８】
図２に基づいて本実施形態に係る光ファイバセンサによる歪み測定時の分解能の向上の原理を説明する。図２に示すように、円筒１２の内径（＝光ファイバ１１の螺旋の半径）をｒ、螺旋のピッチ周期をＰとすると、螺旋の１周期に対応する部分（以下、単位構造と称する）１０１ａ中にある光ファイバ１１の長さＬは、以下の（１）式で表され、このとき光ファイバ１１に与えられる曲率半径Ｒは以下の（２）式で表される。
【００３９】
Ｌ＝（Ｐ2＋（２πｒ）2）1/2    ・・・（１）
Ｒ＝Ｌ2／（２π）2ｒ    ・・・（２）
【００４０】
ここで例えば、応力によって円筒１２の長手方向に伸び歪みεs（＞０）が生じたとすると、この円筒１２の変形に伴い、光ファイバ１１が形成する螺旋のピッチは以下の（３）式で表されるＰ1に拡大し、螺旋の半径は以下の（４）式で表されるｒ1に縮小する。
【００４１】
Ｐ1＝（１＋εs）Ｐ    ・・・（３）
ｒ1＝（１−μεs）ｒ    ・・・（４）
但し、μ（＞０）は円筒材料のポアソン比である。
【００４２】
さらに、単位構造１０１ａ中の光ファイバの全長は以下の（５）式のＬ1に変化し、光ファイバ自体の歪みεfは（６）式で与えられる。
【００４３】
Ｌ1＝(Ｐ12＋(２πｒ1)2)1/2    ・・・（５）
Ｌ1／Ｌ＝(Ｐ12＋(２πｒ1)2)1/2／(Ｐ2＋(２πｒ)2)1/2＝１＋εf    ・・・（６）
【００４４】
（６）式の両辺を二乗し、歪みεの二乗の項は他の項と比べて十分小さいのでこれらをゼロと近似すると、円筒１２の伸び歪みεsと光ファイバの歪みεfとの関係式として次の（７）式が得られる。
【００４５】
εf＝(Ｘ2−(２π)2μ)／(Ｘ2＋(２π)2)・εs＝Ｑεs    ・・・（７）
ここで、Ｘ＝Ｐ／ｒであり、初期状態の光ファイバ２の螺旋の半径ｒとピッチ長Ｐとから与えられる定数である。
【００４６】
（７）式から、光ファイバ２の歪みεfの正負は上記定数Ｘの値によって変化する、換言すると、円筒１２の受ける歪みが伸び歪みであっても、光ファイバ１１自体は伸び歪みの場合も圧縮歪みの場合もあり得ることがわかる。具体的には、光ファイバ１１の螺旋巻き部分のピッチ長Ｐがこの螺旋の半径ｒに比べて十分大きいときは円筒１２の伸び歪みεsと光ファイバ１１の歪みεfとは正負が等しく、螺旋の半径ｒがピッチ長Ｐに比べて十分大きいときは円筒１２の伸び歪みεsと光ファイバ１１の歪みεfとは正負が異なる。
【００４７】
（７）式に示す比例定数Ｑは、円筒１２の伸び歪みに対する光ファイバ１１の歪みの感度を表すと考えられ、測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器を用いた歪み測定においては、歪みの検知感度を保つためには、（７）式の比例定数Ｑの絶対値ができるだけ大きく、即ち、できるだけ１に近い値になるように、光ファイバ１１の螺旋巻き部分の螺旋形状を設定することが望ましい。なお、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器で検知可能な最小歪みは、上記非特許文献３に記載されているように波長１．５５μｍでの測定時で、一般的に３×１０-5程度（１．５ＭＨｚの周波数シフト量に対応）である。
【００４８】
また、測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器を用いた歪み測定時の距離分解能には、下記（８）式に示す、単位構造１０１ａ中の円筒１２の長さＰと光ファイバ１１の長さＬの比ｋ（以下、比例定数ｋという）が関係し、光ファイバ１１の螺旋巻き部分の螺旋形状を比例定数ｋができるだけ大きくなるように設定したセンサを用いることが望ましい。
【００４９】
ｋ＝Ｌ／Ｐ＝(１＋(２π／Ｘ)2)1/2    ・・・（８）
【００５０】
このとき、測定器１３（ここではＢ−ＯＴＤＲ測定器）の距離分解能をΔｌとすると、本実施形態の光ファイバセンサの距離分解能としてΔｌ／ｋを得ることが可能になる。なお、（２）式に示した光ファイバに与えられる曲率半径ＲはＸを用いて（９）式によって表される。
【００５１】
Ｒ＝Ｌ2／(２π)2ｒ＝(１＋(Ｘ／２π)2)ｒ    ・・・（９）
【００５２】
一般的に固体材料のポアソン比μは０．２〜０．４程度の値を取る。ポアソン比μの値をパラメータとして、（７）式からＸと比例定数Ｑの関係を調べた結果を図３に、また、（８）式からＸとｋの関係を調べた結果を図４に示す。
【００５３】
図４から、Ｘを６以下とすれば、ｋは１．４以上の値となり、測定の距離分解能を０．７×Δｌ以下と向上することができることがわかる。ただし、図３から、Ｘ＝３の近傍ではμの値によらず比例定数Ｑの絶対値が小さくなり、測定感度の面で不利になるので、図３及び図４に示す結果から、（ｉ）Ｘが４以上６以下、（ｉｉ）Ｘが２以下、という二つの領域が、測定に適したＸの領域となる。なお、（ｉ）の領域ではμの小さな材料を、（ｉｉ）の領域ではμの大きな材料を、円筒材料として用いることが望ましい。
【００５４】
光ファイバセンサの特性上、問題となる他の要因としては、円筒１２の内径と光ファイバ１１の曲げ損失が挙げられる。応力に対する応答を良くする観点からは、円筒１２の内径つまり螺旋の半径ｒは小さいほうが望ましいが、ｒが小さくなると（９）式の曲率半径Ｒも小さくなる。その場合、通常Ｂ−ＯＴＤＲ測定器では波長１．５５μｍの測定光が用いられるので、波長１．５５μｍでの光ファイバ１１の曲げ損失の発生によって測定可能距離が短くなるという問題が生じる。
【００５５】
本実施形態の光ファイバセンサの場合、被測定対象物のサイズにもよるが、数十から数万回程度の螺旋巻き回数が想定される。Ｂ−ＯＴＤＲ測定器のダイナミックレンジを考慮すれば、螺旋の曲率半径Ｒでの１巻き当たりに生じる曲げ損失が０．０１ｄＢ以下であることが望ましい。従って、以下の実施例で述べるように、必要となるセンサ長と曲げ損失をあらかじめ考慮しつつ、ｒの値をできるだけ小さい値に設定すれば良い。
【００５６】
本実施形態では、１．３μｍ帯零分散シフトファイバ（Single Mode Fiber；ＳＭＦ）または空孔アシスト光ファイバ（Hole−assisted Fiber；ＨＡＦ）を使用することができるが、これらの曲げ損失特性については、例えば、非特許文献４に記載されている。１．３μｍ帯零分散シフトファイバでは、Ｒ＝１５ｍｍ付近で１巻き当たりの曲げ損失が０．０１ｄＢに達するのに対し、一般的に空孔アシスト光ファイバは、１．３μｍ帯零分散シフトファイバと同等のＧｅＯ2濃度と外径とを有するコアを持つ場合、１．３μｍ帯零分散シフトファイバに比較してその光ファイバのコアの周囲に配置される空孔によって光の閉じ込めが非常に強くなっており、Ｒ＝５ｍｍの条件でも１巻き当たりの曲げ損失を０．００１ｄＢのオーダーに抑制することが十分に可能である。
【００５７】
なお、測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器またはＲ−ＯＴＤＲ測定器を用いる温度測定時の距離分解能についても、単位構造１０１ａ中の円筒の長さＰとファイバの長さＬの比ｋが関係し、ｋができるだけ大きくなるような螺旋形状のセンサを用いることが望ましい。この場合はｋの値のみを考慮すれば良く、その際、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器またはＲ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能Δｌとすると、光ファイバセンサの距離分解能としてΔｌ／ｋを得ることが可能になる。ｋは前述の（８）式によって表され、一方、光ファイバに与えられる曲率半径Ｒ（（２）式）はＸを用いて前述の（９）式によって表されるので、使用するファイバ（１．３μｍ帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバ）の曲げ損失の大きさと、必要な距離分解能、センサのサイズの制限などを状況に応じて考慮した上で、適切なｒおよびＸ（＝Ｐ／ｒ）の値を決定すればよい。
【００５８】
また、光ファイバの螺旋巻き部分における曲率半径は１５ｍｍ以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００５９】
本発明の第１の実施例を説明する。本実施例は、図１に示す光ファイバセンサにおいて、光ファイバ１１として１．３μｍ帯零分散シフトファイバを使用し被測定物の歪みを測定する場合の設計パラメータの一例に関するものである。
【００６０】
本実施例において、螺旋巻きのパラメータＸ＝Ｐ／ｒについては、上述した（ｉ）のＸが４以上６以下の領域で、以下のようなパラメータ設計が可能になる。即ち、比例定数Ｘ＝５のとき、螺旋の半径ｒ＝１１ｍｍとすれば、（８）式から比例定数ｋ＝１．６、（９）式から曲率半径Ｒ＝１８ｍｍとなる。また（７）式で仮にポアソン比をμ＝０．３とすると比例定数Ｑ＝０．２となる。曲率半径Ｒ＝１８ｍｍのとき、１．３μｍ帯零分散シフトファイバの曲げ損失は、１巻き当たり０．００１ｄＢ程度に抑えることが可能である。
【００６１】
従って本実施例の光ファイバセンサの損失を１ｄＢ程度許容するとすれば、５００〜１０００巻き程度が可能となる。光ファイバ１１の螺旋巻き部分の螺旋のピッチＰ＝５５ｍｍなので、つまりセンサ部１０１の長さとしては２５ｍ〜６０ｍ程度まで長尺化が可能である。
【００６２】
このときの比例定数Ｑと比例定数ｋの値から、歪みの測定感度はＢ−ＯＴＤＲ測定器自体の感度の２０％程度になるものの、仮にＢ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能を１ｍとすれば、本実施例の光ファイバセンサによる測定の分解能は約６０ｃｍに向上することができる。なお、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器で観測される歪みの値をｙ（％）とすると、実際の値はｙ／Ｑ（％）である。
【実施例２】
【００６３】
本発明の第２の実施例を説明する。本実施例は、図１に示す光ファイバセンサの光ファイバ１１として空孔アシスト光ファイバを使用して被測定物の歪みを測定する場合の設計パラメータの一例に関するものである。
【００６４】
螺旋巻きのパラメータＸ＝Ｐ／ｒについて、上述した（ｉｉ）のＸが２以下の領域で、以下のようなパラメータ設計が可能になる。即ち、比例定数Ｘ＝１．３のとき、光ファイバ１１の螺旋巻き部分の螺旋の半径ｒ＝５．０ｍｍとすれば、（８）式から比例定数ｋ＝４．９、（９）式から曲率半径Ｒ＝５．２μｍとなる。また（７）式で仮にポアソン比をμ＝０．３とすると比例定数Ｑ＝−０．２５となる。
【００６５】
空孔アシスト光ファイバの曲げ損失は、非特許文献４にも記載されているように空孔の径に依存するが、曲率半径Ｒ＝５．２μｍのとき、波長１．５５μｍにおいて１巻き当たり０．０００１ｄＢ程度に抑えることが可能である。また、空孔アシスト光ファイバ自体の伝送損失は１．３μｍ帯零分散シフトファイバの伝送損失よりはやや高いものの、波長１．５５μｍで０．５ｄＢ／ｋｍ程度の損失値を得ることが十分に可能である。
【００６６】
従って本実施例に係る光ファイバセンサの損失を１ｄＢ程度許容するとすれば、ファイバ１１自体の損失を考慮しても螺旋巻き部分には５０００〜８０００巻き程度が可能となる。螺旋のピッチＰ＝６．５ｍｍなので、つまりセンサ長としては３０ｍ〜５０ｍ程度まで長尺化が可能である。このときの比例定数Ｑと比例定数ｋの値から、歪みの測定感度はＢ−ＯＴＤＲ測定器自体の感度の２５％程度になるものの、仮にＢ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能を１ｍとすれば、測定の分解能は２０ｃｍに向上することができる。
【００６７】
空孔アシスト光ファイバにあっては前記のように曲げ損失を非常に小さくすることができるので、比例定数Ｘ＝０．６、円筒１２の半径ｒ＝５．０ｍｍといったパラメータを選ぶことも可能であり、このとき比例定数ｋ＝１０．５、曲率半径Ｒ＝５．０μｍ、比例定数Ｑ＝−０．２９（但し、ポアソン比μ＝０．３）、単位構造１０１ａ中の円筒の長さＰ＝３．０ｍｍ（螺旋５０００巻き程度）となり、センサ部１０１の長さを１５ｍ程度とすることが可能である。このときの比例定数Ｑと比例定数ｋの値から、歪みの測定感度はＢ−ＯＴＤＲ測定器自体の感度の３０％程度になるものの、仮にＢ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能を１ｍとすれば、測定の分解能は約１０ｃｍに向上することができる。なお、Ｂ−ＯＴＤＲ測定器で観測される歪みの値をｙ（％）とすると、実際の値はｙ／Ｑ（％）である。
【００６８】
なお、上記の実施例１及び実施例２は、センサ部１０１の温度が比較的均一であり、円筒１２の膨張率が無視できる条件においてのものである。例えば、非特許文献１に記載されているように、波長１．５５μｍの測定時に１．３μｍ帯零分散シフトファイバでは歪み１％の変化に対して、ブリルアン散乱光の周波数シフト量の変化は約４９３ＭＨｚ生じ、両者の関係は直線で近似できる。従って、本発明の光ファイバセンサでも、この比例定数４９３ＭＨｚ／％と（７）式のＱの値から歪みを求めれば良い。円筒のサイズや光ファイバ被覆の材質などによって、これらの比例定数から求められる値と実際の歪みの値に若干のズレが生じることもあり得るが、より厳密な歪みの絶対値評価が必要なときは、事前に他の歪みゲージなどを用いた比較測定によって校正を行い、歪みと周波数シフトに関する比例定数をあらかじめ実験的に求めておき、これを用いることによって、より正確な評価が可能となる。
【実施例３】
【００６９】
図５及び図６を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図５は本実施例に係る光ファイバセンサの構造を示す概略構造図、図６はブリルアン散乱光の周波数シフト量と温度との関係の一例を示すグラフである。
【００７０】
図５に示すように、本実施例は、図１に示し上述した光ファイバセンサに光ファイバ１１を挿通する円筒１４を追加したものである。その他の構成は図１に示し上述したものと概ね同様であり、同様の作用効果を有する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
センサ部１０１の温度（センサの布設環境温度）が初期値から無視できない程度に変化し、円筒１２における熱膨張の影響を考慮する必要があるような場合には、図５に示す本実施例に係る光ファイバセンサの光ファイバおよび測定系の構成が好適となる。
【００７２】
本実施例においては、光ファイバ１１の、円筒１４の中空部１４ａに挿通された部分が温度モニタ部１０２として作用するように構成されており、該温度モニタ部１０２は、センサ部１０１の近傍に設置するものとする。
【００７３】
光ファイバ１１の、円筒１４の中空部１４ａに挿通された部分は、円筒１４の内周面１４ｂに沿って所定のピッチで螺旋状に巻かれており、該光ファイバ１１の螺旋巻き部分と円筒１４とは互いに押圧し合うような状態となっている。そして、この光ファイバ１１の螺旋巻き部分は円筒１４の内周面１４ｂにすべり移動可能な状態で内接しているものとする。
【００７４】
１．３μｍ帯零分散シフトファイバや空孔アシスト光ファイバは、図６に示すように、例えば波長１．５５μｍの測定時におけるブリルアン散乱光の周波数シフト量の温度変化に対する変化はほとんど同等であって直線で近似でき、１℃の温度変化に対して約１．１ＭＨｚの変化が生じる。従って、本実施例の光ファイバセンサにおいても、布設環境の温度変化が大きい場合、光ファイバ１１として適用する１．３μｍ帯零分散シフトファイバあるいは空孔アシスト光ファイバの温度変化に伴うブリルアン散乱光の周波数シフト量の変化が歪みの測定の誤差要因になり得るおそれがある。
【００７５】
そこで、図５に示す本実施例の構成を用い、温度モニタ部１０２で温度ｔのみによる周波数シフト量ΔνＴ（ｔ）を検知し、センサ部１０１と温度モニタ部１０２の温度が同じと仮定して、センサ部１０１で観測される周波数シフト量Δν（＝ΔνＴ（ｔ）＋Δνε）から温度ｔのみによる周波数シフト量ΔνＴ（ｔ）を減算して、外的な歪みによる周波数シフト量Δνεを求めれば良い。
【００７６】
さらに、使用環境や円筒１２の材質によって、外的な歪みによる周波数シフト量に円筒１２の熱膨張による歪みΔνｈ（ｔ）が誤差要因として影響する可能性がある場合は、あらかじめセンサ部１０１の周波数シフト量（ΔνＴ（ｔ）＋Δνｈ（ｔ））の温度ｔに対する依存性を、外的な歪みを与えない状態で事前に実験的に求めておき、実際の使用時にセンサ部１０１で観測される周波数シフト量Δν（＝ΔνＴ（ｔ）＋Δνｈ（ｔ）＋Δνε）からこの分を減算して、外的な歪みによる周波数シフト量Δνεを求めれば良い。なお、このときのセンサ部１０１の温度ｔは温度モニタ部１０２の部分の周波数シフト量ΔνＴ（ｔ）から逆算して求めれば良い。
【００７７】
この際は、当然ながら温度モニタ部１０２を用いる代わりにセンサ部１０１の近傍で温度計を実際に用いて温度ｔを測定しても構わないし、歪みの影響がないように、センサ部１０１に内包された別の光ファイバ心線を温度センサとして用いても良い。
【実施例４】
【００７８】
本発明の第４の実施例を説明する。本実施例は、図１に示す光ファイバセンサにおいて、光ファイバ１１として１．３μｍ帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバを使用し、測定器１３としてＢ−ＯＴＤＲ測定器を用いるものであって、該光ファイバセンサを温度センサとして用いる例である。
【００７９】
図６に示したように、コアのドーパントのＧｅＯ2濃度が同等な１．３μｍ帯零分散シフトファイバと空孔アシスト光ファイバのブリルアン散乱光の周波数シフト量の温度変化に伴う変化はほとんど同等である。従って、１．３μｍ帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバを用いてその周波数シフト量をＢ−ＯＴＤＲ測定器で観測することにより、被測定物の温度分布を測定することができる。
【００８０】
本実施例による光ファイバセンサは、固体状の被測定物にセンサ部１０１である円筒１２の外側を直線状に固定して用いても良いし、各種の気体や液体など流体の被測定物をセンサ部１０１の円筒１２の中空部１２ａに導入して用いても良い。また円筒１２部分の材質については、温度に対する応答感度を向上させるため、熱伝導率の高い物質を用いることが望ましい。
【００８１】
具体的なパラメータは使用するファイバ（１．３μｍ帯零分散シフトファイバまたは空孔アシスト光ファイバ）の曲げ損失の大きさと、必要な距離分解能、センサのサイズの制限などを状況に応じて考慮した上で、適切な螺旋半径ｒおよび比例定数Ｘ（＝Ｐ／ｒ）の値を決定すればよい。
【００８２】
以下に各ファイバを用いた場合におけるパラメータの設定の一例を示す。
【００８３】
光ファイバ１１として１．３μｍ帯零分散シフトファイバを用いる場合、曲率半径Ｒ＝１８ｍｍのとき、該１．３μｍ帯零分散シフトファイバの曲げ損失は、１巻き当たり０．００１ｄＢ程度に抑えることが可能である。従ってセンサの損失を１ｄＢ程度許容するとすれば、５００〜１０００巻き程度が可能となる。比例定数Ｘ＝Ｐ／ｒ＝１．１のとき比例定数ｋ＝５．８なので、螺旋半径ｒ＝１８ｍｍ、螺旋ピッチＰ＝２０ｍｍというパラメータを選べばセンサ部１０１の長さを１０ｍ〜２０ｍ程度とすることが十分可能であり、このときの比例定数ｋの値から、仮にＢ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能を１ｍとすれば、本実施例の光ファイバセンサによる測定の分解能は約２０ｃｍに向上させることができる。
【００８４】
また、光ファイバ１１として空孔アシスト光ファイバを用いた場合は上述したように曲げ損失を非常に小さくすることができるので、比例定数Ｘ＝０．６、螺旋半径ｒ＝５．０ｍｍといったパラメータを選ぶことが可能であり、このとき比例定数ｋ＝１０．５、曲率半径Ｒ＝５．０ｍｍ、螺旋ピッチＰ＝３．０ｍｍ（螺旋５０００巻き程度）でセンサ部１０２の長さとして１５ｍ程度を実現することが十分に可能である。このときの比例定数ｋの値から、仮にＢ−ＯＴＤＲ測定器の距離分解能を１ｍとすれば、本実施例の光ファイバセンサによる測定の分解能は約１０ｃｍに向上させることができる。
【００８５】
測定器１３としてＲ−ＯＴＤＲ測定器を用いる場合についても、測定器のダイナミックレンジを勘案の上、上記の例と同様に、光ファイバセンサのパラメータを決定すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は各種の建造物などに対するＢ−ＯＴＤＲ測定器またはＲ−ＯＴＤＲ測定器を用いた歪みまたは温度測定に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサを示す概略構造図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光ファイバセンサの螺旋巻き部分を示す部分拡大図である。
【図３】円筒の伸び歪みと光ファイバの歪みの比Ｑと、光ファイバの螺旋巻き部分の半径とピッチの比Ｘとの関係を示すグラフである。
【図４】単位構造当たりの円筒長と光ファイバ長の比ｋと、光ファイバの螺旋巻き部分の半径とピッチの比Ｘとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例３に係る光ファイバセンサを示す概略構造図である。
【図６】本発明の実施例３に係る光ファイバセンサのブリルアン周波数シフト量と温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１１  光ファイバ
１２，１４  円筒
１２ａ，１４ａ  中空部
１２ｂ，１４ｂ  内周面
１２ｃ  外周面
１３  測定器
１０１  センサ部
１０２  温度モニタ部
１０１ａ  単位構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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