(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの後方散乱光を計測することで該光ファイバにて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測装置であり、
前記光ファイバの適当な箇所又は所定距離毎に予め指標となる歪を設け、前記光ファイバにて歪の検出された位置が前記指標の位置に対応するよう補正し、その位置における変化量が規定値を越えた場合に警報を発するための変化量を求める補正手段を備えたことを特徴とする光ファイバ歪計測装置。
【請求項２】
光ファイバの後方散乱光を計測することで該光ファイバにて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測装置であり、
前記光ファイバにて歪の基準値からの変化量が規定値以上になる箇所を検出する検出手段と、
この検出手段で検出された箇所付近の基準値と前記変化量との差が前記規定値未満になる箇所が、位置ずれが予想される範囲にあるか否かを判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする光ファイバ歪計測装置。
【請求項３】
光ファイバの後方散乱光を計測することで該光ファイバにて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測方法であり、
前記光ファイバを、張力を一定にすることで得られる測定値が一定の傾向を示すように布設し、基準値と前記測定値との変化量が規定値を越え変曲点が生じた箇所で歪が発生したものと判定することを特徴とする光ファイバ歪計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの散乱光を分析することにより、光ファイバにかかる歪分布を計測する光ファイバ歪計測装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバの散乱光を分析することにより、光ファイバにかかる歪量を計測する以下のような方法が開発されている。この方法では、後方ブリルアン散乱光の周波数シフト、すなわち入射光の光周波数からブリルアン散乱光スペクトルの中心周波数を引いた値が光ファイバに加わった引っ張り応力、すなわちそれと等価な引っ張り応力による相対伸びである光ファイバの伸び歪とともに増大することに着目し、ブリルアン周波数シフトの増加から、光ファイバ（あるいは光ケーブル）の異常点を検索する。
【０００３】
この方法では、光ファイバの片端からパルス光を入射し、該光ファイバ内で生じるブリルアン散乱光の後方散乱光をコヒーレント検波方法により高感度に検出する。このとき、ブリルアン散乱光が、光波と光ファイバ中の音波との相互作用により誘起され、光周波数をシフトさせることを利用し、ブリルアン散乱光の周波数シフト分布から光ファイバの歪み分布を測定する。
【０００４】
ブリルアン散乱光の周波数シフトと歪量との関係は、次式（１）で与えられる。
【０００５】
ｆｂ（ε）＝ｆｂ（０）（１＋Ｃε）      …（１）
ここでｆｂ（０）は、歪量ε（％）がゼロのときのブリルアン周波数シフト（入射光の周波数からブリルアン散乱のスペクトルの中心周波数を引いた値）であり、入射光の波長が１５００ｎｍのときの値は、１１ＧＨｚである。また、Ｃは比例係数であり、約４．５である。上式（１）をεについて解くと、
ε＝｛ｆｂ（ε）−ｆｂ（０）｝／｛Ｃｆｂ（０）｝      …（２）
となる。したがって、ブリルアン周波数シフトを測定することにより、光ファイバの歪みを求めることができる。
【０００６】
このブリルアン周波数シフトを計測するためには、微弱なブリルアン散乱光を効率よく受光する必要がある。この方法として、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Fiber Domain Analysis)やＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry ）等の方法が報告されている。
【０００７】
ＢＯＴＤＡは、ブリルアン利得分光法を応用するものであり、ポンプパルス光により発生した後方ブリルアン散乱光の光パワーを、プローブ光により増大させることができる。一方ＢＯＴＤＲは、コヒーレント受信等の手段を使った高感度の受信により、微弱なブリルアン散乱光を受信するものである。
【０００８】
このように、ＢＯＴＤＡとＢＯＴＤＲは高感度の測定ができるとともに、高精度な相対光周波数の測定も可能であるため、どちらの方法を用いても光ファイバのブリルアン周波数シフトの分布を測定できる。これらの方法は、文献（信学論誌、B-I Vol.J73-B-I,No.2,pp.144-152,1990;Technical Digest of International Quantum Electrinics Conference(IQEC'92),paper no. MoL.4,pp.42-43,1992）に開示されている。
【０００９】
これらの方法では、ブリルアン周波数シフトを求めるために、投入光あるいは受光部の周波数をスキャンしてブリルアン散乱光の中心周波数を求めている。また、入射光をパルス状にして散乱光が入射端に戻ってくるまでの時間を計測することにより、光ファイバの各部分での歪の分布を求めることができる。
【００１０】
図７の（ａ）は、上述した後方ブリルアン散乱光の周波数シフトにより光ファイバの歪量を計測する従来の光ファイバ歪計測装置の構成を示す図である。図７の（ａ）では、光源１０１に光ファイバ１０２が接続されており、光ファイバ１０２は光カプラ１０３を介して光ファイバ１０４に接続されている。また、光カプラ１０３には光ファイバ１０５を介して受光器１０６が接続されており、受光器１０６には比較器１０８を介して警報器１０９が接続されている。
【００１１】
光源１０１から出射されたパルス光が光ファイバ１０２及び光カプラ１０３を介して光ファイバ１０４に入射されると、光ファイバ１０４内で生じるブリルアン散乱光の後方散乱光が光カプラ１０３及び光ファイバ１０５を介して受光器１０６で受光される。このようにして測定する光の周波数変化を検出するため、受光器の検出周波数をスキャンさせ、ブリルアン散乱光の中心周波数を求め、これを歪として換算する。
【００１２】
図７の（ｂ）は、上述した歪計測装置で計測した歪εの変化を示す図である。図７の（ｂ）に示すように、歪の測定値εは、歪の変化点にて基準値ε0 と比較して変化量Δε分例えば増加する。この変化点が光ファイバ１０４において歪の変化が生じた箇所であり、その距離ｘと変化量Δεは、それぞれ下式（２）（３）で示される。
【００１３】
距離ｘ＝（光パルスの戻る時間）／２×（光の速度）×（屈折率）…（２）
変化量Δε＝ε（ｘ）−ε0 （ｘ）  …（３）
そして、比較器１０８により算出された変化量Δεが規定値を越えた場合、警報器１０９から警報が発せられる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した歪計測装置に限らず、一般にＯＴＤＲによって位置を特定する方法では、受光系の帯域の制限等から計測値に位置ずれが生じるという問題がある。この位置ずれは約±７０ｃｍの範囲といわれている。
【００１５】
図８の（ａ）は、上記光ファイバ歪計測装置による歪分布測定結果の例を示す図であり、図８の（ｂ）は光ファイバの距離に対する変化量Δεを示す図である。図８の（ａ）に示すように、測定値εと基準値ε0 とに距離方向の位置ずれが生じると、図８の（ｂ）に示すように、変化量Δεに位置ずれによる影響が現われる。よって、光ファイバにおける歪の経時変化を求めようとすると、各位置で経時的な比較ができないという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、検出された光ファイバにおける歪発生箇所の位置ずれに影響されず歪計測を行なえる光ファイバ歪計測装置及び方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の光ファイバ歪計測装置及び方法は以下の如く構成されている。
【００１８】
（１）本発明の光ファイバ歪計測装置は、光ファイバの後方散乱光を計測することで該光ファイバにて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測装置であり、前記光ファイバの適当な箇所又は所定距離毎に予め指標となる歪を設け、前記光ファイバにて歪の検出された位置が前記指標の位置に対応するよう補正し、その位置における変化量が規定値を越えた場合に警報を発するための変化量を求める補正手段を備えた。
【００１９】
（２）本発明の光ファイバ歪計測装置は、光ファイバの後方散乱光を計測することで該光ファイバにて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測装置であり、前記光ファイバにて歪の基準値からの変化量が規定値以上になる箇所を検出する検出手段と、この検出手段で検出された箇所付近の基準値と前記変化量との差が前記規定値未満になる箇所が、位置ずれが予想される範囲にあるか否かを判定する判定手段と、を備えた。
【００２０】
（３）本発明の光ファイバ歪計測方法は、光ファイバの後方散乱光を計測することで該光ファイバにて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測方法であり、前記光ファイバを、張力を一定にすることで得られる測定値が一定の傾向を示すように布設し、基準値と前記測定値との変化量が規定値を越え変曲点が生じた箇所で歪が発生したものと判定する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置の構成を示す図である。当該光ファイバ歪計測装置は、上述した後方ブリルアン散乱光の周波数シフトにより光ファイバの歪量を計測するＢＯＴＤＲの方法を用いている。
【００２２】
図１では、光源１に光ファイバ２が接続されており、光ファイバ２は光カプラ３を介して光ファイバ４に接続されている。また、光カプラ３には光ファイバ５を介して受光器６が接続されており、受光器６には補正器７及び比較器８を介して警報器９が接続されている。光源１から出射されたパルス光が光ファイバ２及び光カプラ３を介して光ファイバ４に入射されると、光ファイバ４内で生じるブリルアン散乱光の後方散乱光が光カプラ３及び光ファイバ５を介して受光器６で受光される。
【００２３】
このようにして測定する光の周波数変化を検出するため、受光器の検出周波数をスキャンさせ、ブリルアン散乱光の中心周波数を求め、これを歪として換算する。
【００２４】
図２は、当該光ファイバ歪計測装置による歪分布測定結果の例を示す図である。本第１の実施の形態では、布設した光ファイバ４の適当な箇所例えば所定距離毎に、予め指標となる歪等の特徴を設ける。そして、受光器６で受光された図２に示すような後方散乱光の測定値εにおける距離ｘ1 ，ｘ2 の位置、すなわち光ファイバ４にて歪の生じた位置を、指標ｘb1，ｘb2の位置に対応するよう、補正器７にて下式（４）のように距離ｘ’の位置へ補正する。
【００２５】
ｘ’＝（ｘb2−ｘb1）／（ｘ2 −ｘ1 ）×（ｘ−ｘ1 ）＋ｘb1  …（４）
さらに補正器７にて、距離ｘ’における変化量Δεを下式（５）で求める。
【００２６】
Δε＝ε（ｘ）−ε0 （ｘ’）  …（５）
そして、比較器８により算出された変化量Δεが規定値を越えた場合、光ファイバ４にて過度の歪が発生したとみなされ、警報器９から警報が発せられる。
【００２７】
このように、計測された歪発生箇所に位置ずれが生じた場合でも、歪の生じた位置を指標ｘb1，ｘb2の位置に対応するよう補正しているため、位置ずれに影響されることなく、光ファイバ４の各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置の構成を示す図である。図３において図１と同一な部分には同一符号を付してある。当該光ファイバ歪計測装置は、上述した後方ブリルアン散乱光の周波数シフトにより光ファイバの歪量を計測するＢＯＴＤＲの方法を用いている。
【００２９】
図３では、光源１に光ファイバ２が接続されており、光ファイバ２は光カプラ３を介して光ファイバ４に接続されている。また、光カプラ３には光ファイバ５を介して受光器６が接続されており、受光器６には検出器１０及び判定器１１を介して警報器９が接続されている。光源１から出射されたパルス光が光ファイバ２及び光カプラ３を介して光ファイバ４に入射されると、光ファイバ４内で生じるブリルアン散乱光の後方散乱光が光カプラ３及び光ファイバ５を介して受光器６で受光される。
【００３０】
このようにして測定する光の周波数変化を検出するため、受光器の検出周波数をスキャンさせ、ブリルアン散乱光の中心周波数を求め、これを歪として換算する。
【００３１】
図４は、当該光ファイバ歪計測装置の動作手順を示すフローチャートである。当該光ファイバ歪計測装置では、まずステップＳ１で、受光器６で受光された後方散乱光の測定値εと基準値ε０とから、検出器１０にて、光ファイバ４の距離ｘにおける変化量Δεを上式（３）で求める。そして検出器１０は、変化量Δεが規定値（例えば、測定誤差）以上になった箇所を検出する。この位置をｘｐとする。
【００３２】
次にステップＳ２で、判定器１１は、検出器１０による検出箇所の前後である位置ずれが予想される範囲（約±７０ｃｍ、この値は計測器の性能から決定される）内で、微小量Δｘづつｘをずらしながら測定値ε（ｘp ）とε0 （ｘ）から変化量Δεを下式（６）で求める。
【００３３】
Δε＝ε（ｘp ）−ε0 （ｘp ±η・Δｘ）  …（６）
η＝１〜７０ｃｍ／Δｘ
これにより、前記範囲内で変化量Δεが前記規定値未満になる箇所を探す。
【００３４】
そしてステップＳ３で、判定器１１は、前記範囲内で変化量Δεが規定値未満になる箇所がある場合、ステップＳ４で、前記範囲内で位置ずれが生じ、歪は発生していないと判定する。またステップＳ３で、前記範囲内で変化量Δεが規定値未満になる箇所がない場合、ステップＳ５で歪が発生したと判定し、警報器９から警報を発する。
【００３５】
このように、測定値εにおいて位置ずれが生じたのか、あるいは光ファイバ４に歪が発生したのかを判定できるため、位置ずれに影響されることなく、光ファイバ４の各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置の構成は、図７の（ａ）に示したものと同一である。さらに、光ファイバ１０４を布設する際に、例えば光ファイバ１０４の全長に亘る張力を一定にすることで、予め光ファイバ１０４から得られる測定値εが一定の傾向を示すようにする。
【００３７】
図５の（ａ）は、当該光ファイバ歪計測装置による歪分布測定結果の例を示す図であり、図５の（ｂ）は図５の（ａ）から求められる光ファイバの距離に対する変化量Δεを示す図である。
【００３８】
測定された歪の測定値εにおいて、図５の（ｂ）に示すような変曲点が生じた光ファイバ１０４の箇所で、下式（７）に示すように前回の測定と異なる状態になる。
【００３９】
｜ｄΔε／ｄｘ｜＞（０または所定値）  …（７）
この場合、比較器１０８はその箇所で歪が発生したものと判定する。そして、比較器１０８により算出された変化量Δεが規定値を越えた場合、光ファイバ４にて過度の歪が発生したとみなされ、警報器１０９から警報が発せられる。
【００４０】
このように、光ファイバ１０４を布設する際に、光ファイバ１０４から得られる測定値εが一定の傾向を示すようにしているので、測定値εにて変曲点が生じた箇所で歪が発生したものと判定でき、位置ずれに影響されることなく、光ファイバ１０４の各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００４１】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。例えば、上記実施の形態では歪について述べたが、同様な方法で光ファイバの伝送損失、温度分布計測、散乱光強度計測にも適用することができる。
【００４２】
例えば、上記第３の実施の形態の変形例として、図６の（ａ）は光ファイバの伝送損失測定結果示す図であり、図６の（ｂ）は図６の（ａ）から求められる光ファイバの距離に対する変化量ΔＶ＝Ｖ（ｘ）−Ｖ0 （ｘ）を示す図である。
【００４３】
測定された後方散乱光の強度Ｖにおいて、図６の（ｂ）に示すような変曲点が生じた光ファイバの箇所で、下式（８）に示すように前回の測定と異なる状態になる。
【００４４】
｜ｄΔＶ／ｄｘ｜＞（０または所定値）  …（８）
この場合、その箇所で伝送損失の変化が発生したものと判定する。
【００４５】
このように得られた値をＶとし、上記第１〜第３の実施の形態のεと置き換えることにより、歪以外の計測にも適用できる。
【００４６】
（実施の形態のまとめ）
実施の形態に示された構成及び作用効果をまとめると次の通りである。
【００４７】
［１］実施の形態に示された光ファイバ歪計測装置は、光ファイバ４の後方散乱光を計測することで該光ファイバ４にて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測装置であり、前記光ファイバ４の適当な箇所又は所定距離毎に予め指標となる歪を設け、前記光ファイバ４にて歪の検出された位置が前記指標の位置に対応するよう補正し、その位置における変化量が規定値を越えた場合に警報を発するための変化量を求める補正手段（７）を備えた。
【００４８】
したがって上記光ファイバ歪計測装置によれば、光ファイバ４にて歪の検出された位置が指標の位置に対応するよう補正するので、検出された歪発生箇所の位置ずれに影響されず歪計測を行なえ、光ファイバ４の各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００４９】
［２］実施の形態に示された光ファイバ歪計測装置は、光ファイバ４の後方散乱光を計測することで該光ファイバ４にて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測装置であり、前記光ファイバ４にて歪の基準値からの変化量が規定値以上になる箇所を検出する検出手段（１０）と、この検出手段（１０）で検出された箇所付近の基準値と前記変化量との差が前記規定値未満になる箇所が、位置ずれが予想される範囲にあるか否かを判定する判定手段（１１）と、を備えた。
【００５０】
したがって上記光ファイバ歪計測装置によれば、光ファイバ４にて歪の基準値からの変化量が規定値以上になる箇所を検出するとともに、前記箇所付近の基準値と前記変化量との差が前記規定値未満になる箇所が、位置ずれが予想される範囲にあるか否かを判定するので、得られた測定値に位置ずれが生じたのか、あるいは光ファイバ４に歪が発生したのかを判定できるため、位置ずれに影響されることなく、光ファイバ４の各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００５１】
［３］実施の形態に示された光ファイバ歪計測方法は、光ファイバ４の後方散乱光を計測することで該光ファイバ４にて生じた歪を検出する光ファイバ歪計測方法であり、前記光ファイバ４を、張力を一定にすることで得られる測定値が一定の傾向を示すように布設し、基準値と前記測定値との変化量が規定値を越え変曲点が生じた箇所で歪が発生したものと判定する。
【００５２】
したがって上記光ファイバ歪計測方法によれば、光ファイバ４を、得られる測定値が一定の傾向を示すように布設し、基準値と前記測定値との変化量が規定値を越え変曲点が生じた箇所で歪が発生したものと判定するので、検出された歪発生箇所の位置ずれに影響されることなく、前記光ファイバ４の各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ歪計測装置によれば、前記光ファイバの適当な箇所又は所定距離毎に予め指標となる歪を設け、光ファイバにて歪の検出された位置が指標の位置に対応するよう補正し、その位置における変化量が規定値を越えた場合に警報を発するための変化量を求めるので、検出された歪発生箇所の位置ずれに影響されず歪計測を行なえ、光ファイバの各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００５４】
本発明の光ファイバ歪計測装置によれば、光ファイバにて歪の基準値からの変化量が規定値以上になる箇所を検出するとともに、前記箇所付近の基準値と前記変化量との差が前記規定値未満になる箇所が、位置ずれが予想される範囲にあるか否かを判定するので、得られた測定値に位置ずれが生じたのか、あるいは光ファイバに歪が発生したのかを判定できるため、位置ずれに影響されることなく、光ファイバの各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【００５５】
本発明の光ファイバ歪計測方法によれば、光ファイバを、張力を一定にすることで得られる測定値が一定の傾向を示すように布設し、基準値と前記測定値との変化量が規定値を越え変曲点が生じた箇所で歪が発生したものと判定するので、検出された歪発生箇所の位置ずれに影響されることなく、前記光ファイバの各位置での歪の経時変化を求めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置による歪分布測定結果の例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置の構成を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバ歪計測装置の動作手順を示すフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る図であり、（ａ）は光ファイバ歪計測装置による歪分布測定結果の例を示す図、（ｂ）は光ファイバの距離に対する変化量Δεを示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る図であり、（ａ）は光ファイバの伝送損失測定結果示す図、（ｂ）は光ファイバの距離に対する変化量ΔＶを示す図。
【図７】本発明の第３の実施の形態及び従来例に係る図であり、（ａ）は光ファイバ歪計測装置の構成を示す図、（ｂ）は測定された歪の測定値εの変化を示す図。
【図８】従来例に係る図であり、（ａ）は光ファイバ歪計測装置による歪分布測定結果の例を示す図、（ｂ）は光ファイバの距離に対する変化量Δεを示す図。
【符号の説明】
１…光源
２…光ファイバ
３…光カプラ
４…光ファイバ
５…光ファイバ
６…受光器
７…補正器
８…比較器
９…警報器
１０…検出器
１１…判定器
【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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【図７】
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【図８】
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