(57)【要約】【課題】  光ファイバの曲げ変形などによる応力分布も計測が可能な光ファイバのブリルアン散乱を用いた応力分布測定方法等を提供する。【解決手段】  光ファイバ１３は、クラッド２３と、複数のコア２５を有するマルチコアファイバである。光ファイバ１３は、断面の中心に配置されるコア２５ｂ（中心コア）と、中心コアの外周に設けられる六つの外周コアとからなる。それぞれの外周コアと中心コアとは距離が等しく、さらに、隣り合う外周コア同士の距離が、中心コアと外周コアとの距離と等しい。ここで、中心のコア２５ｂに対して、曲げ変形の外周側に位置するコアをコア２５ａとし、曲げ変形の内周側に位置するコアをコア２５ｃとする。光ファイバ１３は、曲げ変形すると、必ず曲げ変形の外周側と内周側にコア２５が配置される。【選択図】図２
2016020865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコアファイバのブリルアン散乱を用いた応力測定方法であって、
マルチコアファイバの複数のコアに入射光を導入し、
それぞれの前記コアからブリルアン散乱光を検出し、
検出された前記ブリルアン散乱光の測定ピーク周波数と、前記マルチコアファイバに応力が付与されていない基準状態における基準ブリルアン散乱光の基準ピーク周波数と、を比較し、
前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いから、前記マルチコアファイバの応力分布を検出することを特徴とするマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項２】
断面における、それぞれの前記コアの位置と、
それぞれの前記コアごとの前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いと、を用いて、
少なくとも前記マルチコアファイバの曲りを検出することを特徴とする請求項１記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項３】
それぞれの前記コアの断面における位置と、
それぞれの前記コアごとの前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いと、を用いて、
少なくとも前記マルチコアファイバのねじれを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項４】
それぞれの前記コアの断面における位置と、
それぞれの前記コアごとの前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いと、を用いて、
さらに前記マルチコアファイバの伸びまたは圧縮を検出することを特徴とする請求項２または請求項３記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項５】
前記マルチコアファイバは、少なくとも二つの前記コアを有し、少なくとも二つの前記コアは、前記マルチコアファイバの断面において、異なる中心線上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項６】
前記マルチコアファイバは、少なくとも三つの前記コアを有し、少なくとも三つの前記コアは、前記マルチコアファイバの断面において、同心円上に等間隔で配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項７】
複数の前記コアは、前記マルチコアファイバの断面において、複数の同心円上にそれぞれ等間隔で配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項８】
それぞれの同心円上の前記コアが、同一の中心線上に配列することを特徴とする請求項７記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項９】
前記マルチコアファイバの断面において、
一つの中心コアと、前記中心コアの周囲に、前記中心コアからの距離が等しい六つの外周コアと、を少なくとも具備し、
隣り合う前記外周コア同士の距離が、前記中心コアと前記外周コアとの距離と等しいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法。
【請求項１０】
マルチコアファイバのブリルアン散乱を用いた応力分布測定装置であって、
マルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバの複数のコアに入射光を導入する光源と、
前記コアからのブリルアン散乱光を検出する検出器と、
前記ブリルアン散乱光から光ファイバの応力分布を算出する応力分布算出部と、
を具備し、
前記応力分布算出部は、
検出された前記ブリルアン散乱光の測定ピーク周波数を同定する測定周波数同定部と、
前記マルチコアファイバに変形がない基準状態における基準ブリルアン散乱光の基準ピーク周波数を記憶する記憶部と、
前記基準ピーク周波数と前記測定ピーク周波数とを比較し、前記マルチコアファイバの応力分布を算出する算出部と、
を具備することを特徴とするマルチコアファイバを用いた応力分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバのブリルアン散乱を用いて、対象物の応力分布を測定することが可能な光ファイバを用いた応力分布測定方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの歪とその位置を測定する技術として、光ファイバの非線形効果の一つであるブリルアン散乱を用いた測定方法が開発されている。これは、光ファイバに光を入射することで、ブリルアン散乱という現象によって、反射光の周波数が、歪や温度に比例したシフト量で変化することを用いたものである。
【０００３】
例えば、ＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）方式は、光パルスを光ファイバに入射して、ブリルアン散乱による反射光が戻ってくるまでの時間と、反射光の周波数のシフト量から、光ファイバの歪量とその位置等を特定することができる。
【０００４】
また、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）方式は、ポンプ光となるパルス光に対して、周波数変調したプローブ光を光ファイバの逆方向から入射させることで、誘導ブリルアン散乱（ブリルアン散乱の増幅）を発生させる方法である。
【０００５】
また、ＢＯＣＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉs）方式は、光ファイバに連続光であるポンプ光とプローブ光を対向伝搬させ、入射光の発振周波数を変調することで、光ファイバの所定の場所でのみ、誘導ブリルアン散乱を局在的に発生させる方法である。
【０００６】
ＢＯＣＤＡでは、局在位置は周波数変調で掃引することが可能であり、分布センシングが可能となる。このように、周波数変調した誘導ブリルアン散乱光をコヒーレント検波する事により、短距離での高精度な歪み量とその位置を検出することができる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１８０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１１は、ブリルアン散乱を用いた歪測定方法を示す概念図である。図１１に示すように、光ファイバ１００のコア１０１に光を入射すると（図中Ｕ）、ブリルアン散乱光Ｗを得ることができる。この際、光ファイバ１００に張力Ｔが付与されていると、光ファイバ１００には、＋σ（＋を引張応力とする）の応力による歪が生じる。
【０００９】
図１２は、この際の入射光と反射光の周波数シフトを示す概念図である。前述した様に、光ファイバ１００に歪が生じると、歪が生じていない場合の反射光のピーク周波数Ｘに対して、歪が生じている場合の反射光のピーク周波数Ｙは、Δｆだけシフトする。この周波数シフト量Δｆは、歪量に対して線形であるため、Δｆから歪量を知ることができる。
【００１０】
一方、図１３に示すように、光ファイバ１００に曲げ力Ｖが付与されると、光ファイバ１００は曲げ変形する。この際の光ファイバ１００の応力状態は、光ファイバ１００の中心軸に対して曲げの外周側は引張応力が付与され、曲げの内周側には圧縮応力が付与される。すなわち、光ファイバ１００の中心軸は、中立軸となり、応力が０となる。したがって、光ファイバ１００の中心軸は、理論上、歪が生じない。
【００１１】
通常、光ファイバ１００のコア１０１は、光ファイバ１００の中心軸に配置されているため、入射光および反射光の光路は、光ファイバ１００の中心軸近傍となる。このため、光ファイバ１００が曲げ変形した場合には、入射光と反射光の周波数シフトは実質的に０となる。すなわち、従来の周波数シフト量を測定する方法は、光ファイバ１００の一軸方向の引張または圧縮に対してのみしか正確に測定することができなかった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、光ファイバの曲げ変形などによる応力分布も計測が可能な光ファイバのブリルアン散乱を用いた応力分布測定方法等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】
【００１３】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、マルチコアファイバのブリルアン散乱を用いた応力測定方法であって、マルチコアファイバの複数のコアに入射光を導入し、それぞれの前記コアからブリルアン散乱光を検出し、検出された前記ブリルアン散乱光の測定ピーク周波数と、前記マルチコアファイバに応力が付与されていない基準状態における基準ブリルアン散乱光の基準ピーク周波数と、を比較し、前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いから、前記マルチコアファイバの応力分布を検出することを特徴とするマルチコアファイバを用いた応力分布測定方法である。
【００１４】
断面における、それぞれの前記コアの位置と、それぞれの前記コアごとの前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いと、を用いて、少なくとも前記マルチコアファイバの曲りを検出してもよい。
【００１５】
それぞれの前記コアの断面における位置と、それぞれの前記コアごとの前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いと、を用いて、少なくとも前記マルチコアファイバのねじれを検出してもよい。
【００１６】
それぞれの前記コアの断面における位置と、それぞれの前記コアごとの前記基準ピーク周波数と、前記測定ピーク周波数との周波数の違いと、を用いて、さらに前記マルチコアファイバの伸びまたは圧縮を検出してもよい。
【００１７】
前記マルチコアファイバは、少なくとも二つの前記コアを有し、少なくとも二つの前記コアは、前記マルチコアファイバの断面において、異なる中心線上に配置されてもよい。
【００１８】
前記マルチコアファイバは、少なくとも三つの前記コアを有し、少なくとも三つの前記コアは、前記マルチコアファイバの断面において、同心円上に等間隔で配置されてもよい。
【００１９】
複数の前記コアは、前記マルチコアファイバの断面において、複数の同心円上にそれぞれ等間隔で配置されてもよい。
【００２０】
それぞれの同心円上の前記コアが、同一の中心線上に配列されてもよい。
【００２１】
前記マルチコアファイバの断面において、一つの中心コアと、前記中心コアの周囲に、前記中心コアからの距離が等しい六つの外周コアと、を少なくとも具備し、隣り合う前記外周コア同士の距離が、前記中心コアと前記外周コアとの距離と等しくてもよい。
【００２２】
第１の発明によれば、マルチコアファイバを用いてブリルアン散乱測定を行うため、光ファイバの一軸方向の引張や圧縮以外の応力状態についても、測定することができる。
【００２３】
例えば、断面におけるコアの位置と、基準ピーク周波数と測定ピーク周波数との周波数の違いから、曲げ変形や、捻じり変形を同時に測定することができる。さらに、従来と同様に、光ファイバの伸びや圧縮変形を検出することもできる。
【００２４】
また、少なくとも二つのコアを有し、少なくとも二つのコアが、マルチコアファイバの断面において、異なる中心線上に配置されることで、最低限のコア数で、光ファイバの応力分布を測定することができる。
【００２５】
また、少なくとも三つのコアを有し、少なくとも三つのコアが、マルチコアファイバの断面において、同心円上に等間隔で配置されることで、光ファイバの曲げ応力分布を容易に測定することができる。
【００２６】
また、コアが、マルチコアファイバの断面において、複数の同心円上にそれぞれ等間隔で配置されることで、精度よく、光ファイバの応力を測定することができる。この際、同心円上のコアが、同一の中心線上に配列することで、測定値の計算が容易となる。
【００２７】
また、マルチコアファイバの断面において、一つの中心コアと、中心コアの周囲に、中心コアからの距離が等しい六つの外周コアと、を少なくとも具備し、隣り合う外周コア同士の距離を、中心コアと外周コアとの距離と等しくすることで、コアをいわゆる最密配置とすることができる。このため、光ファイバのバンドル構造との光接続も容易となる。
【００２８】
第２の発明は、マルチコアファイバのブリルアン散乱を用いた応力分布測定装置であって、マルチコアファイバと、前記マルチコアファイバの複数のコアに入射光を導入する光源と、前記コアからのブリルアン散乱光を検出する検出器と、前記ブリルアン散乱光から光ファイバの応力分布を算出する応力分布算出部と、を具備し、前記応力分布算出部は、検出された前記ブリルアン散乱光の測定ピーク周波数を同定する測定周波数同定部と、前記マルチコアファイバに変形がない基準状態における基準ブリルアン散乱光の基準ピーク周波数を記憶する記憶部と、前記基準ピーク周波数と前記測定ピーク周波数とを比較し、前記マルチコアファイバの応力分布を算出する算出部と、を具備することを特徴とするマルチコアファイバを用いた応力分布測定装置である。
【００２９】
第２の発明によれば、光ファイバの一軸方向の引張又は圧縮以外の応力分布についても精度よく測定することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光ファイバの曲げ変形などによる応力分布も計測が可能な光ファイバのブリルアン散乱を用いた応力分布測定方法等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】応力分布測定装置１を示すブロック図。
【図２】（ａ）は光ファイバ１３の曲げ状態を示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】反射光の波形を示す概念図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ反射光の波形変化を示す概念図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれのコア位置に対する曲げ半径と応力の関係を示す概念図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれのコア位置に対する伸び量と応力の関係を示す概念図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれのコア位置に対するねじれ角と応力の関係を示す概念図。
【図８】（ａ）は、光ファイバ１３ａの断面図、（ｂ）は光ファイバ１３ｂの断面図。
【図９】（ａ）は、光ファイバ１３ｃの断面図、（ｂ）は光ファイバ１３ｄの断面図、（ｃ）は光ファイバ１３ｅの断面図。
【図１０】（ａ）は、光ファイバ１３ｆの断面図、（ｂ）は光ファイバ１３ｇの断面図。
【図１１】光ファイバ１００に張力を付与した際の応力を示す概念図。
【図１２】周波数シフトを示す概念図。
【図１３】光ファイバ１００を曲げ変形させた際の応力を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態にかかる光ファイバの曲げ測定方法について説明する。図１は、応力分布測定装置１の一例を示すブロック図である。応力分布測定装置１は、主に、光源１０、分岐部１１、周波数変換器１２、１４、光ファイバ１３、検出器１６、制御部１７等が、光ファイバまたはケーブル等で接続される。なお、本発明における応力分布測定装置１は、図示した例には限られない。
【００３３】
光源１０は、入射光の光源である。光源１０は、例えばＬＥＤやレーザ発振器などを用いることができる。光源１０の光は、光ファイバ等によって分岐部１１に送られる。分岐部１１は、ポンプ光とプローブ光とに光を分岐する。したがって、ＢＯＴＤＲにおいては、分岐部１１は不要である。
【００３４】
分岐部で分岐した光は、周波数変換器１２、１４に送られる。周波数変換器１２、１４は、入射光（ポンプ光とプローブ光）の周波数を変換する。すなわち、入射光は、所定範囲の周波数の光に変換される。また、ＢＯＣＤＡにおいては、ポンプ光とプローブ光との周波数変調によって、ブリルアン散乱光をコヒーレント検波することができる。
【００３５】
光ファイバ１３は、応力分布を測定する光ファイバである。周波数変換器１２を通過したプローブ光が光ファイバ１３の一方から入射し（図中Ａ）、周波数変換器１４を通過したポンプ光が光ファイバ１３の他方から入射する（図中Ｂ）。
【００３６】
光ファイバ１３は、マルチコアファイバである。すなわち、断面において、複数のコアを有する光ファイバである。断面におけるコアの配置については、後述する。
【００３７】
光ファイバ１３の反射光（ブリルアン散乱光）は、検出器１６に入射して（図中Ｇ）、検出器１６で検出される。制御部１７は、例えばコンピュータである。制御部１７は、周波数変換器１２、１４の周波数の変調を制御したり、入射光と反射光の波形を取得したり、それらの波形を比較して、曲げなどの応力分布の算出を行うことができる。
【００３８】
すなわち、制御部１７は、光ファイバの応力分布算出部としても機能し、応力分布算出部には、検出器１６で検出されたブリルアン散乱光の測定ピーク周波数を同定する測定周波数同定部と、光ファイバ１３に変形がない基準状態における基準ブリルアン散乱光の基準ピーク周波数を記憶する記憶部と、測定ピーク周波数と基準ピーク周波数とを比較し、光ファイバ１３の応力分布を算出する算出部とを含む。制御部１７の動作については詳細を後述する。
【００３９】
次に、応力分布の測定方法の詳細について説明する。図２（ａ）は、光ファイバ１３に曲げ力Ｄを付与した状態を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。前述した様に、光ファイバ１３は、クラッド２３と、複数のコア２５を有するマルチコアファイバである。マルチコアファイバのそれぞれのコア２５に入射光が導入され、コア２５ごとに反射光が検出される。
【００４０】
図２（ｂ）に示すように、光ファイバ１３は、断面の中心に配置されるコア２５ｂ（中心コア）と、中心コアの外周に設けられる六つの外周コアを有する。それぞれの外周コアと中心コアとは距離が等しく、さらに、隣り合う外周コア同士の距離が、中心コアと外周コアとの距離と等しい。
【００４１】
ここで、中心のコア２５ｂに対して、曲げ変形の外周側に位置するコアをコア２５ａとし、曲げ変形の内周側に位置するコアをコア２５ｃとする。光ファイバ１３は、曲げ変形すると、必ず曲げ変形の外周側と内周側にコア２５が配置される。
【００４２】
図３は、ブリルアン散乱光の測定波形を示す概念図である。波形は、周波数と光強度との関係で検出される。この検出される波形を時間軸上に取ることで、光ファイバの歪とその位置を知ることができる。
【００４３】
なお、歪の無い状態（変形の無い状態であって基準状態とする）の光ファイバ１３のブリルアン散乱光（基準ブリルアン散乱光）をあらかじめ測定しておくことで、基準ブリルアン散乱光の周波数と強度との関係である基準波形を得ることができる。図３の例においては、Ｅ位置の測定波形が、基準波形とほぼ一致するとし、Ｆ位置において、測定波形に変化が見られた状態を示す。
【００４４】
図４は、Ｅ位置の波形（図中Ｅ）と、Ｆ位置の波形（図中Ｆ）の波形を重ねた図であり、図４（ａ）は、コア２５ａの波形を示す図、図４（ｂ）は、コア２５ｂの波形を示す図、図４（ｃ）は、コア２５ｃの波形を示す図である。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、曲げ変形の外周側では、曲げ変形による引張応力によって、ピーク周波数がシフトする。すなわち、応力が付与されていない基準状態の基準ピーク周波数と測定ピーク周波数とが、Δｆだけ＋側へシフトする。
【００４６】
同様に、図４（ｃ）に示すように、曲げ変形の内周側では、曲げ変形による圧縮応力によって、ピーク周波数がシフトする。すなわち、応力が付与されていない基準状態の基準ピーク周波数と測定ピーク周波数とが、Δｆだけ−側へシフトする。
【００４７】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、曲げ変形の中立軸の近傍となる中心コアでは、光ファイバが曲げ変形しても、基準ピーク周波数と測定ピーク周波数とでは、ピーク周波数シフトはほとんどない。
【００４８】
このように、中心位置とは異なる位置にコアを有するマルチコアファイバを用い、中心コア以外のコアでの周波数シフトを測定することで、従来測定が困難であった曲げ変形（曲げ発生位置と歪（曲がり量））などについても、測定を行うことができる。
【００４９】
このような測定を装置によって行うためには、例えば以下のようにして行うことができる。まず、制御部１７（コンピュータ）によって、入射光の周波数を制御する。例えば、周波数変換器１２、１４を制御して、入射光の周波数帯を特定の周波数帯と変換し、さらにＢＯＣＤＡ方式の場合には、入射光の周波数を連続的に変化させる。
【００５０】
また、制御部１７は、検出器で検出されたブリルアン散乱光を取得し、得られたブリルアン散乱光の周波数と強度との関係である測定波形（ピーク周波数）を同定する。すなわち、制御部１７が測定周波数同定部として機能する。
【００５１】
また、制御部１７には、記憶部が含まれる。記憶部には、光ファイバに変形のない基準状態における基準ブリルアン散乱光の周波数と強度との関係である基準波形が格納される。制御部１７は、記憶部から基準ピーク周波数を読み出し、測定ピーク周波数と比較し、ピーク周波数のシフト量を算出する。
【００５２】
また、記憶部には、ピーク周波数のシフト量と、応力との相関があらかじめ格納されている。制御部１７は、記憶部から、ピーク周波数のシフト量と、応力との相関を読み出し、得られたピーク周波数のシフト量から応力分布を算出する。すなわち、制御部１７が応力分布の算出部として機能する。以上により、光ファイバの各部における応力分布を測定することができる。
【００５３】
次に、算出された応力分布から、光ファイバ１３の変形量を算出する方法について説明する。図５は、光ファイバ１３を図２に示すように曲げ変形させた状態における、曲げ変形と応力との関係を示す図で、図５（ａ）のＧは、コア２５ａにおける曲げ半径と応力の関係を示す図、図５（ｂ）のＨは、コア２５ｂにおける曲げ半径と応力の関係を示す図、図５（ｃ）のＩは、コア２５ｃにおける曲げ半径と応力の関係を示す図である。
【００５４】
図５（ａ）に示すように、光ファイバ１３の曲げ半径が小さくなるにつれて、引張応力が上昇する。曲げによって生じる引張応力は、曲げ半径に対して反比例の関係にあるため、図に示したように、曲げ半径と応力とは曲線の関係となる。
【００５５】
また、図５（ｃ）に示すように、光ファイバ１３の曲げ半径が小さくなるにつれて、圧縮応力が上昇する。曲げによって生じる圧縮応力は、曲げ半径に対して反比例の関係にあるため、図に示したように、曲げ半径と応力とは曲線の関係となる。すなわち、コア２５ａとコア２５ｃは、光ファイバ１３の断面において、曲げの中立軸に対して対称な位置であるため、曲げ半径に対して、応力の方向が正逆方向に逆転したものとなる。
【００５６】
一方、中心のコア２５ｂは、曲げ半径によらず、ほとんど応力は生じない。このため、応力は略０となる。
【００５７】
図６は、光ファイバ１３を引張変形させた状態における、伸び量と応力との関係を示す図で、図６（ａ）のＪは、コア２５ａにおける伸び量と応力との関係を示す図、図６（ｂ）のＫは、コア２５ｂにおける伸び量と応力との関係を示す図、図６（ｃ）のＬは、コア２５ｃにおける伸び量と応力との関係を示す図である。
【００５８】
光ファイバ１３を一軸方向に引張変形させた場合には、断面のコアの位置によらず、全て一定の引張応力となる。すなわち、全てのコアにおいて、伸び量と応力との関係は全て同一のものとなる。
【００５９】
図７は、光ファイバ１３を捻じり変形させた状態における、ねじれ角と応力との関係を示す図で、図７（ａ）のＭは、コア２５ａにおけるねじれと応力との関係を示す図、図７（ｂ）のＮは、コア２５ｂにおけるねじれと応力との関係を示す図、図７（ｃ）のＯは、コア２５ｃにおけるねじれと応力との関係を示す図である。
【００６０】
光ファイバ１３を、中心を回転軸として捻じり変形させると、同心円上にある外周コア（例えばコア２５ａ、２５ｃ）は、断面のコアの位置によらず、全て一定の引張応力となる。これに対し、中心のコア２５ｂは、わずかに圧縮応力が生じるが、ねじれ角によらず略０となる。
【００６１】
以上のように、それぞれの変形モードに応じて、得られる応力分布は異なる。したがって、各コアの応力分布から、各変形モードの変形量を算出することができる。例えば、ねじれ変形による中心コアの応力を０とすれば、中心コアによって得られた応力は、一軸方向の引張（または圧縮）変形によるものと同定される。したがって、予め記憶部に記憶された図６（ｂ）の関係から、伸び量を算出することができる。
【００６２】
また、光ファイバ１３の伸び量が算出されれば、外周コアの各測定値から、伸び変形による応力を差し引くことで、曲げ変形とねじれ変形による応力を算出することができる。曲げ変形は、内周側と外周側とで応力の符号の向きが逆転し、ねじれ変形は、全て同一となることから、各外周コアの応力を、曲げによるものとねじれによるものに分離することができる。
【００６３】
以上のように、記憶部に図５〜図７の関係をあらかじめ記憶しておき、制御部によって、各変形モードの変形量を算出することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、マルチコアファイバの各コアに対してブリルアン散乱光の測定ピーク周波数と基準ピーク周波数とを比較して、周波数シフト量を測定するため、従来測定が困難であった光ファイバの曲げなどの変形も測定することができる。
【００６５】
特に、各コアの位置ごとの、応力と変形量との関係から、光ファイバの曲げ、ねじれ、伸びなどをそれぞれ算出することができる。
【００６６】
このような光ファイバ１３を構造体(橋梁、航空機等）に貼り付けあるいは一体化させる事により、本測定方法を用いた構造物の応力分布を測定することができる。
【００６７】
なお、本発明に適用可能な光ファイバとしては、図２（ｂ）に示した光ファイバ１３に限られない。例えば、図８（ａ）に示すような光ファイバ１３ａを用いることができる。
【００６８】
光ファイバ１３ａのコア２５は、一つの中心コアと二つの外周コアからなる。なお、伸びを測定せずに、曲げのみを測定する場合には、中心コアは不要である。すなわち、少なくとも二つの外周コアを有すればよい。外周コアは、例えば同心円上であって、異なる中心線上に形成される。したがって、二つの外周コアは、同一の中心線上には配置されない。
【００６９】
このように、少なくとも二つの外周コアを有すれば、少なくとも曲げ変形を算出することができる。
【００７０】
また、図８（ｂ）に示すような光ファイバ１３ｂを用いることができる。光ファイバ１３ｂのコア２５は、一つの中心コアと三つの外周コアからなる。なお、伸びを測定せずに、曲げのみを測定する場合には、中心コアは不要である。すなわち、少なくとも三つの外周コアを有すればよい。外周コアは、例えば同心円上に同一間隔で形成される。したがって、三つの外周コアは、１２０°間隔で配置される。
【００７１】
このように、少なくとも三つの外周コアを有すれば、曲げ変形時に、必ず圧縮方向となるコアが形成されるため、曲げ変形を精度よく算出することができる。
【００７２】
また、図９（ａ）に示すような光ファイバ１３ｃを用いることができる。光ファイバ１３ｃのコア２５は、一つの中心コアと四つの外周コアからなる。なお、伸びを測定せずに、曲げのみを測定する場合には、中心コアは不要である。すなわち、少なくとも四つの外周コアを有すればよい。外周コアは、例えば同心円上に同一間隔で形成される。したがって、四つの外周コアは、９０°間隔で配置される。
【００７３】
このように、少なくとも四つの外周コアを有すれば、より精度よく曲げ変形を算出することができる。
【００７４】
また、図９（ｂ）に示すような光ファイバ１３ｄを用いることができる。光ファイバ１３ｄのコア２５は、一つの中心コアと八つの外周コアからなる。外周コアは、複数の同心円上に配置される。図示した例では、二つの異なる同心円上に、それぞれ四つずつコア２５が配置される。それぞれの同心円上において、コア２５同士は同一間隔で配置される。また、内周側の同心円上のコア２５と外周側の同心円上のコア２５は、それぞれ同一中心線上に配置される。
【００７５】
このように、複数の同心円上に少なくとも四つのコア２５を配置することで、内周側のコア２５と外周側のコア２５の検出値の差から、より精度よく曲げ変形を算出することができる。
【００７６】
また、図９（ｃ）に示すような光ファイバ１３ｅを用いることができる。光ファイバ１３ｅのコア２５は、一つの中心コアと八つの外周コアからなる。外周コアは、複数の同心円上に配置される。図示した例では、二つの異なる同心円上に、それぞれ四つずつコアが配置される。それぞれの同心円上において、コア同士は同一間隔で配置される。また、内周側の同心円上のコア２５と外周側の同心円上のコア２５は、それぞれ異なる中心線上に配置される。
【００７７】
光ファイバ１３ｅは、光ファイバ１３ｄと同様に、複数の同心円上に少なくとも四つのコア２５が配置されるため、内周側のコア２５と外周側のコア２５の検出値の差から、より精度よく曲げ変形を算出することができる。
【００７８】
また、図１０（ａ）に示すような光ファイバ１３ｆを用いることができる。光ファイバ１３ｆのコア２５は、一つの中心コアと十八個の外周コアからなる。外周コアは、複数の同心円上に配置される。図示した例では、二つの異なる同心円の内周側には六つのコアが配置され、外周側には１２個のコアが配置される。それぞれの同心円上において、コア同士は同一間隔で配置される。また、内周側のコアを通る中心線上に、外周側のコアが配置される。
【００７９】
このように、複数の同心円上にそれぞれ等間隔に複数のコア２５を配置することで、内周側のコア２５と外周側のコア２５の検出値の差から、より精度よく曲げ変形を算出することができる。
【００８０】
また、図１０（ｂ）に示すような光ファイバ１３ｇを用いることができる。光ファイバ１３ｆのコア２５は、一つの中心コアと十八個の外周コアからなる。外周コアは、複数の正六角形上に配置される。図示した例では、二つの異なる正六角形の内周側には六つのコアが配置され、外周側には１２個のコアが配置される。また全ての隣り合うコア同士は同一間隔で配置される。
【００８１】
このように、全ての隣り合うコア同士が同一間隔となるように、正六角形上に光ファイバを配置することで、単心の複数の光ファイバをバンドル化したものと光ファイバ１３ｇと光接続が容易である。
【００８２】
なお、図２（ｂ）、図８〜図１０に示した、それぞれの光ファイバの断面におけるコアの配置に対して、それぞれ、さらに別のコアを追加することができることは言うまでもない。
【００８３】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８４】
１………応力分布測定装置
１０………光源
１１………分岐部
１２………周波数変換器
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ………光ファイバ
１４………周波数変換器
１６………検出器
１７………制御部
２３………クラッド
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ………コア
１００………光ファイバ
１０１………コア
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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