(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測し、該計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測方法において、
前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、
該計測ステップで計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定ステップと、
該第１推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定ステップと
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み計測方法。
【請求項２】
前記第２推定ステップは、前記第１推定ステップで推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ歪み計測方法。
【請求項３】
センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置において、
前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測手段と、
該計測手段で計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定手段と、
該第１推定手段で推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測手段で計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバ歪み計測装置。
【請求項４】
前記第２推定手段は、前記第１推定手段で推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測手段で計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ歪み計測装置。
【請求項５】
センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置を制御するプログラムを記録した記録媒体であって、
前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、
該計測ステップで計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定ステップと、
該第１推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項６】
前記第２推定ステップは、前記第１推定ステップで推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定することを特徴とする請求項５に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項７】
センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置を制御するプログラムであって、
前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、
該計測ステップで計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定ステップと、
該第１推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定ステップと
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
前記第２推定ステップは、前記第１推定ステップで推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定することを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバひずみ計測方法およびその装置に関し、より詳細には、２つの歪みが混在する光ファイバの測定区間で散乱されるブリルアン散乱光の各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルを推定する光ファイバひずみ計測方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバをセンサとして用いたひずみ計測方法において、光ファイバのひずみは、光ファイバ中に発生する後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光の周波数シフト量を計測することで求めることができる。このような性質を利用した光ファイバひずみ測定装置が、例えば、特開平１０−９０１２１号公報に開示されている。同公報によれば、光ファイバひずみ測定装置が、測定用の光パルスをセンシング用光ファイバに入射すると、センシング用光ファイバ中でレイリー散乱やブリルアン散乱を受けて後方散乱光が生じる。光ファイバひずみ測定装置は、この後方散乱光を、参照光と合波し、コヒーレント検波した後、検出された光パワースペクトルに基づいてセンシング用光ファイバに生じたひずみに応じた特性の測定波形を出力する。
【０００３】
図１は、従来の光ファイバひずみ計測器を示すブロック図である。光ファイバひずみ計測器１０は、歪みセンシング用の光ファイバに接続され、信号光と参照光を発生する光源１１と、信号光の光周波数を変換する光周波数変換器１２と、信号光をパルス化する光パルス変換器１３と、ブリルアン散乱光を検出するコヒーレント光受信器１４と、検出された光パワーに基づいて測定波形を出力する信号処理部１５とから構成されている。
【０００４】
このような構成により、光源１１から出射された連続光は、信号光と参照光に分岐される。信号光の光周波数は、光周波数変換器１２によって１１ＧＨｚ程度高周波数側にシフトされ、光パルス変換器１３で光パルスに変換される。光ファイバひずみ計測器１０は、この計測用の光パルスをセンシング用の光ファイバに入射し、これによって生じたブリルアン散乱光を受信する。ブリルアン散乱光は、微弱なため、高感度な検出が行えるコヒーレント光受信器１４が用いられている。このコヒーレント光受信器１４には、受信信号であるブリルアン散乱光と光源から分岐された参照光とが用いられる。通常の通信用光ファイバに、波長が１．５５μｍの光を入射すると、ブリルアン散乱光は入射光に比べ約１１ＧＨｚ低周波数側にシフトする。従って、光周波数変換器１２によって、予めこの１１ＧＨｚとほぼ等しい周波数だけ高周波数側にシフトする。コヒーレント光受信器１４は、ブリルアン散乱光と参照光の周波数差を小さくしたコヒーレント光を受信することができる。信号処理部１５は、検出された光パワーに基づいて、センシング用の光ファイバに生じたひずみに応じた特性の測定波形を出力する。
【０００５】
このようにして、光ファイバひずみ計測器１０は、光ファイバの長さ方向に対して連続的な信号が得られるので、光ファイバの長さ方向でのブリルアン散乱光の分布を知ることができる。すなわち、光パルスを入射してから測定までの遅延時間に対応する長さが、測定されたブリルアン散乱光の散乱された位置となる。しかし、入射光パルスは有限の時間幅を持っており、実際には、この入射光パルス時間幅と光ファイバ中の光速の積で表される長さ（以下、測定区間という。）内で長さ方向に積分されたブリルアン散乱光が測定されることになる。
【０００６】
光ファイバのある距離における測定区間において、入射光パルスの周波数とブリルアン散乱光の中心周波数との周波数差ΔνＢは、次式で与えられる。
【０００７】
【数１】
0004201995.tif 000002
【０００８】
但し、ｎｆは、光ファイバの屈折率、λは、光ファイバに入射する光パルスの波長である。また、ｖＡは、光ファイバ中の音速であり、光ファイバのヤング率とポアソン比と密度とから与えられる。入射光パルスの周波数とブリルアン散乱光の中心周波数との周波数差ΔνＢと光ファイバの歪みεとの関係は、
【０００９】
【数２】
0004201995.tif 000003
【００１０】
で与えられることが、例えば、倉島、堀口、立田、「ブリルアン散乱を応用した分布型光ファイバセンサ」電子情報通信学会論文誌 C-II,Vol.J.74-C-II,No.5,pp.467-476,1991 に記載されている。ここで、Ｋεは、光ファイバの歪みとΔνＢとを関係付ける定数である。式（１）（２）より、入射光パルスの周波数とブリルアン散乱光の中心周波数との周波数差ΔνＢを計測することにより、光ファイバの歪みを測定することができる。入射光パルスの周波数は既知であるので、ブリルアン散乱光のパワースペクトルを推定し、その中心周波数を得ることにより、式（１）（２）より光ファイバの歪みを得ることができる。
【００１１】
単一の歪みしか存在しない領域におけるブリルアン散乱光のパワースペクトルの推定手法に関する従来技術について説明する。光ファイバ中で発生するブリルアン散乱光のパワースペクトルは良く知られている様に、ローレンツ型パワースペクトルで良く近似することができる。例えば、C.N.Pannell, J.Dhliwayo and D.J.Webb,“How to estimate the accuracy of a Brillouin distributed temperature sensor, Proc.OFS97（IEEE）”，PP.524-527,New York,1997（以下、文献Pannellという。）または T.Kurashima, T.Horiguchi, H.Izumita, S.Furukawa and Y.Koyamada,“Brillouin Optical-Fiber Time Domain Reflectometry”，IEICE Trans.Comm.,Vol.E76-B,No.4,pp.82-390,1993 に近似方法が記載されている。
【００１２】
ｉ番目の観測周波数νｉにおける観測雑音を含まないブリルアン散乱光のパワーｇＴｉは、
【００１３】
【数３】
0004201995.tif 000004
【００１４】
と数式を用いて書くことができる。但し、νＢは、ブリルアン散乱光の中心周波数、ωは、全半値幅（ＦＷＨＭ）、ｈは、式（１）における最大パワーであり、ピーク値と呼ばれる。通常ブリルアン散乱光のパワー観測時には、観測時に発生する観測雑音が存在する。この観測雑音は、加法的であると仮定すると、観測されるｉ番目の観測周波数における観測値ｇｉは、ｇＴｉとこの時の観測雑音Δｉを用いて次式の様に表される。
【００１５】
【数４】
0004201995.tif 000005
【００１６】
ブリルアン散乱光のパワースペクトル分布の推定とは、観測値ｇｉよりｇＴｉあるいは式（３）のνＢ，ω，ｈを求める問題である。しかし、観測雑音は、一般的には未知量であるため、ｇＴｉあるいはνＢ，ω，ｈを直接求めることができない。そこで、通常の最小二乗法では、次式に示す二乗誤差Ｊ０を最小とするパラメータνＢ０，ω０，ｈ０を求め、このパラメータより式（３）を用いて最も確からしいと思われるパワースペクトル分布を求めることになる。
【００１７】
【数５】
0004201995.tif 000006
【００１８】
但し、ｇ０ｉは、式（３）にνＢ＝νＢ０，ω＝ω０，ｈ＝ｈ０を代入して求めたブリルアン散乱光の推定値であり、Ｎは、観測値の個数である。パラメータνＢ０，ω０，ｈ０を解析的に求めるためには、
【００１９】
【数６】
0004201995.tif 000007
【００２０】
を満たすνＢ０，ω０，ｈ０を求めればよい。
【００２１】
しかし、式（１）に示す様に、ローレンツ型パワースペクトルは、推定するパラメータに対して非線形であり、式（６）の解を解析的に求めるのは困難である。この問題を解決するために、下記のＪ１を最小化するパラメータを求めることにより、式（５）のＪ０を最小化するパラメータを近似的に求める手法が、文献Pannellに提案されている。
【００２２】
【数７】
0004201995.tif 000008
【００２３】
式（７）に示す様に、Ｊ１を最小化する場合には線形化可能であり、通常の最小二乗法により、解であるパラメータνＢ０，ω０，ｈ０を求めることができる。上述したように、単一の歪みしか存在しない場合、ブリルアン散乱光のローレンツ型パワースペクトルを推定することが可能である。
【００２４】
図２は、２つの歪みが混在する測定区間を示した図である。歪み１，２は、想定している２つの歪みであり、測定区間Ｂは、この２つの歪みが混在する領域である。測定区間Ａ，Ｃは、測定区間Ｂの両側に存在すると想定される単一の歪みしか存在しない領域である。上述したように、光ファイバ歪み測定器において測定されるブリルアン散乱光は、測定区間内に長さ方向に積分された信号である。
【００２５】
従って、測定区間Ａ，Ｃでは、単一の歪みに対応する単一のローレンツ型パワースペクトルにより近似し得るが、２つの歪みが混在する測定区間Ｂで散乱されるブリルアン散乱光のパワースペクトルは、それぞれの歪みに対応する単一のローレンツ型パワースペクトルの線形和となり、次式の様に近似される。
【００２６】
【数８】
0004201995.tif 000009
【００２７】
但し、ｙＣｉは、二つの歪みが混在する測定区間Ｂにおけるｉ番目の観測周波数でのブリルアン散乱光のパワー、ｒＡｉ，ｒＢｉは、ピーク値を１に規格化した歪み１，２に対応する単一のローレンツ型パワースペクトル、Ｈ１，Ｈ２はこれらのパワースペクトルの各々のピーク値である。ｒＡｉ，ｒＢｉは、１に規格化した単一のローレンツ型パワースペクトルであることから、次式の様に表すことができる。
【００２８】
【数９】
0004201995.tif 000010
【００２９】
但し、νＡＢ０，νＢＢ０は、歪み１，２の対応するローレンツ型パワースペクトルの中心周波数、ωＡ０，ωＢ０は、歪み１，２に対応するローレンツ型パワースペクトルの全半値幅である。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２つの歪みが混在する測定区間Ｂにおけるブリルアン散乱光の観測値に、式（７）で示した単一の歪みしか存在しない領域での線形化手法を適用したとすると、下記の二乗誤差Ｊ２を最小化するようにローレンツ型パワースペクトルのパラメータを決定することになる。
【００３１】
【数１０】
0004201995.tif 000011
【００３２】
但し、ｇＣｉは、測定区間Ｂでの観測値である。しかし、ｙＣｉは、式（８）〜（１０）に示したように、歪み１，２に対応するローレンツ型パワースペクトルの線形和であるから、
【００３３】
【数１１】
0004201995.tif 000012
【００３４】
となり、線形化することができない。よって、従来の線形化による最小二乗法は、２つの歪みが混在する測定区間に適用できないという欠点がある。また、上述したように、従来の線形化による最小二乗法は適用してはならないが、もし、誤って２つの歪みが混在する測定区間の観測値に適用された場合、強引に単一のローレンツ型パワースペクトルとして推定するため、誤った中心周波数を推定するのみならず、結果として誤った歪みを推定するという問題があった。
【００３５】
なお、最急降下法を用いて２つのローレンツ型パワースペクトルのパラメータνＡＢ０，ωＡ０，Ｈ１，νＢＢ０，ωＢ０，Ｈ２を求めることも考えられるが、ローレンツ型パワースペクトルは、式（８）〜（１１）に示すように非線形であり、最急降下法の一般的な欠点であるローカルミニマムの問題、繰り返し回数の増大の問題、初期値の決定問題等を免れず、ローレンツ型パワースペクトルのパラメータおよび最終的に得られる歪みの値の信頼性が低いという問題もあった。
【００３６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、２つの歪みが混在する光ファイバの測定区間で散乱されるブリルアン散乱光の各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定することにより、光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバひずみ計測方法およびその装置を提供することにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射し、該光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測し、該計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測方法において、前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、該計測ステップで計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定ステップと、該第１推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定ステップとを備えることを特徴とする。
より具体的には、前記第２推定ステップは、前記第１推定ステップで推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定する。
【００３８】
この方法によれば、２つの歪みが混在する光ファイバの測定区間で散乱されるブリルアン散乱光の各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定することにより、光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求めることができる。
【００３９】
請求項３に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置において、前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測手段と、該計測手段で計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定手段と、該第１推定手段で推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測手段で計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定手段とを備えたことを特徴とする。
より具体的には、前記第２推定手段は、前記第１推定手段で推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測手段で計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定する。
【００４０】
請求項５に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置を制御するプログラムを記録した記録媒体であって、前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、該計測ステップで計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定ステップと、該第１推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。
より具体的には、前記第２推定ステップは、前記第１推定ステップで推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定する。
【００４１】
請求項７に記載の発明は、センサとして用いる光ファイバに光パルスを入射するための光パルス生成部と、前記光パルスにより発生した後方散乱光の一つであるブリルアン散乱光を、前記光パルスの時間幅と前記光ファイバ中の光の速度との積で表される測定区間において長さ方向に積分されたブルリアン散乱光として計測する計測部とを備え、前記計測されたブルリアン散乱光のパワースペクトルのピーク値と、該ピーク値を与える中心周波数と全半値幅とを決定して、前記光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求める光ファイバ歪み計測装置を制御するプログラムであって、前記測定区間のうち単一の第１の歪みのみ存在する第１の測定区間と、前記第１の歪みとは異なる単一の第２の歪みのみ存在する第２の測定区間と、前記第１の歪みと前記第２の歪みとが混在する第３の測定区間とにおいて散乱されたブリルアン散乱光のパワースペクトルをそれぞれ計測する計測ステップと、該計測ステップで計測された前記第１および第２の測定区間の前記パワースペクトルから、前記第１および第２の測定区間におけるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルをそれぞれ推定する第１推定ステップと、該第１推定ステップで推定された前記規格化したローレンツ型パワースペクトルと、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトルとを用いて、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値を推定する第２推定ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
より具体的には、前記第２推定ステップは、前記第１推定ステップで推定された前記第１および第２の測定区間の前記規格化したローレンツ型パワースペクトル（rAi, rBi）の線形和（yCi）と、前記計測ステップで計測された前記第３の測定区間の前記パワースペクトル（gCi）との二乗誤差(J3)が最小となる、前記第３の測定区間における前記第１および第２の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのピーク値（H1, H2）を、最小二乗法を用いて推定する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
２つの歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法は、２つの歪みが混在する測定区間の両側に存在すると考えられる単一の歪みしか存在しない測定区間（例えば、図２に示した測定区間Ａと測定区間Ｃ。）でのブリルアン散乱光のパワースペクトルを利用することにより、２つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータνＡＢ０，ωＡ０，Ｈ１，νＢＢ０，ωＢ０，Ｈ２を求める。
【００４３】
図３は、本発明の一実施形態にかかるローレンツ型パワースペクトルの推定方法を示したフローチャートである。ステップＳ１では、２つの歪みが混在する測定区間の両側にある単一の歪みしか存在しない測定区間の観測値を用いてブリルアン散乱光のローレンツ型パワースペクトルを推定する。推定方法は、例えば、山田、成瀬、「重み付き最小二乗法の繰り返しによるＢＯＴＤＲ波形の推定」信学技報、OFT2000-30,pp.55-60,2000 に記載された従来技術を用いることができる。ステップＳ２では、ステップＳ１の推定結果であるローレンツ型パワースペクトルより、ピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルを決定する。
【００４４】
次に、ステップＳ３について説明する。測定区間Ａ，Ｂ，Ｃについて歪み以外の条件は同一だとすると、ステップＳ２の結果であるピーク値を１に規格化したローレンツ型パワースペクトルは、式（８）におけるｒＡｉ，ｒＢｉと同一である。従って、求める２つの歪みが混在する測定区間のパラメータのうちνＡＢ０，ωＡ０，νＢＢ０，ωＢ０は、ステップＳ２で求められていることになる。残るピーク値Ｈ１，Ｈ２は、最小二乗法を用いて次式の二乗誤差Ｊ３を最小とする値をＨ１，Ｈ２として推定する。
【００４５】
【数１２】
0004201995.tif 000013
【００４６】
式（１３）を最小とするＨ１，Ｈ２は、次式を満足する解として与えられる。
【００４７】
【数１３】
0004201995.tif 000014
【００４８】
このようにして、２つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータνＡＢ０，ωＡ０，Ｈ１，νＢＢ０，ωＢ０，Ｈ２を全て得ることができ、２つの歪みが存在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルを推定することができる。
【００４９】
本発明にかかる２つ歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法が、実現可能でありかつ有効であることを、数値シミュレーションを用いて説明する。
【００５０】
シミュレーションに用いるピーク値を１に規格化した単一のローレンツ型パワースペクトルｒＡｉ（ｉ＝１〜１００），ｒＢｉ（ｉ＝１〜１００）を計算機にて用意する。但し、νＡＢ０＝１０．５ＧＨｚ，ωＡ０＝８１ＭＨｚ，νＢＢ０＝１０．４ＧＨｚ，ωＢ０＝８２ＭＨｚを用いている。このシミュレーションに用いたｒＡｉ，ｒＢｉに、１／５０の正規分布で仮定した観測雑音を加算し、シミュレーションに用いた単一の歪みだけの測定区間での観測値を作成する。
【００５１】
図４は、シミュレーションに用いた単一の歪みだけの測定区間でのブリルアン散乱光の観測値を示した図である。但し、実線はｒＡｉより作成した観測値、破線はｒＢｉより作成した観測値である。縦軸は、ある値で規格化されていることを想定し、相対値で示している。計算機でもとめたものとは別に、ｒＡｉ，ｒＢｉを基に式（８）に従いｙＣｉを作成する。このｙＣｉの値に、１／５０の正規分布で仮定した観測雑音を加算して、シミュレーションに用いた２つの歪みが混在する測定区間での観測値を作成する。
【００５２】
図５は、シミュレーションに用いた２つの歪みが混在する測定区間での観測値を示した図である。ここで、Ｈ１＝0.７，Ｈ２＝0.３を用いている。これら計算機により作成した観測値に、図３に示した本発明にかかる推定方法を適用して得られた、２つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータνＡＢ０，ωＡ０，Ｈ１，νＢＢ０，ωＢ０，Ｈ２と、シミュレーションに用いた真の値とを比較して表１に示す。
【００５３】
【表１】
0004201995.tif 000015
【００５４】
表１に示したように、本発明によりＨ１，Ｈ２を含む２つの歪みが混在する測定区間でのパワースペクトルのパラメータが推定できることが分かる。
【００５５】
本実施形態によれば、２つの歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法が実現可能であり、有効であることが分かる。
【００５６】
上述したように、２つ歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルの推定方法を用いることにより、２つ歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのパラメータを推定することが可能となる。ここで、２つの歪みが混在する測定区間のブリルアン散乱光のエネルギーは、それぞれに対応するローレンツ型パワースペクトルより次式で表される。
【００５７】
【数１４】
0004201995.tif 000016
【００５８】
但し、ｓ１は、２つの歪みが混在する測定区間での歪み１に起因するブリルアン散乱光のエネルギー、ｓ２は、歪み２に起因するブリルアン散乱光のエネルギー、ｒＡ，ｒＢは離散化される前のｒＡｉ，ｒＢｉである。
【００５９】
歪み１、歪み２に起因するブリルアン散乱光の損失に差が無いとし、各ブリルアン散乱光のエネルギーは、２つの歪みが混在する測定区間内に存在する各歪みの長さに起因するとすると、入射光パルスのエネルギーは一定であるから、式（１５）（１６）のｓ１とｓ２との和は一定となる。従って、ωＡ０，Ｈ１，ωＢ０，Ｈ２を求め、ｓ１とｓ２との比を計算することにより、２つの歪みが混在する測定区間内に存在する歪み１と歪み２の長さの比を求めることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つの歪みが混在する測定区間での各々の歪みに対応するローレンツ型パワースペクトルのパラメータを推定することができ、この結果を用いて光ファイバに発生している長さ方向の歪み分布を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光ファイバひずみ計測器を示すブロック図である。
【図２】２つの歪みが混在する測定区間を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるローレンツ型パワースペクトルの推定方法を示したフローチャートである。
【図４】シミュレーションに用いた単一の歪みだけの測定区間でのブリルアン散乱光の観測値を示した図である。
【図５】シミュレーションに用いた２つの歪みが混在する測定区間での観測値を示した図である。
【符号の説明】
１０    光ファイバひずみ計測器
１１    光源
１２    光周波数変換器
１３    光パルス変換器
１４    コヒーレント光受信器
１５    信号処理部
【図１】
0004201995.tif 000017
【図２】
0004201995.tif 000018
【図３】
0004201995.tif 000019
【図４】
0004201995.tif 000020
【図５】
0004201995.tif 000021