(57)【要約】【課題】光ファイバセンサにダメージを与えることがなく、かつ信頼性の点で優れた光ファイバ計測システムおよび光ファイバ計測方法を提供する。【解決手段】光ファイバセンサ線路２と、光ファイバセンサ線路２の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュール３と、光ファイバセンサ線路２に試験光を入射する光パルス試験器１０と、を備えた光ファイバ計測システム１。位置表示モジュール３は、比屈折率が、光ファイバセンサ線路２の光ファイバと異なり、この比屈折率の差が０．０５％以上、０．１５％以下となる内蔵光ファイバ８を有する。光パルス試験器１０は、戻り光に基づいて内蔵光ファイバ８を検出可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバセンサ線路（２）と、前記光ファイバセンサ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュール（３）と、前記光ファイバセンサ線路に試験光を入射する光パルス試験器（１０）と、を備え、
前記位置表示モジュールは、比屈折率が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、この比屈折率の差が０．０５％以上、０．１５％以下となる内蔵光ファイバ（８）を有し、
前記光パルス試験器が、戻り光に基づいて前記内蔵光ファイバを検出可能であることを特徴とする光ファイバ計測システム（１）。
【請求項２】
前記内蔵光ファイバは、ＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、このＭＦＤの差が０．５μｍ以上、１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ計測システム。
【請求項３】
前記内蔵光ファイバは、比屈折率差とＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）の積が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、この比屈折率差・ＭＦＤ積の差が０μｍ・％以上、０．２μｍ・％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ計測システム。
【請求項４】
光ファイバセンサ線路（２）と、前記光ファイバセンサ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュール（３）と、前記光ファイバセンサ線路に試験光を入射する光パルス試験器（１０）と、を備え、前記位置表示モジュールは、比屈折率が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、この比屈折率の差が０．０５％以上、０．１５％以下となる内蔵光ファイバ（８）を有する位置情報取得システムを用いて、
前記光パルス試験器によって、戻り光に基づいて前記内蔵光ファイバを検出することを特徴とする光ファイバ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布型の光ファイバセンサを用いた光ファイバ計測システムおよびこれを用いた光ファイバ計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布型の光ファイバセンサは、光パルス試験器（ＢＯＴＤＲ等）による戻り光の観測によって、歪み、圧力、温度に関する光ファイバ長さ方向の変化を検出可能とされており、構造物の歪みや地下水圧の変化の検出などに広く用いられている。
前記歪み等の変化が起きた場合には、その位置を特定することが必要となるため、あらかじめ光ファイバセンサに基準点として検出可能な歪みを与えておき、この基準点に基づいて前記変化が起きた箇所を特定していた（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１０１０２１号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０７３０号公報
【特許文献３】特許第３５４４８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記変化は歪みとして検出されるため、基準点の近くで前記変化が生じた場合には、変化点と基準点とが混同されてしまうことがあった。
また、基準点を形成するために光ファイバセンサに曲げなどにより歪みを与えることは、信頼性の低下や断線の原因となるおそれがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光ファイバセンサにダメージを与えることがなく、かつ信頼性の点で優れた光ファイバ計測システムおよび光ファイバ計測方法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】
【０００４】
本発明の請求項１にかかる光ファイバ計測システムは、光ファイバセンサ線路と、前記光ファイバセンサ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュールと、前記光ファイバセンサ線路に試験光を入射する光パルス試験器と、を備え、前記位置表示モジュールは、比屈折率が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、この比屈折率の差が０．０５％以上、０．１５％以下となる内蔵光ファイバを有し、前記光パルス試験器が、戻り光に基づいて前記内蔵光ファイバを検出可能であることを特徴とする。
本発明の請求項２にかかる光ファイバ計測システムは、請求項１において、前記内蔵光ファイバは、ＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、このＭＦＤの差が０．５μｍ以上、１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ計測システム。
本発明の請求項３にかかる光ファイバ計測システムは、請求項１において、前記内蔵光ファイバは、比屈折率差とＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）の積が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、この比屈折率差・ＭＦＤ積の差が０μｍ・％以上、０．２μｍ・％以下であることを特徴とする。
【０００５】
本発明の請求項４にかかる光ファイバ計測方法は、光ファイバセンサ線路と、前記光ファイバセンサ線路の少なくとも１箇所に設けられた位置表示モジュールと、前記光ファイバセンサ線路に試験光を入射する光パルス試験器と、を備え、前記位置表示モジュールは、比屈折率が、前記光ファイバセンサ線路の光ファイバと異なり、この比屈折率の差が０．０５％以上、０．１５％以下となる内蔵光ファイバを有する位置情報取得システムを用いて、前記光パルス試験器によって、戻り光に基づいて前記内蔵光ファイバを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、位置表示モジュールが、光ファイバセンサ線路の光ファイバとは比屈折率が異なる内蔵光ファイバを有するため、戻り光の観察によって内蔵光ファイバの位置を正確かつ容易に特定できる。
従って、光ファイバセンサ線路の一部に歪み、圧力、温度等の変化が起きた場合に、この変化が起きた箇所を、基準点である位置表示モジュールの位置に基づいて特定するのが容易になり、位置特定の信頼性を高めることができる。
また、位置表示モジュールを光ファイバセンサ線路に設置することで、容易にシステム構築が可能である。
位置表示モジュールは、内蔵光ファイバを内蔵して構成されているので、内蔵光ファイバを保護でき、その特性に乱れが生じることがない。安定した戻り光が得られるため、正確な位置情報を安定して取得できる。
また、内蔵光ファイバに大きな力を加える必要がないため、基準点において光ファイバに歪みを印加するシステムに比べ、内蔵光ファイバにダメージが与えられることがなく、伝送損失も小さくできるため、信頼性の点で優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の第１の例である光ファイバ計測システムを示すもので、この光ファイバ計測システム１は、光ファイバセンサ線路２と、光ファイバセンサ線路２に設けられた位置表示モジュール３と、光ファイバセンサ線路２に試験光を入射する光パルス試験器１０と、を備えている。
【０００８】
位置表示モジュール３には、基準点の位置を表示するものであって、内蔵光ファイバ８が内蔵されている。図示例では、位置表示モジュール３は、略直方体状の収容ケース６内に内蔵光ファイバ８が内蔵されて構成されている。
位置表示モジュール３は、収容ケース６内に、エポキシ系、ウレタン系などの樹脂４を充填剤として充填することで収容ケース６内に内蔵光ファイバ８を固定してもよい。これによって、内蔵光ファイバ８を保護でき、内蔵光ファイバ８の特性に乱れが生じることがない。安定した戻り光が得られるため、正確な位置情報を安定して取得できる。
内蔵光ファイバ８は、伝送損失が生じない範囲で１または複数回巻回して湾曲処理してもよい。
【０００９】
内蔵光ファイバ８としては、例えば光ファイバ心線、光ファイバ素線等を使用できる。
内蔵光ファイバ８の一端および他端を光ファイバセンサ線路２に接続すると、位置表示モジュール３が光ファイバセンサ線路２の途中に設置されることになる。
符号５は、内蔵光ファイバ８と光ファイバセンサ線路２の接続点である。内蔵光ファイバ８と光ファイバセンサ線路２の接続には、融着接続、メカニカルスプライスによる接続、コネクタ接続などを採用してよい。
なお、位置表示モジュール３は、光ファイバセンサ線路２の１箇所に設けてもよいし、２箇所以上に設けることもできる。
【００１０】
内蔵光ファイバ８は、比屈折率が、光ファイバセンサ線路２の光ファイバと異なり、この比屈折率の差が０．０５％以上、０．１５％以下とされている。
この比屈折率差を０．０５％以上とすることによって、光パルス試験器１０による検出が容易となる。比屈折率差を０．１５％以下とすることによって、伝送損失を抑えることができる。
内蔵光ファイバ８と光ファイバセンサ線路２の比屈折率は、両者の差が上記範囲であれば、いずれが大きくてもよい。
【００１１】
図３は、比屈折率が０．４である光ファイバの戻り光のブリルアン散乱光の周波数特性を示すものであり、図４は、比屈折率が０．５である光ファイバの戻り光のブリルアン散乱光の周波数特性を示すものである。これらの図において、横軸は周波数を示し、縦軸はブリルアンゲインスペクトル（ＢＧＳ）を示す。
比屈折率が異なる光ファイバは、ブリルアン散乱光のピーク位置が大きく異なることから、比屈折率が異なる光ファイバを容易に検出できることがわかる。
【００１２】
内蔵光ファイバ８は、モードフィールド径（以下、ＭＦＤ（Mode Field Diameter）という）（λ＝１．３１μｍ）が、光ファイバセンサ線路２の光ファイバと異なり、このＭＦＤの差が０．５μｍ以上、１．５μｍ以下であることが好ましい。
このＭＦＤの差を０．５μｍ以上とすることによって、内蔵光ファイバ８の識別力を高め、光パルス試験器１０による検出を容易にすることができる。
また、ＭＦＤの差が大きすぎると測定に要する時間が長くなってしまうため好ましくないが、ＭＦＤの差を１．５μｍ以下とすることによって、測定時間を短くし、作業効率を高めることができる。
内蔵光ファイバ８と光ファイバセンサ線路２のＭＦＤは、両者の差が上記範囲であれば、いずれが大きくてもよい。
【００１３】
内蔵光ファイバ８は、比屈折率差とＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）の積が、光ファイバセンサ線路２の光ファイバと異なり、比屈折率差・ＭＦＤ積の差が０μｍ・％以上、０．２μｍ・％以下であることが好ましい。
この比屈折率差・ＭＦＤ積を０μｍ・％以上とすることによって、光パルス試験器１０による検出が容易となる。比屈折率差・ＭＦＤ積を０．２μｍ・％以下とすることによって、伝送損失を抑えることができる。
内蔵光ファイバ８と光ファイバセンサ線路２の比屈折率差・ＭＦＤ積は、両者の差が上記範囲であれば、いずれが大きくてもよい。
【００１４】
光ファイバセンサ線路２に適用される光ファイバとしては、例えば、光ファイバを抗張力体とともにシース樹脂で一括被覆された光ファイバケーブル、光ファイバコードを使用できる。
光ファイバセンサ線路２には、石英系シングルモードファイバ、石英系マルチモードファイバを使用できる。
【００１５】
光パルス試験器１０は、例えばＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）、ＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）等である。
【００１６】
光パルス試験器１０から光ファイバセンサ線路２に試験光を入射し、その戻り光のブリルアン散乱光やレイリー散乱光を観測することで、光ファイバセンサ線路２において比屈折率が異なる部分を検出できる。例えば、ブリルアン散乱光の波長は、比屈折率が異なる部分の光ファイバでは試験光の波長に対しずれるため、この周波数シフトからこの部分を検出できる。
【００１７】
位置表示モジュール３は、光ファイバセンサ線路２の光ファイバとは比屈折率が異なる内蔵光ファイバ８を有するため、戻り光の観察によって内蔵光ファイバ８の位置を正確かつ容易に特定できる。
従って、光ファイバセンサ線路２の一部に歪み、圧力、温度等の変化が起きた場合に、この変化が起きた箇所を、基準点である位置表示モジュール３の位置に基づいて特定するのが容易になり、位置特定の信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、位置表示モジュール３を光ファイバセンサ線路２に設置することで、容易にシステム構築が可能である。
位置表示モジュール３は、内蔵光ファイバ８を内蔵して構成されているので、内蔵光ファイバ８を保護でき、その特性に乱れが生じることがない。安定した戻り光が得られるため、正確な位置情報を安定して取得できる。
また、内蔵光ファイバ８に大きな力を加える必要がないため、基準点において光ファイバに歪みを印加するシステムに比べ、内蔵光ファイバ８にダメージが与えられることがなく、伝送損失も小さくできるため、信頼性の点で優れている。
位置表示モジュール３は、構造が簡略であり、作業の容易性やコストの点で有利である。
【００１９】
図２は、本発明の光ファイバ計測システムの第２の例を示すものである。
この光ファイバ計測システム１１は、複数のセンサケーブル９Ａ、９Ｂ、・・・を備え、各センサケーブル９Ａ、９Ｂ、・・・は、それぞれループ状に配線された光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・を有する。
センサケーブル９Ａ、９Ｂ、・・・の一端にはそれぞれ接続箱７が形成されている。
光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・は、光パルス試験器１０から接続箱７に至り、センサケーブル９Ａ、９Ｂ、・・・内を経て、再び接続箱７を通って光パルス試験器１０に戻るように配線されている。
光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・には、接続箱７内において位置表示モジュール３が設けられている。
【００２０】
図２に矢印で示すように、光パルス試験器１０から光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・に試験光を入射し、その戻り光のブリルアン散乱光やレイリー散乱光を光パルス試験器１０で観測することで、光ファイバセンサ線路２において比屈折率が異なる部分を検出できる。
このため、位置表示モジュール３の位置を正確かつ容易に特定でき、光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・の一部に歪み、圧力、温度等の変化が起きた場合に、この変化が起きた箇所を、基準点である位置表示モジュール３の位置に基づいて特定するのが容易になり、位置特定の信頼性を高めることができる。
【実施例】
【００２１】
（試験１）
図２に示すように、光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・を有するセンサケーブル９Ａ、９Ｂ、・・・と、位置表示モジュール３と、光パルス試験器１０と、を備えた光ファイバ計測システム１１を構築した。
光ファイバセンサ線路２Ａ、２Ｂ、・・・の光ファイバは比屈折率が０．４であり、位置表示モジュール３の内蔵光ファイバ８の比屈折率は０．５である。
図５は、戻り光のブリルアン散乱光の観測結果を示すもので、横軸は光ファイバセンサ線路２の起点位置からの距離を示し、縦軸はブリルアン散乱光に基づいて算出した歪み量である。
この図より、位置表示モジュール３の内蔵光ファイバ８が設けられた位置を明確に識別できることがわかる。
【００２２】
（試験２）
図６は、ＭＦＤが異なる複数の光ファイバ素線Ｆ１〜Ｆ４を互いに接続し、歪み量を測定した結果を示すグラフである。光ファイバ素線Ｆ１〜Ｆ４のＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）はそれぞれ８．６μｍ、７．２μｍ、９．４μｍ、６．８μｍである。横軸は光ファイバセンサ線路２の起点位置からの距離を示し、縦軸はブリルアン散乱光に基づいて算出した歪み量である。
図７〜図１０は、それぞれ光ファイバ素線Ｆ１〜Ｆ４の周波数特性を示すグラフである。
【００２３】
図６より、光ファイバ素線Ｆ１〜Ｆ４は、歪み量に基づいて明確に識別できることがわかる。図７〜図１０より、光ファイバ素線Ｆ１〜Ｆ４は周波数特性のピーク位置が大きく異なり、この点からも識別が容易であることがわかる。
【００２４】
（試験３）
図１１は、光ファイバケーブルＦ５、Ｆ７の間に光ファイバ素線Ｆ６を介在させて接続し、歪み量を測定した結果を示すグラフである。光ファイバケーブルＦ５、Ｆ７に用いられている光ファイバ素線は光ファイバ素線Ｆ６と同種のものである。
この図に示すように、ケーブル化した部分（Ｆ５、Ｆ７）では、加工歪みが加えられるため、歪み量のばらつきが大きくなる。例えば、光ファイバケーブルＦ７における歪み量のばらつきα１は約３００μεである。
このため、光ファイバが加工（ケーブル化、コード化など）される場合には、このばらつきを考慮して、十分な識別力が得られるようにすることが必要となる。この場合には、同条件で試験したときの歪み量の差が５００με以上であれば、高い識別力が得られると考えることができる。
【００２５】
（試験４）
図１２は、ＭＦＤが異なる複数の光ファイバ素線Ｆ８〜Ｆ１０を互いに接続し、歪み量を測定した結果を示すグラフである。この試験では、各光ファイバ素線Ｆ８〜Ｆ１０のＭＦＤ差は試験２の場合より小さくされている。
光ファイバ素線Ｆ８〜Ｆ１０のＭＦＤ（λ＝１．３１μｍ）はそれぞれ８．６μｍ、９．０μｍ、９．２μｍである。
図１３〜図１５は、それぞれ光ファイバ素線Ｆ８〜Ｆ１０の周波数特性を示すグラフである。
【００２６】
図１２に示すように、ＭＦＤ差が０．４μｍである光ファイバ素線Ｆ８、Ｆ９の歪み量の差は約３００μεであり、ケーブル化した場合に生じるばらつきを考慮すると、識別力が高いとはいいにくい。
図１３〜図１５に示す周波数特性において光ファイバ素線Ｆ８、Ｆ９のピーク位置は互いに近く、この点でも識別が容易とはいいにくい。同様に、光ファイバ素線Ｆ９、Ｆ１０のピーク位置も互いに近い。
【００２７】
図１２に示すように、ＭＦＤ差が０．６μｍである光ファイバ素線Ｆ８、Ｆ１０の歪み量の差は約７００μεであり、ケーブル化した場合においても高い識別力が得られると考えられる。
上述のように、歪み量の差が５００με以上のときに高い識別力が得られるとすると、ＭＦＤ差を０．５μｍ以上（好ましくは０．６μｍ以上）とするのが好ましいと判断できる。
【００２８】
また、ＭＦＤ差をさらに大きくした試験の結果、ＭＦＤ差が大きすぎると周波数レンジが大きくなり、測定時間が長くなることが確認された。作業効率を悪化させない範囲の測定時間が得られるＭＦＤ差は、１．５μｍ以下であった。
これらの結果より、ＭＦＤの差を０．５μｍ以上、１．５μｍ以下とすることによって、作業効率を悪化させずに光パルス試験器による内蔵光ファイバの検出を容易にすることができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の光ファイバ計測システムの第１の例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の光ファイバ計測システムの第２の例を示す概略構成図である。
【図３】試験結果を示すグラフである。
【図４】試験結果を示すグラフである。
【図５】試験結果を示すグラフである。
【図６】試験結果を示すグラフである。
【図７】試験結果を示すグラフである。
【図８】試験結果を示すグラフである。
【図９】試験結果を示すグラフである。
【図１０】試験結果を示すグラフである。
【図１１】試験結果を示すグラフである。
【図１２】試験結果を示すグラフである。
【図１３】試験結果を示すグラフである。
【図１４】試験結果を示すグラフである。
【図１５】試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１、１１・・・光ファイバ計測システム、２・・・光ファイバセンサ線路、３・・・位置表示モジュール、８・・・内蔵光ファイバ、１０・・・光パルス試験器。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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