(57)【要約】  ケーブルは、複数の光ファイバコアを有し、かつ１以上の前記光ファイバコアを有する１以上の光ファイバ心線を有する、ケーブルであって、前記光ファイバ心線は、ケーブル長手方向における複数の箇所において、ケーブル径方向に実質的に位置ずれしないよう、固定されている。前記ケーブルは伝送線を含む複数の構造材で構成され、前記光ファイバ心線は、長手方向における複数の箇所が前記複数の構造材の少なくとも一つに固定されていてもよい。
2020027223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバコアを有し、かつ１以上の前記光ファイバコアを有する１以上の光ファイバ心線を有する、ケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、ケーブル長手方向における複数の箇所において、ケーブル径方向に実質的に位置ずれしないよう、固定されている、
ことを特徴とするケーブル。
【請求項２】
前記ケーブルは伝送線を含む複数の構造材で構成され、
前記光ファイバ心線は、長手方向における複数の箇所が前記複数の構造材の少なくとも一つに固定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
【請求項３】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの外周を構成する外部被覆層を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記外部被覆層に固定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のケーブル。
【請求項４】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部に設けられた内部被覆層を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記内部被覆層に固定されている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載のケーブル。
【請求項５】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部の少なくとも一部に充填された充填材を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記充填材に固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項６】
前記複数の構造材は、テンションメンバを含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記テンションメンバに固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項７】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部に設けられたスロット材を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記スロット材に固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項８】
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、固定対象の構造体に、長手方向にわたって連続的に固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項９】
断面が円形である、
ことを特徴とする請求項２〜８のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１０】
前記伝送線は電力線である、
ことを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１１】
前記伝送線は通信線である、
ことを特徴とする請求項２〜１０のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１２】
前記光ファイバコアの少なくとも１つが、シングルコア光ファイバのコアである、
ことを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１３】
前記光ファイバコアの少なくとも２つが、マルチコア光ファイバのコアである、
ことを特徴とする請求項２〜１２のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１４】
前記光ファイバコアの少なくとも１つが、長手方向において屈折率が周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアである、
ことを特徴とする請求項２〜１３のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１５】
前記光ファイバコアの１つが、長手方向において当該ケーブルの中心軸近傍に配置されている、
ことを特徴とする請求項２〜１４のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１６】
前記光ファイバコアの少なくとも１つが、長手方向において当該ケーブルの中心軸の周りに撚られた状態で配置されている、
ことを特徴とする請求項２〜１５のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１７】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルが備える前記複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に入力する試験光を出力する光源部と、
前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行う測定部と、
前記測定部におけるそれぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出する演算部と、
を備えることを特徴とするケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項１８】
前記後方散乱光のそれぞれはレーリー散乱光であり、
光周波数領域反射法を用いて前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１７に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項１９】
前記後方散乱光のそれぞれはブリユアン散乱光であり、
前記ブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１７に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２０】
前記光ファイバコアの少なくとも１つからの後方散乱光の測定結果をもとに前記ケーブルの長手方向における温度分布を求め、算出された前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを、前記温度分布をもとに補正することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２１】
前記試験光のそれぞれを前記ケーブルにおける前記複数の光ファイバコアのそれぞれに入力させるとともに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれから出力された前記後方散乱光のそれぞれを前記測定部に出力させる光デバイスを備える、
ことを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２２】
前記試験光を前記光デバイスに伝送する試験光伝送路と、前記試験光伝送路とは別個の、前記後方散乱光のそれぞれを前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方散乱光伝送路とを備える、
ことを特徴とする請求項２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２３】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルと、
請求項１７〜２２のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステムと、
を備え、
前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルの前記試験光が入力される端部とは反対側の先端部側に位置する測定対象物の位置または形状をセンシングできるように構成されている、
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２４】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルと、
請求項１７〜２２のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステムと、
を備え、
前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルが敷設される測定対象物の形状をセンシングできるように構成されている、
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２５】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルが備える前記複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に試験光を入力するステップと、
前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行うステップと、
それぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出するステップと、
を備える、
ことを特徴とするケーブル形状のセンシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状のセンシングが可能なケーブル、ケーブルの形状センシングシステム、当該ケーブルの形状センシングシステムを有したセンシングシステム、およびケーブル形状のセンシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバは様々な物理量をセンシングするために用いられている（特許文献１参照）。また、近年では、マルチコア光ファイバの長手方向における局所的な曲げをセンシングすることによって、そのマルチコア光ファイバの長手方向における形状をセンシングする技術が開示されている（非特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−３２９７９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J.  P.  Moore,  “Shape  sensing  using  multi-core  fiber,”  in  Proc.  Opt.  Fiber  Commun.  Conf.,  2015,  p.  Th1C.2.
【非特許文献２】J.  P.  Moore  and  M.  D.  Rogge,  “Shape  sensing  using  multi-core  fiber  optic  cable  and  parametric  curve  solutions,”  Opt.  Express,  vol.  20,  no.  3,  pp.  2967  -  2973,  2012.
【非特許文献３】Paul  S.  Westbrook,  Tristan  Kremp,  Kenneth  S.  Feder,  Wing  Ko,  Eric.  M.  Monberg,  Hongchao  Wu,  Debra  A.  Simoff,  Thierry  F.  Taunay,  and  Roy  M.  Ortiz,  “Continuous  Multicore  Optical  Fiber  Grating  Arrays  for  Distributed  Sensing  Applications”  J.  Lightw.  Technol.,  vol.  35,  no.  6,  pp.  1248  -  1252,  March  2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ケーブルには、伝送線として電力線を含む電力ケーブルや、伝送線として光ファイバやメタル線等の通信線を備える通信ケーブルや、光ファイバと電力線とを含む複合ケーブルなど、様々が種類のケーブルが存在する。これらのケーブルにおいて、その形状をセンシングすることは重要である。例えば、通信ケーブルにおいては、敷設時あるいは敷設後の周囲環境の影響などにより、ケーブルの形状が変化して、その形状の変化が内部の光ファイバ線の光伝送特性に影響を与える場合がある。また、ケーブルの形状の変化は、ケーブルの損傷や破断を引き起こす場合もある。ケーブルの種類やその使用形態の多様化に応じて、ケーブルの形状のセンシングに対する要求は高まっている。一方で、通常のケーブルは、長手方向の形状の変化に伴って、ケーブル内の構造材の位置がケーブル径方向で変化するため、単に光ファイバ（コア）を導入するだけではケーブル形状の高精度のセンシングが困難であった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、長手方向における形状のセンシングが可能なケーブル、ケーブルの形状センシングシステム、当該ケーブルの形状センシングシステムを有したセンシングシステム、およびケーブル形状のセンシング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るケーブルは、複数の光ファイバコアを有し、かつ１以上の前記光ファイバコアを有する１以上の光ファイバ心線を有する、ケーブルであって、前記光ファイバ心線は、ケーブル長手方向における複数の箇所において、ケーブル径方向に実質的に位置ずれしないよう、固定されている、ことを特徴とする。【０００８】
本発明の一態様に係るケーブルは、伝送線を含む複数の構造材で構成され、前記光ファイバ心線は、長手方向における複数の箇所が前記複数の構造材の少なくとも一つに固定されている、ことを特徴とする。【０００９】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記複数の構造材は、当該ケーブルの外周を構成する外部被覆層を含み、前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記外部被覆層に固定されている、ことを特徴とする。【００１０】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部に設けられた内部被覆層を含み、前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記内部被覆層に固定されている、ことを特徴とする。【００１１】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部の少なくとも一部に充填された充填材を含み、前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記充填材に固定されている、ことを特徴とする。【００１２】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記複数の構造材は、テンションメンバを含み、前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記テンションメンバに固定されている、ことを特徴とする。【００１３】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部に設けられたスロット材を含み、前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記スロット材に固定されている、ことを特徴とする。【００１４】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、固定対象の構造体に、長手方向にわたって連続的に固定されている、ことを特徴とする。【００１５】
本発明の一態様に係るケーブルは、断面が円形である、ことを特徴とする。【００１６】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記伝送線は電力線である、ことを特徴とする。【００１７】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記伝送線は通信線である、ことを特徴とする。【００１８】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記光ファイバコアの少なくとも１つが、シングルコア光ファイバのコアである、ことを特徴とする。【００１９】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記光ファイバコアの少なくとも２つが、マルチコア光ファイバのコアである、ことを特徴とする。【００２０】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記光ファイバコアの少なくとも１つが、長手方向において屈折率が周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアである、ことを特徴とする。【００２１】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記光ファイバコアの１つが、長手方向において当該ケーブルの中心軸近傍に配置されている、ことを特徴とする。【００２２】
本発明の一態様に係るケーブルは、前記光ファイバコアの少なくとも１つが、長手方向において当該ケーブルの中心軸の周りに撚られた状態で配置されている、ことを特徴とする。【００２３】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルが備える前記複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に入力する試験光を出力する光源部と、前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行う測定部と、前記測定部におけるそれぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。【００２４】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシングシステムは、前記後方散乱光のそれぞれはレーリー散乱光であり、光周波数領域反射法を用いて前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出することができるように構成されている、ことを特徴とする。【００２５】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシングシステムは、前記後方散乱光のそれぞれはブリユアン散乱光であり、前記ブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出することができるように構成されている、ことを特徴とする。【００２６】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシングシステムは、前記光ファイバコアの少なくとも１つからの後方散乱光の測定結果をもとに前記ケーブルの長手方向における温度分布を求め、算出された前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを、前記温度分布をもとに補正することができるように構成されている、ことを特徴とする。【００２７】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシングシステムは、前記試験光のそれぞれを前記ケーブルにおける前記複数の光ファイバコアのそれぞれに入力させるとともに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれから出力された前記後方散乱光のそれぞれを前記測定部に出力させる光デバイスを備える、ことを特徴とする。【００２８】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシングシステムは、前記試験光を前記光デバイスに伝送する試験光伝送路と、前記試験光伝送路とは別個の、前記後方散乱光のそれぞれを前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方散乱光伝送路とを備える、ことを特徴とする。【００２９】
本発明の一態様に係るセンシングシステムは、前記ケーブルと、前記ケーブル形状のセンシングシステムと、を備え、前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルの前記試験光が入力される端部とは反対側の先端部側に位置する測定対象物の位置または形状をセンシングできるように構成されている、ことを特徴とする。【００３０】
本発明の一態様に係るセンシングシステムは、前記ケーブルと、前記センシングシステムと、を備え、前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルが敷設される測定対象物の形状をセンシングできるように構成されている、ことを特徴とする。【００３１】
本発明の一態様に係るケーブル形状のセンシング方法は、前記ケーブルが備える前記複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に試験光を入力するステップと、前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行うステップと、それぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出するステップと、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、長手方向における形状のセンシングが可能なケーブルを実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施形態１に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１のケーブルにおけるセンサ光ファイバの形状を説明する模式図である。
【図３】図３は、実施形態２に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施形態３に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施形態４に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施形態５に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図７】図７は、実施形態６に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施形態７に係るケーブルの模式的な断面図である。
【図９】図９は、実施形態８に係るケーブルの形状センシングシステムの模式的な構成図である。
【図１０】図１０は、実施形態９に係る形状センシングシステムの模式的な構成図である。
【図１１】図１１は、実施形態１０に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。
【図１２】図１２は、実施形態１１に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。
【図１３】図１３は、実施形態１２に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。
【図１４】図１４は、実施形態１３に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。
【図１５】図１５は、実施形態１４に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０は、断面が円形の複合ケーブルであって、電力を伝送する伝送線である電力線１ａ、１ｂ、１ｃと、アース線２と、光信号を伝送する通信線である光ファイバ線３ａ、３ｂと、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、内部被覆層５と、複数のテンションメンバ６と、外部被覆層７と、充填材８と、を備えている。電力線１ａ、１ｂ、１ｃ、アース線２、光ファイバ線３ａ、３ｂ、内部被覆層５、テンションメンバ６、外部被覆層７、充填材８は、ケーブル１０の構造を構成する構造材である。センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、光ファイバ心線の一例である。
【００３６】
電力線１ａ、１ｂ、１ｃおよびアース線２は、それぞれ、導体からなる撚り線と該撚り線の外周を被覆する樹脂等からなる絶縁性被覆とで構成されている。電力線１ａ、１ｂ、１ｃの３本は長手方向において螺旋状に撚られている。光ファイバ線３ａ、３ｂは、それぞれ、光ファイバコアとクラッドとからなる、樹脂等で被覆されたガラス光ファイバで構成されている。なお、光ファイバ線３ａ、３ｂは、それぞれ、複数の被覆されたガラス光ファイバを含んでいてもよい。
【００３７】
センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄも、光ファイバコアとクラッドとからなる、樹脂等で被覆されたガラス光ファイバで構成されている。センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、いずれも、ガラス光ファイバが単一のコアを備えるシングルコア光ファイバである。なお、長手方向に垂直な面において、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれの中心がセンサ光ファイバ４ａの中心から等距離、かつセンサ光ファイバ４ａを中心として等角度で配置されている。
【００３８】
図２は、ケーブル１０におけるセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの形状を説明する模式図である。センサ光ファイバ４ａは、長手方向においてケーブル１０の中心軸近傍に配置されている。なお、中心軸近傍とは中心軸を含むものである。センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれ、長手方向においてケーブル１０の中心軸の周りに螺旋状に配置されている。なお、図２では、図面の簡略化のため、センサ光ファイバ４ｂのみ、螺旋状の配置を図示している。センサ光ファイバ４ｂの螺旋の周期はｌである。センサ光ファイバ４ｃ、４ｄについても、螺旋の周期はｌであるとする。
【００３９】
センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの中心の、センサ光ファイバ４ａの中心（またはケーブル１０の中心軸）からの距離、および螺旋の周期は、ケーブル１０全体の大きさや検出するケーブル形状の求められる正確性から決定される。たとえばケーブル１０全体の直径が１１．５ｍｍである場合に、たとえば距離は３ｍｍ、螺旋の周期は１００ｍｍに設定される。なお、距離が大きい方がケーブル形状のセンシング精度が高く、螺旋の周期が小さい方がケーブル形状のセンシング精度が高い。
【００４０】
内部被覆層５は、ケーブル１０の内部に設けられている。内部被覆層５は、樹脂等からなり、電力線１ａ、１ｂ、１ｃ、アース線２、光ファイバ線３ａ、３ｂ、およびセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの外周を囲むように形成されている。内部被覆層５の内部の隙間の部分はシリコン等の充填材８で充填されている。
【００４１】
複数のテンションメンバ６は、内部被覆層５の外周に配置されている。各テンションメンバ６は、鋼線やＦＲＰ等からなり、ケーブル１０に掛かる外力から内部の線材（主に伝送線である電力線１ａ、１ｂ、１ｃおよび光ファイバ線３ａ、３ｂ）を保護する。外部被覆層７は、ケーブル１０の外周を構成する被覆層であり、本実施形態では金属線等からなるブレード被覆である。
【００４２】
ここで、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、ケーブル１０の長手方向における複数箇所において、ケーブル１０の径方向に実質的に位置ずれしないように、固定されている。ここで、「実質的に位置ずれしない」とは、ケーブル１０の断面においてケーブル中心からの距離が変化しないことをいう。具体的に、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、長手方向において、言い換えると、長手方向における複数の箇所において、充填材８によって、電力線１ａ、１ｂ、１ｃ、アース線２、光ファイバ線３ａ、３ｂなどの構造材の少なくとも一つに、相対的な位置関係が変わらないように固定されている。その結果、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを構成する光ファイバコアのそれぞれは、固定対象の構造材の歪みに応じて歪むように固定されていることとなる。
【００４３】
これにより、ケーブル１０が局所的に曲がると、その曲がりに応じてセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄもそれぞれ曲がり、歪むこととなる。その結果、ケーブル１０の長手方向における形状の変化に応じて、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における形状および歪み分布も変化する。したがって、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における歪み分布をセンシングすることによって、ケーブル１０の長手方向における形状をセンシングすることができる。なお、センサ光ファイバ４ａがケーブル１０の中心軸近傍に配置されていることによって、たとえばケーブル１０が直線状であるが中心軸を中心に捻れた形状になっている場合も、その捻れを好適にセンシングすることができる。
【００４４】
光ファイバの長手方向における形状をセンシングする方法としては、例えば非特許文献１、２に示した方法を適用することができる。センシングを実現するケーブル１０の形状センシングシステムについては、後に詳述する。
【００４５】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０Ａは、断面が円形であって、図１に示すケーブル１０と同様に、電力線１ａ、１ｂ、１ｃと、アース線２と、光ファイバ線３ａ、３ｂと、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、内部被覆層５と、複数のテンションメンバ６と、外部被覆層７と、充填材８と、を備えている。
【００４６】
本実施形態でも、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、ケーブル１０Ａの長手方向における複数箇所において、ケーブル１０Ａの径方向に実質的に位置ずれしないように固定されている。ただし、ケーブル１０Ａでは、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄが、長手方向にわたって構造体である内部被覆層５の内部に配置され、相対的な位置関係が変わらないように、内部被覆層５に対して固定されている構成が、ケーブル１０とは異なる。ケーブル１０Ａのその他の要素の構成はケーブル１０と同じなので、説明を省略する。センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、長手方向に垂直な面において、それぞれの中心がセンサ光ファイバ４ａの中心から等距離、かつセンサ光ファイバ４ａを中心として等角度で配置されている。このケーブル１０Ａにおいても、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における歪み分布をセンシングすることによって、ケーブル１０Ａの長手方向における形状をセンシングすることができる。
【００４７】
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０Ｂは、断面が円形であって、図１に示すケーブル１０と同様に、電力線１ａ、１ｂ、１ｃと、アース線２と、光ファイバ線３ａ、３ｂと、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、内部被覆層５と、複数のテンションメンバ６と、外部被覆層７と、充填材８と、を備えている。
【００４８】
本実施形態でも、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、ケーブル１０Ｂの長手方向における複数箇所において、ケーブル１０Ｂの径方向に実質的に位置ずれしないように固定されている。ただし、ケーブル１０Ｂでは、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄが、長手方向にわたって構造体であるテンションメンバ６に囲まれて配置され、相対的な位置関係が変わらないようにテンションメンバ６に固定されている構成がケーブル１０とは異なる。ケーブル１０Ｂのその他の要素の構成はケーブル１０と同じなので、説明を省略する。センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、長手方向に垂直な面において、それぞれの中心がセンサ光ファイバ４ａの中心から等距離、かつセンサ光ファイバ４ａを中心として等角度で配置されている。このケーブル１０Ｂにおいても、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における歪み分布をセンシングすることによって、ケーブル１０Ｂの長手方向における形状をセンシングすることができる。
【００４９】
（実施形態４）
図５は、実施形態４に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０Ｃは、断面が円形であって、図１に示すケーブル１０と同様に、電力線１ａ、１ｂ、１ｃと、アース線２と、光ファイバ線３ａ、３ｂと、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、内部被覆層５と、複数のテンションメンバ６と、外部被覆層７と、充填材８と、を備えている。
【００５０】
本実施形態でも、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、ケーブル１０Ｃの長手方向における複数箇所において、ケーブル１０Ｃの径方向に実質的に位置ずれしないように固定されている。ただし、ケーブル１０Ｃでは、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄが、長手方向にわたって構造体である外部被覆層７の内部に配置され、相対的な位置関係が変わらないように外部被覆層７に固定されている構成がケーブル１０とは異なる。ケーブル１０Ｃのその他の要素の構成はケーブル１０と同じなので、説明を省略する。また、長手方向に垂直な面において、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれの中心がセンサ光ファイバ４ａの中心から等距離、かつセンサ光ファイバ４ａを中心として等角度で配置されている。このケーブル１０Ｂにおいても、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における歪み分布をセンシングすることによって、ケーブル１０Ｂの長手方向における形状をセンシングすることができる。
【００５１】
（実施形態５）
図６は、実施形態５に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０Ｄは、断面が円形の通信ケーブルであって、光信号を伝送する伝送線である複数の光ファイバ線３Ｄと、センサ光ファイバ４ａ、４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄと、テンションメンバ６Ｄと、外部被覆層７Ｄａ、７Ｄｂと、充填材８と、を備えている。複数の光ファイバ線３Ｄ、テンションメンバ６Ｄ、外部被覆層７Ｄａ、７Ｄｂ、充填材８は、ケーブル１０Ｄの構造を構成する構造材である。センサ光ファイバ４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄは、光ファイバ心線の一例である。
【００５２】
テンションメンバ６Ｄは、長手方向においてケーブル１０Ｄの中心軸近傍に配置されている。テンションメンバ６Ｄの中心軸近傍に形成された貫通孔には、センサ光ファイバ４ａが挿通固定されている。
【００５３】
複数の光ファイバ線３Ｄは、テンションメンバ６Ｄの外周を囲むように、本実施形態では９本配置されている。また、センサ光ファイバ４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄは、いずれも光ファイバ線３Ｄと同じ構造に形成されている。センサ光ファイバ４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄはそれぞれ、テンションメンバ６Ｄの外周を囲む２本の光ファイバ線３Ｄの間に、それぞれの中心がセンサ光ファイバ４ａ中心から等距離、かつセンサ光ファイバ４ａを中心として等角度で配置されている。
【００５４】
外部被覆層７Ｄａ、７Ｄｂは、樹脂等からなり、二層構造を構成し、複数の光ファイバ線３Ｄの外周を囲むように形成されている。外部被覆層７Ｄｂがケーブル１０Ｄの外周を構成している。テンションメンバ６Ｄの外周と外部被覆層７Ｄａの内周の間の隙間の部分は充填材８で充填されている。
【００５５】
本実施形態でも、センサ光ファイバ４ａ、４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄは、ケーブル１０Ｄの長手方向における複数箇所において、ケーブル１０Ｄの径方向に実質的に位置ずれしないように固定されている。ただし、ケーブル１０Ｄでは、センサ光ファイバ４ａは長手方向にわたってテンションメンバ６Ｄに固定されており、センサ光ファイバ４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄは、充填材８によって、長手方向にわたってテンションメンバ６Ｄまたは外部被覆層７Ｄａ、７Ｄｂに固定されている。このケーブル１０Ｄにおいても、センサ光ファイバ４ａ、４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄの長手方向における歪み分布をセンシングすることによって、ケーブル１０Ｄの長手方向における形状をセンシングすることができる。
【００５６】
（実施形態６）
図７は、実施形態６に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０Ｅは、断面が円形の通信ケーブルであって、光信号を伝送する伝送線である複数の光ファイバテープ心線３Ｅと、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、テンションメンバ６Ｅと、外部被覆層７Ｅａ、７Ｅｂと、スロット材９と、を備えている。複数の光ファイバテープ心線３Ｅ、テンションメンバ６Ｅ、外部被覆層７Ｅａ、７Ｅｂ、スロット材９は、ケーブル１０Ｅの構造を構成する構造材である。
【００５７】
テンションメンバ６Ｅは、長手方向においてケーブル１０Ｅの中心軸近傍に配置されている。テンションメンバ６Ｅの中心軸近傍に形成された貫通孔には、センサ光ファイバ４ａが挿通固定されている。
【００５８】
スロット材９は、ケーブル１０Ｅの内部に設けられている。スロット材９は、その中心軸近傍に形成された貫通孔にテンションメンバ６Ｅが挿通固定されている。スロット材９は、樹脂等からなり、その外周には長手方向に沿って螺旋状に形成された複数の収容溝９ａを有する。収容溝９ａ内には複数の光ファイバテープ心線３Ｅが積層して収容されている。光ファイバテープ心線３Ｅは、ガラス光ファイバの外周に被覆が形成された光ファイバ素線を複数本並列に並べ、その外周に一括被覆をして形成されたものである。外部被覆層７Ｅａは、たとえば不織布テープをスロット材９の外周に巻いて形成したものであり、押巻とも呼ばれる。ケーブル１０Ｅの外周を構成する外部被覆層７Ｅｂは樹脂等からなり、外部被覆層７Ｅａの外周に形成されている。
【００５９】
ここで、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、互いに異なる収容溝９ａの底部に配置され、スロット材９に対して固定されている。長手方向に垂直な面において、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれの中心がセンサ光ファイバ４ａの中心から等距離、かつセンサ光ファイバ４ａを中心として等角度で配置されている。
【００６０】
本実施形態でも、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、ケーブル１０Ｅの長手方向における複数箇所において、ケーブル１０Ｅの径方向に実質的に位置ずれしないように固定されている。ただし、ケーブル１０Ｅでは、センサ光ファイバ４ａは長手方向にわたってテンションメンバ６Ｄに固定されており、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄは、長手方向にわたってスロット材９に固定されている。このケーブル１０Ｅにおいても、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における歪み分布をセンシングすることによって、ケーブル１０Ｅの長手方向における形状をセンシングすることができる。
【００６１】
（実施形態７）
図８は、実施形態７に係るケーブルの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。ケーブル１０Ｆは、断面が円形の複合ケーブルであって、電力線１ａ、１ｂ、１ｃと、アース線２と、光ファイバ線３ａ、３ｂと、センサ光ファイバとしてのセンサ光ファイバユニット４Ｆと、内部被覆層５と、複数のテンションメンバ６と、外部被覆層７と、充填材８と、を備えている。電力線１ａ、１ｂ、１ｃ、アース線２、光ファイバ線３ａ、３ｂ、内部被覆層５、テンションメンバ６、外部被覆層７、充填材８は、ケーブル１０の構造を構成する構造材である。センサ光ファイバユニット４Ｆは、光ファイバ心線の一例である。
【００６２】
ケーブル１０Ｆでは、センサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄに換えてセンサ光ファイバユニット４Ｆを備えている構成がケーブル１０とは異なる。ケーブル１０Ｆのその他の要素の構成はケーブル１０と同じなので、説明を省略する。
【００６３】
センサ光ファイバユニット４Ｆは、長手方向においてケーブル１０Ｆの中心軸の周りに螺旋状に配置されている。センサ光ファイバユニット４Ｆは、クラッド内に複数の光ファイバコアを含むマルチコア光ファイバである。すなわち、センサ光ファイバユニット４Ｆは、４本の光ファイバコア４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄと、光ファイバコア４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄの外周に形成されたクラッド４Ｆｅとを備える。なお、クラッド４Ｆｅの外周には不図示の被覆が形成されている。
【００６４】
光ファイバコア４Ｆａは、センサ光ファイバユニット４Ｆの中心軸近傍に配置されている。センサ光ファイバユニット４Ｆの長手方向に垂直な面において、光ファイバコア４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄは、それぞれの中心が光ファイバコア４Ｆａの中心から等距離、かつ光ファイバコア４Ｆａを中心として等角度で配置されている。また、光ファイバコア４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄは、長手方向において光ファイバコア４Ｆａの周りに螺旋状に配置されている。螺旋の周期はたとえば１０ｍｍである。
【００６５】
ここで、本実施形態では、センサ光ファイバユニット４Ｆ、および当該センサ光ファイバユニット４Ｆに含まれる光ファイバコア４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄは、ケーブル１０Ｆの長手方向における複数箇所において、ケーブル１０Ｆの径方向に実質的に位置ずれしないように固定されている。具体的に、センサ光ファイバユニット４Ｆは、長手方向において、充填材８によって、電力線１ａ、１ｂ、内部被覆層５などの構造材の少なくとも一つに固定されている。また、光ファイバコア４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄは、センサ光ファイバユニット４Ｆに含まれているので、その相対的な位置は変化しない。したがって、このケーブル１０Ｆにおいても、光ファイバコア４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄの長手方向における形状の変化をセンシングすることによって、ケーブル１０Ｆの長手方向における形状の変化をセンシングすることができる。
【００６６】
センサ光ファイバユニット４Ｆと同様の構成のセンサ光ファイバユニットを、クラッド内にそれぞれ単一の光ファイバコアを有する光ファイバを４本用いて構成することもできる。例えば、被覆外径０．９ｍｍの４本の光ファイバ心線や被覆外径２５０μｍの４本の光ファイバ素線を、センサ光ファイバユニット４Ｆの光ファイバコア４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃと同様に配列し、共通の被覆層で被覆することによって、センサ光ファイバユニット４Ｆと同様な構成をなすことができる。このセンサ光ファイバユニットにおいて、３本の光ファイバ素線または光ファイバ心線は、センサ光ファイバユニット４Ｆにおける光ファイバコア４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄと同様に、長手方向において、中心軸近傍に配置された光ファイバ素線または光ファイバ心線の周りに螺旋状に配置される。
【００６７】
また、センサ光ファイバユニット４Ｆは、長手方向においてケーブル１０Ｆの中心軸の中心に設置することもできる。この場合、センサ光ファイバユニット４Ｆは長手方向において常にケーブル１０Ｆの中心軸の中心に設置される。
【００６８】
なお、上記実施形態におけるセンサ光ファイバとしては、国際通信連合（ＩＴＵ：International  Telecommunication  Union）で規定されたＧ．６５２、Ｇ．６５３、Ｇ．６５４、Ｇ．６５５、Ｇ．６５６に準拠するシングルモード光ファイバを用いることができる。センサマルチコア光ファイバとしては、各光ファイバコアの特性が上記規定に準拠するものを用いることができる。また、センサ光ファイバまたはセンサマルチコア光ファイバとして、光ファイバコアの屈折率が長手方向に周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアを有するＦＧＢ光ファイバを用いてもよい。ＦＧＢ光ファイバを用いることにより、ある特定の波長の光を効率的に後方に戻すことができる。これにより、光ファイバコアにおける後方散乱光の強度を増加させることができるので、センシングの感度を向上させることができる（非特許文献３参照）。
【００６９】
また、上記実施形態におけるセンサ光ファイバは、固定対象の構造体に、長手方向にわたって連続的に固定されている。しかしながら、ケーブルの長手方向における形状の変化に応じてセンサ光ファイバの長手方向における形状も変化するのであれば、固定状態はこれに限定されず、センサ光ファイバが、固定対象の構造体に、長手方向にわたって断続的に固定されていてもよい。
【００７０】
また、本発明において、複数のセンサ光ファイバは、全てが同一の構造物に固定されている必要はなく、各センサ光ファイバが別々の構造物に固定されていてもよい。また、センサ光ファイバまたは光ファイバコアの数は、４本に限られず、複数であればよい。また、本発明に係るケーブルは、シングルコア光ファイバであるセンサ光ファイバと、マルチコアセンサ光フィアバとを備えていてもよい。
【００７１】
（実施形態８）
図９は、実施形態８に係るケーブルの形状センシングシステムの模式的な構成図である。このケーブルの形状センシングシステム１００（以下、適宜形状センシングシステム１００と記載する）は、ケーブル１０の形状をセンシングするためのものであって、４つの光源部１１０と、４つの光デバイス１２０と、４つの測定部１３０と、演算部１４０とを備えている。形状センシングシステム１００は、ＯＦＤＲ（Optical  Frequency  Domain  Reflectometry：光周波数領域反射法）の原理を用いることができるように、ソフトウェア的およびハードウェア的に構成されたものである。なお、図９ではセンサ光ファイバ４ａに対応する光源部１１０、光デバイス１２０、測定部１３０のみを示している。形状センシングシステム１００は、ケーブル形状のセンシング方法を実行することができる。
【００７２】
４つの光源部１１０は、ケーブル１０が備えるセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの光ファイバコアの一方の端部に入力する試験光を出力する。光源部１１０は、いずれも、所定の周期で波長（周波数）の掃引が可能な光源１１１と、偏波保持光カプラ１１２と、光増幅器１１３と、遅延光ファイバ１１４とを備えている。
【００７３】
光源１１１は、たとえば波長が１．５５μｍ帯に属する直線偏波のレーザ光を出力する。偏波保持光カプラ１１２は、直線偏波のレーザ光を試験光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分岐する。光増幅器１１３は、たとえばエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、試験光Ｌ１を光増幅して光デバイス１２０に出力する。一方、遅延光ファイバ１１４は、参照光Ｌ２を直線偏波状態のまま伝送するとともに、参照光Ｌ２に所定量の時間的な伝送遅延を与えて、測定部１３０に出力する。
【００７４】
光デバイス１２０は、試験光Ｌ１をケーブル１０のセンサ光ファイバ４ａに出力する。すなわち、光デバイス１２０は、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に入力する試験光を出力する。言い換えると、光デバイス１２０は、ケーブル形状のセンシング方法における、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に試験光を入力するステップを、実行する。センサ光ファイバ４ａは試験光Ｌ１を一方の端部から他方の端部に伝送する。伝送中、試験光Ｌ１に起因して、センサ光ファイバ４ａの長手方向にわたってレーリー散乱光が発生し、後方散乱光として試験光Ｌ１とは反対方向に伝送し、試験光Ｌ１が入力された端部から出力する。光デバイス１２０は、出力された後方散乱光Ｌ３を測定部１３０に出力する。このような光デバイス１２０としては光サーキュレータを用いることができる。
【００７５】
測定部１３０は、コヒーレントミキサ１３１と、バランスドフォトディテクタ１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄと、トランスインピーダンスアンプ１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄと、電気増幅器１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄと、オシロスコープ１３５と、信号発生器１３６と、を備えている。測定部１３０は、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行う。言い換えると、測定部１３０は、ケーブル形状のセンシング方法における、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行うステップを実行する。
【００７６】
コヒーレントミキサ１３１は、入力された参照光Ｌ２と後方散乱光Ｌ３とを干渉させて、それぞれ光信号である、一組のＸ偏波のＩ（強度）成分に対応するＩ信号ＳＸＩ、一組のＸ偏波のＱ（位相）成分に対応するＱ信号ＳＸＱ、一組のＹ偏波のＩ信号ＳＹＩ、一組のＹ偏波のＱ信号ＳＹＱ、を出力する。なお、Ｘ偏波とＹ偏波は互いに直交する直線偏波である。バランスドフォトディテクタ１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄは、それぞれ、Ｉ信号ＳＸＩ、Ｑ信号ＳＸＱ、Ｉ信号ＳＹＩ、Ｑ信号ＳＹＱを受信し、電流信号に変換して出力する。トランスインピーダンスアンプ１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄは、それぞれ、入力された電流信号を電圧信号に変換して出力する。電気増幅器１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄは、それぞれ、入力された電圧信号を増幅し、オシロスコープ１３５に出力する。
【００７７】
オシロスコープ１３５は、光源１１１の波長掃引周期と同期させるためのクロック信号ＣＳが信号発生器１３６から入力され、参照光Ｌ２と後方散乱光Ｌ３とによる干渉信号を測定する。オシロスコープ１３５で測定される波形の横軸は時間、縦軸は干渉信号の強度である。
【００７８】
光源１１１から出力される光は周波数(波長)が時間により変化していることから、光ファイバ上で後方散乱される地点が光源から長距離であるほど、後方散乱光Ｌ３と参照光Ｌ２との間に光周波数差が生じる。測定部１３０でオシロスコープ１３５を用いて後方散乱光Ｌ３と参照光Ｌ２の干渉波形が観測されるが、この干渉波形の干渉周波数が距離に対応して変化する。従って干渉波形をフーリエ変換することにより、周波数すなわち距離に対する散乱光強度が得られる。
【００７９】
センサ光ファイバ４ａの長手方向の或る位置において局所的に形状が変化する（歪む）と、その位置に対応する周波数の位置において、干渉信号の波形が変化する。この波形の変化は、たとえば形状変化に伴って発生するセンサ光ファイバ４ａの伸縮（歪み）による、後方散乱光の強度や位相の変化などに起因する。したがって、干渉信号の波形を測定し、その波形をフーリエ変換することによって、センサ光ファイバ４ａの長手方向における歪みの分布の情報を得ることができる。オシロスコープ１３５は干渉信号の波形のデータをデータ信号ＤＳとして、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）によって構成される演算部１４０に出力する。なお、他のセンサ光ファイバ４ｂ、４ｃ、４ｄの干渉信号の波形のデータも、これらに対応する測定部１３０のオシロスコープ１３５から、データ信号ＤＳとして演算部１４０に出力される。なお、オシロスコープ１３５および信号発生器１３６は、同様の機能を有するデジタルシグナルプロセッサに置き換えてもよい。
【００８０】
演算部１４０は、それぞれの後方散乱光に関する測定結果をもとに、複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、算出したそれぞれの歪みをもとにケーブル１０の形状を算出する。言い換えると、演算部１４０は、ケーブル形状のセンシング方法における、それぞれの後方散乱光に関する測定結果をもとに、複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、算出したそれぞれの歪みをもとにケーブル１０の形状を算出するステップを実行する。具体的に、演算部１４０は、干渉信号の波形のデータをフーリエ変換することにより得られたセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向における歪みの分布の情報を含むデータ信号をもとに、歪みの分布を算出し、さらに算出した歪みの分布をもとに、ケーブル１０の形状を算出する。この方法はFrenet-Serret  equationsを光ファイバの長手方向に適用する公知の計算法である（特許文献１、２）。
【００８１】
以上説明したように、形状センシングシステム１００は、ケーブル１０の形状をセンシングすることができる。
【００８２】
つぎに、形状センシングシステム１００の特性について具体例をもとに説明する。まず、試験光Ｌ１および参照光Ｌ２の特性として、スペクトル線幅が挙げられる。ＯＦＤＲでは、参照光Ｌ２とセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれからの後方散乱光Ｌ３との干渉状態を観測している。そのため、この二つの光が十分に干渉するためには、二つの光がコヒーレンス性を保っている必要がある。言い換えると、試験光Ｌ１が参照光Ｌ２と分岐し、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを往復して参照光Ｌ２と合波されるまでの距離と、参照光Ｌ２が試験光Ｌ１と分岐してセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれからの後方散乱光Ｌ３と合波されるまでの距離との差が、試験光Ｌ１のコヒーレンス長よりも短いことが必要になる。したがって、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長さを長くする場合には、よりコヒーレンス長の長い、つまりスペクトル線幅の狭いレーザ光を発生させる光源１１１が必要になる。たとえば、ケーブル１０の長さを１０ｋｍ程度とするためには、１０ｋＨｚ以下のスペクトル線幅のレーザ光が必要になる。
【００８３】
また、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの歪分布を測定する際、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれからの後方散乱光Ｌ３の強度がより強いことが望ましい。そのため光源１１１から出力されるレーザ光はより強いことが望ましい。しかしながら、光ファイバ中を伝搬する光強度が高くなると、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）が発生する問題がある。ＳＢＳが発生すると、入力した光の強度の多くが後方に散乱してしまい、前方に進行する光の強度が減衰してしまう。そのため、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに入力する試験光Ｌ１の強度は、ＳＢＳの発生しきい値以下とすることが望ましい。式（１ａ）、（１ｂ）は光ファイバで発生するＳＢＳのしきい値強度Ｐｔｈを示す関係式である。したがって、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに入力する際の試験光Ｌ１の光強度Ｐｉｎは式（２）を満たすことが望ましい。
【００８４】
【数１】
2020027223.tif 000003
なお、式（１ａ）、（１ｂ）中の変数は以下の通りである。
Δν：光源の線幅、K：偏波依存性パラメータ、Aeff：光ファイバ有効断面積、gB：ブリユアンゲイン定数、ΔνB：ブリユアンゲインスペクトルの線幅、Leff：光ファイバの有効長、α:光ファイバの損失係数、L：光ファイバの長さ
【数２】
2020027223.tif 000004
【００８５】
また、ＯＦＤＲでは、参照光Ｌ２と後方散乱光Ｌ３との干渉光のビート周波数（参照光Ｌ２と後方散乱光Ｌ３との周波数差）が、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄそれぞれの長手方向における位置に対応している。そのため、より精度の高い位置分解能で歪分布を測定するためには、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの全長でのビート周波数を大きくし、長さに対する周波数変化を大きくすることが望ましい。ここで、ある特定の位置において、その位置からの後方散乱光Ｌ３によるビート周波数を考えると、そのビート周波数をより大きくするためには、たとえば光源１１１から出力するレーザ光の周波数の掃引スピードを大きくする方法がある。測定部１３０での周波数分別限界を１００Ｈｚとすると、たとえばセンサ光ファイバ４ａの光が入力される端部からの距離１０ｋｍの位置に対し、１ｃｍの位置分解能を得るためには、たとえばレーザ光の周波数の掃引スピードを１ＴＨｚ／ｓ以上にすることが望ましい。
【００８６】
（実施形態９）
図１０は、実施形態９に係るケーブルの形状センシングシステムの模式的な構成図である。この形状センシングシステム１００Ａは、ケーブル１０の形状をセンシングするためのものであって、光デバイス１２０Ａと、演算部１４０と、光源／測定部１６０と、延長ケーブル１７０と、を備えている。形状センシングシステム１００Ａは、形状センシングシステム１００と同様に、ＯＦＤＲの原理を用いることができるようにソフトウェア的およびハードウェア的に構成されたものである。形状センシングシステム１００Ａは、ケーブル形状のセンシング方法を実行することができる。
【００８７】
光源／測定部１６０は、光源１１１と、偏波保持光カプラ１１２と、光増幅器１１３と、遅延光ファイバ１１４と、光カプラ１１５と、測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄと、を備えている。光源１１１と、偏波保持光カプラ１１２と、光増幅器１１３と、遅延光ファイバ１１４とは、形状センシングシステム１００と同一なので、説明を省略する。
【００８８】
光カプラ１１５は、１×４ポートの偏波保持光カプラであり、１ポート側が遅延光ファイバ１１４に接続し、４ポート側がそれぞれ測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄに接続している。光カプラ１１５は、遅延光ファイバ１１４から入力された参照光Ｌ２を４分岐し、分岐した参照光Ｌ２のそれぞれを測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄに出力する。
【００８９】
延長ケーブル１７０は、後方散乱光伝送路１７１、１７２、１７３、１７４と、これらとば別個の試験光伝送路１７５とを備えている。試験光伝送路１７５は、光増幅器１１３から出力された試験光Ｌ１を光デバイス１２０Ａに伝送する。
【００９０】
光デバイス１２０Ａは、光デバイス１２１Ａ、１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａを備えている。光デバイス１２１Ａは、１×４ポートの光カプラである。光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａは、１×２ポートの光カプラまたは光サーキュレータである。光デバイス１２１Ａの１ポート側は試験光伝送路１７５に接続し、４ポート側は、それぞれ、光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａのそれぞれの２ポート側の一方に接続している。光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａの２ポート側の他方は、それぞれ、後方散乱光伝送路１７１、１７２、１７３、１７４のそれぞれに接続している。光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａの１ポート側は、それぞれ、ケーブル１０のセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに接続している。
【００９１】
光デバイス１２１Ａは、試験光伝送路１７５から入力された試験光Ｌ１を４分岐し、分岐した試験光Ｌ１のそれぞれを光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａのそれぞれに出力する。光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａは、それぞれ、入力された試験光Ｌ１をケーブル１０のセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに出力する。すなわち、光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａは、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に入力する試験光を出力する。言い換えると、光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａは、ケーブル形状のセンシング方法における、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に試験光を入力するステップを、実行する。
【００９２】
センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれは、試験光Ｌ１を一方の端部から他方の端部に伝送する。伝送中、試験光Ｌ１に起因して、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの長手方向にわたってレーリー散乱光が発生し、後方散乱光として試験光Ｌ１とは反対方向に伝送し、試験光Ｌ１が入力された端部から出力する。光デバイス１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａは、それぞれ、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれから出力された後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのそれぞれが入力され、これらをそれぞれ後方散乱光伝送路１７１、１７２、１７３、１７４に出力する。後方散乱光伝送路１７１、１７２、１７３、１７４は、それぞれ、後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのそれぞれを伝送し、測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄに出力する。
【００９３】
測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、それぞれ、形状センシングシステム１００における測定部１３０と同様の構成、機能を有する。すなわち、測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行う。言い換えると、測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、ケーブル形状のセンシング方法における、複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行うステップを実行する。具体的に、測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、それぞれ、入力された参照光Ｌ２と、後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのそれぞれとを干渉させ、干渉信号の波形のデータをそれぞれデータ信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３、ＤＳ４として、演算部１４０に出力する。
【００９４】
演算部１４０は、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの長手方向における歪みの分布の情報を含むデータ信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３、ＤＳ４をもとに、ケーブル１０の形状を算出する。これにより、形状センシングシステム１００Ａは、ケーブル１０の形状をセンシングすることができる。
【００９５】
形状センシングシステム１００Ａでは、延長ケーブル１７０は、試験光伝送路１７５で試験光Ｌ１を伝送し、これとは別個の後方散乱光伝送路１７１、１７２、１７３、１７４のそれぞれで後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのそれぞれを伝送する。したがって、試験光伝送路１７５で後方散乱光が発生しても、この後方散乱光は後方散乱光伝送路１７１、１７２、１７３、１７４を伝送せず、測定部１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄにも入力されない。これにより、形状センシングシステム１００Ａは、試験光Ｌ１に起因する後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄがそれぞれ発生するセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれを含むケーブル１０の形状のみをセンシングすることができる。したがって、たとえば延長ケーブル１７０の長さを数ｋｍとし、ケーブル１０の長さを数百ｍとした場合に、形状センシングシステム１００Ａでは、光源／測定部１６０から数ｋｍ離れた遠隔地に敷設された数百ｍの長さのケーブル１０の形状をセンシングすることができる。
【００９６】
上記実施形態８、９では、形状センシングシステム１００、１００Ａは、ＯＦＤＲの原理を用いることができるように構成されたものである。しかしながら、本発明に係る形状センシングシステムにおいて用いる測定原理はＯＦＤＲに限られない。たとえば、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄからの後方散乱光としてブリユアン散乱光をそれぞれ測定し、それぞれのブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれの歪みを算出することができるように、形状センシングシステムをソフトウェア的およびハードウェア的に構成してもよい。この場合、形状センシングシステムは、ＢＯＴＤＲ（Brillioun  Optical  Time  Domain  Relectometry）の原理を用いることができるように構成する。
【００９７】
また、その他の実施形態として、実施形態９の形状センシングシステム１００Ａの構成において、延長ケーブル１７０を削除し、延長ケーブル１７０を介さずに、光源／測定部１６０から試験光Ｌ１を光デバイス１２０Ａに出力し、センサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれからの後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄを光源／測定部１６０に入力する構成としてもよい。
【００９８】
(実施形態１０)
上記実施形態８、９に記載されるようなケーブルの形状センシングシステムは、様々なセンシングシステムに適用できる。以下では、センシングシステムの実施形態について説明する。
【００９９】
図１１は、実施形態１０に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。このセンシングシステム１０００は、ケーブル１０Ａ、１０と、形状センシングシステム１００とを備えている。センシングシステム１０００は、海洋探査船１００１と、無人探査機であるランチャー１００２と、子機であるビークル１００３とを備え、海ＳＥＡの海底を探査する海底探査システムに適用されるものである。
【０１００】
形状センシングシステム１００は、海洋探査船１００１に搭載されている。ケーブル１０Ａは、形状センシングシステム１００と接続されている。ケーブル１０Ａは、１次ケーブルとも呼ばれ、ケーブル１０と同様の断面構造を有しており、その長さはたとえば１０ｋｍと比較的長い。
【０１０１】
ランチャー１００２は、ケーブル１０Ａによって海洋探査船１００１と接続している。ランチャー１００２は、各種探査装置を搭載しており、ビークル１００３を収容、誘導、回収するための機構を備えている。
【０１０２】
ケーブル１０は、ランチャー１００２を介し、ケーブル１０Ａと接続されている。ケーブル１０は、２次ケーブルとも呼ばれ、その長さはたとえば２００ｍと比較的短い。
【０１０３】
ビークル１００３は、ケーブル１０によってランチャー１００２と接続している。ビークル１００３は、ランチャー１００２から発進し、海底の近傍を移動する。ビークル１００３は、各種探査装置を搭載している。ビークル１００３は、ケーブル１０Ａ、１０において、形状センシングシステム１００から試験光が入力される端部とは反対側の先端部側に位置する。
【０１０４】
ケーブル１０、１０Ａは、海洋探査船１００１からランチャー１００２やビークル１００３に電力を供給したり、通信を行ったりする機能を有する複合ケーブルである。
【０１０５】
実施形態８で説明したように、形状センシングシステム１００は、ケーブル１０、１０Ａの形状をセンシングすることができる。
【０１０６】
海中においては、ケーブル１０、１０Ａは潮の流れによって動いているが、その挙動は不明なことが多い。場合によってはケーブル１０、１０Ａの歪が特定の箇所に集中したり、ケーブル１０Ａ、１０の捩れの一部がケーブル先端部に伝わったりしてキンクが発生し、損傷の原因になる場合もある。そのためケーブル１０、１０Ａの構造設計としてトルクバランスに配慮した設計が行われている。しかしながら、上記した局所的な歪やキンクの発生、あるいは海底面に近い位置では海底から突起している岩との接触による損傷など、ケーブル１０Ａ、１０の破断につながる要因を確実に避けることは困難である。
【０１０７】
これに対して、このセンシングシステム１０００では、形状センシングシステム１００が、ケーブル１０、１０Ａの形状をセンシングすることができるので、ケーブル１０、１０Ａを海中から回収することなく、局所的な歪やキンクが発生している箇所を特定できる。その結果、ケーブル１０、１０Ａの損傷や破断をある程度予測することができる。また、これにより、より効率的なケーブルの検査や、歪やキンク発生のメカニズムの解明のためのデータを収集することができる。
【０１０８】
また、形状センシングシステム１００の演算部１４０は、ケーブル１０Ａとケーブル１０との形状をもとに、測定対象物であるビークル１００３の、海洋探査船１００１に対する３次元的な相対位置を算出してもよい。これにより、センシングシステム１０００は、ビークル１００３の３次元的な相対位置をセンシングすることができる。なお、海洋探査船１００１はＧＰＳ機器を搭載しており、ＧＰＳ機器は、海洋探査船１００１の地球上における絶対位置（経緯度）の情報を得ることができる。この場合、演算部１４０は、海洋探査船１００１の位置情報をＧＰＳ機器から取り込み、その位置情報と、ケーブル１０Ａとケーブル１０との形状の情報をもとに、海中でのビークル１００３の３次元的な絶対位置をセンシングすることができる。
【０１０９】
(実施形態１１)
図１２は、実施形態１１に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。このセンシングシステム１０００Ａは、ケーブル１０と、形状センシングシステム１００Ｂとを備えている。形状センシングシステム１００Ｂは、光デバイス１２０Ａと、演算部１４０と、光源／測定部１６０と、１次ケーブル１７０Ｂと、を備えている。光デバイス１２０Ａ、演算部１４０、光源／測定部１６０は、図１０に示す形状センシングシステム１００Ａにおける対応する要素と同様の構成であるので、説明を省略する。なお、演算部１４０と、光源／測定部１６０とは、海洋探査船１００１に搭載されている。光デバイス１２０Ａは、ランチャー１００２に搭載されている。形状センシングシステム１００Ｂは、ケーブル形状のセンシング方法を実行することができる。
【０１１０】
１次ケーブル１７０Ｂの構成は、ケーブル１０の構成からセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを削除し、図１０に示す延長ケーブル１７０と同様の４つの後方散乱光伝送路と、これらとは別個の試験光伝送路とを追加したものである。１次ケーブル１７０Ｂの長さはたとえば１０ｋｍと比較的長い。
【０１１１】
１次ケーブル１７０Ｂは、複合ケーブルであり、ケーブル１０と同様に、海洋探査船１００１とランチャー１００２とビークル１００３との間での、電力供給と通信とに使用される。また、１次ケーブル１７０Ｂは、延長ケーブル１７０と同様に、試験光Ｌ１を試験光伝送路によって光デバイス１２０Ａに伝送する機能を有する。また、１次ケーブル１７０Ｂは、ケーブル１０のセンサ光ファイバ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄからの後方散乱光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのそれぞれを、４つの後方散乱光伝送路のそれぞれによって光源／測定部１６０に伝送する機能を有する。
【０１１２】
このセンシングシステム１０００Ａでは、形状センシングシステム１００Ｂは、光源／測定部１６０から、１次ケーブル１７０Ｂを介して、数ｋｍ以上という長いケーブルの先に接続されたケーブル１０の形状をセンシングすることができる。特に、１次ケーブル１７０Ｂの先端側に位置し、海底にも近く、キンク等が発生しやすいケーブル１０の形状を好適にセンシングすることができる。
【０１１３】
また、形状センシングシステム１００Ｂの演算部１４０は、ケーブル１０の形状をもとに、測定対象物であるビークル１００３の、海洋探査船１００１に対する大凡の３次元的な相対位置を算出してもよい。これにより、センシングシステム１０００は、ビークル１００３の大凡の３次元的な相対位置をセンシングすることができる。なお、演算部１４０は、海洋探査船１００１の位置情報をＧＰＳ機器から取り込み、その位置情報と、ケーブル１０Ａとケーブル１０との形状の情報をもとに、海中でのビークル１００３の大凡の３次元的な絶対位置をセンシングすることができる。
【０１１４】
(実施形態１２)
図１３は、実施形態１２に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。このセンシングシステム１０００Ｂでは、ケーブル１０の形状をセンシングする形状センシングシステム１００は、ランチャー１００２に搭載されている。海洋探査船１００１とランチャー１００２とは、電力供給と通信とに使用される複合ケーブルである１次ケーブル１００４で接続されている。
【０１１５】
このセンシングシステム１０００Ｂでは、１次ケーブル１００４の先端側に位置し、海底にも近く、キンク等が発生しやすいケーブル１０の形状を好適にセンシングすることができる。
【０１１６】
なお、ランチャー１００２は１次ケーブル１００４のケーブル長相当の深海に達することができるので、高い水圧が掛かる。そのため、ランチャー１００２搭載する形状センシングシステム１００は、その全体を耐水圧用容器内に設置する等、耐水圧用の構成とする必要がある。
【０１１７】
(実施形態１３)
図１４は、実施形態１３に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。このセンシングシステム１０００Ｃは、ケーブル１０、１０Ａと、形状センシングシステム１００と、距離測定装置であるソナー装置１００５とを備えている。すなわち、センシングシステム１０００Ｃは、図１１に示すセンシングシステム１０００の構成にソナー装置１００５を追加した構成を有する。
【０１１８】
ソナー装置１００５は、ビークル１００３に搭載されている。ソナー装置１００５は、海底ＳＦの所定箇所に向かって音波信号ＳＳを送信し、その所定箇所で反射した音波信号を受信する。これにより、ソナー装置１００５から海底ＳＦの所定箇所までの距離を測定する。
【０１１９】
上述したように、センシングシステム１０００では、海中でのビークル１００３の３次元的な絶対位置をセンシングすることができる。さらに、センシングシステム１０００Ｃでは、演算部１４０は、ビークル１００３の３次元的な絶対位置の情報と、ソナー装置１００５が測定した海底ＳＦの所定箇所までの距離の情報とを用いて、海底ＳＦの所定箇所の３次元的な絶対位置を算出することができる。そして、ソナー装置１００５が海底ＳＦまでの距離の測定を様々な箇所に対して行うことによって、演算部１４０は、海底ＳＦの３次元的な座標を算出することができる。その結果、センシングシステム１０００Ｃは、海底ＳＦの３次元的な座標や形状をセンシングすることができる。この場合、海底ＳＦが、ケーブル１０の先端部側に位置する測定対象物に相当する。
【０１２０】
なお、上記実施形態１０〜１３では、位置または形状をセンシングする測定対象物はビークル１００３や海底ＳＦであるが、位置または形状をセンシングする測定対象物はこれらに限られない。たとえば、本発明に係るセンシングシステムは、建造物内に侵入し、建造物内部を調査する調査ロボットの位置や、建造物の内部の形状をセンシングする用途にも適用可能である。
【０１２１】
(実施形態１４)
図１５は、実施形態１４に係るセンシングシステムの模式的な構成図である。このセンシングシステム２０００は、ケーブル１０と、形状センシングシステム１００とを備えている。ケーブル１０は、測定対象物である鉄道等の線路２００１に沿って敷設されている。ケーブル１０は線路２００１と接しており、長手方向において連続的または断続的に固定されている。
【０１２２】
線路２００１が伸縮や屈曲等、形状変形すると、それに応じてケーブル１０の形状も変化する。形状センシングシステム１００は、ケーブル１０の形状変形をセンシングすることによって、線路２００１の変形をセンシングできる。これにより、センシングシステム２０００では、線路２００１における形状的な異常の発生を監視することができる。
【０１２３】
なお、測定対象物は、線路に限らず、橋梁等の構造物でもよい。また、形状センシングシステム１００に換えて形状センシングシステム１００Ａを用いてセンシングシステムを構成してもよい。形状センシングシステム１００Ａを用いた場合、形状センシングシステム１００Ａのケーブル１０を測定対象物に敷設し、延長ケーブル１７０によって演算部１４０および光源／測定部１６０を、測定対象物から遠隔の地点に設置することができる。これにより、たとえば演算部１４０および光源／測定部１６０を設置しにくいまたは測定者が到達し難い山奥等に存在する建造物等の形状をケーブル１０でセンシングし、形状的な異常の発生を監視することができる。
【０１２４】
また、上記実施形態８〜１４に係るケーブルの形状センシングシステムまたはセンシングシステムでは、形状をセンシングするケーブルは主に実施形態１に係るケーブル１０であるが、このケーブル１０を適宜、実施形態２〜７に係るケーブルに置き換えてもよい。
【０１２５】
また、一般的に、光ファイバは温度の変化によって伸縮する。そのためセンサ光ファイバの歪分布測定を行う際、センサ光ファイバの温度が変化すると歪測定に影響を生じる。そのため、形状センシングシステムの演算部において、センサ光ファイバの光ファイバコアの少なくとも１つからの後方散乱光の測定結果をもとに、形状をセンシングするケーブルの長手方向における温度分布を求め、算出された複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを、温度分布をもとに補正することが好ましい。このようなケーブル（センサ光ファイバ）の長手方向における温度分布測定は、センサ光ファイバ中のラマン散乱の変化を用いたＲ−ＯＴＤＲ（ラマンＯＴＤＲ）法や、ブリユアン散乱の周波数変化を用いたＢ−ＯＴＤＲ法等を用いることができる。したがって、形状センシングシステムはこれらの方法を使用して温度分布を測定し、これをもとに歪みを補正できるようにソフトウェア的およびハードウェア的に構成されていることが好ましい。なお、温度分布を測定するために使用するセンサ光ファイバの光ファイバコアは、ケーブル内のいずれの位置にあるものでもよい。
【０１２６】
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【０１２７】
例えば、ケーブルは、複数の光ファイバコアと、少なくとも一つの光ファイバコアを有した少なくとも一つの光ファイバ心線と、を含むものであればよく、光ファイバコアおよび光ファイバ心線の数やレイアウト等のスペックが異なる種々の構成として、実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、光ファイバを用いた様々な物理量のセンシングに利用することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１ａ、１ｂ、１ｃ  電力線
２  アース線
３ａ、３ｂ、３Ｄ  光ファイバ線
３Ｅ  光ファイバテープ心線
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４Ｄｂ、４Ｄｃ、４Ｄｄ  センサ光ファイバ（光ファイバ心線）
４Ｆ  センサ光ファイバユニット（光ファイバ心線）
４Ｆａ、４Ｆｂ、４Ｆｃ、４Ｆｄ  光ファイバコア
４Ｆｅ  クラッド
５  内部被覆層
６、６Ｄ、６Ｅ  テンションメンバ
７、７Ｄａ、７Ｄｂ、７Ｅａ、７Ｅｂ  外部被覆層
８  充填材
９  スロット材
９ａ  収容溝
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ  ケーブル
１００、１００Ａ、１００Ｂ  形状センシングシステム
１１０  光源部
１１１  光源
１１２  偏波保持光カプラ
１１３  光増幅器
１１４  遅延光ファイバ
１１５  光カプラ
１２０、１２０Ａ、１２１Ａ、１２２Ａ、１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａ  光デバイス
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ  測定部
１３１  コヒーレントミキサ
１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ  バランスドフォトディテクタ
１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄ  トランスインピーダンスアンプ
１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄ  電気増幅器
１３５  オシロスコープ
１３６  信号発生器
１４０  演算部
１６０  光源／測定部
１７０  延長ケーブル
１７０Ｂ、１００４  １次ケーブル
１７１、１７２、１７３、１７４  後方散乱光伝送路
１７５  試験光伝送路
１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃ、２０００  センシングシステム
１００１  海洋探査船
１００２  ランチャー
１００３  ビークル
１００５  ソナー装置
２００１  線路
ＣＳ  クロック信号
ＤＳ、ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３、ＤＳ４  データ信号
Ｌ１  試験光
Ｌ２  参照光
Ｌ３、Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ  後方散乱光
ＳＥＡ  海
ＳＦ  海底
ＳＳ  音波信号
ＳＸＩ、ＳＹＩ  Ｉ信号
ＳＸＱ、ＳＹＱ  Ｑ信号
【図１】
2020027223.tif 000005
【図２】
2020027223.tif 000006
【図３】
2020027223.tif 000007
【図４】
2020027223.tif 000008
【図５】
2020027223.tif 000009
【図６】
2020027223.tif 000010
【図７】
2020027223.tif 000011
【図８】
2020027223.tif 000012
【図９】
2020027223.tif 000013
【図１０】
2020027223.tif 000014
【図１１】
2020027223.tif 000015
【図１２】
2020027223.tif 000016
【図１３】
2020027223.tif 000017
【図１４】
2020027223.tif 000018
【図１５】
2020027223.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月29日(2019.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバコアを有し、かつ１以上の前記光ファイバコアを有する１以上の光ファイバ心線を有する、ケーブルであって、
前記光ファイバ心線は、ケーブルの長手方向における複数の箇所において、ケーブル径方向に実質的に位置ずれしないよう、固定され、
前記ケーブルの長手方向に垂直な面において、少なくとも一組の前記光ファイバコアは相対的な位置関係が変わらないように固定され、
前記少なくとも一組の光ファイバコアの長手方向における歪み分布をセンシングすることにより、長手方向における形状がセンシングされる、
ことを特徴とするケーブル。
【請求項２】
前記ケーブルは伝送線を含む複数の構造材で構成され、
前記光ファイバ心線は、長手方向における複数の箇所が前記複数の構造材の少なくとも一つに固定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のケーブル。
【請求項３】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの外周を構成する外部被覆層を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記外部被覆層に固定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載のケーブル。
【請求項４】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部に設けられた内部被覆層を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記内部被覆層に固定されている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載のケーブル。
【請求項５】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部の少なくとも一部に充填された充填材を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記充填材に固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項６】
前記複数の構造材は、テンションメンバを含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記テンションメンバに固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項７】
前記複数の構造材は、当該ケーブルの内部に設けられたスロット材を含み、
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、前記スロット材に固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項８】
前記光ファイバ心線の少なくとも１つが、固定対象の構造体に、長手方向にわたって連続的に固定されている、
ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項９】
断面が円形である、
ことを特徴とする請求項２〜８のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１０】
前記伝送線は電力線である、
ことを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１１】
前記伝送線は通信線である、
ことを特徴とする請求項２〜１０のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１２】
前記光ファイバコアの少なくとも１つが、シングルコア光ファイバのコアである、
ことを特徴とする請求項２〜１１のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１３】
前記光ファイバコアの少なくとも２つが、マルチコア光ファイバのコアである、
ことを特徴とする請求項２〜１２のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１４】
前記光ファイバコアの少なくとも１つが、長手方向において屈折率が周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアである、
ことを特徴とする請求項２〜１３のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１５】
前記光ファイバコアの１つが、長手方向において当該ケーブルの中心軸近傍に配置されている、
ことを特徴とする請求項２〜１４のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１６】
前記光ファイバコアの少なくとも１つが、長手方向において当該ケーブルの中心軸の周りに撚られた状態で配置されている、
ことを特徴とする請求項２〜１５のいずれか一つに記載のケーブル。
【請求項１７】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルが備える前記複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に入力する試験光を出力する光源部と、
前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行う測定部と、
前記測定部におけるそれぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出する演算部と、
を備えることを特徴とするケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項１８】
前記後方散乱光のそれぞれはレーリー散乱光であり、
光周波数領域反射法を用いて前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１７に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項１９】
前記後方散乱光のそれぞれはブリユアン散乱光であり、
前記ブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１７に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２０】
前記光ファイバコアの少なくとも１つからの後方散乱光の測定結果をもとに前記ケーブルの長手方向における温度分布を求め、算出された前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを、前記温度分布をもとに補正することができるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２１】
前記試験光のそれぞれを前記ケーブルにおける前記複数の光ファイバコアのそれぞれに入力させるとともに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれから出力された前記後方散乱光のそれぞれを前記測定部に出力させる光デバイスを備える、
ことを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２２】
前記試験光を前記光デバイスに伝送する試験光伝送路と、前記試験光伝送路とは別個の、前記後方散乱光のそれぞれを前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方散乱光伝送路とを備える、
ことを特徴とする請求項２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
【請求項２３】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルと、
請求項１７〜２２のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステムと、
を備え、
前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルの前記試験光が入力される端部とは反対側の先端部側に位置する測定対象物の位置または形状をセンシングできるように構成されている、
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２４】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルと、
請求項１７〜２２のいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステムと、
を備え、
前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ケーブルが敷設される測定対象物の形状をセンシングできるように構成されている、
ことを特徴とするセンシングシステム。
【請求項２５】
請求項２〜１６のいずれか一つに記載のケーブルが備える前記複数の光ファイバコアのそれぞれの一方の端部に試験光を入力するステップと、
前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行うステップと、
それぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記複数の光ファイバコアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出するステップと、
を備える、
ことを特徴とするケーブル形状のセンシング方法。
【国際調査報告】
2020027223.tif 000020
2020027223.tif 000021
2020027223.tif 000022
2020027223.tif 000023