CN112513567A - 线缆、线缆的形状感测系统、感测系统、线缆形状的感测方法 - Google Patents

线缆、线缆的形状感测系统、感测系统、线缆形状的感测方法 Download PDF

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Abstract

线缆具有多个光纤芯，且具有一个以上光纤芯线，所述光纤芯线具有一个以上所述光纤芯，所述光纤芯线在线缆长度方向上的多个部位被固定为在线缆径向上实质上不发生位置偏移。也可以是，所述线缆由包括传输线的多个结构件构成，所述光纤芯线的长度方向上的多个部位固定于所述多个结构件中的至少一个。

Description

线缆、线缆的形状感测系统、感测系统、线缆形状的感测方法
技术领域
本发明涉及能够进行形状感测的线缆、线缆的形状感测系统、具有该线缆的形状感测系统的感测系统、以及线缆形状的感测方法。
背景技术
以往，光纤用于感测各种物理量(参照专利文献1)。另外，近年来，公开了通过对多芯光纤的长度方向上的局部的弯曲进行感测来对该多芯光纤的长度方向上的形状进行感测的技术(参照非专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开20117-32979号公报
非专利文献
非专利文献1：J.P.Moore，“Shape sensing using multi-core fiber，”inProc.Opt.Fiber Commun.Conf.，2015，p.Th1C.2.
非专利文献2：J.P.Moore and M.D.Rogge，“Shape sensing using multi-corefiber optic cable and parametric curve solutions，”Opt.Express，vol.20，no.3，pp.2967-2973，2012.
非专利文献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 DistributedSensingApplications”J.Lightw.Technol.，vol.35，no.6，pp.1248-1252，March 2017.
发明内容
发明要解决的课题
在线缆中，存在作为传输线而包括电力线的电力线缆、作为传输线而具备光纤、金属线等通信线的通信线缆、包括光纤和电力线的复合线缆等各种种类的线缆。在这些线缆中，感测其形状很重要。例如，在通信线缆中，存在线缆的形状由于铺设时或铺设后的周围环境的影响等而发生变化、且该形状的变化对内部的光纤线的光传输特性造成影响的情况。另外，也存在线缆的形状的变化引起线缆的损伤、断裂的情况。根据线缆的种类、其使用方式的多样化，对线缆的形状的感测的要求不断提高。另一方面，对于通常的线缆，随着长度方向上的形状的变化，线缆内的结构件的位置在线缆径向上发生变化，因此仅通过导入光纤(芯)难以进行线缆形状的高精度的感测。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够进行长度方向上的形状的感测的线缆、线缆的形状感测系统、具有该线缆的形状感测系统的感测系统、以及线缆形状的感测方法。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题并达成目的，本发明的一方案的线缆具有多个光纤芯，且具有一个以上光纤芯线，所述光纤芯线具有一个以上所述光纤芯，所述线缆的特征在于，所述光纤芯线在线缆长度方向上的多个部位被固定为在线缆径向上实质上不发生位置偏移。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述线缆由包括传输线的多个结构件构成，所述光纤芯线的长度方向上的多个部位固定于所述多个结构件中的至少一个。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述多个结构件包括构成该线缆的外周的外部覆盖层，所述光纤芯线中的至少一个固定于所述外部覆盖层。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述多个结构件包括设置于该线缆的内部的内部覆盖层，所述光纤芯线中的至少一个固定于所述内部覆盖层。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述多个结构件包括填充件，所述填充件填充于该线缆的内部的至少一部分，所述光纤芯线中的至少一个固定于所述填充件。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述多个结构件包括张力元件，所述光纤芯线中的至少一个固定于所述张力元件。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述多个结构件包括设置于该线缆的内部的插槽件，所述光纤芯线中的至少一个固定于所述插槽件。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述光纤芯线中的至少一个在长度方向的整体范围内连续固定于固定对象的结构体。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述线缆的截面为圆形。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述传输线为电力线。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述传输线为通信线。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述光纤芯中的至少一个为单芯光纤的芯。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述光纤芯中的至少两个为多芯光纤的芯。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述光纤芯中的至少一个为在长度方向上折射率周期性地发生变化的光纤布拉格光栅芯。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述光纤芯中的一个在长度方向上配置于该线缆的中心轴附近。
本发明的一方案的线缆的特征在于，所述光纤芯中的至少一个在长度方向上以绕该线缆的中心轴捻绕的状态配置。
本发明的一方案的线缆形状的感测系统的特征在于，所述线缆形状的感测系统具备：光源部，其输出向所述线缆所具备的所述多个光纤芯各自的一方的端部输入的试验光；测定部，其对因各所述试验光而产生且从所述多个光纤芯各自的所述一方的端部输出的后向散射光进行测定；以及运算部，其基于所述测定部的与各所述后向散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的所述各自的形变而计算所述线缆的形状。
本发明的一方案的线缆形状的感测系统的特征在于，各所述后向散射光为瑞利散射光，所述线缆形状的感测系统构成为能够使用光频域反射法来计算所述多个光纤芯各自的形变。
本发明的一方案的线缆形状的感测系统的特征在于，各所述后向散射光为布里渊散射光，所述线缆形状的感测系统构成为能够基于与所述布里渊散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变。
本发明的一方案的线缆形状的感测系统的特征在于，所述线缆形状的感测系统构成为能够基于来自所述光纤芯中的至少一个的后向散射光的测定结果而求出所述线缆的长度方向上的温度分布，并基于所述温度分布而修正计算出的所述多个光纤芯各自的形变。
本发明的一方案的线缆形状的感测系统的特征在于，所述线缆形状的感测系统具备光学器件，所述光学器件使各所述试验光向所述线缆中的所述多个光纤芯分别输入，并且使从所述多个光纤芯分别输出的各所述后向散射光向所述测定部输出。
本发明的一方案的线缆形状的感测系统的特征在于，所述线缆形状的感测系统具备：试验光传输路，其向所述光学器件传输所述试验光；以及后向散射光传输路，其与所述试验光传输路不同，且从所述光学器件向所述测定部传输各所述后向散射光。
本发明的一方案的感测系统的特征在于，所述感测系统具备所述线缆、以及所述线缆形状的感测系统，所述线缆形状的感测系统构成为能够感测测定对象物的位置或形状，所述测定对象物位于所述线缆的与供所述试验光输入的端部相反一侧的前端部侧。
本发明的一方案的感测系统的特征在于，所述感测系统具备所述线缆以及所述感测系统，所述线缆形状的感测系统构成为能够感测铺设有所述线缆的测定对象物的形状。
本发明的一方案的线缆形状的感测方法的特征在于，所述线缆形状的感测方法具备以下步骤：向所述线缆所具备的所述多个光纤芯各自的一方的端部输入试验光；对因各所述试验光而产生且从所述多个光纤芯各自的所述一方的端部输出的后向散射光进行测定；以及基于与各所述后向散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的所述各自的形变而计算所述线缆的形状。
发明效果
根据本发明，起到能够实现可进行长度方向上的形状的感测的线缆这样的效果。
附图说明
图1是实施方式1的线缆的示意性的剖视图。
图2是对图1的线缆中的传感光纤的形状进行说明的示意图。
图3是实施方式2的线缆的示意性的剖视图。
图4是实施方式3的线缆的示意性的剖视图。
图5是实施方式4的线缆的示意性的剖视图。
图6是实施方式5的线缆的示意性的剖视图。
图7是实施方式6的线缆的示意性的剖视图。
图8是实施方式7的线缆的示意性的剖视图。
图9是实施方式8的线缆的形状感测系统的示意性的结构图。
图10是实施方式9的形状感测系统的示意性的结构图。
图11是实施方式10的感测系统的示意性的结构图。
图12是实施方式11的感测系统的示意性的结构图。
图13是实施方式12的感测系统的示意性的结构图。
图14是实施方式13的感测系统的示意性的结构图。
图15是实施方式14的感测系统的示意性的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。需要说明的是，本发明并不受以下说明的实施方式限定。另外，在附图的记载中，对相同或者对应的要素适当标注相同的附图标记。
(实施方式1)
图1是实施方式1的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10是截面为圆形的复合线缆，且具备：电力线1a、1b、1c，它们作为传输电力的传输线；地线2；光纤线3a、3b，它们作为传输光信号的通信线；传感光纤4a、4b、4c、4d；内部覆盖层5；多个张力元件6；外部覆盖层7；以及填充件8。电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b、内部覆盖层5、张力元件6、外部覆盖层7、填充件8是构成线缆10的结构的结构件。传感光纤4a、4b、4c、4d是光纤芯线的一例。
电力线1a、1b、1c以及地线2分别由绞合线和绝缘性覆盖物构成，所述绞合线由导体构成，所述绝缘性覆盖物由覆盖该绞合线的外周的树脂等构成。电力线1a、1b、1c这三根线在长度方向上被捻绕成螺旋状。光纤线3a、3b分别由玻璃光纤构成，所述玻璃光纤由光纤芯(Optical Fiber Core)和包层构成且被树脂等覆盖。需要说明的是，光纤线3a、3b也可以分别包括多个被覆盖的玻璃光纤。
传感光纤4a、4b、4c、4d也由玻璃光纤构成，所述玻璃光纤由光纤芯和包层构成且被树脂等覆盖。传感光纤4a、4b、4c、4d均是玻璃光纤具备单一的芯的单芯光纤。需要说明的是，在与长度方向垂直的面中，传感光纤4b、4c、4d配置为各自的中心距传感光纤4a的中心为等距离，且以传感光纤4a为中心而为等角度。
图2是对线缆10中的传感光纤4a、4b、4c、4d的形状进行说明的示意图。传感光纤4a在长度方向上配置于线缆10的中心轴附近。需要说明的是，中心轴附近包括中心轴。传感光纤4b、4c、4d分别在长度方向上绕线缆10的中心轴呈螺旋状配置。需要说明的是，在图2中，为了简化附图，仅图示出传感光纤4b的螺旋状的配置。传感光纤4b的螺旋的周期为1。对于传感光纤4c、4d，也将螺旋的周期设为1。
传感光纤4b、4c、4d各自的中心距传感光纤4a的中心(或线缆10的中心轴)的距离、以及螺旋的周期根据线缆10整体的大小、检测的线缆形状所要求的准确性来决定。例如在线缆10整体的直径为11.5mm的情况下，例如将距离设定为3mm，将螺旋的周期设定为100mm。需要说明的是，距离较大则线缆形状的感测精度较高，螺旋的周期较小则线缆形状的感测精度较高。
内部覆盖层5设置于线缆10的内部。内部覆盖层5由树脂等构成，且形成为包围电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b、以及传感光纤4a、4b、4c、4d的外周。内部覆盖层5的内部的间隙的部分被硅等填充件8填充。
多个张力元件6配置于内部覆盖层5的外周。各张力元件6由钢线、FRP等构成，且保护内部的线材(主要为作为传输线的电力线1a、1b、1c以及光纤线3a、3b)免受施加于线缆10的外力影响。外部覆盖层7是构成线缆10的外周的覆盖层，在本实施方式中，外部覆盖层7是由金属线等构成的编织覆盖物。
在此，传感光纤4a、4b、4c、4d在线缆10的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10的径向上实质上不发生位置偏移。在此，“实质上不发生位置偏移”是指，在线缆10的截面中，距线缆中心的距离不发生变化。具体而言，传感光纤4a、4b、4c、4d在长度方向上，换言之，在长度方向上的多个部位，通过填充件8而以相对的位置关系不发生变化的方式固定于电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b等结构件中的至少一个。其结果是，构成传感光纤4a、4b、4c、4d的光纤芯分别被固定为根据固定对象的结构件的形变而形变。
由此，当线缆10局部地弯曲时，传感光纤4a、4b、4c、4d也根据该弯曲而分别弯曲，并发生形变。其结果是，根据线缆10的长度方向上的形状的变化，传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形状以及形变分布也发生变化。因此，能够通过对传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形变分布进行感测来感测线缆10的长度方向上的形状。需要说明的是，通过将传感光纤4a配置于线缆10的中心轴附近，从而即使在例如线缆10为直线状但成为以中心轴为中心扭转了的形状的情况下，也能够适当地感测该扭转。
作为对光纤的长度方向上的形状进行感测的方法，例如能够应用非专利文献1、2所示的方法。对于实现感测的线缆10的形状感测系统，在后详述。
(实施方式2)
图3是实施方式2的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10A的截面为圆形，且与图1所示的线缆10同样地，具备电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b、传感光纤4a、4b、4c、4d、内部覆盖层5、多个张力元件6、外部覆盖层7、以及填充件8。
在本实施方式中，传感光纤4a、4b、4c、4d也在线缆10A的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10A的径向上实质上不发生位置偏移。但是，在线缆10A中，传感光纤4b、4c、4d在长度方向的整体范围内配置于作为结构体的内部覆盖层5的内部，且以相对的位置关系不发生变化的方式固定于内部覆盖层5，该结构与线缆10不同。线缆10A的其他的要素的结构与线缆10相同，因此省略说明。在与长度方向垂直的面中，传感光纤4b、4c、4d配置为各自的中心距传感光纤4a的中心为等距离，且以传感光纤4a为中心而为等角度。在该线缆10A中，也能够通过对传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形变分布进行感测来感测线缆10A的长度方向上的形状。
(实施方式3)
图4是实施方式3的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10B的截面为圆形，且与图1所示的线缆10同样地，具备电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b、传感光纤4a、4b、4c、4d、内部覆盖层5、多个张力元件6、外部覆盖层7、以及填充件8。
在本实施方式中，传感光纤4a、4b、4c、4d也在线缆10B的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10B的径向上实质上不发生位置偏移。但是，在线缆10B中，传感光纤4b、4c、4d在长度方向的整体范围内被作为结构体的张力元件6包围而配置，且以相对的位置关系不发生变化的方式固定于张力元件6，该结构与线缆10不同。线缆10B的其他的要素的结构与线缆10相同，因此省略说明。在与长度方向垂直的面中，传感光纤4b、4c、4d配置为各自的中心距传感光纤4a的中心为等距离，且以传感光纤4a为中心而为等角度。在该线缆10B中，也能够通过对传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形变分布进行感测来感测线缆10B的长度方向上的形状。
(实施方式4)
图5是实施方式4的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10C的截面为圆形，且与图1所示的线缆10同样地，具备电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b、传感光纤4a、4b、4c、4d、内部覆盖层5、多个张力元件6、外部覆盖层7、以及填充件8。
在本实施方式中，传感光纤4a、4b、4c、4d也在线缆10C的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10C的径向上实质上不发生位置偏移。但是，在线缆10C中，传感光纤4b、4c、4d在长度方向的整体范围内配置于作为结构体的外部覆盖层7的内部，且以相对的位置关系不发生变化的方式固定于外部覆盖层7，该结构与线缆10不同。线缆10C的其他的要素的结构与线缆10相同，因此省略说明。另外，在与长度方向垂直的面中，传感光纤4b、4c、4d配置为各自的中心距传感光纤4a的中心为等距离，且以传感光纤4a为中心而为等角度。在该线缆10B中，也能够通过对传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形变分布进行感测来感测线缆10B的长度方向上的形状。
(实施方式5)
图6是实施方式5的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10D是截面为圆形的通信线缆，且具备：多个光纤线3D，它们作为传输光信号的传输线；传感光纤4a、4Db、4Dc、4Dd；张力元件6D；外部覆盖层7Da、7Db；以及填充件8。多个光纤线3D、张力元件6D、外部覆盖层7Da、7Db、填充件8是构成线缆10D的结构的结构件。传感光纤4Db、4Dc、4Dd是光纤芯线的一例。
张力元件6D在长度方向上配置于线缆10D的中心轴附近。在形成于张力元件6D的中心轴附近的贯通孔贯穿固定有传感光纤4a。
多个光纤线3D以包围张力元件6D的外周的方式在本实施方式中配置有九根。另外，传感光纤4Db、4Dc、4Dd均形成为与光纤线3D相同的结构。传感光纤4Db、4Dc、4Dd分别在包围张力元件6D的外周的两根光纤线3D之间配置为各自的中心距传感光纤4a的中心为等距离，且以传感光纤4a为中心而为等角度。
外部覆盖层7Da、7Db由树脂等构成，构成双层结构，且形成为包围多个光纤线3D的外周。外部覆盖层7Db构成线缆10D的外周。张力元件6D的外周与外部覆盖层7Da的内周之间的间隙的部分被填充件8填充。
在本实施方式中，传感光纤4a、4Db、4Dc、4Dd也在线缆10D的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10D的径向上实质上不发生位置偏移。但是，在线缆10D中，传感光纤4a在长度方向的整体范围内固定于张力元件6D，传感光纤4Db、4Dc、4Dd通过填充件8而在长度方向的整体范围内固定于张力元件6D或外部覆盖层7Da、7Db。在该线缆10D中，也能够通过对传感光纤4a、4Db、4Dc、4Dd的长度方向上的形变分布进行感测来感测线缆10D的长度方向上的形状。
(实施方式6)
图7是实施方式6的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10E是截面为圆形的通信线缆，且具备：多个光纤带状芯线3E，它们作为传输光信号的传输线；传感光纤4a、4b、4c、4d；张力元件6E；外部覆盖层7Ea、7Eb；以及插槽件9。多个光纤带状芯线3E、张力元件6E、外部覆盖层7Ea、7Eb、插槽件9是构成线缆10E的结构的结构件。
张力元件6E在长度方向上配置于线缆10E的中心轴附近。在形成于张力元件6E的中心轴附近的贯通孔贯穿固定有传感光纤4a。
插槽件9设置于线缆10E的内部。在插槽件9中，在形成于其中心轴附近的贯通孔贯穿固定有张力元件6E。插槽件9由树脂等构成，且在其外周具有沿着长度方向形成为螺旋状的多个收容槽9a。在收容槽9a内层叠收容有多个光纤带状芯线3E。光纤带状芯线3E通过并列排列多根在玻璃光纤的外周形成有覆盖物的光纤素线并在其外周总体设置覆盖物而形成。外部覆盖层7Ea例如是将无纺布带卷绕于插槽件9的外周而形成的，也被称为压绕。构成线缆10E的外周的外部覆盖层7Eb由树脂等构成，且形成于外部覆盖层7Ea的外周。
在此，传感光纤4b、4c、4d配置于互不相同的收容槽9a的底部，且固定于插槽件9。在与长度方向垂直的面中，传感光纤4b、4c、4d配置为各自的中心距传感光纤4a的中心为等距离，且以传感光纤4a为中心而为等角度。
在本实施方式中，传感光纤4a、4b、4c、4d也在线缆10E的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10E的径向上实质上不发生位置偏移。但是，在线缆10E中，传感光纤4a在长度方向的整体范围内固定于张力元件6D，传感光纤4b、4c、4d在长度方向的整体范围内固定于插槽件9。在该线缆10E中，也能够通过对传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形变分布进行感测来感测线缆10E的长度方向上的形状。
(实施方式7)
图8是实施方式7的线缆的与长度方向垂直的面处的示意性的剖视图。线缆10F是截面为圆形的复合线缆，且具备：电力线1a、1b、1c、地线2；光纤线3a、3b；传感光纤单元4F，其作为传感光纤；内部覆盖层5；多个张力元件6；外部覆盖层7；以及填充件8。电力线1a、1b、1c、地线2、光纤线3a、3b、内部覆盖层5、张力元件6、外部覆盖层7、填充件8是构成线缆10的结构的结构件。传感光纤单元4F是光纤芯线的一例。
在线缆10F中，代替传感光纤4b、4c、4d而具备传感光纤单元4F，该结构与线缆10不同。线缆10F的其他的要素的结构与线缆10相同，因此省略说明。
传感光纤单元4F在长度方向上绕线缆10F的中心轴呈螺旋状配置。传感光纤单元4F是在包层内包括多个光纤芯的多芯光纤。即，传感光纤单元4F具备四根光纤芯4Fa、4Fb、4Fc、4Fd、以及形成于光纤芯4Fa、4Fb、4Fc、4Fd的外周的包层4Fe。需要说明的是，在包层4Fe的外周形成有未图示的覆盖物。
光纤芯4Fa配置于传感光纤单元4F的中心轴附近。在传感光纤单元4F的与长度方向垂直的面中，光纤芯4Fb、4Fc、4Fd配置为各自的中心距光纤芯4Fa的中心为等距离，且以光纤芯4Fa为中心而为等角度。另外，光纤芯4Fb、4Fc、4Fd在长度方向上绕光纤芯4Fa呈螺旋状配置。螺旋的周期例如为10mm。
在此，在本实施方式中，传感光纤单元4F、以及该传感光纤单元4F所包括的光纤芯4Fa、4Fb、4Fc、4Fd在线缆10F的长度方向上的多个部位被固定为在线缆10F的径向上实质上不发生位置偏移。具体而言，传感光纤单元4F在长度方向上通过填充件8而固定于电力线1a、1b、内部覆盖层5等结构件中的至少一个。另外，光纤芯4Fa、4Fb、4Fc、4Fd包括在传感光纤单元4F中，因此其相对位置不发生变化。因此，在该线缆10F中，也能够通过对光纤芯4Fa、4Fb、4Fc、4Fd的长度方向上的形状的变化进行感测来感测线缆10F的长度方向上的形状的变化。
也能够使用四根在包层内分别具有单一的光纤芯的光纤来构成与传感光纤单元4F相同的结构的传感光纤单元。例如，将覆盖外径0.9mm的四根光纤芯线、覆盖外径250μm的四根光纤素线与传感光纤单元4F的光纤芯4Fa、4Fb、4Fc同样地排列，并用共通的覆盖层进行覆盖，从而能够形成与传感光纤单元4F相同的结构。在该传感光纤单元中，三根光纤素线或光纤芯线与传感光纤单元4F中的光纤芯4Fb、4Fc、4Fd同样地，在长度方向上绕配置于中心轴附近的光纤素线或光纤芯线呈螺旋状配置。
另外，传感光纤单元4F也能够在长度方向上设置于线缆10F的中心轴的中心。在该情况下，传感光纤单元4F在长度方向上始终设置于线缆10F的中心轴的中心。
需要说明的是，作为上述实施方式的传感光纤，能够使用依据国际电信联盟(ITU：International Telecommunication Union)所规定的G.652、G.653、G.654、G.655、G.656的单模光纤。作为传感多芯光纤，能够使用各光纤芯的特性依据上述规定的传感多芯光纤。另外，作为传感光纤或传感多芯光纤，也可以使用具有光纤芯的折射率在长度方向上周期性地发生变化的光纤布拉格光栅芯的FGB光纤。通过使用FGB光纤，能够使某特定波长的光高效地返回后方。由此，能够增加光纤芯中的后向散射光的强度，因此能够提高感测的灵敏度(参照非专利文献3)。
另外，上述实施方式的传感光纤在长度方向的整体范围内连续固定于固定对象的结构体。然而，若传感光纤的长度方向上的形状也根据线缆的长度方向上的形状的变化而发生变化，则固定状态并不限定于此，传感光纤也可以在长度方向的整体范围内断续固定于固定对象的结构体。
另外，在本发明中，多个传感光纤无需全部固定于同一结构物，各传感光纤也可以固定于不同的构造物。另外，传感光纤或光纤芯的数量并不限于四根，只要是多根即可。另外，本发明的线缆也可以具备作为单芯光纤的传感光纤、以及多芯传感光纤。
(实施方式8)
图9是实施方式8的线缆的形状感测系统的示意性的结构图。该线缆的形状感测系统100(以下，适当记载为形状感测系统100)用于感测线缆10的形状，且具备四个光源部110、四个光学器件120、四个测定部130、以及运算部140。形状感测系统100以软件以及硬件方式构成，以使得能够使用OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry：光频域反射法)的原理。需要说明的是，在图9中，仅示出与传感光纤4a对应的光源部110、光学器件120、测定部130。形状感测系统100能够执行线缆形状的感测方法。
四个光源部110输出向线缆10所具备的传感光纤4a、4b、4c、4d各自的光纤芯的一方的端部输入的试验光。光源部110均具备能够以规定的周期进行波长(频率)的扫描的光源111、偏振波保持光耦合器112、光放大器113、以及延迟光纤114。
光源111例如输出属于波长为1.55μm频带的直线偏振波的激光。偏振波保持光耦合器112将直线偏振波的激光分支为试验光L1和参照光L2。光放大器113例如是掺铒光纤放大器(EDFA)，对试验光L1进行光放大并将其向光学器件120输出。另一方面，延迟光纤114将参照光L2以直线偏振波状态传输，并且对参照光L2施加规定量的时间上的传输延迟而向测定部130输出。
光学器件120将试验光L1向线缆10的传感光纤4a输出。即，光学器件120输出向多个光纤芯各自的一方的端部输入的试验光。换言之，光学器件120执行线缆形状的感测方法中的向多个光纤芯各自的一方的端部输入试验光的步骤。传感光纤4a将试验光L1从一方的端部向另一方的端部传输。在传输中，由于试验光L1而在传感光纤4a的长度方向的整体范围内产生瑞利散射光，该瑞利散射光作为后向散射光向与试验光L1相反的方向传输，并从输入了试验光L1的端部输出。光学器件120将输出的后向散射光L3向测定部130输出。作为这样的光学器件120，能够使用光循环器。
测定部130具备相干混频器131、平衡光电检测器132a、132b、132c、132d、跨阻放大器133a、133b、133c、133d、电放大器134a、134b、134c、134d、示波器135、以及信号产生器136。测定部130对从多个光纤芯各自的一方的端部输出的后向散射光进行测定。换言之，测定部130执行线缆形状的感测方法中的对从多个光纤芯各自的一方的端部输出的后向散射光进行测定的步骤。
相干混频器131使输入的参照光L2与后向散射光L3发生干涉，并分别输出作为光信号的、一组与X偏振波的I(强度)成分对应的I信号SXI、一组与X偏振波的Q(相位)成分对应的Q信号SXQ、一组Y偏振波的I信号SYI、一组Y偏振波的Q信号SYQ。需要说明的是，X偏振波与Y偏振波是相互正交的直线偏振波。平衡光电检测器132a、132b、132c、132d分别接收I信号SXI、Q信号SXQ、I信号SYI、Q信号SYQ，并将它们转换为电流信号而输出。跨阻放大器133a、133b、133c、133d分别将输入的电流信号转换为电压信号而输出。电放大器134a、134b、134c、134d分别将输入的电压信号放大并向示波器135输出。
示波器135被从信号产生器136输入用于使该示波器135与光源111的波长扫描周期同步的时钟信号CS，并对由参照光L2与后向散射光L3产生的干涉信号进行测定。由示波器135测定的波形的横轴为时间，纵轴为干涉信号的强度。
从光源111输出的光的频率(波长)根据时间而发生变化，因此在光纤上发生后向散射的地点距光源的距离越长，则在后向散射光L3与参照光L2之间越会产生光频率差。在测定部130中使用示波器135来观测后向散射光L3与参照光L2的干涉波形，但该干涉波形的干涉频率与距离对应地发生变化。因此，通过对干涉波形进行傅立叶变换，可得到相对于频率即距离的散射光强度。
当在传感光纤4a的长度方向的某位置形状局部地发生变化(形变)时，在与该位置对应的频率的位置，干涉信号的波形发生变化。该波形的变化例如起因于由伴随着形状变化而产生的传感光纤4a的伸缩(形变)引起的后向散射光的强度、相位的变化等。因此，通过测定干涉信号的波形，并对该波形进行傅立叶变换，能够得到传感光纤4a的长度方向上的形变的分布的信息。示波器135将干涉信号的波形的数据作为数据信号DS向由个人计算机(PC)构成的运算部140输出。需要说明的是，其他的传感光纤4b、4c、4d的干涉信号的波形的数据也从与它们对应的测定部130的示波器135作为数据信号DS而向运算部140输出。需要说明的是，示波器135以及信号产生器136也可以被置换为具有相同功能的数字信号处理器。
运算部140基于与各自的后向散射光相关的测定结果而计算多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的各自的形变而计算线缆10的形状。换言之，运算部140执行线缆形状的感测方法中的基于与各自的后向散射光相关的测定结果而计算多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的各自的形变而计算线缆10的形状的步骤。具体而言，运算部140基于包括通过对干涉信号的波形的数据进行傅立叶变换而得到的传感光纤4a、4b、4c、4d的长度方向上的形变的分布的信息在内的数据信号而计算形变的分布，进而基于计算出的形变的分布计算线缆10的形状。该方法是将弗雷涅-塞雷公式(Frenet-Serret equations)应用于光纤的长度方向的公知的计算方法(专利文献1、2)。
如以上说明的那样，形状感测系统100能够感测线缆10的形状。
接下来，基于具体例对形状感测系统100的特性进行说明。首先，作为试验光L1以及参照光L2的特性，举出谱线宽度。在OFDR中，观测参照光L2与来自各传感光纤4a、4b、4c、4d的后向散射光L3的干涉状态。因此，为了使该两道光充分地发生干涉，需要使两道光保持相干性。换言之，需要使从试验光L1同参照光L2分支到试验光L1在传感光纤4a、4b、4c、4d往复并与参照光L2合波为止的距离、与参照光L2同试验光L1分支到参照光L2与来自各传感光纤4a、4b、4c、4d的后向散射光L3合波为止的距离之差短于试验光L1的相干长度。因此，在延长传感光纤4a、4b、4c、4d的长度的情况下，需要产生相干长度更长、即谱线宽度更窄的激光的光源111。例如，为了使线缆10的长度为10km左右，需要10kHz以下的谱线宽度的激光。
另外，在测定传感光纤4a、4b、4c、4d各自的形变分布时，期望来自各传感光纤4a、4b、4c、4d的后向散射光L3的强度更强。因此，期望从光源111输出的激光更强。然而，当在光纤中传播的光强度变高时，存在产生受激布里渊散射(SBS)的问题。当产生SBS时，输入的光的强度大多向后方散射，从而向前方行进的光的强度衰减。因此，期望向各传感光纤4a、4b、4c、4d输入的试验光L1的强度为SBS的产生阈值以下。式(1a)、(1b)是表示在光纤中产生的SBS的阈值强度Pth的关系式。因此，期望向各传感光纤4a、4b、4c、4d输入时的试验光L1的光强度Pin满足式(2)。
[算式1]
Figure BDA0002919555660000151
Figure BDA0002919555660000152
需要说明的是，式(1a)、(1b)中的变量如以下那样。
Δν：光源的线宽度，K：偏振波依赖性参数，Aeff：光纤有效截面积，gB：布里渊增益常数，ΔvB：布里渊增益光谱的线宽度，Leff：光纤的有效长度，α：光纤的损耗系数，L：光纤的长度。
[算式2]
Pin＜Pth…(2)
另外，在OFDR中，参照光L2与后向散射光L3的干涉光的拍频(beat frequency)(参照光L2与后向散射光L3的频率差)和传感光纤4a、4b、4c、4d各自的长度方向上的位置对应。因此，为了以精度更高的位置分辨率测定形变分布，期望增大传感光纤4a、4b、4c、4d各自的全长上的拍频，并增大相对于长度的频率变化。在此，在某一特定的位置，当考虑到基于来自该位置的后向散射光L3的拍频时，为了使该拍频更大，例如存在增大从光源111输出的激光的频率的扫描速度的方法。当将测定部130处的频率区分限界设为100Hz时，例如为了相对于传感光纤4a的距供光输入的端部的距离10km的位置而得到1cm的位置分辨率，例如期望将激光的频率的扫描速度设为1THz/s以上。
(实施方式9)
图10是实施方式9的线缆的形状感测系统的示意性的结构图。该形状感测系统100A用于感测线缆10的形状，且具备光学器件120A、运算部140、光源/测定部160、以及延长线缆170。形状感测系统100A与形状感测系统100同样地，以软件以及硬件方式构成，以使得能够使用OFDR的原理。形状感测系统100A能够执行线缆形状的感测方法。
光源/测定部160具备光源111、偏振波保持光耦合器112、光放大器113、延迟光纤114、光耦合器115、以及测定部130a、130b、130c、130d。光源111、偏振波保持光耦合器112、光放大器113、以及延迟光纤114与形状感测系统100相同，因此省略说明。
光耦合器115是1×4端口的偏振波保持光耦合器，1端口侧与延迟光纤114连接，4端口侧分别与测定部130a、130b、130c、130d连接。光耦合器115将从延迟光纤114输入的参照光L2分支为四部分，并将分支后的各参照光L2向测定部130a、130b、130c、130d输出。
延长线缆170具备后向散射光传输路171、172、173、174、以及与它们不同的试验光传输路175。试验光传输路175将从光放大器113输出的试验光L1向光学器件120A传输。
光学器件120A具备光学器件121A、122A、123A、124A、125A。光学器件121A是1×4端口的光耦合器。光学器件122A、123A、124A、125A是1×2端口的光耦合器或光循环器。光学器件121A的1端口侧与试验光传输路175连接，4端口侧分别与光学器件122A、123A、124A、125A各自的2端口侧的一方连接。光学器件122A、123A、124A、125A的2端口侧的另一方分别与各后向散射光传输路171、172、173、174连接。光学器件122A、123A、124A、125A的1端口侧分别与线缆10的各传感光纤4a、4b、4c、4d连接。
光学器件121A将从试验光传输路175输入的试验光L1分支为四部分，并将分支后的各试验光L1向各光学器件122A、123A、124A、125A输出。光学器件122A、123A、124A、125A分别将输入的试验光L1向线缆10的各传感光纤4a、4b、4c、4d输出。即，光学器件122A、123A、124A、125A输出向多个光纤芯各自的一方的端部输入的试验光。换言之，光学器件122A、123A、124A、125A执行线缆形状的感测方法中的向多个光纤芯各自的一方的端部输入试验光的步骤。
各传感光纤4a、4b、4c、4d将试验光L1从一方的端部向另一方的端部传输。在传输中中，由于试验光L1而在传感光纤4a、4b、4c、4d各自的长度方向的整体范围内产生瑞利散射光，该瑞利散射光作为后向散射光向与试验光L1相反的方向传输，并从输入了试验光L1的端部输出。光学器件122A、123A、124A、125A分别被输入从各传感光纤4a、4b、4c、4d输出的各后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d，并将它们分别向后向散射光传输路171、172、173、174输出。后向散射光传输路171、172、173、174分别传输各后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d，并将它们向测定部130a、130b、130c、130d输出。
测定部130a、130b、130c、130d分别具有与形状感测系统100中的测定部130相同的结构、功能。即，测定部130a、130b、130c、130d对从多个光纤芯各自的一方的端部输出的后向散射光进行测定。换言之，测定部130a、130b、130c、130d执行线缆形状的感测方法中的对从多个光纤芯各自的一方的端部输出的后向散射光进行测定的步骤。具体而言，测定部130a、130b、130c、130d分别使输入的参照光L2与各后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d发生干涉，并将干涉信号的波形的数据分别作为数据信号DS1、DS2、DS3、DS4而向运算部140输出。
运算部140基于包括传感光纤4a、4b、4c、4d各自的长度方向上的形变的分布的信息在内的数据信号DS1、DS2、DS3、DS4而计算线缆10的形状。由此，形状感测系统100A能够感测线缆10的形状。
在形状感测系统100A中，延长线缆170利用试验光传输路175传输试验光L1，并利用与试验光传输路175不同的各后向散射光传输路171、172、173、174传输各后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d。因此，即使在试验光传输路175产生后向散射光，该后向散射光也不会在后向散射光传输路171、172、173、174中传输，且不会向测定部130a、130b、130c、130d输入。由此，形状感测系统100A能够仅感测包括分别产生由试验光L1引起的后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d的各传感光纤4a、4b、4c、4d在内的线缆10的形状。因此，例如在将延长线缆170的长度设为几km，并将线缆10的长度设为几百m的情况下，在形状感测系统100A中，能够感测在距光源/测定部160几km的远程地点铺设的几百m的长度的线缆10的形状。
在上述实施方式8、9中，形状感测系统100、100A构成为能够使用OFDR的原理。然而，在本发明的形状感测系统中使用的测定原理并不限于OFDR。例如，也可以将形状感测系统以软件以及硬件方式构成，以使得能够分别测定布里渊散射光来作为来自传感光纤4a、4b、4c、4d的后向散射光，并基于与各布里渊散射光相关的测定结果而计算传感光纤4a、4b、4c、4d各自的形变。在该情况下，形状感测系统构成为能够使用BOTDR(Brillioun OpticalTime Domain Relectometry)的原理。
另外，作为其他实施方式，也可以设为如下结构：在实施方式9的形状感测系统100A的结构的基础上，删除延长线缆170，从而以不经由延长线缆170的方式从光源/测定部160向光学器件120A输出试验光L1，并将来自各传感光纤4a、4b、4c、4d的后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d向光源/测定部160输入。
(实施方式10)
上述实施方式8、9所记载的那样的线缆的形状感测系统能够应用于各种感测系统。以下，对感测系统的实施方式进行说明。
图11是实施方式10的感测系统的示意性的结构图。该感测系统1000具备线缆10A、10、以及形状感测系统100。感测系统1000具备海洋探测船1001、作为无人探测器的发射器1002、以及作为子设备的移动体(Vehicle)1003，且被应用于探测海SEA的海底的海底探测系统。
形状感测系统100搭载于海洋探测船1001。线缆10A与形状感测系统100连接。线缆10A也被称为一级线缆，且具有与线缆10相同的截面结构，其长度例如为10km这样较长的长度。
发射器1002通过线缆10A而与海洋探测船1001连接。发射器1002搭载有各种探测装置，且具备用于对移动体1003进行收容、引导、回收的机构。
线缆10经由发射器1002而与线缆10A连接。线缆10也被称为二级线缆，其长度例如为200m这样较短的长度。
移动体1003通过线缆10而与发射器1002连接。移动体1003从发射器1002出发，并在海底的附近移动。移动体1003搭载有各种探测装置。移动体1003在线缆10A、10中位于与供试验光从形状感测系统100输入的端部相反一侧的前端部侧。
线缆10、10A是具有从海洋探测船1001向发射器1002、移动体1003供给电力、或进行通信的功能的复合线缆。
如实施方式8中说明的那样，形状感测系统100能够感测线缆10、10A的形状。
在海中，线缆10、10A由于海潮的流动而移动，但其行动大多不明确。根据情况不同，也存在如下情况：线缆10、10A的形变集中于特定的部位、或线缆10A、10的扭转的一部分传递至线缆前端部，从而产生弯折，成为损伤的原因。因此，作为线缆10、10A的结构设计，进行顾及到转矩平衡的设计。然而，难以可靠地避免上述的局部的形变、弯折的产生、或由于在接近海底面的位置与从海底突起的岩石接触而引起的损伤等导致线缆10A、10的断裂的主要原因。
相对于此，在该感测系统1000中，形状感测系统100能够感测线缆10、10A的形状，因此能够不将线缆10、10A从海中回收而确定产生了局部的形变、弯折的部位。其结果是，能够在一定程度上预测线缆10、10A的损伤、断裂。另外，由此，能够收集用于更高效的线缆的检查、或形变、弯折产生的机理的阐明的数据。
另外，形状感测系统100的运算部140也可以基于线缆10A和线缆10的形状而计算作为测定对象物的移动体1003的相对于海洋探测船1001的三维的相对位置。由此，感测系统1000能够感测移动体1003的三维的相对位置。需要说明的是，海洋探测船1001搭载有GPS设备，GPS设备能够得到海洋探测船1001在地球上的绝对位置(经纬度)的信息。在该情况下，运算部140从GPS设备导入海洋探测船1001的位置信息，基于该位置信息、以及线缆10A和线缆10的形状的信息，能够感测在海中的移动体1003的三维的绝对位置。
(实施方式11)
图12是实施方式11的感测系统的示意性的结构图。该感测系统1000A具备线缆10、以及形状感测系统100B。形状感测系统100B具备光学器件120A、运算部140、光源/测定部160、以及一级线缆170B。光学器件120A、运算部140、光源/测定部160是与图10所示的形状感测系统100A中的对应的要素相同的结构，因此省略说明。需要说明的是，运算部140和光源/测定部160搭载于海洋探测船1001。光学器件120A搭载于发射器1002。形状感测系统100B能够执行线缆形状的感测方法。
一级线缆170B的结构是从线缆10的结构删除传感光纤4a、4b、4c、4d并追加与图10所示的延长线缆170相同的四个后向散射光传输路、以及与它们不同的试验光传输路而得到的结构。一级线缆170B的长度例如是10km这样较长的长度。
一级线缆170B是复合线缆，且与线缆10同样地，用于海洋探测船1001、发射器1002以及移动体1003之间的电力供给和通信。另外，一级线缆170B与延长线缆170同样地，具有通过试验光传输路向光学器件120A传输试验光L1的功能。另外，一级线缆170B具有通过四个后向散射光传输路分别向光源/测定部160传输来自线缆10的传感光纤4a、4b、4c、4d的各后向散射光L3a、L3b、L3c、L3d的功能。
在该感测系统1000A中，形状感测系统100B能够从光源/测定部160经由一级线缆170B而感测与几km以上这样的长的线缆的前端连接的线缆10的形状。特别是，能够适当地感测位于一级线缆170B的前端侧且接近海底而容易产生弯折等的线缆10的形状。
另外，形状感测系统100B的运算部140也可以基于线缆10的形状而计算作为测定对象物的移动体1003的相对于海洋探测船1001的大致的三维的相对位置。由此，感测系统1000能够感测移动体1003的大致的三维的相对位置。需要说明的是，运算部140从GPS设备导入海洋探测船1001的位置信息，基于该位置信息、以及线缆10A和线缆10的形状的信息，能够感测在海中的移动体1003的大致的三维的绝对位置。
(实施方式12)
图13是实施方式12的感测系统的示意性的结构图。在该感测系统1000B中，感测线缆10的形状的形状感测系统100搭载于发射器1002。海洋探测船1001和发射器1002由用于电力供给和通信的复合线缆即一级线缆1004连接。
在该感测系统1000B中，能够适当地感测位于一级线缆1004的前端侧且接近海底而容易产生弯折等的线缆10的形状。
需要说明的是，发射器1002能够到达一级线缆1004的线缆长度相当的深海，因此被施加高的水压。因此，发射器1002所搭载的形状感测系统100需要设为将其整体设置于耐水压用容器内等耐水压用的结构。
(实施方式13)
图14是实施方式13的感测系统的示意性的结构图。该感测系统1000C具备线缆10、10A、形状感测系统100、以及作为距离测定装置的声纳装置1005。即，感测系统1000C具有对图11所示的感测系统1000的结构追加声纳装置1005而得到的结构。
声纳装置1005搭载于移动体1003。声纳装置1005朝向海底SF的规定部位发送声波信号SS，并接收在该规定部位发生了反射的声波信号。由此，测定从声纳装置1005到海底SF的规定部位为止的距离。
如上所述，在感测系统1000中，能够感测在海中的移动体1003的三维的绝对位置。并且，在感测系统1000C中，运算部140能够使用移动体1003的三维的绝对位置的信息、以及声纳装置1005测定出的到海底SF的规定部位为止的距离的信息，而计算海底SF的规定部位的三维的绝对位置。并且，声纳装置1005对各种部位进行到海底SF为止的距离的测定，从而运算部140能够计算海底SF的三维的坐标。其结果是，感测系统1000C能够感测海底SF的三维的坐标、形状。在该情况下，海底SF相当于位于线缆10的前端部侧的测定对象物。
需要说明的是，在上述实施方式10～13中，感测位置或形状的测定对象物是移动体1003、海底SF，但感测位置或形状的测定对象物并不限于此。例如，本发明的感测系统也能够应用于对闯入建造物内并调查建造物内部的调查机器人的位置、建造物的内部的形状进行感测的用途。
(实施方式14)
图15是实施方式14的感测系统的示意性的结构图。该感测系统2000具备线缆10、以及形状感测系统100。线缆10沿着作为测定对象物的铁道等轨道2001铺设。线缆10与轨道2001相接，且在长度方向上被连续或断续地固定。
当轨道2001发生伸缩、弯曲等形状变形时，线缆10的形状也根据该形状变形而发生变化。形状感测系统100能够通过对线缆10的形状变形进行感测来感测轨道2001的变形。由此，在感测系统2000中，能够监视轨道2001中的形状上的异常的产生。
需要说明的是，测定对象物并不限于轨道，也可以是桥梁等结构物。另外，也可以代替形状感测系统100而使用形状感测系统100A来构成感测系统。在使用了形状感测系统100A的情况下，能够将形状感测系统100A的线缆10铺设于测定对象物，并通过延长线缆170而将运算部140以及光源/测定部160设置于远离测定对象物的地点。由此，例如能够利用线缆10来感测存在于难以设置运算部140以及光源/测定部160或测定者不易到达的深山等的建造物等的形状，并监视形状上的异常的产生。
另外，在上述实施方式8～14的线缆的形状感测系统或感测系统中，感测形状的线缆主要是实施方式1的线缆10，但也可以将该线缆10适当地置换为实施方式2～7的线缆。
另外，通常，光纤由于温度的变化而伸缩。因此，在进行传感光纤的形变分布测定时，当传感光纤的温度发生变化时对形变测定产生影响。因此，优选的是，在形状感测系统的运算部中，基于来自传感光纤的光纤芯中的至少一个后向散射光的测定结果而求出感测形状的线缆的长度方向上的温度分布，并基于温度分布而修正计算出的多个光纤芯各自的形变。这样的线缆(传感光纤)的长度方向上的温度分布测定能够采用使用了传感光纤中的拉曼散射的变化的R-OTDR(拉曼OTDR)法、使用了布里渊散射的频率变化的B-OTDR法等。因此，优选的是，形状感测系统以软件以及硬件方式构成，以使得能够使用这些方法来测定温度分布，并基于该温度分布而修正形变。需要说明的是，用于测定温度分布的传感光纤的光纤芯也可以是位于线缆内的任一位置的光纤芯。
需要说明的是，本发明并不受上述实施方式限定。适当组合上述的各实施方式的构成要素而构成的实施方式也包括在本发明中。另外，进一步的效果、变形例能够由本领域技术人员容易地导出。因而，本发明的更广范的方式并不限定于上述的实施方式，而能够进行各种变更。
例如，线缆只要包括多个光纤芯、以及具有至少个光纤芯的至少一个光纤芯线即可，能够作为光纤芯以及光纤芯线的数量、布局等规格不同的各种结构来实施。
产业上的可利用性
本发明能够利用于使用了光纤的各种物理量的感测。
附图标记说明
1a、1b、1c 电力线
2 地线
3a、3b、3D 光纤线
3E 光纤带状芯线
4a、4b、4c、4d、4Db、4Dc、4Dd 传感光纤(光纤芯线)
4F 传感光纤单元(光纤芯线)
4Fa、4Fb、4Fc、4Fd 光纤芯
4Fe 包层
5 内部覆盖层
6、6D、6E 张力元件
7、7Da、7Db、7Ea、7Eb 外部覆盖层
8 填充件
9 插槽件
9a 收容槽
10、10A、10B、10C、10D、10E、10F 线缆
100、100A、100B 形状感测系统
110 光源部
111 光源
112 偏振波保持光耦合器
113 光放大器
114 延迟光纤
115 光耦合器
120、120A、121A、122A、123A、124A、125A 光学器件
130、130a、130b、130c、130d 测定部
131 相干混频器
132a、132b、132c、132d 平衡光电检测器
133a、133b、133c、133d 跨阻放大器
134a、134b、134c、134d 电放大器
135 示波器
136 信号产生器
140 运算部
160 光源/测定部
170 延长线缆
170B、1004 一级线缆
171、172、173、174 后向散射光传输路
175 试验光传输路
1000、1000A、1000B、1000C、2000 感测系统
1001 海洋探测船
1002 发射器
1003 移动体
1005 声纳装置
2001 轨道
CS 时钟信号
DS、DS1、DS2、DS3、DS4 数据信号
L1 试验光
L2 参照光
L3、L3a、L3b、L3c、L3d 后向散射光
SEA 海
SF 海底
SS 声波信号
SXI、SYI I信号
SXQ、SYQ Q信号。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种线缆，其具有多个光纤芯，且具有一个以上光纤芯线，所述光纤芯线具有一个以上所述光纤芯，
所述线缆的特征在于，
所述光纤芯线在线缆的长度方向上的多个部位被固定为在线缆径向上实质上不发生位置偏移，
在所述线缆的与长度方向垂直的面中，至少一组所述光纤芯被固定为相对的位置关系不发生变化，
通过感测所述至少一组光纤芯的长度方向上的形变分布而感测长度方向上的形状。
2.根据权利要求1所述的线缆，其特征在于，
所述线缆由包括传输线的多个结构件构成，
所述光纤芯线的长度方向上的多个部位固定于所述多个结构件中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括构成该线缆的外周的外部覆盖层，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述外部覆盖层。
4.根据权利要求2或3所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括设置于该线缆的内部的内部覆盖层，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述内部覆盖层。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括填充件，所述填充件填充于该线缆的内部的至少一部分，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述填充件。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括张力元件，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述张力元件。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括设置于该线缆的内部的插槽件，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述插槽件。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯线中的至少一个在长度方向的整体范围内连续固定于固定对象的结构体。
9.根据权利要求2～8中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述线缆的截面为圆形。
10.根据权利要求2～9中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述传输线为电力线。
11.根据权利要求2～10中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述传输线为通信线。
12.根据权利要求2～11中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少一个为单芯光纤的芯。
13.根据权利要求2～12中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少两个为多芯光纤的芯。
14.根据权利要求2～13中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少一个为在长度方向上折射率周期性地发生变化的光纤布拉格光栅芯。
15.根据权利要求2～14中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的一个在长度方向上配置于该线缆的中心轴附近。
16.根据权利要求2～15中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少一个在长度方向上以绕该线缆的中心轴捻绕的状态配置。
17.一种线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统具备：
光源部，其输出向权利要求2～16中任一项所述的线缆所具备的所述多个光纤芯各自的一方的端部输入的试验光；
测定部，其对因各所述试验光而产生且从所述多个光纤芯各自的所述一方的端部输出的后向散射光进行测定；以及
运算部，其基于所述测定部的与各所述后向散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的所述各自的形变而计算所述线缆的形状。
18.根据权利要求17所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
各所述后向散射光为瑞利散射光，
所述线缆形状的感测系统构成为能够使用光频域反射法来计算所述多个光纤芯各自的形变。
19.根据权利要求17所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
各所述后向散射光为布里渊散射光，
所述线缆形状的感测系统构成为能够基于与所述布里渊散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变。
20.根据权利要求17～19中任一项所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统构成为能够基于来自所述光纤芯中的至少一个的后向散射光的测定结果而求出所述线缆的长度方向上的温度分布，并基于所述温度分布而修正计算出的所述多个光纤芯各自的形变。
21.根据权利要求17～20中任一项所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统具备光学器件，所述光学器件使各所述试验光向所述线缆中的所述多个光纤芯分别输入，并且使从所述多个光纤芯分别输出的各所述后向散射光向所述测定部输出。
22.根据权利要求21所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统具备：试验光传输路，其向所述光学器件传输所述试验光；以及后向散射光传输路，其与所述试验光传输路不同，且从所述光学器件向所述测定部传输各所述后向散射光。
23.一种感测系统，其特征在于，
所述感测系统具备：
权利要求2～16中任一项所述的线缆；以及
权利要求17～22中任一项所述的线缆形状的感测系统，
所述线缆形状的感测系统构成为能够感测测定对象物的位置或形状，所述测定对象物位于所述线缆的与供所述试验光输入的端部相反一侧的前端部侧。
24.一种感测系统，其特征在于，
所述感测系统具备：
权利要求2～16中任一项所述的线缆；以及
权利要求17～22中任一项所述的线缆形状的感测系统，
所述线缆形状的感测系统构成为能够感测铺设有所述线缆的测定对象物的形状。
25.一种线缆形状的感测方法，其特征在于，
所述线缆形状的感测方法具备以下步骤：
向权利要求2～16中任一项所述的线缆所具备的所述多个光纤芯各自的一方的端部输入试验光；
对因各所述试验光而产生且从所述多个光纤芯各自的所述一方的端部输出的后向散射光进行测定；以及
基于与各所述后向散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的所述各自的形变而计算所述线缆的形状。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
补正后的权利要求1追加了基于说明书第7页第2、3段的内容。其他权利要求无变更。

Claims (25)

1.一种线缆，其具有多个光纤芯，且具有一个以上光纤芯线，所述光纤芯线具有一个以上所述光纤芯，
所述线缆的特征在于，
所述光纤芯线在线缆的长度方向上的多个部位被固定为在线缆径向上实质上不发生位置偏移。
2.根据权利要求1所述的线缆，其特征在于，
所述线缆由包括传输线的多个结构件构成，
所述光纤芯线的长度方向上的多个部位固定于所述多个结构件中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括构成该线缆的外周的外部覆盖层，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述外部覆盖层。
4.根据权利要求2或3所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括设置于该线缆的内部的内部覆盖层，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述内部覆盖层。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括填充件，所述填充件填充于该线缆的内部的至少一部分，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述填充件。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括张力元件，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述张力元件。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述多个结构件包括设置于该线缆的内部的插槽件，
所述光纤芯线中的至少一个固定于所述插槽件。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯线中的至少一个在长度方向的整体范围内连续固定于固定对象的结构体。
9.根据权利要求2～8中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述线缆的截面为圆形。
10.根据权利要求2～9中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述传输线为电力线。
11.根据权利要求2～10中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述传输线为通信线。
12.根据权利要求2～11中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少一个为单芯光纤的芯。
13.根据权利要求2～12中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少两个为多芯光纤的芯。
14.根据权利要求2～13中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少一个为在长度方向上折射率周期性地发生变化的光纤布拉格光栅芯。
15.根据权利要求2～14中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的一个在长度方向上配置于该线缆的中心轴附近。
16.根据权利要求2～15中任一项所述的线缆，其特征在于，
所述光纤芯中的至少一个在长度方向上以绕该线缆的中心轴捻绕的状态配置。
17.一种线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统具备：
光源部，其输出向权利要求2～16中任一项所述的线缆所具备的所述多个光纤芯各自的一方的端部输入的试验光；
测定部，其对因各所述试验光而产生且从所述多个光纤芯各自的所述一方的端部输出的后向散射光进行测定；以及
运算部，其基于所述测定部的与各所述后向散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的所述各自的形变而计算所述线缆的形状。
18.根据权利要求17所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
各所述后向散射光为瑞利散射光，
所述线缆形状的感测系统构成为能够使用光频域反射法来计算所述多个光纤芯各自的形变。
19.根据权利要求17所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
各所述后向散射光为布里渊散射光，
所述线缆形状的感测系统构成为能够基于与所述布里渊散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变。
20.根据权利要求17～19中任一项所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统构成为能够基于来自所述光纤芯中的至少一个的后向散射光的测定结果而求出所述线缆的长度方向上的温度分布，并基于所述温度分布而修正计算出的所述多个光纤芯各自的形变。
21.根据权利要求17～20中任一项所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统具备光学器件，所述光学器件使各所述试验光向所述线缆中的所述多个光纤芯分别输入，并且使从所述多个光纤芯分别输出的各所述后向散射光向所述测定部输出。
22.根据权利要求21所述的线缆形状的感测系统，其特征在于，
所述线缆形状的感测系统具备：试验光传输路，其向所述光学器件传输所述试验光；以及后向散射光传输路，其与所述试验光传输路不同，且从所述光学器件向所述测定部传输各所述后向散射光。
23.一种感测系统，其特征在于，
所述感测系统具备：
权利要求2～16中任一项所述的线缆；以及
权利要求17～22中任一项所述的线缆形状的感测系统，
所述线缆形状的感测系统构成为能够感测测定对象物的位置或形状，所述测定对象物位于所述线缆的与供所述试验光输入的端部相反一侧的前端部侧。
24.一种感测系统，其特征在于，
所述感测系统具备：
权利要求2～16中任一项所述的线缆；以及
权利要求17～22中任一项所述的线缆形状的感测系统，
所述线缆形状的感测系统构成为能够感测铺设有所述线缆的测定对象物的形状。
25.一种线缆形状的感测方法，其特征在于，
所述线缆形状的感测方法具备以下步骤：
向权利要求2～16中任一项所述的线缆所具备的所述多个光纤芯各自的一方的端部输入试验光；
对因各所述试验光而产生且从所述多个光纤芯各自的所述一方的端部输出的后向散射光进行测定；以及
基于与各所述后向散射光相关的测定结果而计算所述多个光纤芯各自的形变，并基于计算出的所述各自的形变而计算所述线缆的形状。
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