JP2000074697A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバ２の特性やブリルアン散乱光のバ
ンド幅などの制約に起因して、空間分解能を一定値以上
に上げることはできなかった。 【解決手段】 プローブ光を不連続プローブ光とした測
定装置である。さらに、光ファイバ２の測定区間をｍ個
の微小区間に等分割するとともに、演算手段８は、光強
度検出器５により所定のサンプリング周期で検出した光
強度から利得演算行列式に基づいて各微小区間の散乱利
得係数を演算して各微小区間に関する散乱光の周波数シ
フトを演算し、更に、この周波数シフト及び／又は散乱
光強度に基づき各微小区間の歪み及び／又は温度を演算
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光ファイバを用い
て構造物などの被測定物に生じた歪みや温度を測定する
ための測定装置に関し、詳しくは、被測定物を高い空間
分解能で測定することを可能とするための改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図２５は特開平３−１２０４３７号公報
などの技術を用いた、光ファイバを用いて被測定物に生
じた歪みや温度を測定するための従来の測定装置の構成
を示すブロック図である。図において、１は被測定物で
あり、２は光ファイバであり、３はこの光ファイバ２の
一端から不連続ポンプ光を入射するポンプ光源であり、
４は光ファイバ２の他端から連続プローブ光を入射する
プローブ光源であり、５は光ファイバ２の一端から出力
される出力光の光強度をサンプリングして強度データを
出力する光強度検出器であり、６はこの出力光を光強度
検出器５に分波する合分波器であり、７はこの合分波器
６と光強度検出器５との間の光路に配設され、出力光に
含まれるブリルアン散乱光を透過するフィルタであり、
８は強度データに基づいて光ファイバ２の所定の区間の
歪み又は温度を演算する演算手段である。

【０００３】次に動作について説明する。プローブ光源
４が光ファイバ２の他端から連続プローブ光を入射した
状態で、ポンプ光源３が光ファイバ２の一端に所定の周
波数成分からなる最初の不連続ポンプ光を入射すると、
この不連続ポンプ光は光ファイバ２内を移動しつつ、上
記ポンプ光と連続プローブ光とは光ファイバ２の所定の
位置で重なり、このプローブ光の周波数と散乱光の周波
数とが一致していると増幅されて、検出可能な光強度の
ブリルアン散乱光などの散乱光を発生する。そして、合
分波器６は光ファイバ２の上記一端から出力された出力
光を分波し、フィルタ７はこれら出力光の中から増幅さ
れたプローブ光（以下、ブリルアン散乱光と呼ぶ）のみ
を透過させ、光強度検出器５はこのブリルアン散乱光の
光強度をサンプリングする。

【０００４】このようなブリルアン散乱光の検出動作を
連続プローブ光の周波数を変化させながら繰り返すと、
演算手段８には光ファイバ２の所定の区間に関するプロ
ーブ光の所定の周波数範囲におけるブリルアン散乱光の
強度データが蓄積され、ブリルアン散乱光のスペクトル
が得られる。そして、演算手段８は最も高い検出レベル
のブリルアン散乱光が得られた周波数をその所定の区間
に関するブリルアン散乱光の中心周波数と判定し、光フ
ァイバ２の歪み無し状態における基準中心周波数に対す
るこの中心周波数の周波数シフトを演算し、この周波数
シフトに基づいて上記所定の区間の歪みを演算する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の測定装置は以上
のように構成されているので、細かい空間分解能にて歪
み又は温度を測定することができないという課題があっ
た。具体例で説明すると、光ファイバ２には約１．５μ
ｍの波長の光に対して高い透過性を示す石英ファイバが
一般的に利用され、実際にこの石英ファイバに上記波長
の強い光（例えば８ｍＷ程度以上の光）を入射してブリ
ルアン散乱光を発生させた場合にはブリルアン散乱光は
約５０ＭＨｚ程度のバンド幅にて発生してしまう。従っ
て、このような条件の下では、２０ｎｓ以下の継続時間
（パルス幅に相当する）を有する不連続ポンプ光を入射
したとしても、それに応じて発生するブリルアン散乱光
は２０ｎｓ程度の時間に分散して出力されてしまうこと
になる。従って、不連続ポンプ光としては２０ｎｓ以上
の継続時間を有するものを使用しなければならず、その
結果、この不連続ポンプ光の幅に応じた長さ（光速を２
ｘ１０^８ｍ／ｓとすると、約２ｘ１０^８ｍ／ｓ ｘ １０
ｘ１０^−９ｓ＝約２ｍ）以下の空間分解能にて測定する
ことはできなかった。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、細かい空間分解能にて被測定物の
歪みや温度を測定することができる測定装置を得ること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る測定装置
は、被測定物に固定される光ファイバと、上記光ファイ
バに不連続ポンプ光を入射するポンプ光源と、上記光フ
ァイバに不連続プローブ光を入射するプローブ光源と、
上記不連続プローブ光の周波数を設定するとともに所定
の周波数範囲で上記不連続プローブ光の周波数を掃引す
る制御手段と、上記光ファイバから出力される出力光の
光強度を検出する光強度検出器と、上記光強度検出器へ
の上記出力光の光路に配設され、この出力光に含まれる
散乱光を透過するフィルタと、上記光強度検出器で検出
された光強度に基づいて上記光ファイバの測定区間内の
所定の区間の歪み及び／又は温度を演算する演算手段と
を備えたものである。

【０００８】この発明に係る測定装置は、光強度検出器
が、測定区間を等分割して得られる複数の微小区間のそ
れぞれの長さの２倍に相当する所定の時間間隔で散乱光
の光強度を計測するものである。

【０００９】この発明に係る測定装置は、光ファイバの
測定区間をｍ個の微小区間に等分割し、ポンプ光源は所
定の時間間隔のｎ倍に相当する継続時間即ち幅を有する
不連続ポンプ光を上記光ファイバへ入射し、演算手段
は、上記所定の時間間隔で光強度検出器で検出された、
不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける散乱光強度
から下記式７に従って上記各微小区間の散乱利得係数を
演算し、この散乱利得係数に基づいて上記各微小区間に
関する散乱光の周波数シフトを演算し、更に、散乱光の
周波数シフト及び／又は散乱光強度に基づき上記各微小
区間の歪み及び／又は温度を演算するものである。

【００１０】

【数７】

【００１１】但し、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少な
くとも、上記不連続プローブ光の設定周波数νｓにおけ
る、上記測定区間の一端部に最も近い微小区間から数え
てｉ番目から（ｉ＋ｎ−１）番目の微小区間に関する散
乱光強度と上記光ファイバに入射した不連続プローブ光
強度とによって決まる変数であり、ｇｓ（ｉ）は、上記
不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける、上記ｉ番
目の微小区間の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）はＱ
ｓ（ｉ）に対するｊ番目の微小区間に関する散乱光の光
強度の割合を示す寄与率である。

【００１２】この発明に係る測定装置は、被測定物に固
定され、それぞれ所定の長さを有するｍ個の微小区間に
等分割された測定区間を有する光ファイバを備え、ポン
プ光源が、各不連続プローブ光に対して、各微小区間の
長さの２倍に相当する所定の時間間隔のｎ倍に相当する
継続時間即ち幅を有する不連続ポンプ光を上記光ファイ
バへ入射し、プローブ光源が、制御手段により設定され
た上記不連続プローブ光の設定周波数毎に、上記所定の
時間間隔を単位に所定の継続時間即ち幅を有する不連続
光を分割して得られる、それぞれ一連の複数のパルス光
から成る、少なくとも２つの不連続プローブ光のそれぞ
れと不連続ポンプ光とを上記光ファイバの所定の場所で
重なるように上記制御手段による制御のもとで順次上記
光ファイバに入射し、演算手段が、光強度検出器により
検出された光強度から下記式８に基づいて上記各微小区
間の散乱利得係数を演算し、この散乱利得係数に基づい
て上記各微小区間に関する散乱光の周波数シフトを演算
し、更に、散乱光の周波数シフト及び／又は散乱光強度
に基づき上記各微小区間の歪み及び／又は温度を演算す
るものである。

【００１３】

【数８】

【００１４】但し、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少な
くとも、上記不連続プローブ光の設定周波数νｓにおけ
る、上記測定区間の一端部に最も近い微小区間から数え
てｉ番目から（ｉ＋ｎ−１）番目の微小区間に関する散
乱光強度と上記光ファイバに入射した不連続プローブ光
強度とによって決まる変数であり、ｇｓ（ｉ）は、上記
不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける、上記ｉ番
目の微小区間の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）はＱ
ｓ（ｉ）に対するｊ番目の微小区間に関する散乱光強度
の割合を示す寄与率である。

【００１５】この発明に係る測定装置は、被測定物に固
定され、それぞれ所定の長さを有するｍ個の微小区間に
等分割された測定区間を有する光ファイバを備え、ポン
プ光源が、各不連続プローブ光に対して、各微小区間の
長さの２倍に相当する所定の時間間隔のｎ倍に相当する
継続時間即ち幅を有する不連続ポンプ光を上記光ファイ
バへ入射し、プローブ光源が、制御手段により設定され
た上記不連続プローブ光の設定周波数毎に、上記所定の
時間間隔に等しい所定のパルス繰り返し周期を有する一
連の複数のパルス光を上記光ファイバに入射するか、又
は、この一連の複数のパルス光を分割して得られる、そ
れぞれ一連の複数のパルス光から成る、少なくとも２つ
の不連続プローブ光のそれぞれと不連続ポンプ光とを上
記光ファイバの所定の場所で重なるように上記制御手段
による制御のもとで順次上記光ファイバに入射し、演算
手段が、光強度検出器により検出された光強度から下記
式９に基づいて上記各微小区間の散乱利得係数を演算
し、この散乱利得係数に基づいて上記各微小区間からの
散乱光の周波数シフトを演算し、更に、散乱光の周波数
シフト及び／又は散乱光強度に基づき上記各微小区間の
歪み及び／又は温度を演算するものである。

【００１６】

【数９】

【００１７】但し、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少な
くとも、上記不連続プローブ光の設定周波数νｓにおけ
る、上記測定区間の一端部に最も近い微小区間から数え
てｉ番目から（ｉ＋ｎ−１）番目の微小区間に関する散
乱光強度と上記光ファイバに入射した不連続プローブ光
強度とによって決まる変数であり、ｇｓ（ｉ）は、上記
不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける、上記ｉ番
目の微小区間の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）はＱ
ｓ（ｉ）に対するｊ番目の微小区間に関する散乱光強度
の割合を示す寄与率である。

【００１８】この発明に係る測定装置は、各不連続プロ
ーブ光に含まれる複数のパルス光が、一定の繰返し周期
を有するものである。

【００１９】この発明に係る測定装置は、各不連続プロ
ーブ光に含まれる複数のパルス光が、所定のコードに対
応した必ずしも一定ではない周期で断続的に連なるもの
である。

【００２０】この発明に係る測定装置は、ポンプ光源が
光ファイバの一端から不連続ポンプ光を入射し、プロー
ブ光源が上記光ファイバの他端から不連続プローブ光を
入射し、光強度検出器が上記光ファイバの上記一端から
出力される出力光の光強度を検出し、演算手段は、下記
式１０に従って、不連続プローブ光の光ファイバ中での
減衰量を加算して、変数Ｑｓ（ｉ）を求めるものであ
る。

【００２１】

【数１０】

【００２２】但し、Ｐｓ（ｔ，０）は上記光強度検出器
により検出されたブリルアン散乱光強度であり、Ｐｓ
（ｔ−Ｌ／ｃ，Ｌ）は上記光ファイバの上記他端で時刻
（ｔ−Ｌ／ｃ）に検出されたプローブ光強度であり、α
ｓは上記不連続プローブ光の減衰係数であり、Ｌは上記
光ファイバの全長であり、ｃは上記光ファイバ中での不
連続プローブ光の伝播速度である。

【００２３】この発明に係る測定装置は、散乱利得係数
ｇｓ（ｍ＋１）からｇｓ（ｍ＋ｎ−１）（又はｇｓ
（１）からｇｓ（ｎ−１））に関する、光ファイバの被
測定物に固定されていない部位である参照ファイバ部の
温度を測定する温度測定手段を備え、演算手段は、上記
測定温度に応じてｇｓ（ｍ＋１）からｇｓ（ｍ＋ｎ−
１）（又はｇｓ（１）からｇｓ（ｎ−１））までの利得
係数を演算した後、式７（又は式８若しくは式９）に基
づいて上記各微小区間の散乱利得係数を演算するもので
ある。

【００２４】この発明に係る測定装置は、演算手段が、
下記式１１に従って各微小区間の寄与率を演算した後、
式７（又は式８若しくは式９）に従って上記各微小区間
の散乱利得係数を演算するものである。

【００２５】

【数１１】

【００２６】但し、Ｐｋ（０）は不連続ポンプ光をｎ等
分した場合にｋ番となる微小不連続ポンプ光の入射端に
おける強度であり、Ａはファイバコアの断面積であり、
αｐは不連続ポンプ光の減衰係数であり、ｚは不連続ポ
ンプ光の入力端から所定の微小区間までの光路長であ
り、ｄｚはこの微小区間の幅である。

【００２７】この発明に係る測定装置は、演算手段が、
下記式１２に従って各微小区間の歪み及び温度を演算す
るものである。

【００２８】

【数１２】

【００２９】但し、Δνは散乱光の周波数シフトであ
り、ΔＰｓは散乱光のパワーシフトあるいは利得係数変
化量であり、Ｐ（Ｒ）はレーリー散乱光強度あるいは不
連続ポンプ光強度であり、Ｃεν、Ｃεｐ、Ｃｔν、Ｃ
ｔｐは光ファイバに固有の定数である。

【００３０】この発明に係る測定装置は、反射部材が光
ファイバの他端に設けられており、ポンプ光源が光ファ
イバの一端から不連続ポンプ光を入射し、プローブ光源
が上記光ファイバの上記一端から不連続プローブ光を入
射し、光強度検出器が上記光ファイバの上記一端から出
力される出力光の光強度を検出するものである。

【００３１】この発明に係る測定装置は、光ファイバが
１つ又は複数の被測定物に固定されているものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による測
定装置を示すブロック図である。図において、１は橋、
覆道、建物などの構造物（被測定物）であり、２はこの
構造物１に固定される光ファイバであり、３はこの光フ
ァイバ２の一端から不連続ポンプ光を入射するポンプ光
源であり、４は光ファイバ２の他端から不連続プローブ
光を入射するプローブ光源であり、５は光ファイバ２の
一端から出力される出力光強度をサンプリングして光強
度データを出力する光強度検出器であり、６はこの出力
光を光強度検出器５に分波する合分波器であり、７はこ
の合分波器６と光強度検出器５との間の光路に配設さ
れ、出力光に含まれるブリルアン散乱光を透過するフィ
ルタであり、８は光強度データに基づいて光ファイバ２
の所定の区間の歪み及び／又は温度を演算する演算手
段、２０はプローブ光源４から出射される不連続プロー
ブ光の周波数を所定の周波数範囲の設定周波数νｓに設
定するとともに不連続プローブ光の設定周波数νｓを所
定の周波数範囲内で掃引し、さらに、不連続プローブ光
と不連続ポンプとが光ファイバ２の所定の区間で出会う
ように即ち重なり合うようにポンプ光源３及びプローブ
光源４を制御し、光強度検出器５で行われるサンプリン
グを制御する制御手段である。なお、光ファイバ２は構
造物１を形成する際にその内部に埋め込まれても、構造
物１の表面に粘着されてもよい。

【００３３】この実施の形態１では、不連続ポンプ光と
して２０ｎｓの継続時間（パルス幅に相当する）、１０
０ｍＷの出力を有するポンプ光を使用し、不連続プロー
ブ光として２０ｎｓの継続時間、３ｍＷの出力を有する
プローブ光を使用する。

【００３４】次に動作について説明する。ここでは、構
造物１の温度変化がない場合に、ブリルアン散乱光を用
いて構造物１の歪みを所定の区間について測定する場合
について説明する。また、この実施の形態１では、不連
続プローブ光の先頭が不連続ポンプ光の先頭と出会い、
不連続プローブ光の先頭が不連続ポンプ光の末端とすれ
違う間に不連続プローブ光の先端が移動する区間が所定
の区間であり得る。これに代わって、不連続プローブ光
の中心部等の他の特定の部分が不連続ポンプ光の先頭と
出会い、不連続プローブ光の他の特定の部分が不連続ポ
ンプ光の末端とすれ違う間に不連続プローブ光の先端が
移動する区間が所定の区間であってもよい。いずれにし
ても、その長さは不連続ポンプ光のパルス幅の半分の時
間即ち１０ｎｓの間に不連続プローブ光が移動する距離
に等しく、約２ｍ（光速を約２ｘ１０^８ｍ／ｓとする
と、２ｘ１０^８ｍ／ｓ ｘ １０ｘ１０^−９ｓ＝２ｍ）と
なる。

【００３５】図２はこの発明の実施の形態１による測定
装置の動作を示すフローチャートである。図において、
ＳＴ１は制御手段２０がプローブ光源４から出力された
不連続プローブ光の周波数を所定の設定周波数νｓに設
定するプローブ周波数設定ステップであり、ＳＴ２は制
御手段２０の制御のもとでプローブ光源４が光ファイバ
２へ不連続プローブ光を入射するプローブ光入射ステッ
プであり、ＳＴ３は制御手段２０の制御のもとでポンプ
光源３が光ファイバ２の構造物１に固定された測定区間
内の、このステップで設定される所定の区間のプローブ
光源４側の端部において不連続プローブ光と不連続ポン
プ光とが出会うように、不連続ポンプ光を光ファイバ２
へ入射するポンプ光入射ステップであり、ＳＴ４は光強
度検出器５がこれら不連続ポンプ光と不連続プローブ光
との相互作用によって発生する強いブリルアン散乱光を
含む出力光の光強度をサンプリングするサンプリングス
テップであり、ＳＴ５は制御手段２０が、光ファイバ全
長にわたって上記ＳＴ１で設定された設定周波数νｓに
おける散乱光強度を測定し終えたか否かを判定し、該測
定が完了するまでサンプリングステップＳＴ４を繰り返
させる特定周波数測定完了判定ステップであり、ＳＴ６
は制御手段２０がブリルアン散乱光が発生すると予測さ
れる不連続プローブ光の測定周波数範囲について測定が
完了したか否かを判定し、全ての測定が完了するまでプ
ローブ周波数設定ステップＳＴ１から特定周波数測定完
了判定ステップＳＴ５までを繰り返させる測定完了判定
ステップであり、ＳＴ７は演算手段８がステップＳＴ３
で光ファイバ２に設定された所定の区間に関するブリル
アン散乱光強度のスペクトルに基づいて所定の区間の歪
みを演算する演算ステップである。

【００３６】図３はこの発明の実施の形態１による測定
装置により測定された、所定の区間に関するブリルアン
散乱光の光強度（散乱利得係数）のスペクトルを示すグ
ラフである。図において、横軸は周波数、縦軸は光強度
である。また、９はポンプ光と同一の中心周波数を有す
るレイリー散乱光であり、１０はブリルアン散乱のスト
ークス光であり、１１はブリルアン散乱の反ストークス
光であり、１２は周波数シフトが生じたブリルアン散乱
のストークス光であり、１３は周波数シフトが生じたブ
リルアン散乱の反ストークス光である。また、ｇｓ
（ｉ）は不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける散
乱利得係数である。なお、ラマン散乱光のストークス光
はブリルアン散乱のストークス光よりも高い周波数の領
域に生じ、ラマン散乱光の反ストークス光はブリルアン
散乱の反ストークス光よりも低い周波数の領域に生じて
いる。そして、この実施の形態１では同図において１４
に示すような周波数範囲をプローブ光の測定周波数範囲
即ち所定の周波数範囲として測定している。

【００３７】図４はこの発明の実施の形態１による図２
に示す演算ステップＳＴ７の詳細な演算処理手順を示す
フローチャートである。図において、ＳＴ８は、演算手
段８が所定の区間に対してＳＴ１〜ＳＴ６において不連
続プローブ光の周波数を所定の周波数範囲１４内で掃引
して得られた光強度データを図３のようにプロットして
スペクトルを得、このスペクトルから上記所定の区間に
関するブリルアン散乱光の中心周波数を演算する中心周
波数演算ステップであり、中心周波数は散乱光強度即ち
散乱利得係数の最大値の周波数として求められる。ＳＴ
９は、演算手段８がこの所定の区間について求まった上
記中心周波数と光ファイバ２におけるブリルアン散乱光
の標準的な基準中心周波数との周波数シフトを演算する
周波数シフト演算ステップであり、ＳＴ１０は、演算手
段８が予め判っている周波数シフトと歪みとの特性関係
に従って上記所定の区間に関するブリルアン散乱光の中
心周波数の周波数シフトに基づき上記所定の区間の歪み
を演算する歪み演算ステップである。

【００３８】図５は予め判っている周波数シフトと歪み
との特性関係の一例を示す特性図である。図において、
横軸は周波数シフトであり、縦軸は歪みである。

【００３９】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、光ファイバ２の一端からプローブ光源４が不連続プ
ローブ光を入射するとともに、制御手段２０による制御
のもとにポンプ光源３が不連続ポンプの入射タイミング
を制御しつつ光ファイバ２の他端から不連続ポンプ光を
入射し、これら不連続ポンプ光と不連続プローブ光との
相互作用で生じるブリルアン散乱光を光強度検出器５で
検出し、更に、このブリルアン散乱光の中心周波数の周
波数シフトに基づき光ファイバ２の測定区間内の所定の
区間の歪みを演算することができる。従って、光ファイ
バ２の被測定物１に固定される部位の歪みを検出するこ
とにより、この被測定物１自体に生じている歪みを検出
することができる効果がある。即ち、不連続ポンプ光の
継続時間即ち幅の半分に対応する長さを有し、不連続プ
ローブ光と不連続ポンプ光との光ファイバ２への入射タ
イミングで決まる所定の区間の長さに等しい空間分解能
で被測定物１に生じている歪みを測定することができ
る。

【００４０】また、上記したように、不連続ポンプ光の
入射タイミングと不連続プローブ光の入射タイミングと
を制御して上記所定の区間をずらすことにより、光ファ
イバ２の任意の位置の歪みを測定でき、さらには測定区
間全体の歪み分布を測定できる。

【００４１】また、この実施の形態１では、ブリルアン
散乱光を用いて被測定物１の歪み分布を測定する例を説
明したが、同様の手法により、構造物１の歪み変化がな
い場合における構造物１の温度変化とブリルアン散乱光
の周波数シフトとの関係を用いて被測定物１の温度分布
を測定することができる。

【００４２】更に、磁歪材料で被覆した光ファイバを用
いれば、高空間分解能で磁気分布を測定することもでき
る。

【００４３】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
よる測定装置では、光強度検出器５は、所定の有効サン
プリング周期（所定の時間間隔）Ｔｓ例えば０．５ｎｓ
（この場合、有効サンプリングレートは２ＧＨｚとな
る）でブリルアン散乱光の強度を計測し、演算手段８
は、この有効サンプリング周期Ｔｓ毎に得られる複数の
強度データに基づいて、光ファイバ２の測定区間を等分
割した複数の微小区間のそれぞれの歪みを演算して、測
定区間の歪み分布を求める。これ以外の構成は実施の形
態１と同様であり説明を省略する。なお、光強度検出器
５のサンプリングは、実際には、４〜５ＧＨｚのサンプ
リングレート即ち０．２５〜０．２ｎｓのサンプリング
周期で実施される。この発明では、上記の所定の有効サ
ンプリング周期は、サンプリングされた複数の強度デー
タのうち実際に演算に使用されるデータの測定時間間隔
のことを意味しており、例えば、４ＧＨｚのサンプリン
グレートでは、１つおきに光強度データを使用すること
は、所定の有効サンプリング周期（所定の時間間隔）Ｔ
ｓが０．５ｎｓであることに相当する。なお、不連続ポ
ンプ光の各パルスは、典型的には、２０ｎｓの継続時間
即ちパルス幅を有しており、不連続プローブ光の各パル
スは、任意の継続時間即ちパルス幅を有しているが、以
下では、説明を簡単にするために、２０ｎｓの幅を有し
ているとする。

【００４４】図６（ａ）はこの発明の実施の形態２によ
る光ファイバ２の測定区間に設定される複数の微小区間
を示す説明図である。図において、光ファイバ２と平行
に描画された矢線は光ファイバ２の絶対位置を示すＺ軸
であり、Ｌは光ファイバ２の長さであり、ｚ（１）〜ｚ
（ｍ）は構造物１に固定された測定区間をｍ個に分割し
て得られる複数の微小区間である。ｎは、不連続ポンプ
光のパルス幅を有効サンプリング周期Ｔｓで割って得ら
れる数に相当しており、これは以下で示すように、各サ
ンプリングで得られるブリルアン散乱光が微小区間何個
分に相当する区間に関わっているかを示す数であり、以
下で示すように、不連続ポンプ光のパルス幅は微小区間
２ｎ個分に相当する。この実施の形態２では、ｎは４０
（＝２０ｎｓ／０．５ｎｓ）となる。また、図６
（ｂ），６（ｃ）は、これらの複数の微小区間の位置関
係及び各微小区間ｚ（ｉ）の長さを例示的に説明するた
めの図である。ｔ＝０で図６（ｂ）に示すように不連続
ポンプ光と不連続プローブ光とが出会ったとすると、不
連続プローブ光の先頭部分によって計測される区間は、
図に示すように、その先頭部分が不連続ポンプ光と出会
い不連続ポンプ光の末端とすれ違う間に進行する区間即
ちｚ（１）〜ｚ（ｎ）（ｎｘＴｓ／２に相当する長さを
有する）である。さらに、ｔ＝Ｔｓ／２の図６（ｃ）に
示すように、不連続プローブ光の先頭部分からＴｓ後の
部分によって計測される区間は、その部分が図のように
不連続ポンプ光と出会い不連続ポンプ光の末端とすれ違
う間に進行する区間即ちｚ（２）〜ｚ（ｎ＋１）（ｎｘ
Ｔｓ／２に相当する長さを有する）であり、不連続プロ
ーブ光の先頭とはｄｚ即ち１微小区間だけプローブ光源
４側へシフトした区間である。同様にして、不連続プロ
ーブ光の先頭部分から２Ｔｓ後の部分によって計測され
る区間は、その部分が不連続ポンプ光と出会い不連続ポ
ンプ光の末端とすれ違う間に進行する区間即ちｚ（３）
〜ｚ（ｎ＋２）である。このようにして、複数の微小区
間ｚ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）が定義される。なお、図６
（ｂ），６（ｃ）からわかるように、不連続ポンプ光の
パルス幅は微小区間２ｎ個分に相当する。

【００４５】例えば、５ｃｍの空間分解能を得ようとす
るならば、即ち各微小区間の長さを５ｃｍに設定するた
めには、有効サンプリング周期Ｔｓは０．５ｎｓ（光速
を２ｘ１０^８ｍ／ｓとすると、（２ｘ０．０５ｍ）／約
２ｘ１０^８ｍ／ｓ ＝０．５ｎｓ）である必要がある。
このように、有効サンプリング周期Ｔｓは所望の空間分
解能により決定される。図６（ａ）に示す微小区間ｚ
（ｍ＋１）〜ｚ（ｍ＋ｎ−１）は光ファイバ２の被測定
物１に隣接する部位であり、以下においてこの部分を参
照ファイバ部とよび、上記光ファイバ２の被測定物１に
固定された部位ｚ（１）〜ｚ（ｍ）を検出ファイバ部と
よぶ。なお、参照ファイバ部は、ポンプ光が入射される
光ファイバ２の端部である微小区間ｚ（１）〜ｚ（ｎ−
１）であってもよい。この場合、測定区間１である検出
ファイバ部はｚ（ｎ）〜ｚ（ｍ＋ｎ−１）である。

【００４６】次に動作について説明する。図７はこの発
明の実施の形態２による測定装置の動作を示すフローチ
ャートである。図において、ＳＴ２１は制御手段２０が
プローブ光源４から出力された不連続プローブ光の周波
数を所定の設定周波数νｓに設定するプローブ周波数設
定ステップであり、ＳＴ２２は制御手段２０の制御のも
とでプローブ光源４が光ファイバ２への一連のパルス光
から成る不連続プローブ光の入射を開始するプローブ光
入射開始ステップであり、ＳＴ２３は制御手段２０の制
御のもとでポンプ光源３が光ファイバ２の構造物１に固
定された測定区間内に設定された所定の区間のプローブ
光源４側の端部において不連続プローブ光の一パルスと
不連続ポンプ光の対応するパルスとが出会うように、且
つ、上記所定の区間がシフトするように不連続ポンプ光
の各パルスの光ファイバ２への入射タイミングを制御し
つつ、不連続ポンプ光の光ファイバ２への入射を開始す
るポンプ光入射開始ステップであり、ＳＴ２４は光強度
検出器５がこれら不連続ポンプ光と不連続プローブ光と
の相互作用によって発生する強いブリルアン散乱光を含
む出力光の光強度をサンプリングするサンプリングステ
ップであり、ＳＴ２５は制御手段２０が、所定の区間を
シフトしつつ光ファイバ全長にわたって上記ＳＴ２１で
設定された設定周波数νｓにおける散乱光強度を測定し
終えたか否かを判定し、該測定が完了するまでサンプリ
ングステップＳＴ２４を繰り返させる特定周波数測定完
了判定ステップであり、ＳＴ２６は制御手段２０がブリ
ルアン散乱光が発生すると予測される不連続プローブ光
の測定周波数範囲について測定が完了したか否かを判定
し、全ての測定が完了するまでプローブ周波数設定ステ
ップＳＴ２１から特定周波数測定完了判定ステップＳＴ
２５までを繰り返させる測定完了判定ステップであり、
ＳＴ２７は演算手段８が光ファイバ２に設定された複数
の微小区間のそれぞれに関するブリルアン散乱光強度の
スペクトルに基づいて微小区間毎の歪みを演算する演算
ステップである。さらに、図８は図７に示す演算ステッ
プＳＴ２７の詳細な演算処理手順を示すフローチャート
である。図において、ＳＴ１１は、０．５ｎｓの有効サ
ンプリング周期でサンプリングされた図９に示すような
複数のブリルアン散乱光の光強度データＰｓ（ｔ_１，
０），Ｐｓ（ｔ_２，０），Ｐｓ（ｔ _３，０），．．．
（ここで、光強度データＰｓ（ｔ_ｉ，０）は時刻ｔ_ｉに
測定されたＺ＝０での光強度データである）から、演算
手段８がプローブ光の設定周波数νｓにおける各微小区
間ｚ（ｉ）の散乱利得係数を演算する利得係数演算ステ
ップである。なお、図９に示す光強度データＰｓ
（ｔ_１，０）は、不連続プローブ光の先頭部分によって
生じる微小区間ｚ（１）〜ｚ（ｎ）に関するブリルアン
散乱光の光強度データを示しており、同様に、光強度デ
ータＰｓ（ｔ_ｉ，０）（ｉは２以上整数）は、有効サン
プリング周期Ｔｓに（ｉ−１）を乗じたＴｓ（ｉ−１）
に等しい時間だけ、不連続プローブ光の先頭から後方に
あるｉ番目の部分によって生じる微小区間ｚ（ｉ）〜ｚ
（ｉ＋ｎ−１）に関するブリルアン散乱光の光強度デー
タを示している。さらに、図８において、ＳＴ１２は、
各微小区間に対して、ＳＴ２１〜ＳＴ２６において不連
続プローブ光の所定の設定周波数νｓを掃引して得られ
た光強度データをプロットしてスペクトルを得、このス
ペクトルから各微小区間に関するブリルアン散乱光の中
心周波数を演算する中心周波数演算ステップであり、Ｓ
Ｔ１３は、各微小区間について求まった上記中心周波数
と予め得られた光ファイバ２におけるブリルアン散乱光
の標準的な基準中心周波数との周波数シフトを演算する
周波数シフト演算ステップであり、ＳＴ１４は、予め判
っている周波数シフトと歪みとの特性関係に従って各微
小区間に関するブリルアン散乱光の中心周波数の周波数
シフトに基づき各微小区間の歪みを演算する歪み演算ス
テップである。

【００４７】式１３はこの実施の形態２の利得係数演算
ステップＳＴ１１において用いられる、不連続プローブ
光の設定周波数νｓにおける複数の微小区間の散乱利得
係数を演算するための利得演算行列式である。式におい
て、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少なくとも、不連続
プローブ光の設定周波数νｓにおける、図６（ａ）に示
す複数の微小区間ｚ（ｉ）〜ｚ（ｉ＋ｎ−１）に関する
ブリルアン散乱光の強度及び光ファイバ２に入射した不
連続プローブ光の強度によって決まる変数であり、ｇｓ
（ｊ）は不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける各
微小区間ｚ（ｊ）の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）
は変数Ｑｓ（ｉ）に対するｊ番目の微小区間ｚ（ｊ）
（ｊ＝ｉ〜（ｉ＋ｎ−１））に関するブリルアン散乱光
の強度データの割合を示す寄与率である。この寄与率
は、以下で示すように、不連続ポンプ光が完全な矩形波
ではないことと不連続ポンプ光の光ファイバ２中での減
衰を考慮して決定される。

【００４８】

【数１３】

【００４９】実際は、上記式１３は積分形式で表記され
た下記式１４を書き換えることにより得られる。図１０
は同式の各変数の関係を説明するための説明図である。
式１４において、Ｐｓ（ｔ，０）はＺ＝０の位置で時刻
ｔに測定された実際のブリルアン散乱光強度即ちプロー
ブ光強度であり、Ｐｓ（ｔ−Ｌ／ｃ，Ｌ）はＺ＝Ｌの位
置で時刻（ｔ−Ｌ／ｃ）に測定されたプローブ光強度で
あり、ｇ（Ｚ，ν）は利得係数であり、Ｓｐ（Ｚ）はポ
ンプ光のエネルギー密度で、ポンプ光の強度をその断面
積（ファイバのコアの断面積）で割ったものであり、ｄ
ｚはポンプ光に設定される微小区間であり、αｓはプロ
ーブ光の減衰係数であり、Ｌは光ファイバ２の全長であ
り、ｃは光ファイバ２中での不連続プローブ光の伝播速
度である。また、同式の左辺は光強度検出器５で検出さ
れた散乱光強度の対数であり、同式の右辺第１項は一連
の複数の微小区間に関する散乱光強度、即ちＱｓ（ｉ）
に相当し、同式の右辺第２項はプローブ光の光ファイバ
２中での減衰量であり、同式の右辺第３項は光ファイバ
２に入射したプローブ光強度の対数である。そして、同
式の右辺第１項を「ａ（ｉ，ｊ）＝Ｓｐ（ｚ）・ｄｚ」
として離散表示すると、「｛Ｑｓ（ｉ）｝＝［ａ（ｉ，
ｊ）］｛ｇ（Ｚ，ν）｝となり、これは上記式１３の各
行列要素と等価である。

【００５０】

【数１４】

【００５１】演算手段８は、上記式１３に従って各微小
区間ｚ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）の散乱利得係数ｇｓ（ｉ）
を演算する前に、上記式１４から得られる下記式１５に
従って変数Ｑｓ（ｉ）を計算する。

【００５２】

【数１５】

【００５３】次に、変数Ｑｓ（ｉ）に対するｊ番目の微
小区間ｚ（ｊ）（ｊ＝ｉ〜（ｉ＋ｎ−１））に関するブ
リルアン散乱光の強度データの割合を示す寄与率ａ
（ｉ，ｊ）を計算する方法について説明する。図１１は
光ファイバ２内に入射した不連続ポンプ光の伝播特性を
示す説明図である。同図に示すように、光ファイバ２の
一端から入射した不連続ポンプ光は光ファイバ２内を伝
播するにつれて、その振幅が減衰し、また、波形の立ち
上がりや立ち下がりがなまってくる。

【００５４】図１２は光ファイバ２に入射する不連続ポ
ンプ光の波形の一例を示す波形図である。図において横
軸は時間、縦軸は強度であり、図のように各微小区間の
幅ｄｚ単位にポンプ光をｎ個の微小ポンプ光Ｐｋ（ｋ＝
１〜ｎ）に分割する。式１６は各微小区間の寄与率ａ
（ｉ，ｊ）を演算する寄与率演算式である。同式におい
て、Ｐｋ（０）はｋ番目の微小ポンプ光Ｐｋの入射端に
おける強度であり、Ａは光ファイバコアの断面積であ
り、αｐは減衰係数であり、ｚは上記入射端からの距離
であり、ｄｚは微小区間の長さである。そして、演算手
段８は、図１２に示される入射時ポンプ光の波形データ
の各微小ポンプ光Ｐｋの強度Ｐｋ（０）と各微小ポンプ
光Ｐｋが関わる微小区間ｚ（ｊ）の位置ｚとに基づき下
記式１６に従い各微小区間の寄与率ａ（ｉ，ｊ）を演算
する。

【００５５】

【数１６】

【００５６】そして、この実施の形態２では、上式１３
において、Ｑｓ（ｉ）に上記式１５に従って計算した値
を代入し、各寄与率ａ（ｉ，ｊ）に上記式１６により計
算した値を代入し、ｇｓ（ｍ＋１）〜ｇｓ（ｍ＋ｎ−
１）に歪み無し状態における光ファイバ２の散乱利得係
数の標準値を代入して、各微小区間ｚ（ｉ）（ｉ＝１〜
ｍ）の散乱利得係数ｇｓ（ｉ）を演算する。なお、この
散乱利得係数ｇｓ（ｉ）は各微小区間ｚ（ｉ）に関する
ブリルアン散乱光の光強度によって決まる変数Ｑｓ
（ｉ）に応じた値となるものなので、不連続プローブ光
の設定周波数νｓを所定の周波数範囲で掃引して得られ
た散乱利得係数ｇｓ（ｉ）を各微小区間ｚ（ｉ）ごとに
プロットした場合には図３と同様の利得分布図が得ら
れ、中心周波数演算ステップＳＴ１２では強度データに
よって決まる変数の代わりに散乱利得係数ｇｓ（ｉ）に
基づいて各微小区間ｚ（ｉ）に関するブリルアン散乱光
の中心周波数を演算することができる。

【００５７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、光強度検出器５により各微小区間ｚ（ｉ）の長さの
２倍に相当する所定の有効サンプリング周期で散乱光強
度をサンプリングし、演算手段８により上記式１３の行
列演算を用いて各微小区間ｚ（ｉ）の散乱利得係数を計
算することにより、不連続ポンプ光の継続時間の制限
（例えば２０ｎｓ）に拘わらず、不連続ポンプ光の継続
時間で決まる区間よりも細かい微小区間ｚ（ｉ）（例え
ば５ｃｍ）ごとの歪みを演算することができる。

【００５８】さらに、演算手段８は、光強度検出器５で
検出されたブリルアン散乱光強度Ｐｓ（ｔ，０）及び入
射したプローブ光強度Ｐｓ（ｔ−Ｌ／ｃ，０）とプロー
ブ光の光ファイバ２中での減衰量とに基づき上記式１５
に従って変数Ｑｓ（ｉ）を求め、各微小区間ｚ（ｉ）
（ｉ＝１〜ｍ）の散乱利得係数ｇｓ（ｉ）を演算するの
で、プローブ光の光ファイバ２中での減衰に伴うブリル
アン散乱光の光強度の減衰を補正して、各微小区間に関
するブリルアン散乱光の光強度に近い値を有するＱｓ
（ｉ）を用いて各微小区間の歪みを演算することができ
る。また、演算手段８は各微小区間の寄与率ａ（ｉ，
ｊ）を不連続ポンプ光の減衰特性を考慮して上記式１６
に従って演算しているので、各微小区間の散乱利得係数
ｇｓ（ｉ）の誤差を削減することができる。

【００５９】更に、従来の測定装置よりもはるかに細か
い微小区間ｚ（ｉ）ごとの歪みを測定することができる
ので、橋、覆道、建物などの構造物のみならず、発電
機、人工衛星、飛行機、エレベータケーブルなどの機器
などにも利用して、その歪みの発生状態を有効に測定す
ることができる効果がある。

【００６０】なお、この実施の形態２では、ブリルアン
散乱光を利用して被測定物１の歪みを微小区間毎に効率
よく測定する例を説明したが、同様の手法により、構造
物１の歪み変化がない場合における構造物１の温度変化
とブリルアン散乱光の周波数シフトとの関係を利用して
被測定物１の温度を微小区間毎に効率よく測定すること
ができる。なお、構造物１の温度変化とラマン散乱光の
強度との関係を利用しても、同様の手法により被測定物
１の温度を微小区間毎に効率よく測定することができ
る。

【００６１】実施の形態３．図１３（ｂ）はこの発明の
実施の形態３による測定装置で使用される不連続プロー
ブ光の波形を示す図である。同図に示すように、この不
連続プローブ光は、光ファイバ２の測定区間を等分割し
た、図６（ａ）に示すような各微小区間ｚ（ｉ）の長さ
の２倍に相当する所定の時間間隔Ｔｐ（これは上記実施
の形態２における所定の有効サンプリング周期Ｔｓに相
当している）単位に、図１３（ａ）に示すような所定の
継続時間即ち幅を有する単パルスを分割して得られる、
２Ｔｐの一定の繰り返し周期を有する一連の複数のパル
ス光から成る。所定の区間の測定を行うためには、以下
で示すように、プローブ光源４は、さらに、図１３
（ｃ）に示すような、図１３（ｂ）に示す不連続プロー
ブ光に対してＴｐだけ遅れている、２Ｔｐの一定の繰り
返し周期を有する一連の複数のパルス光から成る他の不
連続プローブ光を同一の所定の区間で対応する不連続ポ
ンプ光と出会うように、制御手段２０による制御のもと
で光ファイバ２に入射する。

【００６２】図１３（ｂ），１３（ｃ）に示すような一
連の複数のパルス光をそれぞれ含む２つの不連続プロー
ブ光により測定される区間は、不連続ポンプ光の幅（例
えば２０ｎｓ）と不連続プローブ光に含まれる一連のパ
ルス光が継続する所定の期間（２０ｎｓ）とにより定ま
り、各微小区間ｚ（ｉ）の長さは上記の所定の時間間隔
Ｔｐにより定まる（実際には、所望の空間分解能を得る
ために即ち各微小区間ｚ（ｉ）の長さを所望の長さに設
定するために、所定の時間間隔Ｔｐが決定される）。例
えば、不連続ポンプ光の幅が２０ｎｓの場合、１つのプ
ローブパルス光により一度に測定される区間は２０ｎｓ
の幅の不連続ポンプ光にプローブパルス光が出会いプロ
ーブパルス光の先頭が不連続ポンプ光の末端とすれ違う
までに要する時間１０ｎｓに相当し、その長さは約２ｍ
（光速を約２ｘ１０^８ｍ／ｓとすると、約２ｘ１０^８ｍ
／ｓ ｘ １０ｘ１０^−９ｓ＝約２ｍ）となる。

【００６３】さらに、図１３（ｂ），１３（ｃ）に示す
ように、各不連続プローブ光の各パルス光の幅は典型的
には０．５ｎｓであり、パルス光のパルス繰り返し周期
は一定で典型的には１ｎｓである。そして、プローブ光
源４は、図１３（ｂ）に示すような一連の複数のパルス
光から成る不連続プローブ光を最初に入射し、さらに、
図１３（ｃ）に示すような、図１３（ｂ）の不連続プロ
ーブ光に対して０．５ｎｓだけ遅延させたものを光ファ
イバ２中へ入射する。この場合、各微小区間の長さは約
５ｃｍ（光速を約２ｘ１０^８ｍ／ｓとすると、２ｘ１０
^８ｍ／ｓ ｘ ０．２５ｘ１０^−９ｓ＝０．０５ｍ）とな
る。従って、不連続プローブ光の各パルスにより測定さ
れる区間に含まれる微小区間の数は４０（＝２ｍ／０．
０５ｍ）となる。また、図１３（ｂ）又は１３（ｃ）に
示すような同一の不連続プローブ光に含まれる各パルス
光により測定される区間は、以下で示すように、その前
のパルス光により測定される区間に対して微小区間２つ
分プローブ光源４側へずれたものとなる。

【００６４】また、図１３（ａ）に示すような上記実施
の形態１〜２で使用される単発の不連続プローブ光の波
形を、Ｔｐのパルス幅の各パルス光を１に対応させＴｐ
の継続時間のパルス光が無いところを０に対応させてコ
ードで示すと、「１１１１．．．」と表すことができ
る。この際、この実施の形態３で使用される図１３
（ｂ）に示す不連続プローブ光は「１０１０．．．」の
コードで表すことができ、図１３（ｃ）に示す図１３
（ｂ）の不連続プローブ光と対をなす他の不連続プロー
ブ光は「０１０１．．．」のコードで表すことができ
る。なお、この実施の形態３の測定装置のこれ以外の構
成は実施の形態２によるものと同様なので説明を省略す
る。

【００６５】次に動作について説明する。光ファイバ２
の測定区間の歪み分布の測定のために、プローブ光源４
は、まず、制御手段２０による制御のもとで図１３
（ｂ）に示すような一連の複数のパルス光を含む１つの
不連続プローブ光を光ファイバ２へ入射する。式１７は
この実施の形態３の利得係数演算ステップＳＴ１１にお
いて使用される利得演算行列式である。同式に示すよう
に、プローブ光は、微小区間ｚ（ｉ）の長さを決定する
繰り返し周期を有する一連の複数のパルス光として所定
の期間の間だけ入射されるので、各プローブパルス光に
関するブリルアン散乱光に寄与する複数の微小区間は、
その前後のいずれのプローブパルス光に関するブリルア
ン散乱光に寄与する複数の微小区間とは２区間分ずつず
れる。例えば、１つのパルス光により同時に測定される
連続する複数の微小区間がｚ（ｉ），ｚ（ｉ＋１），・
・・，ｚ（ｉ＋ｎ−１）であるとき、次のパルスにより
同様に測定される連続する複数の微小区間はｚ（ｉ＋
２），ｚ（ｉ＋３），・・・，ｚ（ｉ＋ｎ＋１）となる
（図６参照）。図１４（ａ）に示すような、一連の複数
のパルス光により生じるブリルアン散乱光の光強度デー
タＰｓ（ｔ_１，０），Ｐｓ（ｔ_３，０），Ｐｓ（ｔ_５，
０），．．．から、変数Ｑｓ（１），Ｑｓ（３），Ｑｓ
（５），．．．が得られる。さらに、プローブ光源４
は、変数Ｑｓ（２），Ｑｓ（４），Ｑｓ（６），．．．
を得るために、同一の設定周波数νｓを有しており、図
１３（ｃ）に示すような、図１３（ｂ）に示した一連の
複数のパルス光を０．５ｎｓだけ遅延させたものを制御
手段２０による制御のもとで光ファイバ２へ入射し、図
１４（ｂ）に示すような、この遅延された一連の複数の
パルス光により生じるブリルアン散乱光の光強度データ
Ｐｓ（ｔ_２，０），Ｐｓ（ｔ_４，０），Ｐｓ（ｔ_６，
０），．．．を得る。なお、図１４（ａ），（ｂ）に示
すような光強度データを得るためには、光強度検出器５
では、４〜５ＧＨｚのサンプリングレートでブリルアン
散乱光強度をサンプリングして複数の光強度データを得
る。そして、サンプリングした光強度データに基づき最
小自乗法等を用いて図１４（ａ），１４（ｂ）に示すよ
うな波形を求め、この波形から光強度データＰｓ
（ｔ_１，０）等を得ている。これ以外の動作は実施の形
態２と同様なので説明を省略する。

【００６６】

【数１７】

【００６７】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、各不連続プローブ光の隣接する２つの異なるパルス
光により測定される２組の複数の微小区間は互いに２つ
ずつずれているので、不連続プローブ光として所定の継
続時間を有する単パルスを使用した場合に問題となる、
隣接する微小区間同士において発生したブリルアン散乱
光同士の干渉による誤差が生じ難くなり、一度に計測さ
れる光強度データによって決まる変数Ｑｓ（ｉ）に含ま
れる誤差を削減することができる効果がある。従って、
この実施の形態３では、ブリルアン散乱光を用いて被測
定物１の微小区間毎の歪みをより正確に測定することが
できる。

【００６８】なお、この実施の形態３では、ブリルアン
散乱光を用いて被測定物１の微小区間毎の歪みを測定す
る例を説明したが、同様の手法により、構造物１のひず
み変化がない場合における構造物１の温度変化とブリル
アン散乱光の周波数シフトとの関係を利用して被測定物
１の微小区間毎の温度を測定することができる。なお、
構造物１の温度変化とラマン散乱光の強度との関係を利
用しても、同様の手法により被測定物１の微小区間毎の
温度を測定することができる。

【００６９】また、上記実施の形態３では、測定区間の
歪み分布測定のために、図１３（ｂ）、１３（ｃ）に示
したような１組の２つの異なる不連続プローブ光を用い
たが、図１３（ｂ）に示すような１つの不連続プローブ
光のみを用いてもよい。この際、空間分解能はこの実施
の形態３の場合の１／２に減少する。即ち、各微小区間
の長さは上記実施の形態３の場合の２倍となる。また、
この場合、ｎは偶数であることが望ましい。

【００７０】実施の形態４．図１５はこの発明の実施の
形態４による測定装置で使用される不連続プローブ光の
波形を示す図である。同図に示すように、上記実施の形
態３と同様に、各不連続プローブ光は、光ファイバ２の
測定区間を等分割した、図６（ａ）に示すような各微小
区間ｚ（ｉ）の長さの２倍に相当する所定の時間間隔Ｔ
ｐ（これは上記実施の形態２における所定の有効サンプ
リング周期Ｔｓに相当している）単位に、所定の継続時
間即ち幅を有する単パルスを分割して得られる一連の複
数のパルス光から成る。しかしながら、上記実施の形態
３とは異なり、各不連続プローブ光のパルス繰り返し周
期は必ずしも２Ｔｐで固定ではなく、所定のコードに対
応したものである。即ち、各不連続プローブ光は、所定
のコードに対応した必ずしも一定ではない周期の一連の
パルス光から成る。継続時間Ｔｐのパルス光が有るとこ
ろを１に対応させ、Ｔｐのパルス光の無いところを０に
対応させた場合、図１５（ａ）に示した例の不連続プロ
ーブ光は、「１０００１０００．．．」という所定のコ
ードに対応しており、この場合はパルス光の繰り返し周
期は一定で４Ｔｐである。また、図１５（ｂ）に示す例
の不連続プローブ光は、「０１００００１０．．．」と
いう所定のコードに対応しており、この場合はパルス光
の繰り返し周期は一定ではない。図１５（ｃ）に示す例
の不連続プローブ光は、「００１００１００．．．」と
いう所定のコードに対応しており、この場合はパルス光
の繰り返し周期は一定ではない。図１５（ｄ）に示す例
の不連続プローブ光は、「０００１０００１．．．」と
いう所定のコードに対応しており、この場合はパルス光
の繰り返し周期は一定で４Ｔｐである。なお、図１５
（ａ）〜１５（ｄ）に示す１組の４つの不連続プローブ
光を重ね合わせると、全ビットが１（ここではＴｐ毎の
部分をここではビットと称する）のコード「１１１１１
１１１．．．」となる。このように、この実施の形態４
による測定装置は、所定の区間に対して、図１５（ａ）
〜１５（ｄ）に示すような４つの異なる所定のコードに
対応する４つの異なる不連続プローブ光を用いて計測を
実施する。なお、１組に含まれる不連続プローブ光の数
は４に限定されるものではなく、２つ以上であり且つ複
数の不連続プローブ光の区別が容易にできるならばどの
ようなパルス列の組み合わせであってもよい。さらに、
この際、不連続プローブ光として所定の継続時間即ち幅
を有する単パルスを使用した場合に問題となる、隣接す
る微小区間同士に関するブリルアン散乱光同士の干渉に
よる誤差を削減するために、部分的に「１１」とならない
ように、各コードを設定することが好ましいが、干渉を
補正することも可能であるので、各不連続プローブ光の
コードは、部分的に「１１」等の２つ以上の「１」が連
続する部分を含んでいてもよい。これ以外の構成は実施
の形態３の測定装置と同様なので説明を省略する。

【００７１】次に動作について説明する。式１８はこの
実施の形態４の利得係数演算ステップＳＴ１１において
使用される利得演算行列式である。光ファイバ２の測定
区間の歪み分布の測定のために、プローブ光源４は、ま
ず、図１５（ａ）に示すような所定のコード「１０００
１０００．．．」に対応した、一連の複数のパルス光を
含む１つの不連続プローブ光を制御手段２０による制御
のもとで光ファイバ２へ入射する。この際、式１８に示
すように、各プローブパルス光に関するブリルアン散乱
光に寄与する複数の微小区間は、その前後のパルス光の
いずれかに関するブリルアン散乱光に寄与する複数の微
小区間と互いに４区間分ずつずれる。例えば、１つのパ
ルス光により同時に計測される連続した複数の微小区間
が「ｚ（ｉ），ｚ（ｉ＋１），・・・，ｚ（ｉ＋ｎ−
１）」であるとき、次のパルス光により同時に計測され
る連続した複数の微小区間は「ｚ（ｉ＋４），ｚ（ｉ＋
５），・・・，ｚ（ｉ＋ｎ＋３）」となる。この結果、
図１６（ａ）に示すように、一連の複数のパルス光によ
り生成されるブリルアン散乱光の測定された光強度Ｐｓ
（ｔ_１，０），Ｐｓ（ｔ_５，０），Ｐｓ（ｔ_９，
０），．．．から、変数Ｑｓ（１），Ｑｓ（５），Ｑｓ
（９），．．．が得られる。さらに、プローブ光源４
は、変数Ｑｓ（２）〜Ｑｓ（４），Ｑｓ（６）〜Ｑｓ
（８）．．．を得るために、同一の設定周波数νｓを有
しており、例えば、所定のコード「０１００００１
０．．．」に対応した、一連の複数のパルス光を含む不
連続プローブ光を制御手段２０による制御のもとで光フ
ァイバ２へ入射して図１６（ｂ）に示すような光強度Ｐ
ｓ（ｔ_２，０），Ｐｓ（ｔ_７，０），Ｐｓ（ｔ_１０，
０），．．．を得、さらに、同一の設定周波数νｓを有
しており、所定のコード「００１００１００．．．」に
対応した一連の複数のパルス光を含む不連続プローブ光
を光ファイバ２へ入射して図１６（ｃ）に示すような光
強度Ｐｓ（ｔ_３，０），Ｐｓ（ｔ_６，０），Ｐｓ（ｔ
_１１，０），．．．を得、最後に、同一の設定周波数ν
ｓを有しており、所定のコード「０００１０００
１．．．」に対応した一連の複数のパルス光を含む不連
続プローブ光を光ファイバ２へ入射して図１６（ｄ）に
示すような光強度Ｐｓ（ｔ_４，０），Ｐｓ（ｔ_８，
０），Ｐｓ（ｔ_１２，０），．．．を得る。これ以外の
動作は実施の形態３と同様なので説明を省略する。

【００７２】

【数１８】

【００７３】なお、上記したように、コードパターンは
図１５に示したものに限られるものではなく、例えば、
最終的に不連続プローブ光の設定周波数νｓ毎に得られ
たｍ個の光強度データによって決まるｍ個の変数Ｑｓ
（１）〜Ｑｓ（ｍ）が得られるように、複数の所定のコ
ードを加算したときに全ビットが１となるように複数の
コードパターンを設定すれば良い。なお、この際、不連
続プローブ光として所定の継続時間即ち幅を有する単パ
ルスを使用した場合に問題となる、隣接する微小区間同
士に関するブリルアン散乱光同士の干渉による誤差を削
減するために、部分的に「１１」とならないように、各コ
ードを設定することが好ましいが、干渉を考慮して補正
することも可能であるので、部分的に「１１」等の２つ以
上「１」が連続してもよい。

【００７４】図１７は、この実施の形態４による測定装
置の一変形例で使用される不連続プローブ光の波形を示
す図である。この変形例による不連続プローブ光は、図
に示すように、一定のパルス繰り返し周期Ｔｐを有し、
それぞれパルス幅Ｔｗを有する一連のパルス光から成
る。図１７に示す一連のパルス光は、全ビットが１のコ
ード「１１１１１１１１．．．」に対応する。このよう
な不連続プローブ光を、一度に、光ファイバ２へ入射す
ることも可能であるが、上記したように、複数のコード
にそれぞれ対応した複数のパルス列に分割して、光ファ
イバ２へ入射してもよい。この変形例では、上記実施の
形態４と同様に５ｃｍの空間分解能を得るためには、Ｔ
ｐは０．５ｎｓである必要がある。この際、光強度検出
器５でのサンプリングレートは８ＧＨｚ以上でなければ
ならない。

【００７５】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、図１６（ａ）〜１６（ｄ）に示すように、１つの不
連続プローブ光に含まれる一連の複数のパルス光に関す
るブリルアン散乱光強度のデータ列と所定のコードとを
対応づけることが可能となり、上記データ列が複数の微
小区間のうちのいずれの複数のものに対応しているかを
容易に判定することができる。即ち、各パルス光により
測定される連続する複数の微小区間に関するブリルアン
散乱光の測定された強度データによって決まる各変数が
光ファイバの測定区間上のどの位置に対応しているかを
容易に判定することができる。従って、サンプリング順
番や記憶順番などがランダムになってしまったとして
も、散乱光の強度データによって決まる変数Ｑｓ（ｉ）
を容易に管理し、利用することができる効果がある。従
って、効率よくブリルアン散乱光を用いて被測定物１の
微小区間毎の歪みを測定することができる。

【００７６】なお、この実施の形態４では、ブリルアン
散乱光を利用して被測定物１の微小区間毎の歪みを効率
よく測定する例を説明したが、同様の手法により、構造
物１のひずみ変化がない場合における構造物１の温度変
化とブリルアン散乱光の周波数シフトとの関係を用いて
被測定物１の微小区間毎の温度を効率よく測定すること
ができる。なお、構造物１の温度変化とラマン散乱光の
強度との関係を利用しても、同様の手法により被測定物
１の微小区間毎の温度を効率よく測定することができ
る。

【００７７】実施の形態５．図１８はこの発明の実施の
形態５による測定装置を示すブロック図である。図にお
いて、１７は光ファイバ２の被測定物１に固定されてい
ない部位である参照ファイバ部であり、１５は参照ファ
イバ部１７の温度を測定する温度測定手段であり、検出
した温度情報は演算手段８に入力される。これ以外の構
成は上記実施の形態２〜４のいずれかと同一であるので
説明を省略する。なお、参照ファイバ部１７は被測定物
１に固定されていないので、歪みがゼロであると仮定す
ることができる。

【００７８】次に動作について説明する。図１９はこの
発明の実施の形態５による図７に示した演算ステップＳ
Ｔ２７の詳細な演算処理手順を示す演算ステップサブフ
ローチャートである。図において、ＳＴ１５は温度測定
手段１５により得られた温度情報に基づいて、演算手段
８が図６（ａ）に示した微小区間ｚ（ｍ＋１）〜ｚ（ｍ
＋ｎ−１）に相当する部位である参照ファイバ部１７の
散乱利得係数（ｇｓ（ｍ＋１）〜ｇｓ（ｍ＋ｎ−１））
を演算する参照ファイバ利得係数演算ステップである。
なお、参照ファイバ部１７は微小区間ｚ（１）〜ｚ（ｎ
−１）に相当する部位であってもかまわない。この場
合、参照ファイバ利得係数演算ステップＳＴ１５では、
参照ファイバ部１７の散乱利得係数（ｇｓ（１）〜ｇｓ
（ｎ−１））が演算される。これ以外の動作は実施の形
態２〜４のいずれかのものと同様なので説明を省略す
る。

【００７９】図２０は光ファイバ２の温度とブリルアン
散乱光の周波数シフトとの関係を示す温度特性図であ
る。図において、横軸は温度、縦軸は周波数シフトであ
る。そして、参照ファイバ利得係数演算ステップＳＴ１
５では、標準温度に対する温度変化量に対応させてブリ
ルアン散乱光の基準中心周波数を補正する。

【００８０】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、参照ファイバ部１７の温度を測定する温度測定手段
１５を設け、この測定温度により参照ファイバ部１７の
散乱利得係数（ｇｓ（ｍ＋１）〜ｇｓ（ｍ＋ｎ−１））
を補正するようにしたので、これらに基づき得られる各
微小区間ｚ（ｉ）の散乱利得係数｛ｇｓ（ｉ）（ｉ＝１
〜ｍ）｝の誤差を削減することができる効果がある。

【００８１】なお、この実施の形態５では、参照ファイ
バ部１７を１箇所に設置した例を説明したが、２箇所以
上に設置してもよい。特に、被測定物１の両端において
隣接する位置にそれぞれ参照ファイバ部１７を設置した
場合には、参照ファイバ部１７の微小区間と被測定物１
の微小区間とが隣接することになって、これらを離間さ
せた場合にその間に発生する余分な微小区間に関する測
定や演算を行う必要がないので、最も効率よく計測する
ことができる。

【００８２】実施の形態６．この発明の実施の形態６に
よる測定装置は周波数シフト及びパワーシフトあるいは
散乱利得係数変化量に基づいて所定の区間又は各微小区
間ｚ（ｉ）の歪み及び温度を演算するものであり、その
構成は上記実施の形態５と同一なので説明を省略する。

【００８３】次に動作について説明する。図２１はこの
発明の実施の形態６による図７に示す演算ステップＳＴ
２７の詳細な演算処理手順を示すフローチャートであ
る。図において、ＳＴ１６は、演算手段８が各微小区間
ｚ（ｉ）に関する散乱光の中心周波数と光ファイバ２に
おけるブリルアン散乱光の標準的な基準中心周波数との
周波数シフトとともに、基準中心周波数の散乱光強度に
対する上記微小区間ｚ（ｉ）に関する散乱光の中心周波
数の散乱光強度のパワーシフト又は散乱利得係数の変化
量を演算する周波数シフト及びパワーシフト演算ステッ
プであり、ＳＴ１７は、演算手段８が微小区間ｚ（ｉ）
の歪みとともに温度を演算する歪み及び温度演算ステッ
プである。これ以外の動作は実施の形態５と同様であり
説明を省略する。

【００８４】図２２はこの発明の実施の形態６による各
微小区間ｚ（ｉ）に関するブリルアン散乱光強度のスペ
クトルを示すグラフである。同図において、Δνは周波
数シフトを示し、ΔＰｓはパワーシフトあるいは散乱利
得係数変化量を示す。これ以外の各符号は図３と同様で
あり説明を省略する。

【００８５】式１９はこの発明の実施の形態６におい
て、周波数シフトΔν、及びパワーシフト又は利得係数
変化量ΔＰｓに基づいて各微小区間ｚ（ｉ）の歪みΔε
及び温度ΔＴを求める特性演算行列式である。同式にお
いて、Ｐ（Ｒ）はレーリー散乱光強度又は不連続ポンプ
光強度、Ｃεν、Ｃεｐ、Ｃｔν、Ｃｔｐは光ファイバ
２に固有の定数である。

【００８６】

【数１９】

【００８７】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、演算手段８において周波数シフト及びパワーシフト
あるいは散乱利得係数変化量に基づいて各微小区間ｚ
（ｉ）の歪み及び温度を演算するようにしたので、ブリ
ルアン散乱光を用いて各微小区間ｚ（ｉ）の歪みと温度
とを同時に測定することができる効果がある。

【００８８】実施の形態７．図２３はこの発明の実施の
形態７による測定装置を示すブロック図である。図にお
いて、１６は光ファイバ２の他端に配設された反射部材
である。なお、光ファイバ２の自由端が反射部材１６の
代わりとなり得るので、反射部材１６を設けなくても構
わない。これ以外の構成は上記実施の形態１〜６のうち
のいずれかと同様なので説明を省略する。なお、この実
施の形態７では、好ましくは、参照ファイバ部１７は図
２３に示すようにｚ（１）〜ｚ（ｎ−１）に相当する部
位である。

【００８９】次に動作について説明する。以下では、図
２に示したフローチャートを参照して、上記実施の形態
１〜６による測定装置の動作と異なる点についてのみ説
明する。ステップＳＴ２において、制御手段２０の制御
のもとでプローブ光源４が光ファイバ２へ不連続プロー
ブ光を入射した後、ステップＳＴ３において、制御手段
２０はポンプ光源３を制御して光ファイバ２の構造物１
に固定された測定区間の所定の区間の反射部材１６側の
端部において反射部材１６で反射した不連続プローブ光
と不連続ポンプ光とが出会うように、不連続ポンプ光を
光ファイバ２へ入射する。その後、上記実施の形態１〜
実施の形態６のいずれかによる測定装置と同様に、ステ
ップＳＴ４〜ＳＴ６を実行する。

【００９０】次に、上記実施の形態２と同様に、ステッ
プＳＴ７の演算ステップにおいて上記式１３に基づいて
各微小区間ｚ（ｉ）（ｉ＝ｎ〜ｍ＋ｎ−１）の散乱利得
係数ｇｓ（ｉ）を演算する前に、下記式２０に従って変
数Ｑｓ（ｉ）を計算することができる。

【００９１】

【数２０】

【００９２】なお、Ｐｓ（ｔ，０）はＺ＝０の位置で測
定された実際のブリルアン散乱光強度即ちプローブ光強
度であり、Ｐｓ（ｔ−２Ｌ／ｃ，０）はＺ＝０の位置で
時刻（ｔ−２Ｌ／ｃ）に測定されたプローブ光強度、α
ｓはプローブ光の減衰係数であり、Ｌは光ファイバ２の
全長であり、ｃは光ファイバ２中での不連続プローブ光
の伝播速度であり、Ｒは反射部材１６の反射ロスであ
る。

【００９３】そして、この実施の形態７による測定装置
の演算手段８は、Ｑｓ（ｉ）に上記式２０に従って計算
した値を代入し、各寄与率ａ（ｉ，ｊ）に上記式１６に
より計算した値を上記式１３と同様な利得演算行列式に
代入し、温度測定手段１５により測定された参照ファイ
バ部１７の温度に基づき参照ファイバ部１７の散乱利得
係数ｇｓ（１）〜ｇｓ（ｎ−１）を演算したものを上記
利得演算行列式に代入して、各微小区間ｚ（ｉ）（ｉ＝
ｎ〜ｍ＋ｎ−１）の散乱利得係数ｇｓ（ｉ）を演算する
ことができる。

【００９４】以上のように、この実施の形態７によれ
ば、光ファイバ２の他端には光を反射する反射部材１６
を配設したので、光ファイバ２の一端にポンプ光源３と
プローブ光源４とを設け、一端から２つの光を光ファイ
バ２へ入射することにより、散乱光の測定を行うことが
できる。特に、光ファイバ２両端間の距離が長い場合に
おいても測定が可能となる。

【００９５】実施の形態８．図２４はこの発明の実施の
形態８による測定装置を示すブロック図である。図にお
いて、１ａ〜１ｃはそれぞれ光ファイバ２に対して互い
に間隔を空けて固定された被測定物であり、１７ａ〜１
７ｃはそれぞれ光ファイバ２の被測定物１ａ〜１ｃに固
定されておらず且つ歪みが生じていない部位である参照
ファイバであり、１５はこれらのうちの１つの参照ファ
イバ１７ａの温度を測定する温度測定手段である。これ
以外の構成は実施の形態７と同様であり説明を省略す
る。

【００９６】次に動作について説明する。測定装置は、
光ファイバ２上に設定された各測定区間（各被測定物１
ａ〜１ｃに固定された区間）について歪み及び温度の測
定を行う。全ての被測定物１ａ〜１ｃを一括して計測す
る場合には、例えば、散乱光の強度計測を光ファイバ２
の全長に渡って行うとともに、温度測定手段１５が所定
の参照ファイバ１７ａの温度を測定し、演算手段８がこ
の温度が計測された参照ファイバ１７ａの部位から順番
に微小区間毎の周波数シフト及び散乱利得係数変化量を
演算し、これらに基づいて各微小区間の歪み及び温度を
演算すればよい。

【００９７】１つの被測定物を計測する場合や複数の被
測定物をばらばらに計測する場合には、例えば、所定の
被測定物の微小区間とともにその被測定物から隣接する
参照ファイバまでの区間を測定するとともに、温度測定
手段１５が所定の参照ファイバ１７ａの温度を測定し、
演算手段８がこの温度が計測された参照ファイバ１７ａ
の部位の温度を参照しつつ、上記測定区間の参照ファイ
バから順番に微小区間毎の周波数シフト及び利得係数変
化量を演算し、これらに基づいて歪み及び温度を演算す
ればよい。なお、これらの演算方法から明らかなよう
に、参照ファイバ１７ａ〜１７ｃは各被測定物１ａ〜１
ｃに隣接する位置に配設した場合に最も効率よく歪み及
び温度を演算することができる。また、温度計測手段は
各参照ファイバ１７ａ〜１７ｃに対応させて配設しても
よい。

【００９８】以上のように、この実施の形態８によれ
ば、光ファイバ２は複数の被測定物１ａ〜１ｃに固定さ
れているので、光ファイバ２を複数の被測定物１ａ〜１
ｃに固定してそのケーブル長を有効に利用して測定を行
うことができる。また、参照ファイバ１７ａ〜１７ｃ自
体の温度を測定して、これに基づいて各被測定物１ａ〜
１ｃの散乱利得係数ｇｓ（ｍ＋１）〜ｇｓ（ｍ＋ｎ−
１）を補正演算しているので、単に計測されたブリルア
ン散乱光強度データから得られる利得係数に基づいて歪
みや温度を演算する場合に比べて、より正確な歪みや温
度を得ることができる。

【００９９】なお、この実施の形態８では、複数の被測
定物１ａ〜１ｃを１つの光ファイバ２で測定する例とし
て説明したが、ほかにも、被測定物１ａ〜１ｃを複数の
測定区間に分けて各測定区間毎に参照ファイバを設ける
構成とすることにより、１つの被測定物を複数の測定区
間に分割して測定することも同様に可能である。

【０１００】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被測
定物に固定される光ファイバへ不連続ポンプ光を入射す
るとともに、上記光ファイバへ不連続プローブ光を入射
し、これら２つの光の相互作用により生じた散乱光強度
を光強度検出器が検出するので、この散乱光強度に基づ
いて演算手段は光ファイバの測定区間内の所定の区間の
歪み及び／又は温度を演算することができる効果があ
る。特に、従来の測定装置と異なり、プローブ光として
不連続プローブ光を利用しているので、光強度検出器に
おける計測の時間間隔を短くすることで、従来の測定装
置よりも細かい空間分解能にて歪み及び／又は温度を測
定することができる効果がある。

【０１０１】この発明によれば、光強度検出器が、所定
の区間を等分割して得られる複数の微小区間の各長さの
２倍に相当する所定の時間間隔で散乱光の光強度を計測
するので、従来の測定装置よりも細かい空間分解能にて
歪み及び／又は温度を測定することができる効果があ
る。

【０１０２】この発明によれば、光ファイバの測定区間
はｍ個の微小区間に等分割し、ポンプ光源は各微小区間
の長さの２倍に相当する所定の時間間隔のｎ倍に相当す
る継続時間即ち幅を有する不連続ポンプ光を上記光ファ
イバへ入射し、演算手段は、上記所定の時間間隔で光強
度検出器で検出された、不連続プローブ光の設定周波数
νｓにおける散乱光強度から上記式１３に基づいて上記
各微小区間の散乱利得係数を演算し、この散乱利得係数
に基づいて上記各微小区間からの散乱光の周波数シフト
を演算し、更に、散乱光の周波数シフト及び／又は散乱
光強度に基づき上記各微小区間の歪み及び／又は温度を
演算するので、従来の測定装置よりも細かい空間分解能
にて歪み及び／又は温度を演算することができる効果が
ある。

【０１０３】この発明によれば、プローブ光源が、設定
周波数毎に、各微小区間の長さの２倍に相当する所定の
時間間隔を単位に所定の継続時間即ち幅を有する不連続
光を分割して得られる、それぞれ一連の複数のパルス光
から成る、少なくとも２つの不連続プローブ光のそれぞ
れと不連続ポンプ光とを光ファイバの所定の場所で重な
るように制御手段による制御のもとで順次上記光ファイ
バに入射し、演算手段が、光強度検出器により検出され
た光強度から上記式１３に基づいて上記各微小区間の散
乱利得係数を演算し、この散乱利得係数に基づいて上記
各微小区間からの散乱光の周波数シフトを演算し、更
に、散乱光の周波数シフト及び／又は散乱光強度に基づ
き上記各微小区間の歪み及び／又は温度を演算するの
で、従来の測定装置よりも細かい空間分解能にて各微小
区間の歪み及び／又は温度を演算することができる効果
がある。さらに、プローブ光として継続時間内で連続し
た光を使用した場合に問題となる、隣接する微小区間同
士のブリルアン散乱光同士の干渉による誤差が生じ難く
なり、複数の強度データによって決まる変数に含まれる
誤差を削減することができる効果がある。

【０１０４】この発明によれば、プローブ光源が、設定
周波数毎に、所定の時間間隔に等しい所定のパルス繰り
返し周期を有する一連の複数のパルス光を上記光ファイ
バに入射するか、又は、この一連の複数のパルス光を分
割して得られる、それぞれ一連の複数のパルス光から成
る、少なくとも２つの不連続プローブ光をそれぞれそれ
に対応した不連続ポンプ光と上記光ファイバの所定の場
所で重なるように制御手段による制御のもとで順次上記
光ファイバに入射し、演算手段が、光強度検出器により
検出された光強度から上記式１３に基づいて上記各微小
区間からの散乱光の散乱利得係数を演算し、この散乱利
得係数に基づいて上記各微小区間からの散乱光の周波数
シフトを演算し、更に、この周波数シフトの量に応じて
上記各微小区間の歪み及び／又は温度を演算するので、
この各微小区間からの散乱光の散乱利得係数に基づいて
各微小区間の歪み及び／又は温度を演算することができ
る効果がある。さらに、プローブ光として継続時間内で
連続した光を使用した場合に問題となる、隣接する微小
区間同士のブリルアン散乱光同士の干渉による誤差が生
じ難くなり、複数の強度データによって決まる変数に含
まれる誤差を削減することができる効果がある。

【０１０５】この発明によれば、各不連続プローブ光に
含まれる複数のパルス光は、一定の繰返し周期を有して
いるので、プローブ光として継続時間内で連続した光を
使用した場合に問題となる、隣接する微小区間同士のブ
リルアン散乱光同士の干渉による誤差が生じ難くなり、
複数の強度データによって決まる変数に含まれる誤差を
削減することができる効果がある。

【０１０６】この発明によれば、各不連続プローブ光に
含まれる複数のパルス光は、所定のコードに対応した必
ずしも一定ではない周期で断続的に連なるものであるの
で、複数のパルス光により測定された散乱光の光強度の
データ列と上記所定のコードとを対応づけることが可能
となり、上記データ列が複数の微小区間のうちのいずれ
の複数のものに対応しているかを容易に判定することが
できる効果がある。即ち、不連続プローブ光に含まれる
各パルス光による連続する複数の微小区間に関する散乱
光が光強度検出器に入射することにより測定される強度
データによって決まる各変数が光ファイバの測定区間上
のどの位置に対応しているかを容易に判定することがで
きる効果がある。

【０１０７】この発明によれば、ポンプ光源が光ファイ
バの一端から不連続ポンプ光を入射し、プローブ光源が
上記光ファイバの他端から不連続プローブ光を入射し、
光強度検出器が上記光ファイバの上記一端から出力され
る出力光の光強度を検出し、演算手段は、上記式１５に
従って、不連続プローブ光の光ファイバ中での減衰量を
加算して、変数Ｑｓ（ｉ）を求めるようにしたので、不
連続プローブ光の光ファイバ中での減衰に伴う上記光強
度の減衰を補正することができ、各微小区間に関する散
乱光の光強度に近い値を有するＱｓ（ｉ）を用いて各微
小区間の歪み及び／又は温度を演算することができる効
果がある。

【０１０８】この発明によれば、光ファイバの被測定物
に固定されていない部位である参照ファイバの温度を測
定する温度測定手段を備え、演算手段が、上記測定温度
に応じてｇｓ（ｍ＋１）からｇｓ（ｍ＋ｎ−１）（又は
ｇｓ（１）からｇｓ（ｎ−１））までの散乱利得係数を
演算した後、上記式１３に基づいて上記各微小区間から
の散乱光の散乱利得係数を演算するので、このｇｓ（ｍ
＋１）からｇｓ（ｍ＋ｎ−１）（又はｇｓ（１）からｇ
ｓ（ｎ−１））までの散乱利得係数に光ファイバの標準
値を代入した場合に比べて、演算に用いる上記利得係数
をより測定時の実際の利得係数に近いものとすることが
でき、ひいては各微小区間からの散乱光の散乱利得係数
に基づいて演算される各微小区間の歪み及び／又は温度
の誤差を削減することかできる効果がある。

【０１０９】この発明によれば、演算手段が、上記式１
６に基づいて各微小区間の寄与率を演算した後、上記式
１３に基づいて上記各微小区間の散乱利得係数を演算す
るので、不連続ポンプ光の波形なまりや伝播に伴う減数
量を考慮して測定状態に近い寄与率に基づいて各微小区
間の歪みや温度を演算することができ、ひいては各微小
区間の寄与率に基づいて演算される各微小区間の歪み及
び／又は温度の誤差を削減することかできる効果があ
る。

【０１１０】この発明によれば、演算手段が、上記式１
９に基づいて該微小区間の歪み及び温度を演算するの
で、１回の測定にて各微小区間の歪みと温度とを同時に
得ることができる効果がある。

【０１１１】この発明によれば、反射部材が光ファイバ
の他端に設けられており、ポンプ光源が光ファイバの一
端から不連続ポンプ光を入射し、プローブ光源が上記光
ファイバの上記一端から不連続プローブ光を入射し、光
強度検出器が上記光ファイバの上記一端から出力される
出力光の光強度を検出するので、光ファイバの一端に設
けられたポンプ光源及びプローブ光源から光ファイバへ
それぞれポンプ光及びプローブ光を入射することによ
り、散乱光の測定を行うことができる効果がある。特
に、光ファイバの全長が長くなるような場合において、
プローブ光源とポンプ光源とのタイミング制御が難しく
なってしまうような場合においても測定が可能となる効
果がある。

【０１１２】この発明によれば、光ファイバは１つ又は
複数の被測定物に固定されているので、光ファイバを複
数の被測定物に固定してそのケーブル長を有効に利用し
つつ、必要に応じて特定の測定区間のみを測定すること
により、効率よく測定処理を実行することができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による測定装置を示
すブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による測定装置の動
作を示すフローチャートである。

【図３】 この発明の実施の形態１による各微小区間に
おいて発生したブリルアン散乱光強度（利得係数）のス
ペクトルを示すグラフである。

【図４】 この発明の実施の形態１による演算ステップ
の詳細な演算処理手順を示す演算ステップサブフローチ
ャートである。

【図５】 この発明の実施の形態１による予め判ってい
る周波数シフトと歪みとの特性関係を示す特性図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態２による光ファイバに
対する微小区間の設定を示す説明図である。

【図７】 この発明の実施の形態２による測定装置の動
作を示すフローチャートである。

【図８】 この発明の実施の形態２による演算ステップ
の詳細な演算処理手順を示す演算ステップサブフローチ
ャートである。

【図９】 この発明の実施の形態２における光強度検出
器５で測定されるブリルアン散乱光の強度を示すグラフ
である。

【図１０】 この発明の実施の形態２における式１２の
各変数の関係を説明するための変数説明図である。

【図１１】 光ファイバ内の光の伝播特性を示す説明図
である。

【図１２】 この発明の実施の形態２において光ファイ
バに入射するポンプ光の波形を示す波形図である。

【図１３】 この発明の実施の形態３において使用する
不連続プローブ光の波形を示す図である。

【図１４】 この発明の実施の形態３における光強度検
出器５で測定されるブリルアン散乱光の強度を示すグラ
フである。

【図１５】 この発明の実施の形態４において使用する
不連続プローブ光の波形を示す図である。

【図１６】 この発明の実施の形態４における光強度検
出器５で測定されるブリルアン散乱光の強度を示すグラ
フである。

【図１７】 この発明の実施の形態４の一変形例におい
て使用する不連続プローブ光の波形を示す図である。

【図１８】 この発明の実施の形態５による測定装置を
示すブロック図である。

【図１９】 この発明の実施の形態５による演算ステッ
プの詳細な演算処理手順を示す演算ステップサブフロー
チャートである。

【図２０】 光ファイバの温度とブリルアン散乱光の周
波数シフトとの関係を示す温度特性図である。

【図２１】 この発明の実施の形態６による演算ステッ
プの詳細な演算処理手順を示すフローチャートである。

【図２２】 この発明の実施の形態６による各微小区間
に関するブリルアン散乱光の強度のスペクトルを示すグ
ラフである。

【図２３】 この発明の実施の形態７による測定装置を
示すブロック図である。

【図２４】 この発明の実施の形態８による測定装置を
示すブロック図である。

【図２５】 従来の測定装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１，１ａ〜１ｃ 構造物（被測定物）、２ 光ファイ
バ、３ ポンプ光源、４プローブ光源、５ 光強度検出
器、７ フィルタ、８ 演算手段、１５ 温度測定手
段、１６ 反射部材、１７ 参照ファイバ部、２０ 制
御手段。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に固定される光ファイバと、上
   記光ファイバに不連続ポンプ光を入射するポンプ光源
   と、上記光ファイバに不連続プローブ光を入射するプロ
   ーブ光源と、上記不連続プローブ光の周波数を設定する
   とともに所定の周波数範囲で上記不連続プローブ光の周
   波数を掃引する制御手段と、上記上記光ファイバから出
   力される出力光の光強度を検出する光強度検出器と、上
   記光強度検出器への上記出力光の光路に配設され、この
   出力光に含まれる散乱光を透過するフィルタと、上記光
   強度検出器で検出されたものであり、上記制御手段によ
   り掃引された周波数範囲の散乱光強度に基づいて上記光
   ファイバの測定区間内の所定の区間の歪み及び／又は温
   度を演算する演算手段とを備えた測定装置。
2. 【請求項２】 光強度検出器は、測定区間を等分割して
   得られる複数の微小区間の各長さの２倍に相当する所定
   の時間間隔で散乱光の光強度を計測し、演算手段は、上
   記光強度検出器で検出された光強度に基づいて上記光フ
   ァイバの測定区間の各微小区間の歪み及び／又は温度を
   演算することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 【請求項３】 光ファイバの測定区間をｍ個の微小区間
   に等分割し、ポンプ光源は各微小区間の長さの２倍に相
   当する所定の時間間隔のｎ倍に相当する継続時間即ち幅
   を有する不連続ポンプ光を上記光ファイバへ入射し、演
   算手段は、光強度検出器により上記所定の時間間隔で検
   出された、不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける
   散乱光強度から下記式１に従って上記各微小区間の散乱
   利得係数を演算し、不連続プローブ光の設定周波数νｓ
   が掃引された所定の周波数範囲について演算された散乱
   利得係数に基づいて上記各微小区間に関する散乱光の周
   波数シフトを演算し、更に、散乱光の周波数シフト及び
   ／又は散乱光強度に基づき上記各微小区間の歪み及び／
   又は温度を演算することを特徴とする請求項２記載の測
   定装置。 【数１】 但し、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少なくとも、上記
   不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける、上記測定
   区間の一端部に最も近い微小区間から数えてｉ番目から
   （ｉ＋ｎ−１）番目の微小区間に関する散乱光強度と上
   記光ファイバに入射した不連続プローブ光強度とによっ
   て決まる変数であり、ｇｓ（ｉ）は、上記不連続プロー
   ブ光の設定周波数νｓにおける、上記ｉ番目の微小区間
   の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）はＱｓ（ｉ）に対
   するｊ番目の微小区間に関する散乱光の光強度の割合を
   示す寄与率である。
4. 【請求項４】 被測定物に固定され、それぞれ所定の長
   さを有するｍ個の微小区間に等分割された測定区間を有
   する光ファイバと、 上記光ファイバに不連続ポンプ光を入射するポンプ光源
   と、 上記光ファイバに不連続プローブ光を入射するプローブ
   光源と、 上記不連続プローブ光の周波数を設定するとともに所定
   の周波数範囲で上記不連続プローブ光の周波数を掃引す
   る制御手段と、 上記光ファイバから出力される出力光の光強度を検出す
   る光強度検出器と、上記光強度検出器への上記出力光の
   光路に配設され、この出力光に含まれる散乱光を透過す
   るフィルタと、 上記光強度検出器で検出された光強度に基づいて上記光
   ファイバの上記測定区間の歪み及び／又は温度分布を演
   算する演算手段とを備えており、 上記ポンプ光源は、上記制御手段による制御のもとで、
   各不連続プローブ光に対して、各微小区間の長さの２倍
   に相当する所定の時間間隔のｎ倍に相当する継続時間即
   ち幅を有する不連続ポンプ光を上記光ファイバへ入射
   し、 上記プローブ光源は、上記制御手段により設定された上
   記不連続プローブ光の設定周波数毎に、上記所定の時間
   間隔を単位に所定の継続時間即ち幅を有する不連続光を
   分割して得られる、それぞれ一連の複数のパルス光から
   成る、少なくとも２つの不連続プローブ光のそれぞれと
   不連続ポンプ光とを上記光ファイバの所定の場所で出会
   うように上記制御手段による制御のもとで順次上記光フ
   ァイバに入射し、 上記演算手段は、上記光強度検出器により検出された不
   連続プローブ光の設定周波数νｓにおける散乱光強度か
   ら下記式２に従って上記各微小区間の散乱利得係数を演
   算し、不連続プローブ光の設定周波数νｓが掃引された
   所定の周波数範囲について演算された散乱利得係数に基
   づいて上記各微小区間に関する散乱光の周波数シフトを
   演算し、更に、散乱光の周波数シフト及び／又は散乱光
   強度に基づき上記各微小区間の歪み及び／又は温度を演
   算する測定装置。 【数２】 但し、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少なくとも、上記
   不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける、上記測定
   区間の一端部に最も近い微小区間から数えてｉ番目から
   （ｉ＋ｎ−１）番目の微小区間に関する散乱光強度と上
   記光ファイバに入射した不連続プローブ光強度とによっ
   て決まる変数であり、ｇｓ（ｉ）は、上記不連続プロー
   ブ光の設定周波数νｓにおける、上記ｉ番目の微小区間
   の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）はＱｓ（ｉ）に対
   するｊ番目の微小区間に関する散乱光強度の割合を示す
   寄与率である。
5. 【請求項５】 被測定物に固定され、それぞれ所定の長
   さを有するｍ個の微小区間に等分割された測定区間を有
   する光ファイバと、 上記光ファイバに不連続ポンプ光を入射するポンプ光源
   と、 上記光ファイバに不連続プローブ光を入射するプローブ
   光源と、 上記不連続プローブ光の周波数を設定するとともに所定
   の周波数範囲で上記不連続プローブ光の周波数を掃引す
   る制御手段と、 上記光ファイバから出力される出力光の光強度を検出す
   る光強度検出器と、上記光強度検出器への上記出力光の
   光路に配設され、この出力光に含まれる散乱光を透過す
   るフィルタと、 上記光強度検出器で検出された光強度に基づいて上記光
   ファイバの上記測定区間の歪み及び／又は温度分布を演
   算する演算手段とを備えており、 上記ポンプ光源は、上記制御手段による制御のもとで、
   各不連続プローブ光に対して、各微小区間の長さの２倍
   に相当する所定の時間間隔のｎ倍に相当する継続時間即
   ち幅を有する不連続ポンプ光を上記光ファイバへ入射
   し、 上記プローブ光源は、上記制御手段により設定された上
   記不連続プローブ光の設定周波数毎に、上記所定の時間
   間隔に等しい所定のパルス繰り返し周期を有する一連の
   複数のパルス光を上記光ファイバに入射するか、又は、
   この一連の複数のパルス光を分割して得られる、それぞ
   れ一連の複数のパルス光から成る、少なくとも２つの不
   連続プローブ光を順次入射し、各不連続プローブ光と不
   連続ポンプ光とを上記光ファイバの所定の場所で重なる
   ように上記制御手段による制御のもとで順次上記光ファ
   イバに入射し、 上記演算手段は、光強度検出器により所定のサンプリン
   グ周期で検出された光強度から下記式３に従って上記各
   微小区間の散乱利得係数を演算し、不連続プローブ光の
   設定周波数νｓが掃引された所定の周波数範囲について
   演算された散乱利得係数に基づいて上記各微小区間に関
   する散乱光の周波数シフトを演算し、更に、散乱光の周
   波数シフト及び／又は散乱光強度に基づき上記各微小区
   間の歪み及び／又は温度を演算する測定装置。 【数３】 但し、Ｑｓ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）は、少なくとも、上記
   不連続プローブ光の設定周波数νｓにおける、上記測定
   区間の一端部に最も近い微小区間から数えてｉ番目から
   （ｉ＋ｎ−１）番目の微小区間に関する散乱光強度と上
   記光ファイバに入射した不連続プローブ光強度とによっ
   て決まる変数であり、ｇｓ（ｉ）は、上記不連続プロー
   ブ光の設定周波数νｓにおける、上記ｉ番目の微小区間
   の散乱利得係数であり、ａ（ｉ，ｊ）はＱｓ（ｉ）に対
   するｊ番目の微小区間に関する散乱光の光強度の割合を
   示す寄与率である。
6. 【請求項６】 各不連続プローブ光に含まれる複数のパ
   ルス光は、一定の繰返し周期を有することを特徴とする
   請求項４または請求項５記載の測定装置。
7. 【請求項７】 各不連続プローブ光に含まれる複数のパ
   ルス光は、所定のコードに対応した必ずしも一定ではな
   い周期で断続的に連なるものであることを特徴とする請
   求項４または請求項５記載の測定装置。
8. 【請求項８】 ポンプ光源は光ファイバの一端から不連
   続ポンプ光を入射し、プローブ光源は上記光ファイバの
   他端から不連続プローブ光を入射し、光強度検出器は上
   記光ファイバの上記一端から出力される出力光の光強度
   を検出し、演算手段は、下記式４に従って、不連続プロ
   ーブ光の光ファイバ中での減衰量を考慮して、変数Ｑｓ
   （ｉ）を求めることを特徴とする請求項３から請求項７
   のうちのいずれか一項記載の測定装置。 【数４】 但し、Ｐｓ（ｔ，０）は上記光強度検出器により上記光
   ファイバの上記一端で時刻ｔに検出された散乱光強度で
   あり、Ｐｓ（ｔ−Ｌ／ｃ，Ｌ）は上記光ファイバの上記
   他端で時刻（ｔ−Ｌ／ｃ）に検出されたプローブ光強度
   であり、αｓは上記不連続プローブ光の減衰係数であ
   り、Ｌは上記光ファイバの全長であり、ｃは上記光ファ
   イバ中での上記不連続プローブ光の伝播速度である。
9. 【請求項９】 散乱利得係数ｇｓ（ｍ＋１）からｇｓ
   （ｍ＋ｎ−１）（又はｇｓ（１）からｇｓ（ｎ−１））
   に関する、光ファイバの被測定物に固定されていない部
   位である参照ファイバ部の温度を測定する温度測定手段
   を備えており、演算手段は、上記測定温度に基づきｇｓ
   （ｍ＋１）からｇｓ（ｍ＋ｎ−１）（又はｇｓ（１）か
   らｇｓ（ｎ−１））までの散乱利得係数を演算した後、
   式１（又は式２若しくは式３）に基づいて各微小区間の
   散乱利得係数を演算することを特徴とする請求項３から
   請求項８のうちのいずれか一項記載の測定装置。
10. 【請求項１０】 演算手段は、下記式５に従って各微小
    区間の寄与率を演算した後、式１（又は式２若しくは式
    ３）に基づいて上記各微小区間の散乱利得係数を演算す
    ることを特徴とする請求項３から請求項９のうちのいず
    れか一項記載の測定装置。 【数５】 但し、Ｐｋ（０）は不連続ポンプ光をｎ等分した場合に
    ｋ番目となる不連続ポンプ光の分割された部分の入射端
    における強度であり、Ａはファイバコアの断面積であ
    り、αｐは不連続ポンプ光の減衰係数であり、ｚは不連
    続ポンプ光の入力端から所定の微小区間までの光路長で
    あり、ｄｚはこの微小区間の長さである。
11. 【請求項１１】 演算手段は、下記式６に従って各微小
    区間の歪み及び温度を演算することを特徴とする請求項
    ３から請求項１０のうちのいずれか一項記載の測定装
    置。 【数６】 但し、Δνは散乱光の周波数シフトであり、ΔＰｓは散
    乱光のパワーシフトあるいは散乱利得係数変化量であ
    り、Ｐ（Ｒ）はレーリー散乱光強度あるいは不連続ポン
    プ光強度であり、Ｃεν、Ｃεｐ、Ｃｔν、Ｃｔｐは光
    ファイバに固有の定数である。
12. 【請求項１２】 反射部材が光ファイバの一端に設けら
    れており、ポンプ光源は光ファイバの他端から不連続ポ
    ンプ光を入射し、プローブ光源は上記光ファイバの上記
    他端から不連続プローブ光を入射し、光強度検出器は上
    記光ファイバの上記他端から出力される出力光の光強度
    を検出することを特徴とする請求項１から請求項７のう
    ちのいずれか一項記載の測定装置。
13. 【請求項１３】 光ファイバは１つ又は複数の被測定物
    に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項
    １２のうちのいずれか一項記載の測定装置。