JP2007292503A - ブリルアンスペクトル測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光ファイバにおける所定区間のブリルアンスペクトルのパラメタをより精度良く測定すること。
【解決手段】本発明のブリルアンスペクトル測定装置１は、光ファイバ部１０と、光ファイバ部１０から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する測定器５と、を備える。光ファイバ部１０は、センシングファイバ１１と、センシングファイバ１１に直列接続された接続用ファイバ１２，１３とを含む。所定の温度及び所定の印加歪状態において、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数νB1と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数νB1との差は、センシングファイバ１１及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの線幅以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブリルアンスペクトル測定装置に関する。
光ファイバに光を入力して該光ファイバから出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを測定し、測定したブリルアンスペクトルのパラメタを用いて光ファイバの温度又は歪を計測する技術が知られている（下記非特許文献１参照）。
しかし、測定対象区間とそれ以外の部分とで同種のファイバを使うと、それぞれのブリルアンスペクトルが重なり、測定対象区間の正確なブリルアンスペクトルを測定できない、また、測定対象の位置が分かりにくいという問題があった。
このような課題に対して、例えば、下記特許文献１には、波長１．５５μｍ用の光ファイバを計測対象区間に貼り付けると共に、その光ファイバと波長１．３μｍ用の光ファイバとを接続し、そこから出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを測定して、計測対象区間を識別する技術が記載されている。
特開平１１−２８７６７０号公報 Nikles, et al., 「Brillouin Gain Spectrum Characterization in Single-Mode OpticalFibers」,Journal of Lightwave Technology, 1997年10月,vol.15, no.10, p.1842-1851
しかしながら、上記特許文献１の技術では、計測対象区間に貼り付けられた光ファイバのブリルアンスペクトルと計測対象とは異なる区間に対応する光ファイバのブリルアンスペクトルとが互いに重なり合い、それぞれのブリルアンスペクトルのパラメタを識別できない場合がある。この場合、計測対象区間の温度及び歪を精度良く測定することはできない。また、計測対象区間を明確に判別することができない。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光ファイバにおける所定区間のブリルアンスペクトルのパラメタをより精度良く測定するとともに、測定対象の位置を精度よく把握することが可能なブリルアンスペクトル測定装置を提供することを目的とする。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置は、第一光ファイバと、第一光ファイバに直列接続された第二光ファイバとを少なくとも含む光ファイバ部と、光ファイバ部から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する検出手段とを備え、所定の温度及び所定の印加歪状態において、第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数との差は、第一光ファイバ及び第二光ファイバのブリルアンスペクトルの線幅以上であることを特徴とする。
本発明によれば、検出するブリルアン散乱光のスペクトルにおいて、第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上となる。よって、第一光ファイバのブリルアンスペクトルと第二光ファイバのブリルアンスペクトルが重ならないので、それぞれのブリルアンスペクトルを明確に判別することができる。また、それぞれのブリルアンスペクトルパラメタを精度良く測定することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置は、第一光ファイバと、第一光ファイバに直列接続された第二光ファイバとを含む光ファイバ部と、光ファイバ部から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する検出手段とを備え、所定の温度範囲又は所定の印加歪範囲において、第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最小値は、第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最大値より大きいことを特徴とする。
本発明によれば、所定の温度範囲、または印加歪範囲において、検出するブリルアン散乱光のスペクトルでは、第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数が、第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数よりも大きい。よって、所定の温度範囲または印加歪範囲全体において、第一光ファイバのブリルアンスペクトルと第二光ファイバのブリルアンスペクトルが重ならないので、その温度範囲または印加歪範囲全体でブリルアンスペクトルを明確に判別することができる。また、それぞれのブリルアンスペクトルパラメタを精度良く測定することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置は、所定の温度範囲又は所定の印加歪範囲において、第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最小値と第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最大値との差は、第一光ファイバ及び第二光ファイバのブリルアンスペクトルの線幅以上であることも好ましい。
本発明によれば、所定の温度範囲、または印加歪範囲において、検出するブリルアン散乱光のスペクトルでは、第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上となる。よって、所定の温度範囲または印加歪範囲全体において、第一光ファイバのブリルアンスペクトルと第二光ファイバのブリルアンスペクトルが重ならないので、その温度範囲または印加歪範囲全体でブリルアンスペクトルを明確に判別することができる。また、それぞれのブリルアンスペクトルパラメタを精度良く測定することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置では、第一光ファイバと第二光ファイバとのうちいずれか一方の光ファイバが、測定対象に設置され、他方の光ファイバは、一方の光ファイバの両端にそれぞれ直列接続されると共に測定対象以外の部分に設置され、検出手段は、光ファイバ部の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を検出することも好ましい。また、他方のファイバは、一端が一方のファイバに直列接続されるとともに他端が検出手段に接続されていても良い。
このようにすることにより、測定対象に対応する第一光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメタと第二光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメタとを精度よく判別することができる。すなわち、測定対象区間に対応するブリルアンスペクトルと測定対象区間以外に対応するブリルアンスペクトルとを判別することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置は、第一光ファイバと第二光ファイバとのうちいずれか一方の光ファイバが、測定対象に設置され、他方の光ファイバが、一方の光ファイバの両端にそれぞれ挿入されて一方の光ファイバと直列接続されると共に、他方のファイバの両端に一方のファイバと同種のファイバが直列接続され、検出手段は、光ファイバ部の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を検出することも好ましい。
このようにすることにより、測定対象に対応する第一光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメタと第二光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメタとを精度よく判別することができる。すなわち、測定対象区間の開始位置に対応するブリルアンスペクトルと終了位置に対応するブリルアンスペクトルとを判別することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置は、第一光ファイバと第二光ファイバのうち、いずれか一方の光ファイバが、予め決められた長さで、他方の光ファイバにおける予め決められた位置に挿入されて直列接続されることにより光ファイバ部を構成し、検出手段は、光ファイバ部の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を検出することも好ましい。
このようにすることにより、第一光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメタと第二光ファイバのブリルアンスペクトルのパラメタとを精度よく判別することができる。すなわち、測定対象区間における各位置に対応するブリルアンスペクトルを判別することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置では、検出手段が検出したブリルアンスペクトルの中心周波数、線幅、及びゲインのうち少なくとも一つを用いて第一光ファイバ又は第二光ファイバの温度を測定する温度測定手段を備えることも好ましい。
このようにすることにより、測定された温度に対応する場所をより正確に特定することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置では、検出手段が検出したブリルアンスペクトルの中心周波数、線幅、及びゲインのうち少なくとも一つを用いて第一光ファイバ又は第二光ファイバの歪を測定する歪測定手段を備えることも好ましい。
このようにすることにより、測定された歪に対応する場所をより正確に特定することができる。
本発明のブリルアンスペクトル測定装置は、検出手段が検出したブリルアンスペクトルに基づいて少なくとも第一光ファイバのブリルアンスペクトルと第二光ファイバのブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する判別手段と、判別手段が判別した第一光ファイバのブリルアンスペクトルに基づいて第一光ファイバの温度又は歪を測定すると共に、判別手段が判別した第二光ファイバのブリルアンスペクトルに基づいて第二光ファイバの温度又は歪を測定する測定手段と、少なくとも第一光ファイバ及び第二光ファイバにおける温度または歪測定結果を統合して、光ファイバ部における長手方向の温度又は歪分布を決定する分布決定手段とを備えることも好ましい。
このようにすることにより、ＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical TimeDomain Reflectometry）、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation DomainAnalysis）などの技術を用いなくても、より簡便な測定から温度分布または歪分布を測定することができる。
本発明によれば、光ファイバにおける所定区間のブリルアンスペクトルのパラメタをより精度良く測定することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置の構成図である。本実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置１は、測定器（検出手段）５と、判別部７と、温度・歪測定部（温度測定手段、歪測定手段）９と、光ファイバ部１０とを備えて、測定対象３の温度及び歪を測定する装置である。
測定器５は、光ファイバ部１０から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する。測定器５は、光ファイバ部１０の両端または片端から所定の光を入力し、当該入力に応じて出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する。ブリルアン散乱光とは、光ファイバ中をポンプ光が伝搬するときにポンプ光によって光ファイバ中に音響波が発生し、ポンプ光と音響波との相互作用によりポンプ光進行方向とは逆の方向にダウンコンバートされる散乱光である。ブリルアンスペクトルは、ブリルアン散乱光が受ける利得スペクトルである。
図２は、ブリルアンスペクトルを示すグラフである。図２に示すように、ブリルアンスペクトルは、ポンプ光とブリルアン散乱光との周波数差をνとして、式（１）のローレンツ型関数で表される。
Figure 2007292503
式（１）において、g0は最大ゲイン、νBは中心周波数、ΔνBは線幅（半値全幅）を示す。最大ゲインg0、中心周波数νB、及び線幅ΔνBは、ブリルアンスペクトルを特徴付けるパラメタである。最大ゲインg0、中心周波数νB、及び線幅ΔνBは、光ファイバの温度及び歪に依存して変化する。
光ファイバ部１０は、センシングファイバ１１と、接続用ファイバ１２，１３とを備えて構成される。センシングファイバ１１は、測定対象３に対応して配置されている。センシングファイバ１１は、測定対象３に貼り付け、浸漬、又は埋設して設置されている。すなわち、センシングファイバ１１は、測定対象３の温度及び歪の影響を受けて温度及び歪が変化する。
センシングファイバ１１は、例えば、純シリカ製のコアを有し、長さが１００ｍのファイバである。センシングファイバ１１は、所定の温度及び所定の印加歪状態におけるブリルアンスペクトルの中心周波数が１１．０８ＧＨｚ程度、線幅が５０ＭＨｚ程度である。本実施形態において、所定の温度は室温（３００Ｋ）であり、所定の印加歪は０％である。
接続用ファイバ１２，１３は、センシングファイバ１１の両端にそれぞれコネクタ１４を介して直列接続されている。接続用ファイバ１２，１３は、それぞれ一方端がセンシングファイバ１１に接続されて、他方端が測定器５に接続されている。また、接続用ファイバは測定器内に含まれていても良い。なお、接続用ファイバ１２，１３は、測定対象３と接していない。接続用ファイバ１２，１３は、例えば、所定の温度及び所定の印加歪状態におけるブリルアンスペクトルの中心周波数が１０．８５ＧＨｚ程度であり、線幅が５０ＭＨｚ程度のシングルモードファイバである。また、接続用ファイバ１２，１３の合計の長さは、２０ｍ程度である。
すなわち、所定の温度及び所定の印加歪状態におけるセンシングファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数と所定の温度及び所定の印加歪状態における接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差は、１７０ＭＨｚ程度であり、所定の温度及び所定の印加歪状態におけるセンシングファイバ１１と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの線幅５０ＭＨｚ以上である。
図３を参照して、第一ファイバと第二ファイバとのブリルアンスペクトルのパラメタの関係についてより詳細に説明する。図３は、第一ファイバと第二ファイバとのブリルアンスペクトルを示すグラフである。測定器５では、第一ファイバと第二ファイバとのいずれか一方がセンシングファイバ１１として機能し、他方が接続用ファイバ１２，１３として機能する。
ブリルアンスペクトルＢ１は、所定の温度及び所定の印加歪における第一ファイバのブリルアンスペクトルである。中心周波数νB1は、所定の温度及び所定の印加歪におけるブリルアンスペクトルＢ１の中心周波数である。ブリルアンスペクトルＢ１ｎは、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において中心周波数が最小値νB1minをとる第一ファイバのブリルアンスペクトルである。ブリルアンスペクトルＢ１ｘは、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において中心周波数が最大値νB1maxをとる第一ファイバのブリルアンスペクトルである。周波数範囲Ｃ１は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲における第一ファイバにおけるブリルアンスペクトルの中心周波数の変動範囲を示している。
ブリルアンスペクトルＢ２は、所定の温度及び所定の印加歪における第二ファイバのブリルアンスペクトルである。中心周波数νB2は、所定の温度及び所定の印加歪におけるブリルアンスペクトルＢ２の中心周波数である。ブリルアンスペクトルＢ２ｎは、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において中心周波数が最小値νB2minをとる第二ファイバのブリルアンスペクトルである。ブリルアンスペクトルＢ２ｘは、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において中心周波数が最大値νB2maxをとる第二ファイバのブリルアンスペクトルである。周波数範囲Ｃ２は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲における第二ファイバにおけるブリルアンスペクトルの中心周波数の変動範囲を示している。
図３に示すように、周波数範囲Ｃ１と周波数範囲Ｃ２とは互いに重ならない。すなわち、本実施形態では、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一ファイバのブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値νB1minが、第二ファイバのブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値νB2maxより大きい。
また、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一ファイバのブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値νB1minと第二ファイバのブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値νB2maxとの差は、第一ファイバのブリルアンスペクトルＢ１及び第二ファイバのブリルアンスペクトルＢ２の線幅以上である。
図１に戻って、測定器５は、光ファイバ部１０から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出することにより、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルとを検出することとなる。測定器５は、検出したブリルアンスペクトルを示す情報を判別部７へ出力する。図４は、第１実施形態に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。図４は、センシングファイバ１１及び接続用ファイバ１２，１３の印加歪が０％、かつ、接続用ファイバ１２，１３の温度が室温の状態において、光ファイバ部１０から出力されるブリルアンスペクトルを示す。
ブリルアンスペクトルＢａは、測定対象３及びセンシングファイバ１１の温度が２７７Ｋの場合を示す。ブリルアンスペクトルＢａは、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ａと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ａとを含む。ブリルアンスペクトルＢｂは、測定対象３及びセンシングファイバ１１の温度が２９６Ｋの場合を示す。ブリルアンスペクトルＢｂは、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｂと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｂとを含む。ブリルアンスペクトルＢｃは、測定対象３及びセンシングファイバ１１の温度が３２３Ｋの場合を示す。ブリルアンスペクトルＢｃは、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｃと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｃとを含む。
図４に示すように、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ａ〜Ｂ１１ｃの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ａ〜Ｓ１２ｃの中心周波数との差が、ブリルアンスペクトルＢ１１ａ〜Ｂ１１ｃとブリルアンスペクトルＢ１２ａ〜Ｓ１２ｃとの線幅以上である。また、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ａ〜Ｂ１１ｃの中心周波数は、接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ａ〜Ｂ１２ｃの中心周波数よりも高く、センシングファイバ１１の温度が高いほど高周波側にシフトする。
図１に戻って、判別部７は、測定器５が検出したブリルアン散乱光のスペクトルに基づいて、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する。例えば、判別部７は、図４におけるブリルアンスペクトルＢａを示す情報を測定器５から入力されると、ブリルアンスペクトルＢ１１ａがセンシングファイバ１１に対応し、ブリルアンスペクトルＢ１２ａが接続用ファイバ１２，１３に対応すると判別する。判別部７は、センシングファイバ１１に対応すると判別したブリルアンスペクトルを示す情報を温度・歪測定部９へ出力する。
温度・歪測定部９は、判定部７から出力された情報が示すブリルアンスペクトルの中心周波数、線幅、又はゲインのうち少なくとも一つを用いてセンシングファイバ１１の温度及び歪を測定する。そして、温度・歪測定部９は、測定した温度及び歪を用いて測定対象３の温度及び歪を解析する。
本実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置１では、図５に示すブリルアンスペクトル測定方法によってセンシングファイバ１１のブリルアンスペクトルを測定し、測定対象３の温度及び歪を解析する。図５は、第１実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置の動作を示すフロー図である。まず、検出ステップＳ１において、測定器５が、光ファイバ部１０から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する。
検出ステップＳ１は、センシングファイバ１１及び接続用ファイバ１２，１３が所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲である状態において行われる。所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲とは、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値νB1minと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値νB2maxとの差が、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２の線幅５０ＭＨｚ以上である範囲である。
図６は、第１実施形態に係る光ファイバ部１０のブリルアンスペクトルを示す。図６は、センシングファイバ１１及び接続用ファイバ１２，１３の印加歪が０％、かつ、接続用ファイバ１２，１３の温度が室温の状態において、測定器５が検出するブリルアン散乱光のスペクトルを示す。
ブリルアンスペクトルＢｄは、測定対象３及びセンシングファイバ１１の温度が３００Ｋの場合を示す。また、ブリルアンスペクトルＢｄは、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｄと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｄとを含む。センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｄの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｄの中心周波数とは、周波数軸上においてブリルアンスペクトルＢ１１ｄとブリルアンスペクトルＢ１２ｄとの線幅以上離れている。
ブリルアンスペクトルＢｘは、測定対象３及びセンシングファイバ１１の温度が７７Ｋの場合を示す。ブリルアンスペクトルＢｘは、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅より小さい。よって、ブリルアンスペクトルＢｘからセンシングファイバ１１のブリルアンスペクトルのパラメタと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルのパラメタとを精度よく判別することができない。
センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数は、センシングファイバ１１の温度が１℃上昇すると、１〜１．３６ＭＨｚの割合で高周波側にシフトする。従って、測定対象３及びセンシングファイバ１１の温度が１５０Ｋ以上の範囲であれば、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値νB1minと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値νB2maxとの差は、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２の線幅５０ＭＨｚ以上となる。すなわち、本実施形態において、所定の温度範囲は１５０Ｋ以上であり、印加歪は０％程度である。
図５に戻って、判別ステップＳ２においては、判別部７が、検出ステップＳ１において検出したブリルアンスペクトルに基づいて、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する。続いて、測定ステップＳ３においては、温度・歪測定部９が、判別ステップＳ２において判別したセンシングファイバ１１のブリルアンスペクトルのパラメタに基づいて、センシングファイバ１１の温度及び歪を測定する。そして、温度・歪測定部９は、測定した温度及び歪を用いて測定対象３の温度及び歪を解析する。
以上説明したように、本実施形態では、所定の温度及び所定の印加歪状態のセンシングファイバ１１におけるブリルアンスペクトルＢ１の中心周波数と所定の温度及び所定の印加歪状態の接続用ファイバ１２，１３におけるブリルアンスペクトルＢ２の中心周波数との差は、所定の温度及び所定の印加歪状態のセンシングファイバ１１及び接続用ファイバ１２，１３におけるブリルアンスペクトルの線幅以上である。
また、本実施形態では、所定の温度範囲又は所定の印加歪範囲のセンシングファイバ１１におけるブリルアンスペクトルＢ１の中心周波数の最小値νB1minが、所定の温度範囲又は所定の印加歪範囲の接続用ファイバ１２，１３におけるブリルアンスペクトルＢ２の中心周波数の最大値νB2maxより大きい。
また、本実施形態では、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値νB1minと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値νB2maxとの差は、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２の線幅以上である。
また、検出ステップＳ１は、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値νB1minと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値νB2maxとの差が、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２の線幅以上であるセンシングファイバ１１及び接続用ファイバ１２，１３の所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において行われる。
よって、測定器５が検出するブリルアン散乱光のスペクトルにおいて、第一光ファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上となるので、第一光ファイバ１１のブリルアンスペクトルと第二光ファイバのブリルアンスペクトルとを的確に判別することができる。よって、センシングファイバ１１と接続用ファイバ１２，１３とにそれぞれ対応するブリルアンスペクトルのパラメタを精度良く測定することができる。従って、第一光ファイバ１１に対応する測定対象３の温度及び歪をより精度良く解析することができる。
また、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数は、室温かつ印加歪が０％の状態で、接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数より高い。また、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数は、センシングファイバ１１の温度が上昇すると高周波側にシフトする。従って、本実施形態のブリルアンスペクトル測定装置１は、室温以上の温度測定に特に好適である。
（比較例）
本実施形態に対して、コア部にゲルマニウムが添加されたコアの比屈折率差０．３５％、長さ５ｍのシングルモードファイバをセンシングファイバとして用いた比較例について説明する。図７は、比較例に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。図６は、センシングファイバ及び接続用ファイバ１２，１３の印加歪が０％、かつ、接続用ファイバ１２，１３の温度が室温の状態において、光ファイバ部から出力されるブリルアンスペクトルを示す。
ブリルアンスペクトルＢ１ｚは、測定対象３及びセンシングファイバの温度が３２３Ｋ（５０℃）の場合を示す。ブリルアンスペクトルＢ１ｚは、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅より小さい。よって、ブリルアンスペクトルＢ１ｚからセンシングファイバのブリルアンスペクトルパラメタと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルのパラメタとを精度良く測定することができない。
ブリルアンスペクトルＢ２ｚは、測定対象３及びセンシングファイバの温度が２７３．５Ｋの場合を示す。ブリルアンスペクトルＢ２ｚは、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅より小さい。よって、ブリルアンスペクトルＢ２ｚからセンシングファイバのブリルアンスペクトルのパラメタと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルのパラメタとを精度良く抽出することができない。
すなわち、本比較例に係るセンシングファイバを用いた場合、１５０Ｋ以上の所定の温度範囲において、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅より小さい。よって、センシングファイバのブリルアンスペクトルのパラメタを測定することができない。
上記比較例に対して本実施形態では、測定対象となる温度範囲及び印加歪範囲において、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上となるように、センシングファイバ１１と接続用ファイバ１２，１３とを選択している。よって、本実施形態では、センシングファイバのブリルアンスペクトルのパラメタと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルのパラメタとを精度よく測定することができる。
本実施形態は、種々の変形が可能である。例えば、所定の温度範囲は、６７〜７７Ｋを含む範囲、又は３００Ｋを含んでも良く、２００〜６００Ｋとしてもよい。また、所定の印加歪範囲は、−１％〜＋１％、−０．１％〜＋０．１％、又は−０．０１％〜＋０．０１％の範囲でもよく、０％を含む範囲でもよい。
引き続いて、本実施形態の第１〜第３変形例について説明する。
（第１変形例）
上記実施形態では、センシングファイバ１１として、純シリカ製のコアを有し、長さが１００ｍ、コアの比屈折率差が０％のファイバを用いた。第１実施形態の第１変形例では、センシングファイバとして、コアの比屈折率差が０．３５％、長さが１００ｍ程度のシングルモードファイバを用いる。
図８は、第１実施形態の第１変形例に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。図８は、センシングファイバ及び接続用ファイバ１２，１３の印加歪が０％、かつ、接続用ファイバ１２，１３の温度が室温の状態において、光ファイバ部１０から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを示す。
ブリルアンスペクトルＢｅは、測定対象３及びセンシングファイバの温度が７７Ｋの場合を示す。また、ブリルアンスペクトルＢｅは、センシングファイバのブリルアンスペクトルＢ１１ｅと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｅとを含む。センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｅの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｅの中心周波数との差は、周波数軸上においてブリルアンスペクトルＢ１１ｅとブリルアンスペクトルＢ１２ｅとの線幅以上である。
ブリルアンスペクトルＢｙは、測定対象３及びセンシングファイバの温度が３００Ｋの場合を示す。ブリルアンスペクトルＢｙは、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅より小さい。
本変形例に係るセンシングファイバを用いた場合、測定対象３及びセンシングファイバの温度が２００Ｋ以下又は４００Ｋ以上、且つ、一連に光ファイバ１０の印加歪が０％であれば、センシングファイバのブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値との差は、センシングファイバのブリルアンスペクトル及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの線幅以上である。本変形例においては、所定の温度範囲が２００Ｋ以下及び４００Ｋ以上であり、所定の印加歪が０％である。
すなわち、温度が２００Ｋ以下かつ印加歪０％の状態において、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最大値が、接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最小値より小さい。かつ、温度が４００Ｋ以上かつ印加歪０％の状態において、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最小値が、接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最大値より大きい。
本変形例では、測定器５が検出するブリルアン散乱光のスペクトルにおいて、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上でそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、センシングファイバと接続用ファイバ１２，１３とにそれぞれ対応するブリルアンスペクトルのパラメタを精度良く測定することができる。従って、測定対象３の温度又は歪を精度良く解析することができる。
（第２変形例）
第１実施形態の第２変形例では、センシングファイバとして、コア部にゲルマニウムが添加されたコアの比屈折率差が０．８％、長さが１００ｍ程度の曲げ損失を改善したシングルモードファイバを用いる。図９は、第１実施形態の第２変形例に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。図９は、センシングファイバ及び接続用ファイバ１２，１３の印加歪が０％、かつ、接続用ファイバ１２，１３の温度が室温の状態において、光ファイバ部から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを示す。
ブリルアンスペクトルＢｇは、測定対象３及びセンシングファイバの温度が７７Ｋの場合を示す。また、ブリルアンスペクトルＢｇは、センシングファイバのブリルアンスペクトルＢ１１ｇと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｇとを含む。センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｇの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｇ中心周波数との差は、周波数軸上においてブリルアンスペクトルＢ１１ｇとブリルアンスペクトルＢ１２ｇとの線幅以上である。
ブリルアンスペクトルＢｆは、測定対象３及びセンシングファイバの温度が３００Ｋの場合を示す。また、ブリルアンスペクトルＢｆは、センシングファイバのブリルアンスペクトルＢ１１ｆと接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｆとを含む。センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１１ｆの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ１２ｆの中心周波数とは、周波数軸上においてブリルアンスペクトルＢ１１ｆとブリルアンスペクトルＢ１２ｆとの線幅以上である。
本変形例に係るセンシングファイバを用いた場合、測定対象３及びセンシングファイバの温度が３００以下、且つ、一連に光ファイバ１０の印加歪が０％であれば、センシングファイバのブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値との差は、センシングファイバのブリルアンスペクトル及び接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの線幅以上である。本変形例においては、所定の温度範囲が３００Ｋ以下であり、所定の印加歪が０％である。
また、３００Ｋ以下かつ印加歪０％の状態において、センシングファイバ１１のブリルアンスペクトルＢ１における中心周波数の最大値が、接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルＢ２における中心周波数の最小値より小さい。
本変形例では、測定器５が検出するブリルアン散乱光のスペクトルにおいてセンシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上でそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、センシングファイバと接続用ファイバ１２，１３とにそれぞれ対応するブリルアンスペクトルのパラメタをより精度良く測定することができる。従って、測定対象３の温度又は歪を精度良く解析することができる。
また、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数は、温度が３００Ｋかつ印加歪が０％の状態で、接続用ファイバ１２，１３のブリルアンスペクトルの中心周波数より低い。また、センシングファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数は、センシングファイバの温度が下降すると低周波側にシフトする。従って、本実施形態のブリルアンスペクトル測定装置１は、３００Ｋ以下の温度測定に特に好適である。
（第３変形例）
図１０は、本実施形態の第３変形例に係るブリルアンスペクトル測定装置の構成図である。本変形例に係るブリルアンスペクトル測定装置１ａが備える測定器５ａは、光ファイバ部１０ａの一方端が接続されて、光ファイバ部１０ａの一方端からパルス光を入力する。
また本変形例に係る光ファイバ部１０ａは、１つのセンシングファイバ１１と１つの接続用ファイバ１２とによって構成されている。センシングファイバ１１の一方端に接続用ファイバ１２の一方端が接続され、接続用ファイバ１２の他方端が測定器５ａに接続されている。このように構成された光ファイバ部１０ａから出力されるブリルアン散乱光のスペクトルが、測定器５ａによって検出される。
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置の構成図である。本実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置２は、測定器２５（検出手段）と、判別部２７（判別手段）と、分布測定部（測定手段）２９と、光ファイバ部３０とを備えて、測定対象３の温度及び歪の分布を測定する装置である。
光ファイバ部３０は、光ファイバ部３０の両端部が測定器２５に接続されている。また、光ファイバ部３０は、図１２に示すように、１つの第一光ファイバ４１と２つの第二光ファイバ４２とを備えて構成される。図１１は、第２実施形態に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１２（ａ）は、光ファイバ部の構成を示す。
第一光ファイバ４１は、一方端から他方端まで測定対象３に接触して設置されている。例えば、第一光ファイバ４１は、測定対象３に貼り付け、浸漬、又は埋設して配置される。
２つの第二光ファイバ４２は、第一光ファイバ４１の両端にそれぞれ直列接続されている。２つの第二光ファイバ４２は、第一光ファイバ４１の両端にそれぞれの一方端が接続されて、他方端が測定器２５に接続されている。なお、２つの第二光ファイバ４２は、測定対象３と接していない。
図１２（ｂ）は、所定の温度および所定の印加歪状態における光ファイバ部３０におけるブリルアンスペクトルのパラメタ分布を示す。図１２（ｂ）における横軸は、光ファイバ部３０の一方端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメタを示す。ブリルアンスペクトルのパラメタは、ブリルアンスペクトルの中心周波数、線幅、又はゲインのいずれかである。ブリルアンスペクトルのパラメタは、光ファイバの温度及び歪に応じて変化する。
図１２（ｂ）において、領域Ａ４１は、第一光ファイバ４１に対応すると共に、測定対象３の温度及び印加歪の影響を受ける領域である。領域Ａ４２は、第二光ファイバ４２に対応する領域である。図１２（ｂ）に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とは、少なくとも１つのブリルアンスペクトルパラメタの値が異なる。
また、所定の温度及び所定の印加歪状態において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルにおける中心周波数と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルにおける中心周波数との差は、第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの線幅以上である。また、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値が第二光ファイバのブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値より大きい。
また、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値との差は、第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの線幅以上である。
本実施形態において、所定の温度範囲とは、６７〜７７Ｋ、２７３〜３２３Ｋ、又は３００Ｋを含んでも良く、０〜２００Ｋ、又は２００〜６００Ｋの範囲でもよい。また、本実施形態において、所定の印加歪範囲は、−１％〜＋１％、−０．１％〜＋０．１％、又は−０．０１％〜＋０．０１％の範囲でもよく、０％を含む範囲でもよい。
上記所定の温度範囲及び上記所定の印加歪範囲において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値との差が所定の温度及び所定の印加歪状態における第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの線幅以上となるように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とを選択して用いる。
本実施形態では、例えば、第二光ファイバ４２として汎用的なＳＭＦ（シングルモードファイバ）を用いる。汎用的なＳＭＦは、室温で歪のない状態において、ブリルアンスペクトルの中心周波数が１０．８〜１０．９ＧＨｚ程度、線幅が５０ＭＨｚ程度である。この場合、第一光ファイバ４１として、例えば、純シリカ製のコアを有する光ファイバを用いる。純シリカ製のコアを有する光ファイバは、室温で歪のない状態において、ブリルアンスペクトルの中心周波数が１１．０８ＧＨｚ程度、線幅が５０ＭＨｚ程度である。
図１１に戻って、測定器２５は、光ファイバ部３０から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する。測定器２５は、例えば、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）である。ＢＯＣＤＡは、互いに等しい変調周波数で周波数変調されたポンプ光とプローブ光とを光ファイバ部３０の両端から対向入射させ、それぞれの位相が一致して相関値が高まる位置におけるブリルアンスペクトルを測定する。
また、ＢＯＣＤＡは、ポンプ光とプローブ光との変調周波数を変化させることにより、測定位置を光ファイバ部３０の長手方向に沿って変化させ、光ファイバ部３０の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を測定する。測定器２５は、検出したブリルアンスペクトルを示す情報と、ポンプ光及びプローブ光の変調周波数に関する情報を判別部２７へ出力する。
判別部２７は、測定器２５が検出したブリルアンスペクトルに基づいて第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルと第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する。判別部２７は、第一光ファイバ４２のブリルアンスペクトルを示す情報と、対応するポンプ光及びプローブ光の変調周波数に関する情報とを分布測定部２９へ出力する。
分布測定部２９は、判別部２７が判別した第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルと、対応するポンプ光及びプローブ光の変調周波数に関する情報とに基づいて、第一光ファイバ４１の長手方向に沿った温度分布又は歪分布を測定する。そして、分布測定部２９は、測定結果に基づいて、測定対象３の温度分布又は歪分布を解析する。
ところで、ＢＯＣＤＡでは、ポンプ光とプローブ光の位相が一致して相関値が高まる位置におけるブリルアンスペクトルを測定する。しかし、ＢＯＣＤＡでは、ブリルアンスペクトルが発生した位置を直接的に特定することが困難であった。
本実施形態によれば、測定器２５が検出するブリルアン散乱光において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって。より明確に第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルのパラメタを測定することができる。測定器２５によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメタの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ４２が設置された実際の位置とを比較することにより測定位置を明確化することができる。よって、第一光ファイバ４１に対応する区間を直接的に特定し、測定対象３に対応するブリルアンスペクトルを明確に識別することができる。従って、より精度よく測定対象に対応するブリルアンスペクトルを測定することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値が第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値より小さく、かつ、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最大値と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルにおける中心周波数の最小値との差は、所定の温度及び所定の印加歪状態における第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの線幅以上であってもよい。
また、上記実施形態では、測定器２５は、ＢＯＣＤＡを用いて光ファイバ部３０の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布測定を行った。測定器２５は、ＢＯＴＤＲ又はＢＯＴＤＡ等を用いてブリルアンスペクトルの分布測定を行ってもよい。ＢＰＴＤＲを用いる場合のブリルアンスペクトルとは、ポンプ光によって生じた後方ブリルアン散乱光のスペクトルである。ＢＯＴＤＡ又はＢＯＣＤＡでは、ポンプ光とプローブ光とを対向入射させ、ポンプ光によって生じたブリルアン利得によって増幅されたプローブ光を観測する。ＢＯＴＤＡ又はＢＯＣＤＡを用いる場合のブリルアンスペクトルとは、プローブ光がポンプ光から受けたブリルアン利得のスペクトルのことである。
また、例えば、光ファイバ部３０の構成を下記第１〜第５変形例のようにしてもよい。また、測定器２５によるブリルアンスペクトルの測定方法を第６変形例のようにしてもよい。
（第１変形例）
第２実施形態の第１変形例に係る光ファイバ部３０ａは、図１３に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とを備えて構成される。図１３は、第２実施形態の第１変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１３（ａ）は、光ファイバ部３０ａの構成を示す。
第一光ファイバ４１は、測定対象３に接触して設置されている。第二光ファイバ４２は、第一光ファイバ４１において測定対象３に接触している部分の両端にそれぞれ挿入されて第一光ファイバ４１と直列接続されている。また、第二光ファイバ４２は、測定対象３と非接触状態で設置されている。本実施形態では、第二光ファイバ４２の長さは、第一光ファイバ４１において測定対象３に接触している部分の長さより短い。また、光ファイバ部３０ａの両端部は、第一光ファイバ４１によって構成され、第一光ファイバ４１の端部が測定器２５に接続されている。
図１３（ｂ）は、光ファイバ部３０ａにおけるブリルアンスペクトルパラメタ分布を示す。図１３（ｂ）における横軸は、光ファイバ部３０ａの一方端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメタを示す。図１３（ｂ）において、領域Ａ４１は、第一光ファイバ４１に対応すると共に、測定対象３の温度及び印加歪の影響を受ける領域である。領域Ａ４２は、第二光ファイバ４２に対応する領域である。
図１３（ｂ）に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とは、少なくとも１つのブリルアンスペクトルパラメタの値が互いに異なる。また、測定器２５によって検出されるブリルアン散乱光において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、測定対象区間の開始位置に対応するブリルアンスペクトルと終了位置に対応するブリルアンスペクトルとを判別することができる。すなわち、第一光ファイバ４１に対応する区間を直接的に特定し、測定対象３に対応するブリルアンスペクトルのパラメタをより精度良く測定することができる。また、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とのブリルアンスペクトルのパラメタをそれぞれより精度良く測定することができる。
（第２変形例）
第２実施形態の第２変形例に係る光ファイバ部３０ｂは、図１４に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とを備えて構成される。図１４は、第２実施形態の第２変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１４（ａ）は、光ファイバ部３０ｂの構成を示す。
光ファイバ部３０ｂは、長さが既知の第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とが交互に直列接続されて構成されている。すなわち、光ファイバ部３０ｂは、予め決められた長さの第二光ファイバ４２が、第一光ファイバ４１における予め決められた位置に挿入されて直列接続されている。本実施形態では、複数の第一光ファイバ４１の長さは互いに同じである。複数の第二光ファイバ４２の長さは、第一光ファイバ４１の長さより短く設定されると共に互いに同じ長さである。
また、光ファイバ部３０ｂは、測定対象３に接触して設置されている。光ファイバ部３０ｂに含まれる複数の第一光ファイバ４１と複数の第二光ファイバ４２とが、測定対象３に接触して設置されている。
図１４（ｂ）は、光ファイバ部３０ｂにおけるブリルアンスペクトルパラメタ分布を示す。図１４（ｂ）における横軸は、光ファイバ部３０ｂの一方端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメタを示す。図１４（ｂ）において、領域Ａ４１は、第一光ファイバ４１に対応し、領域Ａ４２は、第二光ファイバ４２に対応する領域である。
図１４（ｂ）に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とは、少なくとも１つのブリルアンスペクトルパラメタの値が互いに異なる。また、測定器２５によって検出されるブリルアン散乱光のスペクトルにおいて、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルのパラメタを精度よく測定して、光ファイバ部３０ｂの長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することができる。
また、第一光ファイバ４１に対して、予め決められた間隔又は予め決められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二光ファイバ４２が予め決められた長さで挿入されている。よって、第二光ファイバ４２の挿入部分が位置マーカとなる。すなわち、測定器２５によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメタの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ４２が設置された実際の位置とを比較することにより測定位置を明確化することができる。第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルおよび第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化（温度変化／歪印加）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ４２の挿入部分でも途切れることなく温度や歪の分布測定が可能である。
（第３変形例）
第２実施形態の第３変形例に係る光ファイバ部３０ｃは、図１５に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とを備えて構成される。図１５は、第２実施形態の第３変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１５（ａ）は、光ファイバ部３０ｃの構成を示す。
光ファイバ部３０ｃは、長さが既知の第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とが交互に直列接続されて構成されている。すなわち、光ファイバ部３０ｃは、第一光ファイバ４１における予め決められた位置に予め決められた長さの第二光ファイバ４２が挿入されて直列接続されることにより構成されている。本実施形態では、複数の第一光ファイバ４１と複数の第二光ファイバ４２との長さは互いに同じである。また、光ファイバ部３０ｃは、測定対象３に接触して設置されている。光ファイバ部３０ｃに含まれる複数の第一光ファイバ４１と複数の第二光ファイバ４２とが、測定対象３に接触して設置されている。
図１５（ｂ）は、光ファイバ部３０ｃにおけるブリルアンスペクトルパラメタ分布を示す。図１５（ｂ）における横軸は、光ファイバ部３０ｃの一方端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメタを示す。図１５（ｂ）において、領域Ａ４１は、第一光ファイバ４１に対応し、領域Ａ４２は、第二光ファイバ４２に対応する領域である。
図１５（ｂ）に示すように、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２とは、少なくとも１つのブリルアンスペクトルパラメタの値が互いに異なる。また、測定器２５によって検出されるブリルアン散乱光のスペクトルにおいて、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルの中心周波数と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数との差が、周波数軸上においてそれぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルパラメタを精度よく測定して、光ファイバ部３０ｃの長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することができる。
また、第一光ファイバ４１に対して、予め決められた間隔又は予め決められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二光ファイバ４２が予め決められた長さで挿入されている。よって、第二光ファイバ４２の挿入部分が位置マーカとなる。すなわち、測定器２５によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメタの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ４２が設置された実際の位置とを比較することにより測定位置を明確化することができる。第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルおよび第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化（温度変化／歪印加）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ４２の挿入部分でも途切れることなく温度や歪の分布測定が可能である。
（第４変形例）
第２実施形態の第４変形例に係る光ファイバ部３０ｄは、図１６に示すように、第一〜第五光ファイバ４１〜４５を備えて構成される。図１６は、第２実施形態の第４変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１６（ａ）は、光ファイバ部３０ｄの構成を示す。
光ファイバ部３０ｄは、第一光ファイバ４１における予め決められた位置に予め決められた長さの第二〜第五光ファイバ４２〜４５が挿入されて直列接続されることにより構成されている。第二〜第五光ファイバ４２〜４５は、一定の所定間隔且つ一定の所定長さで順に第一光ファイバ４１に挿入されている。
光ファイバ部３０ｄは、測定対象３に接触して設置されている。光ファイバ部３０ｄに含まれる複数の第一〜第五光ファイバ４１〜４５が、測定対象３に接触して設置されている。また、第一〜第五光ファイバ４１〜４５は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルの中心周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。
図１６（ｂ）は、光ファイバ部３０ｄにおけるブリルアンスペクトルパラメタ分布を示す。図１６（ｂ）における横軸は、光ファイバ部３０ｄの一方端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメタを示す。図１６（ｂ）において、領域Ａ４１〜Ａ４５は、それぞれ第一〜第五光ファイバ４１〜４５に対応する領域である。
図１６（ｂ）に示すように、第一〜第五光ファイバ４１〜４５は、少なくとも１つのブリルアンスペクトルパラメタの値が互いに異なる。また、第一〜第五光ファイバ４１〜４５は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルの中心周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルパラメタを精度よく測定して、光ファイバ部３０ｄの長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することができる。
また、第一光ファイバ４１に対して、予め決められた間隔又は予め決められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二〜第五光ファイバ４２〜４５が予め決められた長さで挿入されている。よって、第二〜第五光ファイバ４２〜４５の挿入部分が位置マーカとなる。また、位置マーカとなる第二〜第五光ファイバ４２〜４５は、互いにブリルアンスペクトルの値が異なるので、より明確な位置マーカとして機能する。
すなわち、測定器２５によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメタの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ４２が設置された実際の位置とを比較することにより測定位置を明確化することができる。第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルおよび第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化（温度変化／歪印加）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ４２の挿入部分でも途切れることなく温度や歪の分布測定が可能である。
（第５変形例）
第２実施形態の第５変形例に係る光ファイバ部３０ｅは、図１７に示すように、第一〜第五光ファイバ４１〜４５を備えて構成される。図１７は、第２実施形態の第５変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１７（ａ）は、光ファイバ部３０ｅの構成を示す。
光ファイバ部３０ｅは、長さが互いに同じ第一〜第五光ファイバ４１〜４５が、順に直列接続されることにより構成されている。また、光ファイバ部３０ｅは、測定対象３に接触して設置されている。光ファイバ部３０ｅに含まれる複数の第一〜第五光ファイバ４１〜４５が、測定対象３に接触して設置されている。また、第一〜第五光ファイバ４１〜４５は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルの中心周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。
図１７（ｂ）は、光ファイバ部３０ｅにおけるブリルアンスペクトルパラメタ分布を示す。図１７（ｂ）における横軸は、光ファイバ部３０ｅの一方端からの距離であり、縦軸はブリルアンスペクトルのパラメタを示す。図１７（ｂ）において、領域Ａ４１〜Ａ４５は、それぞれ第一〜第五光ファイバ４１〜４５に対応する領域である。
図１７（ｂ）に示すように、第一〜第五光ファイバ４１〜４５は、少なくとも１つのブリルアンスペクトルパラメタの値が互いに異なる。また、第一〜第五光ファイバ４１〜４５は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルの中心周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。よって、第一光ファイバ４１及び第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルパラメタを精度よく測定して、光ファイバ部３０ｅの長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を精度よく検出することができる。
また、第一光ファイバ４１に対して、予め決められた間隔又は予め決められた位置にブリルアンスペクトルの異なる第二〜第五光ファイバ４２〜４５が予め決められた長さで挿入されている。よって、第二〜第五光ファイバ４２〜４５の挿入部分が位置マーカとなる。また、位置マーカとなる第二〜第五光ファイバ４２〜４５は、互いにブリルアンスペクトルの値が異なるので、より明確な位置マーカとして機能する。
すなわち、測定器２５によって測定されるブリルアンスペクトルのパラメタの長手方向分布測定結果と、第二光ファイバ４２が設置された実際の位置とを比較することにより測定位置を明確化することができる。第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルおよび第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルは、測定対象の物理量変化（温度変化／歪印加）によってそれぞれ変化するので、第二光ファイバ４２の挿入部分でも途切れることなく光ファイバ部３０ｅの長手方向に沿った温度や歪の分布測定が可能である。
（第３実施形態）
第３実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置は、上記第２実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置２と同様な構成を有する。第３実施形態に係る光ファイバ部３０ｆは、図１８に示すように、第一〜第三光ファイバ４１〜４３を備えて構成される。図１８は、第３実施形態に係る光ファイバ部を説明するための図である。図１８（ａ）は、光ファイバ部３０ｆの構成を示すと共に、第一〜第三光ファイバ４１〜４３のブリルアンスペクトルを示す。図１８（ｂ）は、光ファイバ部３０ｆのブリルアンスペクトルを示す。図１８（ｃ）は、第一〜第三光ファイバ４１〜４３のブリルアンスペクトルに基づいて解析した光ファイバ部３０ｆの温度分布又は歪分布を示す。
光ファイバ部３０ｆは、長さが互いに同じ第一〜第三光ファイバ４１〜４３が、順に直列接続されることにより構成されている。また、第一〜第三光ファイバ４１〜４３は、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、それぞれのブリルアンスペクトルの中心周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。
すなわち、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルの中心周波数νB1の最大値は、第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数νB2の最小値より小さい。所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数νB2の最大値は、第三光ファイバ４３のブリルアンスペクトルの中心周波数νB3の最小値より小さい。
また、所定の温度範囲及び所定の印加歪範囲において、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルの中心周波数νB1の最大値と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数νB2の最小値との差は、第一光ファイバ４１と第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの線幅以上である。第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルの中心周波数νB2の最大値と第三光ファイバ４３のブリルアンスペクトルの中心周波数νB3の最小値との差は、第二光ファイバ４２と第三光ファイバ４３のブリルアンスペクトルの線幅以上である。
測定器２５は、ＢＯＴＤＲ、ＢＯＴＤＡ、ＢＯＣＤＡなどの分布測定技術を用いることなく光ファイバ部３０ｆ全体のブリルアンスペクトルを測定することにより光ファイバ部３０ｆのブリルアンスペクトルを非分布で検出する。測定器２５が検出するブリルアン散乱光のスペクトルは、図１８（ｂ）に示すように、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を含み、それぞれのブリルアンスペクトルの中心周波数の差が、それぞれのブリルアンスペクトルの線幅以上である。
判別部２７は、測定器２５が検出したブリルアンスペクトルに基づいて、第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルＢ１と、第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルＢ２と、第三光ファイバ４３のブリルアンスペクトルＢ３とをそれぞれ判別する。
分布測定部２９（分布決定手段）は、判別部２７が判別した第一光ファイバ４１のブリルアンスペクトルＢ１のパラメタに基づいて、第一光ファイバ４１の温度又は歪を測定する。また、分布測定部２９は、判別部２７が判別した第二光ファイバ４２のブリルアンスペクトルＢ２のパラメタに基づいて、第二光ファイバ４２の温度又は歪を測定する。また、分布測定部２９は、判別部２７が判別した第三ファイバ４３のブリルアンスペクトルＢ３のパラメタに基づいて、第三光ファイバ４３の温度又は歪を測定する。
すなわち、分布測定部２９は、各第一〜第三光ファイバ４１〜４３における温度または歪情報を統合することにより、図１８（ｃ）のような光ファイバ部３０ｆの長手方向に沿った温度分布又は歪分布を測定することができる。なお、本実施形態では、第一〜第三光ファイバ４１〜４３の長さが距離分解能に相当する。ファイバは、３本に限らず、それ以上でもよい。
第１実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置の構成図である。 ブリルアンスペクトルを示すグラフである。 第１実施形態に係る第一光ファイバ及び第二光ファイバのブリルアンスペクトルを示す。 第１実施形態に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。 第１実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置の動作を示すフロー図である。 第１実施形態に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。 第１実施形態の比較例に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。 第１実施形態の第１変形例に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。 第１実施形態の第２変形例に係る光ファイバ部のブリルアンスペクトルを示す。 第１実施形態の第３変形例に係るブリルアンスペクトル測定装置の構成図である。 第２実施形態に係るブリルアンスペクトル測定装置の構成図である。 第２実施形態に係る光ファイバ部を説明するための図である。 第２実施形態の第１変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。 第２実施形態の第２変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。 第２実施形態の第３変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。 第２実施形態の第４変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。 第２実施形態の第５変形例に係る光ファイバ部を説明するための図である。 第３実施形態に係る光ファイバ部を説明するための図である。
符号の説明
１，１ａ，２…ブリルアンスペクトル測定装置、５，５ａ…測定器、７…判別部、９…温度・歪測定部、１０，１０ａ…光ファイバ部、１１…センシングファイバ、１２，１３…接続用ファイバ、２５…測定器、２７…判別部、２９…分布測定部、３０，３０ａ〜３０ｆ…光ファイバ部、４１-４５…第一〜第五光ファイバ。

Claims (9)

  1. 第一光ファイバと、前記第一光ファイバに直列接続された第二光ファイバとを少なくとも含む光ファイバ部と、
    前記光ファイバ部から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する検出手段と
    を備え、
    所定の温度及び所定の印加歪状態において、前記第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数と前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数との差は、前記第一光ファイバ及び前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルの線幅以上であることを特徴とするブリルアンスペクトル測定装置。
  2. 第一光ファイバと、前記第一光ファイバに直列接続された第二光ファイバとを含む光ファイバ部と、
    前記光ファイバ部から出力されるブリルアン散乱光のスペクトルを検出する検出手段と
    を備え、
    所定の温度範囲又は所定の印加歪範囲において、前記第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最小値は、前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最大値より大きいことを特徴とするブリルアンスペクトル測定装置。
  3. 前記所定の温度範囲又は前記所定の印加歪範囲において、前記第一光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最小値と前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルの中心周波数の最大値との差は、前記第一光ファイバ及び前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルの線幅以上であることを特徴とする請求項２に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
  4. 前記第一光ファイバと前記第二光ファイバとのうちいずれか一方の光ファイバが、測定対象に設置され、
    他方の光ファイバは、前記一方の光ファイバの両端にそれぞれ直列接続されると共に前記測定対象以外の部分に設置され、
    前記検出手段は、前記光ファイバ部の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
  5. 前記第一光ファイバと前記第二光ファイバとのうちいずれか一方の光ファイバが、測定対象に設置され、
    他方の光ファイバが、前記一方の光ファイバの両端にそれぞれ挿入されて前記一方の光ファイバと直列接続されると共に、前記他方のファイバの両端に前記一方のファイバと同種のファイバが直列接続され、
    前記検出手段は、前記光ファイバ部の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
  6. 前記第一光ファイバと前記第二光ファイバのうち、いずれか一方の光ファイバが、予め決められた長さで、他方の光ファイバにおける予め決められた位置に挿入されて直列接続されることにより前記光ファイバ部を構成し、
    前記検出手段は、前記光ファイバ部の長手方向に沿ったブリルアンスペクトルの分布を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
  7. 前記検出手段が検出したブリルアンスペクトルの中心周波数、線幅、及びゲインのうち少なくとも一つを用いて前記第一光ファイバ又は前記第二光ファイバの温度を測定する温度測定手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
  8. 前記検出手段が検出したブリルアンスペクトルの中心周波数、線幅、及びゲインのうち少なくとも一つを用いて前記第一光ファイバ又は前記第二光ファイバの歪を測定する歪測定手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
  9. 前記検出手段が検出したブリルアンスペクトルに基づいて少なくとも前記第一光ファイバのブリルアンスペクトルと前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルとをそれぞれ判別する判別手段と、
    前記判別手段が判別した前記第一光ファイバのブリルアンスペクトルに基づいて前記第一光ファイバの温度又は歪を測定すると共に、前記判別手段が判別した前記第二光ファイバのブリルアンスペクトルに基づいて前記第二光ファイバの温度又は歪を測定する測定手段と、
    少なくとも前記第一光ファイバ及び前記第二光ファイバにおける温度または歪測定結果を統合して、前記光ファイバ部における長手方向の温度又は歪分布を決定する分布決定手段と
    を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブリルアンスペクトル測定装置。
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