JP2016102689A - 光ファイバの曲げ形状測定装置及びその曲げ形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 長距離測定かつシームレスな分布測定が可能な光ファイバ曲げ形状解析装置と、高速化して動的な曲げ形状の変化を追従可能な光ファイバ曲げ形状解析方法とを提供する。【解決手段】 ２以上のコアを有するＭＣＦを光ファイバセンサヘッドし、２以上のコアのそれぞれは２種のＢＦＳのいずれかを有し、２種のＢＦＳのコアの２種のＢＧＳは一部が重複した互いに異なる範囲の周波数に渡り、ポンプ光、および、２種のＢＧＳの両方が重なる範囲の周波数を持つプローブ光からなる試験光を、光分波器を介して２以上のコアへ入射するブリルアン解析器２０と、光ファイバセンサヘッドの出射端にて２以上のコアのそれぞれに設けられ、各コアからの出射光を受光して、各コアのそれぞれにおいてプローブ光が受けるブリルアン利得量の増減からひずみ分布を光ファイバセンサヘッドの長手方向にわたって測定する受光器２１〜２４と、を備える。【選択図】図２

Description

この発明は、光ファイバの曲げ形状測定装置及びその曲げ形状測定方法に関する。

光ファイバを用いた形状センサとして、例えば非特許文献１の技術が開示されている。非特許文献１の技術は、軸となる光ファイバの周囲にらせん状に６本の光ファイバを束ねたらせん型光ファイバセンサヘッド（以下、らせん型光ファイバセンサヘッドと称する）を用いる技術である。

非特許文献１では、らせん型光ファイバセンサヘッドの長手方向に断続的にＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を書き込み、反射波長の変化をＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometer）で読み出しひずみを計測する方式と、ＯＦＤＲ測定によるレイリー散乱波形の変化からひずみを計測する方式とが開示され、いずれの方式においても各らせん光ファイバにかかるひずみ量の断面の分布から３次元的ならせん型光ファイバセンサヘッドの曲り形状を測定しており、動的な曲り形状の変化を計測することもできるものである。しかしながら、非特許文献１の技術は、ひずみの計測方法にＯＦＤＲを用いているため、光ファイバセンサヘッドの長さはＯＦＤＲ光源のコヒーレンス長に依存することで３０ｍのセンサヘッド長に留まっている。

例えば非特許文献２では、その他の光ファイバ形状センサとして、マルチコアファイバ（Multi-core fiber: ＭＣＦ）の各コアにＦＢＧを書き込みマルチコア光ファイバセンサヘッドとし、各コアのひずみを計測することでマルチコア光ファイバセンサヘッドの曲り形状を計測する技術が開示されている。しかしながら、曲げ形状の連続的な変化を測定する分解能はＦＢＧを書き込む長手方向の間隔に依存するため、高分解能かつ長距離の曲げ形状測定には不向きである。同様の技術的課題は、ＬＵＮＡ社のらせん型光ファイバセンサヘッドにＦＢＧを書き込む方式にも存在する。

一方で、光ファイバ通信網の保守に曲げ形状光ファイバセンサの導入を考えた場合、曲げ形状センシングが可能な光ファイバを通信ケーブル内構造に内蔵する、あるいは光ファイバ網に沿って施工しておくことで、いつでもリアルタイムに光ファイバ通信網の敷設状態を、例えば３次元地図上に表現することができるようになる。光ファイバ通信網を３次元地図上に可視化することができれば、追加で敷設する光ファイバケーブルの配線計画の策定や保守現場での必要工数計画の立案、通信網に付随する設備情報とのリンクによる効率的な保守業務の実現が期待できる。さらに、上記曲げ形状測定の繰返し速度を高速化することができれば、動的な曲げ形状変化を追随して測定することができ、例えば架空ケーブルが風に煽られて振動する様子を通信ビルから遠隔にて監視することができるようになる。

ＬＵＮＡ社, "Fiber Optic Shape Sensing", Current State of Technology, June 21st, 2013. D. Barrera et al., "Multipoint two-dimensional curvature optical fibre sensor," 23rd OFS, Proc. of SPIE 9157, 2014.

本発明の目的は、光ファイバを用いた曲げ形状センサ技術において、長距離測定かつシームレスな分布測定が可能な光ファイバの曲げ形状解析装置と、解析を高速化して動的な曲げ形状の変化を追従可能な光ファイバの曲げ形状解析方法とを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、以下のような構成要素を備えている。すなわち、曲げ形状測定装置は、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量の一方を有する１以上のコアと他方を有する１以上のコアとを備えた光ファイバセンサヘッドに対する光ファイバ曲げ形状測定装置であって、一対のポンプ光、および、前記２種のブリルアン利得スペクトルの両方が重なる範囲の周波数を持つプローブ光からなる試験光を、光分波器を介して前記２以上のコアへ入射するブリルアン解析器と、前記光ファイバセンサヘッドの出射端にて前記２以上のコアのそれぞれに設けられ、各コアからの出射光を受光して、各コアのそれぞれにおいてプローブ光が受けるブリルアン利得量の増減からひずみ分布を前記光ファイバセンサヘッドの長手方向にわたって測定する受光器と、を備える。

上記目的を達成するためにこの発明の第２の観点は、以下のような構成要素を備えている。すなわち、曲げ形状測定方法は、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量の一方を有する１以上のコアと他方を有する１以上のコアとを備えた光ファイバセンサヘッドに対する光ファイバ曲げ形状測定方法であって、一対のポンプ光、および、前記２種のブリルアン利得スペクトルの両方が重なる範囲の周波数を持つプローブ光からなる試験光を、光分波器を介して前記２以上のコアへ入射し、前記光ファイバセンサヘッドの出射端にて、前記２以上のコアのそれぞれからの出射光を受光して、各コアのそれぞれにおいてプローブ光が受けるブリルアン利得量の増減からひずみ分布を前記光ファイバセンサヘッドの長手方向にわたって測定する。

すなわちこの発明によれば、光ファイバを用いた曲げ形状センサ技術において、長距離測定かつシームレスな分布測定が可能な光ファイバの曲げ形状解析装置と、解析を高速化して動的な曲げ形状の変化を追従可能な光ファイバの曲げ形状解析方法とを提供することができる。

図１Ａは、第一の実施形態に係るマルチコア光ファイバの構成例を示す図である。 図１Ｂは、第一の実施形態に係るマルチコア光ファイバの構成例を示す図である。 図２は、第一の実施形態に係る曲げ形状測定装置の構成例を示す図である。 図３は、第一の実施形態に係る２種のＢＦＳと試験光の周波数配置図である。 図４は、第一の実施形態に係る曲げ形状測定の基本原理の説明図である。 図５は、伸長方向のひずみおよび圧縮方向のひずみに対し、シフト量ＢＦＳ１およびシフト量ＢＦＳ２のコア内で生じるブリルアン利得の増減の例を示す図である。 図６は、第一の実施形態に係る曲げ形状測定方法の一例について説明するフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では、光ファイバセンサヘッドの各コアにかかる長手方向の動的なひずみ量を解析することで、光ファイバセンサヘッドの動的な曲げ形状の変化を測定する技術について説明する。本実施形態では、長距離かつシームレスな曲げ形状測定をするため、ひずみの計測方法にはブリルアン利得解析法を用いたひずみ分布センシング技術を用いる。ここで、曲げ形状とは、光ファイバセンサヘッドに外力や振動が付与されることによる光ファイバセンサヘッドの曲率変化の分布および各曲率の方向である。ブリルアン利得解析法は、ひずみの変化量（または温度の変化量）に対してブリルアン周波数シフト量が線形に変化することが知られており、ひずみ測定技術（または温度測定技術）として利用されている。

ここで、ブリルアン利得解析法を用いたひずみ分布センシング技術とは、例えば、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）、あるいは、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）である。上記のいずれの測定法を用いても、数ｋｍの長距離曲げ形状測定が可能である。

さらに、本実施形態では、マルチコア光ファイバＭＣＦを用いた光ファイバセンサヘッドの各コアに、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量（ポンプ光が誘起するブリルアンゲインスペクトル（ＢＧＳ）の中央値）ＢＦＳを有するコアを用いる。例えば、ブリルアン周波数シフト量がＢＦＳ１である第１コアおよびブリルアン周波数シフト量がＢＦＳ２である第２コアの２種類のコアを用いる。ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１＞ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ２であり、ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１とブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ２とはブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なるものである。なお、シフト量ＢＦＳの差はコア径、ドーパント量、屈折率プロファイルの設計にて容易に実現可能である。

図１Ａおよび図１Ｂは、第一の実施形態に係るマルチコア光ファイバＭＣＦの構成例を示す図である。
例えば、図１Ａに４コア、図１Ｂに６コアの場合のコアの配置の一例を示す。図１Ａおよび図１Ｂは、略円柱形状のマルチコア光ファイバＭＣＦが延びる方向と略直交する断面構造を説明するための図である。

４コアのマルチコア光ファイバＭＣＦは、２つの第１コアＣ１、Ｃ３と、２つの第２コアＣ２、Ｃ４とを有している。第１コアＣ１、Ｃ３と第２コアＣ２、Ｃ４とは、略円柱形状のマルチコア光ファイバＭＣＦの中心軸の周囲に交互に並んで配置している。

６コアのマルチコア光ファイバＭＣＦは、３つの第１コアＣ１、Ｃ３、Ｃ５と３つの第２コアＣ２、Ｃ４、Ｃ６とを有している。第１コアＣ１、Ｃ３、Ｃ５と第２コアＣ２、Ｃ４、Ｃ６とは、略円柱形状のマルチコア光ファイバＭＣＦの中心軸の周囲に交互に並んで配置している。

図２は、第一の実施形態に係る曲げ形状測定装置の構成例を示す図である。
本実施形態の曲げ形状測定装置は、ブリルアン解析器２０と、複数の受光器２１〜２４と、を有している。本実施形態では、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルＢＧＳの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１、ＢＦＳ２の一方を有する１以上のコアと、他方を有する１以上のコアとを備えたマルチコア光ファイバＭＣＦ（もしくはバンドル光ファイバ）を光ファイバセンサヘッドとする。

受光器２１〜２４の数は、測定対象であるマルチコア光ファイバのコア数と同じである。図２に示した例では、測定対象であるマルチコア光ファイバＭＣＦは４コアであるので、曲げ形状測定装置は４つの受光器２１〜２４を有している。

ブリルアン解析器２０は、一対のポンプ光およびプローブ光からなる試験光を、光分波器Ａ１、Ａ２を介してマルチコア光ファイバＭＣＦの全てのコアへ入射する。プローブ光は、後述するように、２種のブリルアン利得スペクトルの両方が重なる範囲の周波数を持つように設定される。

受光器２１〜２４は、マルチコア光ファイバＭＣＦの遠端（出射端）にてコアごとに設けられている。受光器２１〜２４は、マルチコア光ファイバＭＣＦの各コアからの出射光と、ポンプ光とを受光する。受光器２１〜２４は、それぞれが各コアについてブリルアン利得を得たプローブ光を観測し、受光器側でブリルアン周波数シフトを解析する。受光器２１〜２４は、ブリルアン解析により、各コアの長手方向のひずみ分布を取得し、後述する曲げ形状解析手段にて各コアのひずみ量から曲げ形状を解析する。なお、受光器２１〜２４の解析結果は、有線あるいは無線の通信手段により外部へ出力されてもよい。

上記の曲げ形状測定を連続的に実施することで、最大で試験光の片道伝搬時間に相当する繰り返し時間間隔にて動的な曲げ形状変化の測定が可能になる。ただし、本実施例において、上記２種のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ（ＢＦＳ１およびＢＦＳ２）のコアのブリルアン利得スペクトル（Brillouin Gain Spectra: ＢＧＳ）をそれぞれＢＧＳ１、ＢＧＳ２とすると、ブリルアン利得スペクトルＢＧＳ１とブリルアン利得スペクトルＢＧＳ２とはマルチコア光ファイバＭＣＦにひずみがかかっていない状態において、互いにスペクトルの一部が重なり合う必要がある。シリカガラス製の汎用シングルモード光ファイバにおいては、ＢＧＳの３ｄＢ帯域が約３０ＭＨｚであることが知られており、ＢＦＳが４０−５０ＭＨｚ程度離れていればよい。

また、ポンプ光の周波数に対し誘起されるブリルアン利得スペクトルＢＧＳ１とブリルアン利得スペクトルＢＧＳ２との重なり合う周波数の中央値にプローブ光周波数を設定する。

図３は、第一の実施形態に係る２種のブリルアン周波数シフト量（ＢＦＳ）と試験光の周波数配置図である。
図３に示すように、ブリルアン利得スペクトルＢＧＳ１およびブリルアン利得スペクトルＢＧＳ２が重なり合う周波数にプローブ光を設定することで、一対のポンプ光およびプローブ光の周波数差でもブリルアン利得スペクトルＢＧＳ１およびブリルアン利得スペクトルＢＧＳ２の両ブリルアン利得スペクトルからブリルアン利得を得られる。したがって、２種のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１、ＢＦＳ２からなる光ファイバセンサヘッドの各コアの各位置におけるひずみ量の変化は、ひずみがかかっていない状態（曲げが加えられていない状態）で予めブリルアン利得スペクトルプロファイルを取得し、曲げが加えられた際のブリルアン利得量の絶対量の変化から、ブリルアン周波数シフト量の変化を解析することで、長手方向にわたって一括して測定することができる。

光ファイバ中で生じるブリルアン散乱のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳは伸長方向のひずみに対して線形に大きくなることが知られている。また、ファイバ中で生じるブリルアン散乱のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳは圧縮方向のひずみに対して線形に小さくなる。

すなわち、本実施形態においてブリルアン利得スペクトルＢＧＳが重なる周波数にプローブ光を配置し、無ひずみ下でのブリルアン利得をＧ_０とすると、伸長ひずみに対して、ブリルアン利得スペクトルＢＧＳ１は低周波側にシフトする（ポンプ光の絶対周波数から離れる方向にシフトする）ため、ブリルアン利得スペクトルＢＧＳ１によってプローブ光が得られるブリルアン利得量は小さくなる。つまり、ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１をもつコアの当該ひずみ位置においけるブリルアン利得は、無ひずみ下のブリルアン利得よりも小さく、例えばブリルアン利得はＧ_０−ｇとなる（ｇ＞０）。

一方、ブリルアン利得スペクトルＢＧＳ２も低周波側にシフトする（ポンプ光の絶対周波数から離れる方向にシフトする）ため、ブリルアン利得スペクトルＢＧＳ２によってプローブ光が得られるブリルアン利得は無ひずみ下よりも増大し、例えばブリルアン利得はＧ_０＋ｇとなる。

圧縮ひずみの場合には、上記の逆となる。例えば、ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１のコアのブリルアン利得量は増大し、ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ２のコアのブリルアン利得量は減少する。マルチコア光ファイバＭＣＦに曲げ形状が加えられた場合、曲げ半径の中心に対して内側と外側に位置するコアにはそれぞれ圧縮方向のひずみと伸長方向のひずみがかかる。すなわち、曲げ形状が加わると、マルチコア光ファイバＭＣＦの断面で対称なひずみ分布が生じる。

図５は、伸長方向のひずみおよび圧縮方向のひずみに対し、ブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ１およびブリルアン周波数シフト量ＢＦＳ２のコア内で生じるブリルアン利得の増減の例を示す図である。なお、図５では、下向きの矢印はブリルアン利得の減少を示し、上向きの矢印はブリルアン利得の増大を示す。

図５に示すように、ブリルアン利得の増減の分布およびその変化をモニタリングすることで、マルチコア光ファイバ断面に生じている伸長および圧縮ひずみの状態がわかり、曲げの方向を遠隔から検知することができる。

さらに、ブリルアン利得の増減の量を定量的に測定し、予め取得しておくひずみがかかっていない状態でのブリルアン利得プロファイルから、ブリルアン利得の増減量の絶対量をブリルアン周波数シフト量の変化量に換算することで、マルチコア光ファイバ長手方向の各地点におけるひずみ量を測定することができるため、下記に述べる曲げ形状解析手段によって、曲げ形状の動的な変化を測定できる。

本実施形態においては、上記のように、マルチコア光ファイバＭＣＦの全部（または一部）のコアに一対のプローブ光とポンプ光を試験光として入射し、複数コアの伸長および圧縮ひずみ状態をブリルアン利得の増減によって一括して測定するため、動的な曲げ形状の変化を遠隔からモニタリングすることができる。さらに、曲げ形状の曲率分布も以下の様態にて測定することができる。

図４は、第一の実施形態に係る曲げ形状測定の基本原理の説明図である。
以下に述べる方法は本願において曲げ形状解析手段と称する。マルチコア光ファイバの曲げ形状測定の原理として例えば非特許文献２に開示される方式を用いることができる。

曲げ形状は曲りの中心Ｃ、曲げ半径ｒの円弧上に曲がるものとする。このとき、４コアのマルチコア光ファイバＭＣＦにおける曲げ形状は、各コアＣ１〜Ｃ４と光ファイバ中心軸との距離をｄ、曲りの中心Ｃ、各コアＣ１〜Ｃ４にて測定されたひずみ量をそれぞれε１〜ε４とし、曲げの中心とマルチコア光ファイバＭＣＦの中心とを結ぶ直線と、コアＣ１の中心とマルチコア光ファイバＭＣＦの中心とが結ぶ直線がなす角θとすると、

と表せる。

曲げ形状の付与や変化によって各コアＣ１〜Ｃ４にかかるひずみ量ε１〜ε４を測定することで、曲げ付与部の曲げ半径を求めることができる。この曲げ半径を分布的に測定することでマルチコア光ファイバＭＣＦの曲率を求めることができ、曲げ形状測定が実施可能である。

ただし、上記手段によれば、マルチコア光ファイバＭＣＦにねじれは生じていないか、ねじれの量が既知でなければ曲げ形状の方向を正確に遠隔から測定することはできないため留意が必要である。

図６は、第一の実施形態に係る曲げ形状測定方法の一例について説明するフローチャートである。
本実施形態の曲げ形状測定方法では以下の手順に従って光ファイバの曲げ形状を測定する。すなわち、同一のポンプ光（プローブ光）を入射した際のブリルアン利得スペクトルＢＧＳの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量ＢＦＳの一方を有する１以上のコアと他方を有する１以上のコアとを備えたマルチコア光ファイバ（もしくはバンドル光ファイバ）を光ファイバセンサヘッドとする（ステップＡ１）。

次に、ブリルアン解析器２０は、光ファイバセンサヘッドの各コアＣ１〜Ｃ４に対して、同一のポンプ光と、２種のブリルアン利得スペクトルＢＧＳが重なる範囲の周波数を有するプローブ光とを入射させる（ステップＡ２）。

続いて、受光器２１〜２４は、各コアＣ１〜Ｃ４のブリルアン周波数シフト量の光ファイバセンサヘッドにおける長手方向の分布を測定し（ステップＡ３）、各地点における各コアＣ１〜Ｃ４のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳの増減に基づいて、光ファイバセンサヘッドの当該地点における曲げの方向を求める（ステップＡ４）。

以下、上記の曲げ形状測定装置および曲げ形状測定方法において、ブリルアン利得解析法による曲げ形状の測定精度を向上させるための手法について述べる。
ブリルアン利得解析手法では、一般に、光ファイバセンサヘッドにかかるひずみおよび温度変化によってブリルアン周波数シフト量が変化するため、本実施形態においては、温度分布の影響を補償することが曲率分布の高精度測定においては肝要である。

まず、マルチコア光ファイバＭＣＦ断面の中心にコアを配置する。該マルチコア光ファイバＭＣＦに曲げが付与された場合、マルチコア光ファイバＭＣＦ断面中心に配置されたコアに対してブリルアン利得解析法によりひずみ測定を実施しても、圧縮と伸長のひずみの作用が同一コア内で相殺されるため、ひずみによるブリルアン周波数シフト量の変化を検出することはない。

すなわち、マルチコア光ファイバＭＣＦの中心軸上にコア（参照コア）を配置し、該コアのブリルアン周波数シフト量の絶対値をブリルアン周波数シフト参照値（参照ブリルアン周波数シフト量）とし、同地点の他コアのブリルアン周波数シフト量と上記ブリルアン周波数シフト参照値との差を測定することで、マルチコア光ファイバＭＣＦ長手方向の温度変化の影響を完全に排除したひずみ測定が可能になる。

換言すると、受光器２１〜２４は、参照コアのブリルアン周波数シフト量を参照ブリルアン周波数シフト量とし、参照ブリルアン周波数シフト量の分布から温度分布を解析し、光ファイバセンサヘッドのコアＣ１〜Ｃ４のブリルアン周波数シフト量と参照コアの参照ブリルアン周波数シフト量との差を算出し、当該地点におけるひずみ量とすることで、マルチコア光ファイバＭＣＦ長手方向の温度変化の影響を完全に排除したひずみ測定が可能になる。

本実施形態によれば、ブリルアン利得解析を用いて光ファイバ長手方向のひずみ分布を測定し、光ファイバの曲げ形状を長距離かつシームレスに測定可能とすることで、例えば光ファイバ通信網の配線状態を遠隔から測定可能とし、光ファイバ通信網の運用・管理の効率を向上するための３次元光ケーブルマップの作成に資することができる。

また、曲げ形状センシングが可能な光ファイバを通信ケーブル内構造の中心に内蔵する、あるいは光ファイバ網に沿って施工しておくことで、いつでもリアルタイムに光ファイバ通信網の敷設状態を、３次元地図上に表現することができるようになる。光ファイバ通信網を３次元地図上に可視化することができれば、追加で敷設する光ファイバケーブルの配線計画の策定や保守現場での必要工数計画の立案、通信網に付随する設備情報とのリンクによる効率的な保守業務の実現ができる。さらに、曲げ形状測定の繰り返し周波数を高速化することで曲げ形状の動的な変化を遠隔から監視することを可能とし、通信光ケーブルの保守監視技術の高度化に資することができる。

なお、本実施形態ではマルチコア光ファイバＭＣＦを光ファイバセンサヘッドとし、同ＭＣＦの曲げ形状を測定しているが、光ファイバセンサヘッドはマルチコア光ファイバＭＣＦに限らず、２種のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳからなる複数の単心光ファイバについて、近接する光ファイバが異種ＢＦＳの光ファイバとなるように束ねたバンドル光ファイバを利用しても良い。ここで、光ファイバセンサヘッドがマルチコア光ファイバＭＣＦでない場合には、光ファイバセンサヘッドの中心（軸）に参照用の単心光ファイバを内蔵すれば上記の温度分布の影響を補償した高精度測定が可能となる。

また、上記実施形態では、４コアのマルチコア光ファイバＭＣＦを例に説明したが、同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量の一方を有する１以上のコアと他方を有する１以上のコアとを有するマルチコア光ファイバ（もしくはバンドル光ファイバ）であれば本実施形態を適用可能である。コア数（あるいは、束ねる単心光ファイバの数）を多くして、各位置における光ファイバ断面のひずみの面分布を長手方向にわたって測定することで、より精確な曲げ形状測定を実施可能になる。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

２０…ブリルアン解析器、２１〜２４…受光器、Ａ１、Ａ２…光分波器、ＢＦＳ１、ＢＦＳ２…ブリルアン周波数シフト量、ＢＧＳ１、ＢＧＳ２…ブリルアン利得スペクトル、Ｃ１〜Ｃ４…コア、ＭＣＦ…マルチコア光ファイバ

Claims (8)

1. 同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量の一方を有する１以上のコアと他方を有する１以上のコアとを備えた光ファイバセンサヘッドに対する光ファイバ曲げ形状測定装置であって、
   前記ポンプ光、および、前記２種のブリルアン利得スペクトルの両方が重なる範囲の周波数を持つプローブ光からなる試験光を、光分波器を介して前記２以上のコアへ入射するブリルアン解析器と、
   前記光ファイバセンサヘッドの出射端にて前記２以上のコアのそれぞれに設けられ、各コアからの出射光を受光して、各コアのそれぞれにおいてプローブ光が受けるブリルアン利得量の増減からひずみ分布を前記光ファイバセンサヘッドの長手方向にわたって測定する受光器と、を備えたことを特徴とする曲げ形状測定装置。
2. 前記受光器は、前記プローブ光が受けるブリルアン利得量の増減の絶対量からブリルアン周波数シフト量の変化量を解析し、ブリルアン周波数シフト量の変化をひずみの変化量に換算し、ある位置における各コアのひずみ量から、曲げの中心と前記光ファイバセンサヘッドの断面中心とを結ぶ直線と、任意のコア中心と前記光ファイバセンサヘッドの中心とを結ぶ直線とがなす角θを解析し、前記角θと各コアのひずみ量とから曲げ半径ｒを解析し、前記曲げ半径ｒの分布から前記光ファイバセンサヘッドの曲率分布と各位置における曲率および曲げの方向を求めることを特徴とする請求項１記載の曲げ形状測定装置。
3. 前記光ファイバセンサヘッドは、中心軸上に参照コアを更に具備し、
   前記受光器は、前記参照コアのブリルアン周波数シフト量を参照ブリルアン周波数シフト量とし、前記参照ブリルアン周波数シフト量の分布から温度分布を解析し、前記２以上のコアのブリルアン周波数シフト量と前記参照コアの参照ブリルアン周波数シフト量との差を算出し、当該地点におけるひずみ量とすることを特徴とする請求項１記載の曲げ形状測定装置。
4. 前記受光器はブリルアン解析手段として、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）、又は、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）を用いることを特徴とする請求項１記載の曲げ形状測定装置。
5. 同一のポンプ光を入射した際のブリルアン利得スペクトルの一部の範囲が互いに重なる２種の異なるブリルアン周波数シフト量の一方を有する１以上のコアと他方を有する１以上のコアとを備えた光ファイバセンサヘッドに対する光ファイバ曲げ形状測定方法であって、
   前記ポンプ光、および、前記２種のブリルアン利得スペクトルの両方が重なる範囲の周波数を持つプローブ光からなる試験光を、光分波器を介して前記２以上のコアへ入射し、
   前記光ファイバセンサヘッドの出射端にて、前記２以上のコアのそれぞれからの出射光を受光して、各コアのそれぞれにおいてプローブ光が受けるブリルアン利得量の増減からひずみ分布を前記光ファイバセンサヘッドの長手方向にわたって測定する、ことを特徴とする曲げ形状測定方法。
6. 前記プローブ光が受けるブリルアン利得量の増減の絶対量からブリルアン周波数シフト量の変化量を解析し、ブリルアン周波数シフト量の変化をひずみの変化量に換算し、
   ある位置における各コアのひずみ量から、曲げの中心と前記光ファイバセンサヘッドの断面中心とを結ぶ直線と、任意のコア中心と前記光ファイバセンサヘッドの中心とを結ぶ直線とがなす角θを解析し、
   前記角θと各コアのひずみ量とから曲げ半径ｒを解析し、
   前記曲げ半径ｒの分布から前記光ファイバセンサヘッドの曲率分布と各位置における曲率および曲げの方向を求めることを更に備える特徴とする請求項５記載の曲げ形状測定方法。
7. 中心軸上に参照コアを更に具備した前記光ファイバセンサヘッドの光ファイバ曲げ形状測定方法であって、
   前記参照コアのブリルアン周波数シフト量を参照ブリルアン周波数シフト量とし、前記参照ブリルアン周波数シフト量の分布から温度分布を解析し、
   前記２以上のコアのブリルアン周波数シフト量と前記参照コアの参照ブリルアン周波数シフト量との差を算出し、当該地点におけるひずみ量とすることを更に備えることを特徴とする請求項５記載の曲げ形状測定方法。
8. ブリルアン解析手段として、ＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）、又は、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）を用いることを特徴とする請求項５記載の曲げ形状測定方法。

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