JP2017194306A - 光ファイバセンシングシステム及びライザー管 - Google Patents

Abstract

【課題】双方向の光信号が単一の光ファイバ部を伝播する構造であっても、入射光信号と反射光信号との両方を増幅させることができる。【解決手段】光ファイバセンシングシステムは、光源から入力された入射光信号Ｓ１と、センサ部３１１で生成された反射光信号とを誘導するよう双方向の光信号を伝搬可能とされ、直列に複数接続された光ファイバ部３１と、前記光ファイバ部３１に接続された増幅部３２とを備える。増幅部３２は、入射光信号Ｓ１のみを増幅する第一光導波路３２１と、第一光導波路３２１と並列に設けられて反射光信号のみを増幅する第二光導波路３２２と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、光ファイバセンシングシステム及びライザー管に関する。

海底資源の採掘する海中生産システムでは、海底から数千ｍの深さまで掘削した生産井から原油や天然ガス等が混在した生産流体が汲み上げられている。海中生産システムでは、汲み上げた生産流体は、スクラバーのようなセパレータによって天然ガス等の気体と原油等の液体とに分離された後に、海中を延びるライザー管を介して海上の船まで送られる。

ライザー管は、海上から海底までの達するように、非常に長い構造を有している。そのため、ライザー管が破損する場合、局部的な座屈が主要な破壊モードとなる。また、ライザー管は、高潮流下に配置されることで、局部的な座屈だけでなく、振動による疲労破壊も問題となる。

そこで、例えば、特許文献１には、海水の流れに対するライザー管の応答を精密に計測するために、光ファイバを用いた計測手法を適用する構造が記載されている。特許文献１に記載のライザー管は、複数のライザー管本体が接続されることで構成されている。このライザー管本体には、端部がはみ出すように配置された双方向に光信号を送信可能な光ファイバが表面に取り付けられている。光ファイバは、ライザー管本体同士を接続することで接続されている。これにより、ライザー管の表面に沿って長距離にわたって延びる光ファイバセンシングシステムを構築している。

ところで、遠隔地点における被計測対象の歪みや温度の変化のような物理量の変化を計測する方法として光ファイバを用いた場合、光ファイバ中の光損失が問題となる。そこで、光損失を補うために光信号を増幅する中継器型の光増幅器が用いられている。

特許第５６１９５７１号公報

しかしながら、光増幅器は、基本的に光ファイバを伝送される光信号のうち、一方向に伝送される光信号のみしか増幅できない。そのため、増幅器が配置されている地点で入射光信号のみを増幅させたとしても、反射光信号を十分に増幅させることができない場合がある。具体的には、計測箇所が測定部から離れていることで反射光信号の発生位置が遠くなってしまうと、入射光信号を増幅しても測定機で受光するために必要な光強度を保たせることがむずかしい。そこで、双方向の光信号が単一の光ファイバを伝播する構造であっても、入射光信号と反射光信号との両方を増幅させることが求められている。

本発明は、上記要望に応えるためになされたものであって、双方向の光信号が単一の光ファイバ部を伝播する構造であっても、入射光信号と反射光信号との両方を増幅させることが可能な光ファイバセンシングシステム及びライザー管を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における光ファイバセンシングシステムは、光源から入力された入射光信号と、センサ部で生成された反射光信号とを誘導するよう双方向の光信号を伝搬可能とされ、直列に複数接続された光ファイバ部と、前記光ファイバ部に接続された増幅部とを備え、前記増幅部は、前記入射光信号のみを増幅する第一光導波路と、前記第一光導波路と並列に設けられて前記反射光信号のみを増幅する第二光導波路と、を有する。

このような構成によれば、入射光信号だけでなく、反射光信号を増幅させることで、入射光信号及び反射光信号の両方の光損失を補うことができる。

また、本発明の第二の態様における光ファイバセンシングシステムでは、第一の態様において、前記増幅部は、並列に配置された前記第一光導波路及び前記第二光導波路の前記入射光信号が入力される第一側を繋ぐ第一光路変換器と、並列に配置された前記第一光導波路及び前記第二光導波路の前記反射光信号が入力される第二側を繋ぐ第二光路変換器と、を有し、前記第一光路変換器は、前記入射光信号を前記第一光導波路に導き、前記第二光路変換器は、前記反射光信号を前記第二光導波路に導いてもよい。

このような構成によれば、入射光信号及び反射光信号をそれぞれ個別に安定して増幅させることができる。

また、本発明の第三の態様における光ファイバセンシングシステムでは、第一または第二の態様において、前記増幅部を複数備え、複数の前記増幅部は、それぞれ異なる波長域の光信号を増幅していてもよい。

このような構成によれば、ＷＤＭ方式に対応させることができる。したがって、ＷＤＭ方式を採用しながら、光損失の制限を受けずに計測距離を伸ばすことができる。

また、本発明の第四の態様における光ファイバセンシングシステムでは、第一または第二の態様において、前記増幅部を複数備え、複数の前記増幅部は、それぞれ同じ波長域の光信号を増幅していてもよい。

このような構成によれば、ＴＤＭ方式やＢＯＴＤＲ方式やＢＯＣＤＡ方式に対応させることができる。したがって、ＴＤＭ方式やＢＯＴＤＲ方式やＢＯＣＤＡ方式を採用しながら、光損失の制限を受けずに計測距離を伸ばすことができる。

また、本発明の第五の態様における光ファイバセンシングシステムでは、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記光ファイバ部は、前記センサ部として、コアにファイバブラッグレーティングが形成されていてもよい。

このような構成によれば、ＦＢＧ方式に対応させることができる。

また、本発明の第六の態様における光ファイバセンシングシステムでは、第一から第五の態様のいずれか一つにおいて、前記増幅部の前記入射光信号が入力される第一側及び前記反射光信号が入力される第二側の少なくとも一方に配置され、前記増幅部と複数の前記光ファイバ部とを選択的に接続可能な光スイッチ部とを備えていてもよい。

このような構成によれば、複数の光ファイバ部と一つの増幅部とを選択に接続可能な状態で繋ぐことができる。したがって、光ファイバシステム全体として計測点数を増やしつつ、計測距離を伸ばすことができる。

また、本発明の第七の態様におけるライザー管では、第一から第六の態様のいずれか一つの光ファイバセンシングシステムと、筒状をなし、表面に前記光ファイバセンシングシステムの光ファイバ部の一つが配置された複数の主ライザー管本体と、筒状をなし、表面に前記光ファイバセンシングシステムの増幅部が配置された増幅ライザー管本体と、を備え、前記主ライザー管本体の端部と前記増幅ライザー管本体の端部とが直列的に接続されることで、前記光ファイバ部と前記増幅部とが接続される。

このような構成によれば、ライザー管に沿って光ファイバ部及び増幅部を連続して設けることができる。その結果、ライザー管のひずみを光ファイバ部のひずみに直接変換して反射光信号に対応させ、増幅部によって計測装置で受光する段階の反射光信号の光強度を維持することができる。これにより、船舶から海底までのライザー管における各部分の応答を計測することができる。

本発明によれば、双方向の光信号が単一の光ファイバ部を伝播する構造であっても、入射光信号と反射光信号との両方を増幅させることができる。

本発明の実施形態のライザー管を説明する模式図である。 本発明のライザー管同士を接続する様子を説明する模式図である。 本発明の第一実施形態における光ファイバセンシングシステムを説明する概念図である。 本発明の第一実施形態における増幅器を説明する概念図である。 本発明の第二実施形態における光ファイバセンシングシステムを説明する概念図である。 本発明の第二実施形態の第一変形例における光ファイバセンシングシステムを説明する概念図である。 本発明の第二実施形態の第二変形例における光ファイバセンシングシステムを説明する概念図である。 本発明の第三実施形態における光スイッチ部を説明する概念図である。

《第一実施形態》
以下、本発明の第一実施形態のライザー管２及び光ファイバセンシングシステム３について図１から図４を参照して説明する。
ライザー管２は、洋上プラットフォーム（石油開発用、科学調査用等）の掘削や、洋上プラットフォームへ海底油田から採取した原油を持ち上げるために用いられる。本実施形態のライザー管２は、図１に示すように、船舶１に一方の端部が接続されている。船舶１は、ライザー管２を海Ｓ中に配設し、ライザー管２の他方の端部を海底Ｇまで伸ばしている。

ライザー管２は、光ファイバセンシングシステム３を有している。ライザー管２は、図２に示すように、複数のライザー管本体２０を直列的に接続した構造を有している。ライザー管本体２０は、筒状をなしている。本実施形態のライザー管本体２０は、円筒状をなしている。ライザー管本体２０は、ドリルパイプと、泥水流路と、計測機器とを含み、浮体を含む保護部材で覆われている（以上、図示せず）。なお、ライザー管本体２０同士を接続するための接続構造（例示：フランジやボルトやナットなど）など本発明に直接関係ない部分（前述のドリルパイプ、泥水流路、計測機器、浮体を含む保護部材）は従来の技術と同様であり記載を省略している。本実施形態のライザー管２は、ライザー管本体２０として、主ライザー管本体２１と、増幅ライザー管本体２２とを有している。

主ライザー管本体２１は、後述する光ファイバセンシングシステム３の光ファイバ部３１が取り付けられている。増幅ライザー管本体２２は、後述する光ファイバセンシングシステム３の増幅部３２が取り付けられている。増幅ライザー管本体２２は、主ライザー管本体２１と同じ形状をなしている。つまり、増幅ライザー管本体２２は、光ファイバ部３１の代わりに増幅部３２が取り付けられている点で主ライザー管本体２１と異なる。

主ライザー管本体２１の端部と増幅ライザー管本体２２の端部とが直列的に接続されることで、光ファイバ部３１と増幅部３２とが接続されている。また、主ライザー管本体２１同士の端部が直列的に接続されることで、光ファイバ部３１同士が接続されている。

光ファイバセンシングシステム３は、遠隔地点における被計測対象の歪みや温度の変化のような物理量の変化を計測する。本実施形態の光ファイバセンシングシステム３は、ライザー管２に取り付けられることで、海水の流れに対するライザー管２の応答、例えば、海水によりライザー管２に発生する渦励振（ＶＩＶ：Ｖｏｒｔｅｘ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を含む各種振動を精密に計測し、あるいはそれら各種振動によりライザー管２に座屈が発生する可能性を的確に把握する。本実施形態の光ファイバセンシングシステム３は、図３に示すように、光ファイバ部３１と、増幅部３２と、計測装置３３とを備えている。

光ファイバ部３１は、光源から入力された入射光信号Ｓ１と、センサ部３１１で生成された反射光信号Ｓ２とを誘導するよう双方向の光信号を伝搬可能とされている。反射光信号Ｓ２は、光ファイバ部３１のセンサ部３１１の少なくとも一つで生成される。反射光信号Ｓ２は、センサ部３１１の周囲環境の物理的変化により反射することで生成される。

光ファイバ部３１は、直列に複数接続されている。光ファイバ部３１は、主ライザー管本体２１の表面に密着して取り付けられている。光ファイバ部３１は、主ライザー管本体２１の長手方向である軸方向に沿って延在している。光ファイバ部３１は、例えば、主ライザー管本体２１の表面に対して接着剤によって接合されている。光ファイバ部３１は、図２に示すように、一方の端部である第一端部３１ａから他方の端である第二端部３１ｂが主ライザー管本体２１の両端部にわたって延びている。ここで、本実施形態における第一端部３１ａは、光ファイバ部３１において入射光信号Ｓ１が入力される側の端部である。第二端部３１ｂは、光ファイバ部３１において反射光信号Ｓ２が入力される側の端部である。本実施形態の光ファイバ部３１は、主ライザー管本体２１の表面上の複数箇所に一本ずつ配置されている。光ファイバ部３１は、主ライザー管本体２１の円周方向に所定の間隔、例えば互いに等間隔になるように並んで一本ずつ配置されている。

光ファイバ部３１は、第一端部３１ａ及び第二端部３１ｂが主ライザー管本体２１の端部からはみ出すように形成されている。光ファイバ部３１の第一端部３１ａ及び第二端部３１ｂは、隣接する光ファイバ部３１との接続作業のために主ライザー管本体２１に固着されていない。光ファイバ部３１の両端のはみ出した部分と、隣接する光ファイバ部３１のはみ出した部分とが融着やメカニカルスプライスやコネクタ等により接続されている。このように、はみ出した部分を融着やメカニカルスプライスやコネクタ等により接続することで、容易に長大なライザー管２の全長にわたって複数の光ファイバ部３１を連続して設けている。

なお、光ファイバ部３１同士は、永久的に接続させる融着接続やメカニカルスプライスを用いてもよく、繰り返し着脱が可能なコネクタ接続を用いてもよい。

光ファイバ部３１は、図３に示すように、センサ部３１１として、コアにファイバブラッグレーティング（ブラッグ格子）が形成されている。センサ部３１１は、連続するよう接続された複数の光ファイバ部３１に対して、所定の間隔で複数設けられている。つまり、本実施形態の光ファイバ部３１は、センサ部３１１として機能する部分と、光信号を伝搬する部分とを有している。複数の光ファイバ部３１のセンサ部３１１は、それぞれ異なるブラッグ波長に対応している。これにより、光ファイバセンシングシステム３を波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に対応させることができる。センサ部３１１は、例えば、数十ｃｍ間隔で設けることができる。センサ部３１１は、ライザー管本体２０が３０ｍ、水深３０００ｍの海底Ｇの場合、数千箇所程度の計測箇所を設けることができる。それにより、高次の応答（モードの節が２０ｍ又はそれ以下の間隔、数十Ｈｚ以上）を測定することができる。なお、センサ部３１１は、全ての光ファイバ部３１がそれぞれ有していてもよく、一部の光ファイバ部３１のみが有していてよい。

増幅部３２は、光ファイバ部３１に接続されている。増幅部３２は、入射光信号Ｓ１と反射光信号Ｓ２との両方をそれぞれ別々に増幅させる。増幅部３２は、複数設けられている。本実施形態の増幅部３２は、複数連続して接続された光ファイバ部３１に対して一つの割合で設けられている。複数の増幅部３２は、それぞれ異なる波長域の光信号を増幅している。つまり、複数の増幅部３２は、それぞれ異なるブラッグ波長に対応している。増幅部３２は、図４に示すように、第一光導波路３２１と、第二光導波路３２２と、第一光路変換器３２３と、第二光路変換器３２４とを有する。

第一光導波路３２１は、入射光信号Ｓ１のみを増幅する。第一光導波路３２１は、途中に光増幅器３２０が設けられた光ファイバである。光増幅器は３２０、中を通る光信号を増幅させる。本実施形態における光増幅器３２０は、あらゆる波長に対応可能な光ファイバアンプや半導体光アンプ（ＳＯＡ:Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｅｒ）が用いられる。

第二光導波路３２２は、第一光導波路３２１と並列に設けられている。第二光導波路３２２は、反射光信号Ｓ２のみを増幅する。第二光導波路３２２は、途中に光増幅器３２０が設けられて光ファイバである。本実施形態の第二光導波路３２２に用いられる光増幅器３２０は、第一光導波路３２１に用いられる光増幅器３２０と同じである。

第一光路変換器３２３は、並列に配置された第一光導波路３２１及び第二光導波路３２２の入射光信号Ｓ１が入力される第一側を繋いでいる。ここで、本実施形態における第一側は、第一光導波路３２１において入射光信号Ｓ１が入力される側である。第一光路変換器３２３は、増幅部３２に対して入射光信号Ｓ１が入力される側である第一側に配置された光ファイバ部３１と接続されている。第一光路変換器３２３は、入射光信号Ｓ１を第一光導波路３２１に導く。本実施形態の第一光路変換器３２３は、光学的サーキュレータである。第一光路変換器３２３は、光ファイバ部３１を伝搬してきた入射光信号Ｓ１を分離又は分岐させて第一光導波路３２１のみに導いている。

第二光路変換器３２４は、並列に配置された第一光導波路３２１及び第二光導波路３２２の反射光信号Ｓ２が入力される第二側を繋いでいる。ここで、本実施形態における第二側は、第二光導波路３２２において反射光信号Ｓ２が入力される側である。つまり、第二光路変換器３２４は、第一光導波路３２１及び第二光導波路３２２に対して第一光路変換器３２３の反対側に配置されている。第二光路変換器３２４は、増幅部３２に対しての反射光信号Ｓ２が入力される側である第二側に配置された光ファイバ部３１と接続されている。第二光路変換器３２４は、反射光信号Ｓ２を第二光導波路３２２に導く。本実施形態の第二光路変換器３２４は、第一光路変換器３２３と同じ光学的サーキュレータである。第二光路変換器３２４は、光ファイバ部３１を伝搬してきた反射光信号Ｓ２を分離又は分岐させて第二光導波路３２２のみに導いている。

計測装置３３は、主ライザー管本体２１の表面上に配置された光ファイバ部３１に接続されている。計測装置３３は、それら複数の光ファイバ部３１へ所定の周波数を有するパルス状のレーザ光のような入射光信号Ｓ１を出力する光源である。計測装置３３は、センサ部３１１で生成された反射光信号Ｓ２を受信する。

計測装置３３は、受信された反射光信号Ｓ２に基づいて、ライザー管２の応答分布を公知の方法で算出する。例えば、一つの光ファイバ部３１について、入射光信号Ｓ１が出力された時刻と複数の反射光信号Ｓ２の各々を受信した時刻との差から、各反射光信号Ｓ２の反射位置（ブラッグ格子の位置）が計算される。また、出力された入射光信号Ｓ１の周波数（分布）と受信された反射光信号Ｓ２の周波数（分布）との相違から、各反射位置で光ファイバ部３１に生じている引っ張り応力（又は引っ張り長さ）又は圧縮応力（圧縮長さ）が計算される。複数の光ファイバ部３１でのこれらの計算結果と、それら光ファイバ部３１に密着しているライザー管２の材料物性値とから、ライザー管２に生じている応力を計算することができる。この計算方法は、公知の方法を用いることができる。

上記のような光ファイバセンシングシステム３によれば、第一光導波路３２１によって入射光信号Ｓ１を増幅させ、第二光導波路３２２によって反射光信号Ｓ２を増幅させることできる。つまり、光ファイバ部３１を伝搬される入射光信号Ｓ１及び反射光信号Ｓ２を増幅部３２によってそれぞれ増幅させることができる。入射光信号Ｓ１だけでなく、反射光信号Ｓ２を増幅させることで、入射光信号Ｓ１及び反射光信号Ｓ２の両方の光損失を補うことができる。したがって、双方向の光信号が単一の光ファイバ部３１を伝播する構造であっても、入射光信号Ｓ１と反射光信号Ｓ２との両方を増幅させることができる。その結果、計測装置３３で反射光信号Ｓ２を受光するために必要な光強度を安定して維持することができる。これにより、光損失の制限を受けずに計測距離の延長を図ることができる。

また、第一光路変換器３２３によって計測装置３３から出力された入射光信号Ｓ１を第一光導波路３２１に導き、第二光路変換器３２４によってセンサ部３１１で生成された反射光信号Ｓ２を第二光導波路３２２に導くことができる。そのため、入射光信号Ｓ１及び反射光信号Ｓ２をそれぞれ個別に安定して増幅させることができる。

また、光ファイバ部３１にセンサ部３１１としてブラッグ格子が形成されていることで、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）方式に対応させることができる。

また、複数の光ファイバ部３１及び増幅部３２が異なる波長域をそれぞれ増幅させることで、ＷＤＭ方式に対応させることができる。したがって、ＷＤＭ方式を採用しながら、光損失の制限を受けずに計測距離を伸ばすことができる。

また、主ライザー管本体２１の表面に固着された光ファイバ部３１と、増幅ライザー管本体２２の表面に固着された増幅部３２とが、主ライザー管本体２１と増幅ライザー管本体２２とが接続されることで繋がれている。そのため、ライザー管２に沿って光ファイバ部３１及び増幅部３２を連続して設けることができる。その結果、ライザー管２のひずみを光ファイバ部３１のひずみに直接変換して反射光信号Ｓ２に対応させ、増幅部３２によって計測装置３３で受光する段階の反射光信号Ｓ２の光強度を維持することができる。これにより、船舶１から海底Ｇまでのライザー管２における各部分の応答を計測することができる。

《第二実施形態》
次に、図５を参照して第二実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ａについて説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ａは、光ファイバ部３１Ａ及び増幅部３２Ａの構成について第一実施形態と相違する。

第二実施形態の光ファイバ部３１Ａは、第一実施形態と同様に、センサ部３１１Ａとしてコアにファイバブラッグレーティング（ブラッグ格子）が形成されている。センサ部３１１Ａは、連続するよう接続された複数の光ファイバ部３１Ａに対して、所定の間隔で複数設けられている。複数のセンサ部３１１Ａは、それぞれ同じブラッグ波長に対応している。これにより、光ファイバセンシングシステム３を時分割多重（ＴＤＭ:Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に対応させることができる。

増幅部３２Ａは、光ファイバ部３１Ａに接続されている。増幅部３２Ａは、入射光信号Ｓ１と反射光信号Ｓ２との両方をそれぞれ別々に増幅させる。増幅部３２Ａは、複数設けられている。本実施形態の増幅部３２Ａは、複数連続して接続された光ファイバ部３１Ａに対して一つ設けられている。複数の増幅部３２Ａは、それぞれ同じ波長域の光信号を増幅している。つまり、複数の増幅部３２Ａは、それぞれ同じブラッグ波長に対応している。

第二実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ａによれば、複数の光ファイバ部３１Ａ及び増幅部３２Ａが同じブラッグ波長をそれぞれ増幅させることで、ＴＤＭ方式に対応させることができる。したがって、ＴＤＭ方式を採用しながら、光損失の制限を受けずに計測距離を伸ばすことができる。また、全て同じ種類の光ファイバ部３１Ａや増幅部３２Ａによって光ファイバセンシングシステム３Ａを簡易な構成で構築できる。

なお、第二実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ａは、ブラッグ格子を有することに限定されるものではなく、増幅部３２Ａが同じ波長を増幅していればよい。

例えば、第二実施形態の第一変形例として、光ファイバ部３１Ａのセンサ部３１１Ｂにブラッグ格子が形成されていなくてもよい。つまり、第一変形例の光ファイバセンシングシステム３Ｂは、図６に示すように、光ファイバ部３１Ｂ全体がセンサ部３１１Ｂとしての機能を有している。第一変形例の光ファイバセンシングシステム３Ｂは、ブリルアン散乱光を利用したＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｒｙ）に対応している。第一変形例では、光ファイバ部３１Ｂの片側のみから光信号を入射させている。光ファイバセンシングシステム３Ｂは、入射光信号Ｓ１と反射光信号Ｓ２とを増幅部３２Ｂで増幅している。このような光ファイバセンシングシステム３Ｂでは、ＢＯＴＤＲ方式を採用しながら、光損失の制限を受けずに計測距離を伸ばすことができる。

また、第二実施形態の第二変形例では、ブリルアン散乱を利用する方式として、ＢＯＣＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ−Ｄｏｍａｉｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ）に対応させてもよい。つまり、第二変形例の光ファイバセンシングシステム３Ｃも、光ファイバ部３１Ｃ全体がセンサ部３１１Ｃとしての機能を有している。ＢＯＣＤＡでは、図７に示すように、光ファイバ部３１Ｃの片側のみから光信号を入射させるのではなく、両端から周波数差を設けた光信号をそれぞれ入射させている。具体的には、光ファイバセンシングシステム３Ｃでは、入射光信号Ｓ１として計測装置３３Ｃからポンプ光Ｓ３を出力するとともに、ポンプ光Ｓ３とは逆方向にプローブ光Ｓ４を出力する。光ファイバセンシングシステム３Ｃは、ポンプ光Ｓ３とプローブ光Ｓ４とを増幅部３２Ｃで増幅している。このような光ファイバセンシングシステム３Ｃでは、ＢＯＣＤＡ方式を採用しながら、光損失の制限を受けずに計測距離を伸ばすことができる。

《第三実施形態》
次に、図８を参照して第三実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ｄについて説明する。
第三実施形態においては第一実施形態や第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ｄは、光スイッチ部３４を有する点で第一実施形態及び第二実施形態と相違する。

第三実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ｄでは、光ファイバ部３１Ｄは、主ライザー管本体２１の表面上の複数箇所に複数本ずつ配置されている。複数の光ファイバ部３１Ｄは、主ライザー管本体２１の円周方向に所定の間隔、例えば互いに等間隔になるように並んでいる。第三実施形態では、四本ずつ四カ所に配置されている。

光ファイバセンシングシステム３Ｄは、増幅部３２と複数の光ファイバ部３１Ｄとを繋ぐ光スイッチ部３４を有する。光スイッチ部３４は、増幅部３２と複数の光ファイバ部３１Ｄとを選択的に接続可能としている。光スイッチ部３４は、増幅部３２の入射光信号Ｓ１が入力される第一側及び反射光信号Ｓ２が入力される第二側の少なくとも一方に配置されている。第三実施形態の光スイッチ部３４は、増幅部３２の第一側及び第二側の両側に配置されている。光スイッチ部３４は、電気、機械、熱、及び光制御のいずれかの方式で光路を切替可能とされている。

第三実施形態の光ファイバセンシングシステム３Ｄによれば、両側の四本に光ファイバ部３１Ｄと一つの増幅部３２とを選択に接続可能な状態で繋ぐことができる。したがって、光ファイバシステム全体として計測点数を増やしつつ、計測距離を伸ばすことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

なお、増幅部３２の第一光導波路３２１及び第二光導波路３２２の光増幅器３２０は、本実施形態のように同じものであることに限定されるものでなく、それぞれ別のもであってもよい。

また、増幅部３２の第一光路変換器３２３と第二光路変換器３２４とは、本実施形態のように同じものであることに限定されるものではなく、それぞれ別のものであってもよい。

また、第三実施形態では光スイッチ部３４が増幅部３２に接続する光ファイバ部３１Ｄは四つであることに限定されるものではなく、複数の光ファイバ部３１Ｄと一つの増幅部３２とを接続していればよい。したがって、光スイッチ部３４を介して増幅部３２に接続される光ファイバ部３１Ｄは、二つ以上であればよい。

また、光スイッチ部３４は、本実施形態のように増幅部３２の両側に配置される構造に限定されるものではなく、少なくとも一方に配置されていればよい。したがって、光スイッチ部３４は、増幅部３２に対して入射光信号Ｓ１が入力される第一側のみに配置されていてもよく、反射光信号Ｓ２が入力される第二側のみに配置されていてもよい。

また、光スイッチ部３４は、入射光が波長多重の特性を有している場合、第一側の光スイッチ部３４をＷＤＭ方式の光回路で構成し、第二側の光スイッチ部３４を光波長分離（ＤＷＤＭ）方式の光回路で構成してもよい。

１…船舶 Ｓ…海 Ｇ…海底 ２…ライザー管 ２０…ライザー管本体 ２１…主ライザー管本体 ２２…増幅ライザー管本体 ３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ…光ファイバセンシングシステム Ｓ１…入射光信号 Ｓ２…反射光信号 ３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ…光ファイバ部 ３１ａ…第一端部 ３１ｂ…第二端部 ３１１、３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、３１１Ｄ…センサ部 ３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ…増幅部 ３２１…第一光導波路 ３２２…第二光導波路 ３２３…第一光路変換器 ３２４…第二光路変換器 ３３、３３Ｃ…計測装置 Ｓ３…ポンプ光 Ｓ４…プローブ光 ３４…光スイッチ部

Claims (7)

1. 光源から入力された入射光信号と、センサ部で生成された反射光信号とを誘導するよう双方向の光信号を伝搬可能とされ、直列に複数接続された光ファイバ部と、
   前記光ファイバ部に接続された増幅部とを備え、
   前記増幅部は、
   前記入射光信号のみを増幅する第一光導波路と、
   前記第一光導波路と並列に設けられて前記反射光信号のみを増幅する第二光導波路と、を有する光ファイバセンシングシステム。
2. 前記増幅部は、
   並列に配置された前記第一光導波路及び前記第二光導波路の前記入射光信号が入力される第一側を繋ぐ第一光路変換器と、
   並列に配置された前記第一光導波路及び前記第二光導波路の前記反射光信号が入力される第二側を繋ぐ第二光路変換器と、を有し、
   前記第一光路変換器は、前記入射光信号を前記第一光導波路に導き、
   前記第二光路変換器は、前記反射光信号を前記第二光導波路に導く請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。
3. 前記増幅部を複数備え、
   複数の前記増幅部は、それぞれ異なる波長域の光信号を増幅している請求項１または請求項２に記載の光ファイバセンシングシステム。
4. 前記増幅部を複数備え、
   複数の前記増幅部は、それぞれ同じ波長域の光信号を増幅している請求項１または請求項２に記載の光ファイバセンシングシステム。
5. 前記光ファイバ部は、前記センサ部として、コアにファイバブラッグレーティングが形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ファイバセンシングシステム。
6. 前記増幅部の前記入射光信号が入力される第一側及び前記反射光信号が入力される第二側の少なくとも一方に配置され、前記増幅部と複数の前記光ファイバ部とを選択的に接続可能な光スイッチ部とを備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光ファイバセンシングシステム。
7. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光ファイバセンシングシステムと、
   筒状をなし、表面に前記光ファイバセンシングシステムの光ファイバ部の一つが配置された複数の主ライザー管本体と、
   筒状をなし、表面に前記光ファイバセンシングシステムの増幅部が配置された増幅ライザー管本体と、を備え、
   前記主ライザー管本体の端部と前記増幅ライザー管本体の端部とが直列的に接続されることで、前記光ファイバ部と前記増幅部とが接続されるライザー管。

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