JP2020159915A - 光コヒーレントセンサ及び光コヒーレントセンシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な装置を導入することなく、信号処理によってフェーディングによる精度の劣化を回避する。【解決手段】プローブ光として光パルスを生成する光源部と、プローブ光によって測定対象物で発生する信号光をコヒーレント検波してビート信号を生成する受光部と、ビート信号が入力される演算部とを備えて構成される。演算部は、光情報取得手段と、精度劣化回避手段と、位相差情報取得手段とを備える。光情報取得手段は、光パルスごとに、信号光の受光時刻ｔｊに対する、信号光の強度Ｉ（ｔｊ）及び位相Ｐ（ｔｊ）の分布を、ビート信号から取得する。精度劣化回避手段は、基準時間ＳＴを設定する。位相差情報取得手段は、信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差を、ｔｋ＞ｔｊ＞ｔｉ、且つ、ｔｋとｔｉとの差が基準時間ＳＴである受光時刻ｔｋ及び受光時刻ｔｉの位相差Ｐ（ｔｋ）−Ｐ（ｔｉ）として取得し、信号光の受光時刻に対する位相差の分布を取得する。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、光ファイバを用いた分布型振動センサに適用可能な、光コヒーレントセンサ及び光コヒーレントセンシング方法に関する。

光ファイバにプローブ光として光パルスを入射すると、光パルスの伝搬に伴って後方散乱光が発生していく。光ファイバの長手方向の各位置において発生した後方散乱光は、光が光ファイバの入力端から後方散乱光の発生位置までの往復に要する時間だけ遅れて観測される。例えば、光ファイバに破断点がある場合、破断点に対応する時刻において後方散乱光の強度が変化する。この原理は、通信用光ファイバの破断点の検知に利用され、時間領域反射測定（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）として知られている。

このＯＴＤＲは、光ファイバに伝わる振動の分布的な測定など、光センサにも応用されている。光ファイバに振動が加わると、振動が加わった位置近傍で発生した後方散乱光の位相が変化する。このため、ＯＴＤＲによって得られた後方散乱光の位相の変化を観測することにより、分布的に光ファイバに加えられた振動の情報を得ることができる。このような、光ファイバに加えられた振動を分布的に測定する光ファイバセンサは、分布型振動センサ（ＤＶＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ）や、分布型音響センサ（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ）と呼ばれる。

後方散乱光の位相は、光ファイバに外部から加えられた振動によって変化するが、プローブ光の位相にも依存する。プローブ光の位相は、後方散乱光の発生位置（観測点）に到達するまでに受けた振動によって変化する。このため、通常、各位置の振動を測定するために、光ファイバ上の異なる２点で発生した後方散乱光の位相差を測定する手段が採られる。一般に、この２点間の距離は、ゲージ長と呼ばれる。

時間経過に伴って入射される複数の光パルス（以下、光パルス列とも称する。）に対して同様の測定を行うと、求めた位相差の時間変化から振動の波形が得られる。

一般に、プローブ光の光源として高コヒーレンスなレーザを利用して得られるＯＴＤＲの波形は、光パルスが伝搬する間に発生する複数の散乱中心からの後方散乱光が干渉した結果として得られる。このため、後方散乱光の強度は、発生位置に対して不規則に異なる。この現象は、フェーディングと呼ばれ、振動の測定結果に影響を与える。

ＤＡＳにおいて、位相差の算出に利用する２点からの後方散乱光のうち少なくとも一方の強度が、フェーディングにより微弱な場合、この点を利用して求めた位相情報の精度が著しく劣化する。フェーディングによる精度の劣化を回避する技術として、プローブ光の波長の多重化（例えば、非特許文献１参照。）や、強度が微弱になる位置を補完する位相変調などの技術がある。

Y. Lu, X. Zhang, C. Liang, M. Chen, J. Wang, and Z. Meng, "Fading noise reduction in distributed vibration measurements utilizing multi-wavelength based Φ-OTDR," in 26th International Conference on Optical Fiber Sensors, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2018),paper TuE21

しかしながら、上述の波長の多重化や位相変調の技術では、高価な装置を導入しなければならず、光コヒーレントセンサの入手コストを増大させる課題がある。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、高価な装置を導入することなく、信号処理によってフェーディングによる精度の劣化を回避する、光コヒーレントセンサ及び光コヒーレントセンシング方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の光コヒーレントセンサは、プローブ光として光パルスを生成する光源部と、プローブ光によって測定対象物で発生する信号光をコヒーレント検波してビート信号を生成する受光部と、ビート信号が入力される演算部とを備えて構成される。演算部は、光情報取得手段と、精度劣化回避手段と、位相差情報取得手段とを備える。

光情報取得手段は、光パルスごとに、信号光の受光時刻ｔｊに対する、信号光の強度Ｉ（ｔｊ）及び位相Ｐ（ｔｊ）の分布を、ビート信号から取得する。精度劣化回避手段は、基準時間ＳＴを設定する。位相差情報取得手段は、信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差を、受光時刻ｔｋに対する位相Ｐ（ｔｋ）と受光時刻ｔｉに対する位相Ｐ（ｔｉ）との差、Ｐ（ｔｋ）−Ｐ（ｔｉ）として取得し、信号光の受光時刻に対する位相差の分布を取得する。ここで、ｔｋ＞ｔｊ＞ｔｉであり、ｔｋとｔｉとの差が基準時間ＳＴである。

この発明の光コヒーレントセンサの好適実施例によれば、精度劣化回避手段は、初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第１時間Δｔ１を変化させて、各第１時間Δｔ１について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｋ＋Δｔ１）の最小値を取得し、この最小値が最大となる最大第１時間Δｔ１ｍａｘを取得する。また、初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第２時間Δｔ２を変化させて、各第２時間Δｔ２について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｉ−Δｔ２）の最小値を取得し、この最小値が最大となる最大第２時間Δｔ２ｍａｘを取得する。その後、ＳＴ０＋Δｔ１ｍａｘ＋Δｔ２ｍａｘを基準時間ＳＴとする。

また、この発明の光コヒーレントセンシング方法は、以下の過程を備えて構成される。先ず、プローブ光として光パルスを生成する。次に、プローブ光によって測定対象物で発生する信号光をコヒーレント検波してビート信号を生成する。次に、光パルスごとに、信号光の受光時刻ｔｊに対する、信号光の強度Ｉ（ｔｊ）及び位相Ｐ（ｔｊ）の分布を、ビート信号から取得する。次に、基準時間ＳＴを設定する。次に、信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差を、受光時刻ｔｋに対する位相Ｐ（ｔｋ）と受光時刻ｔｉに対する位相Ｐ（ｔｉ）との差、Ｐ（ｔｋ）−Ｐ（ｔｉ）として取得し、信号光の受光時刻に対する位相差の分布を取得する。

また、この発明の光コヒーレントセンシング方法の好適実施例によれば、基準時間ＳＴを設定する過程では、初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第１時間Δｔ１を変化させて、各第１時間Δｔ１について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｋ＋Δｔ１）の最小値を取得し、この最小値が最大となる最大第１時間Δｔ１ｍａｘを取得する。また、初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第２時間Δｔ２を変化させて、各第２時間Δｔ２について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｉ−Δｔ２）の最小値を取得し、この最小値が最大となる最大第２時間Δｔ２ｍａｘを取得する。その後、ＳＴ０＋Δｔ１ｍａｘ＋Δｔ２ｍａｘを基準時間ＳＴとする。

この発明の光コヒーレントセンサ及び光コヒーレントセンシング方法によれば、位相差を求めるにあたり、第１時間Δｔ１及び第２時間Δｔ２を変化させて、２点からの信号光の強度Ｉがともに大きくなるように基準時間ＳＴを設定することにより、フェーディングによる精度劣化を回避することができる。

この発明の光コヒーレントセンサを説明するための模式図である。 振動検知光ファイバセンサの特性試験の結果を示す図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

図１を参照して、この発明の一実施形態に係る光コヒーレントセンサを説明する。図１は、この発明の光コヒーレントセンサを説明するための模式図である。ここでは、光コヒーレントセンサの構成例として、振動検知光ファイバセンサを説明する。

振動検知光ファイバセンサは、光源部１０、光サーキュレータ２０、光ファイバ３０、受光部５０、演算部６０を備えて構成される。この振動検知光ファイバセンサは、ＯＴＤＲに用いられる。

光源部１０は、プローブ光として、周期的に光パルスを生成する。すなわち、光源部１０は光パルス列を生成する。振動検知光ファイバセンサの空間分解能は、この光パルスの幅に依存する。また、振動検知光ファイバセンサの測定距離は、光パルスの繰り返し周波数に依存する。光パルスは、測定対象物である光ファイバ３０を１ｍ伝搬するのに５ｎｓの時間を要する。信号光として、光ファイバ３０で発生する後方散乱光を観測する場合は，順方向の伝搬と，逆方向の伝搬の往復の時間を要するので、１ｍあたり１０ｎｓの遅延が発生する。例えば、パルス幅を１００ｎｓ、繰り返し周波数を５ｋＨｚとしたとき、空間分解能は１０ｍとなり、最大の測定距離は２０ｋｍとなる。

光源部１０は、例えば、レーザ光源１２、ファイバカプラ１３、強度変調器１４、関数発生器１６及び光増幅器１８を備えて構成される。

レーザ光源１２は、通信波長帯の連続光として、レーザ光を生成する。レーザ光源１２として、線幅が１０ｋＨｚ以下のいわゆる狭線幅レーザを用いるのが良い。レーザ光源１２として狭線幅レーザを用いると、この振動検知光ファイバセンサは、位相感応ＯＴＤＲに用いることができる。レーザ光の波長は、任意で良いが、標準単一モード光ファイバで低損失の１５５０ｎｍにするのが良い。レーザ光源１２で生成されたレーザ光は、ファイバカプラ１３に送られる。

ファイバカプラ１３は、レーザ光を２分岐する。２分岐された一方は、強度変調器１４に送られる。また、２分岐された他方は、参照光として受光部５０に送られる。

関数発生器１６は、矩形状の電気パルスを生成する。この電気パルスは、強度変調器１４に送られる。関数発生器１６が生成する電気パルスは、例えば、パルス幅が１００ｎｓ幅で、繰り返し周波数が５ｋＨｚである。また、関数発生器１６の出力は、後述するアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器５６にも送られ、トリガー信号として用いられる。

強度変調器１４は、レーザ光を電気パルスで光パルス化して、光パルスを生成する。この光パルスは、光増幅器１８に送られる。強度変調器１４が生成する光パルスのパルス幅と繰り返し周波数は、共に関数発生器１６が生成する電気パルスと同じである。この例では、光パルスは、パルス幅が１００ｎｓで、繰り返し周波数が５ｋＨｚである。

強度変調器１４として、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が用いられる。ＡＯＭを用いる場合、光ドップラー効果により、強度変調器１４で生成される光パルスの周波数は、強度変調器１４に入力されるレーザ光の周波数から変化する。このため、受光部５０でのコヒーレント検波の際には、ヘテロダイン検波となることが多い。

強度変調器１４で生成された光パルスは、光増幅器１８で所定の増幅を受ける。これは、光パルスの強度が強いほど、光ファイバ３０での後方散乱光の強度が強くなるためである。光増幅器１８で増幅された光パルスは、プローブ光として、光サーキュレータ２０を経て光ファイバ３０に送られる。なお、ここでは図示及び説明を省略するが、一般的には、光増幅器１８の後段に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）が用いられる。ＢＰＦは、光増幅器１８で発生する自然放出光（ＡＳＥ：Ａｍｐｒｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）のノイズを取り除く。

光ファイバ３０に送られたプローブ光は、光ファイバ３０を伝播し、プローブ光の伝播に伴って後方散乱光が発生する。この後方散乱光は、信号光として光サーキュレータ２０を経て受光部５０に送られる。なお、ここでは図示及び説明を省略するが、後方散乱光を増幅するために、受光部５０の前段に光増幅器とＢＰＦが設けられることが多い。

受光部５０は、プローブ光によって、光ファイバ３０で発生する後方散乱光をコヒーレント検波して電気信号を生成する。

受光部５０は、コヒーレントレシーバ５２、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）５４、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器５６を備えて構成される。

コヒーレントレシーバ５２は、参照光を用いて、後方散乱光のコヒーレント検波を行う。コヒーレントレシーバ５２として、例えば、光９０°ハイブリッドカプラを用いることができる。コヒーレントレシーバ５２からの出力は、バランス型ＰＤ５４に送られる。

バランス型ＰＤ５４は、コヒーレントレシーバ５２からの出力をバランス検波する。これにより、後方散乱光の強度と位相の情報を持つ、Ｉ相（ｃｏｓ波）とＱ相（ｓｉｎ波）のビート信号が生成される。このＩ相及びＱ相のビート信号は、Ａ／Ｄ変換器５６に送られる。

Ａ／Ｄ変換器５６は、Ｉ相及びＱ相のビート信号をディジタル信号に変換する。ディジタル信号に変換された、Ｉ相及びＱ相のビート信号は、演算部６０に入力される。

演算部６０としては、例えば、市販のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を利用できる。ここでは、一例として、演算部６０が、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６４及び記憶手段６６を備えて構成されるものとして説明する。ＣＰＵ７０は、ＲＯＭ６４に格納されているプログラムを実行することにより、後述する各機能手段を実現する。各機能手段での処理結果は、一時的にＲＡＭ６２に格納される。

演算部６０が備える機能手段として、光情報取得手段７２、位相差情報取得手段７４、精度劣化回避手段７６がある。

光情報取得手段７２は、光パルスごとに、後方散乱光の受光時刻ｔに対する、後方散乱光の強度Ｉ（ｔ）及び位相Ｐ（ｔ）の分布を、Ａ／Ｄ変換器５６から送られたビート信号から取得する。

強度Ｉ（ｔ）及び位相Ｐ（ｔ）を取得するにあたり、光情報取得手段７２は、先ず、Ｉ相及びＱ相のビート信号から、後方散乱光の複素振幅を生成する。

この後方散乱光の複素振幅もビート信号であるので、ダウンコンバートする必要がある。そこで、次に、後方散乱光の複素振幅をダウンコンバートする。このダウンコンバートする方法として、例えば、ビート周波数を持つ逆回転の複素振幅を、後方散乱光の複素振幅に積算し、ローパスフィルター（ＬＰＦ）を作用させる方法が用いられる。

その後、ダウンコンバートして得られた複素振幅の絶対値を計算することで、後方散乱光の受光時刻ｔに対する、後方散乱光の強度Ｉ（ｔ）の分布が得られる。また、このとき、後方散乱光の位相Ｐ（ｔ）の分布も得られる。強度Ｉ（ｔ）及び位相Ｐ（ｔ）の分布は、記憶手段６６に格納される。記憶手段６６には、記憶手段６６の容量に応じて定められる数の光パルスについて、強度Ｉ（ｔ）及び位相Ｐ（ｔ）の分布が格納される。

位相差情報取得手段７４は、基準時間をＳＴとしたとき、後方散乱光の受光時刻ｔｊに対する位相差ΔＰ（ｔｊ）を、受光時刻ｔｋに対する位相Ｐ（ｔｋ）と受光時刻ｔｉに対する位相Ｐ（ｔｉ）との差Ｐ（ｔｋ）−Ｐ（ｔｉ）として取得し、信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差ΔＰ（ｔｊ）の分布を取得する。ここで、ｔｋ＞ｔｊ＞ｔｉであり、ｔｋとｔｉとの差が基準時間ＳＴである。

なお、受光時刻ｔｊは、後方散乱光が発生した、光ファイバ３０の長手方向の位置ｘｊに対応する。従って、位相差ΔＰを、位置ｘｊの関数として、ゲージ長ＧＬだけ離れたｋ点及びｉ点の位置ｘｋ及びｘｉを用いると、ΔＰ（ｘｊ）＝Ｐ（ｘｋ）−Ｐ（ｘｉ）と表すことができる。ここでｘｋ＞ｘｊ＞ｘｉである。位相差情報取得手段７４は、位相差ΔＰ（ｘ）の分布から、光ファイバ３０の各位置での振動情報を、任意好適な従来公知の方法で取得する。

ここで、信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差ΔＰ（ｔｊ）を取得するために用いる、ｔｋ＞ｔｊ＞ｔｉである信号光の受光時刻ｔｋに対する強度Ｉ（ｔｋ）及び信号光の受光時刻ｔｉに対する強度Ｉ（ｔｉ）の少なくとも一方が微弱になると、位相Ｐの精度が劣化してしまう。このため、精度劣化回避手段７６が、基準時間ＳＴを設定し、設定した基準時間ＳＴを位相差情報取得手段７４に送る。信号光の受光時刻ｔｋと受光時刻ｔｉとの差が基準時間ＳＴである２点の強度Ｉ（ｔｋ）及びＩ（ｔｉ）がともに大きくなるように、基準時間ＳＴを設定することにより、フェーディングによる精度劣化を回避する。

基準時間ＳＴの設定方法を説明する。

精度劣化回避手段７６は、初期状態の基準時間ＳＴ０と、第１時間Δｔ１に対して、記憶手段６６に格納されている複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｋ＋Δｔ１）の最小値ｍｉｎ（Δｔ１）を取得する。さらに、第１時間Δｔ１を変化させて、各第１時間Δｔ１について得られた最小値ｍｉｎ（Δｔ１）の中で、最小値ｍｉｎ（Δｔ１）が最大となる第１時間Δｔ１を最大第１時間Δｔ１ｍａｘとして取得する。

また、精度劣化回避手段７６は、初期状態の基準時間ＳＴ０と、第２時間Δｔ２に対して、記憶手段６６に格納されている複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｉ−Δｔ２）の最小値ｍｉｎ（Δｔ２）を取得する。さらに、第２時間Δｔ２を変化させて、各第２時間Δｔ２について得られた最小値ｍｉｎ（Δｔ２）の中で、最小値ｍｉｎ（Δｔ２）が最大となる第２時間Δｔ２を最大第２時間Δｔ２ｍａｘとして取得する。

その後、ＳＴ０＋Δｔ１ｍａｘ＋Δｔ２ｍａｘを基準時間ＳＴとして設定する。第１時間Δｔ１及び第２時間Δｔ２の可変幅、すなわち、基準時間ＳＴの可変幅は任意好適に設定することができる。例えば、基準時間ＳＴを大きくすると、フェーディングによる精度劣化の回避能力は高まるが、空間分解能は低下する。一方、基準時間ＳＴを小さくすると、フェーディングによる精度劣化の回避能力の高まりの程度は大きくはないが、空間分解能の低下を抑制できる。後述する特性試験では、基準時間ＳＴを、例えば、ＳＴ０からＳＴ０＋ＳＴ０／２程度の範囲で可変にすることで、精度劣化の影響を低減できることが示されている。

ここでは、基準時間ＳＴの設定方法を説明したが、ゲージ長ＧＬを設定する場合も同様に行うことができる。

この場合、精度劣化回避手段７６は、初期状態のゲージ長ＧＬ０と、第１距離ｄ１に対して、記憶手段６６に格納されている複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｘｋ＋ｄ１）の最小値ｍｉｎ（ｄ１）を取得する。さらに、第１距離ｄ１を変化させて、各第１距離ｄ１について得られた最小値ｍｉｎ（ｄ１）の中で、最小値ｍｉｎ（ｄ１）が最大となる第１距離ｄ１を最大第１距離ｄ１ｍａｘとして取得する。

また、精度劣化回避手段７６は、初期状態のゲージ長ＧＬ０と、第２距離ｄ２に対して、記憶手段６６に格納されている複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｘｉ−ｄ２）の最小値ｍｉｎ（ｄ２）を取得する。さらに、第２距離ｄ２を変化させて、各第２距離ｄ２について得られた最小値ｍｉｎ（ｄ２）の中で、最小値ｍｉｎ（ｄ２）が最大となる第２距離ｄ２を最大第２距離ｄ２ｍａｘとして取得する。

その後、ＧＬ０＋ｄ１ｍａｘ＋ｄ２ｍａｘをゲージ長ＧＬとして設定する。第１距離ｄ１及び第２距離ｄ２の可変幅、すなわち、ゲージ長ＧＬの可変幅は任意好適に設定することができる。ゲージ長ＧＬを、例えば、ＧＬ０からＧＬ０＋ＧＬ０／２程度の範囲で可変にすればよい。

（特性試験）
図２を参照して、振動検知光ファイバセンサの特性試験について説明する。図２は、振動検知光ファイバセンサの特性試験の結果を示す図である。図２（Ａ）は、ゲージ長ＧＬを固定した場合（比較例）の結果を示し、図２（Ｂ）は、ゲージ長ＧＬを適応させた場合（実施例）の結果を示している。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では、横軸に光ファイバの入力端からの距離［ｋｍ］を取って示し、縦軸に時間［ｍｓ］を取って示している。また、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）では、濃淡が位相を示している。

ここでは、光ファイバ３０の長さを１２ｋｍとした。光ファイバ３０の入力端から１ｋｍの位置において、ファイバストレッチャーを用いて、光ファイバ３０を４０ｍの長さにわたって振動させた。レーザ光源１２として、線幅３ｋＨｚの狭線幅レーザを用いている。

図２（Ａ）は、ゲージ長ＧＬを８０ｍに固定した場合の結果を示している。光ファイバ３０の入力端から１ｋｍの位置において、印加された振動による位相変化が確認できる。なお、図２（Ａ）では、光ファイバ３０の入力端から２．５ｋｍ、２．８ｋｍ、４．８ｋｍの位置付近において、大きな位相変化が観測されている。これらの位相変化は、印加された振動によるものではなく、フェーディングによる精度劣化によるものである。

図２（Ｂ）は、ゲージ長ＧＬを８０ｍ〜１２０ｍの範囲内で可変にした場合の結果を示している。光ファイバ３０の入力端から１ｋｍの位置において、印加された振動による位相変化が確認できる。なお、図２（Ｂ）では、図２（Ａ）で見られた光ファイバ３０の入力端から２．５ｋｍ、２．８ｋｍ、４．８ｋｍの位置付近における大きな位相変化が観測されていない。すなわち、ゲージ長ＧＬを可変にすることで、フェーディングによる精度劣化を低減できていることがわかる。

（他の実施形態）
ここでは、振動検知光ファイバセンサを例にとり、フェーディングによる精度劣化を低減できる光コヒーレントセンサを説明したが、これに限定されない。２点間における位相の差を利用する光コヒーレントセンサであれば、この発明を適用できる。

また、ここでは、受光部５０でのコヒーレント検波の際には、ヘテロダイン検波となる場合を説明したが、ホモダイン検波であってもよい。ホモダイン検波にする場合は、強度変調器１６として周波数シフトのないものを用いるか、あるいは、ファイバカプラ１４とコヒーレントレシーバ５２の間に参照光の周波数をシフトさせる周波数シフタを用いればよい。ホモダイン検波の場合は、Ａ／Ｄ変換器５６として広帯域のものを用いる必要がない。

１０ 光源部
１２ レーザ光源
１３ ファイバカプラ
１４ 強度変調器
１６ 関数発生器
１８ 光増幅器
２０ 光サーキュレータ
３０ 光ファイバ
５０ 受光部
５２ コヒーレントレシーバ
５４ バランス型フォトダイオード（ＰＤ）
５６ アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器
６０ 演算部
６２ ＲＡＭ
６４ ＲＯＭ
６６ 記憶手段
７０ ＣＰＵ
７２ 光情報取得手段
７４ 位相差情報取得手段
７６ 精度劣化回避手段

Claims (4)

1. プローブ光として光パルスを生成する光源部と、
   前記プローブ光によって測定対象物で発生する信号光をコヒーレント検波してビート信号を生成する受光部と、
   前記ビート信号が入力される演算部と
   を備え、
   前記演算部は、
   前記光パルスごとに、前記信号光の受光時刻ｔｊに対する、前記信号光の強度Ｉ（ｔｊ）及び位相Ｐ（ｔｊ）の分布を、前記ビート信号から取得する光情報取得手段と、
   基準時間ＳＴを設定する精度劣化回避手段と
   前記信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差を、ｔｋ＞ｔｊ＞ｔｉ、且つ、ｔｋとｔｉとの差が前記基準時間ＳＴである受光時刻ｔｋに対する位相Ｐ（ｔｋ）と受光時刻ｔｉに対する位相Ｐ（ｔｉ）との差、Ｐ（ｔｋ）−Ｐ（ｔｉ）として取得し、前記信号光の受光時刻に対する前記位相差の分布を取得する位相差情報取得手段と、
   を備える
   ことを特徴とする光コヒーレントセンサ。
2. 前記精度劣化回避手段は、
   初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第１時間Δｔ１を変化させて、各第１時間Δｔ１について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｋ＋Δｔ１）の最小値を取得し、該最小値が最大となる最大第１時間Δｔ１ｍａｘを取得し、
   初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第２時間Δｔ２を変化させて、各第２時間Δｔ２について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｉ−Δｔ２）の最小値を取得し、該最小値が最大となる最大第２時間Δｔ２ｍａｘを取得し、
   ＳＴ０＋Δｔ１ｍａｘ＋Δｔ２ｍａｘを基準時間ＳＴとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の光コヒーレントセンサ。
3. プローブ光として光パルスを生成する過程と、
   前記プローブ光によって測定対象物で発生する信号光をコヒーレント検波してビート信号を生成する過程と、
   前記光パルスごとに、前記信号光の受光時刻ｔｊに対する、前記信号光の強度Ｉ（ｔｊ）及び位相Ｐ（ｔｊ）の分布を、前記ビート信号から取得する過程と、
   基準時間ＳＴを設定する過程と、
   前記信号光の受光時刻ｔｊに対する位相差を、ｔｋ＞ｔｊ＞ｔｉ、且つ、ｔｋとｔｉとの差が前記基準時間ＳＴである受光時刻ｔｋに対する位相Ｐ（ｔｋ）と受光時刻ｔｉに対する位相Ｐ（ｔｉ）との差、Ｐ（ｔｋ）−Ｐ（ｔｉ）として取得し、前記信号光の受光時刻に対する前記位相差の分布を取得する過程と、
   を備える
   ことを特徴とする光コヒーレントセンシング方法。
4. 前記基準時間ＳＴを設定する過程では、
   初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第１時間Δｔ１を変化させて、各第１時間Δｔ１について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｋ＋Δｔ１）の最小値を取得し、該最小値が最大となる最大第１時間Δｔ１ｍａｘを取得し、
   初期状態の基準時間ＳＴ０に対して、第２時間Δｔ２を変化させて、各第２時間Δｔ２について、それぞれ複数の光パルスにおける強度Ｉ（ｔｉ−Δｔ２）の最小値を取得し、該最小値が最大となる最大第２時間Δｔ２ｍａｘを取得し、
   ＳＴ０＋Δｔ１ｍａｘ＋Δｔ２ｍａｘを基準時間ＳＴとする
   ことを特徴とする請求項３に記載の光コヒーレントセンシング方法。