JPH09280908A - 分布型導波路センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理現象の継続時間が長かったり、物理現象
によって変化した電磁波の波形が複雑な場合であっても
物理現象の発生位置、種類や大きさ等を検出することの
できる分布型導波路センサを提供する。 【解決手段】 往路及び復路を共通して伝搬する電磁波
の時間変化Ｓ１（ｔ）と、復路のみを伝搬する電磁波の
時間変化Ｓ２（ｔ）とを分離して検出することができる
ので、導波路に作用する物理現象により復路を伝搬する
電磁波に生じた時間変化Ｓｂ（ｔ）は、復路のみを伝搬
する電磁波の時間変化Ｓ２（ｔ）に等しくなる。また、
導波路に作用する物理現象により往路を伝搬する電磁波
に生じた時間変化Ｓａ（ｔ）は、Ｓ１（ｔ）からＳ２
（ｔ）を差し引いたものとして求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路等の導波
路をセンサとする分布型センサに関し、特に導波路を伝
搬する電磁波の状態変化に基づいて導波路に作用した磁
界、電界、振動、衝撃及び音等の物理現象の発生位置、
種類や大きさ等を検出することができる分布型導波路セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】導波路上の任意の位置、或いは、予め定
めた複数の特定点に作用した物理現象の検出を、導波路
に物理現象によって発生する電磁波、或いは導波路の状
態が変化して導波路内を進行波として伝搬する電磁波を
検出することにより行う分布型導波路センサが提案され
ている（特開平６−３０７８９６号公報参照）。

【０００３】図１０は、分布導波路型センサの従来例を
示す図である。

【０００４】同図において、１０１は第１の検出装置、
１０２は第２の検出装置である。両検出装置１０１、１
０２間に設置されている導波路としてのセンサ用光ファ
イバ１は、両検出装置１０１、１０２内でそれぞれ光方
向性結合器２１、２２に接続されている。

【０００５】光方向性結合器２１の入力端には接続用光
ファイバ１１を介して光源３１が接続され、光方向性結
合器２２の入力端には接続用光ファイバ１２を介して光
源３２が接続されている。光源３１、３２には一定出力
（ＣＷ）のレーザ光を発振するレーザが用いられてい
る。

【０００６】光方向性結合器２１の出力端には接続用光
ファイバ１３を介して検出手段としての光受信器４１が
接続されており、この光受信器４１は光源３２から出射
されたレーザ光を受光して電気信号に変換するようにな
っている。光方向性結合器２２の出力端には接続用光フ
ァイバ１４を介して検出手段としての光受信器４２が接
続されており、この光受信器４２は光源３１から出射さ
れたレーザ光を受光して電気信号に変換するようになっ
ている。

【０００７】すなわちセンサ用光ファイバ１の中には常
に互いに逆方向に進むレーザ光が伝搬するようになって
おり、光受信器４１はセンサ用光ファイバ１内を図の左
側へ進むレーザ光の光量変化を連続して監視し、光受信
器４２はセンサ用光ファイバ１内を図の右側へ進むレー
ザ光の光量変化を連続して監視することができるように
なっている。両光受信器４１、４２には、光電気変換素
子として例えばフォトダイオードやアバランシェ・フォ
トダイオードが用いられ、この出力段には電流−電圧変
換回路、増幅回路等の電子回路が接続されている。両光
受信器４１、４２は受信信号処理部５１、５２にそれぞ
れ接続されている。

【０００８】受信信号処理部５１は、内蔵された信号レ
ベル比較器（図示せず）等により光受信器４１からの出
力信号の波形の変化開始時刻を求める。受信信号処理部
５２は、内蔵された信号レベル比較器（図示せず）等に
より光受信器４２からの出力信号の波形の変化開始時刻
を求めるようになっている。両受信信号処理部５１、５
２は信号認識部５３に接続されている。

【０００９】信号認識部５３は、光受信器４１、４２で
検出された出力信号波形の時間変化開始時刻の差等の時
間関係や波形等を解析して物理現象の発生位置を推定す
ると共に、光受信器４１、４２で検出された出力信号波
形の変化の時間関係、波形の周波数スペクトル、継続時
間及び減衰状態等を解析して物理現象の種類を推定する
ようになっている。例えば温度は比較的ゆっくりランダ
ムに変化するが、雷電流は一般に、数μｓｅｃで立ち上
がり、数十μｓｅｃで立ち下がるパルス状の変化である
ため、このような波形の違いにより物理現象の種類を推
定するようになっている。

【００１０】ここで、光方向性結合器２１からセンサ用
光ファイバを経由して光方向性結合器２２までの距離を
Ｌ０とし、センサ用光ファイバ１中の光の伝搬速度をｖ
とし、センサ用光ファイバに沿った距離の原点を光方向
性結合器２１とし、接続用光ファイバ１３、１４の長さ
をそれぞれＬ１３、Ｌ１４とする。

【００１１】時刻ｔ０でセンサ用光ファイバ１上の距離
ｘにおける地点（以下Ｐ地点）に、瞬間的に物理量とし
て例えば外力が作用した場合、Ｐ地点におけるセンサ用
光ファイバ１の伝送損失が一時的に変化する（マイクロ
ベンド損失によって発生する）。これによりセンサ用光
ファイバ１を互いに逆方向に進むレーザ光の光量が変化
してこの変化がそのままセンサ用光ファイバ１内を進行
波として伝搬する。尚、ここでは、図の右方向に伝搬す
る進行波を前進波とし、図の左側方向に伝搬する進行波
を後進波として説明する。

【００１２】外力が加わった時刻ｔ０を基準としたとき
の光受信器４１、４２の出力の時間変化は図１１（ａ）
及び図１１（ｂ）のようになる。

【００１３】ここで、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は
図１０に示した両光受信器で検出される信号の波形を示
す図である。同図（ａ）において縦軸は光受信器４２の
出力を示し、横軸は時間を示している。同図（ｂ）にお
いて縦軸は光受信器４１の出力を示し、横軸は時間を示
している。

【００１４】光受信器４２の出力は、最初は一定値ｙ１
であるが、時刻ｔ１から変動を開始する。この変動は上
述したようにセンサ用光ファイバ１のＰ地点に外力が作
用し、Ｐ地点の伝送損失が変化することにより生じたも
のであり、前進波を示している。従って時刻ｔ１と時刻
ｔ０との時間差ｔ１０は光源３１から出射した光がＰ地
点から光受信器４２に到達する時間に等しく、式（１）
のように表すことができる。

【００１５】 ｔ１０＝ｔ１−ｔ０＝（（Ｌ０−ｘ）＋Ｌ１４）／ｖ …（１） 光受信器４１の出力の変動（後進波）を開始する時刻ｔ
２と時刻ｔ０との時間差ｔ２０も同様に式（２）のよう
に表すことができる。

【００１６】 ｔ２０＝ｔ２−ｔ０＝（ｘ＋Ｌ１３）／ｖ …（２） 従って、距離ｘは式（３）のように表すことができる。

【００１７】 ｘ＝（（ｔ２−ｔ１）×ｖ＋Ｌ０＋（Ｌ１４−Ｌ１３））／２…（３） また、外力がセンサ用光ファイバ１に作用した時刻ｔ０
も式（４）のように表すことができる。

【００１８】 ｔ０＝ｔ２−（ｘ＋Ｌ１３）／ｖ …（４） 信号認識部５３では式（３）に従ってセンサ用光ファイ
バ１に外力が加わった地点Ｐまでの距離ｘを正確に求め
るようになっている。また、必要に応じ、信号認識部５
３では式（４）に従って外力がセンサ用光ファイバ１に
作用した時刻ｔ０も求めることができる。信号認識部５
３では、受信信号処理部５１、５２で検出した信号が検
出対象の物理現象によるものか否かを受信波形の周波数
スペクトル分布や信号の減衰時間等に基づいて判断する
（すなわち外力か振動か温度変化か等の物理現象の種類
を推定する）。この判断を距離ｘや時刻ｔ０を求める前
に行うことができる場合は、受信信号処理部５１、５２
で検出した信号が検出対象でなければ、受信信号処理部
５１、５２での位置検出や時刻検出は行わなくてもよい
ことになる。

【００１９】このように、時間的に連続してセンサ用光
ファイバ１が監視されるので、センサ用光ファイバ１に
作用した瞬間的な物理現象や連続して発生した物理現象
の発生位置や種類を推定することができる。

【００２０】物理量がセンサ用光ファイバ１に作用した
地点Ｐを求めるために、光受信器４１の出力と光受信器
４２の出力とを時間遅延させて相関処理を行う方法やニ
ューラルネットワーク等の人工知能処理を用いることも
できる。

【００２１】また、センサ用光ファイバを伝搬する光量
変化でなく、伝搬光の偏波状態の変化を検出することも
考えられる。この場合には、図１２に示した分布導波路
型センサの構成を用いている。

【００２２】図１０に示した分布導波路型センサとの相
違点は光受信器をセンサ用光ファイバ１の両端末でそれ
ぞれ２組ずつ（４１ｘ、４１ｙ及び４２ｘ、４２ｙ）用
いており、その２組はそれぞれ偏光ビームスプリッタ６
１、６２で分けられるｘ偏波とｙ偏波の直交する２つの
偏波軸の出力に接続されている点である。

【００２３】一般に光ファイバを伝搬する光の偏波状態
は磁界、電界、圧力、振動、温度等により変化するの
で、このような構成で、センサ用光ファイバ１を伝搬す
る光の偏波状態の変化を検出することにより、センサ用
光ファイバ１に加わった磁界、電界、圧力、振動、温度
等の加わった位置や時刻を推定することができる。

【００２４】偏波変動を検出する場合の構成及び動作は
以下のようになる。光源３１、３２には直線偏光出力の
ものが用いられている。光受信器４１ｘ、４１ｙの出力
は受信信号処理部５１に接続され、光受信器４２ｘ、４
２ｙの出力は受信信号処理部５２に接続されている。受
信信号処理部５１、５２の出力は信号認識部５３に接続
されている。時刻ｔ０にセンサ用光ファイバ１のＰ地点
に瞬間的に物理現象が作用したときの各光受信器４１
ｘ、４１ｙ、４２ｘ、４２ｙの出力波形は図１３（ａ）
〜図１３（ｄ）のようになる。

【００２５】図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は図１２に示
した光受信器の出力と時間との関係を示す図である。図
１３（ａ）〜図１３（ｄ）において、縦軸は光受信器の
出力を示し、横軸はそれぞれ時間を示す。

【００２６】光受信器４２ｘと光受信器４２ｙとは、互
いに直交する偏波軸の出力であり、時刻ｔ０から時刻ｔ
１までは両方とも略一定値であり、時刻ｔ１から変化し
ている。これらの変化している部分の波形は異なるが、
変化開始時刻は同じである。このことは、光受信器４１
ｘ、４１ｙの出力についても同様である。従って、光受
信器４２ｘの出力Ｓ４２ｘ（ｔ）及び光受信器４２ｙの
出力Ｓ４２ｙ（ｔ）のいずれか一方又は両方の平均値や
差分値から時刻ｔ１を求め、光受信器４１ｘの出力Ｓ４
１ｘ（ｔ）及び光受信器４１ｙの出力Ｓ４１ｙ（ｔ）の
いずれか一方又は両方の平均値や差分値から時刻ｔ２を
求め、式（３）、（４）から物理現象がセンサ用光ファ
イバ１に作用した地点Ｐまでの距離及び時刻ｔ０を推定
することができる。光源３１、３２の出力の変動等によ
り検出対象の物理現象以外の要因で光受信器４１ｘ、４
１ｙ、４２ｘ、４２ｙの出力が変動することも考えられ
る。このような場合には、光受信器４１ｘ、４１ｙ、４
２ｘ、４２ｙの出力を例えば式（５）又は式（６）を用
いて、それぞれ直交する偏波の受信結果の２乗和で規格
化した値（Ｓ４１（ｔ）、Ｓ４２（ｔ））に変換して用
いることで出力の変動による影響を避けることができ
る。

【００２７】偏波変動をより正確に測定するためには、
直交するｘ、ｙ偏波の受信結果の他に光源波長の１／４
だけ電磁波の位相をずらして受信した時間変化も追加す
ることが行われる場合もある。

【００２８】 Ｓ４１（ｔ）＝√（Ｓ４１ｘ² （ｔ）＋Ｓ４１ｙ² （ｔ）） …（５） Ｓ４２（ｔ）＝√（Ｓ４２ｘ² （ｔ）＋Ｓ４２ｙ² （ｔ）） …（６） 以上のような構成で、センサ用光ファイバに作用した物
理現象の作用した位置や時刻を求めることができるが、
上記構成では、センサ用光ファイバの両端に検出装置が
必要であり、これらの検出装置間での時刻合わせやデー
タの送受信が必要であるという問題があった。このよう
な問題を回避する方式として、図１４に示す分布導波路
型センサのような構成も検討されている。

【００２９】図１４に示した分布導波路型センサは、検
出装置１０３に接続されている検出装置と遠端で互いに
接続された２本の併設された光ファイバ１ａ、１ｂをセ
ンサ用光ファイバとして用いている。センサ用光ファイ
バ１ａの近端（図の左側）には連続光を発生する光源３
０が接続され、センサ用光ファイバ１ｂの近端（図の左
側）には偏光ビームスプリッタ６０を介して偏波出力が
直交する方向にそれぞれ光受信器４０ｘ、４０ｙが接続
されている。光受信器４０ｘ、４０ｙの出力は受信信号
処理部５１に接続されている。受信信号処理部５１の出
力は信号認識部５３に接続されている。

【００３０】検出装置１０３から距離ｘの地点Ｐにパル
ス幅約１μｓｅｃの磁界が作用したときの光受信器４０
ｘ、４０ｙの出力は図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示
すように２つのパルス波形が観測される。

【００３１】図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、図１４
に示した分布型導波路センサで検出される波形の説明図
である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）において、縦軸
は光受信器の出力を、横軸は時間をそれぞれ示してい
る。これら２つのパルスの時間差δｔ１２と距離ｘとの
関係は式（７）で表される。

【００３２】 ｘ＝Ｌ０−Ｌ１ …（７） 但し、Ｌ１＝（δｔ１２×ｖ）／２である。

【００３３】この式（７）によって、センサ用光ファイ
バ１ａ及び１ｂに作用した磁界の位置（距離）を求める
ことができる。この分布型導波路センサは光源３０や光
受信器４０ａ、４０ｂが１組でよいため、検出装置を小
型にすることができる。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例には以下のような問題点がある。

【００３５】センサ用光ファイバの両端に検出装置を不
要とし、両端の検出装置間での時刻合わせやデータの送
受信が必要であるという問題を解決した、検出装置を片
側のみに設置する構成であっても以下のような問題が残
る。

【００３６】物理現象の継続時間が長かったり、物理現
象によって変化した電磁波の波形が複雑な場合には、図
１６に示すように往路を伝搬する電磁波の波形図１６
（ｂ）と復路を伝搬する電磁波の波形図１６（ａ）とが
重畳し（図１６（ｃ））、往路に作用した物理現象によ
る波形変化の開始時刻ｔ２の精度が低下してしまい、場
合によっては、物理現象の発生位置、種類や大きさ等の
検出が不可能になるという問題があった。尚、図１６は
図１４に示した従来例の動作を説明するための図であ
り、横軸が時間を示し、縦軸が強度を示している。

【００３７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、物理現象の継続時間が長かったり、物理現象によっ
て変化した電磁波の波形が複雑な場合であっても物理現
象の発生位置、種類や大きさ等を検出することのできる
分布型導波路センサを提供することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、少なくとも１つの電磁波源が接続されると
共に往路及び復路を有する導波路内に進行波として伝搬
する電磁波を検出することにより、物理現象によって導
波路上に生じる状態変化を検出する分布型導波路センサ
において、少なくとも１つの復路を伝搬する電磁波に、
往路を伝搬する電磁波と区別できる他の電磁波を含ませ
たものである。

【００３９】上記構成に加え本発明は、往路及び復路を
共通して伝搬する電磁波の時間変化Ｓ１（ｔ）を検出す
る手段と、復路のみを伝搬する電磁波の時間変化Ｓ２
（ｔ）を検出する手段とを有し、時間変化Ｓ１（ｔ）か
ら時間変化Ｓ２（ｔ）を差し引くことにより物理現象に
よって往路を伝搬する電磁波に生じた時間変化Ｓａ
（ｔ）を求め、導波路に作用する物理現象により復路を
伝搬する電磁波に生じた時間変化Ｓｂ（ｔ）をＳ２
（ｔ）と等しいとして求めるのが好ましい。

【００４０】上記構成に加え本発明は、２本の導波路が
互いに並行して布設されており、この内の１本を往路と
して用いると共に他の１本を復路として用い、これらの
導波路が遠端で光学的に接続されており、少なくとも往
路用導波路の近端側に電磁波源が接続され、復路用導波
路の近端側に電磁波の時間変化検出手段が接続されてい
るのが好ましい。

【００４１】上記構成に加え本発明は、３本の導波路が
並行して布設されており、この内の１本を往路として用
いると共に他の２本を復路として用い、往路用の導波路
が復路用導波路の１本と遠端で光学的に接続されてお
り、少なくとも往路用導波路の近端側に電磁波源が接続
され、２本の復路用導波路の近端側に電磁波の時間変化
検出手段が接続されているのが好ましい。

【００４２】上記構成に加え本発明は、遠端で光学的に
接続された往路用の導波路と復路用の導波路とが同一で
あるのが好ましい。

【００４３】上記構成に加え本発明は、導波路として光
ファイバを用いるのが好ましい。

【００４４】上記構成に加え本発明は、少なくとも１本
の復路用導波路の遠端側に、近端側の電磁波源が発生す
る電磁波と区別することのできる電磁波を発生する電磁
波源を有するのが好ましい。

【００４５】上記構成に加え本発明は、少なくとも１本
の復路用導波路の遠端側に到達した電磁波の一部の特性
を変換する機能を有するのが好ましい。

【００４６】上記構成に加え本発明は、電磁波の周波数
や電磁波の強度変調方法や電磁波の偏波状態変調方法等
の違いにより、往路を伝搬する電磁波と区別できる電磁
波が少なくとも１つの復路に伝搬するようにするのが好
ましい。

【００４７】上記構成に加え本発明は、復路の導波路に
基準信号印加部を設けるのが好ましい。

【００４８】上記構成に加え本発明は、電磁波源の出力
部及び電磁波受信器の入力部のいずれかあるいは両方に
偏波状態変調器を設けるのが好ましい。

【００４９】上記構成によって、往路及び復路を共通し
て伝搬する電磁波の時間変化Ｓ１（ｔ）と、復路のみを
伝搬する電磁波の時間変化Ｓ２（ｔ）とを分離して検出
することができるので、導波路に作用する物理現象によ
り復路を伝搬する電磁波に生じた時間変化Ｓｂ（ｔ）
は、復路のみを伝搬する電磁波の時間変化Ｓ２（ｔ）に
等しくなる。また、導波路に作用する物理現象により往
路を伝搬する電磁波に生じた時間変化Ｓａ（ｔ）は、Ｓ
１（ｔ）からＳ２（ｔ）を差し引いたものとして求める
ことができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００５１】図１は本発明の分布型導波路センサの一実
施の形態を示すブロック図である。本実施の形態は、光
ファイバを導波路として用い、光ファイバに作用する物
理現象により変化する光ファイバの伝搬光の偏波の状態
変化を検出することにより、光ファイバに作用した物理
現象の作用位置や作用時刻を求めることを目的としたも
のである。また、検出装置を片側のみに設置する構成で
あっても、電磁波が往路を伝搬するときに物理現象によ
って作用を受けた波形と、電磁波が復路を伝搬するとき
に物理現象によって作用を受けた波形とが重畳する場合
でも電磁波検出手段で検出でき、物理現象の印加位置や
印加時間を検出することが可能となるようにしたもので
ある。

【００５２】図１４に示した従来例との相違点は、平行
に敷設された光ファイバ１ａ、１ｂを遠端で接続する部
分に、検出装置１５０内の光源３０の波長λ１と異なる
波長λ２の光源３１が接続された光合波器７１が挿入さ
れている点と、光ファイバ１ｂを伝搬して検出装置内に
戻った光を波長λ１と波長λ２の光を分波する光分波器
７０を介して、波長λ１の光の測定系２２１と波長λ２
の光の測定系２２２に導き、電気信号に変換した後処理
を行い、これら２つの測定系での処理結果を波形分離部
８０に送る点である。

【００５３】次に本実施の形態の動作について説明す
る。

【００５４】波長λ１の光源３０からは、常に直線偏波
や楕円偏波や円偏波などの偏向度の高い光が出力されて
おり、光ファイバ１ａに入射した後、遠端部（図の右
側）で光合波器７１を通り、光ファイバ１ｂを通って検
出装置１５０に戻ってくる。

【００５５】一方、遠端部に設置された波長λ２の光源
３１からも、常に直線偏波や楕円偏波や円偏波などの偏
向度の高い光が出力されており、光合波器７１を経由し
て光ファイバ１ｂに入射し、検出装置１５０に到達す
る。光ファイバ１ｂを通って検出装置１５０に到達した
光のうち、光源３０から出射された波長λ１の光は、光
分波器７０を経由して測定系２２１に導かれる。

【００５６】他方、光ファイバ１ｂを通って検出装置１
５０に到達した光のうち、光源３１から出射された波長
λ２の光は、光分波器７０を経由して測定系２２２に導
かれる。測定系２２１に導かれた光は、偏光ビームスプ
リッタ２６１でそれぞれ偏波軸が直交するｘ偏波とｙ偏
波に分けられ、それぞれ光受信器２４１ｘ、２４１ｙで
電気信号に変換され、それぞれの受信波形Ｓ１ｘ（ｔ）
及び受信波形Ｓ１ｙ（ｔ）が受信信号処理部２５１に入
力される。

【００５７】また、測定系２２２に導かれた光は、偏光
ビームスプリッタ２６２でそれぞれ偏波軸が直交するｘ
偏波とｙ偏波に分けられ、それぞれ光受信器２４２ｘ、
２４２ｙで電気信号に変換され、それぞれの受信波形Ｓ
２ｘ（ｔ）及び受信波形Ｓ２ｙ（ｔ）が受信信号処理部
２５２に入力される。両受信信号処理部２５１、２５２
で、例えば式（５）、式（６）と同様にして、直交する
偏波の受信結果の２乗和などで規格化した波形Ｓ１
（ｔ）及び波形Ｓ２（ｔ）が得られる。波形Ｓ１（ｔ）
は、光源３０から出射した波長λ１の光が光ファイバ１
ａ、１ｂを経由して受信された信号であり、波形Ｓ２
（ｔ）は、光源３１から出射した波長λ２の光が光ファ
イバ１ｂを経由して受信された信号である。

【００５８】すなわち、波形Ｓ１（ｔ）の波形は、光フ
ァイバ１ａ及び光ファイバ１ｂに作用した物理現象に起
因する偏波変動波形であり、波形Ｓ２（ｔ）の波形は、
光ファイバ１ｂのみに作用した物理現象に起因する偏波
変動の波形である。従って、式（８）に示すように時間
軸を合わせて波形Ｓ１（ｔ）から波形Ｓ２（ｔ）を差し
引くことにより、光ファイバ１ａに作用した物理現象に
よる偏波変動波形Ｓａ（ｔ）を求めることができる。光
ファイバ１ｂに作用した物理現象による偏波変動波形Ｓ
ｂ（ｔ）は式（９）に示すように波形Ｓ２（ｔ）と同様
である。

【００５９】 Ｓａ（ｔ）＝Ｓ１（ｔ）−Ｓ２（ｔ） …（８） Ｓｂ（ｔ）＝Ｓ２（ｔ） …（９） このような信号処理による光ファイバ１ａに作用した物
理現象による偏波変動波形Ｓａ（ｔ）と、光ファイバ１
ｂに作用した偏波変動波形Ｓｂ（ｔ）とを求める処理は
波形分離部８０で行われる。波形分離部８０で分離され
た波形Ｓａ（ｔ）と波形Ｓｂ（ｔ）を用いることによ
り、信号認識部５３で従来例（図１０参照）で行った方
法と同様の方法で光ファイバ１ａ、１ｂに作用した物理
現象の作用位置や作用時刻を求めることができる。

【００６０】平行に敷設された光ファイバ１ａ、１ｂの
検出装置からＬｘの地点（検出装置内の光ファイバ長は
短いのでここでは無視して説明する）に図２（ａ）に示
す時間変化を示す磁界などの物理現象が作用した場合の
波形処理の具体例を以下に述べる。尚、図２（ａ）〜図
２（ｄ）は図１に示した実施の形態の動作を説明するた
めの図であり、横軸は時刻ｔ０を原点にとった時間軸を
示す。図２（ｂ）〜図２（ｄ）の縦軸は受信信号強度を
示す。

【００６１】光源３１から出射された波長λ２の光は、
光ファイバ１ｂを伝搬中の時刻ｔ０に前述した物理現象
の作用をＬｘ地点で受ける。波長λ２の光はこの後、検
出装置までの距離Ｌｘを伝搬した後、測定系２２２で直
交する２つの偏波成分の時間変化が電気信号に変換さ
れ、式（５）や式（６）と同様に信号処理され図２
（ｃ）に示す波形が得られる。Ｌｘ地点から検出装置１
５０まで光が伝搬する時間ｔ１０（＝ｔ１−ｔ０）だけ
遅延して図２（ａ）に示す信号の波形と同じ形状の波形
が得られる。ｔ１は光ファイバ中の光速をｖとしたとき
に式（１０）で示される。

【００６２】 ｔ１０＝ｔ１−ｔ０＝Ｌｘ／ｖとなる。 …（１０） 一方、光源３０から出射された波長λ１の光は、光ファ
イバ１ａ及び光ファイバ１ｂを伝搬中、Ｌｘ地点で時刻
ｔ０に物理現象の作用を受ける。光ファイバ１ｂを伝搬
中に物理現象の作用を受けた光はこの後、検出装置１５
０に到達するまでに距離Ｌｘを伝搬するが、光ファイバ
１ａを伝搬中に物理現象の作用を受けた伝搬光は遠端方
向に伝搬中に物理現象の作用を受けるので検出装置１５
０に到達するまでに（２×（Ｌ０−Ｌｘ）＋Ｌｘ）の距
離を伝搬し、物理現象の作用を受けてから検出装置１５
０に到達するまで式（１１）で示されるｔ２０（＝ｔ２
−ｔ０）だけの時間がかかる。

【００６３】このように光ファイバ１ａと光ファイバ１
ｂとを伝搬中の光が物理現象の作用を受けてから検出装
置１５０に到達するまでの時間が異なるので、これらの
変化波形は重畳されて検出装置１５０に到達する。従っ
て、測定系２２２で直交する２つの偏波成分の光が電気
信号に変換され、式（５）や式（６）と同様に信号処理
された波形は、図２（ｂ）に示すように図２（ａ）と同
じ形状の２つの波形が時間がずれて合成された波形とな
る。Ｌｘ地点から検出装置１５０まで光が伝搬する時間
ｔ１０だけ遅延して波形の変化が生じていることがわか
る。図２（ｂ）からは、光ファイバ１ａを伝搬中の光が
受けた波形変化の開始時刻ｔ２を読み取ることはできな
い。

【００６４】しかし、図２（ｂ）の波形から図２（ｃ）
の波形を差し引いた図２（ｄ）の波形より容易にｔ２を
求めることができる。

【００６５】 ｔ２０＝ｔ２−ｔ０ ＝（２×（Ｌ０−Ｌｘ）＋Ｌｘ）／ｖ ＝（２×Ｌ０−Ｌｘ）／ｖ …（１１） このようにしてｔ１及びｔ２を求めれば、式（１０）と
式（１１）から求められる式（１２）と式（１３）を用
いて物理量が光ファイバに作用した位置Ｌｘ及び時刻ｔ
０を求めることができる。

【００６６】 Ｌｘ＝Ｌ０−（ｖ×（ｔ２−ｔ１）／２） …（１２） ｔ０＝ｔ１−Ｌｘ／ｖ …（１３） 本実施の形態では、検出装置１５０に到達した光ファイ
バ伝搬光の偏波状態を解析するために、直交するｘ、ｙ
偏波の受信結果を用いたが、従来の分布導波路型センサ
で用いられた偏波状態解析方法にも見られるように、偏
波変動をより正確に測定するために、直交するｘ、ｙ偏
波の受信結果の他に、光源波長の１／４だけ電磁波の位
相をずらして受信した時間変化を追加して用いてもよ
い。このことは、以下に述べる偏波状態変化を利用する
他の実施の形態についても同様である。

【００６７】本実施の形態では、導波路に光ファイバを
用い、往路を伝搬する電磁波と、復路のみを伝搬する電
磁波との区別を行うため、光の波長の違いを用いたが、
これを一般の電磁波で考えると電磁波の周波数の違いを
利用することになる。

【００６８】（他の実施の形態）波長λ１の光源から出
射して検出装置に戻る光量と波長λ２の光源から出射し
て検出装置に到達する光量が異なると、式（８）を用い
て光ファイバ１ａに作用した物理量の波形Ｓａ（ｔ）を
求める際に誤差が発生する。この誤差を低減するために
は、図３に示すような構成とすればよい。

【００６９】すなわち、検出装置１５１内の光ファイバ
１ｂに基準信号印加部７７を設け、基準信号印加部７７
で光ファイバ１ｂに磁界や電界などの物理量を印加し、
このときの波形Ｓ１（ｔ）と波形Ｓ２（ｔ）に現れる信
号変化量の比から波長λ１に対応する波形Ｓ１（ｔ）と
波長λ２に対応する波形Ｓ２（ｔ）の感度補正係数αを
式（１４）に従って求め、光ファイバ１ａに作用した物
理量による波形Ｓａ（ｔ）を式（１５）に従って求める
ようにすればよい。尚、図３は、本発明の分布型導波路
センサの他の実施の形態を示すブロック図である。

【００７０】尚、感度補正係数αは信号強度の関数とな
る場合もあるので、このようなときは基準信号印加部７
７で印加する基準信号として信号強度が変化するものを
用い、信号強度に対する感度補正係数αを求めて用いれ
ばよい。

【００７１】 α＝Ｓ１（ｔｒ）／Ｓ２（ｔｒ） …（１４） 但し、ｔｒは、基準信号を印加した時刻である。

【００７２】 Ｓａ（ｔ）＝Ｓ１（ｔ）−α×Ｓ２（ｔ） …（１５） 感度補正係数αを求めるための基準信号は、印加タイミ
ングをあらかじめ決めておいてもよいが、検出対象とす
る物理現象を検出した直後に印加し、その時点での感度
補正係数αを求めるようにすると、経時変化による誤差
を小さくすることができる。

【００７３】これらの感度補正方法は、以下に述べるさ
らに他の実施の形態についても同様に適用できる。

【００７４】検出装置１５１から検出対象の物理現象の
作用位置までの光ファイバ１ａ、１ｂにおいて、検出対
象としている物理量による偏波状態の変化以外の変化
（例えば温度変化によるもの）の影響で、検出対象の物
理現象が作用したときの偏波状態への変換効率が変化す
ることが考えられる。

【００７５】この場合の対策としては、図４の検出装置
１５２に示すように、光源３０の出力光がセンサ用光フ
ァイバ１ａに入射する前や、光源３１の出力光が光合分
波器７１に入射する前に、偏波状態（偏向角や位相）を
周波数ｆ１で変調する偏波状態変調器３３及び偏波状態
変調器３３ａを通す構成とすればよい。尚、図４は本発
明の分布型導波路センサの他の実施の形態を示すブロッ
ク図である。

【００７６】偏波状態変調器３３としては、ファラデー
素子に磁界を印加したものやポッケルス素子に電界を印
加したものを用いて、磁界や電界を時間的に変化させる
ことで任意の偏波状態変調を行うことができる。このと
き、偏波状態変調周波数ｆ１を検出対象の信号の周波数
範囲ｆｓｌ〜ｆｓｈに対しｆ１＞ｆｓｈとし、信号受信
時に例えば周波数範囲（ｆ１＋ｆｓｌ）〜（ｆ１＋ｆｓ
ｈ）のバンドパスフィルタを通過させることによりセン
サ用光ファイバ１ａ、１ｂに作用する物理量の時間の変
化をリアルタイムで検出することができる。

【００７７】すなわち、光受信器２４１ｘ、２４１ｙ、
２４２ｘ、２４２ｙの出力信号を、例えば周波数範囲
（ｆ１＋ｆｓｌ）〜（ｆ１＋ｆｓｈ）のバンドパスフィ
ルタ２７１ｘ、２７１ｙ、２７２ｘ、２７２ｙを通して
から受信信号処理部２５１、２５２に入力するようにす
ればよい。

【００７８】このようにすることで、温度変化等検出対
象以外の偏波変動により光ファイバ１ａ、１ｂ中で検出
対象の物理現象が電磁波に作用したときの偏波状態変化
への変換効率が変化する場合でも、物理現象の作用位置
に到達する光ファイバ伝搬光の偏波状態は、常に，周波
数ｆ１で変調されているため、変換効率のよい状態での
信号変換が周波数ｆ１に同期して行われる。このため変
換効率の変動を受けずにセンサ用光ファイバ１ａ，１ｂ
に作用する物理量の時間変化をリアルタイムで検出する
ことができる。

【００７９】また、検出対象の物理現象の作用により偏
波状態が変化を受けた位置から検出装置１５１までの光
ファイバ１ａ、１ｂで、検出対象としている物理現象以
外の温度変化などによる偏波状態の変化の影響で、測定
系２２１、２２２での偏波状態変化の検出感度が変化す
ることも考えられる。

【００８０】この場合の対策としては、図４の検出装置
１５２に示すように検出装置１５２内の偏光ビームスプ
リッタ２６１、２６２の手前に光ファイバ１ｂからの伝
搬光の偏波状態（偏向角や位相）を周波数ｆ２で変調す
る偏波状態変調器３４を通す構成にすればよい。

【００８１】偏波状態変調器３４としては、ファラデー
素子に磁界を印加するものやポッケルス素子に電界を印
加するものなどを用い、磁界や電界を時間的に変化させ
ることで任意の偏波状態変調を行うことができる。この
とき、偏波状態変調周波数ｆ２を検出対象の信号の周波
数範囲ｆｓｌ〜ｆｓｈに対しｆ２＞ｆｓｈとし、信号受
信時に例えば周波数範囲（ｆ２＋ｆｓｌ）〜（ｆ２＋ｆ
ｓｈ）のバンドパスフィルタを通過させることによりセ
ンサ用光ファイバ１ａ、１ｂに作用する物理量の時間の
変化をリアルタイムで検出することができる。

【００８２】すなわち、光受信器２４１ｘ、２４１ｙ、
２４２ｘ、２４２ｙの出力信号を例えば周波数範囲（ｆ
２＋ｆｓｌ）〜（ｆ２＋ｆｓｈ）のバンドパスフィルタ
２７１ｘ、２７１ｙ、２７２ｘ、２７２ｙを通してから
受信信号処理部２５１、２５２に入力するようにすれば
よい。

【００８３】このようにすると、光ファイバ１ａ，１ｂ
中で検出対象以外の温度変化などによる偏波変動により
検出対象の物理現象が作用したときの偏波状態変化の検
出感度が変化する場合でも、測定系２２１、２２２に到
達する光ファイバ伝搬光の偏波状態は、常に周波数ｆ２
で変調されているため、検出感度のよい状態での信号変
換が周波数ｆ２に同期して行われ検出感度の変動を受け
ずにセンサ用光ファイバ１ａ、１ｂに作用する物理量の
時間変化をリアルタイムで検出することができる。

【００８４】光源出力側での周波数ｆ１の偏波状態変調
と光受信器側での周波数ｆ２の偏波状態変調の両方を行
った場合には、バンドパスフィルタ２７１ｘ、２７１
ｙ、２７２ｘ、２７２ｙの通過周波数帯域を例えば周波
数範囲（ｆ１＋ｆ２＋ｆｓｌ）〜（ｆ１＋ｆ２＋ｆｓ
ｈ）に設定すればよい。

【００８５】偏波状態の変動による検出感度の変化を抑
制する目的で検出装置に戻ってきた光ファイバ伝搬光に
偏波状態変調器を通し、偏波状態変調器での変調効果が
充分で偏波変動の影響をほぼ完全になくすことができる
場合には、測定系２２１及び測定系２２２を簡略化する
ことができる。すなわち、図４で偏光ビームスプリッタ
２６１、２６２の代わりに構成の簡単な偏光子を用い、
光受信器２４１ｙ、バンドパスフィルタ２７１ｙ、受信
信号処理部２５１、光受信器２４２ｙ、バンドパスフィ
ルタ２７２ｙ及び受信信号処理部２５２を省略した構成
とすることができる。

【００８６】なぜならば、偏波変動の影響が無い場合に
は光受信器２４１ｘ、バンドパスフィルタ２７１ｘから
出力される信号と光受信器２４１ｙ、バンドパスフィル
タ２７１ｙから出力される信号が同じになり、片方だけ
で波形Ｓ１（ｔ）を求めることができ、同様に光受信器
２４２ｘ、バンドパスフィルタ２７２ｘから出力される
信号と光受信器２４２ｙ、バンドパスフィルタ２７２ｙ
から出力される信号が同じになり、片方だけでＳ２
（ｔ）を求めることができるからである。

【００８７】これらの検出特性を安定化する方法は、以
下に述べる偏波状態の変化を利用する他の実施の形態に
も適用できる。

【００８８】これまでに述べた実施の形態では、往路と
復路の２本の導波路を平行に敷設する構成であったが、
図５に示すように往路と復路の導波路に同一の導波路を
用いてもよい。図５は本発明の分布導波路センサの他の
実施の形態を示すブロック図である。

【００８９】この場合、往路と復路に共通して用いてい
る導波路部分の両端に、例えば光サーキュレータ７３、
７４を用いることにより構成できる。光源３０から出射
した光は光サーキュレータ７４を介して光ファイバ１に
入射し、遠端で光サーキュレータ７３を介して光合波器
７１に導かれる。また、光合波器７１の出力は光サーキ
ュレータ７３を介して光ファイバ１に入射し、検出装置
１００内で光サーキュレータ７４を介して光分波器７０
に導かれる。

【００９０】このような構成とすると、光サーキュレー
タ７４などの光路の選択や分岐をする部品が必要となる
が、導波路の本数が１本でよい点や、往路と復路で全く
同一の物理現象が作用する点で往路と復路とを別々の導
波路で構成する場合と比べて有利である。このことは、
以下に述べるさらに他の実施の形態についても同様に適
用できる。

【００９１】これまでに述べた実施の形態では、導波路
に作用する物理現象によってその状態が変化し導波路内
を進行波として伝搬する電磁波を検出するために、導波
路を伝搬する電磁波の偏波状態の変化を利用していた
が、従来例と同様に、物理現象により導波路を伝搬する
電磁波に生じる電磁波の強度変化などを利用する場合に
も本発明を適用できる。このことは、以下に述べる他の
実施の形態についても同様である。

【００９２】これまでに述べた実施の形態では、往路を
伝搬する電磁波と復路のみを伝搬する電磁波の区別を行
うために、電磁波の周波数（光の波長）の違いを用いて
いたが、以下に述べるように電磁波の強度変調方法の違
いを用いて往路を伝搬する電磁波と復路のみを伝搬する
電磁波の区別を行うこともできる。

【００９３】図６は本発明の分布型導波路センサの他の
実施の形態を示すブロック図である。

【００９４】同図おいて往路を伝搬する電磁波と復路の
みを伝搬する電磁波の区別を行うために、電磁波の強度
変調方法の違いを用いる方法の一構成例を示す。図１に
示した実施の形態との相違点は、検出装置１５４内の光
源３０を強度変調信号発生器３８からの信号（例えば一
定周波数ｆ３（変調無し、すなわち、ｆ３＝０であって
もよい））で強度変調し、遠端の光源３１（波長は光源
３０と同じであってもよい）を強度変調信号発生器３９
からの信号（例えば一定周波数ｆ４）で強度変調し、遠
端部での光ファイバ１ａからの伝搬光と光源３１の光を
光方向性結合器７５を介して光ファイバ１ｂに接続して
いる点と、検出装置１００内の光受信器２４１ｘ、２４
１ｙの出力側に中心周波数ｆ３のバンドパスフィルタ２
７１ｘａ、２７１ｙａ及び中心周波数ｆ４のバンドパス
フィルタ２７１ｘｂ、２７２ｙｂを接続している点であ
る。

【００９５】往路区間の光ファイバ１ａには強度変調周
波数ｆ３の光が伝搬し、復路区間の光ファイバ１ｂには
強度変調周波数ｆ３の光及びｆ４の光が伝搬する。光受
信器２４１ｘ、２４１ｙで電気信号に変換した後に中心
周波数ｆ３のバンドパスフィルタ２７１ｘａ，２７１ｙ
ａを通した信号を受信信号処理部２５１に入力すること
にすると、受信信号処理部２５１には、往路の伝搬光の
時間変化と復路の伝搬光の時間変化の重畳された時間変
化に対応し、直交するｘ、ｙ偏波の受信信号が入力され
ることになる。

【００９６】従って、受信信号処理部２５１からは往路
及び復路を共通して伝搬する電磁波の波形Ｓ１（ｔ）が
得られることになる。

【００９７】光受信器２４１ｘ、２４１ｙで電気信号に
変換した後に中心周波数ｆ４のバンドパスフィルタ２７
１ｘｂ、２７１ｙｂを通した信号を受信信号処理部２５
２に入力することにすると、受信信号処理部２５２には
復路の伝搬光の時間変化のみに対応する直交するｘ、ｙ
偏波の受信信号が入力されることになる。従って、受信
信号処理部２５２からは復路のみを伝搬する電磁波の時
間変化Ｓ２（ｔ）が得られることになる。

【００９８】これ以降の波形分離部８０及び信号認識部
５３での処理は、先に説明した実施の形態と同様であ
る。

【００９９】これまでに述べた実施の形態では、往路を
伝搬する電磁波と復路のみを伝搬する電磁波の区別を行
うために、電磁波の周波数（光の波長）や電磁波の強度
変調方法の違いを用いていたが、以下に述べるように電
磁波の偏波状態の違いを用いて往路を伝搬する電磁波と
復路のみを伝搬する電磁波の区別を行うこともできる。

【０１００】図７は本発明の分布型導波路センサの他の
実施の形態を示すブロック図である。

【０１０１】同図に示す分布型導波路センサは、往路を
伝搬する電磁波と復路のみを伝搬する電磁波の区別を行
うために、電磁波の偏波状態を異なる変調方法で行うも
のである。図１に示した実施の形態との相違点は、検出
装置１５５に示すように光源３０の出力に偏波状態変調
器３３を挿入し、例えば一定周波数ｆ５（変調無し、す
なわち、ｆ５＝０であってもよい）で偏波状態（偏向角
や位相）の変調を行い、遠端の光源３２（波長は光源３
０と同じであってもよい）の出力に偏波状態変調器３４
を挿入し、例えば一定周波数ｆ６で偏波状態（偏向角や
位相）の変調を行っており、遠端部で光ファイバ１ａか
らの伝搬光と光源３１の光を光方向性結合器７５を介し
て光ファイバ１ｂに接続している点と、検出装置１５５
内の光受信器２４１ｘ、２４１ｙの出力側に中心周波数
ｆ５のバンドパスフィルタ２７１ｘａ、２７１ｙａ及び
中心周波数ｆ６のバンドパスフィルタ２７１ｘｂ、２７
１ｙｂを接続している点である。

【０１０２】往路区間の光ファイバ１ａには偏波状態変
調周波数ｆ５の光が伝搬し、復路区間の光ファイバ１ｂ
には偏波状態変調周波数ｆ５の光及びｆ６の光が伝搬す
る。従って、光受信器２４１ｘ、２４１ｙで電気信号に
変換した後に中心周波数ｆ５のバンドパスフィルタを通
した信号を受信信号処理部２５１に入力することにする
と、受信信号処理部２５１には往路の伝搬光の時間変化
と復路の伝搬光の時間変化の重畳された時間変化に対応
する直交するｘ、ｙ偏波光の受信信号が入力されること
になる。従って、受信信号処理部２５１からは往路及び
復路を共通して伝搬する電磁波の波形Ｓ１（ｔ）が得ら
れることになる。

【０１０３】光受信器２４１ｘ、２４１ｙで電気信号に
変換した後に中心周波数ｆ６のバンドパスフィルタを通
した信号を受信信号処理部２５２に入力することにする
と、受信信号処理部２５２には復路の伝搬光の時間変化
のみに対応する直交する偏波光の受信信号が入力される
ことになる。従って、受信信号処理部２５２からは復路
のみを伝搬する電磁波の時間変化Ｓ２（ｔ）が得られる
ことになる。

【０１０４】これ以降の波形分離部８０及び信号認識部
５３での処理は、先に説明した実施の形態と同じであ
る。

【０１０５】本実施の形態は、検出性能の安定化のため
に光源の出力光の偏波状態を変調した図４に示した実施
の形態と類似しているが、近端側の光源と遠端側の光源
の出力部での偏波変調周波数が異なる点が図４に示した
実施の形態と異なる。しかし本実施の形態では、図４に
示した実施の形態で光源側で偏波状態を変調したのと同
様に光源から検出対象の物理現象がセンサ用光ファイバ
に作用する位置までの検出対象以外の偏波変動による変
換効率の変化を抑制する効果を持つ点では同じであり、
近端側の光源と遠端側の光源の波長を指定する必要がな
い点では本実施の形態の方が有利である。また、本実施
の形態でも受信側の偏向ビームスプリッタ２６１の手前
に偏波状態変調器を挿入することにより検出対象の物理
現象が作用した位置から検出装置までの光ファイバ１
ａ、１ｂで検出対象としている物理現象以外の偏波変動
による検出感度の変化を抑制する効果を持たせることが
できることは明らかである。

【０１０６】図８は本発明の分布型導波路センサの他の
実施の形態を示すブロック図の一部である。

【０１０７】電磁波の偏波状態の違いを用いて往路を伝
搬する電磁波と復路のみを伝搬する電磁波を区別する方
法を適用したものである。先の実施の形態との相違点
は、復路を伝搬させる光を、往路を伝搬してきた光の一
部を用いて偏波状態変調を行うようにした点である。

【０１０８】光ファイバ１ａの遠端側に光分方向性結合
器７６を接続し、他の光方向性結合器７５を介してその
まま復路の光ファイバ１ｂに入射させる光と、偏波解消
器３５、偏光子３６、偏波状態変調器３７を経由して光
方向性結合器７５を介して光ファイバ１ｂに入射させる
光とに分ける。水晶偏向解消板やコルニュー・シュード
・デポラライザーなどの偏波解消器３５を通すことによ
り、偏向度の低い光に変換し、偏波状態変調器３７では
光源３０の出力部の偏波変調器３３での変調方法（例え
ば一定周波数ｆ５での変調）と異なる変調方法（例えば
一定周波数ｆ６での変調）で偏波状態（偏向角や位相）
の変調を行う。これ以外の点は、先に述べた偏波状態変
調周波数で往路を伝搬する電磁波と、復路のみを伝搬す
る電磁波の区別を行う実施の形態と同様である。

【０１０９】これまでに述べた実施の形態では、復路用
の導波路には往路を伝搬する電磁波が伝搬する方法を適
用したものであったが、以下に述べるように復路用の導
波路をもう１本別に設け、少なくとも１本の復路用導波
路には往路を伝搬する電磁波が伝搬しない構成でもよ
い。

【０１１０】図９は本発明の分布型導波路センサの他の
実施の形態を示すブロック図である。

【０１１１】同図に示すように、３本の導波路１ａ、１
ｂ、１ｃが並行して布設されており、この内の１本を往
路用、他の２本を復路用として用い、往路用の導波路１
ａが復路用導波路１ｂと遠端で光学的に接続されてお
り、他の復路用導波路１ｃは往路用導波路１ａと光学的
に接続されていない。図１に示した実施の形態と異なる
点は、往路用光ファイバ１ａが遠端で光合波器を介さず
に直接復路用光ファイバ１ｂに接続され光ファイバ１ｂ
が検出器側で直接偏光ビームスプリッタ２６１に接続さ
れている点と、光ファイバ１ｃが追加され遠端で光源３
１が接続され近端で偏光ビームスプリッタ２６２に接続
されている点である。

【０１１２】また、光源３０の波長と光源３１の波長と
は同じでもよく、光ファイバ１ａに入射する光と、光フ
ァイバ１ｃに入射する光の強度変調状態や偏波変調状態
も同じであってもよい。

【０１１３】同図に示す構成でも、光源３０から出射さ
れ往路及び復路を伝搬した信号波形Ｓ１（ｔ）及び復路
のみを伝搬した信号波形Ｓ２（ｔ）は、図１に示した実
施の形態と同様に、それぞれ、受信信号処理部２５１、
２５２の出力として得ることができる。これ以降の波形
分離部８０及び信号認識部５３での処理も図１に示した
実施の形態と同じである。

【０１１４】（使用方法、応用システムなど）ＯＰＧＷ
を有する架空送電線路の落雷位置標定を行う方式とし
て、ＯＰＧＷに流れる落雷電流により生じる磁界がＯＰ
ＧＷ内蔵光ファイバ伝搬光の偏波面回転を生じさせるこ
とを利用する方式が提案されているが、本発明をこの応
用に適用することにより落雷電流波形が複雑で従来方法
での標定が困難な場合にも落雷位置標定を行えるように
なる。

【０１１５】この場合、検出対象信号の周波数帯域は直
流から数１０ｋＨｚ程度であるので、光源出力及び光受
信前での偏波状態変調周波数を例えばｆ１＝ｆ２＝１０
０ｋＨｚとし、光受信器後段のバンドパスフィルタの通
過周波数を２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚとすることによ
り、温度変化などの影響での偏波変動に起因する検出特
性変化を抑制した信号検出を行うことができる。

【０１１６】音波や振動が光ファイバに印加された位置
や時間を求める場合は、音波や振動の継続時間が光ファ
イバ伝搬光の伝搬時間と比べて長いために、従来の分布
型導波路センサでは往路と復路に生じた伝搬光の変化を
分離することができなかったが、本発明をこの応用に適
用することにより、往路と復路に生じた伝搬光の変化を
分離し音波や振動が光ファイバに印加された位置や時間
を求めることが可能となる。

【０１１７】導波路の、任意の位置、あるいは、あらか
じめ定めた複数の特定点に作用する物理現象の検出を、
導波路に作用する物理現象によってその状態が変化し導
波路内を進行波として伝搬する電磁波を検出することに
より行う分布型導波路センサにおいて、スポット型の
（例えば電流）センサを複数個直列に接続して用いるこ
とが従来提案されていたが、本発明を適用することによ
り従来では対応できなかった複雑な物理現象の時間変化
に対しても対応できるようになる。

【０１１８】以上要するに本発明によれば、センサ用光
ファイバの両端に検出装置を設ける必要がない。両端の
検出装置間での時刻合わせやデータの送受信が必要な
い。導波路に作用した物理現象の継続時間が長かった
り、物理現象の作用により生じる導波路を伝搬する電磁
波の状態変化波形が複雑な形状であり、電磁波検出手段
で検出した往路を伝搬するときに物理現象による作用を
受けた波形と、復路を伝搬するときに物理現象の作用を
受ける波形が時間的に重なる場合でも、検出信号に基づ
き物理現象の発生位置、種類や大きさ等を検出すること
のできる分布型導波路センサが実現できる。

【０１１９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【０１２０】少なくとも１つの復路を伝搬する電磁波
に、往路を伝搬する電磁波の他にこの電磁波と区別でき
る他の電磁波を含ませたことにより、物理現象の継続時
間が長かったり、物理現象によって変化した電磁波の波
形が複雑な場合であっても物理現象の発生位置、種類や
大きさ等を検出することのできる分布型導波路センサの
提供を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分布型導波路センサの一実施の形態を
示すブロック図である。

【図２】図１に示した実施の形態の動作を説明するため
の図である。

【図３】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図である。

【図４】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図である。

【図５】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図である。

【図６】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図である。

【図７】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図である。

【図８】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図の一部である。

【図９】本発明の分布型導波路センサの他の実施の形態
を示すブロック図である。

【図１０】分布導波路型センサの従来例を示す図であ
る。

【図１１】図１０に示した両光受信器で検出される信号
の波形を示す図である。

【図１２】分布導波路型センサの従来例を示す図であ
る。

【図１３】図１２に示した光受信器の出力と時間との関
係を示す図である。

【図１４】分布導波路型センサの従来例を示す図であ
る。

【図１５】図１４に示した分布型導波路センサで検出さ
れる波形の説明図である。

【図１６】図１４に示した従来例の動作を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 光ファイバ ３０、３１ 光源 ５３ 信号認識部 ７０、７１ 光合分波器 ８０ 波形分離部 １５０ 検出装置 ２２１、２２２ 測定系 ２５１、２５２ 受信信号処理部 ２６１、２６２ 偏光ビームスプリッタ

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【手続補正書】

【提出日】平成９年７月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】光受信器４２ｘと光受信器４２ｙとは、互
いに直交する偏波軸の出力であり、時刻ｔ０から時刻ｔ
１までは両方とも略一定値であり、時刻ｔ１から変化し
ている。これらの変化している部分の波形は異なるが、
変化開始時刻は同じである。このことは、光受信器４１
ｘ、４１ｙの出力についても同様である。従って、光受
信器４２ｘの出力Ｓ４２ｘ（ｔ）及び光受信器４２ｙの
出力Ｓ４２ｙ（ｔ）のいずれか一方又は両方の平均値や
差分値から時刻ｔ１を求め、光受信器４１ｘの出力Ｓ４
１ｘ（ｔ）及び光受信器４１ｙの出力Ｓ４１ｙ（ｔ）の
いずれか一方又は両方の平均値や差分値から時刻ｔ２を
求め、式（３）、（４）から物理現象がセンサ用光ファ
イバ１に作用した地点Ｐまでの距離及び時刻ｔ０を推定
することができる。光源３１、３２の出力の変動等によ
り検出対象の物理現象以外の要因で光受信器４１ｘ、４
１ｙ、４２ｘ、４２ｙの出力が変動することも考えられ
る。このような場合には、光受信器４１ｘ、４１ｙ、４
２ｘ、４２ｙの出力を例えば式（５）又は式（６）を用
いて、それぞれ直交する偏波の受信結果の２乗和の平方
根などの値（Ｓ４１（ｔ）、Ｓ４２（ｔ））に変換して
用いることで出力の変動による影響を避けることができ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】また、測定系２２２に導かれた光は、偏光
ビームスプリッタ２６２でそれぞれ偏波軸が直交するｘ
偏波とｙ偏波に分けられ、それぞれ光受信器２４２ｘ、
２４２ｙで電気信号に変換され、それぞれの受信波形Ｓ
２ｘ（ｔ）及び受信波形Ｓ２ｙ（ｔ）が受信信号処理部
２５２に入力される。両受信信号処理部２５１、２５２
で、例えば式（５）、式（６）と同様にして、直交する
偏波の受信結果の２乗和の平方根などの波形Ｓ１（ｔ）
及び波形Ｓ２（ｔ）が得られる。波形Ｓ１（ｔ）は、光
源３０から出射した波長λ１の光が光ファイバ１ａ、１
ｂを経由して受信された信号であり、波形Ｓ２（ｔ）
は、光源３１から出射した波長λ２の光が光ファイバ１
ｂを経由して受信された信号である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】光源３１から出射された波長λ２の光は、
光ファイバ１ｂを伝搬中の時刻ｔ０に前述した物理現象
の作用をＬｘ地点で受ける。波長λ２の光はこの後、検
出装置までの距離Ｌｘを伝搬した後、測定系２２２で直
交する２つの偏波成分の時間変化が電気信号に変換さ
れ、式（５）や式（６）と同様に信号処理され図２
（ｃ）に示す波形が得られる。Ｌｘ地点から検出装置１
５０まで光が伝搬する時間ｔ１０（＝ｔ１−ｔ０）だけ
遅延して図２（ａ）に示す信号の波形と同じ形状の波形
が得られる。ｔ１ψは光ファイバ中の光速をｖとしたと
きに式（１０）で示される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１２０】少なくとも１つの復路を伝搬する電磁波
に、往路を伝搬する電磁波と区別できる他の電磁波を含
ませたことにより、物理現象の継続時間が長かったり、
物理現象によって変化した電磁波の波形が複雑な場合で
あっても物理現象の発生位置、種類や大きさ等を検出す
ることのできる分布型導波路センサの提供を実現でき
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの電磁波源が接続される
   と共に往路及び復路を有する導波路内に進行波として伝
   搬する電磁波を検出することにより、物理現象によって
   導波路上に生じる状態変化を検出する分布型導波路セン
   サにおいて、少なくとも１つの復路を伝搬する電磁波
   に、往路を伝搬する電磁波と区別できる他の電磁波を含
   ませたことを特徴とする分布型導波路センサ。
2. 【請求項２】 上記往路及び上記復路を共通して伝搬す
   る電磁波の時間変化Ｓ１（ｔ）を検出する手段と、復路
   のみを伝搬する電磁波の時間変化Ｓ２（ｔ）を検出する
   手段とを有し、時間変化Ｓ１（ｔ）から時間変化Ｓ２
   （ｔ）を差し引くことにより上記物理現象によって往路
   を伝搬する電磁波に生じた時間変化Ｓａ（ｔ）を求め、
   導波路に作用する物理現象により復路を伝搬する電磁波
   に生じた時間変化Ｓｂ（ｔ）をＳ２（ｔ）と等しいとし
   て求める請求項１記載の分布型導波路センサ。
3. 【請求項３】 ２本の導波路が互いに並行して布設され
   ており、この内の１本を往路として用いると共に他の１
   本を復路として用い、これらの導波路が遠端で光学的に
   接続されており、少なくとも往路用導波路の近端側に電
   磁波源が接続され、復路用導波路の近端側に電磁波の時
   間変化検出手段が接続されている請求項１又は２記載の
   分布型導波路センサ。
4. 【請求項４】 ３本の導波路が並行して布設されてお
   り、この内の１本を往路として用いると共に他の２本を
   復路として用い、往路用の導波路が復路用導波路の１本
   と遠端で光学的に接続されており、少なくとも往路用導
   波路の近端側に電磁波源が接続され、２本の復路用導波
   路の近端側に電磁波の時間変化検出手段が接続されてい
   る請求項１又は２記載の分布型導波路センサ。
5. 【請求項５】 遠端で光学的に接続された往路用の導波
   路と復路用の導波路とが同一である請求項１から４のい
   ずれかに記載の分布型導波路センサ。
6. 【請求項６】 上記導波路として光ファイバを用いた請
   求項１から５のいずれかに記載の分布型導波路センサ。
7. 【請求項７】 少なくとも１本の復路用導波路の遠端側
   に、近端側の電磁波源が発生する電磁波と区別すること
   のできる電磁波を発生する電磁波源を有する請求項１か
   ら６のいずれかに記載の分布型導波路センサ。
8. 【請求項８】 少なくとも１本の復路用導波路の遠端側
   に到達した電磁波の一部の特性を変換する機能を有する
   請求項１から６のいずれかに記載の分布型導波路セン
   サ。
9. 【請求項９】 電磁波の周波数や電磁波の強度変調方法
   や電磁波の偏波状態変調方法等の違いにより、往路を伝
   搬する電磁波と区別できる電磁波が少なくとも１つの復
   路に伝搬するようにした請求項１から８のいずれかに記
   載の分布型導波路センサ。
10. 【請求項１０】 上記復路の導波路に基準信号印加部を
    設けた請求項１から９のいずれかに記載の分布型導波路
    センサ。
11. 【請求項１１】 上記電磁波源の出力部及び電磁波受信
    器の入力部のいずれかあるいは両方に偏波状態変調器を
    設けた請求項１から１０のいずれかに記載の分布型導波
    路センサ。