JPH1123415A - 光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法 - Google Patents

光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法

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JPH1123415A
JPH1123415A JP9172504A JP17250497A JPH1123415A JP H1123415 A JPH1123415 A JP H1123415A JP 9172504 A JP9172504 A JP 9172504A JP 17250497 A JP17250497 A JP 17250497A JP H1123415 A JPH1123415 A JP H1123415A
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哲賢 李
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    • G01D5/35303—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using a reference fibre, e.g. interferometric devices

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短期間で効率よく光ファイバの歪み及び歪み
量を検出することができる光ファイバ歪み測定装置及び
光ファイバ歪み測定方法を提供すること。 【解決手段】 異なるブリルアン周波数シフトを有する
２種類の光ファイバをある距離に交互配置した被測定光
ファイバ５０と、被測定光ファイバ５０の歪みがない状
態の特性を初期データとして記憶する初期データ記憶部
５０と、光周波数変換回路１４から出射される光パルス
のうち、特定の光周波数の光パルスを被測定光ファイバ
５０へ入射する光パルス取出回路１６と、被測定光ファ
イバ５０から出射されるブリルアン散乱光を受光する受
光回路２４と、受光回路２４から出力される信号を演算
処理し、被測定光ファイバ５０の特性データを得る信号
処理部３０と、信号処理部３６が求めた特性データと初
期データとを比較して、歪みが生じているか否かを判断
する伸縮判断部５８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバ歪み
測定装置及び光ファイバ歪み測定方法に係り、特に被測
定光ファイバに光パルスを入射した場合に生ずるブリル
アン後方散乱光に応じて光ファイバの歪みを測定する光
ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光パルスを光ファイバへ入射さ
せ、光ファイバ中において生ずるブリルアン散乱光を検
出して解析することにより、光ファイバの歪み等を測定
する光ファイバ歪測定装置が案出されている。この光フ
ァイバ歪み測定装置は、光ファイバ内のある位置で歪み
が生じた場合に、任意位置で発生するブリルアン散乱光
の周波数分布（スペクトル）が、歪みがない場合と比較
して、歪み量に比例した値だけシフトすることを利用し
たものである。
【０００３】図９は、従来の光ファイバ歪み測定装置の
構成例を示すブロック図である。図９において、１０は
連続光のレーザ光を発生する光源であり、１２は光カプ
ラである。光カプラ１２は２つの入射端及び２つの出射
端が設けられ、一方の入射端には光源１０において発生
するレーザ光が入射される。光カプラ１２は入射するレ
ーザ光を分岐して各々の出射端から出射する。
【０００４】光カプラ１２の一方の出射端には光ファイ
バ１３が接続されている。また、光カプラ１２の他方の
出射端は光周波数変換回路１４と光ファイバによって接
続されている。光周波数変換回路１４は、入射される連
続光の光周波数を変換し、一定の光周波数差を有する光
パルス列を生成する。光周波数変換回路１４の出射端は
光ファイバによって光パルス取出回路１６の入射端と接
続されている。光パルス取出回路１６は入射される光パ
ルス列から、所定の光周波数νを有する光パルスを取り
出して出射する。
【０００５】光パルス取出回路１６の出射端は光カプラ
１８の入射端に接続されている。光カプラ１８は１つの
入射端及び２つの入出射端を有する。一方の入出射端に
は光ファイバが接続され、この光ファイバは光コネクタ
１９を介して被測定光ファイバ２０と光学的に結合され
る。また、光カプラ１８の他方の入出射端には光ファイ
バ２２が接続されている。
【０００６】前述した光ファイバ１３及び光ファイバ２
２は受光回路２４へ接続されている。受光回路２４は２
つのフォトダイオードを有し、一方のフォトダイオード
には光ファイバ１３を介して出射される光が入射され、
他方のフォトダイオードには光ファイバ２２から出射さ
れる光が入射される。受光回路２４は入射される各々の
光に対してヘテロダイン検波を行うとともに電気信号へ
変換する。
【０００７】２６は増幅回路であり、受光回路２６から
出力される電気信号を増幅する。２８は、増幅回路２６
から出力される電気信号に対して標本化及び量子化を行
いディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換
回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と称する）である。３０は
信号処理部であり、Ａ／Ｄ変換回路２８から出力される
ディジタル信号に対してノイズ除去や対数変換等の信号
処理を行う。３２は曲線近似部であり、被測定光ファイ
バ２０の光周波数特性を２次曲線に近似するためのもの
である。３４はピーク周波数検出部であり、曲線近似部
３２において得られた近似２次曲線がピーク値となると
きの光周波数を得るためのものである。３６は歪量算出
部であり、測定結果から歪み量を算出する。３８は、Ｃ
ＲＴ（Cathod Ray Tube）や液晶等の表示部である。
【０００８】次に、上記構成による光ファイバ歪み測定
装置の動作を説明する。 〔時間変化波形の測定〕図９において、光源１０から出
射された連続光は、光カプラ１２において分岐され、分
岐された連続光の一方は受光回路２４へ入射する。一
方、分岐された他方の連続光は、光周波数変換回路１４
へ入射する。
【０００９】光周波数変換回路１４は、光源１が生成し
た連続光に対して一定の光周波数差を有する光パルス列
を生成する。光周波数変換回路１４から出射される光パ
ルス列は光パルス取出回路１６へ入射し、所定の光周波
数νを有する光パルスを取り出す。光パルス取出回路１
６から出射された所定の光周波数νを有する光パルス
は、光カプラ１８を介して被測定光ファイバ２０へ入射
する。
【００１０】上記光パルスが被測定光ファイバ２０に入
射すると、該被測定光ファイバ２０の各位置でブリルア
ン散乱光が発生する。被測定光ファイバ２０の各位置で
発生したブリルアン散乱光は、被測定光ファイバ２０の
入射端から各位置までの距離に比例した時間だけ遅れな
がら、順次、光カプラ１８を介して受光回路２４へ入射
する。
【００１１】受光回路２４は、光源１０が生成した連続
光を用いて、被測定光ファイバ２０の各位置で発生した
ブリルアン散乱光を順次、ヘテロダイン検波し、各位置
のブリルアン散乱光の光強度に比例した電気信号を出力
する。増幅回路２８は、受光回路２４から出力された電
気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路２８は、増幅回路２６
により増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換する。
【００１２】そして、信号処理部３０は、ディジタル信
号に変換された電気信号値に対して、ノイズ除去、対数
変換等の信号処理を行った後、該電気信号値を、光パル
ス入射からの経過時間（すなわち、被測定光ファイバの
入射端からの距離）に対応させてプロットする。以上の
処理により、光周波数νの光パルスを入射した場合にお
けるブリルアン散乱光の時間変化波形が得られる。
【００１３】図１０は表示部３８に表示される時間変化
波形の一例を示す図である。図１０において、横軸は、
光パルス入射からの時間を示している。ここで、光パル
ス入射からの時間は、被測定ファイバ２０の入射端から
測定光ファイバ２０内の各位置までの距離に対応してい
る。また、縦軸は、該各位置で発生したブリルアン散乱
光の光強度を示している。図１０（ａ）に示したよう
に、光パルスを被測定光ファイバ２０へ入射させた場
合、被測定光ファイバ２０内で生ずるブリルアン散乱光
の光強度は、被測定光ファイバ２０へ光パルスを入射さ
せてからの時間、つまり光ファイバ２０の端部からの距
離に応じて弱くなる。
【００１４】〔歪み量の算出〕次に、被測定光ファイバ
２０の歪み量の算出方法について説明する。被測定光フ
ァイバ２０の歪み量を算出する場合、図９に示す光ファ
イバ歪み測定装置は、光周波数変換回路１４を用いて、
被測定光ファイバ２０へ入射される光パルスの光周波数
νをある値ずつ順次変化させながら、前述した動作を繰
り返す。これにより、図１０に示すような時間変化波形
が、複数の光周波数各々について得られる。
【００１５】図１１は、複数の光周波数に対する時間変
化波形の一例を示す３次元グラフである。この図におい
て、横軸は、被測定光ファイバ２０へ入射される光パル
スの光周波数νを示し、縦軸は、ブリルアン散乱光の光
強度を示し、両軸と直交する軸（図中符号Ｘ１が付され
た軸）は、光パルス入射からの時間（被測定光ファイバ
２０の入射端からの距離、すなわち、被測定光ファイバ
２０内の位置）を示している。つまり、図１１の縦軸と
符号Ｘ１が付された軸とからなる座標平面が、図１０に
示す座標平面に対応している。
【００１６】また、図１２は、図１１に示す３次元グラ
フを、符号Ｘ１が付された軸上のある距離Ｄ（被測定光
ファイバの入射端からの距離）において、符号Ｘ１が付
された軸と直交する平面で輪切りにした場合のグラフで
ある。即ち、図１２は、距離Ｄにおけるブリルアン散乱
光の周波数分布（スペクトル）を示す波形（スペクトラ
ム波形）である。
【００１７】この処理により、ある距離Ｄにおけるスペ
クトラム波形（図１２に参照）が得られると、図９に示
す曲線近似部３２は、このスペクトラム波形が示すデー
タを２次式にあてはめ、スペクトラム波形の近似曲線
（２次近似曲線）を求める。そして、ピーク周波数検出
部３４は、この近似曲線を微分し、ブリルアン散乱光の
光強度が最大値を示す光周波数（ピーク周波数νp）を
求める。
【００１８】最後に、歪量算出部３６は、ピーク周波数
検出部３４が求めたピーク周波数ν pを、以下に示す
（１）式に代入し、歪み量εを算出する。 ε＝（νp−νb）／（νb×Ｋ） ・・・・・・・・・・・（１） νb：歪みが内場合におけるピーク周波数（被測定光フ
ァイバ６の固有値） Ｋ ：歪み係数 以上の処理により、被測定光ファイバ２０内のある位置
（入射端からの距離Ｄ）における歪み量εが求められ、
表示部３８に表示される。以上で、図９の構成による光
ファイバ歪み測定装置の動作説明を終了する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の光ファイバ歪み測定装置においては、被測定光ファ
イバの歪み量を算出する場合、測定を行う毎に、光周波
数νを順次変化させながら、複数（具体的には、４０〜
１００種類）の光周波数について、上述したブリルアン
散乱光の時間変化波形を測定する必要がある。１つの光
周波数に対して１つの時間変化波形の測定には２〜３
（秒）の時間を要するので、被測定光ファイバの歪み量
を測定する場合には、その４０〜１００倍、すなわち、
最大６（分）の時間を必要とする。
【００２０】このように、従来の光ファイバ歪み測定装
置は、被測定光ファイバの歪み量の測定に多大な時間が
かかるため、測定効率がわるいという問題があった。特
に、ファイバセンサとして用いる場合には、測定時間が
短いということが需要な要因となる。従って、従来の光
ファイバ歪み測定装置はファイバセンサに適していない
という問題があった。
【００２１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、短期間で効率よく光ファイバの歪み及び歪み量
を検出することができる光ファイバ歪み測定装置及び光
ファイバ歪み測定方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、異なるブリルアン周波数シフトを有する
２種類の光ファイバをある距離に交互配置した被測定光
ファイバと、前記被測定光ファイバの歪みがない状態の
特性を初期データとして記憶する初期データ記憶手段
と、前記被測定光ファイバに、所定光周波数の光パルス
を入射させる入射手段と、前記光パルスを入射した場合
に前記被測定光ファイバから出射されるブリルアン散乱
光を受光する受光手段と、前記受光手段から出力される
信号を演算処理し、前記被測定光ファイバの特性データ
を得る信号処理手段と、前記信号処理手段が求めた特性
データと前記初期データとを比較して、歪みが生じてい
るか否かを判断する判断手段とを具備することを特徴と
する。また、本発明は、前記初期データが、前記光パル
スを前記被測定光ファイバに入射してから、出射される
ブリルアン散乱光の光強度の時間変化を示す初期時間変
化波形を含み、前記信号処理手段が、前記入射手段が光
パルスを入射させてからのブリルアン散乱光の光強度の
時間変化を示す時間変化波形を演算処理によって求める
手段を有し、前記初期時間変化波形と前記時間変化波形
とを比較して歪みが生じた位置を求める手段を具備する
ことを特徴とする。また、本発明は、前記比較手段が、
前記歪みが生じた位置におけるブリルアン散乱光の光強
度に基づいて、歪みが伸びによるものか又は縮みによる
ものかを判断する手段を有することを特徴とする。ま
た、本発明は、予め前記被測定光ファイバに入射させる
光パルスの光周波数を変化させて得た測定結果を２次曲
線に近似する近似手段と、前記近似手段によって得られ
た２次曲線の係数及び前記２次曲線が極大となる光周波
数を記憶する記憶手段とを具備することを特徴とする。
また、本発明は、前記判断手段が、前記２次曲線が極大
となる光周波数における光強度と前記特性データの光強
度との差からブリルアン散乱光の光強度が極大となる光
周波数を算出する手段を有し、前記２次曲線が極大とな
る光周波数と、当該算出した光周波数とから前記被測定
光ファイバの歪み率を算出する歪算出手段を具備するこ
とを特徴とする。上記課題を解決するために、本発明
は、異なるブリルアン周波数シフトを有する２種類の光
ファイバをある距離に交互配置した被測定光ファイバの
歪みがない状態の特性を予め測定する過程と、前記被測
定光ファイバに、所定光周波数の光パルスを入射させた
場合に出射されるブリルアン散乱光の光強度の時間変化
に基づいて前記被測定光ファイバの特性データを得る過
程と、予め測定した被測定光ファイバの前記特性と、前
記特性データとを比較して、歪みが伸びによるものか又
は縮みによるものかを判断する過程とを有することを特
徴とする。また、本発明は、前記特性データの時間変化
と、予め測定した前記被測定光ファイバの経時変化特性
とを比較して前記被測定光ファイバの歪みが生じた位置
を求める過程を有することを特徴とする。また、本発明
は、前記歪みが生じた位置におけるブリルアン散乱光の
光強度に基づいて、歪みが伸びによるものか又は縮みに
よるものかを判断する過程を有することを特徴とする。
また、本発明は、予め前記被測定光ファイバに入射させ
る光パルスの光周波数を変化させて得た測定結果を２次
曲線に近似する過程と、前記近似手段によって得られた
２次曲線の係数及び前記２次曲線が極大となる光周波数
を記憶する過程と、前記２次曲線が極大となる光周波数
における光強度と前記特性データの光強度との差からブ
リルアン散乱光の光強度が極大となる光周波数を算出す
る過程と、前記２次曲線が極大となる光周波数と、当該
算出した光周波数とから前記被測定光ファイバの歪み率
を算出する過程とを有することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の
一実施形態による光ファイバ歪み測定装置の構成を示す
ブロック図であり、図９と同一の部材には同一の符号を
付し、その説明を省略する。図１に示された本発明の一
実施形態による光ファイバ歪み測定装置が、図９に示さ
れた従来の光ファイバ歪み測定装置と異なる点は、初期
データ記憶部５２、光強度対歪テーブル５４、時間変化
波形比較部５６、伸縮判断部５８、及び光強度対歪算出
部６０が新たに設けられた点である。また、図９に示さ
れた被測定光ファイバ２０と異なる被測定光ファイバ５
０が設けられている。尚、被測定光ファイバ５０につい
ての詳細は後述する。
【００２４】初期データ記憶部５２は信号処理部３０、
曲線近似部３２、及び歪量算出部３６と接続され、予め
測定したデータに基づいて、被測定光ファイバ５０の光
強度と光パルス入射からの時間との関係を示すデータ
（図１０参照）、光強度と光周波数との関係を示すデー
タ（図９参照）、及び光強度と光周波数との関係を２次
曲線で近似したデータ等の初期データを記憶する。
【００２５】また、光強度対歪テーブル５４は、光強度
と被測定光ファイバ５０との対照関係が格納される。つ
まり、光強度対歪テーブル５４には、被測定光ファイバ
５０のある位置において、光強度の値がいくらになれば
歪みはいくらであるかを示すデータが格納される。上記
初期データ記憶部５２及び光強度対歪テーブル５４は、
例えば、不揮発性のＩＣメモリ、ハードディスク装置、
又は光磁気ディスク等の大容量記憶装置等で構成され
る。
【００２６】時間変化波形比較部５６は、信号処理部３
０及び初期データ記憶部５２と接続されている。この時
間変化波形比較部５６は、信号処理部３０から出力され
る歪み測定よって得られた時間変化波形と、上記初期デ
ータ記憶部５２に記憶された初期データとを比較し、波
形を比較して波形の相違を得るためのものである。伸縮
判断部５８は時間変化波形比較部５６によって得られた
波形の相違から被測定光ファイバ５０が伸びている状態
であるのか、又は縮んでいる状態であるのかを得るため
のものである。
【００２７】また、光強度対歪算出部６０は伸縮判断部
５８の判断結果から光強度対歪テーブル５４に記憶され
たデータに基づいて、被測定光ファイバ５０の歪み量を
算出する。上記時間変化波形比較部５６、伸縮判断部５
８、及び光強度対歪算出部６０は、例えば、ＣＰＵ（中
央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び
ＲＯＭ（Read Only Memory）等（何れも図示省略）によ
って構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づい
てＣＰＵが処理を行うことによって実現される。
【００２８】また、前述した被測定光ファイバ５０は、
一例として、異なるブリルアン周波数シフトを有する光
ファイバを交互に配置して構成される。図１に示された
ように、被測定光ファイバ５０は複数の光ファイバ５０
ａ〜５０ｄ，…が順に接続されて構成される。光ファイ
バ５０ａ，５０ｃ，…はある特定のブリルアン周波数シ
フトを有し、光ファイバ５０ｂ，５０ｄ，…は、光ファ
イバ５０ａ，５０ｃ，…とは異なるブリルアン周波数を
有する光ファイバが用いられる。
【００２９】例えば、被測定光ファイバ５０をなす光フ
ァイバ５０ａ〜５０ｄ，…の長さは、入射光のパルス幅
（ｎｓ）×（２ｍ／１０ｎｓ）に設定され、異なるブリ
ルアン周波数シフト値は、１／入射光のパルス幅（ｎ
ｓ）である通常の通信用光ファイバで構成される。図２
は、被測定光ファイバ５０の構成例を示す模式図であ
る。図２中符号Ｐ1が付された箇所は被測定光ファイバ
５０へ光パルスが入射する点であり、符号Ｐ2が付され
た箇所は光ファイバ５０ａと光ファイバ５０ｂとの接続
点である。以下同様に、光ファイバ５０ｂ，５０ｃ，５
０ｄ，５０ｅ，…各々の接続点をＰ2，Ｐ3，Ｐ4，Ｐ5，
Ｐ6，…とする。
【００３０】図２に示された被測定光ファイバ５０にあ
る光周波数νb1の光を入射した場合には、図３に示した
測定結果が得られる。図３は、被測定光ファイバにある
光周波数νb1の光を入射したときに得られる光強度と光
パルス入射からの時間との関係を示す図である。光ファ
イバ５０ｂ，５０ｄ，…と、光ファイバ５０ａ，５０
ｃ，…とは異なるブリルアン周波数を有するので、各光
ファイバの接続点Ｐ2〜Ｐ6，…においては、得られる光
強度が不連続となる。
【００３１】次に、被測定光ファイバ５０において生ず
るブリルアン散乱光のブリルアン周波数について説明す
る。図４は、被測定光ファイバ５０において生ずるブリ
ルアン散乱光の周波数特性を示す図である。図４中符号
Ｃ１が付された曲線は、光ファイバ５０ａ，５０ｃ，…
において生ずるブリルアン散乱光の周波数特性を示して
おり、符号Ｃ２が付された曲線は、光ファイバ５０ｂ，
５０ｄ，…において生ずるブリルアン散乱光の周波数特
性を示している。図示されたように、発生するブリルア
ン散乱光は光周波数領域において広がりを有するとも
に、曲線Ｃ１及び曲線Ｃ２は中心周波数が異なる。
【００３２】図４に示されるように、曲線Ｃ１及び曲線
Ｃ２は光周波数νmにおいて交差する。つまり、光周波
数がνmである光パルスを被測定光ファイバ２０へ入射
すれば、光ファイバ５０ａ，５０ｃ，…において生ずる
ブリルアン散乱光の光強度と、光ファイバ５０ｂ，５０
ｄ，…において生ずるブリルアン散乱光の光強度とが同
一となるため、図３に示されたような接続点Ｐ2〜Ｐ6に
おける光強度の不連続性がなくなる。図５は、光周波数
がνmである光パルスを被測定光ファイバ２０へ入射し
たときに得られる光パルス入射からの時間と光強度との
関係の一例を示す図である。
【００３３】次に、伸縮による歪みとブリルアン散乱光
の強度との関係について説明する。被測定光ファイバ２
０のある局部に伸びによる歪みが加わると、光ファイバ
５０ａ，５０ｃ，…から得られるブリルアン散乱光の強
度は、光ファイバ５０ｂ，５０ｄ，…から得られるブリ
ルアン散乱光の強度より大きくなる。逆に被測定光ファ
イバ２０のある局部に縮みによる歪みが加わると、光フ
ァイバ５０ｂ，５０ｄ，…から得られるブリルアン散乱
光の強度は光ファイバ５０ａ，５０ｃ，…から得られる
ブリルアン散乱光の強度より大きくなる。従って、ブリ
ルアン散乱光の強度を、予め測定した強度の値と比較す
ることによって歪みが光ファイバの伸びによるものか又
は縮みによるものかが判断できるとともに、その強度の
差を算出することによって歪みの程度を得ることができ
る。
【００３４】次に、本発明の一実施形態による光ファイ
バ歪み測定装置に適用される光ファイバ歪み測定方法に
ついて説明する。図６及び図７は、本発明の一実施形態
による光ファイバ歪測定方法を示すフローチャートであ
る。本実施形態による光ファイバ歪み測定方法は、大別
すると図６に示された被測定光ファイバ５０に歪みがな
い状態で測定を行い測定データを得る過程と、図７に示
された被測定光ファイバ５０の歪みを測定する過程とに
大別される。上記図６に示された測定データを得る過程
は一度行えば、省略することができる。
【００３５】まず、図６に示された測定データを得る過
程について説明する。ステップＰＳ１においては、図１
中の被測定光ファイバ５０へ入射する光パルスの周波数
を順次変化させながら測定を行い、図１１に示された３
次元グラフを得る処理が行われる。つまり、被測定光フ
ァイバ５０へ入射する光パルスの光周波数を一定にして
測定を行い、光パルス入射からの時間と光強度との関係
を測定し、順次入射させる光パルスの光周波数を順次変
化させながら３次元グラフを得る処理が行われる。この
測定結果は、初期データとして図１中の初期データ記憶
部５２に記憶される。
【００３６】測定が終了するとステップＳＰ２へ進む。
ステップＳＰ２では、ステップＳＰ１において得られた
測定結果から光ファイバの所定の位置における光強度と
光周波数との関係を求め（図１２参照）、求めた結果か
ら２次近似式を求める処理が行われる。つまり、ステッ
プＳＰ１において得た初期データに基づいて、まず、光
強度（ｙ）対周波数シフト（ｘ）との関係を２次近似式
から求め（ｙ＝ａｘ＾２＋ｂｘ＋ｃ）、光強度対歪テー
ブル５４に格納する。
【００３７】光強度対歪テーブル５４に格納されている
値は、２次近似式の係数ａ，ｂ，ｃである。従って、係
数ａ，ｂ，ｃを有する式（ｙ＝ａｘ＾２＋ｂｘ＋ｃ）を
微分すれば、被測定光ファイバ５０に歪みが無い状態の
ブリルアン散乱光の強度が極大となる光周波数を以下の
（２）式から得ることができる。 ｘ＝−ｂ／２ａ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００３８】この光周波数ｘも光強度対歪テーブル５４
に格納される。また、歪みが無い状態の歪み量εは０％
と設定される。上記測定によって、被測定光ファイバ５
０内の光ファイバ５０ａ，５０ｃ，…と光ファイバ５０
ｂ，５０ｄ，…とのブリルアン散乱光のブリルアン周波
数は異なり、図４に示されたような結果が得られるの
で、２次近似式を求める場合には各々の曲線について行
う。
【００３９】上記処理が終了するとステップＳＰ３へ進
む。ステップＳＰ３では、ステップＳＰ２において得ら
れた２つの曲線の交点、つまり図４中に示した交点Ｃに
おける光周波数νmを求める処理が行われる。この処理
は２つの二次曲線の交点を求める処理であるので、演算
により容易に求めることができる。以上の処理が終了す
ると、光周波数νmによる時間変化波形の測定データを
初期データとして初期データ記憶部５２に格納する（ス
テップＳＰ４）。
【００４０】次に、被測定光ファイバ５０の歪みを測定
する過程について図７を参照して詳細に説明する。測定
が開始されると、光ファイバ歪み測定装置は、光周波数
νmの光パルスを入射した場合におけるブリルアン散乱
光の時間変化波形を測定する（ステップＳ１）。本実施
形態では、一例として、歪みがない場合における時間変
化波形（初期データ）として、図１０（ａ）に示す波形
が得られ、歪みが生じている場合における時間変化波形
として、図１０（ｂ）に示す波形が得られたものとす
る。つまり、歪みが生じた箇所は、光パルスを被測定光
ファイバ５０へ入射してから時間ｔDが経過したとき
に、光パルスが位置する箇所である。
【００４１】以下の説明では、歪みが生じた位置を
Ｄx，Ｄx′とする。図１０（ｂ）に示す時間変化波形で
は、被測定光ファイバ５０内の距離ＤxとＤx′において
光強度が変化している。上記測定が終了すると、図１中
の時間変化波形比較部は、初期データ記憶部５２に格納
されている図１０（ａ）に示す時間変化波形データと、
ステップＳ１において測定した図１０（ｂ）に示す時間
変化波形データとを比較して波形の相違を得る（ステッ
プＳ２）。
【００４２】ステップＳ２の処理が終了するとステップ
Ｓ３へ進む。ステップＳ３では、時間変化波形比較部５
６の比較結果から被測定光ファイバ５８が伸びている
か、又は縮んでいるかを判断する。ここで、歪みが生じ
ていると判断されると、波形の相違位置であって、光強
度が低下している位置を検出ポイントＤxとし、検出す
るポイントＤxに隣接し、光強度が高くなっている位置
を検出ポイントＤx′とする。また、検出ポイントＤxに
おけるブリルアン散乱光の光強度をＬ1とし、検出ポイ
ントＤx′におけるブリルアン散乱光の光強度をＬ2とす
る。以上の処理によって、被測定光ファイバ５０内にお
いて歪みが生じた箇所を特定することができる。
【００４３】上記処理が終了すると、ステップＳ４へ進
む。ステップＳ４では図６に示された処理によって予め
求めた２次近似式から検出ポイントＤxのブリルアン周
波数シフトを求める処理が行われる。この処理は図１中
の光強度対歪算出部６０が行う。光強度対歪算出部６０
は、まず光強度対歪テーブル５４から図６中のステップ
ＳＰ２において求めた係数ａ，ｂ，ｃ、及び歪みが無い
状態における光強度が最大となる光周波数ｘを読み出
す。
【００４４】前述した検出ポイントＤx，Ｄx′における
光強度Ｌ1，Ｌ2は測定により求められる。いま、ブリル
アン周波数シフト値をｘ′とすると、ブリルアン周波数
シフト値ｘ′は以下の（３）式から算出される。 ｘ′＝（−ｂ±（（ｂ＾２−４ａ（ｃ−Ｌ1）））＾０．５）／２ａ・・（３）
【００４５】次に、ブリルアン周波数シフトについて説
明する。図８はブリルアン周波数シフトを説明するため
の説明図である。被測定光ファイバ５０に歪みが生じて
いない場合には図８（ａ）に示されたような光強度と光
周波数との関係が得られる。これらのデータは、図６中
に示された処理によって初期データとして初期データ記
憶部５２に記憶されている。
【００４６】いま、被測定光ファイバ５０の歪みを測定
するために用いた光パルスの光周波数はνmであるの
で、仮に被測定光ファイバ５０に歪みがないとすると、
図５に示したように、接続点Ｐ2〜Ｐ6，…で不連続とな
らない時間変化波形が得られる。また、光ファイバ５０
ａ，５０ｃ，…及び光ファイバ５０ｂ，５０ｄ，…にお
いて発生するブリルアン散乱光の周波数分布はほぼ同一
となる。
【００４７】いま、被測定光ファイバ５０に歪みが生じ
たとすると、光ファイバ５０ａ，５０ｃ，…及び光ファ
イバ５０ｂ，５０ｄ，…において生ずるブリルアン散乱
光の周波数がシフトする。その様子を図８（ｂ），
（ｃ）に示す。図８（ｂ），（ｃ）中符号Ｃ１，Ｃ２が
付された曲線は図８（ａ）中の符号Ｃ１，Ｃ２が付され
た曲線をそれぞれ示す。
【００４８】図８（ｂ）中符号ＡＣ１が付された曲線及
び図８（ｃ）中符号ＢＣ１が付された曲線は、光ファイ
バ５０ａ，５０ｃ，…に歪みがある場合に、入射させる
光パルスの周波数を変化させた場合に得られるブリルア
ン散乱光である。また、符号ＡＣ２が付された曲線及び
図８（ｃ）中符号ＢＣ２が付された曲線は、光ファイバ
５０ｂ，５０ｄ，…に歪みがある場合に、入射させる光
パルスの周波数を変化させた場合に得られるブリルアン
散乱光である。
【００４９】つまり、図８（ｂ），（ｃ）に示されたよ
うに、被測定光ファイバ５０に歪みが生ずると、周波数
νmの光パルスを入射させたとしても、光ファイバ５０
ａ，５０ｃ，…から出射されるブリルアン散乱光及び光
ファイバ５０ｂ，５０ｄ，…から出射されるブリルアン
散乱光の光強度が変化する。本実施形態においては、こ
の光強度の変化を利用して歪みを測定している。
【００５０】上記処理が終了すると処理はステップＳ５
へ進む。ステップＳ５では、歪みが伸びによるものか又
は縮みによるものかを判断する処理が行われる。この処
理では、前述した検出ポイントＤxにおけるブリルアン
散乱光の光強度Ｌ1と、検出ポイントＤx′におけるブリ
ルアン散乱光の光強度Ｌ2とを比較することにより歪み
が伸びによるものか、縮みによるものかを判定すること
ができる。
【００５１】図８（ｂ）は、歪みが伸びの場合のブリル
アン散乱光の周波数分布を示しており、この場合、図示
されたように、Ｌ1＞Ｌ2となる。つまり、Ｄxにおける
ブリルアン散乱光の光強度Ｌ1が、検出ポイントＤx′に
おけるブリルアン散乱光の光強度Ｌ2よりも大きい場合
には、歪みが伸びによるものであることが分かる。
【００５２】また、図８（ｃ）は、歪みが縮みの場合の
ブリルアン散乱光の周波数分布を示しており、この場
合、図示されたように、Ｌ1＜Ｌ2となる。つまり、Ｄx
におけるブリルアン散乱光の光強度Ｌ1が、検出ポイン
トＤx′におけるブリルアン散乱光の光強度Ｌ2よりも小
さい場合には、歪みが縮みによるものであることが分か
る。
【００５３】次に、どの程度歪んでいるかを求める処理
が行われる。まず、歪みが伸びである場合には、以下の
（４）式に示されるブリルアン周波数シフト量が用いら
れる。 ｘ′＝（−ｂ＋（（ｂ＾２−４ａ（ｃ−Ｌ1）））＾０．５）／２ａ・・（４） また、歪みが縮みである場合には、以下の（５）式に示
されるブリルアン周波数シフト量が用いられる。 ｘ′＝（−ｂ−（（ｂ＾２−４ａ（ｃ−Ｌ1）））＾０．５）／２ａ・・（５）
【００５４】上記処理が終了すると、光強度対歪算出部
６０は、ステップＳ４によって求められたブリルアン周
波数シフト（ｘ′）を前述した（１）式に代入し、歪み
量εを算出する。以上の動作により、各ポイントにおけ
る歪み量εが求められ、表示部３８に表示される。例え
ば、歪みが無い状態において、出射されるブリルアン散
乱光の光周波数が１０．９ＧＨｚであり、光強度が４０
ｄＢであるとする。いま、歪みが生じたとし、ブリルア
ン散乱光の光周波数が１０．６ＧＨｚに変化し、光強度
が３７ｄＢに変化したとすると、歪み量εは０．６０８
５％であることが分かる。
【００５５】従来は、歪み量測定に約６分も時間を費や
していたが、本発明を用いれば、２〜３秒程度で測定す
ることができる。また、従来では測定できなかった動的
歪み量の評価を行えることができる。動的歪み量の評価
とは、例えば光ファイバに対して故意に歪みを生じさせ
歪みの変化に応じた光ファイバの特性を測定・評価する
ことである。従って、本発明を適用すると歪みセンサと
しての利用範囲は大きく拡大することになる。
【００５６】以上、本発明の実施形態について説明した
が、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではな
く、この発明の要旨を脱しない範囲の設計の変更等があ
ってもこの発明に含まれる。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
異なるブリルアン周波数シフトを有する２種類の光ファ
イバをある距離に交互配置した被測定光ファイバと、被
測定光ファイバの歪みがない状態の特性を初期データと
して記憶する初期データ記憶手段と、被測定光ファイバ
に、所定光周波数の光パルスを入射させる入射手段と、
光パルスを入射した場合に被測定光ファイバから出射さ
れるブリルアン散乱光を受光する受光手段と、受光手段
から出力される信号を演算処理し、被測定光ファイバの
特性データを得る信号処理手段と、信号処理手段が求め
た特性データと初期データとを比較して、歪みが生じて
いるか否かを判断する判断手段とを備えたので、被測定
光ファイバを布設した場合に被測定光ファイバに歪みが
生じているか否かを短時間で容易に判断することができ
るという効果がある。また歪み量も短時間で効率よく測
定することができ、測定時間が要求されている光ファイ
バセンサへの応用が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による光ファイバ歪み測
定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 被測定光ファイバ５０の構成例を示す模式図
である。
【図３】 被測定光ファイバにある光周波数νb1の光を
入射したときに得られる光強度と光パルス入射からの時
間との関係を示す図である。
【図４】 被測定光ファイバ５０において生ずるブリル
アン散乱光の周波数特性を示す図である。
【図５】 光周波数がνmである光パルスを被測定光フ
ァイバ２０へ入射したときに得られる光パルス入射から
の時間と光強度との関係の一例を示す図である。
【図６】 本発明の一実施形態による光ファイバ歪測定
方法を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の一実施形態による光ファイバ歪測定
方法を示すフローチャートである。
【図８】 ブリルアン周波数シフトを説明するための説
明図である。
【図９】 従来の光ファイバ歪み測定装置の構成例を示
すブロック図である。
【図１０】 表示部３８に表示される時間変化波形の一
例を示す図である。
【図１１】 複数の光周波数に対する時間変化波形の一
例を示す３次元グラフである。
【図１２】 図１１に示す３次元グラフを、符号Ｘ１が
付された軸上のある距離Ｄ（被測定光ファイバの入射端
からの距離）において、符号Ｘ１が付された軸と直交す
る平面で輪切りにした場合のグラフである。
【符号の説明】
１０ 光源 １４ 光周波数変換回路 １６ 光パルス取出回路 ２４ 受光回路 ２６ 増幅回路 ２８ Ａ／Ｄ変換回路 ３０ 信号処理部 ３２ 曲線近似部 ３４ ピーク周波数検出部 ３６ 歪量算出部 ３８ 表示部 ５０ 被測定光ファイバ ５２ 初期データ記憶部 ５４ 光強度対歪テーブル ５６ 時間変化波形比較部 ５８ 伸縮判断部 ６０ 光強度対歪算出部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なるブリルアン周波数シフトを有する
    ２種類の光ファイバをある距離に交互配置した被測定光
    ファイバと、 前記被測定光ファイバの歪みがない状態の特性を初期デ
    ータとして記憶する初期データ記憶手段と、 前記被測定光ファイバに、所定光周波数の光パルスを入
    射させる入射手段と、 前記光パルスを入射した場合に前記被測定光ファイバか
    ら出射されるブリルアン散乱光を受光する受光手段と、 前記受光手段から出力される信号を演算処理し、前記被
    測定光ファイバの特性データを得る信号処理手段と、 前記信号処理手段が求めた特性データと前記初期データ
    とを比較して、歪みが生じているか否かを判断する判断
    手段とを具備することを特徴とする光ファイバ歪み測定
    装置。
  2. 【請求項２】 前記初期データは、前記光パルスを前記
    被測定光ファイバに入射してから、出射されるブリルア
    ン散乱光の光強度の時間変化を示す初期時間変化波形を
    含み、 前記信号処理手段は、前記入射手段が光パルスを入射さ
    せてからのブリルアン散乱光の光強度の時間変化を示す
    時間変化波形を演算処理によって求める手段を有し、 前記初期時間変化波形と前記時間変化波形とを比較して
    歪みが生じた位置を求める手段を具備することを特徴と
    する請求項１記載の光ファイバ歪み測定装置。
  3. 【請求項３】 前記比較手段は、前記歪みが生じた位置
    におけるブリルアン散乱光の光強度に基づいて、歪みが
    伸びによるものか又は縮みによるものかを判断する手段
    を有することを特徴とする請求項２記載の光ファイバ歪
    み測定装置。
  4. 【請求項４】 予め前記被測定光ファイバに入射させる
    光パルスの光周波数を変化させて得た測定結果を２次曲
    線に近似する近似手段と、 前記近似手段によって得られた２次曲線の係数及び前記
    ２次曲線が極大となる光周波数を記憶する記憶手段とを
    具備することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ歪
    み測定装置。
  5. 【請求項５】 前記判断手段は、前記２次曲線が極大と
    なる光周波数における光強度と前記特性データの光強度
    との差からブリルアン散乱光の光強度が極大となる光周
    波数を算出する手段を有し、 前記２次曲線が極大となる光周波数と、当該算出した光
    周波数とから前記被測定光ファイバの歪み率を算出する
    歪算出手段を具備することを特徴とする請求項４記載の
    光ファイバ歪み測定装置。
  6. 【請求項６】 異なるブリルアン周波数シフトを有する
    ２種類の光ファイバをある距離に交互配置した被測定光
    ファイバの歪みがない状態の特性を予め測定する過程
    と、 前記被測定光ファイバに、所定光周波数の光パルスを入
    射させた場合に出射されるブリルアン散乱光の光強度の
    時間変化に基づいて前記被測定光ファイバの特性データ
    を得る過程と、 予め測定した被測定光ファイバの前記特性と、前記特性
    データとを比較して、歪みが伸びによるものか又は縮み
    によるものかを判断する過程とを有することを特徴とす
    る光ファイバ歪み測定方法。
  7. 【請求項７】 前記特性データの時間変化と、予め測定
    した前記被測定光ファイバの経時変化特性とを比較して
    前記被測定光ファイバの歪みが生じた位置を求める過程
    を有することを特徴とする請求項６記載の光ファイバ歪
    み測定方法。
  8. 【請求項８】 前記歪みが生じた位置におけるブリルア
    ン散乱光の光強度に基づいて、歪みが伸びによるものか
    又は縮みによるものかを判断する過程を有することを特
    徴とする請求項７記載の光ファイバ歪み測定方法。
  9. 【請求項９】 予め前記被測定光ファイバに入射させる
    光パルスの光周波数を変化させて得た測定結果を２次曲
    線に近似する過程と、 前記近似手段によって得られた２次曲線の係数及び前記
    ２次曲線が極大となる光周波数を記憶する過程と、 前記２次曲線が極大となる光周波数における光強度と前
    記特性データの光強度との差からブリルアン散乱光の光
    強度が極大となる光周波数を算出する過程と、 前記２次曲線が極大となる光周波数と、当該算出した光
    周波数とから前記被測定光ファイバの歪み率を算出する
    過程とを有することを特徴とする請求項８記載の光ファ
    イバ歪み測定方法。
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