特開 2024-58895 光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置及び光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058895

(43)【公開日】2024-04-30

(54)【発明の名称】光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置及び光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20240422BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20240422BHJP

   G01H 9/00 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

G01M11/00 S

G01H17/00 D

G01H9/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166297

(22)【出願日】2022-10-17

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304026696

【氏名又は名称】国立大学法人三重大学

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】中村 篤志

(72)【発明者】

【氏名】古敷谷 優介

(72)【発明者】

【氏名】真鍋 哲也

【テーマコード（参考）】

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BC02

2G064BC12

2G064BC32

2G064CC02

2G064CC17

2G064DD23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光ファイバケーブルの外部から与える振動による加速度の振幅と、光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさとの関係を把握する。
【解決手段】本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置は、光を送出する光源からの光を分岐して、光ファイバケーブルに含まれる第１の光ファイバの一端及び前記光ファイバケーブルに含まれない第２の光ファイバの一端に入力し、前記第１の光ファイバの他端及び前記第２の光ファイバの他端からの光を結合して受光器で受光するマッハツェンダ型干渉計と、前記光ファイバケーブルに振動を印加する振動発生器と、前記振動発生器の印加する振動によって前記光ファイバケーブルに発生する加速度を計測する加速度計測器と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を送出する光源からの光を分岐して、光ファイバケーブルに含まれる第１の光ファイバの一端及び前記光ファイバケーブルに含まれない第２の光ファイバの一端に入力し、前記第１の光ファイバの他端及び前記第２の光ファイバの他端からの光を結合して受光器で干渉信号として受光するマッハツェンダ型干渉計と、
前記光ファイバケーブルに振動を印加する振動発生器と、
前記振動発生器の印加する振動によって前記光ファイバケーブルに発生する加速度を計測する加速度計測器と、
を備える光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置。

【請求項2】

前記加速度計測器の測定した振動による前記光ファイバケーブルの加速度と前記受光器で受光した干渉信号とを用いて、前記光ファイバケーブルの加速度の振幅に対する前記第１の光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさの関係を表す振動伝達特性を計算する伝達特性測定計をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置。

【請求項3】

前記マッハツェンダ型干渉計は、
前記光源と、
前記光源からの光を２つに分岐する第１の光合分岐カプラと、
前記第１の光合分岐カプラから分岐された光の一方を通過又は遮断させる第１の光スイッチと、
前記光ファイバケーブルに含まれ、前記第１の光スイッチからの光を伝搬させる前記第１の光ファイバと、
前記第１の光合分岐カプラから分岐された光の他方を通過又は遮断させる第２の光スイッチと、
前記光ファイバケーブルに含まれず、前記第２の光スイッチからの光を伝搬させる前記第２の光ファイバと、
前記第１の光ファイバからの光及び前記第２の光ファイバからの光を結合する第２の光合分岐カプラと、
前記第２の光合分岐カプラからの光を受光して電気信号に変換する受光器と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置。

【請求項4】

前記伝達特性測定計は、
前記受光器からの電気信号の直流成分を遮断し、バイパス機能付きの第１の直流遮断フィルタと、
前記加速度計測器からの出力の直流成分を遮断する第２の直流遮断フィルタと、
前記第１の直流遮断フィルタからの信号をＡＤ変換する第１のＡＤ変換器と、
前記第２の直流遮断フィルタからの信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器と、
前記第１のＡＤ変換器からの信号及び前記第２のＡＤ変換器からの信号を用いて前記振動伝達特性を計算する解析部と、
前記解析部の指示によって指定する周波数の余弦波を発生し、前記振動発生器に振動を発生させる波形発生器と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置。

【請求項5】

前記伝達特性測定計は、計算した光ファイバケーブルの振動伝達特性を利用して、前記受光器の受光した干渉信号から前記光ファイバケーブルに印加された振動による加速度の振幅を計算することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置。

【請求項6】

コンピュータに、
光を送出する光源からの光を分岐して、光ファイバケーブルに含まれる第１の光ファイバの一端及び前記光ファイバケーブルに含まれない第２の光ファイバの一端に入力し、前記第１の光ファイバの他端及び前記第２の光ファイバの他端からの光を結合して受光器で受光するマッハツェンダ型干渉計の前記第１の光ファイバのみを通過してきた光を前記受光器で受光した第１の受光電力及び前記第２の光ファイバのみを通過してきた光を前記受光器で受光した第２の受光電力を取得する受光電力取得工程と、
前記光ファイバケーブルに振動を印加する振動発生工程と、
前記振動発生工程の振動で発生した前記光ファイバケーブルの表面の加速度を計測し、前記マッハツェンダ型干渉計の前記第１の光ファイバを通過してきた光及び前記第２の光ファイバを通過してきた光を結合して前記受光器で受光した干渉信号を計測する加速度・干渉計測工程と、
前記受光電力取得工程で取得した第１の受光電力及び第２の受光電力と前記加速度・干渉計測工程で取得した加速度及び干渉信号とから、振動による光ファイバケーブルの加速度の振幅に対する前記第１の光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさの関係を表す振動伝達特性を計算する振動伝達特性計算工程と、
を実行させる光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法。

【請求項7】

コンピュータに請求項６に記載の光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マッハツェンダ型干渉計を用いた光ファイバ振動伝達特性測定技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

これまでの光ファイバ振動センサとしては、圧電アクチュエータを用いた光ファイバストレッチャーを利用して、直接的に光ファイバを伸縮させて位相変化を発生させる光ファイバ振動センサによる観測方法が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Ｑｉｚｈｅｎ Ｓｕｎ， Ｄｅｍｉｎｇ Ｌｉｕ， Ｊｉａｎ Ｗａｎｇ， Ｈａｉｒｏｎｇ Ｌｉｕ， “Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｒｉｎｇ Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，”Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ． ２８１，Ｉｓｓｕｅ ６， ２００８

【非特許文献2】Ｉ． Ｄ． Ｌｕｃｈ， Ｐ． Ｂｏｆｆｉ， Ｍ． Ｆｅｒｒａｒｉｏ， Ｇ． Ｒｉｚｚｅｌｌｉ， Ｒ． Ｇａｕｄｉｎｏ ａｎｄ Ｍ． Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ， “Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｆｏｒ Ｄｅｐｌｏｙｅｄ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ｆｉｂｅｒ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，” ｉｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． ３９， ｎｏ． ４， ｐｐ． １２０４－１２１１， １５ Ｆｅｂ．１５， ２０２１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光ファイバケーブル外部に与えられる振動と光ファイバケーブル内部の光ファイバに与えられる振動には光ファイバケーブルの種別により、その構造に起因した違いが発生すると考えられる。しかしながら、非特許文献１や非特許文献２では光ファイバストレッチャーを利用して、光ファイバに直接的に振動を付加した場合の計測方法について述べているだけである。よって、実際に敷設された光ファイバケーブルを用いて振動を観測した場合、本来発生している光ファイバケーブル外部の振動を正しく計測できるかどうかが明らかでないという問題があった。

【0005】

本開示は、上記事情に着目してなされたもので、光ファイバケーブルの外部から与える振動による加速度の振幅と、光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさとの関係を把握することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示では，マッハツェンダ型干渉計により得られる干渉信号が第一種ベッセル関数で級数展開できることに着目し、光ファイバケーブルの外部から与える振動による加速度の振幅と２本の光ファイバを伝搬する光による干渉信号との関係を表す非線形方程式を見出した。

【0007】

そこで、マッハツェンダ型干渉計から得られる干渉信号をフーリエ変換することで、光ファイバケーブルの外部から与えた振動周波数とその２倍の振動周波数の振幅値を求める。これら２つの振幅値を含む非線形方程式を数値的に解くことで、光ファイバケーブルの外部から与えられる振動による加速度の振幅と光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさの関係を表す振動伝達特性を求める。

【0008】

具体的には、本開示は、
光を送出する光源からの光を分岐して、光ファイバケーブルに含まれる第１の光ファイバの一端及び前記光ファイバケーブルに含まれない第２の光ファイバの一端に入力し、前記第１の光ファイバの他端及び前記第２の光ファイバの他端からの光を結合して受光器で干渉信号として受光するマッハツェンダ型干渉計と、
前記光ファイバケーブルに振動を印加する振動発生器と、
前記振動発生器の印加する振動によって前記光ファイバケーブルに発生する加速度を計測する加速度計測器と、
を備える光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置
である。

【0009】

本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置は、
前記加速度計測器の測定した振動による前記光ファイバケーブルの加速度と前記受光器で受光した干渉信号とを用いて、前記光ファイバケーブルの加速度の振幅に対する前記第１の光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさの関係を表す振動伝達特性を計算する伝達特性測定計をさらに備えること
を特徴とする。

【0010】

具体的には、本開示の前記マッハツェンダ型干渉計は、
前記光源と、
前記光源からの光を２つに分岐する第１の光合分岐カプラと、
前記第１の光合分岐カプラから分岐された光の一方を通過又は遮断させる第１の光スイッチと、
前記光ファイバケーブルに含まれ、前記第１の光スイッチからの光を伝搬させる前記第１の光ファイバと、
前記第１の光合分岐カプラから分岐された光の他方を通過又は遮断させる第２の光スイッチと、
前記光ファイバケーブルに含まれず、前記第２の光スイッチからの光を伝搬させる前記第２の光ファイバと、
前記第１の光ファイバからの光及び前記第２の光ファイバからの光を結合する第２の光合分岐カプラと、
前記第２の光合分岐カプラからの光を受光して電気信号に変換する受光器と、
を備えること
を特徴とする。

【0011】

具体的には、本開示の前記伝達特性測定計は、
前記受光器からの電気信号の直流成分を遮断し、バイパス機能付きの第１の直流遮断フィルタと、
前記加速度計測器からの出力の直流成分を遮断する第２の直流遮断フィルタと、
前記第１の直流遮断フィルタからの信号をＡＤ変換する第１のＡＤ変換器と、
前記第２の直流遮断フィルタからの信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器と、
前記第１のＡＤ変換器からの信号及び前記第２のＡＤ変換器からの信号を用いて前記振動伝達特性を計算する解析部と、
前記解析部の指示によって指定する周波数の余弦波を発生し、前記振動発生器に振動を発生させる波形発生器と、
を備えること
を特徴とする。

【0012】

具体的には、本開示の前記伝達特性測定計は、計算した光ファイバケーブルの振動伝達特性を利用して、前記受光器の受光した干渉信号から前記光ファイバケーブルに印加された振動による加速度の振幅を計算すること
を特徴とする。

【0013】

具体的には、本開示は、
コンピュータに、
光を送出する光源からの光を分岐して、光ファイバケーブルに含まれる第１のファイバの一端及び前記光ファイバケーブルに含まれない第２の光ファイバの一端に入力し、前記第１の光ファイバの他端及び前記第２の光ファイバの他端からの光を結合して受光器で受光するマッハツェンダ型干渉計の前記第１の光ファイバのみを通過してきた光を前記受光器で受光した第１の受光電力及び前記第２の光ファイバのみを通過してきた光を前記受光器で受光した第２の受光電力を取得する受光電力取得工程と、
前記光ファイバケーブルに振動を印加する振動発生工程と、
前記振動発生工程の振動で発生した前記光ファイバケーブルの表面の加速度の振幅を計測し、前記マッハツェンダ型干渉計の前記第１の光ファイバを通過してきた光及び前記第２の光ファイバを通過してきた光を結合して前記受光器で受光した干渉信号を計測する加速度・干渉計測工程と、
前記受光電力取得工程で取得した第１の受光電力及び第２の受光電力と前記加速度・干渉計測工程で取得した加速度及び干渉信号とから、振動による光ファイバケーブルの加速度の振幅に対する前記第１の光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさの関係を表す振動伝達特性を計算する振動伝達特性計算工程と、
を実行させる光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法
である。

【0014】

具体的には、本開示は、
コンピュータに、
上記記載の光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法を実行させるためのプログラム
である。

【0015】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、光ファイバケーブルの外部から与える振動による加速度の振幅に対する光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを伝搬する光の位相変化の大きさの関係を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置の構成の一例を示す図である。

【図2】本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0019】

本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置の構成の一例を図１に示す。図１において、１０は光ファイバケーブル、１１は第１の光ファイバ、１２は第２の光ファイバ、１００は光源、１０１は第１の光スイッチ、１０２は第２の光スイッチ、２００は受光器、３００は第１の光合分岐カプラ、３０１は第２の光合分岐カプラ、４００は振動発生器、５００は加速度計測器、６００は第１の直流遮断フィルタ、６０１は第１の直流遮断フィルタ、７００は第１のＡＤ変換器、７０１は第２のＡＤ変換器、８００は波形発生器、９００は解析部である。

【0020】

本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置は、レーザ光を送出する光源１００からの光を分岐して、光ファイバケーブル１０に含まれる第１の光ファイバ１１の一端及び光ファイバケーブル１０に含まれない第２の光ファイバ１２の一端に入力し、第１の光ファイバ１１の他端及び第２の光ファイバ１２の他端からの光を結合して受光器２００で受光するマッハツェンダ型干渉計と、光ファイバケーブル１０に振動を印加する振動発生器４００と、振動発生器４００の印加する振動によって光ファイバケーブル１０に発生する加速度を計測する加速度計測器５００と、を備える。

【0021】

本開示のマッハツェンダ型干渉計は、レーザ光を送出する光源１００と、光源１００からの光を２つに分岐する第１の光合分岐カプラ３００と、第１の光合分岐カプラ３００から分岐された光の一方を通過又は遮断させる第１の光スイッチ１０１と、光ファイバケーブル１０に含まれ、第１の光スイッチ１０１からの光を伝搬させる第１の光ファイバ１１と、第１の光合分岐カプラ３００から分岐された光の他方を通過又は遮断させる第２の光スイッチ１０２と、光ファイバケーブル１０に含まれず、第２の光スイッチ１０２からの光を伝搬させる第２の光ファイバ１２と、第１の光ファイバ１１からの光及び第２の光ファイバ１２からの光を結合する第２の光合分岐カプラ３０１と、第２の光合分岐カプラ３０１からの光を受光して電気信号に変換する受光器２００と、を備える。

【0022】

本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置は、加速度計測器５００の測定した振動による光ファイバケーブル１０の加速度と受光器２００で受光した干渉信号とを用いて、光ファイバケーブル１０の加速度の振幅に対する第１の光ファイバ１１を伝搬する光の位相変化の大きさの関係を表す振動伝達特性を計算する伝達特性測定計をさらに備えてもよい。

【0023】

本開示の伝達特性測定計は、受光器２００からの電気信号の直流成分を遮断し、バイパス機能付きの第１の直流遮断フィルタ６００と、加速度計測器５００からの出力の直流成分を遮断する第２の直流遮断フィルタ６０１と、第１の直流遮断フィルタ６００からの信号をＡＤ変換する第１のＡＤ変換器７００と、第２の直流遮断フィルタ６０１からの信号をＡＤ変換する第２のＡＤ変換器７０１と、第１のＡＤ変換器７００からの信号及び第２のＡＤ変換器７０１からの信号を用いて加速度計測器５００の測定する光ファイバケーブル１０の加速度の振幅に対する第１の光ファイバ１１を伝搬中の光の位相変化の大きさとの関係を表す振動伝達特性を計算する解析部９００と、解析部９００の指示によって指定する周波数の余弦波を発生し、振動発生器に振動を発生させる波形発生器８００と、を備える。

【0024】

本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定装置の動作を説明する。本開示のマッハツェンダ型干渉計において、光源１００からの光は、第１の光合分岐カプラ３００により２つに分岐される。分岐された光は測定対象である光ファイバケーブル１０の内部の第１の光ファイバ１１の一端及び光ファイバケーブル１０の外部の第２の光ファイバ１２の一端に入射する。第１の光ファイバ１１の他端及び第２の光ファイバ１２の他端からの光は第２の光合分岐カプラ３０１で結合される。第２の光合分岐カプラ３０１で発生した干渉波は受光器２００で受光される。

【0025】

マッハツェンダ型干渉計における第１の光ファイバ１１および第２の光ファイバ１２における電界をそれぞれ

【数1】

【数2】

とすると、受光器２００で観測される干渉波Ｅ（ｔ）は

【数3】

となる。ただし、ωは第１の光ファイバ１１及び第２の光ファイバ１２を伝搬する光の角周波数、φ_１及びφ_２は位相である。

【0026】

このとき受光器２００の出力する干渉信号I（ｔ）は

【数4】

となる。ただし、Ｋは受光器２００の光入力と電気出力の間の光－電気変換係数である。ここで、第１の直流遮断フィルタ６００のバイパス機能を有効にし、第１の直流遮断フィルタ６００をバイパスするように設定した上で、第１の光スイッチ１０１及び第２の光スイッチ１０２の通過又は遮断をそれぞれ操作することで、第１の光ファイバ１１のみを通過した時の第１の受光電力Ｉ_１及び第２の光ファイバ１２のみを通過した時の第２の受光電力Ｉ_２が次式で得られる。

【数5】

【数6】

【0027】

解析部９００の指示によって波形発生器８００は指定する周波数の余弦波を発生する。振動発生器４００は指定された周波数と所定の大きさの振幅の余弦波の振動を測定対象である光ファイバケーブル１０に印加する。光ファイバケーブル１０に振動が印加されると、これに応じた加速度が光ファイバケーブル１０に発生することになる。光ファイバケーブル１０の表面に発生する

【数6-1】

の加速度によって、第１の光ファイバ１１を伝搬する光の位相が変化し、次式の干渉信号を得るとする。

【数7】

ただし、

【数7-1】

【数7-2】

である。

【0028】

式（７）を第一種ベッセル関数Ｊｎ（＊）により級数展開すると次式を得る。

【数8】

第１の直流遮断フィルタ６００のバイパス機能を無効にして、第１の直流遮断フィルタ６００を通過させ直流成分を除去すると、干渉信号は

【数9】

となる。

【0029】

ここで、干渉信号から抽出される２つの角周波数

【数9-1】

【数9-2】

の各成分をそれぞれ

【数9-3】

【数9-4】

とすると、

【数10】

【数11】

を得る。

【0030】

式（１０）および式（１１）の振幅値をそれぞれ

【数11-1】

【数11-2】

とすると、

【数12】

【数13】

となる。

【0031】

ここで、

【数13-1】

となる。式（５）、式（６）、式（１２）、式（１３）及び式（１３－１）より、

【数14】

を得る。よって，第１種ベッセル関数を含む非線形方程式

【数14-1】

を

【数15】

と置き、ニュートン法もしくはセカント法等を用いて数値的に

【数15-1】

を満たす

【数15-2】

を求めることが可能となる。

【0032】

これは、光ファイバケーブル１０の表面に加速度の振幅が

【数15-3】

である振動を与えた時に

【数15-4】

ラジアンの位相変化を起こすことを意味する。光ファイバケーブル１０に与える角周波数

【数15-5】

を変化させることで、求めたい光ファイバケーブルの振動伝達特性が以下のように得られる。

【数16】

式（１６）は、光ファイバケーブル１０の表面に付与された振動による加速度の振幅に対する第１の光ファイバ１１を伝搬する光の位相変化の大きさを示す。

【0033】

本開示の光ファイバケーブル振動伝達特性測定方法の一例を図２に示す。受光電力取得工程１００１では、まず、図１に示すマッハツェンダ型干渉計において、第２の光スイッチ１０２により第２の光ファイバ１２への光源１００からの光の入射を遮断し、第１の光ファイバ１１のみに光源１００からの光が入射されるようにする。次に第１の直流遮断フィルタ６００のバイパス機能を有効にして、受光器２００からの第１の受光電力Ｉ_１を第１のＡＤ変換器７００により量子化し、解析部９００のメモリに格納する。

【0034】

受光電力取得工程１００１では、さらに、図１に示すマッハツェンダ型干渉計において、第１の光スイッチ１０１により第１の光ファイバ１への光源１００からの光の入射を遮断し、第２の光ファイバ１２のみに光源１００からの光が入射されるようにする。次に第１の直流遮断フィルタ６００のバイパス機能を有効にして、受光器２００からの第２の受光電力Ｉ_２を第１のＡＤ変換器７００により量子化し解析部９００のメモリに格納する。

【0035】

振動発生工程１００２では、まず、図１に示すマッハツェンダ型干渉計において、第１の光スイッチ１０１及び第２の光スイッチ１０２を操作し、光源１００からの光が第１の光ファイバ１１及び第２の光ファイバ１２に入射されるようにする。次に測定したい振動範囲の最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘの余弦波を波形発生器８００に設定し、振動発生器４００により光ファイバケーブル１０に振動を与える。

【0036】

加速度・干渉計測工程１００３では、図１に示すマッハツェンダ型干渉計において、振動発生工程１００２で印加された振動による光ファイバケーブル１０の表面における加速度ａ（ｔ）を加速度計測器５００で測定し、直流成分を除去する第２の直流遮断フィルタ６０１を通過後のａ’（ｔ）を第２のＡＤ変換器７０１により量子化して解析部９００のメモリに格納する。メモリに格納したＮ点のデータを

【数17】

とする。ｘ_ａに離散フーリエ変換を行い、得られたデータを

【数18】

とする。ただし、Ｘ_ａｋは周波数

【数18-1】

における複素振幅、ｆ_ｓは第２のＡＤ変換器７０１におけるサンプリング周波数である。波形発生器８００に設定した振動周波数に対応したＸ_ａｋより、光ファイバケーブル１０の表面に与えられた加速度の振幅Ａ_ｋが次のように得られる。

【数19】

【0037】

加速度・干渉計測工程１００３では、さらに、図１に示すマッハツェンダ型干渉計において、第１の直流遮断フィルタ６００のバイアス機能を無効にして、第１の直流遮断フィルタ６００を通過後の干渉信号Ｉ’（ｔ）を第１のＡＤ変換器７００で量子化し、解析部９００のメモリに格納する。メモリに格納したＮ点のデータを

【数20】

とする。ｘ_１に離散フーリエ変換を行い、得られたデータを

【数21】

とする。ただし、Ｘ_Ｉｋは周波数

【数21-1】

における複素振幅である。波形発生器８００に設定した振動周波数および２倍の振動周波数に対応した干渉信号の複素振幅をＸ_Ｉｊ及びＸ_Ｉｋとすると、式（１０）および式（１１）の振幅値はそれぞれ次式で得られる。

【数22】

【数23】

【0038】

振動伝達特性計算工程１００４では上記の各工程で得た値を用いることにより、式（１５）は次式で得られる。

【数24】

【0039】

数値解法により非線形方程式

【数24-1】

を解くことで振動による第１の光ファイバ１１を伝搬する光の位相変化の大きさＶ_ｋを求める。これにより、周波数

【数24-2】

における光ファイバケーブル１０の表面の加速度の振幅Ａ_ｋと第１の光ファイバ１１を伝搬する光の位相変化の大きさＶ_ｋの関係を表す振動伝達係数ｃ_ｋが以下のように得られる。

【数25】

【0040】

受光電力取得工程１００１と振動発生工程１００２及び加速度・干渉計測工程１００３とはどちらを先に実行してもよく、受光電力取得工程１００１と振動発生工程１００２及び加速度・干渉計測工程１００３は、振動伝達特性計算工程１００４の前に実行すれば足りる。

【0041】

振動発生工程１００２及び加速度・干渉計測工程１００３において振動周波数を変化させながら上記工程を繰り返すことにより最終的に最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまでの振動周波数に対して式（１６）で示した光ファイバケーブルの振動伝達特性を求めることができる。

【0042】

一つの振動周波数ごとに、振動発生工程１００２、加速度・干渉計測工程１００３及び振動伝達特性計算工程１００４を繰り返して実行してもよく、複数の振動周波数でまとめて振動発生工程１００２及び加速度・干渉計測工程１００３を繰り返し実行してから振動伝達特性計算工程１００４を実行してもよい。

【0043】

式（２５）が得られれば、逆に、振動伝達特性を利用して、受光器で受光した干渉信号から光ファイバケーブルに印加された振動による加速度の振幅を計算することもできる。

【0044】

以上説明したように、本開示によればマッハツェンダ型干渉計より得られる干渉信号が第一種ベッセル関数で級数展開できることに着目し、光ファイバケーブルに印加された振動による加速度の振幅と干渉信号との関係を表す非線形方程式を導出している。この非線形方程式を数値的に解くことで、光ファイバケーブルに印加された振動による加速度が光ファイバケーブル内部の光ファイバを伝搬する光の位相にどのような変化を与えるのかを把握することが可能となった。これにより、マッハツェンダ型干渉計より得られた干渉信号から光ファイバケーブルに印加された加速度の振幅を推定することを可能とした。

【0045】

本発明の解析部９００はコンピュータとプログラムによっても実現できる。コンピュータに実行させるプログラムを記録媒体に記録することも、通信ネットワークを通して提供することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本開示は情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１０：光ファイバケーブル
１１：第１の光ファイバ
１２：第２の光ファイバ
１００：光源
１０１：第１の光スイッチ
１０２：第２の光スイッチ
２００：受光器
３００：第１の光合分岐カプラ
３０１：第２の光合分岐カプラ
４００：振動発生器
５００：加速度計測器
６００：第１の直流遮断フィルタ
６０１：第２の直流遮断フィルタ
７００：第１のＡＤ変換器
７０１：第２のＡＤ変換器
８００：波形発生器
９００：解析部
１００１：受光電力取得工程
１００２：振動発生工程
１００３：加速度・干渉計測工程
１００４：振動伝達特性計算工程

【図1】

【図2】