特開 2025-18500 光ファイバセンシングシステム、測定装置、および事象検出方法

(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】P2025018500

(43)【公開日】2025-02-06

(54)【発明の名称】光ファイバセンシングシステム、測定装置、および事象検出方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/80 20130101AFI20250130BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20250130BHJP

   G01V 1/00 20240101ALI20250130BHJP

   G01V 8/16 20060101ALI20250130BHJP

【ＦＩ】

H04B10/80

H04J14/00

G01V1/00 A

G01V8/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023122237

(22)【出願日】2023-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】忠隈 昌輝

(72)【発明者】

【氏名】高坂 繁弘

(72)【発明者】

【氏名】望月 洋人

【テーマコード（参考）】

2G105

5K102

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB01

2G105CC02

2G105DD03

2G105EE01

2G105GG01

2G105HH01

2G105HH04

2G105JJ03

2G105JJ05

2G105KK06

5K102AA11

5K102AA15

5K102AB00

5K102AD00

5K102AH01

5K102AH02

5K102AH23

5K102AK00

5K102LA21

5K102MH03

5K102MH14

5K102MH15

5K102MH22

5K102PA00

5K102PB01

5K102PH03

5K102PH31

5K102PH49

5K102PH50

5K102RD26

(57)【要約】

【課題】より簡易な構成でより高感度な光ファイバセンシングシステム、測定装置、および事象検出方法を提供すること。
【解決手段】光ファイバセンシングシステムは、クラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバと、前記マルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に、前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力する励起光発生部と、前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から、前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光する受光部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバと、
前記マルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に、前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力する励起光発生部と、
前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から、前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光する受光部と、
を備える光ファイバセンシングシステム。

【請求項2】

前記励起光のスペクトル線幅が１ＭＨｚ以下である
請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項3】

前記複数のコア領域のコアピッチが１５μｍ以上２５μｍ以下である
請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項4】

前記受光部が受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、前記マルチコアファイバに発生した変形を検出し、または前記変形の発生位置もしくは時間変化を判定する判定部をさらに備える
請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項5】

前記判定部は、前記受光した後方散乱光の特徴量のうちの光強度に基づいて、前記変形を検出し、または前記変形の発生位置もしくは時間変化を判定する
請求項４に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項6】

前記判定部は、前記光強度の時間変化に対する微分値に基づいて、前記変形の発生位置または時間変化を判定する
請求項５に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項7】

前記マルチコアファイバの前記第１端側とは反対側の第２端側から前記第２コア領域に前記後方散乱光と波長が同じプローブ光を入力するプローブ光源をさらに備える
請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項8】

前記マルチコアファイバは、複数の前記第２コア領域を有し、
前記複数の第２コア領域のそれぞれからの前記後方散乱光をそれぞれ受光する複数の前記受光部を備える
請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項9】

前記マルチコアファイバは、前記コア間クロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以上である
請求項１に記載の光ファイバセンシングシステム。

【請求項10】

測定対象物の近傍に設けられたマルチコアファイバであってクラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力した場合に、前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、前記測定対象物に発生した、前記マルチコアファイバの変形を引き起こす事象を検出し、または前記事象の発生位置もしくは時間変化を判定する判定部と、
を備える測定装置。

【請求項11】

さらに、前記事象の種類を判別する判別部を備える
請求項１０に記載の測定装置。

【請求項12】

前記マルチコアファイバは、前記コア間クロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以上である
請求項１０に記載の測定装置。

【請求項13】

測定対象物の近傍に設けられたマルチコアファイバであってクラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力し、
前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光し、
前記受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、前記測定対象物に発生した、前記マルチコアファイバの変形を引き起こす事象を検出し、または前記事象の発生位置もしくは時間時間変化を判定する
事象検出方法。

【請求項14】

さらに、前記事象の種類を判別する
請求項１３に記載の事象検出方法。

【請求項15】

前記マルチコアファイバは、前記コア間クロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以上である
請求項１３に記載の事象検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバセンシングシステム、測定装置、および事象検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバを用いた音響・振動測定方法として、光ファイバ中を伝搬する光により光ファイバ中で発生するブリユアン後方散乱光やレイリー後方散乱光を観測することにより、光ファイバ長手方向での振動の変化を観測する手法が開発されている（非特許文献１～４）。

【0003】

また、光ファイバによる歪や振動の測定手法として、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）を用いた方法も提案されている（非特許文献５）。

【0004】

また、光ファイバ通信網の通信容量拡大のため、従来のシングルコア型光ファイバとは異なり、１本の光ファイバのクラッド領域内に複数のコア領域を有するマルチコアファイバが開発されている。（非特許文献６）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】H. Ohno, H. Naruse, M. Kihara, and A. Shimada, “Industrial Applications of the BOTDR Optical Fiber Strain Sensor”Optical Fiber Technology 7, 45-64 2001.

【非特許文献2】Y. Mizuno, W. Zou, Z. He,and K. Hotate, “Proposal of Brillouin optical correlation-domain reflectometry (BOCDR)” OPTICS EXPRESS Vol. 16, No. 16 12148-12153 2008.

【非特許文献3】K. Hotate, T. Hasegawa, ”Measurement of Brillouin Gain Spectrum Distribution along an Optical Fiber Using a Correlation-Based Technique-Proposal, Experiment and Simulation“, IEICE TRANS. ELECTRON., Vol.,E83-C, No.3 405-412 2000.

【非特許文献4】K. Nishiguchi “Phase unwrapping for fiber-optic distributed acoustic sensing” Proceedings of the 47th ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications Honolulu, Dec. 5-8, 2015

【非特許文献5】斉藤崇紀、中村賢一、腰原勝、古川浩、“高性能FBGセンサモニタ”一般社団法人 電子情報通信学会 信学技報 OFT2011-42(2011-10)

【非特許文献6】小柴正則“マルチコア光ファイバーの種類とその設計指針” 光学 40巻6号（2011）264 8-12

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

光ファイバを用いた音響・振動測定方法に用いる装置には、複雑な装置構成が必要な場合がある。たとえば、ブリユアン散乱光を検出する方式の装置（ブリユアンＯＴＤＲ（ＢＯＴＤＲ）等）では、装置から送信する光パルスの波長から周波数にして約１０ＧＨｚだけ波長が離れたブリユアン散乱光を検出する。そのために、受光部では帯域が１０ＧＨｚ以上の高速フォトダイオードやその信号を処理する高周波回路が必要になる。その結果、このような装置は、装置コストが高くなり、対費用効果が見込める大型システム（例えば、数十ｋｍレベルの長距離光線路）への適用がほとんどであり、１ｋｍ以下のような短距離、小規模なシステムへの導入事例は少ない。

【0007】

そこで、より簡易な構成でより高感度光ファイバセンシング技術が求められている。

【0008】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より簡易な構成でより高感度な光ファイバセンシングシステム、測定装置、および事象検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、クラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバと、前記マルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に、前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力する励起光発生部と、前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から、前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光する受光部と、を備える光ファイバセンシングシステムである。

【0010】

前記励起光のスペクトル線幅が１ＭＨｚ以下でもよい。

【0011】

記複数のコア領域のコアピッチが１５μｍ以上２５μｍ以下でもよい。

【0012】

前記光ファイバセンシングシステムは、前記受光部が受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、前記マルチコアファイバに発生した変形を検出し、または前記変形の発生位置もしくは時間変化を判定する判定部をさらに備えてもよい。

【0013】

記判定部は、前記受光した後方散乱光の特徴量のうちの光強度に基づいて、前記変形を検出し、または前記変形の発生位置もしくは時間変化を判定してもよい。

【0014】

前記判定部は、前記光強度の時間微分値に基づいて、前記変形の発生位置または時間変化を判定してもよい。

【0015】

前記光ファイバセンシングシステムは、前記マルチコアファイバの前記第１端側とは反対側の第２端側から前記第２コア領域に前記後方散乱光と波長が同じプローブ光を入力するプローブ光源をさらに備えてもよい。

【0016】

前記マルチコアファイバは、複数の前記第２コア領域を有し、前記複数の第２コア領域のそれぞれからの前記後方散乱光をそれぞれ受光する複数の前記受光部を備えてもよい。

【0017】

前記マルチコアファイバは、前記コア間クロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以上でもよい。

【0018】

本発明の一態様は、測定対象物の近傍に設けられたマルチコアファイバであってクラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力した場合に、前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光する受光部と、前記受光部が受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、前記測定対象物に発生した、前記マルチコアファイバの変形を引き起こす事象を検出し、または前記事象の発生位置もしくは時間変化を判定する判定部と、を備える測定装置である。

【0019】

前記測定装置は、さらに、前記事象の種類を判別する判別部を備えてもよい。

【0020】

前記マルチコアファイバは、前記コア間クロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以上でもよい。

【0021】

本発明の一態様は、測定対象物の近傍に設けられたマルチコアファイバであってクラッド領域内に複数のコア領域を有し、所定波長における光のコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上であるマルチコアファイバの第１端側から、前記複数のコア領域のうちの第１コア領域に前記所定波長を有するパルス状の励起光を入力し、前記複数のコア領域のうちの前記第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域から前記第１端側にて出力された、前記励起光により発生する後方散乱光を受光し、前記受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、前記測定対象物に発生した、前記マルチコアファイバの変形を引き起こす事象を検出し、または前記事象の発生位置もしくは時間時間変化を判定する事象検出方法である。

【0022】

前記事象検出方法において、さらに、前記事象の種類を判別してもよい。

【0023】

前記マルチコアファイバは、前記コア間クロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以上でもよい。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、より簡易な構成でより高感度な光ファイバセンシングシステム、測定装置、および事象検出方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、実施形態１に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。

【図2】図２は、図１に示す測定装置の模式的な構成図である。

【図3】図３は、図１に示すマルチコアファイバの特性の一例を示す図である。

【図4】図４は、データ処理部のデータ処理により得られる波形データの一例を示す図である。

【図5】図５は、図４に示す波形を時間微分した波形データを示す図である。

【図6】図６は、図１に示す測定装置において得られるデータの一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態２に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。

【図8】図８は、実施形態３に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。

【図9】図９は、実施形態４に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。

【図10】図１０は、図９に示す測定装置の模式的な構成図である。

【図11】図１１は、マルチコアファイバの態様を示す模式的な断面図である。

【図12】図１２は、マルチコアファイバの態様を示す模式的な断面図である。

【図13】図１３は、光ファイバセンシングシステムの第１適用形態の模式的な構成図である。

【図14】図１４は、光ファイバセンシングシステムの第２適用形態の模式的な構成図である。

【図15】図１５は、光ファイバセンシングシステムの第３適用形態の模式的な構成図である。

【図16】図１６は、光ファイバセンシングシステムの第４適用形態の模式的な構成図である。

【図17】図１７は、光ファイバセンシングシステムの第５適用形態の模式的な構成図である。

【図18】図１８は、実施形態５に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。

【図19】図１９は、制御部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0027】

（実施形態１）
［光ファイバセンシングシステムの構成］
図１は、実施形態１に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。光ファイバセンシングシステム１０００は、光ファイバ部１００と、接続ケーブル２００と、測定装置３００とを備えている。

【0028】

光ファイバ部１００は、マルチコアファイバ１０と、光結合部２０と、４本のシングルコア光ファイバ３０とを備えている。マルチコアファイバ１０は、クラッド領域１１内に、コア領域１２ａ、１２ｂを含む４つのコア領域１２を有している。４つのコア領域１２は複数のコア領域の一例である。

【0029】

マルチコアファイバ１０は、結合型マルチコアファイバである。結合型マルチコアファイバは、所定波長におけるコア間クロストークが－４０ｄＢ／ｋｍ以上、好ましくは－３０ｄＢ／ｋｍ以上の、比較的コア間クロストークが高い光ファイバである。このようなマルチコアファイバ１０では、第１端１３側から４つのコア領域１２のうちの一つのコア領域に光を入力すると、当該光の一部はクロストークによって他のコア領域に結合し、当該他のコア領域を第２端１４に向かって伝搬する。なお、所定波長は、たとえば１．５５μｍ帯のような光通信で使用される波長であるが、特に限定はされない。ここで、或るコア領域と他のコア領域とのコア間クロストークとは、或るコア領域の第１端から第１光強度の光を入力して、他の一端で他のコア領域から第２強度の光が出力された場合、第１強度に対する第２強度の比として定義される量である。

【0030】

コア領域１２のコア径やクラッド領域１１に対する比屈折率は、特に限定されないが、所定波長をシングルモード伝搬するように設定されることが好ましい。また、コア領域１２のコアピッチ（隣接するコア領域の中心間距離）は、所定波長におけるコア間クロストークが所望値以上となるように設定されるが、たとえば１５μｍ以上２５μｍ以下である。

【0031】

シングルコア光ファイバ３０は、たとえば光通信に使用される標準シングルモード光ファイバであり、クラッド領域内に１つのコア領域を有している。光結合部２０は、マルチコアファイバ１０の第１端１３とシングルコア光ファイバ３０との間に配置されている。光結合部２０は、４本のシングルコア光ファイバ３０のそれぞれのコア領域とマルチコアファイバ１０の４つのコア領域１２のそれぞれとを光学的に結合している。たとえば、光結合部２０は、シングルコア光ファイバ３０のうちシングルコア光ファイバ３１ａとマルチコアファイバ１０のコア領域１２ａとを光学的に結合しており、シングルコア光ファイバ３１ｂとコア領域１２ｂとを光学的に結合している。

【0032】

光結合部２０は、たとえば、マルチコアファイバ１０が有するコア領域１２の数と同数のシングルコア光ファイバを束ねて、マルチコアファイバ１０に接着剤で接続することによって構成できる（たとえば、渡辺健吾、齋藤恒聡、椎野雅人、“１９コアＭＣＦ用ファイババンドル型ファンアウトの開発” 一般社団法人 電子情報通信学会 信学技報 ＯＣＳ２０１４－３５（２０１４－０８））。また、光結合部２０は、たとえば、マルチコアファイバ１０が有するコア領域１２の数と同数のシングルコア光ファイバから出力する光をレンズで集光し、マルチコアファイバ１０の各コア領域１２に結合させる空間結合型の構成でもよい（たとえば、小林哲也、鳥取祐作、坪谷博、皆川洋介、初鹿野圭、“空間光学系マルチコアファイバ結合デバイスとその拡張性” 一般社団法人 電子情報通信学会 信学技報 ＯＣＳ２０１３－１０４，ＯＦＴ２０１３－６１，ＯＰＥ２０１３－２１１（２０１４－０２））。

【0033】

接続ケーブル２００は、２本のシングルコア光ファイバ２０１、２０２を有する。シングルコア光ファイバ２０１は、シングルコア光ファイバ３１ａと測定装置３００の光入出力部３０１とを光学的に接続している。シングルコア光ファイバ２０２は、シングルコア光ファイバ３１ｂと測定装置３００の光入出力部３０２とを光学的に接続している。シングルコア光ファイバ２０１、２０２は、たとえば光通信に使用される標準シングルモード光ファイバである。

【0034】

図２は、図１に示す測定装置３００の模式的な構成図である。測定装置３００は、光入出力部３０１、３０２と、測定部３１０と、制御部３２０とを備えている。

【0035】

測定部３１０は、光源３１１と、パルス信号発生器３１２と、フォトディテクタ３１３と、Ａ／Ｄ変換器３１４とを備えている。光源３１１とパルス信号発生器３１２とは励起光発生部３１５を構成する。光源３１１は、たとえば半導体レーザ装置やファイバレーザ装置を備えている。光源３１１は、パルス信号発生器３１２から出力されたパルス状の電気信号に基づいて、電気信号と同期したタイミングでパルス状のレーザ光である励起光を周期的に出力する。励起光は光入出力部３０１から測定装置３００の外部に出力される。

【0036】

なお、光源３１１は、レーザ装置の駆動電力がパルス状であるいわゆる直接変調方式でパルス状の励起光を出力する構成でもよい。また、光源３１１は、光源３１１がレーザ装置と光変調器とを備えており、レーザ装置が出力した連続波のレーザ光を、パルス状の電気信号（変調信号）を印加した光変調器でパルス状のレーザ光にして出力する、いわゆる外部変調方式の構成でもよい。光変調器は、たとえばＬｉＮｂＯ_３変調器や、ＡＯ変調器、ＥＡ変調器等であり、特に限定はされない。

【0037】

フォトディテクタ３１３は、たとえばフォトダイオードを備える。フォトディテクタ３１３は、測定装置３００の光入出力部３０１から入力された光を受け付け、その光の強度に対応した電流信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３１４は、フォトディテクタ３１３が出力したアナログ信号としての電流信号を受け付け、デジタル信号に変換して制御部３２０に出力する。フォトディテクタ３１３は受光部の一例である。

【0038】

制御部３２０は、ハードウェアとしてはたとえばプロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスなどの周辺装置を備えている。プロセッサは、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などであり、制御部３２０が実現する機能のための各種演算処理を行うものである。メモリは、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される部分と、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される部分とを備えている。ＲＯＭは、プロセッサが演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される。ＲＡＭは、プロセッサが演算処理を行う際の作業スペースやプロセッサの演算処理の結果等を記憶する等のために使用される。制御部３２０は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を備えていてもよい。制御部３２０の機能は、たとえばプロセッサがメモリから読み出したプログラムを実行することによってハードウェアとソフトウェアとが協働して実現される。また、制御部３２０はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含んで構成されてもよい。

【0039】

制御部３２０は、機能部として受信部３２１と、データ処理部３２２と、判定部３２３とを備えている。受信部３２１は、パルス信号発生器３１２からトリガー信号を受け取る。このトリガー信号は、光源３１１に出力されるパルス状の電気信号と同期しており、データ処理部３２２におけるデータ処理の同期のために用いられる。データ処理部３２２は、Ａ／Ｄ変換器３１４からのデジタル信号を受け付け、デジタル信号に含まれる情報のデータをデータ処理する。判定部３２３は、後に詳述するように、データ処理部３２２のデータ処理結果に基づいて、マルチコアファイバ１０に発生した変形を検出し、または変形の発生位置もしくは時間変化を判定する。なお、変形の時間変化の判定により、変形の発生時間も判定できる。

【0040】

［光ファイバセンシングシステムの動作］
つぎに、光ファイバセンシングシステム１０００の動作について説明する。まず、励起光発生部３１５では、パルス信号発生器３１２は、パルス状の電気信号を光源３１１に出力する。光源３１１は、パルス信号発生器３１２から出力された電気信号に基づいて、電気信号と同期したタイミングで、所定波長を有するパルス状の励起光を出力する。

【0041】

励起光は、光入出力部３０１、シングルコア光ファイバ２０１、シングルコア光ファイバ３１ａ、光結合部２０を経由して、マルチコアファイバ１０の第１端１３側からコア領域１２ａに入力する。すなわち、励起光発生部３１５は、第１端１３側からコア領域１２ａに励起光を入力する。コア領域１２ａは第１コア領域の一例である。

【0042】

励起光は、マルチコアファイバ１０を伝搬するうちに、クロストークによってその一部がコア領域１２ａ以外の他のコア領域１２に結合し、当該他のコア領域１２を第２端１４側に伝搬する。

【0043】

励起光は、コア領域１２内の長手方向の各位置でレイリー散乱光などの後方散乱光を発生させる。コア領域１２内で発生した後方散乱光は、第２端１４側から第１端１３側に伝搬する。なお、このような後方散乱光も、マルチコアファイバ１０を伝搬するうちに、クロストークによってその一部が他のコア領域１２に結合する。

【0044】

後方散乱光の一部は、第１端１３側にてコア領域１２ｂから出力される。コア領域１２ｂは第１コア領域以外のコア領域である第２コア領域の一例である。出力された後方散乱光は、光結合部２０、シングルコア光ファイバ３１ｂ、シングルコア光ファイバ２０２、光入出力部３０２を経由して測定装置３００に入力する。さらに、フォトディテクタ３１３は、入力された後方散乱光を受け付け、その後方散乱光の強度に対応した電流信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３１４は、フォトディテクタ３１３が出力したアナログ信号としての電流信号を受け付け、デジタル信号に変換して制御部３２０に出力する。

【0045】

制御部３２０において、データ処理部３２２は、Ａ／Ｄ変換器３１４からのデジタル信号を受け付け、デジタル信号に含まれる情報のデータをデータ処理する。たとえば、データ処理部３２２は、デジタル信号に含まれる情報としての後方散乱光の光強度を、デジタル信号の取得時刻と対応させて２次元データを生成する。光強度は、後方散乱光を特徴づける特徴量の一例である。さらに、データ処理部３２２は、デジタル信号の取得時刻の、基準時刻からの時間差に基づいて、取得時刻を、そのデジタル信号に対応する後方散乱光がマルチコアファイバ１０で発生した位置（マルチコアファイバ１０の第１端１３からの距離）に変換する。これにより、データ処理部３２２は、測定部３１０が受光した後方散乱光の、マルチコアファイバ１０における発生位置（距離）と、そこで発生した後方散乱光の光強度とが対応付けられた２次元データを生成する。すなわち測定装置３００はＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）と同様に動作する。データ処理部３２２は、生成した２次元データを、２次元データの時間的なデータ列として記憶する。

【0046】

なお、励起光は、パルス信号発生器３１２から出力されたパルス状の電気信号と同期しているが、電気信号は、マルチコアファイバ１０の長さに応じた繰り返し周期を有している。具体的には、繰返し周期は、励起光が励起光発生部３１５から出力してからマルチコアファイバ１０の第２端１４まで到達し、その後第２端１４で発生した後方散乱光がフォトディテクタ３１３に到達するまでの時間以上に設定されている。このように設定することによって、マルチコアファイバ１０内を複数の励起光が伝搬している状態ではなく、１つの励起光のみが伝搬している状態で、その１つの励起光により発生した後方散乱光を受光できる。

【0047】

また、データ処理部３２２は、パルス信号発生器３１２からのトリガー信号によって、パルス信号発生器３１２から出力されたパルス状の電気信号と同期したタイミングでデータ処理を行う。これにより、データ処理部３２２は、マルチコアファイバ１０の長さに応じた時間的に連続したデジタル信号列を、トリガー信号の周期で繰り返し処理することができる。

【0048】

ここで、マルチコアファイバ１０が変形すると、クロストークの度合が変化するので、励起光の他のコア領域への結合の強さも変化する。マルチコアファイバ１０の変形は、たとえば、マルチコアファイバ１０に外力が作用して発生する変形や振動、マルチコアファイバ１０に音響波が伝搬することによる微細な振動、またはマルチコアファイバ１０の温度変化による膨張、収縮などが含まれる。

【0049】

図３は、図１に示すマルチコアファイバ１０の特性の一例を示す図である。図３は、マルチコアファイバ１０の第１端１３側からコア領域１２ａに試験光を入力した場合に、各コア領域１２から出力した試験光を第２端１４側で受光した場合の光強度の時間変化を示す。なお、試験光源は単一縦モード発振半導体レーザであり、試験光のスペクトル線幅は１ＭＨｚ以下である。また、図３の凡例における「Ｃｏｒｅ２」とは、コア領域１２ａから出力した試験光を示し、「Ｃｏｒｅ１」、「Ｃｏｒｅ３」、「Ｃｏｒｅ４」は、コア領域１２ａ以外のコア領域１２から出力した試験光を示している。また、「ＳＵＭ」は、コア領域１２ａを含む全てのコア領域１２から出力した試験光の合計を示している。

【0050】

そして、図３（ａ）はマルチコアファイバ１０に外力が作用しない状態で置かれている場合を示し、図３（ｂ）はマルチコアファイバ１０に指で触れて振動させた場合を示している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、マルチコアファイバ１０に外力が作用しない状態ではいずれの光強度も時間変化しない。一方、マルチコアファイバ１０が振動している状態では、「Ｃｏｒｅ１」、「Ｃｏｒｅ２」、「Ｃｏｒｅ３」、「Ｃｏｒｅ４」はいずれも時間的に変動するものの「ＳＵＭ」は時間的に殆ど変動しないことが分かる。図３（ａ）、（ｂ）は、マルチコアファイバ１０が振動している状態では、振動が発生している場所において、試験光を入力したコア領域から他のコア領域への光の結合状態が変化し、コア間クロストークが変化することを示している。マルチコアファイバ１０のような結合型マルチコアファイバは、振動などの変形に対して敏感に反応する光ファイバと言える。

【0051】

図４は、データ処理部３２２のデータ処理により得られる波形データの一例を示す図である。この波形データはマルチコアファイバ１０からの後方散乱光の時間変化を示したものである。すなわち、当該時間変化はマルチコアファイバ１０の長手方向におけるファイバ各地点からの後方散乱光の分布を示すことになる。なお、縦軸は第１端１３を基準とした第２端１４への距離を表している。縦軸は後方散乱光の光強度を示している。

【0052】

そして、図４（ａ）はマルチコアファイバ１０に外力が作用しない状態で置かれている場合を示し、図４（ｂ）はマルチコアファイバ１０における第１端１３からの距離が約２６０ｍの位置を指で触れてマルチコアファイバ１０を振動させた場合を示している。さらに図４（ｃ）は図４（ｂ）の一部を縦軸方向に拡大した図である。なお、図４の凡例における「Ｃｏｒｅ１」が、コア領域１２ｂから出力された後方散乱光を受光した場合を示し、「Ｃｏｒｅ３」、「Ｃｏｒｅ４」は、コア領域１２ａ、１２ｂ以外のコア領域１２から出力された後方散乱光を受光した場合を示している。

【0053】

図４に示すように、後方散乱光の光強度は振動発生位置で急激に変化し、当該位置より遠方では光強度は変動することが分かる。

【0054】

そこで、判定部３２３は、図４に例示するようなデータ処理部３２２のデータ処理結果に基づいて、マルチコアファイバ１０に発生した変形を検出し、または変形の発生位置もしくは時間変化を判定する。判定部３２３は、たとえば光強度が急激に変化した場合に、振動が発生したことを検知する。また、判定部３２３は、たとえば光強度が時間的に急激に変化した位置を振動が発生した位置と判定する。また、判定部３２３は、たとえば光強度の変化量の時間変化から振動の時間変化を判定し、さらに振動の発生時間を判定してもよい。判定部３２３は、後方散乱光の特徴量のうちの光強度に基づいて、マルチコアファイバ１０に発生した変形を検知し、または変形の発生位置もしくは時間変化を判定する判定部の一例である。なお、判定部３２３は、判定した結果を記憶してもよいし、制御部３２０が表示機能や外部機器との通信機能を備えている場合は、判定した結果を表示したり外部機器に送信したりしてもよい。

【0055】

以上のように構成された光ファイバセンシングシステム１０００では、結合型マルチコアファイバのコア間クロストーク特性を利用しているので、高感度に振動などのマルチコアファイバ１０の変形を測定できる。また、光ファイバセンシングシステム１０００では、後方散乱光のフォトディテクタ３１３への到達時間がマルチコアファイバ１０における位置（第１端１３からの距離）に比例することから、マルチコアファイバ１０の長手方向での変形の分布を容易に測定することができる。また、光ファイバセンシングシステム１０００では、励起光を入力するコア領域１２ａと、受光する後方散乱光が出力されるコア領域１２ｂとを別々にしているので、励起光と後方散乱光とを分離するための光部品（光サーキュレータや光スイッチ）が不要である。そのため、光ファイバセンシングシステム１０００は簡易な構成とできる。

【0056】

また、パルス状の励起光を周期的に出力する場合、励起光がＯＦＦ状態（励起光の光強度がゼロの場合）には理想的には後方散乱光が発生しないが、現実的には励起光がＯＦＦ状態でも微弱な背景光が時間的に連続的に存在している。この場合、背景光による後方散乱光がノイズとなり、受光部での信号ノイズ比（ＳＮＲ）を劣化させることが知られている。しかし光ファイバセンシングシステム１０００では、励起光を入力するコア領域１２ａと受光する後方散乱光が出力されるコア領域１２ｂとを別々にしているので、背景光による後方散乱光が励起光による後方散乱光と重畳して受光部に入力することが抑制される。そのため、光ファイバセンシングシステム１０００ではＳＮＲの劣化が抑制される。

【0057】

なお、本発明者の鋭意検討によれば、試験光や励起光のスペクトル線幅が１ｎｍ以上のように広い場合、図３、４のような後方散乱光の強度変動が顕著には発生しないことが確認された。このことから、励起光の干渉性（コヒーレンス性）が、マルチコアファイバ１０に変形が発生している状態でのコア間クロストークの変化に大きく影響を受けること、高いコヒーレンス性（狭いスペクトル線幅）を有する励起光を使用すれば、変形検出の感度を向上させることができること、がわかった。そのため、励起光のスペクトル線幅はたとえば１ＭＨｚ以下であることが好ましい。光源３１１としては、たとえば単一縦モード発振動作が可能なＤＦＢ（Distributed FeedBack）半導体レーザやファイバレーザが好ましい。

【0058】

また、データ処理部３２２は、後方散乱光の光強度の時間変化に対して微分値を得るようにデータ処理を行ってもよい。図５は、図４に示す波形を距離方向（横軸）に対して微分した波形データを示す図である。図５に示すように、後方散乱光の光強度の距離方向に対する微分の波形データでは、振動の発生位置がピークとして現れる。当該距離方向に対する微分は、時間変化に対する微分と対応している。したがって、判定部３２３は、後方散乱光の光強度の距離方向の微分値に基づいて変形の発生位置を特定すれば、より高精度に変形の発生位置または時間変化を特定することができる。

【0059】

図６は、図１に示す測定装置３００において得られるデータの一例を示す図である。図６では、マルチコアファイバ１０の長さが１１００ｍであり、そのうちの第１端１３からの距離が１０８５ｍから１０９５ｍまでの範囲のデータを、５００秒間にわたって連続的に繰り返し測定した結果示している。

【0060】

図６（ａ）は、はマルチコアファイバ１０に外力が作用しない状態で置かれている場合を示し、色の濃淡は後方散乱光の光強度を示している。図６（ａ）の場合は、示された位置範囲、時間範囲において光強度が一様であり、マルチコアファイバ１０に変形が発生していないことが分かる。

【0061】

図６（ｂ）は、第１端１３からの距離が約１０９０ｍの位置を指で触れた場合を示し、色の濃淡は後方散乱光の光強度を示している。図６（ｂ）の場合は、横軸が約１１０秒の位置から、距離が約１０９０ｍから遠方において色が淡くなっている部分が表れている。これは距離が約１０９０ｍの位置でマルチコアファイバ１０に振動が発生していることを示している。

【0062】

図６（ｃ）は、図６（ｃ）の２次元データの時間軸（横軸）方向の微分を示し、色の濃淡は微分係数の大きさを示している。図６（ｃ）の場合は、振動の発生時間が１１０秒からであることをより明確に特定できる。

【0063】

（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。この光ファイバセンシングシステム１０００Ａは、図１に示す光ファイバセンシングシステム１０００の光ファイバ部１００を光ファイバ部１００Ａに置き換え、プローブ光源４００と接続ケーブル５００とを追加した構成を有する。

【0064】

光ファイバ部１００Ａは、光ファイバ部１００に光結合部４０と４本のシングルコア光ファイバ５０とを追加した構成を有する。シングルコア光ファイバ５０は、たとえば光通信に使用される標準シングルモード光ファイバであり、クラッド領域内に１つのコア領域を有している。光結合部４０は、マルチコアファイバ１０の第２端１４とシングルコア光ファイバ５０との間に配置されている。光結合部４０は、４本のシングルコア光ファイバ５０のそれぞれのコア領域とマルチコアファイバ１０の４つのコア領域１２のそれぞれとを光学的に結合している。具体的には、光結合部４０は、シングルコア光ファイバ５０のうちシングルコア光ファイバ５１ａとマルチコアファイバ１０のコア領域１２ｂとを光学的に結合している。光結合部４０は、たとえば、光結合部２０と同様に、シングルコア光ファイバを束ねたりレンズを用いたりして構成できる。

【0065】

プローブ光源４００は、後方散乱光と同じ波長（たとえば励起光と同じ波長）の、連続波のプローブ光を出力する。接続ケーブル５００は、たとえば光通信に使用される標準シングルモード光ファイバであり、シングルコア光ファイバ５１ａとプローブ光源４００とを光学的に接続している。これにより、プローブ光源４００は、マルチコアファイバ１０の第１端１３側とは反対側の第２端１４側から第２コア領域であるコア領域１２ｂに後方散乱光と波長が同じプローブ光を入力する。プローブ光の強度は、光ファイバ部１００において不要な非線形光学現象が発生しない程度であることが好ましい。プローブ光の強度は、たとえば０ｄＢｍ～－１０ｄＢｍ程度である。

【0066】

コア領域１２ｂに入力されたプローブ光は、後方散乱光と同じ方向、すなわち第２端１４側から第１端１３側に向かって伝搬するとともに、後方散乱光を光増幅する。これにより、測定装置３００のフォトディテクタ３１３で受光される後方散乱光の光強度はより高くなる。

【0067】

以上のように構成された光ファイバセンシングシステム１０００Ａは、実施形態１に係る光ファイバセンシングシステム１０００と同様に簡易な構成であり、かつより光強度が高い後方散乱光を受光できるので、より高感度に振動などの変形を測定できる。

【0068】

（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。この光ファイバセンシングシステム１０００Ｂは、図１に示す光ファイバセンシングシステム１０００の測定装置３００を測定装置３００Ｂに置き換えた構成を有する。なお、図８では光ファイバ部１００および接続ケーブル２００は図示を省略している。

【0069】

測定装置３００Ｂは、測定装置３００の測定部３１０を測定部３１０Ｂに置き換えた構成を有する。測定部３１０Ｂは、測定部３１０の光源３１１を光源３１１Ｂに置き換え、光カプラ３１６、３１７、光変調器３１８を追加した構成を有する。光源３１１Ｂとパルス信号発生器３１２と光変調器３１８とは励起光発生部３１５Ｂを構成する。

【0070】

光源３１１は、たとえば半導体レーザ装置やファイバレーザ装置を備えており、連続波のレーザ光を出力する。光カプラ３１６は、光源３１１から出力されたレーザ光を２分岐し、２つのレーザ光のそれぞれを光変調器３１８と光カプラ３１７のそれぞれに出力する。光変調器３１８は、パルス信号発生器３１２から出力されたパルス状の電気信号に基づいて、入力された連続波のレーザ光から、電気信号と同期したタイミングでパルス状のレーザ光である励起光を生成し、周期的に出力する。励起光は光入出力部３０１から測定装置３００Ｂの外部に出力され、マルチコアファイバ１０のコア領域１２ａに出力される。

【0071】

一方、マルチコアファイバ１０のコア領域１２ｂから出力されて、光入出力部３０２から測定装置３００Ｂに入力された後方散乱光は、光カプラ３１７に入力される。光カプラ３１７は、この後方散乱光と、光カプラ３１６から入力されたレーザ光（局発光光とも呼ばれる）とを合波した光（合波光）をフォトディテクタ３１３に出力する。フォトディテクタ３１３は、入力された合波光の強度に対応した電流信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３１４は、フォトディテクタ３１３が出力したアナログ信号としての電流信号を受け付け、デジタル信号に変換して制御部３２０に出力する。

【0072】

制御部３２０において、データ処理部３２２は、Ａ／Ｄ変換器３１４からのデジタル信号を受け付け、デジタル信号に含まれる情報のデータをデータ処理する。たとえば、データ処理部３２２は、合波光の光強度を表す連続的なデジタル信号を、パルス信号発生器３１２からの同期信号に同期させて、励起パルス光の繰り返し周期と一致した一定の時間間隔（すなわち一定のデータ量）毎に２次元的並び替えることで２次元データを生成する。合波光の光強度は、後方散乱光の光強度の情報と、後方散乱光と局発光光との位相差の情報とを含む。後方散乱光の光強度の情報と、後方散乱光と局発光光との位相差の情報とは、後方散乱光を特徴づける特徴量の一例である。さらに、データ処理部３２２は、パルス信号発生器３１２からの同期信号の発生タイミングを原点として、データの取得時刻を、そのデジタル信号に対応する後方散乱光がマルチコアファイバ１０で発生した位置（マルチコアファイバ１０の第１端１３からの距離）に変換する。これにより、データ処理部３２２は、測定部３１０が受光した後方散乱光の、マルチコアファイバ１０における発生位置（距離）と、そこで発生した後方散乱光の光強度とが対応付けられた２次元データを生成する。すなわち測定装置３００はコヒーレントＯＴＤＲと同様に動作する。そして、判定部３２３は、データ処理部３２２のデータ処理結果に基づいて、マルチコアファイバ１０に発生した変形を検知し、または発生位置もしくは時間変化を判定する。

【0073】

以上のように構成された光ファイバセンシングシステム１０００Ｂは、実施形態１に係る光ファイバセンシングシステム１０００と同様に簡易な構成であり、かつ後方散乱光の位相情報を用いることによって、より高感度に振動などの変形を測定できる。

【0074】

（実施形態４）
図９は、実施形態４に係る光ファイバセンシングシステムの模式的な構成図である。この光ファイバセンシングシステム１０００Ｃは、図１に示す光ファイバセンシングシステム１０００の接続ケーブル２００を接続ケーブル２００Ｃに置き換え、測定装置３００を測定装置３００Ｃに置き換えた構成を有する。

【0075】

接続ケーブル２００Ｃは、接続ケーブル２００が有する２本のシングルコア光ファイバ２０１、２０２に加え、２本のシングルコア光ファイバ２０３、２０４を有する。シングルコア光ファイバ２０３は、シングルコア光ファイバ３０のうちのシングルコア光ファイバ３１ｃと測定装置３００Ｃの光入出力部３０３とを光学的に接続している。また、シングルコア光ファイバ３１ｃは光結合部２０によってマルチコアファイバ１０のコア領域１２のうちのコア領域１２ｃに光学的に接続している。また、シングルコア光ファイバ２０４は、シングルコア光ファイバ３０のうちのシングルコア光ファイバ３１ｄと測定装置３００Ｃの光入出力部３０４とを光学的に接続している。また、シングルコア光ファイバ３１ｄは光結合部２０によってマルチコアファイバ１０のコア領域１２のうちのコア領域１２ｄに光学的に接続している。コア領域１２ｃ、１２ｄは第２コア領域の一例である。すなわち、マルチコアファイバ１０は、複数の第２コア領域として、コア領域１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有する。

【0076】

図１０は、図９に示す測定装置３００Ｃの模式的な構成図である。測定装置３００Ｃは、測定装置３００の測定部３１０を測定部３１０Ｃに置き換え、光入出力部３０３、３０４を追加した構成を有する。測定部３１０Ｃは、測定部３１０にフォトディテクタ３１３ａ、３１３ｂと、Ａ／Ｄ変換器３１４ａ、３１４ｂとを追加した構成を有する。

【0077】

フォトディテクタ３１３ａは、光入出力部３０３から入力された、第１端１３側でコア領域１２ｃから出力された後方散乱光を受け付け、その光強度に対応した電流信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３１４ａは、フォトディテクタ３１３ａが出力したアナログ信号としての電流信号を受け付け、デジタル信号に変換して制御部３２０に出力する。フォトディテクタ３１３ｂは、光入出力部３０４から入力された、第１端１３側でコア領域１２ｄから出力された後方散乱光を受け付け、その後方散乱光の光強度に対応した電流信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器３１４ｂは、フォトディテクタ３１３ｂが出力したアナログ信号としての電流信号を受け付け、デジタル信号に変換して制御部３２０に出力する。フォトディテクタ３１３、３１３ａ、３１３ｂは複数の受光部の一例である。

【0078】

制御部３２０において、データ処理部３２２は、Ａ／Ｄ変換器３１４、３１４ａ、３１４ｂからの各デジタル信号を受け付け、各デジタル信号に含まれる情報のデータをデータ処理する。たとえば、データ処理部３２２は、各デジタル信号に含まれる情報としての各後方散乱光の光強度の二乗和を算出し、当該二乗和とデジタル信号の取得時刻と対応させて２次元データを生成する。さらに、データ処理部３２２は、デジタル信号の取得時刻の、基準時刻からの時間差に基づいて、取得時刻を、そのデジタル信号に対応する後方散乱光がマルチコアファイバ１０で発生した位置（マルチコアファイバ１０の第１端１３からの距離）に変換する。これにより、データ処理部３２２は、測定部３１０Ｃが受光した後方散乱光の、マルチコアファイバ１０における発生位置（距離）と、そこで発生した後方散乱光の光強度に基づく二乗和とが対応付けられた２次元データを生成する。

【0079】

判定部３２３は、データ処理部３２２のデータ処理結果に基づいて、マルチコアファイバ１０に発生した変形を検知し、または変形の発生位置もしくは時間変化を特定する。この場合、前記二乗和は、マルチコアファイバ１０に発生する変形に対して、各後方散乱光の個別の光強度よりも敏感に変化する。その結果、光ファイバセンシングシステム１０００Ｃでは、簡易な構成でより高感度に振動などの変形を測定できる。

【0080】

なお、本実施形態では、データ処理部３２２は、各後方散乱光の光強度の二乗和を算出しているが、当該二乗和に換えて、分散値や偏差値を算出してもよい。これらの二乗和や分散値や偏差値などの統計値も、後方散乱光を特徴づける特徴量の一例である。

【0081】

（マルチコアファイバの態様）
図１１、１２は、光ファイバセンシングシステムにおいて使用されるマルチコアファイバの態様を示す模式的な断面図である。上記実施形態の説明では、マルチコアファイバ１０がクラッド領域１１とコア領域１２とを備えることを説明したが、マルチコアファイバ１０は、図１１（ａ）に示すようにクラッド領域１１の周囲を囲むように、タイトバッファ構造の被覆１５が設けられていてもよい。また、図１１（ｂ）に示すように、マルチコアファイバ１０が光ファイバケーブル６００Ａを構成していてもよい。光ファイバケーブル６００Ａは、樹脂などからなるテンションメンバ６０１の周囲を取り囲むように複数のマルチコアファイバ１０が配置され、さらに複数のマルチコアファイバ１０の周囲を取り囲むように被覆６０２が設けられた構成を有する。たとえば、複数のマルチコアファイバ１０のうちの少なくとも１本が光ファイバセンシングシステムのマルチコアファイバとして使用される。なお、複数のマルチコアファイバ１０のうち１本以上をマルチコアファイバ１０以外の光ファイバに置き換えてもよい。

【0082】

また、図１２（ａ）に示すように、マルチコアファイバ１０が複合ケーブル６００Ｂを構成していてもよい。複合ケーブル６００Ｂは、２本のマルチコアファイバ１０と、３本の電力線６０３と、１本のアース線６０４との周囲を取り囲むように内部被覆６０５が設けられた構成を有する。さらに、複合ケーブル６００Ｂでは、内部被覆６０５を取り囲むように複数のテンションメンバ６０６が配置され、複数のテンションメンバ６０６を取り囲むようにブレイド６０７が設けられている。たとえば、２本のマルチコアファイバ１０のうちの少なくとも１本が光ファイバセンシングシステムのマルチコアファイバとして使用される。なお、２本のマルチコアファイバ１０のうち１本をマルチコアファイバ１０以外の光ファイバに置き換えてもよい。

【0083】

また、図１２（ｂ）に示すように、マルチコアファイバ１０が光ファイバケーブル６００Ｃを構成していてもよい。光ファイバケーブル６００Ｃは、複数の光ファイバテープ心線６０８が、スロット材６０９に設けられたスロット６１０に収容された構成を有する。また、光ファイバケーブル６００Ｃでは、スロット材６０９の中心にはテンションメンバ６１１が設けられており、スロット材６０９の周囲を含むように外部被覆６１２、６１３が設けられている。たとえば、光ファイバテープ心線６０８を構成する少なくとも１本のマルチコアファイバ１０が光ファイバセンシングシステムのマルチコアファイバとして使用される。

【0084】

（光ファイバセンシングシステムの適用形態）
つぎに、光ファイバセンシングシステムの適用形態について説明する。以下に説明する適用形態では、測定装置３００は、測定対象物の近傍に設けられたマルチコアファイバ１０での第１端１３側から、コア領域１２ａにパルス状の励起光を入力した場合に、コア領域１２ｂから第１端１３側にて出力された後方散乱光を受光する受光部（フォトディテクタ３１３）と、受光部が受光した後方散乱光の特徴量に基づいて、測定対象物に発生した、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象を検知し、または事象の発生位置もしくは時間変化を判定する判定部と、を備え、事象検出方法を実行する測定装置として機能する。

【0085】

図１３は、光ファイバセンシングシステムの第１適用形態の模式的な構成図である。第１適用形態では、光ファイバセンシングシステム１０００の光ファイバ部１００が有するマルチコアファイバ１０は、鉄道などの線路１０００１に沿って敷設される。このように適用した光ファイバセンシングシステム１０００によって、たとえば、線路１０００１の周辺で発生する振動を検出したり、振動の発生位置や時間変化を判定したりすることができる。また、光ファイバセンシングシステム１０００により、線路１０００１上を通過する列車により発生する振動や、線路１０００１へ侵入した人や動物（鹿やイノシシなど）がいた場合に発生する振動や、崩落などにより線路１０００１の周辺から線路１０００１へ流入した落石や土砂などにより発生する振動を検出したり、振動の発生位置や時間変化を判定したりすることができる。線路１０００１は、マルチコアファイバ１０が近傍に設けられる測定対象物の一例である。また線路１０００１に発生する振動は、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象の一例である。

【0086】

図１４は、光ファイバセンシングシステムの第２適用形態の模式的な構成図である。第２適用形態では、光ファイバセンシングシステム１０００は、図１４（ａ）に示すように、地面１０００２に設けられた自動車などが通行する道路１０００３に対して適用される。道路１０００３は図面と垂直方向に延びている。道路１０００３に沿って延びる、樹脂などからなる保護体２０００が、地面１０００２に埋設されている。

【0087】

図１４（ｂ）に示すように、光ファイバセンシングシステム１０００の光ファイバ部１００が有するマルチコアファイバ１０は、保護体２０００の長手方向に沿って収容されている。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）のＡ－Ａ線断面図を示している。保護体２０００は、本体２０１０と、蓋２０２０と、スペーサ２０３０と、接続部材２０４０と、支持部材２０５０と、取付部材２０６０とを有している。本体２０１０は、図面に垂直方向である保護体２０００の長手方向に延びた底壁２０１１と、図面左右方向である底壁２０１１の幅方向両端から図面上下方向である高さ方向の上側に延びた二つの側壁２０１２とを有している。本体２０１０は底壁２０１１に対して図面上方向で開口している。蓋２０２０は、図面と垂直方向に延びており、本体２０１０の開口を覆っている。スペーサ２０３０は、図面と垂直方向に延びており、本体２０１０と蓋２０２０との間に介在している。接続部材２０４０は、図面と垂直方向に延びるように側壁２０１２に設けられており、蓋２０２０やスペーサ２０３０を支持している。支持部材２０５０は、図面と垂直方向に延びるように側壁２０１２に設けられており、マルチコアファイバ１０を支持している。取付部材２０６０は、マルチコアファイバ１０を支持部材２０５０に固定している。なお、保護体２０００には、マルチコアファイバ１０の他に通信ケーブルや電力ケーブルが収容されていてもよい。

【0088】

このように適用した光ファイバセンシングシステム１０００によって、たとえば、自動車が道路１０００３を通過したときに発生する振動を検出したり、振動の発生位置や時間変化を判定したりすることができる。具体的には、自動車が通過して道路１０００３が振動すると、その振動が地面１０００２を伝搬し、さらに保護体２０００を経由してマルチコアファイバ１０に伝搬する。光ファイバセンシングシステム１０００は当該伝搬した振動を検出したり、振動の発生位置や時間変化を判定したりする。また、光ファイバセンシングシステム１０００により、道路１０００３へ侵入した人や動物がいた場合に発生する振動や、崩落などによって道路１０００３の周辺から道路１０００３へ流入した落石や土砂などにより発生する振動や、道路１０００３や道路１０００３の周囲での工事などにより発生する振動を検出したり、振動の発生位置や時間変化を判定したりすることができる。道路１０００３は、マルチコアファイバ１０が近傍に設けられる測定対象物の一例である。また道路１０００３に発生する振動は、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象の一例である。

【0089】

図１５は、光ファイバセンシングシステムの第３適用形態の模式的な構成図である。第３適用形態では、光ファイバセンシングシステム１０００の光ファイバ部１００が有するマルチコアファイバ１０は、海１０００４における海底１０００５に敷設された保護体３０００に収容される。保護体３０００は内部に海水１０００６が侵入しないように水密に構成されている。たとえば、船舶や海洋生物の移動により水中音響波が発生すると、水中音響波は海中を伝搬し、保護体３０００を振動させる。保護体３０００はさらに光ファイバ部１００のマルチコアファイバ１０に伝搬する。したがって、このように適用した光ファイバセンシングシステム１０００によれば、船舶や海洋生物の移動を検知したり、移動の発生位置を判定したりすることができる。また、光ファイバセンシングシステム１０００によれば、地中を伝搬して海底１００５に達した地震波を検知したり、地震波の時間変化を判定したりすることができる。海１０００４や海底１０００５は、マルチコアファイバ１０が近傍に設けられる測定対象物の一例である。また、船舶や海洋生物の移動や地震波は、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象の一例である。

【0090】

図１６は、光ファイバセンシングシステムの第４適用形態の模式的な構成図である。第４適用形態では、光ファイバセンシングシステム１０００の光ファイバ部１００が有するマルチコアファイバ１０は、電柱１０００７間に掛け渡されている。光ファイバ部１００は、通信ケーブルなどの架空ケーブルに含まれていてもよい。このように適用した光ファイバセンシングシステム１０００よれば、光ファイバ部１００を振動させる風や、電柱１０００７や電柱１０００７の周囲で発生した振動を検知したり、これらの発生位置や時間変化を判定したりすることができる。電柱１０００７や電柱１０００７の周囲は、マルチコアファイバ１０が近傍に設けられる測定対象物の一例である。また、風や振動は、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象の一例である。

【0091】

図１７は、光ファイバセンシングシステムの第５適用形態の模式的な構成図である。第５適用形態では、光ファイバセンシングシステム１０００の光ファイバ部１００が有するマルチコアファイバ１０は、橋梁１０００８の主桁に沿って設けられている。このように適用した光ファイバセンシングシステム１０００よれば、橋梁１０００８に発生した振動を検知したり、振動の発生位置や時間変化を判定したりすることができる。なお、橋梁１０００８に発生する振動は、車両や歩行者などの移動体が橋梁１０００８を通過することや、風や地震などの自然現象によって発生する。橋梁１０００８は、マルチコアファイバ１０が近傍に設けられる測定対象物の一例である。また、振動は、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象の一例である。

【0092】

（実施形態５）
本発明の実施形態に係る光ファイバセンシングシステムは、マルチコアファイバが近傍に設けられた測定対象物に発生した、マルチコアファイバの変形を引き起こす事象を検出し、または前記事象の発生位置もしくは時間変化を判定する機能に加え、事象の種類を判別する機能を有するように構成されていてもよい。

【0093】

図１８は、実施形態５に係る光ファイバセンシングシステムにおける測定装置の模式的な構成図である。この光ファイバセンシングシステム１０００Ｄは、図１に示す光ファイバセンシングシステム１０００の測定装置３００を測定装置３００Ｄに置き換えた構成を有する。なお、図１８では光ファイバ部１００および接続ケーブル２００は図示を省略している。

【0094】

測定装置３００Ｄは、測定装置３００の制御部３２０を制御部３２０Ｄに置き換えた構成を有する。制御部３２０Ｄは、制御部３２０に判別部３２４を追加した構成を有する。判別部３２４は、たとえばメモリに記憶された判別手段を用いて、データ処理部３２２が生成したデータから、マルチコアファイバ１０が近傍に設けられた測定対象物に発生した、マルチコアファイバ１０の変形を引き起こす事象の種類を判別する。

【0095】

判別手段は、データ処理部３２２が生成したデータと、そのデータに対応する事象とを対応づけることができる様々な分類手法を用いたものとして構成できる。たとえば、判別手段は、教師データを用いた学習済モデルを含んで構成される。この場合、教師データは、たとえば、ラベルとしての既知の事象と、当該事象によって発生した後方散乱光に基づいてデータ処理部３２２が生成したデータ（後方散乱光の特徴量を含むデータ）とが紐づけられたデータセットである。また、学習済モデルは様々な手法で作成できる。たとえば、学習済モデルは、データセットを構成するデータを図６に示すような画像データとして、たとえば畳み込みニューラルネットワークを代表とするディープラーニングの手法のような画像認識の手法を用いて作成できる。

【0096】

また、本発明の実施形態に係る光ファイバセンシングシステムは、制御部が学習機能を備えていてもよい。図１９は、実施形態５における制御部３２０Ｄが学習機能を備えている場合に制御部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。

【0097】

まず、データ処理部３２２がデータを生成する（ステップＳ１）。つづいて、判別部３２４が事象判別を行う（ステップＳ２）。判別された事象とデータとが紐づけられたデータセットはメモリや記録媒体にデータベースとして蓄積される。つづいて、判別部３２４は、データベースに基づいて機械学習を行う（ステップＳ３）。つづいて、判別部３２４は、機械学習の結果に基づき、学習済みモデルを更新または蓄積する（ステップＳ４）。なお、更新は、新たなデータに対応した過去のデータの一部等を削除する処理であり、蓄積は、過去のデータを削除することなく新たなデータを追加する処理である。

【0098】

なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、上述した第１～第５適用形態に、実施形態１～５のいずれの光ファイバセンシングシステムを適用できる。また、実施形態２のようにプローブ光源を備える構成と、実施形態３のように後方散乱光の位相情報を用いる構成と、実施形態４のような複数のコア領域からの後方散乱光を受光する構成とのうちの２つ以上を適宜組み合わせてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0099】

１０ ：マルチコアファイバ
１１ ：クラッド領域
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ：コア領域
１３ ：第１端
１４ ：第２端
１５、６０２：被覆
２０、４０ ：光結合部
３０、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、５０、５１ａ、２０１、２０２、２０３、２０４：シングルコア光ファイバ
１００、１００Ａ：光ファイバ部
２００、２００Ｃ、５００：接続ケーブル
３００、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ：測定装置
３０１、３０２、３０３、３０４：光入出力部
３１０、３１０Ｂ、３１０Ｃ：測定部
３１１、３１１Ｂ：光源
３１２ ：パルス信号発生器
３１３、３１３ａ、３１３ｂ：フォトディテクタ
３１４、３１４ａ、３１４ｂ：Ａ／Ｄ変換器
３１５、３１５Ｂ：励起光発生部
３１６、３１７：光カプラ
３１８ ：光変調器
３２０、３２０Ｄ：制御部
３２１ ：受信部
３２２ ：データ処理部
３２３ ：判定部
３２４ ：判別部
４００ ：プローブ光源
６００Ａ、６００Ｃ：光ファイバケーブル
６００Ｂ ：複合ケーブル
６０１、６０６、６１１：テンションメンバ
６０３ ：電力線
６０４ ：アース線
６０５ ：内部被覆
６０７ ：ブレイド
６０８ ：光ファイバテープ心線
６０９ ：スロット材
６１０ ：スロット
６１２、６１３：外部被覆
１０００、１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃ、１０００Ｄ：光ファイバセンシングシステム
２０００、３０００：保護体
２０１０ ：本体
２０１１ ：底壁
２０１２ ：側壁
２０２０ ：蓋
２０３０ ：スペーサ
２０４０ ：接続部材
２０５０ ：支持部材
２０６０ ：取付部材
１０００１ ：線路
１０００２ ：地面
１０００３ ：道路
１０００４ ：海
１０００５ ：海底
１０００６ ：海水
１０００７ ：電柱
１０００８ ：橋梁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】