特許 7406767 光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び光ファイバケーブル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-20

(45)【発行日】2023-12-28

(54)【発明の名称】光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び光ファイバケーブル

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20231221BHJP

【ＦＩ】

G01D5/353 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020123617

(22)【出願日】2020-07-20

(65)【公開番号】P2022020231

(43)【公開日】2022-02-01

【審査請求日】2022-07-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(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】飯田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】村山 英晶

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１０２６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８７５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２３５１５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１１６０３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１０２６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０２６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－４２３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６８８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－１５７６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０２７２２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０８３９８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平７－４９２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２６－５／３８

Ｇ０１Ｂ １１／１６

Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０２

Ｇ０１Ｊ ９／００

Ｇ０２Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバを格納し、前記シングルモード光ファイバの撚りピッチがＡである光ファイバケーブルと、
前記シングルモード光ファイバの一端側に接続され、前記シングルモード光ファイバのうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバの前記一端に試験光を入射し、前記Ｎ本のシングルモード光ファイバの前記一端に戻ってくる散乱光から前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する測定器と、
を備え、
前記撚りピッチＡは、
Ａ＞Δｚ
を満たし、かつ前記光ファイバケーブルの敷設時に付与される曲げ及びねじれの長さより長いことを特徴とする光ファイバケーブルセンシングシステム。
ただし、Δｚは前記測定器の距離分解能である。

【請求項2】

前記測定器は、前記物理量として歪み量、曲げ損失、又は偏波変動を測定す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センシングシステム。

【請求項3】

光ファイバケーブルにＭ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバを
Ａ＞Δｚ
を満たし、かつ前記光ファイバケーブルの敷設時に付与される曲げ及びねじれの長さより長い撚りピッチＡで格納すること、
前記シングルモード光ファイバの一端側に測定器を接続すること、
前記測定器から、前記シングルモード光ファイバのうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバの前記一端に試験光を入射すること、及び
前記Ｎ本のシングルモード光ファイバの前記一端に戻ってくる散乱光から前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を前記測定器で測定すること、
を特徴とする光ファイバケーブルセンシング方法。
ただし、Δｚは前記測定器の距離分解能である。

【請求項4】

Ｍ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバを格納した光ファイバケーブルであって、前記シングルモード光ファイバの撚りピッチＡが
Ａ＞Δｚ
を満たし、かつ当該光ファイバケーブルの敷設時に付与される曲げ及びねじれの長さより長いことを特徴とする光ファイバケーブル。
ただし、Δｚは、前記シングルモード光ファイバの一端側に接続され、前記シングルモード光ファイバのうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバの前記一端に試験光を入射し、前記Ｎ本のシングルモード光ファイバの前記一端に戻ってくる散乱光から前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する測定器の距離分解能である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、敷設された光ファイバケーブルの位置を推定する光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及び当該光ファイバケーブルに関する。

【背景技術】

【0002】

敷設された光ファイバケーブルは３次元空間の曲線の軌跡として表現することができる。３次元空間の曲線の軌跡は、曲率κと捩率τを取得し、フレネ・セレの公式を利用して解析することができる。ここで、曲率κとは、曲線がどの方向にどれくらい曲がっているかを表現する値である。捩率τとは、曲がり方向の基準となる初期座標（地球の天地を基準とした絶対座標）に対してどれくらい回転しているかを表現する値である。なお、「絶対座標」とは、例えば、地球を球としたときの任意接面に平行な平面を直交するｘ軸とｚ軸で表現し、当該ｘｚ平面の垂線をｙ軸で表現した座標である。

【0003】

曲線の任意位置で取得した曲率κと捩率τをフレネ・セレの公式に代入することで任意位置での位置ベクトルＴ（ｓ）を取得でき、位置ベクトルＴ（ｓ）を積分することで曲線の軌跡ベクトルｒ（ｓ）を得ることができる。

【0004】

図１は、光ファイバケーブルの位置を推定する方法を説明するイメージである。図１のように、「捻れによる回転Ω」と「曲がりによる方向ベクトルｒ」がわかれば、光ファイバケーブルケーブルの位置を推定することができる。ここで、「捻れによる回転Ω」とは、初期位置ｒ_０に対してｚ軸（光ファイバケーブルの中心軸方向）を中心にΩ回転することを意味する。「曲がりによる方向ベクトルｒ」は前記軌跡ベクトルｒ（ｓ）である。また、図１のｒ_ｊ（ｊは０以上の整数）は光ファイバケーブルの長手方向の位置、Ｌ_ｊは光ファイバケーブルの区間を意味する。ｘ’軸とｙ’軸は光ファイバケーブルケーブルの基準軸であり、絶対座標のｘ軸とｙ軸に対してΩ回転している。

【0005】

このように曲線軌跡を解析する場合、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）が付与されたマルチコア光ファイバを用いて曲率κと捩率τを算出する手法が知られている（例えば、非特許文献１及び２を参照。）。ＦＢＧによりファイバ曲げによって反射光の波長が変わる（ブラッグ波長がシフトする）ので、ＯＦＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）で各コアの長手方向の歪み分布を測定する。そして、同一地点における各コアの歪みから得られる断面方向の歪み分布に基づいて曲率κと捩率τを算出する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【文献】“Ｓｈａｐｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｃａｂｌｅ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｃｕｒｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ”， Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， Ｖｏｌ．２０， Ｎｏ．３， ｐｐ．２９６７－２９７３

【文献】“Ｂｅｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ”， Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．３６， ｎｏ．２， ｐｐ．１２０－１２１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＦＢＧを付与したマルチコア光ファイバをセンサー媒体として使用する従来の手法には次のような課題がある。
まず、ＦＢＧを付与したマルチコア光ファイバは特殊な構造のため長尺化が難しく、且つ光損失が大きいため、従来の手法は長距離の曲線軌跡を解析することが困難である。
さらに、歪みに対する感度を向上させるためには、ＦＢＧを付与したマルチコア光ファイバのコアピッチを大きくする必要があるが、機械的強度や伝送特性担保の観点から、コアピッチを大きくすることが難しい。現状ではコアピッチが数十μｍに限定される。つまり、従来の手法は測定精度の向上が困難である。
また、測定手段であるＯＦＤＲは測定距離が短く（数十ｍ～数百ｍ）、長距離を測定することが困難である。

【0008】

一方、敷設された光ファイバケーブルはマルチコア光ファイバではなく、汎用的なシングルモード光ファイバで構成されている。このため、上述したようなマルチコア光ファイバを用いた曲線軌跡解析を行うことが困難であるという課題もある。

【0009】

そこで、本発明は、前記課題を解決するために、汎用的なシングルモード光ファイバで構成されている光ファイバケーブルで曲線軌跡解析を行うことができる光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及びその光ファイバケーブル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】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムは、センシングケーブルである光ファイバケーブルの撚りピッチの範囲を限定することとした。

【0011】

具体的には、本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムは、
Ｍ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバを格納し、前記シングルモード光ファイバの撚りピッチがＡである光ファイバケーブルと、
前記シングルモード光ファイバのうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバに試験光を入射し、前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する測定器と、
を備え、
Ａ＞Δｚ
を満たすことを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る光ファイバケーブルセンシング方法は、
光ファイバケーブルにＭ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバを撚りピッチＡで格納すること、
前記シングルモード光ファイバのうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバに試験光を入射すること、及び
前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定器で測定すること、
を特徴とする。
ただし、Ａ＞Δｚ（Δｚは前記測定器の距離分解能）である。

【0013】

さらに、本発明に係る光ファイバケーブルは、Ｍ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバを格納し、前記シングルモード光ファイバの撚りピッチＡが
Ａ＞Δｚ
を満たすことを特徴とする。
ただし、Δｚは前記シングルモード光ファイバのうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバに試験光を入射し、前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する測定器の距離分解能である。

【0014】

光ファイバケーブルの撚りピッチＡを上述の範囲とすることで、距離分解能が低い（測定間隔が長い）測定器を用いてもシングルモード光ファイバの撚りピッチと小さな歪を長距離にわたって測定することができる。従って、本発明は、汎用的なシングルモード光ファイバで構成されている光ファイバケーブルで曲線軌跡解析を行うことができる光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及びその光ファイバケーブルを提供することができる。

【0015】

本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムの前記測定器の距離分解能Δｚが前記撚りピッチＡに略等しいことを特徴とする。前記測定器の測定限界Δεを超える物理量εを測定することができる。

【0016】

本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムの前記測定器は、前記物理量として歪み量、曲げ損失、又は偏波変動を測定することを特徴とする。
例えば、ＯＦＤＲを測定器とすれば歪み量を測定できる。２モード領域となる波長１μｍ帯の光を利用し、高次モードの散乱光を観測することで高感度な測定を行う１μ－ＯＴＤＲを測定器とすれば曲げ損失を測定できる。偏波状態ごとに測定を行うＰ－ＯＴＤＲを測定器とすれば偏波変動を測定できる。

【0017】

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、汎用的なシングルモード光ファイバで構成されている光ファイバケーブルで曲線軌跡解析を行うことができる光ファイバケーブルセンシングシステム、光ファイバケーブルセンシング方法、及びその光ファイバケーブルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】光ファイバケーブルの位置を推定する方法を説明するイメージである。

【図2】本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムを説明する図である。

【図3】本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムを用いて光ファイバケーブルが有するシングルモード光ファイバの１つを測定している図である。

【図4】本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムが測定するシングルモード光ファイバの光ファイバケーブル断面内の位置を説明する図である。

【図5】本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムが算出したケーブル断面歪み分布の一例である。

【図6】「曲げ軸」の定義を説明する図である。

【図7】本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムが行う演算を説明する図である。

【図8】本発明に係る光ファイバケーブルセンシング方法を説明するフローチャートである。

【図9】本発明に係る光ファイバケーブルセンシングシステムを説明する図である。

【図10】本発明に係る光ファイバケーブルを説明する図である。

【図11】本発明に係る光ファイバケーブルセンシング方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。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。

【0021】

（実施形態１）
本発明の光ファイバケーブルセンシングシステムは、撚りピッチが限定された被測定光ファイバケーブルに格納された各シングルモード光ファイバについて測定された歪み（曲げ損や偏波変動でもよい）の長手方向分布のデータと測定対象とした各光ファイバのケーブル断面上の位置を示すデータとを入力する手段と、同一地点における各光ファイバの歪み（曲げ損や偏波変動でもよい）と当該光ファイバのケーブル断面上の位置とに基づいて当該地点における被測定光ファイバケーブルの曲率ベクトルκを数１を用いて算出する手段と、算出された曲率ベクトルκから当該地点における被測定光ファイバケーブルの捩率τを数２を用いて算出する手段とを備える。

【0022】

図２は、本実施形態の光ファイバケーブルセンシングシステム３０１を説明する図である。また、図３は、光ファイバケーブルセンシング装置１０を用いて光ファイバケーブル２０が有するシングルモード光ファイバの１つを測定している図である。光ファイバケーブル２０はテープスロット型であり、スロット２１の溝２２に４芯の光ファイバテープ心線２３が５セット挿入されている。光ファイバテープ心線２３は４本のシングルモード光ファイバ２４を４本並列させている。なお、本実施形態では、テープスロット型の光ファイバケーブル２０で説明するが、光ファイバケーブルセンシング装置１０が測定できる光ファイバケーブルはテープスロット型に限らない。
なお、シングルモード光ファイバとは、試験光の波長において光がシングルモードで伝搬する光ファイバという意味である。

【0023】

光ファイバケーブルセンシング装置１０は、
光ファイバケーブル２０に格納されたＭ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバ２４のうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバ２４に試験光を入射し、Ｎ本のシングルモード光ファイバ２４毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する測定器１１と、
光ファイバケーブル２０の長手方向の任意地点において、光ファイバケーブル２０の断面におけるＮ本のシングルモード光ファイバ２４のそれぞれの位置及び前記物理量から、光ファイバケーブル２０の前記任意地点の曲率κを数１で算出し、光ファイバケーブル２０の前記任意地点の捩率τを数２で算出する演算器１２と、
を備える。
図３の例では、Ｍ＝１６０である。
また、数１と数２については後述する。

【0024】

光ファイバケーブルセンシング装置１０は、全てのシングルモード光ファイバ２４を測定しなくてよい。図４は、光ファイバケーブルセンシング装置１０が測定するシングルモード光ファイバ２４の位置を説明する図である。光ファイバケーブルセンシング装置１０は、溝２２毎に最外周にある４本のシングルモード光ファイバ２４と最内周にある４本のシングルモード光ファイバ２４を測定する。つまり、図４の例では、Ｎ＝６４である。なお、図４と図５に記載されるｘ軸とｙ軸は光ファイバケーブル２０の中心軸をｘ＝０、ｙ＝０として記載している。

【0025】

測定器１１は、前記物理量として歪み量、曲げ損失、又は偏波変動を測定することを特徴とする。以下の説明では、前記物理量として歪み量を測定する場合を説明するが、他の物理量を測定しても同様に曲率κと捩率τを計算できる。測定器１１は、光ファイバケーブル２０内の各シングルモード光ファイバ２４に対して、長手方向の歪み分布を測定する手段で位置ｚにおける歪み量を測定する。当該手段として、ＯＦＤＲやＢ－ＯＦＤＲ（ブリルアン散乱光を観測することで歪み分布を測定するＯＦＤＲ）が挙げられる。なお、当該手段としてＢ－ＯＴＤＲ（ブリルアン散乱光を観測することで歪み分布を測定するＯＴＤＲ）を用いれば上記のＯＦＤＲに比べて長距離の測定が可能となる。

【0026】

演算器１２は、光ファイバケーブル２０の任意位置ｚにおける各シングルモード光ファイバ２４の歪み量を３次元空間座標上（ケーブルの中心位置が座標０に相当）にマッピングし、ケーブル断面歪み分布を算出する。図５は、ケーブル断面歪み分布の一例である。図５の例では、第１象限のシングルモード光ファイバ２４が縮み、第３象限のシングルモード光ファイバ２４が伸びていることが読み取れる。ここから、光ファイバケーブル２０は任意位置ｚにおいてｘ軸正側及びｙ軸正側に曲がっていることが予測される。

【0027】

ここで、「曲げ軸」の定義を図６に示す。「曲げ軸」とは、“ｎｅｕｔｒａｌ ａｘｉｓ”であって、任意位置ｚでの光ファイバケーブル２０の中心軸に接する接線の接点における、曲率半径Ｒを持つ円の中心Ｃｅを垂直に通る直線Ａｘと平行であり、任意位置ｚにおける光ファイバケーブル２０の中心Oを通る直線Ｎｘである。

【0028】

演算器１２は、図５のケーブル断面歪分布からシングルモード光ファイバの位置毎に歪量を取り出し、図７のように数１を利用して曲率κを計算し、数２を利用して捩率τを計算する。

【数1】

【数2】

ただし、
ｉ：シングルモード光ファイバの番号
ε_ｉ：シングルモード光ファイバのうちｉ番目のシングルモード光ファイバの任意地点ｚにおける物理量
ｒ_ｉ：断面におけるｉ番目のシングルモード光ファイバと前記曲げ軸との距離
θ_ｉ：断面におけるｉ番目のシングルモード光ファイバのｘ軸に対する角度オフセット
ａｎｇｌｅ（ｖ）：ベクトルｖのｘ軸に対する角度
θ：任意位置ｚにおける曲率κのベクトルのｘ軸に対する傾き
θ’（ｓ）：前記θの、光ファイバケーブルの中心弧長ｓに関する微分
である。

【0029】

歪み量ε_ｉは、任意位置の曲率半径Ｒと光ファイバケーブル断面中心からシングルモード光ファイバまでの距離ｒ_ｉを用いてε_ｉ＝ｒ_ｉ／Ｒで表現できる。ここで、光ファイバケーブル２０の曲げ半径Ｒが１／κであり、歪みの差Δεが（距離の差）／Ｒに比例するから、曲げ軸を基準とすればε_ｉ∝κｒ_ｉが成り立つ。

【数2A】

数１のΣの中の式は、各シングルモード光ファイバの歪を「ケーブル中心からの方向θを持ち、歪の大きさεを持つ歪ベクトル」として考え、その歪ベクトルの各成分を曲げ軸Ｎｘからの距離ｒで規格化したもの、といえる。なお、光ファイバケーブル断面中心Ｏ（ｒ＝０）では歪がなく、軸Ａｘ側で縮む歪が発生し、軸Ａｘの反対側で伸びる歪が発生する。

【0030】

演算器１２は、前記曲率κと前記捩率τを数３（フレネ・セレの公式）に代入して光ファイバケーブル２０の中心軸軌跡ｒ（ｓ）を演算することで、敷設された光ファイバケーブルの位置を推定することができる。

【数3】

ただし、
Ｔ（ｓ）：位置ベクトル
ｒ_０：初期位置
ｅ_１：単位接ベクトル
ｅ_２：単位主法線ベクトル
ｅ_３：単位従法線ベクトル
ｄ／ｄｓ：単位弧長当たりの変化量
である。

【0031】

演算器１２は、歪み量、曲げ損失、及び偏波変動の少なくとも２つを前記物理量とし、前記物理量毎に算出した前記曲率κを統計処理した値、及び前記物理量毎に算出した前記捩率τを統計処理した値をそれぞれ新たな前記曲率κ及び前記捩率τとする。ここで、統計処理とは、それぞれの測定技術で測定した値を平均することや中央値を採ることを意味する。各種測定技術を用いることで曲がり推定精度を向上することができる。
演算器１２は、シングルモード光ファイバ２４の歪み量だけでなく、測定器１１に曲げ損失や偏波変動も測定させ、それらの物理量を数１と数２に代入して曲率κ及び捩率τを計算できる。そして、このように複数の物理量から計算した曲率κ及び捩率τを平均化あるいは中央値をとることで、より正確な曲率κ及び捩率τを取得できる。

【0032】

図８は、光ファイバケーブルセンシング装置１０が行う光ファイバケーブルセンシング方法を説明するフローチャートである。当該光ファイバケーブルセンシング方法は、
光ファイバケーブル２０に格納されたＭ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバ２４のうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバ２４に試験光を入射すること（ステップＳ０１）、
Ｎ本のシングルモード光ファイバ２４毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定すること（ステップＳ０２）、及び
光ファイバケーブル２０の長手方向の任意地点において、光ファイバケーブル２０の断面におけるＮ本のシングルモード光ファイバ２４のそれぞれの位置及び前記物理量から、光ファイバケーブル２０の前記任意地点の曲率κを数１で算出し、光ファイバケーブル２０の前記任意地点の捩率τを数２で算出すること（ステップＳ０３）、
を行う。

【0033】

演算器１２はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0034】

（実施形態２）
図９は、本実施形態の光ファイバケーブルセンシングシステム３０１の実施例を説明する図である。光ファイバケーブルセンシングシステム３０１は、前述した光ファイバケーブルセンシング装置１０と光ファイバケーブル２０で構成される。光ファイバケーブル２０は、市街地５０の道路５１の下に埋設されている。光ファイバケーブル２０からシングルモード光ファイバ２４の一つを分岐して光通信契約をしたユーザ宅へ引き込まれる。あるいは、シングルモード光ファイバ２４に接続されている光スプリッタを介してユーザ宅へ引き込んでもよい。

【0035】

光ファイバケーブルセンシングシステム３０１は、このように地下に埋設されている通信用の光ファイバケーブル２０の位置を通信会社の局舎１５側から推定するためのシステムである。このような通信用の光ファイバケーブル２０にはマルチコア光ファイバではなく汎用的なシングルモード光ファイバが採用されており、従前のマルチコア光ファイバによる３Ｄセンシング技術をそのまま適用することはできない。さらに、光ファイバケーブル２０は長距離にわたって埋設されていることが多く、全長にわたって光ファイバケーブル２０の位置を測定できることが求められる。
そして、光ファイバケーブル２０の位置を把握するためには、マンホール等の設備毎に光ファイバケーブル２０に発生する曲げを検出（曲げによって光ファイバに発生する歪を検出）する必要がある。しかし、光ファイバケーブル２０の光ファイバには、通常撚りが付与されており、この撚りによる歪も光ファイバに発生する。このため、この撚りによる歪が曲げ検出の雑音となることが課題であった。

【0036】

そこで、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１は、光ファイバケーブル２０を図１０のような構造とすることとした。
すなわち、光ファイバケーブル２０は、Ｍ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバ２４を格納し、シングルモード光ファイバ２４の撚りピッチＡが
Ａ＞Δｚ
を満たすことを特徴とする。
ただし、Δｚは、シングルモード光ファイバ２４のうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバ２４に試験光を入射し、前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する測定器１１の距離分解能である。
撚りピッチは、シングルモード光ファイバ２４がスロット２１の溝２２に沿ってスロット２１の周囲を１周する距離（ｍ）である。例えば、Ａは１０ｍである。

【0037】

より詳細に説明する。なお、以下の説明で記載する「ケーブルスケール」とは、通信用光ファイバケーブルを屋外配線したときに設備（マンホール等）毎に付与される曲げや捩じれにより発生する歪の範囲（長さ）であり、数ｍ程度の値である。敷設された光ファイバケーブルには、この「ケーブルスケール」の歪が、設備間隔で発生している。
光ファイバケーブル２０の曲げ半径や捩じれ等の知りたいケーブルスケールでシングルモード光ファイバ２４に加わる歪範囲長をＬ（ｍ）とする。シングルモード光ファイバ２４の歪Ε_ｉは測定器１１で測定できる物理量ε_ｉに対して
ε_ｉ∝Ε_ｉ×（ＬまたはΔｚの小さいほう）
と表現できる。物理量ε_ｉの単位は無次元（変化量／変化する前の長さ）である。
このため、例えば、歪Ε_ｉが大きくても、歪が起きている範囲Ｌが距離分解能Δｚより小さい場合、測定器１１で決まる測定可能な物理量限界値Δεより小さくなり測定できない可能性がある。つまり、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１が測定できる歪の限界量ΔΕは、歪の加わっている長さＬと測定分解能Δｚと測定性能Δεで決定される。

【0038】

ここで、光ファイバケーブル２０の曲げで、比較的大きなＲという範囲にΕ_ｉという弱めの歪がシングルモード光ファイバ２０に加わっていると仮定する。この場合、測定される物理量ε_ｉは、前述のように、
ε_ｉ＝Ε_ｉ×（ＲとΔｚの小さいほう）
となる。通常、測定器１１は曲げを複数点で観測できるのでＲ＞Δｚなので、
ε_ｉ＝Ε_ｉΔｚ
である。

【0039】

このとき、曲げの歪Ε_ｉが小さくても、測定器１１の距離分解能ΔｚをＲに近いより大きな値に（測定間隔を長く）することで、物理量ε_ｉを物理量限界値Δεより大きくすることができ、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１はΕ_ｉを測定することができる。

【0040】

このように、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１は光ファイバケーブル２０の撚りピッチＡを長くすることで次のような効果を得ることができる。
（１）距離分解能が低い（測定間隔が粗い）測定器１１を使用しても撚りピッチを測定でき、その結果から撚りピッチを識別することができる。つまり、撚りに基づく歪Ε_ｉは小さいが、ピッチＡを長くすること（例えば、ピッチＡを市販されている光ファイバケーブルのピッチより長くすること）で物理量ε_ｉを物理量限界値Δεより大きくして測定可能（撚りによる歪であることを判別することができる）とする。
（２）撚りピッチＡよりも小さい且つ大きなケーブルスケールに相当する範囲Ｌの歪であれば距離分解能Δｚを限りなく粗くすることで、より小さい歪も測定できるようになる。つまり、測定器１１が物理量ε_ｉを歪Ε_ｉと距離分解能Δｚとの積として測定するので、ΔｚをピッチＡに近づけることで物理量ε_ｉを物理量限界値Δεより大きくし、測定困難であるような小さい歪みも検出可能となる。
例えば、撚りピッチＡは、次のように設定することが好ましい。
撚りピッチＡは、敷設時に光ファイバケーブルに付与される曲げやねじれの長さよりも長くする。つまり、撚りピッチＡを知りたい曲げ（設備毎に発生する曲げ）の曲げ半径よりも大きい値に設定することで、光ファイバセンシング装置１０は、撚りピッチＡよりも大きい曲げ半径の緩やかなカーブを検出しなくなり、設備で発生する曲げだけを検出できるようになる。具体的には、撚りピッチＡ≧１０ｍとすることが好ましい。撚りピッチＡ＝１０ｍにすれば１０ｍも大きい曲げ半径の緩やかカーブを非検出とすることができる。

【0041】

従って、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１は、光ファイバケーブル２０のケーブル構造をケーブルスケールに合わせた測定を実現するように設計できることが特徴である。つまり、光ファイバケーブル２０の撚りによる歪を、光ファイバケーブルセンシング装置１０が検出できない程度にまで撚りピッチＡを長くすることで、設備毎に光ファイバケーブル２０に発生する曲げのみを検出できるようにしたことを特徴とする。

【0042】

図１１は、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１で行うケーブルセンシング方法を説明する図である。ケーブルセンシング方法は、
光ファイバケーブル２０にＭ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバ２４を撚りピッチＡ（ただし、Ａ＞Δｚ）で格納し、光ファイバケーブルセンシング装置１０の測定器１１に接続すること（ステップＳ００）、
シングルモード光ファイバ２４のうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバに試験光を入射すること（ステップＳ０１）、及び
前記Ｎ本のシングルモード光ファイバ毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定器１１で測定すること（ステップＳ０２）、
を行う。

【0043】

まず、所望のケーブルスケールと測定器１１の距離分解能Δｚと測定分解能Δεに基づいて、光ファイバケーブルの撚りピッチＡを決定する。そして、撚りピッチＡの光ファイバケーブル２０を測定器１１に接続する（ステップＳ００）。

【0044】

そして、光ファイバケーブルセンシングシステム３０１は、実施形態１で説明したように、測定器１１が、光ファイバケーブル２０に格納されたＭ本（Ｍは３以上の整数）のシングルモード光ファイバ２４のうち、任意のＮ本（ＮはＭ未満の整数）のシングルモード光ファイバ２４に試験光を入射し（ステップＳ０１）、Ｎ本のシングルモード光ファイバ２４毎に曲げを表す物理量の長手方向分布を測定する（ステップＳ０２）。そして、実施形態１で説明したように、演算器１２が、光ファイバケーブル２０の長手方向の任意地点において、光ファイバケーブル２０の断面におけるＮ本のシングルモード光ファイバ２４のそれぞれの位置及び前記物理量から、光ファイバケーブル２０の前記任意地点の曲率κを数１で算出し、光ファイバケーブル２０の前記任意地点の捩率τを数２で算出する（ステップＳ０３）。

【0045】

さらに、演算器１２は、数３で中心軌跡ｒ（ｓ）を演算し、光ファイバケーブル２０の軌跡を解析する。

【0046】

（他の実施形態）
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。要するにこの発明は、上位実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

【0047】

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【0048】

光ファイバケーブルセンシング装置１０はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

【符号の説明】

【0049】

１０：光ファイバケーブルセンシング装置
１１：測定器
１２：演算器
２０：光ファイバケーブル
２１：スロット
２２：溝
２３：光ファイバテープ心線
２４：シングルモード光ファイバ
５０：市街地
５１：道路
３０１：光ファイバケーブルセンシングシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】