光ファイバ分布型センサ及び光ファイバ分布型検知方法
【課題】温度分布測定又は歪分布測定の効率を向上させること。
【解決手段】光ファイバ分布型センサ１では、光源１４から出力されたプローブ光及びポンプ光が、測定対象物Ｍに設置された光ファイバ１１に対向入射し、光ファイバ１１において発生したブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光のＢＧＳが、スペクトル測定部１８によって測定される。そして、測定対象物Ｍの一部分で温度変化又は歪変化が発生し、その位置が検知された場合に、区間制御部１３によってＢＧＳを発生させる区間の長さがより小さく設定される。よって、温度変化又は歪変化が発生した位置付近においてより細かい間隔でＢＧＳを発生させることができる。従って、温度変化又は歪変化が発生した位置を高精度に特定することができる。温度変化又は歪変化が検知されなければ、比較的低い精度で測定するので、測定時間を短縮することができる。
【解決手段】光ファイバ分布型センサ１では、光源１４から出力されたプローブ光及びポンプ光が、測定対象物Ｍに設置された光ファイバ１１に対向入射し、光ファイバ１１において発生したブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光のＢＧＳが、スペクトル測定部１８によって測定される。そして、測定対象物Ｍの一部分で温度変化又は歪変化が発生し、その位置が検知された場合に、区間制御部１３によってＢＧＳを発生させる区間の長さがより小さく設定される。よって、温度変化又は歪変化が発生した位置付近においてより細かい間隔でＢＧＳを発生させることができる。従って、温度変化又は歪変化が発生した位置を高精度に特定することができる。温度変化又は歪変化が検知されなければ、比較的低い精度で測定するので、測定時間を短縮することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバから出力されるブリルアン散乱光を利用して、光ファイバの温度変化又は歪変化を検知する光ファイバ分布型センサ及び光ファイバ分布型検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバから出力されるブリルアン散乱光のブリルアンゲインスペクトル（以下、「ＢＧＳ」という）の形状は、光ファイバの温度及び歪により変化する。この変化を利用して温度及び歪を測定する技術がある。
【０００３】
ブリルアン散乱光のＢＧＳを測定する技術として、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）が知られている（下記非特許文献１参照）。このＢＯＣＤＡでは、互いに同じ変調周波数及び変調指数で周波数変調されたプローブ光及びポンプ光を光ファイバの両端から対向入射させると共に、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（以下「光周波数差」という）を掃引して、相関ピークを示す位置において発生するブリルアン散乱光のスペクトルを測定する。
【０００４】
ＢＧＳは、プローブ光及びポンプ光の変調周波数及び変調指数に依存する区間内で発生する。その区間の位置は、プローブ光及びポンプ光の位相差に依存する。
【非特許文献１】Kazuo HOTATE, et al., 「Simplified Systemof Fiber Brillouin Optical Correlation Domain Analysis for Distributed StrainSensing」, 第16回光ファイバセンサ国際会議(OFS-16), 2003年10月, We2-3, p.290-293
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ＢＯＣＤＡにおいては、ＢＧＳが発生する区間の幅を小さくして光ファイバの長手方向に沿った測定点を細かく取ることにより、高精度に温度分布又は歪分布を測定することができる。しかしながら、この場合、測定点が多くなるために測定時間が長くなり、測定効率が低下する。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、温度分布測定又は歪分布測定の効率を向上させることを可能とする光ファイバ分布型センサ及び光ファイバ分布型検知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】
【０００７】
本発明の光ファイバ分布型センサは、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、測定対象物に設置され、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力する光ファイバと、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ブリルアン散乱光によって利得を受けたプローブ光の利得ペクトル（ＢＧＳ）の形状データを測定するスペクトル測定部と、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定する制御部と、スペクトル測定部によって測定されたＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知部とを備え、制御部は、区間の位置と区間の長さのパターンを時間帯毎に設定し、設定されたパターンに基づいて測定するよう指示することを特徴とする。
【０００８】
本発明の光ファイバ分布型センサでは、光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、測定対象物に設置された光ファイバが、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、光ファイバから出力されたプローブ光を受光してＢＧＳの形状データを測定し、制御部が、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定し、検知部が、スペクトル測定部によって測定されたＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する。そして、制御部が、検知部によって測定対象物上のある領域で光ファイバの温度変化又は歪変化の発生が検知された場合に、ある領域において区間の長さをより小さく設定し、再度のＢＧＳの形状データを測定するよう指示する。よって、ある領域において温度変化又は歪変が発生するまでは、区間の長さを比較的大きく設定して測定効率を向上させることができる。また、ある領域において温度変化又は歪変が発生した場合に、温度変化又は歪変が発生した箇所の区間の長さをより小さく設定して精度よく測定することができる。
【０００９】
本発明の光ファイバ分布型検知方法では、光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、制御部が、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定し、光ファイバが、測定対象物に設置され、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、当該受光したプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する測定ステップと、検知部が、測定ステップにおいて測定されるＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知ステップと、検知ステップにおいて測定対象物上のある領域で光ファイバの温度変化又は歪変化の発生が検知された場合に、ある領域において変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さをより小さな他の値に設定すると共に、位相差を制御することによりある領域を含む領域に設定し、再度のＢＧＳの形状データを測定する制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ファイバ分布型検知方法では、光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、制御部が、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定し、光ファイバが、測定対象物に設置され、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、光ファイバから出力されたブリルアン散乱光を受光し、当該受光したブリルアン散乱光のＢＧＳの形状データを測定する。また、検知部が、測定ステップにおいて測定されるＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知し、検知部が測定対象物上のある領域で光ファイバの温度変化又は歪変化の発生を検知した場合に、ある領域において変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さをより小さな他の値に設定すると共に、位相差を制御することによりある領域を含む領域に設定し、再度のＢＧＳの形状データを測定する。よって、ある領域において温度変化又は歪変が発生するまでは、区間の長さを比較的大きく設定して測定効率を向上させることができる。また、ある領域において温度変化又は歪変が発生した場合に、温度変化又は歪変が発生した箇所の区間の長さをより小さく設定して精度よく測定することができる。
【００１１】
本発明の光ファイバ分布型検知方法では、１回目のＢＧＳの形状データの測定において、区間の長さを測定対象物上の全領域を測定することが可能な所定の長さに設定し、全領域を測定し、再度のＢＧＳの形状データの測定において、ある領域においてのみ他の値に設定することも好ましい。
【００１２】
このようにすることにより、１回目のＢＧＳの形状データの測定において、測定対象物上の全領域を測定し、再度のＢＧＳの形状データの測定において、ある領域を精度よく測定することができる。すなわち、温度分布測定又は歪分布測定の精度を的確に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度分布測定又は歪分布測定の効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ分布型センサ１の構成を示す。光ファイバ分布型センサ１は、一部が測定対象物Ｍと接して設置された光ファイバ１１から出力されるブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光のＢＧＳ形状に基づいて、測定対象物Ｍの温度分布測定又は歪分布測定を行う装置である。
【００１６】
ブリルアン散乱光は、光ファイバに入力されたポンプ光と、ポンプ光によって光ファイバ中に発生する音響波との相互作用により、ポンプ光の進行方向とは逆の方向にダウンコンバートされる散乱光である。ＢＧＳは、ブリルアン散乱光によって利得を受けたプローブ光の利得スペクトルである。
【００１７】
図２は、ＢＧＳを示すグラフである。図２に示すように、ＢＧＳは、プローブ光とポンプ光との光周波数差をνとして、式（１）のローレンツ型関数で表される。
【数１】
式（１）において、g0は最大ゲイン、νBは中心周波数、ΔνBは線幅（半値全幅）を示す。最大ゲインg0、中心周波数νB、及び線幅ΔνBは、ＢＧＳを特徴付けるパラメタである。これらのパラメタは、光ファイバにおけるブリルアン散乱光が発生した発生位置の温度又は歪に依存して変化する。
【００１８】
このブリルアン散乱光は、光ファイバに対向入射したプローブ光とポンプ光との相関ピークを示す位置において発生する。ブリルアン散乱光は、プローブ光及びポンプ光の周波数変調の変調周波数及び変調指数に依存する幅の区間内で発生する。ＢＧＳを発生させる区間の長さは、式（２）によって示される。
【数２】
式（２）において、ｕｇはプローブ光及びポンプ光の群速度、ｍは変調指数、νｍは変調周波数を示す。なお、この区間の位置は、プローブ光及びポンプ光の位相差に依存する。
【００１９】
光ファイバ分布型センサ１では、各区間で発生させたＢＧＳを測定し、そのＢＧＳ形状の変化に基づいてＢＧＳが発生した区間の温度変化又は歪変化を検出し、光ファイバ１１に沿った温度分布又は歪分布を測定することができる。
【００２０】
測定対象物Ｍは、超伝導モータの超伝導コイルである。超伝導コイルを超伝導状態に保つためには、超伝導材を一定温度以下に保つ必要がある。また、超伝導材に流すことのできる電流は、超伝導材の温度に依存する。これらの理由から、超伝導コイルの温度分布を測定することは重要である。
【００２１】
測定対象物Ｍである超伝導コイルは、本実施形態では、超伝導材をリール状に巻いて内周０．５ｍ、外周１．０ｍの環状にそれぞれ形成された２０巻のリールＭ１〜Ｍ２０を重ねて中空円筒状に形成されている。
【００２２】
光ファイバ１１は、図１及び図３に示すように、測定対象物Ｍの内側面及び外側面に沿って螺旋状に巻かれて、リールＭ１〜Ｍ２０の内側面及び外側面をそれぞれ１周するように設置されている。図４は、光ファイバ１１における測定対象物Ｍに接する始点から終点の各位置に対して、その各位置と接する測定対象物Ｍの各部分を示す。
【００２３】
図４に示すように、光ファイバ１１における０ｍ（始点）〜約１０ｍまでの区間は各リールＭ１〜Ｍ２０の内周面に接し、長さ０．５ｍ当たりが１つのリールに相当する。それに続く約１０ｍ〜約２０ｍの区間はリールＭ２０〜Ｍ１１の外周面に接し、長さ１．０ｍ当たりが１つのリールに相当する。更にそれに続く約２０ｍ〜約３０ｍ（終点）の区間はリールＭ１０〜Ｍ１の外周面に接し、長さ１．０ｍ当たりが１つのリールに相当する。なお、光ファイバ１１についてリール２０の内周面から外周面をつなぐ部分は、図４において省略されている。
【００２４】
引き続き、図１を参照して光ファイバ分布型センサ１の構成について詳細に説明する。光ファイバ分布型センサ１は、上述したように測定対象物Ｍに設置された光ファイバ１１、位置制御部１２、区間制御部１３、光源１４、光分岐器１５、光遅延器１６、サーキュレータ１７、スペクトル測定部１８、及び検知部１９を備える。
【００２５】
位置制御部１２は、光源１４が出力するプローブ光とポンプ光との位相差を制御することにより、光ファイバ１１においてＢＧＳを発生させる区間の位置を設定する。位相差の制御は、位置制御部１２が、プローブ光とポンプ光との位相差を指示する位相指示値を光源１４へ出力することにより実行する。位相指示値は、位相差の値であっても良いし、他方の光の位相を固定した場合は一方の光の位相を示す値であってもよい。
【００２６】
位置制御部１２は、通常、測定対象物Ｍ上の光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間でＢＧＳを発生させるように位相指示値を設定する。検知部１９によって温度変化又は歪変化が発生した位置が検知された場合は、検知部１９によって検知された位置付近における長手方向に沿って新たに設定された各区間でＢＧＳを発生させるように位相差を制御する。
【００２７】
区間制御部１３は、光源１４がプローブ光及びポンプ光を変調する変調周波数及び変調指数を制御することにより、ＢＧＳが発生する区間の長さを設定する。変調周波数及び変調指数の制御は、区間制御部１３が、変調周波数及び変調指数を指示する変調指示値を光源１４へ出力することにより実行する。
【００２８】
区間制御部１３は、検知部１９によって温度変化又は歪変化が発生した位置が検知された場合に、区間の長さをより小さくするように、変調周波数及び変調指数を制御する。例えば、区間制御部１３は、通常、区間の長さが１０ｍ程度となるように変調指示値を設定し、検知部１９が温度変化を検知すると、区間の長さが１ｍ程度となるように変調指示値を設定し、再度のＢＧＳ形状データを測定するようスペクトル測定部１８へ指示を出力する。更に、区間制御部１３は、検知部１９が温度変化を検知すると区間の長さが０．５ｍ程度となるように変調指示値を設定し、再度のＢＧＳ形状データを測定するようスペクトル測定部１８へ指示を出力する。
【００２９】
光源１４は、位置制御部１２から出力された変調指示値に応じて互いに同じ変調周波数及び変調指数で変調すると共に、区間制御部１３から出力された位相指示値に応じて互いの位相差を設定したプローブ光及びポンプ光を出力する。また、光源１４は、プローブ光及びポンプ光の光周波数差を掃引して出力する。
【００３０】
例えば、光源１４は、プローブ光とポンプ光とを約１００μ秒程度の周期で交互に出力する。光源１４は、同一の変調周波数及び変調指数で変調すると共に、プローブ光とポンプ光と位相差を設定する。同時に、光源１４は、プローブ光の中心周波数に対して１０〜１１ＧＨｚの範囲でポンプ光の中心周波数をシフトすることにより、プローブ光とポンプ光との光周波数差を１０〜１１ＧＨｚの範囲で掃引する。
【００３１】
光分岐器１５は、光源１４から出力されたプローブ光とポンプ光とを分岐する。
【００３２】
光遅延器１６は、１０Ｋｍ程度の光ファイバで構成され、光分岐器１５によって分岐されたプローブ光を入力して５０μ秒程度の遅延を与える。このようにすることにより、光源１４から１００μ秒周期で交互に出力されるプローブ光とポンプ光とのタイミングを一致させることができる。
【００３３】
光ファイバ１１は、一端が光遅延器１６に接続されて、光遅延器１６から出力されたプローブ光を入力する。光ファイバ１１の他端は、光分岐器１５によって分岐されたポンプ光を入力する。光ファイバ１１では、対向入射したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い位相差に依存する位置でブリルアン散乱光が発生し、発生したブリルアン散乱光が出力される。
【００３４】
スペクトル測定部１８は、光ファイバ１１からサーキュレータ１７を経て出力され、ブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光を受光し、受光したプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する。スペクトル測定部１８は、光ファイバ１１において測定対象物Ｍと接した各位置において発生するブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する。スペクトル測定部１８は、ＢＳＧ形状を示す測定値を検知部１９へ出力する。測定値として、ＢＧＳ形状を特徴付けるパラメタを用いる。
【００３５】
検知部１９は、スペクトル測定部１８から出力された測定値に基づいて、光ファイバ１１の温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する。検知部１９は、予め、通常温度又は通常の歪状態のときのＢＧＳ形状を格納している。検知部１９は、格納されたＢＧＳ形状データと、スペクトル測定部１８から出力された測定値とを比較して、変化を検出する。
【００３６】
検知部１９は、ＢＧＳ形状の変化を検知すると、区間制御部１３及び位置制御部１２によって出力された変調指示値及び位相指示値を参照して、ＢＧＳが発生した位置を特定する。そして、特定した位置を示す信号を位置制御部１２及び区間制御部１３へ出力する。この信号に応じて、位置制御部１２及び区間制御部１３は、ＢＧＳを発生させる区間の長さ及びその区間の位置を設定する。
【００３７】
引き続いて、図５及び図６を参照して光ファイバ分布型センサ１の動作について説明する。例として、リール４の内側に異常が発生して、温度が上昇した場合について説明する。図６（ａ）は、図４と同様に、光ファイバ１１における測定対象物Ｍに接する始点から終点の各位置に対して、その各位置と接する測定対象物Ｍの各部分を示す。
【００３８】
まず、区間制御部１３によって変調指示値が出力されて、ＢＧＳを発生させる区間の長さが初期値として１０ｍ程度に設定される（Ｓ１）。ＢＧＳを発生させる区間の長さが初期値に設定されると、位置制御部１２によって位相指示値が出力されて、図６（ｂ）に示すように、ＢＧＳを発生させる区間（測定区間）が設定される（Ｓ２）。区間の長さは初期値として約１０ｍに設定され、０〜１０ｍの区間、１０ｍ〜２０ｍの区間、２０ｍ〜３０ｍの区間のいずれかに測定区間が設定される（制御ステップ）。
【００３９】
測定区間が設定されると、変調指示値に応じて変調されると共に位相指示値に応じて位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光が、その光周波数差を掃引されて光源１４によって出力される。出力されたプローブ光及びポンプ光が、光ファイバ１１に対向入射し、光ファイバ１１において発生するブリルアン散乱光が、光ファイバ１１から出力される。そして、ブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光が、スペクトル測定部１８によって受光され、そのＢＧＳが測定される（Ｓ３）。
【００４０】
ＢＧＳが測定されると、測定区間のＢＧＳ形状に変化があるか否かに基づいて温度変化の有無が判定され、温度変化がない場合（Ｓ４でＮＯ）は、ステップ２に戻り、新たな測定区間が設定される。このようにして、温度変化が発生するまでは、区間の長さが１０ｍ程度の状態で、光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間（図６（ｂ））が順に測定される。
【００４１】
温度変化がある場合（Ｓ４でＹＥＳ）は、その測定区間が検知される（Ｓ５）。０〜１０ｍの区間における温度変化が検知されると、区間制御部１３によって変調指示値が出力され、区間の長さが１ｍ程度に設定される（Ｓ６）。区間の長さが小さく設定されると、位置制御部１２によって位相指示値が出力され、図６（ｃ）に示すように、ＢＧＳを発生させる区間が新たに設定される（Ｓ７）。区間の長さが約１ｍに設定されると、０〜１．０ｍの区間、１．０〜２．０ｍの区間、・・・、９．０〜１０．０ｍの区間のいずれかに測定区間が設定される。
【００４２】
測定区間が設定されると、ステップ３と同様にして、ＢＧＳが測定される（Ｓ８）。ＢＧＳが測定されると、測定位置のＢＧＳ形状に変化があるか否かに基づいて温度変化の有無が判定され、温度変化がない場合（Ｓ９でＮＯ）は、ステップ７に戻り、新たな測定区間が設定される。このようにして、温度変化が検知されるまで、区間の長さが１ｍ程度の状態で、光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間（図６（ｃ））が順に測定される。
【００４３】
温度変化がある場合（Ｓ９でＹＥＳ）は、その測定区間が検知される（Ｓ１０）。３．０〜４．０ｍの区間の温度変化が検知されると、区間制御部１３によって変調指示値が出力されて、区間の長さが０．５ｍ程度に設定される（Ｓ１１）。区間の長さがより小さく設定されると、位置制御部１２によって位相指示値が出力されて、図６（ｄ）に示すように、ＢＧＳを発生させる区間が新たに設定される（Ｓ１２）。区間の長さが約０．５ｍに設定されると、３．０〜３．５ｍの区間、３．５〜４．５ｍの区間のいずれかに測定区間が設定される。
【００４４】
測定区間が設定されると、ステップ３と同様にして、ＢＧＳが測定される（Ｓ１３）。ＢＧＳが測定されると、測定区間のＢＧＳ形状に変化があるか否かに基づいて温度変化の有無が判定され、温度変化がない場合（Ｓ１４でＮＯ）は、ステップ７に戻り、新たな測定区間が設定される。このようにして、温度変化が検知されるまで、区間の長さが０．５ｍ程度の状態で、光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間（図６（ｄ））が順に測定される。
【００４５】
温度変化がある場合（Ｓ１４でＹＥＳ）は、その測定区間が検知される（Ｓ１５）。このようにして、リール４の内側に温度変化が発生した場合に、その位置が検出される。
【００４６】
例えば、１区間の長さが１０ｍの場合、１つの測定区間の測定時間は、０．１秒程度であるので、上記３つの区間の測定時間は、０．３秒程度である。０〜１０ｍの部分を１区間の長さ１ｍで測定した場合、測定時間は、１．０秒程度である。３．０〜４．０ｍの部分を１区間の長さ０．５ｍで測定した場合、測定時間は、０．２秒程度である。
【００４７】
本実施形態に係る光ファイバ分布型センサ１では、光ファイバ１１の測定対称物Ｍに接する領域において温度変化又は歪変が発生するまでは、区間の長さを比較的大きく設定して測定効率を向上させることができる。また、光ファイバ１１の測定対称物Ｍに接する領域において温度変化又は歪変が発生した場合に、温度変化又は歪変が発生した箇所の区間の長さをより小さく設定して精度よく測定することができる。
【００４８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、温度変化を検知した場合、温度変化又は歪変化が発生した区間のみを測定した。温度変化を検知した場合に、その温度変化が発生した区間をより小さい区間に分割して測定し、その他の部分は、区間の長さを初期値に固定して測定してもよい。
【００４９】
その場合、最初、上記実施形態と同様に、１つの区間の長さ１０ｍ程度で３つの区間を順に測定する（図７（ｂ））。０〜１０ｍの区間で温度変化を検知した場合、０〜１０ｍの区間は、１ｍ程度の区間に分割して測定し、１０〜２０ｍの区間及び２０〜３０ｍの区間は、１つの区間の長さ１０ｍ程度で２回測定する（図７（ｅ））。その後、３．０〜４．０ｍの区間で異常を検知した場合、その区間のみ０．５ｍ程度の区間に分割して測定し、その他の区間は、１０ｍ程度の区間で測定する（図７（ｆ））。このようにしても、温度分布測定の効率を向上させることができる。なお、更に区間の長さを小さく設定して測定を行うことにより、リールＭ４の内周部のどの部分で温度が上昇したか検出することも可能である。
【００５０】
上記実施形態では、一つの超電導コイルが測定対象であるが、測定対象は一つに限定されず、例えば複数の超電導コイルについて一本の光ファイバで温度測定を行う場合にも、本願発明の方法は有効である。また、本願発明による温度測定の対象は超電導コイルに限定されない。また、本願発明で測定する物理量は温度に限定されず、歪にも適用可能である。
【００５１】
上記実施形態では、検出部２９が温度変化又は歪変化の発生を検知した場合に、区間制御部１３が区間の長さをより小さく設定したがこれに限られない。１回目のＢＧＳの形状データの測定において、区間の長さを測定対象物Ｍ上の全領域を測定することが可能な所定の長さに設定し、全領域を測定し、再度のＢＧＳの形状データの測定において、上記ある領域においてのみ区間の長さを他の値に設定してもよい。例えば、通常は、区間の長さを１０ｍ程度に設定して全域を測定し、１日１回は区間の長さを０．５ｍ程度に設定して測定を行ってもよい。この場合、位置制御部１２及び区間制御部１３は、区間の位置と区間の長さのパターンを時間帯毎に設定し、設定されたパターンに基づいて測定するよう指示する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る光ファイバ分布型センサの構成図である。
【図２】ＢＧＳを示すグラフである。
【図３】本実施形態に係る光ファイバが配された測定対象物の断面図である。
【図４】本実施形態に係る光ファイバと測定対象物の関係を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光ファイバ分布型センサの動作を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る光ファイバ分布型センサにおいてブリルアン散乱光を発生させる区間の長さを示す図である。
【図７】本実施形態の変形例に係る光ファイバ分布型センサにおいてブリルアン散乱光を発生させる区間の長さを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…光ファイバ分布型センサ、１１…光ファイバ、１２…位置制御部（制御部）、１３…区間制御部（制御部）、１４…光源、１８…スペクトル測定部、１９…検知部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバから出力されるブリルアン散乱光を利用して、光ファイバの温度変化又は歪変化を検知する光ファイバ分布型センサ及び光ファイバ分布型検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバから出力されるブリルアン散乱光のブリルアンゲインスペクトル（以下、「ＢＧＳ」という）の形状は、光ファイバの温度及び歪により変化する。この変化を利用して温度及び歪を測定する技術がある。
【０００３】
ブリルアン散乱光のＢＧＳを測定する技術として、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）が知られている（下記非特許文献１参照）。このＢＯＣＤＡでは、互いに同じ変調周波数及び変調指数で周波数変調されたプローブ光及びポンプ光を光ファイバの両端から対向入射させると共に、プローブ光及びポンプ光それぞれの中心周波数の差（以下「光周波数差」という）を掃引して、相関ピークを示す位置において発生するブリルアン散乱光のスペクトルを測定する。
【０００４】
ＢＧＳは、プローブ光及びポンプ光の変調周波数及び変調指数に依存する区間内で発生する。その区間の位置は、プローブ光及びポンプ光の位相差に依存する。
【非特許文献１】Kazuo HOTATE, et al., 「Simplified Systemof Fiber Brillouin Optical Correlation Domain Analysis for Distributed StrainSensing」, 第16回光ファイバセンサ国際会議(OFS-16), 2003年10月, We2-3, p.290-293
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ＢＯＣＤＡにおいては、ＢＧＳが発生する区間の幅を小さくして光ファイバの長手方向に沿った測定点を細かく取ることにより、高精度に温度分布又は歪分布を測定することができる。しかしながら、この場合、測定点が多くなるために測定時間が長くなり、測定効率が低下する。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、温度分布測定又は歪分布測定の効率を向上させることを可能とする光ファイバ分布型センサ及び光ファイバ分布型検知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】
【０００７】
本発明の光ファイバ分布型センサは、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、測定対象物に設置され、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力する光ファイバと、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、ブリルアン散乱光によって利得を受けたプローブ光の利得ペクトル（ＢＧＳ）の形状データを測定するスペクトル測定部と、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定する制御部と、スペクトル測定部によって測定されたＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知部とを備え、制御部は、区間の位置と区間の長さのパターンを時間帯毎に設定し、設定されたパターンに基づいて測定するよう指示することを特徴とする。
【０００８】
本発明の光ファイバ分布型センサでは、光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、測定対象物に設置された光ファイバが、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、光ファイバから出力されたプローブ光を受光してＢＧＳの形状データを測定し、制御部が、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定し、検知部が、スペクトル測定部によって測定されたＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する。そして、制御部が、検知部によって測定対象物上のある領域で光ファイバの温度変化又は歪変化の発生が検知された場合に、ある領域において区間の長さをより小さく設定し、再度のＢＧＳの形状データを測定するよう指示する。よって、ある領域において温度変化又は歪変が発生するまでは、区間の長さを比較的大きく設定して測定効率を向上させることができる。また、ある領域において温度変化又は歪変が発生した場合に、温度変化又は歪変が発生した箇所の区間の長さをより小さく設定して精度よく測定することができる。
【０００９】
本発明の光ファイバ分布型検知方法では、光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、制御部が、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定し、光ファイバが、測定対象物に設置され、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、当該受光したプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する測定ステップと、検知部が、測定ステップにおいて測定されるＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知ステップと、検知ステップにおいて測定対象物上のある領域で光ファイバの温度変化又は歪変化の発生が検知された場合に、ある領域において変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さをより小さな他の値に設定すると共に、位相差を制御することによりある領域を含む領域に設定し、再度のＢＧＳの形状データを測定する制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ファイバ分布型検知方法では、光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、制御部が、変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、位相差を制御することにより区間の位置を光ファイバの長手方向に沿って設定し、光ファイバが、測定対象物に設置され、光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、光ファイバから出力されたブリルアン散乱光を受光し、当該受光したブリルアン散乱光のＢＧＳの形状データを測定する。また、検知部が、測定ステップにおいて測定されるＢＧＳの形状データに基づいて光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知し、検知部が測定対象物上のある領域で光ファイバの温度変化又は歪変化の発生を検知した場合に、ある領域において変調周波数又は変調指数を制御することによりＢＧＳを発生させる区間の長さをより小さな他の値に設定すると共に、位相差を制御することによりある領域を含む領域に設定し、再度のＢＧＳの形状データを測定する。よって、ある領域において温度変化又は歪変が発生するまでは、区間の長さを比較的大きく設定して測定効率を向上させることができる。また、ある領域において温度変化又は歪変が発生した場合に、温度変化又は歪変が発生した箇所の区間の長さをより小さく設定して精度よく測定することができる。
【００１１】
本発明の光ファイバ分布型検知方法では、１回目のＢＧＳの形状データの測定において、区間の長さを測定対象物上の全領域を測定することが可能な所定の長さに設定し、全領域を測定し、再度のＢＧＳの形状データの測定において、ある領域においてのみ他の値に設定することも好ましい。
【００１２】
このようにすることにより、１回目のＢＧＳの形状データの測定において、測定対象物上の全領域を測定し、再度のＢＧＳの形状データの測定において、ある領域を精度よく測定することができる。すなわち、温度分布測定又は歪分布測定の精度を的確に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度分布測定又は歪分布測定の効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、第１実施形態に係る光ファイバ分布型センサ１の構成を示す。光ファイバ分布型センサ１は、一部が測定対象物Ｍと接して設置された光ファイバ１１から出力されるブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光のＢＧＳ形状に基づいて、測定対象物Ｍの温度分布測定又は歪分布測定を行う装置である。
【００１６】
ブリルアン散乱光は、光ファイバに入力されたポンプ光と、ポンプ光によって光ファイバ中に発生する音響波との相互作用により、ポンプ光の進行方向とは逆の方向にダウンコンバートされる散乱光である。ＢＧＳは、ブリルアン散乱光によって利得を受けたプローブ光の利得スペクトルである。
【００１７】
図２は、ＢＧＳを示すグラフである。図２に示すように、ＢＧＳは、プローブ光とポンプ光との光周波数差をνとして、式（１）のローレンツ型関数で表される。
【数１】
式（１）において、g0は最大ゲイン、νBは中心周波数、ΔνBは線幅（半値全幅）を示す。最大ゲインg0、中心周波数νB、及び線幅ΔνBは、ＢＧＳを特徴付けるパラメタである。これらのパラメタは、光ファイバにおけるブリルアン散乱光が発生した発生位置の温度又は歪に依存して変化する。
【００１８】
このブリルアン散乱光は、光ファイバに対向入射したプローブ光とポンプ光との相関ピークを示す位置において発生する。ブリルアン散乱光は、プローブ光及びポンプ光の周波数変調の変調周波数及び変調指数に依存する幅の区間内で発生する。ＢＧＳを発生させる区間の長さは、式（２）によって示される。
【数２】
式（２）において、ｕｇはプローブ光及びポンプ光の群速度、ｍは変調指数、νｍは変調周波数を示す。なお、この区間の位置は、プローブ光及びポンプ光の位相差に依存する。
【００１９】
光ファイバ分布型センサ１では、各区間で発生させたＢＧＳを測定し、そのＢＧＳ形状の変化に基づいてＢＧＳが発生した区間の温度変化又は歪変化を検出し、光ファイバ１１に沿った温度分布又は歪分布を測定することができる。
【００２０】
測定対象物Ｍは、超伝導モータの超伝導コイルである。超伝導コイルを超伝導状態に保つためには、超伝導材を一定温度以下に保つ必要がある。また、超伝導材に流すことのできる電流は、超伝導材の温度に依存する。これらの理由から、超伝導コイルの温度分布を測定することは重要である。
【００２１】
測定対象物Ｍである超伝導コイルは、本実施形態では、超伝導材をリール状に巻いて内周０．５ｍ、外周１．０ｍの環状にそれぞれ形成された２０巻のリールＭ１〜Ｍ２０を重ねて中空円筒状に形成されている。
【００２２】
光ファイバ１１は、図１及び図３に示すように、測定対象物Ｍの内側面及び外側面に沿って螺旋状に巻かれて、リールＭ１〜Ｍ２０の内側面及び外側面をそれぞれ１周するように設置されている。図４は、光ファイバ１１における測定対象物Ｍに接する始点から終点の各位置に対して、その各位置と接する測定対象物Ｍの各部分を示す。
【００２３】
図４に示すように、光ファイバ１１における０ｍ（始点）〜約１０ｍまでの区間は各リールＭ１〜Ｍ２０の内周面に接し、長さ０．５ｍ当たりが１つのリールに相当する。それに続く約１０ｍ〜約２０ｍの区間はリールＭ２０〜Ｍ１１の外周面に接し、長さ１．０ｍ当たりが１つのリールに相当する。更にそれに続く約２０ｍ〜約３０ｍ（終点）の区間はリールＭ１０〜Ｍ１の外周面に接し、長さ１．０ｍ当たりが１つのリールに相当する。なお、光ファイバ１１についてリール２０の内周面から外周面をつなぐ部分は、図４において省略されている。
【００２４】
引き続き、図１を参照して光ファイバ分布型センサ１の構成について詳細に説明する。光ファイバ分布型センサ１は、上述したように測定対象物Ｍに設置された光ファイバ１１、位置制御部１２、区間制御部１３、光源１４、光分岐器１５、光遅延器１６、サーキュレータ１７、スペクトル測定部１８、及び検知部１９を備える。
【００２５】
位置制御部１２は、光源１４が出力するプローブ光とポンプ光との位相差を制御することにより、光ファイバ１１においてＢＧＳを発生させる区間の位置を設定する。位相差の制御は、位置制御部１２が、プローブ光とポンプ光との位相差を指示する位相指示値を光源１４へ出力することにより実行する。位相指示値は、位相差の値であっても良いし、他方の光の位相を固定した場合は一方の光の位相を示す値であってもよい。
【００２６】
位置制御部１２は、通常、測定対象物Ｍ上の光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間でＢＧＳを発生させるように位相指示値を設定する。検知部１９によって温度変化又は歪変化が発生した位置が検知された場合は、検知部１９によって検知された位置付近における長手方向に沿って新たに設定された各区間でＢＧＳを発生させるように位相差を制御する。
【００２７】
区間制御部１３は、光源１４がプローブ光及びポンプ光を変調する変調周波数及び変調指数を制御することにより、ＢＧＳが発生する区間の長さを設定する。変調周波数及び変調指数の制御は、区間制御部１３が、変調周波数及び変調指数を指示する変調指示値を光源１４へ出力することにより実行する。
【００２８】
区間制御部１３は、検知部１９によって温度変化又は歪変化が発生した位置が検知された場合に、区間の長さをより小さくするように、変調周波数及び変調指数を制御する。例えば、区間制御部１３は、通常、区間の長さが１０ｍ程度となるように変調指示値を設定し、検知部１９が温度変化を検知すると、区間の長さが１ｍ程度となるように変調指示値を設定し、再度のＢＧＳ形状データを測定するようスペクトル測定部１８へ指示を出力する。更に、区間制御部１３は、検知部１９が温度変化を検知すると区間の長さが０．５ｍ程度となるように変調指示値を設定し、再度のＢＧＳ形状データを測定するようスペクトル測定部１８へ指示を出力する。
【００２９】
光源１４は、位置制御部１２から出力された変調指示値に応じて互いに同じ変調周波数及び変調指数で変調すると共に、区間制御部１３から出力された位相指示値に応じて互いの位相差を設定したプローブ光及びポンプ光を出力する。また、光源１４は、プローブ光及びポンプ光の光周波数差を掃引して出力する。
【００３０】
例えば、光源１４は、プローブ光とポンプ光とを約１００μ秒程度の周期で交互に出力する。光源１４は、同一の変調周波数及び変調指数で変調すると共に、プローブ光とポンプ光と位相差を設定する。同時に、光源１４は、プローブ光の中心周波数に対して１０〜１１ＧＨｚの範囲でポンプ光の中心周波数をシフトすることにより、プローブ光とポンプ光との光周波数差を１０〜１１ＧＨｚの範囲で掃引する。
【００３１】
光分岐器１５は、光源１４から出力されたプローブ光とポンプ光とを分岐する。
【００３２】
光遅延器１６は、１０Ｋｍ程度の光ファイバで構成され、光分岐器１５によって分岐されたプローブ光を入力して５０μ秒程度の遅延を与える。このようにすることにより、光源１４から１００μ秒周期で交互に出力されるプローブ光とポンプ光とのタイミングを一致させることができる。
【００３３】
光ファイバ１１は、一端が光遅延器１６に接続されて、光遅延器１６から出力されたプローブ光を入力する。光ファイバ１１の他端は、光分岐器１５によって分岐されたポンプ光を入力する。光ファイバ１１では、対向入射したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い位相差に依存する位置でブリルアン散乱光が発生し、発生したブリルアン散乱光が出力される。
【００３４】
スペクトル測定部１８は、光ファイバ１１からサーキュレータ１７を経て出力され、ブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光を受光し、受光したプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する。スペクトル測定部１８は、光ファイバ１１において測定対象物Ｍと接した各位置において発生するブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する。スペクトル測定部１８は、ＢＳＧ形状を示す測定値を検知部１９へ出力する。測定値として、ＢＧＳ形状を特徴付けるパラメタを用いる。
【００３５】
検知部１９は、スペクトル測定部１８から出力された測定値に基づいて、光ファイバ１１の温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する。検知部１９は、予め、通常温度又は通常の歪状態のときのＢＧＳ形状を格納している。検知部１９は、格納されたＢＧＳ形状データと、スペクトル測定部１８から出力された測定値とを比較して、変化を検出する。
【００３６】
検知部１９は、ＢＧＳ形状の変化を検知すると、区間制御部１３及び位置制御部１２によって出力された変調指示値及び位相指示値を参照して、ＢＧＳが発生した位置を特定する。そして、特定した位置を示す信号を位置制御部１２及び区間制御部１３へ出力する。この信号に応じて、位置制御部１２及び区間制御部１３は、ＢＧＳを発生させる区間の長さ及びその区間の位置を設定する。
【００３７】
引き続いて、図５及び図６を参照して光ファイバ分布型センサ１の動作について説明する。例として、リール４の内側に異常が発生して、温度が上昇した場合について説明する。図６（ａ）は、図４と同様に、光ファイバ１１における測定対象物Ｍに接する始点から終点の各位置に対して、その各位置と接する測定対象物Ｍの各部分を示す。
【００３８】
まず、区間制御部１３によって変調指示値が出力されて、ＢＧＳを発生させる区間の長さが初期値として１０ｍ程度に設定される（Ｓ１）。ＢＧＳを発生させる区間の長さが初期値に設定されると、位置制御部１２によって位相指示値が出力されて、図６（ｂ）に示すように、ＢＧＳを発生させる区間（測定区間）が設定される（Ｓ２）。区間の長さは初期値として約１０ｍに設定され、０〜１０ｍの区間、１０ｍ〜２０ｍの区間、２０ｍ〜３０ｍの区間のいずれかに測定区間が設定される（制御ステップ）。
【００３９】
測定区間が設定されると、変調指示値に応じて変調されると共に位相指示値に応じて位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光が、その光周波数差を掃引されて光源１４によって出力される。出力されたプローブ光及びポンプ光が、光ファイバ１１に対向入射し、光ファイバ１１において発生するブリルアン散乱光が、光ファイバ１１から出力される。そして、ブリルアン散乱光により利得を得たプローブ光が、スペクトル測定部１８によって受光され、そのＢＧＳが測定される（Ｓ３）。
【００４０】
ＢＧＳが測定されると、測定区間のＢＧＳ形状に変化があるか否かに基づいて温度変化の有無が判定され、温度変化がない場合（Ｓ４でＮＯ）は、ステップ２に戻り、新たな測定区間が設定される。このようにして、温度変化が発生するまでは、区間の長さが１０ｍ程度の状態で、光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間（図６（ｂ））が順に測定される。
【００４１】
温度変化がある場合（Ｓ４でＹＥＳ）は、その測定区間が検知される（Ｓ５）。０〜１０ｍの区間における温度変化が検知されると、区間制御部１３によって変調指示値が出力され、区間の長さが１ｍ程度に設定される（Ｓ６）。区間の長さが小さく設定されると、位置制御部１２によって位相指示値が出力され、図６（ｃ）に示すように、ＢＧＳを発生させる区間が新たに設定される（Ｓ７）。区間の長さが約１ｍに設定されると、０〜１．０ｍの区間、１．０〜２．０ｍの区間、・・・、９．０〜１０．０ｍの区間のいずれかに測定区間が設定される。
【００４２】
測定区間が設定されると、ステップ３と同様にして、ＢＧＳが測定される（Ｓ８）。ＢＧＳが測定されると、測定位置のＢＧＳ形状に変化があるか否かに基づいて温度変化の有無が判定され、温度変化がない場合（Ｓ９でＮＯ）は、ステップ７に戻り、新たな測定区間が設定される。このようにして、温度変化が検知されるまで、区間の長さが１ｍ程度の状態で、光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間（図６（ｃ））が順に測定される。
【００４３】
温度変化がある場合（Ｓ９でＹＥＳ）は、その測定区間が検知される（Ｓ１０）。３．０〜４．０ｍの区間の温度変化が検知されると、区間制御部１３によって変調指示値が出力されて、区間の長さが０．５ｍ程度に設定される（Ｓ１１）。区間の長さがより小さく設定されると、位置制御部１２によって位相指示値が出力されて、図６（ｄ）に示すように、ＢＧＳを発生させる区間が新たに設定される（Ｓ１２）。区間の長さが約０．５ｍに設定されると、３．０〜３．５ｍの区間、３．５〜４．５ｍの区間のいずれかに測定区間が設定される。
【００４４】
測定区間が設定されると、ステップ３と同様にして、ＢＧＳが測定される（Ｓ１３）。ＢＧＳが測定されると、測定区間のＢＧＳ形状に変化があるか否かに基づいて温度変化の有無が判定され、温度変化がない場合（Ｓ１４でＮＯ）は、ステップ７に戻り、新たな測定区間が設定される。このようにして、温度変化が検知されるまで、区間の長さが０．５ｍ程度の状態で、光ファイバ１１の長手方向に沿った各区間（図６（ｄ））が順に測定される。
【００４５】
温度変化がある場合（Ｓ１４でＹＥＳ）は、その測定区間が検知される（Ｓ１５）。このようにして、リール４の内側に温度変化が発生した場合に、その位置が検出される。
【００４６】
例えば、１区間の長さが１０ｍの場合、１つの測定区間の測定時間は、０．１秒程度であるので、上記３つの区間の測定時間は、０．３秒程度である。０〜１０ｍの部分を１区間の長さ１ｍで測定した場合、測定時間は、１．０秒程度である。３．０〜４．０ｍの部分を１区間の長さ０．５ｍで測定した場合、測定時間は、０．２秒程度である。
【００４７】
本実施形態に係る光ファイバ分布型センサ１では、光ファイバ１１の測定対称物Ｍに接する領域において温度変化又は歪変が発生するまでは、区間の長さを比較的大きく設定して測定効率を向上させることができる。また、光ファイバ１１の測定対称物Ｍに接する領域において温度変化又は歪変が発生した場合に、温度変化又は歪変が発生した箇所の区間の長さをより小さく設定して精度よく測定することができる。
【００４８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、温度変化を検知した場合、温度変化又は歪変化が発生した区間のみを測定した。温度変化を検知した場合に、その温度変化が発生した区間をより小さい区間に分割して測定し、その他の部分は、区間の長さを初期値に固定して測定してもよい。
【００４９】
その場合、最初、上記実施形態と同様に、１つの区間の長さ１０ｍ程度で３つの区間を順に測定する（図７（ｂ））。０〜１０ｍの区間で温度変化を検知した場合、０〜１０ｍの区間は、１ｍ程度の区間に分割して測定し、１０〜２０ｍの区間及び２０〜３０ｍの区間は、１つの区間の長さ１０ｍ程度で２回測定する（図７（ｅ））。その後、３．０〜４．０ｍの区間で異常を検知した場合、その区間のみ０．５ｍ程度の区間に分割して測定し、その他の区間は、１０ｍ程度の区間で測定する（図７（ｆ））。このようにしても、温度分布測定の効率を向上させることができる。なお、更に区間の長さを小さく設定して測定を行うことにより、リールＭ４の内周部のどの部分で温度が上昇したか検出することも可能である。
【００５０】
上記実施形態では、一つの超電導コイルが測定対象であるが、測定対象は一つに限定されず、例えば複数の超電導コイルについて一本の光ファイバで温度測定を行う場合にも、本願発明の方法は有効である。また、本願発明による温度測定の対象は超電導コイルに限定されない。また、本願発明で測定する物理量は温度に限定されず、歪にも適用可能である。
【００５１】
上記実施形態では、検出部２９が温度変化又は歪変化の発生を検知した場合に、区間制御部１３が区間の長さをより小さく設定したがこれに限られない。１回目のＢＧＳの形状データの測定において、区間の長さを測定対象物Ｍ上の全領域を測定することが可能な所定の長さに設定し、全領域を測定し、再度のＢＧＳの形状データの測定において、上記ある領域においてのみ区間の長さを他の値に設定してもよい。例えば、通常は、区間の長さを１０ｍ程度に設定して全域を測定し、１日１回は区間の長さを０．５ｍ程度に設定して測定を行ってもよい。この場合、位置制御部１２及び区間制御部１３は、区間の位置と区間の長さのパターンを時間帯毎に設定し、設定されたパターンに基づいて測定するよう指示する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る光ファイバ分布型センサの構成図である。
【図２】ＢＧＳを示すグラフである。
【図３】本実施形態に係る光ファイバが配された測定対象物の断面図である。
【図４】本実施形態に係る光ファイバと測定対象物の関係を示す図である。
【図５】本実施形態に係る光ファイバ分布型センサの動作を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る光ファイバ分布型センサにおいてブリルアン散乱光を発生させる区間の長さを示す図である。
【図７】本実施形態の変形例に係る光ファイバ分布型センサにおいてブリルアン散乱光を発生させる区間の長さを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…光ファイバ分布型センサ、１１…光ファイバ、１２…位置制御部（制御部）、１３…区間制御部（制御部）、１４…光源、１８…スペクトル測定部、１９…検知部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、
測定対象物に設置され、前記光源から出力された前記プローブ光及び前記ポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、前記ブリルアン散乱光によって利得を受けたプローブ光の利得ペクトル（以下、ＢＧＳとする）の形状データを測定するスペクトル測定部と、
前記変調周波数又は前記変調指数を制御することにより前記ＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、前記位相差を制御することにより前記区間の位置を前記光ファイバの長手方向に沿って設定する制御部と、
前記スペクトル測定部によって測定されたＢＧＳの形状データに基づいて前記光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知部とを備え、
前記制御部は、前記区間の位置と前記区間の長さのパターンを時間帯毎に設定し、前記設定されたパターンに基づいて測定するよう指示する
ことを特徴とする光ファイバ分布型センサ。
【請求項２】
光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、制御部が、前記変調周波数又は前記変調指数を制御することによりブリルアンゲインスペクトル（以下、ＢＧＳとする）を発生させる区間の長さを設定すると共に、前記位相差を制御することにより前記区間の位置を前記光ファイバの長手方向に沿って設定し、光ファイバが、測定対象物に設置され、前記光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、当該受光したプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する測定ステップと、
検知部が、前記測定ステップにおいて測定されるＢＧＳの形状データに基づいて前記光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知ステップと、
前記検知ステップにおいて前記測定対象物上のある領域で前記光ファイバの温度変化又は歪変化の発生が検知された場合に、前記ある領域において前記変調周波数又は前記変調指数を制御することにより前記ＢＧＳを発生させる区間の長さをより小さな他の値に設定すると共に、前記位相差を制御することにより前記ある領域を含む領域に設定し、再度の前記ＢＧＳの形状データを測定する制御ステップと
を備えることを特徴とする光ファイバ分布型検知方法。
【請求項３】
１回目のＢＧＳの形状データの測定において、前記区間の長さを前記測定対象物上の全領域を測定することが可能な所定の長さに設定し、前記全領域を測定し、
前記再度のＢＧＳの形状データの測定において、前記ある領域においてのみ前記他の値に設定する
ことを特徴とする請求項２記載の光ファイバ分布型検知方法。
【請求項１】
同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力する光源と、
測定対象物に設置され、前記光源から出力された前記プローブ光及び前記ポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力する光ファイバと、
前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、前記ブリルアン散乱光によって利得を受けたプローブ光の利得ペクトル（以下、ＢＧＳとする）の形状データを測定するスペクトル測定部と、
前記変調周波数又は前記変調指数を制御することにより前記ＢＧＳを発生させる区間の長さを設定すると共に、前記位相差を制御することにより前記区間の位置を前記光ファイバの長手方向に沿って設定する制御部と、
前記スペクトル測定部によって測定されたＢＧＳの形状データに基づいて前記光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知部とを備え、
前記制御部は、前記区間の位置と前記区間の長さのパターンを時間帯毎に設定し、前記設定されたパターンに基づいて測定するよう指示する
ことを特徴とする光ファイバ分布型センサ。
【請求項２】
光源が、同一の変調周波数及び変調指数で変調されると共に互いの位相差が設定されたプローブ光及びポンプ光を出力し、制御部が、前記変調周波数又は前記変調指数を制御することによりブリルアンゲインスペクトル（以下、ＢＧＳとする）を発生させる区間の長さを設定すると共に、前記位相差を制御することにより前記区間の位置を前記光ファイバの長手方向に沿って設定し、光ファイバが、測定対象物に設置され、前記光源から出力されたプローブ光及びポンプ光を両端からそれぞれ入力し、当該入力したプローブ光及びポンプ光の伝搬に伴い発生するブリルアン散乱光を出力し、スペクトル測定部が、前記光ファイバから出力されたプローブ光を受光し、当該受光したプローブ光のＢＧＳの形状データを測定する測定ステップと、
検知部が、前記測定ステップにおいて測定されるＢＧＳの形状データに基づいて前記光ファイバの温度変化又は歪変化が発生した位置を検知する検知ステップと、
前記検知ステップにおいて前記測定対象物上のある領域で前記光ファイバの温度変化又は歪変化の発生が検知された場合に、前記ある領域において前記変調周波数又は前記変調指数を制御することにより前記ＢＧＳを発生させる区間の長さをより小さな他の値に設定すると共に、前記位相差を制御することにより前記ある領域を含む領域に設定し、再度の前記ＢＧＳの形状データを測定する制御ステップと
を備えることを特徴とする光ファイバ分布型検知方法。
【請求項３】
１回目のＢＧＳの形状データの測定において、前記区間の長さを前記測定対象物上の全領域を測定することが可能な所定の長さに設定し、前記全領域を測定し、
前記再度のＢＧＳの形状データの測定において、前記ある領域においてのみ前記他の値に設定する
ことを特徴とする請求項２記載の光ファイバ分布型検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−８２７７１（Ｐ２００８−８２７７１Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６１０４５（Ｐ２００６−２６１０４５）
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２６日（２００６．９．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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