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公開番号2025069653
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-01
出願番号2023179494
出願日2023-10-18
発明の名称振動センシング装置及び振動センシング方法
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人三重大学
代理人個人,個人,個人
主分類G01H 9/00 20060101AFI20250423BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、簡易な構成で、振動を検知可能な振動センシング技術を実現することを目的とする。
【解決手段】本開示の振動センシング装置は、基本モードの試験光の一部を基本モードのままとし、一部を高次モードに変換して、基本モードのままとした光と高次モードに変換した光とを合波し、合波した光を被試験光ファイバの一端に入力し、前記被試験光ファイバの一端から戻ってきた光のうち、基本モードの光を基本モードのままとし、高次モードの光を基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、結合した光を電気信号に変換し、変換した電気信号を周波数解析して、前記被試験光ファイバに印加された振動の振動周波数を取得する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
試験光を基本モード及び高次モードで被試験光ファイバの一端に入力し、
前記被試験光ファイバの一端から戻ってきた光のうち、基本モードの光を基本モードのままとし、高次モードの光を基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、
結合した光を電気信号に変換し、変換した電気信号を周波数解析して、前記被試験光ファイバに印加された振動の振動周波数を取得する振動センシング装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記振動センシング装置は、
試験光を生成し、出力する試験光生成部と、
前記試験光生成部からの試験光の一部を基本モードのままとし、一部を高次モードに変換して、前記被試験光ファイバの一端に入力し、前記被試験光ファイバの一端から戻ってきた光のうち、基本モードの光を基本モードのままとし、高次モードの光を基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する入出力部と、
前記入出力部からの結合した光を電気信号に変換する受信部と、
前記受信部からの変換した電気信号を周波数解析して、前記被試験光ファイバに印加された振動の振動周波数を取得する演算処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の振動センシング装置。
【請求項３】
前記被試験光ファイバをさらに備え、
前記被試験光ファイバのカットオフ波長が前記試験光生成部の生成する試験光の波長よりも長いことを特徴とする請求項２に記載の振動センシング装置。
【請求項４】
前記被試験光ファイバの他端に、伝搬する光を反射する反射終端を備えることを特徴とする請求項３に記載の振動センシング装置。
【請求項５】
前記入出力部は、
２本の光ファイバのコアの中心がずれて接続され、一端が前記被試験光ファイバの一端に接続される軸ずれ接続部と、
前記試験光生成部に接続される第１の端子、前記軸ずれ接続部の他端に接続される第２の端子及び前記受信部に接続される第３の端子を有し、第１の端子に入力される光を第２の端子に出力し、第２の端子に入力される光を第３の端子に出力する光合分波器と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の振動センシング装置。
【請求項６】
前記軸ずれ接続部の他端と前記光合分波器の第２の端子とを接続する光ファイバが、基本モードのみを伝搬することを特徴とする請求項５に記載の振動センシング装置。
【請求項７】
前記入出力部は、
第２の入出力端子が前記被試験光ファイバの一端に接続され、第１の入出力端子に入力された基本モードの光を基本モードのままとし、第３の入出力端子に入力された基本モードの光を高次モードに変換し、基本モードのままとした光と高次モードに変換した光とを合波して第２の入出力端子から出力し、第２の入出力端子に入力された光のうち、基本モードの光を基本モードのまま第１の入出力端子から出力し、高次モードの光を基本モードに変換して第３の入出力端子から出力するモード変換カプラと、
前記試験光生成部に接続される第１の端子、前記モード変換カプラの第１の端子に接続される第２の端子、前記モード変換カプラの第３の端子に接続される第３の端子、及び前記受信部に接続される第４の端子を有し、第１の端子に入力される光を第２の端子及び第３の端子に分岐して出力し、第２の端子に入力される光及び第３の端子に入力される光を結合して第４の端子から出力する光分岐結合カプラと、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の振動センシング装置。
【請求項８】
試験光を基本モード及び高次モードで被試験光ファイバの一端に入力し、
前記被試験光ファイバの一端から戻ってきた光のうち、基本モードの光を基本モードのままとし、高次モードの光を基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、
結合した光を電気信号に変換し、変換した電気信号を周波数解析して、前記被試験光ファイバに印加された振動の振動周波数を取得する振動センシング方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ファイバを用いた振動センシング技術に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
既存の通信用光ファイバ網を用いて、簡易に振動を検知する振動センシング技術への期待が高まっている。特に、通信用光ファイバ網を利用して交通監視や地震検知などへの適用には安価で簡便な振動センシング技術が必要とされる。
【０００３】
これらの用途に向けて、通信用光ファイバである単一モード光ファイバのカットオフ波長より短い波長の試験光を用いることで、光ファイバ中に複数の伝搬モードを励起し、それぞれのモード間の干渉を利用する振動センシング技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
非特許文献１では、通信用光ファイバの単一モードのカットオフ波長より短い波長の試験光を用いることで、光ファイバ中に複数の伝搬モードを励起し、モード間の干渉を利用する振動センシング方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｔ．Ｍａｎａｂｅ，ａｎｄＹ．Ｋｏｓｈｉｋｉｙａ， “Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｅｎｓｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｉｎｔｅｒ－ｍｏｄａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｕｓｉｎｇｔｗｏ－ｍｏｄｅｒｅｇｉｏｎｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓ，” Ｐｒｏｃ．２７ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＳｅｎｓｏｒｓ（ＯＦＳ－２７），Ｔｈ４．２８，２０２２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、既存の光ファイバ網では、両端が互いに離れた場所に位置するため、両端へアクセスして装置を設置するには、運用面やコスト面で容易でない場合も多い。
【０００７】
本開示は、上記事情に着目してなされたもので、簡易な構成で、振動を検知可能な振動センシング技術を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
既存の光ファイバ網で使用されていない光ファイバは、通常、両端が開放端となっている。そこで、光ファイバの一端から入力した光が遠端で反射することを利用することとした。つまり、光ファイバの一端から単一モード光ファイバのカットオフ波長より短い波長の試験光を入力し、遠端から反射されて入射端に戻ってくる試験光の伝搬モードの干渉成分を取得することとした。
【０００９】
具体的には、本開示の振動センシング装置は、
試験光を基本モード及び高次モードで被試験光ファイバの一端に入力し、
前記被試験光ファイバの一端から戻ってきた光のうち、基本モードの光を基本モードのままとし、高次モードの光を基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合し、
結合した光を電気信号に変換し、変換した電気信号を周波数解析して、前記被試験光ファイバに印加された振動の振動周波数を取得する。
【００１０】
具体的には、本開示の振動センシング装置は、
前記振動センシング装置は、
試験光を生成し、出力する試験光生成部と、
前記試験光生成部からの試験光の一部を基本モードのままとし、一部を高次モードに変換して、前記被試験光ファイバの一端に入力し、前記被試験光ファイバの一端から戻ってきた光のうち、基本モードの光を基本モードのままとし、高次モードの光を基本モードに変換して、基本モードのままとした光と変換した基本モードの光とを結合する入出力部と、
前記入出力部からの結合した光を電気信号に変換する受信部と、
前記受信部からの変換した電気信号を周波数解析して、前記被試験光ファイバに印加された振動の振動周波数を取得する演算処理部と、
を備えることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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