電子情報通信学会ワードテンプレート (タイトル)

社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS
信学技報
IEICE Technical Report
OFT2008-42(2008-10)
PPP-BOTDA を用いた高分解能(10cm)かつ高速(10Hz)分布計測の実現
李 哲賢Ⅰ，津田
勉Ⅰ，澤 貴弘Ⅰ，牧田 篤Ⅰ，高野
宏和Ⅰ，岸田 欣増Ⅰ,呉 智深Ⅱ，武田
展雄Ⅲ，水口 周Ⅲ
Ⅰ
ニューブレクス（株） 〒650-0023 兵庫県神戸市中央区栄町通 1-1-24
Ⅱ
茨城大学工学部 都市システム工学科 〒316-8511 日立市中成沢町 4-12-1
Ⅲ
東京大学大学院新領域創成科学研究科 先端エネルギー工学専攻 〒277-8561 柏市柏の葉 5-1-5
E-mail: [email protected]
あらまし PPP-BOTDA（Pulse-Pre-Pump Brillouin Optical Time Domain Analysis）測定技術を用いた 2cm 分解
能ブリルアン分布計測の実現についてはすでに発表しており,実際に 10cm 空間分解能の製品を用いて様々な分野で
活用されている. しかし，今までは静的なひずみ測定にしか応用されていなかった．本論文ではまず，PPP-BOTDA
により実現可能な測定速度について検討し，次に検討結果を実現するために PPP-BOTDA 測定システムをどのように
構成すべきかについて述べる．最後に，開発した NEUBRESCOPE NBX-6040A を用いて達成した 10cm 空間分解能,50μ
εひずみ測定精度（標準偏差σ），10Hz 測定速度の分布測定（1,000 データ）を報告し,PPP-BOTDA(NEUBRESCOPE
NBX-6040A)が動的なひずみ測定も適していることを示した.
キーワード パルス・プリポンプ方法,PPP-BOTDA,ブリルアン分布計測,センチオーダ空間分解能，動的なひずみ
PPP-BOTDA method to achieve 10cm spatial resolution and 10Hz measuring
speed in distributed sensing
Che-Hsien LIⅠ,
Tsutomu TSUDAⅠ,
Takahiro SAWAⅠ, Atsushi MAKITAⅠ, Hirokazu TAKANOⅠ ,
Kinzo KISHIDAⅠ , Zhishen WUⅡ, Nobuo TAKEDAⅢ , Shu MINAKUCHIⅢ
Ⅰ
Neubrex Co., Ltd. Sakaemachi-Dori 1-1-24, Chuo-Ku, Kobe, Hyogo 650-0023 Japan
Ⅱ
IBARAKI UNIVERSITY DEPARTMENT OF URABAN & CIVIL ENGINEERING
Nakanarusawa-cho 4-12-1,Hitachi 316-8511,Japan
Ⅲ
Graduate School of Frontier Sciences The University of Tokyo
5-1-5,Kashiwanoha,Kashiwa-shi,Chiba 277-8561,JAPAN
E-mail: [email protected]
Abstract
The Pulse-Pre-Pump Brillouin Optical Time Domain Analysis (PPP-BOTDA) method is capable of
achieving 2cm spatial resolution . Its fundamentals were already published in our previous papers. The PPP-BOTDA
based system has been successfully used in various industrial applications. However, as it was previously pointed out, it
was so far able to measure the static or quasi-static strain, only. In this paper, the study on the PPP-BOTDA maximum
feasible measurement speed is presented. Moreover, the actual measurements employing developed NEUBRESCOPE
NBX-6040A system (1,000 data points, spatial resolution of 10 cm and 50 με strain uncertainty) at 10 Hz frequency
(speed) are included. The results clearly demonstrate that PPP-BOTDA based distributed sensing system
(NEUBRESCOPE NBX-6040A) is suitable for the dynamic strain measurement.
Keyword PPP-BOTDA, Pulse-PrePump Method, Brillouin, Highly spatial resolution，dynamic strain
1.は じ め に
BOTDA，BOTDR の 測 定 技 術 は 測 定 時 間 の 制 限 で 動 的 な
BOTDA，BOTDR の 測 定 時 間 が 短 縮 で き な い 理 由 と し て
（ 1Hz 以 上 ） ひ ず み 変 化 に 対 応 で き ず ， さ ら に セ ン チ
三 つ あ げ る こ と が で き る ． (1) SN 比 が 足 り な い の で ，
オーダの空間分解能が達成できない理由で高空間分解
繰 り 返 し 測 定 で 10 3 以 上 の 平 均 加 算 を し な け れ ば な ら
能と動的なひずみ変化を求める業界にあまり注目され
な い ． (2) 短 期 間 内 の 偏 波 に よ る 信 号 の 振 幅 揺 ら ぎ を
ていなかった．しかし，同じくブリルアン散乱を利用
改 善 し な け れ ば な ら な い ． (3) 時 間 領 域 （ 1,000 デ ー
し た BOCDA の 測 定 技 術 は 5cm 空 間 分 解 能 ， 25μ ε 測 定
タ以上）と周波数領域（ひずみ量の測定範囲内）との
精 度 (σ )， 10Hz の 測 定 速 度 が 報 告 さ れ て い る ［ 1］．
処理を同時に行わなければならない．この三つの壁が
⎛ A + CP
R p = ⎜⎜ P
⎝ CP
BOTDA， BOTDR の 高 速 測 定 を 阻 害 し た と 考 え ら れ る ．
現 在 ， PPP-BOTDA 測 定 技 術 を 用 い た 2cm 分 解 能 ブ リ
ル ア ン 分 布 計 測 の 実 現［ 2］，［ 3］が 発 表 さ れ ，10cm 空
⎞
⎟⎟
⎠
2
(2)
光ファイバの誘導散乱光の振幅は， ブリルアン誘
間 分 解 能 ，7.5μ ε 測 定 精 度 (標 準 偏 差 σ )の PPP-BOTDA
導散乱方程式系を摂動法で解くことにより
ECW ( z , t ) = ACW [(1 + βH (t , Ω)]
（ NEUBRESCOPE NBX-6040： ニ ュ ー ブ レ ク ス ㈱ 社 製 ） が
市販されている．今までの技術では空間分解能と測定
(3)
精 度 の 壁 を 多 少 克 服 し た が ， 高 速 測 定 (1Hz 以 上 )の 壁
と 表 さ れ る ． た だ し ， こ こ で ECW ( z , t ) は cw 光 の 振 幅 ，
は依然立ちはだかっている．
β は 摂 動 パ ラ メ ー タ で ， H (t , Ω) は 後 述 す る よ う な 時
本 報 告 で は ,測 定 速 度 を 阻 害 す る 三 つ の 壁 に 対 す る
間 と 周 波 数 の 関 数 で あ る ．こ れ ら の 意 味 を 文 献 [4]に 示
打開策を検討し，その検討結果から得られた対策を用
し た ． 誘 導 ブ リ ル ア ン 散 乱 (Stimulated Brillouin
い て 実 現 可 能 な PPP-BOTDA の シ ス テ ム を 構 築 し ， そ の
Scattering： SBS)の 利 得 は 散 乱 が な い 場 合 の プ ロ ー ブ
構 成 に つ い て 述 べ る ． 最 後 に , 開 発 し た PPP-BOTDA
光のパワーからの増加分として次のように表される．
（ NEUBRESCOPE NBX-6040A）を 使 っ て ,10cm 空 間 分 解 能 ，
V (t , Ω) =
50μ ε 測 定 精 度 （ 標 準 偏 差 σ ）， 10Hz 測 定 速 度 の 分 布
1
βACW 2 H (t , Ω) + c.c.
2
(4)
(1)式 の ポ ン プ 光 を 用 い た 時 ， (4)式 の 右 辺 に 含 ま れ
測 定 (1,000 デ ー タ )が 達 成 さ れ た こ と を 報 告 す る .
る成分は次のように４つの項に分解される．
2.PPP-BOTDA の 特 徴
H (t , Ω) = H 1 (t , Ω) + H 2 (t , Ω) + H 3 (t , Ω) + H 4 (t , Ω)
2.1.高 い SN 比
ただし,
従 来 の BOTDA は 光 パ ル ス を 被 測 定 光 フ ァ イ バ に 入 射
H1 (t , Ω)
し，ある測定点についての信号は時間軸上でサンプリ
ングによって得られる．光パルスの幅は空間分解能を
= AP2
決め，光パルスのデューティは測定距離の範囲を決め
υ g (t − D pre + D ) / 2
∫υ
る．高い分解能を得るために光パルス幅を狭くしなけ
平 均 を し な く て は 十 分 な SN 比 が 得 ら れ な い ．さ ら に 最
= APCP
大のブリルアン・ゲインを持った周波数シフトを求め
るために光周波数を掃引しなければならないので，あ
いしは 3 分かかる．
= APCP
本 研 究 で 進 め て い る PPP-BOTDA に よ れ ば 、 各 測 定 点
υ g (t − D pre + D ) / 2
∫υ
PPP-BOTDA の 計 測 概 念 図 を 図 １ に 示 す ．
= CP2
プローブ光(CW)
AP+CP
ACW
Dpre t
ｚ=0
0
ｚ
図１
計測概念図
(6.1)
∫
t − 2 z /υ g
0
h ( z , s )dsdz
(6.2)
∫υ
g (t − D pre ) / 2
∫
t − D pre + D − 2 z / υ g
0
h ( z , s )dsdz
(6.3)
H 4 (t , Ω)
間 分 解 能 (10cm)の 場 合 で も 高 い SN 比 が 得 ら れ る ．そ の
光ファイバー
g (t − D pre ) / 2
υ g (t − D pre + D ) / 2
に対して，常にプリポンプ光が到来しており，高い空
D
0
h( z , s )dsdz
H 3 (t , Ω)
るひずみ波形が得られるまでの平均的な時間は 2 分な
CP
0
∫
g (t − D pre ) / 2
t − D pre + D − 2 z / υ g
H 2 (t , Ω )
ればならないので，得られる信号が弱く，長い時間で
ポンプ光(階段状パルス)
(5)
υgt / 2
∫υ
g (t − D pre ) / 2
∫
t − 2 z /υ g
0
h( z , s ) = Γe −[ Γ +i (Ω B ( z ) −Ω)]s
t
h ( z , s )dsdz
(6.4)
(7)
で あ り ， Lは 光 フ ァ イ バ の 長 さ を ， Ω B (z)は Brillouin
散 乱 の 中 心 周 波 数 を 表 す ． ま た ， Γ = ΓB / 2 で あ り ， ΓB
ｚ=L
は ス ペ ク ト ル の 半 値 全 幅 （ FWHM:full width at half
maximum）に 等 し く ，フ ォ ノ ン の 寿 命 と は 式 (8) で 関 係
パルス・プリポンプ光として用いる光を
⎧Ap + C p ,
⎪
AP (t ) = ⎨ C p ,
⎪
0,
⎩
付けられる.
τ B = 1 / ΓB
D pre − D ≤ t ≤ D pre
0 ≤ t ≤ D pre − D
(1)
(8)
(6.1)式 か ら (6.4)式 に よ っ て ポ ン プ 光 か ら プ ロ ー ブ
elsewhere
光 へ の エ ネ ル ギ ー の 転 移 に 関 し て (6.1)式 と (6.2)式 で
と 表 す ． こ こ で AP と CP は そ れ ぞ れ ポ ン プ 光 と プ リ ポ
は 局 所 的 （ D） に 行 わ れ ,局 所 的 な 位 置 情 報 が 保 持 さ れ
ン プ 光 の 振 幅 を 表 す . AP (t ) の 消 光 比 は (2)式 で 表 す ．
る よ う に な る .一 方 ,(6.3)式 と (6.4)式 で は エ ネ ル ギ ー
2
Strain,(micro)
の 転 移 が 長 時 間 （ D p r e ） に わ た っ て 行 わ れ ,位 置 情 報 が
拡散されてしまう.
1500
1000
500
0
(6.2)式 は PPP-BOTDA の 主 要 信 号 で あ り ，そ の 式 か ら
80
わ か る よ う に 適 切 の A p と C p と D pr e を 使 え ば ，PPP-BOTDA
60
40
Strain difference
方 式 は 従 来 の BOTDA 方 式 よ り SN 比 が 6～ 12ｄ B 向 上 す
る こ と が 可 能 で あ り ，平 均 加 算 時 間 を 換 算 す る と 4～ 8
倍短縮することが可能である．
20
ばらつき
0
-20
-40
-60
2.2.加 算 回 数 に よ る 測 定 結 果 の ば ら つ き
-80
今 回 ， 市 販 し て い る PPP-BOTDA(NBX-6040)を 使 用 し
-100
40
て図２に示すような測定系を用いて加算回数による測
(a)
Strain,(micro)
定結果のばらつきについて評価を行った.
評価対象
Test Under Fiber
45
50
55
60
Distance,m
65
70
75
80
加 算 回 数 2 8 の 測 定 結 果 (5 回 の 比 較 )
1500
1000
500
0
80
Probe光
5cm
5m
10cm
5m
15cm
5m
60
20cm
40
Strain difference
10m
Pump光
10m
2m
5m
1m
5m
50cm
5m
30cm
4m
20
ばらつき
0
-20
-40
-60
-80
1400
2m
1m
75cm
50cm
30cm 20cm 15cm
10cm
-100
40
1200
(b)
Strain,(micro)
Strain,(micro)
1000
800
600
45
50
55
60
Distance,m
65
70
75
80
加 算 回 数 2 1 2 の 測 定 結 果 (5 回 の 比 較 )
1500
1000
500
0
80
400
60
200
Strain difference
40
0
40
45
図２
50
55
60
Distance ,(m)
65
70
75
80
ひずみ測定精度を検証する対象
20
ばらつき
0
-20
-40
-60
図 ２ の 測 定 対 象 は ひ ず み 量 1200μ ε を 持 っ た 2m～
-80
10cm の フ ァ イ バ を 5m な い し は 4m の 間 隔 に 配 置 す る ．
-100
40
評 価 条 件 (10cm 分 解 能 )で は ，各 々 の 加 算 回 数 で 各 ５
(c)
回の繰り返し測定を行い，そのばらつきの標準偏差を
図 4
図 ３ に 示 し た ． 加 算 回 数 28， 212， 216 の 測 定 結 果 は 図
45
50
55
60
Distance,m
65
70
75
80
加 算 回 数 2 1 6 の 測 定 結 果 (5 回 の 比 較 )
加算回数によるひずみ測定結果のばらつき
４ (a)， (b)， (c)で 示 し た ．
図３と図４の評価結果からわかるように，
60
PPP-BOTDA の 方 式 を 使 え ば 、 10cm 空 間 分 解 能 ， 加 算 回
標準偏差σ（με）
50
数 2 8 に お い て も 50μ ε 測 定 精 度 (σ )が 得 ら れ る ．
40
30
2.3.実 現 可 能 な 測 定 速 度 へ の 検 証
20
分布データの測定はある光パルスを繰り返しに被
10
測定光ファイバへ入射し，すべての測定点についての
0
8
図３
10
12
14
加算回数（2のべき乗）
16
信号は時間上でサンプリング（アナログ・デジタル変
18
換）によって得られる．得られる信号は弱いので，繰
加 算 回 数 V.S. ひ ず み 測 定 結 果 の 偏 差
り 返 し に 加 算 平 均 を 行 い ，SN 比 を 向 上 さ せ な け れ ば な
3
らない．その光パルスの繰り返し周期とサンプリング
表 １ は NBX-6040A の 性 能 を ま と め た 内 容 で あ る ．
時間との繰り返し加算平均時間は，測定速度を制限し
表１
T=（（ Tp×(Ts/Tr)＋ Ta）） ×N＋ Td
NBX-6040A の 性 能 一 覧
測定条件 ： 空間分解能：10cm、サンプリング間隔：5cm、歪みの測定範囲：±1500με
ている．一般に下記の式で処理時間を表す．
(9)
精度(με)
Tp:光 パ ル ス の 繰 り 返 し 周 期
Ts： デ ー タ の サ ン プ リ ン グ 間 隔
再現性(με)
再現性(με)
測定時間(sec)
28 回
29 回
210回
28 回
29 回
210回
28 回
29 回
210回
Tr:ア ナ ロ グ ・ デ ジ タ ル の サ ン プ リ ン グ 速 度
50mレンジ
50
35
25
50
35
25
0.1
0.2
0.4
Ta:加 算 平 均 の 余 分 処 理 時 間
250mレン
ジ
50
35
25
50
35
25
0.15
0.3
0.6
500mレン
ジ
50
35
25
50
35
25
0.25
0.5
1.0
Td： デ ー タ の 転 送 時 間
N:加 算 平 均 回 数
た と え ば ，光 パ ル ス の 繰 り 返 し 周 期 (Tp)=2.5μ s，デ ー
表 １ か ら わ か る よ う に NBX-6040A は 50m の 距 離 レ ン
タ の サ ン プ リ ン グ 間 隔 (Ts)=500ps(5cm)，サ ン プ リ ン グ
ジ ，5cm の サ ン プ リ ン グ 間 隔 ，±1,500μ ε の ひ ず み の
速 度 (Tr)=500ps/S， 加 算 平 均 の 余 分 処 理 時 間 (Ta)=1.5
測 定 範 囲 ， 1,000 ポ イ ン ト の ひ ず み デ ー タ で は
μ s， 加 算 平 均 回 数 (N)=256 回 で あ れ ば ， 処 理 時 間 は
0.1s(10Hz)の 測 定 間 隔 で 取 得 す る こ と が で き る ． 500m
1.024ms で 5,000 デ ー タ の サ ン プ リ ン グ と 256 回 の 加
の 距 離 レ ン ジ ，5cm の サ ン プ リ ン グ ，±1,500μ ε の ひ
算平均の処理ができる．最大ブリルアン・ゲイン周波
ず み の 測 定 範 囲 ， 10,0000 ポ イ ン ト の ひ ず み デ ー タ で
数シフトを求めるためにある光周波数範囲内に掃引し
は 0.25s(4Hz)の 測 定 間 隔 で 取 得 す る こ と が で き る ．
な け れ ば な ら な い ．た と え ば ，±1.500μ ε の 測 定 範 囲
で あ れ ば 光 周 波 数 掃 引 範 囲 を ± 100MHz に 設 計 す べ き
4.実 験 の 構 成
で あ る ． 掃 引 ス テ ッ プ を 5MHz に す る と ， 41 回 の 繰 り
図 6(a)は 今 回 の 実 験 構 成 で あ り ，光 フ ァ イ バ セ ン サ
返 し 測 定 が 必 要 で あ る ． つ ま り ， PPP-BOTDA の 測 定 時
は フ ジ ク ラ 社 製 の FN-SSL-3 を 使 い ，試 験 片 の 両 面 に 貼
間 (Tt)は 下 記 の 式 で 表 す こ と が 出 来 る ．
り付けた．比較するために電気ゲージを試験片の両面
Tt=(((Tp×(Ts/Tr)＋ Ta） ×N＋ Td)×Fn)＋ Tf
(10)
に 取 り 付 け た ．図 6(b)の よ う に 試 験 片 の 遠 端 を 固 定 す
Fn： 光 周 波 数 の 掃 引 回 数
る と 約 2Hz で 振 動 を さ せ る こ と が で き ， 電 気 ゲ ー ジ で
Tf： 各 BGS か ら 各 周 波 数 シ フ ト の 計 算 時 間
測 定 し た 結 果 は 図 6(c)に 示 し た ．
式 (9) と 式 (10) か ら 上 記 の 条 件 で ， Tt=1.024ms ×41
＋ Tf に な る ．Td と Tf は 短 い 時 間 に 抑 え ，測 定 時 間（ Tt）
は 100ms(10Hz)以 内 に 達 成 す る こ と が 出 来 る と 考 え た ．
3.測 定 器 の 基 本 構 成
図５は測定器の基本構成図であり，パソコンの中に
ハード加算機能を持った高速デジタイザーを搭載して
2GS/s の サ ン プ リ ン グ 速 度 を 提 供 し て い る の で ， 加 算
平 均 の 余 分 処 理 時 間 は 1.5μ s し か し な い ． NBX-6040A
の中に高速偏波スクランブラーを実装し、偏波スクラ
ン ブ ラ ー の 速 度 は 100μ s で 光 源 の DOP を 5%以 下 に す
(a)
ることが出来る．ソフト側も並列処理（制御とデータ
Start位置
：電気ゲージ（表と裏）
：光ファイバセンサ（表と裏）
転 送 ）を 工 夫 し ，Td を 最 小 値 に 抑 え る こ と が で き ，さ
らに中心周波数の検出アルゴリズムも最適化した．
実験構成
振動現象
【試験片】
100cm
0.28cm
40cm
3cm
アルミ板
光ファイバセンサ
（FN-SSL-3）
図５
測定器の基本構成
(b)試 験 片 の 構 成
4
固定台
表
（ 表 面（ 2.763m），裏 面 (1.279m)）を 抽 出 し ，時 系 列 に
裏
1000
並 び 表 示 を し た 波 形 で あ り 、そ の 結 果 と 図 6(c)と 比 較
800
す る と ， 試 験 片 の 振 動 周 期 は 約 2Hz で ， ひ ず み の 大 き
600
さ は ±600μ ε か ら 指 数 関 数 で 減 衰 し て い っ た こ と が
歪（με）
400
観察できた．事前に光ファイバセンサを校正し，その
200
ひ ず み 係 数 は 10MHz／ 200μ ε で あ る こ と が 判 明 し た ．
0
-200
Start
-400
0.9秒後
1.0秒後
1.1秒後
1.2秒後
1.3秒後
1.4秒後
静止後
10.920
-600
10.910
-800
10.900
16.75
17.75
18.75
(c)
20.75
時間（s）
19.75
21.75
22.75
23.75
24.75
25.75
10.890
中心周波数(GHz)
-1000
15.75
試験片の振動現象
図６
実験の構成
10.880
10.870
10.860
10.850
10.840
5.実 験 結 果 と 検 討
10.830
図 ７ は ,図 6(a)の 試 作 装 置 を 用 い て 試 験 片 の 静 止 状
10.820
態 を 測 定 し ， BGS の 最 大 レ ベ ル の 周 波 数 を 表 現 し た 分
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
布 波 形 で あ る .0.972m か ら 1.586m ま で は 裏 面 に 貼 り 付
図８
け の 光 フ ァ イ バ セ ン サ で あ り ， 2.456m か ら 3.070m ま
では表面に貼り付けの光ファイバセンサである．
3.50
4.00
4.50
5.00
1.023m
1.381m
1.074m
1.432m
1.126m
1.484m
1.177m
1.535m
1.228m
1.586m
1.279m
10.920
サンプリング間隔:5cm
10.900
10.910
10.890
10.900
中心周波数(GHZ)
10.880
中心周波数(GHz)
3.00
様々の時間帯に測定した結果
0.972m
1.330m
10.910
2.50
距離(m)
10.870
10.860
10.850
10.840
10.890
10.880
10.870
10.860
10.850
10.840
10.830
10.830
10.820
10.820
0
10.810
0.00
0.50
図７
1.00
1.50
2.00
2.50
距離(m)
3.00
3.50
4.00
4.50
1
2
3
4
5.00
5
時間(sec)
6
7
8
9
10
(a)裏 面 (0.972m～ 1.586m)に 貼 付 の 光 フ ァ イ バ セ ン サ
静止状態の中心周波数分布波形
測 定 条 件 は ， 距 離 レ ン ジ 50m， 空 間 分 解 能 10cm， サ
2.456m
2.814m
ン プ リ ン グ 間 隔 5cm， 周 波 数 の 掃 引 範 囲 ±100MHz で 測
2.507m
2.865m
2.558m
2.916m
2.609m
2.967m
2.660m
3.018m
2.711m
3.070m
2.763m
10.920
10.910
は 振 動 前 の 測 定 結 果 ，振 動 さ せ て か ら ６ 回 の 測 定 結 果 ，
10.900
静止後の測定結果を表示した波形である．距離のサン
10.890
中心周波数(GHZ)
定 を 行 い ， 一 回 の 測 定 時 間 は 約 100ms に な っ た ． 図 ８
プリング点の中心周波数は振動時間とともに変化して
いることが観察できた．つまり，距離と中心周波数と
のデータは時間と共にサンプリングされて３次元のデ
10.880
10.870
10.860
10.850
ー タ 構 造 に な る ．図 ９ (a)は ，そ の ３ 次 元 構 造 の デ ー タ
10.840
か ら 裏 面 に 貼 り 付 け の 光 フ ァ イ バ セ ン サ （ 0.972m ～
10.830
10.820
1.586m） の 測 定 結 果 を 抽 出 し た 波 形 で あ る ． 図 ８ (b)
0
1
2
は ， 表 面 に 貼 り 付 け の 光 フ ァ イ バ セ ン サ (2.456m ～
3
4
5
時間(sec)
6
7
8
9
10
(b)表 面 (2.456m～ 3.070m)に 貼 付 の 光 フ ァ イ バ セ ン サ
3.070m)の 測 定 結 果 を 抽 出 し た 波 形 で あ る ．
図９
図 10 は 電 気 ゲ ー ジ の 位 置 と 相 当 す る 場 所 の デ ー タ
5
試験片を振動した測定結果
試 験 片 の 振 動 周 波 数 を 5Hz 上 げ る と ， 光 フ ァ イ バ セ
表(2.763m）
ンサのひずみの大きさの追随性は悪くなり，振動周波
裏(1.279m)
10.920
数はサンプリング定理（振動数の倍以上のサンプリン
10.910
グ 速 度 が 必 要 で あ る ．）か ら ，ぎ り ぎ り 試 験 片 の 振 動 周
10.900
期が取られていることが観察できた．
周波数(GHz)
10.890
10.880
6.ま と め
10.870
10.860
PPP-BOTDA(NEUBREX NBX-6040)の 高 い SN 比 の 特 徴 に
10.850
よ り 標 準 偏 差 (σ )2.5μ ε の 再 現 性 が 確 認 で き ，さ ら に
10.840
NBX-6020 の 高 分 解 能 の 特 徴 に よ り 2cm 空 間 分 解 能 が 達
10.830
成 で き た ． こ れ ら の 性 能 を 活 か し て 高 速 測 定 （ 10Hz）
10.820
0
1
2
図 10
3
4
5
時間(sec)
6
7
8
9
に 関 す る 検 討 を 行 い ， PPP-BOTDA （ NEUBRESCOPE
10
NBX-6040A） を 開 発 し た ． NBX-6040A を 使 っ て ,10cm 空
電気ゲージの位置に相当する
間 分 解 能 ，50μ ε 測 定 精 度 (標 準 偏 差 σ )，10Hz 測 定 速
光ファイバセンサの測定結果
度 の 分 布 測 定 (1,000 デ ー タ )が 達 成 さ れ た こ と を 報 告
した.
さらに試験片の固定点の位置を変え，振動周波数
を 5Hz ま で に 上 げ て 同 様 な 測 定 条 件 で 測 定 し ， そ の 結
謝辞
果 を 図 11 に 示 し た ．
本研究を進めるうえで有益な助言を頂いたニュー
ブレクス㈱横山光徳氏と矢崎桂子氏に深謝致します．
1000.0
文献
800.0
[1] 石 岡 昌 人 ら ,” 航 空 機 搭 載 型 BOCDA 分 布 型 光 フ ァ
イ バ セ ン サ ” ,信 学 技 報 ,OFT2007-10(2007-05)
[2] 李 哲 賢 ら ,“ PPP-BOTDA 測 定 技 術 を 用 い た 2cm 分 解
能ブリルア ン分布計測 の実現”,信学技報 ，
OFT2008-13(2008-5)
[3] 李 哲 賢 ，津 田 勉 ，岸 田 欣 増 ,“ PPP-BOTDA 測 定 技
術 を 用 い た 10cm 分 解 能 ブ リ ル ア ン 分 布 計 測 の 実
現 ” ,信 学 技 報 ， OFT2005-16(2005-8)
[4] 西 口 憲 一 ， 岸 田 欣 増 ,” 光 フ ァ イ バ に お け る 漏 れ
光を考慮した誘導ブリルアン散乱の摂動解析”,
信 学 技 報 ,47,OFT， 9. Oct. 2004
600.0
strain(με)
400.0
200.0
0.0
-200.0
-400.0
-600.0
-800.0
-1000.0
0
500
1000
(a)
1500
2000
2500
3000
時間(ms)
3500
4000
4500
5000
電気ゲージの測定結果
10.920
サンプリング間隔：100ms
10.910
約200με
10.900
中心周波数(GHz)
10.890
10.880
10.870
10.860
10.850
10.840
10
10.830
.830
10.820
0
500
(b)
図 11
1000
1500
2000
2500
3000
時間(ms)
3500
4000
4500
5000
光ファイバセンサの測定結果
5Hz の 振 動 周 波 数 時 の 測 定 結 果
6