JP2022110605A - ケーブル、センシングケーブル、およびセンシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、形状の検出が可能な構成をより容易に構築することができるなど、より改善されたケーブル、センシングケーブル、およびセンシングシステムを得る。【解決手段】ケーブルは、例えば、伝送線と、伝送線とは別に設けられたセンシングケーブルと、を備え、センシングケーブルは、それぞれコアと当該コアを取り囲むクラッドとを有し、複数のセンシング光ファイバと、複数のセンシング光ファイバを互いに間隔をあけた状態で保持する保持部材と、を有する。また、ケーブルは、例えば、保持部材として、センシングケーブルの長手方向に延びてそれぞれセンシング光ファイバを収容する複数の溝が設けられた第一保持部材を有してもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブル、センシングケーブル、およびセンシングシステムに関する。

従来、光ファイバは様々な物理量を検出するために用いられている（特許文献１参照）。

また、近年では、マルチコア光ファイバの長手方向における局所的な曲げを検出することによって、そのマルチコア光ファイバの長手方向における形状を検出する技術が開発されている（非特許文献１～３参照）。ケーブルがある曲げ半径で変形した場合、ケーブル中心でのファイバ伸縮を基準として考えると、曲りの内側に位置するファイバは短縮し、外側に位置するファイバは伸長する。このケーブル内の断面内の位置の違いによるファイバの歪量の違いから、ケーブルがどちらの方向にどれだけ変形しているかを推定することができる。

特開２０１７－３２９７９号公報

J. P. Moore, "Shape sensing using multi-core fiber," in Proc. Opt. Fiber Commun. Conf., 2015, p. Th1C.2. J. P. Moore and M. D. Rogge, "Shape sensing using multi-core fiber optic cable and parametric curve solutions," Opt. Express, vol. 20, no. 3, pp. 2967 - 2973, 2012. Paul S. Westbrook, Tristan Kremp, Kenneth S. Feder, Wing Ko, Eric. M. Monberg, Hongchao Wu, Debra A. Simoff, Thierry F. Taunay, and Roy M. Ortiz, "Continuous Multicore Optical Fiber Grating Arrays for Distributed Sensing Applications" J. Lightw. Technol., vol. 35, no. 6, pp. 1248 - 1252, March 2017. 山田裕介、中島和秀、倉嶋利雄、「通信用光ファイバの強度保証と破断特性評価技術」、NEW GLASS、Vol.27 No.106、2012. M. Froggatt and J. Moore, "High-spatial-resolution distributed strain measurement in optical fiber with Rayleigh scatter" Appl. Opt. 37, 1735-1740 1998. 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. 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. X. Bao, D. J. Webb and D. A. Jackson, "32km Distributed Temperature Sensor Based on Brillouin Loss in an Optical Fiber," Optics Letters, vol. 18, no. 18, p.1561, September 1993. 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.

ケーブルには、伝送線として電力線を含む電力ケーブルや、伝送線として光ファイバやメタル線等の通信線を備える通信ケーブルや、光ファイバと電力線とを含む複合ケーブルなど、様々が種類のケーブルが存在する。これらのケーブルにおいて、その形状を検出することは重要である。例えば、通信ケーブルにおいては、敷設時あるいは敷設後の周囲環境の影響などにより、ケーブルの形状が変化して、その形状の変化が内部の光ファイバ線の光伝送特性に影響を与える場合がある。また、ケーブルの形状の変化は、ケーブルの損傷や破断を引き起こす場合もある。ケーブルの種類やその使用形態の多様化に応じて、ケーブルの形状のセンシングに対する要求は高まっている。

このようなケーブルの形状のセンシングにおいて、例えば、形状の検出が可能な構成をより容易に構築することができるなど、より改善されたケーブル、センシングケーブル、およびセンシングシステムが得られれば、有益である。

本発明のケーブルは、例えば、伝送線と、前記伝送線とは別に設けられたセンシングケーブルと、を備え、前記センシングケーブルは、それぞれコアと当該コアを取り囲むクラッドとを有した３本以上のセンシング光ファイバと、前記３本以上のセンシング光ファイバを互いに間隔をあけた状態で保持する保持部材と、を有する。

前記ケーブルは、前記保持部材として、前記センシングケーブルの長手方向に延びてそれぞれ前記センシング光ファイバを収容する複数の溝が設けられた第一保持部材を有してもよい。

前記ケーブルは、前記保持部材として、それぞれ前記センシング光ファイバを保持する複数の保持部が設けられ前記センシングケーブルの長手方向に間隔をあけて設けられた複数の第二保持部材を有してもよい。

前記ケーブルは、前記保持部材として、前記センシングケーブルの長手方向に延びて前記複数の第二保持部材を固定した第三保持部材を有してもよい。

前記ケーブルは、前記保持部材として、前記センシング光ファイバと並行して前記センシングケーブルの長手方向に延びた第四保持部材を有してもよい。

前記ケーブルは、前記第四保持部材として、前記センシング光ファイバと前記センシングケーブルの周方向にずれて位置された第五保持部材を有してもよい。

前記ケーブルは、前記第四保持部材として、３本以上のセンシング光ファイバに対して前記センシングケーブルの径方向内側に位置された第六保持部材を有してもよい。

前記ケーブルにあっては、前記センシングケーブルは、前記３本以上のセンシング光ファイバを接合するか、あるいは前記センシング光ファイバと前記保持部材とを接合する接合部材を有してもよい。

前記ケーブルにあっては、前記センシングケーブルにおいて、前記３本以上のセンシング光ファイバが、多重螺旋状に配置されてもよい。

前記ケーブルにあっては、少なくとも一つの前記センシング光ファイバに含まれる前記コアが、長手方向において屈折率が周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアを含んでもよい。

前記ケーブルは、前記センシングケーブルとして、前記ケーブルにおいて螺旋状に配置された第一センシングケーブルを備えてもよい。

前記ケーブルは、前記センシングケーブルとして、前記ケーブルの第一軸心に沿う第二センシングケーブルを備えてもよい。

前記ケーブルにあっては、前記ケーブルの第一軸心から前記センシングケーブルの第二軸心までの第一距離、および前記第二軸心から前記センシング光ファイバの第三軸心までの第二距離が、前記ケーブルの許容される最小曲げ半径における前記センシング光ファイバの歪量が所定の閾値以下となるよう、設定されてもよい。

前記ケーブルにあっては、前記伝送線は電力線であってもよい。

前記ケーブルにあっては、前記伝送線は通信線であってもよい。

本発明のセンシングケーブルは、例えば、それぞれコアと当該コアを取り囲むクラッドとを有し、３本以上のセンシング光ファイバと、前記３本以上のセンシング光ファイバを互いに間隔をあけた状態で保持する保持部材と、を有する。

本発明のセンシングケーブルは、例えば、コアと当該コアを取り囲むクラッドとを有したセンシング光ファイバを有し、前記センシング光ファイバは、折り返され長手方向に延びた複数の区間を有する。

前記センシングケーブルにあっては、前記複数の区間は第一区間と第二区間とを含み、前記第一区間は、前記センシングケーブルの第二軸心と直交する断面において、当該第二軸心に対して当該第二軸心と交差する第一方向に離間して位置され、前記第二区間は、前記断面において、前記第二軸心を通り前記第一方向と直交する第二方向に延びる仮想線に対して、前記第一区間とは反対側に位置されてもよい。

前記センシングケーブルにあっては、前記複数の区間は、前記センシングケーブルの第二軸心と直交する断面において、略回転対称となる位置に配置されてもよい。

本発明のケーブル形状のセンシングシステムは、例えば、前記ケーブルの前記センシング光ファイバに入力する試験光を出力する光源部と、前記試験光のそれぞれに起因して発生し、前記コアのそれぞれの前記一方の端部から出力する後方散乱光に関して測定を行う測定部と、前記測定部におけるそれぞれの前記後方散乱光に関する測定結果をもとに、前記コアのそれぞれの歪みを算出し、前記算出したそれぞれの歪みをもとに前記ケーブルの形状を算出する演算部と、を備える。

本発明のケーブル形状のセンシングシステムは、例えば、前記センシングケーブルの前記センシング光ファイバに入力する試験光を出力する光源部と、前記試験光に対応して前記センシング光ファイバで生じた後方散乱光を測定する測定部と、前記測定部における前記後方散乱光の測定結果を前記区間のそれぞれの測定結果に分割し、前記複数の区間の測定結果に基づいて前記センシングケーブルの形状を算出する演算部と、を備える。

前記ケーブル形状のセンシングシステムにあっては、前記後方散乱光のそれぞれはレイリー散乱光であり、光周波数領域反射法を用いて前記コアのそれぞれの歪みを算出することができるよう構成されてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムにあっては、前記後方散乱光のそれぞれはブリユアン散乱光であり、前記ブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、前記コアのそれぞれの歪みを算出することができるよう構成されてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムにあっては、試験光を前記センシング光ファイバに入力するとともに、前記試験光に対応して前記複数の区間から出力された後方散乱光を前記測定部に入力する光デバイスを備えてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記試験光を前記光デバイスに伝送する試験光伝送路と、前記試験光伝送路とは別個に設けられ、前記後方散乱光を前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方散乱光伝送路と、を備えてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記センシング光ファイバとして複数のセンシング光ファイバを備え、前記複数のセンシング光ファイバの一方の端部に入力するポンプ光を出力するポンプ光源と、前記複数のセンシング光ファイバの他方の端部に入力するプローブ光を出力するプローブ光源と、を有した光源部と、前記複数のセンシング光ファイバにおいて前記ポンプ光によってブリユアン増幅された前記プローブ光の測定を行う測定部と、前記複数のセンシング光ファイバに前記ポンプ光および前記プローブ光のそれぞれを入力するとともに、前記複数のセンシング光ファイバからの前記プローブ光を前記測定部に入力する光デバイスと、前記測定部における前記複数のセンシング光ファイバからの前記プローブ光の測定結果に基づいて、前記センシング光ファイバのそれぞれの歪みを算出し、当該算出した歪みに基づいて前記センシングケーブルの形状を算出する演算部と、を備えてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記センシング光ファイバとして長手方向の端部で折り返されるとともに直列に接続された少なくとも四つの区間を有したセンシング光ファイバを備え、前記センシング光ファイバの一方の端部に入力するポンプ光を出力するポンプ光源と、前記センシング光ファイバの他方の端部に入力するプローブ光を出力するプローブ光源と、を有した光源部と、前記センシング光ファイバにおいて前記ポンプ光によってブリユアン増幅された前記プローブ光の測定を行う測定部と、前記ポンプ光および前記プローブ光のそれぞれを前記センシング光ファイバに入力するとともに、前記センシング光ファイバの前記一方の端部からの前記プローブ光を前記測定部に入力する光デバイスと、前記測定部における前記センシング光ファイバからの前記プローブ光の測定結果を、前記少なくとも四つの区間のそれぞれの測定結果に分割し、当該少なくとも四つの区間のそれぞれの歪みを算出し、当該算出した歪みに基づいて前記センシングケーブルの形状を算出する演算部と、を備えてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムは、前記ポンプ光を前記光デバイスに伝送するポンプ光伝送路と、前記プローブ光を前記光デバイスに伝送するプローブ光伝送路と、前記ポンプ光伝送路とプローブ光伝送路は別個の、前記コアから出力された前記プローブ光を前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方伝搬プローブ光伝送路と、を備えてもよい。

前記ケーブル形状のセンシングシステムにあっては、前記測定部による測定結果に基づいて前記センシングケーブルの長手方向における温度分布を求め、前記算出された歪みを、前記温度分布に基づいて補正してもよい。

本発明によれば、例えば、形状の検出が可能な構成をより容易に構築することができるなど、より改善されたケーブル、センシングケーブル、およびセンシングシステムを得ることができる。

図１は、第１実施形態のケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図２は、第１実施形態のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図３は、第１実施形態のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な斜視図である。 図４は、第１変形例のケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図５は、第２実施形態のケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図６は、第３実施形態のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図７は、第２変形例のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図８は、第３変形例のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図９は、第４変形例のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な断面図である。 図１０は、第４変形例のセンシングケーブルの例示的かつ模式的な側面図である。 図１１は、第４実施形態のケーブルの曲げ半径、第一距離、および第二距離を示す例示的な模式図である。 図１２は、実施形態のセンシング光ファイバの長手方向の位置による歪量の変化の一例を示すグラフである。 図１３は、図１２の構成例において、第一距離を変えた場合の、最大歪量の変化の一例を示すグラフである。 図１４は、実施形態のセンシング光ファイバの長手方向の位置による歪量の変化の別の一例を示すグラフである。 図１５は、図１４の構成例において、第二距離を変えた場合の、最大歪量の変化の一例を示すグラフである。 図１６は、第５実施形態のセンシングシステムの模式的な構成図である。 図１７は、第６実施形態のセンシングシステムの模式的な構成図である。 図１８は、第７実施形態のセンシングシステムの模式的な構成図である。 図１９は、第８実施形態のシステムの模式的な構成図である。 図２０は、第９実施形態のシステムの模式的な構成図である。 図２１は、第１０実施形態のシステムの模式的な構成図である。 図２２は、第１１実施形態のシステムの模式的な構成図である。 図２３は、第１２実施形態のシステムの模式的な構成図である。

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

以下に示される実施形態および変形例は、同様の構成を備えている。各実施形態および変形例の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。

本明細書において、序数は、部品や部位等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。

また、以下の各図において、センシングケーブルは、簡単のため、単なる円で示される場合がある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のケーブル１０の長手方向に垂直な断面図である。ケーブル１０は、断面が円形の複合ケーブルであって、電力を伝送する伝送線である電力線１と、アース線２と、光信号を伝送する通信線である光ファイバ線３と、センシングケーブル４と、内部被覆層５と、テンションメンバ６と、外部被覆層７と、充填材８と、を備えている。電力線１、アース線２、光ファイバ線３、内部被覆層５、テンションメンバ６、外部被覆層７、充填材８は、ケーブル１０の構造を構成する構造材である。なお、本実施形態では、ケーブル１０は、複数の電力線１、一つのアース線２、複数の光ファイバ線３、一つのセンシングケーブル４、および複数のテンションメンバ６を、備えているが、電力線１、アース線２、光ファイバ線３、センシングケーブル４、およびテンションメンバ６の数や、太さ、構成、レイアウトは、この例には限定されない。光ファイバ線３は、伝送線の一例である。

電力線１およびアース線２は、それぞれ、導体からなる撚り線と当該撚り線の外周を被覆する樹脂等からなる絶縁性被覆とを有している。３本の電力線１は、長手方向において螺旋状に撚られている。光ファイバ線３は、それぞれ、コアとクラッドとを有した所謂ガラス光ファイバと、当該クラッドの周囲を取り囲む合成樹脂等で作られた被覆と、を有している。なお、光ファイバ線３は、それぞれ、複数のガラス光ファイバを含んでいてもよい。

内部被覆層５は、ケーブル１０の内部に設けられている。内部被覆層５は、樹脂等により、電力線１、アース線２、光ファイバ線３、およびセンシングケーブル４の周囲を取り囲むように構成されている。内部被覆層５の内部の隙間の部分はシリコーン等の充填材８で充填されている。

複数のテンションメンバ６は、内部被覆層５の周囲を取り囲むように配置されている。各テンションメンバ６は、それぞれ鋼線やＦＲＰ等を有しており、ケーブル１０に掛かる外力から内部の線材（主に伝送線である電力線１および光ファイバ線３）を保護している。外部被覆層７は、ケーブル１０の外周を構成し、一例としては、金属線等を含むブレード被覆である。

図２は、センシングケーブル４の長手方向に垂直な断面図である。図２に示されるように、センシングケーブル４は、３本のセンシング光ファイバ４ａと、センシング光ファイバ４ａとしては用いられない光ファイバ４ｂと、テンションメンバ４ｃと、被覆層４ｄと、接合材４ｆと、を有している。

センシング光ファイバ４ａは、コア４ａ１と、クラッド４ａ２と、を有した所謂ガラス光ファイバである。センシング光ファイバ４ａは、センシングケーブル４の長手方向に延びている。なお、センシング光ファイバ４ａは、例えば合成樹脂材料で作られクラッド４ａ２の周囲を取り囲む被覆を有してもよい。

ケーブル１０が局所的に曲がると、その曲がりに応じてセンシングケーブル４もそれぞれ曲がり、歪む。その結果、ケーブル１０の長手方向における形状の変化に応じて、複数のセンシング光ファイバ４ａの長手方向における形状および歪み分布も変化する。よって、複数のセンシング光ファイバ４ａの長手方向における歪み分布を、非特許文献１，２に開示される方法によって検出することにより、センシングケーブル４ひいてはケーブル１０の長手方向における形状を検出することができる。なお、本実施形態では、センシングケーブル４は、ケーブル１０の軸心Ａｘ１を通る位置に配置され、当該軸心Ａｘ１に沿って、ケーブル１０の長手方向に延びている。軸心Ａｘ１は、第一軸心の一例である。また、本実施形態では、センシングケーブル４は、第二センシングケーブルの一例である。

光ファイバ４ｂは、コア４ｂ１と、クラッド４ｂ２と、を有した所謂ガラス光ファイバである。光ファイバ４ｂは、センシングケーブル４の長手方向に延びている。本実施形態では、光ファイバ４ｂは、センシング光ファイバ４ａと同じスペックを有しているが、これには限定されず、光ファイバ４ｂは、センシング光ファイバ４ａとは異なるスペックを有してもよい。光ファイバ４ｂは、通信やセンシングには利用されないため、ダミーファイバとも称されうる。なお、光ファイバ４ｂは、例えば合成樹脂材料で作られクラッド４ｂ２の周囲を取り囲む被覆を有してもよい。

テンションメンバ４ｃは、センシングケーブル４の断面の略中心に位置され、センシングケーブル４の軸心Ａｘ２に沿って、当該軸心Ａｘ２を通る位置で、センシングケーブル４の長手方向に延びている。テンションメンバ４ｃは、鋼線やＦＲＰ等によって作られうる。なお、テンションメンバ４ｃは、例えば合成樹脂材料で作られ周囲を取り囲む被覆を有してもよい。軸心Ａｘ２は、第二軸心の一例である。

複数のセンシング光ファイバ４ａと、複数の光ファイバ４ｂとは、テンションメンバ４ｃの周囲を取り囲むように、配置されている。言い換えると、テンションメンバ４ｃは、複数のセンシング光ファイバ４ａおよび複数の光ファイバ４ｂに対して、センシングケーブル４の径方向内側に配置されている。

テンションメンバ４ｃの周囲において、複数のセンシング光ファイバ４ａと、複数の光ファイバ４ｂとは、交互に配置されている。すなわち、光ファイバ４ｂは、それぞれ、センシング光ファイバ４ａとセンシングケーブル４の周方向に並んでいる。言い換えると、光ファイバ４ｂは、センシング光ファイバ４ａに対してセンシングケーブル４の周方向にずれて位置されている。また、光ファイバ４ｂは、それぞれ、二つのセンシング光ファイバ４ａの間に位置されている。

被覆層４ｄは、複数のセンシング光ファイバ４ａおよび複数の光ファイバ４ｂの周囲を取り囲んでいる。被覆層４ｄは、例えば合成樹脂材料によって作られうる。

接合材４ｆは、センシング光ファイバ４ａ、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄの間に介在し、センシング光ファイバ４ａ、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄを接合している。接合材４ｆは、センシング光ファイバ４ａと、センシング光ファイバ４ａ以外の構成要素とを、接合するとともに、複数のセンシング光ファイバ４ａを間接的に接合している。また、接合材４ｆは、センシングケーブル４の長手方向の全体に渡って設けられてもよいし、センシングケーブル４の長手方向において所定間隔をあけて部分的に設けられてもよい。接合材４ｆは、例えば、合成系接着剤である。また、接合材４ｆとしては、フッ化樹脂や、シリコーン樹脂、紫外線硬化樹脂、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ＡＢＳ系樹脂などを、使用してもよい。接合材４ｆは、接合部材の一例である。なお、接合材４ｆは、複数のセンシング光ファイバ４ａを直接的に接合してもよい。また、センシング光ファイバ４ａ、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄの間には、接合材４ｆに替えて充填材が充填されてもよいし、介在する部材が無くてもよい。

図３は、センシングケーブル４の一部区間の模式的な斜視図である。なお、図３では、センシング光ファイバ４ａの形状のみが示されており、当該センシング光ファイバ４ａ以外の構成要素の図示が省略されている。図３に示されるように、センシングケーブル４では、複数のセンシング光ファイバ４ａが、それぞれ、センシングケーブル４の長手方向に沿って、軸心Ａｘ２およびテンションメンバ４ｃの周りで互いに所定の間隔を維持しながら螺旋状に、延びている。すなわち、複数のセンシング光ファイバ４ａは、多重螺旋状に配置されている。本実施形態では、一例として、３本のセンシング光ファイバ４ａが、三重螺旋状に配置されている。なお、テンションメンバ４ｃは、軸心Ａｘ２に沿って延びている。また、光ファイバ４ｂは、それぞれセンシング光ファイバ４ａの間で螺旋状に延びている。すなわち、３本の光ファイバ４ｂも三重螺旋状（多重螺旋状）に配置されている。

図２，３から明らかとなるように、複数のセンシング光ファイバ４ａは、軸心Ａｘ２と直交する各断面において、所定の位置関係で、本実施形態では、軸心Ａｘ２回りに略１２０°間隔で、言い換えると、センシングケーブル４の周方向に略等間隔で、回転対称となる位置関係に、配置されている。また、図２に示されるように、軸心Ａｘ２と直交する断面において、センシング光ファイバ４ａ－１は、軸心Ａｘ２から方向Ｄｒに離間して位置されるとともに、他のセンシング光ファイバ４ａ－２，４ａ－３は、軸心Ａｘ２を通り方向Ｄｒと直交する仮想線Ｌｖに対して、センシング光ファイバ４ａ－１とは反対側に位置されている。なお、センシング光ファイバ４ａ－２が軸心Ａｘ２から方向Ｄｒに離間しているとした場合、並びにセンシング光ファイバ４ａ－３が軸心Ａｘ２から方向Ｄｒに離間しているとした場合においても、他の二つのセンシング光ファイバ４ａとの間に、同様の位置関係が成り立つ。このような配置によれば、例えば、センシングケーブル４が曲がった場合に、複数のセンシング光ファイバ４ａ間で歪みの差がより大きくなるため、検出感度がより向上するという利点が得られる。方向Ｄｒは、第一方向の一例である。

上述した構成のセンシングケーブル４において、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄは、複数のセンシング光ファイバ４ａを、互いに間隔をあけた姿勢で保持している。すなわち、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄは、保持部材の一例である。光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄは、いずれもセンシング光ファイバ４ａと並行してセンシングケーブル４の長手方向に延びており、第四保持部材の一例でもある。光ファイバ４ｂは、センシング光ファイバ４ａとセンシングケーブル４の周方向にずれて位置されており、第五保持部材の一例でもある。また、テンションメンバ４ｃは、センシング光ファイバ４ａに対してセンシングケーブル４の径方向内側に位置されており、第六保持部材の一例でもある。

さらに、本実施形態では、センシング光ファイバ４ａ、光ファイバ４ｂ、およびテンションメンバ４ｃの外径が略同じであり、１本のテンションメンバ４ｃの周囲に、センシング光ファイバ４ａおよび光ファイバ４ｂが、１本ずつ交互に、合計６本配置されている。よって、長手方向の各位置での軸心Ａｘ２と直交する断面においては、センシング光ファイバ４ａ、光ファイバ４ｂ、およびテンションメンバ４ｃが、最密充填に近い形態で配置され、さらに、それらの周囲を被覆層４ｄが取り囲んでいる。したがって、本実施形態では、長手方向の各位置において、３本のセンシング光ファイバ４ａは、仮想的な正三角形の三つの頂点上に配置されることになる。このような構成によれば、センシングケーブル４の長手方向において３本のセンシング光ファイバ４ａの相対的な位置関係を維持できる構成を、比較的簡素な構成によって実現することができる。なお、センシング光ファイバ４ａ、光ファイバ４ｂ、およびテンションメンバ４ｃの本数や、太さ、レイアウト等は、本実施形態には限定されず、種々に変更して実施可能である。例えば、センシング光ファイバ４ａは、４本以上でもよい。また、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄのスペックによって、センシングケーブル４の剛性や強度を調整することができる。

なお、上記実施形態におけるセンシング光ファイバ４ａや光ファイバ４ｂは、国際通信連合（international telecommunication union）で規定されたＧ．６５２、Ｇ．６５３、Ｇ．６５４、Ｇ．６５５、Ｇ．６５６、Ｇ．６５７に準拠するシングルモード光ファイバであってもよい。

以上、説明したように、本実施形態では、センシングケーブル４は、それぞれコア４ａ１と当該コア４ａ１を取り囲むクラッド４ａ２とを有した複数のセンシング光ファイバ４ａと、当該複数のセンシング光ファイバ４ａを互いに間隔をあけた状態で保持する保持部材として、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄと、を有している。

このような構成により、センシングケーブル４の長手方向に渡って、複数のセンシング光ファイバ４ａを、互いに離間しかつ所定の相対位置に位置された状態に、維持することができるので、複数のセンシング光ファイバ４ａの長手方向の歪み分布に基づいて、センシングケーブル４ひいてはケーブル１０の曲がり状態を、より精度よく検出することができる。また、センシングケーブル４は、それぞれ光ファイバとしての複数のセンシング光ファイバ４ａを有しており、比較的簡素な構成によって実現することができるため、特殊な構造を備えたセンシングケーブルに比べて、製造の手間やコストをより低減することができる。また、複数のセンシング光ファイバ４ａがセンシングケーブル４としてユニット化されているため、ケーブル１０内に複数のセンシング光ファイバ４ａが別々に組み込まれる場合に比べて、製造の手間やコストをより低減することができる。なお、センシングケーブル４は、３本のセンシング光ファイバ４ａを有したが、これには限定されず、３本以上のセンシング光ファイバ４ａを有してもよい。

また、本実施形態では、センシングケーブル４は、センシング光ファイバ４ａと並行してセンシングケーブル４の長手方向に延びた第四保持部材として、光ファイバ４ｂ、テンションメンバ４ｃ、および被覆層４ｄを有している。

また、本実施形態では、センシングケーブル４は、センシング光ファイバ４ａとセンシングケーブル４の周方向にずれて位置された第五保持部材として、光ファイバ４ｂを有している。

また、本実施形態では、センシングケーブル４は、複数のセンシング光ファイバ４ａに対してセンシングケーブル４の径方向内側に位置された第六保持部材として、テンションメンバ４ｃを有している。

また、本実施形態では、センシングケーブル４は、複数のセンシング光ファイバ４ａを接合するか、あるいはセンシング光ファイバ４ａと保持部材とを接合する接合部材として、接合材４ｆを有している。

このような構成によれば、例えば、センシングケーブル４の長手方向に渡って、複数のセンシング光ファイバ４ａの間隔、および相対的な位置関係を、比較的簡素な構成によって維持することができる。

また、本実施形態では、センシングケーブル４において、複数のセンシング光ファイバ４ａは、多重螺旋状に配置されている。

このような構成によれば、例えば、センシングケーブル４が軸心Ａｘ２を中心軸としてねじれが生じた場合に、当該ねじれの向きを算出することができる。センシング光ファイバ４ａが螺旋状になっている場合、生じたねじれの向きが、センシング光ファイバ４ａが螺旋状に回っている向きと同じ向きである場合、センシング光ファイバ４ａに生じるひずみは増加する方向である。他方、生じたねじれの向きが、センシング光ファイバ４ａが螺旋状に回っている向きと逆の向きである場合、センシング光ファイバ４ａに生じるひずみは螺旋状態を緩和する方向であるため、歪量は小さくなる。したがって歪量の増減により、どちらの方向にねじれたかを判別することができる。なお、センシング光ファイバ４ａが螺旋状ではなく直線状態である場合には、ねじれの向きを判別することができない。

また、本実施形態では、少なくとも一つのセンシング光ファイバ４ａに含まれるコア４ａ１が、長手方向において屈折率が周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアを含んでもよい。ファイバブラッググレーティングコアの屈折率は、長手方向に周期的に変化する。コア４ａ１として、少なくとも部分的に、ファイバブラッググレーティングコアを有したセンシング光ファイバ４ａにあっては、特定の波長の光を効率的に後方に戻すことができる。これにより、コア４ａ１における後方散乱光の強度を増加することができるので、センシング光ファイバ４ａの歪み分布、ひいてはセンシングケーブル４およびケーブル１０の曲がり状態の検出感度を、向上することができる（非特許文献３参照）。

また、本実施形態では、センシングケーブル４は、ケーブル１０の軸心Ａｘ１に沿って延びている。

このような構成によれば、例えば、ケーブル１０の軸心Ａｘ１の曲がり状態を、より精度よく検出することができる。

［第１変形例］
図４は、第１実施形態の変形例である第１変形例のケーブル１０Ａの長手方向に垂直な断面図である。図４に示されるように、本変形例のケーブル１０Ａは、センシングケーブル４の位置が第１実施形態とは異なっている点を除き、第１実施形態のケーブル１０と同様の構成を備えている。センシングケーブル４は、軸心Ａｘ１から離れ、電力線１とアース線２と内部被覆層５との間に位置されている。また、センシングケーブル４は、軸心Ａｘ１周りを長手方向に沿って螺旋状に延びている。なお、センシングケーブル４は、電力線１と光ファイバ線３との間や、アース線２と光ファイバ線３との間に位置されてもよい。本変形例では、センシングケーブル４は、第一センシングケーブルの一例である。

本変形例によれば、例えば、ケーブル１０Ａ内において、電力線１や、アース線２、光ファイバ線３の間のスペースを、センシングケーブル４を配索するスペースとして、より有効に活用することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のケーブル１０Ｂの長手方向に垂直な断面図である。図５に示されるように、ケーブル１０Ｂは、光信号を伝送する伝送線である複数の光ファイバテープ心線３Ｂと、センシングケーブル４と、テンションメンバ６Ｂと、外部被覆層７Ｂａ、７Ｂｂと、スロット材９Ｂと、を備えている。スロット材９Ｂは、ケーブル１０Ｂの長手方向に延びている。

スロット材９Ｂは、その外周において周方向に等間隔で設けられた複数の溝９ａが設けられている。溝９ａは、それぞれ、軸心Ａｘ１の周りにＳ撚り（左撚り）、Ｚ撚り（右撚り）、あるいはそれを組み合わせ撚り方向が長手方向に一定間隔で反転しているＳＺ撚りで、延びている。すなわち、複数の溝９ａにおいては、多重の撚りが設けられている。スロット材９Ｂは、例えば、合成樹脂材料によって作られうる。

センシングケーブル４は、スロット材９の複数の溝９ａのうちの一つに収容されている。他の溝９ａには、径方向に積層された複数の光ファイバテープ心線３Ｂが収容されている。光ファイバテープ心線３Ｂは、並列に配置された被覆付きの光ファイバ素線と、当該並列に配置された光ファイバ素線を一括で覆う被覆と、を有している。なお、光ファイバテープ心線３Ｂと、センシングケーブル４とが、同じ溝９ａに収容されてもよい。

また、スロット材９Ｂの断面中心に近い位置には、長手方向に延びる貫通孔が設けられ、当該貫通孔に、テンションメンバ６Ｂが挿入されている。テンションメンバ６Ｂは、軸心Ａｘ１と重なる位置で、長手方向に延びている。

外部被覆層７Ｂａは、例えば、不織布テープがスロット材９の外周に巻かれることにより形成されたものであり、押巻とも呼ばれる。また、ケーブル１０Ｂの最外周を構成する外部被覆層７Ｂｂは合成樹脂材料によって作られうる。

本実施形態によれば、スロット材９に設けられた溝９ａにセンシングケーブル４を収容することができる。よって、例えば、ケーブル１０Ｂの製造工程において、センシングケーブル４をケーブル１０Ｂ内により容易に組み込むことができるという効果や、センシングケーブル４が、ケーブル１０Ｂ内で、所期の位置および姿勢で配置されやすいという効果が得られる。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態のセンシングケーブル４Ｃの長手方向に垂直な断面図である。図６に示されるように、センシングケーブル４Ｃは、センシングケーブル４の長手方向に延びるスロット材４ｅを有している。スロット材４ｅには、その外周において、センシングケーブル４Ｃの径方向外側に開放された複数の溝４ｅ１が設けられている。複数の溝４ｅ１は、当該周方向に所定の間隔で設けられている。本実施形態では、一例として、３つの溝が、センシングケーブル４の周方向に、等間隔、すなわち１２０°間隔で、設けられている。また、溝４ｅ１は、それぞれ、軸心Ａｘ２の周りに螺旋状に延びている。すなわち、複数の溝４ｅ１は、多重螺旋状に設けられている。スロット材４ｅは、例えば、合成樹脂材料によって作られうる。なお、本実施形態では、溝４ｅ１は、スロットとも称されうる。

複数のセンシング光ファイバ４ａは、それぞれ、スロット材４ｅの溝４ｅ１に収容されている。上述したように、複数の溝４ｅ１は、多重螺旋状に設けられている。よって、複数のセンシング光ファイバ４ａは、多重螺旋状に配置される。スロット材４ｅは、センシング光ファイバ４ａを保持する保持部材の一例であり、第一保持部材の一例でもある。また、スロット材４ｅは、センシング光ファイバ４ａと並行してセンシングケーブル４の長手方向に延びており、第四保持部材の一例でもある。

また、スロット材４ｅの断面中心に近い位置には、長手方向に延びる貫通孔が設けられ、当該貫通孔に、テンションメンバ４ｃが挿入されている。テンションメンバ４ｃは、軸心Ａｘ２と重なる位置で、長手方向に延びている。

本実施形態によれば、スロット材４ｅに設けられた溝４ｅ１にセンシング光ファイバ４ａを収容することができる。よって、例えば、センシングケーブル４Ｃの製造工程において、センシング光ファイバ４ａをセンシングケーブル４Ｃ内により容易に組み込むことができるという効果や、センシング光ファイバ４ａが、センシングケーブル４Ｃ内で、所期の位置および姿勢で配置されやすいという効果が得られる。

なお、図６において、センシング光ファイバ４ａがスロット材４ｅに設けられた溝４ｅ１内に固定されていれば、テンションメンバ４ｃは必ずしも必要ない。

［第２変形例］
図７は、第３実施形態の変形例である第２変形例のセンシングケーブル４Ｄの長手方向に垂直な断面図である。図７に示されるように、本変形例では、テンションメンバ４ｃの断面中心に近い位置には、センシングケーブル４Ｄの長手方向に延びる貫通孔が設けられ、当該貫通孔に、センシング光ファイバ４ａが挿入されている。センシング光ファイバ４ａは、軸心Ａｘ２と重なる位置で、長手方向に延びている。本変形例によれば、センシングケーブル４Ｄ内に、より多くのセンシング光ファイバ４ａを設けることができる。

また、図７から明らかとなるように、４本のセンシング光ファイバ４ａは、軸心Ａｘ２と直交する断面において、回転対称となる位置に配置されている。また、図７に示されるように、軸心Ａｘ２と直交する断面において、センシング光ファイバ４ａ－１は、軸心Ａｘ２から方向Ｄｒに離間して位置されるとともに、他のセンシング光ファイバ４ａ－２，４ａ－３は、軸心Ａｘ２を通り方向Ｄｒと直交する仮想線Ｌｖに対して、センシング光ファイバ４ａ－１とは反対側に位置されている。なお、センシング光ファイバ４ａ－２が軸心Ａｘ２から方向Ｄｒに離間しているとした場合、並びにセンシング光ファイバ４ａ－３が軸心Ａｘ２から方向Ｄｒに離間しているとした場合においても、他の二つのセンシング光ファイバ４ａとの間に、同様の位置関係が成り立つ。このような配置によれば、例えば、センシングケーブル４Ｄが曲がった場合に、複数のセンシング光ファイバ４ａ間で歪みの差がより大きくなるため、検出感度がより向上するという利点が得られる。

［第３変形例］
図８は、第１実施形態の変形例である第３変形例のセンシングケーブル４Ｅの長手方向に垂直な断面図である。図８に示されるように、本変形例では、第１実施形態のテンションメンバ４ｃに替えて、通信やセンシングに利用されない光ファイバ４ｂが配置されている。軸心Ａｘ２に沿って配置された光ファイバ４ｂも、ダミーファイバと称されうる。本変形例では、軸心Ａｘ２に沿って配置された光ファイバ４ｂは、第六保持部材の一例である。

［第４変形例］
図９は、第３実施形態の変形例である第４変形例のセンシングケーブル４Ｆの長手方向に垂直な断面図であり、図１０は、センシングケーブル４Ｆの一部区間の側面図である。図９，１０に示されるように、本変形例では、センシングケーブル４Ｆは、複数のスロット材４ｅを有している。スロット材４ｅは、それぞれセンシングケーブル４Ｆの長手方向に比較的薄い板状の形状を有している。また、複数のスロット材４ｅは、当該長手方向に所定の間隔、例えば、等間隔で離間している。スロット材４ｅは、例えば、合成樹脂材料によって作られうる。なお、図９に示されているスロット材４ｅは、図１０において最も左側に位置されているスロット材４ｅである。

本変形例でも、スロット材４ｅには、その外周において、センシングケーブル４Ｆの径方向外側に開放された複数の溝４ｅ１が設けられている。複数の溝４ｅ１は、センシングケーブル４Ｆの周方向に、等間隔、すなわち１２０°間隔で、設けられ、センシングケーブル４Ｆの長手方向に延びている。なお、本変形例では、溝４ｅ１は、切欠とも称されうる。

また、本変形例でも、スロット材４ｅの断面中心に近い位置には、長手方向に延びる貫通孔が設けられ、当該貫通孔に、テンションメンバ４ｃが挿入されている。テンションメンバ４ｃは、軸心Ａｘ２と重なる位置で、長手方向に延びている。また、テンションメンバ４ｃは、鋼線やＦＲＰ等によって作られうる。

複数のスロット材４ｅは、テンションメンバ４ｃに対して、いずれも同じ姿勢で固定されている。よって、各スロット材４ｅにおいて、複数の溝４ｅ１（４ｅ１－１，４ｅ１－２，４ｅ１－３）も、テンションメンバ４ｃに対して、同じ姿勢で配置されている。

図９に示されるように、溝４ｅ１には、それぞれセンシング光ファイバ４ａが収容されている。図１０に示されるように、複数のセンシング光ファイバ４ａ、本変形例では３本のセンシング光ファイバ４ａ（４ａ－１，４ａ－２，４ａ－３）は、それぞれ、軸心Ａｘ２の周りに螺旋状に延びるよう、複数のスロット材４ｅの溝４ｅ１に収容されている。具体的に、センシング光ファイバ４ａ－１は、図１０の最も左側のスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－１に収容され、図１０の左右方向中間に位置するスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－２に収容され、図１０の最も右側のスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－３に収容されている。センシング光ファイバ４ａ－２は、図１０の最も左側のスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－２に収容され、図１０の左右方向中間に位置するスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－３に収容され、図１０の最も右側のスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－１に収容されている。また、センシング光ファイバ４ａ－３は、図１０の最も左側のスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－３に収容され、図１０の左右方向中間に位置するスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－１に収容され、図１０の最も右側のスロット材４ｅでは、溝４ｅ１－２に収容されている。これにより、３本のセンシング光ファイバ４ａ（４ａ－１，４ａ－２，４ａ－３）は、それぞれ、図９のビューにおいて、反時計回り方向に捻じれるように、軸心Ａｘ２およびテンションメンバ４ｃの周りを、螺旋状に延びることができる。このように、本変形例のセンシングケーブル４Ｅのように、当該センシングケーブル４Ｅの長手方向に延びるテンションメンバ４ｃと、当該テンションメンバ４ｃに長手方向に所定間隔で固定された複数のスロット材４ｅと、を有し、各スロット材４ｅに複数の溝４ｅ１が設けられ、溝４ｅ１のそれぞれにセンシング光ファイバ４ａが収容される構成にあっても、複数のセンシング光ファイバ４ａは、センシングケーブル４Ｅの長手方向に沿って、軸心Ａｘ２周りに多重螺旋状に配策されうる。スロット材４ｅは、第二保持部材の一例であり、テンションメンバ４ｃは、第三保持部材の一例である。また、溝４ｅ１は、保持部の一例である。

以上のように、本変形例では、センシングケーブル４Ｅは、それぞれセンシング光ファイバ４ａを保持する複数の保持部としての溝４ｅ１が設けられセンシングケーブル４Ｅの長手方向に間隔をあけて設けられた複数の第二保持部材として、スロット材４ｅを有している。

このような構成によれば、例えば、スロット材４ｅをより短く構成することができ、当該スロット材４ｅを構成する材料の量をより削減することができる。

また、本変形例では、センシングケーブル４Ｅは、当該センシングケーブル４Ｅの長手方向に延びて複数のスロット材４ｅを固定した第三保持部材として、テンションメンバ４ｃを有している。

このような構成によれば、例えば、テンションメンバ４ｃによって複数のスロット材４ｅの捻じれのような互いの位置ずれを抑制することができ、当該複数のスロット材４ｅによってセンシング光ファイバ４ａをより安定的に保持することができる。なお、センシングケーブル４Ｅは、第三保持部材として、テンションメンバ４ｃに替えて、センシングケーブル４Ｅの最外層となる被覆層（不図示）を有してもよいし、長手方向に延びた他の部材を有してもよい。また、センシングケーブル４Ｅは、複数のセンシング光ファイバ４ａを直接的に接合するかあるいはテンションメンバ４ｃや被覆層のような他の部材を介して間接的に接合する接合部材を有してもよいし、複数のセンシング光ファイバ４ａの間に介在する介在部材を有してもよい。接合部材は、例えば、合成系接着剤であってもよいし、介在部材は、例えば、シリコーンのような充填部材であってもよい。

［第４実施形態］
図１１は、第４実施形態のセンシングケーブル４Ｇを備えたケーブル１０Ｇの長手方向に垂直な面における断面図である。図１１は、ケーブル１０Ｇが曲げ半径Ｒで曲がった状態を示している。曲げ半径Ｒは、曲げ中心Ｃ０とケーブル１０Ｇの軸心Ａｘ１との距離である。

ここで、ケーブル１０Ｇの軸心Ａｘ１とセンシングケーブル４Ｇの軸心Ａｘ２との距離をＤ１、軸心Ａｘ２とセンシング光ファイバ４ａの軸心Ａｘ３との距離をＤ２、ケーブル１０内でのセンシングケーブル４Ｇの長手方向での捩れの一周期の長さをＨ（以下、第一捩れピッチと称する）、センシング光ファイバ４ａの長手方向の捩れの一周期の長さをｈ（以下、第二捩れピッチ）、とすると、ケーブル１０Ｇが曲げ半径Ｒで屈曲した場合のセンシング光ファイバ４ａに生じる歪量εは、以下の式（１）で表される。

式（１）から、距離Ｄ１および距離Ｄ２が長くなるほど、また、曲げ半径Ｒが小さくなるほど、歪量εが大きくなることがわかる。距離Ｄ１は、第一距離の一例であり、距離Ｄ２は、第二距離の一例である。軸心Ａｘ３は、第三軸心の一例である。

図１２は、一例として、Ｒ=５００［ｍｍ］、Ｄ１=６［ｍｍ］、Ｄ２=１．３５［ｍｍ］、Ｈ=９００［ｍｍ］、ｈ=５０［ｍｍ］の場合の、センシング光ファイバ４ａの長手方向での歪量εの値を示す。横軸は、センシング光ファイバ４ａの基準点からの長手方向の距離である。なお歪量εは、歪が存在していない時のセンシング光ファイバ４ａの長さに対する変化量を示し、ε＝１の場合に、歪がかかっていない状態を示す。

ケーブル１０Ｇの形状を算出するための歪分布測定においては、センシング光ファイバ４ａに生じる歪量εがより大きい方が、相対的な測定誤差の割合が小さくなり、測定精度は向上する。しかしながら、センシング光ファイバ４ａが、製造時にプルーフレベル：ｘ［％］（ｘ：伸び率）で試験されているとすると（非特許文献４参照）、ケーブル１０の曲げ変形によってセンシング光ファイバ４ａにかかる歪量εがプルーフレベル：ｘ［％］以上になると、当該センシング光ファイバ４ａの信頼性が大きく低下する。プルーフレベルは、所定の閾値の一例である。

すなわち、ケーブル１０Ｇの形状算出の精度を上げるためには、センシング光ファイバ４ａに発生する歪量εが大きい方が望ましいが、歪量εには、センシング光ファイバ４ａが破断せず信頼性を確保できる上限がある。上述したように歪量εは、距離Ｄ１，Ｄ２が大きくなるほど大きくなるから、距離Ｄ１，Ｄ２は、ケーブル１０の許容される最小曲げ半径において、歪量εが上限値以下となる範囲で設定すればよい。なお、所定の閾値は、プルーフレベルと同じであってもよいし、プルーフレベルより低く設定してもよい。

図１３は、図１２の例において、曲げ半径Ｒ、距離Ｄ２、第一捩れピッチＨ、および第二捩れピッチｈは不変とし、距離Ｄ１を変えた場合、言い換えると、図１２の例においてケーブル１０Ｇ内でのセンシングケーブル４Ｇの位置のみを変えた場合の、センシング光ファイバ４ａに生じる最大引っ張り歪量εｍａｘの変化を示している。

一例として、センシングケーブル４Ｇが、プルーフレベル：１［％］で試験したセンシング光ファイバ４ａを有する場合、当該センシング光ファイバ４ａにプルーフレベルと同等の歪：１［％」がかかる距離Ｄ１の長さは、Ｄ１＝３．７０５［ｍｍ］（上限値）となる。また、別の一例として、センシングケーブル４Ｇが、プルーフレベル：２［％］で試験したセンシング光ファイバ４ａを有する場合、当該センシング光ファイバ４ａにプルーフレベルと同等の歪：２［％」がかかる距離Ｄ１の長さは、Ｄ１＝８．７８１８［ｍｍ］（上限値）となる。センシング光ファイバ４ａの信頼性を担保するためには、ケーブル１０Ｇ内において、距離Ｄ１が上限値を超えない位置に、センシングケーブル４Ｇを配置する必要がある。

また、図１４は、一例として、Ｒ=５００［ｍｍ］、Ｄ１=０［ｍｍ］、Ｄ２=１．３５［ｍｍ］、Ｈ=９００［ｍｍ］、ｈ=５０［ｍｍ］の場合のセンシング光ファイバ４ａの長手方向での歪量εの値を示す。横軸は、センシング光ファイバ４ａの基準点からの長手方向の距離である。第１実施形態のケーブル１０の場合にあっては、センシングケーブル４は、ケーブル１０の断面中心に位置しており、距離Ｄ１は０である。すなわち、図１４は、第１実施形態の場合を示している。

図１５は、図１４の例において、曲げ半径Ｒ、距離Ｄ１、第一捩れピッチＨ、および第二捩れピッチｈは不変とし、距離Ｄ２を変えた場合、言い換えると、図１４の例においてセンシングケーブル４Ｇ内でのセンシング光ファイバ４ａの位置のみを変えた場合の、センシング光ファイバ４ａに生じる最大引っ張り歪量εｍａｘの変化を示している。

一例として、センシングケーブル４Ｇが、プルーフレベル：１［％］で試験したセンシング光ファイバ４ａを有する場合、当該センシング光ファイバ４ａにプルーフレベルと同等の歪：１［％」がかかる距離Ｄ１の長さは、Ｄ２＝５．０［ｍｍ］（上限値）となる。また、別の一例として、センシングケーブル４Ｇが、プルーフレベル：２［％］で試験したセンシング光ファイバ４ａを有する場合、当該センシング光ファイバ４ａにプルーフレベルと同等の歪：２［％」がかかる距離Ｄ２の長さは、Ｄ２＝１０．０［ｍｍ］（上限値）となる。センシング光ファイバ４ａの信頼性を担保するためには、センシングケーブル４Ｇ内において、距離Ｄ２が上限値を超えない位置に、センシング光ファイバ４ａを配置する必要がある。

［第５実施形態］
図１６は、第５実施形態のセンシングシステム１００Ａの構成図である。本実施形態のセンシングシステム１００Ａは、第１実施形態等のように３本のセンシング光ファイバ４ａを有したセンシングケーブル４（若しくは当該センシングケーブル４を有したケーブル１０）、あるいは第２変形例のように４本のセンシング光ファイバ４ａを有したセンシングケーブル４Ｄ（若しくは当該センシングケーブル４Ｄを有したケーブル１０）の形状を検出するためのものである。センシングシステム１００Ａは、光源部１１０Ａと、光デバイス１２０Ａと、測定部１３０Ａと、演算部１４０Ａと、を備えている。センシングシステム１００Ａは、光周波数領域反射法（optical frequency domain reflectometry、以下、ＯＦＤＲと記す）を適用することができる。ここで、ＯＦＤＲの構成は、例えば、非特許文献５に記載されている。光源部１１０Ａは、所定の周期で波長（周波数）の掃引された試験光Ｌ１を、延長ケーブル１５０Ａ中の試験光伝送路１５２Ａに入力する。また、光源部１１０Ａは、参照光Ｌ２を、測定部１３０Ａに入力する。

延長ケーブル１５０Ａは、後方散乱光伝送路１５１Ａと、これとは別個の試験光伝送路１５２Ａと、を有している。試験光伝送路１５２Ａは、光源部１１０Ａから出力された試験光Ｌ１を光デバイス１２０Ａに伝送する。

光デバイス１２０Ａは、光サーキュレータ１２１Ａを有している。光サーキュレータ１２１Ａは、試験光Ｌ１をセンシングケーブル４のセンシング光ファイバ４ａ（のコア４ａ１）に入力する。光サーキュレータ１２１Ａからの試験光Ｌ１は、センシング光ファイバ４ａ－１の一方の端部に入力される。センシング光ファイバ４ａ－１に入力された試験光Ｌ１は、末端接続部１８０において、他のセンシング光ファイバ４ａ－２の他方の端部に入力される。センシング光ファイバ４ａ－２に入力された試験光Ｌ１は、センシングケーブル４の一方の端部において、他のセンシング光ファイバ４ａ－３に入力される。センシング光ファイバ４ａ－３に入力された試験光Ｌ１は、当該センシング光ファイバ４ａ－３を通り、当該センシング光ファイバ４ａ－３の他方の端部に到達する。すなわち、本実施形態では、複数のセンシング光ファイバ４ａが直列に接続されており、当該直列に接続されて統合されたセンシング光ファイバ４ａは、長手方向の端部で折り返された複数の区間を有している。この場合の３本のセンシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－３は、複数の区間の一例である。

また、センシングケーブル４Ｄが４本のセンシング光ファイバ４ａを有している場合にあっては、センシング光ファイバ４ａ－３の他方の端部に到達した試験光Ｌ１は、他のセンシング光ファイバ４ａ－４の他方の端部に入力される。センシング光ファイバ４ａ－４に入力された試験光Ｌ１は、センシング光ファイバ４ａ－４を通り、センシング光ファイバ４ａ－４の一方の端部に到達する。この場合の４本のセンシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－３は、複数の区間の一例である。

センシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－４では、試験光Ｌ１に起因して、長手方向にわたってレイリー散乱光が発生し、後方散乱光として試験光Ｌ１とは反対方向に伝送され、試験光Ｌ１が入力されたセンシング光ファイバ４ａ－１の端部から出力される。光サーキュレータ１２１Ａは、出力された後方散乱光Ｌ３を延長ケーブル１５０Ａの後方散乱光伝送路１５１Ａに入力する。後方散乱光伝送路１５１Ａに出力された後方散乱光Ｌ３は、測定部１３０Ａで測定される。

測定部１３０Ａでは、入力された参照光Ｌ２と後方散乱光Ｌ３とを干渉させ、電気信号に変換する。演算部１４０Ａは、この電気信号を解析することによりセンシング光ファイバ４ａの長手方向における歪みの分布の情報を得ることができる。データ処理の詳細は、非特許文献５に記されている。

演算部１４０Ａは、それぞれの後方散乱光に関する測定結果をもとに、複数のセンシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－４のそれぞれの歪みを算出し、算出したそれぞれの歪みをもとにセンシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）の形状を算出する。具体的に、演算部１４０Ａは、干渉信号の波形のデータをフーリエ変換することにより得られたセンシング光ファイバ４ａの長手方向における歪みの分布の情報を含むデータ信号をもとに、歪みの分布を算出し、さらに算出した歪みの分布をもとに、センシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）の形状を算出する。この方法はFrenet-Serret equationsを光ファイバの長手方向に適用する公知の計算法である（非特許文献１，２）。

本実施形態では、センシングシステム１００は、ＯＦＤＲの原理を用いることができるように構成されている。ＯＦＤＲは、数ｍｍから数μｍといった高い空間分解能を実現することが可能であり、本発明のセンシングシステムに導入することにより、光ファイバ長手方向により精密な測定結果を得ることができる。

ただし、本発明のセンシングシステムにおいて用いる測定原理はＯＦＤＲに限られない。例えば、センシング光ファイバ４ａからの後方散乱光としてブリユアン散乱光をそれぞれ測定し、それぞれのブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、センシング光ファイバ４ａのそれぞれの歪みを算出することができるよう、センシングシステムを、ソフトウェア的およびハードウェア的に構成してもよい。この場合、センシングシステムは、Brillouin optical time domain reflectometry（以下、ＢＯＴＤＲと記す）、Brillouin optical correlation domain reflectometry（以下、ＢＯＣＤＲと記す）の原理を用いることができるように構成する。ＢＯＴＤＲについては、非特許文献６に、また、ＢＯＣＤＲについては、非特許文献７に、それぞれ記されている。

ＢＯＴＤＲを使用する場合、光源部１１０Ａは、パルス化された試験光Ｌ１を、延長ケーブル１５０Ａ中の試験光伝送路１５２Ａに入力する。また、光源部１１０Ａは、連続光である参照光Ｌ２を、測定部１３０Ａに入力する。

ＢＯＣＤＲを使用する場合、光源部１１０Ａは、周波数が正弦波変調された試験光Ｌ１を、延長ケーブル１５０Ａ中の試験光伝送路１５２Ａに入力する。また、光源部１１０Ａは、参照光Ｌ２を、測定部１３０Ａに入力する。

ＢＯＴＤＲあるいはＢＯＣＤＲを使用する場合、上記ＯＦＤＲの場合と異なり、センシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－４から、試験光Ｌ１に起因して長手方向にわたって発生するブリユアン後方散乱光が観測される。

また、ＢＯＴＤＲあるいはＢＯＣＤＲを使用する場合、測定部１３０Ａは、レイリー散乱光を除去して、ブリユアンストークス光のみを抽出した後、参照光Ｌ２と合波し、電気信号に変換する。測定部１３０Ａは、ブリユアン散乱光の周波数成分だけを検波する。

演算部１４０Ａは、それぞれの後方散乱光に関する測定結果をもとに、複数のセンシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－４のそれぞれの歪みを算出し、算出したそれぞれの歪みをもとにセンシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）の形状を算出する。具体的に、演算部１４０Ａは、ブリユアン散乱光の周波数成分から周波数変化量を求め、その値からセンシング光ファイバ４ａの長手方向における歪みの分布を算出し、さらに算出した歪みの分布をもとに、センシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）の形状を算出する。

ブリユアン散乱を測定するセンシングシステムは、長い測定可能距離を有するという利点を持つ。したがって、センシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）の全長およびセンシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）に実装するセンシング光ファイバ４ａの全長に応じて、これらのセンシングシステムを適宜選択することができる。

以上説明したように、本実施形態のセンシングシステム１００Ａは、センシングケーブル４，４Ｄ（ケーブル１０）の形状を検出することができる。

［第６実施形態］
図１７は、第６実施形態のセンシングシステム１００Ｂの構成図である。本実施形態のセンシングシステム１００Ｂは、第２変形例のように４本のセンシング光ファイバ４ａを有したセンシングケーブル４Ｄ、若しくは当該センシングケーブル４Ｄを有したケーブル１０の形状を検出するためのものである。センシングシステム１００Ｂは、光デバイス１２０Ｂと、演算部１４０Ｂと、光源部１１０Ｂと測定部１３０Ｂと、延長ケーブル１５０Ｂと、を備えている。センシングシステム１００Ｂは、Brillouin optical correlation domain analysis（以下、ＢＯＴＤＡと記す）あるいはBrillouin optical time domain analysis（以下、ＢＯＣＤＡと記す）の原理を用いることができるよう、ソフトウェア的およびハードウェア的に構成されたものである。ＢＯＴＤＡについては、非特許文献８に、また、ＢＯＣＤＡについては、非特許文献９に、それぞれ記されている。

ＢＯＴＤＡを使用する場合、光源部１１０Ｂ、パルス形状のポンプ光と、連続光であるプローブ光を出力する。

ＢＯＣＤＡを使用する場合、光源部１１０Ｂは、パルス形状のポンプ光と、周波数が変調されたプローブ光とを、出力する。プローブ光は、測定対象であるセンシング光ファイバ４ａのブリユアン周波数シフト量（ストークスシフト量）に相当する周波数の正弦波で変調されている。

延長ケーブル１５０Ｂは、後方散乱光伝送路１５１Ｂ，１５２Ｂと、これらとは別個の試験光伝送路１５３Ｂ，１５４Ｂと、を有している。試験光伝送路１５３Ｂは、光源部１１０Ｂから出力されたプローブ光を光デバイス１２０Ｂに伝送する。また、試験光伝送路１５４Ｂは、光源部１１０Ｂから出力されたポンプパルス光を光デバイス１２０Ｂに伝送する。

光デバイス１２０Ｂは、１×２カプラ１２１Ｂ，１２２Ｂと、光アイソレータ１２３Ｂ，１２４Ｂと、光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂと、を有している。１×２カプラ１２１Ｂの１ポート側は、試験光伝送路１５３Ｂに接続され、２ポート側は、それぞれ、光アイソレータ１２３Ｂ，１２４Ｂのそれぞれの入力ポートに接続されている。１×２カプラ１２２Ｂの１ポート側は、試験光伝送路１５４Ｂに接続され、２ポート側は、それぞれ、光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂのそれぞれの２ポート側の入力ポートに接続されている。光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂのそれぞれの２ポート側の他方は、それぞれ、後方散乱光伝送路１５１Ｂ，１５２Ｂに接続されている。光アイソレータ１２３Ｂ，１２４Ｂの出力ポートは、互いに異なるセンシング光ファイバ４ａに接続されている。光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂの１ポート側は、互いに異なるセンシング光ファイバ４ａに接続されている。

１×２カプラ１２１Ｂは、試験光伝送路１５３Ｂから入力されたプローブ光を２分岐し、分岐したプローブ光を、光アイソレータ１２３Ｂ，１２４Ｂのそれぞれに入力する。光アイソレータ１２３Ｂ，１２４Ｂは、それぞれ、入力されたプローブ光をセンシング光ファイバ４ａ－１，４ａ－２（のコア４ａ１）に入力する。１×２カプラ１２２Ｂは、試験光伝送路１５４Ｂから入力されたポンプパルス光を２分岐し、分岐したプローブ光を、光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂのそれぞれに入力する。光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂは、それぞれ、入力されたポンプパルス光をセンシング光ファイバ４ａ－３，４ａ－４（のコア４ａ１）に入力する。

センシング光ファイバ４ａ－１，４ａ－４は、光アイソレータ１２３Ｂ、光サーキュレータ１２５Ｂが接続されている側とは反対側の末端接続部１８０で接続されている。また、センシング光ファイバ４ａ－２，４ａ－３は、光アイソレータ１２４Ｂ，光サーキュレータ１２６Ｂが接続されている側とは反対側の末端接続部１８０で接続されている。すなわち、センシングケーブル４は、センシング光ファイバ４ａ－１，４ａ－４が直列に接続されて統合されたセンシング光ファイバ４ａと、センシング光ファイバ４ａ－２，４ａ－３が直列に接続されて統合されたセンシング光ファイバ４ａと、を備えている。

センシング光ファイバ４ａ－１，４ａ－４およびセンシング光ファイバ４ａ－２，４ａ－３は、それぞれ、ポンプパルス光を、一方の端部から他方の端部に伝送するとともに、プローブ光を、ポンプパルス光とは逆方向に、他方の端部から一方の端部に伝送する。伝送中、ポンプパルス光に起因して、センシング光ファイバ４ａのそれぞれの長手方向にわたってブリユアン散乱光が発生し、プローブ光がブリユアン増幅されポンプパルス光とは反対方向に伝送し、ポンプパルス光が入力された光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂに入力される。光サーキュレータ１２５Ｂ，１２６Ｂは、それぞれ、センシング光ファイバ４ａ－１，４ａ－４を透過しブリユアン増幅されたプローブ光Ｌｂ１、センシング光ファイバ４ａ－２，４ａ－３を透過しブリユアン増幅されたプローブ光Ｌｂ２を、後方散乱光伝送路１５１Ｂ，１５２Ｂに入力する。後方散乱光伝送路１５１Ｂは、ブリユアン増幅されたプローブ光Ｌｂ１を伝送し、測定部１３０Ｂａに入力する。また、後方散乱光伝送路１５２Ｂは、ブリユアン増幅されたプローブ光Ｌｂ２を伝送し、測定部１３０Ｂｂに入力する。

ＢＯＴＤＡを使用する場合、測定部１３０Ｂａ，１３０Ｂｂは、それぞれ、後方散乱光伝送路１５１Ｂ，１５２Ｂから出力された光を受信し、電流信号に変換して演算部１４０Ｂに入力する。

他方、ＢＯＣＤＲを使用する場合、測定部１３０Ｂａ，１３０Ｂｂは、それぞれ、後方散乱光伝送路１５１Ｂ，１５２Ｂから出力された光を受信し、電流信号に変換し、さらにプローブ光の変調と同期したロックイン検出された信号を、演算部１４０Ｂに入力する。

演算部１４０Ｂは、ブリユアン散乱光の周波数成分から周波数変化量を求め、その値からセンシング光ファイバ４ａの長手方向における歪みの分布を算出する。さらに算出した歪みの分布をもとに、センシングケーブル４Ｄ（ケーブル１０）の形状を算出する。この方法はFrenet-Serret equationsを光ファイバの長手方向に適用する公知の計算法である（非特許文献１，２）。

以上説明したように、本実施形態のセンシングシステム１００Ｂは、センシングケーブル４Ｄ（ケーブル１０）の形状を検出することができる。

［第７実施形態］
図１８は、第７実施形態のセンシングシステム１００Ｃの構成図である。本実施形態のセンシングシステム１００Ｃは、第２実施形態のように４本のセンシング光ファイバ４ａを有したセンシングケーブル４Ｄ、若しくはセンシングケーブル４Ｄを有したケーブル１０の形状を検出するためのものである。センシングシステム１００Ｃは、光源部１１０Ｃと、延長ケーブル１５０Ｃと、光デバイス１２０Ｃと、測定部１３０Ｃと、演算部１４０Ｃと、を備えている。センシングシステム１００Ｃは、上記第６実施形態のセンシングシステム１００Ｂと同様に、ＢＯＴＤＡあるいはＢＯＣＤＡの原理を用いることができるようにソフトウェア的およびハードウェア的に構成されたものである。

ＢＯＴＤＡを使用する場合、ＢＯＣＤＲを使用する場合のそれぞれにおいて、光源部１１０Ｃは、上記第６実施形態のセンシングシステム１００Ｂと同様の構成を有し、同様に作動するので、説明を省略する。

延長ケーブル１５０Ｃは、後方散乱光伝送路１５１Ｃと、これらとは別個の試験光伝送路１５２Ｃおよび１５３Ｃと、を有している。試験光伝送路１５２Ｃは、光源部１１０Ｃから出力されたプローブ光を光デバイスに伝送する。試験光伝送路１５３Ｃは、光源部１１０Ｃから出力されたポンプ光を光デバイスに伝送する。

延長ケーブル１５０Ｃは、ポンプ光およびプローブ光を光デバイス１２０Ｃに入力する。光デバイス１２０Ｃは、光アイソレータ１２１Ｃと光サーキュレータ１２２Ｃとを有する。光アイソレータ１２１Ｃは、プローブ光をセンシング光ファイバ４ａ－１に入力する。また光サーキュレータ１２２Ｃは、ポンプ光をセンシング光ファイバ４ａ－１とは異なるセンシング光ファイバ４ａ－４に入力する。

光アイソレータ１２１Ｃからのプローブ光は、センシング光ファイバ４ａ－１，４ａ－２，４ａ－３，４ａ－４をこの順に経由して光サーキュレータ１２２Ｃに到達し、遮断される。

他方、光サーキュレータ１２２Ｃからのポンプ光は、センシング光ファイバ４ａ－４，４ａ－３，４ａ－２，４ａ－１をこの順に経由して光アイソレータ１２１Ｃに到達し、遮断される。

光サーキュレータ１２２Ｃは、ブリユアン増幅されたプローブ光を延長ケーブル１５０Ｃ内の後方散乱光伝送路１５１Ｃに入力する。後方散乱光伝送路１５１Ｃは、ブリユアン増幅されたプローブ光を測定部１３０Ｃに入力する。

ＢＯＴＤＡを使用する場合、ＢＯＣＤＲを使用する場合のそれぞれにおいて、測定部１３０Ｃは、上記第６実施形態のセンシングシステム１００Ｂと同様の構成を有し、同様に作動する。すなわち、測定部１３０Ｃは、複数のセンシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－４のそれぞれの一方の端部から入力されたブリユアン増幅されたプローブ光に関して測定を行い、電気信号を演算部１４０Ｃに出力する。

演算部１４０Ｃでは、検出されたデジタルデータからこれらのファイバの長手方向での歪分布状態を連続的に算出することができる。そしてセンシング光ファイバ４ａ－１～４ａ－４のそれぞれの歪分布状態のデータに分割し、それぞれの歪みをもとにセンシングケーブル４Ｄ（ケーブル１０）の形状を算出する。この方法はFrenet-Serret equationsを光ファイバの長手方向に適用する公知の計算法である（非特許文献１，２）。

以上説明したように、本実施形態のセンシングシステム１００Ｃは、センシングケーブル４Ｄ（ケーブル１０）の形状を検出することができる。

また、その他の実施形態として、第５～第７実施形態のセンシングシステム１００Ａ～１００Ｃの構成において、延長ケーブル１５０Ａ～１５０Ｃを削除し、延長ケーブル１５０Ａ～１５０Ｃを介さずに、光源部１１０Ａ～１１０Ｃからの試験光Ｌ１を光デバイス１２０Ａ～１２０Ｃに入力し、センシング光ファイバ４ａのそれぞれからの後方散乱光Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ，Ｌ３ｄを測定部１３０Ａ～１３０Ｃに入力する構成としてもよい。

［第８実施形態］
上記第５～第７実施形態に記載されるようなセンシングシステム１００，１００Ａは、様々なシステムに適用できる。以下では、センシングシステム１００（または１００Ａ～１００Ｃ）を備えたシステムの実施形態について説明する。

図１９は、センシングシステム１００を備えた第７実施形態のシステム１０００の構成図である。このシステム１０００は、ケーブル１０Ａ，１０と、センシングシステム１００とを備えている。システム１０００は、海Ｓに浮かぶ海洋探査船１００１と、無人探査機であるランチャー１００２と、子機であるビークル１００３とを備えており、海底を探査する海底探査システムとして構成されている。システム１０００は、センシングシステムとも称されうる。

センシングシステム１００は、海洋探査船１００１に搭載されている。ケーブル１０Ａは、センシングシステム１００と接続されている。ケーブル１０Ａは、一次ケーブルとも呼ばれ、ケーブル１０と同様の断面構造を有しており、その長さは例えば１０ｋｍと比較的長い。

ランチャー１００２は、ケーブル１０Ａを介して海洋探査船１００１と接続されている。ランチャー１００２は、各種探査装置を搭載しており、ビークル１００３を収容、誘導、回収するための機構を備えている。

ケーブル１０は、ランチャー１００２を介し、ケーブル１０Ａと接続されている。ケーブル１０は、２次ケーブルとも呼ばれ、その長さは例えば２００ｍと比較的短い。

ビークル１００３は、ケーブル１０によってランチャー１００２と接続している。ビークル１００３は、ランチャー１００２から発進し、海底の近傍を移動する。ビークル１００３は、各種探査装置を搭載している。ビークル１００３は、ケーブル１０Ａ，１０において、センシングシステム１００から試験光が入力される端部とは反対側の先端部側に位置する。

ケーブル１０Ａ，１０は、海洋探査船１００１からランチャー１００２やビークル１００３に電力を供給したり、通信を行ったりする機能を有する複合ケーブルである。

第５実施形態で説明したように、センシングシステム１００は、ケーブル１０Ａ，１０の形状を検出することができる。

海中においては、ケーブル１０Ａ，１０は潮の流れによって動いているが、その挙動は不明なことが多い。場合によってはケーブル１０Ａ，１０の歪みが特定の箇所に集中したり、ケーブル１０Ａ，１０の捩れの一部がケーブル先端部に伝わったりしてキンクが発生し、損傷の原因になる場合もある。そのためケーブル１０Ａ，１０の構造設計としてトルクバランスに配慮した設計が行われている。しかしながら、上記した局所的な歪やキンクの発生、あるいは海底面に近い位置では海底から突起している岩との接触による損傷など、ケーブル１０Ａ，１０の破断につながる要因を確実に避けることは困難である。

これに対して、このシステム１０００では、センシングシステム１００が、ケーブル１０Ａ，１０の形状を検出することができるので、ケーブル１０Ａ，１０を海中から回収することなく、局所的な歪やキンクが発生している箇所を特定できる。その結果、ケーブル１０Ａ，１０の損傷や破断をある程度予測することができる。また、これにより、より効率的なケーブルの検査や、歪やキンク発生のメカニズムの解明のためのデータを収集することができる。

また、センシングシステム１００の演算部１４０は、ケーブル１０Ａとケーブル１０との形状をもとに、測定対象物であるビークル１００３の、海洋探査船１００１に対する３次元的な相対位置を算出してもよい。これにより、システム１０００は、ビークル１００３の３次元的な相対位置を検出することができる。なお、海洋探査船１００１はＧＰＳ機器を搭載しており、ＧＰＳ機器は、海洋探査船１００１の地球上における絶対位置（経緯度）の情報を得ることができる。この場合、演算部１４０は、海洋探査船１００１の位置情報をＧＰＳ機器から取り込み、その位置情報と、ケーブル１０Ａとケーブル１０との形状の情報をもとに、海中でのビークル１００３の３次元的な絶対位置を検出することができる。

［第９実施形態］
図２０は、センシングシステム１００Ｂを備えた第９実施形態のシステム１０００Ａの構成図である。このシステム１０００Ａは、ケーブル１０と、センシングシステム１００Ｂとを備えている。システム１０００Ａは、センシングシステムとも称されうる。センシングシステム１００Ｂは、光デバイス１２０Ａと、演算部１４０と、光源／測定部１６０と、一次ケーブル１７０Ｂと、を備えている。光デバイス１２０Ａ、演算部１４０、光源／測定部１６０は、図１７に示すセンシングシステム１００Ａにおける対応する要素と同様の構成であるので、説明を省略する。なお、演算部１４０と、光源／測定部１６０とは、海洋探査船１００１に搭載されている。光デバイス１２０Ａは、ランチャー１００２に搭載されている。

一次ケーブル１７０Ｂの構成は、ケーブル１０の構成からセンシング光ファイバ４ａ（センシングケーブル４）を削除し、図１７に示す延長ケーブル１５０Ｂと同様の４本の後方散乱光伝送路と、これらとは別個の試験光伝送路とを追加したものである。一次ケーブル１７０Ｂの長さは例えば１０ｋｍと比較的長い。

一次ケーブル１７０Ｂは、複合ケーブルであり、ケーブル１０と同様に、海洋探査船１００１とランチャー１００２とビークル１００３との間での、電力供給と通信とに使用される。また、一次ケーブル１７０Ｂは、延長ケーブル１５０Ｂと同様に、試験光Ｌ１を試験光伝送路によって光デバイス１２０Ａに伝送する機能を有する。また、一次ケーブル１７０Ｂは、ケーブル１０のセンシング光ファイバ４ａからの後方散乱光Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ，Ｌ３ｄのそれぞれを、４本の後方散乱光伝送路のそれぞれによって光源／測定部１６０に伝送する機能を有する。

このシステム１０００Ａでは、センシングシステム１００Ｂは、光源／測定部１６０から、一次ケーブル１７０Ｂを介して、数ｋｍ以上という長いケーブルの先に接続されたケーブル１０の形状を検出することができる。特に、一次ケーブル１７０Ｂの先端側に位置し、海底にも近く、キンク等が発生しやすいケーブル１０の形状を好適に検出することができる。

また、センシングシステム１００Ｂの演算部１４０は、ケーブル１０の形状をもとに、測定対象物であるビークル１００３の、海洋探査船１００１に対する大凡の３次元的な相対位置を算出してもよい。これにより、システム１０００は、ビークル１００３の大凡の３次元的な相対位置を検出することができる。なお、演算部１４０は、海洋探査船１００１の位置情報をＧＰＳ機器から取り込み、その位置情報と、ケーブル１０Ａとケーブル１０との形状の情報をもとに、海中でのビークル１００３の大凡の３次元的な絶対位置を検出することができる。

［第１０実施形態］
図２１は、センシングシステム１００を備えた第１０実施形態のシステム１０００Ｂの構成図である。このシステム１０００Ｂでは、ケーブル１０の形状を検出するセンシングシステム１００は、ランチャー１００２に搭載されている。海洋探査船１００１とランチャー１００２とは、電力供給と通信とに使用される複合ケーブルである一次ケーブル１００４で接続されている。システム１０００Ｂは、センシングシステムとも称されうる。

このシステム１０００Ｂでは、一次ケーブル１００４の先端側に位置し、海底にも近く、キンク等が発生しやすいケーブル１０の形状を好適に検出することができる。

なお、ランチャー１００２は一次ケーブル１００４のケーブル長相当の深海に達することができるので、高い水圧が掛かる。そのため、ランチャー１００２搭載するセンシングシステム１００は、その全体を耐水圧用容器内に設置する等、耐水圧用の構成とする必要がある。

［第１１実施形態］
図２２は、センシングシステム１００を備えた第１１実施形態のシステム１０００Ｃの構成図である。このシステム１０００Ｃは、ケーブル１０Ａ，１０と、センシングシステム１００と、距離測定装置であるソナー装置１００５とを備えている。すなわち、システム１０００Ｃは、図１８に示すシステム１０００の構成にソナー装置１００５を追加した構成を有する。システム１０００Ｃは、センシングシステムとも称されうる。

ソナー装置１００５は、ビークル１００３に搭載されている。ソナー装置１００５は、海底ＳＦの所定箇所に向かって音波信号ＳＳを送信し、その所定箇所で反射した音波信号を受信する。これにより、ソナー装置１００５から海底ＳＦの所定箇所までの距離を測定する。

上述したように、システム１０００では、海中でのビークル１００３の３次元的な絶対位置を検出することができる。さらに、システム１０００Ｃでは、演算部１４０は、ビークル１００３の３次元的な絶対位置の情報と、ソナー装置１００５が測定した海底ＳＦの所定箇所までの距離の情報とを用いて、海底ＳＦの所定箇所の３次元的な絶対位置を算出することができる。そして、ソナー装置１００５が海底ＳＦまでの距離の測定を様々な箇所に対して行うことによって、演算部１４０は、海底ＳＦの３次元的な座標を算出することができる。その結果、システム１０００Ｃは、海底ＳＦの３次元的な座標や形状を検出することができる。この場合、海底ＳＦが、ケーブル１０の先端部側に位置する測定対象物に相当する。

なお、上記第８実施形態～第１１実施形態では、位置または形状を検出する測定対象物はビークル１００３や海底ＳＦであるが、位置または形状を検出する測定対象物はこれらに限られない。例えば、本発明のセンシングシステムは、建造物内に侵入し、建造物内部を調査する調査ロボットの位置や、建造物の内部の形状を検出する用途にも適用可能である。

［第１２実施形態］
図２３は、センシングシステム１００を備えた第１２実施形態のシステム２０００の構成図である。このシステム２０００は、ケーブル１０と、センシングシステム１００とを備えている。システム２０００は、センシングシステムとも称されうる。ケーブル１０は、測定対象物である鉄道等の線路２００１に沿って敷設されている。ケーブル１０は線路２００１と接しており、長手方向において連続的または断続的に固定されている。

線路２００１が伸縮や屈曲等、形状変形すると、それに応じてケーブル１０の形状も変化する。センシングシステム１００は、ケーブル１０の形状変形を検出することによって、線路２００１の変形をセンシングできる。これにより、システム２０００では、線路２００１における形状的な異常の発生を監視することができる。

なお、測定対象物は、線路に限らず、橋梁等の構造物でもよい。また、センシングシステム１００に換えてセンシングシステム１００Ａを用いてセンシングシステムを構成してもよい。センシングシステム１００Ａを用いた場合、センシングシステム１００Ａのケーブル１０を測定対象物に敷設し、延長ケーブル１５０Ａによって演算部１４０および光源／測定部１６０を、測定対象物から遠隔の地点に設置することができる。これにより、例えば演算部１４０および光源／測定部１６０を設置しにくいまたは測定者が到達し難い山奥等に存在する建造物等の形状をケーブル１０でセンシングし、形状的な異常の発生を監視することができる。

また、上記第５実施形態～第１２実施形態のシステムのケーブル１０は、他の実施形態の実施形態や変形例のケーブル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｇやこれらに類似するケーブルに置き換えることができるし、ケーブル１０に含まれるセンシングケーブル４は、他の実施形態や変形例のセンシングケーブル４Ｃ～４Ｆやこれらに類似するセンシングケーブルに置き換えることができる。また、センシング光ファイバ４ａの数も、４には限定されない。

また、一般的に、光ファイバは温度の変化によって伸縮する。そのためセンシング光ファイバ４ａの歪分布測定を行う際、センシング光ファイバ４ａの温度が変化すると歪測定に影響を生じる。そのため、センシングシステム１００，１００Ａ～１００Ｃの演算部において、センシング光ファイバ４ａの少なくとも１つからの後方散乱光の測定結果をもとに、形状を検出するケーブルの長手方向における温度分布を求め、算出された複数のセンシング光ファイバ４ａのそれぞれの歪みを、温度分布をもとに補正することが好ましい。このようなセンシング光ファイバ４ａの長手方向における温度分布測定は、センシング光ファイバ４ａ中のラマン散乱の変化を用いたＲ－ＯＴＤＲ（ラマンＯＴＤＲ）法や、ブリユアン散乱の周波数変化を用いたＢＯＴＤＲ法、ＢＯＴＤＡ法、ＢＯＣＤＡ法、ＢＯＣＤＲ法を用いることができる。したがって、センシングシステム１００，１００Ａ，１００Ｂやこれを備えたシステム１０００，１０００Ａ～１０００Ｃ，２０００はこれらの方法を使用して温度分布を測定し、これをもとに歪みを補正できるようにソフトウェア的およびハードウェア的に構成されていることが好ましい。なお、温度分布を測定するために使用するセンシング光ファイバ４ａは、センシングケーブル４内のいずれの位置にあるものでもよい。

以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

１…電力線（伝送線）
２…アース線
３…光ファイバ線（伝送線、通信線）
３Ｂ…光ファイバテープ心線
４…センシングケーブル（第一センシングケーブル、第二センシングケーブル）
４Ｃ～４Ｇ…センシングケーブル
４ａ，４ａ－１，４ａ－２，４ａ－３，４ａ－４…センシング光ファイバ
４ａ１…コア
４ａ２…クラッド
４ｂ…光ファイバ（保持部材、第四保持部材、第五保持部材、第六保持部材）
４ｂ１…コア
４ｂ２…クラッド
４ｃ…テンションメンバ（保持部材、第三保持部材、第四保持部材、第六保持部材）
４ｄ…被覆層（保持部材、第三保持部材、第四保持部材）
４ｅ…スロット材（保持部材、第一保持部材、第二保持部材、第四保持部材）
４ｅ１，４ｅ１－１，４ｅ１－２，４ｅ１－３…溝（保持部）
４ｆ…接合材（接合部材）
５…内部被覆層
６，６Ｂ…テンションメンバ
７，７Ｂａ，７Ｂｂ…外部被覆層
８…充填材
９，９Ｂ…スロット材
９ａ…溝
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｇ…ケーブル
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ …センシングシステム
１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ…光源部
１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ…光デバイス
１２１Ａ，１２５Ｂ，１２６Ｂ，１２２Ｃ…光サーキュレータ
１２３Ｂ，１２４Ｂ，１２１Ｃ…光アイソレータ
１２１Ｂ，１２２Ｂ…１×２カプラ
１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｂａ，１３０Ｂｂ，１３０Ｃ…測定部
１４０，１４０Ａ，１４０Ｂ，１４０Ｃ…演算部
１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ…延長ケーブル
１５１Ａ，１５１Ｂ，１５２Ｂ，１５１Ｃ…後方散乱光伝送路
１５２Ａ，１５３Ｂ，１５４Ｂ，１５２Ｃ，１５３Ｃ…試験光伝送路
１６０…光源／測定部
１７０Ｂ，１００４…一次ケーブル
１８０…末端接続部
１０００，１０００Ａ～１０００Ｃ，２０００…システム（センシングシステム）
１００１…海洋探査船
１００２…ランチャー
１００３…ビークル
１００５…ソナー装置
２００１…線路
Ａｘ１…軸心（第一軸心）
Ａｘ２…軸心（第二軸心）
Ａｘ３…軸心（第三軸心）
Ｃ０…中心
Ｄ１…距離（第一距離）
Ｄ２…距離（第二距離）
Ｄｒ…方向（第一方向）
Ｈ…第一捩れピッチ
ｈ…第二捩れピッチ
Ｌ１…試験光
Ｌ２…参照光
Ｌ３，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ，Ｌ３ｄ…後方散乱光
Ｌｂ１，Ｌｂ２…プローブ光
Ｌｖ…仮想線
Ｓ…海
ＳＦ…海底
ＳＳ…音波信号
Ｒ…曲げ半径

Claims (29)

1. 伝送線と、
   前記伝送線とは別に設けられたセンシングケーブルと、
   を備え、
   前記センシングケーブルは、
   それぞれコアと当該コアを取り囲むクラッドとを有した３本以上のセンシング光ファイバと、
   前記３本以上のセンシング光ファイバを互いに間隔をあけた状態で保持する保持部材と、
   を有した、ケーブル。
2. 前記保持部材として、前記センシングケーブルの長手方向に延びてそれぞれ前記センシング光ファイバを収容する複数の溝が設けられた第一保持部材を有した、請求項１に記載のケーブル。
3. 前記保持部材として、それぞれ前記センシング光ファイバを保持する複数の保持部が設けられ前記センシングケーブルの長手方向に間隔をあけて設けられた複数の第二保持部材を有した、請求項１または２に記載のケーブル。
4. 前記保持部材として、前記センシングケーブルの長手方向に延びて前記複数の第二保持部材を固定した第三保持部材を有した、請求項３に記載のケーブル。
5. 前記保持部材として、前記センシング光ファイバと並行して前記センシングケーブルの長手方向に延びた第四保持部材を有した、請求項１～４のうちいずれか一つに記載のケーブル。
6. 前記第四保持部材として、前記センシング光ファイバと前記センシングケーブルの周方向にずれて位置された第五保持部材を有した、請求項５に記載のケーブル。
7. 前記第四保持部材として、３本以上のセンシング光ファイバに対して前記センシングケーブルの径方向内側に位置された第六保持部材を有した、請求項５または６に記載のケーブル。
8. 前記センシングケーブルは、前記３本以上のセンシング光ファイバを接合するか、あるいは前記センシング光ファイバと前記保持部材とを接合する接合部材を有した、請求項１～７のうちいずれか一つに記載のケーブル。
9. 前記センシングケーブルにおいて、前記３本以上のセンシング光ファイバが、多重螺旋状に配置された、請求項１～８のうちいずれか一つに記載のケーブル。
10. 少なくとも一つの前記センシング光ファイバに含まれる前記コアが、長手方向において屈折率が周期的に変化しているファイバブラッググレーティングコアを含む、請求項１～９のうちいずれか一つに記載のケーブル。
11. 前記センシングケーブルとして、前記ケーブルにおいて螺旋状に配置された第一センシングケーブルを備えた、請求項１～１０のうちいずれか一つに記載のケーブル。
12. 前記センシングケーブルとして、前記ケーブルの第一軸心に沿う第二センシングケーブルを備えた、請求項１～１１のうちいずれか一つに記載のケーブル。
13. 前記ケーブルの第一軸心から前記センシングケーブルの第二軸心までの第一距離、および前記第二軸心から前記センシング光ファイバの第三軸心までの第二距離が、前記ケーブルの許容される最小曲げ半径における前記センシング光ファイバの歪量が所定の閾値以下となるよう、設定された、請求項１～１２のうちいずれか一つに記載のケーブル。
14. 前記伝送線は電力線である、請求項１～１３のうちいずれか一つに記載のケーブル。
15. 前記伝送線は通信線である、請求項１～１４のうちいずれか一つに記載のケーブル。
16. それぞれコアと当該コアを取り囲むクラッドとを有し、３本以上のセンシング光ファイバと、
    前記３本以上のセンシング光ファイバを互いに間隔をあけた状態で保持する保持部材と、
    を有した、センシングケーブル。
17. コアと当該コアを取り囲むクラッドとを有したセンシング光ファイバを有し、
    前記センシング光ファイバは、折り返され長手方向に延びた複数の区間を有した、センシングケーブル。
18. 前記複数の区間は第一区間と第二区間とを含み、
    前記第一区間は、前記センシングケーブルの第二軸心と直交する断面において、当該第二軸心に対して当該第二軸心と交差する第一方向に離間して位置され、
    前記第二区間は、前記断面において、前記第二軸心を通り前記第一方向と直交する第二方向に延びる仮想線に対して、前記第一区間とは反対側に位置された、
    請求項１７に記載のセンシングケーブル。
19. 前記複数の区間は、前記センシングケーブルの第二軸心と直交する断面において、略回転対称となる位置に配置された、請求項１７または１８に記載のセンシングケーブル。
20. 請求項１～１５のうちいずれか一つに記載のケーブルの前記センシング光ファイバに入力する試験光を出力する光源部と、
    前記センシング光ファイバから前記試験光に対応して出力された後方散乱光の測定を行う測定部と、
    前記測定部における前記センシング光ファイバのそれぞれの前記後方散乱光の測定結果に基づいて前記ケーブルの形状を算出する演算部と、
    を備えた、ケーブル形状のセンシングシステム。
21. 請求項１７～１９のいずれか一つに記載のセンシングケーブルの前記センシング光ファイバに入力する試験光を出力する光源部と、
    前記試験光に対応して前記センシング光ファイバで生じた後方散乱光を測定する測定部と、
    前記測定部における前記後方散乱光の測定結果を前記区間のそれぞれの測定結果に分割し、前記複数の区間の測定結果に基づいて前記センシングケーブルの形状を算出する演算部と、
    を備えた、ケーブル形状のセンシングシステム。
22. 前記後方散乱光のそれぞれはレイリー散乱光であり、
    光周波数領域反射法を用いて前記コアのそれぞれの歪みを算出することができるよう構成された、請求項２０または２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
23. 前記後方散乱光のそれぞれはブリユアン散乱光であり、
    前記ブリユアン散乱光に関する測定結果をもとに、前記コアのそれぞれの歪みを算出することができるよう構成された請求項２０または２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
24. 試験光を前記センシング光ファイバに入力するとともに、前記試験光に対応して前記複数の区間から出力された後方散乱光を前記測定部に入力する光デバイスを備えた、請求項２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
25. 前記試験光を前記光デバイスに伝送する試験光伝送路と、
    前記試験光伝送路とは別個に設けられ、前記後方散乱光を前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方散乱光伝送路と、
    を備えた、請求項２４に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
26. 前記センシング光ファイバとして複数のセンシング光ファイバを備え、
    前記複数のセンシング光ファイバの一方の端部に入力するポンプ光を出力するポンプ光源と、前記複数のセンシング光ファイバの他方の端部に入力するプローブ光を出力するプローブ光源と、を有した光源部と、
    前記複数のセンシング光ファイバにおいて前記ポンプ光によってブリユアン増幅された前記プローブ光の測定を行う測定部と、
    前記複数のセンシング光ファイバに前記ポンプ光および前記プローブ光のそれぞれを入力するとともに、前記複数のセンシング光ファイバからの前記プローブ光を前記測定部に入力する光デバイスと、
    前記測定部における前記複数のセンシング光ファイバからの前記プローブ光の測定結果に基づいて、前記センシング光ファイバのそれぞれの歪みを算出し、当該算出した歪みに基づいて前記センシングケーブルの形状を算出する演算部と、
    を備えた、請求項２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
27. 前記センシング光ファイバとして長手方向の端部で折り返されるとともに直列に接続された少なくとも四つの区間を有したセンシング光ファイバを備え、
    前記センシング光ファイバの一方の端部に入力するポンプ光を出力するポンプ光源と、前記センシング光ファイバの他方の端部に入力するプローブ光を出力するプローブ光源と、を有した光源部と、
    前記センシング光ファイバにおいて前記ポンプ光によってブリユアン増幅された前記プローブ光の測定を行う測定部と、
    前記ポンプ光および前記プローブ光のそれぞれを前記センシング光ファイバに入力するとともに、前記センシング光ファイバの前記一方の端部からの前記プローブ光を前記測定部に入力する光デバイスと、
    前記測定部における前記センシング光ファイバからの前記プローブ光の測定結果を、前記少なくとも四つの区間のそれぞれの測定結果に分割し、当該少なくとも四つの区間のそれぞれの歪みを算出し、当該算出した歪みに基づいて前記センシングケーブルの形状を算出する演算部と、
    を備えた、請求項２１に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
28. 前記ポンプ光を前記光デバイスに伝送するポンプ光伝送路と、
    前記プローブ光を前記光デバイスに伝送するプローブ光伝送路と、
    前記ポンプ光伝送路とプローブ光伝送路は別個の、前記コアから出力された前記プローブ光を前記光デバイスから前記測定部に伝送する後方伝搬プローブ光伝送路と、
    を備えた、請求項２６または２７に記載のケーブル形状のセンシングシステム。
29. 前記測定部による測定結果に基づいて前記センシングケーブルの長手方向における温度分布を求め、前記算出された歪みを、前記温度分布に基づいて補正する、請求項２０～２８のうちいずれか一つに記載のケーブル形状のセンシングシステム。

Images