各種アルコール検出のための高感度プラスチック光ファイバセンサの開発
| Project/Area Number |
21K04076
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
森澤 正之 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30220049)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 裕 東洋大学, 理工学部, 准教授 (40516928)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | POFセンサ / アルコールセンサ / 膨潤性ポリマ / ノボラック樹脂 / カーボンブラック / 湿度センサ / プラスチック光ファイバセンサ |
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| Outline of Research at the Start |
アルコールの光学的センシングが求められている。これまで申請者はクラッドに膨潤性ポリマを用いたリーキー・導波変換型プラスチック光ファイバ(POF)センサを開発し、プロパン、湿度などの検知に成功している。本研究の目的は、様々な環境で簡便にアルコールの検出ができる、アルコールに膨潤するノボラック樹脂をクラッドに用いた高感度なPOFセンサの開発である。具体的には、エレクトロスプレー法を用いた多層化クラッドの形成および凹型くびれ構造化を適用して高感度化を図り、最終的に呼気中アルコール濃度0.15mg/L、および、作業環境許容濃度勧告値200ppmのイソプロピルアルコールを検出できるセンサの実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、様々な環境下で簡便にアルコール類の光学的センシングを実現するために、アルコールに対して膨潤を示すノボラック樹脂をクラッドに用いたリーキー・導波変換型プラスチック光ファイバ（POF）センサの開発を目的とする。具体的には、エレクトロスプレー法を用いた多層化クラッドの形成や凹型くびれ構造の導入など、さまざまな手法を用いて高感度化を図るものである。
昨年度までに、PMMAコアへのエタノールの吸着による繰り返し測定の劣化を防ぐために、ポリスチレン（PS）保護層をクラッドコアに形成することが有効であることを示した。異なる厚さのPS保護層を持つPOFセンサを作成し、それに対するエタノール蒸気に対する繰り返し応答を測定した。その結果、PS層の厚さが増加するにつれて繰り返し特性が改善され、PS保護層の有効性が確認された。また、PS層が厚すぎるとセンサ感度に影響があることもわかり、適正な厚さが存在することが示された。さらに、異なるエタノール濃度におけるセンサの応答特性、温度依存性、湿度依存性なども調査し、今後の高感度化に関する基礎的情報を収集した。その結果、温度や湿度はセンサ出力にほとんど影響を及ぼさないことがわかり、エタノールに対して選択性の高いセンサとして有望であることが確認できた。
2023年度は、クラッドを2層化し上部クラッドにカーボンブラックをドープしたPOFセンサを作成し、そのエタノール濃度に対する光透過強度特性を調査した。POFセンサがリーキーモードから導波モードに転換する濃度において、感度が急激に上昇することが確認された。しかし、ある程度エタノール濃度が高まらないと導波モードに転換しないため、低濃度エタノールに対しての感度が低い。このことは、クラッドとコアの屈折率差を適切に調整することにより、高感度なセンサが実現可能であることを示している。
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
