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International collaborative research on highly sensitive fiber optic sensor for early detection of dielectric breakdown signs in power line

Research Project

Project/Area Number 21KK0067
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

田中 洋介  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20283343)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 稲田 優貴  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (00735532)
塩田 達俊  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10376858)
Project Period (FY) 2021-10-07 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Keywords光ファイバセンサ / 分布計測 / ブリュアン散乱 / 温度計測 / ひずみ計測 / 電力線監視 / FBGセンサ / ブリユアン散乱 / 振動計測 / 光ファイバセンシング
Outline of Research at the Start

本研究では、マレーシア国民大学およびマレーシアの電力会社テナガ・ナショナルの研究所から構成されるマレーシア側の研究グループのメンバーと協力し、電力線の絶縁破壊を早期発見するための高感度で高空間分解能な光ファイバセンサを開発することを目的とする。電力線の異常は、一般には放電現象の直接観測から検出するが、理論的に送電状態の異変に伴うわずかな局所的温度上昇や異常な振動から早期に発見できる。電磁雑音の影響がなく、軽量で柔軟な分布型光ファイバ温度・振動センサを使えば、電力線の絶縁破壊兆候を早期に、しかも従来の電気的手法では正確には分からなかった発生個所も含めて、高感度測定できると期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、分布型光ファイバセンサによる温度または振動測定を利用した電力線の絶縁劣化初期段階の観測について、その具体的な手法を実際の電力施設を用いて確立することにある。研究の第一段階の目標は、送電状態を変化させ、分布型光ファイバセンサで測定される電力線長手方向の温度分布や振動分布の変化との関係を明らかにすることとした。2023年度後半になり、コロナ禍による海外渡航制限も緩和されたため、2024年1月中旬、ついに当初の計画どおり代表者の渡航が実現し、マレーシアの電力会社テナガ・ナショナルの研究所(TNBR)内で共同実験を行った。この実験では、現地で実際に使用されているものと同等の電力線を用意し、センシング用に光ファイバを電力線に沿わしたり、埋め込んだりした。また、熱電対による計測も比較のため同時に行い、これらで測定される温度分布について、電流伝送状態との関係を検討した。熱電対による測定とファイバセンサによる測定結果は、整合性が取れており、電力線に沿って、連続的に測定可能なファイバセンサの優位性が確認できた。一方、電力線上の一部の領域では一定の誤差も確認されたが、これが設置方法に起因するものであり、その改善方法についても指針が得られた。この実験とは別に、2023年度はマレーシア側の研究者とオンラインでの議論を進め、高速、高精度な分布型光ファイバセンシング手法について検討を行い、ハードウェアとソフトウェアの両面を有機的に連動させた新手法を提案し、実験室においてその動作確認に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2023年度は、後半になり、コロナ禍による海外渡航制限も緩和されたため、2024年1月中旬、当初の計画どおり代表者の渡航がついに実現し、マレーシアの電力会社テナガ・ナショナルの研究所(TNBR)内での共同実験により一定の成果が得られた。また、ファイバセンシング手法についても、新提案と原理確認を日本側の実験室内で行うことができた。しかしながら、これまでの遅れを取り戻せる状態になってはきたものの、全体としては遅れていると判断する。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は、日本国内で検討した新手法をあらためて、現地の実験施設に導入し、有効性の検討を進めていきたい。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] マレーシア国民大学(マレーシア)

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  • [Journal Article] Fast Brillouin frequency shift measurement by zero-crossing point search in the virtually composed spectra of Brillouin gain and loss2023

    • Author(s)
      Nonogaki Hayato、Sei Daichi、Bin Zan Mohd Saiful Dzulkefly、Tanaka Yosuke
    • Journal Title

      28th International Conference on Optical Fiber Sensors, Technical Digest Series (Optica Publishing Group, 2023)

      Volume: - Pages: Tu3.85-Tu3.85

    • DOI

      10.1364/ofs.2023.tu3.85

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    • Author(s)
      Hoshino Kazuki、Saito Daiki、Endo Yuma、Hasegawa Takahiro、Tanaka Yosuke
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Issue: 2 Pages: 022009-022009

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac4a0c

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fast and accurate Brillouin frequency shift extraction in Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR) distributed fiber sensor by using ensemble machine learning algorithm2022

    • Author(s)
      Almoosa A S K、Zan M S D、Ibrahim M F、Tanaka Y、Hamzah A E、Arsad N
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 2411 Issue: 1 Pages: 012012-012012

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2411/1/012012

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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    • Author(s)
      Hoshino Kazuki、Saito Daiki、Zan Mohd Saiful Dzulkefly、Tanaka Yosuke
    • Journal Title

      SPIE Proceedings Vol. 11914

      Volume: = Pages: 26-26

    • DOI

      10.1117/12.2603932

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  • [Presentation] ブリルアン利得・損失スペクトルを用いたサポートベクタ分類によるブリルアン周波数シフトの推定2023

    • Author(s)
      野々垣 颯人、清 大地、田中 洋介
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] ブリルアン利得と損失の仮想合成スペクトルのゼロクロス点探索によるブリルアン周波数シフト測定2023

    • Author(s)
      野々垣 颯人, 清 大地, Mohd Saiful Dzulkefly Bin Zan, 田中洋介
    • Organizer
      電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会
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  • [Presentation] Distributed strain sensing with simple system based on slope-assisted BOTDA using both gain and loss spectra2022

    • Author(s)
      Hayato Nonogaki, Daiki Saito, Kazuki Hoshino, Yosuke Tanaka
    • Organizer
      Optical Sensors and Sensing Congress 2022
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    • Author(s)
      Yosuke Tanaka
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    • Int'l Joint Research / Invited
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    • Author(s)
      小野拓真,田中洋介,塩田達俊
    • Organizer
      2022年度日本光学会年次学術講演会
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  • [Presentation] Brillouin fiber sensor based on optical frequency comb and heterodyne detection2022

    • Author(s)
      Takuma Ono, Yosuke Tanaka, Tatsutoshi Shioda
    • Organizer
      Conference on Laser and Electro-Optics Pacific Rime 2022 (CLEO-PR2022)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光周波数コムとヘテロダイン検波を利用したブリュアンセンサ2022

    • Author(s)
      小野 拓真、田中 洋介、塩田 達俊
    • Organizer
      2022年第69回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2024-12-25  

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