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レーザーを用いたポリマーがいしの非接触・非破壊劣化診断技術の開発

Research Project

Project/Area Number 22K04064
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

藤井 隆  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (60371283)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大石 祐嗣  一般財団法人電力中央研究所, グリッドイノベーション研究本部, 上席研究員 (10371296)
本間 宏也  一般財団法人電力中央研究所, グリッドイノベーション研究本部, 上席研究員 (40371562)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywordsレーザー / プラズマ / 分光 / ポリマー / がいし / 劣化診断 / 遠隔計測 / 電力設備 / レーザー誘起ブレークダウン分光 / ポリマーがいし / 非破壊・検査 / 遠隔・非接触計測
Outline of Research at the Start

レーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)を用い、ポリマーがいしの劣化を非接触かつ非破壊で計測する技術を開発する。レーザー誘起プラズマの励起温度を用いることにより、ポリマーがいしの構成元素の元素比を導出する。これにより、全く未知の計測対象がいしに対して、測定条件に関わらず、正確に構成元素の比を用いることができる。また、多変量解析手法を用いて、スペクトル解析だけで、ポリマーがいしの劣化を定量的に評価する手法を開発する。これらにより、運用中のポリマーがいしの劣化状態をリアルタイムに計測することが可能となる。さらに、可搬型の装置を開発し、現場計測により上記技術の有効性を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

レーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)を用いたがいしの非接触・非破壊劣化診断技術の開発に関して、以下の結果を得た。
(1)可搬型LIBS装置の開発:2022年度に開発した可搬型LIBS装置を改良した。レーザーヘッドと全ての光学素子を300 mm×600 mmのアルミカバー付きのブレッドボード上に搭載した。受光系には小型分光器を用い、これまで用いてきたICCDカメラは使用しなかった。また、測定ターゲット上のプラズマ発光は、レーザーの集光に用いた同じレンズで集光した。この完全同軸な光学系を用いることにより、測定点が移動した時でもレーザー送信系と受光系の光軸ずれがなく、精度良く計測することが可能である。以上により、小型で可搬性に富み、屋外での計測が可能な堅牢性の高いLIBS装置を実現した。
(2)ダブルパルスLIBSによる測定感度の向上:ナノ秒とフェムト秒のレーザーパルスを用いたダブルパルスLIBSにより、Alの発光強度が増強することを示した。フェムト秒パルスを照射した後にナノ秒パルスを照射した場合は、信号強度の増強は観測されなかったが、ナノ秒パルス照射後にフェムト秒パルスを照射した場合は、信号強度の増大が観測された。ナノ秒パルス照射により誘起されるプラズマの寿命は、フェムト秒パルスによるプラズマの寿命に比べて長いため、フェムト秒パルスを照射した時にターゲット上に残存しているナノ秒パルス誘起プラズマにより、Alの発光強度が増強されたと考えられる。本手法は、測定感度の向上に有効であると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2023年度に実施予定の研究項目の中で、「可搬型装置の開発と現場計測における実証」に関しては、順調な成果を得たが、「CF-LIBSによる成分比の計測の最適化」、「PLS回帰を用いた劣化診断技術の開発」に関しては、進捗が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

開発した可搬型LIBS装置の性能を評価すると共に、CF-LIBSやPLS回帰の本技術への適用可能性を評価する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Presentation] レーザー誘起ブレークダウン分光を用いた絶縁がいしの劣化診断技術2024

    • Author(s)
      藤井隆
    • Organizer
      第23回レーザー学会東京支部研究会、電気学会光・量子デバイス技術研究会、レーザセンシング学会研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 可搬型LIBS装置を用いた磁器がいし汚損度計測2023

    • Author(s)
      藤井隆
    • Organizer
      第41回レーザセンシングシンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Remote measurement of salt deposit density on porcelain insulator using laser-induced breakdown spectroscopy2023

    • Author(s)
      藤井隆
    • Organizer
      International Symposium on High Voltage Engineering (ISH2023)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of laser-induced breakdown spectroscopy system for on-site diagnostics of porcelain insulators2023

    • Author(s)
      藤井隆
    • Organizer
      OPTICS & PHOTONICS International Congress 2023, Laser-Solutions for Space and the Earth (LSSE) 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レーザ誘起ブレイクダウン分光法によるポリマーがいしの現場劣化診断手法の開発2022

    • Author(s)
      本間大成
    • Organizer
      第8回先端計測技術の応用展開に関するシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 磁器がいし汚損度計測用可搬型LIBS装置の開発2022

    • Author(s)
      大野桃果
    • Organizer
      第8回先端計測技術の応用展開に関するシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Portable laser-induced breakdown spectroscopy system for on-site diagnostics of composite insulators2022

    • Author(s)
      藤井隆
    • Organizer
      LIBS2022 (12th International Conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stable calibration curve for the measurement of salt deposition on porcelain insulators by laser-induced breakdown spectroscopy2022

    • Author(s)
      大野桃果
    • Organizer
      LIBS2022 (12th International Conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of laser-induced breakdown spectroscopy system for on-site diagnostics of composite insulators2022

    • Author(s)
      藤井隆
    • Organizer
      OPTICS & PHOTONICS International Congress 2022, Laser-Solutions for Space and the Earth (LSSE) 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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