直接変調とヘテロダイン検出技術を用いた高感度多点FBGセンサーの研究
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22K04128
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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 | Kitasato University |
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Principal Investigator |
黒田 圭司 北里大学, 理学部, 准教授 (40469771)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | FBGセンサー / DFBレーザーアレイ / ヘテロダイン検出 / 時間分割多重 / 波長分割多重 / 時間-波長分割多重 |
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| Outline of Research at the Start |
FBG(Fiber Bragg Grating)センサーはファイバーコアに刻まれた回折格子をセンサーヘッドとして用いて温度、歪、振動などの環境変化を検出するもので、トンネルや橋梁の劣化、斜面の地すべり監視などに用いられている。光源として1500nm通信波長帯DFB(Distributed Feedback)レーザーアレイを用いて周波数掃引パルスを発生させる。これによりFBGからの反射光に対して遅延自己ヘテロダイン測定を行い、ビート信号を検出することでFBGセンサーの高感度、高機能化を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
準分布型FBG(Fiber Bragg Grating)センサーは、ファイバーコアに刻まれた回折格子をセンサーヘッドとして用いて温度、歪、振動などの環境変化を検出する。軽量、長距離化、電源供給不要、耐電磁ノイズ性などの利点を持ち、トンネルや橋梁の劣化、斜面の地すべり監視などに用いられている。本提案では1.5ミクロン帯通信波長帯DFB(Distributed Feedback)レーザーアレイを用いて周波数掃引パルスを発生させ、FBGからの反射光と局部発振(参照)光との遅延自己ヘテロダイン測定を行い、ビート信号を検出することでFBGセンサーの高感度化を目標として挙げた。
初年度は第一段階として強度変調器を用いた時間分割多重-FBGセンサー、DBFレーザーアレイの複数LDを遅延発振させて用いた波長分割多重-FBGセンサー、またそれらを併用した時間-波長多重hybrid FBGセンサーシステムの実証を行った。それぞれ原理実証を目的としているため数個程度の多重化であるが、十分な実験結果が得られた。またFBGスペクト取得は当初、手動での波長掃引で行っていたが、温度の自動掃引とPCによるデータ自動取り込みを行いセンサーとしての機能性向上が達成できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
独自のアイディアによる高感度化により、FBGセンサーの高機能化/多点化を目標に挙げたが、強度変調器を用いた時間分割多重-FBGセンサー、DBFレーザーアレイの複数LDを遅延発振させて用いた波長分割多重-FBGセンサーを行い、ともに論文が出版されている。またそれらを併用した時間-波長多重hybrid FBGセンサーシステムの実証を行い、23年度に学会発表し論文投稿予定である。よって順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
用いているヘテロダイン検出の手法は高感度化が実現できるため、計画段階ではセンサーヘッドの多点化をメインに考えていた。しかしこのアイディアをセンサーラインの様々な構造：Ladder、Tree、Star型などに用いることで、増幅器やスイッチをセンサー部に用いない完全に受動的でトラブル耐性のある構造が実現できる可能性がある。よってこれらの方向性も並行して進めていきたい。
また当初の目標の一つである長距離センサーに関しては、センサーヘッドが例えば1kmごとに配置された分散型、50km先に数十個のヘッドが10m間隔で配置された局所型などの実現が考えられる。それらは具体的な適用分野のニーズを明らかにしたうえで、実証と特性評価を行っていきたい。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
