Development of a mobile laser-induced fluorescence for remote sensing of air-borne bio-aerosols

• Project/Area Number: 25289122
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: SAITO Yasunori 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (40135166)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): KOBAYASHI Kazuki 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (00434895)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000); Fiscal Year 2015: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2014: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2013: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: ライダー / エアロゾル / レーザー誘起蛍光 / 環境情報 / 計測機器 / 蛍光分光 / 環境計測 / バイオ粒子 / レーザ誘起蛍光 / 遠隔計測

Outline of Final Research Achievements

We developed a laser-induced fluorescence spectrum (LIFS) lidar which is for remote detection of bio-related aerosols and molecules floating in the atmosphere. The LIFS lidar is characterized in detection of weak fluorescence emitted from aerosols even in daytime by combination of a UV short pulse laser for excitation of aerosols with a short time synchronous detection of fluorescence using a gated-CCD detector. To judge the spices of aerosols, we made a database of aerosol fluorescence spectrum.
Feasibility experiments of the LIFS lidar performance were made in field in daytime. Targets were chlorophyll molecules and secondary metabolites inside living plant leaves growing in fields. Results clearly showed the differences of their fluorescence spectra that the former had red-far fluorescence spectrum around 650-750 nm and the latter one was around 400-650 nm. This confirms that the developed LIFS lidar will be a powerful apparatus for monitoring bio-related aerosols/molecules.

Research Products

• [Journal Article] Proposal of Optical Farming: Development of several optical senseing instruments for agricultural use (2013)
  • Author(s): Y. Saito, K. Kobayashi
  • Journal Title: Proceeding of SPIE Volume: 8831 Pages: 888109-888109
  • DOI: 10.1117/12.2028830
  • Peer Reviewed
• [Presentation] LIFS-LIDARによる大気エアロゾル観測および解析 (2016)
  • Author(s): 冨田孝幸，塚田祥大，菅沼田 光，斉藤保典
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Vegetation LIFS (Laser-Induced Fluorescence Spectrum) lidaar for plant eco-phyciological information sensing (2016)
  • Author(s): Yasunori Saito, Takayuki Tomida
  • Organizer: Internal Workshop on Vegetaion Lidar and Application from Space
  • Place of Presentation: Kyoto University Rakuyo Kaikan, Japan
  • Year and Date: 2016-01-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LIFSライダーによる物質同定のための蛍光スペクトル計測 (2015)
  • Author(s): 久保田智貴, 菅沼田光, 塚田祥大, 冨田孝幸, 齊藤保典
  • Organizer: 平成27年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • Place of Presentation: 信州大学工学部（長野県長野市）
  • Year and Date: 2015-12-12
• [Presentation] LIFSライダーによる河川・湖沼水質の評価 (2015)
  • Author(s): 藤井貴大, 西澤直人, 冨田孝幸, 齊藤保典
  • Organizer: 平成27年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • Place of Presentation: 信州大学工学部（長野県長野市）
  • Year and Date: 2015-12-12
• [Presentation] 可搬型LIFSライダーを用いた物質同定および立体計測 (2015)
  • Author(s): 冨田孝幸, 西澤直人, 藤井貴大, 斉藤保典
  • Organizer: 第33回レーザーセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 大田区産業プラザPiO（東京都）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] LIFSライダーによる物質同定のための蛍光スペクトル計測 (2015)
  • Author(s): 久保田智貴, 菅沼田光, 塚田祥大, 冨田孝幸, 斉藤保典
  • Organizer: 第33回レーザーセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 大田区産業プラザPiO（東京都）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] Performance characteristics of compact mobile LIFS (Laser-induced fluorescence spectrum) lidar (2015)
  • Author(s): T. Tomida, N. Nishizawa, K. Sakurai, H. Suganumata, S. Tsukada, S.-M. Song, Y. Saito
  • Organizer: The 27th International Laser Radar Conference
  • Place of Presentation: City College of New York, NYC, USA
  • Year and Date: 2015-07-05 – 2015-07-10
• [Presentation] Performance characteristics of compact mobile LIFS (Laser-induced Fluorescence Spectrum) lidar (2015)
  • Author(s): Takayuki Tomida, Naoto Nishizawa, Kosuke Sakure, Hikaru Suganumata, Shodai Tsukada, Sung-Moo Song. Song, Ho-DongPark, Yasunori Saito
  • Organizer: The 27th International Laser Radar Conference
  • Place of Presentation: The City College of New York, USA
  • Year and Date: 2015-07-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 可搬LIFSライダを用いたエアロゾルの種類判別と立体計測 (2015)
  • Author(s): 西澤直人，冨岡孝幸，小林一樹，斉藤保典
  • Organizer: 2015年第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学，平塚市
  • Year and Date: 2015-03-11
• [Presentation] エアロゾル計測のための蛍光LIDARシステムの開発 (2015)
  • Author(s): 冨田孝幸，塚田祥大，菅沼田光，西澤直人，斉藤保典
  • Organizer: 第9回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 別府国際コンベンションセンター，別府市
  • Year and Date: 2015-01-09
• [Presentation] エアロゾル遠隔検知に向けたデータベース構築のための蛍光計測システム (2014)
  • Author(s): 櫻井孝佑，西沢直人，冨田孝幸，小林一樹，斉藤保典
  • Organizer: 平成26年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学、富山市
  • Year and Date: 2014-11-07
• [Presentation] 蛍光ライダーによる大気エアロゾル観測 (2014)
  • Author(s): 塚田祥大，菅沼田光，冨田孝幸，小林一樹，斉藤保典
  • Organizer: 平成26年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学、富山市
  • Year and Date: 2014-11-07
• [Presentation] エアロゾル計測用の蛍光LIDARシステムの開発 (2014)
  • Author(s): 塚田祥大，斉藤保典，冨田孝幸，小林一樹
  • Organizer: 第32回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 高山市民文化会館，高山市
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] 蛍光スペクトルライダーを用いた藻類モニタリング技術の開発 (2014)
  • Author(s): 斉藤保典，朴 虎東，冨田孝幸，小林一樹
  • Organizer: 第32回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 高山市民文化会館，高山市
  • Year and Date: 2014-09-04
• [Presentation] 移動型紫外ライダーによるエアロゾル原因物質の遠隔蛍光スペクトル計測 (2014)
  • Author(s): 西澤直人、小川太一、小林一樹、片岡圭司、大谷武志、斉藤保典
  • Organizer: 第8回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター、大阪市
• [Presentation] 雨水中に含まれる大気中エアロゾルの蛍光検出実験 (2014)
  • Author(s): 菅沼田光、笠井拓明、大谷武志、片岡圭司、小林一樹、斉藤保典
  • Organizer: 第8回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター、大阪市
• [Presentation] 蛍光ライダーによるバイオエアロゾル関連原因物質のその場計測 (2013)
  • Author(s): 斉藤保典、小川太一、西澤直人、片岡圭司、大谷武志、小林一樹
  • Organizer: 第31回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: ホテルおかだ、箱根町
• [Presentation] 移動型紫外ライダーによるエアロゾル原因物質の遠隔蛍光検出実験 (2013)
  • Author(s): 西澤直人、小川太一、斉藤保典、小林一樹、片岡圭司、大谷武志
  • Organizer: 平成25年度応用物理学会 北陸・信越支部学術講演会
  • Place of Presentation: 金沢工業大学扇が丘キャンパス、野々市市
• [Presentation] 大気ライダー観測のための雨水中のエアロゾルの蛍光検出 (2013)
  • Author(s): 菅沼田光、笠井拓明、大谷武志、片岡圭司、小林一樹、斉藤保典
  • Organizer: 平成25年度応用物理学会 北陸・信越支部学術講演会
  • Place of Presentation: 金沢工業大学扇が丘キャンパス、野々市市
• [Remarks] 斉藤・小林・冨田研究室ホームページ・環境計測に関する研究
  • URL: http://kankyou.cs.shinshu-u.ac.jp/