矩形コヒーレンス関数合成と2分法処理による光ファイバ荷重位置デジタル判定システム

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650336
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 何 祖源 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (70322047)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 保立 和夫 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (60126159)
• Keywords: 光コヒーレンス / 光波コヒーレンス関数の合成法 / 分布型光ファイバセンサ / スマートストラクチャ / セキュリティシステム / 分布型加重センサ

Research Abstract

当研究グループが独自に提案し、具体的な研究成果を蓄積してきた「光ファイバ分布型荷重位置判定システム」の信号処理方法として、新たにいわゆる2分法アルゴリズムに基づくデジタル的処理方法を提案し、実験系を構成してその機能を実証することに成功した。荷重測定機構は、偏波維持光ファイバに加わる側圧によって2つの固有偏波モード間に生じる結合であり、その発生位置の判定には当研究グループのオリジナル技術である「光波コヒーレンス関数の合成法」を活用した。
従来、デルタ関数状のコヒーレンス関数を合成してある1点での荷重を測定し、その位置を掃引して全体の探査を行う方法を提案・実現し、さらに3角形のコヒーレンス関数を合成して荷重位置をアナログ出力として読み出す方法によりシステム中に1点加わる荷重位置を掃引せずに瞬時に認知するシステムも提案・実証してきた。しかし、前者では掃引に時間が必要であり、後者ではアナログ測定であるために位置精度の確保が難しい。
今回提案・研究した方法は、矩形のコヒーレンス関数を合成してその1-0変換位置を2分法アルゴリズムによって移動させて、全測定長の1/2^nの空間分解能をn回の測定で実現するデジタル的荷重位置判定法である。本研究で構成したシステムでは、センシングヘッドである偏波維持光ファイバ長は約100mであり、7回の測定とこれに付随した2分法判定により、測定範囲の128分の1の空間分解能で加重位置を判別することができた。
不審者侵入位置判定システム、痛みの分かる構造(スマートストラクチャ)のためのセンシング機構として機能する高速センシングシステムの基礎技術を構築することができた。

Research Products

• [Publications] K.Hotate,X.Song and Z.-Y.He: "Stress-location measurement along an optical fiber by synthesis of triangle-shape optical coherence function"IEEE Photonics Technology Letters. 13・3. (2001)
• [Publications] B.Zhu and K.Hotate: "Multiplexed optical fiber interfermetric sensor system by synthesis of optical coherence function with phase generated carrier"Optical Review. 8・3. (2001)
• [Publications] K.Hotate,Z.-Y.He and T.Kitazume: "Surface shape measurement for multi-layered object by synthesis of optical coherence function"J.of Selected Topics in Quantum Electronics. 6・5. 723-729 (2000)
• [Publications] Z.-Y.He and K.Hotate: "Distributed fiber optic stress sensing by synthesis of arbitrary-shaped coherence function"Proc.SPIE Fiber Optic Sensor Technology II. SPIE 4204. (2000)
• [Publications] Z.-Y.He and K.Hotate: "Enlargement of dynamic range by hamming window in synthesis of optical coherence function"Proc.CLEO/QELS 2000. 570-571 (2000)
• [Publications] K.Hotate.A.Kuramoto and Z.He: "Stress-location measurement along an optical fiber by synthesis of rectangular-shaped optical coherence function"Proc.14th International Conference on Optical Fiber Sensors(OFS-14). 670-673 (2000)
• [Publications] 保立和夫: "光ファイバセンシング技術の新展開「新しいフォトニクス時代の材料とデバイス」"ティー・アイ・シー. 82-91 (2000)