2005 Fiscal Year Annual Research Report
金属コアを有する圧電ファイバーを用いたマイクロセンサの研究開発
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16360111
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| Research Institution | TOHOKU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
裘 進浩 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (60241585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
内一 哲哉 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (70313038)
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| Keywords | 圧電ファイバー / センサ / アクチュエータ / マイクロセンサ / 気流センサ |
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| Research Abstract |
平成17年度には、前年度に行った金属コアを有する圧電ファイバーに関する基礎実験で得られたデータに基づいて、生体模倣型気流測定圧電ファイバーマイクロセンサ及び構造物ヘルスモニタリング用圧電ファイバーマイクロセンサの研究開発を行った。
気流測定用マイクロセンサの研究では、ファイバーは構造の表面に取り付け、気流によって曲げ変位が発生すると、ファイバーから電気信号が得られるとの原理を利用した。その電気信号は、気流の方向や強さに依存するので、複数のファイバーを用いることによって、気流の方向と強さを測定することができる。このサブテーマでは、前年度の成果として得られた圧電ファイバーの基本電気、機械、及び圧電特性を用いて、圧電ファイバーセンサの出力信号と気流の方向や強さ関係を調べた。コア入り圧電ファイバーをシャッター付の小型風洞に取り付け、シャッターを開けたとき及び閉めたときのセンサの出力電圧を測定し、出力電圧の最大値と気流加速度の関係を求めた。
金属コアを有する圧電ファイバーは単体で使用することができ、ファイバーの径が非常に小さいため、知的構造物の埋め込みセンサとして利用するとき母構造の強度に対する影響が非常に小さい。構造物ヘルスモニタリング用圧電ファイバーマイクロセンサのサブテーマでは、金属コアを有する圧電ファイバーをマイクロセンサとして、構造物に埋め込んだときのセンサ特性、振動モードの可観測性とファイバーの長さ及び位置との関係を求めた。次に、その結果に基づいてファイバーの位置の最適化を行った。更に、コア入り圧電ファイバーを埋め込んだスマートボードを作製し、ボードに与えた衝撃荷重の位置同定の実験を行った。ファイバーの出力信号及び訓練されたニューラルネットワークを用いて、衝撃荷重の位置を同定し、実験値と比較した。その結果、衝撃荷重の位置を5%以下の誤差で同定できることが明らかになった。
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