2021 Fiscal Year Annual Research Report
二光子吸収応答受光系を用いた多点光ファイバ型ベクトル曲げセンサ
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20H02158
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
田中 洋介 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20283343)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩田 達俊 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10376858)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光ファイバセンサ / 曲げセンサ / FBGセンサ / マルチコアファイバ / 二光子吸収応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は、一本の光ファイバに複数の光路をまとめたマルチコア光ファイバをセンシングヘッドとして用い、このファイバを取り付けた対象に加わる曲げの大きさ、および向きを同時に多点で計測可能なセンサを実現することである。一本の光ファイバで多点の曲げ計測ができるようになれば、大型構造物の状態診断、ロボットアームの曲げセンシング、医療用カテーテルの曲げ監視等、様々な分野に応用できる。光ファイバは電磁雑音の影響を受けないため、このセンサは電磁波が飛び交う製造現場や電力施設、医療におけるMRI検査の現場等、様々な環境下で使用できる。また、軽量、細径で柔軟なことから、設置対象への影響が無視できる。
提案する曲げ計測システムは、光ファイバ回折格子をマルチコア光ファイバに加工したものをセンシングヘッドとすると共に、光信号を受光素子の二光子吸収応答を利用して処理する点に特徴がある。2021年度は、このシステムで測定の高速化を実現するため、光信号の波長掃引と強度変調の新たな制御手法の検討を進め、今後の発展のための土台を築いた。また、前年度までに行った多点3次元曲げ計測の研究成果を踏まえ、光ファイバ型の形状計測システムへの応用を実証した。光ファイバで効率よく計測できる形状は、なだらかな曲線形状のものが中心であり、当初想定した構造物診断や医療機器の曲げ計測応用に適している。今回、センシングファイバを医療用カテーテルに組み込み、曲げ形状計測への応用について実証実験を行った。マルチコア光ファイバでは複数の隣接する光路で温度の影響が同じであるため、ひずみ測定における誤差要因となる温度の影響をキャンセルし、温度無依存測定が可能なことを併せて実証した。
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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
2021年度は、前年度に行った3次元曲げ計測の基礎検討を踏まえ、このシステムで測定の高速化を実現するため、光信号の波長掃引と強度変調の新たな制御手法の検討を進め、今後の発展のための土台を築いた。また、光ファイバ型の形状計測システムへの応用を実証した。光ファイバで効率よく計測できる形状は、なだらかな曲線形状のものが中心であり、当初想定した構造物診断や医療機器の曲げ計測応用に適している。一例として、センシングファイバを医療用カテーテルに組み込み、曲げ形状計測への応用について実証実験を行った。マルチコア光ファイバでは複数の隣接する光路で温度の影響が同じであるため、ひずみ測定における誤差要因となる温度の影響をキャンセルし、温度無依存測定が可能なことを実験により確認できている。これらの成果は、学会発表や学術論文誌を通して公開している。
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| Strategy for Future Research Activity |
医療用カテーテルの形状計測をはじめ、曲げ計測システムの応用の可能性を探り、引き続き検討を進める。測定高速化に向け、光信号制御手法、信号処理手法、光学系の検討を更に進める。特に、変調信号の工夫による測定時間の短縮化の効果が高いことが分かってきたので、この方向での制御と信号処理の最適化について検討する。計測箇所の更なる多点化についても研究を進める。
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