2016 Fiscal Year Annual Research Report
海洋化学・生物環境の多次元可視化を目指す光ファイバ化学センサシステムの開発と展開
| Project/Area Number |
26709068
|
|---|
| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
福場 辰洋 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋工学センター, 技術研究員 (80401272)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 化学センサ / 深海 / 光ファイバ / 現場計測 / pH |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究ではまず、多点計測光ファイバセンサの海底への敷設の際に課題となることが予想される光ファイバの保護について検討と必要な開発を行った。具体的には、既存の光ファイバ海中ケーブルを基本として、海水の化学計測を行うために海中暴露が必要なpH感応部を金属製のセンサ用ケースで保護する構成を考案した。また、光ファイバ海中ケーブルに２芯のものを用いることで、万が一のファイバ折損の際にも速やかに復旧が可能な構成を実現した。この装置構成はヘテロコア光ファイバセンサに限らず、今後開発されうる様々な海中光ファイバセンサに適用可能である。ヘテロコア光ファイバを用いたpHセンサについては、pHの変化に伴う色素の色変化を捉えられることをこれまでに確認してきているが、一方でヘテロコア部の構造によってはpH計測部などでの光減衰が大きくなること、また色素の種類によっては光ファイバ表面への色素固定法に課題があることが新たにわかった。そこで、現在評価を進めている中で比較的安定性の高い色素を選択し、今後のヘテロコア光ファイバセンサ評価用の色素として採用することとした。一方で、色素の代わりにpH感応性ゲルを用いた計測手法の着想に至り、基礎検討を開始した。バンドル型の多点計測光ファイバセンサについては計測部に関する基本設計を完了し、市販のpH計測用色素パッチなどを用いた現場型センサシステムの構築の目処がついた。センサシステムの海底設置に向けた光ファイバセンサ敷設装置および敷設方法については、ROV等のマニピュレータによって操作可能なドラム型の巻取り機構を基本とした装置の設計を検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ファイバ端面で計測を行うバンドル型光ファイバpHセンサについては、前年度に引き続き最低限のシンプルな光学系を有した現場展開用のセンサシステムの設計と試作を進めており、おおむね順調に研究開発が進展している。一方でヘテロコア光ファイバセンサについては計測部における光減衰およびpH感応色素の固定について課題が明らかとなっている。しかし、光の減衰については、ヘテロコア部の構造を見直すことで低減できることが明らかとなっている。色素の固定については、固定安定性が高い色素を選定してセンサの評価を進めることで、ヘテロコア光ファイバを用いたセンサの構築に引き続き挑戦している。また、pH感応性の色素に依存しない方法として、pH感応性ゲルを用いた新たなセンサシステムの着想につながっており、基礎検討を開始している。海底に光ファイバpHセンサを展開するための光ファイバ貫通コネクタ、ヘテロコアpHセンサ用水中ケーブル、OTDR用耐圧容器などの各要素については、実用に耐えるものを導入済みである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
バンドル型光ファイバpHセンサについて現場展開用のセンサシステムとして早期に完成させることで、多点計測光ファイバ化学センサを海中環境で用いる際のノウハウを取得すると共に課題などを明らかにする。ヘテロコア光ファイバセンサについては光減衰および色素固定等の課題が明らかとなっているが、ヘテロコア部の構造見直しによる減衰の低減、安定性の高い色素の選定によって、将来的に海中現場への投入が可能なヘテロコア光ファイバセンサシステムとして引き続き構築を目指す。新たに着想したpH感応性ゲルを用いた新たなセンサシステムについては、早急に基礎検討を行った上で、これまでに構築した現場型OTDR装置、耐圧容器、水中光ファイバセンサケーブルなどのプラットフォームと組み合わせて評価を実施する予定である。光ファイバ貫通コネクタについては８芯までの多芯型を新たに導入し、主にバンドル型光ファイバセンサと組み合わせて評価する予定である。
|
| Causes of Carryover |
海中で使用する光ファイバセンサの基幹となるヘテロコアpHセンサ用水中ケーブルおよびOTDR装置を収納するための耐圧容器などの設計を最適なものとするために、それらの製作が平成28年度後半となった。光ファイバセンサ敷設装置の設計、製作にはヘテロコアpHセンサ用水中ケーブルおよび耐圧容器の構造が必要不可欠であることから、その詳細設計と製作を共に平成29年度に実施することとした。センサの評価は光ファイバセンサ敷設装置を用いること無く実施できるため、研究の進捗に影響はない。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度に作成したヘテロコアpHセンサ用水中ケーブルおよび耐圧容器の設計を踏まえて、光ファイバセンサ敷設装置を早期に設計・製作することで、当初の計画通り、多点計測光ファイバセンサの実海域展開を可能にするために使用する予定である。
|
Research Products
(2 results)
