• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

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

Research Project

Project/Area Number 20H02158
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21030:Measurement engineering-related
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 塩田 達俊  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10376858)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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
Outline of Research at the Start

本研究では、複数の光路を一本にまとめた光ファイバであるマルチコア光ファイバを用い、曲げの大きさと向きの多点計測が可能なセンサ実現を目指す。そのために、研究代表者らによる独自手法である「受光素子の二光子吸収応答系による多点光ファイバ回折格子センサ」を発展させる。このセンサは、大型構造物の診断、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。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目標は、複数の光路を一本にまとめた光ファイバであるマルチコア光ファイバを用い、曲げの大きさと向きの多点計測が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。
2020年度の研究では、原理確認のためマルチコア光ファイバの長手方向3ヶ所にFBG加工を施したセンシングファイバを用意し、提案手法による多点曲げ計測に成功した。この原理確認実験では、FBG加工を施したマルチコア光ファイバを様々な曲率で曲げ、実際に与えた曲げと計測された曲げについて、大きさと向きの比較検討を行い、計測が正しく行われていることを確認した。曲げ計測のための光学システムには、研究代表者らが開発した独自手法である「受光素子の二光子吸収応答系による多点光ファイバ回折格子(FBG)センサ」を発展させて用いた。この手法は、異なるコア、異なる長手方向に加工されたFBGをその位置によって区別する。したがって、特性が同じFBGを利用できるため、センシングファイバの作製コストを抑えられるという利点がある。更に、光路の機械的な切り替えも不要となっており、系がシンプルになるという利点も備える。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2020年度は、マルチコア光ファイバの隣り合うコアや長さ方向に同じ特性の光ファイバ回折格子(FBG)を加工したマルチコア光ファイバを用い曲げ計測を行う基礎検討を進めることを計画した。FBGは歪みが加わると反射スペクトルが変化するので、歪みセンサとして利用できる。一般に、同じ特性のFBGは反射スペクトルが重なるため、その分離が問題となる。本研究では、この問題を解決するため、研究代表者らがこれまで検討を進めてきた「受光素子の二光子吸収応答(TPA)を利用した多点FBGセンサ」を発展させた光学系を構築した。この多点FBGセンサは、各FBGの反射スペクトルが重なっていても各FBGまでの距離を計測することで、スペクトルの分離ができる。実験ではコア数が7つの標準的なマルチコア光ファイバに反射帯域が0.2 nm以下、反射中心波長がほぼ等しいFBGを光ファイバの長手方向3箇所に加工し、センシングファイバとした。光源、光変調器、受光部を含むシステムの構築と制御系と信号処理手法の検討を進め、提案手法による多点一括曲げ計測の原理確認までを当初の予定通り進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

前年度は、7コアからなるマルチコア光ファイバの隣り合うコアや長さ方向に加工されたFBG反射スペクトルが互いに重なっていても、それらが光スイッチ等を使わずに分離されて測定できる光学系を構築し、その動作確認を行った。当初、光ファイバ長手方向に2か所のマルチコアFBGでの曲げ測定考えていたが、昨年度末にはマルチコアFBG3ヶ所における向きと曲げの大きさを含めたベクトル曲げ測定実験に成功している。このように前年度は曲げ測定の多点化の原理実証に重点を置いたが、本年度は前年度の成果を土台に測定の高速化手法の検討を加えて研究を進める。そのための新手法を実証するために、光学系、制御系の更なる改善を行う。また、高速化による測定精度を始めとする基本的性能への評価、および課題の洗い出しを進める。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Experimental investigation of multicore fiber Bragg grating’s crosstalk for curvature sensing2020

    • Author(s)
      Sonoda Naohiro、Abe Tetsuya、Tanaka Yosuke
    • Journal Title

      Proc. SPIE 11523, Optical Technology and Measurement for Industrial Applications 2020

      Volume: 11523 Pages: 1152304-1152304

    • DOI

      10.1117/12.2574772

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Distance measurement based on two-photon absorption process in Si-avalanche photodiode with pulsed reference light2020

    • Author(s)
      Abe Tetsuya、Sonoda Naohiro、Tanaka Yosuke
    • Journal Title

      Proc. SPIE 11525, SPIE Future Sensing Technologies

      Volume: 11525 Pages: 1152504-1152504

    • DOI

      10.1117/12.2580487

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光ファイバ曲げセンサ2020

    • Author(s)
      田中洋介
    • Journal Title

      光技術コンタクト

      Volume: 58 Pages: 13-19

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] 光ファイバによるベクトル曲げセンシング2020

    • Author(s)
      田中洋介
    • Journal Title

      光アライアンス

      Volume: 31 Pages: 18-21

    • NAID

      40022424026

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチコアFBGとSi-APD二光子吸収応答を用いた多点曲げ計測2021

    • Author(s)
      高木 伶菜、園田 直弘、阿部 哲也、趙 世華、田中 洋介
    • Organizer
      2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 光ファイバシステムによる変位計測2021

    • Author(s)
      田中洋介
    • Organizer
      電子情報通信学会光ファイバ応用技術研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 受光素子の二光子吸収応答を用いた距離測定―パルス参照光の導入2020

    • Author(s)
      阿部哲也、園田直弘、田中洋介
    • Organizer
      2020年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi