| 研究課題/領域番号 |
20K05023
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分25030:防災工学関連
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| 研究機関 | 室蘭工業大学 |
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研究代表者 |
佐藤 信也 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00300963)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 防災センサ / FBG張力調整 / 歪みセンサ / 温度センサ / 光ファイバ / ニューラルネットワーク / AI / 光ファイバ計測 / 防災 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
台風や地震にでの土砂災害による人的被害を軽減するために、光ファイバを用いた新しいセンサシステムの開発を行う。防災用光ファイバセンサシステムは、光ファイバ自体をセンサとして使用しなおかつそれが低損失な信号伝送路を兼ねるため、システムをシンプルに構成できるという特徴を持つ。またガラスでできた光ファイバは金属ケーブルよりも遙かに軽量であるため、道路などが整備されていない場所に設置する際にも資材搬入等における労力が軽減され、容易に設置ができるという利点がある。
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| 研究実績の概要 |
台風による土砂災害や堤防が決壊し多数の河川で氾濫が起こる等、日本は全国的に河川構造物や道路のり面及び斜面の変状に伴う多くの災害が発生している。また地震による大規模な土砂崩れによって多くの人命が奪われている。また、高速道路や鉄道のトンネル等の崩落事故も教訓に、土木・建築分野における構造物の管理の高度化による安心、安全な暮らしの実現が求められ、光ファイバセンサによる線的及び面的な歪み計測が着目されており、多くの技術開発がなされてきた。
これら防災用光ファイバセンサシステムは、光ファイバ自体をセンサとして使用しなおかつそれが低損失な信号伝送路を兼ねるため、システムをシンプルに構成できるという特徴を持つ。またガラスでできた光ファイバは金属ケーブルよりも遙かに軽量であるため、道路などが整備されていない場所に設置する際にも資材搬入等における労力が軽減され、容易に設置ができるという利点がある。
これまで必要が認められつつも予算がないために防災管理システムの設置が見送られていた場所にも導入され、我々が目指す安全な社会の実現への一助となることを願い、本年度はFBGの設置や交換における手間（コスト）の低減も図るためのシステム開発を行った。ファイバブラッググレーティング（FBG）の設置の労力を大幅に減らすための張力自動調整装置の開発を行った。FBGの一端を固定し、他端は張力を加えるためのにトルクモータで巻き取りを行う。トルクモータはマイコンでPID制御を用いて所望の張力となるように回転速度の制御を行った。適切なテンション調整を行った後。FBGは所定の位置に固定され、テンション調整装置は取り外すという運用を想定している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、ファイバブラッググレーティング（FBG）センサにおいて必ず必要となる、初期張力調整の自動化を目指して、張力調整装置の開発を行った。FBGの一端を固定し、他端は張力を加えるためのにトルクモータで巻き取りを行う。FBGから反射する光の強度をフォトディテクタで電圧に変換してオシロスコープで観測しながら、トルクモータに加える電圧のデューティー比を変化させて設定した張力となるように制御を行う。必要な初期張力に設定されたFBGを所定の位置へ固定し、張力調整装置は取り外しを行う。
開発に当たっては張力計によって測定したテンションとオシロスコープで測定したフォトディテクタの出力電圧との関係を調べグラフ化した。次にフォトディテクタの出力をデータロガーに接続し、張力との関係を求めた。その際ニューラルネットワークの解析により算出した電圧値と測定した電圧値との比較を行い精度の確認を行った。トルクモータに印可する電圧のデューティー比を256段階で制御するプログラムを作成し、マイコンで実行した。マイコンの出力をモーターのパワーコントローラへ接続する際には正逆回転ができるようCMOSを使ったスイッチを介して接続した。トルクモータは指定された張力をかけると制止することを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに開発された光ファイバセンサ技術は実用レベルにあるものの、高コストであることや施工性および拡張性が低いという問題があり、普及レベルに達していないのが現状である。このため新技術の普及にあたり、これらの課題を解決する必要があると考えられる。
本年度はFBGの設置や交換における手間（コスト）の低減も図るためのシステム開発を行った、これまで必要が認められつつも予算がないために防災管理システムの設置が見送られていた場所にも導入され、我々が目指す安全な社会の実現への一助となることを願う。
本研究は低価格で普及可能な光ファイバセンサシステムの開発を目指している。データ解析の手法としてニューラルネットワークを利用し、センサの変位と光ファイバ中を伝搬する光の各種パラメータとの関係を学習し、多点計測システムへの発展を目指す。光ファイバとニューラルネットワークを組み合わせたシステムの有効性を確認するため、これまで研究を行ってきた。今後もさらなる応用を目指しいくつかのアプローチで実験を試みる。
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