| 研究課題/領域番号 |
21K04087
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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21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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研究代表者 |
和田 篤 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (40434021)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 光ファイバ / ひずみ計測 / 温度計測 / 半導体レーザ / フーリエ変換 / 光ファイバセンサ / ファイバブラッググレーティング / ファブリ・ペロー干渉計 / 周波数解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光・ファイバブラッグ・グレーティング(FBG) は、特定の波長の光を反射する光ファイバ型デバイスであり、これを用いたセンサの大きな魅力の一つは一本のファイバによる多点センシングが可能な事である。しかし、従来のFBG 多点センシングの手法には、多数の計測点数と高速な測定を両立する事が困難であるという問題と、温度とひずみを精度よく同時測定する事が難しいという問題がある。本研究の目的は、ひずみと温度変化を同時に測定可能で、かつ、高速で高精度な測定が可能なFBG 多点センサを実現する事である。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、ひずみと温度変化を同時に測定可能で、かつ、高速で高精度な測定が可能な光ファイバセンサを実現する事である。センサ素子として高複屈折ファイバ上に低反射率光ファイバ・ブラッググレーティングFBGを2つ書き込むことで構成したファブリ・ペロー干渉計(PM-FBG-FPI) を利用し、読み出しに半導体レーザの高速波長掃引を用いる事で高速で高精度なひずみと温度の多点同時測定を実現する。これまでに、低反射率PM-FBG-FPIを用いて温度とひずみの同時センシングを試み、計測点を数点増やした時に測定精度が低下する事を確認している。この精度低下に対する対策として、センサ出力の解析手法の改良に取り組んでいる。
採用している波長掃引手法で得られる波長変化は時間に対して非線形である。一方、周波数解析の手段として用いられる高速フーリエ変換は等間隔にサンプリングされたデータを前提にしており、データを波長方向に再サンプリングしている。フーリエ変換を使用する解析手法の改良方針として、再サンプリングのアルゴリズムの改善という方針と、高速フーリエ変換を利用せず、取得データを直接フーリエ変換するという方針の二つの方針を試みている。現時点では直接フーリエ変換を使用する手法の方が高い精度を得られている。
また、多重回帰分析を用いる方法と機械学習を用いる手法も検討している。多重回帰分析を用いる方法ではフーリエ変換を用いた解析では分離不可能な近接した周波数の正弦関数も分離可能である。機械学習を用いれば、光源の波長掃引の非線形性や強度の変動に対処する為の数値補正に頼らずとも高精度な位相推定が行える可能性がある。実際にこれらの手法を用いて固体振動測定の実験を行い、振動検出が可能である事を確認している。概ね妥当な位相推定結果が得られているが、実用には推定精度を更に向上させる必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
雑音解析の実験系に使用する機材の購入が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
実際にある程度高速な温度とひずみの多点同時測定を行い、測定精度を検証する。実験で確認された誤差の量と傾向を解析し、いくつかの誤差要因について事前に想定した補正方法で実際に補正可能かを試み、計測精度の向上を図る。
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