痛みの分かる材料・構造の為の光相関領域法による光ファイバ神経網技術の機能進化

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21226011
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 保立 和夫 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60126159)
• 連携研究者: 何 祖源 東京大学, 大学院工学系研究科, 特任教授 (70322047) ; 山下 真司 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40239968) ; 岸 眞人 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教 (00150285)
• 研究期間 (年度): 2009-05-11 – 2014-03-31
• キーワード: 計測システム / 光ファイバセンサ / スマート材料構造 / 分布型センシング

研究概要

光周波数の変調で干渉特性を制御し、光ファイバの散乱等を分布測定する独自技術「光相関領域法」の機能進化を果たした。本「光ファイバ神経網」を橋や航空機等に巡らせ、歪や温度を分布測定し「痛みの分かる材料・構造」を実現する。他手法を凌ぐ、mm分解能、kHz測定速度、ランダムアクセス等を実現してきた。本研究では、ブリルアン散乱による、歪と温度の同時測定、分布情報全体の高速測定、ランダムアクセスの高速化等の機能進化を果たし、空間分解能、測定レンジ、雑音特性等も向上させた。光ファイバグレーティングによる短尺分布型センサの多重化技術も提案・実証した。航空機の健全性診断等の応用研究も進め、適用性を確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Spatial resolution improvement in correlation domain distributed measurement of Brillouin grating (2014)
  • 著者名/発表者名: R. K. Yamashita, Z. He and K. Hotate
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 26(5) ページ: 473-476
  • DOI: 10.1109/LPT.2013.2297168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fiber distributed Brillouin sensing with optical correlation domain techniques (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 雑誌名: Optical Fiber Technology (Elsevier Inc.) 巻: 19(6), Part B ページ: 700-719
  • DOI: 10.1016/j.yofte.2013.08.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distributed discrimination of strain and temperature based on Brillouin dynamic grating in an optical fiber (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate, W. Zou, R. K. Yamashita and Z. He
  • 雑誌名: Photonic Sensors 巻: 3(4) ページ: 332-344
  • DOI: 10.1007/s13320-013-0130-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement range elongation based on temporal gating in Brillouin optical correlation domain distributed simultaneous sensing of strain and temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: R. K. Yamashita, W. Zou, Z. He and K. Hotate
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 24(12) ページ: 1006-1008
  • DOI: 10.1109/LPT.2012.2192725
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiplexing of long-length fiber Bragg grating distributed sensors based on synthesis of optical coherence function (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kajiwara and K. Hotate
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 23(21) ページ: 1555-1557
  • DOI: 10.1109/LPT.2011.2163703
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-repetition-rate distributed Brillouin sensor based on optical correlation-domain analysis with differential frequency modulation (2011)
  • 著者名/発表者名: K.-Y. Song, M. Kishi, Z. He and K. Hotate
  • 雑誌名: OSA Optics Letters 巻: 36(11) ページ: 2062-2064
  • DOI: 10.1364/OL.36.002062
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-laser-based generation/ detection of Brillouin dynamic grating and its application to distributed discrimination of strain and temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Zou, Z. He and K. Hotate
  • 雑誌名: OSA Optics Express 巻: 19(3) ページ: 2363-2370
  • DOI: 10.1364/OE.19.002363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Operation of Brillouin optical correlation-domain reflectometry : theoretical analysis and experimental validation (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, W. Zou, Z. He, and K. Hotate
  • 雑誌名: IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology 巻: 28(22) ページ: 3300-3306
  • DOI: 10.1109/JLT.2010.2081348
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demonstration of Brillouin distributed discrimination of strain and temperature using a polarization-maintaining optical fiber (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Zou, Z. He, and K. Hotate
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 22(8) ページ: 526-528
  • DOI: 10.1109/LPT.2010.2041922
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement range enlargement in Brillouin optical correlation-domain reflectometry based on doublemodulation scheme (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate
  • 雑誌名: OSA Optics Express 巻: 18(6) ページ: 5926-5933
  • DOI: 10.1364/OE.18.005926
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of Bragg-wavelength distribution in a long-length fiber Bragg grating with high speed sampling (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kajiwara and K. Hotate
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 2(8) ページ: 082401.1-3
  • DOI: 10.1143/APEX.2.082401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation-based distributed measurement of a dynamic grating spectrum generated in stimulated Brillouin scattering in a polarization-maintaining optical fiber (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Zou, Z. He, K.-Y. Song and K. Hotate
  • 雑誌名: OSA Optics Letters 巻: 34(7) ページ: 1126-1128
  • DOI: 10.1364/OL.34.001126
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-end-access high-speed distributed strain measurement with 13-mm spatial resolution based on Brillouin optical correlation-domain reflectometry (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, Z. He and K. Hotate
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: 21(7) ページ: 474-476
  • DOI: 10.1109/LPT.2009.2013643
  • 査読あり
• [学会発表] Fiber Brillouin Distributed Sensing as Fiber Optic Nerve Systems (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: The 4th Asia-Pacific Optical Sensors Conference 2013 (APOS2013)
  • 発表場所: Wuhan (China)
  • 年月日: 2013-10-17
• [学会発表] Brillouin Optical Correlation Domain Distributed Fiber Sensors (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: OSA's 97th Annual Meeting Frontiers in Optics 2013(FIO/LS 2013)
  • 発表場所: FW1I.1, Orlando
  • 年月日: 2013-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] Fiber Optic nerve systems for smart structures and smart materials with optical correlation domain technologies (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2013-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] Distributed and Multiplexed Optical Sensing by Synthesis of Optical Coherence Function (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: OFC/NFOEC 2012
  • 発表場所: Los Angeles
  • 年月日: 2012-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Brillouin scattering accompanied by acoustic grating in an optical fiber and applications in fiber distributed sensing (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: 21th International Conference on Optical Fiber Sensors (OFS-21)
  • 発表場所: Ottawa
  • 年月日: 2011-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] Fiber Optic Nerve Systems for Secure and Safety Society (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: APOS'2010
  • 発表場所: Guangzhou
  • 年月日: 2010-06-28
• [学会発表] Fiber optic nerve systems for smart materials and smart structures (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: OSA Topical Meeting -Optical Sensors-
  • 発表場所: Karlsruhe
  • 年月日: 2010-06-23
  • 招待講演
• [学会発表] Fiber optic nerve systems for safety and security (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 学会等名: SPIE DDS Conference
  • 発表場所: Orlando
  • 年月日: 2009-04-15
  • 招待講演
• [図書] 構造物モニタリング技術の開発と応用(板生清 監修) : 第2章 センサ技術 2 光ファイバによる構造物センシング (2013)
  • 著者名/発表者名: 保立和夫
  • 総ページ数: 62-73
  • 出版者: 株式会社シーエムシー出版
• [図書] 光ファイバセンサ入門 -これから光ファイバセンサをはじめる方必携- (2012)
  • 著者名/発表者名: 保立和夫, 村山英晶, 監修
  • 総ページ数: 293
  • 出版者: 光防災センシング振興協会
• [図書] "Fiber Optic Nerve Systems for Smart Materials and Smart Strucures, (A Chapter in "Polymer Photonics, and Novel Optical Techniques," ed. By Y. Kawabe and M. Kawase)" (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Hotate
  • 総ページ数: 83-90
  • 出版者: PWC Publishing Photonics aorld Consortium
• [備考]
  • URL: http://www.sagnac.t.u-tokyo.ac.jp/
• [産業財産権] 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法 (2012)
  • 発明者名: 保立和夫, 山下ケンジホドリーゴ,何 祖源
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許願2012-187003 号
  • 出願年月日: 2012-08-27
• [産業財産権] Optical-fiber-characteristic measuring device and optical-fibercharacteristic measuring method (2011)
  • 発明者名: K. Hotate, K.-Y. Song and Z. He
  • 権利者名: The University of Tokyo, Yokogawa Electric Corporation
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: US7,948,614B2
  • 取得年月日: 2011-05-24
  • 外国