| 研究課題/領域番号 |
25220907
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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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)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2017-03-31
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| 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 / 防災危機・管理技術 |
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| 研究概要 |
［温度と歪の高精度・同時・分布センシング機能］では、本同時測定技術の空間分解能向上手法を深めて論文掲載した。加えて、ブリルアンダイナミックグレーティング（BDG）とブリルアン周波数シフト（BFS）をBOCDA系で同時・分布測定するための2つの直交偏波間の伝搬速度差の影響を実験的に検証でき、開発したシミュレーションにより光ファイバ長を延伸する為の時間ゲート法の最適パラメータも提示できた。［分布量全体のダイナミックセンシング機能］では、BOCDA法での分布量全体の測定速度を1.6倍に向上できた他、ランダムアクセス速度も5倍に向上できた。
［BOCDR法の高性能化］では、独自の2重変調法と位相変調法を併用した系を稼働させたのに加えて、空間分解能5.2cmで測定レンジ 1,250m、つまり両者の比24,000を達成した。これは光相関領域法として最高の値である。温度と歪の同時計測の基礎研究として、BOCDR系でBDGを観察する基礎実験も進展した。［簡素化BOCDA法］では、半導体レーザの直接FM特性によりポンプ、プローブ、読み取りの3つの光周波数を時分割発生させるS-BOCDA系で、BDGとBFSの同時測定を実現して、温度と歪の同時・分離・分布測定に成功した。
［長尺FBG歪センシングシステムの機能進化］では、半導体レーザへの注入電流波形を工夫して光相関領域法において測定位置の前後に生じる背景光雑音を除去しつつ、位相変調により測定位置を掃引することに成功した。
［痛みの分かる材料・構造の機能進化の実証］では、BOCDAでBDGとBFSを同時測定できる試作機により先に実施した航空機飛行時の健全性モニタリングデータを分析し、温度と歪の同時・分布測定と多点ダイナミック測定に成功したことを確認した。また、高温製鉄プラントへBOCDAを適用する際の光ファイバの敷設法を実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
上記のように、本研究は当初計画に沿って進展している他、新たな研究項目についても成果をあげている。以下に新たな展開について説明する。
BOCDA法で温度と歪を同時・分布計測する系においては、その機能を総合的に向上させる研究も開始できた。測定系に必須の2直交偏波の間の伝搬速度差の影響を実験的に検討できて、500m程度のファイバ長では問題ないことを確認し、より長尺ファイバに対応できる手法も想起できた。当初計画に加えて、ランダムアクセス機能下での測定速度の向上についての研究も進展でき、これまでの速度を5倍上回る1,000サンプル／秒を実現した。
BOCDR法の高性能化では、2重変調法と位相変調法を併用する系を具体的に提案・実現したのに加えて、空間分解能と測定レンジの比として従来の最高値14,700を凌ぐ24,000を達成した。ポンプ、プローブ、読み取りの3つの光周波数を時分割発生させるS-BOCDA系では、ポンプ・プローブ光間、およびポンプ・読み取り光間の周波数差を独立してそれぞれ変化させる手法を新たに提案・実装できて、温度と歪の同時・分離・分布測定機能が実証できた。
高温製鉄プラントへBOCDAを適用する際の光ファイバの敷設法として、メッキ法に類似の手法を提案・実現できた。
以上のように、当初計画以上の進展が図られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
従来のサブテーマの進展を考慮して、当初計画通りに、本年度からサブテーマの括り方を下記のように変え、一層の研究の進展を図る。
［温度と歪の高精度・同時・分布計測での極限性能の実現］では、偏波維持光ファイバの速軸と遅軸での群速度差の影響を精査し、その対策を具体化してBDGとBFSの空間分解能を同等にできる技術を目指す。［分布情報全体の高速ダイナミック測定］では、分布情報全体測定ならびにランダムアクセス測定での高速化をさらに追求し、本技術の学術基盤の確立を図る。
［BOCDR法の総合機能の実現］では、背景光雑音除去手法／空間分解能向上手法と測定レンジ延伸手法の最適な組み合わせを追求し、高空間分解能・広歪レンジ・長測定レンジのBOCDR系を実現する。温度と歪の同時・分離・分布測定にも挑戦して、本技術の学術基盤を確立する。
［S-BOCDA法による温度と歪の分離・分布測定システム］では、ポンプ・プローブ・読み取りの3段階時分割光周波数発生法のための半導体レーザへの注入電流波形合成法をより精緻化して、本技術の学術基盤を確立する。［長尺FBG歪センシングシステムの機能進化］では、光相関領域法で測定位置を設定した際にその前後で発生する不要な背景光雑音を低減できる光周波数の変調波形を精緻に合成し、位相変調で測定位置を掃引する技術と融合させて、FBG準分布型センシングに適用する。
［BOCDA法によるPLC光集積回路の評価技術］では、ポンプ光とプローブ光を逆方向に伝搬させて得た2つのBOCDA分布測定結果を平均することで詳細なBFS分布が得られる実験結果を理論的に検証して、性能向上を図る。［痛みの分かる材料・構造の実証研究］では、航空機、鉄鋼プラント、土木・建築分野等でのBOCDA等によるヘルスモニタリング機能を進化させる。
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