| 研究課題/領域番号 |
25420418
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
堀口 常雄 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (70348902)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 計測工学 / スマートセンサ情報システム / リモートセンシング / 応用光学・量子光学 / 光ファイバセンサ |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は、位相符号化したBOTDRの研究を進める予定であった。しかし、以下の理由により、研究手順を変更して実施した。
１）BOTDRでは、ブリルアン散乱スペクトルを測定するために、多数の周波数において後方ブリルアン散乱光の信号波形を測定する必要がある。そのため、光周波数切り替え速度や、各信号波形の記録とその処理速度が遅いと、測定に長時間を要することになる。
２）装置化された従来BOTDRでは、それらの処理が自動化されており、測定時間性能が改善されている。しかし、位相符号化を図ったBOTDRの本研究では、信号波形の記録とその処理に関する新たな方式を検討する必要が生じ、短期間でその自動化をハードウェアで実現することは困難であると判断した。
３）そこで、ブリルアン散乱スペクトルの解析手段として、FFT（高速フーリエ変換）を使用し、ハードウェアによる処理を、コンピュータを使った信号処理で行うことにした。その信号処理はオフラインで実行できるため、本研究の目的である位相符号化を図ったBOTDRの研究を効率的に推進することが可能となる。
以上の理由から、平成26年度は1)FFTを使用したBOTDRの実験系の構築と、2)その信号処理方法について研究した。1)については、広帯域光バランスドレシーバを使用することにより、距離分解能約10cmが可能なBOTDRの実験系を構築した。2)については、後方ブリルアン散乱光の信号波形にFFTを適用する方法について検討した。距離分解能を劣化させることなくブリルアン周波数シフトを高精度に測定するためには、単に、入射パルスの時間幅で信号波形を切り出すのではなく、切り出した信号波形に零を補填し、時間幅を100nsないし200ns程度まで拡張した信号にFFTを適用することが有効であることを明らかにした。この成果は、第54回光波センシング技術研究会で報告した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
先の「研究実績の概要」で述説明したように、研究効率を考え、FFTを使用して周波数領域で信号の解析を行う方法の研究を優先して進めた。そのため、当初平成26年度に予定していた検討は、平成27年度に実施することに変更した。しかしながら、FFTを使用した信号解析は、本研究の位相符号化したBOTDRの信号解析にも有効であり、さらに、それは位相符号化したBOTDRの完成バージョンにも必須のものに成りえると考えている。
以上のことから、研究は順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度の研究により、本研究の基本原理を確認し、また、平成26年度の研究により、従来BOTDRへFFTを適用する効果的な方法を明らかにすることができた。そこで平成27年度は、位相シフト変調による符号化高距離分解能BOTDRを提案する。またその信号のブリルアン散乱光スペクトルの解析、および、符号化された信号の復号に、FFTを応用する方法も提案する。そして、提案BOTDRの性能を以下の3段階にわけて実証していく。
1)NRZ(Non-Return-to-Zero)パルスを位相符号化したBOTDR
2)RZ(Return-to-Zero)パルスを位相符号化したBOTDR
3)上の1)と2)の符号を入れ子構造とし、位相符号化したBOTDR
なお、入射パルスのピークパワーが高くなったとき、誘導ブリルアン散乱や自己位相変調などの影響により、自然ブリルアン散乱光のスペクトルの正確な測定が困難になることが予想される。そこで、上記3)の入れ子構造符号化方式において、最適な符号の種類、符号の長さの組合せについても検討する。
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