斜面およびのり面等における新しい光ファイバ計測システムの研究

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26350448
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 佐藤 信也 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00300963)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 防災用センサ / 歪みセンサ / 光ファイバセンサ

研究実績の概要

本申請では、土木・建築構造物の管理の高度化のための光ファイバセンサ技術を普及レベルに押し上げるための新しい歪みセンサシステムを開発することを目的とし、光ファイバで構成されたセンサに歪みが加えられたときに、ファイバ中を通る光の偏光の変化を捕らえて、それを歪み量に換算する全く新しいセンサを開発することである。その実現に向けて、センサの機械的な構造の設計を行い、それを用いて実際に偏光の測定を行い、センサ変位に対するストークスパラメータの測定を行う。ジョーンズマトリクスを用いた偏光変化の理論計算を行い、実験によって得られた値と比較する。求めたストークスパラメータから、センサの変位に換算する手法を確立する。実用化に向けてセンサやプローブの設置方法等の検討を行い、可能であればフィールドテストも行うことを最終的な目標としている。
本年度はセンサ本体を含むシステムの基本設計を行い、その原理および動作の確認を行った。光ファイバ中を通る光の偏光変化を定量化するために、歪みを加えるセンサ部分の機械構造の設計および試作を行った。光ファイバを通り抜ける光を偏光検出器によって測定し、歪みが加えられた際の偏光の変化を測定する。また、センサ部分を通り抜ける光の偏光状態はジョーンズ行列またはミューラー行列によって数値的な解析が可能であり、計算結果と測定結果を比較することでセンサに加わる歪みの定量化が可能であることを確認した。
本センサシステムではセンサ部分以外にも、サーキュレータ等の光ファイバ部品、センサ間の接続のための光ファイバが用いられており、その部分における変更の変化も考慮に入れる必要がある。本年度は各部における変更の変化を把握するために、それぞれの光学部品を通り抜けた光の偏光を、条件を変えて測定し、理論計算との比較を行ってパラメータの決定を行った。

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

当初計画通り、光ファイバセンサ部の機械的な設計および施策を行い、本申請により購入した偏光検出器を用いてその基本的な特性の確認を行うことが出来た。

今後の研究の推進方策

本年度の成果をもとに、提案する新しいセンサを実用可能なレベルに発展させる。偏光検出器ではストークスパラメータが測定される。先に述べたジョーンズ行列等による理論的な偏光の解析結果と比較する事によってセンサに加えられる歪みを導出する。また、センサ間を繋ぐ光ファイバの状態が変化した際も偏光状態が変化するため、これを取り除くための手法を確立する必要がある。