2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a high resolution optical fiber temperature sensor and its application to measurement
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16K06389
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
和田 健司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40240543)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光ファイバーセンサー / 温度センサー / 半導体レーザー / ピコ秒光パルス / 相互相関計測 / 位相雑音 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，温度変化に伴って変動する光ファイバーの光路長を精密に測定することにより，高分解能な温度センサーの実現をめざした．初年度は，中心波長1550 nmの利得変調した分布帰還型（DFB）レーザーを光源とし，ボビンに巻かれた2 km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとする簡易な構造の温度センシングシステムを構築し，1.6×10^-4 ℃の温度分解能が達成されることを確認した．2年目には，ピコ秒半導体レーザー光源の時間ジッターと温度分解能の関係を数値的，実験的に詳細に調べ，時間ジッターの抑制により温度分解能が20%程度向上することを実証した．3年目には，温度センシングシステムの最適化を進め，ボビン1巻きの実長70 m光ファイバーセンサー内で光パルスを3往復させることにより，4.5×10^-4℃の温度分解能が達成されることを確認した．構築したシステムを用いて，水中に氷片を投入し，測定時間40秒において10^-3～10^-2℃の水温変化を検出できることを示した．
ただし，光ファイバーセンサーの応答時間に関する知見が不十分であったため，研究期間を1年延長してこれについて調べた．前年までに構築した温度センシングシステムを用いて，1550 nm単一モード光ファイバー素線（アクリルUV被覆），光ファイバー心線（ハイトレル被覆），ボビンに巻きつけた光ファイバー心線を測定対象として，水中での熱時定数を調べた結果，それぞれ，0.4, 4, 25 秒であることを見積もった．一方，単位温度・単位長さ当たりの光路長変化は，それぞれ7, 17, 72 um/(℃・m)と見積もられ，光ファイバーセンサーの感度（光路長変化）と応答速度にはトレードオフの関係があり，測定対象によりセンサーの条件を整える必要があることが明らかになった．
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