2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-speed and real-time vibration measurement system for optical fiber sensor with wavelength-swept laser
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20K14754
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
山口 達也 日本大学, 理工学部, 助教 (90822205)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光ファイバセンサ / ファイバブラッググレーティング / 振動センサ / 波長掃引レーザ / 実時間計測システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ファイバブラッググレーティング（FBG）は防爆性や耐腐食性に優れた光ファイバセンサであり、長期的かつ安定的に運用できる振動センサとして知られている。本研究ではバッファ光学系を用いた波長掃引レーザを構築し、300kHzの測定レートを実現するFBGの実時間振動計測システムの開発に挑戦した。また、センサ数の拡大を図るため、開発したバッファ光学系を用いた波長掃引レーザによる計測システムに対して多チャンネル化を達成した。
まずは3光路に分岐したバッファ光学系を波長掃引レーザに組み込むことにより、掃引周波数50kHzのレーザを用い、300kHzの測定レートに計測システムを高速化した。さらに、複数チャンネルのセンサ信号の高速な解析処理に対応するため、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）による並列演算回路を設計し、計測システムのリアルタイム化を実現した。本計測システムは300kHzの測定レートにおいて6つのFBGの同時かつリアルタイム計測に成功した。また、FBGの設置する距離レンジの拡大を実現するため、バッファ光学系を用いた波長掃引レーザをパルス変調するFBGの自動認識及び遅延補正方法を導入した。本手法により、距離レンジをkmオーダに延伸し、数十kHzの振動体のリアルタイム計測を実現した。さらに、本研究の推進により、新たなる展開の研究成果が得られた。FBGの距離レンジの詳細な検証の結果、特定の距離に設置されたFBG間では複雑に反射光が重なり合い、計測が困難になる課題があることが明らかになった。これに対し、光スイッチを用いて波長掃引レーザの一部の光を高速に遮光する方法を考案し、重なりの問題を解決することで、任意距離に設置したFBGの高速計測を実現した。
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Research Products
(12 results)
