高複屈折低反射率FBG-FPIによる温度とひずみの多点同時測定

利用高双折射和低反射率 FBG-FPI 多点同时测​​量温度和应变

• 批准号: 21K04087
• 负责人: 和田 篤
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04087/
• 关键词: 光ファイバ; ひずみ計測; 温度計測; 半導体レーザ; フーリエ変換; 光ファイバセンサ; ファイバブラッググレーティング; ファブリ・ペロー干渉計; 周波数解析

本研究の目的は、ひずみと温度変化を同時に測定可能で、かつ、高速で高精度な測定が可能な光ファイバセンサを実現する事である。センシング素子として、高複屈折ファイバ上に低反射率光ファイバ・ブラッググレーティングFBGを2つ書き込むことで構成したファブリ・ペロー干渉計(FBG-FPI) を導入する事で高精度なひずみと温度の多点同時測定を、センサ応答の読み出しに半導体レーザの高速波長掃引を用いる事で高速な測定を実現する。既に、高複屈折ファイバ上に構成した低反射率FBG-FPIを用いて温度とひずみの同時センシングを試みており、単点センサとして使用した場合は同等の条件で高反射率のFBG-FPIを使用した時よりも高精度な測定ができること、その一方で、設置する低反射率FBG-FPIを追加し、多点センサとして使用した場合は、計測点を数点増やしただけで測定精度が低下する事が分かっている。今年度は、フーリエ変換によらないセンサ出力の解析方法として、多重回帰分析を用いる方法と機械学習を用いる手法を検討した。多重回帰分析を用いる方法では、標本化した反射スペクトルを正弦関数自体を独立変数とした重回帰モデルと捉え、回帰係数を推定して位相情報を得る。この手法では、フーリエ変換を用いた解析では分離不可能な近接した周波数の正弦関数を分離可能である。実際にこの手法を用いて固体振動測定の実験を行い、振動検出が可能である事を確認した。機械学習を用いる手法ではニューラルネットワークを採用し、実験条件を再現したシミュレーションデータを学習させた。機械学習を用いれば、光源の波長掃引の非線形性や強度の変動に対処する為の数値補正に頼らずとも高精度な位相推定が行える可能性がある。現在、概ね妥当な位相推定結果が得られているが、実用には推定精度を更に向上させ、学習データを実際に実験で得られるデータに近づける必要がある。

The purpose of this study is to measure the temperature variation simultaneously, with high speed and high precision. The high resolution, high reflectivity, and low reflectivity optical fiber Bragg grating (FBG-FPI) can be used for the simultaneous measurement of temperature at multiple points with high accuracy and high speed wavelength scanning of semiconductor materials. Both high and low reflectivity FBG-FPI are used in high and complex refractive index, temperature, temperature The number of measurement points increases, and the measurement accuracy decreases. This year, the analysis method and the mechanical learning method of the multi-analysis are discussed. Multiple regression analysis is used to estimate the phase information. This method is not possible to separate from the sinusoidal number of cycles. In practice, the method is used to determine the vibration of solids. Mechanical learning is the most important way to improve the quality of life. Mechanical learning is used in the field of non-linear and intensity variation of wavelength sweep of light source, and the possibility of high-precision phase estimation is discussed. Now, it is necessary to estimate the accuracy of phase estimation correctly, improve the estimation accuracy of phase estimation, and improve the estimation accuracy of phase estimation.

项目成果

低反射率FBGで構成したファブリ・ペロー干渉計と多重回帰を用いた多点振動センシング

使用配置有低反射率 FBG 和多元回归的法布里-珀罗干涉仪进行多点振动传感

• 发表时间: 2022
• 作者: 和田 篤;岡野 真人;田中 哲
• 通讯作者: 田中 哲

偏波保持ファイバ型ファブリ・ペロー干渉計による温度とひずみの同時測定

使用保偏光纤法布里-珀罗干涉仪同时测量温度和应变

• 发表时间: 2022
• 作者: 和田 篤;岡野 真人;田中 哲
• 通讯作者: 田中 哲

偏波保持型低反射率FBG-FPIによる温度とひずみの同時測定における測定分解能の評価

使用保偏低反射率 FBG-FPI 评估同时温度和应变测量的测量分辨率

• 发表时间: 2022
• 作者: 和田 篤;岡野 真人;田中 哲
• 通讯作者: 田中 哲