光ファイバ型相関領域反射計による歪・温度の高速分布測定：極限性能の追究と実用化

使用光纤相关面积反射仪进行应变和温度的高速分布测量：追求极限性能和实际应用

• 批准号: 21H04555
• 负责人: 水野 洋輔
• 金额: $ 26.62万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04555/
• 关键词: 計測システム; 光ファイバセンサ; ブリルアン散乱; 非線形光学; 防災技術; 分布計測; ライダー

本年度は、我々が提案した分布型光ファイバセンシング技術「ブリルアン光相関領域反射計（ブリルアンOCDR、BOCDR）」の性能向上を中心に、次の各方面から研究を推進した。すなわち、(1) BOCDRの偏波状態の分布測定への応用、(2) 圧縮センシングに基づくBOCDRの提案、(3) 電気スペクトラムアナライザ（ESA）を用いないOCDRの動作実証、(4) プラスチック光ファイバ（POF）グレーティングに基づく接触センシングの実証、(5) マルチコアPOFを用いた温度センシング法の提案、などである。以下、それぞれについて詳述する。(1) 既存のBOCDRは温度や歪の分布測定を前提としていたが、今回、測定対象を偏波状態（ストークスパラメータ）の分布にまで拡張することに成功した。この技術を「偏波OCDR（POCDR）」と名付け、その基礎理論を構築するとともに、基本動作を実証した。この結果は、側圧や電磁界の分布センシングの実現可能性を示唆する。(2) 圧縮センシングに基づき、実際のサンプリングレートよりも数倍速いBOCDRの動作速度を達成した。リアルタイムに動的歪を検出する際の性能向上に大きく寄与する成果である。(3) 実験系からESAを撤廃し、その代わりに独自の信号処理を施すことで、OCDRの性能を向上できることを示した。具体的には、空間分解能と測定速度のトレードオフの撤廃を実証した。(4) フェムト秒レーザを用いてPOFに描画したグレーティングを用いて、接触センシングを実証できることを示した。透過パワーと物体（金属およびゴム）の位置の関係を調査し、微小な変位センシングに応用できることも示した。(5) マルチコアPOF中のモード間干渉に基づく温度センシング法を開発した。透過スペクトルに対して機械学習を適用することで、高い精度で温度を推定できることを示した。

This year, we have proposed to promote the performance of distributed optical technology "optical correlation field reflectometer (OCDR, BOCDR)" in various aspects. (1) Application of polarization state distribution measurement of BOCDR,(2) Proposal of basic BOCDR for pressure reduction,(3) Operation demonstration of OCDR for use of ESA,(4) Demonstration of basic contact state for use of POF,(5) Proposal of basic temperature method for use of POF, and (6) Proposal of temperature method for use of POF. The following is a detailed description of the problem. (1)The existing BOCDR temperature distribution is determined on the premise that the temperature distribution is successful. This technology is called "partial wave OCDR (POCDR)," and the basic theory is constructed. The results show that the distribution of voltage and electromagnetic field can be realized. (2)The speed of BOCDR movement can be achieved by reducing the speed of the system. The performance of the mobile phone is greatly improved and the results are obtained. (3)For example, if ESA is removed, the signal processing of OCDR will be performed independently. Specific spatial decomposition can be used to measure the speed of rotation and rotation. (4)The POF is used to draw pictures and to show the results. Through the investigation of the relationship between the position of the object (metal and metal), the relationship between the position of the object and the position of the object is indicated. (5)The basic temperature and temperature regulation method in POF is developed. The temperature estimation method can be used to estimate the temperature with high accuracy.

项目成果

Total spectral power-based method for estimating Brillouin frequency shift in optical fibers

• DOI: 10.35848/1347-4065/acac58
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Haruki Sasage;Mana Sakamoto;Kohei Noda;Kentaro Nakamura;Y. Mizuno;Heeyoung Lee

Potential of high-sensitivity tactile sensing using polymer optical fiber gratings

使用聚合物光纤光栅进行高灵敏度触觉传感的潜力

• DOI: 10.35848/1882-0786/aca23b
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Noda Kohei;Lee Heeyoung;Watanabe Shunsuke;Nakamura Kentaro;Mizuno Yosuke
• 通讯作者: Mizuno Yosuke

Simplest-ever configuration of fiber-optic correlation-domain reflectometry

光纤相关域反射计的最简单配置

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Kiyozumi;T. Miyamae;K. Noda;H. Lee;K. Nakamura;and Y. Mizuno
• 通讯作者: and Y. Mizuno

高性能透明ポリマーの開発と応用（第3章2節：プラスチック光ファイバーを活用した分布計測技術）

高性能透明聚合物的开发和应用（第3章第2节：使用塑料光纤的分布测量技术）

• 发表时间: 2022
• 作者: Iguchi;Takashi;有田圭吾;谷尾宣久 監修（第3章2節担当：水野洋輔）
• 通讯作者: 谷尾宣久 監修（第3章2節担当：水野洋輔）

Federal University of Espirito Santo(ブラジル)

圣埃斯皮里图联邦大学（巴西）