構造物減災に向けた光ファイバひずみ計測高信頼化・高速化のための信号解析方法の研究

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光ファイバ内で生じるブリルアン散乱光スペクトル（ブリルアンゲインスペクトル：BGS）の周波数がひずみに比例してシフトする現象に基づく光ファイバひずみ計測は、長距離にわたる分布計測が可能である。この特長は、現在、社会問題となっている老朽化インフラ設備などのモニタリングに適しており、この計測をそのモニタリングに応用するための研究開発が進められている。これまでの方法では、ひずみ計測位置を中心とするBGS観測区間でひずみは均一であり、暗黙のうちに、観測されるBGSはローレンツ関数で近似されることが仮定されていた。局所的に（観測区間内で）変化するひずみはBGSを変形させるため、ひずみ計測における誤差が大きくなる問題があった。この問題を克服するために、本助成事業では、以下の2課題について研究を進めている。(1) 非負値行列因子分解を用いたBGS観測区間内の最大・最小ひずみの抽出(2) 不均一ひずみ下のBGSに基づくニューラルネットワークを用いたひずみ計測(1)は、構造物において最も損傷が起こっている可能性の高い、最大（引張り）・最小（最大圧縮）ひずみを抽出する方法についてのものである。従来の方法は、観測区間内の平均的なひずみの計測であるため、局所的なひずみ情報を得ることができなかった。この問題に対し、昨年度に検討した非負値行列因子分解による最大・最小ひずみ抽出方法の精度向上に向けてスパース制約を導入し、その導入効果を調べた。(2)は、不均一下のBGSを用いてニューラルネットワークを訓練することによって、不均一なひずみをも高精度、高速に計測する方法に関するものである。今年度は、数値シミュレーションによって、BGSの観測条件、BGSの基本形状、BGSに含まれるノイズ、計測されるひずみにかかわるパラメータが計測誤差に与える影響を明らかにした。