光通信波長帯高精度レーザ歪みセンサの開発

光通信波段高精度激光应变传感器的研制

基本信息

批准号：
25600107
负责人：
中沢正隆
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成25年度は、光ファイバを用いた津波計測用センサを設計・試作した。従来技術であるファブリー・ペロー共振器の代わりに、ファイバリング共振器を利用した新たなセンサ構造を提案し、その1次試作を行なった。本課題で試作したセンサは、円筒構造（直径120 mm、高さ240 mm）のアルミ材に全長が4.5 mのファイバリング共振器を巻き付けるといった簡便かつ安価な構造を有する。そして、水圧変化に伴うセンサの直径方向の変化量をリング共振器の共振周波数より測定するものである。つぎに試作したセンサと2台の周波数可変ファイバレーザを組み合わせることにより、レーザ津波計を作製し、水槽を利用した水位変化量の計測を実施した。2台のレーザを利用することにより温度変動に伴う測定誤差を50分の1に低減することに成功した。このような条件のもと、水槽の水位を約1 cmずつ変化させていった際に、12.2 MHz/cmというビート周波数の検出感度を得た。ビート信号の短期的なスペクトル揺らぎ（±110 kHz）から算出される水位変化量の測定誤差は90μmであり、世界最高水準の性能を実現することに成功した。平成26年度は、平成25年度に試作した津波計測用センサの感度向上を目指し、圧力により形状変化が起こり易い凹凸構造を設けたセンサ部を新たに試作した。また、120度ずつ角度のずれた方向に歪み検出用センサ部を設けた三成分歪み計測用センサを試作した。しかし、平成26年度に新規に採択された特別推進研究課題との重複の制限により、試作したセンサの評価ならびに改良を課題として残した状況で本課題が終了することになった。本研究は大震災への対策技術として、地殻変動に伴う歪み量の高感度計測ならびに津波計測にとって大変重要である。今後も本研究を継続していく予定である。研究発表：JAMSTEC連携協定協議会「高感度レーザ津波センサの試作」

在2013财年，我们使用光纤设计并生产了海啸测量传感器。提出了使用纤维环谐振器的新传感器结构，而不是常规的Fabry-Perot谐振器，并进行了主要原型。该主题中产生的传感器具有简单且廉价的结构，例如将总长度为4.5 m的纤维环谐振器在具有圆柱形结构的铝材料上（直径为120 mm，高度为240 mm）。由于水压变化而导致传感器的直径方向的变化量是根据环谐振器的谐振频率来测量的。接下来，通过将原型传感器和两个可变频率激光器组合在一起，制造了激光海啸仪表，并使用水族馆测量了水位变化的量。通过使用两个激光器，我们成功地将与温度波动相关的测量误差降低了1/50。在这些条件下，当水族馆中的水位变化约1 cm时，获得了12.2 MHz/cm的检测灵敏度。根据节拍信号（±110 kHz）的短期光谱波动计算得出的水位变化量的测量误差为90μm，我们成功地达到了世界上最高水平的性能。在2014年，我们旨在提高2013年原型海啸测量传感器的灵敏度，并创建了一个新的原型传感器部分，具有凹形串联结构的结构，该部分可能会因压力而导致形状变化。此外，制造了三组分失真测量传感器，其中将应变检测传感器部分以一个角度移动120度的方向。但是，由于与2014年新通过的特殊促进研究主题重叠的限制，此问题得出了评估和改进原型传感器的问题。这项研究对于测量由地壳运动和海啸测量引起的变形量极为重要，这是对巨大地震的对策。该研究计划将来继续进行。研究介绍：JAMSTEC合作协议理事会“高度敏感的激光海啸传感器的原型”