ブリルアン散乱の局在発生技術による光ファイバ歪分布センサの高分解能化・広レンジ化

利用局部布里渊散射发生技术提高光纤应变分布传感器的分辨率并扩大范围

• 批准号: 12450162
• 负责人: 保立 和夫
• 金额: $ 7.55万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12450162/
• 关键词: 分布型光ファイバセンサ; ブリルアン散乱; 歪分布計測; スマートマテリアル; スマートストラクチャ

本研究は、申請者らが独自に提案し研究成果を蓄積してきた「光ファイバ中での誘導ブリルアン散乱を光波コヒーレンスの制御によって局在発生させる」というユニークな技術により、ブリルアン散乱周波数シフトが光ファイバに加わる歪によって変化する現象を活用して、1cmを上回る空間分解能と数10mの測定レンジを有する光ファイバ型歪分布センシング技術を実現するための研究である。本センシング技術は、痛みの分かる材料・構造(スマートマテリアル・ストラクチャ)を実現するために注目されている独自技術であり、研究計画時に、既に従来技術の本質的限界である1mの空間分解能を一桁以上も凌ぐ6.5cmを達成することに成功している。本技術では、連続光波に周波数変調を施し、光ファイバ中を対向伝搬するポンプ・プローブ光間の相関を制御して、光ファイバに沿う一箇所でのみ誘導ブリルアン散乱を起こす。本年度は、この周波数変調を理想的に加えるための工夫を施した。光ファイバの狭い範囲に引張り歪を実際に加える機構を作成し、本測定システムで歪分布測定を実行した。その結果、1cmの空間分解能を達成することができた。これは、従来技術の原理的限界を2桁も上回る性能である。続いて、周期的にできる相関ピークの間隔で制限される測定範囲を拡大する方法も考案した。異なるブリルアン散乱周波数シフトを有する光ファイバを接続してセンシングヘッドとする方法と、2つの変調周波数を同時に加える方法の2つであり、従来5m程度であった測定範囲を、20mにまで拡大した。また、本測定法を直径15cmのパイプ周囲の歪測定に適用し、1cmの空間分解能と約30μεの歪感度での測定が実現された。これら成果により、本技術がスマートマテリアル用の神経系として有望であることが実証できた。

は this study, the applicant ら が に proposal alone し research を accumulation し て き た "light フ ァ イ バ in で の induced ブ リ ル ア ン scattered を light コ ヒ ー レ ン ス の suppression に よ っ て bureau in 発 さ せ る" と い う ユ ニ ー ク な technology に よ り, ブ リ ル ア ン scattered cycle for シ フ ト が light フ ァ イ バ に plus わ る slanting に よ っ て variations change す る phenomenon を use し て, 1 cm を る last time space decomposition can count と determination of 10 m の レ ン ジ を have す る light フ ァ イ バ type slanting distribution セ ン シ ン を グ technology be presently す る た め の research で あ る. This セ ン シ ン グ は technology, pain み の points か る materials, structure (ス マ ー ト マ テ リ ア ル · ス ト ラ ク チ ャ) を be presently す る た め に attention さ れ て い る technology alone で あ り, に when research projects, both に 従 to limit the nature of technology の で あ る 1 m の space decomposition can を above one girder も ling ぐ 6.5 cm を reached す る こ と に successful し て い る. This technical で は に cycle count, even 続 light waves - adjustable を し, light フ ァ イ バ を in polices to 伝 move す る ポ ン プ · プ ロ ー ブ の phase between light masato を suppression し て, light フ ァ イ バ に along う what a で の み induced ブ リ ル ア ン scattered を up こ す. This year, the frequency of <s:1> and <s:1> frequency changes を should be adjusted to an ideal に plus えるため time を to increase た. Light フ ァ イ バ の narrow い van 囲 に extension and り slanting を be interstate に plus え る を し consummate, the determination of シ ス テ ム で slanting distribution measurement を line be し た. Youdaoplaceholder0 そ results: 1cm <s:1> space decomposition can を achieve する とがで とがで た た. The <s:1> れ 従 and 従 are used to determine the principle of the limit of the を2 truss girder to return the る performance である. 続 い て, cycle に で き る phase masato ピ ー ク の interval limitations で さ れ る determine van 囲 を company, big す る method も test case し た. Different な る ブ リ ル ア ン scattered cycle for シ フ ト を have す る light フ ァ イ バ を meet 続 し て セ ン シ ン グ ヘ ッ ド と す と る method, 2 つ の - adjustable cycle for を に add え る method の 2 つ で あ り, to 5 m 従 で あ っ た determination van 囲 を, 20 m に ま で company, big し た. ま た, this assay を diameter 15 cm の パ イ プ weeks 囲 の slanting に し, 1 cm の space decomposition can と about 30 mu epsilon の slanting sensitivity で の determination が be presently さ れ た. こ れ ら results に よ り, this technical が ス マ ー ト マ テ リ ア ル with 経 is の god と し て could で あ る こ と が card be で き た.

项目成果

K.Hotate and T.Hasegawa: "A correlation-based continuous-wave technique for measuring Brillouin gain spectrum distribution along an optical fiber with centimeter-order spatial resolution"Proc.14th International Conference on Optical Fiber Sensors (OFS-14)

K.Hotate 和 T.Hasekawa：“一种基于相关的连续波技术，用于以厘米级空间分辨率测量沿光纤的布里渊增益谱分布”Proc.14th 国际光纤传感器会议 (OFS-14)

K.Hotate,Z.-Y.He and T.Kitazume: "Surface shape measurement for multi-layered object by synthesis of optical coherence function"J.of Selected Topics in Quantum Electronics. 6・5. 723-729 (2000)

K. Hotate，Z.-Y. He 和 T. Kitazume：“通过合成光学相干函数进行多层物体的表面形状测量”J. 量子电子学专题 6・5（2000 年）。

K.Hotate and M.Tanaka: "Distributed fiber Brillouin strain sensing with 1cm spatial resolution by correlation-based countinuous wave technique"Proc.14th International Conference on Optical Fiber Sensors (OFS-14). <Invited>. 647-650 (2000)

K.Hotate 和 M.Tanaka：“通过基于相关的连续波技术实现 1cm 空间分辨率的分布式光纤布里渊应变传感”Proc.14th 国际光纤传感器会议 (OFS-14)。

K.Hotate,X.Song and Z.-Y.He: "Stress-location measurement along an optical fiber by synthesis of triangle-shape optical coherence function"IEEE Photonics Technology Letters. 13・3. (2001)

K. Hotate、X. Song 和 Z.-Y。“通过合成三角形光学相干函数进行光纤应力位置测量”IEEE 光子技术快报 13・3。

B.Zhu and K.Hotate: "Multiplexed optical fiber interferometric sensor system by synthesis of optical coherence function with phase generated carrier"Optical Review. 8・3. (2001)

B.Zhu 和 K.Hotate：“通过合成光学相干函数与相位生成载波的多路光纤干涉传感器系统”光学评论 8・3。