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

基本信息

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

项目摘要

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。

今年，我们重点提高了我们提出的分布式光纤传感技术“布里渊光学相关区域反射仪（布里渊OCDR，BOCDR）”的性能，并推动了以下领域的研究。换句话说，（1）BOCDR在偏振态分布测量中的应用，（2）基于压缩感知的BOCDR提出，（3）不使用电谱分析仪（ESA）的OCDR操作演示，（4）塑料光We演示了基于光纤（POF）光栅的接触传感，并且（5）提出了一种使用多芯 POF 的温度传感方法。下面将详细解释每一项。 (1) 现有的BOCDR是基于测量温度和应变的分布，但这次我们成功地将测量目标扩展到包括偏振态分布（斯托克斯参数）。我们将这项技术命名为“偏振OCDR（POCDR）”，并建立了其基本理论并演示了其基本操作。这一结果表明了横向压力和电磁场的分布式传感的可行性。 (2)基于压缩感知，我们实现了比实际采样率快数倍的BOCDR运行速度。这一结果极大地有助于提高实时检测动态失真时的性能。 (3) 我们表明，通过从实验系统中消除 ESA 并应用原始信号处理来代替，可以提高 OCDR 的性能。具体来说，我们证明了消除空间分辨率和测量速度之间的权衡。 (4) 我们表明，可以使用飞秒激光器在 POF 上绘制光栅来演示接触传感。我们还研究了传输功率与物体（金属和橡胶）位置之间的关系，并表明它可以应用于微小位移传感。 (5)我们开发了一种基于多核POF中模间干扰的温度传感方法。我们证明，通过将机器学习应用于透射光谱，可以高精度地估计温度。

项目成果

期刊论文数量（88）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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
通讯作者：
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