Fiber optic multimodal sensors for hydrogen-powered aircraft for a low-carbon society

用于低碳社会氢动力飞机的光纤多模态传感器

• 批准号: 22K04129
• 负责人: 西山 道子
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Soka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04129/
• 关键词: 腐食検出; 光ファイバセンサ; 表面プラズモン共鳴; 水素航空機; マルチモーダル

本研究は、水素ガスリーク、温度、湿度・腐食、加速度を検出するセンサを、ヘテロコア光ファイバで開発し、これらの多種の情報を取得できる実用性の高いマルチモーダル光ファイバセンシングシステムを確立することで、水素航空機の運用効率化の実現を目指している。2022年度前半では、ヘテロコア光ファイバによる各種センサの基盤となる屈折率センサの高感度化に取り組んだ。表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonane: SPR)、局在表面プラズモン共鳴を利用するにあたり、その材料と形態の選定を検討し、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide: ITO）の薄膜による光ファイバ屈折率センサを採用する目処がたった。ITO薄膜による屈折率センサの開発、また結露を検出するAu薄膜ヘテロコア光ファイバセンサの開発に取り組んだ。ITO薄膜のヘテロコア光ファイバ外周へのスパッタリング成膜に成功し、近赤外帯域における屈折率感度向上を実験的に明らかにした。また、AuとTa2O5の2層多層膜薄膜を用いたヘテロコア光ファイバセンサでの結露検出性能も実験的に明らかにした。2022年度後半では、金属腐食検出センサの確立を目指し、アルミニウム薄膜をAu/Ta2O5多層膜の外周に成膜し、その外周のアルミニウム腐食の過程を、SPRを利用したヘテロコア光ファイバでの検出を試みた。その結果として、アルミニウム薄膜を3 nmとすることで、近赤外帯域でのSPR吸収を確認した。更に、塩分を含む海水に浸漬させることで腐食を加速的に発生させた際の腐食過程を、SPR吸収波長のシフト、近赤外光の光損失の両側面で検出が可能であることが実験的に示された。

本研究旨在开发利用异芯光纤检测氢气泄漏、温度、湿度/腐蚀和加速度的传感器，并建立一个高度实用的多模光纤传感系统，可以获取这些不同类型的信息，旨在提高传感器的性能。氢飞机的运行效率。 2022 年上半年，我们致力于提高折射率传感器的灵敏度，这是使用异芯光纤的各种传感器的基础。在利用表面等离子体共振（SPR）和局域表面等离子体共振时，我们考虑了材料和形式的选择，并开发了一种使用我即将入职的氧化铟锡（ITO）薄膜的光纤折射率传感器。 。我们致力于开发使用ITO薄膜和Au薄膜异芯光纤传感器的折射率传感器，用于检测结露。我们成功地通过溅射在异芯光纤的外周沉积了ITO薄膜，并通过实验证明了近红外波段折射率灵敏度的改善。我们还通过实验证明了使用 Au 和 Ta2O5 两层多层薄膜的异芯光纤传感器的露水凝结检测性能。 2022年下半年，以建立金属腐蚀检测传感器为目标，我们将在Au/Ta2O5多层薄膜的外周沉积一层铝薄膜，并尝试用使用 SPR 的异芯光纤。结果，我们通过使用 3 nm 铝薄膜确认了近红外波段的 SPR 吸收。此外，实验表明，当浸入含盐海水中发生加速腐蚀时，可以通过SPR吸收波长的变化和近红外光的光损失来检测腐蚀过程。

项目成果

アルミニウム腐食検出のためのヘテロコア光ファイバセンサの時間応答評価

铝腐蚀检测异芯光纤传感器的时间响应评估

• 发表时间: 2023
• 作者: Kadokura Miyuki;Yamazaki Hiroshi;Kasai Tokio;Watanabe Kazuhiro;Nishiyama Michiko;姜 棹元，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子
• 通讯作者: 姜 棹元，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子

Triaxial Accelerometer Based on a Semicircular Hetero-Core Fiber-Optic Sensor

• DOI: 10.1109/jsen.2023.3246056
• 发表时间: 2023-04-01
• 期刊: IEEE SENSORS JOURNAL
• 影响因子: 4.3
• 作者: Kadokura，Miyuki;Yamazaki，Hiroshi;Nishiyama，Michiko
• 通讯作者: Nishiyama，Michiko

付加質量を設置した両端固定支持梁構造ヘテロコア光ファイバ加速度計の低周波領域における応答評価

两端固定支撑梁结构加附加质量异芯光纤加速度计低频区响应评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Kadokura Miyuki;Yamazaki Hiroshi;Kasai Tokio;Watanabe Kazuhiro;Nishiyama Michiko;姜 棹元，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子;中村優奈，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子;門倉美幸，渡辺一弘，西山道子
• 通讯作者: 門倉美幸，渡辺一弘，西山道子

RFスパッタリング導入ガスによるITO薄膜ヘテロコア光ファイバセンサの屈折率感度への影響

射频溅射引入气体对ITO薄膜异核光纤传感器折射率灵敏度的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Kadokura Miyuki;Yamazaki Hiroshi;Kasai Tokio;Watanabe Kazuhiro;Nishiyama Michiko;姜 棹元，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子;中村優奈，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子
• 通讯作者: 中村優奈，長尾裕司，渡辺一弘，西山道子