河川管理のための光ファイバ堤防越水および河川水濁度センサについての研究

河道管理用光纤河堤溢流及河水浊度传感器研究

• 批准号: 22K04660
• 负责人: 木原 満
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Electro-Communication 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-22K04660/
• 关键词: 光ファイバセンサ; 河川管理; 濁度; 浸水; 光ファイバ; 光センサ

河川堤防越水センサに関して、光ファイバコネクタを用いたファブリーペローセンサが有効であることを検証した。本センサは、通信用の光コネクタであるMTコネクタにスペーサを挟み、接続する光ファイバ端面間に間隙を持つ構造である。堤防越水を測定するため、大気（空気）中にある状態から水中に変化した時に、光ファイバ端面間隙にある媒質（空気から水へ）の屈折率が変化することで検知する。スペーサとして薄い金属板や紙で試みた。スペーサに紙を使用した場合、紙に導水性があるので、光ファイバ端面間隙に確実に水が浸水することを確認した。一方、スペーサに金属版を使用した場合、光ファイバ端面間隙への浸水を妨げる場合があることが分かった。しかし、金属板を用いる場合でもセンサ構造を適切に設定することで越水（浸水）測定が可能であることを確認した。河川水濁度センサについては、市販の濁度測定装置 TSS Portableを購入し、泥水の粘土や泥の粉末（泥パック）の濃度とその泥水の濁度の関係を調査した。その結果、粘土または泥の粉末の濃度と泥水の濁度は比例関係であることを実験的に明らかにした。さらに、光ファイバ直角端面を用いて、泥水の光学特性（反射特性）を調査した。その結果、光ファイバ直角端面からの泥水の反射特性は、泥水の粘土の濃度に依存して変化することが分かった。ただし、その関係は、単純な比例関係ではなく、光ファイバの屈折率1.45の前後で変化することを確認した。さらに、泥水は濃度が均一ではなく場所によって濃淡ができてしまうため、光ファイバ直角端面で測定した反射特性の変動があることを確認した。加えて、ショ糖溶液を試料液として、マイクロファイバ（光ファイバの一部を加熱延伸して外径を細くしたもの）を用いた水溶液の屈折率測定が可能かどうか現在検証中である。

我们已经验证了使用光纤连接器的Fabry Perot传感器对河堤水溢流传感器有效。该传感器具有一个结构，其中将垫片夹在光纤的末端面之间，这些光纤将垫片连接到MT连接器，这是用于通信的光学连接器。要测量路堤上的水，当光纤末端表面之间的介质（空气）的折射率（空气）从大气中（空气）转变为水时，介质（空气）的折射率（空气）变化。我尝试使用薄金属板或纸作为垫片。当纸被用作垫片时，纸张是水导体的，因此可以证实水在光纤末端之间的缝隙中可靠地渗透。另一方面，已经发现，当将金属板用作垫片时，可能有可能防止光纤末端之间的间隙泛滥。但是，即使使用金属板，也可以通过适当设置传感器结构来确认水溢出（水淹没）。关于河水浊度传感器，我们购买了商业可用的浊度测量设备TSS便携式设备，并研究了泥土和泥粉的浓度（泥包）与泥水的浊度之间的关系。结果，经过实验表明，粘土或泥粉的浓度以及泥水的浊度成正比。此外，使用光纤的直角端面研究了泥水的光学特性（反射特性）。结果，发现光纤维的直角端面的泥泞水的反射特性取决于泥土的浓度。但是，已经证实，光纤的折射率周围的关系变化，而不是简单的比例关系。此外，由于泥水的浓度不是均匀的，并且阴影根据位置而变化，因此可以证实，在光纤的右角端表面测得的反射特性存在变化。此外，目前正在研究是否可以使用蔗糖溶液作为样品溶液（使用蔗糖溶液加热并拉伸以使外径较薄）（已加热并拉伸以使外径较薄）（将其伸展以使外径较薄）测量水溶液的折射率。

项目成果

マイクロファイバを用いた屈折率センサの特性解析および作製

微光纤折射率传感器的特性分析与制作

• 发表时间: 2022
• 作者: 小柳颯輝;瓜生大地;熊倉俊郎;中井専人;安達聖;鈴木紘一;山崎正喜;斎藤隆幸;山倉祐也;Md Touhidul Islam;Keisuke Yoshida;Satoshi Nishiyama;Koichi Sakai;Shin Adachi;Shijun Pan;秋山菜乃香;西山哲;富田紀子;冨井隆春;佐野ひかる;添田椋生，木原 満
• 通讯作者: 添田椋生，木原 満