新しいファイバセンシングのご提案

新しいファイバセンシングのご提案 ─ PNCR based “push-pull ratiometry” ─ PNCR : PN code Correlation Reflectometry 擬似ランダム符号相関方式

地域新生コンソーシアム 擬似ﾗﾝﾀﾞﾑ符号相関方式による光伝送路反射計測システムの開発 2005.8 2007.3 ～ 17 C3013 関東経済産業局「地域新生コンソーシアム」・総括研究代表者･････････渡辺製作所・副総括研究代表者･･･････鹿児島大学・研究実施者･････････････・DSP技研、リンク他・管理法人････････････････埼玉県中小企業振興公社ファイバセンシングの開発には経産省の補助を受けました。

光センシング開発のねらい PN符号相関方式をコアとした push-pull ratiometric な interrogating system の line up を開発したい簡単原理低コスト高信頼高耐外乱柔軟運用使い勝手のよい安価なフファイバセンシングを目指します

Push-pull ratiometryのコンセプト BOF on DWPR BOF : BPF On Fiber-end DWPR : Dual Wavelength Push- pull Reflectoimetry 2波長プッシュプル反射計測方式 BPFの波長シフトを2波長反射率比から割り出します

Push-pull ratiometryのコンセプト 物理量 r2 r1 ✔2つの波長に対する反射率比(dB差)より物理量を比定する ✔反射率比をとることで　　　物理量以外の外乱要素は相殺される反射率 r1 入力光印加物理量 r2 r1/r2 反射率比 push pull 2波長反射センサ印加物理量 2波長に対して反射率がpush-pullに変化するセンサを前提とします

FBG BOF core core FBG BOF Fiber Bragg Grating BPF On Fiber-end cladding cladding FBGもBOFも反射物理は共通ですが、スペクトル形態異なります Spectrum shift Spectrum shift Patent Preparing

BOF*のスペクトルシフト検出 BPF * BPF On Fiber-end ✔ ファイバ終端面にBPFを直接形成 ✔BOFの反射スペクトルは温度/ 圧力でシフトする ✔ 中心波長を挟む2波長反射率比から波長シフトを検出 ✔ 反射率比を取る過程で波長シフト以外の外乱要素がすべて相殺される温度等による波長シフト反射率アップ反射率反射率波長ダウン λ1 λ2 プッシュプル変化する2波長に対する反射率を求めてその比を取ります Patent Preparing

多層膜の形成 ✔ Single cavity band pass filter ✔ Ion assisted deposition Ti O2 Si O2 n = 2.22 n = 1.46 多層膜による帯域フィルタをファイバ端面に直接蒸着します Patent Preparing

BOF on FIX Stub Periphery of stub Periphery of filter SMF フィルタ形成はコア近傍で十分ですが実際にはフェルール全面に蒸着します

BOP温度プローブ 100 試作BOF温度プローブ FOS&S社製FBG温度プローブ既存FBG温度プローブ温度プローブは細径にすることができます

DW-PNCR Platform Sn S2 S1 DRV Coupler Coupler Coupler LD1 PN Gene DRV Sensor Branch Sensor Branch Circulator LD2 Coupler Through Line Corre-lator A/D Sensor Network PD Interrogator Interrogator装置は構成をシンプルにすることができます

DWPRによるスペクトルシフト検出 Optical outputP (dBm) 温度によるスペクトル変化を2波長反射率比から割り出します

BOFの2波長反射率 2波長反射率は温度に対してプッシュプルに変化します

BOFの2波長反射率比 較正カーブの例です

試作機による温度センシング 。 Actual Temperature, Ta Estimated Temperature, Te BOFセンサを湯に入れ冷ましていったときの応答です

試作機による温度センシング 。。 Actual Temperature, Ta Estimated Temperature, Te 測定精度は標準偏差で0.19度でした

BOF圧力特性の測定 Load 荷重印加によってBOFが弾性圧縮し反射スペクトルが短波長側にシフトするのではないか SMF Stub BOF BK7 BOFが圧力センサとしても使えることを検証します

BOFの圧力スペクトル変化 膜厚方向の圧力に応じて反射スペクトルが大きくシフトします

Estimation of Spectrum Shift Hertz’s formula E1 , 2 : Young modulus ν1 , 2 : Poisson ratio a :Contact radius R1 , 2 : Contact curvature W : Load W E1 , ν1 R1 BOF R2 a a E2 , ν2 W BOFの圧力によるスペクトルシフトはHertzの弾性圧縮論で説明できます

Herz理論との対応 理論値と実験値が良く一致します

Ball接触による圧力増感の試み Load 球を介した接触によって接触面積を狭窄し圧力感度を高めることができる SMF Stub BOF Contact ball BK7 接触球によって圧力に対するスペクトルシフトを増感します

Ball接触時のスペクトル変化 larger W 接触球によって大きな増感効果が得られます

渡辺の方式ラインナップ OTDR TRS 変、振、温 DWPRのほかにも、FBGを対象としたDT3Rや、OTDRをベースとしたTRSなど多彩なラインナップが可能です。詳細は論文集をご覧下さい。 Patent pending PNCR DWPR BOF 温、圧、振、屈 DT3R FBG, FPE 温、歪、振 Patent pending PNCR:Pseudorandom Noise code Correlation Reflectometry OTDR:Optical Time Domain Reflectometry DWPR:Dual Wavelength Push-pull Reflectometry DT3R:Delayed Transmission/Reflection Ratiometric Refelectometry Patent pending Patent pending

ありがとうございました

新しいファイバセンシングのご提案