概要

芝浦工業大学と横浜国立大学の研究チームが、光ファイバーセンシング技術における空間分解能の限界を突破し、世界最高となる6mmの分解能を達成しました。これにより、1cm未満の温度変化の分布測定も世界で初めて成功しました。
空間分解能：6mm（反射型計測方式として世界最高）
温度変化検出：7mm区間の温度変化分布を世界で初めて検出
技術概要：ブリルアン光相関領域反射計(BOCDR)において、信号の乱れを抑制する新たな信号処理手法を導入
期待される応用：橋梁やトンネルなどの社会インフラの健全性診断の高精度化

研究の背景と課題

高度経済成長期に整備されたインフラ施設の老朽化や自然災害への対策が喫緊の課題となる中、構造物の安全性を継続的に監視する手法として光ファイバーセンシングが注目されています。光ファイバーを敷設することで、ひずみや温度の変化を長距離にわたって分布として測定できるためです。特に、ブリルアン散乱を利用する「ブリルアン光相関領域反射計(BOCDR)」は、高い空間分解能と任意の位置を選択できる特長を持ちますが、測定信号に周期的な揺らぎが生じ、正確な測定が困難になるという課題がありました。これまでは、この領域での分布測定は実用的ではないと考えられていました。

新たな信号処理手法によるブレークスル??

本研究では、ブリルアン帯域幅近傍で生じる信号の乱れの正体が変調周波数に起因する周期的な成分であることを解明しました。そして、これらの周期成分を選択的に抑制する信号処理手法を開発。これにより、従来は困難とされてきた高い変調周波数条件下でも正確な分布測定が可能となり、反射型ブリルアン計測として世界最高となる6mmの空間分解能を達成しました。さらに、7mmの区間に生じた温度変化を分布として検出することに世界で初めて成功し、従来は区別できなかった1cm未満の温度変化を明瞭に捉えることが可能になりました。

今後の展望と応用分野

ミリメートル単位の空間分解能を実現した本技術は、インフラ構造物の健全性診断の高精度化に貢献するだけでなく、光導波路内部の状態監視や、ロボットの形状検出など、「形状センシング」への応用も期待されます。将来的には、ロボットが周囲の状態を細かく感知するための「神経」のような役割を担う技術としての展開も見込まれています。

まとめ

芝浦工業大学と横浜国立大学の研究チームは、光ファイバーセンシング技術において、世界最高となる6mmの空間分解能を達成し、7mm区間の温度変化分布の検出にも成功しました。この技術は、社会インフラの健全性診断をはじめ、様々な分野での応用が期待されます。

関連リンク

https://www.shibaura-it.ac.jp/
https://www.ynu.ac.jp/