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FBG加速時計の感度向上に役立つテフロンパッチ

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Academic year: 2021

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(1)world news ファイバブラッググレーティング(FBG). FBG 加速度計の 感度向上に役立つテフロンパッチ ファイバブラッググレーティング. カンチレバー. 長さ 4mm 部分を占め、カンチレ. イニサートマス. FBG. (FBG )加速度計は橋梁を初めと. バー搭載点から 5mm の位置に置 かれた。. する建築構造物の歪みや、岩盤 の地殻変動を測定することが可能 な、小形で、頑強で、電磁干渉 ( EMI )がないデバイスだが、単 純な改良によってその感度が3倍. は接着剤の厚み 10μmも加えて、 最高 2200μmまで変化させた。こ. 4. 2. のモデルの曲げ周波数は最高 10. 2. の 11 月 2 日から 3 日にインドのバ. z y. カンファレンス・インディアにおいて. 究所の研究チームから提案された。. 70GPa )で作製された。パッチ厚. -3. と実験による裏付けが、2012 年. ( CSIR ) 中央ガラス・セラミック研. ム(ヤング率はそれぞれ 0.5、2.5、. -2. 有限要素解析を使ったモデリング. カルカッタの科学産業研究評議会. テフロン、ポリイミド、アルミニウ. -1. に高められた。改良の詳細として. ンガロールで行われた COMSOL. パッチのモデルは3つの材料、. 0. 0. Hz である。シミュレーションの結. 0. 果、FBG 感度はある厚みまでは. x. パッチ厚とともに増加し、厚みを. 図 1 標準的な FBG 加速度計はカンチレバー、マス、および FBG 本体から成る。シミュレーションと実験は、FBG とカン チレバーとの間に置かれた 1mm 厚みのテフロンパッチが感度 を 3 倍向上させることを示した。. さらに増すと減少に転じることが 明らかになった。周波数 10Hz と 加速度 1g の場合、テフロンが最 も高い歪みシミュレーションを実. 標準的な加速度計は一端の近く に FBG が取り付けられ、他端にマスを. れている。第一に、パッチそのものが完. 現し、ポリイミド、アルミニウムがそれ. 搭載したフレキシブルなカンチレバーか. 全な剛体ではなく、また厚すぎる場合. に続いた。. ら成る。デバイスに運動が加えられると、. は FBG への歪み伝達効率が低下する。. カンチレバーはビームのたわみ方向の加. 第二に、パッチによるビームのたわみ量. 最適 FBG 配置のモデリング. 速度に比例して曲がる。結果として生. 低減は避けられず、その低減幅はパッ. このモデルは、カンチレバーが最大に. じた歪みが加速度に比例する波長シフト. チ形状に依存する。. 歪む位置を最適配置としたとき、FBG. としてFBGによって測定される。. 最適パッチ形状に近づけるために、. に沿った歪み分布が対称的な逆放物線. 一般に変位が非常に小さく、周波数. 上記 2 つの効果をバランスさせること. になることを示した。この最適配置か. も低い地殻変動(発生した変位に対す. を、最初に米 COMSOL 社のマルチフ. らのいかなる変位も、放物線中心を移. る加速度は周波数に比例)を測定する. ィジックス有限要素解析ソフトウェア. 動させ、感度低下をもたらした。. には高い感度が必要になる。この FBG. を使って実施した。追加の利点である. 1000μm厚のテフロンパッチを持つ加. センサをカンチレバーの中立軸から遠. カンチレバーの曲げ周波数関数も感度. 速度計の実験の感度は 1062pm/g であ. ざければ、より高感度になる。. として最適化された。モデルカンチレ. った。これはパッチのない同様なデバ. . 単純なパッチは複雑である. バーはサイズが 40×10×0.32mm のス. イスに比して 3 倍高い。CSIR の研究チ. テンレス鋼製であり、アルミニウムブロ. ームは、彼らの実験結果の詳細を近々. CSIR の研究チームは、FBG とカンチ. ック上に搭載された(図1) 。FBGは150. 論文として報告する予定である。. レバーとの間に材料パッチを置くことに. μm直径のポリマ被覆シリカファイバの. . よって、FBG を中立軸から遠ざかる方 向に移動させた。しかし、この方法で 感度を高めることができる範囲は限ら. 14. 2013.3 Laser Focus World Japan. ( John Wallace ). 参考文献 ( 1 )N. Basumallick et al., “ Finite Element Analysis of a Fiber Bragg Grating Accelerometer for Performance Optimi­zation, ” Proc. 2012 COMSOL Conf., Bangalore, India.. LFWJ.

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