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ホーム > WEBマガジン SHINKAWA Times > コラム > 古川 怜 > ポリマー光ファイバー業界・若手の苦悩と挑戦 No.3 「色でわかる」ひずみセンサーを土木現場へ
掲載日:2018年05月09日

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電気通信大学  大学院情報理工学研究科、情報理工学域
基盤理工学専攻、Ⅲ類(理工系)  准教授  古川 怜
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ポリマー光ファイバー業界・若手の苦悩と挑戦 No.3
「色でわかる」ひずみセンサーを土木現場へ

前号では POF ひずみセンサーの開発指針について述べた。要するに、安く済ませるために、光源 → 環境光で代用、受光素子 → 人間の目で代用する、という節約術についてであった。余談ではあるが、筆者は三児の母を兼業しており、このような代用や節約に関する発想は日常生活においても求められる。吸水性ポリマーで知られる紙おむつなども、飽和に近い状態と判断されても、引き続き利用させることもままある。

 

また、前号で自然界の波長変換について紹介した。光合成細菌のタンパク質のように、単一色素を自在に配列させて吸収波長をコントロールすることは至難の業であるため、ここでは各波長を吸収するグループを発光体 1 と発光体 2 に見立て、さらに励起エネルギーの受け渡しは 1 段階とする。

発光体 1

(ドナー)

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クマリン 540A

発光体 2

(アクセプター)

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ローダミン 6G

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図のように、発光体 1 の放出帯が発光体 2 の励起にちょうど使われることができれば、発光体 1 を刺激して発光体 2 の発光を得ることができる。このような仕組みを光ファイバーのコアとクラッドの界面で起こすことができ、かつその強度が光ファイバーの変形に対して線形的に得られれば、色の変化を視認してひずみを知らせるセンサーとして機能する。

この構想に基づいて、当研究室ではトンネルや仮設工事に使える視認式センサーを目指して、研究を行なっている。当初、ポリマー光ファイバー(POF)の利点を生かすという主旨で始まった当コラムであるが、少なくとも図の例で挙げたような有機低分子を気軽にファイバー内に分散させられるのは、低温で線引き(光ファイバー状に引き延ばす工程)ができる POF の一つの利点であろう。また、大口径も視認式検知と好相性であるし、仮設工事現場でディスポーザブルに使えるという用途設定は安価なプラスチック製品の常套路線である。蛍光体の励起に使われる波長は必ずしも多くの POF 母材の低損失帯に合致しないという懸念もあるが、ターゲットの測定距離をどのように設定するかなどの検討次第では課題解決の可能性がある。当該センサーは、まだ実験室レベルの原理確認の段階にあり、今後ターゲットとする測定対象を絞り、具体的な測定範囲とそれに対するひずみ量の基準などついて、実現の可能性を探索して行く。まだまだ課題も多いが、建設現場や土木の専門家から意見を取り入れながら、安価で役に立つセンサーの実現に向けて、研究室一丸となって研究開発は続く。

【プロフィール】

古川 怜(Rei FURUKAWA )

ワシントン大学 ポスドク 2009/06/08-2010/02/28

電気通信大学 特任助教 2010/05/01-現在

博士(工学) 慶応義塾大学 2009/03

[専門分野]

複合材料・表界面工学 、構造・機能材料、高分子・繊維材料、高分子化学

[研究課題]

光合成細菌の光捕集系モデルを用いた光電子デバイスの提案 ポリマー光デバイス、エネルギー移動、

天然界の光捕集系に倣ったポリマーデバイスの提案と評価を行っている。

コラムに関するご意見、お問い合わせ:sectimes@shinkawa.co.jp