音波トモグラフィ法による渦風速場の遠隔監視システム

• Project/Area Number: 24560514
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 李 海悦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20555734)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 晃 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20159213)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2012: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 音波トモグラフィ / 渦風速場測定 / 符号変調音波送受信 / 音波伝搬時間測定 / 音波送受信アレイ / 風源位置推定

Research Abstract

基本的に25年度研究実施計画に沿った検討を行いほぼ計画どおりの成果が得られた。具体的には渦の突風風速監視システムを実現する目的で、耐周囲雑音性能向上と多チャンネル同時音波送受信測定が可能な、疑似ランダム符号変調方式多チャンネル同時送受信システムを構築した。その際の符号変調受信波の復調計算（相関計算による伝搬時間の算出処理）に、並列グラフィック演算ユニット（GPU)を用いた。これにより、渦の風速場の時間変化（主に渦の移動速度）よりも短い1s以内程度のフレームレートで、監視領域内の風速場を連続再現できるシステムを実現可能にした。室内模擬試験装置を用いた渦風速場のリアルタイム追跡性能試験を行った結果、渦の寸法、移動中心位置、風速最大値など全の評価項目について、要求性能を満足する結果が確認できた。さらに、以上の室内模擬試験の成果を踏まえて、屋外風速監視システムの実現に向けた検討を行った。その手始めとして、単経路屋外長距離風速測定装置を製作し、送信音波周波数20kHz、観測範囲5m～40mの条件のもとで風速測定試験を行った。その結果、距離の伸長に伴う音波減衰の増大や、地表反響波や周囲騒音の混入の影響を回避して、屋外長距離間の平均風速を高精度かつリアルタイム（測定時間間隔1s程度）に測定できる結果が確認できた。研究代表者が職を離れたため、最終年度（26年度）に予定していた研究計画が実施出来なかったが、今後チャンネル数を追加した装置全体を完成させることにより、屋外渦風速場をリアルタイムで監視できるトモグラフィシステムが実現できる見通しが示された。

Research Products

• [Journal Article] Real-time monitoring system of vortex wind field using coded acoustic wave signals between parallel array elements (2014)
  • Author(s): H. Li, H.Terada, and A. Yamada
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 53 Issue: 18
  • DOI: 10.1063/1.4872252
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 符号変調音波を用いた屋外長距離送受信器間の風速測定 －反射波の影響の検討－ (2014)
  • Author(s): 大塲健翔、李海悦、山田晃
  • Organizer: 日本音響学会2014年春季研究発表会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部(東京)
• [Presentation] Real time monitoring of vortex wind field based on the multi-channel simultaneous transmission and reception of coded acoustic wave signals between parallel array elements (2013)
  • Author(s): H.Terada, H. Li and A.Yamada
  • Organizer: The 34th Symp. on Ultrasonic Electronics
  • Place of Presentation: 同志社大学室町キャンパス(京都）
• [Presentation] GPS信号を用いた屋外風速トモグラフィシステムの無線化 (2013)
  • Author(s): 原田航太、李海悦、山田晃
  • Organizer: 日本音響学会2013年秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 豊橋技術科学大学 (豊橋)
• [Presentation] GPU acceleration of vortex wind field monitoring based on the transmission and reception of the coded acoustic wave signals between parallel array elements (2013)
  • Author(s): H. Li and A. Yamada
  • Organizer: ICU2013 International Congress on Ultrasonics
  • Place of Presentation: Singapore
• [Presentation] 「音波トモグラフィ法による渦風速場の位置推定性能向上」 (2012)
  • Author(s): 尾川直毅 平澤卓也 李海悦 山田晃
  • Organizer: 日本音響学会2012秋季発表会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野）
• [Presentation] 「Quasi real time monitoring system for the tomographic reconstruction of the vortex wind field」 (2012)
  • Author(s): Haiyue Li, Takuya Hirasawa and Akira Yamada
  • Organizer: Acoustics 2012 Hong Kong
  • Place of Presentation: Hong Kong Convention and Exhibition Centre: 香港
• [Presentation] 「Real time reconstruction of the vortex wind field based on the sound wave travel time data using small number of facing array elements」 (2012)
  • Author(s): Haiyue Li, Takuya Hirasawa and Akira Yamada
  • Organizer: 2012 IEEE International Ultrasonics Symposium
  • Place of Presentation: International Congress Center , Dresden,Germany
• [Presentation] 「平行アレイ間符号変調音波送受信による渦風速場のリアルタイム監視」 (2012)
  • Author(s): 李 海悦，尾川 直毅，平澤 卓也，山田 晃
  • Organizer: 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉大学
• [Presentation] 「符号送信音波を用いた屋外長距離間の平均風速測定」 (2012)
  • Author(s): 平澤卓也 尾川直毅 李海悦 山田晃
  • Organizer: 日本音響学会2012秋季発表会
  • Place of Presentation: 信州大学（長野）