2016 Fiscal Year Research-status Report
散乱電磁波を利用する流動液体の広帯域・低侵襲な動的材料定数測定手法
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16K06398
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| Research Institution | Akita National College of Technology |
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Principal Investigator |
駒木根 隆士 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40370241)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 散乱波 / 誘電率 / 流体 / スペクトラム / 非侵襲 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流動する液状物体の性質や状態を，サンプリングしてのオフライン計測や配管内へのセンサの侵襲的設置を行わずに動的に評価するため，管中を流動または滞留する液体試料の高周波比誘電率および誘電損失を，連続的かつ非侵襲に測定する測定手法の確立を目的としている．
初めに，球状誘電体試料に照射したマイクロ波の散乱波電力が物質の誘電特性と強い相関があることを利用する測定手法を確立した．その後，この手法により理論的に解析できる円筒状容器内の液体の散乱波電力を基に，長尺パイプ中に封入した液体試料を電波吸収体により領域制限した場合の測定結果に関して分極の分布を考慮する誘電特性の補正係数を導出した．
一方，潤滑や油圧作動に用いる油試料に関して，上記手法を拡張して広帯域の連続スペクトラムの差分評価を行う手法を開発し，加熱酸化試験による劣化や，水分および空気の混入による影響の評価実験を行い，特に加熱時間すなわち油劣化度と測定結果評価量の間に高い相関があることを確かめることができた．また，スペクトラムの評価に際して直接波と散乱波の干渉対策と分離が精度向上には必要であるが，得られたスペクトラム特性に対する信号処理により改善できることを確かめた．
次に，油などの液体循環系へ本手法を適用できることの検証のため，ポンプにより液体を循環させる機構を導入し，その液体回路の一部の管状部に上記領域制限を実施する構造を持たせて電波暗室内で測定した．その結果，照射電磁界の変化速度（周波数）が液体の流速より十分早い範囲では，静止した液体から得られる散乱波スペクトラムの測定結果と流動する液体の散乱波測定結果の間に有意な差異はないことを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画では精度の良い流体試料の測定環境の構築のため，アンテナと液体循環配管の配置の最適化を検討して電波暗箱を設計製作する予定であった．これに対して，学会での議論を通してアンテナの本数および配置の見直しを行い，また液体循環系を付け加えるための改造により設計に遅れが生じた．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの測定環境すなわち電波暗箱の設計指針は，散乱波の多重反射が生じにくい構造であるが，実システムへの適用に際しては他の配管や壁等による反射は避けようがないため，反射干渉があっても正確な測定ができる構成とすべきである．そこでまず，送受信アンテナ間の干渉を除くため一本のアンテナを送受兼用とし，アンテナ後段で送受分離する構成に変更する．
また，試料の温度係数が無視できないことが分かったため，流体の温度を管理するための機構を導入する．
さらに，得られたスペクトラムかと試料の状態の関係を定量化する手法として，確率的な識別法を導入する。
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| Causes of Carryover |
当初計画では精度の良い流体試料の測定環境の構築のため，アンテナと液体循環配管の配置の最適化を検討して電波暗箱を設計製作する予定であった．これに対して，学会での議論を通してアンテナの本数および配置の見直しを行い，また液体循環系を付け加えるための改造により設計に遅れが生じた．
また，暗箱の費用見積りを取得した結果，当初想定した額を超え，初年度の予算では購入できず，また納期も年度内におさまらないことがわかったため，次年度予算と合算して購入を行うことにしたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまでの測定環境すなわち電波暗箱の設計指針は，散乱波の多重反射が生じにくい構造であるが，実システムへの適用に際しては他の配管や壁等による反射は避けようがないため，反射干渉があっても正確な測定ができる構成とすることにし，再設計を行う。送受信アンテナ間の干渉を除くため一本のアンテナを送受兼用とし，アンテナ後段で送受分離する構成に変更した上で流体用配管を導入した電波暗箱を購入する．
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