2017 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of a Technique for Sensitively Monitoring Outer Environment Utilizing Acoustic Resonance Phenomenon
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16K14108
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
燈明 泰成 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50374955)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 音響共鳴現象 / 環境モニタリング / 気体種別 / 温度 / 圧力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．温度変化モニタリングの試み 気体の音響インピーダンスが音速に関連すること、また気体の音速が温度に依存することを利用して、測定した音響インピーダンスから外環境である空気の温度変化がモニタリングできるか否かを検証した。試作した反射板を内蔵した気体モニタリング用冶具を、温度制御機構を有するホットプレート上に配置し、ホットプレートの温度を制御して昇温しながら連続的に反射板裏面エコーを収録した。収録した裏面エコー波形を周波数解析して得た振幅スペクトルより音響インピーダンスを算出したところ、音響インピーダンスは空気の温度上昇と共に明瞭に上昇し、これより本手法による環境温度モニタリングの可能性を見出した。
２．圧力変化モニタリングの試み 音響インピーダンスが気体の圧力に関連することを利用して、算出した音響インピーダンスから圧力変化がモニタリングできるか否かを検証した。ボイル・シャルルの法則より圧力変化に伴う温度変化を理論的に算出し、先の空気の温度モニタリングにおける音響インピーダンスの変化率より圧力変化を試算したところ、本手法により空気の圧力変化を音響インピーダンスの変化としてモニタリングできる可能性を見出した。
３．高感度環境モニタリングセンサの提案 これまでの成果を集約し、液体や気体の高感度な環境モニタリングを実現する新しいセンサを提案した。超音波の送受信には小型の圧電素子を利用し、これをケースに内蔵、ケースの前面には圧電素子の周波数特性に合わせて薄膜を成膜した反射板を配置した。圧電素子と反射板の間は水等の音響媒体を空気の混入なく満たせる構造とした。実際に試作したセンサにより異なる温度の水、および空気の音響インピーダンスを測定したところ、音響インピーダンスは温度変化に伴い敏感に変化し、当該センサにより液体や気体の高感度環境モニタリングが可能であることを確認した。
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