2020 Fiscal Year Annual Research Report
Optical measurement of magnetic field distributions for position estimation of magnetic particles
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18K04166
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| Research Institution | Kochi University of Technology |
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Principal Investigator |
田上 周路 高知工科大学, システム工学群, 准教授 (80420503)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 交流磁界分布 / 光学式磁界センサ / ミラーアレイデバイス / ロックインアンプ / ベクトル分布画像 / シングルピクセルイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微粒子集合体からの信号検出と位置推定を検証するため，直径0.5 mmの金属線に20 mA，70 kHzの交流電流を印加し、金属線から発生する磁界分布をサブmmの空間分解能で測定できた．取得した磁界分布画像から，金属線の位置推定を逆問題解法を用いて実施した結果，深さ方向の推定位置が実際の1.25 mmに対して1.41 mmとなり，推定位置は用いた金属線内部となった．さらに，測定に用いるロックインアンプからの位相出力を解析することで，測定感度を有する2方向を分離して検出することを検討した．感度を有する2方向に信号磁界発生用のヘルムホルツコイルを新たに作製し，それぞれの方向からの磁界を分離して検出できるかの実証実験を行った．2方向の磁界に対して位相検波を行うことで，アンプの出力である振幅と位相から2方向を分離できることを確認した．2方向磁界成分の分離の応用例として，先述の金属線から出力された磁界のベクトル分布画像を取得し，金属線を取り囲む磁界のベクトル表示を実証できた．
一方で，これまで画像化に用いてきたミラーアレイデバイスの画像要素領域を走査する方法では，解像度が高くなるにつれて取得できる信号光強度が低下する問題が生じた．さらに，解像度に比例して測定時間も増大するため，極低周波の環境磁場ノイズによる取得画像への影響も確認できた．そこで，まず高解像度化による信号光強度の減少に対応するため，シングルピクセルイメージングの手法を導入した．数値計算と実験による結果より，走査では測定できない空間分解能においても信号光強度は十分に取得できることが確認でき，これまで走査によって実証してきた磁界の強度およびベクトル画像に関しても同様に取得できることを確認した．
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