2019 Fiscal Year Annual Research Report
表層大気・ガスの特異な挙動の可視化と挙動メカニズムの解明
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19H02383
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
椎名 達雄 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80304187)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | LEDライダー / ミニライダー / 局所大気 / ガス / ダスト / ラマン / 偏光 / ミー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来の大気観測用ライダーはレーザ光源のき弱性のため、また大きな駆動電流のため、バッテリーでの稼働が叶わず、公用電源が不可欠であった。局所大気の挙動把握には現場へ機器を設置するため、公用電源の確保が難しい。
本研究ではLED光源を使用していることで機器の安全性と小消費電力、メンテナンスフリーを実現してバッテリー駆動を可能とする。遠隔制御を通してシステムの制御と観測を自動化させる。太陽電池と蓄電池を組み合わせた自立したシステムを構築することで設置場所を選ばず、監視カメラ型のシステムを開発することで現場への導入が容易となる。
本研究では、LEDパルス光源の駆動回路を検討し、これまでの500kHzを大きく上回る、数MHzのパルス繰り返し周波数で、パルス幅は最小1ns以下の短パルス化を可能とするLEDドライバ回路の開発に成功した。パルス幅に対する繰り返し周波数のDuty比が低いことならびにLEDによる高い放熱性の観点から、ライダー光源としてふさわしい仕様を得ることができた。
バッテリー駆動を可能とするため、送受信系ならびに走査系をすべてDC電源にし、バッテリー駆動の実用化を計った。また、消費電力を調べて蓄電池の容量を最適化させた。
次年度のネットワーク計測への準備として、LED光源を用いた、Mieライダー、偏光ライダー、およびRamanライダーによる同期計測を行い、ダストターゲットに対する定量計測の評価を行なった。それぞれの感度に応じた、消散係数の表現を得た。実験では波浪と表層大気の相互作用を同じく同期計測によって評価、解析を行なっており、次年度も引き続きデータの収集と計測条件の最適化を図る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
新しいLEDパルスドライバ回路を考案し、LEDライダーの適用範囲を広げる可能性を得た。先に開発している高速高分解フォトンカウンタの改良を合わせて行うことで、観測範囲はさらに近距離を高速高分解に可視化可能となる。
すでにLED光源を用いたMieライダー、偏光ライダー、およびRamanライダーの開発を行っており、次年度のネットワーク化を想定した基礎実験を行っている。これらの成果をもとに次年度の計画を順調に進めることが可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
自立型ライダーを機能化させて、Mie散乱、Raman散乱ならびに偏光による多角的な同期計測を行うシステムへと発展させる。同一のターゲットを対象として表層大気の動的インタラクションを同期計測するネットワークを構築する。
計画当初ではLEDミニライダーは送信光量が小さい(<10nJ)ため、受光量は離散的なフォトンをカウントすることを想定していた。しかし、新しいLEDパルスドライバは現行の10nsから最小1nsの短パルス化が可能になったことによって、パルス出力ならびに高繰り返し周波数による積算時間の縮小が見込める。そのけっかとして、より速い大気の挙動が可視化できる。500kHz以上の高い繰り返し周波数に追従するマルチチャンネルスケーラをさらに高速化する改良を行うことで観測範囲はさらに近距離を高速高分解に可視化可能となる。目的に掲げている地表面の砂面／海表面の波浪の挙動と同時に表層大気の動的インタラクションの計測が実現できる。
上記の目的に対して、今後Mei散乱用、Raman散乱用、ならびに偏光計測用の機能化させたLEDミニライダーをそれぞれ自立化させて、ネットワークを組み、同期計測を行う。そのためにGPSによる時間校正、空間校正を行い、相互のデータを多角的に蓄積できるようにする。
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