2021 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッド磁化率計：細粒磁性粒子を対象とした新しい多機能磁化率計の開発と応用
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20K04137
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小玉 一人 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (00153560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 裕二 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 教授 (00452699)
佐藤 雅彦 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50723277)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ハイブリッド磁化率計 / 磁性粒子 / 岩石磁気 / 粒度分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に策定したハイブリッド磁化率計の基本機能と設計にもとづき、複数の基本部品からなる試作機の開発に着手した。それらの基本機能は以下の４項目からなる。１）数十ミクロンから数㎝程まで多様なサイズの試料を扱える高感度センシングコイル、２）微小な磁化率を自励固有周波数変化に自動変換する高帯域周波数測定機能、３）パルス高周波シグナルを数ミリ秒の短時間にAD変換しメモリーに読み込む高速デジタル処理機能、４）リアルタイムで数値処理・画像処理するためのUSB高速データ通信を備えたソフトウェア。１）は、共振周波数に応じて巻数を調整した複数の多重同心円コイルを、２～４層プリント基板内に積層した一体型複合センサーである。２）、３）は、高分解能ADC(18～24ビット)とPLL、DMAによる高速メモリー転送、これらを制御するMPUまたはFPGAから構成される。４）は、DMAとUSB3.0のバルク転送を利用した高速データ通信を、C言語とHDLによるドライバーを開発することによって実現する。PCに送信されたバイナリデータはリアルタイムでデコードされ、C言語とPythonによって開発されたGUIアプリによって周波数領域や時間領域のさまざまな様式に視覚化・数値化される。多様な研究に活用できるよう、基本的な仕様はC言語のAPIとして公開する。本年度は、特に１）、２）に注力し、実用にたえる測定の再現性と耐久性を備えたシステムを試作することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２～４層のプリント基板内に同心円状の平面センサーコイルを積層プリントする方法により、感度向上とノイズ低減を実現できることがわかった。この基板内に複数の共鳴コンデンサを配置することにより、LC共振回路へのパルス入力による固有減衰振動を連続的に励起することができる。この方法により、固有振動周波数変化を用いた周波数領域の磁化率測定と、減衰振動曲線の包絡線変化を利用した時間領域のスペクトル測定を同時に行うことができることがわかった。さらに数10Hzの連続パルスを与えてデータを積算すれば、S/N比の一層の向上を図ることができる。短パルスなので低消費電力でありバッテリー駆動ができるので、野外での活用が期待できる。これらの特徴を備えたハイブリッド磁化率計のプロトタイプを複数製作し、今後の改良に利用している。今後、基板内の平面コイルの形状や巻き数の最適化、最新のICを活用した回路の小型化、制御ソフトウェアの改良を重ねて、さまざまな形状やサイズの試料ばかりでなく、野外でも利用可能な小型可搬多機能磁力計の製作を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
超微細磁性粒子（SP粒子）に着目した粒度分布法としてハイブリッド磁化率計を活用することにより、最先端の岩石磁気研究や環境磁気学研究への応用展開を図る。さらに、粒度分布を考慮した新しい規格化手法を開発し、堆積物を用いた相対古地球磁場強度データの再検討と新展開を図る。多用途・多機能のハイブリッド磁化率計を複数製作し、研究分担者以外の関連研究者にモニター使用を依頼することにより、機能や性能の改善を図るとともに、新しい実用的な岩石磁気・環境磁気測定機器としてのハイブリッド磁化率計の活用を提案する。あわせて、IODP掘削コア、日本近海ピストンコア試料、中国黄土試料など、多様な起源や磁性をもつ試料に測定範囲を拡大し、SP粒子の時空変化と種々の環境因子（ダストフラックス、降雨量など）との相関を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
世界的な半導体不足により、本研究に必須の高性能ADコンバータやオペアンプが入手困難な状況が長く続いた。限られた時間内での基本的な設計変更が困難なため、代替品の採用は不可能であった。本年内の計画に沿った半導体部品の入手が困難ななため、次年度使用額として予算の再配分をせざるをえなかった。
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[Journal Article] A tephra-based approach to calibrating relative geomagnetic paleointensity stacks to absolute values2021
Author(s)
Mochizuki, N., Fujii, S., Hasegawa, T., Yamamoto, Y., Hatakeyama, T., Yamashita, D., Okada, M., Shibuya
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Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 572
Pages: 1-13
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
