2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of PSP measurement system for detecting fien differential pressure on the surface of rotating blade
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20K04292
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
江上 泰広 愛知工業大学, 工学部, 教授 (80292283)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 佑 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (20402513)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 感圧塗料 / 微差圧計測 / 回転体 / PSP / アナログ信号 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
感圧塗料(PSP)を用いた大気圧付近(~100kPa)での100Pa以下の微小な圧力変動の高精度計測法の研究を進めた．現在は高速度カメラで計測されたノイズレベルの高い画像データからDMDやPODなどの高度な後処理でいかにノイズを除去するかという研究が盛んに行われている．しかし，計測可能な最小圧力は元画像のノイズレベルに大きく依存する．本研究では光電子増倍管(PMT)のアナログ出力信号をフィルタ処理でDC成分とAC成分に分解し，双方を高分解能で計測することで計測元データの高精度化を実現する研究を推進した．本年度は以下の2項目について研究を実施した．1) 微小圧力変動を高分解能で計測するための計測系の構築 2) PMTを用いた高精度面計測法
1) 微小圧力変動を高分解能で計測するための計測系の構築：微小なアナログ信号を低ノイズで計測するために計測回路を見直した．他の測定機器や電源からのノイズを取り込まないような配線を見出した．またバンドパスフィルタやロックインアンプを用いたアナログ信号の処理の仕方についても最適化を行った．その結果振幅Δp=7.2 Paの微小な圧力変動波を計測することができた．
２) PMTを用いた高精度面計測法：共鳴箱の中の時系列の圧力分布データを点計測のPMTを移動させて計測する試験を行った．1)の計測系を用いることで1300 Hzで振幅50Paで変動する圧力分布を計測することができた．また点計測のデータを面情報に再構成するときに，圧力波に含まれる異なる周波数の重なりが，位相のずれを生じさせ誤差要因となることを見出した．今後はこれらの問題の処理方法の開発を行うとともに，回転体への適用を進めていく．
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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
本年度はPMTからのアナログ信号をより適切に計測するための測定系統の見直しを行った．電源や様々な実験装置からのノイズの入り込みを最小限にするための測定の配線や組み合わせを最適化した．その結果，波形信号のノイズレベルは通常のバンドパスフィルタを通しただけで2.35 Paまで低減することができた．さらに計測後の後処理でDMDやPOD，FFT解析などの先進的な信号処理法と組み合わせることでさらにノイズレベルを低減できるものと考えられる．
また，PMTの点計測でいたから面情報に再構成を行う際に，ターゲットの信号波の周波数とわずかに異なる信号波が重畳していると，低周波のうなりが発生し，位相がずれる現象がみられた．PMTをもちいた圧力変動場の面計測を行う場合は，信号波に乗っているノイズは十分低減できるが，うなりによる位相のずれが主要な誤差要因となることがわかった． そこでフィルタ処理を適切に行うことでうなり発生による位相のずれを抑制することができ，測定精度を向上させる方法を見出すことができた．
コロナによる大学構内への立ち入り制限などによって研究が制限された期間もあったが，以上のように研究は計画通りおおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果より，本研究で提案した微小圧力を高分解能で計測する手法の有効性が示された．今後は，確立した計測システムを回転体に適用した試験を行う．また感圧塗料からの微小な光を高S/Nで計測するためには数kHzが上限であった高速度カメラでは困難である10~100kHzオーダーの時間分解能で計測を実現する．これにより従来困難であった高周波数の微小圧力変動の高精度計測を実現する．またDMDやPODなどの先進的な信号処理法と組み合わせることで，どの程度まで小さな圧力変動波の計測が可能か測定限界の探索を行う．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響のため，購入予定であった試薬の購入が，製造会社の都合で延期になってしまったため．次年度に同じものを購入予定である，
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Research Products
(10 results)
