2012 Fiscal Year Annual Research Report
エバネセント波超音波振動を用いた新しい液面レベル精密センシング手法の開発
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22560340
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| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
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Principal Investigator |
山田 顕 東北学院大学, 工学部, 教授 (80134021)
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2010-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | 波動利用工学 / センシング / エバネセント波 / エネルギー閉じ込め / 超音波センサ / 圧電振動子 / 水位計測 / 等価回路解析 |
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| Research Abstract |
１．センサの電気的等価回路の構築と特性評価への適用
圧電板に沿って伝搬する厚み振動モードの分布定数等価回路表示を用い、本研究のセンサの電気的等価回路を構築した。この分布定数等価回路ではエネルギー閉じ込め振動子の周辺部分（エバネセント領域）が純虚数の機械的インピーダンスで表現されることから、この部分を液体に浸漬することで発生するエネルギーの消散を抵抗分として付加し、浸漬の深さに対する電気端子アドミタンス特性の変化を数値解析した。その結果、周波数低下型エネルギー閉じ込めを利用する場合については基本モードと非調和高次振動モードでのセンシング特性の違いが解析によっても明らかにされた。また、周波数上昇型の閉じ込めを利用する場合についても等価回路を導出して特性のシミュレーションを行い、実験に対応する解析結果を得た。しかしながら周波数上昇型については未だ検討が不充分な点もあり、今後さらに追求する必要がある。
２．有限要素法解析によるセンサの動作シミュレーションと放射音場の実験的評価
本センサの動作を有限要素法解析によりシミュレートし、これまでに得られた実験結果との比較検討を行った。今回検討した解析モデルは振動子周辺のエバネセント領域の液体への浸漬の仕方が実際のセンサとは多少異なるものであるが、液体への浸漬度合によって電気端子アドミタンス特性が変化する様子をかなりよく説明することが明らかになった。また、本研究のセンサが液中に形成する音場を実験的に観測・評価した。水中に置いた振動子を閉じ込めモードの共振周波数で駆動し、放射音場分布をニードル型ハイドロホンで測定した結果、振動子の変位分布から予測されるものにほぼ対応した放射音場が形成されていることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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