2014 Fiscal Year Research-status Report
ドップラーシフトホログラフィーによるマイクロ流路内の単眼三次元流速計測
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25420147
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
二宮 尚 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70212123)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
茨田 大輔 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80400711)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 速度計測 / 三次元計測 / ホログラフィー / PIV / PTV |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、生命科学や創薬の分野でマイクロ流路を使った研究が盛んになっている。二液体の混合や微小液滴の精製などを緻密に制御するためには、マイクロ流路内の流動様式の把握が必要不可欠である。既存の計測技術としては、顕微鏡下でのμPIV(粒子画像流速計)で二次元の速度分布は計測可能であるが、三次元形状の観察が可能な共焦点顕微鏡を用いても、奥行き方向の速度の計測は難しい。顕微鏡下での三次元流動の観察を実現するためには、単眼での三次元流速計測が可能な新たな計測手法の開発が強く求められている。
本研究では、ドップラー位相シフトホログラフィーを用いることで、光のドップラー効果より物体の奥行き方向速度を計測可能なことに着目し、顕微鏡下でのμPIVによる二次元計測に加え、トレーサー粒子のインラインホログラムの時間変化を高速度カメラで観測し、粒子の速度によるドップラーシフトを検出することで、単眼でマイクロ流路内のトレーサー粒子の三次元の位置と速度を同時に精度良く計測することを目的とする。
本年度は、初年度に実現した三次元速度計測の原理を発展させ、離散的な計測点に対して、各点の三次元速度を独立に計測可能であることを検証した。また、ホログラムの干渉光学系に拡大光学系を加えることで、微小領域に対しても同様にドップラー位相シフトホログラフィーが実現可能であることを示した。これにより、微小領域での離散点に対する単眼観察による三次元速度計測が実現出来ており、マイクロ流路内での単眼三次元流速計測の実現に向けて大きく前進しており、光学的にも流体工学的にも大きな意義がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
基本的な計測原理の検証を慎重に行っているために、流体計測への適用には未だ着手出来ていない。しかし、基本的な計測原理の検証は完成し、単眼観察による三次元速度計測手法の開発は既に達成されている。
今後は、流体計測の実現に向けて、更なる開発を続けて行く予定であり、当初計画は概ね達成可能であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究で、ドップラー位相シフト法を用いたデジタルホログラフィーを活用することで、単眼観察による三次元速度計測手法を実現することに成功し、基本的な計測原理の開発は完了した。
今後は、本手法を更に発展させ、流体の三次元流速測定法として確立させることを目指す。
当初計画では、二次元バックステップ流れのマイクロ流路での三次元計測を計画していたが、まず三次元流速測定法としての計測技術の確立を最優先に研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では、本年度に実施する予定の微小流路内の計測が実現しなかったため、微小流路の試作費用を次年度に留保したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究計画で、微小流路での流れ場の計測を実施する予定である。
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Research Products
(9 results)
