ハンドヘルドテクノロジーを分析・表示装置とする近赤外線分光器の教育キットの開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25560093
• Research Institution: Ichinoseki National College of Technology
• Principal Investigator: 梅野 善雄 一関工業高等専門学校, 教授 (30042211)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 貝原 巳樹雄 一関工業高等専門学校, 教授 (20290687) ; 川谷 亮治 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30169734)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 工学教育 / 近赤外線分光器 / グラフ電卓 / 教育キット

Outline of Annual Research Achievements

【本研究の目的】本研究の目的は、多くの分野で使用される近赤外線分光器を、ハンドヘルドテクノロジー(グラフ電卓TI-Nspire)を分析表示装置とする教育キットとして開発することにある。装置の組み立てや調整を通して、分析や計測の背後にある基本原理の理解の深化を図る。このような装置には多くの専門分野の知識が統合されていることを体験させ、「もの作り」のセンスを身につけさせる。そして、工業技術者としての基礎を固めさせることを目的とする。
【研究実績の概要】本研究で作成した近赤外線分光器の概要は下記の通りである。(1) 光源にはハロゲン電球を用い、回折格子の回転はステッピングモーターによる。モーターの回転はオープンハードウェアであるArduino Unoとモータードライバ回路により制御する。関連プログラムはPCとUSB接続してPCから転送する。光センサーからの信号増幅は、LIA(ロック・イン・アンプ)によるモジュレーション方法により行う。周波数は500Hzに固定し、関連する回路は自作した。(2) ステッピングモーターの回転開始は、Arduinoに取り付けた外部スイッチ（タクトスイッチ）の押下をグラフ電卓の測定開始ボタンの押下と同時に行うことで行う。予定波長まで測定すると、プログラム制御により逆回転してモーターは元に位置に戻り、再測定も可能である。(3) LIAが出力する電圧値は、グラフ電卓のオプション機器(Easy Link)に取り付けた電圧センサーで取得する。測定結果は、表示範囲が自動調整されてグラフ表示され、標準機能だけでデータ分析も可能である。(4) 最終年度には、本装置を用いた学生モニター実験を計4回行った。事後の検討会で、装置の改良点や教育上の活用方法等について多くの有益な指摘がなされた。