2014 Fiscal Year Research-status Report
近赤外光を用いた水の相変化２次元可視化技術の開発と過冷却凍結過程のモニタリング
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26420405
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| Research Institution | Nagano National College of Technology |
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Principal Investigator |
中島 利郎 長野工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (50416690)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光応用計測 / 吸光現象 / 近赤外光 / 凍結 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、凍結過程における水の相状態（固相，液相）の変化を２次元的にモニタリングすることを目的に水の相状態イメージングセンシングシステムの開発を行うものである。具体的には、近赤外光の吸光現象を利用したもので、特定の２波長間の吸光度の比を評価指標としてその変化による凍結状態の検出を基本原理とし、測定対象領域の２次元への拡張を図る。
平成26年度は、凍結状態検出のベースとなる評価指標について本研究で対象とする凍結過程で発生する外乱要因を想定した改良検討を行うとともに、相状態２次元モニタリングのための検出方式全体構成の構築及び検出光学系の具体的設計・試作を行いその基本機能を確認した。その内容は以下の通り。
１．凍結過程の評価指数の改良検討：凍結過程中の相状態モニタリングを実現するにあたっては、過程中に発生する氷結粒子等による散乱の影響の除去が重要な課題となる。このため、検出方式の全体構成をふまえ、特定2波長間の強度比を基本量とする新たな評価指標を創出した。本指標について散乱による光の減衰や厚みによる透過光強度変化の影響を除去できることを理論的に示すとともに、実験的にも検証しその有用性を確認することができた。
２．検出方式全体構成の詳細検討および検出ユニット用光学系の設計試作・機能確認：検出方式として、上記評価指標をベースとして相状態の２次元検出の実現を図る新たな方式を立案した。この方式の実現のため、検出ユニット光学系を新規に考案し、設計・試作を行うとともに試作した光学系の基本特性を確認した結果、所定の機能が得られていることが確認された。
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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次元分布検出について方式の全体構成を確定するとともに、検出ユニットに関わり新たな光学系を構築することになったが、光学モデルの設計，検出光学系の試作を完了することができた。検出光学系の基本特性を確認した結果、２次元検出に向けての所定の光学機能を実現できていることが確認できた。
センシングシステムモデル中の画像処理ユニットに関しては、カメラで取得した画像のディジタルデータを直接PCに転送する機能を持たせることにより、PCで画像処理機能を構築することとした。
過冷却冷凍ユニットに関しては、現在恒温槽を用いて過冷却開放時の相変化の状況を確認中であり、確認結果をもって冷凍ユニットの方式検討，設計・試作を実施する予定である。
以上のように、冷凍ユニットに関する原理確認の期間が若干延びているものの、本研究のキーとなるセンシングシステムモデルについては設計・試作し、基本機能を保有していることを確認できており、テーマ全体として概ね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
構築したセンシングシステムモデルに関しては、水の相状態２次元分布検出の基本技術確立を目指す。第一ステップとして、検出ユニットでの液相、固相に対する出力値変化の差を確認し基本検出特性を把握するとともに、検出エリアにおける測定ポイントの対応付けや検出感度補正などについて確認結果をふまえ改良化検討を進める。第二ステップとして、液相と固相との変移過程を模擬的に生成し、動的変化に対する検出特性を確認し、動特性向上に向けた改良化検討を行う。
過冷却冷凍ユニットに関しては、原理確認後、方式検討を実施し、モデル設計・試作を行う。試作後、機能確認，改良化検討を行い、ユニットの構築を図る。
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| Causes of Carryover |
過冷却冷凍ユニットの原理検討において実験器材の購入が必要と見込み、平成27年度に実施予定であった過冷却冷凍ユニット試作費用を一部取り崩し平成26年度予算に計上したが、既保有機材により検討を実施できたことから実験器材の購入が必要でなくなった。さらに購入予定であった画像処理ユニットについて、平成26年度では検出ユニットの画像の取込み状況などの基本的な機能確認が主な実施項目であったことから、既に保有していたPCで代替させ実施した。
以上のことから次年度使用額が発生したものである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度では、当初の予算計画額での過冷却凍結ユニットの試作、画像処理ユニット用PCの購入、研究成果公表のための旅費等に使用する予定である。
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