Simultaneous Estimation of Sediment Concentration and Particle Size Information using Single Ultrasonic Wave Sensor

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630225
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 加藤 茂 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40303911)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 穂積 直裕 豊橋技術科学大学, 国際協力センター, 教授 (30314090)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 超音波パルス / 粒径 / 周波数スペクトル

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は，より再現性のある実験条件として，送波する超音波パルス（1回の発信で10波程度）の長さ以上の厚みを持った試料（ガラスビーズ）を用いて，反射エコーの周波数情報と粒径の関係について，検討を行った．
これまでの実験では，中心周波数1MHzの超音波センサ（振動子）を使用していたが，この振動子によるパルス信号の発信にハード的な不具合が生じため，急遽，別の振動子を入手し実験を再開した．ただし，これまで使用してきた振動子は特注品であり同等品の入手が困難であったため，すぐに入手可能な中心周波数約600kHzの振動子を用いて実験を再開した．
粒径の異なる試料を用いて作成した堆積層の反射エコーを分析したところ，0.3㎜程度以下の細粒試料ではこれまでと同様に粒径が大きくなるにつれて，スペクトルの1次モーメントから推定する中心周波数が低周波数側にシフトすることが確認できたが，粒径が0.3mm以上の試料ではが，その傾向は確認できなくなった．これは，粒径サイズが大きくなると空隙も大きくなり，試料表面の凹凸の影響により，振動子方向への反射が減少したためであると推定した．一方で，計測した反射エコーの周波数スペクトルの最大値を比較したところ，粒径が大きくなるにつれて，スペクトル最大値は小さくなり，試料の粒径サイズとピークスペクトルの間に非常に高い相関が確認できた．また，粒径が大きくなると高周波数側のスペクトル形状に顕著な変化が確認された．
今後，更に実験，分析が必要であるが，本研究により反射エコーによる試料表層付近の粒径情報推定の可能性が示された．