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ミリ波を利用した木材の非破壊試験 「ミリ波に対する木材の透過特性」

研究課題

研究課題/領域番号 11J03453
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 木質科学
研究機関京都大学

研究代表者

田中 聡一  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2011 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードミリ波 / 木材 / 非破壊試験 / 誘電異方性 / 年輪構造 / 回折 / 100GHz / 透過特性 / 誘電特性 / 密度 / 異方性 / 誘電体指数混合則 / 非破壊評価
研究概要

申請者は、木材の非破壊試験の新しい手段として、ミリ波(周波数30~300GHzの電磁波)に着目し、代表的な周波数である100GHzミリ波(波長3mm)について木材の非破壊試験への応用の可能性を明らかにしてきた。平成24年度は、既往の検討内容の中からさらに以下の2つのテーマに絞り込んで検討した。
(1)木材の構造と100GHzでの誘電異方性の関係を明らかにするために、木材の板目試料の誘電異方性を自由空間法によって測定し、密度との関係を調べ、木材を木材実質と孔(空気)の誘電混合体としてとらえたモデルによる説明を試みた。その結果、100GHzにおける木材の誘電異方性が孔の配列に起因すること、および放射組織のような解剖学的構造にほとんど影響されないことがわかった。さらに、板目試料を用いた誘電パラメータの測定について、自由空間法が有効であることがわかった。このメカニズムの解明により木材の誘電異方性を密度の指標とする新しい非破壊試験手法を確立できた。
(2)木材を透過したミリ波の挙動に及ぼす年輪の影響を明らかにするため、さまざまな年輪構造を有する樹種について厚さ2mm、含水率11%の板目およびまさ目試料を用意し、それらを透過した100GHzミリ波の複素振幅分布を測定するとともに、それらの密度分布をX線透視法により測定した。その結果、密度変動が大きく、かつ早材幅がミリ波の波長(3mm)に近いかそれよりも広いまさ目試料でのみ、振幅と位相は試料がない場合と比べて大きく変形した。これらの結果は、ミリ波の直線伝搬と回折理論を組み合わせて構築した伝搬モデルによって良好に説明でき、ミリ波は試料の密度分布によって変形されたあと、回折によってλより短周期の変形成分を失うことが結論付けられた。これによりミリ波はX線と比べて透過像の分解能が低下するメカニズムが明らかとなり、ミリ波による木材透過像の分解能向上の手がかりをつかんだといえる。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Dielectric anisotropy of oven- and air-dried wood evaluated using a free space millimeter wave2013

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka, Y. Fujiwara, Y. Fujii, S. Okumura, H. Togo, N. Kukutsu, S. Mochizuki
    • 雑誌名

      Journal of Wood Science

      巻: (掲載確定) 号: 5 ページ: 367-374

    • DOI

      10.1007/s10086-013-1341-7

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of annual rings on transmission of 100 GHz millimeter waves through wood2013

    • 著者名/発表者名
      S. Tanaka, Y. Fujiwara, Y. Fujii, S. Okumura, H. Togo, N. Kukutsu, S. Mochizuki
    • 雑誌名

      Journal of Wood Science

      巻: (掲載確定) 号: 5 ページ: 375-382

    • DOI

      10.1007/s10086-013-1342-6

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of grain direction on transmittance of 100-GHz millimeter wave for hinoki (Chamaecyparis obtusa)2011

    • 著者名/発表者名
      Soichi Tanaka, Yuko Fujiwara, Yoshihisa Fujii, Shogo Okumura, Hiroyoshi Togo, Naoya Kukutsu, Tadao Nagatsuma
    • 雑誌名

      Journal of Wood Science

      巻: 57 号: 3 ページ: 189-194

    • DOI

      10.1007/s10086-010-1160-z

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ミリ波による木材の透過像と密度分布の関係2013

    • 著者名/発表者名
      田中聡一, 藤原裕子, 藤井義久, 奥村正悟, 都甲浩芳
    • 学会等名
      第63回日本木材学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2013-03-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 圧縮セット木材におけるミリ波の透過特性2013

    • 著者名/発表者名
      辻本綾香, 田中聡一, 藤井義久, 奥村正悟, 都甲浩芳
    • 学会等名
      第63回日本木材学会大会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 低含水率木材の100 GHzにおける誘電特性の密度依存性2012

    • 著者名/発表者名
      田中聡一、島川孝敏、藤原裕子、藤井義久、奥村正悟、都甲浩芳、望月章志、久々津直哉
    • 学会等名
      第62回日本木材学会大会
    • 発表場所
      北海道大学農学部
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 100 GHzにおけるヒノキの誘電特性の熱処理温度依存性2012

    • 著者名/発表者名
      島川孝敏、田中聡一、藤原裕子、藤井義久、奥村正悟、都甲浩芳、望月章志、久々津直哉
    • 学会等名
      第62回日本木材学会大会
    • 発表場所
      北海道大学農学部
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Feasibility of imaging technology using micro- and millimeter wave for nondestructive inspection of wooden buildings2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Fujiwara, Y. Fujii, S. Tanaka, S. Okumura, H. Togo, S. Mochizuki, T. Kojima, N. Kukutsu
    • 学会等名
      Advanced Electromagnetics Symposium
    • 発表場所
      Paris, France
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Effect of annual ring structure of wood on 100 GHz millimeter wave beam2011

    • 著者名/発表者名
      Soichi Tanaka, Yuko Fujiwara, Yoshihisa Fujii, Shogo Okumura, Hiroyoshi Togo, Shoji Mochizuki, Naoya Kukutsu
    • 学会等名
      17th International Nondestructive Testing and Evaluation of Wood Symposium
    • 発表場所
      Best Western Pannoia Hotel, Sopron, Hungary
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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