| 研究課題/領域番号 |
20K04137
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17040:固体地球科学関連
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
小玉 一人 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (00153560)
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| 研究分担者 |
山本 裕二 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 教授 (00452699)
佐藤 雅彦 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (50723277)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 岩石磁気 / 環境磁気 / 磁性粒子 / ハイブリッド磁化率計 / 粒度分布 / 磁化率 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
１）SP粒子の周波数依存性を迅速に測定する新しい磁化率計の開発。２）得られたスペクトルを直ちに粒径分布に変換する岩石磁気理論と数値処理法の開発。３）サブミクロンサイズの微細磁性鉱物を対象とする最新の古地磁気・岩石磁気学への応用。４）野外露頭や船上の掘削コアを対象とした非破壊・迅速・高精度の粒度分析法の確立。５）SP粒子という特殊な磁化率特性をもつ微細粒子に着目することによって、周波数スペクトルから粒径分布への変換という新しい切り口の研究手法を開発。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、これまでの研究をもとに最終試作機の開発に着手した。その基本機能は、１）微弱な磁化率を自励固有周波数変化に自動変換する高帯域周波数測定機能、およびパルス磁場による磁化緩和を時間領域で高速測定する機能、２）数㎜から数㎝程まで多様なサイズの試料を測定可能な高感度センシングコイル、３）数10kHz～100kHzの高周波シグナルを数ミリ秒の短時間にサンプリングしてメモリー転送する高精度ADCとMCUおよびそれらを制御するファームウェア、４）USBによる高速データ転送機能、５）Windows、Linux、iOS、AndroidなどのOSやハードウェアによらず、リアルタイム数値処理可能な汎用ソフトウェア。
１）２）は、共振周波数に応じて巻数を調整した複数の多重同心円コイルを、多層プリント基板内に積層した一体型複合センサーである。３）は、高精度(16ビット)高速(>1MSPS)ADCと32bitMCUによるDMA、４）は、USB3によるフルスピードバルクデータ転送、５）はC/C++/C#言語の採用、FPGA(HDL)による高速メモリー転送と数値処理、およびバイナリデータをリアルタイムデコードするPC側APIによって実現する。そして、周波数領域と時間領域のデータをFFT/逆FFTによって相互変換することにより、多次元の視覚化データとそれらの数値処理が可能な多機能磁化率計を目指す。最終的には、微細磁性鉱物の定量分析や超微細磁性粒子に着目した粒度分布法として磁化率計を活用することにより、最先端の岩石磁気研究や環境磁気学研究への応用展開を図る。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
プリント基板内に複数の共鳴コンデンサを配置することにより、LC共振回路へのパルス入力による固有減衰振動を連続的に励起することができることがわかった。さらに数10Hzの連続パルスによるデータ積算と、バッテリー駆動による低消費電力を組み合わせれば、野外での活用も期待できる。これらの機能を実現するには、最新の省電力高機能半導体が必須であるが、昨今の厳しい半導体市況のため入手が困難なものが多い。特に本研究の核となる高速ADCや高機能MCUは影響が大きい。やむを得ず機能不足の代替品を使用したため、テストや回路再設計に時間を要し、当初の計画よりも進展がやや遅れた。今後は、基本機能を備えた磁化率計のプロトタイプを複数製作して改良する。基板内の形状や部品配置の最適化、入手可能な半導体を活用した回路の小型化・最適化、制御ソフトウェアの
改良を重ねて、さまざまな形状やサイズの試料ばかりでなく、野外でも利用可能な小型可搬多機能磁化率計の完成を目指す。
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| 今後の研究の推進方策 |
微細磁性鉱物の定量分析や超微細磁性粒子に着目した粒度分布法として磁化率計を活用することにより、最先端の岩石磁気研究や環境磁気学研究への応用展開を図る。さらに、粒度分布を考慮した新しい規格化手法を開発し、堆積物を対象とした古地球磁場強度データの再検討と新展開を図る。プロトタイプの磁化率計を複数製作し、研究分担者以外の関連研究者にモニター使用を依頼することにより、機能や性能の改善を図るとともに、新しい実用的な岩石磁気・環境磁気測定機器としての磁化率計の活用を提案する。
このような磁化率計に備わる機能を実現するには、特殊な部品・素材と微細加工技術を要するため、センサーコイルや電子回路基板など一部の重要部品は外注を予定していた。しかし、昨今の受注生産や物流の停滞・半導体不足により、特殊部品の外注製作に予想以上の期間を要したため、当初の製作が困難となった部品もある。そこで、本来の性能や機能をもつ磁化率計を完成させるため、研究計画を延長して経費の一部を次年度使用する。
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