| 研究課題/領域番号 |
20K04329
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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19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
石田 賢治 佐賀大学, 理工学部, 講師 (20304876)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 微量水分 / 露点測定 / 可視化解析 / 近赤外光 / 偏光 / サーモグラフィ / 機械学習 / 近赤外 / 散乱光強度 / 露点推算 / 水素 / 状態方程式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体製造の現場では，反応ガス中の微量水分濃度を高精度にモニターすることが大変重要である．また，燃料電池自動車の車載水素タンクに高圧水素を充填する水素ステーションでは，水素予冷器などの低温部で水素中の微量水分が凝固して水素の流れの不安定が生じる恐れがあり，ステーションの最適な設計と運用のため，水素中の微量水分が凝縮や凝固する条件（つまり露点・霜点）の把握が不可欠となる．本研究は，気体中の微量水分濃度の高精度モニターを実現するため，微量水分に関する露点計測および露点推算の高精度化を目的として，鏡面冷却式露点センサの鏡面上の現象の可視化と画像解析，微量水分に対応した露点推算法の改良等を行う．
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| 研究成果の概要 |
半導体製造分野や水素ステーションにおいて重要となる気体中の微量水分の高精度な濃度モニターの実現のため，測定動作中の鏡面冷却式露点センサの鏡面上で生じている現象の詳細解析のための近赤外光による鏡面の可視化解析システムを大幅に改良した．また，偏光を用いた可視化光学系を考案して新たにシステムに組み込んだ．さらに，露点測定へのサーモグラフィの適用を提案した．これら3手法の有効性及び試作センサへの導入の可否を検討した結果，「偏光イメージセンサによるセンサ鏡面の可視化と機械学習を導入した画像解析を組み合わせた手法」が最も優位性が高いと判断し，当該手法に基づく試作センサを製作して，その有効性を確認した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の「偏光イメージセンサによるセンサ鏡面の可視化と機械学習を導入した画像解析を組み合わせた手法」に基づく試作センサは，従来型センサと比べて，偏光イメージセンサにより霜を極めて高感度に検出可能，従来型の鏡面冷却式露点センサで必要であったレーザー光学系を取り除く事ができるため高圧化に適する，画像解析に機械学習を導入したことにより光学系設定の厳密さを抑えられる，照明光の選択の自由度が非常に高い等の優位性がある．本手法は，従来型の鏡面冷却式露点センサの課題を克服して高精度化と高圧対応を実現できる可能性があり，今後の改良を経て，気体中の微量水分の濃度モニターにおいて強力なツールとなり得ると考える．
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