形状・寸法別粒子の空間分布測定と流れ速度の瞬時定量可視化に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09045061
• 研究種目: 国際学術研究
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 茨城工業高等専門学校
• 研究代表者: 清水 勲 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80042464)
• 研究分担者: 加藤 文武 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 助手 (30270218) ; 佐藤 稔 茨城工業高等専門学校, 物質工学科, 助手 (80259811) ; 砂金 孝志 茨城工業高等専門学校, 物質工学科, 助教授 (70193232) ; 市毛 勝正 茨城工業高等専門学校, 電子情報工学科, 講師 (50223095) ; 柴田 裕一 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (70178911)
• キーワード: 粒子形状識別 / 多重マッチトフィルタ / 光回折パターン / 光アナログコンピューティング / ホログラム自動作成 / 画像並列処理 / 流速分布定量可視化 / 粒子移動軌跡

研究概要

1)独創開発した多重マッチトフィルタ法は5μm以上の球形や非球形の粒子を形状・寸法ごとにその空間分布を瞬時並列に識別できる。調査研究の結果、国内外で本研究に勝る非球形粒子測定法は見当たらず、本研究の先進性が明らかになった。
2)多重マッチトフィルタを簡便迅速に作製できる溶剤蒸気現像型光導電プラスチック乾板現像装置と光学定盤を用いずに木製机上でもホログラムが作成できる光学装置を開発した。これは国内外での調査研究の結果と討議により、他に例を見ない先進技術であるという評価を得た。
3)多重マッチトフィルタとSLM(空間光変調器)等を組み合わせて構成された光アナログ計算機を開発し、粒子の形状・寸法別空間分布を測定する光アナログ識別システムを試作した。この光アナログ計算機をディジタルニューラルネットと組み合わせてハイブリッドの形状識別システムを実験的に構成した。粒子の形状・寸法別空間分布が測定され、研究成果が公表され、研究の先進性が認められた。
4)粒子の傾き角・寸法差に無関係に粒子形状を識別するための適正な光学フィルタについての調査研究の結果、このフィルタはCHF(Circular Harmonic Filter)でなくSDF(Synthetic Discriminant Filter)が適するようであることが分かった。
5)流れ速度の定量可視化法研究に関しては、向きも含めた二次元流線ベクトルをできる新しい独創的な手法が本研究グループによって開発された。その成果は国際会議「PIV'97Fukui」と独国で開催された国際会議「Laser Anemometry Advanced and Applications」で発表され、この研究の位置づけが検討された。この研究は従来にない知能的な流速の定量可視化法であり、その研究の一部である等流速線マップ化法は従来にない新規性がある、と評価された。流速計測研究の調査研究の結果、国内外において他にこの種の新しい計測法は見当たらなかった。

研究成果

• [文献書誌] 清水、上岡、加藤: "走査平行レーザ光束によるクリーンルーム内汚染粒子の空間分布可視化と光集塵法の開発" 第16回空気清浄とミネーションコントロール研究大会講演論文集、日本空気清浄協会. No.16. 101-104 (1998)
• [文献書誌] 清水、羽鳥: "可搬型簡便自動ホログラム作製装置" 日本機械学会D&D97講演会講演論文集. 1-3 (1997)
• [文献書誌] Shinizu, Kato, Shibata, Arakawa: "Developmental research on the technique automatically and rapidly making hologram used for the measurement of velocities in flow" Proc.of the 7th International Conference on Laser Anemometry Advances and Applicatioin. 51-55 (1997)
• [文献書誌] 清水、大橋、加藤: "エアロゾル粒子群の形状別挙動の並列迅速可視化法の研究" 第14回エアロゾル科学・技術研究討論会討論会講演論文集. No.14. 148-150 (1997)
• [文献書誌] 清水、加藤、大橋、砂金: "粒子形状群迅速識別用光学フィルタの簡便自動作成システムの開発" 第14回エアロゾル科学・技術研究討論会討論会講演論文集. No.14. 145-147 (1997)
• [文献書誌] Shimizu, Kato, Shibata, Isago: "Parallel image processing of loci on PIV using Photo-conductor Plastic Hologram(PPH)," Proc.of the 2nd International Workshop on PIV '97-Fukui. Vol.2. 193-198 (1997)
• [文献書誌] 古越、濱田、清水、安久: "多重マッチトフィルタとニューラルネットワークを組み合わせた並列パターン認識システム" 電子情報通信学会論文誌. Vol.J80-D-II,No7. 2020-2022 (1997)
• [文献書誌] 清水、大橋、加藤、砂金: "ミクロンサイズアレルゲン粒子の迅速計測システムの開発研究" 空気清浄. Vol.35,No.1. 15-20 (1997)
• [文献書誌] 清水、森内、清水、加藤: "クリーンルーム内汚染ナノメータ粒子のレーザ光束による集塵法の開発" 第15回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会講演論文、日本空気清浄協会. Vol.15. 219-222 (1997)
• [文献書誌] 清水、加藤、渡辺、ヤハヤ: "粒子群の形状・寸法別空間分布迅速識別システムの開発研究" 第15回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会講演論文、日本空気清浄協会. Vol.15. 85-88 (1997)
• [文献書誌] H.Bultynck, G.Gouesbet and G.Grehan: "A miniaturized monobloc backward phase Doppler unit" Measurement Science and Technology. Vol.9. 161-170 (1998)
• [文献書誌] G.Grehan, G.Gouesbet, K.F.Ren et al: "Application of generalized Lorenz-Mie theorie for cylinders to cylindrical characterization by phase-Doppler anemometry" Optical Diagnostic in Engineering. Vol.2-1. 1-10 (1997)