超音波を利用した霧中の視界確保技術への挑戦

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21063
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 高山 佳久 東海大学, 情報通信学部, 教授 (30358915)
• 研究分担者: 玉川 一郎 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 教授 (40273198)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 視界の確保 / 霧 / 超音波 / 干渉 / レーザー光

研究実績の概要

山間部や沿岸部の道路周辺に発生する霧に対して、交通の安全性を維持するため、超音波の干渉により霧粒子を捕獲し、通行者の視界を確保する技術の創出を目的とする。研究期間を通じて霧が発生する温度、湿度、風速等の気象条件、視程および発生した霧粒子のサイズと個数を計測し、霧粒子と霧発生条件の関連を明らかにする。また光を空間伝搬させることによって、超音波を照射する領域の光学特性を計測する。これらを遂行するため以下の研究をそれぞれ推進した。
(1) 霧の発生条件および霧粒子の特性の把握
気象観測機能の拡充を図るため、既存の気象観測装置に加えて視程を計測する視程計と霧粒子を計測するパーティクルカウンタを整備した。パーティクルカウンタの出力を記録するプログラムを作成し、人工的に生成した水滴粒子を計測することにより、パーティクルカウンタの動作特性の評価を開始した。
(2) 超音波を照射した霧領域の光学特性の評価
超音波振動子の設計を行い、パラメトリックスピーカ部および電気制御部を調達した。二つのパラメトリックスピーカからの超音波を空間で干渉させることによって、音圧の定在波を生じる試験を行った。人工的に生成した霧に音圧の定在波を作用させ、空間に漂う霧粒子の分布に粗密を生成することができた。また光計測系を設計し、その構築に必要な部品類およびセンサの出力を高速サンプリングするデータロガーを整備した。計測実験により、これらの正常動作を確認した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1) 霧の発生条件および霧粒子の特性の把握
当初の予定通り、計測に必要となる視程計およびパーティクルカウンタを整備し、その動作特性の評価を始めることができた。
(2) 超音波を照射した霧領域の光学特性の評価
当初の予定通り、超音波を照射するシステムの動作確認を行い、光計測系の設計および計測装置の動作を確認することができた。
これらの活動により、2021年度に予定している内容を推進する準備を整えることができた。

今後の研究の推進方策

(1) 霧の発生条件および霧粒子の特性の把握
既存装置による気象観測を継続しつつ、視程計による視程の計測およびパーティクルカウンタによる霧粒子の計測を行う。霧が発生する温度、湿度、風速等の気象条件、および発生した霧粒子のサイズと個数を継続的に計測する。これらの計測結果から霧粒子と霧発生条件の関連調査を進める。
(2) 超音波を照射した霧領域の光学特性の評価
超音波定在波形成の屋内実験を行う。適切な超音波による干渉縞を発生させるため調達した超音波装置の設置条件および動作条件を明らかにする。また光計測系の構築を進め、光計測の屋外実験を行う。
なお現在、新型コロナ感染の影響により移動を伴う活動が大きく制限されている。今後の状況を注視しながらオンライン会議等を利用した検討を行い、屋外での計測実験の実施可否を判断する予定である。

次年度使用額が生じた理由

調達予定であった消耗品の価格が下がったため310円の差引額が生じた。当該助成金は、研究を推進するための効果的な調達のため、2021年度の購入計画に組み入れて使用する。