根を対象とした3次元電場計測システムの開発

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本システムは,3次元振動電極プローブ部,3次元プローブ走査系,新規購入したコンピュータ,既存設備であるロックインアンプを主たる構成要素とする.以下に,各開発要素の概要を示す.(1)振動電極プローブ 電場ベクトルの3次元計測を可能とするため,電極先端部を3次元的に振動させる必要がある.本研究においては,いくつかの振動方法を検討の結果,水平面内における円軌道と上下振動を時分割で組み合わせる方式を採用した.まず,隣接する2辺をバイモルフ型の圧電アクチュエータ,残りの2辺をチタン製のリボンによる正方形リンク構造により水平面内での電極部の円軌道を実現した.さらに,本構造全体を積層型の圧電アクチュエータにより上下に振動させる構造とすることにより,電極部先端部を3次元で振動させることを可能とした.本プローブにより,振動周波数は80〜130[Hz](振動系の固有振動数に依存),圧電アクチュエータに1000[V_<p・p>]印加した場合,約50[μm]の振幅が得られることを確認した.(2)3次元プローブ走査系とソフトウェア まず,直径450[mm]回転テーブル上に上記プローブ,高さ方向,半径方向移動装置を設けて円筒座標系による走査系を構築し,さらに,これらをXYテーブルに搭載する構成とした.回転テーブルは,ド-ナツ形状となっており,その中心部に根を設置した水耕容器が設置される.また,すべての駆動部がコンピュータにより制御可能で,回転テーブルに搭載された2台のCCDカメラ画像より,根の形状や位置を画像処理により自動検出し,根の複雑な形状とその経時変化に追従して,電極先端部の衝突や,干渉を回避することを可能とする実験ソフトウェアを開発した.以上を統合することにより,根を垂直に静置した状態で,任意の高さにおいて,根の軸を中心とする極座標での3次元電場計測システムの構築に成功した.