ミリ波を利用した木材の非破壊試験「ミリ波に対する木材の透過特性」

使用毫米波对木材进行无损检测“毫米波木材的传输特性”

基本信息

批准号：
11J03453
负责人：
田中聡一
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者は、木材の非破壊試験の新しい手段として、ミリ波(周波数30～300GHzの電磁波)に着目し、代表的な周波数である100GHzミリ波(波長3mm)について木材の非破壊試験への応用の可能性を明らかにしてきた。平成24年度は、既往の検討内容の中からさらに以下の2つのテーマに絞り込んで検討した。(1)木材の構造と100GHzでの誘電異方性の関係を明らかにするために、木材の板目試料の誘電異方性を自由空間法によって測定し、密度との関係を調べ、木材を木材実質と孔(空気)の誘電混合体としてとらえたモデルによる説明を試みた。その結果、100GHzにおける木材の誘電異方性が孔の配列に起因すること、および放射組織のような解剖学的構造にほとんど影響されないことがわかった。さらに、板目試料を用いた誘電パラメータの測定について、自由空間法が有効であることがわかった。このメカニズムの解明により木材の誘電異方性を密度の指標とする新しい非破壊試験手法を確立できた。(2)木材を透過したミリ波の挙動に及ぼす年輪の影響を明らかにするため、さまざまな年輪構造を有する樹種について厚さ2mm、含水率11%の板目およびまさ目試料を用意し、それらを透過した100GHzミリ波の複素振幅分布を測定するとともに、それらの密度分布をX線透視法により測定した。その結果、密度変動が大きく、かつ早材幅がミリ波の波長(3mm)に近いかそれよりも広いまさ目試料でのみ、振幅と位相は試料がない場合と比べて大きく変形した。これらの結果は、ミリ波の直線伝搬と回折理論を組み合わせて構築した伝搬モデルによって良好に説明でき、ミリ波は試料の密度分布によって変形されたあと、回折によってλより短周期の変形成分を失うことが結論付けられた。これによりミリ波はX線と比べて透過像の分解能が低下するメカニズムが明らかとなり、ミリ波による木材透過像の分解能向上の手がかりをつかんだといえる。

该申请人专注于毫米波（频率为30-300 GHz的电磁波），作为木材非破坏性测试的新工具，并阐明了典型频率100 GHz毫米波（波长3mm）的可能性，以对木材的非破坏性测试。在2012财年，我们缩小了先前评论的以下两个主题。（1）为了阐明木材的结构与100 GHz的介电性各向异性之间的关系，我们使用自由空间方法测量了木板标本的介电各向异性，研究了与密度的关系，并尝试使用一种模型来解释它，该模型是木材作为木材材料和孔（空气）的介电混合物（空气）。结果表明，木材在100 GHz处的介电各向异性是由于毛孔的排列，并且对诸如辐射组织等解剖结构的影响很小。此外，已经发现，自由空间方法可有效使用板样品测量介电参数。通过阐明这种机制，使用木材的介电各向异性作为密度指数建立了一种新的非破坏性测试方法。（2）为了阐明环环对通过木材传输的毫米波的行为的影响，为具有多种环结构的树种编制了厚度为2毫米，水含量为11％的树种，并测量了通过它们传输的100 GHz毫米波的复杂幅度分布，并通过X射线荧光灯测量了它们的密度分布。结果，仅对于具有较大密度变化且快速材料宽度的样品比波长（3 mm）的毫米波接近或更宽，与不存在样品的情况相比，幅度和相位显着变形。这些结果可以通过将毫米波的线性传播与衍射理论相结合而构成的传播模型可以很好地解释，并得出结论，在因样品的密度分布而变形后，毫米波损失了由于衍射引起的比λ短的变形分量，其较短的周期。这揭示了与X射线相比，毫米波减少传输图像的分辨率的机制，并且可以说已经获得了改善由于毫米波而改善木材传输图像的线索的线索。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dielectric anisotropy of oven- and air-dried wood evaluated using a free space millimeter wave

DOI：
10.1007/s10086-013-1341-7
发表时间：
2013-04
期刊：
Journal of Wood Science
影响因子：
2.9
作者：
Soichi Tanaka;Y. Fujiwara;Y. Fujii;S. Okumura;H. Togo;N. Kukutsu;S. Mochizuki
通讯作者：
Soichi Tanaka;Y. Fujiwara;Y. Fujii;S. Okumura;H. Togo;N. Kukutsu;S. Mochizuki

100 GHzにおけるヒノキの誘電特性の熱処理温度依存性

100 GHz 时柏树介电性能的热处理温度依赖性

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
島川孝敏;田中聡一;藤原裕子;藤井義久;奥村正悟;都甲浩芳;望月章志;久々津直哉
通讯作者：
久々津直哉

圧縮セット木材におけるミリ波の透過特性

毫米波在压缩永久变形木材中的传输特性

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
辻本綾香;田中聡一;藤井義久;奥村正悟;都甲浩芳
通讯作者：
都甲浩芳

ミリ波による木材の透過像と密度分布の関係

木材毫米波透射图像与密度分布的关系

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中聡一;藤原裕子;藤井義久;奥村正悟;都甲浩芳
通讯作者：
都甲浩芳

Effect of grain direction on transmittance of 100-GHz millimeter wave for hinoki (Chamaecyparis obtusa)

纹理方向对扁柏 (Chamaecyparis obtusa) 100 GHz 毫米波透过率的影响

DOI：
10.1007/s10086-010-1160-z
发表时间：
2011
期刊：
Journal of Wood Science
影响因子：
2.9
作者：
Soichi Tanaka;Yuko Fujiwara;Yoshihisa Fujii;Shogo Okumura;Hiroyoshi Togo;Naoya Kukutsu;Tadao Nagatsuma
通讯作者：
Tadao Nagatsuma