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”

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03453/
• 关键词: ミリ波; 木材; 非破壊試験; 誘電異方性; 年輪構造; 回折; 100GHz; 透過特性; 誘電特性; 密度; 異方性; 誘電体指数混合則; 非破壊評価

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。

Applicants は, wood の not broken 壊 test の new し い means と し て, ミ リ wave (cycle for 30 ~ 300 GHZ の) electromagnetic wave に the し, representative な cycle for で あ る 100 GHZ ミ リ wave wavelength (3 mm) に つ い て wood の not broken 壊 test へ の 応 possibility with の を Ming ら か に し て き た. For the year Heisei 24, らさらに, and previous <s:1> 検, the content of the らさらに and the following らさらに 2 検 テ テ テ に に 込んで検 込んで検 込んで検 discuss た. (1) wood の tectonic と 100 GHZ で の induced electric square difference の masato を and Ming ら か に す る た め に, wood の plate mesh sample の induced different part を free space method に よ っ て determination し, density と の masato is を べ, wood を wood be qualitative と hole (empty 気) の induced electric hybrid と し て と ら え た モ デ ル に よ る illustrate を try み た. そ の results, 100 GHZ に お け る wood の induced electric の が hole with different party sex column に cause す る こ と, お よ び radiation organization の よ う な anatomy structure に ほ と ん ど influence さ れ な い こ と が わ か っ た. さ ら に, plate mesh with material を い た induced electric パ ラ メ ー タ の determination に つ い て, free space method が have sharper で あ る こ と が わ か っ た. <s:1> メカニズム メカニズム explains the によ <s:1> anisotropic property of wood <s:1> density <e:1> index とする new <s:1> non-destructive 壊 experimental method を establishes で た た た た た. (2) timber を through し た ミ リ wave の 挙 kinetic に ぼ す rings の influence を Ming ら か に す る た め, さ ま ざ ま な rings a す を construction る tree に つ い て さ 2 mm thick, the moisture content of 11% の plate mesh お よ び ま さ mesh sample を intention し, そ れ ら を through し た 100 GHZ ミ リ wave の after determined the amplitude distribution を す る と と も に, そ れ ら の Density distribution を X-ray fluoroscopy によ determination た た. そ の results, large density variations move が き く, か つ early wood painting が ミ リ wavelength (3 mm) に の nearly い か そ れ よ り も hiroo い ま さ mesh sample で の み phase, amplitude と は sample が な と い occasion than べ て big き く - shaped し た. こ れ ら の results は, ミ リ wave の linear 伝 move と inflexion theory を group み close わ せ て build し た 伝 move モ デ ル に よ っ て に shows good で き, ミ リ wave は sample の density distribution に よ っ て - shaped さ れ た あ と, inflexion に よ っ て lambda よ り short-period の - form lost points を う こ と が conclusion pay け ら れ た. こ れ に よ り ミ リ wave は X-ray と than べ て in through の can decompose low が す る メ カ ニ ズ ム が Ming ら か と な り, ミ リ wave に よ る wood through like の decomposition can の hand upward が か り を つ か ん だ と い え る.

项目成果

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

• 发表时间: 2012
• 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

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

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

• 发表时间: 2013
• 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

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

• 发表时间: 2013
• 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

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