超音波サーモメトリーの高度化とそのナノ・マイクロ材料への応用

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研究内容：超音波サーモメトリーの高度化として、①超音波サーモメトリーの性能評価と②レーザー超音波による加熱部近傍の温度分布計測手法の開発を行った。①超音波サーモメトリーの性能評価として、測定値のばらつきや空間分解能、時間分解能について検討した。温度同定に用いる式から、同手法の性能に影響するパラメータの特定を行い、実験や数値シミュレーションを通して評価した。その結果、測定値のばらつきと空間分解能、時間分解能はトレードオフの関係であることが確認された。特に、高精度・高空間分解能な温度計測を実現させるには、超音波伝搬時間のばらつきの低減と時間分解能の向上が必要であることがわかった。時間分解能は超音波の打ち出し間隔によって決定されるため、超音波伝搬時間のばらつきについて検討を行った。その結果、超音波エコーのSN比が大きく影響していることが明らかとなった。これを向上させるために、電気ノイズの低減や増幅器による信号の増幅が有効であることが確認できた。②開発した手法は、レーザーによって励起される超音波（縦波や横波）の指向性に着目することで、加熱部近傍のみの温度分布を同定できる。提案した手法の有用性を確認するために、片側加熱されるアルミニウム円柱の長さ方向の温度分布計測を行った。その結果、長さ50 mmのアルミニウム円柱の加熱面から13 mmまでの温度分布の同定に成功した。また、その温度は熱電対により測定された温度と概ね一致したことから、同手法の有用性を確認することができた。研究の意義：①超音波サーモメトリーの性能（精度や空間分解能、時間分解能）やその限界を知ることは、新たな超音波サーモメトリーの発展と実用化において非常に重要である。また、②提案した手法は、超音波送受信位置が従来の手法が異なり、その制限がある実プロセスへの適用が可能であり、超音波サーモメトリーの適用先の拡大が期待できる。