講演抄録/キーワード |
講演名 |
2016-11-07 16:50
掃流砂の粒径判別を目的とした圧電センサシステムの開発 ○林 正敏・吉川拓弥・小山大介・松川真美(同志社大) US2016-59 |
抄録 |
(和) |
環境測定の現場では構造が簡易で電源を必要としない堅牢なセンサが求められている.河川において,河床の砂や小石の粒度分布は河川の防災を考える上での重要な要素の一つである.本報告では,受動圧電センサを用いた粒度分布の測定について検討した.センサはアルミニウム製円板(直径:50 mm; 厚さ:2 mm)と円環型圧電素子(内半径:5 mm; 外半径:10 mm; 厚さ:2 mm)で構成されている.実験には砂を模擬したアルミナ球(粒径3, 5, 8 mm)を用いた.球がセンサ表面に衝突すると,センサの円板にたわみ振動が生じ,圧電効果により電圧信号が発生する.電圧信号は16.3 kHzと66.7 kHzの2つの主要な周波数スペクトルを含み,2つのスペクトルの振幅比は衝突する球の粒径に依存した.有限要素解析結果でも同様の傾向が確認され,16.3 kHzと66.7 kHzはそれぞれ圧電センサの基本および3次たわみ振動モードの共振周波数と一致した.連続的にセンサ表面に球が衝突した際に,観測電圧波形を短時間周波数変換することで各球の粒径判別が可能であることが示唆された. |
(英) |
In the field of environmental measurements, robust and simple sensors with no electric power supply are required. For river environments, size distributions of sand and small stones in the river-bed are important factor to prevent river disasters. In this report, a passive piezoelectric sensor for measurement of the particle distribution in flow was investigated. The sensor consists of an aluminum circular plate (diameter: 50 mm; thickness: 2 mm) and an annular piezoelectric transducer (inner radius: 5 mm; outer radius: 10 mm; thickness: 2 mm). Alumina spheres with several diameters ( = 3, 5, and 8 mm) were employed as small particles. When the particles hit the surface of the sensor, the flexural vibration is excited on the circular plate and the electric power is generated through the piezoelectric effect. Two main frequency peaks at 16.3 and 66.7 kHz appeared in the output signal, and the ratio of these two spectrum depended on the particle size. Through the finite element analysis, it was found that these frequencies of 16.3 and 66.7 kHz correspond with the fundamental and third resonance vibration modes. When the particles hit the sensor surface sequentially, the particle sizes could be determined from the short time frequency conversion of the observed voltage waveform. |
キーワード |
(和) |
掃流砂 / 粒径判別 / 圧電センサ / たわみ振動 / 周波数スペクトル / / / |
(英) |
Bed load / Determination of particle size / Piezoelectric sensor / Flexural vibration / Frequency spectrum / / / |
文献情報 |
信学技報, vol. 116, no. 288, US2016-59, pp. 59-62, 2016年11月. |
資料番号 |
US2016-59 |
発行日 |
2016-10-31 (US) |
ISSN |
Print edition: ISSN 0913-5685 Online edition: ISSN 2432-6380 |
著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します.(許諾番号:10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) |
PDFダウンロード |
US2016-59 |