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つかさはなだて
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X 線イメージングシステムを用いた CT の開発汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサ新居浜工業高等専門学校いでうえ電気情報工学科 5 年井手上たかおか電子制御工学科 5 年高岡りょう凌へいこう康平ひむろ氷め室明い生

X 線イメージングシステムを用いた CT の開発について電気情報工学科 5 年生の井手上凌君 ( 指導教員 : 平野雅嗣教授 ) が汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサと題して電子制御工学科 5 年生の高岡康平君 ( 指導教員 : 出口幹雄教授 ) が出展しました X

線を被写体に投射し被写体の素材や内部構造によっておこる X 線減弱の差を半導体素子 ( 検出器 ) を使って捉えることで被写体内部を観察することができます被写体を乗せた自動ステージを X 線源と検出器の間に置き360 度全ての方向から X 線透過像をデジタルデータとして得て

1 X 線イメージングシステムを用いた CT の開発汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサ新居浜工業高等専門学校いでうえ電気情報工学科 5 年井手上たかおか電子制御工学科 5 年高岡りょう凌へいこう康平ひむろ氷め室明い生ひらのまさつぐ指導教員平野雅嗣でぐちみきお指導教員出口幹雄 2017 年 12 月 13 日 ( 水 )~15 日 ( 金 ) の間東京ビッグサイトにおいて開催された SEMICON Japan 2017 における The SEMICON に本校からも学生が参加してブース出展させて頂きました X 線イメージングシステムを用いた CT の開発について電気情報工学科 5 年生の井手上凌君 ( 指導教員 : 平野雅嗣教授 ) が汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサと題して電子制御工学科 5 年生の高岡康平君 ( 指導教員 : 出口幹雄教授 ) が出展しました X 線イメージングシステムを用いた CT の開発本研究ではマイクロフォーカス線源と X 線カメラを用いた CT の開発を目的としています現システムは視野が小さいものですが物体に X 線を照射することで物体の内部形状を画像データで観測することができます画像の撮影では物体を透過する性質を持つ X 線を被写体に投射し被写体の素材や内部構造によっておこる X 線減弱の差を半導体素子 ( 検出器 ) を使って捉えることで被写体内部を観察することができます被写体を乗せた自動ステージを X 線源と検出器の間に置き360 度全ての方向から X 線透過像をデジタルデータとして得てコンピュータで処理することで三次元情報を得ることを可能にします CT 画像は物体を透過する X 線を利用して対象の内部外部状態を測定するため被検査体の切断汚損変形などを避けて非破壊で検査を行うことができます測定の原理本校展示ブースの前の井手上凌君 ( 左 ) と高岡康平君 ( 右 ) 図 1 システム配置図 SEAJ Journal No

図 2 イメージングユニット構成図 X 線を物体に照射すると X 線が物体を通過します通過した X

その画像から内部構造を観察します X 線を物体に照射する部分は X 線発生装置を用い PC

撮影と画像解析は PC 内のソフトで制御しますログラミング言語を用いますステージ制御のプログラムでは

コマンドで指定されたパルス数だけステージが駆動する仕組みになっています問題点改善案

2 図 2 イメージングユニット構成図 X 線を物体に照射すると X 線が物体を通過します通過した X 線をカメラが撮影できるように可視光に変換しますその後カメラで撮影し得られた画像に処理を施しその画像から内部構造を観察します X 線を物体に照射する部分は X 線発生装置を用い PC 内のソフトで制御します照射された X 線を可視光に変更する部分はイメージングユニットを用い撮影と画像解析は PC 内のソフトで制御しますログラミング言語を用いますステージ制御のプログラムではコマンドをステージコントローラへ送りコマンドで指定されたパルス数だけステージが駆動する仕組みになっています問題点改善案現在のシステムの問題点として手動操作が多くあまり実用的でないことが挙げられます特に被写体の位置合わせ ( ステージ制御 ) と撮影時の設定 ( カメラ制御 ) を自動で行うように改善すればより効率的で正確な観測ができるのではと考えました自動化には LabVIEW というプ図 3 ステージコントローラ図 4 コマンドファイル図 5 ステージ制御プログラム 38 SEAJ Journal No. 160

図 6 カメラ制御プログラムカメラ制御プログラムでは RemoteEX と Hipic というソフトへコマンドを入力するためのプログラムを作成しそこから撮影保存を行いますコマンドの通信を行う手法として TCP/IP 通信を用います作成したプログラムがクライアント Hipic 等撮影や保存を行うソフトをサーバとします tcp 書き込み関数 ( ループ内左 ) がデータを送信します tcp

( 例 : コマンド入力の自動化 ) があるのでそちらも随時行って行きます汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサ物体を取扱い操作するためにはまずその物体の存在を認識して位置を把握することができなければなりませんこの意味において物体検知の技術は工業プロセスのみならずあらゆる分野において最も基本的で重要な要素技術の一つであり様々な手法が実用されています

3 図 6 カメラ制御プログラムカメラ制御プログラムでは RemoteEX と Hipic というソフトへコマンドを入力するためのプログラムを作成しそこから撮影保存を行いますコマンドの通信を行う手法として TCP/IP 通信を用います作成したプログラムがクライアント Hipic 等撮影や保存を行うソフトをサーバとします tcp 書き込み関数 ( ループ内左 ) がデータを送信します tcp 読み取り関数 ( ループ内右 ) はサーバにデータが書き込まれているかどうかを確認しまだ実行が完了していないコマンドが書き込まれている場合はクライアントはサーバへのコマンドの送信をしません終わりに今後はこれらを1つのプログラムに統合しおおまかに撮影保存ステージ移動撮影というループの動きをするように改良をしていき実用化を図って行きますまたそれぞれのプログラム単体でも改良の余地 ( 例 : コマンド入力の自動化 ) があるのでそちらも随時行って行きます汎用の半導体デバイスのみで構成できる超低コスト非接触物体検知センサ物体を取扱い操作するためにはまずその物体の存在を認識して位置を把握することができなければなりませんこの意味において物体検知の技術は工業プロセスのみならずあらゆる分野において最も基本的で重要な要素技術の一つであり様々な手法が実用されています一般に物体検知のためには赤外線センサ超音波センサイメージセンサ等のセンシングデバイスが用いられますが実はこうした所謂センサと呼ばれる機能素子を用いずとも汎用の半導体デバイスのみで構成できる簡単な電子回路で物体検知機能を実現することができるのです測定の原理電線を電気信号が伝播する速度は基本的には光速度ですが周囲が真空でない限りその物質の誘電率に応じて図 7 測定の原理 SEAJ Journal No

図８測定回路の構成例伝播速度が低下します電線の周囲の物質の誘電率を電界この回路は一般に市販されている標準的な半導体素子強度で重みづけして平均した量つまり実効誘電率によっの組み合わせのみで構成することができるので極めて低て電気信号の伝播速度が決まります電線の近傍に物体がコストで物体検知機能を実現することができますしかも存在したりその物体が移動変形変質したような場合

本測定方法は誘電率の変化を伴う現象であれば物体の検知に限らずあらゆる事象の検知検出計測に応用一定周期の方形波を電線検出用線路に送出し線路ができます測定の原理上対象となる物体の材質が誘電を伝播した信号を受信します同じ信号を分岐して検出率の大きいものであるほど検知感度の点で有利になりま用線路を経ずに受信しこれを参照信号としますこれらす身近な物質の中では

4 図８測定回路の構成例伝播速度が低下します電線の周囲の物質の誘電率を電界この回路は一般に市販されている標準的な半導体素子強度で重みづけして平均した量つまり実効誘電率によっの組み合わせのみで構成することができるので極めて低て電気信号の伝播速度が決まります電線の近傍に物体がコストで物体検知機能を実現することができますしかも存在したりその物体が移動変形変質したような場合検知のための特定のセンサ類を必要とせず単に電線を敷この実効誘電率が変化することになりこの電線を伝播す設するだけでその周囲の物体に関する情報を取得できまする電気信号の伝播速度が変化します図７この変化を検出することにより物体の有無やその状態に関する情報を取得することができますこの伝播遅延時間の変化は図８に示す簡単な構成の電子回路で検出することができます応用例本測定方法は誘電率の変化を伴う現象であれば物体の検知に限らずあらゆる事象の検知検出計測に応用一定周期の方形波を電線検出用線路に送出し線路ができます測定の原理上対象となる物体の材質が誘電を伝播した信号を受信します同じ信号を分岐して検出率の大きいものであるほど検知感度の点で有利になりま用線路を経ずに受信しこれを参照信号としますこれらす身近な物質の中では水は特異的に誘電率の大きい材の２信号の排他的論理和をとるとその位相差に応じたパ料ですこのため水に関連するセンシングに本技術は特ルス幅の信号が得られますこれを LPF Low Pass に有効です水位計測や水分量の評価などに応用できる Filter で平均化すれば検出用線路の伝播遅延時間に対応ことはもちろん人体は多くの水分を含んでいるため人した電圧信号が得られますこの電圧の変化を見れば検体情報のセンシングにも応用することができます出用線路の近傍の物体に関する情報を取得できます図９ 40 ジャーナル160号.indb 例えば図９は 0.3mm2のビニル被覆導線全長約2m 呼吸の検出への応用の例 SEAJ Journal No /01/26 9:36:34

図 10 その他の応用例を検出用線路として安全ベストの網目に縫い付けたものを着て呼吸を測定した例です数秒周期の繰り返し信号が得られ意図的に呼吸を止めると周期的変化も停止し呼吸に応じた信号が得られていることが分かりますその他にも図 10に示しますように様々な分野への応用が考えられます参考文献 : 出口幹雄実効誘電率の変化の簡便な検出法とその応用産業応用工学会論文誌, Vol.

5 図 10 その他の応用例を検出用線路として安全ベストの網目に縫い付けたものを着て呼吸を測定した例です数秒周期の繰り返し信号が得られ意図的に呼吸を止めると周期的変化も停止し呼吸に応じた信号が得られていることが分かりますその他にも図 10に示しますように様々な分野への応用が考えられます参考文献 : 出口幹雄実効誘電率の変化の簡便な検出法とその応用産業応用工学会論文誌, Vol. 5, No. 2 ( 2017)pp 参加学生の声このような発表の場は初めてだったのでとても濃い3 日間に感じました初対面の人にも分かってもらえるように意識しながら発表しましたが頂いた質問の全てには答えることができず自分の理解不足を痛感しました他高専の学生と交流することや高専のブースに来られた方から進学就職後の経験など貴重なお話を聞くことができ参加してみて良かったと思っています ( 井手上凌 ) 私はこのような展示会に参加したのは初めてで発表に際して技術者でない方への表現で戸惑いました技術に詳しくない人にも伝わる説明をすることの重要性は自分では理解しているつもりでしたが実際に発表を聞いたり実験レポートを読んだりして頂く先生方は自分より技術について熟知しておられ技術的な用語についての説明を省くことが多々あります初日発表を聞きに来ていただいた方に分からない言葉があると聞いた時に技術者とそうでない方への説明に求められるものの違いに気付きました私は半導体の製造工程に詳しくありませんでしたが企業の出展ではその私でも各工程の目的とその製品の利点が理解でき自分もこのような説明をするべきだったと考えました学内での発表だけでは気付けなかったことに学生のうちに気付く貴重な機会をいただいたことに感謝しています ( 高岡康平 ) SEAJ Journal No

周波数特性解析

周波数特性解析株式会社スマートエナジー研究所 Version 1.0.0, 2018-08-03 目次 1. アナログ / デジタルの周波数特性解析................................... 1 2. 一巡周波数特性 ( 電圧フィードバック )................................... 4 2.1. 部分周波数特性解析..........................................