Name: near-infrared temperature measurement technique for water surrounding an induction-heated small magnetic sphere
Uploaded: 2018-04-30T14:00:00
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著者は、山田健太、藤岡亮太氏、氏瑞希許田を実験・ データ解析に応援ありがちましょう。この作品は、日本学術振興会科研費助成番号 25630069、スズキ財団と精密測定技術振興財団、日本によって支えられました。

1 実験装置およびプロシージャ
サンプルと NIR イメージングとおり光学マウントする光学レールを準備します。
<ol><li>
サンプルの準備。 注: 水または水性の液体を使用する場合 1.1.1 のステップを行います。粘度の高い水性ゲルを使用している場合は、1.1.2 をステップを行います。<ol>
<li>鋼球が水に設定します。<ol>
<li>接着剤の少量を使用して薄いプラス?...

<ol>
	<li>Moros, E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics of Thermal Therapy. , (2012).</li><li>P&#233;rigo, E. G., Hemery, G., Sandre, O., Ortega, D., Garaio, E., Plazaola, F., Teran, F. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+free-convective+onset+on+a+horizontal+wire+using+speckle+pattern+interferometry.">Study of free-convective onset on a horizontal wire using speckle pattern interferometry.</a> Int J Heat Mass Trans. 46, 4145-4155 (2003).</li><li>Bracewell, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Fourier Transform and Its Applications. , (2000).</li><li>Yoder, L. M., Barker, J. R., Lorenz, K. T., Chandler, D. 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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+nanofluid+heat+transfer+in+presence+of+magnetic+field:+A+review.">Simulation of nanofluid heat transfer in presence of magnetic field: A review.</a> Int J Heat Mass Trans. 115, 1203-1233 (2017).</li><li>H&#228;feli, U., Sch&#252;tt, W., Teller, J., Zborowski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers. , (2013).</li></ol>

本稿で紹介しているテクニックの水の近赤外吸収の温度依存性を使用して 1 つ新規であり、必要な機器と実装の設定で重大な困難を渡さない。入射光はハロゲン ランプと、NBPF を使用して簡単に製作することができます。ただし、レーザーを使用することはできません、コヒーレント干渉パターン画像に表示されますので。一般的な光学レンズおよび可視光用ガラス細胞使用できますが、 <em...

媒体内の小さな熱源付近の温度を計測する技術は、多くの科学的な研究分野とアプリケーションに必要です。たとえば、磁気ハイパーサーミアの研究でがん治療法である磁性粒子の磁気小さな電磁誘導を使用して、それは磁気によって生成される温度分布を正確に予測する重要な粒子1,2。ただし、ただし、マイクロ波磁気共鳴11 、ラマン10、光音響9超音波5,6,7,83,4、12-ベース温度測定技術を研究、開発している、現時点では、このような内部の温度分布を正確に測定できません。これまで単一位置温度またはいくつかのポジションでの温度は誘導加熱の場合、非磁性光ファイバー温度センサー13,14である温度センサーで測定しました。また、メディアの表面温度は内部温度14を推定する赤外放射温度計によるリモートで観測されています。ただし、小さな熱源を含む培地が水層または非散乱体の水溶液中、私たちを示している温度15,16を測定する近赤外線 (NIR) 吸収法が役 17,18,19。本稿ではこの手法および代表的な結果の詳しいプロトコル。
近赤外吸収法は、近赤外領域での水の吸収帯の温度依存性の原理に基づいています。水は温度として 1250 nm 波長 (λ) 範囲に 1100 nm の短波長にシフト観測図 1 a、 ν1 + ν2 + のν3吸収帯にあるとおり19をが増加します。ここで、 ν1 + ν2 + このバンドは 3 つの基本的な O H 振動モードの組み合わせに対応するν3手段: 対称ストレッチ (ν1) 曲げ (ν 2)、および逆対称伸縮 (ν3)20,21。このスペクトルの変化は、バンドで最も温度敏感な波長がλ ≈ 1150 nm であることを示します。水の他の吸収バンドは、温度15,16,17,18,20,21に関して同様の動作も展示します。Ν1 + ν3バンド水の観察範囲λ以内 = 1350−1500 nm とその温度依存性を図 1 bに示します。Ν1 + 水のν3バンドで、1412 nm が最も温度に敏感な波長です。したがって、それはλで吸光度の 2 D 画像をキャプチャする近赤外カメラを用いた二次元 (2 D) 温度画像を取得する = 1150 または 1412 nm。水の吸収係数としてλ = 1150 nm は、 λ = 1412 nm よりも小さく、元の波長は約 10 mm 厚の水性メディアに適した、後者は約 1 mm 厚のものに適しています。最近では、 λを使用して = 1150 nm、直径 1 mm の鋼球を誘導加熱19を含む 10 mm 厚水層内の温度分布を得た。また、 λを使用して 0.5 mm 厚い水の層内の温度分布を測定した 1412 nm15,17を =。
イメージング法 NIR ベース温度の利点は簡単にセットアップおよび透過吸収測定法で、ない蛍光、蛍光体、または他のサーマル プローブを必要があるために、実装します。さらに、その温度分解能は 0.2 K15,17,19未満です。このような良い温度分解能は、干渉法による、熱と物質移動研究22,23,24でよく使用されている伝送方式は他では達成できません。我々 は、しかし、イメージング法 NIR ベースの温度は適していませんかなりローカル温度変化の場合、支配的な19光の偏向によって引き起こされるので大きな温度勾配になります注意してください。この問題は、この稿では実用面で呼ばれます。
この稿では実験装置と誘導; を介して加熱小さな磁性球の NIR ベース温度イメージング技術の手順また、それは 2 つの代表的な 2 D の吸光度の画像の結果を示します。Λでキャプチャ 10.0 mm 厚さの水層に直径 2.0 mm の鋼球の 1 つのイメージは 1150 nm を =。2 番目の画像はλでキャプチャ 2.0 mm 厚マルトース シロップ層に直径 0.5 mm の鋼球 = 1412 nm。また述べる計算法と温度の三次元 (3 D) の半径方向分布の結果逆アベル変換 (IAT) を吸光度 2 D 画像に適用することによって。IAT は、3次元温度分布が球対称加熱球 (図 2)19の場合のようにすると見なされますときに有効です。IAT 計算のためマルチ ガウス関数をフィッティング法を採用、ここで解析的25,26,27,28,29 ガウス関数の Iat を取得することができますのでとデータを単調減少にもフィットこれは、単一の熱源からの熱伝導を用いた実験が含まれています。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:727px;" width="727">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Induction heating system</td>
			<td style="width:208px;">CEIA, Italy</td>
			<td style="width:119px;">SPW900/56</td>
			<td style="width:167px;">780 kHz, 5.6 kW (max).</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Coil</td>
			<td style="width:208px;">SA-Japan</td>
			<td style="width:119px;">custom</td>
			<td>Water-cooled copper tube; two-turn; outer dia. 28 mm.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Water chiller</td>
			<td style="width:208px;">Matsumoto Kikai, Japan</td>
			<td style="width:119px;">MP-401CT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:233px;">Halogen lamp</td>
			<td style="width:208px;">Hayashi Watch-Works, Japan</td>
			<td style="width:119px;">LA-150UE-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:233px;">Narrow bandpass filter for &#955; = 1150 nm</td>
			<td style="width:208px;">Andover</td>
			<td style="width:119px;">115FS10-25</td>
			<td>Full width at half-maximum (FWHM): 10 nm.</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:233px;">Narrow bandpass filter for &#955; = 1412 nm</td>
			<td style="width:208px;">Andover</td>
			<td style="width:119px;">semi-custom</td>
			<td>Full width at half-maximum (FWHM): 10 nm.</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:233px;">Bandpass filter for &#955; = 850&#8722;1300 nm</td>
			<td style="width:208px;">Spectrogon</td>
			<td style="width:119px;">SP-1300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:233px;">Bandpass filter for &#955; = 1100&#8722;2000 nm</td>
			<td style="width:208px;">Spectrogon</td>
			<td style="width:119px;">SP-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">NIR camera</td>
			<td style="width:208px;">FLIR Systems</td>
			<td style="width:119px;">Alpha NIR</td>
			<td>InGaAs</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Image acquisition software</td>
			<td style="width:208px;">FLIR Systems</td>
			<td style="width:119px;">IRvista</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Image processing software</td>
			<td style="width:208px;">NIH</td>
			<td style="width:119px;">ImageJ</td>
			<td>ver. 1.51r</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Image processing software</td>
			<td style="width:208px;">MathWorks</td>
			<td style="width:119px;">Matlab</td>
			<td>ver. 2016a</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Telecentric lens</td>
			<td style="width:208px;">Edmond Optics</td>
			<td style="width:119px;">55350-L</td>
			<td>X1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Steel sphere (0.5 mm dia.)</td>
			<td style="width:208px;">Kobe Steel, Japan</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Steel sphere (2.0 mm dia.)</td>
			<td style="width:208px;">Kobe Steel, Japan</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:233px;">Maltose syrup as aqueous gel</td>
			<td style="width:208px;">Sonton, Japan</td>
			<td style="width:119px;">Mizuame</td>
			<td>Food product</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

near-infrared temperature measurement technique for water surrounding an induction-heated small magnetic sphere

水と周囲の電磁誘導加熱の小さな磁性球非濁った水溶液の温度を測定する手法である. します。この手法は、1150 と 1412 nm、水の吸収係数は温度に依存する波長を利用しています。水または 2.0 mm または 0.5 mm 径の磁気球を含む非混濁水系ゲル 1150 nm または選択した狭いバンドパス フィルターを使用した場合と、1412 の nm の入射光を照射します。さらに、吸収係数の横突起である吸光度の二次元画像は、近赤外カメラを介して取得されます。三次元温度分布は、球対称であると仮定することができるときに、吸光度プロファイルに逆アベルに変換を適用することによって推定します。温度は時間と誘導加熱電源によると一貫して変更する観察されました。

Δ の画像Aは私(x, z) でλ = 水で直径 2.0 mm の鋼球の 1150 nm、 λ = 1412 nm マルトース シロップで直径 0.5 mm の鋼球と図 5を示して、図 6をそれぞれ。両方のケースで、球はその中心軸に沿ってコイルの最下部より下に位置する 12 mm だった図 5</strong...

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Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の温度を測定する 1150 と 1412 nm の波長を利用した手法である. します。

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

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Physics Basics

Electronic Structure of Atoms

SCIENTISTS IN ACTION

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

ポーラー液体誘電体から電気流体橋の調製

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

新規材料の低温磁気伝導測定のための高度な実験方法

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

空気中の誘電体微粒子の光学トラップのロード

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

An Available Technique for Preparation of New Cast MnCuNiFeZnAl Alloy with Superior Damping Capacity and High Service Temperature

新しいキャスト MnCuNiFeZnAl 合金の優れた能力と高いサービス温度の減衰の準備のための利用可能な手法

Manganese (Mn)-copper (Cu)-based alloys have been found to have&#160;damping capacity and can be used to reduce harmful vibrations and noise effectively. ...

Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

水の光ファイバーの設計と製作

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

磁気スケールと2つのファイバーブラッググレーティングを組み合わせたランダム変位測定

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

PVDF 膜センサーによる上方ジャンプ アメンボの脚に行動力の測定

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...

O-cresol Concentration Online Measurement Based On Near Infrared Spectroscopy Via Partial Least Square Regression

部分最小二乗回帰による近赤外分光法に基づくO-クレゾール濃度オンライン測定

Unlike macroscopic process variables, near-infrared spectroscopy provides process information at the molecular level and can significantly improve the ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

セルロース系紙の非接触共振キャビティ誘電分光研究の方法開発

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...