Transcript 研究 - 佐賀大学
補助電極付長間隔コンデンサを用いた 分布誘電率推定に関する研究 佐賀大学大学院工学系研究科 博士前期課程電気電子工学専攻 02TM45 崔 秉学 1 背景 • 高機能材料，誘電率傾斜誘電体などが開 発されているが，その評価方法は確立され ていない • 一方，被測定物の周囲から静電容量を計 測し，被測定物内部の分布誘電率推定に 関する研究が行われている 2 従来の研究経過 • 有限要素法を用いた二次元数値電界解析の実施 • 変位電流分布の可視化に基づく本計測手法の検証 • 測定電極間に角柱形誘電体を一つ挿入した場合の 誘電体の位置による静電容量の変化を実験と数値 解析によって確認 • 誘電体が二個並んで存在する場合と，5mm離れて存 在する場合の各位置の静電容量に微小な変化が現 れることを確認 3 High potential measurement electrode Additional electrode Equipotential lines Effective area Effective area High potential measurement electrode Equipotential lines Outermost electric line of force Outermost electric line of force Additional Low potential electrode measurement electrode Low potential measurement electrode Additional electrode Additional electrode (b) Analyzed result (a) Analyzed result without additional electrode with additional electrode 補助電極の効果 4 High potential side Equipotential lines Effective area Outermost electric line of force Low potential side location of dielectric dx=0mm,dy=5mm dx=0mm,dy=15mm C = 4.72×10-14F (Analyzed) High potential side Effective area Ineffective electric line of force Equipotential lines Outermost electric line of force Low potential side location of dielectric dx=0mm,dy=25mm dx=0mm,dy=35mm C = 2.55×10-14F (Analyzed) 二次元有限要素法を用いた数値解析結果 5 研究経過 • 従来は，誘電体位置の二次元的計測 • 三次元化（誘電体形状を三次元的計測） Dielectric 180mm Dielectric Low potential measurement electrode 10mm High potential measurement electrode Low potential measurement electrode High potential measurement electrode 6 目的 • 補助電極付長間隔コンデンサの測定電極間に立方形誘電 体を挿入した場合の，誘電体の位置による静電容量の変化 を，実験によって明らかにする • 測定電極をマトリクス状に配置し，測定電極間外の静電容量 変化を確認する • 誘電体位置推定並びに分布誘電率推定の可能性について 検証する 7 実験装置の概略図 8 Additional electrodes 各測定電極での静電容量 C [×10-14F ] 平均値 2.33 理論値 2.21 Low potential measurement electrode 低電位側測定電極 9 High potential measurement electrode Dielectric Low potential measurement electrode 誘電体の位置設定 10 6.0 5.5 誘電体の移動 High potential measurement electrode 5.0 4.5 Low potential measurement electrode 4.0 Dielectric y 3.5 3.0 計測する測定電極の位置 2.5 2.0 5 10 15 20 誘電体の ｙ 方向の位置 実験結果 25 dy (mm) 30 35 11 (a) First measurement (b) Second measurement 誘電体位置推定法の提案 12 6.0 5.5 First measurement Second measurement 誘電体の位置 5.0 4.5 30mm 10mm 4.0 First measurement Second measurement 3.5 3.0 2.5 2.0 5 10 15 20 誘電体の ｙ 方向の位置 25 30 dy (mm) 測定電極を切り替えて実験した結果 35 13 dy (mm) 誘電体の位置 35 30 30mm 10mm 誘電体の ｙ 方向の位置 25 First measurement Second measurement 20 15 10 5 0.54 -0.15 -3.0 -2.0 -1.0 0 誘電体位置推定 1.0 3.0 2.0 14 まとめ • 測定電極が25個並んだ補助電極付長間隔コンデンサを製 作し，測定電極間に立方形誘電体を挿入した場合の，誘電 体の各位置による静電容量への影響を示した • 誘電体が低電位側測定電極に近い位置に存在するとき，静 電容量は大きく計測された • 測定電極間外に誘電体がある場合には，誘電体の位置が 変化しても，静電容量への影響が小さい • スイッチング機構を用いて，二回の静電容量を計測すること により，誘電体位置推定の可能性を示すことができた • 今回製作したマトリクス電極により，三次元の分布誘電率推 定の可能性を示すことができた 15 今後の課題 • 実験装置の改良 • 電極形状の創造 • 比誘電率の異なる誘電体を使用した静電容量計 測実験 16