ERT(Electrical Resistance Tompgraphy)

ERTとは

ERTは,電気抵抗トモグラフィーと呼ばれ,多数の電極を用いて物体内の電気抵抗分布を計測する手法である.
微弱な電気信号を計測することができるため,生体計測への応用が研究されている.

一般的に,電解質を溶解させた溶液や生体,高温のガラスでは,電子による電気伝導ではなくイオン伝導によるため,直流の電気抵抗ではなく交流インピーダンスを測定する. そのため,EIT(Electrical Impedance Tomography)と呼ばれる場合もある.
また,類似の計測手法として,静電容量(キャパシタンス)の計測を行うECTもある.

ERTでは,測定する抵抗分布に応じて電流分布が変化するため,再構成の逆問題が一般的に非線形となる点において,X線CTとは異なる技術的難しさがある.

MATLABやOctabe上で動くEIDORSというソフトウエアを使って,再構成計算を行うことができる.

ERTによる熔融ガラスの温度分布計測

ガラスは常温においては良好な絶縁体であるが,高温においては電気伝導性を有し,その導電率は温度の関数となることが知られている.
この実験では,一定の電極形状,断面積における電気抵抗値を計測している.
電解質水溶液では,電気伝導率は周波数に強く依存するが,このガラス材料の場合は周波数に依存しない. 例えば,温度1100Kで,電気抵抗は約10Ω程度となり,半導体並みの低抵抗値となる.

高温ガラスの電気抵抗と温度の関係.横軸は温度の逆数,縦軸は電気抵抗の逆数.

電気加熱炉中の熔融状態のガラス.赤外線から可視光にかけて強い輻射を生ずる.

ヒーター加熱炉中にるつぼを設置,熔融状態としたガラス中に電極棒を挿入する.
電極は高温に耐えられるニッケル基超合金(インコネル材)を使用.

電気加熱炉中の熔融状態のガラス.赤外線から可視光にかけて強い輻射を生ずる.

計測器の電気回路

16本の電極のうち,任意の2電極に定電流電源からの交流電圧を印加する.
アナログマルチプレクサ回路を用いて,順次交流電位を測定する.
高時間分解能を実現するためには,並列化された電位計測回路を用いることができる.

電極の配置とクロスバー・マルチプレクサ制御回路,発振回路,検波回路および制御回路.
高温熔融ガラスは数Ω程度までインピーダンスが低下するが,電位計測回路の入力インピーダンスにも工夫が必要となる.

計測された電圧分布.GNDおよび電圧を印可した電極以外の僅かな電位差分布を高精度の計測する必要がある.

測定結果の一例.均一に加熱された状態の熔融ガラスの上面に,常温のガラスビーズを投下した際の温度分布.図中黄色枠は熱電対による計測結果.

参考文献