東京都市大学は、レーザードップラー振動計を使って0.01Hzの超低周波を測る非接触測定技術を開発したと発表した(ニュースリリース)。併せて、この技術を搭載した測定器も開発している。超低周波を測定する技術の確立は、風車など大型の回転機械が設置された地域で発生している体調不良の原因究明につながると期待できるという。共通教育部自然科学系教授の須藤誠一氏らの研究で実現した。

 新技術は、測定部位に当てる発振光と反射光の干渉を利用する須藤研究室独自の実験手法「自己光混合効果」をベースとする。同手法では、測定部位にレーザー光を当て、反射光をレーザー光源内部に帰還させる(図1)。このとき、発振光と反射光がレーザー光源内で干渉して発振光の強度が変化するため、この変化を解析すると測定対象の振動などの状態を非接触で評価できる。

図1:新技術の計測原理
(出所:東京都市大学)
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 光源に用いるレーザーの材質や形状などの特性によって計測感度が決まるため、それらの改良を重ねて計測システムの感度を高めた。その結果、0.01~10Hzの超低周波振動を測定できたという。測定器の外形寸法は縦70×横70×高さ20cmで、質量は2kgと持ち運びやすい大きさと質量にしたため、超低周波が発生すると思われる様々な場所で周波数を測定できる。

 用途として想定しているのは、20Hz以下の超低周波の関与が疑われる健康被害と大型機械との因果関係の究明だ。風力発電が普及した欧州では、風車周辺の住民にめまいや頭痛、不眠といった体調不良が起きていると報告されており、これらの症状は転居によって改善することから、風車の駆動と健康被害の関連性が指摘されている。

 この因果関係を明らかにするには、大型機械で発生する微弱な超低周波振動を検出する必要があるが、超低周波音は前庭器官へ刺激を直接与えており、耳には聞こえず検出が難しい。電気的な振動検出法では、測定部位に電気素子を取り付けなければならないため広域の測定には不向きで、素子の接触によって振動が変化する恐れもあった。

 それに対してレーザードップラー振動計測法は、非接触で広域の測定が可能だ(図2)。測定部位から戻ってくるレーザー反射光には、測定部位の振動によりドップラー効果が生じており、レーザーの周波数が変化する。この変化を、元のレーザー光(参照光)との干渉により検出し、測定部位の振動数や速度を評価するという原理だ。ただし、超低振動や遅い運動速度の評価には向かないとされていた。今回の研究では、自己光混合効果を応用して課題を解決した。

図2:レーザードップラー計測原理
(出所:東京都市大学)
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 研究チームは、同じ計測原理と光学系を用いたナノレベルでの物性計測も実現している。1台に多機能を備えるナノ測定器の開発も可能という。