液体電解質中の分極による縦波を利用した新原理の海洋通信

利用液体电解质极化引起的纵波进行海洋通讯的新原理

基本信息

批准号：
22K18796
负责人：
川原田洋
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18796/
关键词：
海洋通信ダイヤモンドSGFET 電解質溶液電解質イオン電極

项目摘要

新方式の塩水中の無線通信，海水管での通信を提案した．直径2.5cmチューブにおいて各園濃度の溶液における距離4 mでのFET検出系の1 MHzのスイッチング特性では，純水の場合，信号の減衰が著しく，1m以上で出力電圧の振幅Vpeakが観測できなかった．NaCl濃度3.5%と25%においては，入力電圧vGに対し出力電圧vRLは周波数応答し，NaCl溶液の濃度が高いほど振幅Vpeakが4mでも増加した．電磁波であれば，NaCl濃度の上昇，つまり，イオン濃度の上昇により，減衰吸収が大きくなるはずである．したがって、NaCl濃度による伝播の上昇は電磁波では説明できない．電気伝導，イオンプラズマ振動等の立場から，伝送機構を明らかにし，信号の減衰を小さくし，伝送距離を長くする手法を検討していく．距離20mの平面波水槽（1mx1mx20m）にて共振回路を設け、インダクタンスLの10mHから1uHまでの減少で、最大伝達ピーク周波数が140KHzから8MHzまで上昇した。20m以上の通信では共振回路は必須である.また、距離25 mの海水プール0.9mx15mx25m)においてもL=100uH にて1.5MHzにてピークをもち，1 Mbps以上のデータ伝送を行えることがわかった．本伝送方式は電気伝導を基礎とするので，不透明な環境でも問題ない．複雑形状のチューブやパイプ等でも可能である．しかし，塩水が海と接していない環境が必要である．海はアース電位となり，信号が短絡されるからである．淡水化プラントや醤油工場のように塩濃度の高い液体が存在するプラントの容器やパイプ内壁検査用小型ドローンなどの応用がある．

我们提出了一种咸水无线通信和海水管道通信的新方法。 FET检测系统在2.5 cm直径管内不同浓度溶液在4 m距离处的1 MHz开关特性中，在纯水情况下，信号衰减明显，输出电压幅值Vpeak无法在 1 m 以上进行观察。在 3.5% 和 25% 的 NaCl 浓度下，输出电压 vRL 对输入电压 vG 具有频率响应，并且随着 NaCl 溶液浓度的增加，即使在 4 m 处，幅度 Vpeak 也会增加。如果是电磁波，衰减吸收应该随着NaCl浓度的增加，即离子浓度的增加而增加。因此，由于 NaCl 浓度而导致的传播增加不能用电磁波来解释。我们将从导电、离子等离子体振动等角度阐明传输机制，并研究减少信号衰减和增加传输距离的方法。在距离20m的平面波槽（1m×1m×20m）内设置谐振电路，通过将电感L从10mH减小到1uH，最大传输峰值频率从140KHz提高到8MHz。谐振电路对于超过 20 m 的通信至关重要。此外，即使在 25 m 距离的海水池 (0.9 m x 15 m x 25 m) 中，也发现可以实现 1 Mbps 或更高的数据传输，峰值为1.5 MHz，L = 100 uH ．由于这种传输方式是基于导电的，所以即使在不透明的环境下也没有问题。这对于形状复杂的管材也是可能的。然而，需要盐水不与海水接触的环境。这是因为海水处于地电位，信号短路。应用包括小型无人机，用于检查存在高盐浓度液体的工厂（例如海水淡化厂和酱油厂）的容器和管道内壁。