PTA4は4つの光学検出器信号を同時に記録します。信号を直ちに個々の液滴や粒子のパラメータに還元するのではなく、同期した測定データを定められた取得区間にわたって保持し、ParticleTensorAI®解析のための多次元表現に変換します。
4つの検出器チャンネルは、ParticleTensorAI®プラットフォームの標準構成の中で最も豊富な光学信号表現を提供します。AIモデルは、各検出器チャンネル内の信号構造に加え、4チャンネルすべての間の時間的・光学的関係を解析できます。
PTA4のシステム構成
PTA4は、LSS4光学測定プローブ、CLEONマルチチャンネル制御・取得ユニット、およびParticleTensorAI®解析ソフトウェアで構成されます。
測定原理
LSS4光学プローブは、測定領域に定められた照明場を形成します。この照明場を通過する液滴や粒子は時間依存の散乱光信号を生じ、それが4つの光学チャンネルで検出されます。
各検出器は、それぞれ定められた光学配置から粒子との相互作用を観測します。得られる同期信号には、粒子が測定領域を通過する様子と、光学場との相互作用に関する情報が含まれます。
PTA4の運用では、CLEONが4つの信号ストリームを定められた取得区間にわたって保持し、ParticleTensorAI®による処理に供します。
粒子 → LSS4 → 4つの同期信号ストリーム → CLEONバッファ → ParticleTensorAI® → AI結果
4チャンネルParticleTensorAI®
PTA4の最大の特長は、4つの時間分解検出器チャンネルを同時に取得することです。
4つのチャンネルは単なる冗長な測定ではありません。同じ粒子群を複数の光学的視点から捉えるため、AIモデルが利用できる情報量が増加します。
光学構成に応じて、ParticleTensorAI®は以下を解析できます。
- 各検出器チャンネル内の信号形状
- 信号振幅および強度分布
- 時間的な信号シーケンス
- 検出器チャンネル間の時間関係
- 粒子または液滴のイベント密度
- 重なり合う信号構造
- 取得区間内の統計的パターン
- 複数の光学検出器視点間の関係
- マルチチャンネル信号分布の経時変化
4つの検出器信号から多次元データへ
ParticleTensorAI®は、検出した各信号を直ちに少数の事前定義された粒子パラメータに変換するのではなく、元の光学測定データのより多くの部分を保持します。
4つの同期した検出器信号は定められた測定区間にわたって記録され、多次元のデータ表現に変換されます。この表現は、時間情報とともに光学検出器チャンネル間の関係も保持します。
4つの検出器チャンネル → バッファリングされた測定区間 → 多次元表現 → AIモデル → 粒子・材料・プロセス情報
具体的なデータ表現とAIモデルは、測定課題に合わせて調整できます。そのためPTA4は、1チャンネルまたは2チャンネル構成では得られないほど多くの光学情報を必要とする測定コンセプトの研究開発に適しています。
トリガー不要の信号解析
PTA4は、AI評価の前に液滴や粒子のイベントを一つずつ識別・分離することなく、バッファリングされた信号シーケンス全体を解析できます。
これは、粒子イベントが短い間隔で連続して発生したり、複数の光散乱信号が重なったりする複雑なスプレーや高密度のスプレーで特に有効です。
ParticleTensorAI®は、このような複雑な測定区間を破棄するのではなく、マルチチャンネル信号情報を保持してAIモデルに提供できます。
AIベースの評価
PTA4はAIベースの評価専用に設計されています。測定された4チャンネル光学信号構造と求める出力との関係は、適切な学習データおよび検証データから学習されます。
4つの検出器チャンネルにより、AIモデルは個々の信号ストリームに含まれる情報と、異なる検出器チャンネル間の関係の両方を利用できます。
用途に応じて、これらの情報を粒子、スプレー、材料、またはプロセスの特性評価のためのAIモデル開発に活用できます。
得られる測定・解析結果
得られる結果は、光学構成、学習データ、参照情報、および用途に合わせて開発したAIモデルによって異なります。
- スプレー状態の分類
- 粒子または液滴の分類
- プロセス変化の検出
- 材料に関連した粒子特性評価
- 粒子の光学特性の変化の解析
- 異なる運転条件の比較
- 安定・不安定なスプレー状態のモニタリング
- 高濃度スプレーの解析
- AIベースの品質モニタリング
- 高度なプロセス状態の特性評価
材料特性および光学特性の評価
光散乱信号の構造は、粒子の大きさや速度だけで決まるわけではありません。光学的特性や材料に関連する特性も、測定される波形に影響を与えることがあります。
4つの同期した検出器チャンネルにより、PTA4はこれらの相互作用を複数の光学的視点から捉えます。これにより、材料組成や粒子特性の変化が特徴的なマルチチャンネル信号パターンを生じるかどうかを調べるための幅広いデータ基盤が得られます。
そのためPTA4は、従来の粒径・速度測定では不十分で、材料に関する追加情報が必要となる研究課題に特に適しています。
複雑なスプレーと高濃度スプレー
粒子や液滴の濃度が高いスプレーでは、個々の光散乱信号が重なり合うことがあります。個々のイベントを確実に分離できなくなると、従来の計数法はますます困難になります。
ParticleTensorAI®は、マルチチャンネル信号シーケンス全体を保持して解析できます。これにより、多数の粒子イベントや重なり合う粒子イベントを含む測定区間から情報を抽出する別のアプローチが得られます。
4つの検出器チャンネルとバッファリングされたAIベース解析の組み合わせにより、PTA4は複雑なスプレーや多相粒子系の研究に特に適しています。
AIモデルの開発
PTA4には、対象とする測定課題に適した学習データと検証データが必要です。モデル開発では、定められた参照条件下で4チャンネルの光学信号を記録し、既知のクラスまたは参照量に対応付けます。
データセットは学習データと独立した検証データに分割されます。AIモデルはマルチチャンネル信号表現内の関係を学習し、その後、モデル学習に含まれなかった測定データを用いて検証されます。
重要な要素は以下のとおりです。
- 参照測定の品質
- 運転条件の範囲
- 材料特性および光学特性
- 光学構成の安定性
- 検出器チャンネル間の関係
- 粒子または液滴の濃度
- 測定ケースの数と多様性
- 選択したAIモデルのアーキテクチャ
- 学習時の条件と実際の使用条件との類似性
そのため、お客様固有のPTA4アプリケーションでは、個別の測定・学習・検証キャンペーンが必要になる場合があります。
LSS4光学プローブ
LSS4は、PTA4で使用される4チャンネル光学測定プローブです。光学測定領域を形成し、4つの同期した時間分解光散乱信号を出力します。
LSS4プラットフォームは、さまざまな測定課題に合わせて構成できます。光学ジオメトリ、作動距離、波長、機械的な組み込み方法を用途に合わせて調整できます。
| パラメータ | LSS4 |
|---|---|
| 測定原理 | 時間分解光散乱 |
| 有効な検出器チャンネル | 4 |
| 選択可能な波長 | 405 nm, 450 nm |
| 寸法 | 約200 × 150 × 70 mm |
| 対応制御ユニット | CLEON |
CLEON制御ユニット
CLEON制御ユニットは、LSS4光学プローブのために同期したマルチチャンネル信号の取得と処理を行います。
PTA4の運用では、CLEONは4つの時間分解検出器信号をParticleTensorAI®解析のために保持・処理するよう構成されます。
同じハードウェアプラットフォームは、従来のTSTOF測定にも使用できます。違いは、取得ワークフロー、ファームウェア、計算方法、評価ソフトウェアにあります。
PTA4とTSTOFは同じハードウェアプラットフォームを使用
PTA4とTSTOFは、同じLSS4光学プローブとCLEONマルチチャンネル取得プラットフォームを使用します。違いは、4つの検出器信号の評価方法にあります。
| パラメータ | TSTOF | PTA4 |
|---|---|---|
| 光学プローブ | LSS4 | LSS4 |
| 制御ユニット | CLEON | CLEON |
| 検出器チャンネル | 4 | 4 |
| 基本データ単位 | 個々の粒子イベント | バッファリングされたマルチチャンネル信号シーケンス |
| 評価コンセプト | 従来の物理モデルに基づくTSTOF計算 | テンソルベースのAI解析 |
| 個々のイベントの分離 | 従来の評価では必須 | 必ずしも必要ではない |
| 主な用途 | 粒径および速度の測定 | 複雑な粒子・材料・プロセスの特性評価 |
この比較は、ai-quanton測定プラットフォームのモジュール型コンセプトを示しています。同じ物理的な光学信号を、根本的に異なる評価戦略で活用できるのです。
プロセスモニタリング
PTA4は、稼働中の粒子プロセスやスプレープロセスにおいて連続する測定区間を解析できます。各測定区間は学習済みAIモデルで評価され、用途に応じた出力に変換されます。
出力としては、分類結果、予測パラメータ、確率値、傾向情報、または定められた参照プロセスに対する変化を示す指標などが考えられます。
4チャンネル構成は、粒子群、材料特性、またはプロセス条件のわずかな変化を検出するための豊富な光学データ基盤を提供します。
PTA4の主な用途
- 高度なAIベースのスプレー特性評価
- スプレー中の材料特性評価
- 塗装・コーティングプロセスのモニタリング
- 高濃度スプレー
- 複雑な多相粒子系
- プロセス変化の検出
- アトマイザーの運転条件の比較
- マルチチャンネル光散乱シグネチャの研究
- 新しいAIベース測定法の開発
- 産業プロセスモニタリング
用途に応じた構成
PTA4は高度な測定課題に合わせて調整できます。最終的な構成は、スプレーまたは粒子系、材料、光学特性、濃度、プロセス条件、設置スペース、参照データ、および求める解析結果によって決まります。
可能な調整項目は以下のとおりです。
- 光学プローブのジオメトリ
- 作動距離
- 照明構成
- 検出器の配置
- 波長
- 機械的な組み込み
- 取得区間
- バッファ構成
- テンソル表現
- AIモデルのアーキテクチャ
- 出力パラメータ
- プロセスインターフェース
PTA1、PTA2、PTA4のどれを選ぶか
3つの標準ParticleTensorAI®システムの主な違いは、同期した光学検出器チャンネルの数、つまりAI解析に利用できる光学情報の量です。
PTA1は最もコンパクトな構成です。PTA2は2つの同期チャンネルにより検出器間の情報を追加します。PTA4は4つの同期チャンネルを備え、最大限の光学信号情報を必要とする用途を想定しています。
科学的背景
PTA4は、実績あるTSTOFのマルチチャンネル光学測定プラットフォームと、AIベースのParticleTensorAI®評価コンセプトを組み合わせたものです。
これまでの研究では、時間分解光散乱信号を粒子特性評価、材料関連の解析、複雑なスプレー、高濃度粒子系に利用することが検討されてきました。ParticleTensorAI®は、元のマルチチャンネル測定情報のより多くをAIベース解析のために保持することで、これらの研究を発展させています。
主な参考文献
[1] Schaefer, W.; Li, L.; Stegmann, P.; Terada, M. Technical Report on the TSTOF Measurement Method: Technical Basics, Historical Development, and Comparison with Other Laser-Based Measurement Methods. Photonics 2026, 13(1), 56. https://doi.org/10.3390/photonics13010056
[2] Schaefer, W.; Fleck, S.; Haas, M.; Jakobs, T. Optical measurement method for monitoring high-mass-concentration slurry sprays: An experimental study. Photonics 2025, 12(7), 673. https://doi.org/10.3390/photonics12070673
[3] Schäfer, W.; Jakobs, T.; Stegmann, P. AI-assisted monitoring of coal particles within droplets in a coal monoethylene glycol slurry spray. 41st International Symposium on Combustion, Kyoto, Japan, 2026. KITopen ID 1000196272. https://doi.org/10.5445/IR/1000196272
関連ページ
用途に応じたPTA4構成をご希望の場合は、スプレーまたは粒子系、材料、運転条件、濃度、利用可能な参照データ、求める解析結果に関する情報を添えて、ai-quantonにお問い合わせください。