著者は、山田健太、藤岡亮太氏、氏瑞希許田を実験・ データ解析に応援ありがちましょう。この作品は、日本学術振興会科研費助成番号 25630069、スズキ財団と精密測定技術振興財団、日本によって支えられました。

1 実験装置およびプロシージャ
サンプルと NIR イメージングとおり光学マウントする光学レールを準備します。
<ol><li>
サンプルの準備。 注: 水または水性の液体を使用する場合 1.1.1 のステップを行います。粘度の高い水性ゲルを使用している場合は、1.1.2 をステップを行います。<ol>
<li>鋼球が水に設定します。<ol>
<li>接着剤の少量を使用して薄いプラスチック製のひもの端に直径 2.0 mm の鋼球を修正します。</li>
			<li>10.0 mm、幅 10 mm、高さ 45 mm (図 3) の光路長と長方形のガラスのセルの中央に鋼球をハングします。</li>
			<li>慎重にセルに浄水を注ぐ気泡を生成しないようにします。 注: 鋼球が固定する細いプラスチックの棒の先端に接着剤19の量が少ない。</li>
		</ol>
</li>
		<li>鋼球水系ゲルで設定します。<ol>
<li>それがスムーズに注がれるには十分に低く、その粘度を下げるため水系ゲルを熱します。</li>
			<li>注射器を使用して、半分完全に 45 mm の高さ、幅 10 mm、2.0 mm の光路長の長方形ガラス セルに水系ゲルを注ぎ、冷却しておきます。</li>
			<li>ゲルの表面の中心に直径 0.5 mm の鋼球を置き。</li>
			<li>水系のゲルのセルを入力します。 注: 大きな球体 (> ~ 1 mm φ) 誘導加熱中に重力および磁気の力で移動するので、ゲルで使用しないでください。</li>
		</ol>
</li>
		<li>プラスチック製のホルダーのセルを設定し、(図 3) の光のレールにマウントします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
近赤外イメージング システムの準備。
	<ol>
<li>光ファイバーライトガイドにハロゲン ランプを準備し、光のレールにホルダーと導べ光ファイバーの終わりを修正します。</li>
		<li>Λに透過ピークを持つ狭帯域通過フィルター (NBPF) を置き 1150 nm またはλを = = 1412 nm の間光ファイバーライトガイドと細胞 (図 3)。</li>
		<li>伝送波長範囲はハロゲン ランプと、NBPF と、NBPF のそれよりも広い別のバンドパス フィルター (BPF) を割り込みます。 注: BPF は、直接光を受け取るため、NBPF への熱損傷を防ぐために必要です。</li>
		<li>迷光 (図 3) を減らすために NBPF と携帯ホルダー間の光パスに iris diaphragm(s) を置きます。</li>
		<li>(図 3) セルの透過光を検出する近赤外カメラを設定します。画像集録ソフトウェアがパーソナル コンピューター (PC) にインストールされているグラフィック ボードにデータ転送ケーブルを介してカメラに接続します。</li>
		<li>携帯カメラ (図 3) とテレセン トリック レンズを設定します。 注: 一般的なカメラレンズを使用もできます。テレセン トリック レンズは、IAT の主線に光の平行の選択的検出と回折の影響の軽減の面で優れています。 注: NBPF と BPF には置かないで電池とカメラの間、そう、水の温度はハロゲン ランプから高強度の光の直接吸収率向上します。</li>
		<li>近赤外カメラをオンにし、画像集録ソフトウェアを起動します。</li>
		<li>ハロゲン ランプし、観察 (図 4) モニターに表示される画像の出力電力を調整します。</li>
		<li>軸、位置、および鋼球の微細な画像を取得するテレセン トリック レンズのフォーカスを調整します。 注: 場合調整が完全ではない、不規則な強度パターン表示されます、不適切な結果につながる。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
誘導加熱装置の準備。
	<ol>
<li>誘導加熱、高周波信号のジェネレーターから成るシステムを準備 (最大出力電力: 5.6 kW; 周波数: 780 kHz)、水冷コイルと水チラー。 注: 誘導加熱ろう付けのためのシステム、溶接、小さな金属部品をはんだ付けは、この目的のために適切です材料表を参照してください。</li>
		<li>可能であれば、その位置を変更する XYZ 可動ステージ上コイルをマウントします。</li>
		<li>コイル センターと鋼球間の距離が約 15 mm (図 3) になるように、セル近くコイルを配置します。コイルの近くの他の金属部分がないことを確認します。 注意: 距離は誘導加熱電力および球のサイズに応じて調整する必要があります。</li>
		<li>冷却水を循環します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
画像の収集及び誘導加熱。
	<ol>
<li>順番に画像を保存できる画像集録ソフトを「スタート」をクリックします。</li>
		<li>誘導加熱誘導加熱を開始するコントロール ソフトウェアを「スタート」をクリックします。</li>
		<li>(条件・目的に応じて数秒後画像集録ソフトウェアの「停止」をクリックします。</li>
		<li>誘導加熱制御ソフトウェアの「停止」をクリックします。</li>
		<li>画像集録ソフトウェアの TIFF シーケンス (またはその他の非圧縮形式) として一時的に保存されている画像を保存します。 注: 温度が十分に高い場合、光偏向の影響は画像7に表示されます。誘導加熱電源必要があります減少適切にも実験など球付近の温度の増加はより小さい約 10 K で、温度推定の次のプロトコルの手順で確認できます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 画像処理・温度の推定
注: 保存されている連続画像として表されます私私(x, z)、連続したフレーム数が。座標、 x、 y、 z r、およびr' として図 2に示されている定義されています重力と反対方向に正のzです。サプリメント 1に次のプロトコル手順の概要も示します。
<ol><li>
吸光度イメージの構築。
	<ol>
<li>オープン私私(x, z) 画像処理ソフトウェア。</li>
		<li>ノイズを低減私私(x, z) 3 × 3 ピクセルの平均を実装することにより。</li>
		<li>平均像を作成私私(x, z)以上には、1、5 (またはそれ以上) を =、加熱する前に、参照イメージとして定義私r(x, z)。 注: は、1 つのフレームのイメージよりもより信頼性の高い画像を得るためノイズを低減この平均化します。</li>
		<li>Δ 吸光度差の連続画像を構築私(x, z) 次の同等化によって。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq1.jpg">(1) 注: ΔAは私(x, z) が、私(x, z) から参照吸光度、 r(x, z)、前に吸光度の変化暖房, とは次のように派生した15,16,17,18,19。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq2.jpg">(2) ここ私0はセルに入射光の強さです。</li>
		<li>Δ私、画像は赤青など適切なカラーマップを使用して色付けします。 注: ImageJ の 2.1.5 から 2.1.2 の手順を実行するためのコマンド スクリプト ファイルは補足 2に提示されます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
温度の推定。
	<ol>
<li>どの Δ の中にAは私(x, z) は環状球の中心に対して対称画像を視覚的に観察することで期間を選択します。 注: 主に対流によって円形対称性は壊れています。以前の作業19; の対流が発生する画像ベースの分析判断を導入します。しかし、実際には、視覚的判断は効果的です。</li>
		<li>データを抽出、ΔAは私( θ,rʹ) 360 ラジアル線に沿って (Δθ = 1˚)、私(x, z) Δ の画像を。</li>
		<li>データを除外 Δ私( θ,rʹ) 球内およびその周辺で (Δrʹ≈ 0.2 mm)。注: データが異常非常に小規模または大規模な近所の主な理由は球のわずかな動きです。</li>
		<li>平均 Δ私( θ,rʹ) θの上線プロファイル、Δ を決定します、私(rʹ)。 注: ImageJ の 2.2.4 から 2.2.2 の手順を実行するためのコマンド スクリプト ファイルは、補足 3で提示されます。</li>
		<li>ΔAは私(rʹ) データを次のマルチ ガウス関数による近似します。 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq3.jpg">(3) 場所jは重み係数σjは分散パラメーター、 Rはrʹ 最大どこ ΔAは私(R) = 0 を仮定することができます。</li>
		<li>Δμは私(r)、 N j、およびσjの得られた次式 IAT (3) に代入することによって吸収係数の相違を計算します。 <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq4.jpg">(4) ここ erf は誤差関数であります。</li>
		<li>Δμは私(r) を次式で温度に変換します。 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57407/57407eq5.jpg">(5) 4.0 × 10-3 K-1 mm-1 λであるαf水の温度係数を持つ = 1150 nm19と 4.1 × 10-3 K-1 mm-1λ = 1412 nm17。 注: 2.2.7 から 2.2.5 の手順を実行するためのコマンド スクリプト ファイルは、補足 4、ステップ 2.2.5 レーベンバーグ ・ マルカート非線形最小二乗アルゴリズム17,19を採用する場所で提示されます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Moros, E. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics of Thermal Therapy. , (2012).</li><li>P&#233;rigo, E. G., Hemery, G., Sandre, O., Ortega, D., Garaio, E., Plazaola, F., Teran, F. 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本稿で紹介しているテクニックの水の近赤外吸収の温度依存性を使用して 1 つ新規であり、必要な機器と実装の設定で重大な困難を渡さない。入射光はハロゲン ランプと、NBPF を使用して簡単に製作することができます。ただし、レーザーを使用することはできません、コヒーレント干渉パターン画像に表示されますので。一般的な光学レンズおよび可視光用ガラス細胞使用できますが、 <em...

An erratum was issued for: <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/video/57407/near-infrared-temperature-measurement-technique-for-water-surrounding">Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere</a>. The Protocol section was updated.
In 2.2.7, the temperature coefficient of water, &#945;f, for &#955; = 1150 nm has been corrected from:
4.0 x 10-3 K-1 mm-1
to:
2.8&#160;x 10-4&#160;K-1&#160;mm-1

An erratum was issued for: <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/video/57407/near-infrared-temperature-measurement-technique-for-water-surrounding">Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere</a>. The Protocol section was updated.

Erratum: Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

媒体内の小さな熱源付近の温度を計測する技術は、多くの科学的な研究分野とアプリケーションに必要です。たとえば、磁気ハイパーサーミアの研究でがん治療法である磁性粒子の磁気小さな電磁誘導を使用して、それは磁気によって生成される温度分布を正確に予測する重要な粒子1,2。ただし、ただし、マイクロ波磁気共鳴11 、ラマン10、光音響9超音波5,6,7,83,4、12-ベース温度測定技術を研究、開発している、現時点では、このような内部の温度分布を正確に測定できません。これまで単一位置温度またはいくつかのポジションでの温度は誘導加熱の場合、非磁性光ファイバー温度センサー13,14である温度センサーで測定しました。また、メディアの表面温度は内部温度14を推定する赤外放射温度計によるリモートで観測されています。ただし、小さな熱源を含む培地が水層または非散乱体の水溶液中、私たちを示している温度15,16を測定する近赤外線 (NIR) 吸収法が役 17,18,19。本稿ではこの手法および代表的な結果の詳しいプロトコル。
近赤外吸収法は、近赤外領域での水の吸収帯の温度依存性の原理に基づいています。水は温度として 1250 nm 波長 (λ) 範囲に 1100 nm の短波長にシフト観測図 1 a、 ν1 + ν2 + のν3吸収帯にあるとおり19をが増加します。ここで、 ν1 + ν2 + このバンドは 3 つの基本的な O H 振動モードの組み合わせに対応するν3手段: 対称ストレッチ (ν1) 曲げ (ν 2)、および逆対称伸縮 (ν3)20,21。このスペクトルの変化は、バンドで最も温度敏感な波長がλ ≈ 1150 nm であることを示します。水の他の吸収バンドは、温度15,16,17,18,20,21に関して同様の動作も展示します。Ν1 + ν3バンド水の観察範囲λ以内 = 1350−1500 nm とその温度依存性を図 1 bに示します。Ν1 + 水のν3バンドで、1412 nm が最も温度に敏感な波長です。したがって、それはλで吸光度の 2 D 画像をキャプチャする近赤外カメラを用いた二次元 (2 D) 温度画像を取得する = 1150 または 1412 nm。水の吸収係数としてλ = 1150 nm は、 λ = 1412 nm よりも小さく、元の波長は約 10 mm 厚の水性メディアに適した、後者は約 1 mm 厚のものに適しています。最近では、 λを使用して = 1150 nm、直径 1 mm の鋼球を誘導加熱19を含む 10 mm 厚水層内の温度分布を得た。また、 λを使用して 0.5 mm 厚い水の層内の温度分布を測定した 1412 nm15,17を =。
イメージング法 NIR ベース温度の利点は簡単にセットアップおよび透過吸収測定法で、ない蛍光、蛍光体、または他のサーマル プローブを必要があるために、実装します。さらに、その温度分解能は 0.2 K15,17,19未満です。このような良い温度分解能は、干渉法による、熱と物質移動研究22,23,24でよく使用されている伝送方式は他では達成できません。我々 は、しかし、イメージング法 NIR ベースの温度は適していませんかなりローカル温度変化の場合、支配的な19光の偏向によって引き起こされるので大きな温度勾配になります注意してください。この問題は、この稿では実用面で呼ばれます。
この稿では実験装置と誘導; を介して加熱小さな磁性球の NIR ベース温度イメージング技術の手順また、それは 2 つの代表的な 2 D の吸光度の画像の結果を示します。Λでキャプチャ 10.0 mm 厚さの水層に直径 2.0 mm の鋼球の 1 つのイメージは 1150 nm を =。2 番目の画像はλでキャプチャ 2.0 mm 厚マルトース シロップ層に直径 0.5 mm の鋼球 = 1412 nm。また述べる計算法と温度の三次元 (3 D) の半径方向分布の結果逆アベル変換 (IAT) を吸光度 2 D 画像に適用することによって。IAT は、3次元温度分布が球対称加熱球 (図 2)19の場合のようにすると見なされますときに有効です。IAT 計算のためマルチ ガウス関数をフィッティング法を採用、ここで解析的25,26,27,28,29 ガウス関数の Iat を取得することができますのでとデータを単調減少にもフィットこれは、単一の熱源からの熱伝導を用いた実験が含まれています。

<table><tbody><tr><td>Induction heating system</td><td>CEIA, Italy</td><td>SPW900/56</td><td>780 kHz, 5.6 kW (max).</td></tr><tr><td>Coil</td><td>SA-Japan</td><td>custom</td><td>Water-cooled copper tube; two-turn; outer dia. 28 mm.</td></tr><tr><td>Water chiller</td><td>Matsumoto Kikai, Japan</td><td>MP-401CT</td><td></td></tr><tr><td>Halogen lamp</td><td>Hayashi Watch-Works, Japan</td><td>LA-150UE-A</td><td></td></tr><tr><td>Narrow bandpass filter for &amp;lambda; = 1150 nm</td><td>Andover</td><td>115FS10-25</td><td>Full width at half-maximum (FWHM): 10 nm.</td></tr><tr><td>Narrow bandpass filter for &amp;lambda; = 1412 nm</td><td>Andover</td><td>semi-custom</td><td>Full width at half-maximum (FWHM): 10 nm.</td></tr><tr><td>Bandpass filter for &amp;lambda; = 850&amp;minus;1300 nm</td><td>Spectrogon</td><td>SP-1300</td><td></td></tr><tr><td>Bandpass filter for &amp;lambda; = 1100&amp;minus;2000 nm</td><td>Spectrogon</td><td>SP-2000</td><td></td></tr><tr><td>NIR camera</td><td>FLIR Systems</td><td>Alpha NIR</td><td>InGaAs</td></tr><tr><td>Image acquisition software</td><td>FLIR Systems</td><td>IRvista</td><td></td></tr><tr><td>Image processing software</td><td>NIH</td><td>ImageJ</td><td>ver. 1.51r</td></tr><tr><td>Image processing software</td><td>MathWorks</td><td>Matlab</td><td>ver. 2016a</td></tr><tr><td>Telecentric lens</td><td>Edmond Optics</td><td>55350-L</td><td>X1</td></tr><tr><td>Steel sphere (0.5 mm dia.)</td><td>Kobe Steel, Japan</td><td></td><td>Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %)</td></tr><tr><td>Steel sphere (2.0 mm dia.)</td><td>Kobe Steel, Japan</td><td></td><td>Fe-1.5Cr-1.0C-0.4Mn (wt %)</td></tr><tr><td>Maltose syrup as aqueous gel</td><td>Sonton, Japan</td><td>Mizuame</td><td>Food product</td></tr></tbody></table>

near-infrared temperature measurement technique for water surrounding an induction-heated small magnetic sphere

水と周囲の電磁誘導加熱の小さな磁性球非濁った水溶液の温度を測定する手法である. します。この手法は、1150 と 1412 nm、水の吸収係数は温度に依存する波長を利用しています。水または 2.0 mm または 0.5 mm 径の磁気球を含む非混濁水系ゲル 1150 nm または選択した狭いバンドパス フィルターを使用した場合と、1412 の nm の入射光を照射します。さらに、吸収係数の横突起である吸光度の二次元画像は、近赤外カメラを介して取得されます。三次元温度分布は、球対称であると仮定することができるときに、吸光度プロファイルに逆アベルに変換を適用することによって推定します。温度は時間と誘導加熱電源によると一貫して変更する観察されました。

Δ の画像Aは私(x, z) でλ = 水で直径 2.0 mm の鋼球の 1150 nm、 λ = 1412 nm マルトース シロップで直径 0.5 mm の鋼球と図 5を示して、図 6をそれぞれ。両方のケースで、球はその中心軸に沿ってコイルの最下部より下に位置する 12 mm だった図 5</strong...

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Near-Infrared Temperature Measurement Technique for Water Surrounding an Induction-heated Small Magnetic Sphere

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の温度を測定する 1150 と 1412 nm の波長を利用した手法である. します。

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

A technique to measure the temperature of water and non-turbid aqueous media surrounding an induction-heated small magnetic sphere is presented. This ...

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Method for Simultaneous fMRI/EEG Data Collection during a Focused Attention Suggestion for Differential Thermal Sensation

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density 256-channel sensor net. The EEG amplifier itself is contained in a field isolation containment system (FICS), and MRI clock signals are synchronized with EEG data collection for subsequent MR artifact characterization and removal. We demonstrate this method first for resting state data collection. Thereafter, we demonstrate a protocol for EEG/fMRI data recording, while subjects listen to a tape asking them to visualize that their left hand is immersed in a cold-water bath and referred to, here, as the cold glove paradigm. Thermal differentials between each hand are measured throughout EEG/fMRI data collection using an MR compatible temperature sensor that we developed for this purpose. We collect cold glove EEG/fMRI data along with simultaneous differential hand temperature measurements both before and after hypnotic induction. Between pre and post sessions, single modality EEG data are collected during the hypnotic induction and depth assessment process. Our representative results demonstrate that significant changes in the EEG power spectrum can be measured during hypnotic induction, and that hand temperature changes during the cold glove paradigm can be detected rapidly using our MR compatible differential thermometry device.

We present a protocol for concurrent collection of EEG/fMRI data, and synchronized MR clock signal recording. We demonstrate this method using a unique paradigm whereby subjects receive &#x2018;cold glove&#x2019; instructions during scanning, and EEG/fMRI data are recorded along with hand temperature measurements both before and after hypnotic induction.

差動熱感覚に対する注目の注意提案時における同時fMRI/EEGデータ収集の方法

In the present work, we demonstrate a method for concurrent collection of EEG/fMRI data. In our setup, EEG data are collected using a high-density ...

行動学

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

液体金属電極中の超音波速度計測

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

工学

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient optical micro-imaging technique which can be used to map and quantify such behavior. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has a 612 nm luminescence line whose activation efficiency drops strongly with increasing temperature, due to T-dependent interactions between the Eu3+ ion and the organic chelating compound. This material may be readily coated on to a sample surface by thermal sublimation in vacuum. When the coating is excited with ultraviolet light (337 nm) an optical micro-image of the 612 nm luminescent response can be converted directly into a map of the sample surface temperature. This technique offers spatial resolution limited only by the microscope optics (about 1 micron) and time resolution limited by the speed of the camera employed. It offers the additional advantages of only requiring comparatively simple and non-specialized equipment, and giving a quantitative probe of sample temperature.

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has an optical luminescence line at 612 nm, whose activation efficiency decreases strongly with temperature. If a sample coated with a thin film of this material is micro-imaged, the 612 nm luminescent response intensity may be converted into a direct map of sample surface temperature.

ユーロピウムキレート発光塗料を用いた高解像度サーマルマイクロイメージング

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

定量のガスを検知用アップコン バージョン検知赤外線縮退四光波混合

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. Currently, the surface temperature of objects processed in conveyor belt furnaces is typically measured via thermocouples. However, infrared (IR) thermography presents multiple advantages compared to thermocouple measurements, as it is a contactless, real-time, and spatially resolved method. Here, as a representative proof-of-concept example, an inline thermography system is successfully installed into an IR lamp powered solar firing furnace, which is used for the contact firing process of industrial Si solar cells. This protocol describes how to install an IR camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and perform the evaluation of spatial surface temperature distribution on a target object.

This protocol describes how to install an infrared camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and evaluate the spatial surface temperature distribution of an object of interest. The example objects are industrial silicon solar cells.

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps compared to standard metallographic sample preparation procedures. The paper proposes a novel bespoke rig for dynamic domain imaging with in situ BH (magnetic hysteresis) measurements and elaborates the protocols for the sensor preparation and the use of the rig to ensure accurate BH measurement. The protocols for static and ordinary dynamic domain imaging (without in situ BH measurements) are also presented. The reported method takes advantage of the convenience and high sensitivity of the traditional Bitter method and enables in situ BH measurement without interrupting or interfering with the domain wall movement processes. This facilitates establishing a direct and quantitative link between the domain wall movement processes&#8211;microstructural feature interactions in ferritic steels with their BH loops. This method is anticipated to become a useful tool for the fundamental study of microstructure&#8211;magnetic property relationships in steels and to help interpret the electromagnetic sensor signals for non-destructive evaluation of steel microstructures.

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample and sensor preparation procedures and the protocols for using the test rig particularly for dynamic domain imaging with in situ BH measurements in order to achieve optimal domain pattern quality and accurate BH measurements.

最適化されたセットアップおよびヒステリシス測定場の磁区イメージングのためのプロトコル

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

生物工学

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has been challenged. Here, we fabricate iron oxide nanoparticle shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform. Iron oxide nanoparticles serve as both magnetic and photothermal agents. Once intravenously injected, NSMs can be magnetically guided to the tumor site. Ultrasound triggers the release of iron oxide nanoparticles, facilitating the penetration of nanoparticles deep into the tumor due to the cavitation effect of microbubbles. Thereafter, magnetic hyperthermia and photothermal therapy can be performed on the tumor for combinational cancer therapy, a solution for cancer resistance due to the tumor heterogeneity. In this protocol, the synthesis and characterization of NSMs including structural, chemical, magnetic and acoustic properties were performed. In addition, the anti-cancer efficacy by thermal therapy was investigated using in vitro cell cultures. The proposed delivery strategy and combination therapy holds great promise in cancer treatment to improve both delivery and anticancer efficacies.

Presented here is a protocol for the fabrication of iron oxide nanoparticle-shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform for magnetic hyperthermia and photothermal combination cancer therapy.

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

要約

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差動熱感覚に対する注目の注意提案時における同時fMRI/EEGデータ収集の方法

液体金属電極中の超音波速度計測

分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

ユーロピウムキレート発光塗料を用いた高解像度サーマルマイクロイメージング

管内の単相およびフローローカル瞬時対流熱伝達の測定

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

定量のガスを検知用アップコンバージョン検知赤外線縮退四光波混合

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

最適化されたセットアップおよびヒステリシス測定場の磁区イメージングのためのプロトコル

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

誘導加熱の小さな磁気圏を取り巻く水の近赤外温度計測

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分析マイクロ流体デバイスの熱測定技術

ユーロピウムキレート発光塗料を用いた高解像度サーマルマイクロイメージング

管内の単相およびフロー ローカル瞬時対流熱伝達の測定

連結を解くコリオリの力と全視野熱回転浮力の影響回転チャネルのプロパティを転送します。

定量のガスを検知用アップコン バージョン検知赤外線縮退四光波混合

インライン赤外線サーモグラフィーによるコンベアベルト炉におけるその後の表面温度測定

最適化されたセットアップおよびヒステリシス測定場の磁区イメージングのためのプロトコル

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

管内の単相およびフローローカル瞬時対流熱伝達の測定

定量のガスを検知用アップコンバージョン検知赤外線縮退四光波混合