Traitement en cours

Veuillez attendre...

Paramétrages

Paramétrages

Aller à Demande

1. WO2020110438 - DISPOSITIF DE DÉTECTION ET SYSTÈME DE DÉTECTION

Document

明 細 書

発明の名称 センシング装置およびセンシングシステム

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106  

産業上の利用可能性

0107  

符号の説明

0108  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11A   11B   11C   11D   12A   12B   13   14   15   16   17   18   19   20   21  

明 細 書

発明の名称 : センシング装置およびセンシングシステム

技術分野

[0001]
 本発明は、センシング装置およびセンシングシステムに関する。

背景技術

[0002]
 牡蠣は殻付きの状態で出荷されている。出荷される牡蠣には、図1に示すように中身が詰まった良品と、図2に示すように成長が遅く水の割合が多い水牡蠣と呼ばれる不良品が含まれている。牡蠣の良否は、殻を開けてみないと判別できない。牡蠣は殻付きの状態で出荷されるため、出荷の段階で牡蠣の中身を判別することはできない。
[0003]
 そこで、出荷される牡蠣に不良品が含まれる場合であっても、良品の牡蠣の出荷量を確保するため、牡蠣を余分に出荷する必要があるという現状がある。
[0004]
 牡蠣を判別する装置ではないが、被検体が振動された場合における振幅特性から、被検体の粘性値および弾性値を測定する装置が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。
[0005]
 また、被検体が振動された場合における振動変化信号により被検体の状態(固体状態や液体状態など)を判別する装置が開示されている(例えば、特許文献2を参照)。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 特開2010-19694号公報
特許文献2 : 特開平7-159356号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 ところで、例えば、被検体としての水牡蠣(不良品)の中身の状態によっては、水牡蠣と牡蠣(良品)との間で、上記特許文献1における振幅特性の差異や、上記特許文献2における振動変化信号の差異が現れにくい場合があり、被検体の判別精度が低下するおそれがあるという問題がある。
[0008]
 本発明の目的は、被検体の判別精度を上げることが可能なセンシング装置およびセンシングシステムを提供することである。

課題を解決するための手段

[0009]
 上記の目的を達成するため、本発明におけるセンシング装置は、
 軸回りの回動方向への往復振動が可能にされた本体と、前記本体において前記軸から遠心方向へ離間する位置に設けられ、被検体が固定される固定部と、を有する回動部材と、
 前記回動部材を相異なる複数の振動周波数で前記回動方向へ往復振動させるよう、前記回動部材を駆動するアクチュエータと、
 前記往復振動により発生する前記回動部材の回動方向の加速度を測定する測定部と、
 を備える。
[0010]
 本発明におけるセンシングシステムは、
 上記センシング装置と、
 測定された前記加速度に基づいて前記回動部材の前記往復振動を解析することにより、前記被検体の状態を判別する判別部と、
 を有する。

発明の効果

[0011]
 本発明によれば、被検体の判別精度を上げることができる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 牡蠣(良品)を示す図である。
[図2] 水牡蠣(不良品)を示す図である。
[図3] 回転体に遠心力が作用することを示す図である。
[図4] 牡蠣に作用する遠心力と牡蠣の水の偏りとの関係を示す図である。
[図5] 本発明の実施の形態におけるセンシング装置を概念的に示す正面図である。
[図6] 本発明の実施の形態におけるセンシング装置の分解斜視図である。
[図7] 本発明の実施の形態におけるアクチュエータを概念的に示す正面図である。
[図8] 本発明の実施の形態におけるアクチュエータを概念的に示す平面図である。
[図9] 本発明の実施の形態におけるアクチュエータの分解斜視図である。
[図10] 本発明の実施の形態におけるアクチュエータの斜視図である。
[図11A] マグネットの切替位置に対向するS極の極歯を示す図である。
[図11B] マグネットの磁極面Sに対向するS極の極歯を示す図である。
[図11C] マグネットの切替位置に対向するN極の極歯を示す図である。
[図11D] マグネットの磁極面Nに対向するN極の極歯を示す図である。
[図12A] パルス波の交流を示す図である。
[図12B] 正弦波の交流を示す図である。
[図13] 試料に遠心力が作用する場合における周波数特性を示す図である。
[図14] 水平面に対して傾けられて固定された試料を示す図である。
[図15] 試料に遠心力が作用する場合における周波数特性を示す図である。
[図16] 試料を往復振動させてから、アクチュエータの駆動停止後の減衰によるG値の変化を示す図である。
[図17] 図16の部分拡大図である。
[図18] 減衰によるG値の特性を示す図である。
[図19] 減衰によるG値の特性を示す図である。
[図20] 往復振動によるG値の特性を取得する方法の一例を示すフローチャートである。
[図21] 減衰によるG値の特性を取得する方法の一例を示すフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図3は、回転体に遠心力が作用することを示す図である。図4は、遠心力が作用する牡蠣と牡蠣の水の偏りとの関係を示す図である。以下、被検体の一例として牡蠣を挙げて説明する。以下の説明において、水は、海水を含む場合がある。
[0014]
 水牡蠣(不良品)と牡蠣(良品)とを殻を開けずに判別する方法としては、牡蠣を水の偏りで判別する方法と、牡蠣を水の動きで判別する方法がある。
[0015]
 水牡蠣の場合、図4に示すように、遠心力による水の偏りが生じる。一方、牡蠣(良品)の場合、中身が詰まっているため、遠心力による水の偏りが生じない。つまり、遠心力により水の偏りが生じる水牡蠣を被検体とした場合の振動特性(例えば、振動周波数の変更に対する応答)と水の偏りが生じない牡蠣を被検体とした場合の振動特性とを比較することで、牡蠣の判別が可能となる。
[0016]
 また、不良品の牡蠣と良品の牡蠣では、往復振動により水の動きが異なるため、往復振動による立ち上がり特性、または、減衰による立ち下がりの特性を比較することで、牡蠣の判別が可能となる。
[0017]
 そこで、本発明の実施の形態では、牡蠣に遠心力が作用する場合における振動特性を測定する。また、牡蠣を往復振動させて立ち上がり特性を測定する。または、牡蠣を往復振動させた後の減衰による立ち下がり特性を測定する。
[0018]
 図5は、本発明の実施の形態におけるセンシング装置1を概念的に示す正面図である。図6は、本発明の実施の形態におけるセンシング装置1の分解斜視図である。なお、図5には、X軸およびY軸が描かれている。以下の説明では、図5における上下方向を、軸方向又はX方向をいい、上方向を上側又は「+X方向」、下方向を下側又は「-X方向」といいう。図5における左右方向を、半径方向又はY方向といい、左方向を遠心方向又は「+Y方向」、右方向を中心方向又は「-Y方向」という。図5における軸回りの回動方向の双方を、正逆方向といい、右回りの一方向を、正転方向、時計回り方向または「CW1方向」、左回りの一方向を、逆転方向、反時計回り方向又は「CW2方向」という。
[0019]
 センシング装置1は、図5および図6に示すように、支持台2と、回動部材3と、加速度センサー4(本発明の「測定部」に対応する)と、アクチュエータ100と、制御部200と、を備えている。
[0020]
 支持台2は、天板2aを有している。天板2aには、アクチュエータ100の固定体110(後述する)が固定されている。
[0021]
 図7は、アクチュエータ100を概念的に示す正面図である。図8は、アクチュエータ100を概念的に示す平面図である。図9は、アクチュエータ100の分解斜視図である。図10は、アクチュエータ100の斜視図である。
[0022]
 アクチュエータ100は、図6から図10に示すように、固定体110と、可動体120と、バネ材150と、を備えている。
[0023]
 固定体110は、図9に示すように、ベースプレート111と、交流入力部112と、軸受113と、コイル部114と、上下ヨーク115,116とを有している。
[0024]
 ベースプレート111は、上方向(+X方向)に突出した中空の筒状部1111を有する。筒状部1111は、筒部本体1111aと、筒部本体1111aより外径が大きい台座部1111bとを有する。筒状部1111の上面は、固定体110の上面を構成する。
[0025]
 交流入力部112は、コイル部114を外部端子へ接続する。
[0026]
 軸受113は、ベースプレート111の下面側から筒状部1111に圧入される。軸受113の基端部は、軸受113が筒状部1111へ圧力される時に、台座部1111bの下面側に係合する。軸受113は、磁性体である。
[0027]
 コイル部114は、ボビン114aおよびコイル114bを有する。ボビン114aにはコイル114bが巻回される。ボビン114aの軸は、回転軸122およびコイル114bの軸と同一軸心である。
[0028]
 コイル114bには、交流入力部112を介して交流供給部(不図示)から交流電源(交流電圧)が供給される。
[0029]
 上下ヨーク115,116は、コイル部114を軸方向から挟み込むように互いに非接触で配置される。上下ヨーク115,116は、磁性体である。上下ヨーク115,116は、円環状の本体板部115a,116aおよび複数の極歯115b,116bを有する。極歯115b,116bの極数は、マグネット123の磁極数と等しい。上下ヨーク115,116は、コイル部114へ入力される交流波により磁化され、磁気吸引力・磁気反発力を発生させる。
[0030]
 本体板部115a,116aの中央部には、開口部を囲むように筒状のコア内周部115c,116cが形成されている。コア内周部115cは、極歯115bと同方向(下方向)に突出して形成される。コア内周部116cは、極歯116bと同方向(上方向)に突出して形成される。
[0031]
 複数の極歯115b,116bは、本体板部115a,116aの外周縁から垂直方向にそれぞれ延在し、櫛歯状になっている。複数の極歯115b,116bは、コイル部114の外周面を囲むように周方向に互い違いに配置される。
[0032]
 上ヨーク115のコア内周部115cは、コイル部114のボビン114aの開口に上側から挿入される。複数の極歯115bはコイル部114の外周面に沿って櫛歯状に位置する。
[0033]
 下ヨーク116のコア内周部116cは、コイル部114のボビン114aの開口に下側から挿入される。複数の極歯116bは、コイル部114の外周面に沿って櫛歯状に位置する。各極歯116bは、周方向に隣接する極歯115bの間に一様に配置される。
[0034]
 コア内周部115c,116cは、コイル部114の内部で当接するように配置される。これにより、ボビン114aと回転軸122との間には、軸受113,筒状部1111に加えてコア内周部115c,116cが介在している。コア内周部115c,116cおよび筒状部1111は、磁路を形成する。
[0035]
 以上の構成により、コイル114bに交流電流が供給された場合、極歯115b,116bは互いに異なる極性で励磁される。極歯115bの極性は、コイル部114に順方向と逆方向の電流が供給されることで、交互に変更する。また、極歯116bの極性は、コイル部114に順方向と逆方向の電流が供給されることで、交互に変更する。
[0036]
 可動体120は、回転軸122と、マグネット123と、ローターカバー部124とを備える。
[0037]
 回転軸122は、軸受113に挿入されている。回転軸122は、軸受113により回転自在に軸支される。回転軸122は、非磁性体であることが好ましい。回転軸122は、ベースプレート111に形成された筒状部1111の軸穴を挿通している。回転軸122の先端部122aは、キー部122cが設けられている。回転軸122の基端部122bは、ベースプレート111の下面側に延在する。
[0038]
 ローターカバー部124と回転軸122とは、溶接により固定される。ローターカバー部124の内周面には、マグネット123が固着される。
[0039]
 マグネット123は、複数の極歯115b,116bに対向して、所定間隔をあけて配置されている。マグネット123は、円筒形状に形成されている。マグネット123は、多極(ここでは、16極)が円周方向に交互に着磁されている。マグネット123は、極歯115b,116bに対応する周面に円周方向に沿って、N極、S極、N極、S極、N極、…と交互に異なる曲線の磁極面を有するように着磁されている。マグネット123は、ローターカバー部124を介して回転軸122に固定される。
[0040]
 図11Aから図11Dは、マグネット123および極歯115b,116bの一部を概略的に示す図である。図11Aから図11Dに、周方向に配置されるマグネット123および極歯115b,116bを直線方向に展開して示す。また、図11Aから図11Dにおいて、回転軸122を中心として半径方向に位置するマグネット123および極歯115b,116bのうちのマグネット123を上段に示し、極歯115b,116bを下段に示す。
 マグネット123におけるN磁極面(着磁面N)とS磁極面(着磁面S)とが切り替わる切替位置(図11Aから図11Dに破線で示す位置)は、極歯115b,116bの周方向の中心位置とは、半径方向で同一直線上に重なる。以下、この切替位置を「中心位置」とする。
[0041]
 バネ材150は、可動体120を固定体110に対して弾性支持する。ここでは、バネ材150として、ねじりコイルばねが適用される。ねじりコイルばねの内部には、回転軸122が回動自在に挿入されている。ねじりコイルばねの軸上には、回転軸122が位置している。回転軸122の軸心は、ねじりコイルばねのねじり方向の中心軸と一致することが好ましい。
[0042]
 ねじりコイルばねの一端部152は、軸固定部品162を介して回転軸122の基端部122bに固定される。ねじりコイルばねの他端部154は、ベース固定部164を介してベースプレート111に固定される。
[0043]
 バネ材150は、マグネット123における切替位置が極歯115b,116bの周方向の中心位置に位置するように位置決めしている。バネ材150は、マグネット123の回動方向に対して一定のばね定数を有する。これにより、可動体120は、バネ材150により中心位置(切替位置)に付勢される。
[0044]
 次に、アクチュエータ100の具体的な動作について図11Aから図11D、図12A、および、図12Bを参照して説明する。なお、図11Aから図11Dに、正転方向(CW1方向)を左方向の矢印で示し、逆転方向(CW2方向)を右方向の矢印で示す。図12A及び図12Bに、交流入力部112を介してコイル114bに流れる交流を示す。
[0045]
 コイル114bに流れる交流は、図12Aに示すように周波数f0のパルス波でもよく、図12Bに示す周波数f0の正弦波でもよい。図12A及び図12Bに示すように、時点t1でコイル114bに順方向の電流が供給される。時点t3でコイル114bに逆方向の電流が供給される。
[0046]
 コイル部114に電流が流れない状態においては、図11Aに示すように、マグネット123における切替位置は、極歯115b又は極歯116bの周方向の中心位置に位置している。
[0047]
 上記の状態から、コイル114bに例えば順方向の電流が供給された場合(時点t1)、上ヨーク115の極歯115bは励磁されて極性(例えばS極)を有し、下ヨーク116の極歯116bは励磁されて極性(例えばN極)を有する。これにより、マグネット123におけるN磁極面は、S極である極歯115bに吸引され、N極である極歯116bと反発する。また、マグネット123におけるS磁極面は、N極である極歯116bに吸引され、S極である極歯116bと反発する。その結果、マグネット123の内周全面で、正転方向(図11Aにおける左方向)のトルクが発生し、マグネット123は、正転する。
[0048]
 図11Bに示すように、左方向に回動したマグネット123におけるN磁極面は、N極である極歯116bと反発する。また、図11Bに示すように、マグネット123におけるS磁極面は、S極である極歯115bと反発する。その結果、マグネット123の内周全面で、逆転方向(図11Bにおける右方向)のトルクが発生し、マグネット123は、逆転する。また、マグネット123は、バネ材150の復元力により中心位置への付勢力が作用する。
[0049]
 図11Cに示すように、右方向に回動したマグネット123における切替位置が、極歯115b,116bの周方向の中心位置に位置した場合、コイル114bに順方向とは逆方向の電流が供給される(時点t3)。これにより、上ヨーク115の極歯115bは励磁されて極性(例えばN極)を有し、下ヨーク116の極歯116bは励磁されて極性(例えばS極)を有する。これにより、マグネット123におけるN磁極面は、S極である極歯116bに吸引され、N極である極歯115bと反発する。また、マグネット123におけるS磁極面は、N極である極歯115bに吸引され、S極である極歯115bと反発する。その結果、マグネット123の内周全面で、逆転方向(図11Cにおける右方向)のトルクが発生し、マグネット123は、逆転する。
[0050]
 図11Dに示すように、右方向に回動したマグネット123におけるN磁極面は、N極である極歯115bと反発する。また、図11Dに示すように、マグネット123におけるS磁極面は、S極である極歯116bと反発する。その結果、マグネット123の内周全面で、正転方向(図11Dにおける左方向)のトルクが発生し、マグネット123は、正転する。また、マグネット123は、バネ材150の復元力により中心位置への付勢力が作用する。これにより、左方向に回動したマグネット123は、図11Aに示す位置に戻り、コイル114bには、順方向の電流が供給される(時点t5)。
[0051]
 以上により、コイル114bに順方向、逆方向に交互に供給されることにより、マグネット123(可動体120)は、回動方向に中心位置を中心に所定の角度範囲(例えば、図8に示す振動角度約10度)内で往復振動を繰り返す。なお、時点t1から時点t5までの時間Tが振動周期[s]となる。(1/T)が振動周波数[Hz]となる。
[0052]
 本実施の形態のアクチュエータ100は、下記式(1)で示す運動方程式および下記式(2)で示す回路方程式に基づいて駆動する。
[0053]
[数1]


J:慣性モーメント[kgm
d(t):角度[rad]
:トルク定数[Nm/A]
i(t):電流[A]
sp:バネ定数[Nm/rad]
D:減衰係数[Nm/(rad/s)]
load:負荷トルク[Nm]
[0054]
[数2]


e(t):電圧[V]
R:抵抗[Ω]
L:インダクタンス[H]
:逆起電力定数[V/(rad/s)]
[0055]
 すなわち、回転ユニット3A(回動部材3、被検体S1および可動体120)の慣性モーメントJ[kgm ]、回転角度θ(t)[rad]、トルク定数K [Nm/A]、電流i(t)[A]、バネ定数K sp[Nm/rad]、減衰係数D[Nm/(rad/s)]、負荷トルクT load[Nm]等は、式(1)を満たす範囲内で適宜変更できる。また、電圧e(t)[V]、抵抗R[Ω]、インダクタンスL[H]、逆起電力定数K [V/(rad/s)]は、式(2)を満たす範囲内で適宜変更できる。
[0056]
 次に、回動部材3について図6、図9および図10を参照して説明する。
[0057]
 回動部材3は、長尺板部31(本発明の「本体」に対応する)と、サンプル固定台32(本発明の「固定部」に対応する)とを有する。長尺板部31の長尺方向一端部31aには、キー溝穴31cが設けられている。キー溝穴31cには、回転軸122の先端部122aに設けられたキー部122cが嵌め込まれている。
[0058]
 サンプル固定台32は、長尺板部31の長手方向他端部31bにネジ止めされる。サンプル固定台32は、被検体を固定する。図8に、サンプル固定台32および被検体S1の各位置を示す。
[0059]
 回動部材3および被検体は、キー部122cがキー溝穴31cに嵌め込まれることにより、可動体120と一体的に回動可能となる。以下の説明において、一体的に回動する回動部材3、被検体S1および可動体120を、回転ユニット3A(図6を参照)と総称する。
[0060]
 加速度センサー4は、回動部材3の長手方向における所定の位置に設けられている。所定の位置は、長手方向において、回転軸122およびサンプル固定台32(それに固定される被検体)のいずれとも異なる位置である。また、所定の位置は、回動方向においてサンプル固定台32と同じ位置である。加速度センサー4は、回動部材3の回動方向の加速度を測定する。加速度センサー4は、ピエゾ抵抗型であり、重錘体がビームで支持された構造を有する。ビームは、回動方向に延在し、検出素子である4つのピエゾ抵抗素子を備える。ピエゾ抵抗素子は、加えられたひずみによってその抵抗値が変化する性質(ピエゾ抵抗効果)を有している。抵抗値は、引っ張り歪みの場合、増加し、圧縮歪みの場合減少する。4つのピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化は、ホイートストンブリッジの出力電圧として検出される。
[0061]
 本実施の形態では、加速度センサー4としてピエゾ抵抗型を一例に挙げたが、本発明はこれに限らず、ひずみを電圧に変換するひずみゲージ型でもよく、また、可動部の変位に伴って変化する静電容量を測定する静電容量型でもよい。
[0062]
 制御部200は、振動特性のセンシングを実行する機能を有する。具体的には、制御部200は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力部、および、出力部を備える。ROMは、制御プログラムを記憶する。CPUは、ROMに記憶された制御プログラムをRAMに展開することにより振動特性のセンシングを実行する。
[0063]
<試料に遠心力が作用する場合における周波数特性の測定>
 次に、上記の構成を有するセンシング装置1を用いて、試料に遠心力が作用する場合における周波数特性を測定する場合の一例について図13を参照して説明する。図13は、試料(固体、水)に遠心力が作用する場合における周波数特性を示す図である。図13において横軸に振動周波数を示し、縦軸にG値を示す。ここで、G値とは、加速度センサー4により測定される回動方向の加速度(grains per pound :Gpp)をいう。試料(固体)は、容器に氷が入れられたものである。試料(水)は、容器に水が入れられたものである。
[0064]
 各試料(固体、水)は、センシング装置1の回動部材3のサンプル固定台32に固定される。なお、試料(水)の容器は、例えば、図5に示すように水平面に対して平行に固定される。なお、各試料(固体、水)の重心および重量は、共に同じである。なお、以下に、G値の特性を測定する場合について、複数の例を挙げて説明するが、試料の固定、試料の重心および重量については、同一であるため、その説明を省略する。
[0065]
 周波数特性を測定する際には、振動周波数毎にG値を測定する。例えば、1Hz刻みで測定を行う。G値の測定時には一定時間同じ振動周波数でG値を取得する。
[0066]
 図13に示すG値の測定結果から、試料(固体)の共振周波数は、約45[Hz]となる。また、試料(水)の共振周波数は、約42[Hz]となる。
[0067]
 以下に、試料(水)の共振周波数が試料(固体)の共振周波数より低くなる理由について説明する。
[0068]
 回転ユニット3Aの慣性モーメントJ、ねじり方向のバネ定数Kspとした場合、回転ユニット3Aは、下記の式(3)によって、算出される共振周波数fr[Hz]で往復振動する。
[0069]
[数3]


:共振周波数[Hz]
[0070]
 遠心力が試料(水)に作用した場合、水は遠心方向(+Y方向)に偏るため、回転ユニット3Aの慣性モーメントJが大きくなる。一方、遠心力が試料(固体)に作用した場合、氷は遠心方向に偏らないため、回転ユニット3Aの慣性モーメントJは変化しない。そのため、試料(水)の共振周波数が試料(固体)の共振周波数より低くなる。
[0071]
 以上、試料(固体、水)についての測定結果を説明したが、水牡蠣の場合、図4に示すように、遠心力による水の偏りが生じる。一方、牡蠣(良品)の場合、中身が詰まっているため、遠心力による水の偏りが生じない。つまり、牡蠣について上記の試料(固体、水)と同様の測定を行った場合、水牡蠣(不良品)の共振周波数が牡蠣(良品)の共振周波数より低くなる。そこで、共振周波数が所定数値以上である場合、良品とし、共振周波数が所定数値未満である場合、水牡蠣(不良品)として、牡蠣を判別することが可能となる。なお、所定数値は、実験結果やシミュレーションにより求めることが可能である。
[0072]
 次に、上記の構成を有するセンシング装置1を用いて、遠心力が作用する試料の周波数特性を測定する場合の他の例について図14および図15を参照して説明する。なお、図5に示す上記実施の形態では、試料(固体、水)の容器は、水平面に対して平行に固定されるが、ここでは、サンプル固定台32の載置面が回転軸122に対して遠い位置から近い位置へ向かって下降するように傾斜する。これによって、水平面に対して回転軸122の軸心側に傾けられて固定される。
[0073]
 図14は、容器が水平面に対して傾けられて固定された試料(固体、水)(被検体S1)を示す図である。ここでも、上記実施の形態と同様に、周波数特性を測定する際には、振動周波数毎にG値を測定する。例えば、1Hz刻みで測定を行う。G値の測定時には一定時間同じ振動周波数でG値を取得する。
[0074]
 図15は、試料(固体、水)に遠心力が作用する場合における周波数特性を示す図である。図15において横軸に振動周波数を示し、縦軸にG値を示す。
[0075]
 図15に示すG値の測定結果から、試料(水)の水に作用する遠心力が水に作用する重力より小さい場合、試料(水)のG値は、試料(固体)のG値とほぼ同じとなる。遠心力が増大して、試料(水)の水に作用する遠心力が水に作用する重力より大きくなった場合、試料(水)の水は遠心方向に偏るため、試料(固体)の共振周波数が約45[Hz]であるのに対し、試料(水)の共振周波数は、約42[Hz]となる。試料(水)の共振周波数が試料(固体)の共振周波数より低くなる理由は、上記実施の形態と同様に、遠心力により水が遠心方向に偏るのに対して、氷が遠心方向に偏らないためである。
 また、図15に示すG値の測定結果から、試料(水)のG値は、共振周波数を超えた辺りから下降し始め、振動周波数が約55[Hz]になると、急激に上昇して、試料(固体)のG値とほぼ同じとなる。その後、試料(固体)のG値とほぼ同じように下降する。試料(水)のG値が急激に上昇する理由は、振動周波数が約55[Hz]になると、遠心力が減少して、水に作用する遠心力が水に作用する重力より小さくなり、水が偏る前の状態に戻るためである。なお、試料(固体)の場合、試料(水)のようなG値の急激な上昇はない。
[0076]
 以上、試料(固体、水)についての測定結果を説明したが、水牡蠣の場合、試料(水)と同様に、水に作用する遠心力が水に作用する重力より小さくなると、水が偏る前の状態に戻るため、G値の値が急激に上昇する。これに対し、牡蠣(良品)の場合、水牡蠣のようなG値の急激な上昇はない。そこで、共振周波数より高い振動周波数の領域において、G値の急激な上昇があるか否かを測定することで、牡蠣を判別することが可能となる。
[0077]
<減衰によるG値の立ち下がり特性の測定>
 次に、上記の構成を有するセンシング装置1を用いて、減衰によるG値の立ち下がり特性を測定する場合の一例について図16および図17を参照して説明する。図16は、試料(水、氷、卵白)を振動させた後の減衰によるG値の変化を示す図である。図17は、図16の部分拡大図である。図16および図17において横軸に時間[sec]を示し、縦軸にG値を示す。試料(氷)は、容器に氷が入れられたものである。
[0078]
 測定を行う振動周波数は、任意の周波数とする。ここでは、一例として共振周波数を挙げて説明する。試料を一定時間往復振動させるようにアクチュエータ100が回動部材3を駆動(コイル部114への通電)して、アクチュエータ100の駆動停止後にG値の立ち下がり特性を測定する。
[0079]
 図16および図17に示すG値の立ち下がり特性の測定結果からわかるように、収束の速さ(アクチュエータ100の駆動停止からG値が所定値未満になるまでの時間)において、試料(水、卵白)の方が試料(氷)より早い。同様な現象は、水牡蠣および牡蠣(良品)についても言える。つまり、水牡蠣の方が牡蠣(良品)より早く収束する。そこで、収束の速さを測定することで、牡蠣を判別することが可能となる。
[0080]
 次に、上記の構成を有するセンシング装置1を用いて、減衰によるG値の立ち下がり特性を測定する場合の他の例について図18を参照して説明する。図18は、減衰によるG値の特性を示す図である。図18において横軸に時間を示し、縦軸にG値を示す。試料(固体)は、容器に例えば氷が入れられたものである。試料(液体)は、容器に例えば水が入れられたものである。
[0081]
 測定を行う振動周波数は、任意の周波数とする。ここでは、一例として共振周波数を挙げて説明する。
[0082]
 試料を共振周波数で一定時間往復振動させるようにアクチュエータ100が回動部材3を駆動(コイル部114への通電)して、アクチュエータ100の駆動停止後に減衰によるG値の特性(立ち下がり周期、収束の速さ)を測定する。
[0083]
 図18に示す減衰によるG値の特性の測定結果からわかるように、減衰によるG値の立ち下がり周期は、試料(液体)の方が試料(固体)より短くなる。牡蠣の水の粘性から言えば、試料(液体)は水牡蠣(不良品)に相当し、試料(固体)は牡蠣(良品)に相当することから、水牡蠣および牡蠣(良品)を上記の試料と同じ条件で測定した場合、減衰によるG値の立ち下がり周期は、水牡蠣の方が牡蠣(良品)より短くなる。そこで、立ち下がり周期を測定することで、牡蠣を判別することが可能となる。
[0084]
 次に、たまご(固体、水)を被検体として、G値の立ち下がり特性を測定する場合の一例について、図19を参照して説明する。図19は、減衰によるG値の特性を示す図である。図19において横軸に時間[sec]を示し、縦軸にG値を示す。試料(固体)は、例えばゆでたまごである。試料得(水)は、例えば生たまごである。
[0085]
 試料を共振周波数で一定時間往復振動させて、アクチュエータ100の駆動停止後(コイル部114への通電停止後)に減衰によるG値の収束の速さを測定する。
[0086]
 図19に示す減衰によるG値の特性の測定結果からわかるように、減衰によるG値の収束の速さは、たまご(水)の方がたまご(固体)より早い。これにより、減衰によるG値の収束の速さを測定することで、被検体であるたまごが、ゆでたまごであるか、または、生たまごであるかを判別することが可能となる。
[0087]
 次に、水量によるG値の立ち下がり特性について説明する。
 水量によるG値の立ち下がり特性を確認するために、以下の実験を行った。
 試料として、複数の容器に相異なる複数の水量を入れたものを用いた。なお、複数の容器を同一とした。
[0088]
 実験装置として、上記のセンシング装置を用いた。
 試料をサンプル固定台に固定した。各試料の重心および重量を、共に同じにした。
 測定を行う振動周波数は、共振周波数とした。
 試料を共振周波数で一定時間往復振動させるように、アクチュエータが回動部材を駆動して、アクチュエータの駆動停止後に減衰によるG値の特性を測定した。
 実験により、水量の違いがG値の立ち下がり周期に影響することを確認できた。また、水量の違いが収束の速さに影響しないことを確認できた。
[0089]
 次に、振動によるG値の変化を取得する方法について図20を参照して説明する。図20は、振動によるG値の変化を取得する方法の一例を示すフローチャートである。本フローは、実行ボタンの操作により開始される。
[0090]
 先ず、ステップS100において、制御部200は、制御プログラムを取得する。
[0091]
 次に、ステップS110において、制御部200は、振動周波数を上げながらアクチュエータ100を駆動制御する。
[0092]
 次に、ステップS120において、制御部200は、加速度センサー4により測定されたG値を取得する。
[0093]
 次に、ステップS130において、制御部200は、G値を送信する。その後、図20に示すフローは、終了する。
[0094]
 次に、減衰によるG値の特性を取得する方法について図21を参照して説明する。図21は、減衰によるG値の特性を取得する方法の一例を示すフローチャートである。本フローは、実行ボタン(不図示)の操作により開始される。
[0095]
 先ず、ステップS200において、制御部200は、制御プログラムを取得する。
[0096]
 次に、ステップS210において、制御部200は、任意の振動周波数でアクチュエータ100を駆動制御する。
[0097]
 次に、ステップS220において、制御部200は、加速度センサー4により測定されたG値を取得する。これにより、G値の立ち上がり特性を取得することができる。
[0098]
 次に、ステップS230において、制御部200は、アクチュエータ10の駆動を開始してから所定時間が経過したか否かについて判断する。所定時間が経過している場合(ステップS230:YES)、ステップS240に遷移する。所定時間が経過していない場合(ステップS230:NO)、ステップS220の前に戻る。
[0099]
 ステップS240において、制御部200は、コイル部114への通電を停止する。
[0100]
 次に、ステップS250において、制御部200は、G値を取得する。これにより、G値の立ち下がり特性を取得することができる。
[0101]
 次に、ステップS260において、制御部200は、G値を送信する。その後、図21に示すフローは終了する。
[0102]
 上記実施の形態におけるセンシング装置1によれば、軸回りの回動方向への往復振動が可能にされた長尺板部31と、長尺板部31において軸から遠心方向へ離間する位置に設けられ、被検体が固定されるサンプル固定台32と、を有する回動部材3と、回動部材3を相異なる複数の振動周波数で回動方向へ往復振動させるよう、回動部材3を駆動するアクチュエータ100と、往復振動により発生する回動部材3の回動方向の加速度を測定する加速度センサー4と、を備える。これにより、遠心力により被検体の水が遠心方向に偏ることを、測定された加速度で感知し、また、減衰による加速度の変化を、測定された加速度で感知することができる。その結果、被検体の判別精度を上げることが可能となる。
[0103]
 また、上記実施の形態におけるセンシングシステムによれば、センシング装置1と、測定された加速度に基づいて回動部材3の往復振動を解析することにより、被検体の状態を判別する判別部と、を有する。例えば、判別部は、回動部材3の共振周波数が閾値以上であるか否かに応じて、被検体の水に偏りがあるか否かを判別することができる。また、判別部は、共振周波数での往復振動におけるG値の立ち上がり特性が閾値以上であるか否かに応じて、被検体の水が移動するか否かを判別することができる。また、判別部は、減衰によるG値の特性(立ち下がり周期、収束の速さ)が閾値以上であるか否かに応じて、被検体の水が移動するか否かを判別することができる。
[0104]
 なお、上記実施の形態では、センシング装置1により判別される被検体の一例として、牡蠣や、たまごを挙げたが、本発明はこれに限らず、例えば、外殻や外皮内の液体が粘性を有する食物(例えば、果物)でもよく、また、容器内の液体が粘性を有する食品でもよい。
[0105]
 その他、上記実施の形態は、何れも本発明の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
[0106]
 2018年11月30日出願の特願2018-225666の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

産業上の利用可能性

[0107]
 本発明は、被検体の判別精度を上げることが要求されるセンシング装置に好適に利用される。

符号の説明

[0108]
 S1 被検体
 1 センシング装置
 2 支持台
 3 回動部材
 4 加速度センサー
 31 長尺板部
 31a 長手方向一端部
 31b 長手方向他端部
 31c キー溝穴
 32 サンプル固定台
 100 アクチュエータ
 110 固定体
 111 ベースプレート
 112 交流入力部
 113 軸受
 114 コイル部
 114a ボビン
 114b コイル
 115 上ヨーク
 115a 本体板部
 115b 極歯
 115c コア内周部
 116 下ヨーク
 116a 本体板部
 116b 極歯
 116c コア内周部
 120 可動体
 122 回転軸
 122a 先端部
 122b 基端部
 122c キー部
 123 マグネット
 124 ローターカバー部
 150 バネ材
 152 一端部
 154 他端部
 162 軸固定部品
 164 ベース固定部
 200 制御部
 1111 筒状部
 1111a 筒部本体
 1111b 台座部

請求の範囲

[請求項1]
 軸回りの回動方向への往復振動が可能にされた本体と、前記本体において前記軸から遠心方向へ離間する位置に設けられ、被検体が固定される固定部と、を有する回動部材と、
 前記回動部材を相異なる複数の振動周波数で前記回動方向へ往復振動させるよう、前記回動部材を駆動するアクチュエータと、
 前記往復振動により発生する前記回動部材の回動方向の加速度を測定する測定部と、
 を備えるセンシング装置。
[請求項2]
 前記測定部は、前記アクチュエータの駆動中の、前記回動部材の前記往復振動において、前記振動周波数毎の前記加速度を測定する、
 請求項1に記載のセンシング装置。
[請求項3]
 前記測定部は、前記アクチュエータの駆動停止後の、前記回動部材の前記往復振動において、経時的に変化する前記加速度を測定する、
 請求項1に記載のセンシング装置。
[請求項4]
 前記本体は、前記遠心方向に延び、
 前記測定部は、前記本体において所定の位置に設けられ、
 前記所定の位置は、前記遠心方向において、前記軸および前記被検体のいずれとも異なる位置である、
 請求項1に記載のセンシング装置。
[請求項5]
 前記所定の位置は、前記回動方向において、前記固定部と同じ位置である、
 請求項4に記載のセンシング装置。
[請求項6]
 前記固定部は、前記被検体を載置する載置面を有し、
 前記載置面は、前記軸に対して遠い位置から近い位置へ向かって下降するよう傾斜する、
 請求項1に記載のセンシング装置。
[請求項7]
 前記アクチュエータは、前記回動部材を、前記回動方向における前記往復振動の中心位置へ付勢する付勢部材を備える、
 請求項1に記載のセンシング装置。
[請求項8]
 請求項1に記載のセンシング装置と、
 測定された前記加速度に基づいて前記回動部材の前記往復振動を解析することにより、前記被検体の状態を判別する判別部と、
 を有するセンシングシステム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11A]

[ 図 11B]

[ 図 11C]

[ 図 11D]

[ 図 12A]

[ 図 12B]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]