(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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、本体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固定部と、を有する回動部材と、回動部材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、回動部材を駆動するアクチュエータと、往復振動により発生する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。【選択図】図６
2020085859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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から３のいずれか一項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、
前記請求項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または２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から６のいずれか一項に記載のセンシング装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項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。
【発明の詳細な説明】
【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】
2020085859.tif 000003
Ｊ：慣性モーメント［ｋｇｍ２］
ｄ（ｔ）：角度［ｒａｄ］
Ｋｔ：トルク定数［Ｎｍ／Ａ］
ｉ（ｔ）：電流［Ａ］
Ｋｓｐ：バネ定数［Ｎｍ／ｒａｄ］
Ｄ：減衰係数［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］
Ｔｌｏaｄ：負荷トルク［Ｎｍ］
【００５４】
【数２】
2020085859.tif 000004
ｅ（ｔ）：電圧［Ｖ］
Ｒ：抵抗［Ω］
Ｌ：インダクタンス［Ｈ］
Ｋｅ：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［ｋｇｍ２］、回転角度θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋｔ［Ｎｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、バネ定数Ｋｓｐ［Ｎｍ／ｒａｄ］、減衰係数Ｄ［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］、負荷トルクＴｌｏａｄ［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Ｋｅ［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、長尺状板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。長尺状板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】
2020085859.tif 000005
ｆｒ：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。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
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】
【０１０７】
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
【図１】
2020085859.tif 000006
【図２】
2020085859.tif 000007
【図３】
2020085859.tif 000008
【図４】
2020085859.tif 000009
【図５】
2020085859.tif 000010
【図６】
2020085859.tif 000011
【図７】
2020085859.tif 000012
【図８】
2020085859.tif 000013
【図９】
2020085859.tif 000014
【図１０】
2020085859.tif 000015
【図１１Ａ】
2020085859.tif 000016
【図１１Ｂ】
2020085859.tif 000017
【図１１Ｃ】
2020085859.tif 000018
【図１１Ｄ】
2020085859.tif 000019
【図１２Ａ】
2020085859.tif 000020
【図１２Ｂ】
2020085859.tif 000021
【図１３】
2020085859.tif 000022
【図１４】
2020085859.tif 000023
【図１５】
2020085859.tif 000024
【図１６】
2020085859.tif 000025
【図１７】
2020085859.tif 000026
【図１８】
2020085859.tif 000027
【図１９】
2020085859.tif 000028
【図２０】
2020085859.tif 000029
【図２１】
2020085859.tif 000030