(57)【要約】【課題】滴下や流下などの落下での流体の流量を、高い精度で計測する流量計測装置を提供する。【解決手段】本発明の流量計測装置は、落下する流体の流量を計測する流量計測装置であって、流体の落下を受けて振動する振動検出器と、前記振動検出器で検出された振動を振動波形とする波形生成部と、前記振動波形を時間積分する積分処理部と、前記積分処理部での前記時間積分に基づいて、前記流体の流量を算出する流量算出部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
落下する流体の流量を計測する流量計測装置であって、
流体の落下を受けて振動する振動検出器と、
前記振動検出器で検出された振動を振動波形とする波形生成部と、
前記振動波形を時間積分する積分処理部と、
前記積分処理部での前記時間積分に基づいて、前記流体の流量を算出する流量算出部と、を備える、流量計測装置。
【請求項２】
前記振動検出器は、ロードセルを含む、請求項１記載の流量計測装置。
【請求項３】
前記流体は、液体もしくは紛体である、請求項１または２記載の流量計測装置。
【請求項４】
前記波形生成部においては、前記振動を整流して前記振動波形を生成する、請求項１から３のいずれか記載の流量計測装置。
【請求項５】
前記振動検出器は、前記流体を受ける受け部材を有し、前記受け部材は、落下する前記流体に対して対向凸形状を有する、請求項１から４のいずれか記載の流量計測装置。
【請求項６】
前記積分処理部は、前記振動波形に含まれる振幅を時間軸に対して積分する、請求項１から５のいずれか記載の流量計測装置。
【請求項７】
前記流量算出部は、第１時刻から第２時刻までの流量の総量を算出する、もしくは、単位時間当たりの流量の値を算出する、請求項１から６のいずれか記載の流量計測装置。
【請求項８】
前記流体は、植物栽培棚に供給される供給液体の余分が落下して生じる落下液体であり、
前記流量算出部で算出される前記流量の値に基づいて、前記供給液体の供給量を制御する、供給制御部を更に備える、請求項１から７のいずれか記載の流量計測装置。
【請求項９】
前記流体は、工場製造工程で供給される供給紛体の余分が落下して生じる落下紛体であり、
前記供給制御部は、前記流量算出部で算出される前記流体の値に基づいて、前記供給紛体の供給量を制御する、請求項８記載の流量計測装置。
【請求項１０】
前記供給制御部は、前記流量算出部で算出される前記流量が所定値以上である場合に、前記供給量を減少させる、請求項８または９記載の流量計測装置。
【請求項１１】
前記振動波形の振幅の中央値を結ぶバイアス線を算出するバイアス線算出部をさらに備え、
前記供給制御部は、前記バイアス線が前記振動波形の横軸に対する偏移量が、所定値以上である場合には、前記供給量を減少させる、請求項８から１０のいずれか記載の流量計測装置。
【請求項１２】
前記植物栽培棚は、水耕栽培用の栽培棚を含む、請求項８記載の流量計測装置。
【請求項１３】
前記振動検出器は、前記流体によって、前記流体を受ける面積を変更可能である、請求項１から１２のいずれか記載の流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体や紛体であって、所定の流路を経由した後の液体や紛体の流量を計測する流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、農業の分野において新しい栽培手法が用いられるようになってきている。たとえば、イチゴのような高い付加価値を生み出すことのできる果物などは、従来の露地栽培に加えて、棚を使った水耕栽培がおこなわれることがある。あるいは、植物工場のように、多種多様な野菜や花などの植物も、水耕栽培などの手法で栽培されることが出てきている。
【０００３】
もちろん、ここに挙げた種類だけでなく、広い意味で様々な植物が水耕栽培などの新しい栽培手法で栽培されるようになっている。もちろん、土壌や新素材の土壌代替物を使いつつ、供給する水の量を管理する様々な栽培手法も導入されている。
【０００４】
このような新しい栽培手法では、栽培棚に水（いわゆる水であることもあるし、肥料成分を溶融した肥料水であることもある。ここでは、植物の育成に用いるこれらを総称して水としている）を供給する。このとき、供給される水は、栽培対象の植物に最適な量であることが好ましい。供給される水が多すぎると、植物の根腐れや病気発生を生じさせてしまう懸念もある。あるいは、供給される水が少なすぎると、植物の育成が不十分となる。
【０００５】
上述したように、イチゴのような高い付加価値を生み出したい植物であれば、供給される水の量を最適にすることは重要である。大きく甘みのある実を得るには、適切な育成が必要であり、供給される水の量の最適化は、この適切な育成に重要な要素である。
【０００６】
あるいは、上述したような植物工場などでは、太陽光の照射、肥料、温度、湿度などが完全管理されており、供給される水の量の最適化も合わせて管理される必要がある。
【０００７】
これらのように、植物の栽培において、水の供給量を最適化することは、非常に重要である。特に従来のような露地栽培であれば、自然の土壌に水を供給するので、過剰な量の水は、土壌深くに吸収されたり自然に蒸発したりすることで、自然に調整される余地があった。水が不足するときには、改めて水を供給すれば済む程度の問題であった。
【０００８】
しかし、新しい栽培手法では、栽培棚を用いる水耕栽培が多い。このような栽培棚を用いる栽培では、栽培棚に植物が植えられており、栽培棚に水が供給される。栽培棚は、自然の土壌と異なり供給された水の内、余分な水をすべて吸収することはできず、水の供給側と別の場所（栽培棚の反対側）から排出する。この排出により、栽培棚に供給された水の内、余分な水が栽培棚に残らずに済む。供給される水は、栽培棚を通過しながら、植物（あるいは土壌や代替土壌）に吸収されて、吸収されなかった残りが余分な水として排出される。
【０００９】
とはいえ、栽培棚に最適量の水を供給することは難しい。栽培棚の一方から水を供給して、他方から余分な水が排出される。このとき、排出される水が全くないかほとんどないかの場合には、供給される水の量が不足していると推測される。一方で、排出される水の量が多ければ、供給される水の量が過剰であると推測される。しかしながら、栽培棚にて栽培されている植物の種類や育成状況によって、栽培棚を通過する水の植物による吸収度合いは様々である。あるいは、栽培棚の土壌や代替土壌の量や状態によっても、栽培棚を通過する水の吸収度合いは様々となる。
【００１０】
このため、排出される水の量を作業者が目視しただけでは、栽培棚に供給されている水の量が最適であるかどうかを判断するのは難しい。また、栽培棚から排出される水は、滴下状態であることも多い。この点でも、排出される水の量の目視等での判断は困難である。
【００１１】
水路を潤沢に流れる水の流量を目視で判断するのと異なり、滴下状態での水の流量を目視で判断するのは上述の通り困難である。しかしながら、農業などの分野で、この水（液体）の流量を計測することが求められている。
【００１２】
また、工業の分野でも、液体の流量を計測することが求められている。同じように、工場ラインのあるステージにおいて液体を供給して、供給された液体が排出される工程もある。このような場合も、単なる水路や流路を液体が流れているだけでなく、途中で吸収が生じて滴下であったり落下であったりなどの変化を含んだ液体の流量の計測が必要な場合もある。
【００１３】
加えて、工業分野では、液体だけでなく紛体の流量計測が必要なこともある。たとえば、基材に紛体を貼り付ける工程では、供給される紛体と、貼り付けから漏れた余分な紛体の排出との工程が生じうる。この場合にも、基材に最適量の紛体を供給できているかどうかを、排出される紛体の量から判断することが求められる。このように、紛体の流量を計測することも求められている。
【００１４】
このように液体や紛体の流量を高い精度で計測することが求められている。この状況で、流量を計測する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１１−４２９４３号公報
【特許文献２】特開昭５７−７４６３５号公報
【特許文献３】特開２０１４−６６６９５号公報
【特許文献４】特開２０１２−１０７８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１は、この水位計測用マンホールユニットＵ１は、上下面方向に貫通した貫通孔部１０ａが形成された第１蓋部１０と、第１蓋部１０の貫通孔部１０ａに対して着脱可能に取り付けられ、かつ配管Ｔ内の水位を上方から非接触で計測する水位計測ユニット１２と、貫通孔部１０ａに対して開閉可能に嵌入され、その開放状態において第１蓋部１０に対する水位計測ユニット１２の着脱を可能とすると共にその閉鎖状態において第１蓋部１０に対する水位計測ユニット１２の着脱を不可能とする第２蓋部１１と、を有する水位計測用マンホールを、開示する。
【００１７】
特許文献１は、水位を計測できるが、水路などにたまっている水量を測るに過ぎない。あるいは、水路や貯水領域の推移を測るに過ぎない。このため、従来技術で説明したように、滴下であったりある程度の勢いを持って落下したりする液体や紛体の流量を測定できない問題がある。
【００１８】
特許文献２は、水道管内の漏水振動を検知し、検知された漏水振動に基づいて漏水の有無を判断する技術を開示する。
【００１９】
しかしながら、特許文献２は漏水を検知できるだけで落下する液体や紛体の流量を測定することができない問題がある。特に、水道管などの管路からの水漏れを検出する技術であるので、落下する液体や紛体の流量計測に応用することもできない。
【００２０】
特許文献３は、複数の整流板５は、流体が流れる多層流路部３内を奇数の層に仕切るように設けられている。多層流路部３に流れているガスの流速を検出するための一対の超音波センサが、複数の整流板５を挟んだ状態で対向するように配置され、また、超音波センサは、その中心が整流板５で仕切られた中央の層に対向すると共に、整流板５で仕切られた全ての層に対向する大きさに設けられ流量計測装置を開示する。
【００２１】
特許文献３は、たまっている水の流量などを計測することができるが、落下する液体や紛体の流量を計測することができない問題がある。また、これに応用することもできない問題がある。
【００２２】
特許文献４は、超音波振動子の駆動周波数を決めている抵抗値を可変可能な周波数調整器４を備えた発振部５と、一対の超音波振動子２，３と、被測定流体が流れる計測流路１と、受信側に設定された超音波振動子により伝搬された受信信号の振幅値を検出する検出部７と、受信信号の最大振幅値を記録する記録部８と、受信信号と記録部８に記録された最大振幅値との比較を行う比較部９と、比較部９による比較結果により振幅が最大となる抵抗値を決定し、超音波振動子駆動周波数を決定する制御部から成る超音波流量計を開示する。
【００２３】
特許文献４は、流体の流量を計測するので、落下する液体や紛体の流量を計測することが難しい問題がある。また、超音波振動子を用いることで、装置の複雑化が生じてしまう。実際に液体や紛体の流量を計測したい場合においては、このような複雑な構成では対応が難しい問題もある。
【００２４】
このように、従来技術においては、管路や貯水タンクなどの水量を計測することはできるが、滴下あるいはそれを超える程度で落下する液体や紛体などの流体の流量を計測することができない問題があった。加えて、高い精度での計測が難しい問題があった。
【００２５】
本発明は、このような課題に鑑み、滴下や流下などの落下での流体の流量を、高い精度で計測する流量計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題に鑑み、本発明の流量計測装置は、落下する流体の流量を計測する流量計測装置であって、
流体の落下を受けて振動する振動検出器と、
振動検出器で検出された振動を振動波形とする波形生成部と、
振動波形を時間積分する積分処理部と、
積分処理部での時間積分に基づいて、流体の流量を算出する流量算出部と、を備える。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の流量計測装置は、落下する流体の流量を高い精度で計測できる。特に、滴下であったり流下であったりなどの態様で落下する流体の流量を、計測できる。このため、少ない流量での流体であっても、高い精度で計測できる。
【００２８】
この結果、たとえば、水耕栽培での水耕棚から落下する液体の流量や、工場の製造ラインで落下する紛体の流量などを、高い精度で計測できる。これを利用して、本発明の流量計測装置は、水耕栽培での供給する液体の供給量や、工場での供給する紛体の供給量などを制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における流体の供給、移動、落下および落下する流体を受ける状態を説明する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における波形生成部において生成された振動波形の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１における時間積分結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１における振動検出器の模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２における植物栽培棚での流量計測装置の適用を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２における工場製造工程に流量計測装置を適用した場合の模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２における振動波形の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２における栽培棚に流量計測装置が適用された状態の模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における流量計測装置１のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の第１の発明に係る流量計測装置は、落下する流体の流量を計測する流量計測装置であって、
流体の落下を受けて振動する振動検出器と、
振動検出器で検出された振動を振動波形とする波形生成部と、
振動波形を時間積分する積分処理部と、
積分処理部での時間積分に基づいて、流体の流量を算出する流量算出部と、を備える。
【００３１】
この構成により、滴下や流下といった程度で落下する流体の流量を高い精度で計測できる。
【００３２】
本発明の第２の発明に係る流量計測装置では、第１の発明に加えて、振動検出器は、ロードセルを含む。
【００３３】
この構成により、落下する流体による衝撃から、適切な振動波形を得ることができる。
【００３４】
本発明の第３の発明に係る流量計測装置では、第１または第２の発明に加えて、流体は、液体もしくは紛体である。
【００３５】
この構成により、落下する流体であれば、幅広く計測対象とできる。
【００３６】
本発明の第４の発明に係る流量計測装置では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、波形生成部においては、振動を整流して振動波形を生成する。
【００３７】
この構成により、整流により、時間積分における正負の相殺問題を回避できる。
【００３８】
本発明の第５の発明に係る流量計測装置では、第１から第４のいずれかの発明に加えて、振動検出器は、流体を受ける受け部材を有し、受け部材は、落下する流体に対して対向凸形状を有する。
【００３９】
この構成により、衝突による振動における精度を高めることができる。
【００４０】
本発明の第６の発明に係る流量計測装置では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、積分処理部は、振動波形に含まれる振幅を時間軸に対して積分する。
【００４１】
この構成により、流体の振動の面積と流体の流量との関係性をつなぐことができる。
【００４２】
本発明の第７の発明に係る流量計測装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、流量算出部は、第１時刻から第２時刻までの流量の総量を算出する、もしくは、単位時間当たりの流量の値を算出する。
【００４３】
この構成により、様々な活用の可能な流量の結果を算出できる。
【００４４】
本発明の第８の発明に係る流量計測装置では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、流体は、植物栽培棚に供給される供給液体の余分が落下して生じる落下液体であり、
流量算出部で算出される流量の値に基づいて、供給液体の供給量を制御する、供給制御部を更に備える。
【００４５】
この構成により、水耕栽培などの栽培において、供給すべき液体の量を最適に制御することができる。
【００４６】
本発明の第９の発明に係る流量計測装置では、第８の発明に加えて、流体は、工場製造工程で供給される供給紛体の余分が落下して生じる落下紛体であり、
供給制御部は、流量算出部で算出される流体の値に基づいて、供給紛体の供給量を制御する。
【００４７】
この構成により、紛体の塗布などの製造工程で供給される紛体の量を、最適に制御することができる。
【００４８】
本発明の第１０の発明に係る流量計測装置では、第８または第９の発明に加えて、供給制御部は、流量算出部で算出される流量が所定値以上である場合に、供給量を減少させる。
【００４９】
この構成により、液体や紛体などの供給量を最適化できる。供給過多となったり供給不足となったりする可能性の場合には、算出された流量からこれを制御することができる。
【００５０】
本発明の第１１の発明に係る流量計測装置では、第８から第１０のいずれかの発明に加えて、振動波形の振幅の中央値を結ぶバイアス線を算出するバイアス線算出部をさらに備え、
供給制御部は、バイアス線が振動波形の横軸に対する偏移量が、所定値以上である場合には、供給量を減少させる。
【００５１】
この構成により、振動波形の偏移に基づいて、供給量の過多や不足を判断して制御することができる。
【００５２】
本発明の第１２の発明に係る流量計測装置では、第８の発明に加えて、植物栽培棚は、水耕栽培用の栽培棚を含む。
【００５３】
この構成により、水耕栽培での液体や水の供給量を最適化できる。
【００５４】
本発明の第１３の発明に係る流量計測装置では、第１から第１２のいずれかの発明に加えて、振動検出器は、流体によって、流体を受ける面積を変更可能である。
【００５５】
この構成により、落下する流体の大きさや量に対応して、流量算出に適した振動波形を得ることができる。
【００５６】
以下、図面を用いながら本発明の実施の形態について説明する。
【００５７】
（実施の形態１）
【００５８】
（全体概要）
図１は、本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。流量計測装置１は、落下する流体１００を受けて、落下する流体１００の流量を計測する。流量計測装置１は、振動検出器２、波形生成部３、積分処理部４、流量算出部５を備える。
【００５９】
振動検出器２は、落下する流体１００を受けて振動する。図１では、流体１００が落下している状態を示している。ここで流体１００は、液体である場合や紛体である場合を含む。図１では、水滴のような形態で落下している様子を示しているが、水流のような形態で落下する場合もある。液体としての流体１００が落下する場合も紛体としての流体１００が落下する場合もある。
【００６０】
液体では、水耕栽培の栽培棚から落ちる液体が、流体１００の一例である。紛体では、紛体を塗布する工場の製造ラインから落下する紛体が、流体１００の一例である。
【００６１】
振動検出器２は、落下してくる流体１００を受ける。落下する流体１００を受けることで、振動する機能を有している。この機能によって、流体１００が振動検出器２に当たるごとに、振動検出器２は振動して振動を検出する。
【００６２】
波形生成部３は、振動検出器２で検出された振動を振動波形として生成する。振動検出器２は、波形生成部３に電気的あるいは機械的に繋がっている。この接続によって、振動検出器２で検出された振動が、波形生成部３において振動波形として生成される。
【００６３】
なお、振動検出器２と波形生成部３とは、一つのデバイスとして組み込まれてもよい。例えば、振動を電気信号での波形に変換する機能を有するデバイスが、振動検出器２と波形生成部３との両方の機能を持つ要素として用いられてもよい。
【００６４】
積分処理部４は、振動波形を時間積分する。振動波形は、時間軸に沿った波形である。時間軸に沿った方向で積分することで、積分処理部４は、振動波形によって囲まれる面積を算出できる。
【００６５】
流量算出部５は、積分処理部４で算出された時間積分に基づいて、落下する流体１００の流量を算出する。図１のように、振動検出器２に落下する流体１００は、振動波形を生じさせる。この振動波形の時間軸での面積が、時間積分によって算出されれば、この時間積分の値は、落下する流体１００の流量に関連する。
【００６６】
例えば、時刻Ａから時刻Ｂまでの時間積分の値が「１００」であれば、落下する流体１００の時刻Ａから時刻Ｂまでの流量を「１００ｃｃ」とのように、関連させて算出することができる。流量算出部５は、このように時間積分と流量との相関関係から、落下する流体１００の流量を算出する。
【００６７】
このとき、流量算出部５は、時間積分と流量との相関関係を記憶しておき、この相関関係に基づいて、時間積分の値から流量を算出すればよい。この相関関係は、流体１００の種類や振動検出器２の特性などを考慮して決められてもよい。また、経験値から相関関係が定められてもよい。
【００６８】
また、流量算出部５は、上述のように物理的単位（例「ｃｃ」や「Ｌ」など）に対応する物理量で流量を算出してもよいし、相対的な流量で算出してもよいし、固有に定められた量で流量を算出してもよい。例えば、測定を行う使用者が固有に定めた単位での流量を算出してもよい。
【００６９】
振動検出器２を起点に流量を計測できるので、流量計測装置１は、滴下や流下程度の量で落下する流体の流量を計測できる。
【００７０】
（流量計測）
次に、流量計測装置１での流量計測について説明する。
【００７１】
図２は、本発明の実施の形態１における流体の供給、移動、落下および落下する流体を受ける状態を説明する模式図である。一例として、流体を供給する供給部２００が備わっており、供給部２００は、棚３００に流体（液体や紛体）を供給する。供給された流体は、棚３００を移動する。移動する中で、態様に応じて、棚３００において流体は利用される。棚３００の他方から、利用されずに残った流体が、落下する。図１の流体１００は、この落下する流体である。
【００７２】
図２の棚３００の他方から落下する流体１００が、振動検出器２に衝突する。振動検出器２は、衝突する流体１００による衝撃によって振動を生じさせる。この振動を、振動検出器２は波形生成部３に伝える。機械的振動の状態で伝えてもよいし、機械的振動を電気信号に変換して伝えてもよい。
【００７３】
波形生成部３は、振動検出器２で生じた振動に基づいて、振動波形を生成する。図３は、本発明の実施の形態１における波形生成部において生成された振動波形の一例を示すグラフである。波形生成部３は、振動検出器２において落下する流体１００の振動を、振動波形として図３のように生成する。流体１００は、連続的あるいは断続的に落下する。断続的に落下する場合には、図３のように、衝撃の瞬間に振幅が大きくなり徐々に振幅が減衰する振動波形が生成される。
【００７４】
次いで、積分処理部４が、図３のような振動波形を時間軸に沿って時間積分する。ここで、図３のように振動波形は正側の値と負側の値とで振れるようになる。このため、図３の振動波形そのままで時間積分すると正負で打ち消しあうので、例えば、絶対値で時間積分するか、図３の振動波形を整流した上で時間積分するかを行えばよい。整流としては、半波整流や全波整流などがある。
【００７５】
積分処理部４でのこのような時間積分の結果、図４のような積分結果が算出される。図４は、本発明の実施の形態１における時間積分結果を示すグラフである。図４においては、図３の振動波形をそのまま時間積分した場合（正負で打ち消しあって値「０」平均となる）、半波整流後に時間積分した場合（グラフの真ん中の線）、全波整流後に時間積分した場合（グラフの一番上の線）の３つの場合を示している。
【００７６】
図４に示されるような時間積分の値が計算されると、流量算出部５において落下する流体１００の流量が算出される。例えば、時刻Ａから時刻Ｂまでの流量が算出される。図４において、時刻Ａから時刻Ｂの積分の差分値が、時刻Ａから時刻Ｂまでの落下する流体１００の流量である。
【００７７】
図４においては、全波整流後に求めた時間積分である一番上の線に基づいて、時刻Ａから時刻Ｂまでの流量を示している。流量算出部５は、このような形態で流量を算出する。例えば、表示部がさらに備わっていたり、既存の表示装置に、この算出された流量が表示されたりすればよい。流量計測装置１の使用者は、この表示により、時刻Ａから時刻Ｂまでの落下する流体１００の流量を認識できる。
【００７８】
また、流量算出部５は、ある時刻から別の時刻までの総量としての流量だけでなく、単位時間当たりの流量を算出することでもよい。すなわち、時間平均での流量を算出することでもよい。あるいは、流量の変化の発生を算出することでもよい。あるいは、流量の総量が所定値以上となったことを算出することでもよい。
【００７９】
図４のように、流量算出部５によって、落下する流体１００の流量が計測される。この計測結果に応じて、落下する流体の量の度合いなどを定量的に把握することができる。この流量の把握によって、例えば、流体を供給する量の調節などにつなげることができる。あるいは、棚３００などを流れる流体であって、落下する流体１００の量を把握することができる。
【００８０】
このとき、滴下や流下程度の少ない量の流体１００の量を計測できる。落下する流体１００の振動に基づくからである。このため、下水管などを流れる多くの流体の流量を計測する従来技術ではできなかった、少量あるいは断続的な量の流体の量を計測することができる。結果として、水耕栽培の植物栽培棚に供給されて落ちる液体の量や、紛体を塗布する工程で残る紛体の量などのような、従来技術では計測困難であった流体でも計測できる。
【００８１】
次に、各部の詳細について説明する。
【００８２】
（振動検出器）
振動検出器２は、落下する流体１００を受けて振動する。衝突によって振動する。振動検出器２は、落下する流体１００を受ける部分が振動する。あるいは、落下する流体１００を受ける部分と振動する部分とが別でもよい。また、振動する機能までを備えるだけでもよいし、振動を電気信号に変換するまでの機能を備えることでもよい。
【００８３】
振動検出器２の一例としてロードセルが用いられてもよい。ロードセルが用いられることで、振動検出器２は、振動を検出する機能に加えて、振動波形を生成する波形生成部３の機能を兼ね備えることができる。
【００８４】
ロードセルは、荷重を電気抵抗の変化としてひずみ計で計測するデバイスである。このような機能により、落下して衝突する流体１００の衝撃を荷重の変化として検出し、これを電気抵抗の変化としてひずみ計で計測する。結果として、図３のような振動を検出することができる。
【００８５】
また、振動検出器２は、落下する流体１００を受ける受け部材を備えることも好適である。図５は、本発明の実施の形態１における振動検出器の模式図である。図５の振動検出器２は、受け部材２１を備えている。この受け部材２１が、落下する流体１００を受ける。言い換えれば、受け部材２１に流体１００が落下して省とする。この衝突によって、振動検出器２が振動する。
【００８６】
ここで、図５のように受け部材２１は、落下する流体１００に対して対向する側が凸形状である対向凸形状を有することも好適である。このような形状を有することで、落下する流体１００に対して、落下衝撃を素直に反映する振動を生じさせやすいからである。また、衝撃に対して振動が大きすぎたり小さすぎたりなどの問題も生じにくい。
【００８７】
落下する流体１００が衝突後にすぐに受け部材２１の外に落下して溜まることがなく、次に落下してくる流体１００とたまった流体１００とが混ざってしまい、落下の衝突が不適正となりにくいからである。
【００８８】
これらのメリットから、振動検出器２の受け部材２１の形状が対向凸形状であることも好適である。
【００８９】
また、受け部材２１は、その面積を変更可能であることも好適である。例えば、スライド式などの構造によって、面積を可変とできることでもよい。あるいは、受け部材２１を付け替えることで、面積を可変とすることでもよい。
【００９０】
受け部材２１の面積を変化させることで、振動検出器２から波形生成部３で生成される振動波形の振幅を調整することが可能である。例えば、受け部材２１の面積が大きいと、同じ流体１００であっても、振動波形の振幅を大きくすることができる。落下する流体１００の量が少ない場合には、振幅を大きくすることで、時間積分の精度を上げることができる。
【００９１】
逆に、受け部材２１の面積を小さくすると、振動波形の振幅を小さくできる。例えば、落下する流体１００の量が多い場合には、振幅を相対的に小さくすることで、時間積分の精度を上げることができる。特に、積分処理部４での演算能力の範囲に合わせるために、受け部材２１の面積を可変とすることは効果的である。
【００９２】
（波形生成部）
波形生成部は、図３に示されるような振動波形を生成する。振動検出器２での検出に基づいて、振動波形を振幅と時間軸との関係で生成する。図３は、振動検出器２での衝突にそのまま対応した振動波形を示している。このような振動波形では、その後に時間積分すると、正負の振幅が打ち消しあってしまう。
【００９３】
このため、振動波形を生成する際に、あるいはそのあとに、振動を整流して振動波形を生成することも好適である。例えば、振動検出器２からの振動をあらかじめ整流して、振動波形を生成してもよい。この場合には、振幅の値が正側に向けて補正される。半波整流であれば、振幅によって囲まれる領域の半分が正側に向けて形成され、全波整流であれば、振幅によって囲まれる領域の全部が正側に向けて形成される。
【００９４】
この整流を行った後に、振動波形を生成して、生成された振動波形を積分処理部４に出力してもよい。あるいは、振動波形を生成した後で整流して、整流により補正された振動波形を、積分処理部４に出力してもよい。あるいは、積分処理部４において、振動波形が整流されてから時間積分が行われてもよい。
【００９５】
このように、時間積分での流量との関連性のある面積値を算出できるように、振動波形が生成される。
【００９６】
（積分処理部）
積分処理部４は、振動波形に含まれる振幅を時間軸に対して積分する。上述したように、振動検出器２で得られる振動そのものを整流した後の振動波形に基づいて、時間積分すればよい。あるいは、時間積分の過程で振動波形を整流した状態として時間積分してもよい。
【００９７】
積分処理部４は、時間積分において、振動波形を離散値としてとらえて積分してもよい。時間積分の方法においては、種々の手法が用いられればよい。例えば、振動波形をアナログデジタル変換したデジタル値に基づいて、時間積分されてもよい。
【００９８】
いずれの手法によっても時間積分されれば、振動波形に基づく面積が算出される。この面積は、落下する流体１００の衝突の大きさ（すなわち、流体１００の個々の大きさ）と落下する流体１００の数の乗算結果である。この乗算結果は、ある時間範囲における落下した流体１００の総量を反映しているといえる。
【００９９】
このため、この時間積分の値は、ある時間範囲における落下した流体１００の総量と相関関係を有していると言える。
【０１００】
（流量算出部）
流量算出部５は、この時間積分と流体１００の総量の相関関係を基にして、ある時間範囲、単位時間などにおける落下する流体１００の流量を算出する。ここで流量としているが、落下する流体１００の量として把握されればよい。
【０１０１】
相関関係は、時間積分での積分値と実際の流体１００の流量の値とを比較する一覧表から得られれば良い。このとき、多くの比較データを得ておいてから相関関係を算出することが好適である。あるいは、振動検出器２の理論的性能に基づいて、理論値として相関関係が得られてもよい。その他、他の分野での経験値などに基づいて、相関関係が得られてもよい。
【０１０２】
流量算出部５は、この相関関係を有しており、この相関関係を用いて時間積分の値から流量を算出する。ここで、相関関係は、流体１００の種類、棚３００の種類、振動検出器２の種類や性能などに応じて、異なるものであってもよい。流量算出部５は、これらの違いに応じた相関関係を用いて、流量を算出する。例えば、流体１００が水である場合に相関関係Ａが用いられる場合には、流量算出部５は、この相関関係Ａを用いて流量を算出する。あるいは、流体１００が紛体である場合に相関関係Ｂが用いられる場合には、流量算出部５は、この相関関係Ｂを用いて流量を算出する。
【０１０３】
これらは、流量計測装置１を使用する際に、あらかじめ設定されておけばよい。
【０１０４】
流量算出部５は、様々なパターンで流量を算出することができる。例えば、第１時刻から第２時刻までの流量の総量を算出する。あるいは、単位時間（例えば１０分単位）当たりの流量の値を算出する。
【０１０５】
あるいは、流量が変化した場合に、この変化を警告として算出するなどを行ってもよい。例えば、流量算出部５は、単位時間での流量を算出する。例えば、１０分単位での流量を算出する。ある１０分での流量が、前の単位時間での流量よりも非常に大きくなったあるいは非常に小さくなった、などの場合がある。この場合に、図６に示すように、流量算出部５は、警告を発生することも好適である。
【０１０６】
図６は、本発明の実施の形態１における流量計測装置のブロック図である。流量算出部５は、警告を出力している。この警告によって、流量に大きな変化があった場合には、使用者に注意を促すことができる。警告は、音声、画像、データなど様々な形態で出力されればよい。
【０１０７】
このように、流量算出部５は、流量計測装置１の使用者の目的などに対応した様々な形態での流量算出を行う。
【０１０８】
実施の形態１における流量計測装置１は、滴下や流下といった程度で落下する流体１００の流量を高い精度で計測できる。このため、例えば、水耕栽培などで栽培棚に供給されて過剰分として余る水の量を計測できる。あるいは、紛体を塗布する工場の製造工程で、塗布から余る紛体の量を計測できる。
【０１０９】
これらの流体の量は、微量から少量の範囲であることが多く、従来技術の計測装置では計測が困難であった。例えば、水耕栽培などで栽培棚から過剰分として落ちる水の量を計測するのに、転倒升が用いられることがある。水が所定量以上たまると左右に転倒して中にたまった水を排出する升である。落下してくる水を転倒升が受けて、水がたまって転倒する回数に応じて落下する水の量を計測する。
【０１１０】
しかし、転倒升では、設置場所を大きく必要とする問題がある。水耕栽培や工場などでは利用が困難である。また、転倒升の転倒回数から量を計測することで、微量あるいは少量の計測に適していない問題もある。例えば滴下する水や紛体を、転倒升が収容しそこなってしまうなどもあり得る。この場合には、正確な量の計測ができない。
【０１１１】
これに対して、落下する流体１００の衝突を直接受けて生じる振動波形に基づいて流量を計測する実施の形態１における流量計測装置１は、微量あるいは少量であっても正確に流量を計測できる。もちろん、一定以上の量であっても、振動波形の調節や振動検出器２の調整によって対応が可能である。
【０１１２】
このように、流量計測装置１は、正確性や計測可能な幅の広い流量計測ができる。
【０１１３】
（実施の形態２）
【０１１４】
次に、実施の形態２について説明する。
【０１１５】
（植物栽培棚での適用）
図７は、本発明の実施の形態２における植物栽培棚での流量計測装置の適用を示す模式図である。植物栽培棚３１０は、従来の露地栽培ではなく、水耕栽培などのような棚を用いた栽培で用いられる。例えば、近年品種開発や付加価値化が進んでいるイチゴなどが、植物栽培棚３１０で栽培されることがある。あるいは、植物工場などでは、水耕栽培が用いられる。このため、植物栽培棚３１０は、水耕栽培用の栽培棚を含む概念である。
【０１１６】
植物栽培棚３１０を用いた栽培では、供給部２００から液体が供給される。すなわち、植物栽培棚３１０には、供給部２００から供給液体２１０が供給される。植物栽培棚３１０には、栽培対象の植物が栽培されている。供給液体２１０は、植物栽培棚３１０において移動しながら植物に吸収されていく。
【０１１７】
植物栽培棚３１０に栽培されている植物は、供給液体２１０を吸収して成長する。供給液体２１０は、水や肥料を含んだ水などである。植物栽培棚３１０に栽培されている植物が必要とする液体量と供給液体２１０との量が完全一致すれば、植物がすべてを吸収する。加えて、植物にとって供給液体２１０の量が不足することもない。
【０１１８】
しかしながら、すべての供給液体２１０が吸収されることは、植物に必要な量が足りていない可能性も高い。このため、供給部２００は、余る程度の供給液体２１０を供給する。この供給液体２１０は、植物栽培棚３１０において、植物に吸収されながら移動する。やがて、吸収されなかったあまりの供給液体２１０は、植物栽培棚３１０から落下する。これら落下流体１１０となる。
【０１１９】
図７に示されるように、落下流体１１０は、振動検出器２に衝突し流量計測装置１でその流量が計測される。この流量の計測については、実施の形態１で説明した通りである。
【０１２０】
ここで、図７に示される流量計測装置１は、供給制御部６を更に備える。供給制御部６は、流量算出部５で算出された流量の値に基づいて、供給部２００から供給される供給液体２１０の供給量を制御する。
【０１２１】
供給制御部６は、供給部２００に制御信号を出力する。この制御信号により、供給部２００での供給液体２１０の供給量を制御させることができる。
【０１２２】
例えば、流量算出部５で算出される流量が所定値以上である場合には、供給制御部６は、供給液体２１０の供給量を減少させる制御を行う。制御信号により、供給部２００での供給量を減少させればよい。落下流体１１０の流量が所定値以上であるということは、植物栽培棚３１０で栽培されている植物に対して、過剰に供給液体２１０が供給されている状態を示している。
【０１２３】
過剰であれば、栽培されている植物に根腐れなどの悪影響を与える可能性がある。このため、供給制御部６は、供給液体２１０の供給量を減少させるように制御する。
【０１２４】
逆に、流量算出部５で算出される流量が所定値未満である場合には、供給制御部６は、供給液体２１０の供給量を増加させるように制御する。制御信号を供給部２００に出力して、供給量を増加させるように制御する。
【０１２５】
植物栽培棚３１０を移動して落下する落下流体１１０の流量が所定値未満であるということは、植物に必要な供給液体２１０の量が不足している、あるいは不足する可能性を示している。不足の可能性があれば、植物の栽培に好ましくない。このため、供給制御部６は、供給部２００からの供給液体２１０の量を増加させるように制御する。これにより、問題の発生を回避できるからである。
【０１２６】
このように、水耕栽培用の栽培棚のような植物栽培棚３１０への供給液体２１０の供給量の制御に、流量計測装置１は、適用されることができる。この適用により、水耕栽培などでの植物の栽培の精度や効率が高まる。
【０１２７】
（工場製造工程での適用）
図８は、本発明の実施の形態２における工場製造工程に流量計測装置を適用した場合の模式図である。工場製造工程での製造ライン３２０で紛体が使用される場合に、流量計測装置１が適用されている。
【０１２８】
流体として紛体が使用される。例えば、基材に紛体を塗布する製造工程が、製造ライン３２０で実施される。紙やすりやすべり止め部材の製造などにおいて、このような紛体の供給がなされる製造ライン３２０が使用される。
【０１２９】
供給部２００は、供給紛体２２０を供給する。供給紛体２２０は、製造ライン３２０を移動しながら基材に塗布されるなどする。製造ライン３２０は、コンベア方式などで移動し、これに合わせて供給紛体２２０も移動する。この移動の中で供給紛体２２０は基材などに塗布されていく。
【０１３０】
ここで、図７の場合と同様に、塗布から余った供給紛体２２０は、製造ライン３２０の逆方向から落下して落下紛体１２０となって落下する。振動検出器２は、この落下紛体１２０の衝突を受ける。この衝突により、振動検出器２は、振動を検出して、実施の形態１で説明したように流量計測装置１が、落下紛体１２０の流量を計測する。
【０１３１】
ここで、供給制御部６は、流量算出部５で算出された落下紛体１２０の流量に基づいて、供給部２００での供給紛体２２０の供給量を制御する。液体の場合と同様である。供給制御部６は、供給部２００に制御信号を出力して、供給紛体１２０の供給量を制御する。供給部２００は、この制御信号に応じて、供給量を制御できる。
【０１３２】
例えば、流量算出部５で算出された落下紛体１２０の量が所定値以上である場合には、供給量が過剰であると判断される。塗布されずに余る紛体が多すぎることを示している。この場合には、紛体の供給量を減少させる必要がある。このため、流量算出部５で算出された落下紛体１２０の量が所定値以上である場合には、供給制御部６は、供給部２００での供給紛体１２０の量を減少させるように制御する。
【０１３３】
逆に、流量算出部５で算出された落下紛体１２０の量が所定値未満である場合には、供給量が不足していると考えられる。基材への紛体の塗布が不十分となっている可能性がある。この場合には、紛体の供給量を増加させる必要がある。このため、流量算出部５で算出された落下紛体１２０の量が所定値未満である場合には、供給制御部６は、供給部２００での供給紛体１２０の量を増加させるように制御する。
【０１３４】
これらの制御によって、製造ライン３２０での製造の精度や効率を向上させることができる。
【０１３５】
以上のように、流量計測装置１は、供給制御部６を更に備えることで、流体（液体や紛体）供給量の最適制御を実現できる。
【０１３６】
（振動波形に基づく供給量の制御）
図９は、本発明の実施の形態２における振動波形の一例を示すグラフである。
【０１３７】
振動波形は、落下する流体１００が振動検出器２に衝突して振動を生じさせることで、得られる波形である。ここで、振動検出器２は、落下する流体１００の衝突によって物理的にひずんで振動を検出する。このため、落下する流体１００の量が多い（流体１００の粒が大きい、数が多い、連続数が多いなど）ときには、振動波形にバイアスが生じることがある。物理的なひずみが戻りきらないうちに、次の流体１００が衝突することで、ひずみの中央、すなわち振幅の中央値が基準のゼロ位置から変化するからである。
【０１３８】
例えば、振幅の中央値がゼロ位置より上に上がるようになる。このような場合には、より多くの流体１００が落下していることを示している。すなわち、流量算出部５においては、この中央値がゼロよりずれるバイアスに基づいて、定量的な流量ではなく、定性的（流量が多い、少ない）な流量を判断することも好適である。
【０１３９】
図１０は、本発明の実施の形態２における栽培棚に流量計測装置が適用された状態の模式図である。図１０においては、流量計測装置１が、バイアス線算出部７を更に備える状態を示している。
【０１４０】
バイアス線算出部７は、波形生成部３において得られた振動波形もしくは流量算出部５での結果を受ける。基本的には、振動波形の結果を受ける。振動波形は落下流体１１０の落下の状態によっては、図９のような中央値がゼロの基準線より上側だったり下側だったりに変異することがある。すなわちバイアスがかかったような状態である。
【０１４１】
バイアス線算出部７は、振動波形の振幅の中央値を結んでバイアス線を算出する。このバイアス線の位置やゼロの基準位置からの偏移量が、バイアス線の偏移量である。バイアス線算出部７は、この偏移量も算出する。バイアス線算出部７は、このバイアス線の結果や偏移量の結果を、供給制御部６に出力する。
【０１４２】
ここで、供給制御部６は、バイアス線の振動波形における横軸である基準位置からの偏移量が所定値以上である場合には、供給部２００からの供給液体２１０の供給量を減少させる。偏移量が所定値以上ということは、振動検出器２に次々と落下流体１１０が衝突している状態である。この状態は、栽培棚３１０に供給される供給液体２１０が多すぎると考えられる。このため、栽培棚３１０での栽培に悪影響を生じさせないように、供給液体２１０の供給量を減らすことが好ましい。
【０１４３】
このように、バイアス線算出部７での振幅波形の中央値の偏移量に基づいて、供給制御部６が供給量を制御することも好適である。このとき、流量算出部５で算出された定量的な流量と偏移量とが合わされて供給量の制御がなされることもよい。あるいは、いずれか一方のみで供給制御部６が制御してもよい。例えば、偏移量のみで、供給制御部６が供給量を制御してもよい。あるいは、流量のみで、供給制御部６が供給量を制御してもよい。
【０１４４】
以上のように、振幅波形の中央値の偏移量（バイアス量）により、供給の問題を制御することも好適である。
【０１４５】
（表示部）
図１１は、本発明の実施の形態２における流量計測装置１のブロック図である。なお、図１１では、植物栽培棚３１０に適用された状態で示されているが、製造ラインなど他の適用の場合も同様である。
【０１４６】
図１１の流量計測装置１は、表示部８を更に備えている。表示部８は、流量算出部５で算出された流量の結果や、供給制御部６での制御内容の結果を表示する。これらの表示がなされることで、使用者は、現状を把握して対応を行うことができるようになる。
【０１４７】
また、表示部８は、操作入力を兼ね備えていてもよく、使用者が操作入力を行う。例えば、供給制御部６での制御基準値の設定や、流量算出部５で使用する相関関係の選択などを行う。
【０１４８】
以上のように、実施の形態２における流量計測装置１は、液体や紛体などの流体の供給量を最適に制御することができる。
【０１４９】
なお、実施の形態１〜２で説明された流量計測装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。
【符号の説明】
【０１５０】
１    流量計測装置
２    振動検出器
３    波形生成部
４    積分処理部
５    流量算出部
６    供給制御部
７    バイアス線算出部
８    表示部
１００    流体
１１０    落下流体  
１２０    落下紛体
２００    供給部
２１０    供給液体
２２０    供給紛体
３００    棚
３１０    栽培棚  
３２０    製造ライン
【図１】
2020134247.tif 000003
【図２】
2020134247.tif 000004
【図３】
2020134247.tif 000005
【図４】
2020134247.tif 000006
【図５】
2020134247.tif 000007
【図６】
2020134247.tif 000008
【図７】
2020134247.tif 000009
【図８】
2020134247.tif 000010
【図９】
2020134247.tif 000011
【図１０】
2020134247.tif 000012
【図１１】
2020134247.tif 000013