(57)【要約】【課題】荷重測定レートを一定にすることができる振動式荷重センサを提供する。【解決手段】音叉センサ１００は、荷重Ｆを受ける荷重受け部１６と、荷重受け部１６が受けている荷重Ｆの大きさに応じて振動周波数を変化させる音叉振動子１と、音叉振動子１の振動波形を検出する圧電素子４ｂと、一定のサンプリング周波数で振動波形をデジタル信号に変換するＡＤ変換器６２と、デジタル信号に基づいて、サンプリング周波数に対応するサンプリング周期毎に音叉振動子１の振動周波数を特定するデジタル処理部６４と、特定された振動周波数に基づいて、荷重受け部１６が受けている荷重Ｆの大きさを特定する荷重特定部６５と、を備える。【選択図】図２
2019045378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を受ける荷重受け部と、
前記荷重受け部が受けている荷重の大きさに応じて振動周波数を変化させる振動子と、
前記振動子の振動波形を検出する検出部と、
一定のサンプリング周波数で前記振動波形をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記デジタル信号に基づいて、前記サンプリング周波数に対応するサンプリング周期毎に前記振動子の振動周波数を特定するデジタル処理部と、
特定された前記振動周波数に基づいて、前記荷重受け部が受けている荷重の大きさを特定する荷重特定部と、
を備える、振動式荷重センサ。
【請求項２】
前記デジタル処理部は、
前記デジタル信号と同一位相の第１デジタル信号を取得するとともに、前記デジタル信号をヒルベルト変換することにより前記デジタル信号に対して９０°位相の異なる第２デジタル信号を取得し、
前記第１デジタル信号と前記第２デジタル信号との比率に基づいて位相角を算出し、
前記サンプリング周期毎に、連続する２つのサンプリング時点のそれぞれにおいて算出された前記位相角に基づいて、前記振動周波数を算出する、
請求項１に記載の振動式荷重センサ。
【請求項３】
前記デジタル処理部は、前記デジタル信号に対して適応ノッチフィルタによるフィルタ処理を実行することにより、前記振動周波数を特定する、
請求項１に記載の振動式荷重センサ。
【請求項４】
前記ＡＤ変換部により変換された前記デジタル信号を入力し、前記デジタル信号の予め定められた帯域外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタを更に備え、
前記デジタル処理部は、前記バンドパスフィルタを通過した後の前記デジタル信号に基づいて、前記振動周波数を特定する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動式荷重センサ。
【請求項５】
前記予め定められた帯域は、荷重測定に用いる振動モードとして予め定められた振動モードの固有周波数と、予め定められた測定可能荷重に応じた周波数の変化量と、に基づいて設定された帯域である、
請求項４に記載の振動式荷重センサ。
【請求項６】
前記振動子は、音叉式の振動子である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動式荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式荷重センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷重（力）に応じて固有振動数（周波数）を変化させる振動子を用いて荷重を測定する振動式荷重センサが知られている。例えば、特許文献１には、音叉式振動子の振動周波数の変化に基づいて荷重測定を行うための荷重変換機構が開示されている。このような振動式荷重センサにおいて、振動子の振動周波数を測定する手法としては、例えば特許文献２に開示されているようなレシプロカル方式が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平３−４９０５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２１００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したレシプロカル方式は、まず入力信号の周期を求めてから当該周期の逆数を算出することによって周波数を求める方式である。このため、レシプロカル方式では、振動周波数が得られるタイミングが入力信号の周期に依存してしまう。すなわち、レシプロカル方式では、入力信号の周期に依存することなく一定の測定レートで振動周波数を得ることができない。このため、レシプロカル方式は、荷重測定結果に基づく動的な制御（例えば荷重変化に応じて所定の機構を動かす制御等）が必要な場合に適用し難いという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の一側面は、荷重測定レートを一定にすることができる振動式荷重センサ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】
【０００６】
本発明の一側面に係る振動式荷重センサは、荷重を受ける荷重受け部と、荷重受け部が受けている荷重の大きさに応じて振動周波数を変化させる振動子と、振動子の振動波形を検出する検出部と、一定のサンプリング周波数で振動波形をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、上記デジタル信号に基づいて、サンプリング周波数に対応するサンプリング周期毎に振動子の振動周波数を特定するデジタル処理部と、特定された振動周波数に基づいて、荷重受け部が受けている荷重の大きさを特定する荷重特定部と、を備える。
【０００７】
この振動式荷重センサは、振動波形を一定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に基づいて、サンプリング周期毎に振動子の振動周波数を取得する。また、サンプリング周期毎に得られた各振動周波数から各サンプリング時点における荷重の大きさが特定される。このように、この振動式荷重センサによれば、サンプリング周期毎に荷重測定結果を得ることができるため、荷重測定レートを一定にすることができる。
【０００８】
デジタル処理部は、上記デジタル信号と同一位相の第１デジタル信号を取得するとともに、上記デジタル信号をヒルベルト変換することにより上記デジタル信号に対して９０°位相の異なる第２デジタル信号を取得し、第１デジタル信号と第２デジタル信号との比率に基づいて位相角を算出し、サンプリング周期毎に、連続する２つのサンプリング時点のそれぞれにおいて算出された位相角に基づいて、振動周波数を算出してもよい。この場合、ヒルベルト変換を利用することにより、荷重測定レートを一定にする構成を容易に実現できる。
【０００９】
デジタル処理部は、上記デジタル信号に対して適応ノッチフィルタによるフィルタ処理を実行することにより、振動周波数を特定してもよい。この場合、適応ノッチフィルタによるフィルタ処理を実行することにより、荷重測定レートを一定にする構成を容易に実現できる。
【００１０】
上記振動式荷重センサは、ＡＤ変換部により変換されたデジタル信号を入力し、デジタル信号の予め定められた帯域外の周波数成分を減衰させるバンドパスフィルタを更に備え、デジタル処理部は、バンドパスフィルタを通過した後のデジタル信号に基づいて、振動周波数を特定してもよい。この場合、バンドパスフィルタによって、デジタル信号に含まれているノイズを低減できる。その結果、振動周波数の測定精度（すなわち、振動周波数に基づく荷重測定の精度）を向上させることができる。
【００１１】
予め定められた帯域は、荷重測定に用いる振動モードとして予め定められた振動モードの固有周波数と、予め定められた測定可能荷重に応じた周波数の変化量と、に基づいて設定された帯域であってもよい。この場合、荷重測定に必要な周波数帯域以外の帯域の周波数成分を適切に減衰させることができ、デジタル信号に含まれているノイズを効果的に低減できる。
【００１２】
振動子は、音叉式の振動子であってもよい。この場合、音叉式の振動子を用いることで、上述した振動式荷重センサを具体的に実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一側面によれば、荷重測定レートを一定にすることができる振動式荷重センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】振動式荷重センサの一実施形態である音叉センサの概略斜視図である。
【図２】荷重測定部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】音叉センサによる荷重測定に必要な周波数帯域を示す図である。
【図４】Ａ／Ｄ変換処理により得られる電圧波形の一例を示す図である。
【図５】バンドパスフィルタ処理により得られる電圧波形の一例を示す図である。
【図６】ヒルベルト変換を用いた周波数変換により得られる周波数波形の一例を示す図である。
【図７】デジタルフィルタの概略構成を示すブロック図である。
【図８】デジタルフィルタにより得られる周波数波形の一例を示す図である。
【図９】（Ａ）レシプロカル方式を用いた場合の重量測定結果、及び（Ｂ）本実施形態に係る測定手法による重量測定結果を示す図である。
【図１０】適応ノッチフィルタの概略構成を示す図である。
【図１１】適応ノッチフィルタの回路構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明に係る振動式荷重センサの一実施形態である音叉センサの概略斜視図である。音叉センサ１００は、荷重受け部１６に加えられた荷重Ｆの大きさに応じて固有周波数（振動数）を変化させるように構成された音叉振動子１を有する。また、音叉センサ１００は、音叉振動子１の振動周波数に基づいて荷重Ｆの大きさを測定する荷重測定部６を有する。荷重測定部６は、ＣＰＵ等のプロセッサ、メモリ等を備えるコンピュータにより構成され得る。以下、音叉センサ１００の構成について詳細に説明する。
【００１７】
音叉振動子１は、互いに平行に配置された２枚の矩形板状の振動片１ａ，１ｂと、振動片１ａ，１ｂの長手方向Ｄの両端部同士をそれぞれ接続するＵ字状の結合部２ａ，２ｂと、振動片１ａ，１ｂ及び結合部２ａ，２ｂにより構成される振動部を長手方向Ｄの両側で支持する薄板状の支持片３ａ，３ｂと、により構成されている。
【００１８】
音叉振動子１の一方の結合部（ここでは結合部２ｂ）の両側面には、圧電素子４ａ，４ｂが、例えば接着及び蒸着等により取り付けられている。圧電素子４ａ，４ｂは、外部に設置された増幅器５の出力部及び入力部にそれぞれ接続されている。これにより、圧電素子４ａは、音叉振動子１を一定の周波数で振動させるための励振用として動作し、圧電素子４ｂは、音叉振動子１の振動を検知するピックアップ用として動作する。すなわち、圧電素子４ｂは、音叉振動子１の振動波形を検出する検出部として機能する。振動片１ａ，１ｂは、増幅器５において設定された利得（ゲイン）及び周波数特性等に基づいて、予め一定の周波数で振動させられる。
【００１９】
音叉センサ１００は、荷重受け部１６の荷重Ｆを音叉振動子１に伝達するための伝達機構として、てこ部１０及び基部１１を有する。音叉振動子１の長手方向Ｄの一端は、支持片３ａを介して、てこ部１０の一端に接続されている。てこ部１０の当該一端は、てこ部１０における力点１２を構成している。音叉振動子１の長手方向Ｄの他端は、支持片３ｂを介して、基部１１に取り付けられている。てこ部１０は、基部１１に連なる肉薄状の支点１３に支えられている。支点１３を挟んで力点１２とは反対側のてこ部１０の他端は、重点１４を構成している。重点１４には、薄板状の引張片１５を介して、荷重受け部１６が吊り下げられている。このような構成により、荷重受け部１６に加えられた荷重Ｆは、てこ部１０を介して音叉振動子１を引っ張るようになっている。荷重Ｆが音叉振動子１に作用する力の大きさは、支点１３から力点１２までの距離と支点１３から重点１４までの距離との比率等によって調整されている。
【００２０】
基部１１の取付穴１７，１８は、音叉センサ１００の本体（増幅器５及び荷重測定部６を除く部分）を図示しない筐体等に固定するためのものである。図１において破線で示される荷重受け部１６のフック１９は、測定対象物の形状等によって、必要に応じて補助的に使用されるものである。なお、音叉センサ１００の本体の大きさ及び形状（例えばてこ部１０及び基部１１の形状等）は、使用場所及び用途等（例えば５ｋｇｆ以下の小荷重を測定する用途等）に応じて適宜変更され得る。
【００２１】
次に、荷重測定部６による測定処理について説明する。測定処理の概要は以下の通りである。荷重受け部１６に荷重Ｆが加えられると、てこ部１０及び基部１１等の伝達機構を介して音叉振動子１が引っ張られ、音叉振動子１の振動周波数が変化する。荷重測定部６は、圧電素子４ｂを介して、音叉振動子１の振動に応じた電圧の大きさを示すアナログ信号である電圧波形（横軸が時間、縦軸が電圧を示す波形）を取得する。これにより、荷重測定部６は、音叉振動子１の振動周波数の変化が反映された電圧波形を得ることができる。続いて、荷重測定部６は、当該電圧波形に対してＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換処理及び後述するデジタル処理を実行することにより、荷重Ｆの大きさに応じた音叉振動子１の振動周波数（例えば振動の１次モードに対応する固有周波数）を特定する。続いて、荷重測定部６は、特定された振動周波数に基づいて荷重Ｆの大きさを特定する。
【００２２】
図２は、荷重測定部６の機能構成を示すブロック図である。図２に示されるように、荷重測定部６は、アナログＬＰＦ（ローパスフィルタ）６１と、ＡＤ変換器６２（ＡＤ変換部）と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６３と、デジタル処理部６４と、荷重特定部６５と、を有する。デジタル処理部６４は、ヒルベルト変換部６４１と、デジタルフィルタ６４２と、を有する。以下、荷重測定部６の各機能について説明する。
【００２３】
アナログＬＰＦ（ローパスフィルタ）６１は、圧電素子４ｂを介して取得されたアナログ信号である電圧波形を入力し、音叉センサ１００による荷重測定に必要な周波数帯域よりも高い周波数成分を除去する（減衰させる）ように構成されたアナログフィルタである。
【００２４】
図３は、音叉センサによる荷重測定に必要な周波数帯域を示す図である。図３は、所定の荷重Ｆが荷重受け部１６に加わっている状態において観測された時間波形である電圧波形を周波数領域のスペクトルに変換することで得られた波形を示している。なお、当該波形は説明のために示したものであり、荷重測定部６によって取得される必要はない。
【００２５】
本実施形態では一例として、音叉振動子１の１次モードの振動に対応する固有周波数に基づいて荷重測定が行われる。すなわち、音叉振動子１の１次モードが、荷重測定に用いる振動モードとして予め定められている。ここで、デフォルトの状態（すなわち、荷重受け部１６に荷重Ｆが加えられていない状態）における１次モードの固有周波数をｆと表し、予め定められた測定可能荷重の範囲内に含まれる荷重Ｆが荷重受け部１６に加えられた場合における当該固有周波数の最大の変化量をΔｆと表す。ｆ及びΔｆは、音叉センサ１００の本体形状及び測定可能荷重等に基づいて予め把握される。この場合、周波数ｆと周波数ｆ＋Δｆとの間の領域Ｒが、音叉センサ１００による荷重測定に必要な周波数帯域となる。この場合、アナログＬＰＦ６１は、周波数ｆ＋Δｆよりも高い周波数成分を除去するように構成され得る。
【００２６】
ＡＤ変換器６２は、圧電素子４ｂにより検出された振動波形（本実施形態では、アナログＬＰＦ６１を通過した後の電圧波形）を、予め定められた一定のサンプリング周波数によりデジタル信号に変換する。例えば、ＡＤ変換器６２は、入力されたアナログ信号に対して公知のＡ／Ｄ変換処理を実行し、変換されたデジタル信号を出力する電子回路として構成され得る。図４は、上記Ａ／Ｄ変換処理によって得られる電圧波形の一例を示す図である。なお、図４及び以下に説明する図５、図６、及び図８に示す波形例は、本実施形態における各種変換処理の内容を理解し易くするために極端な波形例として示したものであり、実際の測定により得られる波形データとは異なり得る。
【００２７】
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）６３は、ＡＤ変換器６２により変換されたデジタル信号を入力し、当該デジタル信号の予め定められた帯域外の周波数成分を減衰させるデジタル回路である。ここで、荷重測定に用いる振動モードとして予め定められた振動モード（ここでは、１次モード）の固有周波数と、予め定められた測定可能荷重に応じた周波数の変化量と、に基づいて設定された帯域が、上記の「予め定められた帯域」として設定され得る。すなわち、本実施形態では、上述した荷重測定に必要な周波数帯域（周波数ｆと周波数ｆ＋Δｆとの間の領域Ｒ）が、上記の「予め定められた帯域」として設定され得る。
【００２８】
ＢＰＦ６３は、電圧波形（図４参照）に含まれるノイズを減衰させる目的で使用される。上記の「ノイズ」は、電圧波形のうち、音叉振動子１の振動周波数（ここでは、１次モードの固有周波数）の測定精度を下げる要因となり得る部分である。例えば、上記ノイズは、音叉振動子１の荷重測定に用いられない振動モード（本実施形態では、２次以上のモード）に関する振動成分を含み得る。また、上記ノイズは、音叉センサ１００の本体に伝わる外乱ノイズ（例えば音叉センサ１００の基部１１を支持する図示しない支持体の振動等に起因する振動成分）を含み得る。
【００２９】
図５は、ＢＰＦ６３のバンドパスフィルタ処理により得られる電圧波形の一例を示す図である。この例では、上記バンドパスフィルタ処理により、領域Ｒ（図３参照）の外側の周波数成分が減衰され、比較的整った形状の電圧波形が得られている。
【００３０】
デジタル処理部６４は、ＢＰＦ６３を通過したデジタル信号（図５参照）に基づいて、Ａ／Ｄ変換処理におけるサンプリング周波数に対応するサンプリング周期Ｔ毎に、音叉振動子１の振動周波数を特定する。本実施形態では、デジタル処理部６４は、ヒルベルト変換部６４１と、デジタルフィルタ６４２と、を含む。
【００３１】
ヒルベルト変換部６４１は、以下の第１〜第３の処理を実行する。
【００３２】
（第１の処理）
ヒルベルト変換部６４１は、ＢＰＦ６３を通過したデジタル信号（図５参照）と同一位相の第１デジタル信号Ｄ１を取得するとともに、当該デジタル信号をヒルベルト変換することにより当該デジタル信号に対して９０°位相の異なる第２デジタル信号Ｄ２を取得する。第１の処理を実行するための回路は、例えばＦＩＲフィルタ、遅延回路等を含む公知のデジタル回路により構成される。第１デジタル信号Ｄ１及び第２デジタル信号Ｄ２は、例えば下記式（１）及び（２）のように表される。ここで、Ａは振幅、ωは角周波数、ｔは任意のサンプリング時点を表す。
Ｄ１＝Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）  …（１）
Ｄ２＝Ａ・ｃｏｓ（ωｔ）  …（２）
【００３３】
（第２の処理）
続いて、ヒルベルト変換部６４１は、第１の処理により得られた第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２との比率（Ｄ１／Ｄ２）に基づいて位相角θ（＝ωｔ）を算出する。具体的には、ヒルベルト変換部６４１は、当該比率の関係式（Ｄ１／Ｄ２＝ｓｉｎ（ωｔ）／ｃｏｓ（ωｔ）＝ｔａｎ（ωｔ））から、その逆正接（ｔａｎ−１）を演算により求めることにより、位相角θを算出する。
【００３４】
（第３の処理）
続いて、ヒルベルト変換部６４１は、連続する２つのサンプリング時点ｔ，ｔ−１（ｔ＝ｔ−１＋Ｔ）のそれぞれにおいて上記第２の処理により算出された位相角θ，θ−１に基づいて、サンプリング時点ｔにおける振動周波数を算出する。サンプリング時点ｔ−１は、サンプリング時点ｔよりも１つ前のサンプリング時点である。具体的には、ヒルベルト変換部６４１は、下記式（３）により、サンプリング時点ｔにおける振動周波数ｆｔを算出する。
ｆｔ＝（θ−θ−１）／２πＴ  …（３）
【００３５】
図６は、ヒルベルト変換を用いた周波数変換（すなわち、ヒルベルト変換部６４１の第１〜第３の処理）により得られる周波数波形の一例を示す図である。
【００３６】
デジタルフィルタ６４２は、アプリケーションに応じてノイズを更に減衰させるためのデジタルフィルタである。ここでの「ノイズ」とは、ＢＰＦ６３では除去し切れていないレベルのノイズ、及びヒルベルト変換によって重畳されるノイズ等を意味する。
【００３７】
図７は、デジタルフィルタ６４２の概略構成を示すブロック図である。図７に示されるように、デジタルフィルタ６４２は、入力信号（上述したヒルベルト変換部６４１により得られたデジタル信号）の直流に近い成分のみを通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）により構成される。本実施形態では一例として、デジタルフィルタ６４２は、ＦＩＲフィルタ２１とデシメータ２２とを含む１段目のフィルタ回路と、ＦＩＲフィルタ２３とデシメータ２４とを含む２段目のフィルタ回路とにより、多段フィルタとして構成されている。ただし、デジタルフィルタ６４２は、３段以上の多段フィルタとして構成されてもよい。また、本実施形態では、荷重測定部６が備えるＣＰＵパワーでまかなえるタップ数に抑えるために多段構成を採用しているが、ＣＰＵパワーが十分である場合には１段構成としてもよい。
【００３８】
ＦＩＲフィルタ２１，２３は、直流に近い成分だけを通すローパスフィルタ（ＬＰＦ）として構成されている。当該ローパスフィルタ（ＦＩＲフィルタ２１，２３）は、図７に示すように有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）として実装されてもよいし、無限インパルス応答フィルタ（ＩＩＲフィルタ）として実装されてもよい。
【００３９】
デシメータ２２，２４は、データの間引き処理であるデシメーション（ダウンサンプリング）を実行する回路である。本実施形態では、デシメータ２２は、Ｍ個置きにデータを間引くように構成されており、デシメータ２４は、Ｎ個置きにデータを間引くように構成されている。ここで、Ｍ及びＮは予め定められた整数である。
【００４０】
図８は、デジタルフィルタ６４２により得られる周波数波形の一例を示す図である。図８に示されるように、デジタルフィルタ６４２の処理により、ヒルベルト変換部６４１により得られた周波数波形（図６参照）よりもノイズが更に低減された周波数波形が得られる。
【００４１】
荷重特定部６５は、上記のようにデジタル処理部６４により特定された振動周波数に基づいて、荷重受け部１６が受けている荷重Ｆの大きさを特定する。具体的には、荷重特定部６５は、特定された振動周波数を荷重Ｆの大きさに換算する。例えば、音叉センサ１００の１次モードの固有周波数と荷重Ｆの大きさとの関係を規定する関数等が予め用意されている。この場合、荷重特定部６５は、当該関数を用いることにより、特定された振動周波数を荷重Ｆの大きさを表す重量値に変換することができる。
【００４２】
以上説明した音叉センサ１００は、圧電素子４ｂから取得した振動波形（アナログ信号である電圧波形）を一定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に基づいて、サンプリング周期Ｔ毎に音叉振動子１の振動周波数を取得する。また、サンプリング周期Ｔ毎に得られた各振動周波数から各サンプリング時点における荷重Ｆの大きさが特定される。このように、この音叉センサ１００によれば、サンプリング周期Ｔ毎に荷重測定結果を得ることができるため、荷重測定レートを一定にすることができる。
【００４３】
また、ヒルベルト変換部６４１（デジタル処理部６４）は、デジタル信号（ここではＢＰＦ６３を通過した後のデジタル信号（図５参照））と同一位相の第１デジタル信号Ｄ１を取得するとともに、当該デジタル信号をヒルベルト変換することにより当該デジタル信号に対して９０°位相の異なる第２デジタル信号Ｄ２を取得し、第１デジタル信号Ｄ１と第２デジタル信号Ｄ２との比率に基づいて位相角θを算出し、サンプリング周期Ｔ毎に、連続する２つのサンプリング時点ｔ，ｔ−１のそれぞれにおいて算出された位相角θ，θ−１に基づいて、振動周波数ｆｔを算出する。このように、ヒルベルト変換を利用することにより、荷重測定レートを一定にする構成を容易に実現できる。
【００４４】
また、音叉センサ１００は、ＡＤ変換器６２により変換されたデジタル信号（図４参照）を入力し、デジタル信号の予め定められた帯域外の周波数成分を減衰させるＢＰＦ６３を備えている。そして、デジタル処理部６４は、ＢＰＦ６３を通過した後のデジタル信号（図５参照）に基づいて、音叉振動子１の振動周波数を特定する。この場合、バンドパスフィルタによって、デジタル信号（図４参照）に含まれているノイズを低減できる。その結果、ノイズが低減されたデジタル信号（図５参照）に基づいて、振動周波数の測定精度（すなわち、振動周波数に基づく荷重測定の精度）を向上させることができる。
【００４５】
また、上記の「予め定められた帯域」は、荷重測定に用いる振動モードとして予め定められた振動モード（ここでは１次モード）の固有周波数と、予め定められた測定可能荷重に応じた周波数の変化量と、に基づいて設定された帯域（ここでは図３に示した領域Ｒ）である。この場合、荷重測定に必要な周波数帯域（すなわち領域Ｒ）以外の帯域の周波数成分を適切に減衰させることができ、デジタル信号（図４参照）に含まれているノイズを効果的に低減できる。
【００４６】
また、本実施形態に係る振動式荷重センサは、音叉式の振動子（音叉振動子１）を振動子として備えた音叉センサ１００である。このように、音叉式の振動子を用いる構成により、上述した振動式荷重センサを具体的に実現することができる。
【００４７】
図９は、音叉センサ１００の本体に対して振動が加えられており、かつ荷重受け部１６に対して荷重Ｆが加えられていない場合（すなわち、Ｆ＝０の場合）の重量測定結果を示している。グラフ（Ａ）は、本実施形態に係る測定手法（荷重測定部６）のうち上述したヒルベルト変換部６４１による処理を従来のレシプロカル方式の処理に置き換えた場合の重量測定結果を示している。グラフ（Ｂ）は、本実施形態に係る測定手法（荷重測定部６）を用いた場合の重量測定結果を示している。
【００４８】
レシプロカル方式は、まず周期を測定し、測定された周期の逆数を計算することにより、周波数を算出する。すなわち、振動周波数を得るために、少なくとも入力信号１周期分の時間の振動波形が必要となる。つまり、レシプロカル方式では、圧電素子４ｂにより検出された振動波形（入力信号）から振動周波数を特定して荷重測定を行うためには、少なくとも入力信号１周期分の時間が必要となる。このため、例えば現時点から遡って入力信号１周期分の時間以内に、荷重測定の精度に影響を与えるノイズが含まれている場合、当該ノイズの影響を受けることになる。つまり、レシプロカル方式では、上記ノイズがなくなった時点を基準として入力信号１周期分の時間が経過するまで、得られる荷重測定結果にノイズの影響が残り続けてしまう。一方、本実施形態では、レシプロカル方式のように周波数を特定するために周期を最初に特定する必要がないため、上記ノイズがなくなった後、入力信号１周期分よりも短い時間（具体的には、上述したサンプリング周期Ｔ）で、ノイズの影響のない荷重測定結果を得ることが可能となる。
【００４９】
このため、グラフ（Ａ）に示されるように、レシプロカル方式を用いた場合には、音叉センサ１００の本体に対して加えられた振動に起因するノイズの影響を受け易く、重量測定結果に比較的大きい誤差（重量値０からの差）が生じている。一方、グラフ（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る測定手法（すなわち、レシプロカル方式の代わりに上述したヒルベルト変換部６４１による処理を実行する手法）では、レシプロカル方式を用いた場合よりもノイズの影響が低減され、重量値（０ｇ）の測定精度が向上している。また、このように本実施形態に係る測定手法は、従来のレシプロカル方式を用いる場合と比較してノイズ耐性に優れているため、荷重が動的に変化する場合（例えば、粉末状の物質を下方に落下させるために振動しているフィーダの重量を測定する場合等）のように、上記ノイズが生じ易い状況において、従来のレシプロカル方式と比較して特に有利である。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、荷重測定部６におけるアナログＬＰＦ６１、ＢＰＦ６３、及びデジタルフィルタ６４２は、荷重測定において求められる測定精度に応じて、適宜省略されてもよい。また、本実施形態では、振動式荷重センサの一形態として音叉センサ１００を説明したが、本実施形態の構成（特に荷重測定部６）は、音叉式以外の振動式（例えば、弦振動式、水晶式等）の荷重センサにも適用可能である。
【００５１】
また、図１０に示されるように、上記のヒルベルト変換部６４１は、適応ノッチフィルタ（アダプティブノッチフィルタ）６６に置き換えられてもよい。すなわち、デジタル処理部６４は、ＢＰＦ６３を通過したデジタル信号（図５参照）に対して適応ノッチフィルタ６６によるフィルタ処理を実行することにより、音叉振動子１の振動周波数を特定してもよい。適応ノッチフィルタ６６は、ノッチ周波数が入力信号のピーク周波数に合うように適応するデジタル回路である。このように、ヒルベルト変換部６４１の代わりに適応ノッチフィルタ６６によるフィルタ処理を実行することによっても、荷重測定レートを一定にする構成を容易に実現できる。
【００５２】
適応ノッチフィルタ６６の回路構成としては、公知の適応ノッチフィルタの回路構成を用いることができる。例えば、図１０に示されるように、適応ノッチフィルタ６６は、適応アルゴリズムを実行する適応アルゴリズム実行部Ａを備えている。適応アルゴリズムは、ノッチ周波数を入力信号ｘ（ｎ）（すなわち、ＢＰＦ６３により出力されたデジタル信号）のピーク周波数に合うように適応させるためのアルゴリズムである。適応アルゴリズム実行部Ａは、このような適応アルゴリズムを実行するデジタル回路である。ここで、「ｎ」はサンプリング時点を示す。適応アルゴリズム実行部Ａは、入力信号ｘ（ｎ）と入力信号ｘ（ｎ）に対して適応アルゴリズムを実行した結果との誤差ｅ（ｎ）を出力する。そして、適応アルゴリズム実行部Ａは、当該誤差ｅ（ｎ）に基づいて適応アルゴリズムを更新することにより、ノッチ周波数が入力信号のピーク周波数に合うように適応する。
【００５３】
図１１は、適応ノッチフィルタ６６の回路構成の一例を示す図である。また、下記式（１）〜（３）は、当該回路構成における適応アルゴリズムの一例である。下記式（３）は、ａ（ｎ）の初期値を計算する際に用いられる計算式である。下記式（１）〜（３）において、ａ（ｎ）はサンプリング時点毎に更新されるゲイン係数である。ｕ（ｎ）は入力信号ｘ（ｎ）と適応アルゴリズムから出力される信号の和である。ｒはノッチのＱ値（ノッチの鋭さ、急峻さ）である。μはステップサイズである。μ０は初期ステップサイズである。λは忘却係数である。ｆ（ｎ）はノッチ周波数である。ｆｓはサンプリング周波数である。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【符号の説明】
【００５４】
１…音叉振動子、４ｂ…圧電素子（検出部）、６…荷重測定部、１６…荷重受け部、６２…ＡＤ変換器（ＡＤ変換部）、６３…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、６４…デジタル処理部、６５…荷重特定部、６６…適応ノッチフィルタ、１００…音叉センサ（振動式荷重センサ）、６４１…ヒルベルト変換部、６４２…デジタルフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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