2019 Fiscal Year Research-status Report
Dynamic mass measurement of micro sample under environmental vibration
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18K04180
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
山崎 敬則 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (80342476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山川 雄司 東京大学, 大学院情報学環・学際情報学府, 准教授 (90624940)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 微小質量 / 動的測定 / 環境振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小試料の質量を手早くかつ精度よく測定することは，ますます重要な課題となっている．代表的な例として創薬が挙げられる．薬剤には微量でも効果が大きく異なるものがあり，調剤の現場では，個人の反応に応じた投薬が行われ始めている．微小質量測定の最大の敵は床振動などの環境振動である．高周波成分は測定時間が短くともフィルタなどで除去できるが，低周波成分は測定値へ重畳されてしまう．そこで本研究では，電磁力を用いた電子天秤に，環境振動を抑制ないしは相殺するアルゴリズムを適用し，1g以下の質量を0.5%の精度で短時間かつ連続的に測定するシステムの開発を目指す．
これまでにも動的質量測定に関する研究は行われてきたが，微小質量の動的測定技術については，特に環境振動が測定値に与える影響が問題となって確立していないのが現状である．本研究では，環境振動下でも実需の要求に応えられる速度および精度での動的測定を目的とし，本年度はダミーセルを用いた環境振動の検出と補償に焦点を当てて研究を進めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度（平成31年度）は，ダミーセルを用いた環境振動の検出手法を主として研究を進めている．環境振動は数Hz程度と低周波であることが多く，一般に用いられる圧電式やひずみゲージ式の加速度センサでは検出が難しいことが問題となっている．そこで本研究では，環境振動を検出する方法として，1)MEMS型加速度センサを用いる方法，2)ダミーセルを用いる方法，の2つを検討している．前者は近年，小型化が進み，SN比が目覚ましく向上しているが，研究室では検出基盤に改良を加えてノイズ低減を実現し0.01m/s2程度の検出結果が得られている．
本年度はダミーセルを設計製作し，さらに振動特性を改良した2号機を試作し，従来から低周波の検出に実績のあるサーボ型加速度センサを用いて比較したところ，MEMS型加速度センサと同様に0.01m/s2程度の加速度は検出できることが分かった．さらに環境振動の低減を目的とし，簡易的かつオフラインではあるが補償を施した実験の結果，2Hz以上の定常振動については，いずれの方式でも60％以上の低減効果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
環境振動を検出する手法については目処が立ってきたものの，計量コンベア本体（電磁力平衡式はかり）の出力（初期信号は変位）と振動検出器（MEMS型加速度センサおよびダミーセル）の出力とは物理量が異なるため位相差が生じてしまう．そこで，当初の計画にあるように，電磁力平衡式はかりのモデル化，さらに測定システム全体のモデルを構築し，この関係性を把握することが必要となる．
これまでにMEMS型加速度センサおよびダミーセルを試作し，環境振動の検出を行った結果，検出精度は同程度であるが，ダミーセルのほうがノイズの影響を受けにくいことが分かってきた．ダミーセルで検出されるひずみと，振動によって生じる力とは親和性が高く，また，低周波では位相差の問題も生じないため，ひとまずダミーセルを用いた定常振動の補償について検討を行う．しなしながら，微量の搬送物が計量コンベアに乗り込む際の衝撃によって励起される振動については，過渡現象を含めた挙動について検討を進める必要がある．
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| Causes of Carryover |
今年度はおおむね予定通り使用したが，前年度の支出が抑えられていたため．
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