2020 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 – 2023-03-31
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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，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ている．本年度は海外における研究滞在のため１年間研究を中断する予定で経費申請もしていなかったところ，新型コロナウイルス感染症の影響で渡航中止となったため，繰越金にて次年度の実験に向けた準備のみ行った．
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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
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，振動検出にはダミーセルを用いる方向である．本年度は海外における研究滞在のため１年間研究を中断する予定であったため，限られた時間と経費で進められることとして，ダミーセルの振動検出感度を改善すべく，その位置を細かく調整できる機構を設計製作するなど，次年度に向けた準備を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
環境振動を測定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，電磁力平衡式はかりよりも構造がシンプルなロードセル式はかりを用いて，この出力とダミーセルで検出した振動出力の関係を考慮した環境振動の補償を試みた結果，最大ではあるが70%程度の振動低減効果が昨年度までに得られている．
今年度は，ロードセル式の出力とダミーセル出力との関係について得られた知見を電磁力平衡式に適用し，目標とする質量測定精度の実現を目指す．ロードセル式と異なり電磁力平衡式は零位法で，閉ループまでを含めた挙動の把握が実現の鍵となる．当初の計画通り，ひとまず同一場内にある各種機械の運転によって生じる定常的な環境振動を想定した補償を行うが，微小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も検討を進める予定である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響で海外における研究滞在が中止となったため．
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