2022 Fiscal Year Annual Research 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，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こととした．
ダミーセルは，FEM解析等を用いて計量ロードセルと固有振動数が等しく，電子天秤に組み込むことを考慮してなるべく小さくなるよう形状の設計を行った．ここで，切り欠き厚さは1.2mmで変えなかったところ，加振実験の結果，ひずみ量が計量ロードセルに比べて大きくなってしまった．そこで形状は変えずに切り欠きを3.0mmと厚くした改良形ダミーセルを新たに製作し，併せて振動補償の効果を比較することとした．提案した補償方法を適用した実験結果，改良形ダミーセルを用いることで2Hz以上の振動で十分効果が得られ，5Hzについては90%以上の補償効果があることが示された．
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