2023 Fiscal Year Research-status Report
地震などで起こる転倒事故防止のための高速な傾斜センサーシステムの開発
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23K04336
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| Research Institution | Sasebo National College of Technology |
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Principal Investigator |
下尾 浩正 佐世保工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (10435480)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 傾斜センサ / 揺れ・傾斜の検知 / ニューロンの電子回路化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
傾斜センサシステムを災害に起因する転倒防止装置などに組み込む前段階として、基礎評価を通じた傾斜センサシステム自体の開発を進めた．開発における基礎評価として、１）計測可能な傾斜角の範囲に関連した評価、２）センサシステムの応答時間に関連した評価、３）傾斜角の分解能計測に関連した評価を行ない、学会発表にて結果を報告した．加えて、４）センサに用いる電子回路素子の最適配置検討のためのモデリングを行った．
１）では、センサ部に用いるフォトトランジスタの複数種類の比較実験の結果から、計測可能な傾斜角の範囲にフォトトランジスタの半減角のパラメータが大きく影響することを明らかにした．計測範囲に応じて適した回路素子選定の目安になることがわかった．２）では、センサシステムの実用化に向けて、反射鏡を導入してセンサ部の構成を再構築し実験を行った結果、応答時間が10マイクロ秒オーダであることを明らかにした．実用化に少し前進したが、従来の提案システムに比べて傾斜角判別範囲および応答時間が少し劣る結果となったため、応答時間に影響する要因の分析が必要なことがわかった．３）では、傾斜角の分解能計測を進めていく際に、傾斜角を判別するために用いるコンパレータ回路の不安定な出力を取り除く必要があった．そこで、コンパレータ回路にヒステリシス特性を追加した結果、安定した出力が得られることを明らかにした反面、最適な帰還抵抗値を決定し、分解能との関係の分析が必要なことがわかった．４）では、関連する研究として、センサに用いる電子回路素子の最適配置を検討するために、素子の特性を数式化してセンサ部をモデル化できることを明らかにし、実際の実験結果と比較しながら、センサ部の性能向上に有用であることが示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高速な傾斜センサシステムが災害被害の低減に利用できないか検討するにあたって、傾斜センサシステムの３つの基礎評価に関連する実験と実用化に向けたシステム構成のための実験を行った．実験のためにセンサシステムを試作し計測するための研究環境を整えた．基礎評価として、１）分解能の限界：傾斜角の分解能を1度以下に設定するために、コンパレータにヒステリシス特性を追加して不安定出力を取り除いた．２）応答時間の短縮：数種類の素子を比較検討するために、センサ部の電子回路素子を容易に取り換えられるシステムを試作し応答時間計測可能となったが、詳細な計測には至っていない．３）傾斜角の計測範囲：センサ回路部の実験に時間を要したため、計測範囲を広げるために判別回路部にコンパレータを複数個追加する実験に着手できていない．しかし、計測範囲にフォトトランジスタの半減角が影響することを数種類の素子比較実験結果から得た．
いずれの成果も定量的な値を得るための前段階で生じた課題を解決するために取り組んだ成果となっているため、やや進捗が遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
センサシステムの基礎評価の前段階で生じた課題解決に時間を要したため、当初の研究計画に沿った１）分解能の限界、２）応答時間の短縮、３）傾斜角の計測範囲に対し、現状のセンサシステムで定量的な値を得るための各実験に着手する．研究環境・機器は一通り整っており、１）ではヒステリシス特性を追加したコンパレータを用いた評価、３）では判別回路にコンパレータを複数個追加した回路・基板を作成し、応答時間の維持および判別段階の評価を行う．２）は、１）・３）の評価後に行うが、応答時間が大幅に増加するなど課題が生じた場合に行う予定である．
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| Causes of Carryover |
当該研究の進行状況にやや遅れがあるため、次年度使用額が生じている．現在、購入した4ch直流電源装置を使用して傾斜センサシステムの基礎評価を進めており、評価の進捗状況に応じて更に細かな電圧調整が必要な直流電源の購入を検討している．また、基礎評価を概ね終えた後、システム化のための3Dプリンタあるいは3D切削機の購入を計画している．基礎評価を行うにあたって、現段階の評価は、既存の電子回路素子・部品・基板で実施できているが、今後、複数回の基板作成や電子回路素子・部品を想定しており、購入を計画している．
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