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1 センサー工学 2012 年 11 月 14 日 ( 水 ) 第 6 回 知能情報工学科横田孝義 1

2 センサー工学 10/03 10/10 10/17 10/24 11/7 11/14 11/21 11/28 12/05 12/12 12/19 1/09 1/16 1/23 1/30 2

3 先週の復習 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 非接触式 光電センサ 高周波近接センサ 超音波センサ 3

4 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 非接触式 光電センサ 高周波近接センサ 超音波センサ 4

5 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 5

6 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 微小接点間隔 (3.2mm 以下 ) とスナップアクション機構を持ち 規定された動きと規定された力で開閉動作をする小型に作られた機械的に操作するスイッチ 6

7 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 7

8 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 マイクロスイッチの動作原理 スナップアクション機構とは 操作速度とほぼ無関係に特定の操作位置で瞬時に接点が切り替わるメカ機構です この機構を用いて 決められた動きと力によって動作するのがマイクロスイッチです 8

9 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 9

10 機械量センサ長さのセンシング 定点検出センサ接触式マイクロスイッチ JIS C4505 規格 10

11 機械量センサ長さのセンシング 光電センサ 測距式 対向式 ( 透過式 ) 回帰反射式 拡散反射式 11

12 機械量センサ長さのセンシング 光電センサ 測距式 距離の光学的測定方法には いくつかの原理が存在するが ここではオートフォーカスカメラに用いられている最も汎用的な光学的三角測距原理を説明する 投光素子より出る光束は 投光レンズにより絞られ 検出面表面に照射される そして拡散反射された光線の一部は受光レンズを通過して位置検出素子上にスポットを作るが 図に示すように検出体が比較的近距離 A にある場合は a 点に 遠距離 B にある場合は b 点に 光スポットが作られる したがって位置検出素子上のスポット位置を検出すれば 物体までの距離が測定できることになる 12

13 機械量センサ長さのセンシング 光電センサ対向式 ( 透過式 ) 透過形の基本構造は光源を内蔵し検出媒体となる光を投射する役目を持つ投光器と 投光器の投射光を受け電気信号に変換する受光素子を内蔵した受光器を対向させて配置し 投光器を出た光は一直線に受光器の入光窓に投射される 対向配置された投光器と受光器の間が検出範囲であり この間を通過する物体が投射光を遮断し 受光器に入射する光量が減少すると受光器に内蔵された光電変換素子の電気的特性が変化するので これを検出 増幅し物体検出信号とする 13

14 機械量センサ長さのセンシング 光電センサ 回帰反射式 投光部と受光部を収納した投受光器とリフレックスリフレクタを対向配置し その間を通る物体によって生じる光量の変化で検出する光電形近接スイッチである リフレックスリフレクタは光の入射方向に光を反射する特性をもつ反射板である 設定距離は 1m~10m のものが多い 14

15 機械量センサ長さのセンシング 光電センサ 拡散反射式 拡散反射形光電形近接スイッチは 検出体自体の表面反射により動作するもので 検出体に光を照射する投光部 ( 投光回路 投光素子 ) と 検出体からの散乱反射光 ( 拡散反射光 ) を受光する受光部 ( 受光素子 受光回路 ) が一つのケースに収納された一体形の光電形近接スイッチである 透過形やリフレクタ形のように あらかじめ一定の間隔を光結合しておき その遮断を検出するものとは異なり 反射板などは使用せず 一定方向からのみ 物体を検出することができる 15

16 対向式光電センサの例 16

17 回帰反射式光電センサの例 17

18 拡散反射式光電センサの例 18

19 限定反射式光電センサの例 19

20 高周波形近接センサ 高周波発信型近接センサ 金属物体 磁性材料の検出 静電容量型近接センサ あらゆる物体の検出 20

21 高周波形近接センサ 高周波発信型近接センサ 金属物体 磁性材料の検出 誘導形近接スイッチの動作原理は図 3 に示すように検出コイルより出る高周波磁界中に金属物体 ( 検出体 ) が接近すると 近接金属中に電磁誘導現象による誘導電流が流れ 金属内に熱損失が発生する この誘導電流による熱損失は 検出コイルを通じて発振回路より引き出されたものであり この結果 発振回路は発振状態を維持することができず 発振が減衰するか または停止する 近接スイッチ内に 図 4 に示すように発振状態を検出する回路があり 発振が減衰または停止すると直ちに出力信号を発生させる 21

22 高周波形近接センサ 高周波発信型近接センサ 金属物体 磁性材料の検出 22

23 ITS( 知的交通システム ) 関係のセンサの話題 23

24 従来のセンサー 超音波感知器 ( トラカン ) ON OFF 交通量 Q 占有率 K t 平均車長仮定することで速度 V を推定 KV=Q 例 Q 台 /5 分 K % L=4.7m 速度情報から渋滞度 渋滞長を算出 AVI( 旅行時間計測端末 ) カメラでナンバープレートを認識 2 地点間で照合し 旅行時間を計測する 2012/11/14 24

25 従来のセンサー 光ビーコン ( 警察インフラ主体 ) 赤外線双方向通信車載器からのビーコン間旅行時間情報を受信する 超音波感知器と同等のセンサ機能 VICS 情報配信機能を併せ持つ 2012/11/14 25

26 従来のセンサー? ( プローブカー ) GPS 携帯電話基地局 オンライン収集 機器番号 位置 ( 緯度 経度 ) 1) 分析 物流交通の実態分析 阪神高速道路 一般道路の利用状況 課題抽出 2) 物流交通のモデル化 26

27 2.5 収集したプローブ情報の分布 27

28 2.7 収集カバー範囲 ( 全車両を総合 ) 28

29 3.2 プローブ情報から得たトラックの利用道路網 抽出されたトラックの利用道路網 ディジタル道路地図 高頻度道路低頻度道路 地図データ :Copyright 2010 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 29

30 234 台 30

31 5.3 一日のトリップチェーンにわたる経路推定の例 午前 午後 阪神高速を利用 新しい方式によってプローブ情報から都市高速道路の利用実態の把握が可能になった 31

32 5.9 具体例南港エリア発トリップの終点 このエリアで高速道路利用が少ない 32

33 5.10 具体例南港エリア発トリップの旅行速度 このエリア着トリップの旅行速度が低い 33

34 今週から振動の測定 教科書 計測工学 の 194 ページ 二つのケースがある (1) 空間に基準となる不動点 ( 床面など ) が得られる場合 (2) 基準となる不動点が得られない場合 センサを振動体に取り付けて測定する場合 地震 航空機 車両などの振動測定 : 不動点が得られない このセンサを古い言い方であるが サイズモ式ピックアップと呼ぶ 34

35 サイズモ式ピックアップとは? Seismic System 微分方程式 ばね k おもり m x 2 ばねの反発 ダンパの抵抗 ダンパ B 検出器 振動体 x 1 35

36 サイズモ式ピックアップとは? x 1 と x 2 で整理して ラプラス変換 36

37 サイズモ式ピックアップとは? X 2 vs X 1 の伝達関数 検出器では x 2 -x 1 を見ていることになるので X 2 - X 1 vs X 1 の伝達関数は 37

38 サイズモ式ピックアップとは? 伝達関数 ここで 減衰係数 固有角周波数 この系の周波数応答は? として伝達関数の振幅と位相を調べればよい 38

39 サイズモ式ピックアップとは? 周波数応答 振幅は 39

40 サイズモ式ピックアップとは? 位相は? 実部虚部なので 位相 40

41 サイズモ式ピックアップとは? 周波数特性の考察 固有角周波数 減衰係数 振動の周波数が固有振動数よりも十分に高ければ検出系の gain は 1 になる 41

42 サイズモ式ピックアップとは? 周波数特性の考察 位相 実部 2 虚部 すなわち 位相は π に収束 42

43 サイズモ式ピックアップとは? 43

44 サイズモ式ピックアップとは? 加速度ピックアップ 伝達関数 を書き換える Seismic System ばね k おもり ダンパ B m x 2 検出器 α 1 (s) は すなわち 床の振動の加速度 振動体 x 1 44

45 サイズモ式ピックアップとは? 加速度ピックアップ α 1 (s) は すなわち 床の振動の加速度 Seismic System 周波数特性は ばね k おもり ダンパ B m x 2 検出器 振動体 x 1 45

46 サイズモ式ピックアップとは? 加速度ピックアップ 周波数特性 振幅特性 位相特性 46

47 サイズモ式ピックアップとは? 加速度ピックアップ 周波数特性の考察 : 固有角振動数であれば 振幅特性 Seismic System ばね k 加速度の定数倍を計測できる おもり m x 2 ダンパ B 検出器 位相特性 振動体 x 1 47

48 サイズモ式ピックアップとは? 加速度ピックアップ 48

49 サイズモ式ピックアップとは? : 固有角振動数であれば 振動 x 1 を計測 : 固有角振動数であれば 振動 x 1 の加速度の定数倍を計測 Seismic System ばね k おもり ダンパ B m x 2 検出器 振動体 x 1 振動センサの原理をサイズモピックアップの動作から学んだ 49