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公開番号2025119458
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024014357
出願日2024-02-01
発明の名称密度判定装置及びその方法
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類G01N 29/12 20060101AFI20250806BHJP(測定;試験)
要約【課題】密度計測性能を向上させることができる密度判定装置及びその方法を提供する。
【解決手段】実施形態の密度判定装置は、容器11、音波発生部12、音波計測部13、共鳴周波数算出部20、残響特性算出部30、及び密度判定部40を備える。容器11は対象物14が設置可能である。音波発生部12は、容器11内に音波を発生する。音波計測部13は、容器11内の音波を計測して音波情報A1を出力すると共に、容器11内の残響を計測して音波情報A2を出力する。共鳴周波数算出部20は、音波情報A1を用いて容器11内に発生する共鳴の共鳴周波数を算出する。残響特性算出部30は、音波情報A2を用いて残響に関する残響パラメータを算出する。密度判定部40は、共鳴周波数と残響パラメータとに基づいて対象物14の密度を判定する。
【選択図】図14
特許請求の範囲【請求項１】
対象物が設置可能な容器と、
前記容器内に音波を発生する音波発生部と、
前記容器内の音波を計測して第１音波情報を出力すると共に、前記容器内の残響を計測して第２音波情報を出力する音波計測部と、
前記第１音波情報を用いて前記容器内に発生する共鳴の共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出部と、
前記第２音波情報を用いて前記残響に関する残響パラメータを算出する残響特性算出部と、
前記共鳴周波数と前記残響パラメータとに基づいて前記対象物の密度を判定する密度判定部と、
を具備する密度判定装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記共鳴周波数は、前記容器内に発生する気柱共鳴の周波数、あるいは前記容器内に発生するヘルムホルツ共鳴の周波数の少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の密度判定装置。
【請求項３】
前記容器内の前記残響は、時間の経過に伴って変化する音圧レベルを示す残響曲線において、初期に発生し減衰が大きい第１減衰と、前記第１減衰の後に発生し減衰が前記第１減衰より小さい第２減衰とを有し、
前記残響パラメータは、前記第１減衰の傾きあるいは前記第２減衰の傾きの少なくとも１つを含む、
請求項２に記載の密度判定装置。
【請求項４】
前記残響は、前記第２減衰の後に発生し減衰が前記第２減衰より大きい第３減衰を有し、
前記第２減衰は、前記第１減衰と前記第３減衰との間にある、
請求項３に記載の密度判定装置。
【請求項５】
前記音波計測部によって計測される前記残響の周波数帯域は、前記容器内に発生するヘルムホルツ共鳴の周波数が含まれる帯域を含む、
請求項１に記載の密度判定装置。
【請求項６】
前記密度判定部は、
前記容器内に複数の対象物が設置された場合の複数の共鳴周波数と前記複数の対象物の密度との相関関係から設定された第１式を用いて、前記共鳴周波数算出部により算出される前記共鳴周波数から、前記対象物の密度を判定する第１判定を行い、
前記容器内に複数の対象物が設置された場合の複数の残響パラメータと前記複数の対象物の密度との相関関係から設定された第２式を用いて、前記残響特性算出部により算出される前記残響パラメータから、前記対象物の密度を判定する第２判定を行い、
前記第１判定と前記第２判定とに基づいて前記対象物の密度を決定する、
請求項１に記載の密度判定装置。
【請求項７】
前記複数の共鳴周波数、及び前記共鳴周波数算出部により算出される前記共鳴周波数は、前記容器内に発生する気柱共鳴の周波数、あるいは前記容器内に発生するヘルムホルツ共鳴の周波数の少なくとも１つを含む、
請求項６に記載の密度判定装置。
【請求項８】
前記容器内の前記残響は、時間の経過に伴って変化する音圧レベルを示す残響曲線において、初期に発生し減衰が大きい第１減衰と、前記第１減衰の後に発生し減衰が前記第１減衰より小さい第２減衰とを有し、
前記複数の残響パラメータ、及び前記残響特性算出部により算出される前記残響パラメータは、前記第１減衰の傾きあるいは前記第２減衰の傾きの少なくとも１つを含む、
請求項７に記載の密度判定装置。
【請求項９】
前記容器は、前記対象物が設置される第１容器と、前記第１容器より小さい容積を持つ第２容器とを有し、
前記第１容器と前記第２容器とが連結されている、
請求項１に記載の密度判定装置。
【請求項１０】
前記第１容器の一端に前記音波発生部が配置され、前記第１容器の他端に前記音波計測部が配置されている請求項９に記載の密度判定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、密度判定装置及びその方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
物質の密度計測においては、計測対象を液体に沈め計測対象に作用する浮力から計測対象の密度を求める方法や、計測対象を液体に沈め、あふれ出た水から体積を測定し、さらに質量を測定して、測定した体積と質量から密度を求める方法、さらに計測対象を設置した試料室内への加圧と減圧による圧力差を用いて計測対象の密度を計測する方法など、いくつかの方法がある。
【０００３】
しかし、計測対象を液体に沈めるような手法は、計測対象の外側が撥水する性質を持つものに覆われているような物質ではなく、浸水性や吸水性がある物質の場合は、計測が不可能である。また、計測対象に圧力変化を加えるような手法では、計測対象が柔らかいものや、計測対象の内部に空洞を持つものは、圧力変化による変形などが生じてしまう可能性がある。また、内部空洞の繊細な具合によって確保されている柔らかさや感触の心地よさなどが重要な価値となるような製品に対しては、製品としての価値を損なってしまう可能性もある。よって、物質の密度計測においては、計測対象の形状変化や品質劣化をもたらさないような計測手法が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第４９１１４６０号明細書
特許第６７２７１５２号明細書
特開２０２２－１３３７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
密度計測性能を向上させることができる密度判定装置及びその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の密度判定装置は、対象物が設置可能な容器と、前記容器内に音波を発生する音波発生部と、前記容器内の音波を計測して第１音波情報を出力すると共に、前記容器内の残響を計測して第２音波情報を出力する音波計測部と、前記第１音波情報を用いて前記容器内に発生する共鳴の共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出部と、前記第２音波情報を用いて前記残響に関する残響パラメータを算出する残響特性算出部と、前記共鳴周波数と前記残響パラメータとに基づいて前記対象物の密度を判定する密度判定部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態に係る密度判定装置の構成を示す図である。
共鳴器内に発生するヘルムホルツ共鳴を説明するための概念図である。
共鳴器内に内挿物を設置した場合の周波数特性を示す図である。
基本的なヘルムホルツ共鳴、及び気柱共鳴がヘルムホルツ共鳴に与える影響の様子を示す概念図である。
気柱共鳴の変化とヘルムホルツ共鳴の変化との関係を示す図である。
共鳴器内に内挿物を設置した場合の残響曲線を示す図である。
共鳴器内に内挿物を設置していない場合の残響曲線を示す図である。
共鳴器内に設置する内挿物の種類を変えて計測した残響曲線を示す図である。
実施形態に係る内挿物の密度と初期減衰の傾きとの関係を示す図である。
実施形態に係る内挿物の密度と平衡減衰の傾きとの関係を示す図である。
実施形態に係る内挿物の密度と気柱共鳴周波数との関係を示す図である。
実施形態に係る内挿物の密度とヘルムホルツ共鳴周波数との関係を示す図である。
実施形態に係る密度判定装置における密度判定処理の大まかな流れを示すフロー図である。
実施形態に係る密度判定装置における密度判定処理の詳細な流れを示すフロー図である。
実施形態に係る音波情報取得部の変形例１の配置を示す図である。
実施形態に係る音波情報取得部の変形例２の配置を示す図である。
実施形態に係る音波情報取得部の変形例３の配置を示す図である。
実施形態に係る音波情報取得部の変形例４の配置を示す図である。
実施形態に係る音波情報取得部の変形例５の配置を示す図である。
実施形態に係る密度判定装置におけるハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、共通する参照符号を付す。また、以下に示す実施形態は、この実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、及び配置等を下記のものに特定するものではない。
【０００９】
１．実施形態の構成
図１を用いて、実施形態の密度判定装置の構成について説明する。図１は、実施形態に係る密度判定装置の構成を示す図である。
【００１０】
密度判定装置１は、音波情報取得部１０、共鳴周波数算出部２０、残響特性算出部３０、及び密度判定部４０を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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