JP2003207486A

JP2003207486A - 超音波式味覚センサ

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Publication number: JP2003207486A
Application number: JP2002040800A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kojima; 洋一郎小島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-13
Filing date: 2002-01-13
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】様々な固体，液体の味を非破壊形式で精度よ
く測定、診断する。【解決手段】測定用センサ１は、被測定物２に対して
一定圧力で密着配置され、超音波によって非破壊形式で
測定、診断し，超音波式味見が行われる。センサ１に
は、パルサ・レシーバ部、Ａ／Ｄ変換部及びディスプレ
イを備えたＣＰＵが接続される。例えばビールまたはミ
ルクのような液体物質が設定された品質限界内にあるか
否かを調べるために、コンピュータのパターン認識プロ
グラムにより認識または比較される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種溶液の味覚，
濃度、粘度、糖度、化学溶存度（ＣＯＤ）、生物溶存度
（ＢＯＤ）、アルコール度、ＰＨ等の溶質変化を定量診
断するのに好適する超音波式味覚センサ、装置及び方法
に関し、特に、超音波利用による非破壊形式により相対
的な比較もしくは絶対的評価で、しかも簡便に定量診断
できるようにしたものである。殊に最近の医療，食品，
福祉，工業界では、メンテナンスフリーで取り扱いが用
意な超音波により味覚を測定したいという要求が多くな
ってきており、本発明はこの要求に応えるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種人工脂質膜を多チャネル化し
てその膜に味物質が吸着したときの膜電位を多変量解析
およびニューラルネットワークにより判定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、使用す
る人工脂質膜の膜厚や膜の状態などを安定して作成する
ことが出来ず，一定の出力を得ることが出来なかったた
め，味覚を精密な測定、診断を必要とする場合には不充
分であることが判明した。

【０００５】そこで、本発明者は、新たな発想のもとに
鋭意研究を行った結果、超音波より味覚を精密な測定、
判定に対処できることを知見した。

【０００６】この結果、五基本味溶液の濃度、粘度、糖
度等の溶質変化の測定に適用できる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の点に鑑み
なされたもので、センサ本体は、送信プローブ及び受信
プローブを除く残りの部分が送信プローブ及び受信プロ
ーブのシュー部分よりも減衰の大きな材料で構成され、
０．０２〜０．５ｋｇ／ｍｍ^２の一定圧力で被測定物に
圧接されることが望ましい。また、前記センサ本体は、
送信プローブ及び受信プローブ間に減衰効率を高めるた
めの空間部分が形成されている場合、シュー部材の離間
部分には、伝播効率をあげるための圧電体が配置されて
いる場合にも適用できる。後者の場合、圧電体は、被測
定物と接触する接触面を有するもので、超音波の一部が
被測定物に漏洩、回析されて得られる受信波形に変化を
起こすようにしたものである。

【０００８】さらに、各種材料又は各種溶液の診断装置
は、前記測定センサの送信子及び受信子が超音波の発信
及び受信を制御するパルサー／レシーバ部に接続される
とともに、このパルサー／レシーバ部には、前記受信子
側からの受信波をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部及び波
形表示などに用いるディスプレイを備えた演算処理用の
ＣＰＵが接続されるようにしたものである。したがっ
て、このＣＰＵでは、受信波形の変化を基に減衰係数、
周波数スペクトル、波形、伝播時間、受信感度、位相ス
ペクトルなどの測定要素が解析され、次いでそれらの解
析結果を演算処理することができる。なお、ディスプレ
イを備えたＣＰＵは、パーソナルコンピュータとして構
成され、その集積回路のボードに、パルサー／レシーバ
部及びＡ／Ｄ変換部が組み込まれてもよい。

【０００９】そして、各種材料又は各種溶液の診断方法
は、前記診断装置に組み込まれた前記診断用測定センサ
によって、超音波が標準試料の被測定物に回析伝播さ
れ、次いでＣＰＵにより演算、解析処理された減衰係
数、周波数値、波形面積、伝播時間、受信感度、位相値
などの測定要素の実測値と、標準試料の表面劣化、硬
化、疲労等の材質変化又は各種溶液の溶質変化における
診断要素との間の検量線を作成しておくことが好まし
い。そして、診断要素が未知の被測定物の測定要素を測
定したときには、前記検量線を用いれば材質変化、溶質
変化が相対的にもしくは絶対値として診断できることに
なる。したがって、被測定物の表面部は、非破壊的に測
定され、しかも、前記測定要素が精度高く実測できる。
さらには、前記検量線から定める判定しきい値を基準に
すれば、測定要素の値から材質変化や溶質変化の合否を
判定することもできる。

【００１０】また、前記の各種測定要素を用いて重回帰
分析などの統計的計算をすることにより、各種材料の材
質変化又は各種溶液の溶質変化を定量判定し、もしくは
寿命判定することもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明における各種材料又
は各種溶液の測定センサ、装置及び方法について、その
一実施例につき図を参照しながら説明する。測定センサ
は、超音波の送受信を制御するパルサ／レシーバからの
ケーブルの信号によって超音波が被測定物２に対して発
信及び受信されるものである。

【００１２】そして、この受信波形は、Ａ／Ｄ変換部に
よってデジタル信号に変換され、表示用のディスプレイ
を備えたＣＰＵによって演算処理される。この場合、Ｃ
ＰＵでは、測定結果から減衰係数、周波数値、波形、伝
播時間、受信感度、位相値などの実測値が算出されると
ともに、波形のパターン解析などが行われる。なお、前
記ディスプレイを備えたＣＰＵは、パーソナルコンピュ
ータとして構成され、その集積回路のボード（図示せ
ず）には、パルサ／レシーバ部及びＡ／Ｄ変換部が組み
込まれる場合にも適用される。

【００１３】このように構成された、本発明は、被測定
物の標準試料を対象にして、超音波の減衰係数、周波数
値、伝搬時間、受信感度、位相値、波形のパターン解析
などの測定要素によって判断された判定しきい値が決定
される。この場合、判定しきい値は、標準試料における
表面劣化、硬化、疲労等の材質変化又は溶液の溶質変化
における診断要素に対して、寿命などに対応した値を意
味する。そして、診断要素は、固体材料を被測定物とし
た場合では、浸炭、窒化、硼化、熱、放射線等による硬
化、摺動、曲げ、回転、往復等による疲労、熱、放射
線、化学物質、水等による劣化、被覆膜の厚さ及び剥
離、金属中の水素量、２〜３相の組成定量、ピールカ、
タックカ、ポリマーの架橋量等による材質変化が適用さ
れる。また各種溶液を被測定物とした場合では、濃度、
粘度、糖度、化学溶存度（ＣＯＤ）、生物溶存度（ＢＯ
Ｄ）、アルコール度、ＰＨ等の溶質変化が適用される。

【００１４】また、本発明は、精度高くしかも簡便に定
量診断するため、標準試料における診断要素及び減衰係
数、周波数値、伝播時間、位相値などの測定要素の基準
値をそれぞれ相関関係とした検量線が作成されていると
好都合である。これは、この検量線を基にして、前述し
た判定しきい値が容易に設定できるからである。また、
この検量線は、単に定量測定、診断をする際においても
役に立つ。

【００１５】次いで、被測定物に対して、同様な測定作
業を行い、得られた測定要素の実測値などを前記標準試
料における検量線を用いて判断し、被測定物の表面劣
化、硬化、疲労等の材質変化又は溶質変化を定量的に診
断する。そして、測定要素の実測値がしきい値に至れ
ば、使用不可と診断される。

【００１６】また、前記の各種測定要素を用いて重回帰
分析などの統計的計算をすることにより、各種材料の材
質変化又は各種溶液の溶質変化を定量判定し、もしくは
寿命判定することもできる。統計的計算を採用したの
は、測定値に関する信頼性をより高めるためである。

【００１７】また、その他の表面劣化、疲労度合、硬さ
などの定量の場合も、診断要素及ぴ減衰係数、周波数
値、伝播時間、位相値などの測定要素をそれぞれ相関関
係とした検量線や重回帰分析によって、同様にして診断
ができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、測定セ
ンサを応用した各種材料及び各種溶液の診断装置及び診
断方法では、被測定物から測定した減衰係数、周波数、
伝播時間、受信感度、位相、波形のパターン解析などの
測定要素の実測値が被測定物の標準試料から求めた判定
しきい値と比較判断されることにより、試験体の熱、放
射線、化学物質、水等による劣化、接着強度、引張伸
び、硬さ、疲労などの診断要素が相対的な関係で、しか
も簡易に定量診断ができるという利点を有する。

【００１９】さらに、診断要素及び測定要素の基準値が
それぞれ相関関係となる検量線を作成し、この検量線を
基準にして測定要素の実測値を比較判断するようにした
り、測定要素に対して重回帰分析などの統計的計算を用
いれば、より簡便で、しかも精度の高い定量診断が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験装置の概略

【図２】超音波の伝搬波形の概略

【図３】水と五基本味溶液（１００ｍＭ）の音速

【図４】甘味溶液の濃度に対する音速

【図５】混合溶液の音速

【図６】市販飲料（紅茶）の音速

【図７】市販飲料（ジュース）の音速

【図８】超音波を純水に入射したときの反射波の伝搬波
形（ａ），伝搬波形全体の周波数特性（ｂ），第１反射
波（ｃ），第２反射波（ｄ），第３反射波（ｅ），それ
ぞれの周波数特性超音波をＳｕｃｒｏｓｅに入射した
ときの反射波の伝搬波形（ａ），伝搬波形全体の周波数
特性（ｂ），第１反射波（ｃ），第２反射波，第３反射
波（ｅ）．それぞれの周波数特性

【図９】純水ならびに各溶液の音速と振幅

【図１０】各溶液の第２反射波に対する周波数特性

【符号の説明】

１超音波測定センサ２被測定物３センサ本体４送信プローブ４ａ送信子５受信プローブ５ａ受信子７外郭ケース８ａ，８ｂ端子９ａ，９ｂリード線１０ａ，１０ｂケーブル１５圧電体２１パルサ・レシーバ部２２Ａ／Ｄ変換部２３ディスプレイ２４ＣＰＵ２５パーソナルコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査されるべき物質と接触する測定用セン
サに電圧を印加すると超音波が発生され、前記印加直後
の初期応答から、あるいは前記終端応答における減衰の
終了に至るまで、前記応答が記録されて、次いで前記応
答が周波数解析，多変量解析法およびニューラルネット
ワークにより評価されることを特徴とする測定方法。
【請求項２】検査されるべき物質と接触する測定用セン
サに電圧を印加すると超音波が発生され、前記応答の少
なくとも１つの測定値及びピーク値到達前の少なくとも
１つの測定値について記録され、次いで前記得られた測
定値が周波数解析，多変量解析法およびニューラルネッ
トワークにより評価されることを特徴とする測定方法。
【請求項３】検査されるべき物質と接触する電極に電気
を印加することにより超音波が発生され、前記応答が少
なくとも前記電圧印加後のピーク値について記録され、
次いで前記得られた測定値が周波数解析，多変量解析法
およびニューラルネットワークにより評価されることを
特徴とする測定方法。
【請求項４】検査されるべき物質と接触する電極に電気
を印加することにより超音波が発生され、前記応答が第
１パルスのピーク値到達後であるが前記応答が前記ピー
ク値の９０％より小さくなる前の少なくとも１つの測定
値について記録され、次いで前記得られた測定値が周波
数解析，多変量解析法およびニューラルネットワークに
より評価されることを特徴とする測定方法。
【請求項５】検査されるべき物質と接触する電極に電気
を印加することにより超音波が発生され、前記応答が第
１パルスのピーク値到達後であるが前記応答が前記ピー
ク値の９０％、好ましくはピーク値の９５％より小さく
なる前の少なくとも１つの測定値、ピーク値到達前の１
つの値、及びピーク値について記録され、次いで前記得
られた測定値が周波数解析，多変量解析法およびニュー
ラルネットワークにより評価されることを特徴とする測
定方法。
【請求項６】音響的パラメータ及び別の１つのその他の
パラメータの、少なくとも２つのパラメータの変化で、
２次元応答パターンを与えることを特徴とする請求項１
から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】例えば相異なる材料からなるか、相異なる
材料で被覆されるか、あるいは相異なる態様で修飾され
た、複数の相異なる測定センサを使用することを特徴と
する請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】複数の相異なる測定センサが、前記測定セ
ンサが互に作用するかあるいは前記測定センサによる測
定が互いの測定結果に作用するような関係に配置されて
いることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載
の方法。
【請求項９】前記測定の原理が、１つ、２つまたは３つ
の測定センサタイプにおける計測法であることを特徴と
する請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】前記電圧の周波数を変化させることを特
徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】前記電圧の振幅を変化させることを特徴
とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】前記応答が、多変量認識法またはその他
の同様な類別法による評価の前に、例えば微分、積分、
比例等の適当な形状強調または発現技法により処理され
ることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載
の方法。
【請求項１３】検査されるべき物質と接触するための測
定センサと接続された電圧発生器、前記電圧の印加時に
得られる超音波応答を記録するための記録装置及び多変
量解析パターン認識法により前記超音波応答を評価する
ためのコンピュータを含むことを特徴とする超音波式味
覚センサ。
【請求項１４】前記コンピュータがさらに、前記電圧の
大きさ、形状または周波数等を制御するために、あるい
は発生された電圧と測定された応答との間を相関づける
ために接続されることを特徴とする請求項１３記載の超
音波式味覚センサ。
【請求項１５】被測定物の表面に接触して配置されるセ
ンサ本体１には、一対の送信プローブ４及び受信プロー
ブ５が離間した状態で組込まれ、しかもこの送信プロー
ブ４の送信子４ａ及び受信プローブ５の受信子５ａを利
用して超音波が入射側の送信プローブ４から被測定物２
を通って受信プローブ５に伝播されるようにした各種固
体液の味を非破壊で測定できるようにした超音波式味覚
センサ。
【請求項１６】センサは、一定圧力で被測定物２に圧接
される超音波式味覚センサ。
【請求項１７】センサ１の送信子４ａ及び受信子５ａ
は、超音波の発信及び受信を制御するパルサ／レシーバ
部２１に接続され、またこのパルサ／レシーバ部２１に
は、受信子４ａからの受信波をデジタル変換するＡ／Ｄ
変換部２２及び波形処理、波形表示、波形保存、検量線
作成等に用いる演算処理用のＣＰＵ２４がそれぞれ接続
されるようにした各種材料の材質変化又は各種溶液の溶
質変化を非破壊で測定できるようにしたことを特徴とす
る超音波式味覚センサ。
【請求項１８】請求項７に記載された受信波形からＣＰ
Ｕ２４により演算処理して得られた測定要素の値を求
め、診断要素の値との間の検量線を作成し、この検量線
による相対的比較で、味を判定する超音波式味覚セン
サ。
【請求項１９】請求項１から１８に記載の検量線から定
める測定要素の判定しきい値をもうけ、測定要素の値か
ら味を判定する方法。
【請求項２０】請求項１から１９に記載された受信波形
からＣＰＵ２４により演算処理して得られた測定要素の
統計的計算により味を判定する方法