JPWO2018155289A1 - Dryness sensor - Google Patents
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Abstract
乾燥度センサ(1)は、水による吸収が大きな第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタ(32)と、水による吸収が第一波長帯よりも小さい第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタ(42)と、対象物(2)によって反射され、第一バンドパスフィルタ(32)を透過した第一波長帯の光を第一電気信号に変換する第一受光部(33)と、対象物(2)によって反射され、第二バンドパスフィルタ(42)を透過した第二波長帯の光を第二電気信号に変換する第二受光部(43)と、第一電気信号及び第二電気信号に基づいて対象物(2)の乾燥度を検出する演算処理部(56)と、を備えている。第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、1400nm以上1600nmから選択される組み合わせであって、対象物(2)をなす複数の素材候補のそれぞれで、信号比の変化が得られる組み合わせである。The dryness sensor (1) extracts a first bandpass filter (32) that extracts light in a first wavelength band that is highly absorbed by water, and light in a second wavelength band that is less absorbed by water than the first wavelength band. A second band pass filter (42) to be extracted and a first light receiving unit that converts light in the first wavelength band reflected by the object (2) and transmitted through the first band pass filter (32) into a first electric signal. (33), a second light receiving unit (43) that converts light of the second wavelength band reflected by the object (2) and transmitted through the second bandpass filter (42) into a second electrical signal, An arithmetic processing unit (56) for detecting the dryness of the object (2) based on the electrical signal and the second electrical signal. The center wavelength of the first wavelength band and the center wavelength of the second wavelength band are combinations selected from 1400 nm to 1600 nm, and each of the plurality of material candidates constituting the object (2) changes in signal ratio. Is a combination that can be obtained.
Description
本発明は、乾燥度センサに関する。 The present invention relates to a dryness sensor.
従来、例えば、水分による赤外線の吸収を利用して、対象物に含まれる水分量を測定する赤外線水分計が知られている(例えば、特許文献1参照)。対象物に含まれる水分量が測定できれば当該対象物の乾燥度も検出できる。 Conventionally, for example, an infrared moisture meter that measures the amount of moisture contained in an object using absorption of infrared rays by moisture is known (see, for example, Patent Document 1). If the amount of water contained in the object can be measured, the dryness of the object can also be detected.
ところで、対象物の素材によって赤外線の吸収特性が変わるため、素材の違いによって、乾燥度センサの検出結果にばらつきが生じてしまうのが実状である。乾燥度センサの検出結果にばらつきが生じれば、乾燥度の検出も正確性を欠いてしまう。 By the way, since the infrared absorption characteristic varies depending on the material of the object, the actual condition is that the detection result of the dryness sensor varies depending on the material. If variations occur in the detection results of the dryness sensor, the dryness detection also lacks accuracy.
そこで、本発明は、対象物の素材の違いに起因した水分量検出の結果のばらつきを抑制して、乾燥度検出の正確性を高めることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the accuracy of dryness detection by suppressing variations in the results of moisture content detection due to differences in materials of objects.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る乾燥度センサは、対象物に対して光を発し、当該対象物からの反射光に基づいて対象物の乾燥度を検出する乾燥度センサであって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が前記所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物に向けて発する発光部と、第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタと、第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタと、対象物によって反射され、第一バンドパスフィルタを透過した検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、対象物によって反射され、第二バンドパスフィルタを透過した参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比の変化に基づいて対象物の乾燥度を検出する演算処理部と、を備え、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、1400nm以上1600nm以下から選択される組み合わせであって、対象物をなす複数の素材候補のそれぞれで、信号比の変化が得られる組み合わせである。 In order to achieve the above object, a dryness sensor according to one embodiment of the present invention is a dryness sensor that emits light to an object and detects the dryness of the object based on reflected light from the object. A light emitting unit that emits detection light including a first wavelength band in which absorption by water is greater than a predetermined value and reference light including a second wavelength band in which absorption by water is equal to or less than the predetermined value toward an object. A first bandpass filter that extracts light in the first wavelength band, a second bandpass filter that extracts light in the second wavelength band, and detection light reflected by the object and transmitted through the first bandpass filter A first light receiving unit that receives the reference light reflected by the object and transmitted through the second bandpass filter, and a second light receiving unit that converts the light into a second electric signal; Calculate the signal ratio of the first and second electrical signals And a processing unit that detects the dryness of the object based on the change in the signal ratio, and the center wavelength defined by the center value of the wavelength that is half the maximum transmittance of the optical bandpass filter The center wavelength of the first wavelength band and the center wavelength of the second wavelength band are combinations selected from 1400 nm to 1600 nm, and the signal ratio changes in each of a plurality of material candidates constituting the object. Is a combination that can be obtained.
本発明に係る乾燥度センサは、対象物の素材の違いに起因した水分量検出の結果のばらつきを抑制して、乾燥度検出の正確性を高めることができる。 The dryness sensor according to the present invention can improve the accuracy of dryness detection by suppressing variations in the results of moisture content detection due to differences in the materials of the object.
以下では、本発明の実施の形態に係る乾燥度センサについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Below, the dryness sensor which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail using drawing. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, component arrangements, connection forms, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Therefore, for example, the scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the substantially same structure, The overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.
(実施の形態)
[概要]
まず、実施の形態に係る乾燥度センサの概要について説明する。(Embodiment)
[Overview]
First, an outline of the dryness sensor according to the embodiment will be described.
図1は、実施の形態に係る乾燥度センサ1の構成と対象物2とを示す模式図である。図2は、実施の形態に係る乾燥度センサ1の制御構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
乾燥度センサ1は、対象物2に対して光を発し、当該対象物2からの反射光に基づいて対象物2の乾燥度を検出する乾燥度センサである。
The
本実施の形態では、図1及び図2に示すように、乾燥度センサ1は、空間3を隔てて離れた位置に位置する対象物2に含まれる水分を検出する。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
対象物2は、特に限定されない場合、例えば衣類などである。衣類以外の対象物2としては、シーツ、枕カバーなどの寝具が挙げられる。例えば、乾燥度センサ1を衣類乾燥装置などに取り付けることで、衣類の乾燥具合を確認することができる。これにより、乾燥のし過ぎによる衣類の痛みの発生などを抑制することができる。
The
空間3は、乾燥度センサ1と対象物2との間の空間(自由空間)である。空間3は、乾燥度センサ1の筐体10の外部空間である。
The
図1及び図2に示すように、乾燥度センサ1は、筐体10と、発光部20と、第一受光モジュール30と、第二受光モジュール40と、信号処理回路50とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
以下では、乾燥度センサ1の各構成要素について詳細に説明する。
Below, each component of the
[筐体]
筐体10は、発光部20と、第一受光モジュール30と、第二受光モジュール40と、信号処理回路50とを収容する筐体である。筐体10は、遮光性の材料から形成されている。これにより、外光が筐体10内に入射するのを抑制することができる。具体的には、筐体10は、第一受光モジュール30と第二受光モジュール40とが受光する光に対して遮光性を有する樹脂材料又は金属材料から形成されている。[Case]
The
筐体10の外壁には、複数の開口が設けられており、これらの開口に、発光部20のレンズ21と、第一受光モジュール30のレンズ31と、第二受光モジュール40のレンズ41とが取り付けられている。
A plurality of openings are provided on the outer wall of the
[発光部]
発光部20は、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物2に向けて発する発光部である。具体的には、発光部20は、レンズ21と、光源22とを備えている。[Light emitting part]
The
レンズ21は、光源22が発した光を、対象物2に対して集光する集光レンズである。レンズ21は、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
The
光源22は、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含み、ピーク波長が第二波長帯側にある連続した光を発するLED(Light Emitting Diode)光源である。具体的には、光源22は、化合半導体からなるLED光源である。
The
図3は、水分と水蒸気との吸光スペクトルを示す図である。図3に示すように、水分は、約1450nm及び約1940nmの波長に吸収ピークを有する。水蒸気は、水分の吸収ピークよりやや低い波長、具体的には約1350nm〜1400nm及び約1800nm〜1900nmの波長に吸収ピークを有する。 FIG. 3 is a diagram showing absorption spectra of moisture and water vapor. As shown in FIG. 3, moisture has absorption peaks at wavelengths of about 1450 nm and about 1940 nm. Water vapor has absorption peaks at wavelengths slightly lower than the absorption peak of moisture, specifically at wavelengths of about 1350 nm to 1400 nm and about 1800 nm to 1900 nm.
このため、検知光をなす第一波長帯としては、水の吸光度が高い波長帯を選択し、参照光をなす第二波長帯としては、第一波長帯よりも水の吸光度が小さい波長帯を選択する。そして、第二波長帯の平均波長は、第一波長体の平均波長よりも長くする。また、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、1400nm以上1600nmから選択される組み合わせとなっている。この組み合わせについて詳細に説明する。 For this reason, a wavelength band with a high water absorbance is selected as the first wavelength band for the detection light, and a wavelength band with a lower water absorbance than the first wavelength band is selected as the second wavelength band for the reference light. select. And the average wavelength of a 2nd wavelength band is made longer than the average wavelength of a 1st wavelength body. Regarding the center wavelength defined by the center value of the wavelength that is half the maximum transmittance of the optical bandpass filter, the center wavelength of the first wavelength band and the center wavelength of the second wavelength band are 1400 nm to 1600 nm. It is a combination selected from. This combination will be described in detail.
図4は、実施の形態に係る対象物2をなす複数の素材候補の、吸光スペクトルを示す図である。図4は、分子構造総合討論会2003講演要旨集 4Pp063からの引用である。ここでは、素材候補としては、例えば、綿、麻、PEs(ポリエステル)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、キュプラ、アセテート、PP(ポリプロピレン)、レーヨン、絹、ビニロン、ウールを例示している。これら以外の素材を、対象物2をなす素材候補として用いることも可能である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an absorption spectrum of a plurality of material candidates constituting the
そして、第一波長帯の中心波長は、1450nm以上1500nm以下の範囲から選択されている。例えば、本実施の形態では第一波長帯の中心波長を1450nmとしており、図4においてL1に相当する。一方、第二波長帯の中心波長は、第一波長帯の中心波長の選択範囲よりも水の吸光度が小さい1530nm以上1580nm以下の範囲から選択されている。例えば、本実施の形態では、第二波長帯の中心波長を1550nmとしており、図4においてL2に相当する。 The center wavelength of the first wavelength band is selected from the range of 1450 nm to 1500 nm. For example, in the present embodiment, the center wavelength of the first wavelength band is 1450 nm, which corresponds to L1 in FIG. On the other hand, the center wavelength of the second wavelength band is selected from a range of 1530 nm or more and 1580 nm or less in which the absorbance of water is smaller than the selection range of the center wavelength of the first wavelength band. For example, in the present embodiment, the center wavelength of the second wavelength band is 1550 nm, which corresponds to L2 in FIG.
そして、図4において、各素材候補の吸光スペクトルを、第一波長帯の中心波長L1と、第二波長帯の中心波長L2とで比較すると、いずれの素材候補においても、中心波長L1と、中心波長L2とでは概ね同等の吸光度となっている。換言すると、中心波長L1での吸光度と、中心波長L2での吸光度との差分がいずれの素材候補においても、僅かである。このように、中心波長L1の第一波長帯を検知光とし、中心波長L2の第二波長帯を参照光として用いることで、乾燥度検出における素材の違いの影響を抑制することが可能となる。 In FIG. 4, when the absorption spectrum of each material candidate is compared between the center wavelength L1 of the first wavelength band and the center wavelength L2 of the second wavelength band, the center wavelength L1 and the center The absorbance is almost equivalent to the wavelength L2. In other words, the difference between the absorbance at the center wavelength L1 and the absorbance at the center wavelength L2 is small in any material candidate. Thus, by using the first wavelength band of the center wavelength L1 as the detection light and using the second wavelength band of the center wavelength L2 as the reference light, it becomes possible to suppress the influence of the difference in the material in the dryness detection. .
なお、上述したように、第一波長帯の中心波長の選択範囲を1450nm以上1500nm以下の範囲とし、第二波長帯の中心波長の選択範囲を1530nm以上1580nm以下の範囲としているので、この範囲内での組み合わせであれば、乾燥度検出における素材の違いの影響は許容できる程度である。しかしながら、素材の違いの影響をより小さくするためには、各素材候補における吸光度の差分が全体として最も小さくなるように、第一波長帯の中心波長と第二波長帯の中心波長との組み合わせを選択すればよい。「各素材候補における吸光度の差分が全体として最も小さくなる」とは、例えば、第一波長帯の中心波長での吸光度と、第二波長帯の中心波長での吸光度との差分を、全ての素材候補で求め、その合計値が最も小さくなる場合が挙げられる。 As described above, the selection range of the center wavelength of the first wavelength band is in the range of 1450 nm to 1500 nm, and the selection range of the center wavelength of the second wavelength band is in the range of 1530 nm to 1580 nm. In the case of the combination in the above, the influence of the difference in the material on the dryness detection is acceptable. However, in order to further reduce the influence of the difference in material, the combination of the center wavelength of the first wavelength band and the center wavelength of the second wavelength band is made so that the difference in absorbance between the material candidates is the smallest overall. Just choose. “The difference in absorbance of each material candidate as a whole is the smallest” means, for example, that the difference between the absorbance at the center wavelength of the first wavelength band and the absorbance at the center wavelength of the second wavelength band is the same for all materials. A case where it is obtained by a candidate and the total value becomes the smallest is mentioned.
このように、光源22が、第一波長帯と第二波長帯とを連続して含む光を照射するので、対象物2には、水による吸収が大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が第一波長帯よりも小さい第二波長帯を含む参照光が照射される。さらに、対象物2の素材の違いによる影響も抑制されている。
Thus, since the
[第一受光モジュール]
図1に示すように第一受光モジュール30は、レンズ31と、第一バンドパスフィルタ32と、第一受光部33とを備えている。[First light receiving module]
As shown in FIG. 1, the first
レンズ31は、対象物2によって反射された反射光を第一受光部33に集光するための集光レンズである。レンズ31は、例えば、焦点が第一受光部33の受光面に位置するように筐体10に固定されている。レンズ31は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
The
第一バンドパスフィルタ32は、反射光から第一波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第一バンドパスフィルタ32は、レンズ31と、第一受光部33との間に配置されており、レンズ31を透過して第一受光部33に入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第一バンドパスフィルタ32は、第一波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。
The first
第一受光部33は、対象物2によって反射され、第一バンドパスフィルタ32を透過した第一波長帯の光を受光し、第一電気信号に変換する受光素子である。第一受光部33は、受光した第一波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量(すなわち、強度)に応じた第一電気信号を生成する。生成された第一電気信号は、信号処理回路50に出力される。第一受光部33は、例えば、フォトダイオードであるが、これに限定されない。例えば、第一受光部33は、フォトトランジスタ、又は、イメージセンサでもよい。
The first
[第二受光モジュール]
第二受光モジュール40は、レンズ41と、第二バンドパスフィルタ42と、第二受光部43とを備えている。[Second light receiving module]
The second
レンズ41は、対象物2によって反射された反射光を第二受光部43に集光するための集光レンズである。レンズ41は、例えば、焦点が第二受光部43の受光面に位置するように筐体10に固定されている。レンズ41は、例えば、樹脂製の凸レンズであるが、これに限らない。
The
第二バンドパスフィルタ42は、反射光から第二波長帯の光を抽出するバンドパスフィルタである。具体的には、第二バンドパスフィルタ42は、レンズ41と、第二受光部43との間に配置されており、レンズ41を透過して第二受光部43に入射する反射光の光路上に設けられている。そして、第二バンドパスフィルタ42は、第二波長帯の光を透過し、かつ、それ以外の波長帯の光を吸収する。
The
第二受光部43は、対象物2によって反射され、第二バンドパスフィルタ42を透過した第二波長帯の光を受光し、第二電気信号に変換する受光素子である。第二受光部43は、受光した第二波長帯の光を光電変換することで、当該光の受光量(すなわち、強度)に応じた第二電気信号を生成する。生成された第二電気信号は、信号処理回路50に出力される。第二受光部43は、第一受光部33と同形の受光素子である。つまり、第一受光部33がフォトダイオードである場合には、第二受光部43もフォトダイオードである。
The second
[信号処理回路]
信号処理回路50は、発光部20の光源22を点灯制御するとともに、第一受光部33及び第二受光部43から出力された第一電気信号及び第二電気信号を処理することで、乾燥度を検出する回路である。[Signal processing circuit]
The
信号処理回路50は、筐体10に収容されていてもよく、又は、筐体10の外側面に取り付けられていてもよい。あるいは、信号処理回路50は、無線通信などの通信機能を有し、第一受光部33からの第一電気信号及び第二受光部43からの第二電気信号を受信してもよい。
The
具体的には、図2に示すように、信号処理回路50は、光源制御部51、第一増幅部52、第二増幅部53、第一信号処理部54、第二信号処理部55及び演算処理部56を備えている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
光源制御部51は、駆動回路及びマイクロコントローラで構成される。光源制御部51は、光源22の制御プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。
The light
光源制御部51は、光源22の点灯及び消灯が所定の発光周期で繰り返されるように、光源22を制御する。具体的には、光源制御部51は、所定の周波数(例えば、1kHz)のパルス信号を光源22に出力することで、光源22を所定の発光周期で点灯及び消灯させる。
The light
第一増幅部52は、第一受光部33が出力した第一電気信号を増幅して第一信号処理部54に出力する。具体的には、第一増幅部52は、第一電気信号を増幅するオペアンプである。
The
第一信号処理部54は、マイクロコントローラで構成される。第一信号処理部54は、第一電気信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。第一信号処理部54は、第一電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源22の発光周期との乗算処理を施す。この第一電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第一電気信号から抑制することが可能である。
The first
第二増幅部53は、第二受光部43が出力した第二電気信号を増幅して第二信号処理部55に出力する。具体的には、第二増幅部53は、第二電気信号を増幅するオペアンプである。
The
第二信号処理部55は、マイクロコントローラで構成される。第二信号処理部55は、第二電気信号に対する処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。第二信号処理部55は、第二電気信号に対して、通過帯域制限を行うとともに当該通過帯域制限による位相遅延を補正してから、光源22の発光周期との乗算処理を施す。この第二電気信号に対する処理は、いわゆるロックインアンプ処理である。これにより、外乱光に基づくノイズを第二電気信号から抑制することが可能である。
The second
演算処理部56は、第一受光部33から出力された第一電気信号と、第二受光部43から出力された第二電気信号とに基づいて、対象物2が含む成分を検出する。具体的には、演算処理部56は、第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比(信号比)に基づいて、対象物2の乾燥度を検出する。本実施の形態では、演算処理部56は、第一信号処理部54によって処理された第一電気信号と、第二信号処理部55によって処理された第二電気信号とに基づいて、対象物2が含む水分量を検出する。そして、演算処理部56は検出した水分量を基に、対象物2の乾燥度を検出する。具体的な乾燥度の検出(算出)方法については後で説明する。
The
演算処理部56は、例えば、マイクロコントローラである。演算処理部56は、信号処理プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。
The
演算処理部56は、検出した対象物2の乾燥度を入出力ポートから外部の機器に出力する。なお、乾燥度センサ1自体に表示部を設けて、当該表示部に乾燥度を表示してもよい。
The
[信号処理(検出処理)]
続いて、演算処理部56による信号処理(乾燥度の検出処理)について説明する。[Signal processing (detection processing)]
Next, signal processing (dryness detection processing) by the
本実施の形態では、演算処理部56は、反射光に含まれる検知光の光エネルギーPdと、参照光の光エネルギーPrとを比較することで、対象物2に含まれる成分量を検出する。なお、光エネルギーPdは、第一受光部33から出力される第一電気信号の強度に対応し、光エネルギーPrは、第二受光部43から出力される第二電気信号の強度に対応する。
In the present embodiment, the
光エネルギーPdは、次の(式1)で表される。 The light energy Pd is expressed by the following (Formula 1).
(式1) Pd=Pd0×Gd×Rd×Td×Aad×Ivd (Formula 1) Pd = Pd0 × Gd × Rd × Td × Aad × Ivd
ここで、Pd0は、光源22が発した光のうち、検知光をなす第一波長帯の光の光エネルギーである。Gdは、第一波長帯の光の第一受光部33に対する結合効率(集光率)である。具体的には、Gdは、光源22が発した光のうち、対象物2で拡散反射される成分の一部(すなわち、反射光に含まれる検知光)になる部分の割合に相当する。
Here, Pd0 is the light energy of the light in the first wavelength band that forms the detection light among the light emitted from the
Rdは、対象物2による検知光の反射率である。Tdは、第一バンドパスフィルタ32により検知光の透過率である。Ivdは、第一受光部33における反射光に含まれる検知光に対する受光感度である。
Rd is the reflectance of the detection light from the
Aadは、対象物2に含まれる成分(水分)による検知光の吸収率あり、次の(式2)で表される。
Aad is the absorptance of the detection light by the component (moisture) contained in the
(式2) Aad=10−αa×Ca×D (Formula 2) Aad = 10 −αa × Ca × D
ここで、αaは、予め定められた吸光係数であり、具体的には、成分(水分)による検知光の吸光係数である。Caは、対象物2に含まれる成分(水分)の体積濃度である。Dは、検知光の吸収に寄与する成分の厚みの2倍である寄与厚みである。
Here, αa is a predetermined extinction coefficient, specifically, the extinction coefficient of the detection light by the component (water). Ca is a volume concentration of a component (moisture) contained in the
より具体的には、水分が均質に分散した対象物2では、光が対象物2に入射し、内部で反射して対象物2から出射する場合において、Caは、対象物2の成分に含まれる体積濃度に相当する。また、Dは、内部で反射して対象物2から出射するまでの光路長に相当する。例えば、対象物2が繊維などの網目状の固形物、又は、スポンジなどの多孔性の固形物である場合、固形物の表面で光が反射されると仮定する。この場合、例えば、Caは、固形物を覆っている液相に含まれる水分の濃度である。また、Dは、固形物を覆っている液相の平均的な厚みとして換算される寄与厚みである。
More specifically, in the
したがって、αa×Ca×Dは、対象物2に含まれる成分量(水分量)に相当する。以上のことから、対象物2に含まれる水分量に応じて、第一電気信号の強度に相当する光エネルギーPdが変化することが分かる。なお、水分と比べて湿気の吸光度は極端に小さいので、無視することができる。
Therefore, αa × Ca × D corresponds to the amount of component (water content) contained in the
同様に、第二受光部43に入射する参照光の光エネルギーPrは、次の(式3)で表される。
Similarly, the optical energy Pr of the reference light incident on the second
(式3) Pr=Pr0×Gr×Rr×Tr×Ivr (Formula 3) Pr = Pr0 * Gr * Rr * Tr * Ivr
本実施の形態では、対象物2に含まれる成分(水分)による第一波長帯の検知光の吸収と、第二波長帯の参照光の吸収との差分から水分による吸収率Aadを求めている。なお、参照光は、対象物2に含まれる成分によって実質的には吸収されないとみなすことができるので、(式1)と比較して分かるように、水分による吸収率Aadに相当する項は(式3)には含まれていない。
In the present embodiment, the absorption rate Aad due to moisture is obtained from the difference between the absorption of the detection light in the first wavelength band by the component (water) contained in the
(式3)において、Pr0は、光源22が発した光のうち、参照光をなす第二波長帯の光の光エネルギーである。Grは、光源22が発した参照光の第二受光部43に対する結合効率(集光率)である。具体的には、Grは、参照光のうち、対象物2で拡散反射される成分の一部(すなわち、反射光に含まれる参照光)になる部分の割合に相当する。Rrは、対象物2による参照光の反射率である。Trは、第二バンドパスフィルタ42による参照光の透過率である。Ivrは、第二受光部43の反射光に対する受光感度である。
In (Expression 3), Pr0 is the light energy of the light in the second wavelength band that forms the reference light among the light emitted from the
本実施の形態では、光源22から照射される光、つまり、検知光と参照光とは、同軸かつ同スポットサイズで照射されるため、検知光の結合効率Gdと参照光の結合効率Grとは略等しくなる。また、検知光と参照光とはピーク波長が比較的近いので、検知光の反射率Rdと参照光の反射率Rrとが略等しくなる。
In the present embodiment, the light emitted from the
したがって、(式1)と(式3)との比を取ることにより、次の(式4)が導き出される。 Therefore, the following (Expression 4) is derived by taking the ratio of (Expression 1) and (Expression 3).
(式4) Pd/Pr=Z×Aad (Formula 4) Pd / Pr = Z × Aad
ここで、Zは、定数項であり、(式5)で示される。 Here, Z is a constant term and is represented by (Equation 5).
(式5) Z=(Pd0/Pr0)×(Td/Tr)×(Ivd/Ivr) (Formula 5) Z = (Pd0 / Pr0) × (Td / Tr) × (Ivd / Ivr)
光エネルギーPd0及びPr0はそれぞれ、光源22の初期出力として予め定められている。また、透過率Td及び透過率Trはそれぞれ、第一バンドパスフィルタ32及び第二バンドパスフィルタ42の透過特性により予め定められている。受光感度Ivd及び受光感度Ivrはそれぞれ、第一受光部33及び第二受光部43の受光特性により予め定められている。したがって、(式5)で示されるZは、定数とみなすことができる。
Each of the light energies Pd0 and Pr0 is predetermined as an initial output of the
演算処理部56は、第一電気信号に基づいて検知光の光エネルギーPdを算出し、第二電気信号に基づいて参照光の光エネルギーPrを算出する。具体的には、第一電気信号の信号レベル(電圧レベル)が光エネルギーPdに相当し、第二電気信号の信号レベル(電圧レベル)が光エネルギーPrに相当する。
The
したがって、演算処理部56は、(式4)に基づいて、対象物2に含まれる水分の吸収率Aadを算出することができる。これにより、演算処理部56は、(式2)に基づいて水分量を算出することができる。
Therefore, the
ここで、上述したように、中心波長L1の第一波長帯が検知光とされ、中心波長L2の第二波長帯が参照光とされているので、素材の違いの影響を受けることなく、対象物2の水分量が検出される。換言すると、対象物2の素材を考慮しなくとも、対象物2の水分量を正確に検出することが可能である。
Here, as described above, since the first wavelength band of the center wavelength L1 is the detection light and the second wavelength band of the center wavelength L2 is the reference light, the target is not affected by the difference in material. The water content of the
なお、空間3には湿気(水蒸気)も存在しているが、水蒸気によって検知光及び参照光が吸収される場合も想定される。例えば、第一波長帯の中心波長は1450nm以上1500nm以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長は1530nm以上1580nm以下の範囲から選択されている場合、図3の水蒸気の吸光スペクトルの関係から、水蒸気による吸光の影響を抑制することも可能である。
In addition, although moisture (water vapor | steam) also exists in the
そして、演算処理部56は、水分量に基づいて対象物2の乾燥度を検出する。例えば、対象物2の乾燥時における重量をW1とし、対象物2が含有する水分量をW2(αa×Ca×Dに相当)とすると、乾燥度Drは、Dr=W1/(W1+W2)×100[%]で求めることができる。
And the
また、水分量も求めなくとも、信号比(第一電気信号の電圧レベルと第二電気信号の電圧レベルとの比)の変化率と、対象物2の乾燥度との関係を示すテーブルを演算処理部56の不揮発性メモリに予め記憶させていれば、演算処理部56は、検出した信号比とテーブルとに基づいて、対象物2の乾燥度Drを検出することができる。
Further, a table indicating the relationship between the rate of change of the signal ratio (ratio between the voltage level of the first electrical signal and the voltage level of the second electrical signal) and the dryness of the
例えば、テーブルは、信号比の変化率と、乾燥度Drとの関係を示す検量線にて定義付けられている。具体的に、対象物2の乾燥時における重量をW1とし、対象物2が含有する水分量をW2(αa×Ca×Dに相当)としたときの乾燥度Drは、Dr=W1/(W1+W2)×100[%]で示される。また、第一電気信号をS1、第二電気信号をS2としたときの信号比Rは、R=S1/S2で示される。乾燥度が100%である場合の第一電気信号をs1、第二電気信号をs2としたときの基準信号比rは、r=s1/s2で示される。信号比の変化率は、信号比Rと基準信号比rとの比(規格化信号比)R/rで示される。そして、検量線は、比R/rと乾燥度Drとの関係で求められている。
For example, the table is defined by a calibration curve indicating the relationship between the change rate of the signal ratio and the dryness Dr. Specifically, the dryness Dr when the weight of the
図5は、規格化信号比の変化率(ΔR/r)と、乾燥度Drとの関係を示すグラフである。図5に示すように、乾燥度Drが60%よりも大きくなると、変化率ΔR/rは、概ね線形の変化を示す。このため、乾燥度Drが60%以上における変化率ΔR/rと、乾燥度Drとの一次近似直線Cを検量線とする。この検量線に基づいてテーブルを作成し、演算処理部56の不揮発性メモリに予め記憶しておけばよい。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the change rate (ΔR / r) of the normalized signal ratio and the dryness Dr. As shown in FIG. 5, when the dryness Dr becomes larger than 60%, the change rate ΔR / r shows a substantially linear change. Therefore, a linear approximation line C between the change rate ΔR / r when the dryness Dr is 60% or more and the dryness Dr is used as a calibration curve. A table may be created based on the calibration curve and stored in advance in the nonvolatile memory of the
[効果など]
以上のように、本実施の形態によれば、対象物2に対して光を発し、当該対象物2からの反射光に基づいて対象物2の乾燥度を検出する乾燥度センサ1であって、水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを対象物2に向けて発する発光部20と、第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタ32と、第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタ42と、対象物2によって反射され、第一バンドパスフィルタ32を透過した検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部33と、対象物2によって反射され、第二バンドパスフィルタ42を透過した参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部43と、第一電気信号及び第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比の変化に基づいて対象物の乾燥度を検出する演算処理部56と、を備え、光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、第一波長帯の中心波長は、1450nm以上1500nm以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長は、1530nm以上1580nm以下の範囲から選択されている。[Effects, etc.]
As described above, according to the present embodiment, the
この構成によれば、第一波長帯の中心波長が1450nm以上1500nm以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長が1530nm以上1580nm以下の範囲から選択されているので、乾燥度検出における素材の違いの影響を抑制することが可能となる。したがって、乾燥度検出の正確性を高めることができる。 According to this configuration, the center wavelength of the first wavelength band is selected from the range of 1450 nm to 1500 nm, and the center wavelength of the second wavelength band is selected from the range of 1530 nm to 1580 nm. It becomes possible to suppress the influence of the difference. Therefore, the accuracy of dryness detection can be improved.
また、演算処理部56は、信号比の変化率と乾燥度との関係を示す検量線に基づいて、信号比を乾燥度に変換する。
In addition, the
この構成によれば、演算処理部56が検出した信号比を、検量線に基づいて乾燥度に変換するので、逐一乾燥度を算出する場合に比べても、処理効率を高めることができる。
According to this configuration, since the signal ratio detected by the
また、対象物2の乾燥時における重量をW1とし、対象物2が含有する水分量をW2としたときの乾燥度Drは、Dr=W1/(W1+W2)×100[%]で示され、第一電気信号をS1、第二電気信号をS2としたときの信号比Rは、R=S1/S2で示され、乾燥度が100%である場合の第一電気信号をs1、第二電気信号をs2としたときの基準信号比rは、r=s1/s2で示され、変化率が信号比Rと基準信号比rとの比R/rで示され、検量線は、比R/rと乾燥度Drとの関係で求められている。
Further, the dryness Dr when the weight of the
この構成によれば、検量線が、比R/rと乾燥度Drとの関係で求められているので、基準信号比rを考慮して乾燥度Drを求めることができる。つまり、対象物2の乾燥時の重量W1が分からなくとも、乾燥度Drを求めることができる。
According to this configuration, since the calibration curve is obtained from the relationship between the ratio R / r and the dryness Dr, the dryness Dr can be obtained in consideration of the reference signal ratio r. That is, the dryness Dr can be obtained without knowing the weight W1 when the
また、検量線は、乾燥度Drが60%以上における比R/rと、乾燥度Drとの一次近似直線である。 The calibration curve is a linear approximation line of the ratio R / r when the dryness Dr is 60% or more and the dryness Dr.
この構成によれば、乾燥度Drが60%以上における比R/rと、乾燥度Drとの一次近似直線Cを検量線としているので、比R/rと乾燥度Drとの関係を単純化することができる。したがって、テーブルの作成を容易化することができる。 According to this configuration, since the linear approximation line C between the ratio R / r at a dryness Dr of 60% or more and the dryness Dr is used as a calibration curve, the relationship between the ratio R / r and the dryness Dr is simplified. can do. Therefore, creation of the table can be facilitated.
また、例えば、発光部20は、第一波長帯の光と第二波長帯の光とを含み、ピーク波長が第二波長帯側にある連続した光を発するLED光源(光源22)を備える。
In addition, for example, the
この構成によれば、1つの光源22によって、第一波長帯の光と第二波長帯の光とを照射することができる。また、この光源22がLED光源であるので、経年変化による第一波長帯と第二波長帯とのエネルギーが同率で変化する。これにより、熱型の光源に比べて、経年変化による影響を抑制することができる。さらに、光源22は、水分の吸収が小さい第二波長帯側をピーク波長としているので、水分量による減衰率の温度変化を抑制することができる。
According to this configuration, it is possible to irradiate light in the first wavelength band and light in the second wavelength band by one
また、例えば、第一受光部33と第二受光部43とは、互いに同型の受光素子を備えている。
In addition, for example, the first
この構成によれば、第一受光部33と第二受光部43とが互いに同形の受光素子を備えているので、第一受光部33と第二受光部43との感度の経年変化が同傾向となり、経年変化の影響を抑制することができる。
According to this configuration, since the first
(その他)
以上、本発明に係る乾燥度センサ1について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。(Other)
As mentioned above, although the
例えば、上記実施の形態では、第一波長帯の中心波長が1450nm以上1500nm以下の範囲から選択され、第二波長帯の中心波長が1530nm以上1580nm以下の範囲から選択されている場合を例示して説明した。しかしながら、第一波長帯の中心波長と、第二波長帯の中心波長とは、1400nm以上1600nm以下から選択される組み合わせであって、対象物2をなす複数の素材候補のそれぞれで、信号比の変化が得られる組み合わせであればよい。このとき、第二波長帯の中心波長は、第一波長帯の中心波長よりも長波長とする。ここで言う信号比の変化とは、基準信号比に対しての信号比の変化である。これを満たす組み合わせであれば、乾燥度検出における素材の違いの影響を許容できる程度に抑えることができる。
For example, in the above embodiment, the case where the center wavelength of the first wavelength band is selected from the range of 1450 nm to 1500 nm and the center wavelength of the second wavelength band is selected from the range of 1530 nm to 1580 nm is exemplified. explained. However, the center wavelength of the first wavelength band and the center wavelength of the second wavelength band are combinations selected from 1400 nm to 1600 nm, and each of the plurality of material candidates constituting the
また、上記実施の形態では、光源22がLED光源である場合を例示したが、光源は半導体レーザ素子又は有機EL素子などでもよい。
Moreover, although the case where the
また、上記実施の形態では、検知光をなす第一波長帯と参照光をなす第二波長帯とを含む連続した光を1つの光源22が発する場合を例示して説明した。しかしながら、複数の光源を設け、1つの光源が検知光を発し、他の光源が参照光を発するようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, the case where the one
また、上記実施の形態では、信号処理回路50に備わる光源制御部51、第一信号処理部54、第二信号処理部55及び演算処理部56がそれぞれ専用のマイクロコントローラからなる場合を例示して説明したが、信号処理回路は、全体として1つのマイクロコントローラで実現されてもよい。
Moreover, in the said embodiment, the case where the light
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.
1 乾燥度センサ
2 対象物
20 発光部
22 光源(LED光源)
30 第一受光モジュール
32 第一バンドパスフィルタ
33 第一受光部
40 第二受光モジュール
42 第二バンドパスフィルタ
43 第二受光部
56 演算処理部DESCRIPTION OF
30 first
Claims (7)
水による吸収が所定値よりも大きな第一波長帯を含む検知光と、水による吸収が前記所定値以下である第二波長帯を含む参照光とを前記対象物に向けて発する発光部と、
前記第一波長帯の光を抽出する第一バンドパスフィルタと、
前記第二波長帯の光を抽出する第二バンドパスフィルタと、
前記対象物によって反射され、前記第一バンドパスフィルタを透過した前記検知光を受光し、第一電気信号に変換する第一受光部と、
前記対象物によって反射され、前記第二バンドパスフィルタを透過した前記参照光を受光し、第二電気信号に変換する第二受光部と、
前記第一電気信号及び前記第二電気信号の信号比を算出し、当該信号比の変化に基づいて前記対象物の乾燥度を検出する演算処理部と、を備え、
光学的なバンドパスフィルタの最大透過率の半値である波長の中心値で定義される中心波長に関して、
前記第一波長帯の中心波長と、前記第二波長帯の中心波長とは、1400nm以上1600nm以下から選択される組み合わせであって、前記対象物をなす複数の素材候補のそれぞれで、前記信号比の変化が得られる組み合わせである
乾燥度センサ。A dryness sensor that emits light to an object and detects the dryness of the object based on reflected light from the object,
A light emitting unit that emits detection light including a first wavelength band in which absorption by water is greater than a predetermined value and reference light including a second wavelength band in which absorption by water is equal to or less than the predetermined value toward the object;
A first bandpass filter for extracting light in the first wavelength band;
A second bandpass filter for extracting light in the second wavelength band;
A first light receiving unit that receives the detection light reflected by the object and transmitted through the first bandpass filter, and converts the detection light into a first electrical signal;
A second light receiving unit that receives the reference light reflected by the object and transmitted through the second bandpass filter, and converts the reference light into a second electrical signal;
An arithmetic processing unit that calculates a signal ratio between the first electric signal and the second electric signal, and detects a dryness of the object based on a change in the signal ratio;
For the center wavelength defined by the center value of the wavelength, which is half the maximum transmittance of the optical bandpass filter,
The center wavelength of the first wavelength band and the center wavelength of the second wavelength band are combinations selected from 1400 nm to 1600 nm, and each of the plurality of material candidates constituting the object includes the signal ratio. The dryness sensor is a combination that can change
前記第二波長帯の中心波長は、1530nm以上1580nm以下の範囲から選択されている
請求項1に記載の乾燥度センサ。The center wavelength of the first wavelength band is selected from the range of 1450 nm to 1500 nm,
The dryness sensor according to claim 1, wherein the center wavelength of the second wavelength band is selected from a range of 1530 nm to 1580 nm.
請求項1又は2に記載の乾燥度センサ。The dryness sensor according to claim 1 or 2, wherein the arithmetic processing unit converts the signal ratio into the dryness based on a calibration curve indicating a relationship between a change rate of the signal ratio and the dryness.
前記第一電気信号をS1、前記第二電気信号をS2としたときの前記信号比Rは、R=S1/S2で示され、
前記乾燥度が100%である場合の前記第一電気信号をs1、前記第二電気信号をs2としたときの基準信号比rは、r=s1/s2で示され、
前記変化率が前記信号比Rと前記基準信号比rとの比R/rで示され、
前記検量線は、前記比R/rと前記乾燥度Drとの関係で求められている
請求項3に記載の乾燥度センサ。The dryness Dr when the weight of the object at the time of drying is W1 and the amount of water contained in the object is W2 is shown by Dr = W1 / (W1 + W2) × 100 [%],
The signal ratio R when the first electric signal is S1 and the second electric signal is S2 is represented by R = S1 / S2.
When the dryness is 100%, the reference signal ratio r when the first electric signal is s1 and the second electric signal is s2, is represented by r = s1 / s2.
The rate of change is indicated by a ratio R / r between the signal ratio R and the reference signal ratio r;
The dryness sensor according to claim 3, wherein the calibration curve is obtained from a relationship between the ratio R / r and the dryness Dr.
請求項4に記載の乾燥度センサ。The dryness sensor according to claim 4, wherein the calibration curve is a linear approximation line between the ratio R / r and the dryness Dr when the dryness Dr is 60% or more.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の乾燥度センサ。The light emitting unit is an LED light source that emits continuous light having a wavelength band that forms the detection light and a wavelength band that forms the reference light, and a peak wavelength on the second wavelength band side. The dryness sensor according to any one of the above.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の乾燥度センサ。The dryness sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the first light receiving unit and the second light receiving unit include light receiving elements of the same type.
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