計測制御技術領域
センサチップ
山武では、従来の電磁流量計の概念を革新する次世代流体計測技術（TIDAS）に取り組んでいます。
具体的には、従来の電磁流量計で検出していた流速に比例する起電力に加えて、変動磁場により発生する誘導起電力を検出することにより、流速以外の情報を得ることができ、流量補正・流体の状態検出が可能にとなる画期的な技術です。
コイルと電極を管軸方向にオフセットを持たせることにより、従来の流速に比例する起電力以外に、磁場変動により発生する起電力も検出されます。新たに検出した起電力は、流量に感度を持たず、磁場と流体の状態の情報を持っており、この起電力を抽出し利用することにより流量の補正や流体の状態の検出が可能になります。
可動部なし・メンテナンス性の良さなどの電磁流量計の利点をそのままに、次のようなさまざまな応用が考えられます。
・低導電率流体の測定
・非満水状態における水位と流量の同時測定
・高速応答を要求される測定
・気泡量と流量の同時測定
・配管内付着量の測定
今後、製品化に向けて開発を加速していきます。
具体的には、従来の電磁流量計で検出していた流速に比例する起電力に加えて、変動磁場により発生する誘導起電力を検出することにより、流速以外の情報を得ることができ、流量補正・流体の状態検出が可能にとなる画期的な技術です。
コイルと電極を管軸方向にオフセットを持たせることにより、従来の流速に比例する起電力以外に、磁場変動により発生する起電力も検出されます。新たに検出した起電力は、流量に感度を持たず、磁場と流体の状態の情報を持っており、この起電力を抽出し利用することにより流量の補正や流体の状態の検出が可能になります。
可動部なし・メンテナンス性の良さなどの電磁流量計の利点をそのままに、次のようなさまざまな応用が考えられます。
・低導電率流体の測定
・非満水状態における水位と流量の同時測定
・高速応答を要求される測定
・気泡量と流量の同時測定
・配管内付着量の測定
今後、製品化に向けて開発を加速していきます。
図1 エントランスホール年間温湿度プロット図 ※図をクリックすると、拡大版を見ることができます。
温熱・省エネ・制御評価技術
大空間空調における省エネルギー・快適性を実現する空調制御・運用方式に関する研究
大規模複合施設建物などでは夏期や冬期における急激な屋内外環境変化の緩和や建築の意匠とデザイン性を目的としてアトリウムやエントランスホールが近年よく利用されていますが、大空間として外気侵入量が多く、空調用エネルギー消費量が多い一方で、利用者が滞在する時間はオフィス空間に比べて非常に短く、屋外からオフィス空間に至るまでの移動における緩衝空間としての役割が大きいです。このような大空間空調運転にあたっては、居住者の熱的快適性を保持しつつエネルギー消費量を抑えることが望ましいですが、緩衝空間としての温熱環境設計条件や省エネ手法及びその制御策に関する明確な指針は未だ示されていません。
本研究テーマでは、省エネルギーと居住者の快適性が両立した最適な空調運転を達成するための制御方法・運用改善策を提案・確立することを目的とし、温湿度に関するASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,アメリカ暖房冷凍空調学会）推奨基準やビル管法（建築物における衛生的環境の確保に関する法律）の基準に基づいて、BEMS（Building and Energy Management System）データによるエントランスホール等の大空間の温熱環境、エネルギー消費及び空調制御の妥当性を評価・検討を行っています（図1参照）。さらに、現場の換気量計測、CO2濃度計測など検証調査（図2参照）、居住者へのアンケート調査による温冷感評価など、温熱環境の実用的な評価方法の検討と検証を行っています。また、評価結果に基づいて空調の外気カット運転方式や適切な室温設定方式及び中間期のパッシブ換気方式により確実な省エネルギーを実現しています。
詳細：「大空間省エネ手法に関する研究」（弊社技術研究報告「Savemation Review」2005年Vol.23掲載論文）
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山武はビル空調に代表される室内環境制御の研究に長年携わってきました。最近では、その環境制御技術の高度化あるいは細分化を進めています。
その代表例がクリティカル環境制御の研究です。クリティカル環境とは、研究施設・病院・工場など、安全管理や品質保証のために、室内空気の温度・湿度・圧力・気流・清浄度などの厳密な制御が要求される環境のことです。温度や湿度に関しては、ビルや半導体市場向けのシステムや計装として技術がかなり確立されていますが、圧力や細かな気流の制御に関しては、現象が複雑なこともあり、技術開発の余地があるのが実状です。
気流や圧力のプロセス制御では、高度な工学（流体力学や分布定数モデリングなど）と複雑な対象を熟知するための地道な実験が要求されます。
山武では、図1のような実物大の研究施設（化学、動物飼育、クリーンルーム）のモックアップ実験設備を活用して、風量制御装置（VAV）や流れ可視化、トレーサガス、PIV（粒子画像流速測定法）、CFDなど気体の流れに関する基礎研究と室圧や局所排気装置の制御などの応用研究を行っています。
参考：研究施設向環境制御／クリティカル環境システム 
図１．クリティカル環境実験室鳥瞰
本研究テーマでは、主に山武・アドバンスオートメーションカンパニーの製品である温度調節計に実装されるPID制御アルゴリズムと、その周辺技術に位置付けられるPIDパラメータ調整技術を扱っています。PID制御アルゴリズムについては、プロセス制御の制御応答性を向上させる制御アルゴリズムと、複数の制御系の連係動作に関するマルチループ協調アルゴリズムに大別されます。PIDパラメータ調整技術については、容易かつ精密にPIDパラメータ調整を達成することを可能にしたPIDシミュレータが代表的な成果物としてあげられます。
PID制御アルゴリズム/PID調整技術 詳細へ産業界のさまざまな製造装置や製造プロセスでは、多くの場合PID制御を複数ループ組み合わせたマルチループ制御が行われています。しかし、装置や設備によってはループ間の干渉特性が強く、各ループでの制御が他のループに対して干渉し、外乱として働いてしまう場合があります。このような多入力多出力系の制御対象に対する制御技術の１つとして多変数制御があります。
特に温熱制御における多変数制御技術としてH∞ロバスト制御理論をベースに、閉ループを構成したときの各制御変数の時定数や行き過ぎ量などプロセス制御において考えやすい時間応答特性を表すパラメータを設定することによって多変数制御系の設計を可能とするロバスト多変数制御アルゴリズムの研究を行っています。
過渡応答特性に基づくH∞ロバスト多変数制御
今後普及が予想される燃料電池に対し、コア技術である計測・制御技術を活用した高効率化、高信頼化技術を開発しています。
山武では、事業部門と協力して環境負荷の小さい、地域で完結した環境リサイクルを実現するため生ごみ処理機の要素技術開発および、蓄積を実施しています。
すでに山武の制御技術を生かした分解処理により、残渣を直接肥料として利用することが可能となりました。現在、より省エネ・省コストの脱臭を実現すべく技術開発に取り組んでいます。
参考：エコリサイクル
バイオメトリックスは近年、銀行ATMなどで実用化が進み、注目を集めている先端技術の一つです。山武では、画像処理における独自技術である位相限定相関法（POC）をベースとし、指紋照合をはじめさまざまなバイオメトリックス技術の開発を実施しています。現在は、東北大学と共同でバイオメトリックス認証のなかでも注目されている虹彩を識別し、個人を認証する技術の開発を行っています。
※図をクリックすると、拡大版を見ることができます。
昨今、IT化による業務処理スピードの飛躍的な高まり、インターネットによる情報伝達の同時性により、国や地域をまたがる企業間競争が常態化しています。このような環境下においては、質と量両面の知的生産性の確保と、従業員のメンタルヘルス管理が企業にとっての生命線といっても過言でありません。山武では、次世代ビルシステム検討の一環として快適かつ生産性の高いオフィス空間の実現を、従来の温熱環境と施設管理・サービスからさらに範囲を広げ、知的生産性を高めるためのオフィス環境の適正化に寄与する因子の人間工学手法による同定、評価の為のバイタル量の計測技術ならびに、その結果をオフィスの設計・施行や改装に反映させるための技術・方法論として確立するための一連の研究開発を、複数の大学や企業と共同で実施しています。
各種センサーをワイヤレスでつなぐ「ワイヤレス センサー ネットワーク」は、これからの未来の「ユビキタス ネットワーク社会」を支える技術の一つとして位置付けられて、非常に重要な役目を担っています。研究開発本部では、ワイヤレス センサー ネットワーク技術を中心とする研究開発が行われています。【新しいタイプのネットワークの研究開発】
- 高信頼性メッシュ ネットワーク
- 長通信距離のマルチホップ ネットワーク
- プラグ＆プレイのアドホック ネットワーク
【ワイヤレス センサー モジュールの研究開発】
- コンパクト高周波デバイス
- 高感度・低コストの基板アンテナ
- ロー電力消費ワイヤレス技術
- 省電力通信プロトコル
- 省電力ワイヤレス回路
- ロー部品コスト
【ワイヤレス評価測定ツールの研究開発】
- ネットワーク可視化ツール
- 電波転送の測定ツール
- プロトコル解析ツール
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