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タイトル 揚鉱実験における鉱石モデルの移動速度を計測するRFIDシステムの有効性の検討
著者 折田清隆・谷 和夫・鈴木亮彦・菅 章悟・田中肇一
出版 第54回地盤工学研究発表会発表講演集
ページ 35〜36 発行 2019/06/20 文書ID rp201905400018
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  • タイトル
  • 揚鉱実験における鉱石モデルの移動速度を計測するRFIDシステムの有効性の検討
  • 著者
  • 折田清隆・谷 和夫・鈴木亮彦・菅 章悟・田中肇一
  • 出版
  • 第54回地盤工学研究発表会発表講演集
  • ページ
  • 35〜36
  • 発行
  • 2019/06/20
  • 文書ID
  • rp201905400018
  • 内容
  • 0018T - 12第 54 回地盤工学研究発表会(さいたま市) 2019 年 7 月揚鉱実験における鉱石モデルの移動速度を計測するための RFID システムの有効性の検討RFID 計測 揚鉱東京海洋大学学生会員○折田清隆東京海洋大学国際会員谷 和夫㈱不動テトラ正会員鈴木亮彦㈱不動テトラ正会員菅㈱不動テトラ1.はじめに章悟田中肇一キャリア物質粗粒・高密度の鉱石を揚鉱するために,キャリア物質(粘性流体+粒状体)を閉鎖管路内で循環させる方式がライザー管提案された 1).この方式を模擬した模型実験装置(図-1)内において,鉱石モデル(鉱石を模した球体)の揚鉱速度を計測してキャリア物質の揚鉱性能を検討する 2).そのた分離装置1).しかし,干渉が発生しないアンテナの間隔と移動速度鉱石モデル鉱石貯液 投入口タンクめに,複数の RF タグの識別と,RF タグとアンテナの間に障害物があっても交信が可能である RFID を使用するRF タグ揚鉱の計測区間ポンプの計測精度は不明確であるため,落下する RF タグの位置アンテナを計測する実験を行って検討した.2.図-1 揚鉱模型実験装置(左:全体,右:ライザー管)落下実験の方法図-2 に使用した RFID を,図-3 に落下実験装置を示す.9.9 𝑌周波数帯は水等による減衰への耐性が大きい HF 帯,RF3タグは小寸法のパッシブタイプ(戸田工業㈱製:MBT-𝑋𝑍1003N),アンテナはライザー管への取り付けが可能なル170𝑧ープ状(㈱タカヤ製:TR3-HA201A)とした 3).吊るした滑車に錘 1(質量𝑚1 = 0.10 kg)と錘2を装着したナイロン糸を通し,錘 1 側に RF タグを X 軸が鉛直方向で装着す𝑦𝑥185る.その下に立てたスタンドに,アンテナ𝐴1 と𝐴2 の yz 平𝑥面が水平となるように固定し,それらの原点を RF タグが通過する.錘 2 が地面を離れる時刻を RF タグの落下開始時刻𝑡 = 0.00 sとし,その時の RF タグの重心の位置を初期単位:mm位 置 𝑑 = 0.00 m と す る . 初 期 位 置 と 𝐴1 の 距 離 を 𝑑0,1 =図-2 使用した RFID(左上:RF タグ,下:アンテナ)0.15 m,𝐴1 と𝐴2 の距離を𝑑1,2 とする.アンテナ同士の干渉の影響の検討は,アンテナ𝐴1 と𝐴2滑車(半径:0.21 m)の距離𝑑1,2 を0.20, 0.30, 0.35, 0.40, 0.60, 0.80 1.00 mとし,錘2の質量𝑚2 を一定(= 0.088 kg)で行った.RFID の計測精度の検討は,アンテナの間隔を一定(𝑑1,2 = 0.40 m) に 保 ち , 𝑚2 を 0.008~0.088 kg の 範 囲 でRF タグ0.020 kg ずつ変えた際の,アンテナ通過時刻𝑡R を計測する ナイロン糸ことで行った. RF タグの移動をハイスピードカメラ𝑑0,1(HAS-D72:㈱ディテクト製)で撮影し,スタンドに固定した標尺を基に,𝑑 = 0.05~0.065 mの範囲で0.10 mごとの𝑑1,2通過時刻𝑡0 を計測した.3.アンテナ同士の干渉の影響の検討錘1標尺𝑡d(交信開始時刻𝑡f と交信終了時刻𝑡l の差),下段に平均交スタンド信時刻𝑡av (𝑡f と𝑡l の平均)と𝑑1,2 の関係をそれぞれ示す.上段より,𝑑1,2 < 0.40 mでは𝐴2 による交信の開始後にEffectiveness of RFID System for MeasuringOre Model Velocity on Lifting Experimentsアンテナ𝐴1アンテナ𝐴2錘2図-4 の上段に RFID の交信時刻𝑡,中段に交信継続時間ハイスピードカメラ図-3 落下実験装置ORITA Kiyotaka, TANI KazuoTokyo University of Marine Science and TechnologySUZUKI Akihiko, SUGA Shogo, TANAKA Keiichi Fudo Tetra Corporation35 𝐴1 による交信が再開し,交信時刻の重複が発生した.アンであるため 4),0.20 < 𝑑1,2 < 0.40 mの𝐴1 と𝐴2 の交信時刻の𝑡(s)テナを単独で用いた場合の交信距離の最大値は約 0.11 m重複の原因は,RF タグが発する弱い電磁波が近接するアンテナからの強い電磁波と干渉して元々の交信範囲の外で交信を行う「Reader-to-reader Collision」と推測される 5).用いた場合の 1.7 倍に,𝑡av は 1.2 倍となる.一方,十分に離隔した場合(𝑑1,2 ≥ 0.40 m)では,交信時𝑡d (s)その結果,𝑑1,2 = 0.30 mでは,𝐴1 の𝑡dはアンテナを単独で刻の重複が発生せず,𝐴1 の𝑡d と𝑡av はアンテナを単独で用reader Collision」は発生していないと推測した.以上の検討より,干渉が発生しないアンテナの最短距𝑡av (s)いた場合とほぼ一致した.よって,干渉による「Reader-to-離は𝑑1,2 = 0.40 mと判断した.4.アンテナ通過時間の計測精度の検討交信範囲はアンテナのコイル面に対して対称であるこ𝑑1,2 (m)図-4 𝑑1,2 が𝑡, 𝑡d , 𝑡av に及ぼす影響(点線右側:単独アンテナ)とから,交信範囲内で RF タグの移動速度を一定と仮定した.図-5 の上段に𝑡R 及び𝑡0 と RF タグの位置𝑑の関係を,下段には𝑡R から求めた RF タグの落下速度𝑣R 及び𝑡0 から求𝑑(m)て,RF タグのアンテナ通過時刻𝑡R は平均交信時刻𝑡av としめた落下速度𝑣0 と時間𝑡の関係をそれぞれ示す.上段より,各アンテナ(𝑑 = 0.15, 0.55 m)での𝑡0 と𝑡R は,𝑡R , 𝑡0 (s)た,図-6 に各アンテナ通過時の𝑣0 と∆𝑡の関係を示す.𝑡0 と𝑡R の差∆𝑡は𝑣0 に依存せず,最大でも 0.10 s 程度であった.速度の誤差∆𝑣⁄𝑣0 は𝑣0 = 𝑑 ⁄𝑡0 より以下の式となる.∆𝑣=𝑣0−𝑑∆𝑡𝑣0 ∆𝑡𝑡0 2=−𝑣0𝑑𝑣R , 𝑣0 (m⁄s)ほぼ一致し,下段の𝑣R と𝑣0 についても近い値を示した.ま𝑡(s)図-5 𝑚2 = 0.048 kgでの計測結果揚鉱模型実験は,𝑑 = 𝑑1,2 = 0.40 m,𝑣0 < 0.04 m⁄sの条0.15件で行うため,|∆𝑡| ≤ 0.10 sとすると∆𝑣⁄𝑣0 ≤ 1 %となる.5.まとめΔt (s)アンテナの間隔は「Reader-to-reader Collision」が発生しな平均値0.05落下実験により,干渉が発生しないようにアンテナを設置する間隔と RF タグの落下速度の計測精度を調べた.A1A20.10い,𝑑1,2 = 0.40 mが適当と判断した.また,気中で RF タ0.00-0.05グがアンテナを通過する時間を RFID とハイスピードカ-0.10メラで比較した結果,0.10 s 程度の誤差で計測が可能であ-0.15標準偏差0.00った.これらの結果から RFID による揚鉱速度の計測は0.501.001.502.002.50各アンテナ通過時のv0(m/s)1%以下の誤差で可能である.図-6 𝑣0 の∆𝑡への影響参考文献1)Tani, K, Suzuki, A., Tanaka, K. and Suga, S.: Development of experimental apparatus for model tests of lifting marine mineralresources by carrier materials,10th Asian Rock Mechanic Symposium, 4p, 2018.2)鈴木亮彦,谷和夫,田中肇一:キャリア物質循環方式による揚鉱の模型実験装置の開発,第 53 回地盤工学会研究発3)表会,pp.3-4,2018.折田清隆,谷和夫,鈴木亮彦,田中肇一,菅章悟:揚鉱・沈降実験における, 鉱石モデルの管内移動の計測に適切なRFID システムの選考,第 15 回地盤工学会関東支部発表会,pp. 330-333,2018.4)折田清隆,谷和夫,鈴木亮彦,田中肇一,菅章悟:RFID システムを用いた揚鉱・沈降実験における鉱石モデルの管5)内移動の計測方法の開発, 第 46 回岩盤力学に関するシンポジウム,pp. 268-273,2019.Joshi, G R. and Kim, S W.: Survey, nomenclature and comparison of reader anti-collision protocols in RFID, IETE TechnicalReview, pp. 234-243, 2008.36
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