JP2014163856A - 電子計量器 - Google Patents

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Isamu Shibamoto
勇 柴本
Shinichi Taniai
信一 谷合
Yoshitaka Sekiguchi
義孝 関口
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Abstract

【課題】スプーンの傾きに拘わらずに正確な計量が行える電子計量器を提供する。
【解決手段】重量検出部と表示部を有する本体部に取り付けられたスプーンヘッド部で対象物を掬うことでその対象物の重量を量り、前記表示部に対象物の重量を表示する電子計量器において、使用時の本体部の傾きを検出する傾き検出部を有し、使用する角度に合わせて前記重量検出部の検出値を補正する。また、表示部に対象物の重量を表示するとともに、報知部により対象物の重量が予め設定した重量に達したことを音により報知する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子計量器に関する。
従来より、計量スプーンを用いた電子計量スプーンが製作されている。これは、主に料理を行う際に調味料の量を計量するために用いられてきた。
しかし、昨今の社会の高齢化や各種病気による障害が原因における嚥下障害が介護の世界では問題になっており、このような患者に流動食や薬剤を与える際にも、一般の金属スプーンの他に前述の電子計量スプーンが利用されている。
このような嚥下障害を持つ患者は、健常者に比べて一口あたりの摂取量を少なくする必要があるが、その摂取量が少なすぎると嚥下反射(飲み込み時の反射運動)が起こりづらく、気管への流入が発生する恐れがある。また、この一口あたりの摂取量は、各患者の状態により適宜変わるため、一口当たりの摂取量を容易に調整することが求められている。
特開2004−156954号公報
しかしながら、一般の金属スプーンでは必要量を採取するために特別な訓練を必要としており、従来技術の電子計量スプーンにおいても、測定時に水平を維持しないと圧電センサなどによる重量を測定するセンサへ正確な重量情報が伝達されず、正確な測定結果が得られない。この場合、スプーン全体を一定の平らな場所へ置き、測定をする必要があるため、患者へ流動食などを与える介護者には負担を与えていた。また、患者自身がこの従来の計量スプーンを用いて食事をする際には、スプーンの持ち方によっては水平にすることが容易ではなく、正確に計量することができないという課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スプーンを用いて対象物の計量を容易に行うことであり、本発明は、スプーンの傾きに拘わらずに正確な計量をすることができる電子計量器を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に記載の発明の電子計量器は、重量検出部と表示部を有する本体部に取り付けられたスプーンヘッド部で対象物をすくうことでその対象物の重量を量り、前記表示部に対象物の重量を表示する電子計量器において、使用時の本体部の傾きを検出する傾き検出部を有し、使用する角度に合わせて前記重量検出部の検出値を補正すること、を特徴とする。
この発明によると、対象物を計量するためにスプーンですくったときに、スプーンを水平にせずに正確な計量を行うことができるため、使用者は、取扱いの訓練を行わなくても安全な量の流動食を患者へ与えることができる。
また、患者自身が該電子計量器を使用することで、その持ち方に拘わらず正確な量の摂取が可能となる。
本発明の基本構成を示すブロック図である。 本発明の装置の例を示す外観図である。 本発明に係る計量スプーンの本体の一部断面図である。 本発明の動作説明のための機能ブロック図である。 本発明における補正テーブルである。 本発明の基本原理を説明する原理図である。 本発明の第1の実施形態における較正モード時のフロー図である。 本発明の第1の実施形態における測定モード時のフロー図である。 本発明の第2の実施形態における較正モード時のフロー図である。 本発明の第2の実施形態における測定モード時のフロー図である。
以下に本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
(第1の実施形態)
本発明に係る電子計量器としての計量スプーンの構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は装置の構成ブロック図であり、図2は装置の外観を示すもので、(a)は平面図、(b)は側面図である。
本発明に係る計量スプーンは、本体部12に対して取り外し・交換が可能(着脱可能)なスプーンヘッド部10を有し、スプーンヘッドによりすくった対象物の重さを計量する重量検出部50、計量スプーンの傾きを計測し、取得する傾き検出部30、各検出部からの電気信号を増幅する信号増幅部61、増幅した電気信号をアナログ/デジタル変換をして、制御部へ送信する信号変換部63、計量スプーンにおける各部を制御する制御部71、電気信号を演算し、正規化する演算部73、各検出部からの信号の記憶、補正テーブルの保管をする記憶部75、表示機能を持つデバイスから構成され、計量結果を表示させる表示部77からなる。
また、本体部12には、操作部79が配置されており、例えば押しボタン、スイッチなどで構成される。ここでは押しボタンによる構成を説明する。このボタンを操作者が押下することで電源を入れること、較正モード・測定モードの切り替えなどを行う。ボタンは一つでも複数配置されていてもよく、ボタンの長押しや複数回に渡る連続押しなどアクションによって機能を割り当ててもよい。また本体部12にはLED等からなる表示部77が配置されており、測定重量値等を表示するようになっている。
傾き検出部30はいわゆる加速度センサによって構成され、計量スプーン本体の傾きを検出する。前記加速度センサは2軸以上の測定軸を持つものが好ましい。
前記スプーンヘッド部10は、本体部12に対して着脱可能となっているので、大さじ、中さじ、小さじ等のスプーンヘッド部を目的に応じて取り換えることができるようになっている。
次に装置の要部断面図である図3を参照して、スプーンヘッド部10と重量検出部50との接続例を示す。ひずみゲージを内包する重量検出部50は計量スプーンの本体内部でスプーンヘッド部10と接する。スプーンヘッド部10は、本体の挿入部分より、図3の矢印方向に挿入される。スプーンヘッド部10は、奥まで差し込まれると、計量スプーン本体の内部において、重量検出部50を鉛直方向に圧迫するように配置される。
このスプーンヘッド部10が重量検出部50に接するように配置されることにより、その配置による重量検出部50への圧迫や重量検出部50自体の歪みが電気信号として一連の動作後に制御部71へ伝達され、そのときの重量検出部50からの電気信号を初期値として較正を行う。
スプーンヘッド部10によって被測定物90(図6参照)が掬いあげられることで、重量検出部50へかかる圧力や重量検出部50の歪みが変化し、その変化を各種センサにより検出することで被測定物90の重量を測定(計量)する。
図4の機能ブロック図を用いて、一例として重量検出部50に歪みセンサを用いた場合を説明する。
先ず、スプーンヘッド部10を本体部12に装着する。スプーンヘッド部10が装着されると、重量検出部50は歪ませる力をうけることとなる。これは、重量検出部50に配置されているひずみゲージに力が加わることになり、重量を計測することが可能な状態になる。このときの重量検出部50から出力される電気信号を初期値として利用する。この初期値とした傾き検出部30及び重量検出部50の電気信号を記憶部75に記憶することにより、本体部12の傾きによる重量検出部50の出力の誤差を較正し、何も掬っていない状態の重量検出部50の出力を記憶、または風袋を0と設定する(以下に述べる較正時の動作に該当する。)。
言い換えれば、スプーンヘッド部10で被測定物90を掬っていない状態において、本体部12の傾きとスプーンヘッド部10の装着時の重量検出部50からの出力を関連付けて制御することで、本体部12の傾きに依らず重量の測定結果は常に0[g・W]を示すことを表す。
スプーンヘッド部10により被測定物90が掬い上げられると、被測定物90の重量により重量検出部50への応力が変化して伝達される。傾き検出部30の出力と重量検出部50の出力が関連付けられ、制御部71を介して演算部73が演算することで、被測定物90の重量は本体部12の傾きに応じて補正される。その結果、補正された重量検出部50の出力が被測定物90の重量として示されることになる。
重量検出部50の出力の補正は、後述する予め定められた係数を用いてもよいし、傾き検出部30からの出力をもとに予め記憶された演算式を用いて重量検出部50の出力を、演算部73により演算して補正してもよい。図4の記憶部75には予め記憶する係数又は演算式の両方を図示した。実施の際にはいずれかを用いることで発明の態様を実現することができる。
また、重量検出部50は、歪みゲージに代えて、圧電素子又は圧力センサを用いても良い。この場合、スプーンヘッド部10の本体接続部分が圧電素子又は圧力センサを押すことにより、電気信号が発生し、その電気信号の大きさにより重量を測定するものである。
圧電素子又は圧力センサを用いて重量検出部50を構成する場合、スプーンヘッド部10の本体接続部分を複数の圧電素子又は圧力センサで挟みこむ構造にしてもよい。この場合、各圧電素子等の出力の差分、重み付けなどの信号処理を制御部71及び演算部73により行うことによって、正確な重量測定を実現する。
また、重量検出部50を加速度センサで構成し、スプーンヘッドと直結することにより、重量検出を行うことも可能である。これは加速度センサの検出素子が加速度によって動く重りとばね、その動きを検出する電極から構成されていることを利用するものであり、これらとスプーンヘッド部10を直結させることで、本発明に係るスプーンの傾きを検出するとともに、被測定物90の重量測定も実現できる。このようにして一つの加速度センサに重量検出部50と傾き検出部30の機能を兼用させることができる。
信号増幅部61は、傾き検出部30、重量検出部50のそれぞれから出力された微量な電気信号を信号処理に耐えうるレベルの電気信号に増幅する。
信号変換部63は、アナログ信号として受信した電気信号をデジタル信号に変換し、デジタル演算にて処理が可能な状態にする。
本願発明においては、傾き検出部30及び重量検出部50の出力信号がアナログである場合について説明しているが、傾き検出部30及び重量検出部50の出力信号がデジタル信号であっても本願発明と同様の構成を備えることができる。傾き検出部30及び重量検出部50の出力がデジタル信号である場合は、図1における破線の矢印のように、信号増幅部61と信号変換部63を介さずに制御部に出力することが可能となる。したがって、デジタル信号により各出力信号が発せられる場合は、信号増幅部61と信号変換部63を備えなくとも本願発明と同様の効果を得ることが可能となる。
制御部71は、本発明に係る計量スプーンの制御全般を行うものである。制御部71は、傾き検出部30、重量検出部50に対する計測制御、演算部73へのデータ送受信、演算処理の制御、記憶部75への記憶と呼び出しの制御、表示部77へ演算結果などを出力し、表示機能を有するデバイスへ該結果を表示させるよう命令をする。
演算部73は、制御部71の命令を受け、デジタル化された傾き検出部30及び重量検出部50からの出力と、記憶部75に記憶された補正テーブル651(後述する)に記憶された初期値とに基づいて重量を演算する。
記憶部75は、予め設定された図5(a)の補正テーブル651や較正時の傾き、較正時の重量検出部50の初期値などを記憶する。較正時の傾きや重量検出部50の初期値は、制御部71の命令により検出した際に記憶されるように制御する。
補正テーブル651は図5(a)のように角度の所定範囲毎に補正係数kを予め定めておき、検出した傾きに応じて、補正係数kを算出結果に利用する。図5(b)のようにスプーンヘッドのタイプが数種類ある場合、例えば大さじ(type a)、中さじ(type b)、小さじ(type c)といった場合には、それぞれのタイプに合わせて補正係数kを使用する。
補正テーブル651の補正係数kは、重量検出部50の初期値、すなわちスプーンヘッド部10を装着した状態の重量検出部50の出力と傾き検出部30との関係から導かれるものである。図5(a)及び(b)は補正テーブルの一例を表したものである。傾きの変数、範囲、補正係数などその構成要素は、これらに限ったものではなく、その重量検出部50と傾き検出部30の関係から導かれる変数を適宜使用可能である。
表示部77は測定結果や較正結果、傾き調整の指示などを表示するように制御するものである。表示部77は、LED単体による単純な構成のもの、7セグメント・ディスプレイ、LED、有機ELなどに代表される小型高解像度ディスプレイなどから構成される。図2及び3はその一例としてLED単体によるものを示した。
また、表示部77による測定結果や較正結果、傾き調整の指示などを表示するのに加えて、報知部78によるサイン音やメロディなどの音により、測定結果などを使用者へ報知するようにしてもよい。報知部78は、小型スピーカーから構成されており、制御部71からの制御を受けてサイン音やメロディを報知する。
図6は計量器の傾きθの違いによる測定重量の変化を説明する図である。図6(a)の実線、点線でそれぞれ示した長方形は同じ質量の被測定物90である。実線で示された被測定物90の質量がmであり、水平に保たれた計量器上に配置する場合、計量器の傾きθは0[deg]である。その結果、被測定物90の重量は鉛直方向に伝わるため、質量mと重力加速度gとの積により、重量Wは
W=m・g
となる。
これに対し、図6(a)の点線で示される被測定物90はθだけ傾いた計量器上に配置されている。計量器が傾いているときの被測定物90の重量Wは分割され、計量器に示される被測定物90の重量W´は、
W´=m・g・cosθ[gW]
となる。
また、図6(b)の実線で示される被測定物90のように、計量器の傾きがθまで緩やかになった場合、計量器に示される被測定物90の重量W″は、
W″=m・g・cosθ[gW]
となる。
これは計量器が傾くことで、それに接する被測定物90の重量は、図6(a)及び(b)に示す矢印のようにベクトルが分割され、正確な重量を測定することができなくなる。
したがって、重量について正確な測定結果を得るためには、このベクトルの分割による誤った測定値を正確な値にするために測定値の補正をする必要がある。この発明では、加速度センサによる傾きの検出結果を用いて本体部12の傾きθを較正時に設定し、設定された本体部12の傾きθの場合における重量検出部50による測定結果を傾きθに合わせた補正係数によって補正するものである。
(較正時の動作)
図7を用いて較正時の動作について説明する。これはいわゆる風袋補正に該当する。本体部のスイッチの押下、長押しなどの特定の動作をトリガにして、較正モードに切り替える。(S101)
傾き検出部30により、本体部12の傾きを検出する。傾き検出部30から出力された電気信号を信号増幅部61により増幅し、信号変換部63でA/D変換する。変換された電気信号は、制御部71を介して記憶部75に記憶される(S102)。第1の実施形態では、傾き検出部30からの出力は、アナログ信号である場合を説明しているが、傾き検出部30からの出力はデジタル信号でも同様に構成できる。この場合、信号増幅部61、信号変換部63を介さずに直接制御部71へ接続することが可能である。
S102において検出した傾きを基に図5(a)の補正テーブル651を参照し、対応する補正係数kを確認する。(S103)
S103で参照した対応する補正係数kをS102で算出した傾きと共に記憶部75へ記憶し(S104)、記憶が終了したことを確認できると較正モードを終了する(S105)。このときの重量検出部50から出力された電気信号を受けたときに重量の表示を0とするように較正する。
(測定時の動作)
次に測定時の動作について、図8のフロー図を用いて説明する。本体部の電源スイッチや測定スイッチの押下など、特定の動作をトリガにして、測定モードに切り替える(S201)。このとき、記憶部75に記憶された較正時に取得した情報を呼び出す。
スプーンヘッド部10により流動食や薬剤など(以下測定対象物と称す)を掬い上げる。このときの本体部12の傾きを傾き検出部30により検出する(S202)。
重量検出部50により重さを検出し、信号増幅部61、信号変換部63により信号処理が施され、制御部71へ引き渡される(S203)。
制御部71に引き渡された測定値と較正時の情報を用いて演算し、正しい重量測定結果を算出する(S204)。
S204で算出した重量を使用者に報知するため、制御部71を介して表示部77で表示する(S205)。このときの表示は、単に設定された重量に達したことを単体のLEDライトや豆電球等を点灯させることで報知するものでもよく、また測定した重量を7セグLEDや液晶モニタ等に表示するものでもよい。
S204で算出した重量を使用者に音で報知するため、表示部77で表示するのに加えて、報知部78によるサイン音やメロディを併用してもよい。
重量測定の継続を判断するために傾き検出部30又は重量検出部50の出力信号に変化がないかを検出する(S206)。予め記憶された単位時間毎に傾き又は重量の変化を検出することで、使用されている状態か、使用が終了した状態かを判断する。傾き検出部30又は重量検出部50に変化が無いと判断すると、S207へ進み、測定終了を判断し、電源を切る(S207)。傾きの変化を継続的に検出する場合は、使用を継続している状態のため、S202へ処理が戻る。
また、S206によって、使用が継続していると判断されると、S202に処理が戻り、S202からS206を繰り返す。
重量検出部50から送信される信号は、補正時の傾きとスプーンヘッド部10の重量との関係から、いかなる角度においても正確な重量を示すように補正される。例えば、スプーンヘッド部10が装着された本体部12の傾きが30℃傾いた状態で較正を行った場合、較正後の重量は、スプーンヘッド部10で何も掬っていない状態であれば、本体部12の傾きが30°の場合に限らず、いかなる角度の場合でも重量は0gを示す。また、スプーンヘッド部10で被測定物90を掬った場合は、その被測定物90の重量を本体部の傾きに従って補正し、正確な重量を表示する。
このように、第1の実施形態によれば、本体部12の傾きに依らず、正確な重量測定ができるため、特別な訓練無しに容易で、かつ、正確な重量を使用者は知ることができる。
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態として、傾き検出部30により検出した傾きθを補正係数に利用する場合について図9、図10を用いて説明する。図9は較正モードの動作を表すフロー図であり、図10は測定モードの動作を表すフロー図である。
(較正時の動作)
図9を用いて、較正時の動作について説明する。これはいわゆる風袋補正に該当する。本体部のスイッチの押下、長押しなどの特定の動作をトリガにして、較正モードに切り替える(S301)。
傾き検出部30により、本体部12の傾きを検出する。傾き検出部30から出力された電気信号を信号増幅部61により増幅し、信号変換部63でA/D変換する。変換された電気信号は、制御部71を介して記憶部75に記憶される(S302)。第2の実施形態においても、第1の実施形態同様に傾き検出部30からの出力は、アナログ信号である場合を説明している。傾き検出部30からの出力はデジタル信号でも同様に構成できる。この場合、信号増幅部61、信号変換部63を介さずに直接制御部71へ接続することも可能である。
S302において検出した傾きθと、下記の数式(1)より導かれる補正係数kを演算する(S303)。
k=1/cosθ・・・(1)
S303で演算した補正係数kと重量検出部50から出力された電気信号(検出した重量に該当する)をW1として、下記の数式(2)より導かれる重量を演算する。演算した結果を補正重量W0として記憶部75へ記憶する。このときの重量表示を0とするように較正する(S304)。
W0=W1・k[g・W]・・・(2)
記憶が終了したことを確認できると較正モードを終了する(S305)。
(測定時の動作)
次に図10を用いて、第2の実施形態における測定時の動作について説明する。本体部の電源スイッチや測定スイッチの押下など、特定の動作をトリガにして、測定モードに切り替える(S401)。このとき、記憶部75に記憶された較正時に取得した情報、ここでは補正重量W0を呼び出す。
スプーンヘッド部10により流動食や薬剤などを掬い上げ、このときの本体部12の傾きを傾き検出部30により検出する(S402)。
重量検出部50によりスプーンヘッド部10により掬い上げた測定対象物の重さを検出し、信号増幅部61、信号変換部63により信号処理が施され、制御部71へ引き渡される(S403)。
傾き検出部30により検出した値(S402)と制御部71に引き渡された測定値とで演算して重量を求め、この重量とS401で呼び出した較正時の情報、ここでは補正重量W0を用いて重量を補正するための演算を行い、正しい重量測定結果を算出する(S404)。
S404で算出した重量を使用者に報知するため、表示部77へ表示する(S405)。このときの表示は、単に設定された重量に達したことを単体のLEDライトや豆電球等を点灯させることで報知するものでもよく、また測定した重量を7セグLEDや液晶モニタ等に表示するものでもよい。
S404で算出した重量を使用者に音で報知するため、表示部77で表示するのに加えて、報知部78によるサイン音やメロディを併用してもよい。
重量測定の継続を判断するために本体部12の傾きの変化を傾き検出部30又は重量検出部50によって検出する(S406)。予め記憶された単位時間毎に傾きの変化を検出することで、使用されている状態か、使用が終了した状態かを判断する。本体部12の傾き又は重量に変化が無いと判断すると、S407へ進み、測定終了を判断し、電源を切る(S407)。傾きの変化を継続的に検出する場合は、使用を継続している状態のため、S402へ処理が戻る。
また、S406によって、使用が継続していると判断されると、S402に処理が戻り、S402からS406を繰り返す。
重量検出部50から送信される信号は、補正時の傾きとスプーンヘッド部10の重量との関係から、いかなる角度においても正確な重量を示すように補正される。例えば、スプーンヘッド部10が装着された本体部12の傾きが30°傾いた状態で較正を行った場合であっても、較正後の重量はスプーンヘッド部10で何も掬っていない状態であれば、本体部12の傾きが30°の場合に限らず、いかなる角度の場合でも重量は0gを示す。また、スプーンヘッド部10で被測定物90を掬った場合は、その被測定物90の重量を本体部の傾きに従って補正し、正確な重量を表示する。
このように第2の実施形態によれば、傾き検出部30により検出した傾きから直接的に測定対象物の重さを補正することができる。このことにより、精度の高い重量測定が可能となる。
また、本体部12の傾きに依らず、使用者の使用しやすい状態においても正確な重量測定ができるため、特別な訓練無しに容易で、かつ、正確な重量を使用者は知ることができる。
10 スプーンヘッド部
12 本体部
30 傾き検出部
50 重量検出部
61 信号増幅部
63 信号変換部
71 制御部
73 演算部
75 記憶部
77 表示部
78 報知部
90 被測定物
651 補正テーブル

Claims (9)

  1. 重量検出部と表示部を有する本体部に取り付けられたスプーンヘッド部で対象物をすくうことでその対象物の重量を量り、前記表示部に対象物の重量を表示する電子計量器において、
    使用時の本体部の傾きを検出する傾き検出部を有し、
    使用する角度に合わせて前記重量検出部の検出値を補正すること、
    を特徴とする電子計量器。
  2. 重量検出部と表示部と報知部を有する本体部に取り付けられたスプーンヘッド部で対象物をすくうことでその対象物の重量を量り、前記表示部に対象物の重量を表示するとともに、前記報知部により対象物の重量が予め設定した重量に達したことを音により報知する電子計量器において、
    使用時の本体部の傾きを検出する傾き検出部を有し、
    使用する角度に合わせて前記重量検出部の検出値を補正すること、
    を特徴とする電子計量器。
  3. 前記スプーンヘッド部は前記本体部に着脱可能になっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子計量器。
  4. 前記傾き検出部には、加速度センサを用いること、
    を特徴とする請求項1又は2に記載の電子計量器。
  5. 前記重量検出部には歪センサを用いること、
    を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電子計量器。
  6. 前記重量検出部には圧電センサを用いること、
    を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電子計量器。
  7. 前記重量検出部には加速度センサを用いること、
    を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電子計量器。
  8. 前記重量検出部によって検出した値を補正する演算部をさらに有し、
    前記傾き検出部は、初期設定として検出した本体部の傾きをθと設定し、
    前記演算部は、予め用意された補正テーブルのθと前記設定された本体部の傾きθを参照して、対応する補正値を取得し、前記重量検出部により検出した検出値を前記補正値により補正する、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電子計量器。
  9. 前記重量検出部によって検出した値を補正する演算部をさらに有し、
    前記傾き検出部は、初期設定として検出した本体部の傾きをθと設定し、
    前記演算部は、前記対象物を前記重量検出部で検出した重量をW1、重量測定部に伝達される補正係数をkとしたとき、(1)式によって演算される補正係数と、(2)式から重量Wを取得する、
    ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電子計量器。
    k=1/cosθ・・・(1)
    W=W1・k・・・(2)
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