Development of freezing point detection system for storage foods using change of permittivity during freezing of water

利用水结冰过程中介电常数的变化开发储存食品的冰点检测系统

• 批准号: 20K05948
• 负责人: 山本 英樹
• 金额: $ 1.25万
• 依托单位: Yonago National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05948/
• 关键词: 氷温; 凍結検出; 誘電率; 氷温貯蔵

氷温技術において,凍結によって細胞を破壊せず，貯蔵物を未凍結の状態に保つ管理が重要である。本研究では，非接触の状態で大量の貯蔵物の凍結を監視するための凍結検出用センサの開発を目的とし，凍結によって水/氷の誘電率が変化することを利用した平行平板コンデンサの内部に測定試料を入れる形状のセンサの開発を行う。これまでにセンサとしてアルミ板を用いた平行平板コンデンサ（電極サイズ130×180mm，電極間距離145mm）を試作し，LCRメータ(HIOKI)を用いて容量変化を観測した。2021年度までに，測定周波数を100Hzから5MHzの範囲に拡大し，試料には500ml水道水×1個，500ml水道水×2個，梨2個，リンゴ2個などを用いた。この結果，500ml以上の水道水の試料について，500kHz以上の周波数で凍結直後からの容量変化を確認できた。また，複数個の水道水の試料凍結する場合についても，氷の生成量に応じて容量が減少することが確認できた。一方で，リンゴや梨などの試料については，凍結直後の変化が観測されず，凍結開始から一定時間後に容量の減少が見られた。この原因として，生体試料中に含まれる溶質の影響が考えれらることから，電解質(NaCl)および非電解質(ショ糖)を含む溶液を凍結させたときの容量変化を測定し，電解質溶液において凍結による誘電率の変化の状態が変化することが確認できた。これらの成果は，第23回IEEE広島支部学生シンポジウム(2021)，第37回氷温研究全国大会(2021)，第10回低温・氷温研究会(2022)，第38回氷温研究全国大会(2022)にて公表した。

Temperature control technology, freezing of cells, storage of unfrozen state, protection management is important. The purpose of this study is to monitor the freezing of a large number of stored materials in a non-contact state, and to determine the shape of the sample in a parallel plate. The test was conducted on a parallel plate (electrode spacing 130×180mm, inter-electrode distance 145mm), and the LCR (HIOKI) was tested on a capacity change. In the year 2021, the frequency of the measurement cycle is from 100Hz to 5MHz, and the sample is 500ml of channel water ×1, 500 ml of channel water ×2, 2, and 2. As a result, the sample of channel water above 500ml was tested, and the frequency above 500kHz was frozen directly after the capacity change was confirmed. In addition, it is confirmed that the volume of water generated and the capacity of water were reduced when the water samples in multiple channels froze. On the one hand, the sample is frozen, and the capacity is reduced after a certain time. The reason for this is that the influence of solute contained in the biological sample is examined. The capacity change of electrolyte (NaCl) and non-electrolyte (sugar) containing solution is determined when it is frozen. The state of inductance change of electrolyte solution is confirmed when it is frozen. The 23rd IEEE International Conference on Climate Change (2021), the 37th National Conference on Climate Change Research (2021), the 10th National Conference on Climate Change Research (2022), and the 38th National Conference on Climate Change Research (2022) were held.

项目成果

氷温技術における水分凍結時の誘電率変化を利用した食品等の凍結の検出

利用冰温技术中水冻结时介电常数的变化来检测食品等的冻结

• 发表时间: 2021
• 作者: Tanaka Yuji;Obinata Hideru;Konishi Akimitsu;Yamagiwa Noriyuki;Tsuneoka Makoto;川又 美南，長谷川 雄大，鈴木 綾，大崎 雄介，駒井 三千夫，白川 仁;第37回氷温研究全国大会;尾﨑恵斗，山本英樹
• 通讯作者: 尾﨑恵斗，山本英樹

非接触型静電容量式センサによる電解質・非電解質を含む溶液の凍結の検出

使用非接触式电容传感器检测含有电解质和非电解质的溶液的冻结

• 发表时间: 2022
• 作者: スルタナ ハリマ;渡邉きみか;大崎雄介;駒井三千夫;白川仁;片倉しおり，大崎雄介，駒井三千夫 ，白川仁;山本英樹
• 通讯作者: 山本英樹

水分凍結時の誘電率変化を利用した氷温センサ

利用水结冰时介电常数变化的冰温度传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: Tanaka Yuji;Tsuneoka Makoto;尾﨑恵斗，山本英樹
• 通讯作者: 尾﨑恵斗，山本英樹

水と氷の誘電率の違いを利用した非接触型静電容量式センサによる食品等の凍結の検出

使用非接触式电容传感器检测冷冻食品，该传感器利用水和冰之间的介电常数差异

• 发表时间: 2021
• 作者: Tanaka Yuji;Obinata Hideru;Konishi Akimitsu;Yamagiwa Noriyuki;Tsuneoka Makoto;川又 美南，長谷川 雄大，鈴木 綾，大崎 雄介，駒井 三千夫，白川 仁;第37回氷温研究全国大会;尾﨑恵斗，山本英樹;山本英樹，尾崎恵斗
• 通讯作者: 山本英樹，尾崎恵斗

水分凍結時の誘電率の周波数特性を利用した氷結点の検出

利用水结冰时介电常数的频率特性检测冰点

• 发表时间: 2021
• 作者: Tanaka Yuji;Obinata Hideru;Konishi Akimitsu;Yamagiwa Noriyuki;Tsuneoka Makoto;川又 美南，長谷川 雄大，鈴木 綾，大崎 雄介，駒井 三千夫，白川 仁;第37回氷温研究全国大会;尾﨑恵斗，山本英樹;山本英樹，尾崎恵斗;尾﨑恵斗，山本英樹
• 通讯作者: 尾﨑恵斗，山本英樹