JP2005207998A - Measuring apparatus and method of flow rate, generating device of temperature distribution within liquid for flow rate measurement - Google Patents

Measuring apparatus and method of flow rate, generating device of temperature distribution within liquid for flow rate measurement Download PDF

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Atsushi Yamaguchi
山口　　淳
Takashi Fukuzawa
隆 福澤
Manabu Tokeshi
学 渡慶次
Takehiko Kitamori
武彦 北森
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow rate measuring apparatus capable of correct measurement of the flow rate of liquid without contact, a generating device of a temperature distribution within liquid for measuring flow rates, and a measuring method of a flow rate. <P>SOLUTION: The flow rate measuring apparatus 100 includes a light source 12 for exciting light which is connected to a modulator 14 and irradiates exciting light into liquid in the channel 11; a light source 13 for detecting light which irradiates liquid at downstream of the channel 11 with detecting light; a generating device 1b of a temperature distribution within liquid, which is connected to the light sources 12 and 13; and a receiver 1c for detecting temporal variation of detected light through its reception. The generating device 1b of a temperature distribution within liquid is composed such that a spacing d' in the longitudinal direction of channel 11 between the irradiated position of exciting light and irradiating position of detecting light within liquid is a predetermined range. The flow rate measuring apparatus 100 computes the time Δt from modulation onset/end time of modulator 14 and the signal strength I<SB>max</SB>of detecting light and thus the flow rate v is computed from the spacing d' and the time Δt. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流速測定装置、及び流速測定用液体内温度分布発生素子、並びに流速測定方法に関し、特に流路内を流れる液体の流速を測定する流速測定装置、及び流速測定用液体内温度分布発生素子、並びに流速測定方法に関する。   The present invention relates to a flow velocity measuring device, a flow velocity measuring liquid temperature distribution generating element, and a flow velocity measuring method, and more particularly, to a flow velocity measuring device for measuring a flow velocity of a liquid flowing in a flow path, and for generating a flow temperature distribution in a liquid. The present invention relates to an element and a flow velocity measuring method.

マイクロ化学システムは、小さなガラス基板等に形成した微細な流路の中で液中試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うものである。このマイクロ化学システムで行われる反応の例としては、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応などがある。また、抽出や分離の例としては、溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離などがある。マイクロ化学システムは、分離だけを目的としたような単一の機能のみで用いられてもよく、また複合的に用いられてもよい。マイクロ化学システム用チップに設けられた流路は、分岐路や合流路、さらには蛇行路のような種々の形状のものを含み、その中を流れる試料溶液の流速が流路の位置によっては一定ではない。   The microchemical system performs mixing, reaction, separation, extraction, detection, and the like of a sample in a liquid in a fine channel formed on a small glass substrate or the like. Examples of reactions performed in this microchemical system include diazotization reaction, nitration reaction, and antigen-antibody reaction. Examples of extraction and separation include solvent extraction, electrophoretic separation, and column separation. Microchemical systems may be used with only a single function, such as for separation purposes only, or may be used in combination. The flow paths provided in the microchemical system chip include various shapes such as branching paths, combined flow paths, and meandering paths, and the flow rate of the sample solution flowing through them is constant depending on the position of the flow path. is not.

一方、流路内を流れる試料溶液の流速を測定する流速測定装置としては、以下の第１から第４の流速測定装置がある。   On the other hand, there are the following first to fourth flow velocity measuring devices as flow velocity measuring devices for measuring the flow velocity of the sample solution flowing in the flow path.

第１の流速測定装置は、流路内に収容された歯車、発熱可能な棒、渦を発生させるための障害物等の流速測定治具を備える。第１の流速測定装置は、測定治具が歯車であるときは歯車の回転数に基づいて、発熱可能な棒であるときは棒の表面における放熱の程度に基づいて、渦を発生させる障害物であるときは障害物によって発生した渦の頻度に基づいて、試料溶液の流速を測定する。   The first flow velocity measurement device includes a flow velocity measurement jig such as a gear housed in a flow path, a rod that can generate heat, and an obstacle for generating a vortex. The first flow velocity measuring device is an obstacle that generates a vortex based on the number of rotations of the gear when the measuring jig is a gear, and based on the degree of heat radiation on the surface of the rod when the measuring jig is a heat-generating rod. If it is, the flow rate of the sample solution is measured based on the frequency of the vortex generated by the obstacle.

第２の流速測定装置は、流路の両側に配された一対の磁気コイルを備え、試料溶液中の磁性物質の流れによる電磁誘導によって磁気コイル内に発生する起電力に基づいて、試料溶液の流速を測定する。   The second flow velocity measuring device includes a pair of magnetic coils arranged on both sides of the flow path, and based on the electromotive force generated in the magnetic coil by electromagnetic induction due to the flow of the magnetic substance in the sample solution, Measure the flow rate.

第３の流速測定装置は、流路の上流側と下流側に夫々１組の超音波発生装置及び超音波検出装置を備え、上流側から下流側への超音波の伝播時間と、下流側から上流側への超音波の伝播時間との差に基づいて、試料溶液の流速を測定する。   The third flow velocity measuring device includes a pair of ultrasonic generators and ultrasonic detectors on the upstream side and downstream side of the flow path, respectively, and the propagation time of ultrasonic waves from the upstream side to the downstream side, and from the downstream side. The flow rate of the sample solution is measured based on the difference from the propagation time of the ultrasonic wave to the upstream side.

第４の流速測定装置は、流路中の試料溶液に微粒子を注入する微粒子注入装置と、試料溶液に挿入された微粒子を観察すべく流路の２つの観察位置に配されたＣＣＤとを備え、２つの観察位置間における微粒子の通過時間に基づいて、試料溶液の流速を測定する。この微粒子としては、試料溶液中の溶媒に溶解せず、試料溶液中の試料の密度よりも密度が小さく、蛍光を発するものが用いられる。   The fourth flow velocity measuring device includes a fine particle injection device for injecting fine particles into the sample solution in the flow path, and a CCD arranged at two observation positions of the flow path to observe the fine particles inserted into the sample solution. The flow rate of the sample solution is measured based on the passage time of the fine particles between the two observation positions. As the fine particles, those that do not dissolve in the solvent in the sample solution but emit a fluorescence having a density lower than the density of the sample in the sample solution are used.

なお、上記先行技術はいずれも文献公知発明に係るものではなく、当業者であれば十分に周知の技術である。   Note that none of the above prior arts is related to a known literature invention, and is well known to those skilled in the art.

しかしながら、上記第１の流速測定装置では、試料溶液中に測定治具が挿入されるので、試料溶液の流れ（層流）が乱れたり、例えば、分岐路の場合は、流量の偏りが発生して微量の試料の分析が困難である。   However, in the first flow velocity measuring device, since the measurement jig is inserted into the sample solution, the flow (laminar flow) of the sample solution is disturbed, for example, in the case of a branch path, the flow rate is uneven. Therefore, it is difficult to analyze a small amount of sample.

上記第２の流速測定装置は、試料溶液中の試料が微量であるので、磁気コイル内に発生する起電力が小さく、試料溶液の流速を正確に測定することができない。   Since the second flow rate measuring device has a very small amount of sample in the sample solution, the electromotive force generated in the magnetic coil is small, and the flow rate of the sample solution cannot be measured accurately.

上記第３の流速測定装置では、試料溶液の流量が少なく、しかも試料溶液が微量なので、超音波の伝播時間の差がほとんどなく、溶存した溶質を含む試料溶液の流速を正確に測定することができない。   In the third flow velocity measuring device, since the flow rate of the sample solution is small and the sample solution is very small, there is almost no difference in the propagation time of the ultrasonic wave, and the flow rate of the sample solution containing dissolved solute can be accurately measured. Can not.

上記第４の流速測定装置では、試料溶液に微粒子が注入されるので、夫々、試料溶液の流れ（層流）が乱れて微量の試料の分析が困難であり、ＣＣＤの配置位置が２箇所になるので装置が大型化する。   In the fourth flow velocity measuring apparatus, since the fine particles are injected into the sample solution, the flow of the sample solution (laminar flow) is disturbed, making it difficult to analyze a very small amount of sample. This increases the size of the device.

本発明の第１の目的は、液体の流速を非接触で正確に測定することができる流速測定装置、及び流速測定用液体内温度分布発生素子、並びに流速測定方法を提供することにある。   A first object of the present invention is to provide a flow velocity measuring device, a liquid temperature distribution generating element for measuring a flow velocity, and a flow velocity measuring method capable of accurately measuring the flow velocity of a liquid in a non-contact manner.

本発明の第２の目的は、その感度を向上させることができる流速測定装置、及び流速測定用液体内温度分布発生素子、並びに流速測定方法を提供することにある。   The second object of the present invention is to provide a flow velocity measuring device, a flow velocity measuring liquid temperature distribution generating element, and a flow velocity measuring method capable of improving the sensitivity.

上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項１記載の流速測定装置は、流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において励起光を照射する励起光照射手段と、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を照射する検出光照射手段と、前記流路内を流れる液体を透過した検出光の変化量を検出する検出手段と、前記液体内における励起光の照射位置及び前記検出光の照射位置の前記流路の長手方向における間隔と前記検出された検出光の変化とに基づいて前記流路内を流れる液体の流速を算出する流速算出手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the first and second objects, the flow velocity measuring device according to claim 1 includes an excitation light irradiating means for irradiating the liquid flowing in the flow channel with excitation light on the upstream side of the flow channel, Detection light irradiating means for irradiating the liquid flowing in the flow path with detection light on the downstream side of the flow path; detecting means for detecting a change amount of the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow path; The flow rate calculating means for calculating the flow rate of the liquid flowing in the flow path based on the irradiation light irradiation position and the detection light irradiation position in the longitudinal direction of the flow path in the longitudinal direction of the flow path and the change in the detected detection light It is characterized by providing.

請求項２記載の流速測定装置は、請求項１記載の流速測定装置において、前記流速算出手段は、前記励起光照射の開始／終了時刻と前記検出光の変化とから前記液体が前記間隔を流れるのに要した時間を算出する時間算出手段を含むことを特徴とする。   The flow velocity measuring apparatus according to claim 2 is the flow velocity measuring apparatus according to claim 1, wherein the flow velocity calculation means causes the liquid to flow through the interval based on a start / end time of the excitation light irradiation and a change in the detection light. And a time calculating means for calculating the time required for the operation.

請求項３記載の流速測定装置は、請求項２記載の流速測定装置において、前記検出光の変化は当該検出光の信号強度の変化であり、前記時間算出手段は、前記検出光の信号強度の最大値又は／及び最小値に基づいて前記時間を算出することを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 3 is the flow velocity measuring device according to claim 2, wherein the change in the detection light is a change in the signal intensity of the detection light, and the time calculation means The time is calculated based on a maximum value and / or a minimum value.

請求項４記載の流速測定装置は、請求項２記載の流速測定装置において、前記検出光の信号強度の変化は当該検出光の光路が前記液体内の温度分布に起因してずれたときの光路ずれであり、前記時間算出手段は、前記検出光の光路ずれの最大値に基づいて前記時間を算出することを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 4 is the flow velocity measuring device according to claim 2, wherein the change in the signal intensity of the detection light is caused when the optical path of the detection light is shifted due to the temperature distribution in the liquid. The time calculation means calculates the time based on the maximum value of the optical path shift of the detection light.

請求項５記載の流速測定装置は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記時間算出手段は、前記検出光の光路がずれる速度の最大値に基づいて前記時間を算出することを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 5 is the flow velocity measuring device according to any one of claims 2 to 4, wherein the time calculation means is configured to calculate the time based on a maximum value of a velocity at which an optical path of the detection light is shifted. Is calculated.

請求項６記載の流速測定装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記励起光照射手段は前記励起光を導波する第１の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記検出光照射手段は前記検出光を導波する第２の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記間隔は前記第１の半径と前記第２の半径の和以下であることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 6 is the flow velocity measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the excitation light irradiation means has at least one of a first radius that guides the excitation light. An optical fiber; and the detection light irradiation means includes at least one optical fiber having a second radius for guiding the detection light, and the interval is equal to or less than a sum of the first radius and the second radius. It is characterized by.

請求項７記載の流速測定装置は、請求項６記載の流速測定装置において、前記第１の半径と第２の半径の和は１２５μｍであることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 7 is the flow velocity measuring device according to claim 6, wherein the sum of the first radius and the second radius is 125 μm.

請求項８記載の流速測定装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記間隔は１００μｍ以下であることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 8 is the flow velocity measuring device according to any one of claims 1 to 7, wherein the interval is 100 μm or less.

上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項９記載の流速測定装置は、流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において励起光を照射する励起光照射手段と、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を照射する検出光照射手段と、前記流路内を流れる液体を透過した検出光の変化量を検出する検出手段と、前記検出された検出光の信号強度の最大値又は最小値に基づいて前記流路内を流れる液体の流速を算出する流速算出手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the first and second objects, the flow velocity measuring device according to claim 9 includes excitation light irradiation means for irradiating liquid flowing in the flow channel with excitation light on the upstream side of the flow channel, Detection light irradiating means for irradiating the liquid flowing in the flow path with detection light on the downstream side of the flow path, detecting means for detecting a change amount of the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow path, and the detected And a flow velocity calculating means for calculating the flow velocity of the liquid flowing in the flow path based on the maximum value or the minimum value of the signal intensity of the detected light.

請求項１０記載の流速測定装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記励起光を変調する変調器を備えることを特徴とする。   A flow velocity measuring apparatus according to a tenth aspect is the flow velocity measuring apparatus according to any one of the first to ninth aspects, further comprising a modulator that modulates the excitation light.

請求項１１記載の流速測定装置は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記照射された励起光を前記液体に集光照射する集光レンズを備えることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 11 is the flow velocity measuring device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a condensing lens for condensing and irradiating the irradiated excitation light onto the liquid. And

請求項１２記載の流速測定装置は、請求項１１記載の流速測定装置において、前記集光レンズは色収差を有することを特徴とする。   A flow velocity measuring apparatus according to a twelfth aspect is the flow velocity measuring apparatus according to the eleventh aspect, wherein the condenser lens has chromatic aberration.

請求項１３記載の流速測定装置は、請求項１１又は１２記載の流速測定装置において、前記集光レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 13 is the flow velocity measuring device according to claim 11 or 12, wherein the condenser lens is a rod lens.

請求項１４記載の流速測定装置は、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記集光レンズは前記照射された検出光を前記液体に集光照射することを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 14 is the flow velocity measuring device according to any one of claims 11 to 13, wherein the condensing lens condenses and irradiates the liquid with the irradiated detection light. And

請求項１５記載の流速測定装置は、請求項１４記載の流速測定装置において、前記励起光の焦点は前記液体の深さ方向に関する略中央に位置し、前記検出光の焦点は、前記液体の深さ方向に関して前記励起光の焦点の位置からずれていることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 15 is the flow velocity measuring device according to claim 14, wherein the focal point of the excitation light is located substantially in the center in the depth direction of the liquid, and the focal point of the detection light is the depth of the liquid. It is deviated from the focal position of the excitation light with respect to the vertical direction.

請求項１６記載の流速測定装置は、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記検出手段は位置センサーから成ることを特徴とする。   A flow velocity measuring apparatus according to a sixteenth aspect is the flow velocity measuring apparatus according to any one of the first to fifteenth aspects, wherein the detection means is a position sensor.

請求項１７記載の流速測定装置は、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の流速測定装置において、前記検出手段は、ピンホールと、当該ピンホールに対して前記検出光の進行方向の位置に設けられた光センサーとから成ることを特徴とする。   The flow velocity measuring device according to claim 17 is the flow velocity measuring device according to any one of claims 1 to 15, wherein the detection means includes a pinhole and a direction of travel of the detection light with respect to the pinhole. And an optical sensor provided at a position.

上記第２の目的を達成するために、請求項１８記載の液体内温度分布発生素子は、流路内を流れる液体へ励起光を照射することにより当該液体内に温度分布を形成して前記流路内を流れる液体の流速を測定するために用いられる液体内温度分布発生素子において、前記流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において前記励起光を導波する励起光導波手段と、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を導波する検出光導波手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the second object, the element for generating a temperature distribution in liquid according to claim 18 forms a temperature distribution in the liquid by irradiating the liquid flowing in the flow path with the excitation light, so that the flow is generated. In the liquid temperature distribution generating element used for measuring the flow velocity of the liquid flowing in the channel, excitation light waveguide means for guiding the excitation light upstream of the flow channel to the liquid flowing in the flow channel, Detection light waveguide means for guiding detection light to the liquid flowing in the flow path on the downstream side of the flow path.

請求項１９記載の液体内温度分布発生素子は、請求項１８記載の液体内温度分布発生素子において、前記励起光導波手段は、前記励起光を導波する第１の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記検出光導波手段は、前記検出光を導波する第２の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記液体内における前記励起光の導波位置及び前記検出光の導波位置の前記流路の長手方向における間隔は、前記第１の半径と前記第２の半径の和以下であることを特徴とする。   The liquid temperature distribution generating element according to claim 19 is the liquid temperature distribution generating element according to claim 18, wherein the excitation light guiding means guides the excitation light to at least one optical fiber having a first radius. The detection light waveguide means includes at least one optical fiber having a second radius for guiding the detection light, and includes a waveguide position of the excitation light and a waveguide position of the detection light in the liquid. The interval in the longitudinal direction of the flow path is not more than the sum of the first radius and the second radius.

請求項２０記載の液体内温度分布発生素子は、請求項１８又は１９記載の液体内温度分布発生素子において、前記励起光及び検出光のそれぞれ少なくとも１本の光ファイバーは、それらの導波方向の下流側にある端部が同一平面上にあることを特徴とする。   The liquid temperature distribution generation element according to claim 20 is the liquid temperature distribution generation element according to claim 18 or 19, wherein at least one optical fiber of each of the excitation light and the detection light is downstream in the waveguide direction. The end portions on the side are on the same plane.

請求項２１記載の液体内温度分布発生素子は、請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子において、前記第１の半径と第２の半径の和は１２５μｍであることを特徴とする。   The liquid temperature distribution generating element according to claim 21 is the liquid temperature distribution generating element according to any one of claims 18 to 20, wherein a sum of the first radius and the second radius is 125 μm. It is characterized by that.

請求項２２記載の液体内温度分布発生素子は、請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子において、前前記間隔は１００μｍ以下であることを特徴とする。   The in-liquid temperature distribution generating element according to claim 22 is the in-liquid temperature distribution generating element according to any one of claims 18 to 21, wherein the interval is 100 μm or less.

請求項２３記載の液体内温度分布発生素子は、請求項１８乃至２２のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子において、前記導波された励起光を前記液体に集光照射する集光レンズを備えることを特徴とする。   The liquid temperature distribution generation element according to claim 23 is the liquid temperature distribution generation element according to any one of claims 18 to 22, wherein the liquid is condensed and irradiated with the guided excitation light. An optical lens is provided.

請求項２４記載の液体内温度分布発生素子は、請求項２３記載の液体内温度分布発生素子において、前記集光レンズは色収差を有することを特徴とする。   The liquid temperature distribution generating element according to claim 24 is the liquid temperature distribution generating element according to claim 23, wherein the condenser lens has chromatic aberration.

請求項２５記載の液体内温度分布発生素子は、請求項２３又は２４記載の液体内温度分布発生素子において、前記集光レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする。   The liquid temperature distribution generating element according to claim 25 is the liquid temperature distribution generating element according to claim 23 or 24, wherein the condenser lens is a rod lens.

請求項２６記載の液体内温度分布発生素子は、請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子において、前記集光レンズは前記導波された検出光を前記液体に集光照射することを特徴とする。   26. The liquid temperature distribution generating element according to claim 26, wherein the condensing lens converts the guided detection light into the liquid. It is characterized by focused irradiation.

請求項２７記載の液体内温度分布発生素子は、請求項２６記載の液体内温度分布発生素子において、前記励起光の焦点は前記液体の深さ方向に関する略中央に位置し、前記検出光の焦点は、前記液体の深さ方向に関して前記励起光の焦点の位置からずれていることを特徴とする。   The liquid temperature distribution generating element according to claim 27 is the liquid temperature distribution generating element according to claim 26, wherein the focal point of the excitation light is located substantially in the center in the depth direction of the liquid, and the focal point of the detection light. Is characterized by being deviated from the focal position of the excitation light in the depth direction of the liquid.

上記第１及び第２の目的を達成するために、請求項２８記載の流速測定方法は、流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において励起光を照射する励起光照射ステップと、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を照射する検出光照射ステップと、前記流路内を流れる液体を透過した検出光の変化を検出する検出ステップと、前記液体内における励起光の照射位置及び前記検出光の照射位置の前記流路の長手方向における間隔と前記検出された検出光の変化とに基づいて前記流路内を流れる液体の流速を算出する流速算出ステップとを有することを特徴とする。   In order to achieve the first and second objects, the flow velocity measuring method according to claim 28, the excitation light irradiation step of irradiating the liquid flowing in the flow channel with excitation light on the upstream side of the flow channel, A detection light irradiation step for irradiating the liquid flowing in the flow channel with detection light on the downstream side of the flow channel; a detection step for detecting a change in the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow channel; A flow rate calculating step for calculating a flow rate of the liquid flowing in the flow path based on a distance between the irradiation position of the excitation light and the irradiation position of the detection light in the longitudinal direction of the flow path and a change in the detected detection light; It is characterized by having.

請求項１記載の流速測定装置、請求項１８記載の流速測定用液体内温度分布発生素子、又は請求項２８記載の流速測定方法によれば、流路内を流れる液体へ流路の上流側において励起光を照射し、流路内を流れる液体へ流路の下流側において検出光を照射し、流路内を流れる液体を透過した検出光の変化を検出し、液体内における励起光の照射位置及び検出光の照射位置の流路の長手方向における間隔と検出された検出光の変化とに基づいて流路内を流れる液体の流速を算出するので、液体の流速を非接触で正確に測定することができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 1, the flow velocity measuring liquid temperature distribution generating element according to claim 18, or the flow velocity measuring method according to claim 28, the liquid flowing in the flow channel is upstream of the flow channel. Irradiating excitation light, irradiating the liquid flowing in the flow channel with detection light on the downstream side of the flow channel, detecting a change in the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow channel, and the irradiation position of the excitation light in the liquid Since the flow velocity of the liquid flowing in the flow channel is calculated based on the interval in the longitudinal direction of the flow channel at the irradiation position of the detection light and the detected change in the detection light, the flow velocity of the liquid is accurately measured without contact. be able to.

請求項２記載の流速測定装置によれば、励起光照射の開始／終了時刻と検出光の変化とから液体が間隔を流れるのに要した時間を算出するので、時間と間隔とから容易に液体の流速を算出することができる。   According to the flow velocity measuring apparatus of claim 2, since the time required for the liquid to flow through the interval is calculated from the start / end time of the excitation light irradiation and the change in the detection light, the liquid can be easily determined from the time and the interval. Can be calculated.

請求項３記載の流速測定装置によれば、検出光の信号強度差の最大値又は／及び最小値に基づいて時間を算出するので、時間と間隔とからより容易に液体の流速を算出することができる。   According to the flow velocity measuring apparatus according to claim 3, since the time is calculated based on the maximum value or / and the minimum value of the signal intensity difference of the detection light, the liquid flow velocity can be calculated more easily from the time and the interval. Can do.

請求項４記載の流速測定装置によれば、検出光の光路ずれの最大値に基づいて時間を算出するので、時間と間隔とからより容易に液体の流速を算出することができる。   According to the flow velocity measuring apparatus of the fourth aspect, since the time is calculated based on the maximum value of the optical path deviation of the detection light, the flow velocity of the liquid can be calculated more easily from the time and the interval.

請求項６記載の流速測定装置、又は請求項１９記載の液体内温度分布発生素子によれば、間隔が、励起光を導波する少なくとも１本の光ファイバーの第１の半径と、検出光を導波する少なくとも１本の光ファイバーの第２の半径との和以下であるので、間隔を小さくすることができ、流速測定装置の感度を向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 6 or the temperature distribution generating element in liquid according to claim 19, the interval guides the detection light and the first radius of at least one optical fiber that guides the excitation light. Since it is less than or equal to the sum of the second radius of the at least one optical fiber that waves, the interval can be reduced and the sensitivity of the flow velocity measuring device can be improved.

請求項７記載の流速測定装置、又は請求項２１記載の液体内温度分布発生素子によれば、和が１２５μｍであるので、光ファイバーの間隔を小さくすることができ、流速測定装置の感度を向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 7 or the liquid temperature distribution generating element according to claim 21, since the sum is 125 μm, the interval between the optical fibers can be reduced, and the sensitivity of the flow velocity measuring device is improved. be able to.

請求項８記載の流速測定装置、又は請求項２２記載の液体内温度分布発生素子によれば、間隔が１００μｍ以下であるので、間隔をより小さくすることができ、流速測定装置の感度をより向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 8 or the in-liquid temperature distribution generating element according to claim 22, since the interval is 100 μm or less, the interval can be further reduced, and the sensitivity of the flow velocity measuring device is further improved. Can be made.

請求項９記載の流速測定装置によれば、流路内を流れる液体へ流路の上流側において励起光を照射し、流路内を流れる液体へ流路の下流側において検出光を照射し、流路内を流れる液体を透過した検出光の変化を検出し、検出された検出光の信号強度の最大値又は最小値に基づいて流路内を流れる液体の流速を算出するので、液体の流速を非接触で正確に測定することができる。   According to the flow velocity measuring device of claim 9, the liquid flowing in the flow path is irradiated with excitation light on the upstream side of the flow path, the liquid flowing in the flow path is irradiated with detection light on the downstream side of the flow path, The change in the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow path is detected, and the flow speed of the liquid flowing in the flow path is calculated based on the maximum value or the minimum value of the signal intensity of the detected detection light. Can be measured accurately without contact.

請求項１０記載の流速測定装置によれば、励起光を変調するので、変調開始／終了時刻を流速測定の基準時刻とすることができ、もって、液体の流速をより正確に測定することができる。   According to the flow velocity measuring apparatus of claim 10, since the excitation light is modulated, the modulation start / end time can be set as the reference time of the flow velocity measurement, and the liquid flow velocity can be measured more accurately. .

請求項１１記載の流速測定装置、又は請求項２２記載の液体内温度分布発生素子によれば、照射された励起光を液体に集光照射する集光レンズを備えるので、確実に液体に温度分布、即ち熱レンズを形成することができ、流速測定装置の感度をより向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 11 or the in-liquid temperature distribution generating element according to claim 22, since the condensing lens for condensing and irradiating the irradiated excitation light to the liquid is provided, the temperature distribution in the liquid is reliably ensured. That is, a thermal lens can be formed, and the sensitivity of the flow velocity measuring device can be further improved.

請求項１２記載の流速測定装置、又は請求項２４記載の液体内温度分布発生素子によれば、集光レンズが色収差を有するので、励起光の照射と検出光の照射とを同一の集光レンズで行った場合に焦点距離を違えることができ、もって流速測定装置の感度をより向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 12 or the in-liquid temperature distribution generating element according to claim 24, since the condensing lens has chromatic aberration, the excitation light irradiation and the detection light irradiation are the same. Can be made different in focal length, so that the sensitivity of the flow velocity measuring device can be further improved.

請求項１３記載の流速測定装置、又は請求項２５記載の液体内温度分布発生素子によれば、集光レンズがロッドレンズから成るので、集光レンズの上面に励起光を導波するファイバーを容易に調心することができると共に、集光レンズの底面を流路と容易に対面させることができ、もって、流速測定装置の組み立てを容易にすることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 13 or the in-liquid temperature distribution generating element according to claim 25, since the condensing lens is composed of a rod lens, a fiber for guiding excitation light to the upper surface of the condensing lens can be easily formed. In addition, the bottom surface of the condenser lens can be easily faced to the flow path, and the assembly of the flow velocity measuring device can be facilitated.

請求項１４記載の流速測定装置、又は請求項２６記載の液体内温度分布発生素子によれば、単一の集光レンズが照射された励起光に加えて照射された検出光を液体に集光照射するので、流速測定装置を小型化することができると共に、間隔を短くすることができ、測定装置の感度をさらに向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 14 or the in-liquid temperature distribution generating element according to claim 26, the detection light irradiated in addition to the excitation light irradiated by the single condensing lens is condensed on the liquid. Since irradiation is performed, the flow velocity measuring device can be reduced in size, the interval can be shortened, and the sensitivity of the measuring device can be further improved.

請求項１５記載の流速測定装置、又は請求項２７記載の液体内温度分布発生素子によれば、励起光の焦点が液体の深さ方向に関する略中央に位置するので、より確実に液体に温度分布、即ち熱レンズを形成することができ、検出光の焦点が液体の深さ方向に関して励起光の焦点の位置からずれているので、検出光の焦点が流路を流れる熱レンズに位置することを確実に防止して、流速測定装置の感度をより向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device according to claim 15 or the in-liquid temperature distribution generating element according to claim 27, since the focal point of the excitation light is located at substantially the center in the depth direction of the liquid, the temperature distribution in the liquid is more reliably performed. That is, a thermal lens can be formed, and the focus of the detection light is deviated from the position of the focus of the excitation light with respect to the depth direction of the liquid. It can be surely prevented and the sensitivity of the flow velocity measuring device can be further improved.

請求項１６記載の流速測定装置によれば、位置センサにより検出光の変化を検出するので、流速測定装置の感度をより向上させることができる。   According to the flow velocity measuring apparatus of the sixteenth aspect, since the change of the detection light is detected by the position sensor, the sensitivity of the flow velocity measuring apparatus can be further improved.

請求項１７記載の流速測定装置によれば、ピンホール及び当該ピンホールの先に設けられた光センサーにより、検出光の変化を検出するので、流速測定装置を小型化させることができると共に、測定装置の感度を向上させることができる。   According to the flow velocity measuring device of claim 17, since the change of the detection light is detected by the pinhole and the optical sensor provided at the tip of the pinhole, the flow velocity measuring device can be reduced in size and measured. The sensitivity of the apparatus can be improved.

請求項２０記載の液体内温度分布発生素子によれば、励起光及び検出光のそれぞれ少なくとも１本の光ファイバーがそれらの導波方向の下流側にある端部が同一平面上にあるので、光ファイバーの双方の設置を簡単にすることができると共に、双方を接触させた状態で集光レンズに調心することを容易にすることができる。   According to the temperature distribution generating element in liquid according to claim 20, since at least one optical fiber of each of the excitation light and the detection light is on the same plane, the end portion on the downstream side in the waveguide direction is on the same plane. Both the installations can be simplified, and alignment of the condenser lens can be facilitated while both are in contact with each other.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態に係る流速測定装置の構成を概略的に示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a flow velocity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

図１において、本発明の実施の形態に係る流速測定装置１００は、後述する流路付き板状部材１０内に形成された流路１１中の試料溶液などの液体に励起光及び検出光を出射する出射部１ａと、１ａにコネクタ（不図示）を介して接続されたファイバー付きレンズである熱レンズ発生素子としての液体内温度分布発生素子１ｂと、流路付き板状部材１０を通過した検出光を受光する受光部１ｃとから成る。この流速測定装置１００は、光熱変換分光分析法を利用して流路付き板状部材１０の流路１１内の微量な液体の流速ｖを測定する。なお、試料溶液とは、溶媒に試料（溶質）が溶解されているものをいい、溶質は液体であっても、固体であってもよい。   In FIG. 1, a flow velocity measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention emits excitation light and detection light to a liquid such as a sample solution in a channel 11 formed in a plate-like member 10 with a channel to be described later. Detection unit 1a, a liquid temperature distribution generating element 1b as a thermal lens generating element, which is a lens with a fiber connected to 1a via a connector (not shown), and a plate-like member 10 with a flow path And a light receiving portion 1c for receiving light. The flow velocity measuring device 100 measures the flow velocity v of a minute amount of liquid in the flow channel 11 of the plate-like member 10 with a flow channel using photothermal conversion spectroscopy. The sample solution means a sample (solute) dissolved in a solvent, and the solute may be liquid or solid.

出射部１ａは、励起光を出力する励起光用光源１２と、一端が励起光用光源１２と接続され且つ他端が液体内温度分布発生素子１ｂと接続するためのコネクタ（不図示）が接続された光ファイバー１５と、検出光を出力する検出光用光源１３と、一端が検出光用光源１３と接続され且つ他端が液体内温度分布発生素子１ｂと接続するためのコネクタ（不図示）が接続された光ファイバー１６と、励起光用光源１２が出力する励起光を変調する変調器１４とから成る。   The emission unit 1a is connected to an excitation light source 12 that outputs excitation light, and a connector (not shown) that has one end connected to the excitation light source 12 and the other end connected to the liquid temperature distribution generating element 1b. And a connector (not shown) for connecting one end to the detection light source 13 and the other end to the liquid temperature distribution generating element 1b. It comprises a connected optical fiber 16 and a modulator 14 that modulates the excitation light output from the excitation light source 12.

励起光用光源１２は、電源がオンであるときに、例えば、出力５ｍＷ、波長６５０ｎｍの励起光を出射する。   The excitation light source 12 emits excitation light having an output of 5 mW and a wavelength of 650 nm, for example, when the power supply is on.

以下、本発明の液体内温度分布発生素子１ｂの構成を説明する。   Hereinafter, the configuration of the in-liquid temperature distribution generating element 1b of the present invention will be described.

図２は、図１の液体内温度分布発生素子１ｂ及び受光部１ｃの構成を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the in-liquid temperature distribution generating element 1b and the light receiving unit 1c of FIG.

図２において、液体内温度分布発生素子１ｂは、光ファイバー１５とコネクタ２０３を介して接続する光ファイバー１５’（励起光導波手段）と、光ファイバー１６とコネクタ２０４を介して接続する光ファイバー１６’（検出光導波手段）と、円筒形の集光レンズであるロッドレンズ１７と、ロッドレンズ１７を内嵌するチューブ２０１と、チューブ２０１に内嵌され、且つロッドレンズ１７と対面するように光ファイバー１５’，１６’をチューブ２０１に固定するためのフェルール２０２と、液体内温度分布発生素子１ｂを流路１１と対面するように調整可能に保持するための冶具２０５とから成る。   In FIG. 2, the liquid temperature distribution generating element 1 b includes an optical fiber 15 ′ (excitation light waveguide means) connected to the optical fiber 15 via the connector 203, and an optical fiber 16 ′ (detection light) connected to the optical fiber 16 via the connector 204. Wave means), a rod lens 17 that is a cylindrical condenser lens, a tube 201 in which the rod lens 17 is fitted, and optical fibers 15 ′, 16 that are fitted in the tube 201 and face the rod lens 17. 'Includes a ferrule 202 for fixing' to the tube 201, and a jig 205 for holding the in-liquid temperature distribution generating element 1b so as to face the flow path 11 in an adjustable manner.

図２において、液体内温度分布発生素子１ｂは、コネクタ２０３，２０４を使用せず直接光ファイバーを介して光源１２，１３と接続されていてもよい。   In FIG. 2, the liquid temperature distribution generating element 1 b may be directly connected to the light sources 12 and 13 via optical fibers without using the connectors 203 and 204.

光ファイバー１５，１５’，１６，１６’は、それぞれ、直径が１２５μｍであり、対応する励起光又は検出光をシングルモードでロッドレンズ１７に導波する。これにより、励起光及び検出光に対して導波モードの不安定さをマルチモードよりもなくすことができるだけでなく、励起光に対しては、その焦点の大きさを小さくして、液体に熱を局所的に供給することができ、もって液体内に温度分布を確実に形成することができる。   Each of the optical fibers 15, 15 ′, 16, 16 ′ has a diameter of 125 μm and guides the corresponding excitation light or detection light to the rod lens 17 in a single mode. As a result, the instability of the waveguide mode with respect to the excitation light and the detection light can be made less than that of the multimode, and for the excitation light, the size of the focal point is reduced and the liquid is heated. Thus, a temperature distribution can be reliably formed in the liquid.

ロッドレンズ１７は、例えば、中心から周辺に向かって屈折率が連続的に変化する集光レンズ、屈折率分布型セルフォックマイクロレンズから成る。ロッドレンズ１７が屈折率分布型であるので、光ファイバー１５’，１６’のそれぞれに対応する集光レンズを１つの集光レンズで共有することができ、もって、光ファイバー１５’，１６’に対応する別々の集光レンズを使用する必要をなくし、且つ光ファイバー１５’，１６’を近接させることができる。また、ロッドレンズ１７が円柱状であるので、その上面に光ファイバー１５’，１６’を容易に対面させることができると共に、その底面に流路１１を容易に対面させることができ、もって光ファイバー１５，１５’，１６，１６’及びロッドレンズ１７の取り付けの作業効率を向上させることができる。後述するように、この構成により、液体内温度分布発生素子１ｂの光軸を容易に調整することができる。   The rod lens 17 includes, for example, a condensing lens whose refractive index continuously changes from the center toward the periphery, and a refractive index distribution type Selfoc microlens. Since the rod lens 17 is a refractive index distribution type, the condensing lens corresponding to each of the optical fibers 15 ′ and 16 ′ can be shared by one condensing lens, and thus corresponds to the optical fibers 15 ′ and 16 ′. There is no need to use a separate condenser lens, and the optical fibers 15 'and 16' can be brought close to each other. Further, since the rod lens 17 is cylindrical, the optical fibers 15 ′ and 16 ′ can be easily faced to the upper surface, and the flow path 11 can be easily faced to the bottom surface. The working efficiency of attaching 15 ′, 16, 16 ′ and the rod lens 17 can be improved. As will be described later, this configuration makes it possible to easily adjust the optical axis of the in-liquid temperature distribution generating element 1b.

以下、フェルール２０２による光ファイバー１５’，１６’の固定を説明する。   Hereinafter, fixing of the optical fibers 15 ′ and 16 ′ by the ferrule 202 will be described.

図３は、図２における線III−IIIに沿う断面図である。なお、図３において、各部のハッチングを省略する。   3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. In FIG. 3, the hatching of each part is omitted.

図３に示すように、光ファイバー１５’，１６’は、フェルール２０２の断面円形の孔２０２’を介してチューブ２０１に固定されている。フェルール２０２を用いるので、光ファイバー１５’，１６’の間隔ｄ（光ファイバー出射端間の距離）を容易に変更することができ、もって、液体内における励起光の照射位置と検出光の照射位置との流路１１の長手方向における間隔ｄ’を容易に変更することができる。間隔ｄの値は小さい方が好ましく、光ファイバー１５’，１６’の間隔の変更可能な範囲は双方の直径が１２５μｍであるので、光ファイバー出射端間の距離の最小値を１２５μｍとすることができる（図４参照）。光ファイバー１５’，１６’は互いに近接している方が好ましい。例えば、図４に示すように、まず、光ファイバー１５’，１６’を互いに接触させた上で断面正方形の孔２０２’に固定し、次に、光ファイバー１５’，１６’が固定されているフェルール２０２を介してチューブ２０１に固定してもよい。円柱のフェルール２０２にあいている孔２０２’は、円形又は正方形であるとしたが、長方形や楕円形であってもよい。   As shown in FIG. 3, the optical fibers 15 ′ and 16 ′ are fixed to the tube 201 through a hole 202 ′ having a circular cross section of the ferrule 202. Since the ferrule 202 is used, the distance d between the optical fibers 15 ′ and 16 ′ (the distance between the optical fiber output ends) can be easily changed, and therefore the excitation light irradiation position and the detection light irradiation position in the liquid can be changed. The distance d ′ in the longitudinal direction of the flow path 11 can be easily changed. The distance d is preferably smaller, and the range in which the distance between the optical fibers 15 ′ and 16 ′ can be changed is 125 μm in both diameters, so the minimum value of the distance between the optical fiber output ends can be 125 μm ( (See FIG. 4). The optical fibers 15 'and 16' are preferably close to each other. For example, as shown in FIG. 4, the optical fibers 15 ′ and 16 ′ are first brought into contact with each other and then fixed in the hole 202 ′ having a square cross section, and then the ferrule 202 to which the optical fibers 15 ′ and 16 ′ are fixed. You may fix to the tube 201 via. The hole 202 ′ in the cylindrical ferrule 202 is circular or square, but may be rectangular or elliptical.

液体内温度分布発生素子１ｂによれば、光ファイバー１５’，１６’とロッドレンズ１７とが一体型であるので、小型化されており、流速測定装置１００を非常に簡略化することができ、組み立てやすくすることができる。また、コネクタ２０３，２０４を備えるので、測定毎に光源１２，１３を切り替えることを容易にすることができる。   According to the temperature distribution generating element 1b in the liquid, since the optical fibers 15 ′ and 16 ′ and the rod lens 17 are integrated, the size is reduced, and the flow velocity measuring device 100 can be greatly simplified and assembled. It can be made easier. Further, since the connectors 203 and 204 are provided, it is possible to easily switch the light sources 12 and 13 for each measurement.

このように出射部１ａ及び液体内温度分布発生素子１ｂを構成することにより、励起光と検出光とを別々に流路付き板状部材１０の流路１１に照射でき、且つ、励起光の焦点を流路１１中に位置させてそこに直径数μｍの熱レンズを形成することができる。また、光ファイバー１５’，１６’とロッドレンズ１７とが一体型であるので、図２に示すように、液体内における励起光の照射位置と検出光の照射位置との流路１１の長手方向における間隔ｄ’を確実に所定値にすることができる。上記間隔ｄ’の値は、小さい値、例えば０．１ｍｍ以下であることが好ましい。この理由は、詳細は後述するが、流速測定装置１００は、励起光により発生させた熱レンズが液体の流速ｖで流されてきたときの検出光の変化を測定するからである。なお、間隔ｄ’の値が大きいと、検出光照射位置において熱レンズが拡散しすぎて検出光の変化が小さくなるので、流速測定装置１００の感度が低下する。   By configuring the emission part 1a and the in-liquid temperature distribution generating element 1b in this way, excitation light and detection light can be separately applied to the flow path 11 of the plate member 10 with flow path, and the focus of the excitation light. Can be positioned in the flow path 11 to form a thermal lens with a diameter of several μm. Further, since the optical fibers 15 ′ and 16 ′ and the rod lens 17 are integrated, as shown in FIG. 2, the excitation light irradiation position and the detection light irradiation position in the liquid in the longitudinal direction of the flow path 11 are provided. The interval d ′ can be reliably set to a predetermined value. The value of the distance d 'is preferably a small value, for example, 0.1 mm or less. The reason for this is that although the details will be described later, the flow velocity measuring apparatus 100 measures the change in the detection light when the thermal lens generated by the excitation light is caused to flow at the liquid flow velocity v. If the value of the distance d ′ is large, the thermal lens is excessively diffused at the detection light irradiation position and the change in the detection light becomes small, so that the sensitivity of the flow velocity measuring device 100 is lowered.

次に、液体内温度分布発生素子１ｂの焦点位置について図２を用いて説明する。   Next, the focal position of the liquid temperature distribution generating element 1b will be described with reference to FIG.

励起光の焦点位置は、液体の熱の発生が最も大きくなるように、好ましくは流路１１、より好ましくは液体の深さ方向、即ち鉛直方向に関する略中央に位置する。一方、検出光の焦点位置は、液体の深さ方向に関して励起光の焦点位置から上下にずれていることが好ましい。即ち、ロッドレンズ１７の下面から焦点位置までの距離を示すワーキングディスタンス（working distance；以下、「ＷＤ」という）が検出光と励起光とで互いにずれていることが好ましい。ロッドレンズ１７が色収差を有するので、励起光よりも通常波長の長い検出光の屈折を小さくすることができ、もって、光ファイバー１５’，１６’のロッドレンズ１７と対面する端面が互いに同一平面上にあるように配置しても容易に検出光のＷＤと励起光のＷＤとを互いにずらすことができ、結果、流速測定装置１００の感度を向上させることができる。なお、光ファイバー１５’，１６’のロッドレンズ１７と対面する端面を鉛直方向に互いに異なる高さになるように配置することにより、検出光のＷＤと励起光のＷＤとを互いにずらしてもよい。   The focal position of the excitation light is preferably located in the flow path 11, more preferably in the depth direction of the liquid, that is, approximately in the center in the vertical direction so that generation of heat of the liquid becomes the largest. On the other hand, it is preferable that the focus position of the detection light is shifted up and down from the focus position of the excitation light in the depth direction of the liquid. That is, it is preferable that a working distance (hereinafter referred to as “WD”) indicating a distance from the lower surface of the rod lens 17 to the focal position is shifted between the detection light and the excitation light. Since the rod lens 17 has chromatic aberration, the refraction of the detection light having a wavelength longer than that of the excitation light can be reduced, so that the end faces of the optical fibers 15 ′ and 16 ′ facing the rod lens 17 are on the same plane. Even if they are arranged, the detection light WD and the excitation light WD can be easily shifted from each other, and as a result, the sensitivity of the flow velocity measuring device 100 can be improved. Note that the end faces of the optical fibers 15 ′ and 16 ′ facing the rod lens 17 may be arranged at different heights in the vertical direction, so that the detection light WD and the excitation light WD may be shifted from each other.

なお、検出光の焦点位置が上記深さ方向に関して励起光の焦点位置とほぼ同一平面上にある場合、検出光の焦点及びその近傍の液体が後述する検出光照射領域Ｂを形成することになるため、後述する検出光の光路ずれを効果的に得ることができない。   When the focus position of the detection light is substantially on the same plane as the focus position of the excitation light with respect to the depth direction, the focus of the detection light and the liquid in the vicinity thereof form a detection light irradiation region B described later. For this reason, it is impossible to effectively obtain an optical path shift of detection light described later.

流路付き板状部材１０は、３層に順に接着された３つの基板から成り、内部に形成される流路１１は、試料溶液の混合、攪拌、合成、分離、抽出、検出等に用いられる。   The plate-like member 10 with a flow path is composed of three substrates bonded in order in three layers, and the flow path 11 formed inside is used for mixing, stirring, synthesizing, separating, extracting, detecting, and the like of the sample solution. .

受光部１ｃは、流路付き板状部材１０の流路１１を通過した励起光及び検出光を受光すると共に、受光した励起光を反射又は吸収し且つ受光した検出光を選択的に濾波する波長フィルター２０と、濾波された検出光を検出する位置センサー２１と、位置センサー２１に接続され、位置センサー２１からの検出信号を受信するロックインアンプ２２と、この信号を解析するコンピューター２３とから成る。位置センサー２１は直接コンピューター２３につないでもよい。また、コンピューター２３は、変調器１４に接続されている。   The light receiving unit 1c receives the excitation light and detection light that have passed through the flow path 11 of the plate-like member 10 with flow path, reflects or absorbs the received excitation light, and selectively filters the received detection light. The filter 20 includes a position sensor 21 that detects the filtered detection light, a lock-in amplifier 22 that is connected to the position sensor 21 and receives a detection signal from the position sensor 21, and a computer 23 that analyzes the signal. . The position sensor 21 may be directly connected to the computer 23. The computer 23 is connected to the modulator 14.

変調器１４は、励起光用光源１２のオン／オフを周期的に、例えば、オンから再度オンになるまでの時間である１周期の時間が１ｍｓｅｃとなるように、即ちオン／オフの周波数の値が１ｋＨｚとなるように変調することにより、励起光を周期的にオン／オフする（図６参照）。この変調周波数の値は、変調器１４により直接に、又はコンピューター２３を介して設定することにより間接的に変更することが可能である。   The modulator 14 periodically turns on / off the excitation light source 12 so that, for example, one period of time from turning on to turning on again becomes 1 msec, that is, the frequency of the on / off frequency. By modulating the value so as to be 1 kHz, the excitation light is periodically turned on / off (see FIG. 6). The value of the modulation frequency can be changed directly by the modulator 14 or indirectly by setting via the computer 23.

ロックインアンプ２２は、変調器２４により、所定のタイミングが入力され、そのタイミングに同期する後述する検出信号の信号強度Ｉの値をコンピューター２３に入力する。   The lock-in amplifier 22 receives a predetermined timing from the modulator 24, and inputs a value of a signal intensity I of a detection signal, which will be described later, synchronized with the timing to the computer 23.

コンピューター２３は、プログラムにしたがって、例えば周波数１ｋＨｚ（周期１０００ｓｅｃ-1（秒-1），１周期＝１ｍｓｅｃ）で変調器１４を制御する。また、コンピューター２３は、変調器１４の周期と同期させながら、信号強度Ｉ、時間Δｔなどの値を測定値としてデータ化して、これら２つの測定値Ｉ，Δｔから液体の流速ｖを計算する。 Computer 23 according to a program, for example, a frequency 1 kHz (period of 1,000 sec -1 (seconds -1), 1 cycle = 1 msec) controls the modulator 14 at. Further, the computer 23 converts the signal intensity I, time Δt, etc. into data as measurement values while synchronizing with the period of the modulator 14, and calculates the liquid flow velocity v from these two measurement values I, Δt.

以下、図１の流速測定装置１００の作動を説明する。   Hereinafter, the operation of the flow velocity measuring apparatus 100 of FIG. 1 will be described.

図１において、励起光用光源１２から出射された励起光と検出光用光源１３から出射された検出光は、対応する光ファイバー１５，１５’，１６，１６’によって導波される。導波される励起光は、変調器１４により周期的に変調されている。光ファイバー１５’から出射された励起光は、ロッドレンズ１７によって流路１１内に集光照射される。図２に示すように集光照射された励起光の焦点位置を中心として熱レンズが形成される。一方、光ファイバー１６’から出射された検出光は、ロッドレンズ１７によって図２に示す検出光照射領域Ｂ、即ち液体内において励起光の照射位置から所定の距離である間隔ｄ’だけ液体の流れ方向Ａに向かって離れた検出光の照射位置に集光照射されている。   In FIG. 1, the excitation light emitted from the excitation light source 12 and the detection light emitted from the detection light source 13 are guided by corresponding optical fibers 15, 15 ', 16, 16'. The guided excitation light is periodically modulated by the modulator 14. The excitation light emitted from the optical fiber 15 ′ is condensed and irradiated into the flow path 11 by the rod lens 17. As shown in FIG. 2, a thermal lens is formed around the focal position of the excitation light that is condensed and irradiated. On the other hand, the detection light emitted from the optical fiber 16 ′ flows in the detection light irradiation region B shown in FIG. 2 by the rod lens 17, that is, in the liquid flow direction by a distance d ′ that is a predetermined distance from the excitation light irradiation position in the liquid. The light is focused and irradiated to the irradiation position of the detection light separated toward A.

なお、励起光の焦点位置を流路１１の外部となるようにしてもよい。これにより、流路１１内の励起光が照射される液体全体に熱レンズ又は温度分布を形成することができる。   Note that the focal position of the excitation light may be outside the flow path 11. Thereby, a thermal lens or temperature distribution can be formed in the whole liquid irradiated with the excitation light in the flow path 11.

流路１１内に形成された熱レンズは、図２の矢印Ａに示す方向の液体の流れに伴って励起光の照射位置から間隔ｄ’だけ液体の流れ方向Ａに向かって移動した結果、検出光照射領域Ｂに到達することになる。この検出光照射領域Ｂでは、熱レンズの形状が維持されていなくても、励起光からの熱により液体内に温度分布が形成されていればよい。温度分布の存在により、液体には屈折率の分布が発生し、液体は検出光に対してレンズ効果を発揮する。レンズ効果により、検出光は図２の一点鎖線で示す光路から実線で示す光路に、即ち矢印Ｃ方向へと屈折する（光路ずれ）。このような検出光の屈折の程度は、液体の温度の変化、即ち屈折率の変化が急であるほど大きい。   The thermal lens formed in the flow path 11 is detected as a result of moving in the liquid flow direction A by the distance d ′ from the excitation light irradiation position with the liquid flow in the direction indicated by the arrow A in FIG. The light irradiation area B is reached. In this detection light irradiation region B, even if the shape of the thermal lens is not maintained, it is sufficient that a temperature distribution is formed in the liquid by the heat from the excitation light. Due to the presence of the temperature distribution, a refractive index distribution is generated in the liquid, and the liquid exhibits a lens effect on the detection light. Due to the lens effect, the detection light is refracted from the optical path indicated by the one-dot chain line in FIG. 2 to the optical path indicated by the solid line, that is, in the direction of arrow C (optical path deviation). The degree of such refraction of the detection light becomes larger as the change in the temperature of the liquid, that is, the change in the refractive index becomes steeper.

また、励起光の出射がオンされた場合と同様に、励起光の出射がオフされた場合にも、液体の温度の変化、即ち屈折率の変化が急になるので、検出光に対してレンズ効果が発揮され、これにより、検出光は、矢印Ｃ方向とは逆方向へと屈折する。   Similarly to the case where the emission of the excitation light is turned on, when the emission of the excitation light is turned off, the change in the temperature of the liquid, that is, the change in the refractive index becomes abrupt. The effect is exerted, whereby the detection light is refracted in the direction opposite to the arrow C direction.

このようにレンズ効果の影響を受ける検出光は、位置センサー２１によって検出信号として検出され、コンピューター２３は、この検出信号に基づいて液体の流速測定を行う。   Thus, the detection light affected by the lens effect is detected as a detection signal by the position sensor 21, and the computer 23 measures the flow velocity of the liquid based on the detection signal.

図５は、図１の流速測定装置１００によって実行される流速測定処理のフローチャートである。本処理は、図１のマイクロ化学システムのコンピューター２３によって実行される。   FIG. 5 is a flowchart of the flow velocity measurement process executed by the flow velocity measuring apparatus 100 of FIG. This process is executed by the computer 23 of the microchemical system in FIG.

図５において、まず、液体内における励起光の照射位置と検出光照射位置との流路１１の長手方向における間隔ｄ’（図２）の値をコンピューター２３に入力することにより、検出光照射領域Ｂを設定する（ステップＳ１）。次に、変調器１４を介して励起光用光源１２を周期的にオン／オフを繰り返す変調を行うことにより励起光を液体に照射／非照射を繰り返す（励起光照射手段）と共に、検出光用光源１３（検出光照射手段）からの検出光を位置センサー２１により検出信号として検出する（検出手段）（ステップＳ２）。そして、位置センサー２１によって検出された検出信号の信号強度Ｉの最大値Ｉmaxを特定する（ステップＳ３）と共に、特定された信号強度Ｉmaxの時刻と、変調器１４による励起光の変調周期に基づく時刻とから時間Δｔを算出する（ステップＳ４）。そして、液体内における励起光の照射位置と検出光照射位置との流路１１の長手方向における間隔ｄ’の値と、算出された時間Δｔの値とから液体の流速ｖの値を計算する（流速算出手段）（ステップＳ５）。そして、本処理を終了する。 In FIG. 5, first, a detection light irradiation region is obtained by inputting a value of a distance d ′ (FIG. 2) in the longitudinal direction of the flow path 11 between the excitation light irradiation position and the detection light irradiation position in the liquid to the computer 23. B is set (step S1). Next, the excitation light source 12 is modulated periodically and repeatedly turned on / off via the modulator 14 to repeat the irradiation / non-irradiation of the excitation light to the liquid (excitation light irradiation means) and the detection light Detection light from the light source 13 (detection light irradiation means) is detected as a detection signal by the position sensor 21 (detection means) (step S2). Then, the maximum value I max of the signal intensity I of the detection signal detected by the position sensor 21 is specified (step S3), and the time of the specified signal intensity I max and the modulation period of the excitation light by the modulator 14 are determined. The time Δt is calculated from the based time (step S4). Then, the value of the liquid flow velocity v is calculated from the value of the distance d ′ in the longitudinal direction of the flow path 11 between the excitation light irradiation position and the detection light irradiation position in the liquid and the calculated time Δt ( Flow rate calculation means) (step S5). Then, this process ends.

以下、図５のステップＳ２〜Ｓ４の処理を具体的に説明する。   Hereinafter, the processing of steps S2 to S4 in FIG. 5 will be specifically described.

図６は、図５におけるステップＳ２〜Ｓ４の処理における、励起光の変調と、信号強度Ｉとの関係を示すタイミングチャートである。なお、図６において、例えば、励起光用光源１２の変調周波数の値は１ｋＨｚ、デューティー比は５０：５０である。   FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the modulation of the excitation light and the signal intensity I in the processing of steps S2 to S4 in FIG. In FIG. 6, for example, the value of the modulation frequency of the excitation light source 12 is 1 kHz, and the duty ratio is 50:50.

図６は、図１の励起光用光源１２から出射される励起光と、位置センサー２１上で検出光が照射される位置によって検出される検出信号との関係を示すタイミングチャートである。   FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the excitation light emitted from the excitation light source 12 of FIG. 1 and the detection signal detected by the position irradiated with the detection light on the position sensor 21.

図６においては、図５における検出光の光路ずれが、熱分布（温度分布）のない時から右にずれたときをプラス、左にずれたときをマイナスとして表している。   In FIG. 6, when the optical path shift of the detection light in FIG. 5 shifts to the right from the time when there is no heat distribution (temperature distribution), it is expressed as plus, and when it shifts to the left as minus.

上述したように、ロックインアンプ２２に入力された位置センサー２１によって検出される検出信号の信号強度Ｉは、励起光が液体に吸収されることにより形成された熱レンズの光屈折力に応じて変化すると共に、変調器１４による励起光用光源１２に対する変調の周波数の値１ｋＨｚの逆数である周期１０００ｓｅｃ-1（秒-1）に同期して変化する。 As described above, the signal intensity I of the detection signal detected by the position sensor 21 input to the lock-in amplifier 22 depends on the light refractive power of the thermal lens formed by the excitation light being absorbed by the liquid. It changes while changes in synchronization with the period of 1,000 sec -1 is the inverse of the value 1kHz frequency modulation (sec -1) for the excitation light source 12 by modulator 14.

図６に示すように、まず、時刻ｔ1よりも前、即ち励起光がオフであるときは、熱レンズが形成されないので、検出光照射領域Ｂには液体の温度変化がなく、検出光は図２の一点鎖線のように進行する。 As shown in FIG. 6, first, before the time t 1 , that is, when the excitation light is off, since no thermal lens is formed, there is no temperature change of the liquid in the detection light irradiation region B, and the detection light is The process proceeds as shown by the one-dot chain line in FIG.

次に、時刻ｔ1において励起光がオンになると、励起光の焦点位置では液体に励起光の熱が供給され熱レンズが形成される。時刻ｔ1から時刻ｔ2の間では、形成された熱レンズは拡散しながら液体の流速ｖにしたがって液体の流れる方向Ａへ移動し、検出光照射領域Ｂに到達する。検出光照射領域Ｂでは、液体の温度上昇の拡大に基づく屈折率の変化に応じて検出光が図２の矢印Ｃの方向へ屈折する、即ち検出光の光路が右方向へ曲がると共に、この屈折した検出光は、位置センサー２１によって図６の上側の検出信号として検出される。 Next, when the excitation light is turned on at time t 1 , the heat of the excitation light is supplied to the liquid at the focal position of the excitation light to form a thermal lens. Between time t 1 and time t 2 , the formed thermal lens moves in the liquid flowing direction A according to the liquid flow velocity v while diffusing, and reaches the detection light irradiation region B. In the detection light irradiation region B, the detection light is refracted in the direction of the arrow C in FIG. 2 according to the change in the refractive index based on the increase in the temperature rise of the liquid, that is, the optical path of the detection light bends to the right. The detected light is detected by the position sensor 21 as a detection signal on the upper side of FIG.

時刻ｔ2は、拡散しながら移動した熱レンズが検出光照射領域Ｂに完全に到達した時刻であり、このとき位置センサー２１によって検出される検出信号の信号強度Ｉが最大値Ｉmaxとなる。コンピューター２３は、励起光オンの時刻ｔ1から信号強度Ｉが最大値Ｉmaxとなる時刻ｔ2までの時間を時間Δｔとしてこれを記録する。その後は、励起光がオンであっても、液体に供給される励起光の熱が定常的に発生していることから液体の温度分布には変化がなく、もって信号強度Ｉの値は一定となる。 Time t 2 is the time when the thermal lens that has moved while diffusing has completely reached the detection light irradiation region B. At this time, the signal intensity I of the detection signal detected by the position sensor 21 becomes the maximum value I max . Computer 23, which records the time from the time t 1 of the excitation light on to the time t 2 when the signal intensity I becomes the maximum value I max as the time Delta] t. Thereafter, even when the excitation light is on, the heat of the excitation light supplied to the liquid is constantly generated, so the temperature distribution of the liquid does not change, and the value of the signal intensity I is constant. Become.

変調器１４による変調の周期にしたがって励起光がオフになると、励起光の照射位置における熱レンズの形成が停止する。熱レンズの形成停止後には、液体の温度上昇が解消する方向に大きく変化するので、検出光照射領域Ｂでは、液体の温度分布に基づく屈折率の変化に応じて検出光が図２の矢印Ｃの方向とは逆方向へ屈折する、即ち検出光の光路が左方向へ曲がると共に、この屈折した検出光は、位置センサー２１によって図６の下側の検出信号として検出される。   When the excitation light is turned off according to the modulation period by the modulator 14, the formation of the thermal lens at the excitation light irradiation position is stopped. After the formation of the thermal lens is stopped, the temperature largely changes in the direction in which the temperature rise of the liquid is eliminated. Therefore, in the detection light irradiation region B, the detection light is changed in accordance with the change in the refractive index based on the temperature distribution of the liquid. 6 is refracted in the opposite direction, that is, the optical path of the detection light is bent leftward, and this refracted detection light is detected by the position sensor 21 as a detection signal on the lower side of FIG.

また、コンピューター２３は、励起光オフの時刻から信号強度Ｉが最小値Ｉminとなる時刻までの時間を時間Δｔ’としてこれを記録する。 Further, the computer 23 records the time from the time when the excitation light is turned off to the time when the signal intensity I becomes the minimum value I min as time Δt ′.

なお、液体の流速ｖが一定である場合、液体の温度上昇の拡大と解消とは、互いに反対のプロセスを辿るだけであるから、周期的に検出される信号強度Ｉminの値及び算出される時間Δｔ’の値は、夫々、上記信号強度Ｉmaxの値及び時間Δｔの値とほぼ一致する。 Note that when the liquid flow velocity v is constant, the expansion and elimination of the liquid temperature increase only follow the opposite process, and thus the value of the signal intensity I min detected periodically is calculated. The value of the time Δt ′ substantially matches the value of the signal intensity I max and the value of the time Δt, respectively.

図５の処理によれば、位置センサー２１が励起光がオン及び／又はオフになった後の信号強度Ｉの最大値Ｉmax又は最小値Ｉminを検出し、それまでの時間をコンピューター２３が時間Δｔ又は時間Δｔ’として記録するので、コンピューター２３は、時間Δｔの値と、液体内温度分布発生素子１ｂに固有の値である、液体内における励起光の照射位置及び検出光の照射位置間の流路１１の長手方向における距離である間隔ｄ’の値とから液体の流速ｖを計算するので、液体の流速ｖを非接触で正確に測定することができる。 According to the processing of FIG. 5, the position sensor 21 detects the maximum value I max or the minimum value I min of the signal intensity I after the excitation light is turned on and / or off, and the computer 23 determines the time until that time. Since it is recorded as the time Δt or the time Δt ′, the computer 23 determines between the value of the time Δt and the irradiation position of the excitation light and the detection light in the liquid, which is a value unique to the temperature distribution generating element 1b in the liquid. Since the liquid flow velocity v is calculated from the distance d ′, which is the distance in the longitudinal direction of the flow path 11, the liquid flow velocity v can be accurately measured without contact.

図５の処理の変形例としては、信号強度Ｉmaxの値自身から液体の流速ｖを測定してもよい。この場合、時間Δｔは使用しない。 As a modified example of the process of FIG. 5, the flow velocity v of the liquid may be measured from the value of the signal intensity I max itself. In this case, the time Δt is not used.

また、時間Δｔを、信号強度の最大値Ｉmax又は最小値Ｉminからではなく、信号強度が変化し始めた瞬間をもとに算出してもよい。 Further, the time Δt may be calculated not based on the maximum value I max or the minimum value I min of the signal strength but based on the moment when the signal strength starts to change.

また、図５の処理では、図６の光路ずれの信号値の微分に相当する、検出光の光路ずれの速度の最大値に基づいて時間Δｔや時間Δｔ’を算出してもよい。   In the process of FIG. 5, the time Δt or the time Δt ′ may be calculated based on the maximum value of the speed of the optical path deviation of the detection light, which corresponds to the differentiation of the signal value of the optical path deviation of FIG.

なお、上記ステップＳ１の処理は、コンピューター２３に間隔ｄの値をデフォルトとして設定することにより、図５の流速測定処理をより簡略化してもよい。   In addition, the process of the said step S1 may further simplify the flow velocity measurement process of FIG. 5 by setting the value of the space | interval d to the computer 23 as a default.

また、本実施の形態に係る流速測定装置１００は、位置センサー２１を備えるとしたが、位置センサー２１は、微小な検出点をアレイ状に設けられているので感度は優れているが流速測定装置１００が大型化するというデメリットがある。したがって、位置センサー２１に代えて光センサーとして、例えばピンホール及び当該ピンホールに対して検出光の進行方向の位置に設けられたフォトダイオード（photo diode）を１組以上用いてもよい。ピンホール及びフォトダイオードは、検出光の光路がずれるべき経路上に配置される。ピンホール及びフォトダイオードを用いた場合、図６のタイミングチャートの下半分の部分に対応する図７に示すように、検出光の光路ずれの方向に関する情報が得られないだけであって、信号強度差ΔＩmax，Δｔの値から図６のタイミングチャートと同様の結果を得ることができる。これにより、流速測定装置１００を非常に小型化することができる。なお、ピンホール及びフォトダイオードを通常の検出光の光路上に配置してもよい。 Moreover, although the flow velocity measuring apparatus 100 according to the present embodiment is provided with the position sensor 21, the position sensor 21 is excellent in sensitivity because minute detection points are provided in an array, but the flow velocity measuring apparatus. There is a demerit that 100 becomes larger. Therefore, instead of the position sensor 21, for example, one or more sets of photodiodes (photo diodes) provided at positions in the traveling direction of the detection light with respect to the pinholes may be used as the photosensors. The pinhole and the photodiode are arranged on a path where the optical path of the detection light should be shifted. When pinholes and photodiodes are used, as shown in FIG. 7 corresponding to the lower half of the timing chart of FIG. 6, only the information on the direction of the optical path deviation of the detection light cannot be obtained, and the signal intensity A result similar to the timing chart of FIG. 6 can be obtained from the values of the differences ΔI max and Δt. Thereby, the flow velocity measuring apparatus 100 can be very miniaturized. In addition, you may arrange | position a pinhole and a photodiode on the optical path of normal detection light.

また、本実施の形態に係る流速測定装置１００は、励起光用に１組の光ファイバー１５，１５’、且つ検出光用に１組の光ファイバー１６，１６’を備えるとしたが、これらは複数組の光ファイバーであってもよい。特に、検出光用の光ファイバーを流路１１の長手方向に沿って複数組設置することによって、液体の流速ｖの測定をより高精度で行うことができる。また、励起光用及び／又は検出光用の光ファイバーを流路１１の長さ方向と垂直な幅方向に沿って複数組設置することによって、又は、励起光用及び／若しくは検出光用の光ファイバーを流路１１の幅方向に走査させることによって、液体の流速ｖの分布を流路１１の幅方向に関して測定することができる。   Moreover, although the flow velocity measuring apparatus 100 according to the present embodiment includes one set of optical fibers 15 and 15 ′ for excitation light and one set of optical fibers 16 and 16 ′ for detection light, a plurality of sets are provided. It may be an optical fiber. In particular, the liquid flow velocity v can be measured with higher accuracy by installing a plurality of sets of optical fibers for detection light along the longitudinal direction of the flow path 11. Further, a plurality of sets of optical fibers for excitation light and / or detection light are installed along the width direction perpendicular to the length direction of the flow path 11, or optical fibers for excitation light and / or detection light are provided. By scanning in the width direction of the flow path 11, the distribution of the flow velocity v of the liquid can be measured with respect to the width direction of the flow path 11.

上記実施の形態では、変調器１４による励起光の変調の周波数の値が１ｋＨｚ、デューティー比が５０：５０であるとしたが、これらの値に限られることはない。   In the above embodiment, the frequency value of the excitation light modulated by the modulator 14 is 1 kHz and the duty ratio is 50:50. However, the present invention is not limited to these values.

また、本実施の形態に係る流速測定装置１００は、図５の流速測定処理を実行するとしたが、これに限られることはなく、変調器１４による励起光の変調の周波数の値及び／又はデューティー比を変更することによって得られた検出光の信号強度差及び／又は位相の遅れ信号に基づいて、流速測定処理、さらには濃度測定処理を実行してもよい。   Moreover, although the flow velocity measuring apparatus 100 according to the present embodiment performs the flow velocity measurement process of FIG. 5, the present invention is not limited to this, and the frequency value and / or duty of the modulation of the excitation light by the modulator 14 is not limited thereto. Based on the signal intensity difference of the detection light and / or the phase delay signal obtained by changing the ratio, the flow velocity measurement process or the concentration measurement process may be executed.

本発明の実施の形態に係る流速測定装置及び流速測定用液体内温度分布発生素子は、マイクロ化学システム、液体用の流速測定装置、液体用の流速分布測定装置、他の光学的な分析装置などに適用することができる。   The flow velocity measuring device and the flow velocity measuring liquid temperature distribution generating element according to the embodiment of the present invention include a microchemical system, a liquid flow velocity measuring device, a liquid flow velocity distribution measuring device, another optical analysis device, and the like. Can be applied to.

本発明の実施の形態に係る流速測定装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly the structure of the flow velocity measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１の液体内温度分布発生素子１ｂ及び受光部１ｃの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the liquid temperature distribution generation element 1b and the light-receiving part 1c of FIG. 図２における線III−IIIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the line III-III in FIG. 図２のフェルール２０２によって光ファイバー１５’，１６’を固定する方法の他の例を図３に対応させて説明するために用いられる断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view used for explaining another example of a method of fixing the optical fibers 15 ′ and 16 ′ with the ferrule 202 of FIG. 2 in correspondence with FIG. 3. 図１の流速測定装置１００によって実行される流速測定処理のフローチャートである。It is a flowchart of the flow velocity measurement process performed by the flow velocity measuring apparatus 100 of FIG. 図１の励起光用光源１２から出射される励起光と、位置センサー２１上で検出光が照射される位置によって検出される検出信号との関係を示すタイミングチャートである。2 is a timing chart showing a relationship between excitation light emitted from the excitation light source 12 of FIG. 1 and detection signals detected by positions on the position sensor 21 where detection light is irradiated. 図１の位置センサー２１の代わりにフォトダイオードを用いた場合における図６のタイミングチャートの下半分の部分に対応する図である。FIG. 7 is a diagram corresponding to the lower half of the timing chart of FIG. 6 when a photodiode is used instead of the position sensor 21 of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

１ｂ 液体内温度分布発生素子
１１ 流路
１２ 励起光用光源
１３ 検出光用光源
１４ 変調器
１５，１５’，１６，１６’ 光ファイバー
１７ ロッドレンズ
２３ コンピューター
１００ 流速測定装置 1b In-liquid temperature distribution generating element 11 Channel 12 Excitation light source 13 Detection light source 14 Modulator 15, 15 ′, 16, 16 ′ Optical fiber 17 Rod lens 23 Computer 100 Flow velocity measuring device

Claims (28)

流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において励起光を照射する励起光照射手段と、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を照射する検出光照射手段と、前記流路内を流れる液体を透過した検出光の変化量を検出する検出手段と、前記液体内における励起光の照射位置及び前記検出光の照射位置の間隔と前記検出された検出光の変化とに基づいて前記流路内を流れる液体の流速を算出する流速算出手段とを備えることを特徴とする流速測定装置。   Excitation light irradiating means for irradiating liquid flowing in the flow path with excitation light on the upstream side of the flow path, and detection light irradiating means for irradiating the liquid flowing in the flow path with detection light on the downstream side of the flow path. Detecting means for detecting a change amount of the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow path; an excitation light irradiation position in the liquid; an interval between the detection light irradiation positions; and a change in the detected detection light. And a flow velocity calculating means for calculating the flow velocity of the liquid flowing in the flow path based on the flow velocity. 前記流速算出手段は、前記励起光照射の開始／終了時刻と前記検出光の変化とから前記液体が前記間隔を流れるのに要した時間を算出する時間算出手段を含むことを特徴とする請求項１記載の流速測定装置。   The flow rate calculation means includes time calculation means for calculating a time required for the liquid to flow through the interval from a start / end time of the excitation light irradiation and a change in the detection light. 1. The flow velocity measuring device according to 1. 前記検出光の変化は当該検出光の信号強度の変化であり、前記時間算出手段は、前記検出光の信号強度の最大値又は／及び最小値に基づいて前記時間を算出することを特徴とする請求項２記載の流速測定装置。   The change in the detection light is a change in the signal intensity of the detection light, and the time calculation unit calculates the time based on the maximum value or / and the minimum value of the signal intensity of the detection light. The flow velocity measuring device according to claim 2. 前記検出光の信号強度の変化は当該検出光の光路が前記液体内の温度分布に起因してずれたときの光路ずれであり、前記時間算出手段は、前記検出光の光路ずれの最大値に基づいて前記時間を算出することを特徴とする請求項２記載の流速測定装置。   The change in the signal intensity of the detection light is an optical path shift when the optical path of the detection light is shifted due to the temperature distribution in the liquid, and the time calculation means sets the maximum value of the optical path shift of the detection light. 3. The flow velocity measuring device according to claim 2, wherein the time is calculated based on the time. 前記時間算出手段は、前記検出光の光路がずれる速度の最大値に基づいて前記時間を算出することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の流速測定装置。   5. The flow velocity measuring apparatus according to claim 2, wherein the time calculating unit calculates the time based on a maximum value of a speed at which an optical path of the detection light is shifted. 前記励起光照射手段は前記励起光を導波する第１の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記検出光照射手段は前記検出光を導波する第２の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記間隔は前記第１の半径と前記第２の半径の和以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The excitation light irradiating means includes at least one optical fiber having a first radius that guides the excitation light, and the detection light irradiating means includes at least one optical fiber having a second radius that guides the detection light. 6. The flow velocity measuring device according to claim 1, wherein the distance is equal to or less than a sum of the first radius and the second radius. 前記第１の半径と第２の半径の和は１２５μｍであることを特徴とする請求項６記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring device according to claim 6, wherein the sum of the first radius and the second radius is 125 μm. 前記間隔は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The flow rate measuring device according to claim 1, wherein the interval is 100 μm or less. 流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において励起光を照射する励起光照射手段と、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を照射する検出光照射手段と、前記流路内を流れる液体を透過した検出光の変化量を検出する検出手段と、前記検出された検出光の信号強度の最大値又は最小値に基づいて前記流路内を流れる液体の流速を算出する流速算出手段とを備えることを特徴とする流速測定装置。   Excitation light irradiating means for irradiating liquid flowing in the flow path with excitation light on the upstream side of the flow path, and detection light irradiating means for irradiating the liquid flowing in the flow path with detection light on the downstream side of the flow path. Detecting means for detecting a change amount of the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow path; and a flow velocity of the liquid flowing in the flow path based on the maximum value or the minimum value of the signal intensity of the detected detection light. A flow rate measuring device comprising: a flow rate calculating means for calculating 前記励起光を変調する変調器を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring apparatus according to claim 1, further comprising a modulator that modulates the excitation light. 前記照射された励起光を前記液体に集光照射する集光レンズを備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a condensing lens that condenses and irradiates the irradiated excitation light onto the liquid. 前記集光レンズは色収差を有することを特徴とする請求項１１記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring device according to claim 11, wherein the condenser lens has chromatic aberration. 前記集光レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする請求項１１又は１２記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring device according to claim 11 or 12, wherein the condensing lens comprises a rod lens. 前記集光レンズは前記照射された検出光を前記液体に集光照射することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring device according to any one of claims 11 to 13, wherein the condensing lens condenses and irradiates the liquid with the irradiated detection light. 前記励起光の焦点は前記液体の深さ方向に関する略中央に位置し、前記検出光の焦点は、前記液体の深さ方向に関して前記励起光の焦点の位置からずれていることを特徴とする請求項１４記載の流速測定装置。   The focal point of the excitation light is located substantially in the center in the depth direction of the liquid, and the focal point of the detection light is deviated from the position of the focal point of the excitation light in the depth direction of the liquid. Item 15. The flow velocity measuring device according to Item 14. 前記検出手段は位置センサーから成ることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The flow velocity measuring apparatus according to claim 1, wherein the detection unit includes a position sensor. 前記検出手段は、ピンホールと、当該ピンホールに対して前記検出光の進行方向の位置に設けられた光センサーとから成ることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の流速測定装置。   The said detection means consists of a pinhole and the optical sensor provided in the position of the advancing direction of the said detection light with respect to the said pinhole, The any one of Claims 1 thru | or 15 characterized by the above-mentioned. Flow velocity measuring device. 流路内を流れる液体へ励起光を照射することにより当該液体内に温度分布を形成して前記流路内を流れる液体の流速を測定するために用いられる液体内温度分布発生素子において、前記流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において前記励起光を導波する励起光導波手段と、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を導波する検出光導波手段とを備えることを特徴とする液体内温度分布発生素子。   In the liquid temperature distribution generating element used for measuring the flow velocity of the liquid flowing in the flow path by irradiating the liquid flowing in the flow path with excitation light, the temperature distribution is formed in the liquid. Excitation light waveguide means for guiding the excitation light to the liquid flowing in the channel on the upstream side of the flow path, and detection light waveguide for guiding the detection light on the downstream side of the flow path to the liquid flowing in the flow path Means for generating a temperature distribution in liquid. 前記励起光導波手段は、前記励起光を導波する第１の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記検出光導波手段は、前記検出光を導波する第２の半径の少なくとも１本の光ファイバーを備え、前記液体内における前記励起光の導波位置及び前記検出光の導波位置の間隔は、前記第１の半径と前記第２の半径の和以下であることを特徴とする請求項１８記載の液体内温度分布発生素子。   The excitation light waveguide means includes at least one optical fiber having a first radius for guiding the excitation light, and the detection light waveguide means has at least one second radius for guiding the detection light. An optical fiber is provided, and an interval between the waveguide position of the excitation light and the waveguide position of the detection light in the liquid is not more than a sum of the first radius and the second radius. 18. The element for generating a temperature distribution in liquid according to 18. 前記励起光及び検出光のそれぞれ少なくとも１本の光ファイバーは、それらの導波方向の下流側にある端部が同一平面上にあることを特徴とする請求項１８又は１９記載の液体内温度分布発生素子。   20. The temperature distribution generation in the liquid according to claim 18, wherein at least one optical fiber of each of the excitation light and the detection light has an end portion on the downstream side in the waveguide direction on the same plane. element. 前記第１の半径と第２の半径の和は１２５μｍであることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子。   21. The element for generating a temperature distribution in liquid according to claim 18, wherein the sum of the first radius and the second radius is 125 μm. 前記間隔は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子。   The liquid temperature distribution generating element according to any one of claims 18 to 21, wherein the interval is 100 µm or less. 前記導波された励起光を前記液体に集光照射する集光レンズを備えることを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子。   The liquid temperature distribution generating element according to any one of claims 18 to 22, further comprising a condensing lens for condensing and irradiating the guided excitation light onto the liquid. 前記集光レンズは色収差を有することを特徴とする請求項２３記載の液体内温度分布発生素子。   24. The liquid temperature distribution generating element according to claim 23, wherein the condensing lens has chromatic aberration. 前記集光レンズはロッドレンズから成ることを特徴とする請求項２３又は２４記載の液体内温度分布発生素子。   25. The liquid temperature distribution generating element according to claim 23 or 24, wherein the condensing lens comprises a rod lens. 前記集光レンズは前記導波された検出光を前記液体に集光照射することを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の液体内温度分布発生素子。   26. The liquid temperature distribution generating element according to claim 23, wherein the condensing lens condenses and irradiates the liquid with the guided detection light. 前記励起光の焦点は前記液体の深さ方向に関する略中央に位置し、前記検出光の焦点は、前記液体の深さ方向に関して前記励起光の焦点の位置からずれていることを特徴とする請求項２６記載の液体内温度分布発生素子。   The focal point of the excitation light is located substantially in the center in the depth direction of the liquid, and the focal point of the detection light is deviated from the focal position of the excitation light in the depth direction of the liquid. Item 26. The liquid temperature distribution generating element according to Item 26. 流路内を流れる液体へ前記流路の上流側において励起光を照射する励起光照射ステップと、前記流路内を流れる液体へ前記流路の下流側において検出光を照射する検出光照射ステップと、前記流路内を流れる液体を透過した検出光の変化を検出する検出ステップと、前記液体内における励起光の照射位置及び前記検出光の照射位置の間隔と前記検出された検出光の変化とに基づいて前記流路内を流れる液体の流速を算出する流速算出ステップとを有することを特徴とする流速測定方法。   An excitation light irradiation step for irradiating a liquid flowing in the flow channel with excitation light upstream of the flow channel, and a detection light irradiation step for irradiating the liquid flowing in the flow channel with detection light on the downstream side of the flow channel; A detection step for detecting a change in the detection light transmitted through the liquid flowing in the flow path; an excitation light irradiation position in the liquid; an interval between the detection light irradiation positions; and a change in the detected detection light. And a flow rate calculation step of calculating a flow rate of the liquid flowing in the flow path based on the flow rate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107110882A (en) * 2014-12-22 2017-08-29 高丽大学校产学协力团 Fluid velocity determines device
CN107110883A (en) * 2014-12-22 2017-08-29 高丽大学校产学协力团 Fluid velocity determines device

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