WO2007135804A1 - レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法 - Google Patents

レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2007135804A1
WO2007135804A1 PCT/JP2007/055588 JP2007055588W WO2007135804A1 WO 2007135804 A1 WO2007135804 A1 WO 2007135804A1 JP 2007055588 W JP2007055588 W JP 2007055588W WO 2007135804 A1 WO2007135804 A1 WO 2007135804A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
fluorescence
laser
phosphorescence
measurement
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/055588
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shinji Tanaka
Koichiro Ikeda
Original Assignee
Tokyo Institute Of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Institute Of Technology filed Critical Tokyo Institute Of Technology
Priority to JP2008516575A priority Critical patent/JPWO2007135804A1/ja
Publication of WO2007135804A1 publication Critical patent/WO2007135804A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/001—Full-field flow measurement, e.g. determining flow velocity and direction in a whole region at the same time, flow visualisation

Definitions

  • the present invention relates to a fluid measurement device and a fluid measurement method using a laser-induced fluorescence method.
  • Particle imaging velocimetry is known as a general velocimetry.
  • sheet-like illumination is applied to the flow of fluid mixed with fine tracer particles, and scattered light from the illuminated tracer particles is imaged multiple times. Since individual tracer particles are considered to move according to the local flow velocity at each imaging interval, the moving distance of each individual particle and the imaging time interval from the two consecutive images of the images acquired as described above. Based on the above, the flow velocity and flow direction of the fluid are estimated.
  • PIV when measuring the characteristics of a fluid that flows through a complicated flow path, etc., in the micro flow path of a microorder, using the above PIV may cause clogging of racer particles in the flow path. It becomes difficult to uniformly disperse the tracer particles in the fluid.
  • PIV generally requires expensive equipment such as a high-speed force mela with a short imaging interval or a double pulse laser with a short pulse interval, and an advanced image for calculating the fluid flow rate from the image after imaging. Processing is required.
  • a laser induced fluorescence (LIF) as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-278025 1 is known. What is laser-induced fluorescence? JP2007 / 055588 This is a technique in which light-emitting molecules are excited by irradiation light such as a laser, and the physical quantity is measured from the intensity of the generated fluorescence or phosphorescence.
  • irradiation light such as a laser
  • the measurement field is illuminated at different angles, and the fluorescence or phosphorescence generated by the measurement molecules excited on the sheet light forms a mesh or lattice-like light and darkness on the measurement surface.
  • the fluorescence and phosphorescence generated in the measurement field at the same time as the laser light irradiation and while the laser light irradiation was stopped were photographed, and the measured molecules were measured from the fluorescence intensity of the bright part of the light and darkness of the photographed mesh.
  • the two-dimensional flow velocity and direction of movement of the measured molecule can be estimated from the analysis of the temporal movement of the dark intersection.
  • a fluorescent dye that generates fluorescence or phosphorescence when used with a laser beam is used as a measurement molecule, so that measurement can be performed without using laser particles.
  • This fluorescent dye is dissolved at the molecular level in the fluid to be measured. For this reason, even when measuring the characteristics of a fluid flowing in a micro flow channel or the like of the order of a microphone, the fluorescent dye does not clog the flow channel.
  • the present invention aims to provide an inexpensive and simple fluid measuring device and fluid measuring method.
  • the present invention provides a fluid measuring device or a fluid measuring method according to each of the claims as means for solving the above-mentioned problems.
  • a fluid mixed with a light emitting molecule that generates fluorescence or phosphorescence is irradiated with the laser beam, and the characteristics of the fluid are determined based on the generated fluorescence or phosphorescence.
  • irradiation means for irradiating a measurement field through which a fluid to be measured flows with a laser beam, and fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field by the irradiation of the laser beam
  • Photographing means for photographing the fluid, the flow velocity of the fluid based on the length of the fluorescent or phosphorescent light trace photographed by the photographing means, the flow direction of the fluid based on the direction of the light trace, and the light trace.
  • the measurement field is irradiated with a plurality of dot-shaped laser beams, and a light trace of fluorescence or phosphorescence formed at each irradiation point is photographed accordingly. Since the light trace of such fluorescence or phosphorescence indicates the velocity vector of the fluid to be measured at each irradiation point, the characteristics of the fluid to be measured at each irradiation point based on these light traces, particularly the fluid Flow velocity, flow direction, fluid temperature, or concentration of luminescent molecules can be easily calculated, and two-dimensional characteristics can be obtained for the entire measurement field based on characteristics for all irradiation points.
  • a continuous laser beam can be used instead of a pulsed laser beam as a laser beam irradiated to the measurement field
  • an expensive pulse laser is used as a laser beam generation source. I need it
  • a synchronizer that synchronizes the pulse of the pulse laser and the imaging timing.
  • advanced image processing was required to calculate the characteristics of the fluid to be measured from the two captured images.
  • the predetermined processing during laser light irradiation is performed. Since the characteristics of the measurement object can be calculated from the fluorescence or phosphorescence at this time, that is, from a single photographed image, advanced image processing is not necessary.
  • the irradiating means ′ irradiates the measurement field with a dough torix-like laser beam.
  • the dot-matrix laser beam is irradiated on the measurement field, compared with the case where a plurality of laser beams not regularly arranged on the measurement field are irradiated, Based on the characteristics, it is easy to obtain the two-dimensional characteristics of the entire measurement field.
  • the irradiation means includes a laser that generates continuous laser light, and a transmission diffraction grating that converts the laser light into a plurality of laser lights.
  • the fluid measuring device can be made inexpensive.
  • the irradiation means includes a mirror that reflects the laser light generated by the laser and transmits the fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field
  • the laser includes The laser beam thus generated is reflected by the mirror and applied to the measurement field, and the fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field passes through the mirror and is imaged by the imaging means.
  • T JP2007 / 055588 According to this aspect, the incident angle of the laser beam with respect to the measurement field can be made vertical and fluorescence or phosphorescence can be taken from the direction perpendicular to the measurement field. For this reason, the measurement accuracy can be made higher than when the laser beam is incident obliquely or the fluorescence or phosphorescence is photographed obliquely.
  • the irradiation means includes a lens that enlarges or reduces the interval between the plurality of laser beams irradiated to the measurement field.
  • the irradiation point of the laser beam with the lens This makes it possible to easily reduce the interval between the measurement points and to measure a minute measurement field.
  • the photographing means includes a CCD camera.
  • the fluid mixed with the light emitting molecules that generate fluorescence or phosphorescence is irradiated with the laser light, and the characteristics of the fluid are determined based on the generated fluorescence or phosphorescence.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the fluid measuring device of the present invention.
  • Fig. 2 is a diagram showing the irradiation point of the laser beam applied to the measurement field.
  • Fig. 3 is a diagram showing the trace of fluorescence or phosphorescence formed in the measurement field.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the fluid measuring device of the present invention.
  • the fluid measuring device of the present embodiment measures the characteristics of the fluid flowing through the measurement field 1, particularly the fluid flow velocity, the flow direction, and the concentration of the fluorescent dye in the fluid.
  • the fluorescent dye luminance molecule
  • the fluorescent dye luminance molecule
  • the fluorescent dye any substance can be used as long as it emits fluorescence or phosphorescence when irradiated with laser light, and it is appropriately selected according to the physical properties of the fluid, the flow velocity of the fluid, and the like.
  • the fluid measurement device of this embodiment includes an irradiation device 2 that irradiates a measurement field 1 through which a fluid to be measured flows, and a photographing device 3 that captures fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field 1 by the irradiation of the laser light. And a calculation device 4 that calculates the characteristics of the fluid based on the fluorescence or phosphorescence imaged by the imaging device.
  • the irradiation device 2 includes an excitation laser 21, a transmission type orthogonal diffraction grating 2 2, an irradiation range adjustment lens 2 3, and a dichroic mirror 24.
  • the excitation laser 21 is a laser that outputs a laser beam having a wavelength corresponding to the excitation wavelength of the fluorescent dye dissolved in the fluid to be measured. A continuous laser beam is used instead of a pulsed laser beam. generate.
  • the transmission type orthogonal diffraction grating 22 is an orthogonal grating that converts a single laser beam into a plurality of laser beams by diffraction.
  • the irradiation range adjusting lens 23 is used to adjust the irradiation range of the plurality of laser beams so as to correspond to the size of the measurement field 1 by expanding or reducing the interval between the plurality of laser beams.
  • the dichroic mirror 24 is a mirror that reflects light in a specific wavelength range and transmits light in other wavelength ranges.
  • the dichroic mirror 24 is a laser generated by the excitation laser 21. The light is reflected and the fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field 1 is transmitted.
  • the irradiation device 2 may have any configuration as long as the measurement field 1 can be irradiated with a plurality of dot-like continuous laser beams. Therefore, in the above embodiment, a single laser beam is converted into a plurality of laser beams by a diffraction grating, but each laser beam is not converted into a plurality of laser beams by using a plurality of excitation lasers.
  • the measurement field 1 may be irradiated, or a plurality of laser beams may be irradiated to the measurement field 1 using a plurality of excitation lasers and a plurality of diffraction gratings.
  • the irradiation apparatus 2 includes the irradiation range adjusting lens 23 and the dichroic mirror 24.
  • the irradiation range adjusting lens 23 and the dichroic mirror 24 are interposed therebetween.
  • the measurement field 1 may be irradiated with the laser beam generated by the excitation laser directly or via only the diffraction grating.
  • the photographic device 3 includes a film 3 1, a condenser lens 3 2, and a CCD camera 3 3.
  • the filter 31 prevents the light other than the fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field 1 from entering the CCD camera 33, such as laser light emitted from the excitation laser 21 and irradiated on the measurement field 1. It is used to block such light.
  • the condensing lens 3 2 is arranged so that all fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field 1 can be captured by the CCD camera 3 3. Collects phosphorescence.
  • the CCD camera 3 3 is used to photograph the fluorescence or phosphorescence generated in the measurement field 1 through the filter 3 1 and the condenser lens 3 2.
  • a CCD camera is used for photographing fluorescence or phosphorescence, but any camera may be used as long as it can photograph fluorescence or phosphorescence.
  • a camera or the like can be used.
  • the measurement field 1 is in a very small region, the intensity of the generated fluorescence or phosphorescence is often low, so a camera with high sensitivity such as a cooled CCD is used.
  • a computer 41 having a display device 42 is used as the calculation device 4.
  • the computer 4 1 calculates characteristics such as a flow velocity, a flow direction, and a concentration of the fluid flowing through the measurement field 1 based on the fluorescence or phosphorescence of the measurement field 1 photographed by the photographing device 3, and the result is displayed by the display device 4 2. Is displayed.
  • the computer 4 1 is used to calculate the characteristics of the fluid flowing through the measurement field 1 based on the fluorescence or phosphorescence of the measurement field 1 photographed by the photographing device 3, but this is not necessarily the case. It is not necessary to use a simple computer 41, and any means may be used as long as the characteristics of the fluid can be calculated from the image photographed by the photographing device 3. For example, the operator may calculate the characteristics of the fluid directly from the image captured by the imaging device 3 using a ruler or the like.
  • one laser beam output from the excitation laser 21 is converted into a plurality of laser beams by a transmission type orthogonal diffraction grating 22 having an orthogonal grating.
  • the laser light output from the excitation laser 21 is transmitted by the transmission orthogonal diffraction grating 22 2 so that the irradiation point of the laser light becomes a dot matrix as shown in FIG.
  • Laser light The irradiation points are converted so as to be dots arranged at equal intervals vertically and horizontally on the measurement field 1.
  • Fig. 2 is a diagram showing the irradiation point D of the laser beam irradiated to the measurement field 1.
  • the broken line between the irradiation points D is easy to understand that the irradiation points D are simply arranged in a dot matrix. This is an auxiliary line added to do this (same for Figure 3).
  • the plurality of laser beams converted by the transmission type orthogonal diffraction grating 22 is expanded or irradiated by the irradiation range adjusting lens 23 so that the irradiation range of these laser beams matches the size of the measurement field 1. Reduced.
  • the laser beam that has passed through the irradiation range adjusting lens 23 is reflected by the dichroic mirror 124 and is irradiated perpendicularly to the measurement field. As a result, the measurement field 1 is irradiated with laser light in a dot matrix as shown in FIG.
  • the fluorescent dye dissolved in the fluid flowing in the measurement field 1 is excited by the laser light to generate fluorescence or phosphorescence.
  • the fluorescent dye flows along the flow of the fluid, so that the fluorescent dye that is excited and emitted at the laser light irradiation point flows with the fluid and deviates from the laser light irradiation point.
  • Fluorescent dyes do not lose their light emission at the moment they deviate from the laser light irradiation point, and even if they deviate from the laser light irradiation point, the light emission continues for a certain period of time depending on the type of fluorescent dye . For this reason, as shown in FIG. 3, a fluorescent or phosphorescent light trace F starting from each laser irradiation point arranged in a dot matrix is formed in the measurement field 1.
  • the fluorescence or phosphorescence generated in this way passes through the dichroic mirror 1 24 and the filter 3 1, is then collected by the condenser lens 3 2, and is photographed by the CCD camera 3 3.
  • the CCD camera 3 3 is connected to the computer 4 1, and the captured image data is stored in the computer 4 1.
  • the computer 4 1 calculates the characteristics such as the concentration of the fluorescent dye in the fluid to be measured flowing in the measurement field 1, the velocity and the flow direction of the fluid to be measured based on the image data taken by the CCD camera 33. Specifically, fluid properties are calculated as follows.
  • the concentration of the fluorescent dye is proportional to the fluorescence or phosphorescence intensity and the intensity of the fluorescence or phosphorescence is higher as the concentration of the fluorescent dye is higher, the fluorescence or phosphorescence at the origin O of the light trace F formed in the measurement field 1
  • the concentration of the fluorescent dye can be determined from the intensity of phosphorescence.
  • the intensity of fluorescence or phosphorescence per fluorescent dye molecule varies depending on the type of fluorescent dye, the relationship between the concentration of fluorescent dye and the intensity of fluorescence or phosphorescence must be determined in advance.
  • the fluorescent or phosphorescent light trace F photographed at each irradiation point of the laser light is considered to indicate the velocity vector of the fluid to be measured starting from each irradiation point of the laser light. That is, as described above, the fluorescent dye that has deviated from each irradiation point of the laser beam continues to emit light for a time corresponding to the above-described emission lifetime after deviating from the irradiation point of the laser beam.
  • the light trace F from the origin O of fluorescence or phosphorescence indicates the movement, amount, and movement direction of the fluid to be measured during the time corresponding to this emission lifetime.
  • the length of the light trace F of fluorescence or phosphorescence represents the flow velocity of the fluid to be measured at the irradiation point
  • the direction of the light trace F extending from the light trace origin O is the direction of the measurement target at the irradiation point. It represents the direction of fluid flow.
  • the concentration of the fluorescent dye in the fluid at each irradiation point, the flow velocity of the fluid, and the flow direction are calculated by the computer 41, and the calculation results are displayed on the display device 42.
  • the type of fluorescent dye is appropriately selected according to the flow velocity of the fluid flowing through the measurement field 1, and for example, when the flow velocity of the fluid is low, a fluorescent dye having a long emission lifetime is used, and the flow velocity of the fluid is If the light is fast, a fluorescent dye with a short emission lifetime is used.
  • the excitation laser 21 is selected so that the wavelength of the laser corresponds to the excitation wavelength of the fluorescent dye according to the selected fluorescent dye.
  • the temperature of the fluid to be measured can be measured by using two types of fluorescent dyes having different intensity characteristics of fluorescence or phosphorescence with respect to temperature.
  • the measurement accuracy of the flow velocity and flow direction of the fluid to be measured is secured to the same level as the PIV by appropriately selecting the number of pixels of the CCD camera 33 and the fluorescent dye that has the emission lifetime corresponding to the flow velocity. can do.
  • the measurement field 1 is irradiated with a dot matrix laser beam, and the fluorescence or phosphorescence arranged in the dot matrix shape generated in the measurement field 1
  • the CCD camera 8 will be used to shoot the light trace.
  • the concentration of the fluorescent dye in the measurement target fluid, the flow velocity of the measurement target fluid, and the flow direction of the measurement target fluid can be measured for each irradiation point. Based on the concentration, flow velocity, flow direction, etc. at each irradiation point, the concentration of the fluorescent dye, the flow velocity of the fluid, and the flow direction can be determined two-dimensionally for the entire measurement field 1.
  • the dot-matrix laser beam can be enlarged or reduced by the irradiation range adjusting lens 23. Because T / JP2007 / 055588 is possible, it can handle a wide range of flow fields, from the flow field of the order of meters to the flow field of micro order. In particular, according to the fluid measuring device of the present embodiment, it is possible to measure the characteristics of a fluid even in a micro flow field of a micro order (for example, a fluid flow in a thin pipe such as a blood vessel).
  • the size of the tracer particles used is relatively large relative to the channel, so that the tracer particles are clogged. Due to problems, it was difficult to measure characteristics in a small flow field. Also, the tracer
  • the fluorescent dye is dissolved at the molecular level in the fluid to be measured without using tracer particles as used in PIV, a minute flow Fluorescent dyes are no longer clogged even when measuring the field
  • the fluid measurement device of the present embodiment it becomes possible to easily measure the fluid characteristics two-dimensionally using equipment that is extremely inexpensive compared to conventional fluid measurement devices.
  • conventional fluid measurement devices require a pulse laser with a short pulse interval as an excitation laser, and a high-speed camera with a short imaging interval and a tuning device that synchronizes the pulse of the pulse laser with the imaging timing. It was said.
  • a high-speed camera is required because it is necessary to capture the position of tracer particles at short time intervals, and a pulsed laser because the measurement field must be irradiated at short time intervals accordingly.
  • a tuning device was needed.
  • the fluid measuring device described in Cited Document 1 also has to take a picture of phosphorescence with the passage of time from the stop of laser irradiation to the measurement site, and requires a high-speed camera. It is considered that a tuning device is required to capture images at predetermined intervals from the stop.
  • a pulsed laser is required because it is necessary to stop laser irradiation at regular intervals.
  • the fluid measurement device of the present embodiment it is not necessary to use a pulse laser as the excitation laser 21, and a laser that generates continuous laser light can be used.
  • the excitation layer An inexpensive laser such as a semiconductor laser can be used as 55588 2 1.
  • the fluid meter device of this embodiment it is not necessary to synchronize the pulse of the pulse laser and the imaging timing, so that a tuning device is also unnecessary. Therefore, according to the fluid measurement device of the present embodiment, it becomes possible to measure the characteristics of the fluid with inexpensive equipment.
  • the measurement field is irradiated with a dot matrix laser beam.
  • the laser beam to be irradiated needs to be plural in order to measure the measurement field two-dimensionally, but does not have to be a dot matrix.
  • a dot matrix shape is preferable.
  • the fluid measuring device of the present embodiment is used to measure the characteristics of the fluid in a particularly small flow field.
  • the term “fluorescence” means a substance having a short emission lifetime in which the emission disappears as soon as the electromagnetic wave for excitation is stopped,
  • phosphorescence means that the emission lifetime is long, even when the electromagnetic wave for excitation is stopped, and the emission life is long. More specifically, “fluorescence” refers to the same spin multiplicity in the initial state and final state of luminescence overspecies, and “phosphorescence” refers to the difference in spin multiplicity between the initial state and final state of the light emission process. To do.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Description

705S588 明 細 書 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法 技術分野
本発明は、 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測 方法に関する。 背景技術
一般的な流速計測法として、 粒子画像流速測定法 （Particle Ima ging Velocimetry: P I V) が知られている。 P I Vでは、 微細な トレーサー粒子を混入させた流体の流れにシート状の照明が当てら れ、 照明が当てられたトレーサー粒子からの散乱光が複数回撮影さ れる。 個々のトレーサー粒子は各撮影間隔において局所的な流速に 従って移動すると考えられるため、 上述したように撮影された画像 のうち連続する 2時刻の画像から、 個々の粒子の移動距離と撮影時 間間隔とに基づいて流体の流速や流れ方向が推定される。
' しかし'、 マイクロォ ダ一の微細な流路ゃ複雑な形状の流路等を 流れる流体の特性を計測する場合、 上記 P I Vを用いると、 卜レー サー粒子が流路に詰まる可能性があると共に、 流体中にトレーサー 粒子を均一に分散させるのが困難となる。 また、 P I Vでは、 一般 に、 撮影間隔の短い高速度力メラ或いはパルス間隔の短いダブルパ ルスレーザ等の高価な機材が必要であり、 さらに撮影後の画像から 流体の流速を算出するのに高度な画像処理が必要となる。
また、 流速計測法としては、 例えば特開平 0 8— 2 7 8 2 5 1号 公報に記載されているような、 レーザ誘起蛍光法 （Laser Induced Fluorescence: L I F) が知られている。 レーザ誘起蛍光法とは、 JP2007/055588 レーザ等の照射光によつて発光分子を励起させ、 発生した蛍光や燐 光の強度等から 理量を計測する手法である。 特開平 0 8 — 2 7 8 2 5 1号公報に記載された流体計測装置では、 線状の反射コ一ティ ングを複数施したシリンドリカルレンズを通過したパルス状の二つ の縞状シート光を測定場に異なる角度で照射しており、 このシート 光に'励起された測定分子により生じる蛍光及び燐光によつて測定塲 に網の目又は格子状の明暗が形成される。 そして、 レーザ光の照射 と同時及びレーザ光の照射停止中に測定場に生じた蛍光及び燐光を 撮影しており、 撮影された網の目状の明暗のうち明部の蛍光強度か ら測定分子の濃度が、 暗部の交差点の時間的移動の解析から測定分 子の二次元的な流速及び移動方向が推定される。
この流体計測装置では、 測定分子として例えばレーザ光が照射さ れると蛍光又は燐光を発生させる蛍光染料が用いられるため、 卜レ —サ一粒子を用いずに計測を行うことができる。 また、 この蛍光染 料は測定対象の流体に分子レベルで溶解している。 このため、 マイ ク口オーダーの微細な流路等を流れる流体の特性を計測する場合で あっても蛍光染料が流路に詰まることは無い。
ところが、 特開平 0 8— 2 7 8 2 5 1号公報に記載された計測装 置では、 レーザ光の照射と同時に測定場において発生した蛍光又は 燐光を撮影すると共にレーザ光の照射停止から所定時間後の蛍光又 は燐光を撮影する必要があり、 上記 P I Vと同様に、 パルスレーザ やパルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させる同調装置 等の高価な機材が必要とされる。 また測定分子の流速や流れ方向を 求めるために撮影した 2枚の画像に対して高度な画像処理が必要と される。 このため、 この計測装置も高価なものとなってしまうと共 に複雑な処理が必要となってしまう。 発明の開示
そこで、 本発 は、 上記問題に鑑みて、 安価且つ簡単な流体計測 装置及び流体計測方法を提供することを目的とする。
本発明は、 上記課題を解決するための手段として、 請求の範囲の 各請求項に記載された流体計測装置又は流体計測方法を提供する。
本発明の第 1の態様では、 レーザ光が照射されると蛍光又は燐光 を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、 発 生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測する、 レ一ザ誘起 蛍光法を用いた流体計測装置において、 計測対象の流体が流れる計 測場にレーザ光を照射する照射手段と、 レーザ光の照射により上記 計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影手段と、 該撮 影手段によって撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流 体の流速を、 上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、 上記光 跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発 光分子の濃度をそれぞれ算出する算出手段とを具備し、 上記照射手 段は上記計測場に複数のドッ ト状の連続的なレーザ光を照射する。
'本態様によれば、 計測場に複数のドッ ト状のレーザ光が照射され 、 これに伴って各照射点に形成される蛍光,又は燐光の光跡が撮影さ れる。 斯かる蛍光又は燐光の光跡は各照射点における計測対象の流 体の速度べク トルを示しているため、 これら光跡に基づいて各照射 点毎に計測対象の流体の特性、 特に流体の流速、 流れ方向、 流体の 温度又は発光分子の濃度を容易に算出することができ、 全ての照射 点についての特性に基づいて計測場全体について二次元的な特性を 求めることができる。
そして、 本態様によれば、 計測場に照射するレーザ光としてパル ス状のレーザ光ではなく連続的なレーザ光を用いることができるた め、 レーザ光の発生源として高価なパルスレ一ザを用いる必要がな く、 またパルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させる同 調装置も必要ない。 さらに、 従来では、 撮影した 2枚の画像から計 測対象の流体の特性を算出するにあたって高度な画像処理が必要で あつたのに対して、 本態様によれば、 レーザ光の照射中の所定の時 刻における蛍光又は燐光から、 すなわち撮影した 1枚の画像から計 測対象の特性を算出することができるため、 高度な画像処理が必要 なくなる。
したがって、 本態様によれば、 安価且つ簡単な流体計測装置及び 流体計測方法が提供される。
本発明の第 2の態様では、 上記照射手段'は計測場にドッ トマトリ クス状のレーザ光を照射する。
本態様によれば、 計測場にドッ トマトリクス状のレーザ光が照射 されるため、 計測場に規則的に配列されていない複数のレーザ光が 照射される場合に比べて、 各照射点での特性に基づいて計測場全体 について二次元的な特性を求めるのが容易になる。
本発明の第 3の態様では、 上記照射手段は、 連続的なレーザ光を 発生させるレーザと、 該レーザ光を複数のレーザ光に変換する透過 型回折格子とを具備する。
本態様によれば、 計測場に照射する複数のレーザ光を一つのレー ザ光から変換することができるため、 流体計測装置を安価なものと することができる。
本発明の第 4の態様では、 上記照射手段は、 上記レ一ザによって 発生せしめられたレーザ光を反射すると共に上記計測場において発 生した蛍光又は燐光を透過させるミラーを具備し、 上記レーザによ つて発生せしめられたレーザ光は上記ミラーに反射されて上記計測 場に照射されると共に、 上記計測場において発生した蛍光又は燐光 は上記ミラーを透過して上記撮影手段によって撮影される。 T JP2007/055588 本態様によれば、 計測場に対するレーザ光の入射角度を垂直にす ると共に計測場に対して垂直な方向から蛍光又は燐光の撮影ができ る。 このため、 レーザ光を斜めに入射させたり蛍光又は燐光を斜め に撮影したりする場合に比べて計測精度を高いものとすることがで さる。
本発明の第 5の態様では、 上記照射手段は、 上記計測場に照射さ れる複数のレーザ光間の間隔を拡大又は縮小するレンズを具備する 本態様によれば、 レンズでレーザ光の照射点の間隔を容易に短く することができるため、 微小な計測場について計測を行うことがで きる。
本発明の第 6の態様では、 上記撮影手段は C C Dカメラを具備す る。
本発明の第 7の態様では、 レーザ光が照射されると蛍光又は燐光 を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、 発 生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測する、 レーザ誘起 蛍光法を用いた流体計測方法において、 計測対象の流体が流れる計 測場にレーザ光を照射する照射工程と、 レーザ光の照射により上記 計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影工程と、 該撮 影工程において撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流 体の流速を、 上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、 上記光 跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発 光分子の濃度をそれぞれ算出する算出工程とを具備し、 上記照射ェ 程では上記計測場に複数のドッ ト状の連続的なレーザ光が照射され る。
以下、 添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から、 本発明を 一層十分に理解できるであろう。 T/JP2007/055588 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発 の流体計測装置の実施形態を示す図である。
図 2は、 計測場に照射されるレーザ光の照射点を示す図である。 図 3は、 計測場に形成される蛍光又は燐光の光跡を示す図である
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する 。 図 1は、 本発明の流体計測装置の実施形態を示している。 図 1 に 示したように、 本実施形態の流体計測装置は、 計測場 1 を流れる流 体の特性、 特に流体の流速、 流れ方向及び流体内の蛍光染料の濃度 を計測するものであり、 計測場 1 を流れる計測対象の流体に'は特定 の波長のレーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる蛍光染 料 （発光分子） が分子レベルで均一に溶解、 混入せしめられている 。 蛍光染料とじてはレーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生さ せれば如何なる物質をも利用可能であり、 流体の物性、 流体の流速 等に応じて適宜選択される。
本実施形態の流体計測装置は、 計測対象の流体が流れる計測場 1 にレーザ光を照射する照射装置 2 と、 このレーザ光の照射によって 計測場 1 に発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影装置 3 と、 撮影装 置によって撮影された蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を算出す る算出装置 4とを具備する。
照射装置 2は、 励起用レーザ 2 1 と、 透過型直交回折格子 2 2 と 、 照射範囲調整用レンズ 2 3 と、 ダイクロイツクミラー 2 4とを有 する。 励起用レーザ 2 1 は、 計測対象の流体に溶解せしめられた蛍 光染料の励起波長に対応した波長のレーザ光を出力するレーザであ り、 パルス状のレーザ光ではなく連続的なレーザ光を発生させる。 透過型直交回折格子 2 2は、 一本のレーザ光線を回折により複数本 のレーザ光線に衮換する直交格子となっている。 また、 照射範囲調 整用レンズ 2 3は、 複数のレーザ光間の間隔を拡大又は縮小して、 複数のレーザ光の照射範囲が計測場 1の大きさに対応するように調 整するのに用いられる。 さらに、 ダイクロイツクミラー 2 4は、 特 定波長域の光を反射させると共に他の波長域の光を透過させるミラ —であり、 本実施形態では励起用レーザ 2 1 によって発生せしめら れたレ一ザ光を反射させると共に計測場 1 に発生した蛍光又は燐光 を透過させる。
なお、 照射装置 2は、 計測場 1 に対して複数のドッ ト状の連続的 なレーザ光を照射することができれば如何なる構成であってもよい 。 従って、 上記実施形態では単一のレーザ光を回折格子によって複 数のレーザ光に変換しているが、 複数の励起用レーザを用いて各レ —ザ光を複数のレーザ光に変換せずに計測場 1 に照射させるように してもよいし、 複数の励起用レーザと複数の回折格子とを用いて複 数のレーザ光を計測場 1に照射させるようにしてもよい。
また、 上記実施形態において照射装置 2は照射範囲調整用レンズ 2 3 とダイクロイツクミラー 2 4とを有し..ているが、 これら照射範 囲調整用レンズ 2 3やダイクロイツクミラー 2 4を介さずに励起用 レ^"ザによって発生せしめられたレーザ光を直接、 又は回折格子の みを介して計測場 1 に照射するようにしてもよい。
撮影装置 3は、 フィル夕 3 1 と、 集光レンズ 3 2 と、 C C Dカメ ラ 3 3 とを有する。 フィルタ 3 1は、 励起用レーザ 2 1から出力さ れて計測場 1 に照射されるレーザ光等、 計測場 1 に発生した蛍光又 は燐光以外の光が C C Dカメラ 3 3に入らないようにこのような光 を遮断するのに用いられる。 集光レンズ 3 2は、 計測場 1 に発生し た蛍光又は燐光全てが C C Dカメラ 3 3 に捉えられるように蛍光又 は燐光を集光する。 C C Dカメラ 3 3は、 計測場 1 に発生した蛍光 又は燐光をフィル夕 3 1及び集光レンズ 3 2 を介して撮影するため のものである。 このように、 蛍光又は燐光を撮影するためのものと して本実施形態では C C Dカメラが用いられているが、 蛍光又は燐 光を撮影することができれば如何なるカメラが用いられてもよく、 銀塩カメラ等を用いることができる。 また、 例えば計測.場 1が微小 な領域である場合には発生する蛍光又は燐光の強度が低い場合が多 く、 よって冷却 C C D等の感度の高いカメラが用いられる。
また、 本実施形態では、 算出装置 4として表示装置 4 2を有する コンピュータ 4 1が用いられる。 コンピュータ 4 1は、 撮影装置 3 によって撮影された計測場 1の蛍光又は燐光に基づいて計測場 1 を 流れる流体の流速、 流れ方向、 濃度等の特性を算出し、 その結果が 表示装置 4 2によって表示される。
なお、 上記実施形態では、 撮影装置 3によって撮影された計測場 1の蛍光又は燐光に基づいて計測場 1 を流れる流体の特性を算出す るのにコンピュータ 4 1 を用いているが、 必ずしもこのようなコン ピュー夕 4 1 を用いる必要はなく、 撮影装置 3によって撮影された 画像から流体の特性を算出することができれば如何なる手段を用い てもよい。 例えば、 操作者が撮影装置 3 によって撮影された画像か ら定規等を用いて直接流体の特性を算出してもよい。
次に、 上述したような構成を有する流体計測装置による流体の特 性の計測方法について説明する。
まず、 励起用レーザ 2 1から出力された一本のレーザ光線は直交 格子の透過型直交回折格子 2 2により複数本のレーザ光線に変換さ れる。 本実施形態では、 励起用レーザ 2 1から出力されたレーザ光 は、 透過型直交回折格子 2 2により、 レーザ光の照射点が図 2に示 したようにドッ トマトリクス状になるように、 すなわちレーザ光の 照射点が計測場 1上で縦横に等間隔で配列されたドッ トとなるよう に変換される。 なお、 図 2は、 計測場 1 に照射されるレーザ光の照 射点 Dを示す図であり、 照射点 D間の破線は単に照射点 Dがドッ ト マトリクス状に配列されることを分かり易くするために追加された 補助線である （図 3においても同様） 。
このように透過型直交回折格子 2 2 によって変換された複数のレ 一ザ光は、 これらレーザ光の照射範囲が計測場 1の大きさに合うよ うに、 照射範囲調整用レンズ 2 3により拡大又は縮小される。 照射 範囲調整用レンズ 2 3 を通過したレーザ光は、 ダイクロイツクミラ 一 2 4により反射せしめられて、 計測場 に対して垂直に照射され るようになる。 これにより、 計測場 1 には、 図 2に示したようにド ッ トマトリクス状に並んでレーザ光が照射されることとなる。
計測場 1 にレーザ光がこのように照射されると、 計測場 1 におい て流れる流体に溶解している蛍光染料がレーザ光により励起されて 蛍光又は燐光を発生させる。 蛍光染料は流体の流れに沿って流れて おり、 .よってレーザ光の照射点において励起されて発光している蛍 光'染料は流体と共に流れてレーザ光の照射点から外れる。
' 蛍光染料は、 レーザ光の照射点から外れた瞬間に発光が消失する わけではなく、 レーザ光の照射点から外れても、 蛍光染料の種類に 応じてある程度の期間に亘つて発光が持続する。 このため、 計測場 1には図 3に示したように、 ドッ トマトリクス状に並んだ各レーザ 照射点を起点とする蛍光又は燐光の光跡 Fが形成される。
このようにして発生した蛍光又は燐光は、 ダイクロイツクミラ一 2 4及びフィルタ 3 1 を通過後、 集光レンズ 3 2で集光されて、 C C Dカメラ 3 3で撮影される。 C C Dカメラ 3 3はコンピュータ 4 1 と接続されており、 撮影された画像データは、 コンピュータ 4 1 に保存される。 コンピュータ 4 1 は、 C C Dカメラ 3 3によって撮影された画像 データに基づいて計測場 1で流れる計測対象の流体中の蛍光染料の 濃度、 計測対象の流体の速度及び流れ方向等の特性を算出する。 具 体的には、 流体の特性の算出は下記のようにして行われる。
すなわち、 蛍光染料の濃度と蛍光又は燐光強度とは比例すると共 に蛍光染料の濃度が高いほど蛍光又は燐光の強度が高いことから、 計測場 1 に形成された光跡 Fの起点 Oにおける蛍光又は燐光の強度 から蛍光染料の濃度を決定することができる。 ただし、 蛍光染料の 種類に応じて蛍光染料分子当たりの蛍光又は燐光の強度が異なるこ とから、 蛍光染料の濃度と蛍光又は燐光の強度との関係を予め求め ておく必要がある。
また、 レーザ光の各照射点において撮影された蛍光又は燐光の光 跡 Fは、 レ一ザ光の各照射点を起点とした計測対象の流体の速度べ ク トルを示していると考えられる。 すなわち、 レーザ光め各照射点 から外れた蛍光染料は、 上述したように、 レーザ光の照射点から外 れてから上記発光寿命に対応する時間に亘つて発光が持続する。 そ して、 蛍光又は燐光の起点 Oからの光跡 Fはこの発光寿命に対応す る時間の間における計測対象の流体の移動、量及び移動方向を示して いる。
このため、 蛍光又は燐光の光跡 Fの長さはその照射点における計 測対象の流体の流速を表しており、 光跡の起点 Oから延びる光跡 F の方向はその照射点における計測対象の流体の流れ方向を表してい る。 なお、 蛍光又は燐光の光跡 Fの長さに基づいて計測対象の流体 の流速を算出する場合には、 レーザ光を照射した場合の蛍光染料の 発光寿命を予め求めておいて撮影された蛍光又は燐光の光跡 Fの長 さを発光寿命で除算して流速を算出するか、 或いは光跡の長さと流 速との関係を予め求めておいて撮影された蛍光又は燐光の光跡 Fの 長さに基づいて流速を算出することが必要とされる。
このようにし T各照射点における流体中の蛍光染料の濃度、 流体 の流速、 流れ方向がコンピュータ 4 1 において算出され、 それら算 出結果が表示装置 4 2に表示される。
なお、 本実施形態では、 蛍光染料の種類は計測場 1 を流れる流体 の流速に応じて適宜選択され、 例えば流体の流速が遅い場合には発 光寿命の長い蛍光染料が用いられ、 流体の流速が速い場合には発光 寿命の短い蛍光染料が用いられる。 また、 励起用レ一ザ 2 1は、 選 択された蛍光染料に応じて、 レーザの波長が蛍光染料の励起波長に 対応するように選択される。 さらに、 温度に対する蛍光又は燐光の 強度特性が異なる 2種類の蛍光染料を用いれば計測対象の流体の温 度を計測することができる。
また、 計測対象の流体の流速及び流れ方向の計測精度は、 C C D カメラ 3 3 の画素数と流速に^じた発光寿命を有する蛍光染料とを 適切に選択することにより、 P I Vと同程度に確保することができ る。
上述したように、 本実施形態における流体計測装置によれば、 計 測場 1 にドッ トマトリクス状のレーザ光を照射して、 計測場 1 に生 じたドッ トマトリクス状に並んだ蛍光又は燐光の光跡を C C Dカメ ラ 8で撮影することとしている。 これにより、 各照射点毎に、 計測 対象の流体中の蛍光染料の濃度、 計測対象の流体の流速、 計測対象 の流体の流れ方向を計測することができる。 そしてこれら各照射点 における濃度、 流速、 流れ方向等に基づいて、 計測場 1全体につい て、 蛍光染料の濃度、 流体の流速、 流れ方向を二次元的に求めるこ とができるようになる。
また、 本実施形態の流体計測装置によれば、 ドッ トマトリクス状 のレーザ光を照射範囲調整用レンズ 2 3で拡大又は縮小することが T/JP2007/055588 できるため、 メ一トルオーダ一の流れ場からマイクロオーダーの流 れ場まで、 幅広いスケールの流れ場に対応することができる。 特に 、 本実施形態の流体計測装置によれば、 マイクロオーダ一の微小な 流れ場 （例えば、 血管等の細い管路内の流体の流れ） 等についても 流体の特性を計測することができる。
ずなわち、 従来の P I Vでは、 微細な流路ゃ複雑な形状の流路等 では、 使用される トレーサー粒子の粒径が流路に対して比較的大き いことにより、 トレーサー粒子が詰まる等の問題が生じるため、. 微 小な流れ場においては特性の計測が困難であった。 また、 トレ一サ
—粒子を用いずに蛍光染料を用いたとしても、 例えば特許文献 1 に 記載されているような流体計測装置によって微小な流れ場における 流体の特性を計測しょうとすると、 シリ ンドリカルレンズに施した 反射コーティ ングの間隔を狭くする必要がある。 しかしながら、 反 射コーティ ングの間隔を狭くすると、 シリンドリカルレンズを通つ た光が回折して広がってしまい、 計測場に微小な間隔の格子状のレ —ザ光を照射することができなくなってしまう。 このため、 このよ うな流体計測装置では、 微小な計測場について流体の特性を計測す ることができない。
これに対して、 本実施形態の流体計測装置によれば、 P I Vで用 いられるようなトレーサー粒子を使用せずに計測対象の流体に蛍光 染料を分子レベルで溶解させているため、 微小な流れ場について計 測を行う場合であっても蛍光染料が詰まってしまうことがなくなる
。 また、 照射範囲調整用レンズ 2 3でドッ トマトリクス状レーザ光 の照射点の間隔を容易に短くすることができるため、 微小な計測場 について計測を行うことができる。
また、 例えば特許文献 1 に記載の流体計測装置では、 測定場に対 して斜め又は横方向からレーザ光を照射する必要がある。 このため 5588
、 この流体計測装置では、 光の照射できる方向が計測場に対して垂 直な方向からのみに制限されている測定場においては計測を行う こ とができない。 これに対して、 本実施形態の流体計測装置によれば 、 計測場に対して垂直にレーザ光を入射させることができるため、 上記照射方向が計測場に対して垂直な方向からのみに制限されてい る計測場、 すなわち斜め又は横方向からではレーザ光を計測場近傍 の流体に照射することができないような計測場においても計測を行 うことができる。
さらに、 本実施形態の流体計測装置によれば、 従来の流体計測装 置に比べて極めて安価な機材を用いて簡単に流体の特性を二次元的 に計測することができるようになる。
すなわち、 従来の流体計測装置では、 励起用レーザとしてパルス 間隔の短いパルスレーザが必要とされると共に、 撮影間隔の短い高 速度カメラやパルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させ る同調装置が必要とされていた。 例えば P I Vでは、 短い時間間隔 でトレーサー粒子の位置を撮影する必要があるため高速度カメラが 必要とされ、 またこれに合わせて計測場に短い時間間隔でレーザを 照射しなければならないことからパルスレーザ及び同調装置が必要 とされていた。 また、 また引用文献 1 に記載の流体計測装置でも計 測場へのレーザ照射停止からの時間経過に伴って燐光の様子を撮影 しなければならず、 高速度カメラが必要とされ、 またレーザ照射停 止から所定時間間隔で撮影を行うために同調装置が必要とされると 考えられる。 また、 一定間隔でレーザ照射停止が必要なことからパ ルスレーザが必要とされる。
これに対して、 本実施形態の流体計測装置によれば、 励起用レ一 ザ 2 1 としてパルスレーザを用いる必要はなく、 連続的なレーザ光 を発生させるレ一ザを用いることができる。 このため、 励起用レ一 55588 ザ 2 1 として半導体レーザ等、 安価なレ一ザを用いることができる 。 また、 本実施 態の流体計測装置によれば、 短い時間間隔で 2回 の撮影をする必要はなく、 1回の撮影のみでよいため、 撮影機材と して撮影間隔の短い高速度カメラを用いる必要がない。 このため、 安価な撮影機材を用いることができる。 さらに、 本実施形態の流体 計彻)装置によれば、 パルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同 調させる必要がないため、 同調装置も不要である。 従って、 本実施 形態の流体計測装置によれば、 安価な機材で流体の特性を計測する ことができるようになる。
また、 従来の流体計測装置では、 撮影じた 2枚の画像から計測対 象の流体の流速、 流れ方向を算出するにあたって高度な画像処理が 必要であった。 例えば、 P I Vでは、 2枚の画像について各トレ一 サー粒子の移動を追う必要があり、 また特許文献 1 に記載の装置で は 2枚の画像間で暗部の交差点の時間的移動を解析する必要がある 。 これに対して本実施形態の流体計測装置によれば、 1枚の画像に ついて光跡の長さ、 方向等のみを計測すればよく、 高度な画像処理 が'必要なくなる。 これにより、 二次元的な流体の特性を簡単に計測 することができるようになる。
なお、 上記実施形態では、 計測場にドッ トマトリクス状のレーザ 光を照射することとしている。 しかしながら、 照射するレーザ光は 、 計測場を二次元的に計測するために複数である必要はあるが、 ド ッ トマトリクス状でなくてもよい。 ただし、 レーザ光がドッ トマト リクス状に配列されていれば計測場における流体全体の流れの解析 が容易になるため、 ドッ トマトリクス状であることが好ましい。
また、 本実施形態の流体計測装置は、 特に微小な流れ場における 流体の特性を計測するのに用いられる。 例えば、 血管等の細い管路 内を流れる流体の特性を計測する場合や、 流体潤滑している摺動部 の潤滑膜内における流体の特性を計測する場合等に用いられる。 なお、 本明細賨では、 「蛍光」 という用語は、 励起のための電磁 波を止めるとすぐに発光が消失する発光寿命が短いものを意味し、
「燐光」 という用語は励起のための電磁波を止めても発光が持続す る励起寿命が長いものを意味する。 より詳細には、 「蛍光」 は発光 過種の始状態と終状態のスピン多重度が同じものをいい、 「燐光」 は発光過程の始状態と終状態とのスピン多重度が異なるものを意味 する。
なお、 本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが 、 当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することな く、 様々な変更、 修正等が可能である。

Claims

1 . レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子 が混入された流体にレーザ光を照射して、 発生した蛍光又は燐光に 基づいて流体の特性を計測する、 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計 測装置において、
請
計測対象の流体が流れる計測場にレーザ光を照射する照射装置と 、 レーザ光の照射により上記計測場において発生した蛍光又は燐光 を撮影する撮影装置と、 該撮影手段によって撮影された蛍光又は燐 光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、 '上記光跡の方向に基づい て流体の流れ方向を、 上記光跡の起点にお囲ける蛍光又は燐光の強度 に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出 装置とを具備し、
上記照射装置は上記計測場に複数のドッ ト状の連続的なレーザ光 を照射する、 流体計測装置。
2 . 上記照射装置は計測場にドッ トマトリクス状のレーザ光を照 射する、 請求項 1 に記載の流体計測装置。
' 3 . 上記照射装置は、 連続的なレーザ光,を発生させるレーザと、 該レーザ光を複数のレーザ光に変換する透過型回折格子とを具備す る、 請求項 1又は 2に記載の流体計測装置。
4 . 上記照射装置は、 上記レーザによって発生せしめられたレー ザ光を反射すると共に上記計測場において発生した蛍光又は燐光を 透過させるミラ一を具備し、 上記レーザによって発生せしめられた レーザ光は上記ミラーに反射されて上記計測場に照射されると共に 、 上記計測場において発生した蛍光又は燐光は上記ミラーを透過し て上記撮影装置によって撮影される、 請求項 3に記載の流体計測装 置。
5 . 上記照射装置は、 上記計測場に照射される複数のレーザ光間 の間隔を拡大又は縮小するレンズを具備する、 請求項 1〜 4のいず れか 1項に記載の流体計測装置。
6 . 上記撮影装置は C C Dカメラを具備する、 請求項 1 〜 5のい ずれか 1項に記載の流体計測装置。
7 . レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子 が混入された流体にレーザ光を照射して、 発生した蛍光又は燐光に 基づいて流体の特性を計測する、 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計 測方法において、
計測対象の流体が流れる計測場にレ一ザ光を照射する照射工程と 、 レーザ光の照射により上記計測場において発生した蛍光又は燐光 を撮影する撮影工程と、 該撮影工程において撮影された蛍光'又は燐 光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、 上記光跡の方向に基づい て流体の流れ方向を、 上記光跡の起点における蛍光又は燐光の強度 に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出 工程とを具備し、
'上記照射工程では上記計測場に複数のドッ ト状の連続的なレーザ 光が照射される、 流体計測方法。 、
PCT/JP2007/055588 2006-05-22 2007-03-13 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法 WO2007135804A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008516575A JPWO2007135804A1 (ja) 2006-05-22 2007-03-13 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006141636 2006-05-22
JP2006-141636 2006-05-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007135804A1 true WO2007135804A1 (ja) 2007-11-29

Family

ID=38723117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/055588 WO2007135804A1 (ja) 2006-05-22 2007-03-13 レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2007135804A1 (ja)
WO (1) WO2007135804A1 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010016267A1 (ja) * 2008-08-08 2010-02-11 独立行政法人科学技術振興機構 粒子プローブ近傍に存在する物質の分布を検出する方法、粒子プローブを用いた画像化方法およびその利用
JP2011511966A (ja) * 2008-02-13 2011-04-14 カール ツァイス マイクロイメージング ゲーエムベーハー 試料の構造を空間的に高分解能で結像するための装置および方法
CN101710131B (zh) * 2009-12-01 2011-06-01 西安交通大学 离焦数字三维微流场荧光测试仪
CN104807501A (zh) * 2015-04-15 2015-07-29 上海交通大学 紫外激光诱导磷光成像同步测速和测温方法及***
KR101895797B1 (ko) * 2017-03-02 2018-09-07 서울대학교산학협력단 간소화된 열화상 piv 시스템 및 이를 이용한 유체의 속도와 온도의 측정 방법
CN111122526A (zh) * 2019-12-18 2020-05-08 中国科学院南海海洋研究所 一种基于激光诱导荧光及流体动态显微摄影的水体藻类检测方法
CN111220588A (zh) * 2020-03-24 2020-06-02 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于油膜荧光亮度的流场辐聚辐散测量方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08278251A (ja) * 1995-04-05 1996-10-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ誘起蛍光法による計測装置
JP2001194379A (ja) * 2000-01-14 2001-07-19 Nok Corp 流体の流動挙動の観測方法および流体観測装置
JP2004177312A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Japan Science & Technology Agency 流体の三次元温度・速度同時計測方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08278251A (ja) * 1995-04-05 1996-10-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レーザ誘起蛍光法による計測装置
JP2001194379A (ja) * 2000-01-14 2001-07-19 Nok Corp 流体の流動挙動の観測方法および流体観測装置
JP2004177312A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Japan Science & Technology Agency 流体の三次元温度・速度同時計測方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
THE VISUALIZATION SOCIETY OF JAPAN: "PIV Handbook", vol. 1ST ED., 20 July 2002, pages: 228 - 237, XP003019251 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011511966A (ja) * 2008-02-13 2011-04-14 カール ツァイス マイクロイメージング ゲーエムベーハー 試料の構造を空間的に高分解能で結像するための装置および方法
WO2010016267A1 (ja) * 2008-08-08 2010-02-11 独立行政法人科学技術振興機構 粒子プローブ近傍に存在する物質の分布を検出する方法、粒子プローブを用いた画像化方法およびその利用
JP5519506B2 (ja) * 2008-08-08 2014-06-11 独立行政法人科学技術振興機構 粒子プローブを用いた画像化方法およびその利用
CN101710131B (zh) * 2009-12-01 2011-06-01 西安交通大学 离焦数字三维微流场荧光测试仪
CN104807501A (zh) * 2015-04-15 2015-07-29 上海交通大学 紫外激光诱导磷光成像同步测速和测温方法及***
KR101895797B1 (ko) * 2017-03-02 2018-09-07 서울대학교산학협력단 간소화된 열화상 piv 시스템 및 이를 이용한 유체의 속도와 온도의 측정 방법
CN111122526A (zh) * 2019-12-18 2020-05-08 中国科学院南海海洋研究所 一种基于激光诱导荧光及流体动态显微摄影的水体藻类检测方法
CN111220588A (zh) * 2020-03-24 2020-06-02 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于油膜荧光亮度的流场辐聚辐散测量方法
CN111220588B (zh) * 2020-03-24 2023-05-16 哈尔滨工业大学（威海） 一种基于油膜荧光亮度的流场辐聚辐散测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2007135804A1 (ja) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007135804A1 (ja) レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法
US20060146910A1 (en) Method and apparatus for simultaneous velocity and temperature measurements in fluid flow
US20060175561A1 (en) Particle shadow velocimetry
Abram et al. High-speed planar thermometry and velocimetry using thermographic phosphor particles
Hu et al. Molecular tagging velocimetry and thermometry and its application to the wake of a heated circular cylinder
US6542226B1 (en) Planar particle imaging and doppler velocimetry system and method
CN111458533A (zh) 一种浓度场-密度场同步测量***及方法
CN101124474A (zh) 微粒检测器
CN111458532A (zh) 一种速度场和密度场同步测量***及方法
TW466346B (en) A low-cost continuous-wave-laser (CW laser) digital particle image velocimetry
Menser et al. Multi-pulse shadowgraphic RGB illumination and detection for flow tracking
US10386284B2 (en) Device and method for measurement of dispersed objects using fluorescent and non-fluorescent imaging with laser
CN109084914A (zh) 一种高温高速湍流热通量的全场测量***及方法
JP2014222158A (ja) 流体の流れの計測方法
JP2004177312A (ja) 流体の三次元温度・速度同時計測方法
Zhang et al. Particle Image Velocimetry: User Guide
JP2008014860A (ja) 流体可視化計測装置および流体可視化計測方法
Bian et al. A dual-camera cinematographic PIV measurement system at kilohertz frame rate for high-speed, unsteady flows
US20180045646A1 (en) System and method for three-dimensional micro particle tracking
US10890521B2 (en) Method of tracking a plurality of point-shaped objects in a three-dimensional space
CN109154567A (zh) 成分组成计测***及成分组成计测方法
JP2008064697A (ja) レーザシート形成装置、粒子計測装置、レーザシート形成方法および粒子計測方法
JP2008046110A (ja) 液滴の形状計測方法及び装置
Upatnieks et al. A kilohertz frame rate cinemagraphic PIV system for laboratory-scale turbulent and unsteady flows
JP2016224069A (ja) 表面欠陥検出方法及び表面欠陥検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07739031

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008516575

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07739031

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1