(57)【要約】【課題】液中に存在する固体について液体に対する濡れ性を含む表面状態を取得しうる測定システムを提供する。【解決手段】測定システム１は、壁部４１に接触している流体４２に含まれる気泡４３の、壁部４１に対する接触状態を検出する検出部２０と、壁部４１に対する気泡４３の接触状態に基づいて、壁部４１、流体４２、及び、気泡４３のうち少なくとも１つの状態を取得する制御部１０とを備える。【選択図】図１
2020051927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁部に接触している流体に含まれる気泡の、前記壁部に対する接触状態を検出する検出部と、
前記壁部に対する前記気泡の接触状態に基づいて、前記壁部、前記流体、及び、前記気泡のうち少なくとも１つの状態を取得する制御部と
を備える、測定システム。
【請求項２】
前記検出部は、前記気泡に向けて超音波を出力し、前記気泡を透過する超音波、及び、前記気泡で反射する超音波の少なくとも一方に基づいて前記気泡の接触状態を検出する、請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記検出部は、前記気泡の超音波画像を生成し、前記超音波画像に基づいて前記気泡の接触状態を検出する、請求項２に記載の測定システム。
【請求項４】
前記検出部は、前記壁部に接触している気泡を撮像して撮像画像を生成し、前記撮像画像に基づいて前記気泡の接触状態を検出する、請求項１に記載の測定システム。
【請求項５】
前記流体は、前記壁部に囲まれた領域に位置し、
前記検出部は、前記壁部に囲まれた領域の内側における前記気泡の接触状態を検出する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の測定システム。
【請求項６】
前記壁部は、前記流体が流れる管の内壁の少なくとも一部であり、
前記検出部は、前記流体が前記管を流れている状態で、前記内壁に対する前記気泡の接触状態を検出する、請求項５に記載の測定システム。
【請求項７】
前記検出部は、第１時刻において前記壁部に接触している気泡の数を第１気泡数として検出し、前記第１時刻から所定時間が経過した第２時刻において前記壁部に接触している気泡の数を第２気泡数として検出し、
前記制御部は、前記第１気泡数と前記第２気泡数との比較に基づいて、前記壁部、前記流体、及び、前記気泡のうち少なくとも１つの状態を取得する、請求項６に記載の測定システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記壁部、前記流体、及び、前記気泡のうち少なくとも１つの状態を、所定期間を空けて少なくとも２回取得し、状態の変化を監視する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体表面に接触する液滴の接触角に基づいて、液体に対する濡れ性を含む固体の表面状態を取得する測定システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１３３９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体が液中に存在する場合においても、液体に対する濡れ性を含む固体の表面状態を取得することが求められる。
【０００５】
本開示は、液中に存在する固体について液体に対する濡れ性を含む表面状態を取得しうる測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
幾つかの実施形態に係る測定システムは、壁部に接触している流体に含まれる気泡の、前記壁部に対する接触状態を検出する検出部と、前記壁部に対する前記気泡の接触状態に基づいて、前記壁部、前記流体、及び、前記気泡のうち少なくとも１つの状態を取得する制御部とを備える。このようにすることで、固体が液体に接触したままでも、固体、液体及び気体の少なくとも１つの状態が取得されうる。その結果、液中に存在する固体について液体に対する濡れ性を含む表面状態が取得されうる。
【０００７】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記検出部は、前記気泡に向けて超音波を出力し、前記気泡を透過する超音波、及び、前記気泡で反射する超音波の少なくとも一方に基づいて前記気泡の接触状態を検出してよい。このようにすることで、検出部が壁部の外側に位置し、流体に触れることなく、気泡の接触状態が検出されうる。その結果、固体の表面状態がより容易に取得されうる。
【０００８】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記検出部は、前記気泡の超音波画像を生成し、前記超音波画像に基づいて前記気泡の接触状態を検出してよい。このようにすることで、画像に含まれる気泡の形状に基づいて気泡の接触角が容易に検出されうる。その結果、固体の表面状態がより容易に取得されうる。
【０００９】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記検出部は、前記壁部に接触している気泡を撮像して撮像画像を生成し、前記撮像画像に基づいて前記気泡の接触状態を検出してよい。このようにすることで、画像に含まれる気泡の形状に基づいて気泡の接触角が容易に検出されうる。その結果、固体の表面状態がより容易に取得されうる。
【００１０】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記流体は、前記壁部に囲まれた領域に位置してよく、前記検出部は、前記壁部に囲まれた領域の内側における前記気泡の接触状態を検出してよい。このように壁部に囲まれた領域の内側に位置する気泡の接触状態が検出されることによって、例えば流体を溜めるタンクの内壁又は流体を流す管の内壁の表面状態が容易に取得されうる。
【００１１】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記壁部は、前記流体が流れる管の内壁の少なくとも一部であってよく、前記検出部は、前記流体が前記管を流れている状態で、前記内壁に対する前記気泡の接触状態を検出してよい。このようにすることで、管に流体を流したままで、管の内壁の表面状態が取得されうる。
【００１２】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記検出部は、第１時刻において前記壁部に接触している気泡の数を第１気泡数として検出し、前記第１時刻から所定時間が経過した第２時刻において前記壁部に接触している気泡の数を第２気泡数として検出してよく、前記制御部は、前記第１気泡数と前記第２気泡数との比較に基づいて、前記壁部、前記流体、及び、前記気泡のうち少なくとも１つの状態を取得してよい。このようにすることで、壁部の表面状態が気泡の付着しやすさとして取得されうる。その結果、気泡の接触角が検出されにくい場合であっても、壁部の表面状態が容易に取得されうる。
【００１３】
一実施形態に係る測定システムにおいて、前記制御部は、前記壁部、前記流体、及び、前記気泡のうち少なくとも１つの状態を、所定期間を空けて少なくとも２回取得し、状態の変化を監視してよい。このようにすることで、壁部の表面状態として表面自由エネルギー等の絶対的な指標が得られなくても、壁部の表面状態を相対的に取得することができる。その結果、壁部、流体及び気泡のうち少なくとも１つの状態が容易に監視されうる。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、液中に存在する固体について液体に対する濡れ性を含む表面状態を取得しうる測定システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る測定システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】測定対象の構成例を示す断面図である。
【図３】検出部が撮像装置を含む構成の一例を示す図である。
【図４】検出部が超音波送信器と超音波受信器とを含む構成の一例を示す図である。
【図５】固体表面に接触する液滴の接触角の測定例を示す断面図である。
【図６】気泡発生器をさらに備える測定システムの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
従来、固体表面に接触する液滴の接触角に基づいて、液体に対する濡れ性を含む固体の表面状態を取得する方法が知られている。
【００１７】
固体が液中に存在する場合、固体表面に接触する液滴の接触角が測定され得ない。つまり、液中に存在する固体の表面状態は、液滴の接触角に基づいて取得され得ない。例えば、液体を溜めるタンクの内壁、又は、液体を流す管の内壁における固体の表面状態を、液体を排出することなく取得することが求められる。
【００１８】
固体に対する液体の濡れ性は、固体の表面自由エネルギーだけでなく、固体の表面粗さ等の種々の要因に基づいて決定される。よって、液体の表面自由エネルギーは算出されにくい。液体の状態が絶対的な基準で算出されない場合、相対的な基準に基づいて液体の状態の変化を監視することが求められる。
【００１９】
固体表面に接触する液滴が小さい場合、液滴の接触角が精度よく測定され得ないことがある。接触角の測定に基づかずに固体表面の状態が取得されることが求められる。
【００２０】
以下、これらの課題を解決可能な、本開示に係る測定システムについて説明する。
【００２１】
図１に例示されている本開示の一実施形態に係る測定システム１は、制御部１０と、検出部２０とを備える。検出部２０は、壁部４１と流体４２と気泡４３とを含む測定対象４０の状態を検出する。壁部４１は、固体である。流体４２は、液体である。気泡４３は、気体である。固体の表面４１ａに接触している気泡４３は、固体と液体と気体とそれぞれの間に作用する表面張力がつりあうように決定される。検出部２０は、壁部４１に対する気泡４３の接触状態を検出する。壁部４１に対する気泡４３の接触状態は、例えば、後述するような、流体４２の中において壁部４１に接触している気泡４３の接触角によって表されてよい。壁部４１に対する気泡４３の接触状態は、後述するような、流体４２の中における壁部４１に対する気泡４３の付着しやすさによって表されてもよい。
【００２２】
壁部４１に対する気泡４３の接触状態は、壁部４１の状態と流体４２の状態と気泡４３の状態とに基づいて決定される。よって、制御部１０は、壁部４１に対する気泡４３の接触状態に基づいて、壁部４１、流体４２及び気泡４３のうち少なくとも１つの状態を取得できる。つまり、測定システム１は、固体が液体に接触したままでも、固体、液体及び気体の少なくとも１つの状態を取得できる。その結果、例えば、液を溜めるタンクの内壁、又は、液を流す管の内壁を構成する固体の状態が取得されやすくなる。
【００２３】
図２に示されるように、測定対象４０は、表面４１ａを有する壁部４１と、表面４１ａに接触している流体４２と、流体４２の中に存在し表面４１ａに接触している気泡４３とを含む。固体の表面４１ａが平面である場合、固体と液体との界面、及び、固体と気体との界面はそれぞれ表面４１ａに沿う平面となっている。一方で、液体と気体との界面は、球面の一部を含んでよいし、球面に近似されうる面の一部を含んでもよい。
【００２４】
図２に示されている断面は、液体と気体との界面の少なくとも一部を構成する球面の中心、又は、液体と気体との界面の少なくとも一部に近似される面の中心を通過する面であって、固体の表面４１ａに直交する面であるとする。断面において、固体と液体と気体とが互いに接する面を表す線は、三重線と称される。断面において液体と気体との界面を表す線と、固体の表面４１ａを表す線とが交わる角度は、θで表されるとする。θは、接触角ともいう。
【００２５】
三重線において、固体、液体及び気体それぞれの間に、界面張力が作用している。壁部４１と流体４２との間には、γSLで表される液体−固体界面張力が作用している。壁部４１と気泡４３との間には、γSで表される固体−気体表面張力が作用している。流体４２と気泡４３との間には、γLで表される液体−気体表面張力が作用している。各張力は、三重線の交点において、表面４１ａに沿って互いにつりあう。図２において、以下の式（１）が成立する。
【数１】
2020051927.tif 000003
【００２６】
固体−気体表面張力は、固体の表面自由エネルギーともいう。液体−気体表面張力は、液体の表面自由エネルギーともいう。接触角の大きさは、固体の表面自由エネルギーと液体の表面自由エネルギーとに基づいて決定されうる。接触角の大きさの傾向が定性的に表される場合、固体の表面自由エネルギーが大きいほど、又は、液体の表面自由エネルギーが小さいほど、接触角は大きくなる。壁部４１の状態は、固体の表面自由エネルギーによって表されてよいし、固体の親水性又は撥水性を表すパラメータによって表されてよい。固体の親水性又は撥水性を表すパラメータは、例えば、固体に対する水の接触角であってよい。流体４２の状態は、液体の表面自由エネルギーによって表されてよい。また、気泡４３、壁部４１、流体４２の何れか１つのみ状態変化し、他２つは変化しない、もしくは、変化量が十分小さく無視できる場合、接触角そのものを対象の状態とみなし、状態変化を管理することも可能である。
【００２７】
接触角の大きさは、固体の表面自由エネルギーだけでなく、固体の表面粗さに基づいても決定される。つまり、接触角に基づいて取得される固体の表面状態は、固体の表面自由エネルギーだけでなく固体の表面粗さも含む。
【００２８】
制御部１０は、測定システム１の各構成部から情報を取得したり、各構成部を制御したりする。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んでよい。制御部１０は、所定のプログラムを実行することによって、測定システム１の種々の機能を実現してよい。
【００２９】
制御部１０は、記憶部を備えてよい。記憶部は、測定システム１の動作に用いられる各種情報、又は、測定システム１の機能を実現するためのプログラム等を格納してよい。記憶部は、制御部１０のワークメモリとして機能してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。測定システム１は、記憶部を、制御部１０とは別個の構成として備えてもよい。
【００３０】
測定システム１は、ユーザインタフェース（ＵＩ）３０をさらに備えてもよい。ＵＩ３０は、ユーザの操作入力を受け付ける物理キー又はタッチパネル等の入力デバイスを含んでよい。ＵＩ３０は、ユーザに報知する情報を表示するディスプレイ又は発光素子等の表示デバイスを含んでよい。ＵＩ３０は、ユーザに情報を報知するための音声を出力するスピーカ等のサウンドデバイスを含んでよい。ＵＩ３０は、例示したデバイスに限られず、種々のデバイスを含んでよい。
【００３１】
検出部２０は、測定対象４０の状態を検出する。検出部２０は、測定対象４０の状態を、壁部４１と、流体４２及び気泡４３との界面に交差する面から側面視した画像として取得してよい。検出部２０が測定対象４０の状態を側面視として検出する側面は、検出側面ともいう。検出側面は、ＸＺ平面に沿うと仮定する。図３に示されるように、検出部２０は、カメラ等の撮像装置２１を備えてよい。撮像装置２１は、検出側面から見た測定対象４０の画像を撮像してよい。撮像装置２１は、測定対象４０から射出される可視光又は赤外光等の種々の電磁波を検出することによって測定対象４０の画像を撮像してよい。撮像装置２１が撮像した測定対象４０の画像は、撮像画像ともいう。
【００３２】
図４に示されるように、検出部２０は、超音波送信器２２と、超音波受信器２３とを備えてよい。超音波送信器２２と超音波受信器２３とは、測定対象４０を挟んで位置する。超音波送信器２２及び超音波受信器２３はそれぞれ、測定対象４０に対してＹ軸の負の方向の側、及び、Ｙ軸の正の方向の側に位置すると仮定する。検出部２０は、超音波送信器２２から測定対象４０に超音波２４を送信し、測定対象４０を透過した超音波２４を、超音波受信器２３で受信することによって、測定対象４０の状態を取得してよい。
【００３３】
超音波２４は、固体、液体及び気体それぞれにおいて、所定の吸収率で吸収される。超音波２４の吸収率は、超音波２４が通過する物質の種類又は状態等に基づいて決定される。検出部２０は、気泡４３を通過する超音波２４の吸収率と、流体４２を通過する超音波２４の吸収率との差に基づいて、気泡４３及び流体４２を含む測定対象４０の状態を取得しうる。
【００３４】
検出部２０は、超音波送信器２２及び超音波受信器２３の少なくとも一方を、検出側面に沿って移動させてよい。つまり、検出部２０は、超音波送信器２２及び超音波受信器２３の少なくとも一方を、Ｘ軸又はＺ軸に沿って移動させてよい。このようにすることで、測定対象４０の状態は、測定対象４０を側面視した超音波透過画像として取得されうる。超音波透過画像は、気泡４３を側面視した形状を表す画像を含みうる。
【００３５】
検出部２０は、Ｚ軸に沿って測定対象４０を挟んで位置する、超音波送信器２２及び超音波受信器２３をさらに備えてもよい。検出部２０は、Ｚ軸に沿って測定対象４０を挟んで位置する超音波送信器２２及び超音波受信器２３の少なくとも一方を壁部４１の表面４１ａに沿って移動させてよい。このようにすることで、検出部２０は、測定対象４０の範囲内の表面４１ａ上に位置する気泡４３の分布を取得しうる。仮に、超音波透過画像が複数の気泡４３を含む場合、気泡４３を側面視した形状を表す画像は、複数の気泡４３が重なった状態を表すことがある。この場合、気泡４３の形状の検出精度が低下する。超音波透過画像に複数の気泡４３が重なった画像が含まれる場合でも、検出部２０が表面４１ａ上に位置する気泡４３の分布を取得することによって、気泡４３の形状の検出精度が高められうる。
【００３６】
検出部２０は、超音波を送受信する超音波送受信器を備えてもよい。検出部２０は、超音波送受信器から測定対象４０に向けて超音波を送信し、測定対象４０から反射してくる超音波を超音波送受信器で受信することによって、測定対象４０の状態を取得してよい。検出部２０は、超音波送受信器を検出側面に沿って移動させることによって、測定対象４０を側面視した超音波反射画像として、測定対象４０の状態を取得してよい。超音波送信器２２及び超音波受信器２３、並びに超音波送受信器は、超音波デバイスと総称される。超音波透過画像及び超音波反射画像は、超音波画像と総称される。
【００３７】
気泡４３が流体４２と接触している部分の形状は、検出部２０によって取得された画像に含まれる側面視において、図２に例示されるように、円弧４３ａで近似される。また、気泡４３が壁部４１の表面４１ａと接触している部分の形状は、表面４１ａに対する平面視（Ｚ軸の正の方向の側から見た場合）において、円形で近似される。気泡４３が表面４１ａと接触している部分を表す円の半径は、ｂ／２で表されるとする。表面４１ａから見た気泡４３の高さは、ａで表されるとする。つまり、側面視における気泡４３の形状は、ａ及びｂによって表される。
【００３８】
表面４１ａに対する気泡４３の接触角（θ）は、いわゆるθ／２法によって、ａ及びｂをパラメータとして用いることによって算出される。θ／２法によれば、接触角（θ）は、以下の式（２）のように表される。
【数２】
2020051927.tif 000004
【００３９】
表面４１ａに対する気泡４３の接触角（θ）は、θ／２法に限られず、接線法又はカーブフィッティング法等の種々の方法によって算出されうる。
【００４０】
表面４１ａに対する気泡４３の接触角（θ）は、上述の式（１）で表されるように、γSL、γS及びγLそれぞれの関係を特定する要素である。γSL、γS及びγLそれぞれの値は、いずれも未知数である。つまり、γSL、γS及びγLそれぞれの値が算出される場合、３つの未知数を算出するために、パラメータがさらに必要とされる。例えば、流体４２の種類を異ならせた場合における接触角（θ）を算出することによって、γSL、γS及びγLそれぞれの値が算出されうる。
【００４１】
ここで、液体と固体との接着を引き離す仕事は、γSL、γS及びγLによって表される。液体と固体との接着を引き離す仕事は、接着仕事と称され、ＷSLで表されるとする。ＷSLは、Ｄｕｐｒｅの式によって、以下の式（３）で表される。
【数３】
2020051927.tif 000005
【００４２】
また、ＷSLは、式（１）と式（３）とに基づいて、以下の式（４）で表される。
【数４】
2020051927.tif 000006
【００４３】
γSは、γSdで表される固体の分散力成分と、γSpで表される固体の双極子力成分と、γShで表される固体の水素結合力成分との和で表される。γLは、γLdで表される液体の分散力成分と、γLpで表される液体の双極子力成分と、γLhで表される液体の水素結合力成分との和で表される。拡張Ｆｏｗｋｅｓの式によれば、接着仕事（ＷSL）は、以下の式（５）で表される。
【数５】
2020051927.tif 000007
【００４４】
式（４）と式（５）とに基づいて、以下の式（６）が成立する。
【数６】
2020051927.tif 000008
【００４５】
式（６）に基づけば、既知のγLd、γLp及びγLhを有する３種類の液体それぞれに対する気泡４３の接触角が取得されることによって、γSd、γSp及びγShを未知数とする３元連立方程式が立てられる。つまり、γSに含まれる各成分は、３元連立方程式を解くことによって算出される。γSに含まれる各成分が算出されることによって、固体の表面自由エネルギーを表すγSが算出される。
【００４６】
γＬに含まれる各成分が既知の液体として、例えば、水、ｎ−ヘキサデカン、又はヨウ化メチレン等が用いられうる。水のγLd、γLp及びγLhはそれぞれ、２９．１（ｍＮ／ｍ）、１．３（ｍＮ／ｍ）、及び４２．４（ｍＮ／ｍ）とされうる。ｎ−ヘキサデカンのγLd、γLp及びγLhはそれぞれ、２７．６（ｍＮ／ｍ）、０．０（ｍＮ／ｍ）、及び０．０（ｍＮ／ｍ）とされうる。ヨウ化メチレンのγLd、γLp及びγLhはそれぞれ、４６．８（ｍＮ／ｍ）、４．０（ｍＮ／ｍ）、及び０．０（ｍＮ／ｍ）とされうる。
【００４７】
流体４２が壁部４１に囲まれている場合、測定システム１は、壁部４１に、流体４２をサンプリングするポートをさらに備えてもよい。測定システム１は、サンプリングした流体４２のγLd、γLp及びγLhをそれぞれ算出する分析部をさらに備えてもよい。分析部は、Ｘ線分光等の種々の分析方法によって、サンプリングした流体４２のγLd、γLp及びγLhをそれぞれ算出してよい。測定システム１は、サンプリングした流体４２のγLd、γLp及びγLhを外部装置で算出した結果を取得してもよい。測定システム１は、流体４２のγLの各成分として、互いに異なる３種類の成分を取得することによって、壁部４１のγSの各成分を算出し、γSを算出してよい。
【００４８】
壁部４１は、流体４２を溜めるタンクの内壁の少なくとも一部であってよい。壁部４１は、流体４２を流す管の内壁の少なくとも一部であってよい。言い換えれば、流体４２は、壁部４１に囲まれた領域に位置してよい。検出部２０は、壁部４１に囲まれた領域の内側における壁部４１に対する気泡４３の接触状態を検出してよい。壁部４１に囲まれた領域の内側における壁部４１は、タンク又は管の内壁に対応する。
【００４９】
本実施形態において、壁部４１は、流体４２を流す管の内壁の少なくとも一部であるとする。本実施形態に係る測定システム１は、壁部４１に対する気泡４３の接触角に基づいて壁部４１の状態を検出することで、壁部４１に流体４２が接触したままで、壁部４１の状態を検出しうる。
【００５０】
比較例に係るシステムは、図５に示されるように、固体サンプル９１の表面９１ａに雰囲気９３の中で液滴９２を接触させ、θ’で表される液滴９２の接触角を測定することによって、固体サンプル９１の表面９１ａの状態を取得する。図５において、γSLは、固体サンプル９１と液滴９２との間に作用する界面張力を表す。γSは、固体サンプル９１と雰囲気９３との間に作用する界面張力、すなわち、固体サンプル９１の表面張力を表す。γLは、液滴９２と雰囲気９３との間に作用する界面張力、すなわち、液滴９２の表面張力を表す。
【００５１】
比較例に係るシステムにおいて、固体サンプル９１が液浸している場合、表面９１ａに液滴９２を接触させることができない。つまり、表面９１ａ上における液滴９２の接触角を検出するために、固体サンプル９１が液滴９２以外の液体に接触しないようにされる。比較例に係るシステムが管の内壁の少なくとも一部である壁部４１の表面４１ａの状態を取得する場合、管を流れる流体４２が一時的に排出される必要がある。
【００５２】
一方、本実施形態に係る測定システム１によれば、壁部４１の状態を検出するために、流体４２が排出されなくてもよい。その結果、本実施形態に係る測定システム１は、ｉｎ−ｓｉｔｕで壁部４１の状態を検出しうる。
【００５３】
壁部４１の状態は、壁部４１の表面４１ａの表面粗さ、及び、表面４１ａにおける表面自由エネルギーを含む。管の内壁の少なくとも一部である壁部４１の表面４１ａの表面粗さ、及び、表面４１ａにおける表面自由エネルギーは、表面４１ａにおける化学反応、又は、流体４２が流れることによる表面４１ａの摩耗等による表面４１ａの劣化に起因して変化しうる。表面４１ａにおける化学反応は、腐食又は変質等を含む。つまり、測定システム１は、壁部４１の状態を検出することによって、壁部４１の表面４１ａの劣化を検出しうる。このようにすることで、壁部４１を内壁の少なくとも一部として含む管の劣化が、流体４２が管内を流れた状態のままで監視されうる。その結果、管の内壁が容易に監視されうる。表面４１ａの劣化は、例えば、表面４１ａに施されたフッ素樹脂コーティング等の表面被覆が剥がれること等によって進行しうる。
【００５４】
検出部２０が撮像装置２１を備える場合、撮像装置２１は、壁部４１が内壁の少なくとも一部である管の内部に挿入されてよい。撮像装置２１は、流体４２の流路に向けて突出しないように、管の内壁に設けられている凹部に位置してよい。撮像装置２１は、管の内壁から流体４２の流路に向けて突出していてもよい。撮像装置２１は、ＵＩ３０によるユーザの操作入力に基づいて位置及び姿勢が制御されてよい。
【００５５】
検出部２０が超音波デバイスを備える場合、超音波デバイスは、壁部４１が内壁の少なくとも一部である管の外側に位置してよい。超音波デバイスは、管の内壁に付着している気泡４３の断面形状を取得できるように位置してよい。超音波デバイスは、ＵＩ３０によるユーザの操作入力に基づいて位置及び姿勢が制御されてよい。
【００５６】
検出部２０は、検出側面における気泡４３の断面形状に関する画像を取得してよいし、検出側面に対して所定の角度で傾いた平面における気泡４３の断面形状に関する画像を取得してもよい。気泡４３の断面が検出側面に対して傾いている場合、検出部２０は、気泡４３の断面形状に関する画像を、検出側面に対する傾きに基づいて補正してもよい。
【００５７】
壁部４１に対する気泡４３の接触状態は、気泡４３の接触角だけでなく、壁部４１に対する気泡４３の付着しやすさによって表されてよい。気泡４３の付着しやすさは、壁部４１の所定領域内に付着している気泡４３の数によって表されてよい。壁部４１の所定領域内に付着している気泡４３の数は、気泡付着数ともいう。壁部４１が流体４２を流す管の内壁の少なくとも一部である場合、気泡４３の付着しやすさは、流体４２が所定の流量で管内を流れている状態における気泡付着数で表されてよい。
【００５８】
気泡４３の付着しやすさは、管内における流体４２の流量が０である場合の気泡付着数と、流体４２の流量がＲである場合の気泡付着数とに基づいて表されてよい。流体４２の流量が０である場合の気泡付着数は、Ｎ0と表されるとする。流体４２の流量がＲである場合の気泡付着数は、Ｎrと表されるとする。この場合、測定システム１は、Ｒ×Ｎr／Ｎ0で表される値を、気泡４３の付着しやすさを表す指数として定義してもよい。測定システム１は、Ｒ、Ｎr及びＮ0をパラメータとする関数を気泡４３の付着しやすさを表す指数として定義してもよい。
【００５９】
気泡４３の付着しやすさは、Ｔ1で表される第１時刻における気泡付着数と、Ｔ2で表される第２時刻における気泡付着数とに基づいて表されてよい。第２時刻は、第１時刻から所定時間が経過した時刻であるとする。第１時刻及び第２時刻における気泡付着数はそれぞれ、第１気泡数及び第２気泡数と称される。第１気泡数及び第２気泡数はそれぞれ、Ｎ1及びＮ2と表されるとする。第１時刻から第２時刻までの間に、流体４２がＲで表される流量で管内を流れるとする。この場合、測定システム１は、Ｒ×Ｎ2／Ｎ1で表される値を、気泡４３の付着しやすさを表す指数として定義してもよい。測定システム１は、Ｒ、Ｎ1及びＮ2をパラメータとする関数を気泡４３の付着しやすさを表す指数として定義してもよい。気泡４３の付着しやすさは、例示されている定義に限られず、他の種々の定義によって表されてよい。
【００６０】
図６に示されるように、他の実施形態に係る測定システム１は、気泡発生部５０をさらに備えてよい。気泡発生部５０は、測定対象４０において、流体４２の中に気泡４３を発生させ、壁部４１に付着する気泡４３を生成する。測定システム１は、気泡発生部５０で生成した気泡４３の状態を検出部２０で検出してよい。
【００６１】
気泡発生部５０は、気体と液体との界面を含む領域を撹拌するプロペラ等であってよい。気泡発生部５０は、液体中に気体を混ぜることによって気泡４３を生成してよい。気泡発生部５０は、超音波を発生する超音波振動子等であってよい。気泡発生部５０は、液体に超音波を当てて超音波キャビテーションの現象を生じさせることによって、液体に溶解している気体を気泡４３にしてよい。
【００６２】
気泡発生部５０は、流体４２が静止している状態で気泡４３を生成してよい。このようにすることで、生成された気泡４３が壁部４１に付着しやすくなる。その結果、気泡４３の接触角が測定されやすくなる。
【００６３】
気泡発生部５０は、流体４２が流れている状態で気泡４３を生成してよい。このようにすることで、気泡４３の付着しやすさが取得されやすい。
【００６４】
測定システム１は、流量計６０をさらに備えてよい。流量計６０は、管を流れる流体４２の流量を測定する。検出部２０は、流量計６０の測定結果に基づいて、気泡４３の付着しやすさを算出してよい。
【００６５】
気泡発生部５０は、壁部４１に付着させる気泡４３の大きさを制御してよい。例えば、気泡４３が小さいほど、気泡４３が壁部４１に安定して長時間付着し続けうる。例えば、気泡４３が大きいほど、検出部２０は、壁部４１に付着している気泡４３の形状を検出しやすくなる。
【００６６】
検出部２０は、壁部４１に対する気泡４３の接触状態を、所定のタイミングで検出してよい。制御部１０は、検出部２０から検出結果を取得し、記憶部に格納してよい。制御部１０は、格納しておいた検出結果と新たに取得した検出結果との比較に基づいて、測定対象４０の状態の変化を検出してもよい。つまり、測定システム１は、測定対象４０の状態を、所定期間を空けて少なくとも２回取得し、状態の変化を監視してよい。所定のタイミングは、例えば１日に１回等のタイミングであってよいし、１ヶ月に１回等のタイミングであってもよい。所定のタイミングは、周期的なタイミングであってよいし、不定期のタイミングであってもよい。所定のタイミングは、ＵＩ３０によるユーザの操作入力によって特定されてよい。
【００６７】
測定システム１は、測定対象４０の状態の変化を監視することによって、壁部４１の状態の変化を検出してよい。壁部４１の状態の変化に基づいて、壁部４１のメンテナンスのタイミングが決定されてよい。測定システム１は、測定対象４０の状態の変化を監視することによって、流体４２の状態の変化を検出してよい。流体４２の状態の変化に基づいて、流体４２の品質が監視されてよい。測定システム１は、測定対象４０の状態の変化を監視することによって、気泡４３の状態の変化を検出してよい。気泡４３の状態の変化に基づいて、流体４２に溶解する気体の質が監視されてよい。その結果、流体４２の品質が監視されてよい。
【００６８】
検出部２０は、測定対象４０に含まれる複数の気泡４３それぞれの接触角を算出してよい。制御部１０は、各気泡４３の接触角を平均化等の演算によって統計的に処理し、統計的な処理の結果に基づいて、測定対象４０の状態を取得してよい。
【００６９】
以上説明してきたように、本実施形態に係る測定システム１は、壁部４１に対する気泡４３の付着状態を検出することによって、壁部４１、流体４２及び気泡４３の少なくとも１つの状態を取得する。このようにすることで、壁部４１に流体４２が接触していることによって壁部４１に付着する液滴の接触角が検出され得ない場合であっても、壁部４１の表面４１ａの状態が検出されうる。その結果、壁部４１に流体４２が接触したままで、壁部４１の表面４１ａの状態の変化が監視されうる。流体４２及び気泡４３の状態の変化が無視できる程度に小さいと仮定すると、壁部４１の表面４１ａの状態の変化がより高い精度で監視されうる。
【００７０】
壁部４１の表面４１ａの状態の変化が無視できる程度に小さいと仮定した場合、流体４２の状態の変化が監視されうる。例えば、流体４２がオイル又は飲料等の工業製品である場合、測定システム１が流体４２の状態の変化を監視することによって、工業製品としての流体４２の品質が監視されうる。
【００７１】
壁部４１の表面４１ａの状態の変化が無視できる程度に小さいと仮定した場合、気泡４３の状態の変化が監視されうる。例えば、ガスを発生する発酵液等の液体が流体４２に含まれる場合、測定システム１が気泡４３の状態の変化を監視することによって、流体４２の品質が監視されうる。流体４２が発酵液を含む場合、発酵液の発酵度合いが監視されうる。
【００７２】
ＵＩ３０は、検出部２０で検出した気泡４３の形状を表す画像、又は、気泡４３の接触角の算出結果若しくは気泡付着数等の情報をユーザに報知してよい。ＵＩ３０は、壁部４１の状態の変化、流体４２の状態の変化、又は、気泡４３の状態の変化等を含む測定対象４０の監視結果をユーザに報知してよい。
【００７３】
以上、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１  測定システム
１０  制御部
２０  検出部
２１  撮像装置
２２  超音波送信器
２３  超音波受信器
３０  ユーザインタフェース
４０  測定対象
４１  壁部
４１ａ  表面
４２  流体
４３  気泡
４３ａ  界面
５０  気泡発生部
６０  流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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