(57)【要約】【課題】光ファイバーグレーティングと圧電素子を利用した粘度センサを利用し、簡単な構成で正確に液体の粘度を測定できる粘度計を提供する。【解決手段】この粘度計は、所定の反射波長を有するファイバーグレーティング(FBG) 11を圧電素子10に取り付けてなり、被測定液体Ｌ内に配置される粘度センサ１と、FBG に光を送る広帯域光源５と、圧電素子を駆動する駆動手段４と、測定手段12を有する。測定手段12は、圧電素子非駆動で光源光を反射したFBG の反射光の波長と、圧電素子駆動で光源光を反射したFBG の反射光の波長の差分を求め、該差分と、反射波長の変化と液体の粘度との関係を示すデータから、被測定液体の粘度を算出する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
所定の反射波長を有するファイバーグレーティングを圧電素子に取り付けてなり、被測定液体内に配置される粘度センサと、
前記粘度センサの前記ファイバーグレーティングに広帯域光を供給する光源と、
前記粘度センサの前記圧電素子を駆動する駆動手段と、
前記圧電素子を駆動しない状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長と、前記圧電素子を駆動した状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長との差分を求め、この差分と、反射波長の変化と液体の粘度との関係を示すデータから、前記被測定液体の粘度を算出する測定手段と、
を具備することを特徴とする粘度計。
【請求項２】
前記データは、粘度が判明している複数種類の標準液体について、各標準液体内にそれぞれ前記粘度センサを配置し、前記圧電素子を駆動しない状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長と、前記圧電素子を駆動した状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長との差分を求め、当該差分と当該標準液体の粘度が対応するように構成したテーブルデータであることを特徴とする請求項１記載の粘度計。
【請求項３】
前記測定手段が、前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長の差分を求める差分測定装置と、前記差分と前記データを比較して前記差分に応じた粘度を決定する粘度表示変換装置とを有することを特徴とする請求項２記載の粘度計。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、光ファイバーグレーティングと圧電素子を利用した粘度センサを備えた粘度計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いた粘度計としては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。この粘度計は、圧電効果を利用した一対の電極によって液体の粘度を測定する装置である。この装置は、安価で簡便な測定が可能な粘度計を提供しようとするものであって、電極上になんらかの方法で圧電体をつけて一方の電極とし、これに対極を設けて一対の電極とし、これに外部から適当な大きさの電圧を加えるものである。ここで観察される電流の過渡現象は、溶液中のイオン濃度及び粘度に依存するので、その解析からイオン濃度と粘度が測定できるものとされている。
【特許文献１】特開平５−３０２８８３号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
前述した特許文献１の粘度計によれば、一方に圧電体を設けた２つの（一対の）電極を溶液中に配置し、これに通電して過渡現象を観察して粘度を算出するという構成上もデータ処理上も簡易とはいえない構成であり、また得られた粘度の値が必ずしも正確でないという問題っがあった。
【０００４】
そこで本願は、光ファイバーグレーティングと圧電素子を利用した粘度センサを利用し、簡単な構成で正確に液体の粘度を測定できる粘度計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載された粘度計は、
所定の反射波長を有するファイバーグレーティングを圧電素子に取り付けてなり、被測定液体内に配置される粘度センサと、
前記粘度センサの前記ファイバーグレーティングに広帯域光を供給する光源と、
前記粘度センサの前記圧電素子を駆動する駆動手段と、
前記圧電素子を駆動しない状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長と、前記圧電素子を駆動した状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長との差分を求め、この差分と、反射波長の変化と液体の粘度との関係を示すデータから、前記被測定液体の粘度を算出する測定手段と、
を具備することを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載された粘度計は、請求項１記載の粘度計において、
前記データが、粘度が判明している複数種類の標準液体について、各標準液体内にそれぞれ前記粘度センサを配置し、前記圧電素子を駆動しない状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長と、前記圧電素子を駆動した状態で前記光源の光を反射した前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長との差分を求め、当該差分と当該標準液体の粘度が対応するように構成したテーブルデータであることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載された粘度計は、請求項２記載の粘度計において、
前記測定手段が、前記ファイバーグレーティングからの反射光の反射波長の差分を求める差分測定装置と、前記差分と前記データを比較して前記差分に応じた粘度を決定する粘度表示変換装置とを有することを特徴としている。
【考案の効果】
【０００８】
本考案の粘度計によれば、ある被測定液体の粘度を測定する場合に、圧電素子を駆動しない状態で光源の光を反射したファイバーグレーティングの反射光の反射波長と、圧電素子を駆動した状態で光源の光を反射したファイバーグレーティングの反射光の反射波長との差分を求め、この差分を反射波長の変化と液体の粘度との関係を示すデータにあてはめることで前記被測定液体の粘度を速やかに算出することができる。装置全体として小型軽量であり、駆動部がなく、騒音が発生しない。また、設置場所に高い自由度がある。エネルギーの面では低電力であり、また被測定液体に与える攪拌や温度上昇等の影響を低減できる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本考案を実施するために実用新案登録出願人が出願時点で最良と思う本考案の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は本例の粘度計の模式的な全体構成図、図２は本例における粘度センサの側面図、図３は本例における圧電素子の駆動波とファイバーグレーティングからの光強度出力を示す波形図である。
【００１０】
まず、本例の粘度計で使用される粘度センサ１の構成と、これを用いた粘度測定の原理について説明する。
図１及び図２に示すように、本例の粘度計が有する粘度センサ１は、板状の圧電素子１０の表面にファイバーグレーティング１１を固定したものである。
ファイバーグレーティング１１とは、光ファイバーのコアにグレーティング（干渉縞）を形成した素材であって、グレーティング長、グレーティングピッチ、屈折率増加量を変化させることにより特定波長（ブラッグ波長）の光のみを選択的に反射する機能を備えており、これに外力が加わって歪が生じた場合には前記グレーティング（干渉縞）のピッチが変わって反射特性が変化し、反射光の波長が特定波長から変化するので、この反射光の波長の変化によって歪を測定することができ、これを応用して各種の物理量を測定することができる。
【００１１】
本例では、圧電素子１０にファイバーグレーティング１１を固定してなる粘度センサ１を用い、この圧電素子１０に一定の駆動信号を与えて振動を生じさせることによりファイバーグレーティング１１に歪を与え、その反射特性を変化させることができるように構成している。測定においては、この粘度センサ１を被測定液体Ｌ中に配置し、ファイバーグレーティング１１には広帯域光（例えば広帯域レーザー光）を導いておき、圧電素子１０を駆動しない場合の反射光の波長と、圧電素子１０を駆動している場合の反射光の波長との差分（変化）を求め、予め用意しておいたデータと比較して当該液体の粘度を決定する。
【００１２】
前記データは、粘度が判明している複数種類の標準液体について、本粘度計で測定を予め行なうことによって取得したものである。すなわち、各標準液体内にそれぞれ前記粘度センサ１を配置し、圧電素子１０を駆動しない状態でのファイバーグレーティング１１からの反射光の反射波長と、圧電素子１０を駆動した状態でのファイバーグレーティング１１からの反射光の反射波長とを得てその差分を求め、この差分と当該標準液体の粘度が対応するように構成する。データ型式は問わないが、例えば反射波長の差分と粘度が対応した複数組のデータからなるテーブルデータであっても良いし、関数演算形式のものでもよい。
【００１３】
このように、本例の粘度計では、静的には測定できない液体の粘度を、液体中に置いたファイバーグレーティング１１を圧電素子１０で強制的に動かすことで反射光の波長の変化を検出し、単位時間当たりの液体の粘性（流れにくさ）を動きにくさに変換して粘度を測定している。
【００１４】
次に、本例の粘度計の全体構成を図１を参照して説明する。
パソコン等の制御回路２は、発信器３を制御することにより駆動手段としての圧電駆動アンプ４で粘度センサ１の圧電素子１０を駆動することができる。
【００１５】
広帯域光を照射する広帯域光源５は、光サーキュレータ６を介して前記粘度センサ１のファイバーグレーティング１１に接続されている。また、ファイバーグレーティング１１からの反射光は、光サーキュレータ６を介して、反射波長の差分と前記データから被測定液体Ｌの粘度を算出する測定手段１２に接続されている。測定手段１２は、光サーキュレータ６に接続されたフィルタ７と、フィルタ７に接続されて反射波長の差分を測定する差分測定装置８と、差分測定装置８に接続されて前記差分と前記データから粘度を測定する粘度表示変換装置９とを有している。
【００１６】
次に、本例の粘度計の作用効果を説明する。
測定においては、まず、粘度センサ１を容器１５内の被測定液体Ｌ中に入れる。そして、圧電素子１０を駆動しない状態において、広帯域光源５から広帯域光をファイバーグレーティング１１に入射させる。光は光サーキュレータ６を経て粘度センサ１のファイバーグレーティング１１に入る。ファイバーグレーティング１１の後端で反射した反射光は、光サーキュレータ６に戻り、フィルタ７を通過し、差分測定装置８に入って波長が測定される。
【００１７】
次に、制御回路２により、発信器３と圧電駆動アンプ４で粘度センサ１の圧電素子１０を駆動し、これによってファイバーグレーティング１１に歪を生じさせた状態において、前述したのと同様の手順でファイバーグレーティング１１からの反射光を差分測定装置８に受け入れて波長が測定される。
【００１８】
差分測定装置８は両反射光の波長の差分を算出し、粘度表示変換装置９に送る。粘度表示変換装置９は、前記データを参照して当該差分に対応する粘度を決定し、図示しない表示素子等によって表示する。
なお、以上の一連の測定手順は、制御回路２によって自動的に実行される。
【００１９】
以上説明した本例の粘度計によれば、粘度センサ１の表面積及び重量が小さいので、試料の粘度変化や温度変化にすばやく対応することができ、リアルタイムの測定が可能となる。
【００２０】
また、本例の粘度計によれば、小型軽量であり、機械的な駆動部がないので騒音は発生せず、測定場所には高い自由度がある。
【００２１】
さらに、本例の粘度計によれば、圧電素子１０に、単発又はバースト駆動波形を与えて変化を検出することができるので、エネルギー的にも低電力であり被測定液体Ｌに与える攪拌や温度上昇等の影響が低減できる。
【００２２】
なお、本考案は、名称が粘度計であり、以上説明した通り液体の粘度を測定することができるものであるが、圧電素子１０にファイバーグレーティング１１を固定してなる粘度センサ１を、圧電素子１０の面が液体の流れに対して４５度の角度となるように当該液体が流れる円筒形の配管内に配置することにより、同様の測定手順で当該液体の流量を測定することもでき、その意味においては流量計でもある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本例の粘度計の模式的な全体構成図である。
【図２】図２は本例における粘度センサの側面図である。
【図３】図３は本例における圧電素子の駆動波とファイバーグレーティングからの光強度出力を一例として示す波形図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…粘度センサ
２…制御回路
４…駆動手段としての圧電駆動アンプ
５…広帯域光源
７…フィルタ
８…差分測定装置
９…粘度表示変換装置
１０…圧電素子
１１…ファイバーグレーティング
１２…測定手段
Ｌ…被測定液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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